Vorrichtung und Verfahren zum Analysieren eines Stoffs

Das vorliegende Schutzrecht bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Analy sieren eines Stoffs unter besonderer, wenn auch nicht ausschließlicher, Berücksichtigung von Detektionsverfahren, die sich eines Piezo- Effektes bedienen. Die hier beschriebene Vorrich tung und das hier beschriebene Verfahren können zum Beispiel zur Analyse von tierischem oder menschlichem Gewebe, Körperflüssigkeiten und in einer Ausführungsform zur Messung von Glukose bzw. Blutzucker, genutzt werden.

Bekannte Verfahren zum Analysieren eines Stoffs, insbesondere zum Messen von Blutzucker, sind beispielsweise in den folgenden Druckschriften beschrieben:

- Guo et al.: "Noninvasive glucose detection in human skin using wavelength modulated differential laser photothermal radiometry", Biomedical Optics Express, Vol, 3, 2012, No. 11,

- Uemura et al.: "Non-invasive blood glucose measurement by Fourier transform infrared spectroscopic analysis through the mucous membrane of the lip: application of a chalco- genide optical fiber System", Front Med Biol Eng. 1999; 9(2): 137-153,

- Farahi et al.: "Pump probe photothermal spectroscopy using quantum cascade lasers", J. Phys. D, Appl. Phys. 45 (2012) und

- M. Fujinami et al.: "Highly sensitive detection of molecules at the liquid/liquid interface using total internal reflection-optical beam defleetion based on photothermal spectroscopy", Rev. Sei. Instrum., Vol. 74, Number 1 (2003).

- (1) von Lilienfeld-Toal, H. Weidenmüller, M. Xl elaj, A. Mäntele, W. A Novel Approach to Non- Invasive Glucose Measurement by Mid-Infrared Spectroscopy: The Combination of Quantum Cascade Lasers (QCL) and Photoacoustic Detection VibraLional Spectroscopy, 38:209-215, 2005.

- (2) Pleitez, M. von Lilienfeld-Toal, II. Mäntele W. Infrared spectroscopic analysis of hu man interstitial fluid in vitro and in vivo using FP-IR spectroscopy and pulsed quantum Cas cade lasers (QCL): Establishing a new approach to non invasive glucose measurement Spec- trochimicaActa. Part A, Molecular and biomolecular spectroscopy, 85:61-65, 2012

- (3) Pleitez, M. et al. In Vivo Noninvasive Monitoring of Glucose Concentration in Human Epidermis by Mid-Infrared Pulsed Photoacoustic Spectroscopy Analytical Chemistry, 85:1013-1020, 2013.

- (4) Pleitez, M. Lieblein, T. Bauer, A. Hertzberg, O. von Lilienfeld-Toal, II. Mäntele, W. Windowless ultrasound photoacoustic cell for in vivo mid-IR spectroscopy of human epider- mis: Low interference by changes of air pressure, temperature, and humidity caused by sldn contact opens the possibility for a non-invasive monitoring of glucose in the interstitial fluid Review of Scientific Instruments 84, 2013

- (5) M. A. Pleitez Rafael, O. Hertzberg, A. Bauer, M. Seeger, T. Lieblein, H. von Lilienfeld-

Toal, and W. Mäntele. Photothermal deflectometry enhanced by total internal refleclion cna- bles non- invasive glucose monitoring in human epidermis. The Analyst, November 2014.

Es besteht die Aufgabe, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, mit der sich ein Stoff, insbesondere ein tierisches oder menschliches Gewebe oder ein Bestandteil oder Inhaltsstoff des Gewebes, besonders einfach und kostengünstig analysieren lässt. Ein Aspekt der Erfin dung liegt dabei auch bei der Erreichung einer geringen Baugröße der Vorrichtung.

Diese Aufgabe wird unter anderem durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß An- Spruch 1 gelöst. Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in Unteransprüchen angegeben. Zu dem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Verfahrens- Patentanspruch mit entsprechenden Ausgestaltungen gemäß dem/den von diesem abhängi gen Unteranspruch/ ansprüchen. Verwesen wird auf die deutsche Patentschrift DE 10 2014 108 424 B3, auf deren Inhalt hier konkret Bezug genommen wird und auf die diese Anmeldung inhaltlich aufbaut; der kom plette Inhalt der deutschen Patentschrift DE 10 2014 108 424 B3 soll daher durch diese hier vorgenommene explizite Bezugnahme auch als Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung ange sehen werden („incorporation by reference“ für sämtliche Details der dortigen Offenbarung). Insbesondere bezieht sich diese Bezugnahme auf sämtliche in den erteilten Patentansprü chen genannten Merkmale. Darüber hinaus bezieht sich die Bezugnahme insbesondere auch auf Details des dort genannten Anregungs-Lichtstrahls, beispielsweise auf die dort genannten Zahlenwerte der Pulsfrequenzen und Wellenlängen(-bereiche), und ebenso auf die Details zur Messung von Glukosegehalt in der interstitiellen Flüssigkeit.

Die vorliegende Schutzrechtsanmeldung bezieht sich neben den unmittelbar bei Einreichung ausdrücklich genannten Anspruchsgegenständen und Ausführungsbeispielen auch auf weite re Aspekte, die am Ende der hiesigen Beschreibung aufgezählt sind. Diese Aspekte können einzeln oder in Gruppen jeweils mit Merkmalen der bei Einreichung genannten Ansprüche kombiniert werden. Diese Aspekte stellen jeweils auch für sich genommen, oder miteinander oder mit Anspruchsgegenständen dieser Anmeldung kombiniert, eigenständige Erfindungen dar. Die Anmelderin behält sich vor, diese Erfindungen zu einem späteren Zeitpunkt zum Gegenstand von Ansprüchen zu machen. Dies kann im Rahmen dieser Anmeldung oder auch im Rahmen von späteren Teilanmeldungen, Fortsetzungsanmeldungen („continuation appli- cations“ in den USA), Teil-Fortsetzungsanmeldungen („continuation-in-part applications“ in den USA) oder Nachanmeldungen unter Inanspruchnahme der Priorität dieser Anmeldung geschehen.

Unter dem Begriff„Licht“ oder„Laserlicht“ werden im Zusammenhang der nachfolgenden Ausführungen elektromagnetische Wellen bzw. elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Bereich, im nahen, mittleren und fernen Infrarotbereich sowie um UV-Bereich verstanden. Ein möglicher Aspekt des hier vorgestellten Verfahrens ist die Fokussierun der Messung des Reaktionssignals auf selektierte Tiefenbereiche unterhalb der (Abstandsintervalle von der) Stoffoberfläche. Die Größe d hat dabei den größten Einfluss auf den mit dem Verfahren ge messenen Tiefenbereich. Sie ist definiert als

d = V(D/(n:*f)), wobei D die thermische Diffusivität der Probe (hier bspw. Haut) ist und f die Modulationsfrequenz des Anregungstrahls. Literatur zur thermischen Diffusivität von Haut:

- U. Werner, K. Giese, B. Sennhenn, K. Plamann, and K. Kölmel,“Measurement of the ther mal diffusivity of human epidermis by studying thermal wave propagation,” Phys. Med. Biol. 37(1), 21-35 (1992).

- A. M. Stoll, Heat Transfer in Biotechnology, Vol 4 of Advances in Heat Transfer, J. P. Hart nett and T. Irvin, eds. (New York, Academic, 1967), p 117.

Zur Eliminierung von Reaktionssignalen aus den obersten Schichten des Stoffes zum Zweck der Qualitätsverbesserung der Messung können in einer Ausführungsform Änderungen der Messwerte im Vergleich zu vorangegangenen Messungen herangezogen werden, falls die Messwerte in den obersten Schichten sich im Vergleich zu anderen, tieferliegenden Schichten weniger oder langsamer verändern. Dies kann in einer Ausführungsform bei Messungen an der menschlichen Haut der Fall sein, wo die obersten Hautschichten praktisch keinem Aus tausch mit den unteren Schichten unterliegen und deshalb physiologische Parameter wenig veränderlich sind. Es kann auch die zeitliche Ableitung von Messwerten zu Reaktionssignalen zum Ausschluss der Signale aus den obersten Hautschichten herangezogen werden. So kann die Messung oder zumindest die Auswertung auf die interstitielle Flüssigkeit in der Flaut be grenzt oder fokussiert werden, Zu diesem Zweck kann eine Messun die Aufnahme von Reaktionssignalen für Spektren um fassen, die mehrfach mit verschiedenen Modulationsfrequenzen der Anregungslichtquelle erfasst werden, wobei die Ergebnisse für verschiedene Modulationsfrequenzen miteinander verknüpft werden, beispielsweise durch Differenzbildung oder Quotientenbildung der Mess- werte von Reaktionssignalen für gleiche Wellenlängen und verschiedene Modulationsfre quenzen. Es sollte zur Durchführung einer solchen Messung auch eine Vorrichtung mit einer entsprechenden Steuereinrichtung für den Anregungsstrahl und einer Auswerteeinrichtung für die Spektren von Reaktionssignalen vorgesehen sein.

Im Folgenden wird zunächst auf die bei Einreichung aufgeführten Anspruchsgegenstände eingegangen.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Erfindung gemäß Patentanspruch l gelöst durch eine Einrichtung zur Analyse eines Stoffes mit: einem Messkörper, der eine Messfläche aufwei t, die zur Messung wenigstens teilwei se mit dem Stoff in Kontakt zu bringen ist,

einer Lasereinrichtung, insbesondere mit einem Quantenkaskadenlaser (QCL), einem durchstimmbaren QCL, und/oder mit einem Laserarray, vorzugsweise einem Array von QCLs, zur Erzeugung eines oder mehrerer Anregungsstrahlen mit verschiedenen Wellenlängen, vorzugsweise im infraroten Spektralbereich, der die Messfläche durch setzend auf den Stoff gerichtet ist, und

einer Detektionsvorrichtung, die folgendes umfasst:

• einen Detektionsbereich, der Teil des Messkörpers und insbesondere der Mess fläche benachbart oder unmittelbar benachbart ist, und dessen Material elektri sche Eigenschaften hat, die sich in Abhängigkeit von einer Änderung in dem Druck oder der Temperatur ändern, und

• Elektroden, mit denen elektrische Signale erfasst werden können, die die ge nannten elektrischen Eigenschaften repräsentieren.

Dabei können die genannten Eigenschaften des Bereichs insbesondere Eigenschaften des Materials des Bereiches sein.

Bevorzugt ist dabei eine derartige Einrichtung zur Analyse eines Stoffes, bei der die elektri sche Eigenschaft, die sich in Abhängigkeit von dem Druck oder der Temperatur ändert,

• zu piezoelektrischen Signalen an den Elektroden als Funktion der Druckänderung

und/oder der Temperaturänderung führt, oder

• durch einen spezifischen elektrischen Widerstand gebildet wird, der sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert, wobei die Einrichtung ferner eine elektrische Kontakteinrichtung umfasst, die die genannten Elektroden aufweist, welche mit dem Detektionsbereich des Messkörpers elektrisch leitend zur Erfassung des elektrischen Widerstandes und/oder der piezoelektrischen Signale ver bunden sind.

Im Falle der Detektion piezoelektrischer Signale kann die elektrische Eigenschaft, die sich in Abhängigkeit von dem Druck oder der Temperatur ändert, als„Polarisation“ bezeichnet wer den. Andere elektrische Eigenschaften, die sich in Abhängigkeit von Druck und/oder Tempe ratur ändern und für die Zwecke der Erfindung ausgenutzt werden können, sind gleichfalls möglich, beispielsweise die Dielektrizitätskonstante.

Unter dem Anregungsstrahl soll in diesem Zusammenhang ein Laserstrahl oder auch eine Mehrzahl von im wesentlichen parallelen Laserstrahlen verstanden werden, die zeitlich nacheinander oder gleichzeitig von der Lasereinrichtung oder einzelnen Laserelementen der Lasereinrichtung zu dem zu analysierenden Stoff ausgesendet werden.

Der Detektionsbereich des Messkörpers bezeichnet einen räumlichen Bereich oder Abschnitt des Messkörpers, der die genannten Eigenschaften aufweist, indem er einen druck- oder temperaturabhängigen spezifischen elektrischen Widerstand aufweist: und / oder bei Druck oder Temperaturänderungen elektrische, insbesondere piezoelektrische Spannungssignale erzeugt. Dies wird durch die Materialwahl und optional auch weitere Gestaltung, beispiels weise Bearbeitung, des Materials erreicht, aus dem der Detektionsbereich besteht.

Es kann der Fall sein, dass die dem Detektionsbereich benachbarten Bereiche des Messkör pers sich diesbezüglich, insbesondere durch das Material, aus dem sie bestehen, von dem Detektionsbereich unterscheiden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die dem Detek tionsbereich benachbarten Bereiche des Messkörpers ebenso wie der Detektionsbereich ei nen druck- oder temperaturabhängigen spezifischen elektrischen Widerstand aufweisen und /oder bei Druck- oder Temperaturänderungen elektrische, insbesondere piezoelektrische Spannungssignale erzeugen.

Der Messkörper kann insbesondere auch aus einem ersten Teil und einem als Sensor- Schicht ausgebildeten zweiten Teil des Messkörpers gebildet sein, wobei die Sensor- Schicht eine an dere Beschaffenheit aufweisen kann, als der erste Teil des Messkörpers und insbesondere wenigstens teilweise aus einem piezoelektrischen Material bestehen kann. Die Sensor- Schicht kann im Bereich der Messfläche auf den ersten Teil des Messkörpers aufgebracht, insbesondere aufgeklebt sein. Die Sensor- Schicht kann auch aus einem Material bestehen, das eine stärkere Abhängigkeit des Brechungsindex vom Druck oder der Temperatur aufweist als der erste Teil des Messkörpers. Die Aufgabe wird alternativ mit den Merkmalen der Erfindung gemäß Patentanspruch 2 ge löst durch eine Einrichtung zur Analyse eines Stoffes mit:

-einem Messkörper, der eine Messfläche aufweist, die zur Messung wenigstens teilweise mit dem Stoff in Kontakt zu bringen ist,

-einer Lasereinrichtung, insbesondere mit einem Quantenkaskadenlaser (QCL), einem durchstimmbaren QCL, und/oder mit einem Laserarray, vorzugsweise einem Array von QCLs, vorzugsweise im infraroten Spektralbereich, zur Erzeugung eines Anregungsstrahls mit verschiedenen wählbaren Wellenlängen der die Messfläche durchsetzend auf den Stoff gerichtet ist, und

-mit wenigstens einer Detektionsvorrichtung, die der Messfläche benachbart angeordnet ist und/oder an diese unmittelbar angrenzt, wobei die Detektionsvorrichtung eine Kontaktein richtung mit wenigstens 2 Elektroden zur Erfassung von piezoelektrischen Signalen aulweist, die einander auf verschiedenen Seiten eines Detektionsbereiches gegenüberliegen. Im Detek tionsbereich ist dabei ein Material angeordnet, das in Abhängigkeit von Temperatur- und /oder Druckänderungen, insbesondere aufgrund eines Piezoelektrischen Effekts, seinen elektrischen Widerstand ändert oder ein elektrisches Signal erzeugt.

Durch die Lasereinrichtung wird sowohl beim Gegenstand des Patentanspruchs l als auch beim Gegenstand des Patentanspruchs 2 ein Anregungsstrahl in den zu analysierenden Stoff ausgesandt, der beispielsweise bestimmte Wellenzahlen/ Wellenlängen durchläuft oder eine Mehrzahl von Anregungsstrahlen mit bestimmten festen Wellenzahlen nacheinander oder gleichzeitig aussendet. Im letzteren Fall kann das Laserarray einfache Laser mit fester Wel lenlänge aufweisen. Bei bestimmten Wellenlängen wird der Strahl in Abhängigkeit vom Ma terial des zu analysierenden Stoffes absorbiert, so dass Energie frei wird, die wenigstens teil weise in Form einer Wärmewelle zur Oberfläche des Stoffes und weiter in den Messkörper und dort auch zum Detektionsbereich transportiert wird. Der Anregungsstrahl ist dabei vor teilhaft intensitätsmoduliert, wobei die Verwendung verschiedener, auch mehrerer Modula tionsfrequenzen möglich ist. Es ist auch die Formung von Laserpulsen möglich, die im fou riertransformierten Bereich eine Mehrzahl von Modulationsfrequenzen enthalten. Die impul sartige Erwärmung des Materials im Detektionsbereich bewirkt eine Widerstandsänderung und/oder die Erzeugung eines elektrischen Spannungssignals und/oder auch andere Para meteränderungen, wie beispielsweise eine Änderung des Brechungsindex. Die beiden erstge nannten elektrischen Erscheinungen können mit Hilfe der Elektroden der Kontakteinrich tung und ihrer Zuleitungen an eine Messeinrichtung geleitet werden, die Spannungen und/oder elektrische Widerstände misst und die diese Änderungen auswertet und ihnen eine Temperaturerhöhung und/oder eine Absorptionsintensität des Anregungsstrahls in dem Stoff zuordnet. Die Absorptionsintensität kann somit in Abhängigkeit von den durchlaufenen Wellenzahlen/Frequenzen des Anregungsstrahls als Absorptionsspektrum gemessen werden.

Der Detektionsbereich ist vorteilhaft der Messfläche benachbart, das heißt, er ist entweder unmittelbar an diese angrenzend angeordnet oder in einem Abstand von der Messfläche wobei dieser Abstand gering sein sollte (beispielsweise geringer als io Mikrometer oder ge ringer als loo Mikrometer, jeweils gemessen am geringsten Abstand des Detektionsbereiches zur Messfläche). Die Detektionsvorrichtung kann beispielsweise auch eine Platte oder einen Körper umfassen, die/der als Teil des Messkörpers mit einem anderen Teil des Messkörpers zusammengefügt ist oder auch eine Beschichtung eines Teils des Messkörpers im Bereich der Messfläche.

Mittels der Detektionsvorrichtung kann, insbesondere in dem Fall, dass eine Druckänderung erfasst wird, beispielsweise bei Verwendung eines Piezo- sensitiven Materials/Piezo- Sensors, auch ein Reaktionssignal in Form einer Schallwelle nachgewiesen werden, die durch die Ab sorption des Anregungsstrahls in dem zu analysierenden Stoff erzeugt wird und mit bekann ter Geschwindigkeit (in menschlichem Gewebe ca. 1500m/s) zur Messfläche und zum Detek tionsbereich wandert. Mittels einer Auswerteeinrichtung, die mit einer Modulationseinrich tung für den Anregungsstrahl verbunden ist, kann wegen der guten Zeitauflösung der Mes sung der Reaktionssignale eine Phasenverschiebung zwischen der Modulation des Anre gungsstrahls und dem Reaktionssignal gemessen und dadurch die Tiefe im Gewebe, in der die Absorption stattgefunden hat, ermittelt werden. Da die Signale häufig eine Überlagerung verschiedener Reaktionssignale aus verschiedenen Gewebeschichten sind, können verschie dene Messungen mit verschiedenen Modulationsfrequenzen durchgeführt und die Reakti onssignale zu verschiedenen Modulationsfrequenzen miteinander verknüpft werden, um ins besondere Signale aus oberen Gewebeschichten herauszurechnen und zu eliminieren, da die se durch Verschmutzung und abgestorbene Hautzellen besonders fehleranfällig sind.

Man beachte, dass in der vorliegenden Offenbarung derselbe Begriff „Reaktionssignal“ in mehrfacher Hinsicht verwendet wird. Zum einen kann er die physikalische Antwort auf die Anregung durch den Anregungsstrahl bezeichnen, also beispielsweise eine Schallwelle, eine Erwärmung oder dergleichen. Andererseits kann er aber auch ein (typischerweise elektri sches) Signal bezeichnen, welches diese physikalische Antwort repräsentiert, also beispiels weise eine Spannung oder ein Stromfluss, der mithilfe der Elektroden gemessen wird. Zur Einfachheit und Kohärenz der Darstellung wird stets derselbe Begriff„Reaktionssignal“ ver wendet, wobei aus dem Zusammenhang ohne weitere Erläuterung ersichtlich ist, ob es sich dabei um die physikalische Antwort (beispielsweise eine Druckwelle), eine physikalische Fol- ge dieser physikalischen Antwort (beispielsweise eine Kompression eines piezoelektrischen Materials) oder das zugehörige Messsignal (beispielsweise die von dem piezoelektrischen Material erzeugte Spannung) handelt.

Anstelle verschiedener Modulationsfrequenzen können auch Signale mit steilem Anstieg (im Idealfall sog. Dirac- Impulse) geformt werden, die eine Mischung vieler Modulationsfrequen zen darstellen und eine Analyse zu verschieden Modulationsfrequenzen durch eine Fourier analyse ermöglichen.

