Vorrichtung und Verfahren zur Detektion mindestens einer Substanz

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion mindestens einer Substanz, umfassend: einen photonischen Kristall mit einer Oberfläche, die mindestens einen Detektionsbereich und mindestens einen Referenzbereich aufweist, wobei in dem Detektionsbereich die zu detektierende Substanz anlagerbar ist und in dem Referenzbereich die zu detektierende Substanz nicht anlagerbar ist, wobei sich durch die Anlagerung der zu detektierenden Substanz eine Resonanz im Transmissions- und/oder Reflexionsspektrum des photonischen Kristalls in dem Detektionsbereich relativ zu dem Referenzbereich spektral verschiebt, eine Lichtquelle zur Einstrahlung von Licht auf die Oberfläche des photonischen Kristalls, sowie einen Detektor zur Messung eines ersten Intensitätssignals des in dem Detektionsbereich der Oberfläche des photonischen Kristalls reflektierten oder transmittierten Lichts und zur Messung eines zweiten Intensitätssignals des in dem Referenzbereich der Oberfläche des photonischen Kristalls reflektierten oder transmittierten Lichts.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Detektion mindestens einer Substanz, umfassend die Schritte: Einstrahlen von Licht auf eine Oberfläche eines photonischen Kristalls, wobei die Oberfläche mindestens einen Detektionsbereich und mindestens einen Referenzbereich aufweist, wobei sich die zu detektierende Substanz im Detektionsbereich anlagert und im Referenzbereich nicht anlagert, wobei sich durch die Anlagerung der zu detektierenden Substanz eine Resonanz im Transmissions- und/oder Reflexionsspektrum des photonischen Kristalls im Detektionsbereich relativ zum Referenzbereich spektral verschiebt, sowie Messen eines ersten Intensitätssignals des in dem Detektionsbereich der Oberfläche des photonischen Kristalls reflektierten oder transmittierten Lichts und Messen ein zweiten Intensitätssignals des in dem Referenzbereich der Oberfläche des photonischen Kristalls reflektierten oder transmittierten Lichts.

Bei der Substanz, die sich in dem Detektionsbereich an der Oberfläche anlagert, kann es sich beispielsweise um eine biologische Substanz handeln. Um eine biologische Substanz anlagern zu können, wird die Oberfläche des photonischen Kristalls in dem Detektionsbereich in der Regel mit biologischen/organischen Substanzen funktionalisiert. Nach dem Schlüssel- Schloss-Prinzip kann eine passende biologische Substanz, z.B. ein Antikörper, an dem funktionalisierten Detektionsbereich der Oberfläche andocken, was zu einer Brechungsindexänderung in der unmittelbaren Umgebung des Detektionsbereichs an der Oberfläche führt. Diese Brechungsindexänderung hat zur Folge, dass sich eine Resonanz im Transmissions- und/oder Reflexionsspektrum des photonischen Kristalls in dem Detektionsbereich relativ zu derselben Resonanz im Transmissions- und/oder Reflexionsspektrum des photonischen Kristalls in dem Referenzbereich spektral verschiebt. Die Resonanz in dem Referenzbereich verschiebt sich bei der Anwesenheit der Substanz an der Oberfläche nicht, da der Referenzbereich nicht funktionalisiert ist, so dass sich die zu detektierende Substanz nicht in dem Referenzbereich anlagert.

Die spektrale Verschiebung der Resonanz im Transmissions- und/oder Reflexionsspektrum des photonischen Kristalls kann beispielsweise detektiert werden, indem das Transmissions- und/oder Reflexionsspektrum des photonischen Kristalls mit einem Spektrometer analysiert wird. Ein zu diesem Zweck verwendeter Messaufbau ist jedoch aufwändig und mit hohen Kosten verbunden. Ein anderer Ansatz um Nachweis von biologischen Substanzen anhand der spektralen Verschiebung von Resonanzen im Transmissions- und/oder Reflexionsspektrum eines photonischen Kristalls ist in der WO 2011/091781 Al beschrieben. Dort wird eine Lichtquelle, die Licht in einen mit der Substanz in Kontakt gebrachten photonischen Kristall einstrahlt, derart auf den photonischen Kristall abgestimmt, dass die von dem photonischen Kristall hervorgerufenen Resonanzen und die durch Wechselwirkung des photonischen Kristalls mit der Substanz hervorgerufenen Resonanzen in einem Flankenbereich des Emissionsspektrums der Lichtquelle liegen. Verändert sich die spektrale Position der Resonanzen im Spektrum des photonischen Kristalls, verändert sich daher auch die Intensität des vom Detektor delektierten Lichts. Auf diese Weise wird die Resonanzverschiebung in eine Intensitätsänderung übersetzt. Bei der in der WO 2011/091781 Al beschriebenen Vorrichtung ist daher eine einfache Intensitätsmessung ausreichend, um eine Anlagerung der Substanz an der Oberfläche des photonischen Kristalls zu delektieren.

Bei der in der WO 2011/091781 Al beschriebenen Messung ist eine Unterscheidung zwischen Veränderungen der Intensität, die auf die Anlagerung der Substanz zurückzuführen sind, und Veränderungen der Intensität, die auf andere Einflussfaktoren zurückzuführen sind, z.B. auf Schwankungen der Intensität des Lichts der Lichtquelle, nicht ohne weiteres möglich.

In dem Artikel „Handheld imaging photonic crystal biosensor for multiplexed, label-free protein detection" von S. Jahns et al., Biomedical Optics Express, Vol. 6, No. 10, wird vorgeschlagen, zusätzlich zu den funktionalisierten Bereichen Referenzbereiche in Form von nicht funktionalisierten Bereichen zu verwenden, an denen sich die zu detektierenden Substanzen nicht anlagern können. Die Referenzbereiche ermöglichen es, Schwankungen und/oder eine Drift in der gemessenen Intensität, die sich auf die Detektionsbereiche und die Referenzbereiche gleichermaßen auswirken, zu eliminieren. Auch positionsabhängige Schwankungen und/oder Drift bei der Messung können eliminiert werden, wenn ein jeweiliger nicht funktionalisierter Referenz be re ich benachbart zu einem funktionalisierten Detektionsbereich angeordnet ist. Beispielsweise kann der Referenzbereich den Detektionsbereich ringförmig umgeben.

