用于分析材料的装置和方法
阅读：757发布：2021-04-09
专利汇可以提供用于分析材料的装置和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 具体涉及用于分析材料(101)的装置(10)，该装置(10)包括激发传输装置(100)，用于产生具有至少一个激发 波长 的至少一个电磁激发束(SA)，激发束具体为激发光束，还包括用于检测响应 信号 (SR)的检测装置(106)；以及用于基于所检测的响应信号(SR)分析材料的装置(107)。，下面是用于分析材料的装置和方法专利的具体信息内容。
1.用于分析材料(101)的装置(10)，具有：
-激发传输装置(100)，用于产生至少一个电磁激发束(SA)，所述至少一个电磁激发束具体为具有至少一个激发波长的激发光束；
-检测装置(106、139)，用于检测响应信号(SR)；以及
-用于基于所检测的响应信号(SR)分析所述材料的装置(107、147)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
-所述激发传输装置为辐射源，在一个实施方式中为单色辐射源，具体为极化的辐射源，更具体地为激光光源；
-所述装置(10)包括光学介质(108)，所述光学介质(108)与所述材料(101)直接接触，具体地，所述光学介质(108)与所述材料的表面的第一区域(102)直接接触；
-其中，所述激发传输装置(100)优选地布置成使得所发射的激发束(SA)穿入所述光学介质(108)，并在所述光学介质的表面(12)上的预定点处再次退出所述光学介质(108)，以及
-所述装置包括用于发射测量束(112)的系统(105)，所述测量束(112)具体为测量光束，所述系统(105)布置成使得所发射的测量束(112)穿入所述光学介质(108)，以及其中，优选地，在操作中，所述测量束(112)和所述激发束(SA)在所述光学介质(108)与所述材料(101)的表面的界面(GF)处重叠，其中，在所述界面(GF)处所述测量束(112)发生反射，以及-所述检测装置(106)是用于接收所反射的测量束(112)和/或用于直接或间接地检测所反射的测量束(112)的偏转的装置，其中，所反射的测量束(112)形成所述响应信号(SR)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，
所述装置(10)包括光学介质(108)，所述光学介质(108)与所述材料(101)直接接触，具体地，所述光学介质(108)与所述材料的表面的第一区域(102)直接接触，以及所述检测装置(106)检测所述光学介质的参数变化以检测响应信号(SR)，具体地在邻近于所述第一区域的区域中，检测由所述响应信号引起的所述光学介质的参数变化，具体为所述光学介质的变形和/或密度变化。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，
所述检测装置包括压电元件，所述压电元件连接至所述光学介质或集成在所述光学介质中，作为用于检测变形和/或密度变化的检测器。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，
所述检测装置包括作为用于检测所述响应信号的检测器的温度传感器。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，
-所述装置包括用于对所述激发光束(SA)进行强度调制的装置(104)，以及-所述检测装置(106)适用于根据所述激发光的所述波长和/或所述激发光的强度调制来检测时间依赖的响应信号(SR)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，
所述激发传输装置(100)将所述至少一个电磁激发束(SA)辐射至材料容积(103)中，所述材料容积(103)定位在所述材料(101)的表面的第一区域(102)下面。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，
所述激发传输装置(100)包括两个或更多个传输元件(100a)，所述传输元件(100a)具体为一维、二维或多维传输元件阵列形式的传输元件。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，
