專利名稱：檢測(cè)裝置和檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)使用電磁波檢測(cè)液體對(duì)象或樣本的例如特性、標(biāo)識(shí)、濃度和存在與否的信息的檢測(cè)裝置和方法。具體地，本發(fā)明涉及使用包括從30GHz到30THz的頻率范圍內(nèi)的至少一部分的一個(gè)或多個(gè)頻率的電磁波的檢測(cè)裝置和方法。在本說(shuō)明書(shū)中，將包括上述頻率范圍內(nèi)的至少一個(gè)組分的電磁波叫做“THz波(太赫茲波)”。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，使用THz波的技術(shù)已經(jīng)被積極地進(jìn)行了研究和開(kāi)發(fā)。特別是，THz波的光子能量幾乎等于材料的分子骨架振動(dòng)和分子間作用的能量，因此，使用THz波的技術(shù)被用在使用通過(guò)頻譜方法獲得的頻譜等的材料分析中。
在上述情況下，“APPLIED PHYSICS LETTERS/Vol.80，No.1，2002，p.154”公開(kāi)了一個(gè)提議，其中，在基板上形成THz波傳輸路徑，DNA水溶液被滴在傳輸路徑上并且被弄干，通過(guò)檢測(cè)傳輸路徑的THz波傳輸性能的變化而進(jìn)行DNA分析。該提議使用了單鏈DNA對(duì)THz波的介電常數(shù)與雙鏈DNA對(duì)THz波的介電常數(shù)不同的事實(shí)，并且表明單鏈DNA和雙鏈DNA可以基于傳輸路徑的THz波傳輸性能的不同而被分別識(shí)別。
如上所述，當(dāng)通過(guò)檢測(cè)所使用的THz波傳輸條件的變化而獲得材料的光學(xué)特性例如吸收系數(shù)、復(fù)折射率等時(shí)，可以進(jìn)行材料的分析、檢測(cè)、標(biāo)識(shí)等。但是，在上述文獻(xiàn)的方法中，沒(méi)有用于以改進(jìn)的可控性來(lái)將液體樣本滴到傳輸路徑上的手段，因此一般不容易將樣本精確地滴到傳輸路徑上。滴下的液體樣本可能流動(dòng)和擴(kuò)展，所以也不容易適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)滴下的樣本在傳輸路徑上的位置以及THz波與樣本之間的相互作用區(qū)域。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于使用THz波檢測(cè)液體對(duì)象或樣本的信息的檢測(cè)裝置和方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于檢測(cè)液體對(duì)象或樣本的信息的檢測(cè)裝置，包括傳輸路徑、THz波提供單元、THz波檢測(cè)單元和用于滲入和保持液體對(duì)象的滲透保持部件。提供單元將在30GHz到30THz頻率范圍中的電磁波，或者說(shuō)THz波，提供到傳輸路徑中。檢測(cè)單元檢測(cè)傳輸通過(guò)傳輸路徑的THz波。滲透保持部件被設(shè)置在這樣的位置沿傳輸路徑傳播的THz波的電場(chǎng)分布在該位置的至少一部分中延伸。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種用于檢測(cè)液體對(duì)象或樣本的信息的檢測(cè)方法，所述檢測(cè)方法包括制備包括傳輸路徑、THz波提供單元和THz波檢測(cè)單元的裝置的步驟；以及將用于滲入和保持液體樣本的滲透保持部件設(shè)置在這樣的位置沿傳輸路徑傳播的THz波的電場(chǎng)分布在該位置的至少一部分中延伸的第二步驟。提供單元將在30GHz到30THz頻率范圍中的電磁波，或者說(shuō)THz波，提供到傳輸路徑中。檢測(cè)單元檢測(cè)傳輸通過(guò)傳輸路徑的THz波。在該檢測(cè)方法中，在液體樣本被滲入并保持在滲透保持部件中的條件下將THz波提供到傳輸路徑中，并且檢測(cè)傳輸通過(guò)傳輸路徑的THz波以檢測(cè)液體樣本的信息。
根據(jù)本發(fā)明，使用了用于滲入和保持液體對(duì)象或樣本的滲透保持部件，因此可以準(zhǔn)確和精確地調(diào)節(jié)被滴下的液體對(duì)象或樣本在傳輸路徑上的位置以及THz波與液體對(duì)象或樣本之間的相互作用區(qū)。
結(jié)合下面參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例和示例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的特征將更容易理解。


圖1A是圖示根據(jù)本發(fā)明的使用用于液體樣本的滲入和保持的滲透保持部件的檢測(cè)裝置和方法的第一實(shí)施例和示例的平面圖。
圖1B是沿圖1A中線B-B’取得的橫截面視圖。
圖1C是沿圖1A中線A-A’取得的橫截面視圖。
圖2是圖示用于向本發(fā)明的檢測(cè)裝置的傳輸路徑提供激光的光學(xué)系統(tǒng)的視圖。
圖3是示出由本發(fā)明的檢測(cè)裝置的檢測(cè)單元檢測(cè)出的THz波的示例頻譜的圖。
圖4A是圖示根據(jù)本發(fā)明的檢測(cè)裝置和方法的第二實(shí)施例的平面圖，其中，用于液體樣本的滲入和保持的滲透保持部件(多孔材料)的兩側(cè)被非滲透性部件(樹(shù)脂片)設(shè)置。
圖4B是沿圖4A中線B-B’取得的橫截面視圖。
圖4C是沿圖4A中線A-A’取得的橫截面視圖。
圖5A是圖示根據(jù)本發(fā)明的檢測(cè)裝置和方法的第三實(shí)施例的平面圖，其中，用于液體樣本的滲入和保持的滲透保持部件(多孔材料)被通過(guò)粘接設(shè)置。
圖5B是沿圖5A中線B-B’取得的橫截面視圖。
圖5C是沿圖5A中線A-A’取得的橫截面視圖。
圖6A是圖示根據(jù)本發(fā)明的檢測(cè)裝置和方法的第四實(shí)施例的平面圖，其中，在用于液體樣本的滲入和保持的滲透保持部件(多孔材料)附近提供有流動(dòng)路徑。
圖6B是沿圖6A中線B-B’取得的橫截面視圖。
圖6C是沿圖6A中線A-A’取得的橫截面視圖。
圖7A是圖示根據(jù)本發(fā)明的檢測(cè)裝置和方法的第五實(shí)施例的平面圖，其中，在第二樹(shù)脂層中形成有孔，并且用于液體樣本的滲入和保持的滲透保持部件(多孔材料)被布置在該孔中。
圖7B是沿圖7A中線B-B’取得的橫截面視圖。
圖7C是沿圖7A中線A-A’取得的橫截面視圖。
圖8A是圖示根據(jù)本發(fā)明的檢測(cè)裝置和方法的第六實(shí)施例的平面圖，其中，電介質(zhì)層包括用于液體樣本的滲入和保持的滲透保持部件(多孔材料)。
圖8B是沿圖8A中線B-B’取得的橫截面視圖。
圖8C是沿圖8A中線A-A’取得的橫截面視圖。
圖9A是圖示滲透保持部件(多孔材料)相對(duì)于傳輸路徑的位置的平面圖。
