DE10127522C1

DE10127522C1 - Light ray manipulation method using liquid droplet as optical lens displaced relative to light path via surface acoustic waves

Info

Publication number: DE10127522C1
Application number: DE2001127522
Authority: DE
Inventors: Christoph Gauer
Original assignee: Advalytix AG
Current assignee: Advalytix AG
Priority date: 2001-06-06
Filing date: 2001-06-06
Publication date: 2003-02-27
Anticipated expiration: 2021-06-07

Abstract

The manipulation method alters the light ray characteristics by movement of a liquid droplet (3) in contact with the surface of a solid body (10), e.g. a chip, relative to the light path of the light rays, using acoustic surface waves (25) generated at the surface of the solid body via at least one interdigital transducer (9,17).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Änderung der Charakteristik von Lichtstrah len mit Hilfe von Flüssigkeiten.The invention relates to a method for changing the characteristic of light beam len with the help of liquids.

Optische Linsen werden heute meist aus Plastik oder Glas hergestellt. Wird in einer optischen Messung eine Linse mit anderen Charakteristika, z. B. einer anderen Brennweite oder einer anderen Apertur benötigt, so muß eine neue Linse herge stellt und in den optischen Strahlengang eingebaut werden. Solche Änderungen eines optischen Aufbaus ziehen häufig eine zeitaufwendige Justage nach sich.Optical lenses are now mostly made of plastic or glass. Will in one optical measurement of a lens with other characteristics, e.g. B. another Focal length or another aperture is required, so a new lens has to be found provides and be installed in the optical beam path. Such changes an optical structure often entails a time-consuming adjustment.

Wim J. J. Welters et al. beschreiben in Langmuir 1998, 14, 1535-1538 den Einsatz von Flüssigkeitstropfen als Linsen, wobei die Brechungseigenschaften durch Anle gen einer Spannung zwischen der Flüssigkeit und einer leitfähigen Schicht auf ei ner Oberfläche gesteuert werden, die durch eine hydrophobe Beschichtung und eine Isolierschicht von der Flüssigkeit getrennt ist. Wim JJ Welters et al. describe in Langmuir 1998 , 14 , 1535-1538 the use of liquid drops as lenses, the refractive properties being controlled by applying a voltage between the liquid and a conductive layer on a surface, which is separated from the liquid by a hydrophobic coating and an insulating layer is separated.

Aus WO 99/18 456 ist ein Verfahren zur Änderung der Charakteristik von Licht strahlen mit Hilfe einer kleinen Flüssigkeitsmenge bekannt, die sich in Kontakt mit der Oberfläche eines Festkörpers befindet. Die Flüssigkeitsmenge besteht dabei aus einer ersten, tropfenförmigen elektrisch isolierenden Flüssigkeitsmenge, die ringsum von einer zweiten, elektrisch leitenden Flüssigkeitsmenge umgeben ist, die sich mit der isolierenden Flüssigkeitsmenge nicht vermischt und einen anderen Brechungsindex als diese aufweist. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an geeignet angebrachte Elektroden verformt die elektrisch leitfähige Flüssigkeit die isolierende Flüssigkeitsmenge, so dass diese eine Linse mit variabler Brennweite bildet, die in ihrer Arbeitsposition gehalten wird.WO 99/18 456 describes a method for changing the characteristic of light radiate with the help of a small amount of liquid known to be in contact with the surface of a solid. The amount of liquid is there from a first, drop-shaped, electrically insulating amount of liquid which is surrounded by a second, electrically conductive amount of liquid, which does not mix with the insulating amount of liquid and another Refractive index than this. By applying an electrical voltage suitably attached electrodes deform the electrically conductive liquid isolating amount of liquid, so this is a variable focal length lens forms, which is held in their working position.

WO 00/58 763 beschreibt ein Verfahren zur Zentrierung eines Tropfens mit Hilfe einer glockenförmigen Öffnung mit einer speziell gewählten Krümmung.WO 00/58 763 describes a method for centering a drop with the help a bell-shaped opening with a specially chosen curvature.

In der Praxis kommt es häufig vor, dass ein optisches Linsensystem verschiedene Orte auf einer Oberfläche abbilden soll. Ein Beispiel hierfür ist ein Laserscanner, wie er für Fluoreszenzmessungen an Mikrotiterplatten oder DNA-Arrays in der pharmazeutischen Industrie und Diagnostik verwendet wird. Dazu wird entweder die Mikrotiterplatte bewegt, so daß eine Abbildung einzelner Punkte über ein orts festes Linsensystem möglich ist, oder es wird das Linsensystem bewegt und die Mikrotiterplatte festgehalten. In beiden Fällen ist aufwendige Mechanik notwendig, um die optische Abbildung verschiedener Orte zu realisieren.In practice it often happens that an optical lens system is different Map locations on a surface. An example of this is a laser scanner, as used for fluorescence measurements on microtiter plates or DNA arrays in the pharmaceutical industry and diagnostics is used. This will either the microtiter plate moves so that an image of individual points over a location fixed lens system is possible, or the lens system is moved and the Microtiter plate held. In both cases, complex mechanics are necessary to realize the optical mapping of different places.

Wünschenswert wäre es, wenn ortsabhängige Abbildungen einfach realisiert wer den könnten, im speziellen auch bei Anwendungen mit kleinen Dimensionen, wie z. B. Mikrotiterplatten.It would be desirable if location-dependent images were simply realized that could, especially in applications with small dimensions, such as z. B. microtiter plates.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 ge löst.This object is achieved by a method having the features of claim 1 solves.

Eine kleine Flüssigkeitsmenge, z. B. in der Größenordnung von Nano- bis Millilitern befindet sich dabei in Kontakt mit der Oberfläche eines Festkörpers, z. B. eines Chips, wie er auch in der Elektronikindustrie Verwendung findet. Die Flüssigkeits menge wird auf dem Chip durch ihre Oberflächenspannung zusammengehalten. Mit Hilfe des Impulsübertrages von zumindest einer auf der Oberfläche des Fest körpers generierten Oberflächenschallwelle wird die Flüssigkeit relativ zum Strah lengang eines Lichtstrahles bewegt. Möglich ist z. B. unter anderem das Bewegen der Flüssigkeitsmenge in den Strahlengang oder aus dem Strahlengang heraus. Somit läßt sich die Strahlengangcharakteristik des Lichtstrahles verändern, z. B. durch Reflexion an der Flüssigkeit, Brechung in der Flüssigkeit oder ein Abblenden des Lichtstrahles durch die Flüssigkeit. Der Lichtstrahl kann dabei z. B. im visuellen Bereich, aber auch infrarot oder ultraviolett sein.A small amount of liquid, e.g. B. in the order of nano to milliliters is in contact with the surface of a solid, e.g. B. one Chips like those used in the electronics industry. The liquid quantity is held together on the chip by its surface tension. With the help of the impulse transmission of at least one on the surface of the festival body-generated surface sound wave, the liquid is relative to the beam lengang of a light beam moves. It is possible, for. B. moving among other things the amount of liquid in or out of the beam path. Thus, the beam path characteristic of the light beam can be changed, e.g. B. due to reflection on the liquid, refraction in the liquid or dimming of the light beam through the liquid. The light beam can z. B. in the visual Range, but also infrared or ultraviolet.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für Anwendungen in der Mikroanalytik. Speziell z. B. bei der in jüngster Zeit im Blickpunkt stehenden "lab- on-the-chip"-Technologie werden Analysen durchgeführt, die nur sehr kleine Meßaufbauten zulassen. Zum Beispiel werden kleine Flüssigkeitsmengen che misch, biologisch oder physikalisch analysiert. Solche Verfahren werden unter anderem für anorganische Reagenzien oder organisches Material, wie Zellen, Mole küle, Makromoleküle oder genetische Materialien, ggf. in Pufferlösungen, einge setzt, wie es z. B. von O. Müller, Laborwelt 1/2000, Seiten 36-38 beschrieben ist. Solche Flüssigkeiten umfassen reine Flüssigkeiten, Mischungen, Dispersionen und Suspensionen sowie Flüssigkeiten, in denen sich feste Teilchen, z. B. biologisches Material, befinden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, nicht nur z. B. die physikalische, biologische oder chemische Analyse dieser Probenflüssig keit durchzunehmen, sondern auch den Meßaufbau in entsprechend kleiner Anord nung ggf. sogar auf demselben Chip bzw. in demselben Package zu realisieren.The method according to the invention is particularly suitable for applications in microanalysis. Specifically z. B. in the recent focus on "lab-on-the-chip" technology analyzes are carried out that allow only very small test setups. For example, small amounts of liquid are analyzed chemically, biologically or physically. Such methods are used, inter alia, for inorganic reagents or organic material, such as cells, molecules, macromolecules or genetic materials, optionally in buffer solutions, as described for. B. O. Mueller, Laborwelt 1/2000, pages 36-38 is described. Such liquids include pure liquids, mixtures, dispersions and suspensions as well as liquids in which solid particles, e.g. B. biological material. With the method according to the invention it is possible not only z. B. to carry out the physical, biological or chemical analysis of this sample liquid speed, but also to implement the measurement setup in a correspondingly small arrangement, possibly even on the same chip or in the same package.