所述两个或更多个传输元件(100a)各自均生成其特有的电磁激发束，并将所述电磁激发束辐射至所述第一区域(102)之下的容积中。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，
所述两个或更多个传输元件(100a)的所述电磁激发束的波长是不同的。
11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，
所述激发传输装置包括两个或更多个激光器和/或两个或更多个发光二极管，所述两个或更多个激光器具体为一维、二维或多维激光器阵列的形式，所述两个或更多个发光二极管具体为一维、二维或多维二极管阵列的形式。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，
所述激发传输装置直接地或间接地通过调节装置(109)机械固定地连接至光学介质(108)，所述光学介质(108)与所述材料(101)直接接触，具体地，所述光学介质(108)与所述材料(101)的表面的所述第一区域(102)直接接触。
13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，
用于强度调制的装置(104)包括电调制装置或由电调制装置形成，所述电调制装置电连接至所述激发传输装置(100)，并电控制所述激发传输装置(100)。
14.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，
所述用于强度调制的装置(104)包括至少一个受控制的镜子(133、134)，所述至少一个受控制的镜子(133、134)布置在所述光束路径中。
15.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，
所述用于强度调制的装置(104)包括至少一个层或由所述至少一个层形成，所述至少一个层布置在所述束路径(138)中，且其透明度是能够控制的。
16.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，
设置有用于发射测量束(112)的装置(105)，所述测量束(112)具体为测量光束，所述测量束(112)发射至光学介质(108)与所述材料的表面的所述第一区域(102)相接触的区域中。
17.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，
所述检测装置和所述用于发射测量束的装置彼此相互对准，使得所述测量束在所述光学介质(108)的所述界面(GF)处发生至少一次反射之后，所述检测装置检测所述测量束作为所述时间依赖的响应信号，其中，所述光学介质(108)的所述界面(GF)与所述材料相接触，具体地，所述光学介质(108)的所述界面(GF)与所述材料(101)的表面的所述第一区域(102)相接触。
18.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，
所述检测装置和/或所述激发传输装置和/或所述用于发射测量束的装置直接机械固定地连接至所述光学介质，和/或通过光纤线缆(120)联接至所述光学介质。
19.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，
所述光学介质直接支承成像光学器件(128、129)，和/或成像光学器件(128、129)集成在所述光学介质中。
20.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，
所述光学介质的表面具有朝向彼此倾斜的多个部分面(110、111)，所述测量束(112)在所述多个部分面(110、111)处发生多次反射，具体地，所述测量光束在所述多个部分面(110、111)处发生多次反射。
21.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，
所述光学介质(108)上或所述光学介质(108)中设置有一个或多个反射表面(113、
114)，以用于反射所述测量束(112)，具体地反射所述测量光束。
22.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，
所述激发传输装置(100)和/或所述检测装置(106)和/或所述用于发射测量束的装置(105)直接附接至彼此或附接至公共支承部(121)。