Es hat sich gezeigt, dass trotz der Verwendung der Referenzbereiche das Signal-zu-Rauschverhältnis einer solchen Messung für eine zuverlässige Detektion von Substanzen, die sich in sehr geringen Mengen an der Oberfläche anlagern, in der Regel nicht ausreichend ist.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, die eine einfache, kostengünstige und zuverlässige Detektion bereits kleinster Mengen einer Substanz ermöglichen.

Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst durch die eingangs genannte Vorrichtung, bei der die Lichtquelle in ihrem Spektrum mindestens eine Flanke aufweist, die im Bereich der Resonanz des photonischen Kristalls spektral durchstimmbar ist, oder bei der die Lichtquelle breitbandig ist und die Vorrichtung einen modulierbaren Spektralfilter zur Filterung des in dem Detektionsbereich und des in dem Referenzbereich der Oberfläche des photonischen Kristalls reflektierten oder transmittierten Lichts umfasst, wobei das Filterspektrum des Spektralfilters mindestens eine Flanke aufweist, die Bereich der Resonanz des photonischen Kristalls spektral durchstimmbar ist, und bei der die Vorrichtung eine Auswerteeinrichtung aufweist, die ausgebildet ist, mittels eines Vergleichs des während der Durchstimmung gemessenen ersten Intensitätssignals mit dem während der Durchstimmung gemessenen zweiten Intensitätssignal die Substanz zu detektieren.

Verglichen mit den intensitätsbasierten Vorrichtungen und Verfahren aus dem Stand der Technik führt die Durchstimmung der Flanke im Spektrum der Lichtquelle zu einem wesentlich höheren Signal-Rausch-Verhältnis und erlaubt damit die zuverlässige Detektion wesentlich kleinerer Substanzmengen. Die gemessenen Intensitätssignale können aus mathematischer Perspektive als Ergebnis einer Faltung des Spektrums der Lichtquelle mit dem Transmissions- bzw. Reflexionsspektrum des photonischen Kristalls im Bereich der Resonanz interpretiert werden. Das hohe Signal-Rausch-Verhältnis ist eine Konsequenz der Tatsache, dass sich das gesamte Transmissions- bzw. Reflexionsspektrum im Bereich der Resonanz in den gemessenen Intensitätssignalen widerspiegelt. Dies steht in deutlichem Kontrast zu der in der WO 2011/091781 Al beschriebenen Vorrichtung, in der lediglich ein gewichtetes Integral über das Transmissionsspektrum des photonischen Kristalls im Bereich der Resonanz in die Auswertung eingeht. Die obige Argumentation gilt analog für die Alternative, bei der die Lichtquelle breitbandig ist und die Vorrichtung einen modulierbaren Spektralfilter zur Filterung des von der Oberfläche des photonischen Kristalls reflektierten oder transmittierten Lichts umfasst.

In einer Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet, beim Vergleich der Intensitätssignale eine Verschiebung einer Flanke des während der Durchstimmung gemessenen ersten Intensitätssignals relativ zu einer entsprechenden Flanke des während der Durchstimmung gemessenen zweiten Intensitätssignals zu bestimmen. Die durch die Anlagerung der Substanz im Detektionsbereich verursachte Verschiebung der Resonanz im Transmissions- bzw. Reflexionsspektrum des photonischen Kristalls äußert sich in der Verschiebung einer Flanke des während der Durchstimmung gemessenen ersten Intensitätssignals relativ zu einer entsprechenden Flanke des während der Durchstimmung gemessenen zweiten Intensitätssignals. Die Detektion der Substanz kann daher über die relative Verschiebung der Flanke im ersten Intensitätssignal zur entsprechenden Flanke im zweiten Intensitätssignal erfolgen. Diese relative Verschiebung der Flanken kann bestimmt werden, indem man den Abstand in den Werten der Argumente der Intensitätssignale heranzieht, die einem bestimmten Anteil der Sättigungswerte bzw. der Maximalwerte der jeweiligen (normierten) Intensitätssignale entsprechen. Alternativ kann diese relative Verschiebung der Flanken beispielsweise dadurch bestimmt werden, dass man den Abstand von zwei Geraden bestimmt, die an die Flanken angefittet werden. Es versteht sich, dass die relative Verschiebung zwischen den beiden Flanken auch auf andere Weise bestimmt werden kann.

Die Detektion der Substanz kann beispielsweise erfolgen, indem der Abstand zwischen den Flanken bzw. der Betrag der Verschiebung mit einem Schwellwert verglichen und auf die Anlagerung der Substanz geschlossen wird, wenn die der Schwellwert überschritten wird. Es ist auch möglich, den zeitlichen Verlauf des Betrags der Verschiebung beim wiederholten, in der Regel kontinuierlichen Durchstimmen der Flanke im Bereich der Resonanz zu beobachten. Die Anlagerung der zu detektierenden Substanz kann in diesem Fall beispielsweise anhand eines zeitlichen Anstiegs des Betrags der Verschiebung erkannt werden. In einer weiteren Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet, die Konzentration der zu detektierenden Substanz zu bestimmen, und zwar mittels einer durch Kalibration bestimmten Beziehung zwischen der Verschiebung der Flanke des während der Durchstimmung gemessenen ersten Intensitätssignals relativ zu der entsprechenden Flanke des während der Durchstimmung gemessenen zweiten Intensitätssignals und der Konzentration der zu detektierenden Substanz. Die Beziehung zwischen der Konzentration der Substanz und dem Betrag der relativen Verschiebung zwischen den beiden Flanken kann beispielsweise bestimmt werden, indem eine Flüssigkeit, in der die Substanz mit einer bekannten Konzentration enthalten ist, mit der Oberfläche in Kontakt gebracht und der zugehörige Wert der Verschiebung bestimmt wird. Die bekannte Konzentration der Substanz in der Flüssigkeit wird in diesem Fall nicht auf die oben beschriebene Weise ermittelt. Wird dieser Vorgang mehrfach mit Flüssigkeiten wiederholt, die unterschiedliche, bekannte Konzentrationen der Substanz enthalten, kann eine Beziehung zwischen der Konzentration der Substanz in der Flüssigkeit und dem Betrag der Verschiebung in der Art einer Kalibrationskurve bestimmt werden.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Lichtquelle eine breitbandige Primärlichtquelle und einen Spektralfilter, vorzugsweise einen Kantenfilter oder einen Bandpassfilter, der die Flanke im Spektrum der Lichtquelle erzeugt, wobei der Spektralfilter modulierbar ist, um die Flanke im Spektrum der Lichtquelle im Bereich der Resonanz des photonischen Kristalls spektral durchzustimmen. Für die Detektion der Substanz ist es günstig, wenn der Spektralfilter mindestens eine sehr steile Flanke aufweist. Die spektrale Durchstimmung einer einzigen Flanke des Spektralfilters im Bereich der Resonanz des photonischen Kristalls ist für die Detektion ausreichend, so dass als Spektralfilter ein Kantenfilter mit einer möglichst steilen Flanke verwendet werden kann. Für die Detektion der Substanz ist es nicht schädlich, wenn der Spektralfilter zwei oder mehr Flanken aufweist. Alternativ kann daher beispielsweise ein in der Regel vergleichsweise schmalbandiger Bandpassfilter für die Detektion verwendet werden. Die Bandbreite des Bandpassfilters liegt vorzugsweise in der Größenordnung der Breite der Resonanz des Reflexions- bzw. Transmissionsspektrums des photonischen Kristalls. Für die Modulation des Spektralfilters zur Durchstimmung der Flanke bestehen verschiedene Möglichkeiten.