Mit Hilfe des Impulsübertrages einer Oberflächenschallwelle läßt sich die Flüssig keit sehr definiert bewegen. Dazu können Erzeugungseinrichtungen vorgesehen sein, die derart ausgerichtet sind, daß sie eine Oberflächenschallwelle in der ge wünschten Bewegungsrichtung der Flüssigkeit schicken können. An anderer Stelle können entsprechende Erzeugungseinrichtungen vorgesehen sein, die die Flüssig keit abbremsen. Eine Oberflächenwellenerzeugungseinrichtung generiert dabei akustische Oberflächenwellen, die einen Impuls auf die zu manipulierende Flüssig keitsmenge übertragen. Der Impulsübertrag wird entweder durch die mechanische Deformation der Festkörperoberfläche oder durch die Kraftwirkung der sie beglei tenden elektrischen Felder auf geladene oder polarisierbare Materie erzielt. Ober flächenwellen lassen sich auf piezoelektrischen Substraten oder Substraten mit piezoelektrischen Bereichen, z. B. piezoelektrischen Beschichtungen, erzeugen. Besondere Vorteile des Impulsübertrages mittels Oberflächenwellen zur Manipula tion kleiner Flüssigkeitsmengen sind:
With the help of the impulse transmission of a surface sound wave, the liquid can be moved in a very defined manner. For this purpose, generating devices can be provided which are oriented such that they can send a surface acoustic wave in the desired direction of movement of the liquid. At other points, corresponding generating devices can be provided which slow down the liquid. A surface wave generating device generates acoustic surface waves that transmit an impulse to the amount of liquid to be manipulated. The momentum transfer is achieved either by the mechanical deformation of the solid surface or by the force of the accompanying electric fields on charged or polarizable matter. Surface waves can be on piezoelectric substrates or substrates with piezoelectric areas, for. B. piezoelectric coatings. Special advantages of the impulse transmission by means of surface waves for the manipulation of small amounts of liquid are:

1. The strength of the force acting on the liquid can be in a wide range adjust via the amplitude of the surface sound wave.
2. Different temporal courses of the force, such as. B. Pulse ver of different lengths, define electronically.
3. The sonication of the surface with the surface sound wave causes automa table cleaning the painted areas.
4. Control via appropriate software is easy to implement.

Zur Erzeugung der Oberflächenschallwelle wird vorteilhaft ein an sich bekannter Interdigitaltransducer eingesetzt. Ein solcher Interdigitaltransducer hat in einfacher Ausführung zwei Elektroden, die fingerartig ineinander greifen. Durch Anlegen eines hochfrequenten Wechselfeldes, z. B. in der Größenordnung von einigen 100 MHz, wird in einem piezoelektrischen Substrat bzw. in einem piezoelektrischen Bereich des Substrates eine Oberflächenschallwelle angeregt, wenn die Reso nanzbedingung nahezu erfüllt ist, daß der Fingerabstand einer Elektrode dem Quo tienten der Oberflächenschallgeschwindigkeit und der Frequenz entspricht. Die Oberflächenschallwelle hat die Wellenlänge des Fingerabstandes einer Elektrode und ihre Ausbreitungsrichtung ist senkrecht zu den ineinander greifenden Finger elektrodenstrukturen. Mit Hilfe eines solchen Interdigitaltransducers läßt sich auf einfache Weise eine sehr definierte Oberflächenschallwelle erzeugen. Die Herstel lung eines Interdigitaltransducers ist mit bekannten lithographischen Verfahren und Beschichtungstechnologien kostengünstig und einfach. Interdigitaltransducer kön nen zudem, z. B. durch Einstrahlung eines elektromagnetischen Wechselfeldes in eine mit dem Interdigitaltransducer verbundene Antenneneinrichtung, drahtlos an gesteuert werden.In order to generate the surface sound wave, a known one is advantageously used Interdigital transducer used. Such an interdigital transducer has in simple Version with two electrodes that interlock like fingers. By applying a high-frequency alternating field, e.g. B. on the order of a few 100 MHz, is in a piezoelectric substrate or in a piezoelectric Area of the substrate excited a surface sound wave when the Reso nance condition is almost fulfilled that the finger distance of an electrode to the Quo tients corresponds to the surface sound velocity and the frequency. The Surface sound wave has the wavelength of the finger spacing of an electrode and their direction of propagation is perpendicular to the interlocking fingers electrode structures. With the help of such an interdigital transducer, easily generate a very defined surface acoustic wave. The manufacturer interdigital transducer is using known lithographic methods and Coating technologies inexpensive and simple. Interdigital transducers can nen also, e.g. B. by irradiation of an alternating electromagnetic field in an antenna device connected to the interdigital transducer, wirelessly to be controlled.

Bei einer besonderen Ausgestaltung wird ein "getaperter" Interdigitaltransducer eingesetzt. Bei einem solchen getaperten Interdigitaltransducer ist der Fingerab stand entlang der Achse des Transducers, die sich zwischen den Elektroden er streckt, nicht konstant. Der Fingerabstand bestimmt die Wellenlänge der Oberflä chenschallwelle. Bei konstanter Oberflächenwellenschallgeschwindigkeit ist bei ei ner bestimmten angelegten Frequenz also nur für einen bestimmten Fingerabstand die Resonanzbedingung erfüllt, daß sich die Frequenz der Oberflächenschallwelle als Quotient aus der Oberflächenschallgeschwindigkeit und der Wellenlänge ergibt. Auf diese Weise läßt sich eine Oberflächenschallwelle anregen, die nur eine sehr geringe seitliche Ausdehnung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung hat. So läßt sich die Lage der Flüssigkeitsmenge und damit des optischen Elementes sehr genau auf der Oberfläche steuern, ggf. durch eine entsprechende Anordnung von mehre ren getaperten Interdigitaltransducern. Selbstverständlich sind auch andere Interdigitaltransducergeometrien einsetzbar, wie sie aus der Oberflächenschallwellenfil tertechnologie bekannt sind.In a special embodiment, a "tapered" interdigital transducer is used used. With such a tapered interdigital transducer, the finger is down stood along the axis of the transducer, which was between the electrodes stretches, not constant. The finger distance determines the wavelength of the surface chenschallwelle. At a constant surface acoustic wave velocity, ei ner specific frequency applied only for a certain finger distance the resonance condition satisfies that the frequency of the surface sound wave as the quotient of the surface sound velocity and the wavelength. In this way, a surface sound wave can be excited, which is only a very has little lateral expansion perpendicular to the direction of propagation. So you can the position of the amount of liquid and thus the optical element very precisely steer on the surface, if necessary with an appropriate arrangement of several tapered interdigital transducers. Of course, other interdigital transducer geometries are also possible can be used as they come from the surface sound wave technology are known.