Eine Implementierung der Einrichtung kann vorsehen, dass wenigstens zwei Elektroden, insbesondere entlang einer Flächennormalen der Messfläche, hintereinander in verschiede nen Entfernungen von der Messfläche oder in einer Richtung senkrecht zu der Flächennor malen voneinander beabstandet auf verschiedenen Seiten des Detektionsbereiches angeord net sind.

Die Messfläche kann dabei eben oder gekrümmt sein. Im Falle der Krümmung wird unter der Flächennormalen eine Normale auf der Messfläche an einem Punkt, insbesondere an einer Stelle verstanden, wo der Anregungsstrahl die Messfläche durchsetzt.

Wenigstens zwei Elektroden sollten so angeordnet sein, dass sie den Detektionsbereich ganz oder teilweise umgeben oder dass der Detektionsbereich ganz oder teilweise zwischen den zwei Elektroden liegt. Dabei können die Elektroden in verschiedenen geometrischen Anord nungen auf verschiedenen Seiten des Detektionsbereichs, insbesondere um den Detektions- breich herum verteilt sein.

Eine weitere Implementierung der Einrichtung kann vorsehen, dass der Anregungsstrahl den Messkörper, insbesondere den Detektionsbereich durchsetzt.

Der Anregungsstrahl gelangt so durch den Messkörper hindurch und durch den Detektions bereich zu dem Punkt des zu analysierenden Stoffes, der die Anregungsstrahlung absorbiert und die Wärmestrahlung aussendet.

Es kann auch vorgesehen sein, dass der Anregungsstrahl die Messfläche in einem Bereich durchsetzt, der dem Detektionsbereich unmittelbar benachbart ist und/oder an diesen an grenzt.

Eine weitere Implementierung der Einrichtung kann vorsehen, dass eine Modulationsein richtung zur Modulation der Intensität des Anregungsstrahls vorgesehen ist. Dabei sind ver- schiedene Arten der Modulation möglich, durch einen mechanischen Chopper ebenso wie durch eine steuerbare Blenden- oder Ablenkspiegelvorrichtung oder einen Körper/eine Schicht, deren Transmission steuerbar ist. Zudem kann eine Modulation auch unmittelbar durch die Ansteuerung der Anregungslichtquelle/Laserlichtquelle erreicht werden. Eine Messung kann dabei die Aufnahme von Spektren bei einer oder mehreren Modulationsfre quenzen vorseheri, wobei Messungen bei verschiedenen Modulationsfrequenzen miteinander zur Gewinnung von Tiefeninformationen und/oder zur Eliminierung von Messdaten aus be stimmten Tiefenbereichen der Probe/des zu analysierenden Stoffes, verknüpft werden kön nen. Insbesondere können somit Messdaten, die von der Oberfläche des Stoffes stammen, eliminiert werden. Dies sind Messdaten und Wärmewellen, die von Absorptionen des Anre- gungslichtstrahls an der Oberfläche des Stoffes herrühren und die von Verschmutzungen oder Anomalien des zu analysierenden Stoffes an seiner Oberfläche herriihren können. Ein Beispiel hierfür sind bei der Analyse der Haut eines Patienten die obersten Hautschichten, die teilweise aus abgestorbenen Zellen bestehen, welche eine nicht aussagekräftige Zusam mensetzung aufweisen und/oder falsche Informationen liefern. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn in der Haut biologisch aktive Stoffe, aktiver Stoffwechsel oder Stoffwechsel produkte oder ähnliches nachgewiesen werden sollen.

Im Folgenden sind verschiedene geometrische Elektrodenkonstellationen aufgeführt, deren Vorteile diskutiert werden.

Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass wenigstens zwei, insbesondere wenigstens drei oder vier, weiter insbesondere wenigstens 6, weiter insbesondere wenigstens 8 Elektro den hintereinander in verschiedenen Abständen von der Messfläche oder in Richtung senk recht zu einer Flächennormalen der Messfläche voneinander beabstandet angeordnet sind.

Dabei ist/ sind auf jeder Seite des Detektionsbereiches wenigstens eine oder mehrere der Elektroden angeordnet. Es stehen somit verschiedene Elektrodenpaare zur Verfügung, mit denen ein elektrischer Widerstand oder eine elektrische Spannung gemessen werden kann.

Es ist hierzu eine elektronische Einrichtung vorgesehen, die über die Zuleitungen mit mehre ren oder allen Elektroden verbunden ist. Die elektronische Einrichtung weist eine Steuerein richtung und insbesondere auch eine Auswerteeinrichtung auf, die die Erfassung und Aus wertung von elektrischen Widerständen oder Spannungen zwischen verschiedenen wählba ren Elektroden nacheinander oder gleichzeitig bewirkt/bewirken.

Es können dazu verschiedene oder alle Paarungen von Elektroden versuchsweise ausgewählt werden. Die jeweils ausgewählten Elektroden eines Elektrodenpaares für eine versuchsweise Messung sollten dabei jeweils wenigstens einen Teil des Detektionsbereichs zwischen sich haben. Messwerte von einzelnen Elektrodenpaarungen können miteinander verglichen und bewertet werden. Bewertungsgrößen können beispielsweise die Signalstärke oder die Größe der Signaländerungen oder ein Signal/Rausch- Verhältnis oder eine andere Größe sein. Es soll hier neben der Integration der Elektroden in den Messkörper auch der Fall erfasst sein, dass mehrere Elektroden gestaffelt auf die Oberfläche des Messkörpers/Messfläche aufge klebt oder dort eingelassen oder aufgedampft sind.

Es kann außerdem vorgesehen sein, dass wenigstens zwei, insbesondere wenigstens drei oder vier, weiter insbesondere wenigstens 6, weiter insbesondere wenigstens 8 Elektroden in Richtung einer Flächennormalen der Messfläche oder senkrecht dazu oder in einer Richtung zwischen o und 90 Grad zur Flächennormalen hintereinander in verschiedenen Abständen vom Detektionsbereich, insbesondere in verschiedenen Abständen von der Mitte des Detek tionsbereichs, angeordnet sind. Der Detektionsbereich kann dabei zum Beispiel durch einen aus einem besonderen Material bestehenden räumlichen Bereich des Messkörpers definiert sein. Der Detektionsbereich kann auch durch die Gesamtanordnung als ein oberhalb des Ein trittsstelle des Anregungsstrahls in den zu analysierenden Stoff liegender Bereich des Mess körpers definiert werden.

Zudem kann der Detektionsbereich auch durch die Summe der Raumpunkte definiert sein, an denen ein elektrisches Signal durch die zur Verfügung stehenden Elektroden potenziell nachweisbar ist.

Eine weitere Implementierung kann vorsehen, dass wenigstens zwei, insbesondere wenigs tens drei oder vier, weiter insbesondere wenigstens 6, weiter insbesondere wenigstens 8 Elektroden in einem kreisringförmigen Bereich oder einem kugelschalenförmigen Bereich um den Detektionsbereich herum und wenigstens teilweise einander auf verschiedenen Sei ten des Detektionsbereiches gegenüberliegend angeordnet sind, wobei verschiedene Elektro den jeweils im wesentlichen denselben Abstand von der Mitte des Detektionsbereichs oder unterschiedliche Abstände von der Mitte des Detektionsbereichs aufweisen. Hierbei soll der Fall von auf der Oberfläche des Messkörpers verteilt angeordneten Elektroden mit umfasst sein.

Durch die genannte Elektrodenverteilung kann beispielsweise durch Messung an mehreren Elektrodenpaaren das oder die am besten geeignete Elektrodenpaar(e) zur Messung ausge wählt und benutzt werden. Als Maß für die Qualität der Messung kann für die Auswahl der Elektrodenpaare beispiels weise entweder eine Signalstärke oder eine Signaldynamik oder ein Rauschen oder ein Sig- nal/rausch-Verhältnis dienen.

Es kann zudem vorgesehen sein, dass eine oder mehrere oder alle der Elektroden der Kon takteinrichtung scheiben- oder plattenförmig, ringförmig, ringscheibenförmig, in Eorm eines viereckigen oder polygonalen Rahmens mit einer Öffnung, kalottenförmig oder strangförmig ausgebildet sind.

Eine Implementierung der Einrichtung kann vorsehen, dass eine oder mehrere oder alle der Elektroden der Kontakteinrichtung auf einer Oberfläche des Messkörpers oder der Detekti onsvorrichtung angeordnet und insbesondere mittels eines Fügeverfahrens, weiter insbeson dere durch Kleben oder Schweißen aufgebracht sind. Auch ein Aufbringen durch Aufdampfen oder aufstreichen ist denkbar. Dabei kann der Messkörper homogen aus einem einzigen Ma terial bestehen oder im Detektionsbereich aus einem besonderen Material bestehen, das sich von dem Material der übrigen Bereiche des Messkörpers unterscheidet.

Die Elektroden bestehen für alle Ausführungsformen in der Regel aus einem Metall, jeden falls aus einem elektrisch gut leitenden Stoff. Sie können auch aus einem elektrisch leitenden Kunststoff oder einem leitend gefüllten Stoff bestehen.

Eine weitere Implementierung der Einrichtung kann vorsehen, dass eine oder mehrere oder alle der Elektroden der Kontakteinrichtung im Inneren oder an der Außenseite des Messkör pers in einer oder mehreren Ausnehmungen, beispielsweise Bohrungen, Mulden oder Nuten des Messkörpers angeordnet sind, wobei sie insbesondere eingelegt, eingegossen, durch Spritzgießen oder durch ein additives Fertigungsverfahren (3D-Druck) eingebracht sind. Die se Varianten ermöglichen auf technisch einfache Art das Einbringen von Elektroden in einen Messkörper.

Es können auch Elektroden in dem Messkörper dadurch geschaffen werden, dass Bereiche des Materials des Messkörpers durch Bestrahlung oder Beschuss mit Teilchen elektrisch lei tend gemacht werden. Dies ist zum Beispiel bei Kunststoffen möglich, bei denen durch hoch energetische Strahlung Kohlenstoffmoleküle teilweise zerstört und Kohlenstoffansammlun gen gebildet werden, die leitfähig sind.

Außerdem kann vorgesehen sein, dass der Messkörper als Flachkörper, insbesondere als planparalleler Körper in Form einer Platte ausgebildet ist, wobei insbesondere die Dicke senkrecht zur Messfläche weniger als 50% der geringsten Ausdehnung des Messkörpers in einer in der Messfläche verlaufenden Richtung beträgt, insbesondere weniger als 25%, weiter insbesondere weniger als 10%.

Diese Ausführungsvariante des Messkörpers kann für verschiedene Detektionsverfahren der Wärmereaktionssignale verwendet werden und ist grundsätzlich nicht auf die Detektionsme thode mittels eines Piezoeffektes beschränkt. Sie kann auch bei der Messmethode mit einem an der Messfläche reflektierten Messstrahl und einem Detektor für dessen Ablenkung ver wendet werden und lässt eine starke Reduzierung der Ausmaße des Messkörpers in Richtung senkrecht zur Messfläche zu. Unabhängig von der Messmethode, beispielsweise unter Ver- Wendung des Piezoeffekts oder mittels der Messung der Ablenkung eines reflektierten Strahls, kann der als Flachkörper ausgebildete Messkörper im Bereich der Messfläche eine Schicht aufweisen, die im Falle der Piezo- Messmethode aus einem piezoelektrischen Materi al bestehen kann und im Fall der Detektion mittels Messung der Ablenkung eines reflektier ten Messstrahls aus einem Material, bei dem sich der Brechungsindex in Abhängigkeit von der Temperatur stärker ändert als beim Material der übrigen Bereiche des Messkörpers.

Eine weitere Implementierung der Einrichtung kann vorsehen, dass der Messkörper eine Spiegeleinrichtung zur Reflexion des von der Lasereinrichtung eingestrahlten Anregungs strahls auf die Messfläche aufweist oder eine solche Spiegeleinrichtung trägt.

Bei einem sehr flachen Messkörper kann der Anregungsstrahl von der Flachseite des Mess körpers her eingestrahlt werden. Der Anregungsstrahl breitet sich dann von der Anregungs strahlquelle zunächst im Wesentlichen parallel zur Messfläche innerhalb des Messkörpers oder parallel zu den Grenzflächen des Messkörpers aus und wird dann zur Messfläche hin umgelenkt.

Anstelle einer Spiegelung des Anregungsstrahls kann dieser auch durch geeignete Material gestaltung des Messkörpers zur Messfläche hin gebeugt werden. Der Flachkörper kann auch optische Fokussierelemente für den Anregungsstrahl aufweisen oder mit solchen Elementen, beispielsweise einer oder mehreren Linsen, verbunden sein.

Es kann auch vorgesehen sein, dass der Anregungsstrahl parallel zur Messfläche oder in ei nem Winkel von weniger als 30 Grad, insbesondere weniger als 20 Grad, weiter insbesondere weniger als 10 Grad oder weniger als 5 Grad zur Messfläche in den Messkörper eingestrahlt wird und dass der Anregungsstrahl in Richtung der Messfläche umgelenkt oder abgelenkl wird und diese durchsetzt.

In den Messkörper integriert oder mit diesem unmittelbar verbunden kann insbesondere bei Verwendung eines Flachkörpers auch eine Fokussiereinrichtung, beispielsweise in Form ei- nes Beugungselementes/einer Linse vorgesehen sein, die den Anregungsstrahl auf die Mess fläche und die Stoffoberfläche des zu analysierenden Stoffs fokussiert.

Es kann zudem vorgesehen sein, dass der Anregungsstrahl das Material des Messkörpers durchsetzt.

Es kann auch vorgesehen sein, dass der Messkörper wenigstens eine Ausnehmung, insbeson dere eine Bohrung aufweist, die durch den Anregungsstrahl durchsetzt ist, wobei sich die Ausnehmung und/oder Bohrung insbesondere von der Messfläche ausgehend in den Mess körper erstreckt oder wobei die Ausnehmung oder Aussparung und/oder Bohrung den ge samten Messkörper von einer der Messfläche gegenüberliegenden Begrenzungsfläche des Messkörpers bis zu der Messfläche durchsetzt. Die Ausnehmung kann sich als Kanal oder Bohrung mit ihrer Längsachse auch wenigstens teilweise in Richtung des Anregungsstrahls parallel zur Messfläche erstrecken. Ist eine Sensor-Schicht vorgesehen, so kann die Ausneh mung, Aussparung und/oder Bohrung sich von der der Messfläche gegenüberliegenden Be grenzungsfläche der Sensor-Schicht ausgehend in den Messkörper hinein erstrecken, so dass die Sensor-Schicht selbst von der Ausnehmung nicht durchsetzt ist.

In diesem Fall kann der Messkörper einen hohlen Kanal/eine Bohrung/Ausnehmung für den Anregungsstrahl aufweisen, so dass der Anregungsstrahl das Material des Messkörpers nicht durchsetzt, obwohl der Anregungsstrahl durch den Messkörper und die Messfläche hindurch zu dem zu analysierenden Stoff gelangt.

Es kann auch vorgesehen sein, dass der Messkörper einen ersten Teil aufweist, der eine durchgehenden Kanal für den Anregungsstrahl aufweist und dass der Messkörper an seiner Unterseite auf dem ersten Teil eine Sensor-Schicht aufweist, die entweder durchgehend ohne Ausnehmung oder mit einer Fortsetzung der Ausnehmung des ersten Teils versehen ist. Ist die Sensor- Schicht dünner als 200 Mikrometer, insbesondere dünner als 100 Mikrometer, so kann der Anregungsstrahl diese - auch wenn es sich um einen Infrarotstrahl handelt - oh ne zu große Absorption durchlaufen, und eine Ausnehmung, Bohrung oder ein Kanal in der Sensor- Schicht ist nicht notwendig. Die Sensor- Schicht des Messkörpers kann aus einem Material bestehen, das piezoelektrische Eigenschaften aufweist und einen Detektionsbereich gemäß der Erfindung ausbildet. Die Sensorschicht kann auch aus einem Material bestehen, bei dem eine Temperatur- und/oder Druckänderung eine Änderung des Brechungsindex be wirkt, so dass auch diese Änderung als Reaktionssignal, beispielsweise durch die Detektion des Reflexionswinkel eines Detektionsstrahls, der in der Sensor- Schicht reflektiert wird, nachgewiesen werden kann. Der erste Teil des Messkörpers kann dann beispielsweise aus einem Material wie Quarz oder Saphir bestehen, das im sichtbaren Bereich und für einen Detektionsstrahl durchlässig ist, jedoch im infraroten Spektralbereich weniger durchlässig oder undurchlässig ist.

Eine weitere Implementierung der Einrichtung kann vorsehen, dass in oder an dem Mess- lcörper, insbesondere in der Detektionsvorrichtung, oder unmittelbar an diesen/dieses an grenzend und mit diesem im thermischen Kontakt stehend wenigstens eine Wärmesenke in Form eines Körpers angeordnet ist, dessen spezifische Wärmekapazität und/oder spezifische Wärmeleitfähigkeit größer ist als die spezifische Wärmekapazität und/oder spezifische Wär meleitfähigkeit des Materials, aus dem der Messkörper besteht oder der als Peltier-Elemenl ausgebildet ist.

Anstelle einer Wärmesenke in Form eines Körpers, dessen spezifische Wärmekapazität und/oder spezifische Wärmeleitfähigkeit größer ist als die spezifische Wärmekapazität und/oder spezifische Wärmeleitfähigkeit des Materials, aus dem der Messkörper besteht, kann auch ein aktives oder passives Kühlelement, insbesondere ein Pelti er- Kühlelement zur Einstellung eines Temperaturgefälles vorgesehen sein. Das Temperaturgefälle oder die Abso luttemperatur kann mittels des Peltierelementes auch mit einer Regeleinrichtung geregelt werden. Mit derartigen Wärmesenken, beispielweise in Form von Metall oder Kristallkörpern oder aktiv betriebenen Peltierelementen, lassen sich die geeigneten thermischen Eigenschaften des Messkörpers bezüglich der thermischen Diffusivität realisieren, die erforderlich sind, damit die Temperaturänderung sich einerseits mit der Modulationsfrequenz in dem Detektionsbereich genügend aufbaut und andererseits die Wärme auch ausreichend schnell ab- transportiert wird. Dies hängt natürlich in erster Linie vom Material des Messkörpers/ der Detektionsvorrichtung ab, ist jedoch durch geeignete Hinzufügung von einer oder mehreren Wärmesenken beeinflussbar. Diese können beispielsweise wenigstens teilweise um den Detektionsbereich herum angeordnet oder auch an einer Seite des Detektionsbereiches vorgesehen sein.

Eine weitere Implementierung der Einrichtung kann vorsehen, dass in oder an dem Mess körper insbesondere in der Detektionsvorrichtung, oder unmittelbar an diesen/dieses an grenzend und mit diesem im thermischen Kontakt stehend wenigstens eine Wärmebarriere in Form eines Körpers angeordnet ist, dessen spezifische Wärmekapazität und/oder spezifi- sehe Wärmeleitfähigkeit geringer ist als die spezifische Wärmekapazität und/ oder spezifische Wärmeleitfähigkeit des Materials, aus dem der Messkörper besteht. Mit derartigen Wärmebarrieren, allein oder auch in Kombination mit Wärmesenken, lassen sich die geeigneten thermischen Eigenschaften des Messkörpers bezüglich der thermischen Diffusivität realisieren, die erforderlich sind, damit die Temperaturänderung sich einerseits mit der Modulationsfrequenz in dem Detektionsbereich genügend aufbaut und andererseits die Wärme auch entsprechend der Modulationsfrequenz ausreichend schnell abtransportiert wird. Dies ist durch geeignete Hinzufügung von einer oder mehreren Wärmebarrieren beein flussbar. Diese können beispielsweise wenigstens teilweise um den Detektionsbereich herum angeordnet oder auch an einer Seite des Detektionsbereiches vorgesehen sein. Wärmebarrie ren können beispielsweise durch thermisch isolierende Kunststoffelemente realisiert sein. Beispielsweise kann auf einer ersten Seite des Detektionsbereichs eine oder mehrere Wärme senken und auf einer der ersten gegenüberliegenden zweiten Seite des Detektionsbereichs eine oder mehrere Wärmebarrieren vorgesehen sein, um einen Temperaturgradienten zu erzeugen und die Richtung des Wärmetransports zu beeinflussen.

Es kann vorgesehen sein, dass die Detektionsvorrichtung und/oder der Messkörper wenigs tens teilweise aus einem piezoelektrischen Material, insbesondere einer piezoelektrischen Keramik, insbesondere einer PZT- Keramik, weiter insbesondere einer gesinterten Keramik, oder einem einkristallinen piezoelektrischen Material, insbesondere Quarz, Turmalin, Lithi- umniobat, Galliumorthophosphat, Berlinit, Seignettesalz, Ferroelektrilca wie Bariumtitanat (BTO) oder Blei-Zirlconat-Titanat, Galliumphosphat oder einem Blei-Magnesium-Niobat, oder Zinkoxid (ZnO) oder Aluminiumnitrid als Dünnschichtabscheidung oder polarisiertem Polyvinylidenfluorid besteht.