圖9B是示出沿圖9A中傳輸路徑傳播的THz波的電場(chǎng)分布的圖。
圖9C是圖示滲透保持部件(多孔材料)相對(duì)于傳輸路徑的位置的另一個(gè)平面圖。
圖9D是示出沿圖9C中傳輸路徑傳播的THz波的電場(chǎng)分布的圖。
圖10A是圖示滲透保持部件(多孔材料)相對(duì)于傳輸路徑的位置的另一個(gè)平面圖。
圖10B是示出沿圖10A中傳輸路徑傳播的THz波的電場(chǎng)分布的圖。
圖10C是圖示滲透保持部件(多孔材料)相對(duì)于傳輸路徑的位置的另一個(gè)平面圖。
圖10D是示出沿圖10C中傳輸路徑傳播的THz波的電場(chǎng)分布的圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖描述本發(fā)明的用于檢測(cè)液體對(duì)象的信息的檢測(cè)裝置和方法的實(shí)施例和示例。
用于檢測(cè)液體對(duì)象或樣本的信息的裝置的典型實(shí)施例包括用于通過(guò)其傳輸THz波的傳輸路徑、用于通過(guò)耦合部分將THz波提供給傳輸路徑的THz波提供單元、以及用于檢測(cè)經(jīng)由耦合部分從傳輸路徑接收的THz波的THz波檢測(cè)單元。此外，通過(guò)傳輸路徑周圍或者在形成傳輸路徑的電介質(zhì)層的一部分中的毛細(xì)力、表面張力等提供用于液體樣本的滲入和保持的滲透保持部件。
滲透保持部件被設(shè)置在這樣的位置沿傳輸路徑傳播的THz波的電場(chǎng)分布在該位置的至少一部分中延伸。在上述構(gòu)造中，檢測(cè)單元可以獲得通過(guò)傳輸路徑傳輸?shù)腡Hz波傳輸條件由于液體樣本的成分、其存在或不存在等引起的變化的信息。因此，可以得到液體樣本的信息。
滲透保持部件使得能夠?qū)⑼ㄟ^(guò)滴下等方式提供的液體樣本通過(guò)毛細(xì)力等均勻地滲入到其中并且被保持在其中。滲透保持部件防止液體樣本流出。此外，即使在液體樣本變干并且其溶質(zhì)沉淀在滲透保持部件中的情況下，溶質(zhì)也被均勻地保持在滲透保持部件中。這里，詞語(yǔ)“均勻地”意思是樣本對(duì)所使用的THz波給出基本上均勻的作用。換句話說(shuō)，當(dāng)以約為所使用THz波的波長(zhǎng)的位置分辨率觀察樣本時(shí)，樣本均勻地作用于THz波。
相應(yīng)地，當(dāng)滲透保持部件被精確設(shè)置時(shí)，沿傳輸路徑傳播的THz波與被保持在滲透保持部件中的樣本之間的相互作用區(qū)域?qū)嶋H上總是被以合適的方式建立。還通過(guò)被滴在滲透保持部件的任何位置上的液體樣本實(shí)際上滲入其整體而沒(méi)有失敗的事實(shí)確保這一點(diǎn)。相應(yīng)地，甚至可以精確實(shí)現(xiàn)測(cè)量樣本濃度的定量檢測(cè)等。
滲透保持部件的構(gòu)成材料優(yōu)選是對(duì)所使用的THz波具有高透射率的材料。滲透保持部件的結(jié)構(gòu)可以是多孔的、纖維狀的、針狀的等等。其精細(xì)結(jié)構(gòu)的尺寸(即孔的直徑、纖維厚度或纖維間距離、或者針的厚度或針之間的距離)最好與所使用的THz波的波長(zhǎng)相比足夠小使得它不散射輻射。
滲透保持部件縱向側(cè)的長(zhǎng)度優(yōu)選地小于傳輸路徑的長(zhǎng)度。其原因是因?yàn)楫?dāng)樣本被滴到滲透保持部件上時(shí)液體樣本幾乎滲入到整個(gè)滲透保持部件中，液體樣本與沿傳輸路徑傳播的THz波之間的相互作用區(qū)域被通過(guò)滲透保持部件的尺寸調(diào)節(jié)。此外，傳播的THz波的電場(chǎng)分布在傳輸路徑外面極弱，因此，這對(duì)檢測(cè)沒(méi)有貢獻(xiàn)。但是，當(dāng)形成用于防止液體樣本的滲入超出傳輸路徑區(qū)域的機(jī)制時(shí)，即使是縱向側(cè)比傳輸路徑更長(zhǎng)的滲透保持部件也可以使用。即，例如，通過(guò)用由非滲透性材料制成的框架部件按下并擠壓滲透保持部件的一部分來(lái)防止?jié)B入超出期望區(qū)域的機(jī)制。
作為用于將液體樣本滲入并保持在滲透保持部件中的方法，可以使用注射裝置例如能夠滴下液體微滴的微注射器和吸液管。
當(dāng)被提供到滲透保持部件上的液體樣本量超過(guò)其滲透保持能力時(shí)，就有液體樣本從滲透保持部件中出來(lái)的可能性。在這種情況下，優(yōu)選的是與滲透保持部件的一部分或全部相鄰布置液體樣本不能夠滲入的非滲透性部件(例如，固體樹(shù)脂)。從而，可以確保液體樣本不會(huì)從滲透保持部件中出來(lái)，并且可以精確地調(diào)節(jié)液體樣本與THz波之間的相互作用區(qū)域。
當(dāng)被滴下的液體樣本的量超過(guò)由非滲透性部件形成的空間的體積時(shí)，液體樣本的體積可以通過(guò)擦除溢出的液體樣本而被保持在預(yù)定的值。
非滲透性部件可以布置為與滲透保持部件的至少一部分(例如，兩側(cè)，或四側(cè))相鄰以將其保持在傳輸路徑附近的預(yù)定位置。例如，在兩側(cè)的情況下，非滲透性部件被布置為鄰接沿傳輸路徑延伸的滲透保持部件的兩側(cè)或兩個(gè)表面。在四側(cè)的情況下，非滲透性部件被布置為鄰接沿傳輸路徑延伸的滲透保持部件的兩側(cè)或兩個(gè)表面以及在橫穿傳輸路徑的方向上延伸的其兩側(cè)或兩個(gè)表面。
當(dāng)非滲透性部件被布置為與滲透保持部件的一部分或全部相鄰時(shí)，可以在滲透保持部件與非滲透性部件之間形成小于所使用的THz波的波長(zhǎng)的間隔?？梢允褂迷撻g隔作為導(dǎo)向流路將液體樣本提供到滲透保持部件。在另一種構(gòu)造中，可以使?jié)B透保持部件與非滲透性部件緊密接觸。
當(dāng)使用非滲透性部件時(shí)，存在非滲透性部件對(duì)所使用的THz波的光學(xué)常數(shù)(折射率、吸收系數(shù)等)大致等于滲透保持部件的光學(xué)常數(shù)的情況，也存在不是這樣的情況。前一種情況是在沿傳輸路徑傳播的THz波在滲透保持部件與非滲透性部件之間的邊界處沒(méi)有被強(qiáng)反射的情況下進(jìn)行檢測(cè)的情況。后一種情況是積極使用滲透保持部件與非滲透性部件之間邊界處的反射并且構(gòu)造了THz波諧振器或THz波濾波器的情況。在這后一種情況下，基于由于向滲透保持部件提供液體樣本所引起的THz波諧振器或THz波濾波器的性能變化而進(jìn)行液體樣本的檢測(cè)。
例如，當(dāng)用金屬微帶線作為傳輸路徑時(shí)，滲透保持部件被布置為跨過(guò)其信號(hào)線。在另一種情況下，滲透保持部件可以被用作傳輸路徑的信號(hào)線與接地面之間的電介質(zhì)。優(yōu)選的是，滲透保持部件被全部布置在傳輸路徑中，或者被布置在THz波的電場(chǎng)相對(duì)較強(qiáng)分布的附近區(qū)域中。從而，可以實(shí)現(xiàn)液體樣本與THz波之間的有效相互作用，并且可以改進(jìn)檢測(cè)的精確度。