23.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，
所述支承部(121)由印刷电路板、金属板或塑料板或壳体(122)或所述装置的壳体部分形成。
24.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，
所述激发传输装置具有集成的半导体部件，所述集成的半导体部件包括一个或多个激光器元件和至少一个微光学部件以及优选地包括附加调制元件。
25.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，
所述调制元件包括至少一个元件，具体为镜子，所述至少一个元件能够相对于其余的所述半导体装置移动，且其位置是能够控制的。
26.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，
所述调制元件包括具有可控辐射磁导率的层。
27.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，
所述调制元件包括用于调制所述一个或多个激光器元件的电子控制电路。
28.用于分析材料(101)的方法，其中，在所述方法中，
-利用激发传输装置(100)，通过至少部分地同时或连续操作激光光源的多个激光发射器，产生具有至少一个激发波长的至少一个电磁激发束(SA)；
-利用检测装置(106)检测响应信号(SR)；以及
-基于所检测的响应信号(SR)，分析所述材料。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，
使用所述激发传输装置的不同调制频率，连续地确定响应信号，具体为瞬时响应信号波形或图案，以及使不同调制频率下的多个响应信号波形或图案彼此结合，以及具体地，从所结合的响应信号波形或图案中获得表面下的深度范围的具体信息。
30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，
对于不同波长的所述激发束，确定不同的调制频率下的响应信号波形或图案，具体地，从所述响应信号波形或图案获得所述表面下的每个深度范围的具体信息。
31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，
当同时使用泵束的多个调制频率时，通过分析过程，优选地通过傅里叶变换，将所检测到的信号解析到信号频率中，以及
仅过滤出与所期望的频率相对应的部分信号。
32.根据前述权利要求28至31中任一项所述的方法，其特征在于，
-使光学介质(108)与所述材料(101)直接接触，具体地，使所述光学介质(108)与所述材料(101)的表面的第一区域(102)直接接触；
-利用所述激发传输装置(100)产生所述发射的激发束(SA)，以及具体地，所述激发束(SA)进行辐射以使得所述激发束(SA)穿入所述光学介质(108)，并在所述光学介质(108)的表面上的预定点处再次退出所述光学介质(108)；
-利用用于发射测量束(112)的装置(105)，产生测量束(112)，具体地产生测量光束，使得所述测量束(112)穿入所述光学介质(108)，以及具体地，在操作中，所述测量束(112)和所述激发束(SA)在所述光学介质(108)与所述材料(101)的所述表面的界面(GF)处重叠，其中，在所述界面(GF)处所述测量束(112)发生反射；以及
-利用所述检测装置(106)测量所反射的测量束(112)，其中，所反射的测量束(112)形成所述响应信号(SR)；和/或
-直接或间接地检测所反射的测量束的偏转。
33.根据前述权利要求28至32中任一项所述的方法，其特征在于，
以第一频率对所述激发束进行周期性振幅调制，以及确定所述响应信号相对于所述第一频率的频率偏移，以及基于多普勒效应确定所测量的材料的运动速度。
34.根据前述权利要求28至33中任一项所述的方法，其特征在于，
根据在所述材料中识别的物质浓度，激活用于将物质递送至所述材料中的定量装置，具体地激活用于将物质传送至患者体内的定量装置，和/或输出声学和/或可见信号，和/或信号经由无线连接传送至处理装置。
用于分析材料的装置和方法
[0001] 本知识产权涉及用于分析材料的装置和方法。在用于测量葡萄糖或血糖的一个实施方式中，此处描述的装置和此处描述的过程可用于例如分析动物或人体组织。
[0002] 已知的用于分析材料的方法，具体地用于测量血糖的方法在下列出版物中进行了描述，例如：
