Die Erfindung betrifft ein optisches Sensorsystem, das eingerichtet ist zum Zu- sammenwirken mit einem mobilen Computergerät, das wenigstens eine Lichtquelle und wenigstens eine Kamera aufweist, wobei das Sensorsystem wenigstens eine Einkoppelschnittstelle zur Einkopplung von Licht von der Lichtquelle des Computergeräts in das Sensorsystem und wenigstens eine Auskoppelschnittstelle zur Auskopplung von Licht vom Sensorsystem zur Kamera des Computergeräts aufweist, wobei das Sensorsystem wenigstens einen optischen Lichtleitpfad aufweist, über den die Auskoppelschnittstelle mit der Einkoppelschnittstelle optisch verbunden ist, wobei in dem Lichtleitpfad wenigstens ein Sensorelement angeordnet ist, der zur Modifikation des durch den Lichtleitpfad geleiteten Lichts abhängig von einer von außen auf das Sensorsystem ein- wirkenden Einflussgröße eingerichtet ist.

In der WO 2014/107364 A1 wird ein Smartphone-Biosensor beschrieben. Hierbei wird ein Smartphone durch entsprechende externe optische Elemente dazu erweitert, Ergebnisse eines biomolekularen Assays zu erkennen. Der hierfür er- forderliche Aufbau ist jedoch relativ komplex, groß und empfindlich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein zum Zusammenwirken mit einem mobilen Computergerät eingerichtetes optisches Sensorsystem anzugeben, das eine verbesserte Praxistauglichkeit hat. Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst durch ein optisches Sensorsystem, das eingerichtet ist zum Zusammenwirken mit einem mobilen Computergerät, das wenigstens eine Lichtquelle und wenigstens eine Kamera aufweist, wobei das Sensorsystem wenigstens eine Einkoppelschnittstelle zur Einkopplung von Licht von der Lichtquelle des Computergeräts in das Sensorsystem und wenigstens eine Auskoppelschnittstelle zur Auskopplung von Licht vom Sensorsystem zur Kamera des Computergeräts aufweist, wobei das Sensorsystem wenigstens einen optischen Lichtleitpfad aufweist, über den die Auskoppelschnittstelle mit der Einkoppelschnittstelle optisch verbunden ist, wobei in dem Lichtleitpfad wenigstens ein Sensorelement angeordnet ist, das zur Modifikation des durch den Lichtleitpfad geleiteten Lichts abhängig von einer von außen auf das Sensorsystem einwirkenden Einflussgröße eingerichtet ist, wobei das Sensorsystem eine flachbauende planare Haltestruktur aufweist, in die die Einkoppelschnittstelle, die Auskoppelschnittstelle, die Elemente des Lichtleitpfades und das Sensorelement baulich integriert und in fest vorgegebener optischer Anordnung zueinander justiert sind.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass das optische Sensorsystem zusammen mit dem mobilen Computergerät wesentlich bedienungsfreundlicher gehandhabt werden kann und aufgrund des kompakten, planaren Aufbaus einfacher vom Benutzer mitgeführt werden kann. Wird als mobiles Computergerät beispielsweise ein Smartphone verwendet, behält dieses auch bei Ergänzung mit dem optischen Sensorsystem seine äußeren Maße im Wesentlichen bei, weil das Sensorsystem derart kompakt bereitgestellt werden kann, dass es kaum auf- trägt.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass die Haltestruktur für eine definierte Lage der einzelnen darin integrierten Elemente sorgt, insbesondere die Einkoppelschnittstelle, die Auskoppelschnittstelle, die Elemente des Lichtleitpfads und das Sensorelement, die in fest vorgegebener optischer Anordnung zueinander gehalten werden . Dementsprechend kommt es nicht zu Dejustierungen zwischen diesen Elementen.

Das mobile Computergerät kann, wie erwähnt, ein Smartphone sein, oder jedes andere Mobiltelefon oder mobile Computergeräte sonstiger Art, wie zum Beispiel Laptop, Tablet, tragbares Medienabspielgerät (z.B. iPod), Smartwatch oder ähnliches.

Die von außen auf das Sensorsystem einwirkende Einflussgröße kann eine physikalische, chemische und/oder biochemische Größe sein. Eines, mehrere oder alle der in die planare Haltestruktur baulich integrierten Elemente können insbesondere lösbar an der planaren Haltestruktur befestigt sein, so dass sie im Bedarfsfall ausgetauscht werden können. So kann das Sensorelement beispielsweise als Einwegsensor ausgebildet sein, der ausgetauscht werden kann. Die Haltestruktur und/oder die übrigen Elemente können dabei wiederverwendbar sein.

Das in dem Lichtleitpfad angeordnete Sensorelement kann insbesondere ein optischer Sensor sein. Der optische Sensor dient zur Erfassung von Umgebungsparametern. Mit Hilfe von beispielsweise Absorptions-, Streulicht-, Refle- xionslicht-, Transmissionslicht-, Fluoreszenzlicht-, Polarisationslicht-, Brechzahlmessungen, Quantenpunkte und/oder der Bestimmung des Amplitudenbzw. Phasenspektrums des Lichts können Umgebungsparameter untersucht werden. Der optische Sensor kann z.B. mittels Plasmonen, Kavität, optischem Evaneszensfeld, optischem Gitter, Photonic Crystal, Ring-Resonatoren oder Fabry-Perot bzw. Mach-Zehnder Interferometer oder als Optode realisiert werden. Plasmonensensoren können z.B. durch eine Gold-, Silberbeschichtung und/oder Nanostrukturierung (z.B. Nanopartikeln) realisiert werden. Im Falle von Nanopartikel-basierten Plasmonen-Sensoren können die Nanopartikel bereits vor der Anwendung des Sensorsystems auf der Sensoroberfläche vorliegen o- der erst während der Anwendung des Sensorsystems auf die Sensoroberfläche aufgebracht werden. Weiterhin kann eine Haftschicht zwischen Sensor und Me- tallbeschichtung eingesetzt werden und eine Gitterstruktur zur Phasenanpassung integriert werden. Mehrere optische Sensoren können seriell und/oder parallel entlang des optischen Wellenleiters gemultiplext werden, wobei Wellen- längenmultiplexing angewendet werden kann. Weiterhin können Linsen zur Er- höhung der Koppeleffizienz der Ein- und/oder Auskoppelschnittstelle eingesetzt werden.

Das Sensorsystem kann insbesondere als Chiplabor ausgebildet sein. Die Einkoppelschnittstelle kann wenigstens ein Einkoppelglied aufweisen, zum Beispiel in Form von einem oder mehreren Einkoppelbauteilen. Entsprechend kann die Auskoppelschnittstelle wenigstens ein Auskoppelglied enthalten, zum Beispiel in Form von einem oder mehreren Auskoppelbauteilen. Ein Einkoppelbauteil und/oder ein Auskoppelbauteil kann durch Fresnel-/Totalreflektion und/oder Lichtbeugung realisiert werden. Einkoppelbauteile und/oder Auskoppelbauteile können zum Beispiel optische Elemente wie Spiegel, Prisma, abgeschrägter Wellenleiter, optisches Gitter sein. Weiterhin können Nanopartikel zur optischen Kopplung eingesetzt werden. Die Effizienz des Einkoppelglieds und/oder des Auskoppelglieds kann mittels eines Linsensystems und/oder einer Taper-Struktur optimiert werden. Weiterhin kann mittels Polarisationsfilter als Ergänzung zum Einkoppelbauteil und/oder Auskoppelbauteil die Lichtpolarisation eingestellt und optimiert werden. Durch ein optisches Gitter als Einkoppelglied oder durch Änderung der Farbe des Dis- plays am Ort des Eingangskopplers kann außerdem gezielt Licht einer Wellenlänge eingekoppelt werden.

Die planare Haltestruktur kann aus biegesteifem oder relativ flexiblem Material gebildet sein. Insbesondere kann die planare Haltestruktur biegsam sein und behält dabei ihre flachbauende planare Eigenschaft bei. Die planare Haltestruktur kann aus Kunststoff, Metall, Naturmaterialien wie Holz oder Kork, aus Tex- tilmaterial oder einer Kombination daraus bestehen.

Das Sensorsystem kann hierdurch kostengünstig hergestellt werden. Aufgrund der kostengünstigen Herstellung kann das Sensorsystem auch als Einweg- Sensorsystem bereitgestellt werden . Dies ist insbesondere in Einsatzfällen mit hohen Hygiene-Anforderungen vorteilhaft.

Die Lichtquelle des mobilen Computergeräts kann zum Beispiel eine Lichtquelle zur Erhellung des von der Kamera des Computergeräts erfassten Bereichs sein, zum Beispiel in Form eines Blitzlichts (Weißlichtquelle), einer LED (Leuchtdiode) oder einem ähnlichen Bauteil . Die Lichtquelle kann zum Beispiel auch ein Display des mobilen Computergeräts sein . Insbesondere kann die Lichtquelle als Mehrfarb-Lichtquelle ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass gezielt unterschiedliche Wellenlängen in den Lichtleitpfad eingespeist werden können. Durch entsprechende Softwaresteuerung kann die Wellenlänge jederzeit geändert werden, so dass hierdurch erst bestimmte Messungen möglich werden. Die Kamera des mobilen Computergeräts kann eine frontseitige, eine rückwärtige oder eine seitlich angeordnete Kamera sein. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das optische Sensorsystem lediglich rein passive Bauelemente auf, das heißt solche Bauelemente, die keine elektrische Energieversorgung benötigen. Dies hat den Vorteil, dass das optische Sensorsystem ohne eigene elektrische Energiequelle realisiert werden kann, was zusätzlich förderlich für eine kompakte, kostengünstige und leichte Ausführung des Sensorsystems ist. Zudem entfällt ein Wechseln o- der Nachladen elektrischer Energieversorgungsbauteile.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die planare Haltestruktur als dünne, flache Struktur mit zwei voneinander abgewandten Haupt- Oberflächen ausgebildet, die die äußeren Oberflächen der Haltestruktur mit dem größten Flächeninhalt sind, wobei die Hauptoberflächen im Wesentlichen paral- lel zueinander verlaufen. Hierdurch lässt sich das Sensorsystem besonders kompakt gestalten, so dass es über das damit verbundene mobile Computergerät nicht wesentlich hinaussteht. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die planare Haltestruktur eine Dicke auf, die wesentlich geringer ist als ihre Breite und Länge. Auch hierdurch lässt sich das Sensorsystem besonders kompakt gestalten, so dass es über das damit verbundene mobile Computergerät nicht wesentlich hinaussteht.