In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist zur Modulation des Spektralfilters ein Winkel, unter dem der Spektralfilter relativ zur Strahlrichtung der Lichtquelle ausgerichtet ist, einstellbar. Bei dem Spektralfilter kann es sich in diesem Fall beispielsweise um einen Interferenzfilter handeln. Alternativ kann der modulierbare Spektralfilter beispielsweise auch auf Basis eines akustooptischen Modulators oder einer Kombination aus Beugungsgittern und einem Flüssigkristallmodulator realisiert werden. Der Spektralfilter, der zur Filterung des an der Oberfläche des photonischen Kristalls reflektierten oder transmittierten Lichts dient, kann entsprechend ausgebildet sein.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Lichtquelle ein durchstimmbarer Laser. In diesem Fall weist das Intensitätsspektrum der Lichtquelle eine maximale Intensität bei der Laserwellenlänge sowie zwei von der maximalen Intensität steil abfallende Flanken bei kleineren bzw. größeren Wellenlängen als der Laserwellenlänge auf. Durch die Durchstimmung der Laserwellenlänge, die bei dem Laser in an sich bekannter Weise durchgeführt wird, werden beide Flanken des Spektrums des Lasers spektral verschoben. Die Laserwellenlänge bzw. der Bereich, in dem die Durchstimmung der Laserwellenlänge möglich ist, ist in diesem Fall auf den Bereich der Resonanz des photonischen Kristalls abgestimmt.

In einer weiteren Ausführungsform der obigen Vorrichtung sind im Strahlengang des auf die Oberfläche des photonischen Kristalls eingestrahlten Lichts ein erster linearer Polarisationsfilter und im Strahlengang des von der Oberfläche reflektierten oder transmittierten Lichts ein um 90° gegenüber dem ersten linearen Polarisationsfilter gedrehter zweiter linearer Polarisationsfilter angeordnet. Durch die gekreuzten linearen Polarisationsfilter können einerseits Streulicht und andererseits reflektiertes Licht, das nicht mit den Moden des photonischen Kristalls in Wechselwirkung getreten ist, ausgefiltert werden.

In einer alternativen Ausführungsform der obigen Vorrichtung ist im gemeinsamen Strahlengang des auf die Oberfläche des photonischen Kristalls eingestrahlten Lichts und des von der Oberfläche reflektierten Lichts ein zirkularer Polarisationsfilter angeordnet. Auch mit Hilfe eines zirkularen Polarisationsfilters kann Licht, das nicht mit den Moden des photonischen Kristalls in Wechselwirkung getreten ist, ausgefiltert werden.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die obige Vorrichtung eine Zuführungseinrichtung zur Zuführung einer Flüssigkeit an die Oberfläche des photonischen Kristalls, wobei die zu detektierende Substanz in der Flüssigkeit enthalten ist. Für die Anlagerung der zu detektierenden Substanz an der Oberfläche hat es sich als günstig erwiesen, wenn diese in einer Flüssigkeit enthalten ist. Die Zuführungseinrichtung kann ausgebildet sein, die Flüssigkeit in Form eines Flüssigkeitsstroms, z.B. in einer Kammer, über die Oberfläche des photonischen Kristalls zu führen und wieder von der Oberfläche abzuführen. Es ist aber auch möglich, dass die Zuführungseinrichtung ausgebildet ist, die Flüssigkeit, z.B. in Form eines einzelnen Blutstropfens, der Oberfläche zuzuführen, ohne dass die Flüssigkeit wieder von der Oberfläche abgeführt wird. In diesem Fall bildet der photonische Kristall zusammen mit der Zuführungseinrichtung eine Sensoreinheit, die in die Vorrichtung eingebracht werden kann und die gegen eine andere Sensoreinheit ausgetauscht wird, sobald die Detektion der Substanz abgeschlossen ist.

Die oben genannte Aufgabe wird gemäß einem weiteren Aspekt auch gelöst durch das eingangs genannte Verfahren, das folgende weitere Schritte umfasst: Spektrales Durchstimmen mindestens einer Flanke im Spektrum des auf die Oberfläche eingestrahlten Lichts im Bereich der Resonanz des photonischen Kristalls oder spektrales Filtern des in dem Detektionsbereich und des in dem Referenzbereich der Oberfläche des photonischen Kristalls reflektierten oder transmittierten Lichts mit einem Filterspektrum, das mindestens eine Flanke aufweist, und spektrales Durchstimmen dieser Flanke, sowie detektieren der Substanz durch Vergleichen des während der Durchstimmung gemessenen ersten Intensitätssignals mit dem während der Durchstimmung gemessenen zweiten Intensitätssignal. Bezüglich der mit dem Verfahren erzielten Vorteile sei auf die obigen Ausführungen in Bezug auf die Vorrichtung verwiesen.

In einer Variante dieses Verfahrens wird beim Vergleichen der Intensitätssignale die Verschiebung einer Flanke des während der Durchstimmung gemessenen ersten Intensitätssignals relativ zu einer entsprechenden Flanke des während der Durchstimmung gemessenen zweiten Intensitätssignals bestimmt. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann auf diese Weise die spektrale Verschiebung der Resonanz bei der Anlagerung der Substanz in dem Detektionsbereich sehr präzise bestimmt werden.