Das jeweilige Material sollte im Infrarotfrequenzbereich, vorteilhaft im mittleren Infrarotfre quenzbereich möglichst transparent sein.

Die genannten piezoelektrischen Materialien können als dünne Schicht auf einem Messkör per vorgesehen sein und die Messfläche ausbilden. Die Schichtdicke sollte dann geringer als 0,5 mm, insbesondere Meiner als 300 Mikrometer sein und/oder eine Ausnehmung oder Aussparung, beispielsweise eine Bohrung oder einen Kanal für den Anregungsstrahl aufwei sen. Der übrige Teil des Messkörpers kann dann nicht piezoelektrisch und transparent für den Anregungsstrahl sein und/oder eine Ausnehmung für den Anregungsstrahl aufweisen. Dieser übrige Teil des Messkörpers kann für die Beschichtung mit einem piezoelektrischen Material als Wärmesenke wirken, das heißt, eine größere spezifische Wärmekapazität und/oder Wärmeleitfähigkeit aufweisen als die piezoelektrische Schicht.

Eine weitere Implementierung der Einrichtung kann vorsehen, dass ein piezoelektrisches Element oder ein piezoelektrischer Bereich des Messkörpers als Aktor mit einer Spannungs- quelle verbindbar ist und in Abhängigkeit von einer steuerbaren Eingangsspannung für einen Anregungsstrahl eine Blockade darstellt.

Auf diese Weise kann das Material des Messkörpers durch Änderungen der Dielektrizitäts konstante auch als optischer Chopper für den Anregungsstrahl verwendet werden.

Ein Verfahren zum Betrieb einer Einrichtung gemäß der Erfindung kann vorsehen, dass ein modulierter Anregungsstrahl, insbesondere durch den Messkörper hindurch, auf den zu ana lysierenden Stoff gerichtet wird und dass gleichzeitig oder nacheinander Signale von ver schiedenen Elektrodenpaaren der Kontakteinrichtung erfasst und ausgewertet werden, dass zunächst anhand von vorgegebenen Kriterien ermittelt wird, welche(s) der Elektrodenpaare zur Weiterverarbeitung geeignete Signale liefert/liefern und dass darauf die Signale von ei nem oder mehreren ausgewählten Elektrodenpaaren zur Messung verwendet und ausgewer tet werden und dass insbesondere eine nachfolgende Messung durchgeführt wird, bei der die Signale des oder der ausgewählten Elektrodenpaare erfasst und ausgewertet werden.

Geeignete Signale lassen sich beispielsweise aufgrund der Stärke der Signale, des Sig nal/Rauschverhältnis oder der Steilheit selektieren, mit der die Signale der Modulation des Anregungsstrahles folgen. Mit der Auswahl der geeigneten Elektroden kann man gegebenen falls auch eine Fehlausrichtung des zu analysierenden Stoffes in Bezug auf die Messeinrich tung feststellen und korrigieren, wenn z.B. die Wärmewelle nicht in die Mitte des Messberei ches gelangt. Dann werden mögliche weise anders verteilte Elektroden für die aktuelle Mes sung ausgewählt.

Der Anregungsstrahl wird bei der Messung bezüglich der Wellenzahl/Wellenlänge/Frequenz kontinuierlich oder in schritten Verändert oder es werden charakteristische Wellenlängenbe reiche abgefahren. Bei Verwendung eines Arrays kann auch ein Anregungsstrahl in verschie denen Wellenlängen oder Wellenlängenbereichen gleichzeitig oder nacheinander durch ver schiedene Elemente eines Arrays ausgesandt werden.

Es kann in einer Implementierung des Verfahrens auch vorgesehen sein, dass nach einem ersten Messversuch in Abhängigkeit von den erfassten Signalen eine Fehlausrichtung der Einrichtung relativ zu dem zu analysierenden Stoff ermittelt und signalisiert ward und insbe sondere der Nutzer zu einer Neuausrichtung aufgefordert wird.

Dieses Verfahren kann sogar auch parallel zu einer anderen Detektionsmethode, beispiels weise mit einem reflektierten Detektionsstrahl, angewendet werden, nur um Fehlausrichtun- gen eines Fingers, an dem eine Messung vorgenommen werden soll, zu ermitteln und zu sig nalisieren.

Fehlausrichtungen können beispielsweise dadurch erkannt werden, dass die Signalstärken verschiedener Paare von Elektroden bei einer ersten Messung in Form eines Profils/Vektors ermittelt werden und dieses Profil/dieser Vektor mit entsprechenden Größen früherer Mes sungen oder festgelegten Referenzgrößen verglichen ward. Dabei kann das Profil jeweils auf eine Signalstärke normiert werden. Überschreitet der Unterschied zu einem Referenzprofil bei bestimmten Elementen des Profils oder bezüglich der Asymmetrie bestimmte Schwellen so kann auf eine Fehlausrichtung geschlossen werden.

In einer weiteren Implementierung eines Verfahrens kann auch vorgesehen sein, dass

mit einer Anregungssendeeinrichtung mindestens ein intensitätsmodulierter elekt romagnetischer Anregungsstrahl mit zumindest einer Anregungswellenlänge erzeugt wird, die Anregungssendeeinrichtung den mindestens einen elektromagnetischen An regungsstrahl in ein Stoffvolumen einstrahlt, das unterhalb der Oberfläche des Stoffs liegt,

mit einer Detektionseinrichtung ein Reaktionssignal delektiert wird, und

anhand des detektierten Reaktionssignals der Stoff analysiert wird, wobei insbeson dere

nacheinander unter Verwendung verschiedener Modulationsfrequenzen der Anre gungssendeeinrichtung Reaktionssignale, insbesondere zeitliche Reaktionssignalver läufe für verschiedene Wellenlängen des Anregungsstrahls ermittelt und

mehrere Reaktionssignalverläufe zu verschiedenen Modulationsfrequenzen mitei nander verknüpft werden und wobei

daraus insbesondere eine für einen Tiefenbereich unter der Stoffoberfläche spezifi sche Information gewonnen wird.

Die Figuren 1 bis 16 zeigen schematisch verschiedene Elemente der Vorrichtung und ihrer Elemente teilweise in unterschiedlichen Ausführungsformen.

Die Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Einrichtung zum Analysieren eines Stoffes. Der Stoff 5 liegt vorzugsweise unmittelbar auf einem Messkörper 1 auf oder umgekehrt, je denfalls sind der Stoff und eine Messfläche 2 des Messkörpers 1, der in der vorliegenden Of fenbarung auch als„optisches Medium“ bezeichnet wird, für einen Messvorgang in unmittel barem körperlichen Kontakt. Der Messkörper 1 kann als optisch transparenter Kristall oder Glaskörper oder Kunststoffkörper, insbesondere Polymerkörper, ausgebildet sein, der insbe sondere im Infrarotbereich transparent ist, wenn die Einrichtung beispielsweise zum Messen des Glukose- bzw. Blutzuckergehalts in einer Flüssigkeit, wie in einer Ausführungsform bei spielsweise in Blut, vorgesehen ist. Die Einrichtung kann dann zur Erzeugung einer Glukose- bzw. Blutzuckerspiegelangabe genutzt werden.

Die Einrichtung umfasst eine Anregungssendeeinrichtung 3 in Form eine Lasereinrichtung zum Aussenden eines oder mehrerer elektromagnetischer Anregungsstrahlen, vorzugsweise in Form von Anregungs-Lichtstrahlen mit einer oder mehreren Anregungswellenlängen, in ein Volumen 5a, das in dem Stoff 5 unterhalb eines ersten Bereiches der Oberfläche des Stof fes liegt. Die Anregungssendeeinrichtung 3 wird nachfolgend auch kurz als Lasereinrichtung bezeichnet. Bei der Lasereinrichtung kann es sich um einen bezüglich der Wellenlänge durchstimmbaren Laser, insbesondere durchstimmbaren Quantenkaskadenlaser, handeln; bevorzugt wird, wie weiter unten noch erläutert, eine Lichtquellenleiste oder ein Lichtquel- lenarray mit zumindest zwei Einzelemittern in Form von Lasern, insbesondere Halbleiterla sern mit festen Wellenlängen, eingesetzt, mit denen jeweils eine vorgegebene individuelle Wellenlänge emittiert wird.

Außerdem ist eine Einrichtung 9 zur Intensitätsmodulierung des oder der Anregungsslrah- len/ Anregungslichtstrahlen vorgesehen, die vorzugsweise durch eine Modulationseinrich tung für die Lasereinrichtung insbesondere ihrer Ansteuerung, und/oder wenigstens einen im Strahlengang angeordneten gesteuerten Spiegel und/oder eine bzgl. ihrer Transparenz steuerbare und im Strahlengang angeordnete Schicht gebildet ist.

Eine nach einer Absorption des Anregungsstrahls in dem Bereich 5a des Stoffes ausgesandte Wärmewelle läuft in den Messkörper hinein und kann dort in einem Detektionsbereich 4 durch eine Detektionsvorrichtung nachgewiesen werden. Dies geschieht durch Nachweis ei ner lokalen Temperaturerhöhung oder Temperaturänderung, die zeitlich der Absorption sehr schnell folgt. Auch die Rückänderung der Temperaturänderung (Absinken der Temperatur) nach dem Ende einer Absorptionsphase (wenn im Rahmen der Modulation des Anregungs strahls die Intensität des Anregungsstrahls absinkt) folgt dem Intensitätsverlauf der Absorp tionsintensität sehr schnell mit einem gewissen Phasenversatz, der von der Tiefe abhängt, in der in dem Stoff der Anregungsstrahl absorbiert wird.

Die Amplitude des Reaktionssignals hängt hierbei v n der Wellenlänge des Anregungs strahls, den Absorptionseigenschaften der Probe, sowie den thermischen Eigenschaften, ins besondere der thermischen Diffusivität und thermischen Leitfähigkeit der Probe als auch des Messkörpers/optischen Mediums 1 ab. Darüber hinaus spielt auch die Kopplung des thermi schen Signals von der Probe in den Messkörper hinein eine Rolle. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Detektionsvorrichtung 4,6 als Bereich 4 des Messkörpers 1 ausgebildet, der wenigstens teilweise oder abschnittsweise aus einem piezoe lektrischen Material besteht, wobei die Detektionsvorrichtung 4,6 zudem Elektroden 6a, 6b, 6c und 6d aufweist, die auf jeweils einander gegenüberliegenden Seiten des Detektionsberei ches 4 angeordnet sind. Die Elektroden 6a bis 6d stellen einen elektrischen Kontakt mit dem Material des Detektionsbereichs 4 her und werden im Folgenden gemeinsam als„Kon takteinrichtung“ 6 bezeichnet. Auf diese Weise lässt sich eine Temperatur oder Tempera turänderung je nach der Materialwahl des piezoelektrischen Materials durch eine zwischen den Elektroden erzeugte Piezo- Spannung oder durch einen elektrischen Widerstand oder eine Widerstandsänderung nachweisen.

Dabei sind in dem Beispiel der Figur 1 die beiden rechteckigen, flächenförmigen oder platten förmigen, ebenen Elektroden 6c und 6d entlang der Flächennormalen 7 der Messfläche 2 in verschiedenen Entfernungen von der Messfläche 2 parallel zueinander angeordnet. Die bei den ebenfalls ebenen, plattenförmigen Elektroden 6a und 6b sind in Richtung des Pfeils B senkrecht zur Richtung der Flächennormalen 7 und parallel zur Messfläche 2 voneinander beabstandet und parallel zueinander angeordnet. Das aus den Pfeilen A, B und C gebildete Koordinatensystem, bei dem der Pfeil A parallel zur Flächennormalen 7 der Messfläche 2 ist und die Pfeile B und C senkrecht dazu ausgerichtet sind, ist ebenso wie in lüg. 1 in den Figu ren 2 bis 15 zur Orientierung eingezeichnet.

Eine Auswerteeinrichtung 16 zum Analysieren des Stoffes, die als elektronische Einrichtung, insbesondere digitale Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise als Microcontroller oder Pro zessor oder als Computer ausgebildet ist, steht über elektrische Leitungen 17, 18 im elektri schen Kontakt mit den Elektroden 6a, 6b, 6c und 6d der Kontakteinrichtung 6, wertet die detelctierten Reaktionssignale aus und erzeugt in einer Ausführungsform eine Glukose- bzw. Blutzuckerspiegelangabe (BZA).

Dabei steht die Auswerteeinrichtung 16 auch mit der Modulationseinrichtung 9 in elektri scher Verbindung, so dass die Information über die Frequenz/Wellenlänge des Anregungs strahls und insbesondere auch die Frequenz und/oder Phase der Modulation jeweils in der Auswerteeinrichtung 16 zur Verfügung steht und bei der Auswertung berücksichtigt werden kann. Auf diese Weise kann beispielsweise auch der Phasenversatz der Reaktionssignale zur Modulationsfunktion des Anregungsstrahls ausgewertet werden, um eine Information dar über zu erhalten, in welcher Tiefe in dem Stoff, das heißt auch, in welcher Entfernung von der Messfläche 2 oder dem Detektionsbereich 4 das Reaktionssignal erzeugt worden ist. Dadurch lassen sich Informationen über eine Tiefenprofilierung der Verteilung einer nachgewiesenen Substanz, beispielsweise Glucose, in dem Stoff 5 gewinnen. Die Informationen über die Modulation des Anregungsstrahls können von der Modulations einrichtung 9 zu der Auswerteeinrichtung 16 gesandt werden, es kann jedoch auch vorgese hen sein, dass die Auswerteeinrichtung 16 die Modulation unmittelbar steuert. Die Auswer teeinrichtung 16 kann zur Auswertung auch einen Lock-in-Verstärker aufweisen, der die Signale spezifisch bei der Modulationsfrequenz auswertet.

Die gezeigte Anordnung der Elektrodenpaare 6a/6b, 6c/6d ist nur beispielhaft. Es kann auch ein einzelnes Elektrodenpaar ausreichen, wobei wuchtig ist, dass wenigstens ein Teil des De tektionsbereiches 4 zwischen den beiden Elektroden liegen muss. Zudem muss für eine opti male Funktion der zu analysierende Stoff, das heißt beispielsweise ein Finger eines Proban den, an der dafür vorgesehenen Stelle an der Messfläche 2 anliegen. Ein seitlicher Versatz des Fingers/Stoffes kann dazu führen, dass der Wärmeimpuls seine Wirkung nicht genau zwi schen den Elektroden entfaltet und die Messwerte suboptimal oder falsch sind.

Die Elektroden 6a, 6b, 6c, 6d können in oder an den Messkörper l durch ein additives Ver fahren (3d-Druck), durch Eingießen, Aufdampfen, Dotieren, gezielte Veränderung des Ur sprungsmaterials des Messkörpers (beispielsweise Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in elektrisch leitenden Kohlenstoff durch Korpuskularstrahlung oder Gammastrahlung oder Laser Strahlung), Ankleben oder Einführen in vorher eingebrachte Ausnehmungen oder Aus sparungen ein- oder angefügt werden.

Es soll der Betrieb der Einrichtung gemäß Figur l und in diesem Zusammenhang ein Verfah ren zum Analysieren eines Stoffs 5 beispielhaft näher für den Fall beschrieben werden, dass es sich bei dem zu analysierenden Stoff 5 um menschliches oder tierisches Gewebe handelt und im Rahmen der Analyse des Stoffs eine Glukose- bzw. Blutzuckerspiegelangabe ermittelt werden soll.

Nacheinander oder gleichzeitig werden mit der Laser-Lichtquelle 3 eine oder mehrere Anre gungsstrahlen 8, bei denen es sich vorzugsweise um Infrarotstrahlen handelt, erzeugt. Die Wellenlänge des oder der Infrarotstrahlen liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 3 pm und 20 pm, besonders bevorzugt in einem Bereich zwischen 8 pm und 11 pm.

Die Anregungsstrahlen 8 werden mit der Einrichtung 9 zur Intensitätsmodulierung intensi- täts- bzw. amplitudenmoduliert. In einer Ausführungsform werden mit der Einrichtung 9 zur Intensitätsmodulierung kurze Lichtpulse erzeugt, vorzugsweise mit einer Pulsfrequenz zwi schen 1 kHz und 1 MHz oder Pulspakete (Doppel- oder Mehrfachmodulation), vorzugsweise mit einer Frequenz der Einhüllenden zwischen 1 kHz und 10 ldlz. Die modulierten Anregungsstrahlen 8 werden in das optische Medium/den Messkörper l eingekoppelt und gelangen nach Passieren der Messfläche 2 in das Volumen 5a innerhalb des Gewebes 5.

Ein Passieren des Messkörpers 1 ist für das Funktionieren der Erfindung nicht notwendig, solange sichergestellt ist, dass der Anregungsstrahl 8 an der Unterseite der Messfläche 2 in den zu analysierenden Stoff 5 gelangt. Dies wird dadurch verdeutlicht, dass eine Ausneh mung/Aussparung 13 in der Figur 1 als potenzielle Ausnehmung dargestellt ist, die einen en gen Kanal, beispielsweise eine Bohrung, bildet, die an der Unterseite des Messkörpers 1 in der Messfläche 2 mündet und durch die der Anregungsstrahl 8 zur Unterseite der Messfläche 2 und in den Stoff 5 gelangen kann. In diesem weiten Sinne ist das oben genannte Merkmal zu verstehen, dass der Ausgangsstrahl„die Messfläche 2 durchsetzend“ auf den Stoff 5 ge richtet ist. Im Normalfall kann ein Aufbau ohne eine solche Ausnehmung 13 vorgesehen sein, sofern der Anregungsstrahl 8 durch das Material des Messkörpers 1 ohne weiteres hindurch gelangen kann. Eine solche Ausnehmung 13 kann auch den Messkörper nur teilweise durch dringen.

Die Wellenlänge der Anregungsstrahlen 8 ist - mit Blick auf die hier beispielhaft erläuterte Blutzuckermessung - vorzugsweise derart gewählt, dass die Anregungsstrahlen 8 von Glukose bzw. Blutzucker signifikant absorbiert werden. Zur Messung von Glukose bzw. Blutzucker sind folgende glucoserelevante Infrarotwellenlängen besonders gut geeignet (Vakuumwellen längenlund können einzeln oder gruppenweise gleichzeitig oder nacheinander als feste Wel lenlängen für eine Messung der Reaktionssignale eingestellt werden: 8,1 pm, 8,3 pm, 8,5 pm, 8,8 pm, 9,2 pm, 9,4 pm und 9,7 pm. Zudem können glucosetolerante Wellenlängen verwen det werden, die von Glucose nicht absorbiert werden, um andere vorhanden Stoffe zu ermit teln und deren Einfluss auf die Messung auszuschließen.

Für eine Messung kann ein Spektralbereich kontinuierlich durch Scannen der Lasereinrich tung 3 durchfahren werden, oder das Spektrum kann diskontinuierlich an Stützstellen durch bestimmte geeignete feste Wellenlängen abgedeckt werden.

Sollen andere Stoffe als Glucose nachgewiesen werden, so sind entsprechende Wellenlängen für die Anregungsstrahlen zu wählen, die als Absorptionswellenlängen für diese Stoffe cha rakteristisch sind.

Durch die Absorption der Anregungsstrahlen 8 im Gewebe 5 wird im Bereich des Volumens 5a eine lokale Temperaturerhöhung hervorgerufen, die einen Wärmetransport und damit einhergehend Druckwellen und Wärmeimpulse in Richtung auf die Oberfläche des Gewebes 5 und die mit dieser im Kontakt stehende Messfläche 2 auslöst. Durch die dadurch an der Messfläche 2 und benachbart zu diesem im Messkörper l auftretenden Temperatur- und Druckschwankungen werden die Dichte, die Brechzahl bzw. die Deformation, Mikrostruktur und das Reflexionsverhalten im Detektionsbereich 4 in der Nähe der Messfläche 2 moduliert und damit einhergehend wird als Reaktionssignal ein elektrischer Widerstand im Falle eines Piezomaterials beeinflusst oder eine Piezo-Spannung erzeugt oder geändert/moduliert.

Das Maß /die Amplitude der Intensitätsmodulation der Messwerte/des Reaktionssignals hängt von der Wellenlänge der Anregungsstrahlen (wegen der nötigen Absorption im Gewe be) und von der Pulsfrequenz/Modulationsfrequenz der Anregungsstrahlen (wegen des Wärmetransports und der Druckwellen vom Gewebeinneren in Richtung der Messfläche 2) und den thermischen Figenschaften der Probe und des Messkörpers 1 ab.