Bei Verwendung einer Flüssigkeitsmenge, die im Wellenbereich des verwendeten Lichtstrahles transparent ist, kann die Brechung des Lichtstrahles bewirkt werden. So kann z. B. mit Hilfe einer Flüssigkeitsmenge eine Linsenfunktion realisiert wer den, die einen Lichtstrahl auf eine Probe oder einen Detektor fokussiert. Bei Einsatz einer Flüssigkeit, die in dem Wellenlängenbereich des verwendeten Lichtstrahles reflektierend ist, kann eine Spiegelfunktion erhalten werden. Schließlich kann durch Verwendung einer opaken Flüssigkeit der Lichtstrahl abgeblendet werden. Durch Beschallen mit einer Oberflächenschallwelle kann die Flüssigkeitsmenge dabei in den Strahlengang oder aus ihm heraus bewegt werden, um das jeweils realisierte optische Element zur Wirkung kommen zu lassen oder nicht.When using an amount of liquid in the wave range of the used Light beam is transparent, the refraction of the light beam can be effected. So z. B. realized with the help of a liquid amount of a lens function the one that focuses a light beam on a sample or a detector. When in use a liquid in the wavelength range of the light beam used is reflective, a mirror function can be obtained. Finally through Using an opaque liquid the light beam can be dimmed. By The amount of liquid can be sonicated with a surface sound wave the beam path or be moved out of it to achieve the respectively realized to let the optical element come into effect or not.

Durch eine entsprechende Anordnung von Oberflächenschallwellenerzeugungsein richtungen läßt sich eine Flüssigkeitsmenge definiert in jedem Bereich der Oberflä che bewegen. Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren jedoch anzuwenden, wenn die Flüssigkeit auf einen bevorzugten Aufenthaltsbereich der Oberfläche des Festkörpers bewegt wird, der von seiner lateralen Umgebung un terschiedliche Benetzungseigenschaften aufweist, die derart gewählt sind, daß sich die Flüssigkeit bevorzugt in diesem Bereich aufhält. Die Oberflächenspannung der kleinen Flüssigkeitsmenge, die als optisches Element wirkt, bewirkt, daß die Flüs sigkeit den bevorzugten Aufenthaltsbereich ohne Einwirkung einer äußeren Kraft nicht verlassen kann. Der so definierte Aufenthaltsbereich für die Flüssigkeit, die das optische Element bildet, kann z. B. in Form von "Leiterbahnen" auf der Oberflä che gegeben sein, die z. B. durch eine entsprechende Beschichtung entweder des Aufenthaltsbereiches oder dessen lateraler Umgebung realisiert werden können. Besonders vorteilhaft ist es dabei, daß trotz des eingegrenzten Aufenthaltsberei ches der Flüssigkeit, der durch diese Modulation der Benetzungseigenschaften er reicht wird, keinerlei Gräben, Ecken oder Kanten notwendig sind, an denen die Flüssigkeit in ihrer Bewegung beeinträchtigt werden könnte. By an appropriate arrangement of surface acoustic wave generation directions, a quantity of liquid can be defined in each area of the surface che move. However, the method according to the invention is particularly advantageous apply when the liquid is in a preferred area of residence Surface of the solid is moved, the un of its lateral environment has different wetting properties, which are chosen such that the liquid preferably stays in this area. The surface tension of the small amount of liquid, which acts as an optical element, causes the rivers the preferred location without the influence of an external force can't leave. The so defined area of stay for the liquid, the forms the optical element, z. B. in the form of "conductor tracks" on the surface che be given, the z. B. by an appropriate coating of either Lounge area or its lateral surroundings can be realized. It is particularly advantageous that despite the limited stay ches of the liquid resulting from this modulation of the wetting properties is sufficient, no trenches, corners or edges are necessary at which the Liquid could be impaired in its movement.

Die Modulation der Benetzungseigenschaften kann z. B. durch Definition hydrophi ler bzw. hydrophober Bereiche erreicht werden. Bei der Manipulation von wäßrigen Lösungen wird der bevorzugte Aufenthaltsbereich z. B. so gewählt, daß er hydrophiler ist als die umgebende Festkörperoberfläche. Dies kann entweder durch eine hydrophile Beschichtung des Aufenthaltsbereiches oder durch eine hydropho be Umgebung erreicht werden. Eine hydrophobe Umgebung kann z. B. durch eine silanisierte Oberfläche erhalten werden.The modulation of the wetting properties can e.g. B. by definition hydrophi ler or hydrophobic areas can be reached. When manipulating aqueous Solutions will be the preferred lounge area e.g. B. chosen so that it is more hydrophilic than the surrounding solid surface. This can be done either a hydrophilic coating of the lounge area or by a hydropho be reached. A hydrophobic environment can e.g. B. by a silanized surface can be obtained.

Je nach gewünschten optischen Eigenschaften wird die Flüssigkeitsmenge ent sprechend ausgewählt. Zur Manipulation von nicht-wäßrigen Lösungen, kann es z. B. vorteilhaft sein, wenn der bevorzugte Aufenthaltsbereich lipophil im Vergleich zur Umgebung gewählt wird.The amount of liquid is removed depending on the desired optical properties selected speaking. It can be used to manipulate non-aqueous solutions z. B. be advantageous if the preferred lounge area is lipophilic in comparison is chosen for the environment.

Die Definition des bevorzugten Aufenthaltsbereiches kann auch durch eine flache Ätzung der Oberfläche erfolgt sein, wobei die Ätztiefe klein gegenüber der kleinsten Ausdehnung des Aufenthaltsbereiches ist, z. B. ein Zehntel dieser Ausdehnung. So läßt sich z. B. im Fall einer wäßrigen Lösung als Flüssigkeitsmenge, die den opti schen Effekt bewirken soll, der bevorzugte Aufenthaltsbereich dadurch definieren, daß die den bevorzugten Aufenthaltsbereich umgebende Oberfläche hydrophob beschichtet wird und im Bereich des Aufenthaltsbereiches einige Nanometer bis einige Mikrometer in die Oberfläche geätzt wird. So wird der Kontrast bezüglich des Benetzungswinkels erhöht. Dennoch ist die Oberfläche makroskopisch im wesentli chen planar. Die Benetzungseigenschaften können weiterhin z. B. durch Mikro strukturierung moduliert werden, wie es beim sogenannten Lotuseffekt der Fall ist, der auf der unterschiedlichen Rauhigkeit der Oberfläche beruht.The preferred preferred area can also be defined by a flat area The surface has been etched, the etching depth being small compared to the smallest Extension of the lounge area is, for. B. a tenth of this extent. So can z. B. in the case of an aqueous solution as an amount of liquid, the opti effect, define the preferred area of residence by that the surface surrounding the preferred location area is hydrophobic is coated and in the area of the lounge area a few nanometers to is etched a few micrometers into the surface. So the contrast regarding the Wetting angle increased. Nevertheless, the surface is essentially macroscopic planar. The wetting properties can continue, for. B. by micro structuring can be modulated, as is the case with the so-called lotus effect, which is based on the different roughness of the surface.

Mit Hilfe eines solchen bevorzugten Aufenthaltsbereiches läßt sich die kleine Flüs sigkeitsmenge, die als optisches Element wirken soll, auch in ihrer lateralen Aus dehnung verändern. In einem in einer Dimension im Vergleich zum Volumen der Flüssigkeit schmalen Aufenthaltsbereich wird sich die Flüssigkeit in dieser Dimen sion nicht ausdehnen können. Es stellt sich somit eine andere Oberflächenkrüm mung in dieser Dimension ein, die z. B. die Brechungseigenschaften einer transparenten Flüssigkeit verändern. Wird die Flüssigkeitsmenge also mit Hilfe einer Ober flächenschallwelle von einem Bereich einer ersten lateralen Ausdehnung des be vorzugten Aufenthaltsbereiches in einen Bereich einer zweiten lateralen Ausdeh nung des bevorzugten Aufenthaltsbereiches bewegt, so ändern sich dabei die opti schen Eigenschaften der Flüssigkeitsmenge.With the help of such a preferred lounge area, the small rivers can be quantity of liquid that is to act as an optical element, also in its lateral extension change elongation. In one in one dimension compared to the volume of the Liquid narrow area will be the liquid in this dimen sion can not expand. This results in a different surface curvature tion in this dimension, which, for. B. the refractive properties of a transparent Change liquid. So the amount of liquid is with the help of a waiter surface acoustic wave from a region of a first lateral extent of the be preferred stay area in an area of a second lateral extent tion of the preferred stay area moves, so the opti change properties of the amount of liquid.