Insbesondere ist es vorteilhaft, die planare Haltestruktur mit einer Dicke auszubilden, die nicht größer ist als die Dicke des mobilen Computergeräts, mit dem das optische Sensorsystem zusammenwirken soll. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der in der planaren Haltestruktur integrierte Lichtleitpfad zur im Wesentlichen parallelen Lichtleitung entlang der Hauptoberflächen der planaren Haltestruktur ausgebildet. Dies erlaubt eine gute Ausnutzung des vorhandenen Bauraums in der an sich recht dünn ausgebildeten Haltestruktur.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Lichtleitpfad wenigstens einen in der planaren Haltestruktur verlegten Lichtwellenleiter auf. Der Lichtwellenleiter kann zum Beispiel als Glasfaser-Lichtleiter oder ähnlicher Lichtleiter ausgebildet sein, insbesondere als flexibler Lichtleiter. Der Lichtwel- lenleiter kann sich aus einem Kern und Mantel zusammensetzen, wobei der

Kern optisch dichter ist. Der Lichtwellenleiter kann als slab-, ridge-, buried- oder fibre- Waveguide aufgebaut sein sowie ein- oder vielmodig sein. Weiterhin kann beispielsweise die Querschnittsgeometrie des Lichtwellenleiters zirkulär oder rechteckig sein, wobei der Kern und Mantel des Lichtwellenleiters beispielswei- se aus Polymer, Glas, Silizium oder Luft bestehen können. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Lichtleitpfad wenigstens einen im Bogen, d.h . bogenförmig, in der planaren Haltestruktur verlegten Lichtwellenleiter auf. Auf diese Weise kann über ein und denselben Lichtwellenleiter das Licht von einer Lichtquelle des Computergeräts zur Kamera des Computergeräts zurückgeführt werden, auch wenn diese beiden Elemente des Computergeräts dicht beieinander angeordnet sind.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Lichtleitpfad wenigstens ein Einkoppelglied zum Einkoppeln des Lichts in den Lichtleitpfad an der Einkoppelschnittstelle und/oder einen Auskoppelglied zum Auskoppeln des Lichts aus dem Lichtleitpfad an der Auskoppelschnittstelle auf, wobei das Einkoppelglied und/oder das Auskoppelglied dazu eingerichtet ist, in einer Richtung senkrecht zu einer Hauptoberfläche eingekoppeltes bzw. ausgekoppeltes Licht zumindest teilweise in Längserstreckungsrichtung des Lichtleitpfads abzulen- ken. Auf diese Weise kann mit geringem Aufwand die in der Regel senkrecht zu einer Hauptoberfläche gerichtete Lichtabstrahlrichtung der Lichtquelle eines mobilen Computergeräts und/oder der senkrecht zu einer Hauptoberfläche gerichteten Erfassungsrichtung der Kamera eines mobilen Computergeräts ange- passt werden an den im Wesentlichen parallel zu der Hauptoberfläche verlau- fenden Lichtleitpfad.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die planare Haltestruktur wenigstens ein mechanisches Fixiermittel auf, das eine korrekte Anordnung und Justierung des Computergeräts relativ zum Sensorsystem unter- stützt. Das oder die Fixiermittel, die insbesondere als Justiermittel ausgebildet sein können, können zur Fixierung des Computergeräts am Sensorsystem durch Kraftschluss (Reibschluss) oder Formschluss ausgebildet sein, zum Beispiel in Form von Rastmitteln, als Klemmverbindung oder als Klebeverbindung. Dies hat den Vorteil, dass das Zusammenfügen zwischen dem Computergerät und dem optischen Sensorsystem durch das oder die Fixiermittel unterstützt wird und für den Anwender damit vereinfacht wird. Fehljustierungen werden damit automa- tisch weitestgehend vermieden. Das mechanische Fixiermittel kann ein federbelastetes Klemmsystem aufweisen, z.B. ähnlich einer Wäscheklammer, mit dem die planare Haltestruktur an dem Computergerät angeklemmt werden kann. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Sensorsystem in eine Schutzhülle des Computergeräts, ein Kleidungsstück oder in eine Verpackung integriert oder als solche ausgebildet. Auf diese Weise kann das Sensorsystem besonders unauffällig mitgeführt werden und wird somit vom Anwender nicht als störend empfunden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Lichtwellenleiter einstückig mit zumindest einem Teil der planaren Haltestruktur ausgebildet. Auf diese Weise kann der Lichtwellenleiter in fertigungstechnisch besonders günstiger Weise in die Haltestruktur integriert werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Sensorsystem mehrere in demselben Lichtleitpfad hintereinander angeordnete Sensoren auf. Auf diese Weise können über einen Lichtleitpfad mehrere Sensorsignale erfasst werden und unterschiedliche Einflussgrößen sensiert werden. Die mehreren hin- tereinander angeordneten Sensoren können dann im Multiplexbetrieb abgefragt werden . Eine Erweiterung des Computergeräts auf zusätzliche Lichtquellen und/oder Kameras kann dadurch vermieden werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Sensorsystem mehrere parallele Lichtleitpfade mit wenigstens einem in jedem Lichtleitpfad angeordnetes Sensorelement auf. Auf diese Weise können bei gegebener Hardwareausstattung des Computergeräts ebenfalls mehrere Sensorsignale erfasst werden und unterschiedliche Einflussgrößen sensiert werden. Mehrere Wellenleiter können auch ohne Wellenleiterkoppler parallel mit einer LED und Kamera betrieben werden Durch das Multiplexen von mehreren optischen Sensoren können beispielsweise eine Vielzahl von Parametern gemessen werden und/oder Kreuzempfindlichkeiten der optischen Sensorstruktur zum Beispiel gegenüber Temperatur kompensiert werden. Auch über bereits im Computergerät vorhandene Sensoren kann eine Kompensation von Kreuzempfindlichkeiten, zum Beispiel Temperatur und Feuchtigkeit, realisiert werden.

Zur Funktionalisierung des Sensorbereichs können grundsätzlich verschiedene Rezeptoren, die spezifisch an den nachzuweisenden Analyten binden, in dem Sensorbereich immobilisiert werden. Als Rezeptoren können dabei sowohl Moleküle natürlichen Ursprungs, wie z.B. Antikörper und Enzyme, als auch synthetisch hergestellte Moleküle, wie z.B. Aptamere eingesetzt werden. Neben den aufgeführten Makromolekülen können auch niedermolekulare Moleküle auf der Sensoroberfläche immobilisiert werden, um die gewünschte Spezifität gegen- über dem nachzuweisenden Analyten herbeizuführen. Die Immobilisierung dieser Rezeptoren auf dem Sensor kann sowohl kovalent als auch adsorptiv an die Oberfläche des Sensors erfolgen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sensorelement wenigstens einen Sensorbereich aufweist, an dem als Rezeptoren für die Sensierung eines nachzuweisenden Analyten Aptamere oder andere Spezifitäts-vermittelnde Rezeptoren wie z.B. Antikörper angeordnet sind, die spezifisch an den nachzuweisenden Analyten binden . Auf diese Weise ist eine wirkungsvolle, einfach aufzubringende Funktionalisierung des Sensorbereichs, z.B. in Form einer Sensoroberfläche, möglich. Die Aptamere oder andere Spezi- fitäts-vermittelnden Rezeptoren wie z.B. Antikörper weisen eine hohe Selektivität zum Nachweis bestimmter Analyten auf, sie eignen sich daher insbesondere für die Erkennung bestimmter Krankheiten. Gegenüber anderen möglichen Rezeptoren haben die Aptamere den Vorteil, dass sie stabiler und somit dauerhaft funktionsfähig sind. Die auf der Sensoroberfläche angeordneten Aptamere oder anderen Spezifitätsvermittelnden Rezeptoren wie z.B. Antikörper binden den nachzuweisenden Analyten und führen dabei zu einer Änderung der optischen Eigenschaften des über der Sensoroberfläche befindlichen Mediums.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, zusätz- lieh Aptamere oder andere Spezifitätsvermittelnden Rezeptoren wie z.B. Antikörper zur Signalverstärkung einzusetzen. Dazu können verschiedene Modifikationen eingesetzt werden, die in der Lage sind, die optischen Eigenschaften des Mediums über der Sensoroberfläche zu beeinflussen, wie z.B. Nanopartikel oder Farbstoffe. Hierdurch wird eine weitere Möglichkeit zur Verstärkung des Signals gegeben, die sich insbesondere für größere Analyten wie Proteine oder Zellen eignet. In einer möglichen Ausführungsform sind die Aptamere oder anderen Spezifitäts-vermittelnden Rezeptoren wie z.B. Antikörper dabei mit Gold- Nanopartikeln modifiziert. Diese modifizierten Rezeptoren binden an den Analyten, welcher von den auf der Sensoroberfläche vorliegenden Aptameren oder anderen anderen Spezifitäts-vermittelnden Rezeptoren wie z.B. Antikörpern gebunden wurde. Dadurch wird die Modifikation (z.B. Gold-Nanopartikeln) in der Nähe der Sensoroberfläche positioniert und kann somit zur Signalgenerierung und/oder -Verstärkung genutzt werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Sensorelement zur Sensierung eines Gases oder Gasgemisches eingerichtet. Dies kann z.B. dadurch realisiert werden, dass das Sensorelement, das beispielsweise auf einem Oberflächenplasmonen- (SPR) Sensor basiert, mit einer Metalloxidschicht (dotiert oder undotiert) oder mit Metalloxidschichten (dotiert oder undotiert) funktionalisiert wird. Mit Hilfe von beispielsweise Zinkoxid (ZnO), eisendotiertem Zinndioxid (Fe:SnO2) oder Zirconiumdioxid (ZrO2) können Sensoren zur Detekti- on von Schwefelwasserstoff (H2S), Kohlenstoffmonoxid (CO) oder Kohlenstoffdioxid (CO2) bzw. zur Ermittlung der Luftgüte realisiert werden. Des Weiteren kann durch das serielle/parallele Multiplexen mehrerer Sensoren mit unter- schiedlichen Metalloxidschichten die Spezifität gegenüber einem Gas verbessert werden bzw. mit einem z.B. Smartphone-gestützten Sensorsystem mehrere unterschiedliche Gase detektiert werden.