Die Messung kann für mehrere verschiedene Modulationsfrequenzen durchgeführt werden und die Messergebnisse, beispielsweise in Form von Spektren können miteinander verknüpft werden. Die einzelnen Spektren stellen das Reaktionssignal, beispielsweise eine Piezospan- nung oder die Amplitude einer veränderlichen Piezospannung in Abhängigkeit von der Wel lenlänge des Anregungsstrahls dar. Verschiedene Spektren können derartig miteinander ver knüpft werden, dass Messwerte von der Oberfläche der Probe (des Stoffes 5) herausgerech net/eliminiert werden können oder dass eine spezifische Information aus einem bestimmten Tiefenbereich gewonnen werden kann.

Jedes der Spektren zu einer bestimmten Modulationsfrequenz entsteht aus der Überlagerung von Antwortsignalen aus dem zu analysierenden Stoff 5 aus verschiedenen Tiefen, da der Anregungsstrahl 8 bei seinem Weg in die Probe jeweils teilweise in verschiedenen Tiefen schichten absorbiert wird.

Das Reaktionssignal stellt somit jeweils eine Mischung aus Signalen aus unterschiedlichen Tiefen dar.

Das Mischungsverhältnis der Signale aus verschiedenen Tiefen hängt von der Frequenz der Modulation des Anregungsstrahls 8 ab.

Durch Verknüpfung verschiedener Spektren zu unterschiedlichen Modulationsfrequenzen, beispielsweise eine Differenzbildung von Spektren zu höheren Modulationsfrequenzen von Spektren zu niedrigeren Modulationsfrequenzen oder eine Quotientenbildung von Spektren zu höheren Modulationsfrequenzen und Spektren zu niedrigeren Modulationsfrequenzen, jeweils auch mit unterschiedlicher Gewichtung der einzelnen Spektren, können Einflüsse von oberen Stoffschichten wenigstens reduziert oder eliminiert werden.

Die Einrichtung kann anhand von Vergleichen mit vorab durchgeführten Kalibrations- bzw. Vergleichsmessungen oder Referenzdatensätzen, die in einer Ausführungsform in Form von Vergleichstabellen oder Vergleichskurven in einem Speicher der Auswerteeinrichtung 16 ab gespeichert sind, auf die jeweils aktuelle Konzentration von Glukose bzw. Blutzucker inner halb des Gewebes bzw. innerhalb des Volumens 5a schließen und eine entsprechende Gluko se- bzw. Blutzuckerspiegelangabe erzeugen. Die Vergleichstabellen oder Vergleichskurven können beispielsweise auf der Basis von Glukose- oder Blutzuckerwerten erstellt worden sein, die anhand von außerhalb des Patientenkörpers analysierten Blutproben ermittelt wor den sind.

Die Lasereinrichtung 3 zum Aussenden des oder der Anregungs-Lichtstrahlen 8 kann als Array ausgebildet sein. Das Array weist wenigstens 5, vorteilhaft wenigstens 10, weiter vor teilhaft wenigstens 15 oder wenigstens 50 oder 100 einzeln ansteuerbare Emitter 100a für jeweils monochromatisches Licht von unterschiedlichen, festen Wellenlängen im Absorpti onsspektrum eines zu analysierenden Stoffes auf.

Das Array erzeugt vorzugsweise Strahlen mit monochromatischem Licht mit einer oder meh reren, besonders bevorzugt allen der folgenden Wellenlängen (Vakuumwellenlängen): 8,1 pm, 8,3 pm, 8,5 pm, 8,8 pm, 9,2 pm, 9,4 pm und 9,7 pm sowie, falls gewünscht zusätzlich glucosetolerante Wellenlängen.

Es kann vorgesehen sein, dass die Anregungssendeeinrichtung/Anregungs-Lichtquelle 3 un mittelbar oder mittels einer Justagevorrichtung mit dem optischen Medium/Messkörper 1 mechanisch fest verbunden ist. Die Justagevorrichtung ermöglicht vorzugsweise eine Justage des Abstands der Anregungs-Lichtquelle 3 von dem Messkörper 1 bzw. eine Justage in Strahllängsrichtung und/oder eine Justage in der Ebene senkrecht dazu.

Es kann auch vorgesehen sein, dass die Anregungssendeeinrichtung 3 und der Messkörper 1 mit der Detektionsvorrichtung 4, 6 unmittelbar aneinander oder an einem gemeinsamen Träger (nicht gezeigt) befestigt sind. Der Träger kann durch ein Kunststoffteil, eine Leiter platte oder ein Metallblech gebildet sein, das in einem Gehäuse montiert ist.

Der Träger kann auch durch das Gehäuse selbst oder ein Gehäuseteil gebildet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Einrichtung zur Analyse eines Stoffes mit einem Ge häuse (nicht gezeigt), in dem sie angeordnet ist, am Körper, beispielsweise am Rumpf einer Person befestigbar ist, wobei die Anregungssendeeinrichtung 3 zum Aussenden eines oder mehrerer Anregungs-Lichtstrahlen 8 und die Detektionsvorrichtung 4, 6 zur Detektion des zeitabhängigen Reaktionssignals derart angeordnet und eingerichtet sind, dass die zur Mes sung geeignete Seite und die Messfläche 2 der Vorrichtung auf der dem Körper/Rumpf abge wandten Seite der Vorrichtung liegt, so dass der zu analysierende Stoff auf der dem Kör per/Rumpf abgewandten Seite des Gehäuses vermessbar ist, indem beispielsweise der Pati ent einen Finger auf die Messfläche 2 legt. Hierzu ist beispielsweise vorgesehen, dass das Gehäuse mittels eines zum Gehäuse gehörenden Riemens am Körper einer Person, in einer Ausführungsform in Form eines Armbandes an einem Handgelenk befestigt ist. Auf der dem Handgelenk abgewandten Seite weist dann das Gehäuse ein für den Anregungs-Lichtstrahl 8 durchlässiges Fenster auf, oder der Messkörper 1 ist mit seiner nach außen weisenden Mess fläche 2 unmittelbar in die nach außen vom Körper weg weisende Seite des Gehäuses einge- passt und bildet beispielsweise selbst mit der Messfläche 2 abschnittsweise die Oberfläche des Gehäuses.

Es kann bei dieser Konzeption dann eine Fingerbeere auf den Messkörper 1 aufgelegt und vermessen werden.

Der Messkörper 1 kann innerhalb des Gehäuses, ebenso wie der Träger, oder unmittelbar an dem Gehäuse befestigt sein. Der Messkörper 1 kann auch unmittelbar mit dem Träger ver bunden sein, wobei eine Justageeinrichtung zur relativen Positionierung des Trägers zum optischen Medium/Messkörper 1 vorgesehen sein sollte.

Es ist auch denkbar, die Anregungs-Lichtquelle 3 direkt an dem Messkörper zu befestigen.

Durch das optische Fenster in dem Gehäuse und/oder durch den Messkörper 1 hindurch können auch andere Parameter der Stoffoberfläche bzw. der aufgelegten Fingerbeere vermessbar sein, wie in einer Ausführungsform ein Fingerabdruck. Hierzu kann in dem Ge häuse ein optischer Detektor in Form einer Kamera beispielsweise auch an dem Träger befes tigt sein, die durch den Messkörper hindurch oder an diesem vorbei neben dem Messkörper ein Bild der Oberfläche des Stoffs 5 digital aufnimmt. Dieses Bild wird innerhalb einer Verar beitungseinrichtung, die unmittelbar mit der Detektionsvorrichtung 4, 6 und auch mit der Anregungssendeeinrichtung 3 verbunden sein kann ebenso verarbeitet wie die Messinforma tionen von der Detektionsvorrichtung 4, 6. Die Verarbeitungseinrichtung kann auch Steue rungsaufgaben der Messung übernehmen. Sie kann auch wenigstens teilweise von den iibri- gen Teilen der Vorrichtung getrennt und entfernt sein und mittels einer Funkverbindung mit diesen kommunizieren.

Die Bilddaten von der Kamera können somit innerhalb des Gehäuses oder über eine Funk verbindung auch außerhalb des Gehäuses weiterverarbeitet und mit einer Personenidenti- täts-Datenbanlc verglichen werden, um Kalibrationsdaten der identifizierten Person abzuru fen und diese der Messung zugrunde zu legen.

Derartige Kalibrationsdaten können auch entfernt (remote) in einer Datenbank, in einer Aus führungsform einer Cloud, abrufbar gespeichert sein. Auch die Messdaten der Detektionsvor richtung können sowohl innerhalb als auch außerhalb des Gehäuses weiterverarbeitet wer den.

Werden Daten außerhalb des Gehäuses verarbeitet, so sollten die Ergebnisdaten vorzugswei se zu der Vorrichtung innerhalb des Gehäuses zurückgefunkt werden, um dort angezeigt werden zu können.

In jedem Fall kann eine Anzeige (nicht gezeigt) an dem Gehäuse vorgesehen sein, die vorteil haft durch das optische Fenster, in einer Ausführungsform auch teilweise durch den Mess körper oder am Messkörper 1 ablesbar ist. Die Anzeige kann auch durch das optische Fenster eine Leuchtanzeige auf eine Anzeigefläche projizieren und zu diesem Zweck eine Projektions vorrichtung aufweisen. Durch die Anzeige kann in einer Ausführungsform ein Mess- oder Analyseergebnis, insbesondere eine Glucosekonzentration angezeigt werden. Die Ausgabe kann in einer Ausführungsform über einen Zeichen- oder Farbcode erfolgen. Es kann durch die Anzeige oder eine zu dieser parallelen Signaleinrichtung in einer Ausführungsform ein Vorschlag für eine Insulindosis abhängig von weiteren Patientenparametern (z.B. Insulinkor rekturfaktor) oder eine automatische Signalübertragung an eine Dosiereinrichtung in Form einer Insulinpumpe erfolgen.

Alternativ kann auch eine Empfehlung zum Verzehr bestimmter Lebensmittel mit einer Mengenangabe erfolgen. Dies kann beispielsweise mit einem Zubereitungsvorschlag verbun den sein, der aus einer Datenbank abgerufen und insbesondere auch in elektronische Form übermittelt werden kann. Diese Zubereitungsanweisung kann auch an eine automatische Vorrichtung zur Nahrungszubereitung übermittelt werden.

Die Verbindung der Vorrichtung von und zu einer externen Datenverarbeitungseinrichtung kann durch alle gängigen Standards, wie Lichtleiter, Kabel, Funk (z. B. Bluetooth, WiFi), oder auch Ultraschall oder Infrarotsignale realisiert sein. Die Figuren 2 bis 16 zeigen unter anderem besondere Ausgestaltungen der Kontakteinrich tung 6 mit in vielfältiger Weise verteilten Elektroden.

Die Figur 17 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung mit einer Detektionseinrichtung, die die Reflexion eines Messlichtstrahls erfasst.

In der Figur 2 ist wieder schematisch ein Messkörper 1 mit einer Messfläche 2 und einem Detektionsbereich 4 sowie einer Kontakteinrichtung 6 dargestellt. Aus der Figur 2 geht her vor, dass die Kontakteinrichtung 6 auch mehrere Elektroden auf jeder Seite des Detektions bereichs 4 aufweisen kann. In dem dargestellten Beispiel sind auf einer ersten Seite des De tektionsbereichs 4 die Elektroden 6e, 6f und auf der gegenüberliegenden Seite des Detekti onsbereichs 4 die Elektroden 6g, 6h dargestellt. Die einzelnen Elektroden sind in dem gezeig ten Beispiel rechteckig plattenförmig ausgebildet. Für eine Messung kann durch die Auswer teeinrichtung 16 jeweils ein Piezosignal (in Form einer Piezospannung oder eines geänderten Widerstands) zwischen zwei Elektroden 6e, 6f, 6g, 6h ausgewertet und die Ergebnisse kön nen verglichen werden. Es kann dann für die weitere Auswertung der Messung oder für eine nachfolgende Messung ein Elektrodenpaar ausgewählt werden. Dabei kann berücksichtigt werden, welches Elektrodenpaar die größten Signale oder die am wenigsten störanfälligen Signale liefert. Es kann für die Messung vorzugsweise ein Paar benachbarter Elektroden aus gewählt werden, also beispielsweise die Elektroden 6f und 6g oder auch die Elektroden 6e und 6f oder 6g und 6h. Es ist jedoch auch möglich, das Elektrodenpaar 6e, 6h für eine Mes sung zu verwenden und die zwischen diesen Elektroden hegenden Signale auszuwerten. Da bei ist zu berücksichtigen, dass die Elektroden, die für eine aktuelle Messung gerade nicht verwendet werden, andere Elektroden dielektrisch abschirmen können. Die nicht verwende ten Elektroden können beispielsweise auf einem floatenden Potential belassen oder in be stimmten Fällen mit Erdpotenzial verbunden werden.

Aus der Figur 3 geht eine Anordnung einer Kontakteinrichtung 6 hervor, die auf jeder Seite des Detektionsbereichs 4 jeweils drei kreisringförmige Elektroden 6i, 6j, 61c aufweist. Auch diese Elektroden können paarweise zur Messung verwendet werden. Der Durchmesser der ringförmigen Elektroden nimmt in dem dargestellten Fall vom Detektionsbereich 4 ausge hend nach außen hin zu, so dass die Elektrode 6i einen größeren Durchmesser aufweist als die Elektrode 6j und diese einen größeren Durchmesser als die Elektrode 61c.

Zusätzlich kann außen hinter den Elektroden 6i, 6j, 61c beispielsweise ein Paar von planen, plattenförmigen Elektroden 61, 6m vorgesehen sein. Die ringförmige Ausgestaltung der Elektroden kann zusammen mit der nach außen zuneh menden Größe dazu führen, dass die äußeren Elektroden von dem innen liegenden Elektro den weniger abgeschirmt werden und verschiedene Elektrodenpaare unabhängig voneinan der verwendet werden können.

Die Figur 4 zeigt eine Ausgestaltung mit einer Kontakteinrichtung 6 mit jeweils drei auf jeder Seite des Detektionsbereichs in horizontaler Richtung - also der Richtung B - parallel zur Messfläche 2 hintereinanderliegenden ringförmigen Elektroden 6n, 60, 6p, wobei der Durchmesser der ringförmigen Elektroden mit zunehmendem Abstand von dem Detektions bereich 4 abnimmt.

Seitlich außerhalb der Elektroden ist auf jeder Seite des Detektionsbereiches eine Wärme senke 14, 14a dargestellt, die in den Messkörper eingelassen oder außen auf ihn aufgebracht sein kann. Diese Wärmesenken können beispielsweise aus einem Metall oder einem anderen Material bestehen, dessen Wärmekapazität und/oder Wärmeleitfähigkeit größer ist als die des Materials/der Materialien, aus dem/denen der Messkörper 1 besteht.

Es kann auch ein einzelner, beispielsweise ringförmiger Körper als Wärmesenke vorgesehen sein, der den Detektionsbereich 4 oder den gesamten Messkörper 1 umgibt. Eine Wä- remesenke kann dabei auch durch ein Peltierelement verwirklicht sein. Die Wärmesenke sorgt dafür, dass die Temperaturerhöhung, die durch die Ankunft einer Wärmewelle/eines Wärmeimpulses im Detektionsbereich erfolgt, durch Abkühlung möglichst schnell wieder ausgeglichen werden kann, so dass das Material des Messkörpers 1 im Detektionsbereich 4 möglichst schnell auf einen nachfolgenden Wärmeimpuls reagieren kann.

Die Wärmeimpulse folgen aufeinander mit der Modulationsfrequenz des Anregungsstrahls. Oberhalb des Detektionsbereichs ist eine plattenförmige Wärmebarriere 15 vorgesehen, die eine Öffnung zum Durchtritt eines Anregungsstrahls 8 aufweist. Diese sorgt dafür, dass der Wärmeimpuls, wenn er im Detektionsbereich ankommt, bei einer zu großen Wärmeleitfähig keit des Materials des Messkörpers 1 nicht zu schnell abgeführt wird, so dass sich kurzzeitig eine Temperaturerhöhung im Detektionsbereich 4 aufbauen kann, bevor die Wärme, bei spielsweise über Wärmesenken, abgeführt wird.

Es können eine oder mehrere Wärmesenken und/oder eine oder mehrere Wärmebarrieren in einen Messkörper integriert oder außen auf diesem angebracht sein, um den Wärmetrans port geeignet zu lenken. Dies kann insbesondere für flache Messlcörper sinnvoll sein oder für Messkörper, die eine dünne Beschichtung aus einem Piezo- Material aufweisen und ansons ten aus einem Material bestehen, das keinen Piezo-Effekt aufweist. Die Figur 5 zeigt eine Kontakteinrichtung 6 mit jeweils zwei rahmenförmigen Elektroden 6q, 6r auf jeder Seite des Detektionsbereichs 4, wobei die rahmenförmigen Elektroden als recht eckige Rahmen ausgebildet sind und in gleicher Entfernung vom Detektionsbereich 4 oder auch in unterschiedlichen Entfernungen vom Detektionsbereich 4 angeordnet sein können. Die Elektroden 6q, 6r können somit auf jede Seite des Detektionsbereichs 4 beispielsweise lcoplanar und konzentrisch zueinander angeordnet oder bezüglich der Entfernung vom De tektionsbereich 4 gestaffelt sein. Die Figur 6 zeigt eine Kontakteinrichtung 6 mit jeweils drei ringförmigen Elektroden ober halb und unterhalb des Detektionsbereichs 4, d. h. die Elektroden sind bezüglich der Flä chennormalen in Richtung A auf beiden Seiten des Detektionsbereichs 4 hintereinander in verschiedenen Entfernungen von der Messfläche 2 angeordnet. Die Figur 7 zeigt ein Beispiel für die Verwendung von Elektroden einer Kontakteinrichtung 6. Es sind auf jeder Seite des Detektionsbereichs 4 jeweils zwei rahmenförmige Elektroden 6q, 6r in unterschiedlichem Abstand vom Detektionsbereich 4 vorgesehen. Im Normalfall, wenn der zu analysierende Stoff in der Mitte unter der Messfläche 2 angeordnet ist, wie in der Fi gur 7 durch den Bereich 5 des Stoffes angedeutet ist, kann die Auswahl von zwei Elektroden beiderseits des Detektionsbereichs 4 für eine Messung optimal sein. Wird jedoch eine Probe auf die Messfläche 2 an der falschen Stelle aufgelegt, beispielsweise indem ein Finger eines Probanden seitlich gegenüber der optimalen Position verschoben ist, so wird der zu analysie rende Stoff sich in Richtung der dargestellten Position 5“ bewegen und ein optimaler Detekti onsbereich wird im Bereich des Messkörpers 1 liegen, der mit 4“ bezeichnet ist. Für diesen Fall kann es sinnvoll sein, zwei andere Elektroden, im dargestellten Fall die Elektroden 6q, 6r, für eine Messung auszuwählen und die zwischen diesen entstehenden elektrischen Signa le auszuwerten. Es können in diesem Fall auch probeweise verschiedene Paare von Elektro den benutzt, die entsprechenden Signale ausgewertet und miteinander verglichen werden, um zu ermitteln, an welcher Stelle genau der zu analysierende Stoff 5 an der Messfläche 2 anliegt und welches Elektrodenpaar die besten Messergebnisse erzeugt.

In der Figur 8 sind sechs ringförmige Elektroden in Richtung der Flächennormalen A hinter einanderliegend auf beiden Seiten des Detektionsbereichs 4 dargestellt. Auf jeder Seite des Detektionsbereichs liegen jeweils drei kreisringförmige Elektroden, die koaxial zueinander angeordnet sind, wobei der Durchmesser der einzelnen Elektroden mit zunehmendem Ab stand vom Detektionsbereich 4 zunimmt. Auch hier können verschiedene Elektrodenpaare, die symmetrisch oder unsymmetrisch zu dem Detektionsbereich 4 einander gegenüberliegen, für eine Messung ausgewählt werden. Die Auswerteeinrichtung ist in dieser Darstellung, wie auch in einigen anderen der Figuren, der Übersichtlichkeit halber weggelassen; ebenso wie eine Darstellung des Anregungsstrahls und der Lasereinrichtung.

In der Figur 9 ist ein Messkörper 1 mit einem Detektionsbereich 4 dargestellt, wobei die Kon takteinrichtung 6 eine Mehrzahl von Elektroden 6s, 6t, 6u aufweist, die in einem kreisring förmigen Bereich 10 um den Detektionsbereich 4 herum verteilt sind. Bei dieser Verteilung der Elektroden 6s, 6t, 6u ist es sinnvoll, Signale jeweils zwischen zwei diametral einander gegenüberliegenden Elektroden 6s, 6u für eine Messung auszuwählen, wobei verschiedene Elektrodenpaare für eine Selektion versuchsweise betrieben werden können.