In einer Weiterbildung dieser Variante wird beim Detektieren eine Konzentration der Substanz bestimmt, und zwar mittels einer durch Kalibration bestimmten Beziehung zwischen der Verschiebung der Flanke des während der Durchstimmung gemessenen ersten Intensitätssignals relativ zu der entsprechenden Flanke des während der Durchstimmung gemessenen zweiten Intensitätssignals und der Konzentration der zu detektierenden Substanz. Die Beziehung zwischen der Konzentration der Substanz und der Verschiebung der Flanke kann auf die weiter oben in Zusammenhang mit der Vorrichtung beschriebene Weise erfolgen.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen die:

Fig. la,b,c schematische Darstellungen von drei Ausführungsbeispielen einer Vorrichtung, die einen photonischen Kristall mit einer Oberfläche zur Anlagerung von zu detektierenden Substanzen, eine Lichtquelle und einen Detektor aufweist, Fig. 2 eine Darstellung der Oberfläche des photonischen

Kristalls von Fig. la,b mit funktionalisierten Detektionsbereichen und mit nicht funktionalisierten Referenzbereichen,

Fig. 3a, b Darstellungen einer spektralen Verschiebung einer

Resonanz des Reflexionsspektrums des photonischen Kristalls beim Anlagern einer Substanz an der Oberfläche sowie einer Flanke im Spektrum der Lichtquelle oder im Filterspektrum des Spektralfilters, die im Bereich der Resonanz spektral durchgestimmt wird, sowie

Fig. 4a-c Darstellungen eines ersten und eines zweiten

Intensitätssignals, die während der Durchstimmung der Flanke in einem Detektionsbereich und in einem der Referenzbereich der Oberfläche gemessen werden.

In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.

Fig. la,b,c zeigen eine Vorrichtung 1, die zur Detektion von mehreren unterschiedlichen (z.B. biologischen) Substanzen 2 ausgebildet ist. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Lichtquelle 3, die zur Einstrahlung von Licht 4 auf eine plane, strukturierte Oberfläche 5a eines photonischen Kristalls 5 ausgebildet ist. Der photonische Kristall 5 weist im gezeigten Beispiel an der Oberfläche 5a eine periodische Strukturierung auf. Die Lichtquelle 3 umfasst eine nicht bildlich dargestellte Kollimationsoptik, um das Licht 4 der Lichtquelle 3 zu kollimieren und entlang einer Strahlrichtung auf die Oberfläche 5a des photonischen Kristalls 5 einzustrahlen, die in Fig. la,b horizontal verläuft.

Das eingestrahlte Licht 4 durchläuft das Volumen des photonischen Kristalls 5 und ein Teil des eingestrahlten Lichts 4 tritt mit der strukturierten Oberfläche 5a des photonischen Kristalls 5 in Wechselwirkung wobei ein Anteil des Lichts reflektiert wird. Das reflektierte Licht 4a trifft auf einen Detektor, der im gezeigten Beispiel als ortsauflösender Detektor, genauer gesagt als Kamera 6, ausgebildet ist. Eine nicht bildlich dargestellte Optik, bei der es sich beispielsweise um eine telezentrische Optik handeln kann, bildet die Oberfläche 5a des photonischen Kristalls 5 auf eine Detektorfläche der Kamera 6 ab. Eine Auswerteeinrichtung 7 steht mit der Kamera 6 in signaltechnischer Verbindung, um die von der Kamera 6 aufgenommenen Bilder auszuwerten, wie weiter unten näher beschrieben wird.

Bei den in Fig. la,b gezeigten Vorrichtungen 1 ist das eingestrahlte Licht 4 senkrecht zur Oberfläche 5a des photonischen Kristalls 5 ausgerichtet. Das detektierte reflektierte Licht 4a ist in dieser Vorrichtung ebenfalls senkrecht zur Oberfläche 5a des photonischen Kristalls 5 ausgerichtet. Um den Strahlengang des auf die Oberfläche 5a des photonischen Kristalls 5 eingestrahlten Lichts 4 vom Strahlengang des reflektierten Lichts 4a zu trennen, weisen die Vorrichtungen 1 von Fig. la, b jeweils einen Strahlteiler 8 auf, der im gezeigten Beispiel als Strahlteilerwürfel ausgebildet ist. Für den Fall, dass das Licht 4 schräg, d.h. unter einem von 90° abweichenden Winkel, auf die Oberfläche 5a des photonischen Kristalls 5 eingestrahlt wird, kann auf den Strahlteiler 8 zur Trennung des Strahlengangs des einfallenden Lichts 4 und des Strahlengangs des reflektierten Lichts 4a in der Regel verzichtet werden. Der Einfallswinkel, unter dem das eingestrahlte Licht 4 auf die Oberfläche 5a des photonischen Kristalls 5 trifft, kann von dem Winkel abweichen, unter dem das an der Oberfläche 5a reflektierte Licht 4a von der Kamera 6 detektiert wird.

Bei den in Fig. la,c gezeigten Vorrichtungen 1 ist im Strahlengang des auf die Oberfläche 5a des photonischen Kristalls 5 eingestrahlten Lichts 4 vor dem Strahlteiler 8 ein erster linearer Polarisationsfilter 9a angeordnet, um das eingestrahlte Licht 4 linear zu polarisieren. Im Strahlengang des von der Oberfläche 5a des photonischen Kristalls 5 reflektierten Lichts 4a ist ein zweiter linearer Polarisationsfilter 9b angeordnet, dessen Ausrichtung um 90° zum ersten linearen Polarisationsfilter 9a gedreht ist. Der zweite lineare Polarisationsfilter 9b transmittiert nur reflektiertes Licht 4a, dessen Polarisationsrichtung um 90° zur Polarisationsrichtung des an dem ersten linearen Polarisationsfilter 9a linear polarisierten, auf die Oberfläche 5a eingestrahlten Licht 4 gedreht ist.

Mit Hilfe der gekreuzten linearen Polarisatoren 9a, 9b kann eingestrahltes Licht 4, das nicht mit dem photonischen Kristall 5 wechselwirkt und daher seine Polarisationsrichtung beibehält, sowie Streulicht unterdrückt werden. Zum Detektor 6 gelangt somit nur an der Oberfläche 5a reflektiertes Licht 4a, das mit dem photonischen Kristall 5 wechselwirkt und hierbei eine Drehung seiner Polarisationsrichtung erfährt. Um die Drehung der Polarisationsrichtung des einfallenden Lichts 4 zu bewirken, schließt bei dem in Fig. la,b gezeigten Beispiel die Strukturierungsrichtung des photonischen Kristalls 5 einen Winkel von 45° mit der Polarisationsrichtung des linear polarisierten, auf die Oberfläche 5a eingestrahlten Lichts 4 ein. Da die beiden Moden-Gruppen TE und TM in diesem Fall ebenfalls um 45° zur Polarisationsrichtung gedreht sind, werden beide Moden angeregt und ein Teil des reflektierten Lichts 4a ist so polarisiert, dass dieses vom zweiten linearen Polarisationsfilter 9b transmittiert wird. Eine von 45° abweichende Wahl dieses Winkels ist grundsätzlich möglich, führt aber im Allgemeinen zu einem schlechteren Signal-Rausch-Verhältnis.