Zur Sensierung eines Gases oder Gasgemisches kann des Weiteren das Sen- sorelement mit einem Farbumschlagmaterial beschichtet sein oder sich der Wellenleiterkern des Sensorelements ganz oder zum Teil aus dem Farbumschlags- material zusammensetzen . Das Farbumschlagmaterial besteht aus einer Polymer/Farbstoff-Matrix und Farbänderungen des Farbumschlagsmaterial korrelieren mit Gaskonzentrationsänderungen. Anhand eines solchen kolorimetrischen Verfahrens können Gase wie Kohlenstoffmonooxid, Stickstoffdioxid, Ammoniak und/oder Ethylen detektiert werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann das Sensorsystem zur Detektion spektraler Eigenschaften des empfangenen Lichts eingerichtet sein. Dies ist insbesondere bei Ausbildung des Sensorelements als SPR-Sensor vorteilhaft. Die spektralen Eigenschaften und/oder die Empfindlichkeit des SPR- basierenden Sensorsystems können optimiert werden beispielsweise durch die Kern- und/oder Mantelbrechzahl des optischen Wellenleiters, durch eine Metalllegierung (z.B. Silber/Gold), durch Tapern des SPR-Sensorelements, durch eine dielektrische Zwischenschicht zwischen SPR-Sensorelement und Umgebungsmedium (Funktionalisierung), durch einen Stack (Stapel von mindestens zwei dielektrischen Schichten) von unterschiedlichen dielektrischen Zwischensichten und/oder zwei Metallschichten, welche durch einen Stack von dielektrischen Zwischenschichten separiert sind.

Des Weiteren können die spektralen Eigenschaften und/oder die Empfindlichkeit des SPR-basierenden Sensorsystems (optischer Wellenleiter mit Metallbe- schichtung) durch den Einsatz von Nanopartikeln, insbesondere Metallnanopar- tikel, optimiert werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann das Sensorelement mit Hilfe von Bloch-Oberflächenwellen realisiert werden, z.B. dadurch, dass das Sensorelement mittels eines Stapels (Stack) von dielektrischen Schichten hergestellt wird. Die Metallisierung des Sensorbereichs und insbesondere der Sen- soroberfläche und/oder das Aufbringen von dielektrischen Schichten kann z.B. nasschemisch und/oder mittels Kathodenzerstäubung und/oder Elektroden- Strahlverdampfung erfolgen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sensorsystem ein Fourier-Transform-Spektrometer zur Detektion des von dem Sensorelement modifizierten Lichts aufweist. Dies hat den Vorteil, dass eine zuverlässige Detektion des Spektrums des von der Kamera aufgenommenen Lichts analysiert werden kann. Das Fourier-Transform-Spektrometer (FT- Spektrometer) kann ergänzend oder an Stelle eines Beugungsgitters in dem Sensorsystem eingesetzt werden. Das FT-Spektrometer setzt sich aus einem Interferometer zusammen, welche zwischen Sensorsystem und der Smartpho- ne-Kamera platziert ist. Das Interferogramm des Interferometers wird mittels der Kamera des Computergeräts aufgezeichnet. Durch die Berechnung der inversen Fourier-Transformation des Interferogramms kann das Sensorspektrum ermittelt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sensorsystem eine Fluidik oder Mikrofluidik zur Führung von gelöstem Analyten hin zum Sensorelement aufweist. Auf diese Weise kann das Sensorsystem als Chiplabor ausgebildet sein, das auch mit flüssigen Analyten kompatibel ist. Die Fluidik/Mikrofluidik dient zur Führung der Probenlösung hin zum optischen Sensorelement. Des Weiteren kann das Chiplabor Pufferlösungen beinhalten, welche anhand der Fluidik/Mikrofluidik mit der Probenlösung vermischt werden und die resultierende Lösung mit der Fluidik/Mikrofluidik hin zum optischen Senso- relement geführt wird. Die Pufferlösung/Pufferlösungen können außerdem zur Sensorregeneration eingesetzt werden. Weiterhin können die auf dem Chiplabor integrierten Pufferlösung/Pufferlösungen zur Kalibrierung des optischen Sensor- systems eingesetzt werden, welche vorab der Probenlösung mittels Fluid ik/Mikrofl uidik zum optischen Sensor geführt wird. Außerdem kann der Smart- phone-Vibrationsalarm zur Vermischung der Probenlösung und der Pufferlösung eingesetzt werden. Neben der Möglichkeit, dass das Chiplabor Lösungen beinhaltet, können auch Feststoffe in der Mikrofl uidik bereitgestellt werden. Dies könnten z.B. Puffersalze sein, oder auch andere feste Reagenzien, die bei der Anwendung des Sensorsystems mit einer Flüssigkeit in Kontakt kommen und dabei gelöst und zum Sensorelement transportiert werden. So können auch z.B. Nanopartikel und/oder Nanopartikel, die mit Spezifitäts-vermittelnden Rezeptoren wie z.B. Aptameren oder Antikörpern beschichtet sind, in der Mikrofl uidik vorgehalten werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sensorsystem im Bereich des Sensorelements eine Kavität aufweist, die als Absorptionskammer mit oder ohne Resonatoreigenschaften ausgebildet ist. Zusätzlich kann das resultierende Absorptionsspektrum mit Hilfe von Metallnano- partikeln oder Fluoreszenzmarkierung, welche sich in der Probenlösung befinden und beispielsweise gezielt an die Targets binden können, verstärkt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die planare Haltestruktur hinsichtlich der wirksamen Größe ihres Aufnahmebereichs für das mobile Computergerät in wenigstens einer räumlichen Dimension verstellbar ist. Auf diese Weise kann ein universell einsetzbares Sensorsystem ge- schaffen werden, das für verschiedene Bauarten von mobilen Computergeräten, insbesondere unterschiedliche Smartphones, geeignet ist, indem es durch Verstellung an das Computergerät adaptierbar ist.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sensorsystem oder zumindest diejenigen Teile des Sensorsystems, die die

Lichtquelle und/oder die Kamera überdecken, gegenüber der Haltestruktur hin- sichtlich ihrer Position verstellbar sind. Hierdurch wird die universelle Ersetzbarkeit des Sensorsystems bei unterschiedlich ausgebildeten mobilen Computergeräten weiter verbessert, insbesondere wenn verschiedene Computergeräte an unterschiedlichen Positionen die Lichtquelle und/oder die Kamera aufweisen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Einkoppelschnittstelle sich aus mehreren seriell entlang des getaper- ten/ungetaperten optischen Wellenleiters angeordneten 45-Grad Einkoppelgliedern zusammensetzt, sodass ein einheitliches optisches Sensorsystem für un- terschiedliche mobile Computergeräte eingesetzt werden kann. Als„getapert" bzw. Taper werden Bereiche des optischen Wellenleiters bezeichnet, in denen eine Querschnittsveränderung (Verjüngung) des optischen Wellenleiters vorhanden ist. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Einkoppelschnittstelle sich aus mehreren parallelen 45-Grad Einkoppelgliedern und getapertem optischen Wellenleiter zusammensetzt, wobei die 45-Grad Einkoppelglieder auch leicht versetzt angeordnet sein können, sodass ein einheitliches optisches Sensorsystem für unterschiedliche mobile Computergeräte ein- gesetzt werden kann.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sensorsystem sich aus mehreren parallelen optischen Sensorsystemen zusammensetzt, wobei die Längen der mehreren parallelen optischen Sensorsysteme variieren, sodass die jeweiligen Einkoppelglieder sich an unterschiedlichen Orten befinden und somit immer mindestens ein optisches Sensorsystem optimal zur Lichtquelle und Kamera ausgerichtet ist, auch wenn die Positionen dieser Komponenten je nach mobilem Computergerät variieren. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Einkoppelschnittstelle und/oder Auskoppelschnittstelle sich aus einem optischen Gitter mit gechirpter Gitterperiode zusammensetzen. Im Bereich einer gechirp- ten Gitterperiode verändert sich die Periode entlang des optischen Pfads. Hierdurch wird die Eignung des optischen Gitters für mehrere Wellenlängen verbessert.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sensorsystem gewölbt und/oder schräg (horizontal und/oder vertikal) platziert werden kann, um die optische Kopplung je nach Smartphone-Typ (mobilen Computergerät) zum Sensorsystem zu optimieren. Hierzu kann das Sensorsys- tem flexibel bzw. biegsam ausgebildet sein.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sensorsystem oder zumindest diejenigen Teile des Sensorsystems, die die Lichtquelle und/oder die Kamera überdecken, hinsichtlich ihrer Größe und Posi- tion derart auf das mobile Computergerät abgestimmt sind, dass die Lichtquelle und/oder die Kamera nur partiell überdeckt sind. Auf diese Weise kann z.B. die Lichtquelle und/oder die Kamera des mobilen Computergerätes zusätzlich noch für andere Zwecke genutzt werden, z.B. um ohne Entfernen des Sensorsystems Fotos aufzunehmen. Durch eine entsprechende Bildbearbeitungssoftware, die auf dem mobilen Computergerät oder einem anderen Computergerät installiert sein kann, können die jeweiligen Pixelzeilen und/oder Pixelspalten, die dem Sensorsystem zugeordnet sind, aus aufgenommenen Fotos wieder entfernt werden. Sofern das Sensorsystem in einer Smartphone-Schutzhülle integriert ist, kann die Smartphone-Schutzhülle so gestaltet werden, dass das Sensorsystem flexibel vor der Lichtquelle und Kamera des Smartphone platziert werden kann. So könnte der Anwender flexibel Messungen oder Fotos mit dem Smartphone machen. Beispielsweise könnte eine Verschiebungsvorrichtung für die flachbauen- de Sensorstruktur in der Smartphone-Schutzhülle vorgesehen werden. Alternativ könnte das Sensorsystem starr in der Smartphone-Schutzhülle integriert werden und das Auskoppelglied des Sensorsystems so konzipiert werden, dass nur wenige Pixelzeilen bzw. Pixelspalten der Smartphone-Kamera zur Sensorauswertung notwendig sind. In einer bevorzugten Gestaltungsform befinden sich die besagten Pixelzeilen bzw. Pixelspalten am Rande der Smartphone-Kamera, so dass im Falle einer herkömmlichen Fotoanwendung diese Pixelzeilen bzw. Pixelspalten aus dem Bild gelöscht werden können.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Sensorsystem in der Einkoppelschnittstelle und/oder in der Auskoppelschnittstelle wenigstens einen mittels eines 45 Grad-Schneideverfahrens, nachträglichem Heißprägeverfahren und/oder nachträglicher Materialbearbeitung hergestellten 45 Grad- Spiegel auf. Dies erlaubt eine zuverlässige und kostengünstige Herstellung des Sensorsystems.