例如，當(dāng)如圖9A圖示，滲透保持部件92比如多孔材料被布置在與包括信號(hào)線91(傳輸路徑)的基板平行的平面上時(shí)，該平面上存在的電場(chǎng)關(guān)于信號(hào)線的幾何對(duì)稱中心線對(duì)稱分布，如圖9B所示。在這種情況下，當(dāng)電場(chǎng)的幾何對(duì)稱中心線與信號(hào)線的幾何對(duì)稱中心線大致對(duì)準(zhǔn)時(shí)，滲透保持部件中的樣本與沿傳輸路徑傳播的THz波之間的相互作用變得最強(qiáng)。當(dāng)在圖9B中設(shè)置E(0)＝1時(shí)，該波與該對(duì)象之間的相互作用實(shí)際上可以在直到E(x)＝1/e2的位置出現(xiàn)。所以，滲透保持部件應(yīng)當(dāng)設(shè)置在E(x)＞1/e2的范圍內(nèi)。不用說(shuō)，最好將對(duì)象設(shè)在E(0)＝1的位置上。圖9D、圖10B和圖10D也分別示出了電場(chǎng)分布。滲透保持部件具有各種形狀，而電場(chǎng)分布的曲線根據(jù)滲透保持部件的形狀而改變。
此外，同樣在滲透保持部件被用作信號(hào)線與接地面之間的電介質(zhì)時(shí)，與基板平行并且靠近接地面的平面上存在的電場(chǎng)關(guān)于與信號(hào)線平行的幾何對(duì)稱中心線對(duì)稱分布。相應(yīng)地，同樣在這種情況下，當(dāng)電場(chǎng)的對(duì)稱中心線與信號(hào)線的幾何對(duì)稱中心線大致對(duì)準(zhǔn)時(shí)，滲透保持部件中的樣本與沿傳輸路徑傳播的THz波之間的相互作用變得最強(qiáng)。
有存在沿與THz波傳播方向平行和垂直的方向延伸的兩條電場(chǎng)分布對(duì)稱中心線的情況。在這種情況下，優(yōu)選與傳播方向平行的電場(chǎng)分布的對(duì)稱中心線與滲透保持部件的對(duì)稱中心線大致對(duì)準(zhǔn)。
一般而言，在與構(gòu)成傳輸路徑的基板平行的平面中觀察，沿傳輸路徑的THz波的電場(chǎng)分布關(guān)于與傳輸路徑的對(duì)稱中心線平行的中心線對(duì)稱。在這種情況下，當(dāng)設(shè)置滲透保持部件的平面中的電場(chǎng)分布的對(duì)稱中心線與滲透保持部件的中心線大致對(duì)準(zhǔn)時(shí)，滲透保持部件中的樣本與沿傳輸路徑傳播的THz波之間的相互作用變得最強(qiáng)。
此外，例如，當(dāng)滲透保持部件93例如多孔材料如圖9C所示不對(duì)稱時(shí)，優(yōu)選的是滲透保持部件的幾何重心線(經(jīng)過(guò)重心的線)與電場(chǎng)分布的對(duì)稱中心線大致對(duì)準(zhǔn)，如圖9D所示。
而且，例如，當(dāng)THz波的電場(chǎng)分布如圖10A到圖10D所示不對(duì)稱時(shí)，優(yōu)選的是電場(chǎng)分布的幾何重心線分別與滲透保持部件102和103的對(duì)稱中心線(在圖10A和10B的情況下)或者幾何重心線(在圖10C和10D的情況下)大致對(duì)準(zhǔn)。在圖10A和10C中，構(gòu)件101描繪的是信號(hào)線。
由于樣本滲入到滲透保持部件中而引起的THz波傳輸條件的變化包括THz波強(qiáng)度的變化、THz波電場(chǎng)振幅或波形的變化等。當(dāng)獲得THz波的時(shí)域波形時(shí)，通過(guò)傳輸路徑傳輸?shù)腡Hz波頻譜可以通過(guò)對(duì)時(shí)域波形進(jìn)行傅立葉變換而得到。樣本的檢測(cè)可以基于頻譜的變化而實(shí)現(xiàn)。折射率、透射率、吸收系數(shù)等可以根據(jù)這些變化而獲得。因此，可以獲得樣本的信息，例如其身份(dentification)。
滲透保持部件優(yōu)選地在沿傳輸路徑傳播的THz波的整個(gè)頻率范圍上都具有高且均勻的透射率。因?yàn)檠貍鬏斅窂絺鞑サ腡Hz波的頻率范圍取決于THz波產(chǎn)生源的性能和傳輸路徑的結(jié)構(gòu)，所以實(shí)際得到的高且均勻的透射率的特性根據(jù)情況而改變。
滲透保持部件在傳輸路徑上的布置方式根據(jù)滲透保持部件的結(jié)構(gòu)(確定有效介電常數(shù)等的結(jié)構(gòu))對(duì)沿傳輸路徑傳播的THz波是各向同性還是各向異性而不同。此外，滲透保持部件在傳輸路徑上的布置方式根據(jù)液體樣本是以各向同性的方式還是各向異性的方式滲入到滲透保持部件中而不同。更具體地，當(dāng)滲透保持部件是各向同性時(shí)，滲透保持部件可以不考慮其放置方向而被設(shè)置在傳輸路徑上，因此它可以被容易地放置。當(dāng)滲透保持部件是各向異性時(shí)，滲透保持部件需要以例如使得滲透保持部件的特征方向與傳輸路徑的延伸方向或者其傳輸路徑的垂直方向?qū)?zhǔn)的方式設(shè)置在傳輸路徑上。從而，可以改進(jìn)液體樣本檢測(cè)的可再現(xiàn)性。
作為具有如上所述的高且均勻透射率的材料，有由聚丙烯、聚砜、尼龍和聚醚砜制成的顆粒狀或海綿狀結(jié)構(gòu)的多孔材料。這些示例也是各向同性的滲透保持部件。具有顆粒狀結(jié)構(gòu)的多孔材料是大量細(xì)小顆粒散布其中并且以點(diǎn)或面相互接觸的材料。具有海綿狀結(jié)構(gòu)的材料是大量細(xì)小的孔散布在基質(zhì)材料中的材料。大量細(xì)小顆粒以各向同性方式散布在其中(即細(xì)小顆粒的填充率(charging rate)在每單位區(qū)域中基本上是恒定的)、并且基本上不包括纖維狀結(jié)構(gòu)的具有顆粒狀結(jié)構(gòu)的多孔材料是優(yōu)選的各向同性滲透保持部件。此外，大量細(xì)小的孔以各向同性方式散布在其中(即微孔群的容積率在每單位區(qū)域中基本上是恒定的)、并且基本上不包括纖維狀結(jié)構(gòu)的具有海綿狀結(jié)構(gòu)的多孔材料是優(yōu)選的各向同性滲透保持部件。
本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)以獲得各種多孔材料的透射率。在該實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)從光電導(dǎo)天線產(chǎn)生THz波脈沖、在空間中傳輸THz波脈沖并且由另一個(gè)光電導(dǎo)天線檢測(cè)THz波脈沖的所謂太赫茲時(shí)域頻譜法進(jìn)行檢測(cè)。片狀多孔材料被放置在THz波脈沖的傳輸路徑中，以獲得多孔材料的透射率。
根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，可以理解每一種多孔材料都顯示出優(yōu)選的透射率。具體地，具有由聚丙烯、聚砜、尼龍和聚醚砜制成的顆粒狀或海綿狀結(jié)構(gòu)的多孔材料顯示出如下結(jié)果。對(duì)2.0THz的THz波的透射率在90％以上，并且通過(guò)下式(1)定義的給出透射率均勻性的值ν’高于20(見(jiàn)下面的表1-1和1-2)。這里，透射率是由THz波在傳輸通過(guò)多孔材料之后的振幅絕對(duì)值與在傳輸通過(guò)多孔材料之前的振幅絕對(duì)值之間的比率定義的振幅透射率。