Als Alternative zu den linearen Polarisationsfiltern 9a, b ist bei der in Fig. lb gezeigten Vorrichtung im gemeinsamen Strahlengang des auf die Oberfläche 5a des photonischen Kristalls 5 eingestrahlten Lichts 4 und des von der Oberfläche 5a reflektierten Lichts 4a ein zirkularer Polarisationsfilter

9 angeordnet. Das auf die Oberfläche 5a des photonischen Kristalls 5 eingestrahlte Licht 4 wird von dem zirkularen Polarisationsfilter 9 zirkular polarisiert. Das von der Oberfläche 5a des photonischen Kristalls 5 reflektierte Licht 4a passiert den zirkularen Polarisationsfilter 9 erneut, bevor es auf den Detektor 6 trifft. Von der Oberfläche 5a des photonischen Kristalls 5 reflektiertes Licht 4a, das nicht mit den Moden des photonischen Kristalls 5 in Wechselwirkung getreten ist, ändert seine Händigkeit aufgrund des reflexionsbedingten Phasensprungs und wird somit beim erneuten Durchgang durch den zirkularen Polarisationsfilter 9 unterdrückt. Von der Oberfläche 5a des photonischen Kristalls 5 reflektiertes Licht 4a, das mit den Moden des photonischen Kristalls 5 interagiert, verliert die Eigenschaft der Zirkularpolarisation und wird somit nicht unterdrückt, sofern die Filter- und die Moden-Achsen einen Parallelanteil aufweisen. Der in Fig. lb gezeigte zirkulare Polarisationsfilter 9 kann auch bei den in Fig. la,c gezeigten Vorrichtungen 1 an Stelle der beiden linearen Polarisationsfilter 9a, b verwendet werden. Entsprechend können auch in der Vorrichtung 1 von Fig. lb an Stelle des zirkularen Polarisationsfilters 9 die beiden linearen Polarisationsfilter 9a, b von Fig. la,c verwendet werden.

Die Vorrichtung 1 von Fig. la,b,c umfasst auch eine Zuführungseinrichtung

10 zur Zuführung einer Flüssigkeit 11 an die Oberfläche des photonischen Kristalls 5. Im gezeigten Beispiel weist die Zuführungseinrichtung 10 eine Zuführungsleitung 12 zur Zuführung der Flüssigkeit 11 zu einer Kammer 13 auf, welche die Oberfläche 5a des photonischen Kristalls 5 umschließt. Die Flüssigkeit 11 wird über eine Abführungsleitung 14 aus der Kammer 13 abgeführt. Bei der Zuführungseinrichtung 10 handelt es sich im gezeigten Beispiel um eine mikrofluidische Einrichtung.

Die Vorrichtung 1 dient im gezeigten Beispiel zur Detektion von Substanzen 2, die in der Flüssigkeit 10 enthalten sind. Die Substanzen 2 können beispielsweise in der Flüssigkeit 10 gelöst oder suspendiert sein. Mit Hilfe der in Fig. la,b,c gezeigten Vorrichtung 1 kann eine Vielzahl von unterschiedlichen Substanzen 2 in unterschiedlichen Arten von Flüssigkeiten 11 detektiert werden. Bei den Substanzen 2 kann es sich insbesondere um biologische Substanzen handeln.

Im gezeigten Beispiel handelt es sich bei der Flüssigkeit 10 um menschliches Blut und bei den zu delektierenden Substanzen 2 um biologische Substanzen, genauer gesagt um Biomarker in Form von Antikörpern. Die Vorrichtung 1 ermöglicht die Detektion bzw. den Nachweis von Antigenen und/oder von Antikörpern im menschlichen Blut und kann daher beispielsweise als Nachweis für das Vorliegen einer Infektion, z.B. einer Virusinfektion, oder einer Immunreaktion verwendet werden.

Für diesen Nachweis ist es nicht zwingend erforderlich, dass die Flüssigkeit 10, die der Oberfläche 5a des photonischen Kristalls über die Zuführungsleitung 11 zugeführt wird, wieder von der Oberfläche 5a abgeführt wird. Die Zuführungseinrichtung 10 kann beispielsweise mit dem photonischen Kristall 5 und der Kammer 12 eine wegwerfbare Sensoreinheit bilden, die für den Nachweis der Substanz 2 in die Vorrichtung 1 eingebracht wird. Nach dem Nachweis wird die Sensoreinheit gegen eine andere Sensoreinheit ausgetauscht, wie dies in dem weiter oben zitierten Artikel von Frau S. Jahns et al. beschrieben ist. Die Vorrichtung 1 kann selbstverständlich auch zum Nachweis von anderen Substanzen 2 verwendet werden, die in anderen Flüssigkeiten 11 enthalten sind, beispielsweise zum Nachweis von Bakterien, Antikörpern, Antigenen, etc. in Milch, Blutplasma, oder Lymphe oder aber von Verunreinigungen in Wasser, etc. Auch der Nachweis einer Kristallisation an entsprechend funktionalisierten Detektionsbereichen (z.B. mittels Kristallisationskeimen) ist möglich.

Um eine Mehrzahl von unterschiedlichen Substanzen 2, die in der Flüssigkeit 11 enthalten sind, gleichzeitig detektieren zu können, ist an der Oberfläche 5a des photonischen Kristalls 5 eine Mehrzahl von Detektionsbereichen 15 gebildet. Ein jeweiliger Detektionsbereich 15 ist auf an sich bekannte Weise mit biologischen/organischen Materialien funktionalisiert. Nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip kann eine passende biologische Substanz 2, z.B. ein Antikörper, an einem jeweiligen funktionalisierten Detektionsbereich 15 der Oberfläche 5a andocken, was zu einer Brechungsindexänderung in der unmittelbaren Umgebung der Oberfläche 5a des photonischen Kristalls 5 an dem jeweiligen Detektionsbereich 15 führt.