In diesem Zusammenhang soll bemerkt werden, dass der Detektionsbereich 4 in den Figuren als ein Bereich des Messkörpers gekennzeichnet ist, der der geforderten Materialwahl ent spricht, so dass er einen Piezoeffekt aufweist und der gleichzeitig in einem Bereich des Mess körpers 1 liegt, in dem ein Reaktionssignal von dem zu analysierenden Stoff 5 in Form eines Wärmeimpulses ankommt. Ein möglicher Detektionsbereich 4 hängt auch von den für die Messung ausgewählten Elektroden 6 ab und liegt üblicherweise zwischen den für die Mes sung ausgewählten Elektroden 6, sobald der Messkörper 1 in diesem Bereich 4 aus dem ge forderten Material besteht bzw. einen Piezoeffekt aufweist. Der Detektionsbereich 4 ist somit nicht notwendig in dem Messkörper vorgegeben, sondern ergibt sich als der Bereich, in dem die Reaktionssignale aus dem zu analysierenden Stoff mittels des verwendeten physikali schen Effekts durch die ausgewählten Kontaktelektroden 6 bei geeigneter Positionierung des Stoffs 5 unter der Messfläche 2 nachweisbar sind.

Die in der Figur 9 gezeigten Elektroden 6s, 6t, 6u können rechteckig oder rund oder oval und dabei eben oder teilzylinderförmig, d. h. in einer Achse gekrümmt, ausgebildet sein.

Die Figur 10 zeigt in einem Beispiel, dass der kreisringförmige Bereich 10, in dem die Elekt roden um einen Detektionsbereich herum angeordnet sind, nicht in Form eines zu der Mess fläche parallelen Kreisrings angeordnet sein muss, sondern als Kreisring im Raum des Mess- lcörpers 1 in verschiedenen Winkellagen vorgesehen sein kann.

In der Figur 11 ist eine Anordnung gezeigt, bei der die Kontakteinrichtung 6 unmittelbar im Bereich der Messfläche 2 in dem Messkörper 1 oder an dem Messkörper 1 vorgesehen ist. Einzelne Elektroden 6v, 6w sind unmittelbar an der Messfläche 2 in einem kreisringförmigen Bereich 10 um den Detektionsbereich 4 herum verteilt angeordnet.

Die Figur 12 zeigt dabei eine spezielle Ausführungsform der Struktur, die in der Figur 11 an gedeutet ist. In der Figur 12 ist der Messkörper 1 von der Unterseite, d. h. von außen auf die Messfläche 2 blickend, dargestellt, wobei um den kreisringförmigen Bereich io herum Aus nehmungen zur Aufnahme von Elektroden in einer unteren Schicht i‘ des Messkörpers l vor gesehen sind. Die Ausnehmungen sind mit 17, 18, 19, 20, 21 bezeichnet. In die Ausnehmun gen sind Elektrodenkörper 6x, 6y einlegbar und können dort kraftschlüssig oder stoffschlüs sig gehalten werden. Die Elektroden 6x, 6y können beispielsweise in den Ausnehmungen 21, 20 eingeldinkt werden. Dabei weisen die Ausnehmungen 17, 18, 19, 20, 21 beispielsweise Kontaktierungen auf, die mit Leiterbahnen 32 auf der Messfläche 2 verbunden sind. Die Lei terbahnen 32 sind elektrisch mit einer nicht dargestellten Auswerteeinrichtung verbunden. Beim Einsetzen der Elektroden 6x, 6y in die Ausnehmungen werden diese mit den Leiter bahnen 32 und somit mit einer Auswerteeinrichtung elektrisch verbunden.

Die Elektroden können für eine Messung ebenso wie bereits oben beschrieben ausgewählt werden.

Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Schicht i‘ des Messkörpers 1 aus einem piezoelektrischen Material besteht, während der Rest des Messkörpers 1 aus einem anderen, entweder ebenfalls piezoelektrisch sensitiven oder nicht piezoelektrischen Material besteht.

In der Figur 13 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, in der die Schicht i‘ des Messkörpers 1 Elektroden 22, 23 trägt, die außen auf die Schicht i‘ (Sensor- Schicht) aufgebracht, bei spielsweise aufgeklebt oder aufgedampft, sind. Die Schichtdicke der Sensor- Schicht T, wel che aus piezoelektrischem Material besteht, kann zwischen o und 1 mm, insbesondere zwi schen o und 500 Mikrometer, insbesondere kleiner als 100 Mikrometer sein. Die Schicht kann mit dem ersten Teil/übrigen Bereich des Messkörpers 1 verklebt sein oder in einer an deren Fügetechnik mit diesem zusammengefügt sein. Der Anregungsstrahl kann diese Schicht i‘ passieren. Für den Anregungsstrahl kann im übrigen Bereich des Messkörpers 1 (im sogenannten ersten Teil des Messkörpers 1) eine kanalförmige Ausnehmung vorgesehen sein. Das Material dieses übrigen Bereichs des Messkörpers 1 kann dann aus einem für Infra rotstrahlung undurchlässigen Material, beispielsweise Quarz oder Saphir, bestehen. Diese Elektroden lassen die Messun eines Piezoeffekts im Detektionsbereich 4 innerhalb der Schicht T zu. Es können weitere Elektroden der gleichen Art unter der Messfläche 2 oder in Ausnehmungen in der Messfläche 2 in einem kreisringförmigen Bereich 10 um den Detekti onsbereich 4 herum vorgesehen sein.

Die Figur 14 zeigt eine Ausführungsform mit einer piezoelektrischen Schicht 1' eines Mess körpers 1, bei der seitlich auf die Schicht T zwei Elektroden 24, 25 aufgesetzt sind. Auch diese Elektroden 24, 25 können beispielsweise aufgeklebt oder aufgedampft oder in anderer Form auf die Oberfläche der Schicht T aufgebracht oder in Ausnehmungen in der Schicht 1 einge- bracht sein. Auch die übrigen Seitenflächen der Schicht i‘ können Elektroden 26, 27 aufwei sen, wobei alle Elektroden durch Lichtleitungen oder Leiterbahnen mit einer Auswerteein richtung verbunden sind.

Die Figur 15 zeigt eine Mehrzahl von Elektroden 28, 29, die an der Unterseite einer piezoe lektrischen Schicht i‘ eines Messkörpers, d. h. an der Messfläche 2, in einem kreisringförmi gen Bereich 10 um einen Detektionsbereich 4 angeordnet sind. Auch hier können wahlweise verschiedene Paare von Elektroden für eine Messung verwendet werden, wobei die beiden Elektroden eines Paares einander auf verschieden Seiten des Detektionsbereichs 4 gegen überliegen sollen. Auch diese Elektroden können beispielsweise aufgeklebt oder aufgedampft oder in anderer Form auf die Oberfläche der Schicht 1‘aufgebracht oder in Ausnehmun gen/Aussparungen in der Schicht eingebracht sein. Versuchsweise können verschiedene Paa re von Elektroden für eine Messung zusammengestellt und betrieben werden, um das opti male Elektrodenpaar je nach der Positionierung des Stoffs 5 unter der Messfläche 2, also je nach Lage des optimalen Detektionsbereichs 4 zu selektieren.

Die Figur 16 zeigt einen Messkörper 11, der als Flachkörper ausgebildet ist und beispielsweise ähnlich aufgebaut und mit Elektroden versehen sein kann, wie die in den Figuren 14, 15 dar gestellten Schichten l‘ des Messkörpers 1. Jedoch kann in diesem Fall der gesamte Messkör per 1 durch den Flachkörper 11 gebildet sein. An der Unterseite des Flachkörpers 11 ist die Messfläche 2 vorgesehen und die Ausdehnung des Flachkörpers 11 in Richtung der Flächen normalen 7 der Messfläche 2 ist ldein gegenüber der Ausdehnung in den Richtungen parallel zur Messfläche 2. Um für den Aufbau der Einrichtung in Richtung der Flächennormalen 7 einen minimalen Platz zu beanspruchen, kann vorgesehen sein, die Lasereinrichtung 3 seit lich neben dem Flachkörper über einer gedachten Verlängerung der Messfläche an einer sei ner Flachseiten anzuordnen und den Anregungsstrahl 8 parallel zur Messfläche 2 oder im Wesentlichen parallel zu dieser in den Messlcörper/Flachkörper 11 einzustrahlen. Für den Anregungsstrahl 8 kann dann auch eine kanalförmige Ausnehmung in den Flachkörper ein gebracht sein, ähnlich wie sie in Fig. 1 unter Bezugszeichen 13 gezeigt ist. Es ist dann bei spielsweise eine Spiegeleinrichtung 12 innerhalb des Flachkörpers vorgesehen, die den Mess strahl 8 zur Messfläche 2 hin und weiter durch die Messfläche 2 in den Stoff 5 reflektiert. Auch der Flachkörper kann insgesamt aus einem piezoelektrischen Material bestehen oder im Bereich der Messfläche eine piezoelektrische Schicht aufweisen.

Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Lasereinrichtung 3 etwas oberhalb des Flach körpers 11 angeordnet ist, so dass der Anregungsstrahl 8 parallel zu dem Flachkörper zu einer oben auf den Flachkörper 11 angeordneten Spiegeleinrichtung 12 gestrahlt und dort in den Flachkörper 11 senkrecht zur Messfläche 2 eingespiegelt wird. In beiden Fällen ist die Aus- dehnung der Einrichtung in Richtung der Flächennormalen 7 gegenüber der Ausführungs form, die in der Figur 1 dargestellt ist, drastisch reduziert. Der Messkörper 11 und die Laser einrichtung 3 können damit zusammen in einem flachen Gehäuse untergebracht werden, ggf. gemeinsam mit der Auswerteeinrichtung 16.

Innerhalb, unterhalb des Flachkörpers 11 oder seitlich von diesem können die Elektroden 22, 23 vorgesehen sein, die für die Messungen am Detektionsbereich 4 verwendet werden. Es ist bei dieser Ausgestaltung jede der weiter oben bereits erläuterten Anordnungen von zwei oder mehr Elektroden ebenso verwendbar.

Auch ein solcher als Flachkörper 11 ausgebildeter Messkörper kann aus einem ersten Teil und einer mit diesem zusammengefügten/ auf diesen aufgeklebten Sensor- Schicht, beispielswei se piezoelektrischen Schicht gebildet sein, wobei dann die piezoelektrische Schicht die Mess fläche bildet und mit Elektroden versehen ist. Es kann auch in diesem Fall eine Ausnehmung für den Anregungsstrahl in dem ersten Teil des Messkörpers 11 vorgesehen sein und dieser kann dann optional aus einem für Infrarotstrahlung undurchlässigen oder wenig durchlässi gen Material bestehen, wie beispielsweise Quarz oder Saphir.

Im unteren Bereich der Figur 16 ist die oben perspektivisch dargestellte Anordnung in einer Seitenansicht gezeigt, um den Reflexionsweg des Anregungsstrahls 8 deutlich zu machen.

In dem Fall, dass ein oben beschriebener Flachkörper verwendet wird mit einer Lasereinrich tung, die seitlich neben diesem angeordnet und derart ausgerichtet ist, dass sie einen intensi tätsmodulierten und bezüglich der Wellenlänge variierten Anregungsstrahl im wesentlichen parallel zur Messfläche in oder über den Flachkörper aussendet, wobei der Anregungsstrahl zur Messfläche umgelenkt wird, kann zur Detektion ein separat durch eine Strahlquelle er zeugter, in den Messkörper eingestrahlter und im Bereich der Messfläche reflektierter Mess strahl verwendet werden, dessen Ablenkung (Ablenl winkel) im Messkörper im Bereich der Messfläche durch die Reaktionssignale aus dem zu analysierenden Stoff beeinflusst wird. Der Ablenlcwinkel kann gemessen und daraus die Intensität der Reaktionssignale bestimmt wer den, die der Absorptionsintensität des Anregungsstrahls in dem Stoff 5 und der Dich te/Konzentration einer absorbierenden/zu detelctierenden Substanz in dem Stoff entspricht.

Auch für eine solche Anwendung kann der Flachkörper homogen aus einem Material aufge baut sein, dessen Brechungsindex von der Temperatur abhängt oder er kann im Bereich der Messfläche eine Schicht aufweisen, die aus einem Material besteht, dessen Brechungsindex von der Temperatur abhängt. Die vorliegende Schutzrechtsanmeldung bezieht sich (wie einleitend bereits erwähnt) neben den oben beschriebenen Anspruchsgegenständen und Ausführungsbeispielen auch auf die folgenden Aspekte. Diese Aspekte oder einzelne ihrer Merkmale können einzeln oder in Gruppen jeweils mit Merkmalen der Ansprüche kombiniert werden. Die Aspekte stellen dar über hinaus auch jeweils für sich genommen oder miteinander oder mit Anspruchsgegen ständen kombiniert eigenständige Erfindungen dar. Die Anmelderin behält sich vor, diese Erfindungen zu einem späteren Zeitpunkt zum Gegenstand von Ansprüchen zu machen. Dies kann im Rahmen dieser Anmeldung oder auch im Rahmen von späteren Teilanmeldungen oder Nachanmeldungen unter Inanspruchnahme der Priorität dieser Anmeldung geschehen.

ASPEKTE: l) Verfahren zum Analysieren eines Stoffes in einem Körper, umfassend:

Aussenden eines Anregungs-Lichtstrahls (Anregungsstrahls) mit einer oder mehreren spezifischen Anregungswellenlängen durch einen ersten Bereich der Oberfläche des Körpers,

Intensitätsmodulation des Anregungs-Lichtstrahls mit einer oder mehreren Frequen zen, insbesondere nacheinander, durch einen mechanischen, elektrischen oder opti schen Chopper, insbesondere durch eine elektronische Ansteuerung der Anregungs lichtquelle, eine Verstell einrichtung für einen Resonator eines als Anregungslicht quelle dienenden Anregungslasers oder eine bewegliche Spiegeleinrichtung, eine steuerbare Beugungseinrichtung, eine Verschluss- oder Spiegeleinrichtung, die an ei nem Motor, wie einem Stepmotor, oder mit einem MEMS gekoppelt ist oder eine be züglich der Transmission oder Reflexion steuerbare Schicht im Strahlengang, mittels eines außerhalb des Körpers angeordneten Detektors die zeitaufgelöste Detek tion eines Reaktionssignals, das auf die Wirkung der wellenlängenabhängigen Ab sorption des Anregungs-Lichtstrahls im Körper zurückgeht.

Der Detektor kann beispielsweise durch einen optischen Medium/Messkörper mit einem Detektionsbereich gebildet sein, der insbesondere der Messfläche (= mit dem zu analysieren den Stoff in Kontakt stehenden Grenzfläche des Messkörpers) benachbart oder unmittelbar benachbart, ist und der einen druck- oder temperaturabhängigen spezifischen elektrischen Widerstand aufweist und /oder bei Druck- oder Temperaturänderungen elektrische, insbe sondere piezoelektrische Spannungssignale erzeugt, und mit einer elektrischen Kontaktein richtung, die Elektroden aufweist, welche mit dem Detektionsbereich des optischen Medi ums/Messkörpers elektrisch leitend zur Erfassung des elektrischen Widerstandes und/oder der elektrischen Signale verbunden sind, wobei mit der Kontakteinrichtung und dem Detek tionsbereich eine Detektionseinrichtung gebildet ist.

Der Detektor/die Detektionseinrichtung kann beispielsweise ein piezoelektrisches Material aufweisen oder einen temperaturabhängigen Widerstand mit positivem oder negativem Temperaturkoeffizienten (Thermistor) oder ein Thermoelement.

Die Modulation kann in einer Ausführungsform durch Interferenz oder Beeinflussung der Phase oder Polarisation der Strahlung der Anregungssendeeinrichtung erfolgen, insbesonde re, wenn diese eine Laserlichteinrichtung umfasst. Die Modulation kann auch durch Steue rung eines aktiv betriebenen Piezoelementes sein, das ein Teil/Element des Messkörpers ist und dessen Transmission oder Reflexionseigenschaft//Reflektivität durch eine Spannungs steuerung an dem Piezoelement steuerbar ist. Die Reaktionssignale können beispielsweise Intensitäten oder Ablenkungswinkel eines reflektierten Messstrahls oder Spannungssignale eines mit einem Piezoeffekt arbeitenden Detektors sein.

2) Verfahren nach Aspekt l, dadurch gekennzeichnet, dass der Anregungslicht strahl/Anregungsstrahl durch mehrere Emitter oder Multiemitter, insbesondere in Eorm eines Laser-Arrays, erzeugt wird, die Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen gleichzeitig oder nacheinander oder in Pulsmustern, auch abwechselnd aussenden.

3) Verfahren nach Aspekt l oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten Bereich der Oberfläche des Körpers ein akustisches Reaktionssignal durch einen akustischen Sensor erfasst wird.

4) Verfahren nach einem der Aspekte l bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem ers ten Bereich der Oberfläche des Körpers ein Reaktionssignal durch einen Infrarotstrahlungs sensor, insbesondere ein Thermoelement, ein Bolometer oder ein Halbleiterdetektor, zum Beispiel ein Quantum-Cascade-Detektor, oder einen Piezo-Detektor erfasst wird. Der Piezo- Detektor kann dabei beispielsweise in oder an einem Messlcörper/optischen Medium gebildet sein.

5) Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 4, umfassend die Schritte:

Herstellen des Kontakts eines optischen Mediums/Messl örpers mit einer Stoffober fläche des Körpers, so dass zumindest ein Bereich der Oberfläche des optischen Me- diums/Messlcörpers (beispielsweise eine Messfläche) in Kontakt mit dem ersten Be reich der Oberfläche des Körpers steht; Aussenden eines Anregungs-Lichtstrahls mit einer Anregungswellenlänge in ein in dem Stoff unterhalb des ersten Bereiches der Oberfläche liegendes Volumen insbe sondere durch den Bereich der Oberfläche des optischen Mediums hindurch, der in Kontakt mit dem ersten Bereich der Stoffoberfläche steht,

Messen der Temperatur oder Temperaturänderung und/oder einer Druckänderung in dem ersten Bereich der Oberfläche des optischen Mediums durch ein optisches pyro- metrisches oder photothermisches Verfahren,

Analysieren des Stoffes anhand der detektierten Temperaturerhöhung in Abhängig keit von der Wellenlänge des Anregungs-Lichtstrahls. Dabei kann dieser Vorgang bei einer Messung für verschiedene Modulationsfrequenzen durchgeführt werden und die Ergebnisse für verschiedene Modulationsfrequenzen können miteinander kombiniert werden.

6) Verfahren nach Aspekt 5, gekennzeichnet durch

das Aussenden eines Mess-Lichtstrahls durch das optische Medium/den Messkörper auf den Bereich der Oberfläche, des optischen Mediums, der in direktem Kontakt mit der Stoffober fläche steht, derart, dass der Mess-Lichtstrahl und der Anregungslichtstrahl auf der Grenzflä che des optischen Mediums/Messkörpers und der Stoffoberfläche, an der der Mess- Lichtstrahl reflektiert wird, einander unmittelbar benachbart sind oder überlappen;

Direktes oder indirektes Detektieren einer Ablenkung des reflektierten Mess-Lichtstrahls in Abhängigkeit von der Wellenlänge des Anregungs-Lichtstrahls und

Analysieren des Stoffes anhand der detektierten Ablenkung des Mess-Lichtstrahls in Abhän gigkeit von der Wellenlänge des Anregungs-Lichtstrahls. Dabei kann dieser Vorgang bei einer Messung für verschiedene Modulationsfrequenzen durchgeführt werden und die Ergebnisse für verschiedene Modulationsfrequenzen können miteinander kombiniert werden.

Dieses Verfahren kann beispielsweise auch mit einem flachen Messkörper und seitlicher Ein strahlung des Anregungsstrahls (im wesentlichen parallel zur Messfläche) sowie mit Einspie gelung des Anregungsstrahls zur Messfläche und zu dem zu analysierenden Stoff angewendet werden.

7) Verfahren nach einem der Aspekte 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Mess- Lichtstrahl durch dieselbe Lichtquelle erzeugt wird, die den Anregungs-Lichtstrahl erzeugt.

8) Verfahren nach einem der Aspekte 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Mess-Lichtstrahl nach der Ablenkung und vor der Detektion innerhalb des optischen Medi ums, außerhalb des optischen Mediums oder teilweise innerhalb und teilweise außerhalb des optischen Mediums ein- oder mehrmals reflektiert ward. 9) Verfahren nach Aspekt 1 oder einem der anderen vorangehenden bzw. folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass der Anregungs-Lichtstrahl ein intensitätsmodulierter, insbe sondere gepulster Anregungs-Lichtstrahl insbesondere im Infrarot-Spektralbereich ist, wobei insbesondere die Modulationsrate zwischen 1 LIz und 10 kHz, vorzugsweise zwischen 10 Hz und 3000Hz liegt.