[0003] -Guo等人的“人皮肤中的无创葡萄糖检测-使用波长调制的差分激光光热辐射度量学(Noninvasive glucose detection in human skin-using wavelength modulated differential laser photothermal radiometry)”，生物医学光学期刊(Biomedical Optics Express)，2012年第3卷第11期；
[0004] -Uemura等人的“通过傅里叶变换红外光谱分析的唇粘膜中的无创血糖测量：硫族化物光纤系统的应用(Non-invasive blood glucose measurement by Fourier transform infrared spectroscopic analysis through the mucous membrane of the lip:application of a chalcogenide optical fiber System)”，前端医学生物工程(Front Med Biol Eng.),1999；9(2):137-153；
[0005] -Farahi等人的“使用量子级联激光器的泵探查光热光谱(Pump probe photothermal spectroscopy using quantum cascade lasers)”.J.Phys.D.Appl,2012；
以及
以及
[0006] -M.Fujinami等人的“使用基于光热光谱学的全内反射-光束偏转对液体/液体界面处的分子的高灵敏度检测(Highly sensitive detection of molecules at the liquid/liquid interface using total internal reflection-optical beam deflection based on photothermal spectroscopy)”，科学仪器的评述
(Rev.Sei.Instrum)，2003年第74卷第1期；
(Rev.Sei.Instrum)，2003年第74卷第1期；
[0007] -(1)von Lilienfeld-Toal,H.Weidenmüller,Xhelaj,A. W.，通过中红外光谱的无创葡萄糖测量的新方法：量子级联激光器(QCL)与光声检测振动光谱的结合(A Novel Approach to Non-Invasive Glucose Measurement by Mid-Infrared
Spectroscopy:The Combination of Quantum Cascade Lasers(QCL)and Photoacoustic Detection Vibrational Spectroscopy)，38:209-215,2005；
Spectroscopy:The Combination of Quantum Cascade Lasers(QCL)and Photoacoustic Detection Vibrational Spectroscopy)，38:209-215,2005；
[0008] -(2)Pleitez,M.von Lilienfeld-Toal,H. W.，利用FT-IR光谱和脉冲量子级联激光器(QCL)对体外和体内的人体间质液进行红外光谱分析：建立无创葡萄糖测量的新方法(Infrared spectroscopic analysis of human interstitial fluid in vitro and in vivo using FT-IR spectroscopy and pulsed quantum cascade lasers(QCL):
Establishing a new approach to non-invasive glucose measurement)，光谱化学学报，A部分-分子和生物分子光谱，85:61-65,2012；
Establishing a new approach to non-invasive glucose measurement)，光谱化学学报，A部分-分子和生物分子光谱，85:61-65,2012；
[0009] -(3)Pleitez,M.等，通过中红外脉冲光声光谱对人表皮葡萄糖浓度进行体内无创监测(In Vivo Noninvasive Monitoring of Glucose Concentration in Human Epidermis by Mid-Infrared Pulsed Photoacoustic Spectroscopy)，分析化学,85:
1013-1020,2013；
1013-1020,2013；
[0010] -(4)Pleitez,M.Lieblein,T.Bauer,A.Hertzberg,O.von Lilienfeld-Toal,H.W.用于人体表皮体内中红外光谱的无窗超声波光声单元：通过由皮肤接触所引起的空气压力、温度和湿度的变化的低干扰，为间质液中的葡萄糖检无创监测提供了可能(Windowless ultrasound photoacoustic cell for in vivo mid-IR spectroscopy of human epidermis:Low interference by changes of air pressure,temperature,and humidity caused by skin contact opens the possibility for a non-invasive monitoring of glucose in the interstitial fluid)，科学仪器的评述(Review of Scientific Instruments)，84,2013；
[0011] -(5)M.A.Pleitez Rafael,O.Hertzberg,A.Bauer,M.Seeger,T.Lieblein,H.von Lilienfeld-Toal和W. 通过全内反射增强的光热偏转实现人体表皮中的无创葡萄糖监测(Photo-thermal deflectometry enhanced by total internal reflection enables non-invasive glucose monitoring in human epidermis)，分析(The
Analyst),2014年11月。
Analyst),2014年11月。
[0012] 本发明的目的是具体说明一种装置，使用该装置，可以特别简单且成本有效地分析材料，具体地分析动物或人体组织或组织的成分或组成部分。
[0014] 对德国专利DE 10 2014 108 424 B3进行引用，具体引用该专利的内容，且本申请延伸了该专利的内容；通过本文中进行的这种明确引用，德国专利DE 10 2014 108 424 B3的全部内容因此还被认为是本申请的公开的部分(对于该公开的所有细节“通过引用并入”)。具体地，这种引用涉及授权的专利权利要求中给出的所有特征。另外，该引用具体涉及其中提及的激发光束的细节，例如，涉及其中引用的脉冲频率和波长(波长范围)的数值，并且还涉及与间质液中葡萄糖含量的测量有关的细节。
[0015] 除了在提交时直接和明确提及的权利要求和示例性实施方式的主题之外，本PCT产权申请还涉及其它方面，这些方面列于本说明书的末尾。这些方面可以与提交时所引用的权利要求的特征单独地或成组地进行组合。这些方面，无论是单独的还是彼此结合的或与权利要求的主题结合的，都代表独立的发明。申请人保留日后使这些发明成为权利要求的主题的权利。这可以在该申请的情况中进行，或在后续分案申请、继续申请(在美国)、部分继续申请(在美国)或要求该申请的优先权的后续申请的情况中进行。
[0016] 然而，在下文中，将首先讨论在提交时提及的权利要求的主题。
[0017] 提供了用于分析材料的装置，该装置具有：用于产生至少一个电磁激发束(具体地，具有至少一个激发波长的激发光束)的激发传输装置；用于检测响应信号的检测装置；以及用于基于所检测的响应信号分析材料的装置。
[0018] 该装置的主要优点在于其可用于以非常简单和可靠的方式来分析材料的事实。
[0020] 在该装置的示例性实施方式中，提供的是：
[0022] -该装置具有光学介质，光学介质与材料直接接触，具体地与材料的表面的第一区域直接接触，
[0023] -其中，激发传输装置优选地布置成使得发射的激发束穿入该光学介质并在光学介质的表面上的预定点处再次退出光学介质，以及
[0024] -该装置包括用于发射测量束(具体地，测量光束)的系统，该系统布置成使得发射的测量束穿入光学介质中，以及其中，在操作中，测量束和激发束优选地在光学介质和材料表面的界面处重叠，测量束在所述界面处发生反射，以及
[0025] -检测装置是用于接收形成响应信号的反射的测量束的装置，和/或用于直接或间接地检测反射的测量束的偏转的装置。