ν’＝|TM-1|/|TL-TH| (1)ν’等于將一個(gè)值(該值通過(guò)從用于測(cè)量的THz波的最高頻率與最低頻率之間的中間點(diǎn)附近的頻率的透射率TM減一(1)來(lái)獲得)除以最高頻率下的透射率TH與最低頻率下的透射率TL之差、并取該商的絕對(duì)值而獲得的值。該值給出在頻率范圍上透射率的均勻度。當(dāng)值ν’增加時(shí)，透射率的頻率依賴度降低。例如，在值ν’為無(wú)限的極限情況下，值ν’不依賴于頻率。由式(1)給出的透射率均勻度的指示是參照在光學(xué)材料領(lǐng)域中使用的用于給出折射率的頻率依賴性的阿貝數(shù)定義的。以下，值ν’將被稱作透射率阿貝數(shù)。
表1-1

表1-2

注意，在*1欄中，1.0代表真正的圓，聚偏二氟乙烯不能被估計(jì)是因?yàn)橐后w不能滲入到聚偏二氟乙烯中，玻璃纖維不清楚是因?yàn)橐后w滲入?yún)^(qū)域的邊界不清楚。
上述的顆粒狀或海綿狀結(jié)構(gòu)可以通過(guò)以下標(biāo)準(zhǔn)與非顆粒狀或非海綿狀結(jié)構(gòu)區(qū)分開(kāi)。在液滴被滴在片狀多孔材料上時(shí)，當(dāng)?shù)蜗碌囊旱蔚恼归_(kāi)大致為圓形時(shí)，片狀多孔材料可以被看作是具有顆粒狀或海綿狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)?shù)蜗碌囊旱蔚恼归_(kāi)不是圓形例如是橢圓形時(shí)，片狀多孔材料不能被看作是具有顆粒狀或海綿狀結(jié)構(gòu)。在非圓形展開(kāi)的情況下，當(dāng)通過(guò)將橢圓形等的較長(zhǎng)直徑除以其較短直徑獲得的值在1.11之上時(shí)，可以確定展開(kāi)是非均勻的。因此，關(guān)于顆粒狀或海綿狀結(jié)構(gòu)與非顆粒狀或非海綿狀結(jié)構(gòu)之間的邊界結(jié)構(gòu)，如果展開(kāi)顯示出小于1.11的上述值，那么多孔材料可以被看作是具有顆粒狀或海綿狀結(jié)構(gòu)。
為了對(duì)上述內(nèi)容進(jìn)行解釋，具有由聚丙烯、聚砜、尼龍和聚醚砜制成的顆粒狀或海綿狀結(jié)構(gòu)的多孔材料具有相對(duì)較寬的對(duì)THz波的透射率高的范圍，可以被用作優(yōu)選的滲透保持材料。
即使材料不是上述的聚丙烯、聚砜、尼龍和聚醚砜，具有由對(duì)THz波的透射率高的材料制成的顆粒狀或海綿狀結(jié)構(gòu)的多孔材料也是優(yōu)選的。這種多孔材料被認(rèn)為對(duì)THz波具有較高的透射率和大的透射率均勻性。
滲透保持部件的主要目的是保持液體樣本或?qū)ο蟆Ｒ虼?，滲透保持部件不一定是具有由上述聚丙烯、聚砜、尼龍和聚醚砜制成的顆粒狀或海綿狀結(jié)構(gòu)的多孔材料。此外，所產(chǎn)生的或被檢測(cè)的THz波的實(shí)際頻率范圍由于傳輸路徑的結(jié)構(gòu)以及THz波發(fā)生器的性能而可以不在表1-1和1-2中描述的0.5THz和2.0THz之間的范圍內(nèi)。相應(yīng)地，在實(shí)際的頻率范圍中，允許使用對(duì)THz波具有充分高且均勻的透射率的材料。
上面討論的具有顆粒狀或海綿狀結(jié)構(gòu)的多孔材料具有各向同性的結(jié)構(gòu)，使得它可以被有利地設(shè)置在傳輸路徑上而不必考慮其布置方向。與此相對(duì)比，具有纖維狀結(jié)構(gòu)的多孔材料當(dāng)其以例如使得其纖維方向與傳輸路徑的延伸方向或其垂直方向?qū)?zhǔn)的方式設(shè)置在傳輸路徑上時(shí)可以改進(jìn)檢測(cè)的可再現(xiàn)性。此外，當(dāng)液體樣本被滴到具有纖維狀結(jié)構(gòu)的多孔材料上時(shí)，樣本可能以橢圓形滲入。因此，當(dāng)橢圓形的長(zhǎng)直徑方向與傳輸路徑的延伸方向?qū)?zhǔn)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)THz波與液體樣本之間的有效相互作用，并且改進(jìn)檢測(cè)的靈敏度。
下面將參照?qǐng)D1A到1C更詳細(xì)地描述實(shí)施例。在第一實(shí)施例的檢測(cè)裝置中，傳輸路徑的接地層是通過(guò)真空蒸鍍等形成在基板11上的金屬面12?；?1例如是硅基板。金屬面12由例如500薄鈦和3000薄金形成。在金屬面12上，兩個(gè)LT(低溫)-GaAs層13a和13b被通過(guò)外延遷移技術(shù)等形成。在LT-GaAs層13a和13b上形成對(duì)THz波相對(duì)透明的電介質(zhì)層14。電介質(zhì)層14由例如BCB(苯并環(huán)丁烯)制成。電介質(zhì)層14的厚度例如是5微米。電介質(zhì)層14的一部分被除去，并且LT-GaAs層13a和13b被部分露出。在電介質(zhì)層14上，形成以約5微米到10微米的寬度和約1毫米的縱向長(zhǎng)度延伸的金屬線(信號(hào)線)15。約5微米到10微米的縫隙16a和16b被形成在沿金屬線15的兩個(gè)區(qū)域中。電極18a、18b、18c和18d被提供在金屬線15的端部。傳輸路徑101被構(gòu)造成在金屬線15的延伸方向上延伸。
多孔材料17被布置在金屬線15上。多孔材料17是用于通過(guò)毛細(xì)力等保持液體樣本的滲透保持部件。例如，用矩形膜過(guò)濾器作為多孔材料17。用對(duì)THz波的損耗小的膠粘劑設(shè)置多孔材料17，或者通過(guò)使用另一個(gè)部件將其壓靠在傳輸路徑101上而設(shè)置。下面描述使用樹(shù)脂板(非滲透性部件)19將多孔材料17推靠在傳輸路徑101上的方法。
在該方法中，在具有約1mm厚度的聚苯乙烯板19中形成孔，并且使用膠粘劑等將具有稍微大于孔的外部尺寸的多孔材料17設(shè)置為覆蓋所述孔。聚苯乙烯板19被布置為使得多孔材料17在兩個(gè)LT-GaAs層13a和13b之間的位置跨過(guò)金屬線15。優(yōu)選地，多孔材料的對(duì)稱中心線與線15大致對(duì)準(zhǔn)。其原因如下。在如上所述的微帶線類型的傳輸路徑101的情況下，當(dāng)位置趨近金屬線15的中心時(shí)，在該位置處THz波的電場(chǎng)變得更強(qiáng)。相應(yīng)地，當(dāng)多孔材料17的對(duì)稱中心線與線15大致對(duì)準(zhǔn)時(shí)，被保持在多孔材料17中的液體樣本與沿傳輸路徑101傳播的THz波之間的相互作用變得更強(qiáng)。此外，優(yōu)選的是使多孔材料17與線15接觸，因?yàn)樯鲜鱿嗷プ饔迷黾印?br> 為了實(shí)現(xiàn)使得多孔材料17的對(duì)稱中心線與線15大致對(duì)準(zhǔn)的這種精確對(duì)準(zhǔn)的目的，在多孔材料17或聚苯乙烯板19的一部分上以及電介質(zhì)層14的一部分上可以提供標(biāo)記(對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記)100。