Die Auswertung der von dem Sensorsystem ermittelten Daten bzw. der von der Kamera des Computergerätes aufgenommenen Bilddaten kann direkt auf dem Computergerät selbst durchgeführt werden, oder Remote auf einem externen Computer. Dementsprechend können für die Auswertung der Daten des Sensor- Systems entsprechende Algorithmen und Software entweder direkt auf dem

Computergerät oder auf dem externen Computer ausgeführt werden. Auch eine verteilte Ausführung bestimmter Komponenten der Algorithmen und Software auf beiden Geräten, d.h. dem mobilen Computergerät und dem externen Computer, ist vorteilhaft.

Dementsprechend bezieht sich die Erfindung auch auf ein Computerprogramm zur Ausführung auf einem mit dem Sensorsystem der zuvor erläuterten Art zusammenwirkenden Computergerät oder einem externen Computer. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Computerprogramm dazu eingerichtet, die Lichtquelle des Computergerätes mit einem vorbestimmten Modulationsschema moduliert anzusteuern und ferner das von der Kamera empfangene Licht mit einem dem Modulationsschema zugeordneten Demodulationsschema zu demodulieren. Dies kann z.B. durch eine gepulste Ansteuerung der Lichtquelle erfolgen, z.B. mittels einer sicheren, fehlererkennenden Kodierung. Auf diese Weise können externe Störungen wie Fremdlicht minimiert werden. So kann z.B. die Lichtquelle periodisch mit einer entsprechenden Frequenz ein- und ausgeschaltet werden. Hierdurch kann die Sensorempfindlichkeit erhöht und/oder die Empfindlichkeit gegenüber Störlicht (Umgebungslicht) reduziert werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können mehrere Messun- gen sequentiell durchgeführt und ein Mittelwert gebildet werden sowie unterschiedliche Messungen sequentiell durchgeführt werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Computergerät den Nutzer über die richtige Anwendung des Sensorsystems mittels eines auf dem Computergerät abgespielten Videos anleiten bzw. unterstützen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Computerprogramm zur Auswertung des Sensorsystems zusätzlich weitere Daten des mobilen Computergerätes, wie beispielsweise GPS-Position, miteinbeziehen. Hier- durch lassen sich vorteilhafte Anwendungen z.B. im Bereich der Reisemedizin erschließen. So kann die GPS-Position z.B. genutzt werden, um schnelle ortsnahe medizinische Hilfe anzufordern, z.B. durch einen automatischen Notruf. Ferner kann die GPS-Position z.B. genutzt werden, um eine mittels des Sensorelements erstellte Diagnose zusätzlich zu präzisieren, indem z.B. Krankheits- bilder ausgeschlossen werden, die für die jeweilige geografische Region unwahrscheinlich sind.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Computerprogramm dazu eingerichtet, eine Spektralanalyse des von der Kamera aufgenom- menen Signals durchzuführen. Auf diese Weise kann das Sensorelement auch direkt mit der Kamera des mobilen Computergerätes spektral ausgewertet wer- den, indem z.B. die gemessenen Intensitätswerte der Kamerapixel mit unterschiedlichen spektralen Empfindlichkeiten zur Auswertung herangezogen werden. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen Figur 1 ein mobiles Computergerät sowie ein optisches Sensorsystem in perspektivischer Darstellung und

Figuren 2 bis 5 verschiedene Ausführungsformen eines optischen Sensorsystems in Draufsicht und

Figuren 6 und 7 verschiedene Ausführungsformen eines optischen Sensorsystems in Seitenansicht und

Figur 8 ein mobiles Computergerät, eine Haltevorrichtung sowie ein optisches Sensorsystem in perspektivischer Darstellung und

Figur 9 ein mögliches Messprinzip eines Aptamer-basierten Sensorsystems und Figur 10 ein erstes Herstellungsverfahren für ein Sensorsystem und

Figur 1 1 ein zweites Herstellungsverfahren für ein Sensorsystem

Figur 12 ein drittes Herstellungsverfahren für ein Sensorsystem und Figur 13 mögliche Gestaltungsformen eines planar-optischen Sen- sorsystems und

Figur 14 mögliche weitere Gestaltungsformen und Anordnungen der

Ein- und Auskoppelschnittstelle

Figuren 15 bis 17 weitere Ausführungsformen des Sensorsystems und

Figur 18 ein Sensorsystem zum Zusammenwirken mit einer Smart- phone-Schutzhülle und

Figur 19 eine Smartphone-Schutzhülle zur Positionierung des Sensorsystems und

Figur 20 eine Haltevorrichtung für das Sensorsystem.

Figur 21 Sensorsystem in Gestaltungsform einer Glasfaser und externen optischen Komponenten

In den Figuren 2 bis 7 ist das optische Sensorsystem jeweils teilweise geschnit- ten dargestellt, so dass die in die planare Haltestruktur integrierten Elemente sichtbar werden. In den Zeichnungen werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente verwendet.

Die Figur 1 zeigt ein mobiles Computergerät 100, zum Beispiel ein Smartphone, das an seiner Vorderseite zum Beispiel ein Display 101 sowie Bedienelemente 102 aufweist. Ferner ist ein optisches Sensorsystem 1 dargestellt, das eingerichtet ist zum Zusammenwirken mit dem mobilen Computergerät 100. Hierfür weist das optische Sensorsystem eine Halterung 10 auf, in die das Computergerät 100 passgenau eingesetzt werden kann, zum Beispiel ähnlich einem Bumper für ein Smartphone. Die Halterung 10 weist in einem Aufnahmebereich, in den das Computergerät 100 einzusetzen ist, eine planare Haltestruktur 1 1 auf, die die Halterung 10 nach unten hin begrenzt. In die planare Haltestruktur 1 1 sind verschiedene optische Bauteile integriert, die nachfolgend noch erläutert werden. Sichtbar sind in der Figur 1 insbesondere eine Einkoppelschnittstelle 3 zur Einkopplung von Licht von der Lichtquelle des Computergeräts 100 und eine Auskoppelschnittstelle 4 zur Auskopplung von Licht vom Sensorsystem 1 zur Kamera des Computergeräts 100.

Erkennbar ist ferner, dass die planare Haltestruktur 1 1 als dünne, flache Struktur mit zwei voneinander abgewandten Hauptoberflächen 12, 14 ausgebildet ist.

Die planare Haltestruktur 1 1 ist in einer ersten Ausführungsform in Figur 2 in Draufsicht dargestellt, wobei die planare Haltestruktur 1 1 soweit geöffnet ist, dass die darin angeordneten optischen Bauteile wie in der Figur 2 dargestellt Sichtbar werden. Erkennbar ist, dass von der Einkoppelschnittstelle 3 ausge- hend ein Lichtleitpfad 2, gebildet durch einen Lichtwellenleiter, nach unten geführt ist und über einen 180°-Bogen wieder zurück zur Auskoppelschnittstelle 4 geführt ist. In dem Lichtleitpfad 2 ist ein Sensorelement 5 angeordnet, das nachfolgend auch als Sensor bezeichnet wird . Über die Einkoppelschnittstelle 3 wird Licht von der Lichtquelle 7 des Computergeräts 100 in den Lichtleitpfad 2 einge- speist, durch den Sensor 5 geführt, und über die Auskoppelschnittstelle 4 wird das austretende Licht der Kamera 8 des Computergeräts 100 zugeführt.

In einer zweiten Ausführungsform, die in Figur 3 dargestellt ist, wird das Licht nicht wie in der ersten Ausführungsform durch den Sensor 5 hindurch geführt (Transmissionsprinzip), sondern es wird über den Sensor 5 reflektiert (Reflexionsprinzip). Daher ist in dieser Ausführungsform über einen Wellenleiterkoppler 6 das Licht von der Lichtquelle 7 über die Einkoppelschnittstelle 3 über den Lichtleitpfad 2 zu dem Sensor 5 hingeführt. Das dort reflektierte Licht wird über den Lichtleitpfad 2 und den Wellenkoppler 6 zur Auskoppelschnittstelle 4 geführt und kann dementsprechend über die Kamera 8 aufgenommen werden. In einer dritten Ausführungsform, die in Figur 4 dargestellt ist, sind in demselben Lichtleitpfad 2 hintereinander mehrere optische Sensoren 5 angeordnet, in diesem Fall fünf Stück. Die Signalerfassung im Computergerät 100 erfolgt über optisches Multiplexing.

In einer vierten Ausführungsform, die in Figur 5 dargestellt ist, sind mehrere Lichtleitpfade, zum Beispiel zwei Lichtleitpfade 2, parallel zueinander angeordnet. In jedem Lichtleitpfad ist wenigstens ein Sensor 5 angeordnet. Die Lichtleitpfade 2 können über einen jeweiligen Wellenleiterkoppler 6 mit der Einkoppel- schnittsteile 3 beziehungsweise mit der Auskoppelschnittstelle 4 verbunden. Weiterhin könnten die parallelen Lichtpfade jeweils eine eigene Auskoppelschnittstelle aber eine gemeinsame Einkoppelschnittstelle besitzen.