Die Oberfläche 5a außerhalb der Detektionsbereiche 15 ist nicht funktionalisiert, d.h. eine jeweilige zu delektierende Substanz 2 kann außerhalb der funktionalisierten Detektionsbereiche 15 nicht an der Oberfläche 5a andocken. In Fig. 2 sind ringförmige Referenzbereiche 16 dargestellt, die einen jeweiligen kreisförmigen funktionalisierten Detektionsbereich 15 umgeben. Die Referenzbereiche 16 sind nicht funktionalisiert und unterscheiden sich grundsätzlich nicht von der restlichen Oberfläche 5a außerhalb der Detektionsbereiche 15. Für die weiter unten beschriebene Auswertung wird jedoch nur reflektiertes Licht 4a verwendet, das von jeweiligen Detektionsbereich 15 an der Oberfläche 5a des photonischen Kristalls 5 reflektiert wird, sowie reflektiertes Licht 4a, das von einem jeweiligen Referenzbereich 16 an der Oberfläche 5a des photonischen Kristalls 5 reflektiert wird.

Durch die benachbarte Anordnung eines jeweiligen Referenzbereichs 16 und eines zugehörigen Detektionsbereichs 15 kann ein positionsabhängiger Hintergrund-Drift, Temperatur-Drift oder Lage- , und Winkeländerungen der Probe (Verformung), etc. eliminiert werden. Es versteht sich, dass die Geometrie der in Fig. 2 gezeigten funktionalisierten Detektionsbereiche 15 von einer kreisförmigen Geometrie abweichen kann. Auch die Geometrie der Referenzbereiche 16 kann von der in Fig. 2 gezeigten kreisförmigen Geometrie abweichen. Gegebenenfalls kann bei der Auswertung für zwei oder mehr der Detektionsbereiche 15 ein gemeinsamer Referenzbereich 16 verwendet werden.

Nachfolgend wird die Detektion einer Substanz 2, die an einem der Detektionsbereiche 15 angelagert ist, unter Bezugnahme auf Fig. 3a, b und Fig. 4a-c beschrieben. Die nachfolgend beschriebene Detektion der Substanz 2 an einem der Detektionsbereiche 15 kann zeitgleich für andere Substanzen 2 an den anderen Detektionsbereichen 15 an der Oberfläche 5a des photonischen Kristalls 5 erfolgen. Die Detektionsbereiche 15 können für den Nachweis bzw. für die Detektion von unterschiedlichen Substanzen 2 funktionalisiert sein, es ist aber auch möglich, dass zwei oder mehr Detektionsbereiche 15 für den Nachweis ein- und derselben Substanz 2 funktionalisiert sind. Wie weiter oben beschrieben wurde, hat die Anlagerung der Substanz 2 an dem Detektionsbereich 15 eine Veränderung des Brechungsindexes in der Umgebung der Oberfläche 5a des photonischen Kristalls 5 zur Folge. Wie ebenfalls weiter oben beschrieben wurde, ist die Oberfläche 5a des photonischen Kristalls 5 strukturiert und bildet damit ein für Photonen dem Verhalten von Elektronen im Halbleiter ähnliches System. In bekannter Weise wird durch die Strukturierung des photonischen Kristalls 5 ein Reflexionsspektrum mit einer wellenlängenabhängigen Reflektivität R erzeugt, das eine Resonanz 17 (Resonanz-Peak) aufweist, wie dies in Fig. 3a, b dargestellt ist. In der Regel weist das Reflexionsspektrum des photonischen Kristalls 5 mehr als eine Resonanz 17 auf, für die nachfolgend beschriebene Auswertung wird aber nur eine Resonanz 17 benötigt, so dass auf die Darstellung weiterer Resonanzen in dem Reflexionsspektrum von Fig. 3a, b verzichtet wurde.

Wie in Fig. 3a, b zu erkennen ist, weist die Resonanz 17 in dem funktionalisierten Detektionsbereich 15 eine erste Resonanzwellenlänge X _D auf, während dieselbe Resonanz 17 in dem Referenz be re ich 15 eine zweite Resonanzwellenlänge X _R aufweist, die sich von der ersten Resonanzwellenlänge X _D unterscheidet. Die spektrale Verschiebung AX = X _D - X _R der Resonanz 17 in dem Detektionsbereich 15 relativ zu dem Referenzbereich 16 ist auf die Brechungsindexänderung bei der Anlagerung der Substanz 2 an die Oberfläche 5a in dem Detektionsbereich 15 zurückzuführen. Da die Substanz 2 sich in dem Referenzbereich 16 nicht anlagert, kann anhand der spektralen Verschiebung AX die in dem Detektionsbereich 15 angelagerte Substanz 2 detektiert werden.

Um die spektrale Verschiebung AX bzw. ein Maß für die spektrale

Verschiebung AX zu messen, weist bei der in Fig. la,c gezeigten Vorrichtung 1 das Spektrum der Lichtquelle 3 eine wellenlängenabhängige Intensität I mit zwei Flanken 18a, b auf, während bei der in Fig. lb gezeigten Vorrichtung 1 der Spektralfilter 20 ein Filterspektrum mit einer wellenlängenabhängigen Transmission T mit zwei Flanken 18a, b aufweist, wobei die Flanken 18a, b im Bereich der Resonanz 17 des photonischen Kristalls 5 spektral durchstimmbar sind. Die Flanken 18a, b sind bei dem in Fig. 3a, b gezeigten Beispiel im Bereich der Resonanz 17 in einem Wellenlängen-Intervall zwischen einer minimalen Wellenlänge _MIN und einer maximalen Wellenlänge Ä _MAX durchstimmbar.

Die minimale Wellenlänge _MIN ist geringfügig kleiner als die zweite Resonanzwellenlänge _R der Resonanz 17 in dem Referenzbereich 16. Die maximale Wellenlänge Ä _MAX ist geringfügig größer als die größtmögliche erste Resonanzwellenlänge _D in dem Detektionsbereich 15. Die größtmögliche erste Resonanzwellenlänge Ä _MAX wird erreicht, wenn die Substanz 2 sich an allen zur Verfügung stehenden Plätzen in dem funktionalisierten Detektionsbereich 15 angelagert hat, d.h. wenn die Sättigung des funktionalisierten Detektionsbereichs 15 mit der Substanz 2 erreicht ist. Das Wellenlängen-Intervall Ä _MAX - _MIN , in dem die Flanke 18a, b der Intensität I der Lichtquelle 3 beziehungsweise die Flanke 18a, b des Filterspektrums des Spektralfilters 20 durchstimmbar ist, kann beispielsweise in der Größenordnung von ca. 10 nm liegen.