聚苯乙烯板19對(duì)THz波的折射率優(yōu)選地接近多孔材料17的折射率。這是因?yàn)槿绻切┱凵渎视泻艽蟛煌?，那么在邊界處可能?huì)發(fā)生由于阻抗不匹配引起的反射等。例如，由親水的聚醚砜制成的具有0.45微米平均孔直徑的膜過(guò)濾器(Nihon Pall有限公司的產(chǎn)品產(chǎn)品號(hào)60172)可以被用作多孔材料17，并且涂覆有疏水的泡沫狀苯乙烯的聚苯乙烯板可以被用作聚苯乙烯板19。在這種情況下，多孔材料17的折射率約為1.2，并且聚苯乙烯板19的折射率為約1.05到約1.1。
優(yōu)選地，矩形多孔材料17的寬度大致是線15寬度的三倍以上。用于傳輸THz波的傳輸路徑101包括金屬面12、電介質(zhì)層14和線15。利用微帶線類型的這種傳輸路徑，傳播THz波的電場(chǎng)在寬度為線15寬度的約三倍那么大的區(qū)域內(nèi)都很強(qiáng)地存在。因此，當(dāng)多孔材料17的寬度被大致設(shè)定為線15寬度的三倍以上時(shí)，被保持在多孔材料17中的樣本與傳播的THz波之間的相互作用增加。但是，多孔材料17的寬度可以根據(jù)制造方便而被制作得更大。關(guān)于其側(cè)邊的縱向長(zhǎng)度，優(yōu)選的是小于傳輸路徑的長(zhǎng)度。在本實(shí)施例中，多孔材料17的長(zhǎng)度、寬度和厚度分別為例如約0.6mm、約0.4mm和約150微米。
多孔材料17的平均孔直徑為例如0.5微米。此外，多孔材料17由對(duì)THz波具有高透射率的材料(例如，親水的聚醚砜)制成。
在線15的端部分別提供兩對(duì)電極18a和18c；18b和18d。通過(guò)THz波提供單元中的電極18a施加約10V的電壓，并且THz波檢測(cè)單元中的電極18b連接到信號(hào)放大器(AMP)110。另一對(duì)電極18c和18d被連接到地。在本實(shí)施例中，線15的端部分別作為用于將來(lái)自提供單元的THz波耦合到傳輸路徑的耦合器、以及用于將來(lái)自傳輸路徑的THz波耦合到檢測(cè)單元的耦合器。
在本實(shí)施例中，THz波提供單元的縫隙16a被飛秒(fsec)激光照射以產(chǎn)生THz波，并且THz波通過(guò)線15朝著THz波檢測(cè)單元的縫隙16b傳輸。在通過(guò)傳輸路徑傳輸?shù)倪^(guò)程中，THz波與滲入到多孔材料17中的樣本相互作用。另一方面，THz波檢測(cè)單元的縫隙16b被飛秒激光照射，并且通過(guò)線15傳輸?shù)腡Hz波被通過(guò)信號(hào)放大器110檢測(cè)。
液體樣本例如DNA溶液被使用微注射器等滴下并且滲入到多孔部件17中。液體樣本通過(guò)毛細(xì)力等滲入并且被保持在多孔部件17中。由檢測(cè)單元檢測(cè)的THz波的傳輸條件被保持在多孔部件17中的樣本改變(例如，被減弱)。因而可以從基于上述改變的譜等中得到樣本的信息。
圖2圖示了優(yōu)選地被上述檢測(cè)裝置使用的外圍光學(xué)系統(tǒng)。如圖2示的，從鎖模Ti藍(lán)寶石激光器(飛秒激光器)21發(fā)射出的飛秒脈沖激光被分束器26分開(kāi)。一束激光被聚集并且被照射在圖1所示的被施加了電壓的THz波提供單元的縫隙16a上。另一束激光被傳輸通過(guò)時(shí)間延遲光學(xué)系統(tǒng)22，然后被聚集并照射到圖1的連接到信號(hào)放大器110的THz波檢測(cè)單元的縫隙16b上。
檢測(cè)裝置24中縫隙16a與16b之間的間隔極窄(例如，約1nm)。相應(yīng)地，優(yōu)選的是在上述聚集和照射之前重新匯集被分開(kāi)的激光脈沖，并通過(guò)單個(gè)物鏡23等將重新匯集的光脈沖分別投射到縫隙上。被通過(guò)傳輸路徑101傳輸?shù)腡Hz波的時(shí)域波形可以在來(lái)回移動(dòng)時(shí)間延遲系統(tǒng)22時(shí)獲得。所獲得的時(shí)域波形的傅立葉變換給出其傳輸條件根據(jù)樣本的特性、存在或不存在等而被改變的THz波頻譜。因而可以得到樣本的信息。
在上面的討論中，用多孔材料作為滲透保持部件，但是也可以使用纖維狀材料和針狀材料。此外，在上面的描述中，使用聚苯乙烯板(非滲透性部件)將多孔材料17設(shè)置在傳輸路徑上。但是，滲透保持部件可以通過(guò)膠粘劑或通過(guò)熱壓粘接而直接設(shè)置在傳輸路徑上。而且，傳輸路徑的電介質(zhì)可以由能夠通過(guò)毛細(xì)力等滲入和保持液體樣本的材料例如多孔材料制成。
關(guān)于傳輸路徑的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，不限于上述的微帶線。傳輸路徑還可以由帶狀線、共面帶狀線、共面波導(dǎo)、微共面帶狀線、板線(slab line)、槽線等形成。
在上述檢測(cè)裝置和方法中，使用了用于液體樣本的滲入和保持的滲透保持部件。因此，可以精確調(diào)節(jié)液體樣本相對(duì)于傳輸路徑的位置。因此，即使樣本的定量檢測(cè)、檢查和測(cè)量例如其濃度的測(cè)量也可以以改進(jìn)的可再現(xiàn)性實(shí)現(xiàn)。此外，當(dāng)液體樣本被滴到滲透保持部件中并且在其中變干時(shí)，沉積的樣本的厚度變得均勻。液體樣本在滲透保持部件中的展開(kāi)在每次滴下樣本時(shí)保持不變，因而樣本與THz波之間的相互作用量(volume)不波動(dòng)。
在傳統(tǒng)的裝置和方法中，例如，有可能樣本液滴落下，當(dāng)在樣本充分變干之前傳輸路徑被劇烈操縱時(shí)，樣本與THz波之間的相互作用量會(huì)改變。在上述實(shí)施例中，可以消除這種可能性。
因此，在上述實(shí)施例中，在每一次檢測(cè)中，可以精確地將期望量的液體樣本設(shè)置在傳輸路徑上或者在它的期望部分附近。即使定量測(cè)量也可以以很好的可再現(xiàn)性容易地進(jìn)行。例如，即使在液體樣本變干時(shí)，諸如DNA的活體也可以被保持在滲透保持部件中并且其三維構(gòu)造不改變。可以得到樣本的精確信息。
下面將給出對(duì)更多具體的實(shí)施例和示例的描述。將參照?qǐng)D1A到1C描述第一實(shí)施例。第一實(shí)施例對(duì)應(yīng)于上面討論的實(shí)施例。在該實(shí)施例中，制備了附接到聚苯乙烯板19的多孔材料17，并且將其設(shè)置在線15上。優(yōu)選用前面提到的由Nihon Pall有限公司生產(chǎn)的膜過(guò)濾器(產(chǎn)品號(hào)60172)作多孔材料17。當(dāng)其上附接有多孔材料17的聚苯乙烯板19被布置在線15上時(shí)，優(yōu)選使用標(biāo)記(對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記)100。相應(yīng)地，多孔材料17可以相對(duì)于線15被設(shè)置在期望位置上。