Wie erkennbar ist, sind die dargestellten Ausführungsbeispiele nicht erschöp- fend. Es können im Prinzip beliebig viele Sensoren in einem Lichtleitpfad vorhanden sein, ebenso können im Prinzip beliebig viele parallele Lichtleitpfade vorgesehen sein. Sämtliche Ausführungsbeispiele können daher miteinander kombiniert werden. Das optische Sensorsystem 1 kann ferner in Form eines ridge waveguide (Figur 6) oder buried waveguide (Figur 7) realisiert sein. Die Figur 6 zeigt einen Lichtleitpfad 2 in Form eines Lichtwellenleiters, der auf einem Substrat 9 aufgebracht ist, das als Haltestruktur dient. In dem Lichtleitpfad 2 ist wiederum ein Sensor 5 angeordnet. Die Einkoppelschnittstelle 3 weist in diesem Fall ein als Abschrä- gung des Lichtwellenleiters ausgebildetes Einkoppelglied 3a auf, durch das einfallendes Licht 13 abgelenkt wird. Die Auskoppelschnittstelle 4 weist als Auskoppelglied eine Abschrägung 4a des Lichtwellenleiters auf, über die das Licht wiederum abgelenkt wird. Ferner weist die Auskoppelschnittstelle 4 als weiteres Auskoppelglied ein optisches Gitter 4b auf (Beugungsgitter), mit dem das Licht in entsprechende Spektralanteile aufgeteilt werden kann, so dass die Kamera 8 des Computergeräts 100 als Spektrometer eingesetzt werden kann. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 7 ist in das Substrat 9, das als Haltestruktur dient, ein Lichtleitpfad 2 eingebettet. Ebenso ist der Sensor 5 in den Lichtleitpfad und das Substrat 9 eingebettet. Die Einkoppelschnittstelle 3 für ein- tretendes Licht 13 weist ein Einkoppelglied in Form eines optischen Gitters 3a auf. Die Auskoppelschnittstelle 4 weist ein Auskoppelglied in Form eines optischen Gitters 4a auf.

Die dargestellten Verläufe der Lichtleitpfade 2 sind jeweils nur beispielhaft an- gegeben. Je nach Realisierung des Sensorsystems können die Verläufe auch anders aussehen. Der Sensor 5 beziehungsweise die mehreren Sensoren 5 können an beliebigen Positionen entlang des Lichtleitpfads angeordnet sein, nicht nur an den in den Ausführungsbeispielen beispielhaft angegebenen Positionen.

Die Auskoppelschnittstelle 4 dient zur Kopplung des Lichtleitpfads 2 mit der Kamera 8 des Computergeräts 100, wobei sowohl die Kamera auf der Vorder- sowie Rückseite eingesetzt werden kann. Das Auskoppelglied kann sich z.B. aus einem Prisma, Spiegel und/oder optischem Gitter zusammensetzen. Weiterhin kann ein um 45° abgeschrägter Wellenleiter mit/ohne optischem Gitter eingesetzt werden, wobei u.a. das Licht durch Totalreflektion umgelenkt wird. Mit Hilfe des optischen Gitters kann das Licht vom optischen Wellenleiter räumlich spektral getrennt werden und somit kann mit der Smartphone- Kamera das spektrale Verhalten der optischen Sensorstruktur untersucht werden.

Die Figur 8 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der in Figur 1 dargestellten Erfindung. Im Unterschied zur Figur 1 weist die Halterung 10 an ihrer Auflagefläche 16 einen Aufnahmebereich 17 für das Sensorsystem 1 auf. Das Sensorsystem 1 ist als separate Einheit mit einer wiederum vorhandenen planaren Haltestruktur 1 1 ausgebildet, die zusammen mit den darin beziehungsweise daran angeordneten weiteren Komponenten 3,4 in den Aufnahmebereich 1 7 ein- gesetzt werden kann.

Die Herstellung der optischen Bauelemente des Sensorsystems 1 kann beispielsweise durch ein Druckverfahren, Fotolithographie, Mikroreplikation, La- sermaterialprozessierung und/oder aus einer Kombination der genannten Verfahren erfolgen.

Beispielweise können polymere, optische Bauelemente durch Flexodruck, Offsetdruck oder Tintenstrahldruck hergestellt werden. Im Hinblick auf die

Mikroreplikation erfolgt die Übertragung der optischen Bauelemente in ein Substrat mit Hilfe eines nanostrukturierten Stempels. Die Strukturübertragung kann beispielsweise durch Reaction Injection Molding, Injection Molding, Injection Compression Molding, Hot Embossing, Thermoforming oder Nanoimprint Litho- graphy geschehen . Beispielsweise ist das Hot Embossing von mikrooptischen Strukturen in polymeren Substraten ein gängiges Verfahren. In einer evakuierten Umgebung wird ein thermoplastischer Kunststoff auf seinen viskoelastischen Zustand aufgeheizt und in einen nanostrukturierten Stempel gedrückt. Die Ent- formung erfolgt anschließend nach der Abkühlung. Für das Heißprägen können nahezu sämtliche Thermoplaste und thermoplastischen Elastomere verwendet werden.

Die Lasermaterialprozessierung beinhaltet beispielsweise die Herstellung von optischen Wellenleitern durch laserinduzierte Brechzahländerung an der Oberfläche bzw. im Volumen von z.B. Polymerensubstraten oder die Herstellung von mikrooptischen Strukturen durch Laserablation. Beispielsweise können mit Hilfe einer Fotomaske und eines Excimerlasers oder durch das maskenlose Laserdi- rektschreibverfahren, beispielsweise mittels Femtosekundenlaser, optische Wellenleiterstrukturen in Polymer geschrieben werden. Weiterhin kann die dreidimensionale Strukturierung der optischen Sensorstruktur in Kunststoffen durch Zwei-Photonen-Polymerisation (2PP) erfolgen. Die optischen Bauelemente können außerdem durch laserinduzierte Brechzahländerungen an der Oberfläche bzw. im Volumen von Glassubstraten hergestellt werden. Weiterhin könnte das lonenaustauschverfahren zur Herstellung von optischen Bauelementen in Glas eingesetzt werden.

Im Hinblick auf die Herstellung der optischen Bauelemente kann beispielsweise die Einkoppelschnittstelle 3 und die Auskoppelschnittstelle 4 sowie die Lichtwellenleiter zunächst per Mikroreplikation hergestellt bzw. vorbereitet werden, um im Anschluss durch den Eintrag eines höherbrechenden Polymers oder einer Glasfaser oder durch das Wellenleiterdrucken oder durch die Lasermaterialpro- zessierung den Herstellungsprozess des optischen Strahlengangs zu vervollständigen. Im Anschluss der Herstellung des optischen Strahlengangs wird die Sensorstruktur ggf. entsprechend dem Zielparameter bzw. den Zielparametern funktionalisiert.

Im Rahmen von Versuchen wurde ein Oberflächenplasmonen-Sensorsystem basierend auf einer optischen Glasfaser zur Umweltanalytik für Smartphones entwickelt. Als optische Glasfaser wurde eine 25 cm lange 400 μιτι Plastic Clad- ding Silica (PCS)-Faser verwendet. Beide Enden der Glasfaser wurden um 45° angeschliffen, um Licht durch Totalreflektion in die Glasfaser senkrecht ein- bzw. auszukoppeln. Der Oberflächenplasmonensensor wurde durch eine etwa 1 cm lange Silberbeschichtung des Glasfaserkerns realisiert, wobei an dieser Stelle der Glasfasermantel vorab entfernt wurde. Mittels eines holographischen PDMS Beugungsgitters zwischen Glasfaserende und Smartphone-Kamera wur- den die spektralen Komponenten der Smartphone-LED räumlich getrennt auf der Smartphone-Kamera abgebildet. Durch die spektrale Zerlegung kann die Resonanz des Oberflächenplasmonensensors detektiert und Änderungen der Umgebungsbrechzahl durch Verschiebung der Resonanz gemessen werden . Im Rahmen der Versuche konnte bereits eine Empfindlichkeit von 5,96- 10 ^~4 Brech- zahleinheiten/Pixel erzielt werden . Durch Optimieren des Ausgangskopplers und Beugungsgitters kann die Empfindlichkeit des entwickelten Sensorsystems wei- ter verbessert werden.

Im Rahmen der Versuche konnte mittels Oberflächenplasmonen ein optisches Sensorsystem für Smartphones mit einer hohen Empfindlichkeit gegenüber Brechzahländerungen entwickelt werden. Durch eine entsprechende Funktiona- lisierung der Sensoroberfläche, d.h. Integration eines Messumformers, welcher z.B. eine Gaskonzentrationsänderung in eine Brechzahländerung wandelt, können eine Vielzahl von Parameter gemessen werden und somit ist eine große Einsatzbandbreite denkbar.

Mögliche zukünftige Anwendungen eines solchen Einwegchiplabors wären beispielsweise ein Schwangerschaftstest, Laktattest oder das Überwachen des Blutzuckergehalts. Ein weiteres Anwendungsgebiet des Einwegchiplabors kann in der Reisemedizin sein. Hier können mit Hilfe der Verknüpfung von Smartpho- ne und eines Sensorsystems neue Produkte entwickelt werden. Der Einwegchip kann z.B. zur Diagnose und Überwachung von Malariainfektionen eingesetzt werden. Weiterhin kann der Einwegchip zur Diagnose von Herzinfarkten oder Lebensmittelvergiftungen auf Urlaubsreisen dienen. Da bei einem Herzinfarkt neben starken Brustschmerzen auch eine erhöhte Konzentration von Enzymen und Eiweißen (Biomarker) des absterbenden Herzmuskels im Blut vorhanden sind, kann durch die Detektion dieser Biomarker der Patient gewarnt und mit Hilfe der GPS- Ortsdaten zur nächsten Notaufnahme geleitet bzw. der Notarzt zum Patienten geführt werden. Weiterhin kann mit einem kostengünstigen auf einem Einwegchip basierenden Sensorsystem neue Anwendungen/ Produkte in der Veterinärmedizin entwickelt werden.