Die optischen Eigenschaften hängen auch vom Benetzungswinkel der Flüssigkeit mit der Oberfläche ab. Bei einem flacheren Benetzungswinkel ist z. B. die Brech kraft einer Flüssigkeit geringer als bei einem steileren Benetzungswinkel. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die kleine Flüssigkeitsmenge, die als optisches Element wirken soll, also z. B. auch in Teilbereiche unterschiedlicher Benetzungs eigenschaften des bevorzugten Aufenthaltsbereiches bewegt werden, um die opti schen Eigenschaften zu verändern.The optical properties also depend on the wetting angle of the liquid with the surface. With a flatter wetting angle z. B. the crushing less than a steeper wetting angle. With the The method according to the invention can be the small amount of liquid used as an optical Element should act, e.g. B. also in parts of different wetting properties of the preferred lounge area to be moved to the opti properties.

Der Benetzungswinkel und somit die Form der gekrümmten Oberfläche der kleinen Flüssigkeitsmenge können auch durch Anlegen einer Spannung zwischen der Oberfläche und der Flüssigkeitsmenge eingestellt werden. Dabei muß mit Hilfe ei ner Elektrode eine Spannung an der Flüssigkeit bezüglich einer Oberflächen elektrode angelegt werden, die durch eine isolierende Schicht von der Flüssigkeit getrennt ist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Flüssigkeitsmenge z. B. in den Bereich solcher Elektroden bewegt werden, so daß sie dort mit Hilfe verschiedener Spannungswerte auf die gewünschten optischen Eigenschaften ein gestellt werden kann.The wetting angle and thus the shape of the curved surface of the small one Amount of liquid can also be applied by applying a voltage between the Surface and the amount of liquid can be adjusted. With the help of egg ner electrode a voltage across the liquid with respect to a surface Electrode can be applied through an insulating layer of the liquid is separated. With the method according to the invention, the amount of liquid z. B. in the area of such electrodes, so that they are there with the help different voltage values to the desired optical properties can be put.

Ebenso läßt sich der Benetzungswinkel der kleinen Flüssigkeitsmenge mit der Oberfläche durch Einstellung der Temperatur verändern. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Bewegung der kleinen Flüssigkeitsmenge in Bereiche ver schiedener Temperaturen, die durch entsprechende Oberflächenheizungen, z. B. Widerstandsheizungen, hervorgerufen bwz. eingestellt werden können.Likewise, the angle of wetting of the small amount of liquid with the Change the surface by adjusting the temperature. The invention The method enables the movement of the small amount of liquid into areas Different temperatures, which by appropriate surface heating, for. B. Resistance heaters, caused bwz. can be adjusted.

Die optischen Eigenschaften einer kleinen Flüssigkeitsmenge hängen auch von ihrem Volumen ab. Eine in etwa halbkugelförmige Flüssigkeitsmenge auf einer Oberfläche mit größerem Volumen hat einen größeren Radius als eine in etwa halbkugelförmige Flüssigkeitsmenge mit kleinerem Volumen. Entsprechend be kannten Gesetzen aus der Strahlenoptik verändert sich somit z. B. die Brennweite. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es z. B. möglich, eine kleine Flüssig keitsmenge durch Einwirkung des Impulsübertrages einer Oberflächenschallwelle in zwei Teile zu teilen, und somit den Radius der einzelnen Teilmengen kleiner zu gestalten als bei der Gesamtmenge. So lassen sich die optischen Eigenschaften anpassen. Andererseits ist es ebenso möglich, die Flüssigkeitsmenge durch Zufüh ren weiterer Flüssigkeit zu vermehren und somit die optischen Eigenschaften ab zuwandeln. Erfindungsgemäß kann die Zuführung weiterer Flüssigkeit mit Hilfe einer auf der Oberfläche generierten Oberflächenschallwelle geschehen.The optical properties of a small amount of liquid also depend on their volume. An approximately hemispherical amount of liquid on one Surface with a larger volume has a larger radius than one approximately Hemispherical amount of liquid with a smaller volume. According to be Known laws from radiation optics change z. B. the focal length. With the method according to the invention it is e.g. B. possible a small liquid quantity due to the effect of the momentum transfer of a surface sound wave in to divide two parts, and thus to reduce the radius of the individual subsets shape than the total amount. So the optical properties can be to adjust. On the other hand, it is also possible to feed the amount of liquid Ren further liquid to increase and thus the optical properties zuwandeln. According to the invention, the supply of further liquid can be carried out with the help a surface sound wave generated on the surface.

Selbstverständlich sind die optischen Eigenschaften von dem gewählten Material der Flüssigkeitsmenge abhängig. Um die optischen Eigenschaften eines Aufbaus zu verändern, ist es also auch möglich, die Flüssigkeitsmenge durch eine andere zu ersetzen. Auch dies kann erfindungsgemäß mit Hilfe des Impulsübertrages einer Oberflächenschallwelle geschehen. So kann z. B. eine Flüssigkeit eines ersten Brechungsindex durch eine Flüssigkeit mit einem anderen Brechungsindex ersetzt werden. Die dazu nötige Bewegung der Flüssigkeitsmenge oder der Flüssigkeits mengen kann wiederum durch Impulsübertrag einer Oberflächenschallwelle erfol gen.Of course, the optical properties of the chosen material depending on the amount of liquid. To the optical properties of a structure it is also possible to change the amount of liquid by another to replace. This can also be done according to the invention with the aid of the pulse transmission Surface sound wave happen. So z. B. a liquid of a first Refractive index replaced by a liquid with a different refractive index become. The necessary movement of the amount of liquid or the liquid quantities can in turn take place through the impulse transmission of a surface sound wave gene.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann z. B. auf einem transparenten Substrat durchgeführt werden, wobei der zu manipulierende Lichtstrahl im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche eingestrahlt werden kann. So kann z. B. eine Probe un tersucht werden, die sich oberhalb oder unterhalb des Chips befindet, auf dem sich die Flüssigkeit bewegt, die zur optischen Manipulation dient. Zum Beispiel kann eine Probenflüssigkeit sich auf einer Oberfläche eines gegenüberliegenden Chips befinden. Auch die Probenflüssigkeit kann auf ihrem Chip z. B. mit Hilfe einer Ober flächenwelle bewegt werden. Die Flüssigkeit, die die optische Manipulation bewir ken soll, kann in den Strahlengang des Lichtstrahles bewegt werden und z. B. den Lichtstrahl auf die Probenflüssigkeit auf der gegenüberliegenden Oberfläche fokus sieren.The inventive method can, for. B. on a transparent substrate be carried out, the light beam to be manipulated essentially can be radiated perpendicular to the surface. So z. B. a sample un that is above or below the chip on which it is located moves the liquid that is used for optical manipulation. For example a sample liquid is on a surface of an opposing chip are located. The sample liquid can z. B. with the help of a waiter surface wave to be moved. The liquid that causes the optical manipulation ken, can be moved into the beam path of the light beam and z. B. the Focus the light beam onto the sample liquid on the opposite surface Sieren.

Bei ausreichender Oberflächenspannung wird die Flüssigkeit unabhängig von ihrer Ausrichtung im Raum an der Oberfläche gehalten. Insofern läßt sich das erfin dungsgemäße Verfahren auch durchführen, wenn die kleine Flüssigkeitsmenge auf einer nach unten gerichteten Oberfläche bewegt wird. Auf der gegenüberliegenden Oberfläche, die nach oben gerichtet ist, kann sich z. B. eine zu untersuchende Ma teriemenge befinden. Ein Lichtstrahl kann dann ggf. von unten durch die optisch wirksame Flüssigkeit und das transparente Substrat zu der zu untersuchenden Materiemenge geschickt werden, wobei z. B. die Fokussierung oder die Intensität des Lichtstrahles mit Hilfe der optisch wirksamen Flüssigkeit auf der Unterseite des Chips eingestellt werden kann. Selbstverständlich läßt sich auf diese Weise auch eine einfache Blendenfunktion realisieren, indem eine Flüssigkeit, die opak für den Lichtstrahl ist, zwischen den Lichtstrahl und die zu untersuchende Materiemenge gebracht wird.If the surface tension is sufficient, the liquid becomes independent of it Alignment in space kept on the surface. In this respect, this can be invented Perform the procedure according to the invention even when the small amount of liquid is on a downward-facing surface. On the opposite Surface, which is directed upwards, z. B. a Ma to be examined quantity. A light beam can then optically from below through the effective liquid and the transparent substrate to be examined Matter of matter are sent, z. B. focus or intensity of the light beam with the help of the optically effective liquid on the underside of the Chips can be set. Of course, this can also be done realize a simple aperture function by using a liquid that is opaque for the Beam of light is between the beam of light and the amount of matter to be examined brought.