當(dāng)液體樣本被滲入到設(shè)置在線15上的多孔材料17中時(shí)，使用微注射器(例如由NARISHIGE SCIENTIFIC INSTRUMENT LAB.生產(chǎn)的可編程微注射器IM-300)通過(guò)聚苯乙烯板19中的孔將DNA溶液滴到多孔材料17上。DNA溶液的濃度是例如0.5毫克/毫升。被滴下的量為例如30nl。被滴下的DNA溶液滲入和保持在多孔材料17中，并且到達(dá)信號(hào)線15與多孔材料17之間的接觸界面。在被滴下的量極少(例如，1pl)的情況下，有可能被滴下的DNA溶液不會(huì)滲入到整個(gè)多孔材料17中。這嚴(yán)重阻礙了有效實(shí)現(xiàn)樣本與THz波之間的相互作用區(qū)域的精確調(diào)節(jié)。因此，需要滴下足夠的量以達(dá)到液體樣本在整個(gè)多孔材料17中的滲入。此外，同樣在DNA溶液由于過(guò)稠的濃度、過(guò)高的粘度等而沒(méi)有充分滲入到多孔材料17中的情況下，也不能獲得有效實(shí)現(xiàn)。因此，在這種情況下，例如，溶液應(yīng)該被適當(dāng)稀釋。多孔材料17中的DNA溶液的濃度可以通過(guò)樣本的滴下和變干的重復(fù)來(lái)增加。
被滴到多孔材料上的DNA溶液在室溫下變干。之后，根據(jù)在上述實(shí)施例中描述的方法，由THz波提供單元產(chǎn)生的THz波被通過(guò)傳輸路徑101傳輸以檢測(cè)例如THz波形的時(shí)域波形。
圖3示出了對(duì)被通過(guò)傳輸路徑101傳輸并由THz波檢測(cè)單元檢測(cè)的THz波的時(shí)域波形進(jìn)行傅立葉變換得到的示例頻譜。在圖3中，實(shí)線a圖示了在DNA溶液被滴到多孔材料17上之前檢測(cè)到的THz波的示例頻譜，虛線b圖示了在DNA溶液被滴下并且變干之后檢測(cè)到的THz波的示例頻譜。DNA的存在、量等的信息可以基于如圖3圖示的在樣本滴下之前和之后檢測(cè)到的THz波頻譜的區(qū)別而檢測(cè)。在本實(shí)施例中，在樣本滴下之后檢測(cè)到的THz波頻譜可以以很好的可再現(xiàn)性獲得，從而可以得到樣本的精確信息。與之相對(duì)比，傳統(tǒng)技術(shù)不容易以優(yōu)選的可再現(xiàn)性將液體樣本穩(wěn)定地滴在傳輸路徑的合適位置上。因此，根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)，一般不能以令人滿意的可再現(xiàn)性獲得在樣本滴下之后檢測(cè)到的THz波頻譜。
在第一實(shí)施例中，DNA溶液被大致均勻地保持在設(shè)置在傳輸路徑101上的多孔材料17中。相應(yīng)地，在定量測(cè)量中獲得可再現(xiàn)性，并且保證精確的定量檢測(cè)。多孔材料17的體積大約為0.6mm(在與信號(hào)線15平行的方向上的長(zhǎng)度)×0.4mm(在與信號(hào)線15垂直的方向上的寬度)×0.15mm(厚度)。因此，液體樣本可以被集中在傳播中的THz波有相對(duì)較強(qiáng)分布的區(qū)域中。因此，可以實(shí)現(xiàn)有效且精確的檢測(cè)。
此外，在本實(shí)施例中，聚苯乙烯板(非滲透性部件)19的框架存在于多孔材料17周圍。因此，即使滴下過(guò)多的液體樣本超出多孔材料17的液體保持能力，實(shí)際上液體樣本也不可能從多孔材料中出來(lái)。當(dāng)?shù)蜗鲁^(guò)由聚苯乙烯框架限定的體積液體樣本時(shí)，可以擦除多余的液體樣本。因而，可以有效調(diào)節(jié)液體樣本的分布。
而且，通過(guò)連同樹(shù)脂板19去除已使用的多孔材料17并且在相同的傳輸路徑101上布置具有多孔材料的未被使用的樹(shù)脂板，可以重復(fù)進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)提供標(biāo)記(對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記)100時(shí)，可以在每次檢測(cè)時(shí)都穩(wěn)定地建立線15與多孔材料17之間的相對(duì)位置關(guān)系。因而確保了可再現(xiàn)性。
下面將參照?qǐng)D4A到4C描述本發(fā)明的第二實(shí)施例。同樣在本實(shí)施例中，與第一實(shí)施例類似，多孔材料42被設(shè)置為跨過(guò)包括THz波提供單元、傳輸路徑(微帶線結(jié)構(gòu))和檢測(cè)單元的檢測(cè)裝置中的線41。在第二實(shí)施例中，兩個(gè)非滲透性部件或聚苯乙烯板43a和43b分別被壓在多孔材料42的兩側(cè)(與線41平行)。這樣就設(shè)置好了多孔材料42。第二實(shí)施例的其它結(jié)構(gòu)基本上與第一實(shí)施例中的那些相同，在圖4A到4C中，那些相同構(gòu)件的附圖標(biāo)記被省略。
聚苯乙烯板43優(yōu)選地在縱向上稍大于多孔材料41(例如1mm×0.6mm)。兩個(gè)聚苯乙烯板43a和43b優(yōu)選彼此間隔開(kāi)的距離比線31的寬度的三倍還多(例如，每一個(gè)板離開(kāi)線41的中心的距離比其寬度的1.5倍還多)。原因是這種布置可以防止由于聚苯乙烯板43的存在引起的傳輸路徑的阻抗變化。
同樣在第二實(shí)施例中，THz波提供單元的縫隙被飛秒(fsec)激光照射以產(chǎn)生THz波，并且THz波通過(guò)傳輸路徑傳輸。在與多孔材料42中的樣本相互作用之后，THz波到達(dá)THz波檢測(cè)單元。因而，可以獲得THz波的時(shí)域波形等。
在第二實(shí)施例中，多孔材料42與線41直接接觸，并且沒(méi)有例如粘合劑的干擾物質(zhì)存在于其間。在本實(shí)施例中可以期望可靠的檢測(cè)。此外，聚苯乙烯板43a和43b如上所述沿著多孔材料42的兩側(cè)延伸。相應(yīng)地，即使在滴下超出多孔材料42的液體保持能力的液體樣本時(shí)，實(shí)際上也沒(méi)有液體樣本朝向離開(kāi)線41的方向展開(kāi)。當(dāng)多孔材料42是具有其中的液體難以在與線41平行的方向上展開(kāi)的性能的各向異性多孔材料或纖維狀材料時(shí)，液體樣本保持在多孔材料42中。相應(yīng)地，可以一次滴下相對(duì)較多的液體樣本。因而，可以更有效地調(diào)節(jié)液體樣本的分布。