[0026] 优选地，该装置具有光学介质，该光学介质与材料直接接触，具体地与材料表面的第一区域直接接触，在一个实施方式中与人的皮肤直接接触，其中，为了检测响应信号，检测装置具体地在邻近于第一区域的区域中检测光学介质的参数变化作为响应信号的结果，具体地，将光学介质的变形和/或密度变化作为局部的、时间依赖的加热的结果。光学介质可以包括光学上透明的材料或对红外辐射或紫外辐射透明的材料，通常对激发束和测量束透明的材料，诸如玻璃、晶体、硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)、锗(Ge)、硅(Si)和金刚石或透明塑料，在一个实施方式中可以包括聚乙烯。响应于热量从待分析的材料或从材料的物质至光学介质的传送或传递的局部加热导致了其中的变化，例如，材料变形或热应力或折射率的局部变化，这些都是可检测的。
[0027] 在一个实施方式中，材料可以是活生物体的组织，具体地人的组织，其中，材料表面可以是皮肤。因此，组织中的物质可以进行分析或测量。
[0028] 还可以提供的是，检测装置具有作为用于检测应力、变形和/或密度变化的检测器的压电元件，该压电元件连接至光学介质或集成到光学介质中。
[0030] 优选地，该装置具有用于激发光束的强度调制的系统。
[0031] 优选地，该检测装置适于根据激发光的波长和/或激发光的强度调制检测时间依赖的响应信号。
[0032] 还可以提供的是激发传输装置将至少一个电磁激发束辐射至材料的位于材料表面的第一区域下面的容积中。
[0033] 特别优选地，该激发传输装置包括两个或更多个传输元件，传输元件具体为一维、二维或多维的传输元件阵列形式。因此，其可实施为传输元件的表面阵列，或实施为传输元件带(在一个实施方式中，实施为半导体激光器阵列或QCL阵列，其中，QCL代表量子级联激光器)。
[0034] 还可以提供的是两个或更多个传输元件各自均产生其自己的电磁激发束，并将其电磁激发束辐射至第一区域下面的容积中。不同的激发束还可以依次地发射，或至少部分地同时发射。不同的传输元件还可以同时以不同的调制频率进行操作。
[0035] 优选地，两个或更多个传输元件的电磁激发束的波长是不同的。优选地，波长选择成使得待分析的材料中的待检测的物质特别好地吸收这些波长的辐射。另外地或可替代地，波长或波长范围还可以选择为待检测的物质不吸收但是由其它物质吸收(所谓的宽容波长)，以使待分析的物质与其它物质区分开。
[0036] 在一个实施方式中，激发传输装置包括两个或更多个激光器，具体为一维或二维激光器阵列形式，其中，激光器元件的多个行可以一个接一个地偏移交错和布置以节省空间，在一个实施方式中以激光器带和/或两个或更多个发光二极管的形式布置，具体为一维或二维二极管阵列形式，在二维阵列或带的一个实施方式中，以深度交错的方式并相对于彼此偏移地布置。阵列的输出束可具有各自的束轴线，对于每个束元件，束轴线紧密地并拢或平行，或者阵列的输出束可通过已经集成的光学器件集而具有相同的束轴线。
[0037] 关于该装置的结构，可以提供的是激发传输装置直接或间接地-优选地通过调节装置-机械固定地连接至光学介质，其中，光学介质与材料直接接触，具体地与材料表面的第一区域直接接触。因而，激发传输装置可早在制造阶段的时候或至少在部署之前相对于光学介质对准和固定。
[0038] 出于安装和/或对准或调节检测装置的元件和/或激发传输装置的目的，光学介质可具有至少一个内置的凸起部和/或凹入部，诸如桥部、台肩部、安装在其上的半球部、安装的块状部、锥形部或钻孔、槽、中空部或其它凹部，上文提及的元件(检测装置的元件和/或激发传输装置)可放置在该凸起部和/或凹入部上或放置在其中、可搁置在其上或可与其对准或固定。还可能的是，对准的配合表面通过机械加工或铸造过程形成在光学介质上。
[0039] 关于用于强度调制的装置，可以提供的是其包括电子或电机械调制装置，该电子或电机械调制装置电连接至激发传输装置，以及具体地电子控制激发传输装置，或者用于强度调制的装置由这种电子或电机械调制装置形成。调制装置可以产生强度调制的激发束，在一个实施方式中为周期性强度调制激发束，还例如矩形脉冲、锯齿形函数或正弦波函数或其它周期性函数形式。
[0040] 可替代地或另外地，用于强度调制的装置可包括布置在束路径中的至少一个受控的镜子，通过控制该至少一个镜子，激发束的强度可通过偏转进行调制。