Bei einer anderen erfindungsgemäßen Verfahrensführung läuft der Lichtstrahl im wesentlichen parallel zur Oberfläche. Eine Flüssigkeitsmenge, die in den parallelen Lichtstrahl gebracht wird, kann ebenfalls die Strahlcharakteristik durch Abblenden, Reflektieren oder Brechen verändern.In another method according to the invention, the light beam runs in the essentially parallel to the surface. An amount of liquid in parallel Beam is brought in, the beam characteristic can also be reduced by Reflect or change breaking.

Besonders vorteilhaft läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren einsetzen, wenn die Flüssigkeitsmenge, die die optischen Eigenschaften des Lichtstrahles verän dert, selbst die zu untersuchende Materie darstellt oder enthält. Der Lichtstrahl kann von einer solchen Flüssigkeitsmenge z. B. auf einen Detektor abgelenkt wer den und gleichzeitig Information über die Flüssigkeitsmenge selbst transportieren. Solche Information kann z. B. in der Intensitätsabnahme des Lichtstrahles beim Passieren der Flüssigkeit gebildet werden, um Information über in der Flüssigkeit gelöstes Material zu erhalten. The method according to the invention can be used particularly advantageously if the amount of liquid that changes the optical properties of the light beam that represents or contains the subject to be examined. The beam of light can from such an amount of liquid such. B. who is deflected to a detector the and at the same time transport information about the amount of liquid itself. Such information can e.g. B. in the decrease in intensity of the light beam at Passing through the liquid are formed to provide information about in the liquid to get dissolved material.

Insofern kann bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Flüssigkeit, die die Charakteristik eines Lichtstrahles verändern soll, eine reine Flüssigkeit, eine Mischung, eine Dispersion oder eine Suspension, oder eine Flüs sigkeit, in der sich feste Teilchen, z. B. biologisches Material, befinden, sein.In this respect, in this embodiment of the method according to the invention Liquid that is supposed to change the characteristics of a light beam is pure Liquid, a mixture, a dispersion or a suspension, or a liquid liquid in which solid particles, e.g. B. biological material.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch mit einer Flüssigkeitsmenge durch geführt werden, die von zwei Oberflächen eingeschlossen ist. Eine solche Flüssig keitsmenge, die beide Oberflächen benetzt, kann durch Generierung einer Oberflä chenschallwelle auf einer der beiden Oberflächen bewegt werden und so in den Strahlengang eines Lichtstrahles gelangen. Bei Verwendung zweier zumindest teil weise transparenter Festkörper, zwischen denen eine Flüssigkeitsmenge einge schlossen ist, kann ein Lichtstrahl, der beide Festkörper und die dazwischen be findliche Flüssigkeitsmenge durchstrahlt, ohne jede Lichtbrechung Information über die Flüssigkeitsmenge selbst erzeugen, z. B. die Absorptionsstärke. Schließlich kann durch Bewegung einer Flüssigkeitsmenge zwischen zwei Oberflächen mit Hilfe des Impulsübertrages einer Oberflächenschallwelle auf einer der Oberflächen die Flüssigkeitsmenge als optisches Element auch in dem Strahlengang bewegt werden, um z. B. eine Blende, einen Spiegel oder eine Linse zu realisieren.The method according to the invention can also be carried out with a quantity of liquid which are enclosed by two surfaces. Such a liquid quantity that wets both surfaces can be generated by generating a surface sound wave on one of the two surfaces and so in the Beam path of a light beam. When using two at least partially wise transparent solid, between which a quantity of liquid is turned on is closed, a beam of light that be both solid and the be in between sensitive amount of liquid radiates information without any light refraction generate the amount of liquid yourself, e.g. B. the absorption strength. Finally can be done by moving a quantity of liquid between two surfaces With the help of the impulse transmission of a surface sound wave on one of the surfaces the amount of liquid as an optical element also moves in the beam path be to z. B. to realize an aperture, a mirror or a lens.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht also eine einfache Bewegung einer als optisches Element wirkenden Flüssigkeit und eignet sich besonders bei der An wendung in der Mikroanalytik, in der Meßaufbauten von der Dimension einiger Mil limeter oder kleiner üblich sind.The method according to the invention thus enables simple movement of a liquid acting as an optical element and is particularly suitable for use application in microanalysis, in measurement setups of the dimension of a few mil Limeter or smaller are common.

Mit Bezug zu den anliegenden Figuren wird im folgenden die Erfindung im Detail anhand bevorzugter Ausgestaltungen erläutert. Dabei sind die Figuren schemati scher Natur und nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Es zeigenWith reference to the accompanying figures, the invention is described in detail below explained on the basis of preferred configurations. The figures are schematic nature and not necessarily to scale. Show it

Fig. 1a die Draufsicht auf eine Vorrichtung, mit der ein erfindungsge mäßes Verfahren durchgeführt werden kann, FIG. 1a is a plan view of an apparatus with which a erfindungsge mäßes method can be carried out,

Fig. 1b und 1c die Vorrichtung der Fig. 1a im Schnitt bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zu verschiedenen Zeit punkten, Figs. 1b and 1c, the device of Figure 1a score. At different times on average in the implementation of a method according to the invention,

Fig. 2a und 2b erläuternde Darstellungen eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichbaren optischen Effektes, FIGS. 2a and 2b are explanatory views of an attainable with the inventive method the optical effect,

Fig. 3a und 3b erläuternde Darstellungen eines anderen mit dem erfindungs gemäßen Verfahren erreichbaren optischen Effektes, FIGS. 3a and 3b are explanatory diagrams of another can be achieved with the process according to Inventive optical effect,

Fig. 4a die Draufsicht auf eine weitere Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, FIG. 4a is a plan view of a further apparatus for carrying out a method according to the invention,

Fig. 4b bzw. 4c Schnitte durch die Vorrichtung der Fig. 4a entlang der Linien A-A bzw. B-B bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, FIG. 4b and 4c show sections through the apparatus of Fig. 4a along the lines AA and BB in the implementation of a method according to the invention,

Fig. 5 eine erläuternde Darstellung eines mit dem erfindungsgemä ßen Verfahren erreichbaren optischen Effektes, Fig. 5 is an explanatory view of an attainable with the inventive method SEN optical effect,

Fig. 6 eine weitere erläuternde Darstellung eines mit dem erfin dungsgemäßen Verfahren erreichbaren optischen Effektes, und Fig. 6 is a further explanatory view of a achieved with the method to the invention OF INVENTION optical effect, and