Mit einem Sensorsystem, welches z.B. in einer Smartphone-Schutzhülle integriert ist, können Umweltparameter oder personenspezifische Parameter Überwacht werden. Mögliche Anwendungen können die kontinuierliche Bestimmung von Ammoniak- und/oder Methangehalt in der Landwirtschaft sein. Als Messumformer für Ammoniak oder Methan können Polyaniline oder in PDMS einge- brachte Cryptophane A-Moleküle eingesetzt werden. Weiterhin kann mit dem Sensorsystem Luftfeuchtigkeit, Kohlendioxid, Sauerstoff oder Stickstoff gemessen werden und somit das Raumklima überwacht werden . Weiterhin kann ein Sensorsystem mit integriertem Dosimeter zur Messung von Röntgenstrahlung entwickelt werden . Auf der Basis einer spektralen Dämp- fungs- und/oder Fluoreszenzmessung mittels beispielsweise PMMA-Faser ohne/mit Szintillator können Energiedosen von Röntgenstrahlen gemessen werden. Beispielsweise kann hiermit die Strahlenbelastung von Radiologen ermittelt werden und somit kann das Smartphone-Dosimeter eine kostengünstige Alternative zu bestehenden Personendosimetern sein . Außerdem können Smartpho- nebenutzer ihre UV-Licht Exposition durch Sonneneinstrahlung messen und sich somit vor Sonnenbrand schützen. Die Smartphone-Schutzhülle kann auch in Kleidungsstücken integrierten werden, wobei das Kleidungsstück mit faseroptischen Sensoren versehen ist. Die Smartphone-Schutzhülle dient somit zur Anbindung des Smartphones an das faseroptische Sensorsystem im Kleidungsstück. Mögliche Anwendungen hier sind beispielsweise die Überwachung der Atmung von Neugeborenen durch ein mit faseroptischen Dehnungssensoren versehendes Oberteil, um einen möglichen Atemstillstand zu detektieren, oder die Messung des Blutdrucks mit einem Smartphone-Sphygmomanometer.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung und deren Vorteile:

Integration von optischen Wellenleitern und Wellenleitersensoren in die Smart- phone- Schutzhülle zur Überwachung von Umweltparametern oder personenspezifischen Parametern, wobei die Smartphone-LED und -Kamera als Lichtquelle bzw. Detektor dienen.

Optische Wellenleiter und Wellenleitersensoren in Polymersubstraten, welche in Kombination mit einem mobilen Computergerät, wie beispielsweise einem Smartphone/ Tablet, als Einwegchiplabor zur patientennahen Labordiagnostik eingesetzt werden können. Da sowohl die Smartphone-LED(s) bzw. das Display als auch die Smartphone-Kamera (auf der Vorder- oder Rückseite) als Licht- quelle bzw. Detektor eingesetzt werden, sind keine aktiven Komponenten für den Betrieb des Einwegchiplabors notwendig. Somit ergibt sich im Vergleich zum Stand der Technik ein Kostenvorteil .

Multiplexing von mehreren optischen Sensoren und somit Überwachung mehre- rer unterschiedlicher Parameter mittels nur eines Sensorsystems.

Kombination integrierter faseroptischer Sensoren in Kleidungsstücken und deren Abfragen mittels Smartphone. In einer vorteilhaften Ausführungsform des Sensorelements 5 werden Aptamere als Spezifitäts-vermittelnde Rezeptoren an der Sensoroberfläche immobilisiert. Bei Aptameren handelt es sich um einzelsträngige DNA- oder RNA Oligonu- kleotide, die in einem iterativen in Vitro Selektionsprozess namens SELEX (engl. : Systematic Evolution of Ligands by EXponential Enrichment) gegen be- liebige Zielstrukturen wie z.B. Proteine, niedermolekulare Verbindungen oder auch ganze Zellen generiert werden können. Die Aptamere können auf der Sensoroberfläche unter anderem beispielsweise chemisch über Linkermoleküle gekoppelt werden, mittels selbstorganisierter Monoschichten (engl .: Seif Assemb- led Monolayer) von Thiol-modifizierten Aptameren aufgebracht werden, an im- mobilisierte zu Abschnitten des Aptamers komplementäre Oligonukleotide hybridisiert werden oder aber auch rein adsorbtiv auf der Sensoroberfläche gebunden werden. Die spezifische Bindung des nachzuweisenden Analyten an das Aptamer kann entweder direkt zu einer Änderung des Brechungsindex über der Sensoroberfläche führen oder aber es können indirekte Methoden zur Generie- rung einer Brechzahländerung verwendet werden. Eine exemplarische Möglichkeit zur indirekten Generierung einer Brechzahländerung, die sich insbesondere auch zur Analytik kleiner Moleküle eignet, besteht in der Verwendung von Oligonukleotiden, die zur Targetbindungsstelle des Aptamers komplementär sind. In dieser exemplarischen Ausführungsform wird das Aptamer 90 an der Sensoroberfläche 50 des Sensorelements 5 immobilisiert und anschließend mit dem zur Targetbindungsstelle des Aptamers 90 komplementären Oligonukleotiden 91 hybridisiert, siehe Figur 9 (A) links. Während der Vermessung der Probe bindet das Target 92 an das Aptamer 90 und verdrängt das Oligonukleotiden 91 vom Aptamer 90, siehe Figur 9 (A) rechts. Dabei führt die Verdrängung des Oligo- nukleotids zu einer messbaren Änderung des Brechungsindex. Neben dieser sequentiellen Folge von 1 . Hybridisierung des komplementären Oligonukleotids und 2. Verdrängung des Oligonukleotids durch das Target ist es auch möglich, in einem direkt kompetitiven Ansatz das immobilisierte Aptamer mit einer Mischung aus dem Oligonukleotid und dem Target in Kontakt zu bringen. In diesem Fall ist die Menge des hybridisierten Oligonukleotids und somit die Ände- rung der Brechzahl abhängig von der Konzentration des Targets.

Die Möglichkeit zur Anwendung von Aptameren als Spezifitäts-vermittelnden Rezeptoren zur Funktionalisierung der Sensoroberfläche wurde exemplarisch am Beispiel der Aptamer-basierten Detektion von Ethanolamin demonstriert. Dazu wurde ein mit Silber beschichteter faseroptischer Sensor zunächst mit Mercapto-Undekansäure (MUA) als Linkermolekül modifiziert. Dazu wurde eine 200 mM MUA Lösung in 100% Ethanol verwendet. Die MUA Modifikation wurde anschließend mit einer Mischung aus 100 mM 1 -Ethyl-3-(3- dimethylaminopropy)carbodiimid (EDC) und 100 mM N-Hydroxysuccinimid (NHS) in 50 mM 2-(N-Morpholino)ethansulfonsäure (MES) aktiviert. An die aktivierte Oberfläche wurde das 5 ^' -terminal Amino-modifiziertes Aptamer EA#14.3 (100 μΜ in 50 mM MES), welches gegen Ethanolamin gerichtet ist, gebunden. Die Sequenz des verwendeten Aptamers lautet:

ATACCAGCTTATTCAATTTGAGGCGGGTGGGTGGGTTGAATATGCTGATTAC CCCATCGGAGAACGTTAAGGCGCTTCAGATAGTAAGTGCAATCT. Das immobilisierte Aptamer gegen Ethanolamin wurde anschließend mit einem zur Targetbindestelle des Aptamers komplementären Oligonukleotid (Sequenz: CCCACCCACCCGCCTC) inkubiert. Während der Hybridisierung zwischen Ap- tamer und komplementären Oligonukleotid wurde eine Rotverschiebung der Resonanz des Sensors um 7 nm beobachtet, siehe Figur 9 (C). Dies verdeutlicht, dass der Sensor auch in der Lage ist, relativ kleine Moleküle nachzuweisen, da das verwendete Oligonukleotid ein Molekulargewicht von lediglich 4.668 Da aufwies. Abschließend wurde der Sensor mit Ethanolamin (1 0 μΜ in 20mM Tris (hydroxymethyl)-aminomethan (Tris), 100 mM NaCI, 0.02% Tween (ph 7.6)) inkubiert. Die durch Ethanolamin induzierte Verdrängung des komplementären Oligonukleotids vom Aptamer resultierte in einer Blauverschiebung der Resonanz des Sensors um 2,2 nm, siehe Figur 9 (D). Somit konnte durch Verdrängung des komplementären Oligonukleotids indirekt die Detektion eines sehr kleinen Moleküls (Molekulargewicht von Ethanolamin: 61 Da) realisiert werden.

Insgesamt konnte gezeigt werden, dass sich der SPR-Sensor mit Aptameren funktionalisieren lässt, diese dabei ihre Bindungseigenschaften beibehalten und der so generierte SPR-basierte Aptasensor in der Lage ist, auch kleinere Mole- küle zu detektieren, die lediglich zu geringen Änderungen an der Sensoroberfläche führen.

Figur 9 (A) zeigt eine schematische Darstellung des Messprinzips. Das Aptamer 90 wird auf dem Sensor 5 immobilisiert und ein komplementäres Oligonukleotid 91 wird an das Aptamer 90 hybridisiert. Dieses Oligonukleotid wird durch Ethanolamin verdrängt, wodurch die optische dichte über dem Sensor 5 verringert wird. Dies kann als Verschiebung der Resonanz ausgelesen werden. Verschiebungen der Resonanz während der Funktionalisierung des Sensors und der Detektion von Ethanolamin sind in Figur 9 (B) erkennbar. Während der Immobilisie- rung des Aptamers (100 μΜ) wurde eine Verschiebung von 6,7 nm beobachtet. Die Hybridisierung des Oligonukleotids (100 μΜ) führte ebenfalls zu einer Rot- Verschiebung der Resonanz um 7 nm, wie in Figur 9 (C) erkennbar ist. Die Verdrängung des Oligonukleotids durch Ethanolamin (10 μΜ) führte zu einer Blauverschiebung der Resonanz um 2,2 nm, wie in Figur 9 (D) erkennbar ist. Der zeitliche Verlauf dieser Verschiebung zeigt, dass bereits nach unter 30 Minuten ein deutliches Signal erhalten wird, wie in Figur 9 (E) erkennbar ist.

Die hier dargestellte Ausformung des Sensors zur Aptamer-basierten Detektion von Ethanolamin stellt ein Beispiel zur Detektion eines kleinen Moleküls dar. Durch Verwendung anderer Aptamere, die spezifisch an weitere kleine Moleküle wie z.B. Antibiotika, Toxine, oder andere binden und entsprechende, zur Bindungsstelle der verwendeten Aptamere komplementäre Oligonukleotide, lassen sich Sensoren mit beliebiger Spezifität realisieren.