下面將參照?qǐng)D5A到5C描述本發(fā)明的第三實(shí)施例。在本實(shí)施例中，多孔材料52被通過(guò)粘接等設(shè)置為跨過(guò)線51。例如，諸如BCB和光刻膠的粘合劑被涂敷到多孔材料52靠近其與線51平行的兩側(cè)的外圍部分上，并且多孔材料52被跨過(guò)線51粘接到傳輸路徑上?？梢蕴峁?duì)準(zhǔn)標(biāo)記以在粘接時(shí)對(duì)準(zhǔn)。在第三實(shí)施例中，可以減少構(gòu)件的數(shù)量。第三實(shí)施例的其它結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例的那些基本相同。同樣在圖5A到5C中，那些相同構(gòu)件的附圖標(biāo)記被省略。
同樣在第三實(shí)施例中，THz波提供單元的縫隙被飛秒(fsec)激光照射以產(chǎn)生THz波，并且THz波通過(guò)傳輸路徑傳輸。在與多孔材料52中的樣本相互作用之后，THz波到達(dá)THz波檢測(cè)單元。因而，例如，可以獲得THz波的時(shí)域波形。
下面將參照?qǐng)D6A到6C描述本發(fā)明的第四實(shí)施例。在本實(shí)施例中，在具有約1mm厚度的聚苯乙烯板63中形成孔，并且使用膠粘劑等將具有稍大于孔的外部尺寸的多孔材料62設(shè)置為由其覆蓋孔。聚苯乙烯板63是對(duì)THz波具有高透射率的樹(shù)脂的非滲透性部件。例如，孔的尺寸約為0.4mm×0.3mm，并且多孔材料62的尺寸是0.6mm×0.4mm。構(gòu)件61表示金屬線(信號(hào)線)。第四實(shí)施例的其它結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例的那些基本相同。同樣在圖6A到6C中，那些相同構(gòu)件的附圖標(biāo)記被省略。
可以在聚苯乙烯板63中圍繞多孔材料62形成流動(dòng)路徑64，如圖6A到6C圖示。流動(dòng)路徑64延伸到聚苯乙烯板63的側(cè)邊。流動(dòng)路徑64的橫截面的尺寸為約0.05mm×0.5mm。在這種情況下，液體樣本被引導(dǎo)通過(guò)在聚苯乙烯板63側(cè)邊的流動(dòng)路徑64的入口。通過(guò)微注射器等被滴到流體路徑64的入口中的液體樣本由于流動(dòng)路徑64的毛細(xì)力等到達(dá)多孔材料62。液體樣本由于其毛細(xì)力等被滲入并保持在多孔材料62中。
流動(dòng)路徑64可以連接到用于存儲(chǔ)液體樣本的存儲(chǔ)池等。在這種結(jié)構(gòu)中，微注射器的毛細(xì)管在滴下液體樣本時(shí)不需要與多孔材料62精確對(duì)準(zhǔn)，因而可以容易地將樣本引入多孔材料62。此外，可以降低注射器的毛細(xì)管毀壞多孔材料或傳輸路徑的可能性。
同樣在第四實(shí)施例中，與第一實(shí)施例類似，THz波傳輸通過(guò)傳輸路徑。在與多孔材料62中的樣本相互作用之后，THz波到達(dá)THz波檢測(cè)單元。因而，例如，可以獲得THz波的時(shí)域波形。
下面將參照?qǐng)D7A到7C描述本發(fā)明的第五實(shí)施例。在本實(shí)施例中，在包括THz波提供單元、傳輸路徑(微帶線結(jié)構(gòu))和檢測(cè)單元的檢測(cè)裝置中的BCB層71上形成第二樹(shù)脂層73。通過(guò)等離子體蝕刻等在第二樹(shù)脂層73的部分中形成孔73。第二樹(shù)脂層(非滲透性部件)73由其中不能滲入和保持液體樣本的材料(例如BCB)制成。第二樹(shù)脂層73可以由光刻膠形成，并且孔74可以通過(guò)光刻等方法形成。
孔74的尺寸大約等于或稍大于多孔材料75的尺寸。多孔材料75被設(shè)置在孔74中?？梢栽诙嗫撞牧?5與孔74的邊緣之間形成縫隙。在另一種構(gòu)造中，多孔材料75可以與孔74的邊緣接觸。第二樹(shù)脂層73的厚度可以大于或小于多孔材料75的厚度。多孔材料75被設(shè)置在孔74中，使得多孔材料75與線72平行的兩側(cè)被通過(guò)粘合劑等粘接。第五實(shí)施例的其它結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例的那些基本相同。同樣在圖7A到7C中，那些相同構(gòu)件的附圖標(biāo)記被省略。
在第五實(shí)施例中，可以整體制造如在第三和第四實(shí)施例中描述的非滲透性部件和流體路徑。因此，在第五實(shí)施例中可以減少構(gòu)件的數(shù)量。
下面將參照?qǐng)D8A到8C描述第六實(shí)施例。在第六實(shí)施例的檢測(cè)裝置中，傳輸路徑的接地層是通過(guò)真空蒸鍍等形成在基板81上的金屬板82?；?2例如是硅基板。金屬板82由例如500薄鈦和3000薄金形成。在金屬板82上，通過(guò)外延遷移等形成兩個(gè)LT-GaAs層83a和83b。在金屬板82上形成對(duì)THz波透明的電介質(zhì)層86。然后，在兩個(gè)LT-GaAs層83a和83b上面的部分中以及兩者之間的部分中形成窗口。多孔材料84通過(guò)熱壓粘接、粘合劑粘接等而被設(shè)置在形成于LT-GaAs層83a和83b上的窗口中。樹(shù)脂層86中的窗口稍大于多孔材料84，使得可以通過(guò)多孔材料84的側(cè)邊提供液體樣本。多孔材料84被預(yù)先處理使得其與基板側(cè)相對(duì)的表面可以是其上的孔被擠壓(pack)的平滑的平坦面?；蛘?，將樹(shù)脂膜等附接到多孔材料84的上述表面上。
通過(guò)真空蒸鍍等在上述結(jié)構(gòu)的表面上形成金屬線85。金屬板82、多孔材料84和線85構(gòu)成微帶線類型的傳輸路徑。在本實(shí)施例中，多孔材料84也作為傳輸路徑的電介質(zhì)層。第六實(shí)施例的其它結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例的那些基本相同。同樣在圖8A到8C中，那些相同構(gòu)件的附圖標(biāo)記被省略。
在上述結(jié)構(gòu)中，在多孔材料84側(cè)邊附近放置玻璃毛細(xì)管86以通過(guò)其提供液體樣本。液體樣本因而滲入到多孔材料84中?？梢蕴娲Ａ?xì)管而使用流體路徑。
在本實(shí)施例中，在傳輸路徑的電介質(zhì)層中提供多孔材料84，使得可以以預(yù)定的量將液體樣本提供到強(qiáng)電場(chǎng)分布中的預(yù)定位置。同樣，在第六實(shí)施例中，THz波通過(guò)傳輸路徑傳輸。在與多孔材料84中的樣本有效相互作用之后，THz波到達(dá)THz波檢測(cè)單元。因而，例如，可以獲得THz波的時(shí)域波形。
下面將描述第七實(shí)施例。在第七實(shí)施例的檢測(cè)裝置中，滲入到多孔材料中的液體樣本被冷卻和冷凍。當(dāng)含有揮發(fā)性液體的液體樣本滲入多孔材料中時(shí)，液體隨著時(shí)間蒸發(fā)，并且只有不易揮發(fā)成分保持在多孔材料中。由于蒸發(fā)隨時(shí)間繼續(xù)，所以液體樣本的檢測(cè)結(jié)果隨著時(shí)間而變化。此外，蒸發(fā)所需時(shí)間和蒸發(fā)之后樣本的水分含量根據(jù)例如液體樣本存在的地方的溫度和濕度的環(huán)境條件而改變。