Die in Fig. la gezeigte Vorrichtung 1 unterscheidet sich von der in Fig. lc gezeigten Vorrichtung durch die Art, wie die Durchstimmung der Flanke 18 des Spektrums der Lichtquelle 3 erzeugt wird. Die in Fig. la gezeigte Lichtquelle 3 weist eine breitbandige Primärlichtquelle 19 in Form einer Weißlicht-LED und einen Spektralfilter 20 auf, der die in Fig. 3a gezeigten Flanken 18a, b im Spektrum der Primärlichtquelle 19 erzeugt. Der Spektralfilter 20 ist im gezeigten Beispiel ein schmalbandiger Bandpassfilter mit hoher Flankensteilheit. Der Spektralfilter 20 ist modulierbar, um die Flanken 18a, b im Bereich der Resonanz 17 des photonischen Kristalls 5 spektral durchzustimmen.

Bei dem in Fig. la gezeigten Beispiel weist die Lichtquelle 3 zur Modulation des Spektralfilters 20 einen Aktuator 21 auf, der es ermöglicht, einen Winkel a, unter dem der Spektralfilter 20 zur Strahlrichtung der Lichtquelle 3 ausgerichtet ist, einzustellen. Bei dem in Fig. la gezeigten Beispiel kann der Spektralfilter 20 um einen Winkel a von +/- 10° ausgehend von einer Grundstellung verkippt werden, in welcher der Spektralfilter 20 senkrecht zur Strahlrichtung des kollimierten Lichts 4 der Lichtquelle 3 ausgerichtet ist. Bei dem Spektralfilter 20 handelt es sich um einen geeignet ausgebildeten Interferenzfilter. An Stelle eines Spektralfilters 20 in Form eines Bandpassfilters kann auch eine andere Art von Spektralfilter, beispielsweise ein Kantenfilter, verwendet werden, der an Stelle der beiden Flanken 18a, b nur eine einzige Flanke aufweist.

Die in Fig. lb gezeigte Vorrichtung unterscheidet sich von der in Fig. la gezeigten Vorrichtung darin, dass das Spektrum der Lichtquelle 3 breitbandig ist und dass das reflektierte Licht 4a, bevor es auf den Detektor 6 trifft, den modulierbaren Spektralfilter 20 passiert. Die Modulation des Spektralfilters erfolgt hier wie in der Beschreibung von Fig. la angegeben.

Die Lichtquelle der in Fig. lc gezeigten Vorrichtung 1 ist als durchstimmbarer Laser 3 ausgebildet. Der durchstimmbare Laser 3 weist ein schmalbandiges Spektrum mit zwei ausgehend von einer Laserwellenlänge _L steil abfallenden Flanken 18a, b auf. Bei der spektralen Durchstimmung der Laserwellenlänge _L werden auch die Flanken 18a, b des Spektrums im Bereich der Resonanz 17 spektral durchgestimmt, wie dies in Fig. 3b durch einen Pfeil angedeutet ist.

Für die nachfolgend beschriebene Messung ist es in allen drei Fällen günstig, wenn die Flanke oder die Flanken 18a, b im Spektrum der Lichtquelle 3 oder im Filterspektrum, die im Bereich der Resonanz 17 spektral durchgestimmt wird/werden, möglichst steil sind.

Fig. 4a-c zeigen jeweils ein erstes Intensitätssignal I _D und ein zweites Intensitätssignal I _R , die während des Durchstimmens der Flanken 18a, b des Spektrums der Lichtquelle 3 gemessen werden. Das erste Intensitätssignal I _D wird aus den Intensitäten der Pixel des Bildes des Detektionsbereichs 15 auf der Detektorfläche der Kamera 6 berechnet, beispielsweise durch Mittelung. Entsprechend wird das zweite Intensitätssignal I _R aus den Intensitäten der Pixel des Bildes des Referenzbereichs 16 auf der Detektorfläche der Kamera 6 berechnet, wiederum beispielsweise durch Mittelung. In Fig. 4a-c sind die beiden Intensitätssignale I _D , I _R für unterschiedliche Einstellungen des Winkels a beim Durchstimmen des Spektralfilters 20 in Form des Bandpassfilters von Fig. la dargestellt. An Stelle der Mittelung kann auch eine andere geeignete Verrechnung, z.B. eine gewichtete Mittelwertbildung, der Intensitäten der Pixel des Bildes des Detektionsbereichs 15 zur Berechnung des ersten Intensitätssignals I _D bzw. der Pixel des Bildes des Referenzbereiches 16 zur Berechnung des zweiten Intensitätssignals I _R verwendet werden.

In der Darstellung von Fig. 4a entspricht die an der Abszisse angegebene Zahl der Nummer eines jeweiligen von der Kamera aufgenommenen Bildes. Die Kamera 6 kann beispielsweise ausgebildet sein, eine Anzahl von ca. 100 Bildern pro Sekunde in konstanten zeitlichen Abständen aufzunehmen. In Fig. 4b, c sind die Intensitätssignale I _D , I _R über der Wellenlänge aufgetragen. Eine solche Auftragung ist möglich, da eine eindeutige Beziehung zwischen der jeweiligen Winkelstellung des Spektralfilters 20 bzw. dem zugehörigen aufgenommenen Bild und der Wellenlänge X besteht. Es versteht sich, dass an Stelle der Nummerierung der aufgenommenen Bilder oder der Wellenlänge X die Intensitätssignale I _D , I _R auch über der Zeit oder über einer anderen geeigneten Größe aufgetragen werden können.

Bei der Darstellung von Fig. 4a sind die Intensitätssignale I _D , I _R beim Durchstimmen des Spektralfilters 20 über den gesamten einstellbaren Variationsbereich des Winkels o von -10° bis +10° dargestellt, wobei das Bild mit der Nummer Null in Fig. 4a der Winkelstellung von -10° entspricht und das Bild mit der Nummer 600 der Winkelstellung von +10° entspricht. Bei der Drehung des Spektralfilters 20 aus der Grundstellung (bei o= 0°) heraus nimmt die Wellenlänge der durchgestimmten Flanke 18a, b in beide Richtungen ab, weshalb sich die in Fig. 4a gezeigte, im Wesentlichen zur Grundstellung (dem Bild mit der Nummer 300) symmetrische Darstellung ergibt. Der linke Teil der Darstellung von Fig. 4a bis zur Grundstellung entspricht somit der Durchstimmung der Flanke 18a, b von der minimalen Wellenlänge X _MiN zur maximalen Wellenlänge X _MA x in der Grundstellung. Der von der Grundstellung ausgehende rechte Teil der Darstellung von Fig. 4a entspricht der Durchstimmung der Flanke 18a, b von der maximalen Wellenlänge X _MA x zur minimalen Wellenlänge X _MIN .