10) Verfahren nach Aspekt 1 oder einem der anderen vorangehenden bzw. folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht des/der Anregungs- Lichtstrahlen durch eine inte grierte Anordnung mit mehreren Einzellasern, insbesondere einem Laserarray, gleichzeitig oder nacheinander oder teilweise gleichzeitig und teilweise nacheinander erzeugt wird.

11) Verfahren nach Aspekt 1 oder einem der anderen vorangehenden bzw. folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass aus den bei verschiedenen Modulationsfrequenzen des Anre gungs-Lichtstrahls gewonnenen Reaktionssignalen eine Intensitätsverteilung der Reaktions signale in Abhängigkeit von der Tiefe unter der Oberfläche ermittelt wird, in der die Reakti onssignale entstehen.

12) Verfahren nach Aspekt 1 oder einem der anderen vorangehenden bzw. folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Phasenlage der Reaktionssignale im Verhältnis zu ei nem modulierten Anregungs- Lichtstrahl bei einer oder verschiedenen Modulationsfrequen zen des Anregungs-Lichtstrahls eine Intensitätsverteilung der Reaktionssignale in Abhängig keit von der Tiefe unter der Oberfläche ermittelt wird, in der die Reaktionssignale entstehen.

13) Verfahren nach Aspekt 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Intensitätsverteilung der Reaktionssignale in Abhängigkeit von der Tiefe unter der Oberflä che die Messergebnisse zu verschiedenen Modulationsfrequenzen gewichtet und miteinander verknüpft werden.

14) Verfahren nach Aspekt 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass aus der gewon nenen Intensitätsverteilung über die Tiefe unter der Oberfläche des Körpers eine Stoffdichte eines den Anregungs- Lichtstrahl in spezifischen Wellenlängenbereichen absorbierenden Stoffes in einer bestimmten Tiefe oder einem Tiefenbereich ermittelt wird.

15) Verfahren nach Aspekt 1 oder einem der anderen vorangehenden bzw. folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar vor oder nach oder während der Detektion des Reaktionssignals/der Reaktionssignale wenigstens eine biometrische Messung an dem Kör per in dem ersten Bereich der Oberfläche, in dem die Stoffanalyse vorgenommen wird oder unmittelbar diesem benachbart, insbesondere eine Vermessung eines Fingerabdrucks durch geführt und der Körper, insbesondere eine Person identifiziert wird und dass insbesondere der Detektion der Reaktionssignale durch die Identifikation der Person zugehörige Refe renzwerte (Kalibrierungswerte) zugeordnet werden.

Die Biometrische Messung kann auch die Vermessung eines Spektrums von Reaktionssigna len beim Durchfahren eines Spektrums des Anregungs-Lichtstrahls umfassen. Durch Aus wertung des Spektrums kann ein Profil von in dem Körper vorhandenen Stoffen und ihr Mengen- oder Dichteverhältnis ermittelt werden, das die Identifizierung einer Person ermög lichen kann.

16) Vorrichtung zum Analysieren eines Stoffes,

mit einer Einrichtung zum Aussenden eines oder mehrerer Anregungs-Lichtstrahlen mit je weils einer Anregungswellenlänge in ein in dem Stoff unterhalb eines ersten Bereiches seiner Oberfläche liegendes Volumen, mit einer Einrichtung zum Modulieren eines Anregungslicht strahls, die durch eine Modulationseinrichtung der Strahlungsquelle, insbesondere ihrer An steuerung, eine Interferenzeinrichtung, eine Phasen- oder Polarisationsmoduliereinrichtung und/oder wenigstens einen, im Strahlengang angeordneten gesteuerten Spiegel, und/oder eine bzgl. ihrer Transparenz steuerbare, im Strahlengang angeordnete Schicht gebildet ist, sowie mit einer Detektionseinrichtung zur Detektion eines zeitabhängigen Reaktionssignals in Abhängigkeit von der Wellenlänge des Anregungslichts und der Intensitäts- Modulation des Anregungslichts und mit einer Einrichtung zum Analysieren des Stoffes anhand der de- tektierten Reaktionssignale.

17) Vorrichtung nach Aspekt 16 mit einer Einrichtung zur Ermittlung von Reaktionssig nalen gesondert nach verschiedenen Intensitäts-Modulationsfrequenzen und/oder mit einer Einrichtung zur Ermittlung von Reaktionssignalen in Abhängigkeit von der Phasenlage des jeweiligen Reaktionssignals relativ zur Phase der Modulation des Anregungs- Lichtstrahls, insbesondere in Abhängigkeit von der Modulationsfrequenz des Anregungs- Lichtstrahls.

18) Vorrichtung zum Analysieren eines Stoffes nach Aspekt 16 oder 17, mit einem opti schen Medium/einem Messkörper zum Herstellen des Kontakts der Oberfläche des optischen Mediums (beispielsweise einer sogenannten Messfläche) mit einem ersten Bereich der Stoff oberfläche, sowie mit

einer Einrichtung zum Aussenden eines Anregungs- Lichtstrahls mit einer oder mehreren Anregungswellenlängen in ein in dem Stoff unterhalb des ersten Bereiches der Oberfläche liegendes Volumen insbesondere durch den Bereich der Oberfläche des optischen Mediums (der Messfläche) hindurch, der in Kontakt mit der Stoffoberfläche steht, sowie mit einer Ein richtung zum

Messen von Reaktionssignalen in Form von Temperatur- und/oder Druckänderungen in dem Bereich innerhalb des Messkörpers in der unmittelbaren Nachbarschaft der Messfläche (ei nem sogenannten Detektionsbereich), die mit dem ersten Bereich der Stoffoberfläche im Kontakt steht durch ein optisches Verfahren, das sich eines Mess- Lichtstrahls bedient oder durch das oben beschriebene Verfahren unter Verwendung eines Piezo- Effektes, und mit einer Einrichtung zum Analysieren des Stoffes anhand der detektierten Reaktionssignale in Form von Temperaturänderungen/Druckänderungen in Abhängigkeit von der Wellenlänge des Anregungs-Lichtstrahls und der Intensitätsmodulation des Anregungs-Lichtstrahls, ins besondere der Modulationsfrequenz des Anregungslichtstrahls.

Bei diesem Aspekt und den folgenden, sich auf diesen beziehenden Aspekten kann auch vor gesehen sein, dass der Messkörper einen ersten Teil aufweist, der eine Ausneh mung/Aussparung in Form eines durchgehenden Kanals für den Anregungsstrahl aufweist und dass der Messkörper an seiner Unterseite auf dem ersten Teil eine Sensor-Schicht auf weist, die entweder durchgehend ohne Ausnehmung/ Aussparung für den Anregungsstrahl oder mit einer Fortsetzung der Ausnehmung des ersten Teils versehen ist. Ist die Sensor- Schicht dünn genug, beispielsweise dünner als 200 Mikrometer, insbesondere dünner als 100 Mikrometer, so kann der Anregungsstrahl diese je nach dem gewählten Material der Schicht auch, wenn es sich um einen Infrarotstrahl handelt, ohne zu große Absorption durch laufen und eine Ausnehmung/ Aussparung in der Sensor- Schicht ist nicht notwendig. Die Sensor- Schicht des Messkörpers kann mit dem ersten Teil/übrigen Teil des Messkörpers verklebt oder mittels einer anderen Fügetechnik zusammengefügt sein und aus einem Mate rial bestehen, das piezoelektrische Eigenschaften aufweist und einen Detektionsbereich ge mäß der Erfindung ausbildet. Die Sensorschicht kann auch aus einem Material bestehen, bei dem eine Temperatur- und/oder Druckänderung eine Änderung des Brechungsindex be wirkt, so dass auch diese Änderung als Reaktionssignal, beispielseise durch die Detektion des Reflexionswinkels eines Detektionsstrahls, der in oder an der Sensor- Schicht reflektiert wird, nachgewiesen werden kann. Der erste Teil/übrige Teil des Messkörpers kann dann bei spielsweise aus einem Material bestehen, das im sichtbaren Bereich und für einen Detekti onsstrahl durchlässig, jedoch im Infraroten Spektralbereich weniger durchlässig oder un durchlässig ist, wie Quarz oder Saphir oder einem Kunststoff, beispielsweise einem Polymer.

19) Vorrichtung nach Aspekt 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregungs-Lichtquelle unmittelbar mit dem optischen Medium/Messkörper mechanisch fest verbunden ist. 20) Vorrichtung nach Aspekt 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zum Aussenden eines Mess-Lichtstrahls in den Bereich des optischen Mediums/Messkörper vor gesehen ist, der mit dem ersten Bereich der Stoffoberfläche im Kontakt steht und dass diese Einrichtung/oder die Detektionseinrichtung zur Detektion des Mess- Lichtstrahls unmittel- bar mit dem optischen Medium/Messkörper mechanisch fest verbunden, in diesen integriert oder mittels eines Lichtwellenleiters an dieses angekoppelt ist.

21) Vorrichtung nach Aspekt l8, 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Medium/der Messkörper unmittelbar eine Abbildungsoptik trägt und/oder dass in das opti- sehe Medium/ den Messkörper eine Abbildungs-Optik integriert ist.

22) Vorrichtung nach Aspekt 18 oder einem der anderen vorangehenden bzw. folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des optischen Mediums/Messkörpers mehrere gegeneinander geneigte Teilflächen aufweist, an denen der Mess-Lichtstrahl mehrfach reflek- tiert wird.

23) Vorrichtung nach Aspekt 18 oder einem der anderen vorangehenden bzw. folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass in oder an dem optischen Medium/Messkörper ein oder meh rere Spiegelflächen zur Reflektion des Mess- Lichtstrahls vorgesehen sind.

24) Durch die Mehrfachreflexion des Messstrahls wird der Weg des Strahls verlängert, so dass sich Winkelabweichungen besser detektieren lassen (vgl. auch Fig. 17).

25) Vorrichtung nach Aspekt 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsein- richtung zur Detektion eines zeitabhängigen Reaktionssignals einen akustischen Detektor zur

Erfassung akustischer Wellen an der Stoffoberfläche, insbesondere mit einem Resonator, weiter insbesondere mit einem Helmholtzresonator.

Es kann unabhängig davon als Detektor eine Quartzgabel mit vorzugsweise der gleichen Re- sonanzfrequenz wie ein vorgesehener Resonator dienen. Der Resonator kann offen oder ge schlossen sein. Die Quartzgabel ist vorzugsweise im oder am Hals des Resonantors (off- beam) oder inner-/außerhalb des Resonators (in-beam) angeordnet.

26) Vorrichtung nach Aspekt 16, 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Detekti- onseinrichtung zur Detektion eines zeitabhängigen Reaktionssignals einen Wärmestrah- lungs- Detektor zur Erfassung der Wärmestrahlung an der Stoffoberfläche, insbesondere einen Infrarotdetektor, weiter insbesondere ein Thermoelement, ein Bolometer, oder einen Halbleiterdetektor oder ein Piezoelement aufweist. 27) Vorrichtung nach einem der Aspekte 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die An regungs-Lichtquelle und die Detektionseinrichtung unmittelbar aneinander oder an einem gemeinsamen Träger befestigt sind, der insbesondere durch ein Gehäuse oder Gehäuseteil der Vorrichtung gebildet ist.

28) Vorrichtung nach einem der Aspekte 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Vor richtung ein tragbares Gehäuse aufweist, das am Körper einer Person befestigbar ist, wobei die Einrichtung zum Aussenden eines oder mehrerer Anregungs-Lichtstrahlen und die De tektionseinrichtung zur Detektion eines zeitabhängigen Reaktionssignals derart angeordnet und eingerichtet ist, dass der zu analysierende Stoff im Betrieb, wenn die Vorrichtung am Körper getragen wird, auf der dem Körper abgewandten Seite des Gehäuses vermessen wird, insbesondere, dass die Messfläche des Messkörpers sich auf der dem Körper abgewandten Seite befindet.

29) Vorrichtung nach einem der Aspekte 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Vor richtung ein tragbares Gehäuse aufweist, das am Körper einer Person befestigbar ist und dass das Gehäuse der Vorrichtung ein für den Anregungs- Lichtstrahl durchlässiges Fenster auf seiner bei der vorgesehenen Trageposition vom Körper abgewandten Seite aufweist.

Das Fenster kann unmittelbar vor dem Messkörper angeordnet sein oder durch die Messflä che des Messkörpers gebildet sein.

29a) Vorrichtung zum Analysieren eines Stoffes mit einer Anregungssendeeinrichtung zum Erzeugen mindestens eines elektromagnetischen Anregungsstrahls, insbesondere Anre gungs-Lichtstrahls, mit zumindest einer Anregungswellenlänge, einer Detektionseinrichtung zur Detektion eines Reaktionssignals und einer Einrichtung zum Analysieren des Stoffes an hand des detektierten Reaktionssignals.

30) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Aspekte 16 bis 29a, dadurch gekenn zeichnet, dass die Detektionseinrichtung zur Messung der Deformation eines Kristalls oder eines anderen im sichtbaren Bereich des Spektrums durchsichtigen Materials eingerichtet ist.

Die Deformation kann analog zur photothermischen .Bouncing Method’ durch die Wahl von steileren (größeren) Einfallswinkeln des Messstrahls zur Probeoberfläche effektiver gemes sen werden und der Einfluss der Mirage-Effekt bedingten Ablenkung des Messstrahls mini miert werden. Literatur:

M. Bertolotti, G.L. Liakhou, R. Li Voti, S. Paolino, and C. Sibilia. Analysis of the photothermal deflection technique in the surface refection theme: Theory and Experiment. Journal of Ap plied Physics 83, 966 (1998)

Ein Cantilever kann entweder direkt auf der Probe platziert werden oder auf einem hinrei chend dünnen optischen Medium auf welchem die Probe auf der einen Seite und der Cantile ver auf der gegenüberliegenden Seite platziert wird. Durch die thermische Expansion der Probe bzw. des optischen Elements wird der Cantilever in Folge der durch die Absorption des modulierten Pumpstrahls/ Anregungsstrahls bedingte thermische Expansion in Schwingung versetzt. Der Messstrahl wird an einer Messfläche des Cantilevers reflektiert und bedingt durch die Schwingung abhängig von der eingestrahlten Wellenlänge und den thermischen Eigenschaften der Probe, sowie der Modulationsfrequenz, abgelenkt. Diese Ablenkung wird detektiert.

31) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Aspekte 16 bis 30, dadurch gekenn zeichnet, dass die Anregungssendeeinrichtung einen Abfragelaser oder eine LED, beispiels weise eine NIR(near-infrared)-LED, enthält.

32) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Aspekte 16 bis 31, dadurch gekenn zeichnet, dass die Anregungssendeeinrichtung einen Probe-Laser aufweist, der einen kleine ren Durchmesser als ein zusätzlicher Pump-Laser (= Laser zur Erzeugung des Anregungs strahls) hat.

33) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Aspekte 16 bis 32, dadurch gekenn zeichnet, dass zur Erzielung eines günstigeren Signal-/Rausch-Verhältnis eine spezielle Be schichtung, insbesondere des Emitters, z. B. IRE, vorgesehen ist, so dass Wärme besser abge führt wird (z. B.„Wärmeleitpaste“).

Das optische Element kann an der Kontaktfläche derartig beschichtet sein, dass eine verbes serte Ableitung des thermischen Signals in das optische Medium erfolgen kann. Zudem kann die Beschichtung des weiteren auch als Kratzschutz dienen, und auch durch geschickte Mate rialwahl eine reflektierende Oberfläche für den Messstrahl darstellen. Hierbei muss die Transparenz für das Anregungslicht zwingend gegeben bleiben.

34) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Aspekte 16 bis 33, dadurch gekenn zeichnet, dass die Vorrichtung eine Einrichtung für i. Pulstrains / Doppelmodulation

ii. Schwingspiegel

iii. MEMS Interferometer

aufweist.

35) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Aspekte 16 bis 34, dadurch gekenn zeichnet, dass die Vorrichtung für eine Person am Körper in einer Ausführungsform durch eine mit dem Gehäuse verbundene Halteeinrichtung wie einen Riemen, ein Band oder eine Kette oder eine Spange, dauerhaft tragbar ausgeführt ist und/oder die Detektionseinrichtung eine Detektionsfläche aufweist, die auch als Anzeigefläche für Informationen wie Messwerte, Uhrzeiten und/oder Textinformationen nutzbar ist.

Die Detektionsfläche kann mit der Messfläche identisch sein oder ihre Verlänge rung/Erweiterung bilden.

36) Vorrichtung nach dem vorhergehenden Aspekt 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Abziehfolie im Bereich der Detektionsfläche/Messfläche, vorzugsweise ne ben der Detektionsfläche/Messfläche, zur Vorbehandlung der Stoffoberfläche und Sicherstel lung einer sauberen Oberfläche und/ oder in einer Ausführungsform im Fall der Glucosemes sung konkret zur Hautreinigung aufweist.

37) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Aspekte 16 bis 36, dadurch gekenn zeichnet, dass die Detektionseinrichtung eingerichtet ist zum Lesen und Erkennen von Fin gerabdrücken zum Abruf bestimmter Werte/ Kalibrierungen einer Person und/oder dass sic eine Vorrichtung zur Erkennung der Lage eines Fingers, vorzugsweise zum Erkennen und Bestimmen einer ungewollten Bewegung während der Messung, aufweist.

38) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Aspekte 16 bis 37, dadurch gekenn zeichnet, dass die Detektionseinrichtung eine Ergebnisanzeige aufweist, die vorzugsweise mit Farbkodierung, als analoge Anzeige, in einer Ausführungsform inkl. Fehleranzeige (beispiel haft:„loomg/dl plus/minus 5mg/dl“), akustisch und/ oder mit Ergebnisanzeige von Mess werten in größeren Schritten als die Messgenauigkeit der Vorrichtung es er- laubt(Beispielsweise durch eine mehrfarbige Ampelanzeige) ausgeführt ist. Hierdurch wer den z.B. kleine Schwankungen, die einen Benutzer verunsichern könnten, nicht mitgeteilt.

39) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Aspekte 16 bis 38, dadurch gekenn zeichnet, dass die Vorrichtung zum Austausch gemessener Daten sowie zum Abruf von Kalibrier- oder Identifikationsdaten oder anderen Daten von anderen Geräten oder Cloud-Systemen Datenschnittstellen, bei spielsweise leitungsgebundene oder nicht leitungsgebundene Schnittstellen (Infrarot-, Licht oder Funkschnittstellen) aufweist,

wobei die Vorrichtung vorzugsweise so eingerichtet ist, dass die Datenübertragung verschlüs selt, insbesondere durch Fingerabdruck oder andere biometrische Daten des Bedieners ver schlüsselt, erfolgen kann.

40) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Aspekte 16 bis 39, dadurch gekenn zeichnet, dass die Vorrichtung so eingerichtet ist, dass ein Vorschlag für eine der Person zu gebende Insulindosis oder zu verzehrende Substanzen/Lebensmittel mitsamt der zu verzeh renden Menge durch die Vorrichtung ermittelbar sind (z.B. Insulinkorrekturfaktor) und/oder dass das Körpergewicht, Körperfett mitmessbar und/oder manuell eingebbar oder von ande ren Geräten an die Vorrichtung übermittelbar ist.

41) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Aspekte 16 bis 40, dadurch gekenn zeichnet, dass die Vorrichtung zur Erhöhung der Messgenäuiglceit eingerichtet ist zur Ermitt lung weiterer Parameter, in einer Ausführungsform mittels Sensoren zum Ermitteln der Hauttemperatur, Diffusivität/ Leitfähigkeit/ Feuchtigkeit der Haut, zur Messung der Polari sation des Lichtes (Ausschluss von Wasser/Schweiß auf der Fingeroberfläche).

Wasser und Schweiß auf der Hautoberfläche eines Menschen, die die Glucosemessung beein flussen können, können durch eine Test- Anregung mit einer Anregungsstrahlung durch die Anregungssendeinrichtung mit den wasserspezifischen Banden bei 1640 cm-i (6.1 pm) und 690 cm-i (15 pm) detektiert werden. Sollte die Absorption einen bestimmten Wert über schreiten ist der Messort/die Stoffoberfläche/IIautoberfläche zu nass für eine zuverlässige Messung. Alternativ kann die Leitfähigkeit des Stoffes in der Nähe oder direkt an der Mess stelle gemessen werden, um die Feuchtigkeit zu bestimmen. Es kann dann eine Fehlermel dung sowie eine Anweisung zum Trocknen ausgegeben werden.

42) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Aspekte 16 bis 41, dadurch gekenn zeichnet, dass die Vorrichtung über eine Abdeckung im Strahlengang des Pump- und/oder Messstrahl-Lasers verfügt. LIierdurch kann für die obligatorische Augensicherheit von Lebe wesen gesorgt werden.

43) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Aspekte 16 bis 42, dadurch gekenn zeichnet, dass die Vorrichtung über eine wechselbare Detektionsfläche/Messfläche verfügt. 44) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Aspekte 16 bis 43 dadurch gekennzeich net, dass die Vorrichtung als optisches Medium/Messkörper über einen stellenweise geriffel ten oder aufgerauhten Kristall als Messkörper verfügt, der der Probe (z.B. dem Finger) einen bessere Justierung ermöglicht. Die Messstelle, auf die die zu analysierende Stoffoberfläche aufgelegt wird, ist vorzugsweise ohne Riffelung und glatt ausgebildet.

45) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Aspekte 16 bis 44 dadurch gekennzeich net, dass für den Messstrahl eine zylindrische TEMpl ΊΈM00 Mode oder anstelle der zylind rischen TEMpl TEMoo Mode andere Moden ΊΈM01 (Dougnut) TEM02 oder ΊΈM03 ver wendet werden. Besonders die letzteren haben den Vorteil das ihre Intensität auf das Sensiti- vitäts-Profil der Quadrantendiode abgestimmt werden können, die den Detektor für den ab gelenkten Messstrahl darstellt. Desweiteren können rechteckige Moden TEMmn benutzt werden wie TEM30 oder TEM03 oder höher. Damit können Abtast/Messstrahlen genutzt werden die in horizontaler oder vertikaler Richtung Störungsunempfindlicher sind.

46) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Aspekte 16 bis 45, dadurch gekenn zeichnet, dass die Vorrichtung nicht nur an einem Punkt, sondern in einem Raster misst. Dies kann entweder durch eine Verschiebung des Pump- oder des Probe-Lasers oder der De tektionseinheit gegenüber der Hautoberfläche eines Probanden geschehen. Anstatt einer Verschiebung ist auch ein oder mehrere Arrays von Pump- oder Probe-Lasern denkbar, die über das Array räumlich verteilt sind.

Zudem sind auch noch folgende Aspekte der Erfindung anzuführen:

47) Vorrichtung (10) zum Analysieren eines Stoffes, insbesondere auch nach einem der Ansprüche 16 bis 46, mit

einer Anregungssendeeinrichtung/Lasereinrichtung zum Erzeugen mindestens eines elektromagnetischen Anregungsstrahls, insbesondere Anregungs-Lichtstrahls, mit zumindest einer Amregungswellenlänge,

einer Detektionseinrichtung zur Detektion eines Reaktionssignals und

einer Einrichtung) zum Amalysieren des Stoffes anhand des detektierten Reaktions signals.

Das zeitabhängige Reaktionssignal kann in der Temperatur- oder Druckerhöhung im Mess- lcörper sowie in jeder diese nachweisenden Messgröße bestehen, beispielsweise in der Ablen kung eines Messstrahls oder einem elektrischen Signal eines im oder am Messkörper befind lichen Piezoelementes.

48) Vorrichtung nach Aspekt 47, (Bezugszeichen beziehen sich auf die Figur 17) dadurch gekennzeichnet, dass

die Anregungssendeeinrichtung eine Strahlungsquelle 3, in einer Ausführungsform eine monochromatische, insbesondere eine polarisierte Strahlungsquelle, weiter insbesonde re eine Laserlichtquelle ist,

die Vorrichtung ein optisches Medium/einen Messkörper 1, i‘ aufweist, das/der mit dem Stoff 5, insbesondere einem ersten Bereich 5a der Oberfläche des Stoffs, in direktem Kontakt steht (Der Messkörper kann insgesamt homogen sein und aus einem Material beste hen, dessen Brechungsindex sich mit der Temperatur ändert oder er kann zumindest im Be reich der Messfläche eine Schicht T aus einem solchen Material aufweisen oder eine Schicht, bei der sich der Brechungsindex in Abhängigkeit von der Temperatur stärker ändert als in den übrigen Bereichen des Messkörpers),

wobei vorzugsweise die Anregungssendeeinrichtung so angeordnet ist, dass der aus gesendete Anregungsstrahl 8 das optische Medium/den Messkörper 1, i‘ (nicht notwendig das Material des Messkörpers) passiert und die Kontur des Messkörpers an der Oberfläche des optischen Mediums/an der Messfläche wieder verlässt, und

die Vorrichtung eine Einrichtung 105 zum Aussenden eines Messstrahls insbesondere Mess-Lichtstrahls 112, umfasst, die so angeordnet ist, dass der ausgesendete Messstrahl in das optische Medium eindringt und wobei vorzugsweise im Betrieb der Messstrahl und der Anregungsstrahl sich auf einer Grenzfläche/Messfläche 2 des optischen Mediums und der Oberfläche des Stoffs, an der der Messstrahl (112) reflektiert wird, überlappen, (dieser Bereich kann identisch oder teilweise identisch mit der Messfläche sein) und

die Detektionseinrichtung eine Einrichtung 106 zum Empfangen des das Reaktions signal bildenden reflektierten Messstrahls 112 und/oder zum direkten oder indirekten Delek tieren einer Ablenkung des reflektierten Messstrahls ist.

- Dabei kann zudem vorgesehen sein, dass die Anregungssendeeinrichtung 3 mehr als zwei Sendeelemente in Form von Lasern, insbesondere in Form eines ein-, zwei- oder mehrdi mensionalen Sendeelementarrays, umfasst und sich die festen Wellenlängen der elektromag netischen Anregungsstrahlen der zwei oder mehr Sendeelemente unterscheiden, und

- eine Modulationseinrichtung für eine Intensitätsmodulation des Anregungsstrahls vorge sehen ist, sowie dass

- eine Detektionseinrichtung zur Detektion eines Reaktionssignals vorgesehen ist sowie

- eine Einrichtung 107, 109 zum Aralysieren des Stoffes anhand des detektierten Reakti onssignals,

- wobei der Messkörper aus einem für den Messstrahl transparenten Material, insbesonde re Glas, Kristall oder einem transparenten Kunststoff besteht, wobei die Detektionseinrich tung eine Einrichtung 106 zum Empfangen des das Reaktionssignal bildenden ein- oder mehrmals (gemäß Fig. 17 außer in der Schicht T noch an zwei weiteren Reflexionselementen 114, 115 zur Verlängerung des Strahlengangs) innerhalb des Messkörpers reflektierten Mess strahls und/oder zum direkten oder indirekten Detektieren einer Ablenkung des reflektierten Messstrahls ist und die Einrichtung zum Aussenden eines Messstrahls und die Detektions- einrichtung derart zueinander ausgerichtet sind, dass die Detektionseinrichtung als das zeit abhängige Reaktionssignal den Messstrahl detektiert, nachdem dieser zumindest einmal im Bereich der Messfläche des optischen Mediums /Messkörpers reflektiert worden ist. Dabei kann die Detektionseinrichtung 106 ein ortsempfindliches fotoelektrisches Nachweiselement, beispielsweise eine Quadrantendiode aufweisen, das im Strahlengang des Messlichtstrahls hinter der an der Messfläche liegenden Reflexionsstelle angeordnet ist und die Position des Messstrahls erfasst.

Die Detektionseinrichtung ist somit zur Detektion eines zeitabhängigen Reaktionssignals in Abhängigkeit von der Wellenlänge des Anregungslichts und/oder der Intensitäts-Modulation des Anregungslichts geeignet. Zu diesem Zweck ist die Auswerteeinrichtung 109 auch mit einer Modulationseinrichtung 9 für den Anregungsstrahl verbunden. Ferner ist die Vorrich tung dazu geeignet, anhand des detelctierten Reaktionssignals den Stoff zu analysieren, wobei nacheinander unter Verwendung verschiedener Modulationsfrequenzen der Anregungssen- deeinrichtung jeweils für verschiedene Wellenlängen des Anregungsstrahls Reaktionssignale, insbesondere zeitliche Reaktionssignalverläufe, ermittelt werden und mehrere Reaktionssig nalverläufe zu verschiedenen Modulationsfrequenzen durch die Auswerteeinrichtung 109 miteinander verknüpft werden und dass daraus eine für einen Tiefenbereich unter der Stoff- oberfläche spezifische Information gewonnen wird.

Auch für die Ausführungsformen gemäß Aspekt 47 oder 48 ist es denkbar, den Messkörper als Flachkörper auszubilden, mit einer Dicke/ Abmessung senkrecht zur Messfläche, die klei ner als 50%, insbesondere Meiner als 20%, weiter insbesondere kleiner als 10% der gerings ten der Abmessungen des Messkörpers parallel zur Messfläche sein kann. Die Anregungssen- deeinrichtung/die Lasereinrichtung zur Erzeugung des Anregungsstrahls kann dann seitlich neben dem Messkörper derart angeordnet und ausgerichtet sein, dass sie den Anregungs strahl im wesentlichen parallel zur Messfläche (oder mit einer Winkelabweichung von weni ger als 20 Grad von dieser Richtung)in den Messkörper einstrahlt. (Dies kann erfordern, dass der Anregungsstrahl von der Anregungssendeeinrichtung aus in einen Lichtwellenleiter und von dort in den Messkörper eingekoppelt wird. Es kann aber auch zwischen der Anregungs- sendeeinrichtung/Lasereinrichtung und dem Messkörper eine Spiegeleinrichtung vorgese hen sein, so dass der Anregungsstrahl zunächst von der Anregungssendeeinrichtung ausge hend durch einen ersten Spiegel in Richtung zu einer seitlichen, gedachten Verlängerung der Messfläche reflektiert und danach in eine Richtung parallel zur Messfläche umgelenkt wird). Der Anregungsstrahl kann dann zur Messfläche umgelenkt werden und von dort in den zu analysierenden Stoff eindringen.

49) Vorrichtung nach einem der Aspekte 47 oder 48,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Vorrichtung ein optisches Medium/einen Messkörper aufweist, das mit dem Stoff, insbe sondere einem ersten Bereich der Oberfläche des Stoffs, in direktem Kontakt steht und dass die Detektionseinrichtung zur Detektion eines Reaktionssignals eine Parameteränderung des optischen Mediums/Messkörpers, insbesondere in einem dem ersten Bereich benachbarten Bereich, infolge des Reaktionssignals, insbesondere eine Verformung und/oder Dichteände rung oder eine Änderung des Brechungsindex des optischen Mediums, erfasst.

Bei den Vorrichtungen der oben genannten Art, insbesondere bei den Vorrichtungen gemäß den Aspekten 47, 48 oder 49 kann insbesondere auch vorgesehen sein, dass der Messkörper im Bereich der Messfläche mit einem Material beschichtet ist, das seinen Brechungsindex in Abhängigkeit von der Temperatur oder dem Druck stärker ändert als der übrige Bereich des Messkörpers, wobei die Beschichtung vorteilhaft dünner als 1 mm , weiter vorteilhaft dünner als 0,5 mm, insbesondere dünner als 0,2 mm oder dünner als o,lmm ist. Die Beschichtung kann auch als aufgeklebte oder einem übrigen /ersten Teil des Messkörpers angefügte Sen sor- Schicht ausgebildet sein.

In den übrigen Teil des Messkörpers, der sich an die Beschichtung oder Sensor-Schicht an schließt, kann eine Ausnehmung 13 (vgl. Fig. 17) derart eingebracht sein, dass der Anre gungsstrahl in diesem Bereich des Messkörpers das Material zumindest eines ersten Teiles des Messkörpers nicht berührt oder durchläuft. Der übrige Bereich des Messkörpers muss dabei für den Messstrahl, das heißt, im sichtbaren Bereich des Spektrums durchlässig sein, so dass dieser Messstrahl zur Beschichtung/Sensorschicht gelangen und an dieser oder in dieser reflektiert werden kann.

Das Material des Messkörpers, das sich an die Beschichtung/Sensor-Schicht i‘ (vgl. auch Fi gur 17) anschließt, kann dabei eine spezifische Wärmekapazität oder Wärmeleitfähigkeit aufweisen, die größer ist als diejenige des Materials der Beschichtung T, so dass der übrige Teil des Messkörpers, der sich an die Beschichtung anschließt, als Wärmesenke für die Be schichtung dienen kann. Alternativ oder zusätzlich kann an dem Messkörper auch eine zu sätzliche Wärmesenke oder ein Peltierelement 110 vorgesehen sein, mittels dessen sich mit einer Regelungseinrichtung die Temperatur des Messkörpers regeln lässt. Der Reflexionswinkel des Messstrahls stellt in diesem Fall das zu erfassende Realctionssignal dar.

50) Vorrichtung nach einem der Aspekte 47, 48 oder 49,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Detektionseinrichtung ein mit dem optischen Medium verbundenes oder in dieses inte grierte Piezoelement als Detektor zur Erfassung der Verformung und/oder Temperatur- oder Dichteänderung aufweist.

51) Vorrichtung nach Aspekt 47 oder einem der folgenden,

dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung Temperatursensoren als Detektor zur Erfassung des Reaktionssignals aufweist.

52) Vorrichtung nach Aspekt 47 oder einem der folgenden,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Vorrichtung eine Einrichtung zur Intensitätsmodulierung des Anregungslicht strahls aufweist und

die Detektionseinrichtung zur Detektion eines zeitabhängigen Reaktionssignals in Abhängigkeit von der Wellenlänge des Anregungslichts und/oder der Intensitäts-Modulation des Anregungslichts geeignet ist.

53) Vorrichtung nach Aspekt 47 oder einem der folgenden,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Anregungssendeeinrichtung/Laserlichtquelle zur Erzeugung des Anregungsstrahls den mindestens einen elektromagnetischen Anregungsstrahl in ein Stoffvolumen einstrahlt, das unterhalb eines ersten Bereiches der Oberfläche des Stoffs liegt.

54) Vorrichtung nach Aspekt 47 oder einem der folgenden,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Anregungssendeeinrichtung/ Laserlichtquelle zur Erzeugung des Anregungsstrahls zwei oder mehr Sendeelemente, insbesondere in Form eines ein-, zwei- oder mehrdimensionalen Sendeelementarrays, umfasst.

Die einzelnen Sendeelemente können dabei beispielsweise QC Laser oder Iialbleiterlaser mit fester Wellenlänge sein.

55) Vorrichtung nach Aspekt 47 oder einem der folgenden,

dadurch gekennzeichnet, dass die zwei oder mehr Sendeelemente jeweils einen eigenen elektromagnetischen Anregungs strahl erzeugen und diesen in das Volumen unterhalb des ersten Bereiches einstrahlen.

56) Vorrichtung nach Aspekt 47 oder einem der folgenden

dadurch gekennzeichnet, dass

sich die Wellenlängen der elektromagnetischen Anregungsstrahlen der zwei oder mehr Sen deelemente unterscheiden.

57) Vorrichtung nach Aspekt 47 oder einem der folgenden,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Anregungssendeeinrichtung/ Laserlichtquelle zur Erzeugung des Anregungsstrahls zwei oder mehr Laser, insbesondere in Form eines ein- oder zwei-dimensionalen Laserarrays, und/oder zwei oder mehr Leuchtdioden, insbesondere in Form eines ein-, zwei- oder mehr dimensionalen Diodenarrays, umfasst.

58) Vorrichtung nach Aspekt 47 oder einem der folgenden,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Anregungssendeeinrichtung unmittelbar - oder mittelbar mittels einer Justiervorrichtung - mit einem optischen Medium/Messkörper, das/der mit dem Stoff, insbesondere dem ersten Bereich der Oberfläche des Stoffs, in dem die Messung zur Stoffanalyse vorgenommen wird, mechanisch fest verbunden ist.

59) Vorrichtung nach Aspekt 47 oder einem der folgenden,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Einrichtung zur Intensitätsmodulierung eine elektrische Modulationseinrichtung, die mit der Anregungssendeeinrichtung/ Laserlichtquelle zur Erzeugung des Anregungsstrahls elektrisch in Verbindung steht und diese elektrisch ansteuert, umfasst oder durch eine solche gebildet ist. 60) Vorrichtung nach Aspekt 47 oder einem der folgenden,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Einrichtung zur Intensitätsmodulierung wenigstens einen im Strahlengang angeordneten gesteuerten Spiegel umfasst. 61) Vorrichtung nach Aspekt 47 oder einem der folgenden,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Einrichtung zur Intensitätsmodulierung wenigstens eine bezüglich ihrer Transparenz steuerbare, im Strahlengang angeordnete Schicht umfasst oder durch eine solche gebildet ist. 62) Vorrichtung nach Aspekt 47 oder einem der folgenden,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine Einrichtung (105) zum Aussenden eines Messstrahls, insbesondere Mess-Lichtstrahls, in denjenigen Bereich eines optischen Mediums/Messkörpers vorgesehen ist, der mit dem ers ten Bereich der Oberfläche des Stoffs, an dem die Stoffanalyse durchgeführt wird, in Kontakt steht Die entsprechende Oberfläche des Messkörpers wird auch Messfläche genannt.

63) Vorrichtung nach Aspekt 47 oder einem der folgenden,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Einrichtung zum Aussenden eines Messstrahls und die Detektionseinrichtung derart zu einander ausgerichtet sind, dass die Detektionseinrichtung als das zeitabhängige Reaktions signal den Messstrahl detektiert, nachdem dieser zumindest einmal an derjenigen Grenzflä che des optischen Mediums (=der Messfläche) reflektiert worden ist, die mit dem Stoff, ins besondere dem ersten Bereich der Oberfläche des Stoffs, in Kontakt steht.

Die Messfläche kann die Außenfläche einer Sensor- Schicht sein, die einen Teil des Messkör pers bildet und mit dem übrigen Teil des Messkörpers, insbesondere durch Kleben, verbun den ist.

64) Vorrichtung nach Aspekt 47 oder einem der folgenden,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Einrichtung zum Aussenden eines Messstrahls und/oder die Detektionseinrichtung und/oder Anregungssendeeinrichtung unmittelbar mit dem optischen Medium/Messkörper mechanisch fest verbunden und/oder mittels eines Lichtwellenleiters an dieses/diesen ange koppelt ist.

65) Vorrichtung nach Aspekt 47 oder einem der folgenden,

dadurch gekennzeichnet, dass

das optische Medium/der Messkörper unmittelbar eine Abbildungsoptik trägt und/oder in das optische Medium eine Abbildungsoptik integriert ist. Die Abbildungsoptik kann bei spielsweise eine oder mehrere in den Messkörper eingeformte Linsen oder Reflexionsflächen enthalten. Die Oberfläche des Messkörpers kann beispielsweise zu diesem Zweck in Form einer Linse geformt sein.

66) Vorrichtung nach Aspekt 47 oder einem der folgenden,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Oberfläche des optischen Mediums mehrere gegeneinander geneigte Teilflächen aufweist, an denen ein Messstrahl, insbesondere der Mess-Lichtstrahl, mehrfach reflektiert wird. 67) Vorrichtung nach Aspekt 47 oder einem der folgenden,

dadurch gekennzeichnet, dass

in oder an dem optischen Medium/Messkörper ein oder mehrere Spiegelflächen zur Reflekti- on des Anregungsstrahls oder eines Messstrahls, insbesondere Mess-Lichtstrahls, vorgesehen sind.

68) Vorrichtung nach Aspekt 47 oder einem der folgenden,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Anregungssendeeinrichtung (und/oder die Einrichtung zum Aussenden des Messstrahls und/oder die Detektionseinrichtung unmittelbar aneinander oder an einem gemeinsamen Träger befestigt sind. Dieser Träger kann als ganzer gegenüber dem Messkörper kontrolliert beweglich und diesem gegenüber mittels einer Justiervorrichtung justierbar sein.

69) Vorrichtung nach Aspekt 47 oder einem der folgenden,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Träger durch eine Leiterplatte, eine Metallplatte oder Kunststoffplatte oder ein Gehäuse oder Gehäuseteil der Vorrichtung gebildet ist.

70) Vorrichtung nach Aspekt 47 oder einem der folgenden,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Anregungssendeeinrichtung einen integrierten Halbleiterbaustein umfasst, der einen oder mehrere Laserelemente sowie mindestens ein mikrooptisches Bauelement und vor zugsweise zusätzlich ein Modulationselement aufweist.

71) Vorrichtung nach Aspekt 47 oder einem der folgenden,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Modulationselement wenigstens ein gegenüber dem übrigen Ilalbleiterbaustein bewegli ches und bezüglich einer Position steuerbares Element, insbesondere einen Spiegel aufweist.

72) Vorrichtung nach Aspekt 47 oder einem der folgenden,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Modulationselement eine in ihrer Strahlungsdurchlässigkeit steuerbare Schicht aulweist.