[0041] 可替代地或另外地，用于强度调制的装置可包括至少一个层，该至少一个层布置在束路径中且其透明度是可控制的，或者用于强度调制的装置可由这种层形成。因而，调制元件可设计成传输元件的形式，其中，该传输元件的传输是受控制的。调制元件可从一个光束产生多个空间上分开的光束。在一个实施中，还可以提供的是样品的表面可使用调制元件进行扫描。在一个实施方式中，可以一起控制调制元件和光源/激光源的阵列。
[0042] 在一个实施方式中，用于发射测量束(具体地，测量光束)的装置设置为用于将测量束发射至光学介质的、与材料表面的第一区域接触的特定区域。
[0043] 在一个实施方式中，检测装置和用于发射测量束的装置彼此对准，使得在该束在光学介质与材料相接触的界面处已反射至少一次之后，检测装置检测测量束作为时间依赖的响应信号，其中，光学介质具体地与材料表面的第一区域相接触。
[0044] 为了便于组装，如果检测装置和/或激发传输装置和/或用于发射测量束的装置直接固定地机械连接至光学介质和/或通过一个或多个光纤电缆联接至光学介质，这是有利的。
[0045] 光学介质直接支承成像光学器件和/或成像光学器件集成到光学介质中的实施方式是可能的。
[0046] 另外，可设想这样的实施方式：光学介质的表面具有朝向彼此倾斜的多个部分表面，在这些表面处测量束(具体地，测量光束)发生多次反射。
[0047] 还可以提供这样的实施方式：光学介质中或光学介质上设置有用于反射测量束(具体地，测量光束)的一个或多个镜面。
[0048] 为了紧凑的设计，可设想激发传输装置和/或检测装置和/或用于发射测量束的装置直接附接至彼此或附接至公共的支承部。在一个实施方式中，各种装置可通过焊接或胶粘或通过螺杆或咬合连接固定至支承部，其中，在组装期间或稍后的时候，通过调节螺杆或其它机械调节装置提供调节设施。具体地，检测装置和/或用于发射测量束的装置应或能够相对于彼此容易地对准。因而，将这两个装置直接地附接至光学介质是很有用的。给出测量束的合适引导的检测装置和/或用于发射测量束的装置还可以彼此相邻地布置在光学介质的相同侧上或公共支承部上，在一个实施方式中它们附接至公共印刷电路板或公共半导体，或实施为公共的集成半导体装置，在一个实施方式中实施为公共的集成半导体部件。因此，在具体实施方式中，即使没有进一步改变检测装置和/或用于传送测量束的装置之间的相对位置，该支承部也可相对于光学介质作为整体进行调节。
[0049] 支承部优选地由印刷电路板、金属板或塑料板或装置的壳体或装置壳体的部分形成。
[0050] 还可以提供的是激发传输装置包括集成的半导体装置，该集成的半导体装置具有一个或多个激光器元件和至少一个微光学部件以及优选地具有附加调制元件。在一个实施方式中，上文提及的元件可以共同从一个半导体坯料蚀刻制造，或至少容纳在公共壳体中。
[0051] 还可以提供的是调制元件具有至少一个元件，具体为镜子，该至少一个元件可相对于其余的半导体装置移动且其位置是可控制的。这可通过MEMS装置进行控制。
[0052] 还可以提供的是调制元件具有其辐射磁导率是可控制的层。
[0053] 还可以提供的是调制元件具有用于调制一个或多个激光器元件的电子控制电路。在一个实施方式中，调制元件可构造成使得其通过干涉、相位偏移/路径偏移或偏振过滤装置或其它已知的调制机构，以时间依赖的方式改变激励束。
[0054] 一个或多个微光学部件可以是集成到半导体部件中或由半导体部件以相减过程(具体地通过蚀刻)制成的镜子或透镜。
[0055] 描述的用于分析材料的装置可确定物质浓度的测量值，在一个实施方式中物质浓度为葡萄糖浓度。该装置可具有与用于显示测量值及其分析的装置的接口，例如通过用于装置用户的颜色代码，和/或可具有与用于可分配至材料中的物质的定量装置的接口，该材料具体为组织，或更通常地为生物体的躯体。该装置还可直接地包括这种定量装置。在这种情况下，该装置还可具有用于检测或分析材料表面的系统，在一个实施方式中材料表面为皮肤表面或在另一实施方式中材料表面为生物的眼表面或虹膜，该系统能够基于与参考数据的比较来识别人或生物，并因而可用来确保为材料的分析和定量装置的控制提供合适的参考值和/或校准值。材料表面的确定的特征值，在一个实施方式中该材料表面为指纹或眼睛虹膜的结构，除了例如与数据库对比来识别和鉴定人之外，还可用于对状态值的通信进行加密以及控制加密的或未加密的定量装置，材料表面的确定的特征值原则上可来源于数据库。在一个实施方式中，定量装置可配备有传感器以确定待分配的物质的填充水平，诸如在一个实施方式中该物质为胰岛素和/或胰高血糖素，以及可具有用于将填充水平传送至用于材料分析装置的装置和/或直接传送至数据库的装置。