Wie in Fig. 4a zu erkennen ist, ist das erste Intensitätssignal I _D aufgrund der spektralen Verschiebung der in Fig. 3a gezeigten Resonanz 17 bei der Anlagerung der Substanz 2 in dem Detektionsbereich 15 im Vergleich zum zweiten Intensitätssignal I _R verschoben, da beim Durchstimmen des Spektralfilters 20 von kleineren zu größeren Wellenlängen zunächst die Resonanz 17 bei der zweiten Resonanzwellenlänge X _R und zu eine späteren Zeitpunkt die Resonanz 17 bei der um den spektralen Versatz AX verschobenen ersten Resonanzwellenlänge X _R von den Flanken 18a, b überstrichen wird. Anhand eines Vergleichs zwischen dem ersten und dem zweiten Intensitätssignal I _D , I _R kann daher der spektrale Versatz AX bestimmt und anhand des Betrags des spektralen Versatzes AX die Anlagerung der Substanz 2 detektiert werden.

Der Vergleich zwischen den beiden Intensitätssignalen I _D , I _R erfolgt bevorzugt in einem Intensitätsbereich, in dem diese einen möglichst steilen Anstieg aufweisen. Bei dem in Fig. 4b, c gezeigten Beispiel erfolgt der Vergleich an einer steil ansteigenden Flanke 22 des ersten Intensitätssignals I _D und an einer entsprechenden, steil ansteigenden Flanke 22' des zweiten Intensitätssignals I _R . Die relative Verschiebung AX der Flanke 22 im ersten Intensitätssignal I _D zur entsprechenden Flanke 22' im zweiten Intensitätssignal I _R wird im gezeigten Beispiel bestimmt, indem der Abstand in den Werten der Argumente der Intensitätssignale I _D I _R herangezogen wird, die einem bestimmten Anteil der Sättigungs- bzw. Maximalwerte der Intensitätssignale I _D , I _R entsprechen. Die Maximalwerte der Intensitätssignale I _D , IR wurden in Fig. 4a-c jeweils auf Eins normiert.

Bei dem in Fig. 4c gezeigten Beispiel wird die Verschiebung AX zwischen den beiden Flanken 22, 22' bei einem Intensitätswert bestimmt der einem Anteil von 80% der maximalen Intensitäten der beiden Intensitätssignale I _D , I _R entspricht. Es versteht sich, dass die Verschiebung AX auch bei einem anderen Anteil der maximalen Intensitäten der beiden Intensitätssignale I _D , I _R bestimmt werden kann, beispielsweise bei 60% oder bei 40% der maximalen Intensitäten. Gegebenenfalls kann für die Bestimmung der Verschiebung AX auch ein Mittelwert von mehreren, bei unterschiedlichen Anteilen der maximalen Intensitäten bestimmten Werten für die Verschiebung AX gebildet werden. Es versteht sich, dass die relative Verschiebung der Flanken 22, 22' auch auf andere Weise bestimmt werden kann, beispielsweise indem der Abstand von zwei Geraden herangezogen wird, die an die jeweilige Flanke 22, 22' angefittet werden.

Anhand der Verschiebung AX kann die Anlagerung der zu detektierenden Substanz 2 in dem Detektionsbereich 15 detektiert werden. Zu diesem Zweck kann der zeitliche Verlauf des Betrags der Verschiebung AX beim wiederholten, kontinuierlichen Durchstimmen des Spektralfilters 20 beobachtet werden und die Anlagerung der zu detektierenden Substanz 2 kann anhand eines Anstiegs des Betrags der Verschiebung AX erkannt werden. Die Anlagerung der Substanz 2 an dem Detektionsbereich 15 kann auch detektiert werden, indem der Betrag der Verschiebung AX mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen und auf die Anlagerung der Substanz 2 geschlossen wird, wenn der Schwellwert überschritten wird.

Es ist auch möglich, mit Hilfe der Auswerteeinrichtung 7 die Konzentration der zu detektierenden Substanz 2 in der Flüssigkeit 11 zu bestimmen. Zu diesem Zweck wird der auf die oben beschriebene Weise bestimmte Wert der Verschiebung AX zwischen den beiden Flanken 22, 22' anhand einer durch Kalbration bestimmten Beziehung mit der Konzentration der Substanz 2 in der Flüssigkeit 11 in Relation gesetzt. Die Kalibration kann beispielsweise erfolgen, indem dieselbe Flüssigkeit 11 mit unterschiedlichen Konzentrationen der zu detektierenden Substanz 2 mit der Oberfläche 5a des photonischen Kristalls in Kontakt gebracht wird und hierbei jeweils der Wert der Verschiebung AX zwischen den beiden Flanken 22, 22' bestimmt wird. Die Konzentration der Substanz 2 in der Flüssigkeit 11 wird in diesem Fall mit Hilfe eines anderen geeigneten Messaufbaus bestimmt. Auf diese Weise kann eine Kalibrationskurve aufgenommen werden, welche die Messung der Konzentration der angelagerten Substanz 2 in der Flüssigkeit 11 ermöglicht.

Alternativ zu der in Zusammenhang mit Fig. la,b beschriebenen Vorrichtung 1, bei welcher das an der Oberfläche 5a des photonischen Kristalls 5 reflektierte Licht 4a vom Detektor 6 gemessen wird, ist es auch möglich, für die Detektion der Substanz 2 das von der Oberfläche 5a des photonischen Kristalls 5 transmittierte Licht zu messen. Dies vereinfacht den Aufbau der Vorrichtung 1, da die Lichtquelle 3, der photonische Kristall 5 und der Detektor 6 entlang einer geradlinigen optischen Bank angeordnet werden können. In diesem Fall tritt das von der Oberfläche 5a transmittierte Licht tritt jedoch durch die Flüssigkeit 11 hindurch, bevor dieses auf den Detektor 6 trifft. Es ist daher in der Regel erforderlich, dass die Flüssigkeit im Wesentlichen transparent für das vom photonischen Kristall 5 transmittierte Licht ist.