Fig. 7 den Schnitt durch eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 7 shows the section through a further device for performing the method according to the invention.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Auf einem Festkörperchip 10 befindet sich ein bevorzugter Aufent haltsbereich 7. Der Festkörperchip 10 kann zur Erzeugung piezoelektrischer Eigen schaften z. B. aus Lithiumniobat bestehen oder eine Zinkoxidbeschichtung aufwei sen. 3 bezeichnet einen Flüssigkeitstropfen, beim gezeigten Beispiel eine wäßrige Lösung. Der Aufenthaltsbereich 7 ist im Vergleich zu seiner Umgebung auf der Festkörperoberfläche hydrophil gewählt. Dies wird z. B. durch eine hydrophobe, den Aufenthaltsbereich 7 umgebende Oberfläche erreicht. Dazu kann die Ober fläche außerhalb des Bereiches 7 z. B. silanisiert sein. 5 bezeichnet einen transpa renten Bereich. Selbstverständlich kann auch der gesamte Festkörper 10 transpa rent gewählt sein. Die Tranparenz muß selbstverständlich nur für die verwendete Lichtwellenlänge vorhanden sein. 9 und 17 bezeichnen Interdigitaltransducer mit ineinander greifenden Fingerelektroden 11 bzw. 19. Die Fingerelektroden können über die Elektroden 13, 15 bzw. 21, 23 elektrisch angeschlossen werden. Die Fin gerelektroden haben typischerweise einen Abstand von wenigen Mikrometern und sind dementsprechend nicht maßstabsgetreu dargestellt. Die Gesamtausmaße des Chips 10 können z. B. einige Millimeter betragen. Fig. 1 shows an apparatus for carrying out a method according to the invention. On a solid-state chip 10 there is a preferred stay area 7 . The solid state chip 10 can be used to generate piezoelectric properties, for. B. consist of lithium niobate or aufwei sen a zinc oxide coating. 3 denotes a drop of liquid, in the example shown an aqueous solution. The stay area 7 is selected to be hydrophilic in comparison to its surroundings on the solid surface. This is e.g. B. achieved by a hydrophobic surface surrounding the area 7 . For this purpose, the upper surface outside the area 7 z. B. be silanized. 5 denotes a transparent area. Of course, the entire solid 10 can also be chosen to be transparent. The transparency must of course only be available for the light wavelength used. 9 and 17 denote interdigital transducers with interlocking finger electrodes 11 and 19, respectively. The finger electrodes can be electrically connected via the electrodes 13 , 15 or 21 , 23 . The fin electrodes are typically a few micrometers apart and are therefore not drawn to scale. The overall dimensions of the chip 10 can e.g. B. be a few millimeters.

Anlegen eines elektrischen Wechselfeldes an die Elektroden 13 und 15 bewirkt die Generierung einer Oberflächenschallwelle 25 in für Interdigitaltransducer bekannter Weise. Die Oberflächenschallwelle 25 bewegt sich auf die Flüssigkeitsmenge 3 zu und überträgt einen Impuls in Richtung 27.Applying an alternating electrical field to the electrodes 13 and 15 causes the generation of a surface sound wave 25 in a manner known for interdigital transducers. The surface sound wave 25 moves towards the liquid quantity 3 and transmits a pulse in the direction 27 .

Die Fig. 1b und 1c zeigen Schnitte durch die Vorrichtung der Fig. 1a in ver schiedenen Verfahrensabschnitten. Fig. 1b zeigt den Zustand, der auch in Fig. 1a gezeigt ist. In der Fig. 1b ist die Oberflächenschallwelle 25 nur schematisch gezeichnet, wobei nur die Richtung angegeben ist. Die Oberflächenschallwelle 25 trifft auf die Flüssigkeitsmenge 3 und treibt diese zu einem transparenten Bereich 5. Der transparente Bereich wird von Lichtstrahlen 29 durchstrahlt, die beim gezeigten Beispiel z. B. parallel sind. In Fig. 1c ist ein Zustand erreicht, in dem die Oberflä chenschallwelle 25 die Flüssigkeitsmenge 3 bis zum transparenten Bereich 5 be wegt hat. Bei entsprechender Auswahl der optischen Eigenschaften wird eine Fo kussierung der Lichtstrahlen 29 erreicht. Mit Hilfe des zweiten Interdigitaltransdu cers 17, der in den Fig. 1b und 1c nicht gezeigt ist, läßt sich die kleine Flüssig keitsmenge in dem Bereich 5 abbremsen bzw. wieder von dem Bereich 5 wegbe wegen. Die nicht transparenten Oberflächenbereiche außerhalb des transparenten Bereiches 5 wirken dabei als Blende für die Lichtstrahlen. Selbstverständlich kann bei entsprechender räumlicher Lokalisierung der parallelen Lichtstrahlen 29 auch ein vollständig transparenter Festkörper eingesetzt werden. Figs. 1b and 1c show cross-sections through the device of Fig. 1a in ver different process sections. Fig. 1b shows the state that is also shown in Fig. 1a. In FIG. 1b, the surface acoustic wave is shown only schematically 25, wherein only the direction indicated. The surface sound wave 25 hits the liquid quantity 3 and drives it to a transparent area 5 . The transparent area is irradiated by light rays 29 , which in the example shown, for. B. are parallel. In Fig. 1c, a state is reached in which the surface sound wave 25 has moved the amount of liquid 3 to the transparent region 5 be. With a corresponding selection of the optical properties, focusing of the light beams 29 is achieved. With the help of the second interdigital transducer 17 , which is not shown in FIGS . 1b and 1c, the small amount of liquid in the area 5 can be braked or again away from the area 5 because of it. The non-transparent surface areas outside the transparent area 5 act as an aperture for the light rays. Of course, with a corresponding spatial localization of the parallel light beams 29 , a completely transparent solid body can also be used.

Die erläuternden Fig. 2a und 2b zeigen, wie durch Änderung des Volumens der kleinen Flüssigkeitsmenge 3 der Fokus f bzw. F verändert werden kann. Die Licht strahlen 29 werden je nach Radius und damit Volumen des Flüssigkeitstropfens auf der Oberfläche des Festkörpers 1 verschieden stark gebrochen. 31 zeigt beispiel haft für den gezeigten gebrochenen Strahl die Abbildungsachse. Erfindungsgemäß läßt sich das Volumen des Flüssigkeitstropfens durch Hinzufügen weiterer Flüssig keit vergrößern. Mit Hilfe einer Oberflächenwelle und einem entsprechend gestal teten Aufenthaltsbereich 7 wird eine zweite Flüssigkeitsmenge zu einer ersten Flüssigkeitsmenge getrieben, bis sie sich vereinigen und so einen größeren Flüs sigkeitstropfen bilden, wie er in Fig. 2b gezeigt ist. Andererseits läßt sich ein gro ßer Flüssigkeitstropfen, wie er in Fig. 2b dargestellt ist, durch Einwirkung einer Oberflächenschallwelle in zwei oder mehr Teile aufteilen, um kleinere Flüssigkeits tropfen zu erhalten, wie sie in Fig. 2a gezeigt sind.The explanatory FIGS. 2a and 2b show how the focus f or F can be changed by changing the volume of the small amount of liquid 3 . The light rays 29 are broken to different extents depending on the radius and thus the volume of the liquid drop on the surface of the solid 1 . 31 shows, by way of example, the imaging axis for the refracted beam shown. According to the invention, the volume of the drop of liquid can be increased by adding further liquid. With the help of a surface wave and a correspondingly designed stay area 7 , a second amount of liquid is driven to a first amount of liquid until they combine and thus form a larger liquid drop, as shown in FIG. 2b. On the other hand, a large drop of liquid as shown in Fig. 2b can be divided into two or more parts by the action of a surface acoustic wave to obtain smaller liquid drops as shown in Fig. 2a.

Die Fig. 3a und 3b zeigen Erläuterungen, wie durch Einstellung des Benet zungswinkels α bzw. β die optischen Eigenschaften geändert werden können. Bei dem in den Fig. 3a und 3b gezeigten Beispiel befindet sich die Flüssigkeits menge 3 z. B. unterhalb eines Festkörpers 1 und wird durch seine Oberflächen spannung gehalten. Bei unterschiedlichen Benetzungswinkeln α bzw. β stellen sich unterschiedliche Foki f bzw. F ein. Der Benetzungswinkel kann z. B. durch Einwir kung von Temperatur oder durch die Oberflächenbeschichtung des Festkörpers 1 verändert werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine kleine Flüs sigkeitsmenge in einen Bereich anderer Oberflächeneigenschaften bzw. einen Be reich anderer Temperatur bewegt werden, um andere optische Eigenschaften zu erhalten. FIGS. 3a and 3b show explaining how by adjusting the wetting angle α or β, the optical properties can be changed. In the example shown in FIGS . 3a and 3b there is the amount of liquid 3 z. B. below a solid 1 and is held by its surface tension. With different wetting angles α and β, different foci f and F arise. The wetting angle can e.g. B. be changed by effect of temperature or by the surface coating of the solid body 1 . With the method according to the invention, a small amount of liquid can be moved into a range of other surface properties or a range of other temperatures in order to obtain other optical properties.