為了克服這種問(wèn)題并得到穩(wěn)定的檢測(cè)結(jié)果，滲入到多孔材料中的液體樣本被冷卻和冷凍。按照使得檢測(cè)樣本的條件不能隨時(shí)間改變的定時(shí)來(lái)進(jìn)行冷凍。冷凍例如可以通過(guò)在測(cè)量樣本上吹冷氣(例如，冷卻液氮)以直接使樣本冷凍的方法或者使用珀?duì)柼?Peltier)設(shè)備等冷卻傳輸路徑以間接冷凍樣本的方法來(lái)進(jìn)行。
在冷凍時(shí)，例如膜過(guò)濾器的多孔材料還作為用于防止熱量從外部流入冷凍樣本中的絕熱材料。
本實(shí)施例可以用于對(duì)包含在來(lái)自活體的液體中的材料的檢測(cè)。例如，汗液或血液滲入并且被冷凍在多孔材料中，并且測(cè)量其中的乙醇、糖分等。此外，有可能在多孔材料中滲入并冷凍含有其直徑小于多孔材料的孔直徑的細(xì)小顆粒的揮發(fā)性液體，并檢測(cè)這種顆粒。
如在前面描述的，根據(jù)本發(fā)明，有可能提供使用在30GHz到30THz范圍中的一個(gè)或多個(gè)頻率的電磁破的設(shè)備。
除非這里有說(shuō)明，否則附圖中以輪廓或方框形式示出的各種部分各自都是眾所周知的，并且它們的內(nèi)部構(gòu)造和操作無(wú)論對(duì)于本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)或使用還是對(duì)于本發(fā)明最佳方式的描述來(lái)說(shuō)都不是關(guān)鍵的。
雖然已經(jīng)關(guān)于當(dāng)前被認(rèn)為是實(shí)施例和示例的情況描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所公開(kāi)的實(shí)施例和示例。本發(fā)明意欲覆蓋包含在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種改變和等同布置。
本申請(qǐng)要求2006年4月11日提交的日本專利申請(qǐng)No.2006-108563和2007年2月2日提交的日本專利申請(qǐng)No.2007-023610的優(yōu)先權(quán)，這里通過(guò)引用將它們的內(nèi)容合并于此。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測(cè)液體對(duì)象的信息的檢測(cè)裝置，該檢測(cè)裝置包括傳輸路徑；電磁波提供單元，用于提供在30GHz到30THz的頻率范圍中的電磁波；電磁波檢測(cè)單元，用于檢測(cè)傳輸通過(guò)所述傳輸路徑的電磁波；以及滲透保持部件，用于滲入和保持所述液體對(duì)象，所述滲透保持部件被設(shè)置在這樣的位置沿傳輸路徑傳播的電磁波的電場(chǎng)分布在其至少一部分中延伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的檢測(cè)裝置，其中，傳輸路徑包括金屬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的檢測(cè)裝置，還包括非滲透性部件，其不能滲入所述液體對(duì)象，并且其被設(shè)置為部分或全部地圍繞滲透保持部件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的檢測(cè)裝置，其中，在滲透保持部件與非滲透性部件之間存在尺寸小于由電磁波提供單元提供的電磁波的波長(zhǎng)的間隔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的檢測(cè)裝置，其中，滲透保持部件的幾何對(duì)稱中心線或幾何重心線與平行于沿所述傳輸路徑傳播的電磁波的電場(chǎng)分布的傳播方向的幾何對(duì)稱中心線或幾何重心線對(duì)準(zhǔn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的檢測(cè)裝置，還包括用于相對(duì)于傳輸路徑設(shè)置滲透保持部件的標(biāo)記。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的檢測(cè)裝置，其中，滲透保持部件包括多孔材料、纖維狀材料和針狀結(jié)構(gòu)中的一種。
8.一種用于檢測(cè)液體對(duì)象的信息的檢測(cè)方法，該檢測(cè)方法包括以下步驟將液體對(duì)象滲入并保持在裝置的滲透保持部件中；在液體對(duì)象被滲入并保持在滲透保持部件中的條件下，將頻率在30GHz到30THz之間的電磁波提供到所述裝置的傳輸路徑中，所述滲透保持部件被設(shè)置在這樣的位置沿傳輸路徑傳播的電磁波的電場(chǎng)分布在其至少一部分中延伸；以及檢測(cè)傳輸通過(guò)傳輸路徑的電磁波以獲得所述液體對(duì)象的信息。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的檢測(cè)方法，其中，設(shè)置不能滲入所述液體對(duì)象的非滲透性部件以部分或全部地圍繞所述滲透保持部件。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的檢測(cè)方法，其中，用注射器將所述液體對(duì)象滲入并保持在所述滲透保持部件中。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的檢測(cè)方法，其中，所述滲入和保持步驟還包括冷卻并冷凍所述滲透保持部件中的液體對(duì)象。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于檢測(cè)液體對(duì)象或樣本的信息的檢測(cè)裝置，包括傳輸路徑、THz波提供單元、THz波檢測(cè)單元和用于滲入和保持液體對(duì)象的滲透保持部件。提供單元將在30GHz到30THz頻率范圍中的電磁波提供到傳輸路徑中。檢測(cè)單元檢測(cè)傳輸通過(guò)傳輸路徑的THz波。滲透保持部件被設(shè)置在這樣的位置沿傳輸路徑傳播的THz波的電場(chǎng)分布在其至少一部分中延伸。
文檔編號(hào)G01N23/00GK101059454SQ20071009653
公開(kāi)日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2007年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月11日
發(fā)明者笠井信太郎, 尾內(nèi)敏彥, 井辻健明 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社