Neben der oben dargestellten Detektion kleiner Moleküle können die Aptamer- basierten Sensoren auch zur Detektion größerer Analyte wie z.B. Proteine, Viren, Bakterien oder weiteren gestaltet werden. In diesem Fall kann auf ein komplementäres Oligonukleotid verzichtet werden, wenn die Aptamer-vermittelte Bindung des Analyten an die Sensoroberfläche zu einer ausreichend großen Änderung der optischen Eigenschaften des Mediums über der Sensoroberfläche führt. Alternativ können für größere Analyten wie z.B. Proteine, Viren, Bakterien oder weitere auch Maßnahmen zur Signalverstärkung verwendet werden. So können z.B. Aptamer-modifizierte Nanopartikel eingesetzt werden, welche an den über Aptamere an die Sensoroberfläche gebundenen Analyten binden. Dadurch werden die Nanopartikel in Nähe der Sensoroberfläche positioniert und dienen der Signalerzeugung und/oder -Verstärkung.

Exemplarische Herstellungsschritte für eine mögliche Gestaltungsform des Sensorsystems sind in den Figuren 10 und 1 1 dargestellt. Zu Beginn der Herstellung wird die Grundstruktur des Sensorsystems in einem Polymergrundsubstrat 97 mittels zweier Prägestempel 95, 96 thermisch abgeformt (Heißprägeverfahren mit Wärmezufuhr 98). Die Wellenleiter- und Kopplergrundstruktur wird mit Hilfe des unteren Stempels 96 hergestellt. Der obere Stempel 95 könnte eine Aussparung 80 im Polymergrundsubstrat 97 erzeugen, die später als Analysefenster des Sensors dient, wobei hier das Analysefenster 83 den Bereich der Wechselwirkung zwischen optischen Sensor und Umgebung (bzw. Funktionalisierung) definiert. Als Polymergrundsubstrat 97 könnten Polymmethylmethacrylat

(PMMA) und/oder Cyclo-Olefin-Copolymer (COC) mit Brechzahlen von jeweils 1 .49 und 1 .53 eingesetzt werden. Im Anschluss wird der untere Prägestempel 96 entfernt. Dieses kann beispielsweise durch Abkühlen 79 erfolgen (Schritte 1 - 3).

Prozessbedingt könnte zwischen Wellenleiterkern und Analysefenster eine Restschicht aus Substratmaterial verbleiben, die allerdings in einem späteren Schritt entfernt werden könnte. Außerdem könnte die verbleibende Restschicht gezielt als Opferschicht zur Aufbringung der für den Plasmonensensor notwen- digen Metallisierungsschicht dienen. Im darauf folgenden Herstellungsschritt 4 kann die nun vorliegende Grundstruktur des planaroptischen Wellenleiters im Polymergrundsubstrat 97 beispielsweise mittels Sputter- oder Bedampfungsver- fahren 94 metallisch beschichtet werden. Die Metallbeschichtung könnte zur Realisierung der optischen Koppler und zur Herstellung des SPR-Sensors ein- gesetzt werden . Um gezielt nur die Spiegelbereiche 81 , 82 und das Analysefenster 83 des optischen Sensors zu beschichten, könnten alle anderen Bereiche über eine Maske 99 maskiert werden.

Nach der Metallbeschichtung wird in die Grundstruktur des Wellenleiters des Polymergrundsubstrats 97 flüssiges Monomer 84 gegeben, welches eine höhere Brechzahl als das Polymergrundsubstrat besitzt und sich unter anderem, aber nicht notwendigerweise, mittels UV-Bestrahlung aushärten bzw. polymerisieren lässt und nach Polymerisierung den Lichtwellenleiterkern bildet (Schritt 5). In Schritt 6 kann ein Bodensubstrat 85, welches eine geringere Brechzahl als der Lichtwellenleiterkern aufweist, mit einer Kraft F 78 von einigen kN auf die

Grundstruktur des Wellenleiters des Polymergrundsubstrat 97 mit flüssigen Mo- nomer 84 aufgepresst und beispielsweise mittels UV-Bestrahlung 77 polymeri- siert werden . Das Bodensubstrat 85 könnte dabei bereits die Gitterstruktur 86 für das Spektrometer enthalten, das zuvor beispielsweise mittels Heißprägeverfahren oder Materialbearbeitung (z.B. Ablation mittels Excimerlaser) erzeugt wurde. Das Gitter könnte auch nachträglich am Ende von Arbeitsschritt 6 oder am Ende des Herstellungsverfahrens beispielsweise mittels Heißprägeverfahren oder Materialbearbeitung in die Unterseite des Bodensubtrat eingebracht werden. Alternativ könnte in den Schritten 5 und 6 der Wellenleiterkern und das Bodensubstrat beispielsweise mittels Spin Coating aufgebracht werden und/oder, falls notwendig, das Gitter nachträglich in die Unterseite des Bodensubstrats eingebracht werden. Im Herstellungsschritt 7 wird der obere Stempel 95 entfernt und, falls notwendig, kann anschließend im Arbeitsschritt 8 die verbleibende Restschicht auf dem Analysefenster 83 des optischen Sensors ebenfalls entfernt und das Analysefenster freigelegt werden. Das Freilegen des Analysefensters des optischen Sensors kann beispielsweise mit Hilfe eines Sauerstoffplasmas 87 erfolgen. Alternativ können auch beispielsweise ein Excimerlaser (Laserabla- tion) oder Lösungsmittel, wie beispielsweise Chloroform oder Toluol, eingesetzt werden. Weiterhin könnte das Freilegen auch maskiert erfolgen. Außerdem kann der optische Sensor polarisationsempfindlich sein . Durch das Aufbringen eines Polarisators, beispielsweise in Form einer Jod-dotierten Polyvinylalkohol (PVA)- Folie, beispielsweise zwischen Lichtquelle und Einkoppelschnittstelle, kann eine unpolarisierte Lichtquelle des Computergeräts linear polarisiert werden.

Das Bodensubstrat wird vor Arbeitsschritt 5 entsprechend vorbereitet und kann ein Gitter auf der Ober- und/oder Unterseite beinhalten. Weiterhin, könnte ein Metallfilm alternativ auf der Oberseite des Bodensubstrats aufgebracht sein. In diesem Fall wäre die Metallbeschichtung am Ort des Analysefensters des optischen Sensors in Arbeitsschritt 4 nicht mehr notwendig. Jedoch müsste in Arbeitsschritt 8 die Freilegung des Analysefensters des optischen Sensors auf der Unterseite des planar-optischen Sensorsystems erfolgen. Das optische Gitter könnte auch nach der Herstellung mit Hilfe entsprechender Materialbearbei- tungsverfahren in die Unterseite des planar-optischen Sensorsystems erzeugt werden. Weiterhin könnte auch separat eine Polymerfolie 93 mit optischem Gitter 86 hergestellt werden, welche im Anschluss des Herstellungsverfahrens des planar-optischen Sensorsystems (in diesem Fall ohne optisches Gitter) auf der Unterseite aufgeklebt werden kann (wie exemplarisch in Figur 13 (D) gezeigt).

Beim Verfahren gemäß Figur 10 wird die Aussparung 80 auf der Oberseite des Polymergrundsubstrats 97 mittels des oberen Stempels 95 erzeugt, beim Verfahren gemäß Figur 1 1 wird die Aussparung 80 auf der Unterseite des Polymer- grundsubstrat 97 mittels des unteren Stempels 96 erzeugt.

Ein weiteres mögliches Herstellungsverfahren ist in der Figur 1 2 dargestellt. Zunächst wird die Grundstruktur (mit/ohne Gitter) des optischen Lichtpfads in ein Polymergrundsubstrat 97 abgeformt und das Wellenleiterkernmaterial 88 bei- spielsweise mittels Rackeln oder Spin Coating eingebracht (Schritte 1 -4).

Schritte 5-7: Dann kann beispielsweise, falls notwendig, die Oberseite des Wellenleiters 88 mit einem Metall oder einer Metalllegierung 94 beschichtet werden (die Beschichtung kann maskiert mittels einer Maske 99 erfolgen) und ein weite- res Polymersubstrat 89 auf der Oberseite des Wellenleiters 88 platziert werden und mittels zweier Stempel 70, 71 angepresst werden . Das Polymersubstrat 89 kann beispielsweise mittels Heißprägeverfahren oder Klebeverfahren aufgebracht werden und bereits eine Aussparung 80 für das Analysefenster des optischen Sensors beinhalten. Alternativ kann das Polymersubstrat 89 auf der Oberseite auch mittels Spin Coating aufgetragen werden und die Aussparung 80 zur Realisierung des Analysefensters 83 beispielsweise mit Hilfe einer Maske und einem Plasma erzeugt werden. Die optischen 45° Koppelglieder 72, 73 könnten mit Hilfe einer Anschlifftechnik, einem Schneideverfahren, einem nachträglichen Heißprägeverfahren oder Materialbearbeitungsverfahren hergestellt werden. Schritte 8-10: Alternativ zu den Schritten 5-7 könnte auch zunächst das Polymersubstrat 89 auf der Oberseite des Wellenleiters 88 durch Heißprägen, Kleben und/oder Spin Coating aufgebracht werden. Das Polymersubstrat 89 auf der Oberseite könnte bereits eine Aussparung 80 für das Analysefenster des opti- sehen Sensors beinhalten. Im Anschluss könnte die Beschichtung des optischen Wellenleiters am Ort der Aussparung mit einem Metall bzw. einer Metalllegierung 94 erfolgen und die Herstellung der optischen Koppelglieder. Die optischen 45° Koppelglieder 72, 73 könnten mit Hilfe einer Anschlifftechnik, einem Schneideverfahren, einem nachträglichen Heißprägeverfahren oder Materialbearbei- tungsverfahren hergestellt werden. Alternativ könnten auch zunächst die optischen 45° Koppelglieder hergestellt und dann die Beschichtung mit einem Metall bzw. einer Metalllegierung erfolgen, sodass die optischen 45° Koppelglieder ebenfalls beschichtet sind. Schritte 1 1 -14: Alternativ zu den Schritten 5-7 könnte auch zunächst das Polymersubstrat 89 auf der Oberseite durch Heißprägen, Kleben und/oder Spin Coating aufgebracht werden. Die Aussparung 80 für das Analysefensters des optischen Sensors könnte nachträglich beispielsweise mit Hilfe einer Maske 99 und einem Plasma 74 erzeugt werden. Im Anschluss könnte die Beschichtung des optischen Wellenleiters am Ort der Aussparung mit einem Metall bzw. einer Metalllegierung 94 erfolgen sowie die Herstellung der optischen Koppelglieder. Die optischen 45° Koppelglieder 72, 73 könnte mit Hilfe einer Anschleiftechnik, einem Schneideverfahren, einem nachträglichen Heißprägeverfahren oder Materialbearbeitungsverfahren hergestellt werden. Alternativ könnten auch zunächst die optischen 45° Koppelglieder hergestellt und dann die Beschichtung mit einem Metall bzw. einer Metalllegierung erfolgen, sodass die optischen 45° Koppelglieder ebenfalls beschichtet sind.