73) Vorrichtung nach Aspekt 47 oder einem der folgenden,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Modulationselement eine elektronische Ansteuerschaltung für die Modulation des einen oder mehrerer Laserelemente aufweist. 74) Vorrichtung nach einem der vorangehenden Aspekte, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkörper oder das optische Medium als Flachkörper, insbesondere als planparalleler Körper in Form einer Platte ausgebildet ist, wobei insbesondere die Dicke senkrecht zur Messfläche (das heißt der Grenzfläche des Optischen Mediums, an die der zu analysierende Stoff angelegt wird) weniger als 50% der geringsten Ausdehnung des Messkörpers in einer parallel zur Messfläche verlaufenden Richtung beträgt, insbesondere weniger als 25%, weiter insbesondere weniger als 10% oder weniger als 5% oder weniger als 1 %.

Dabei kann an einer an die Messfläche angrenzenden oder dieser gegenüberliegenden Be grenzungsfläche oder an der Messfläche selbst eine Abbildungsoptik befestigt oder in diese Fläche eine Abbildungsoptik integriert sein. Die Abbildungsoptik kann dabei wenigstens eine Linse enthalten.

75) Vorrichtung nach einem der vorangehenden Aspekte dadurch gekennzeichnet, dass der Messkörper/ das optische Medium eine Spiegeleinrichtung zur Reflexion des von der Lasereinrichtung eingestrahlten Anregungsstrahls zur die Messfläche (oder zur Grenzfläche des Optischen Mediums, an die der zu analysierende Stoff angelegt wird,) aufweist oder trägt.

76) Einrichtung zur Analyse eines Stoffes nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass der Anregungsstrahl parallel zur Messfläche (oder der Grenz fläche des Optischen Mediums, an die der zu analysierende Stoff angelegt wird) oder in ei nem Winkel von weniger als 30 Grad, insbesondere weniger als 20 Grad, weiter insbesondere weniger als 10 Grad oder weniger als 5 Grad zur Messfläche (oder der Grenzfläche des Opti schen Mediums, an die der zu analysierende Stoff angelegt wird) in den Messkörper einge strahlt wird und dass der Anregungsstrahl in Richtung der Messfläche (oder der Grenzfläche des Optischen Mediums, an die der zu analysierende Stoff angelegt wird) umgelenkt oder abgelenkt wird und diese durchsetzt.

Der Messkörper kann eine kanalartige Ausnehmung für den Anregungsstrahl aufweisen, die mit ihrer Längsrichtung parallel zur Messfläche verläuft, so dass die Strecke, die der Anre gungsstrahl bis zu seinem Austritt durch die Messfläche in dem Material des Messkörpers zurücklegt, reduziert, insbesondere auf Null reduziert wird. Wird eine Sensor- Schicht in den Messkörper integriert, so kann die Ausnehmung/Aussparung in dem Messkörper bis zu die ser reichen.

77) Verfahren zum Analysieren eines Stoffes, wobei bei dem Verfahren mit einer Anregungssendeeinrichtung mindestens ein elektromagnetischer Anre gungsstrahl mit einer oder mehreren Anregungswellenlängen durch den wenigstens teilweise gleichzeitigen oder aufeinander folgenden Betrieb mehrerer Laseremitter einer Laserlichl- quelle erzeugt und in den Stoff hineingestrahlt ward,

mit einer Detektionseinrichtung ein Reaktionssignal detektiert ward und

anhand des detektierten Reaktionssignals der Stoff analysiert wird.

78) Verfahren nach Aspekt 77, dadurch gekennzeichnet, dass nacheinander unter Ver wendung verschiedener Modulationsfrequenzen der Anregungssendeeinrichtung Reaktions signale, insbesondere zeitliche Reaktionssignalverläufe, ermittelt werden und dass mehrere Reaktionssignalverläufe zu verschiedenen Modulationsfrequenzen miteinander verknüpft werden und dass daraus insbesondere eine für einen Tiefenbereich unter der Stoffoberfläche spezifische Information gewonnen wird.

79) Verfahren nach Aspekt 78,

dadurch gekennzeichnet, dass

Reaktionssignalverläufe zu verschiedenen Modulationsfrequenzen jeweils für verschiedene Wellenlängen des Anregungsstrahls ermittelt werden und daraus insbesondere jeweils eine für einen Tiefenbereich unter der Stoffoberfläche spezifische Information gewonnen wird.

80) Verfahren nach Aspekt 79,

dadurch gekennzeichnet, dass

bei Verwendung von mehreren Modulationsfrequenzen des Anregungsstrahls zur gleichen Zeit das detelctierte Reaktionssignal mittels eines Analyseverfahrens, vorzugsweise einer Fourier-Transformation, seinen Frequenzen entsprechend getrennt wird und

jeweils nur ein Teilsignal herausgefiltert, gemessen und analysiert ward, das einer zu verar beitenden Frequenz entspricht.

Auf diese Weise kann eine Mehrzahl von Signalen zu unterschiedlichen Modulationsfrequen zen nacheinander analysiert werden und die Ergebnisse zu verschiedenen Modulationsfre quenzen können miteinander verknüpft werden, um eine Tiefeninformation über die Signale zu erhalten oder Signale, die von der Stoffoberfläche kommen, zu eliminieren.

81) Verfahren nach einem der voranstehenden Aspekte 77 bis 80,

dadurch gekennzeichnet, dass

ein optisches Medium/ein Messkörper mit dem Stoff, insbesondere einem ersten Be reich der Oberfläche des Stoffs, in direkten Kontakt gebracht ward,

mit der Anregungssendeeinrichtung der ausgesendete Anregungsstrahl erzeugt und insbesondere derart ausgestrahlt wird, dass dieser in das optische Medium eindringt und dieses an einem vorbestimmten Punkt an der Oberfläche des optischen Mediums, insbeson dere an einer Messfläche, wieder verlässt,

mit einer Einrichtung zum Aussenden eines Messstrahls ein Messstrahl, insbesondere Mess-Lichtstrahl, derart erzeugt wird, dass dieser in das optische Medium /den Messkörper eindringt und dass insbesondere der Messstrahl und der Anregungsstrahl sich im Betrieb auf einer Grenzfläche des optischen Mediums und der Oberfläche des Stoffs, an der der Mess strahl reflektiert wird, insbesondere an der Messläche, überlappen, und

mit der Detektionseinrichtung ein das Reaktionssignal bildender reflektierter Mess strahl gemessen

und/oder direkt oder indirekt die Ablenkung des reflektierten Messstrahls detektiert wird.

Der reflektierte Messstrahl kann beispielsweise dadurch gemessen werden, dass seine Inten sität mit einem ortsauflösenden lichtempfindlichen Halbleiterbauelement, insbesondere ei ner Quadrantendiode, erfasst wird.

82) Verfahren nach einem der voranstehenden Aspekte 77 bis 81,

dadurch gekennzeichnet, dass

in Abhängigkeit von einer in dem Stoff ermittelten Stoffkonzentration eine Dosiereinrichtung zur Abgabe einer Substanz in den Stoff, insbesondere in einen Patientenkörper angesteuert wird und/oder ein akustisches und/oder optisches Signal ausgegeben ward und/oder ein Sig nal mittels einer Funkverbindung an eine Verarbeitungseinrichtung abgegeben wird und/oder dass der gemessenen Stoffkonzentration ein oder mehrere Nahrungsmittel oder Nahrungsmittelkombinationen mittels einer Datenbank zugeordnet und als Ernährungsin formation, insbesondere Ernährungsempfehlung ausgegeben werden.

Zusätzlich oder kombiniert mit einer solchen Empfehlung kann auch eine Mengenangabe für die Nahrungsmittel oder Nahrungsmittelkombinationen ausgegeben werden. Unter Nah rungsmittelkombinationen sollen auch zubereitete Nahrungsportionen verstanden werden.

Alle Merkmale und Maßnahmen des Anregungsstrahls, seiner optischen Führung und Modu- lation, die in den Aspekten im Zusammenhang mit einer beliebigen Messmethode angeführt werden, insbesondere im Zusammenhang mit einem Mess- Lichtstrahl und der Detektion seiner Ablenkung, können, ebenso wie die Merkmale zum mechanischen Aufbau und zur Justierbarkeit, den Merlanalen zum Gehäuse und zur Kommunikation mit externen Einrich tungen, Datenbanken und angeschlossenen Geräten ebenfalls bei der Detektionsmethode eingesetzt werden, wie sie in den Patentansprüchen der vorliegenden Anmeldung bean sprucht ist, also unter Verwendung eines Piezo- Effektes zur Detektion der aus dem Stoff als Reaktionssignal ausgesandten Wärmewelle in einen Messkörper. Weitere Detektionsmethoden zum Nachweis eines Reaktionssignals nach Aussendung eines Anregungsstrahls können umfassen:

- Photoakustische Detektion - photoakustische Detektion mittels einer Stimmgabel oder ei nes anderen Schwingungselementes oder: eine leicht abgewandelte Form der Photoakustik mit offener QePAS-Zelle (Quartz enhanced PhotoAcustic Spectroskopy)). Durch diese Me thoden können Druckschwankungen/schwingungen an der Stoffoberfläche nachgewesen und ebenso ausgewertet werden, wie oben für die gemessene Strahlablenkung beschrieben.

Grundsätzlich können zur Tiefenprofilierung ermittelte Werte einer Phasenverschiebung des Reaktionssignals gegenüber einer periodischen Modulation des Anregungsstrahls genutzt werden. (Erwärmungs-/Ablcühlphasen der Stoffoberfläche sollten dazu genauer bzgl. ihres Verlaufes ausgewertet werden).

Mit der beschriebenen Vorrichtung kann ein Vorrat von Klebestreifen zum Abtragen toter Hautschichten verbunden sein, um eine möglichst störungsfreie Messung an einem mensch lichen Körper zu erlauben, sowie Pflaster mit Wärmeleitpaste, die auf das optische Medium regelmäßig aufgebracht werden können. Das optische Medium kann bei geeigneter Befesti gung und Justierung der übrigen Teile austauschbar sein.

Die Vorrichtung kann zur Messung nicht nur an einem Finger einer Person, sondern auch an einer Lippe oder einem Ohrläppchen vorgesehen und eingerichtet sein.

Die Messung kann durch Kombination mehrerer der geschilderten und erläuterten Messsys teme mit ähnlicher Fehler anfälligkeit bezüglich der Genauigkeit und Zuverlässigkeit verbes sert werden.

DAQ und Locldn-Verstärker in der Auswertung können in einem Gerät zusammengefasst werden und die Auswertung kann insgesamt digitalisiert werden.

Die Messung kann mit der Vorrichtung auch an einer relativ zu dieser bewegten Stoffoberflä che durchgeführt werden, so dass im Zuge einer Rastermessung: Anregungslichtquelle und- und/oder Messlichtquelle während der Messung in einem Raster über die Haut fahren, sich ggf. Hautunregelmäßigkeiten kompensieren oder wegmittein lassen.

Die Sensitivität der Detektionseinrichtung/Deflektionseinheit kann durch Einstellung /Variation der Wellenlänge des Probe-Beams/der Messlichtquelle optimiert werden. Hierzu kann die Messlichtquelle bzgl. der Wellenlänge veränderbar sein oder mehrere Laserlicht quellen verschiedener Wellenlänge zur Auswahl oder Kombination enthalten. Für die Ablenkung des Pump-/Probe-Lasers kann ein optimaler transversaler Mode (ΊΈM) gewählt werden.

Anregungssendeeinrichtung, Messlichtquelle und Detektor können als ein gemeinsamer Ar- ray aufgebaut werden und die Strahlen können im optischen Medium geeignet umgelenkt werden, um Aussendung und Empfang aller Strahlen auf eine Stelle zu konzentrieren.

Eine Linse auf oder im Kristall des optischen Mediums kann dazu beitragen, den Messlicht strahl Reaktionssignalabhängig stärker abzulenken.

Zudem ist die Verwendung einer gapfree Photodiode zur Detektion denkbar, dann könnte eine Linse den Messlichtstrahl nach Austritt bündeln und so eine genauere Messung ermögli chen.

Eine zusätzliche Ausgestaltung der Erfindung gemäß den Patentansprüchen wird in dem fol genden Konzept dargestellt. Dieses Konzept stellt darüber hinaus auch für sich genommen, kombiniert mit den obigen Aspekten oder mit Anspruchsgegenständen zumindest eine eigen ständige Erfindung dar. Die Anmelderin behält sich vor, diese Erfindung oder Erfindungen zu einem späteren Zeitpunkt zum Gegenstand von Ansprüchen zu machen. Dies kann im Rahmen dieser Anmeldung oder auch im Rahmen von späteren Teilanmeldungen oder Nachanmeldungen unter Inanspruchnahme der Priorität dieser Anmeldung geschehen.

Auch das folgende Konzept für nichtinvasive Blutzuckermessung durch eine Bestimmung der Glucose in der Flaut mittels Anregung durch Quantenkaskadenlaser und Messung der Wär mewelle durch Strahlungswärme soll von der Erfindung mit umfasst sein und kann mit den Gegenständen der Ansprüche kombiniert oder eigenständig in einer Teilanmeldung weiter verfolgt werden:

Es wird ein Verfahren beschrieben, mit dem die Konzentration der Glucose oder auch einem anderen Stoff in der interstitiellen Flüssigkeit (ISF) in der Flaut bestimmt werden kann. Glu cose in der ISF ist repräsentativ für Blutglucose und folgt ihr schnell bei Änderungen. Das Verfahren besteht aus zumindest einzelnen oder Gruppen der folgenden Schritte oder aus der Gesamtabfolge:

1. Die Hautstelle (in diesem Fall der erste Bereich der Stoffoberfläche) wird mit einem fokussierten und gegebenenfalls an einem Spiegel oder Hohlspiegel reflektierten Strahl eines Quantenkaskadenlasers, der stufenweise oder kontinuierlich über einen bestimmten Infra- rotbereich in dem Glucose spezifisch Strahlung absorbiert durchgestimmt wird, bestrahlt. Anstelle des Quantenkaskadenlasers kann auch ein Laserarray mit mehreren mit einzelnen Wellenlängen strahlenden Lasern verwendet werden. Der Spektralbereich kann (oder die einzelnen Wellenlängen, typisch 5 oder mehr Wellenlängen können) insbesondere zwischen ca. 900 und ca. 1300 cnr ¹ liegen, in dem Glucose einen Absorptionsfingerprint, das heißt typische und repräsentative Absorptionslinien aufweist.

2. Der Anregungsstrahl wird kontinuierlich (CW-Laser) oder gepulst mit hoher Pulswie derholrate oder moduliert verwendet. Zusätzlich wird der Anregungsstrahl niederfrequent moduliert, insbesondere im Frequenzbereich zwischen 10 und 1000 Hz. Die niederfrequente Modulation kann mit verschiedenen periodischen Funktionen, in verschiedenen Ausfüh rungsformen Sinus, Rechteck oder Sägezahn oder ähnlich erfolgen.

3. Durch die Bestrahlung der Haut dringt die IR-Strahlung bis etwa 50-100 pm tief in die Haut ein und regt - je nach Wellenlänge - bestimmte Schwingungen im Molekül Glucose an. Diese Anregungen vom Schwingungsniveau vo nach vi gehen innerhalb von sehr kurzer Zeit in den Grundzustand zurück; bei diesem Schritt wird Wärme frei.

4. Als Folge der Wärmeentwicklung nach (3) bildet sich eine Wärmewelle aus, die iso trop vom Ort der Absorption ausgeht. Abhängig von der thermischen Diffusionslänge, die durch die unter (2) beschriebene niederfrequenten Modulation bestimmt wird, erreicht die Wärmewelle periodisch mit der Modulationsfrequenz die Oberfläche der Haut.

5. Das periodische Auftauchen der Wärmewelle an der Oberfläche entspricht einer peri odischen Modulation der Wärmestrahlungseigenschaft der Haut (Stoffoberfläche der Probe). Die Haut kann hier näherungsweise als Schwarzer Strahler beschrieben werden, dessen Ge samtemission durch das Stefan-Boltzmann Gesetz proportional zur Herten Potenz der Ober flächentemperatur ist.

6. Mit einem Detektor für Wärmestrahlung, d.h. einem Infrarotdetektor, d.h. einem Thermoelement, Bolometer, Halbleiterdetektor, Piezodetektor oder ähnlichem, der auf die Hautstelle der Einstrahlung gerichtet ist, wird die unter (5) beschriebene periodische Tempe raturerhöhung registriert. Sie ist abhängig von der unter (1) und (2) beschriebenen Einstrah lung von Infrarotlicht und von der unter (3) beschriebenen Absorption und somit abhängig von der Konzentration der Glucose.

Die Wärmestrahlung (in diesem Fall das Reaktionssignal) ward beispielsweise mittels eines optischen Elementes, in einer Ausführungsform einer Infrarotlinse oder eines Spiegels, ins- besondere eines konkaven Parabolspiegels, gesammelt und, in einer Ausrührungsform über einen konvexen Spiegel auf den Detektor geleitet. Hierzu kann ein verwendeter Sammelspie gel in einer Ausführungsform eine Öffnung aufweisen, durch die der gesammelte Strahl gelei tet wird. Zudem kann ein Filter im Strahlengang vorgesehen sein, das nur Infrarotstrahlung eines bestimmten Wellenlängenbereichs durchlässt.

In einem anderen Ausführungsbeispiel wird die Wärmestrahlung mittels eines Messkörpers, wie er in den Patentansprüchen beansprucht ist, durch einen Piezo-Effekt nach gewiesen.

7. Es kann bei der Bearbeitung der Reaktionssignale speziell die Modulationsfrequenz berücksichtigt werden, wozu das Reaktionssignal in einem Lock-in- Verstärker verarbeitet werden kann. Durch Analyse der Phasenlage zwischen Anregungssignal und Wärmestrah lungssignal (Reaktionssignal) mittels einer Steuerungs- und Verarbeitungseinrichtung kann die Tiefeninformation über die Tiefe unter der Stoffoberfläche gewonnen werden, aus der die Reaktionssignale vorwiegend erhalten werden.

8. Durch die Auswahl und Analyse verschiedener niederfrequenter Modulationsfrequen zen wie unter (2) beschrieben für den Anregungsstrahl und die Verknüpfung der Ergebnisse für verschiedene Modulationsfrequenzen (wobei die Ergebnisse für verschiedene Modulati onsfrequenzen auch unterschiedlich gewichtet werden können) kann ebenfalls die Tiefenin formation erhalten werden. Dabei können ggf. Differenzverfahren, eine Quotientenbildung von jeweils mindestens zwei Reaktionssignalen (zum Beispiel jeweils für eine einzelne Wel lenlänge und dies wellenlängenweise durch das vermessene Spektrum hindurch) oder andere Bestimmungsverfahren verwendet werden, um die Absorption der obersten I lautschichten zu kompensieren.

9. Um die Detektion der Wärmestrahlung nach (6) möglichst empfindlich zu machen, wird sie spektral breitbandig für den gesamten in Frage kommenden Infrarotbereich genutzt. Dabei sollen möglichst viele Bereiche der Planckschen Strahlungskurve genutzt werden. Um die Detektion für die intensive Anregungsstrahlung unempfindlich zu machen, wird die De tektion der Wärmestrahlung mit Sperrfilter (Notch-Filter) für diese Anregungswellenlängen versehen.

₁₀ . Aus dem nach (6-9) gemessenen, von der Anregungswellenlänge abhängigen Wärme signal wird somit in einer Ausführungsform, wenn Glucose nachgewiesen werden soll, zu nächst bei nicht (oder unter Ausnahme von) glucoserelevanten Wellenlängen des Anregungs strahls der Hintergrund bestimmt, anschließend bei (oder unter Einschluss von) glucoserele vanten Wellenlängen die Differenz zum Hintergrundsignal. Daraus ergibt sich die Glucose- konzentration in der Hautschicht oder den Hautschichten, die durch die ausgewählte Pha senlage nach (7) oder die verschiedenen Modulationsfrequenzen nach (8) oder deren Ver knüpfung festgelegt werden. Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutz umfang der Erfindung zu verlassen.

WO 2019/110084 - 6o - PCT/EP2017/081398

Bezugszeichenliste

I Messkörper

l‘ Schicht

2 Messfläche

3 Lasereinrichtung

4 Detektionsbereich

4‘ Detektionsbereich

5 Bereich, Stoff

5‘ Position

6 Kontakteinrichtung

6e - 6y Elektroden

7 Flächennormale

8 Anregungsstrahl

9 Modulationseinrichtung

10 Bereich

II Flachkörper

12 Spiegeleinrichtung

13 Ausnehmung

14, 14a Wärmesenke

15 Wärmebariere

16 Auswerteeinrichtung

17-21 Ausnehmungen

22 - 29 Elektroden

32 Leiterbahnen

A Richtung, Flächennormale

B Richtung