Ebenso kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine kleine Flüssigkeitsmen ge in den Bereich von entsprechend angeordneten Elektroden gebracht werden, um durch Anlegen einer Spannung zwischen der Oberfläche und der Flüssigkeit den Benetzungswinkel zu verändern.A small amount of liquid can also be obtained with the method according to the invention be brought into the area of correspondingly arranged electrodes, to by applying a voltage between the surface and the liquid to change the wetting angle.

In den Fig. 4a bis 4c ist eine weitere Anwendung beschrieben. Bei der dort ge zeigten Ausgestaltung des Verfahrens bewegen sich die Lichtstrahlen 35, 37 pa rallel zur Oberfläche. Der Aufenthaltsbereich 70 hat einen Bereich schmalerer seit licher Ausdehnung. Die wäßrige Lösung 3, 33 verläßt den bevorzugten Aufent haltsbereich 70 nicht, wenn sie von der Oberflächenwelle 25 getroffen wird. Inso fern verändert sich die Form der kleinen Flüssigkeitsmenge 33, wenn sie in den schmalen Bereich auf der rechten Seite der Fig. 4a eintritt. Die Fig. 4a zeigt die Flüssigkeitsmenge 3, 33 zu unterschiedlichen Zeitpunkten.A further application is described in FIGS. 4a to 4c. In the embodiment of the method shown there, the light beams 35 , 37 move parallel to the surface. The stay area 70 has an area narrower since its extent. The aqueous solution 3 , 33 does not leave the preferred stay area 70 when it is hit by the surface wave 25 . Insofar, the shape of the small amount of liquid 33 changes when it enters the narrow area on the right side of FIG. 4a. FIG. 4a shows the amount of liquid 3, 33 at different times.

In Fig. 4b bzw. Fig. 4c sind Querschnitte entlang der Linien A-A bzw. B-B ge zeigt. Durch die laterale Einschränkung, die im rechten Teil der Anordnung der Fig. 4a erzeugt wird, ändert sich der Krümmungsradius der Flüssigkeitsmenge 33. Ein Lichtstrahl 37 wird dementsprechend auf andere Art gebrochen als ein Licht strahl 35, der auf den flacheren Flüssigkeitstropfen 3 im linken Teil der Anordnung trifft.In Fig. 4b and Fig. 4c cross sections along the lines AA and BB are shown ge. The radius of curvature of the amount of liquid 33 changes as a result of the lateral restriction that is generated in the right part of the arrangement in FIG. 4a. A light beam 37 is accordingly refracted in a different way than a light beam 35 which strikes the flatter liquid drop 3 in the left part of the arrangement.

Fig. 5 zeigt eine Anordnung, bei der eine Flüssigkeitsmenge 39 gewählt ist, die für die verwendeten Lichtstrahlen 41, 43 reflektierend ist. Die spiegelnde Oberfläche des Flüssigkeitstropfens 39 kann mit Hilfe der Oberflächenschallwelle 25 in den Strahlengang bewegt oder relativ dazu in seiner Lage verändert werden. FIG. 5 shows an arrangement in which a quantity of liquid 39 is selected which is reflective for the light beams 41 , 43 used . The reflecting surface of the liquid drop 39 can be moved into the beam path by means of the surface acoustic wave 25 or its position can be changed relative to it.

In Fig. 6 ist eine Blendenfunktion realisiert. Eine Flüssigkeit 45 wird verwendet, die für das verwendete Licht 47 undurchlässig ist. Mit 49 ist gestrichelt der Strahlen gang gezeigt, der bei Abwesenheit der Flüssigkeitsmenge 55 vorliegen würde. Mit Hilfe einer Oberflächenschallwelle, die beim gezeigten Beispiel z. B. senkrecht zur Bildebene läuft, kann eine Flüssigkeitsmenge 45 in den Strahlengang geschoben werden und den Strahl 47 abblocken, so daß eine Blendenfunktion realisiert ist. In FIG. 6, a shutter function is realized. A liquid 45 is used which is impermeable to the light 47 used. With 49 , the beam path is shown in dashed lines, which would be present in the absence of the amount of liquid 55 . With the help of a surface sound wave, which in the example shown z. B. runs perpendicular to the image plane, a quantity of liquid 45 can be pushed into the beam path and block the beam 47 , so that an aperture function is realized.

Fig. 7 zeigt eine Vorrichtung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls durchgeführt werden kann. Zwei Festkörper 1, 2 stehen sich z. B. im Abstand eini ger Millimeter oder weniger gegenüber. Zwischen ihnen befindet sich eine Flüssig keitsmenge 4, die beide Festkörper berührt. Die Flüssigkeitsmenge 4 kann mit einer Oberflächenschallwelle 26 bewegt werden, die wiederum nur schematisch darge stellt ist und z. B. mit Hilfe eines Interdigitaltransducers auf der Oberfläche des Festkörpers 2 erzeugt werden kann. Fig. 7 shows a device with which the inventive method can also be carried out. Two solids 1 , 2 are z. B. at a distance of one millimeter or less compared. Between them there is a quantity of liquid 4 which touches both solids. The amount of liquid 4 can be moved with a surface sound wave 26 , which in turn is only schematically Darge and z. B. can be generated with the help of an interdigital transducer on the surface of the solid body 2 .

Bei Verwendung von transparenten Materialien kann ein Lichtstrahl 29 durch die Festkörper 1, 2 und die Flüssigkeitsmenge 4 treten und so Information über die Flüssigkeitsmenge 4 transportieren. Zum Beispiel kann die Absorption der Flüssig keitsmenge 4 auf diese Weise gemessen werden. Ist für den Lichtstrahl 29 die Flüssigkeitsmenge 4 nicht durchlässig, kann durch Bewegung der Flüssigkeitsmen ge 4 in dem Strahlengang 29 z. B. eine Blendenfunktion realisiert werden.When using transparent materials, a light beam 29 can pass through the solid bodies 1 , 2 and the amount of liquid 4 and thus convey information about the amount of liquid 4 . For example, the absorption of the amount of liquid 4 can be measured in this way. If the amount of liquid 4 is not permeable to the light beam 29 , ge 4 can be moved in the beam path 29 by moving the amount of liquid 29 . B. an aperture function can be realized.

Ein ähnlicher Effekt läßt sich erreichen, wenn ein Lichtstrahl, der parallel zu den Oberflächen läuft, durch die Flüssigkeitsmenge 4 beeinflußt wird. Mit Hilfe einer Oberflächenwelle 26 kann die Flüssigkeitsmenge 4 in den Strahlengang bewegt werden oder aus ihm heraus. Durch die seitlichen gekrümmten Oberflächen kann bei entsprechender Wahl der optischen Eigenschaften auch Brechung bzw. Reflexion des Strahles 28 erreicht werden.A similar effect can be achieved if a light beam that runs parallel to the surfaces is influenced by the amount of liquid 4 . With the help of a surface wave 26 , the amount of liquid 4 can be moved into the beam path or out of it. With the appropriate choice of optical properties, the lateral curved surfaces can also be used to achieve refraction or reflection of the beam 28 .

Selbstverständlich können die gezeigten Ausführungsformen auch untereinander kombiniert werden. Zum Beispiel können auch Flüssigkeitsmengen eingesetzt wer den, die bei einer Anordnung der Fig. 1a oder der Fig. 4a wie eine Blende wir ken, um den Lichtstrahl abzublocken. Ebenso kann z. B. bei einer Anordnung der Fig. 4a eine Spiegelfunktion mit Hilfe einer reflektierenden Flüssigkeit erhalten werden. Linsen-, Spiegel- und/oder Blendenfunktionen lassen sich sowohl mit zur Oberfläche parallelen als auch im wesentlichen senkrechten Lichtstrahlen realisie ren. Of course, the embodiments shown can also be combined with one another. For example, quantities of liquid can also be used who, in an arrangement of FIG. 1a or FIG. 4a, act as an aperture in order to block the light beam. Likewise, e.g. B. in an arrangement of FIG. 4a, a mirror function can be obtained with the aid of a reflecting liquid. Lens, mirror and / or aperture functions can be realized with light rays that are parallel and essentially perpendicular to the surface.