Im Anschluss der Herstellung des planar-optischen Sensorsystems erfolgen die entsprechende Funktionalisierung des Sensorelements 5 im Bereich des Analysefensters und im Falle eines Chiplabors das Aufbringen einer Flu- idik/Mikrofluidik. Wobei in einer möglichen Gestaltungsform die Fluid ik/Mikrofl uidik zur Funktionalisierung des optischen Sensors herangezogen werden kann. Außerdem könnte die Fluidik/Mikrofluidik bereits im Polymergrundsubstrat 97 und/oder Bodensubstrat 85 integriert sein bzw. während der Herstellung des optischen Sensorsystems mit in das Polymergrundsubstrat 97 und/oder Bodensubstrat 85 integriert werden.

Weitere mögliche Gestaltungsformen des planar-optischen Sensorsystems sind in Figur 13 dargestellt. Diese können durch eine entsprechende Kombination unterschiedlicher Arbeitsschritte der in den Figuren 10 bis 12 gezeigten Herstellungsverfahren erzeugt werden.

Die in den Figuren 10-12 dargestellten Herstellungsverfahren können auch zur Herstellung eines optischen Sensorsystems mit mehreren seriell und/oder pa- rallel verschachtelten optischen Sensoren eingesetzt werden.

Die dargestellten Sensoroberflächen können vor der Funktionalisierung modifiziert werden, z.B. durch chemische Behandlung um die Eigenschaften der Oberfläche (Hydrophobizität, unspezifische Bindung etc.) zu beeinflussen.

Die in den Figuren 10-13 dargestellten Herstellungsverfahren und Gestaltungsformen zeigen exemplarisch optische Sensoren basierend auf Oberflächen- plasmonen. Durch Aussetzen der Metallbeschichtung am Ort des optischen Sensors könnten auch andere optische Sensoren wie beispielsweise ein opti- scher Evaneszenzfeld-Sensor oder Mach-Zehnder-Wellenleitersensor realisiert werden.

Die in Figuren 10-13 dargestellten 45° Koppelelemente können auch parabolisch ausgebildet sein, um die Lichtkopplung zwischen dem optischen Sensor- System und der externen Lichtquelle bzw. der Kamera zu optimieren. Die in den Figuren 10-13 dargestellten Gestaltungsformen können darüber hinaus auch Taper-Strukturen und/oder Wellenleiterkoppler beinhalten. Wellen- leiterkoppler sind unter anderem zur Realisierung eines Mach-Zehnders- Wellenleitersensors notwendig und können weiterhin zur Kopplung mehrerer paralleler Wellenleitersensoren an einer Einkoppelschnittstelle eingesetzt werden. Des Weiteren können die in den Figuren 10-13 dargestellten Gestaltungsformen auch ohne optisches Gitter 86 ausgebildet sein.

Je nach Anwendungsfall können die optischen Wellenleiter der in den Figuren 10-13 gezeigten Gestaltungformen auch bogenförmig ausgebildet sein sowie die Aussparungen für das Sensorelement kann eine beliebige dreidimensional Struktur sein.

Die Figur 14 zeigt weitere mögliche Gestaltungsformen und Anordnungen der Ein- und Auskoppelschnittstelle des Sensorsystems. Beispielsweise setzt sich in Figur 14 (A) die Einkoppelschnittstelle 3 aus mehreren seriell entlang des geta- perten/ungetaperten optischen Wellenleiters angeordneten 45-Grad Einkoppelgliedern zusammensetzt, sodass ein einheitliches optisches Sensorsystem für unterschiedliche Smartphones bzw. mobile Computergeräte eingesetzt werden kann. In Figur 14 (B) besteht ein Sensorsystem aus mehreren parallelen Sensorsystemen, wobei die Längen der optischen Sensorsysteme variieren, sodass die jeweiligen Einkoppelschnittstellen sich an unterschiedlichen Orten befinden und somit immer mindestens ein optisches Sensorsystem optimal zur Lichtquelle 7 und Kamera 8 ausgerichtet ist, auch wenn die Position dieser Komponenten je nach Smartphone bzw. mobilem Computergerät variieren. In Fig. 14 (C) setzt sich die Einkoppelschnittstelle 3 aus mehreren parallelen 45-Grad Einkoppelgliedern und getapertem optischen Wellenleiter zusammen, wobei die 45-Grad Einkoppelglieder auch leicht versetzt angeordnet sein können. Hierbei wird mit den dort verwendeten Bezugszeichen jeweils folgendes bezeichnet: 72 optisches 45° Koppelglied

73 optisches 45° Koppelglied

75 Taper-Struktur

80 Aussparung für das Sensorelement

83 Analysefenster optischer Sensor

86 optisches Gitter

88 optischer Wellenleiter

89 Polymersubstrat

97 Grundstruktur des Sensorsystems

Die Figur 15 zeigt ein gemäß einem der zuvor erläuterten Herstellungsverfahren hergestelltes Sensorsystem 1 und dessen Anordnung auf einem mobilen Computergerät 100.

Die Figur 16 zeigt eine Ausführungsform des Sensorsystems mit Haltevorrichtung, das besonders kompakt ausgebildet ist und nur einen Teil des Computergeräts 100 überdeckt. Zur Befestigung sind beispielsweise Halteclips 150 vorgesehen, die die Haltevorrichtung mit Sensorsystem 1 durch Übergreifen der Vorderseite des Computergeräts 100 daran fixieren.

Die Figur 17 zeigt eine Ausführungsform des Sensorsystems mit Haltevorrichtung, das eine abragende Messspitze 106 aufweist und nur einen Teil des Computergeräts 100 überdeckt. Zur Befestigung sind beispielsweise Halteclips 150 vorgesehen, die die Haltevorrichtung mit Sensorsystem 1 durch Übergreifen der Vorderseite des Computergeräts 100 daran fixieren.

Die Figur 18 zeigt links eine Schutzhülle 103 für ein Computergerät 100, z.B. für ein Smartphone. Die Schutzhülle 103 ist in der linken Abbildung der Figur 16 von der Rückseite her dargestellt, sodass erkennbar ist, dass auf der Rückseite eine entsprechende Auskerbung 104 zur Positionierung und/oder Fixierung der Haltvorrichtung mit Sensorsystems 1 daran vorgesehen ist. In der Figur 16 ist in der Mitte die Schutzhülle 103 von der Vorderseite mit darin eingesetztem Computergerät 100 dargestellt. An der Rückseite kann das Sensorsystem 1 mit Haltevorrichtung an der Schutzhülle 103 angebracht werden, wie in der Figur 16 rechts dargestellt ist. Das Sensorsystem 1 mit Haltevorrichtung weist eine zur Auskerbung 104 entsprechende als Gegenstück zugeordnete Formgebung auf, sodass das Sensorsystem 1 mit Haltevorrichtung in Zusammenhang mit einem in der Schutzhülle 103 angeordneten Computergerät 100 genutzt werden kann. In Figuren 16, 17 und 1 8 kann das Sensorsystem permanent oder austauchbar mit der Haltevorrichtung verbunden sein. Somit kann gemäß einer weiteren Ausführungsform das Sensorsystem 1 in Form eines Einwegchiplabor ausgebildet sein, welches austauchbar in der Haltevorrichtung fixiert werden kann. Des Weiteren könnten Linsen und/oder ein optisches Gitter bzw. ein FT-Spektrometer in der Haltevorrichtung fest verbaut sein, sodass das Sensorsystem 1 diese Komponenten nicht beinhalten braucht und somit besonders kostengünstig realisiert werden kann.

Die Figur 19 zeigt wiederum eine Schutzhülle 103 von der Vorderseite, mit in die Schutzhülle eingesetztem Computergerät 100. Die Schutzhülle 103 weist eine Auskerbung 104 auf, die auf der Vorderseite angeordnet ist. Dies ermöglicht eine Positionierung und/oder Fixierung des Sensorsystems 1 auf der Vorderseite des Computergeräts 100. Beispielhaft zeigt die Figur 17 eine Auskerbung 104 im Bereich der Kamera 8 des Computergeräts 100, die Auskerbung kann aber auch z.B. die Lichtquelle 7 des Computergeräts 100 zusätzlich freigeben. Alternativ oder zusätzlich kann als Lichtquelle das Display 101 des Computergeräts 100 genutzt werden.

Die Figur 20 zeigt eine Haltevorrichtung, z.B. mit oder ohne eine Magnetbefesti- gung, in Form eines Rahmens 105, die z.B. an der Rückseite eines Computergeräts 100 befestigt werden kann, z.B. durch Kleben. Diese Haltevorrichtung 105 dient zur Positionierung und/oder Fixierung des Sensorsystems. In diesem Fall wird keine gesonderte Schutzhülle zur Positionierung und/oder Fixierung des Sensorsystems an dem Computergerät erforderlich. Die Figur 21 zeigt das Sensorsystem 1 in Form einer Glasfaser 2 mit 45-Grad Ein- und Auskoppelschnittstelle 72, 73 sowie externen optischen Gitter 86 (Beugungsgitter). Das externe optische Gitter 86 könnte darüber hinaus noch Linsen beinhalten. Des Weiteren könnten die 45-Grad Ein- und Auskoppelschnittstellen 72, 73, das optische Gitter 86 sowie Linsen in einem separaten Polymerchip in- tegriert sein, welcher als Koppelelement zwischen Glasfaser mit Sensorele- ment(en) und mobilen Computergerät dienen könnte.