Die Flüssigkeitsmenge muß nicht notwendigerweise auf einer Oberfläche angeord net sein, sondern kann jeweils auch unterhalb einer Oberfläche angeordnet sein, solange sie sich durch die Oberflächenspannung an der Festkörperoberfläche hält.The amount of liquid does not necessarily have to be placed on a surface be net, but can also be arranged below a surface, as long as the surface tension keeps it on the solid surface.

Die Flüssigkeitsmenge 3, 4, 33 kann auch selbst untersucht werden oder zu unter suchendes Material enthalten. Zum Beispiel kann bei einem Aufbau der Fig. 1a bis 1c die Flüssigkeitsmenge 3 ein zu untersuchendes Material, z. B. biologisches Material, enthalten. Während die Flüssigkeit selbst für den Fokussierungseffekt sorgt, der in Fig. 1c schematisch angedeutet ist, kann die Lichtabsorption durch das darin enthaltene Material gemessen werden. Dabei befindet sich vorteilhafter weise im Fokus der Lichtstrahlen 29 in der Fig. 1c ein entsprechender nicht ge zeigter Dektektor. Selbstverständlich lassen sich entsprechende Anordnungen auch mit den anderen gezeigten Ausführungsformen realisieren.The amount of liquid 3 , 4 , 33 can also be examined itself or contain material to be examined. For example, in a structure of FIGS. 1a to 1c, the amount of liquid 3 can be a material to be examined, e.g. B. contain biological material. While the liquid itself provides the focusing effect, which is indicated schematically in FIG. 1c, the light absorption by the material contained therein can be measured. There is advantageously in the focus of the light beams 29 in FIG. 1c a corresponding detector not shown. Corresponding arrangements can of course also be implemented with the other embodiments shown.

Die Form der optischen Elemente ist dabei nicht auf halbkugelartige Tröpfchen be schränkt. Ist z. B., wie im rechten Teil der Fig. 4a, der Aufenthaltsbereich 70 schmal genug bzw. rechteckig gewählt, kann die Form einer Zylinderlinse simuliert werden. Durch entsprechende äußere Form eines solchen Aufenthaltsbereiches kann die Form des durch die Flüssigkeit gebildeten optischen Elementes auf viel seitige Weise gestaltet werden. Zum Beispiel kann durch die Anordnung von meh reren konzentrischen Aufenthaltsbereichen, die in einem radialen Abstand zueinan der angeordnet sind, eine Fresnelsche Zonenplatte simuliert werden. Auch diese verschiedenen Formen können mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Flüssigkeit befüllt bzw. entleert werden.The shape of the optical elements is not limited to hemispherical droplets. Is z. For example, as in the right part of FIG. 4a, the location area 70 is narrow enough or rectangular, the shape of a cylindrical lens can be simulated. The shape of the optical element formed by the liquid can be designed in many ways by means of a corresponding external shape of such a stay area. For example, a Fresnel zone plate can be simulated by arranging a plurality of concentric location areas which are arranged at a radial distance from one another. These different forms can also be filled or emptied with liquid using the method according to the invention.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht also eine optimal angepaßte optische Anordnung, die während des Experimentes verändert werden kann und es ermög licht, daß optische Elemente, wie Linsen, Spiegel oder Blenden auf einer Festkör peroberfläche an die gewünschte Stelle in einen Strahlengang bewegt werden kön nen oder daraus entfernt werden können. Eine solche Anwendung ist besonders in der Mikroanalytik wertvoll, die heutzutage mit sogenannten "lab-on-the-chip"- Einheiten realisiert wird.The method according to the invention thus enables an optimally adapted optical Arrangement that can be changed during the experiment and makes it possible light that optical elements, such as lenses, mirrors or screens on a solid can be moved to the desired location in a beam path or can be removed from it. Such an application is particularly in of microanalysis, which are nowadays known as "lab-on-the-chip" - Units is realized.

Claims

1. A method for changing the characteristics of light beams ( 28 , 29 , 35 , 37 , 41 , 43 , 47 ) by moving a small amount of liquid ( 3 , 4 , 33 , 39 , 45 ) that is in contact with the surface of at least one Solid body ( 1 , 2 , 5 , 10 ), preferably a chip, and is held together by their surface tension, relative to the beam path of the light beam ( 28 , 29 , 35 , 37 , 41 , 43 , 47 ) with the aid of the pulse transmission of at least one surface sound wave ( 25 , 26 ) generated on the surface of the solid ( 1 , 2 ).

2. The method according to claim 1, in which at least one interdigital transducer ( 9 , 17 ) is used to generate the surface wave ( 25 , 26 ).

3. The method according to any one of claims 1 or 2, in which a small amount of liquid ( 3 , 4 , 33 ) is used, which is transparent in the wavelength range of the light beam used ( 29 ) to cause a refraction of the light beam.

4. The method according to any one of claims 1 or 2, in which a small amount of liquid ( 39 ) is used which is reflective in the wavelength range of the light beam used ( 41 , 43 ) in order to achieve a reflection of the light beam.

5. The method according to any one of claims 1 or 2, in which a small amount of liquid ( 4 , 45 ) is used, which is opaque in the wavelength range of the light beam used ( 28 , 47 ) in order to effect a dimming of the light beam.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the small amount of liquid ( 3 , 4 , 33 , 39 , 45 ) on a preferred location area ( 7 , 70 ) of the surface of the solid ( 1 , 2 ) with the aid of the surface wave be moved, which has different wetting properties from its lateral environment, which are chosen such that the liquid is preferably in this area.

7. The method according to claim 6, wherein the small amount of liquid ( 3 , 33 ) is moved into areas with different shape and / or lateral extent of the preferred stay area ( 70 ) to a desired shape of the curved surface of the amount of liquid ( 3 , 33rd ) to achieve different optical properties.

8. The method according to any one of claims 6 or 7, wherein the small amount of liquid ( 3 , 33 , 39 , 45 ) is moved in partial areas of different wetting properties of the preferred residence area ( 7 , 70 ) to the shape of the curved surface of the amount of liquid to change to create different optical properties.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the wetting angle (α, β) of the small amount of liquid ( 3 ) with the surface of the solid ( 1 ) is adjusted by applying a voltage between the surface and the amount of liquid to the to influence optical properties.

10. The method according to any one of claims 1 to 9, wherein the wetting angle (α, β) of the small amount of liquid ( 3 ) with the surface of the solid ( 1 ) is adjusted by selecting the temperature in order to influence the optical properties.

11. The method according to any one of claims 1 to 10, in which the optical properties of the small amount of liquid ( 3 , 4 ) are adjusted by changing the volume.

12. The method according to claim 11, wherein the volume of the amount of liquid by adding liquid to the amount of liquid ( 3 , 4 ) by means of the impulse transmission of a surface wave or by dividing the amount of liquid ( 3 , 4 ) is effected by impulse transmission of a surface wave.

13. The method according to any one of claims 1 to 10, wherein the amount of liquid is exchanged to change the optical properties.

14. The method according to any one of claims 1 to 13, wherein the solid ( 1 , 2 , 5 , 10 ) is selected at least partially transparent for the light used and the light ( 28 , 29 ) substantially perpendicularly through the solid ( 1 , 2 , 5 , 10 ) is sent.

15. The method according to any one of claims 1 to 13, wherein the light beam ( 28 , 35 , 37 , 47 ) is sent substantially parallel to the surface of the solid ( 1 , 2 ).

16. The method according to any one of claims 1 to 15, wherein the light ( 28 , 29 ) after interaction with the amount of liquid ( 3 , 4 ) is analyzed to obtain information about the amount of liquid ( 3 , 4 ).

17. The method according to any one of claims 1 to 15, wherein the small amount of liquid ( 3 ) on a surface of a chip ( 1 ) is moved by means of the impulse transmission of a surface wave and a sample liquid to be examined on an opposite surface of the chip located on which with the help of the small amount of liquid ( 3 ) the light beam ( 29 ) is directed in order to be able to carry out an optical analysis.

18. The method according to any one of claims 1 to 17, wherein the amount of liquid ( 4 ) between two surfaces ( 1 , 2 ) by pulse transmission of a surface sound wave ( 26 ) on at least one of the two surfaces ( 1 , 2 ) is moved, the Liquid ( 4 ) touches both surfaces ( 1 , 2 ).