[0056] 另外，该装置可具有接口，在一个实施方式中可具有对数据库的无线电接口，测量值可发送至该数据库且数据库可处理数据。数据库可通过处理和存储来自多个患者的数据的方式产生，即，在一个实施方式中其还有来自用于分析材料的多个类似装置的数据，以及在一个实施方式中其还控制用于分配物质的各个定量装置。数据库还可进一步处理与所分析的材料有关的测量数据并确定所推导的分析结果，诸如材料数量或浓度、血糖值或患者的其它生理值的第一时间导数和第二时间导数、最小偏差、最大偏差、标准偏差、值的任何趋势，将它们进行比较并由它们推导信号，在一个实施方式中推导的信号还包括报警信号。在一个实施方式中，定量装置的填充水平还可由数据库进行检测和处理，以确定填充水平的时间范围或再填充的需要，以及直接将信号发送至患者的装置或服务设施。出于该目的，数据库可连接至服务设施中的通信装置，在一个实施方式中为医院中或医疗实践中的通信装置。出于从数据库发送数据和/或将数据发送至数据库的目的，在一个实施方式中，该装置可通过无线电链路连接至移动装置或传呼机，在一个实施方式中无线电链路为蓝牙、或WLAN或Wifi或其它传输方法。该装置还可以直接配备有WLAN接口和因特网客户。
[0057] 主题还涉及用于分析材料的方法，其中，在该方法中，利用激发传输装置，通过激光源的多个激光发射器的连续操作或至少部分地同时操作，产生具有至少一个激发波长的至少一个电磁激发束，使用检测装置检测响应信号，以及基于所检测的响应信号对材料进行分析。在该方法中，材料中的热扩散率和响应信号的临时演变或波形可用于表征材料的性质或材料中的物质的空间分布，或表征吸收激发束的深度。
[0058] 在一个实施方式中，可以提供的是，使用激发传输装置的不同调制频率，可以连续地确定响应信号，具体为瞬时响应信号波形或图案，以及不同调制频率下的多个响应信号波形或图案可以彼此结合，以及具体地，由此获得表面下的深度范围的具体信息。
[0059] 还可以提供的是，对于不同波长的激发束，在不同的调制频率下确定响应信号波形或图案，并且具体地由此获得表面下的每个深度范围的具体信息。当同时使用泵束的多个调制频率时，可能的是，例如使用合适的分析方法(例如，傅里叶变换)将检测到的信号解析为其频率；FT将仅过滤出与期望的频率相对应的信号。
[0060] 还可以提供的是，光学介质进入与材料直接接触，具体地与材料表面的第一区域直接接触，使用激发传输装置产生以及具体地发射所发射的激发束，使得激发束穿入光学介质以及在光学介质表面上的预定点处再次从光学介质退出，使用用于发射测量束的装置产生测量束，具体地测量光束，使得该束穿入光学介质，以及具体地在操作中，测量束和激发束在光学介质和材料表面的界面处重叠，在所述界面处测量束发生反射，以及测量形成响应信号的所反射的测量束，和/或使用检测装置直接或间接地检测反射束的偏转。
[0061] 该方法的一个方面聚焦于对材料表面的下面的所选深度范围上(与材料表面的距离间隔)的响应信号的测量。热波长d对使用该方法测量的深度范围具有最大的影响。其限定为d＝√(D/(π*f))，其中，D是样品(此处，例如为皮肤)的热扩散率以及f是激发束的调制频率。
[0062] 关于皮肤的热扩散率的文献：
[0063] -U.Werner，K.Giese，B.Sennhenn，K.Piamann和K. “通过研究热波传播测量人表皮的热扩散率(Measurement of the thermal diffusivity of human epidermis by studying thermal wave propagation)”，Phys.Med.Biol.37(1),21-35(1992)；
[0064] -A.M.Stoll.，生物技术中的热传递(Heat Transfer in Biotechnology)，热传递发展(Advances in Heat Transfer)的卷4，J.P.Hartnett和T.Irvin，eds.(纽约，大学教师，1967)，第117页。
[0065] 在一个实施方式中，为了消除来自材料的最顶层的响应信号，在顶层中的测量与其它更深的层相比或多或少缓慢地改变的情况下，可以使用与先前的测量相比较的测量中的变化。
[0066] 该可以是在测量人皮肤的实施方式中的情况，其中，皮肤的最顶层与较低层实际上不进行交换，因此生理参数变化很小。测量的时间导数还可以应用于提供响应信号，以排除来自皮肤的最顶层的信号。因而，测量或至少评估可限制于或集中于皮肤中的间质液。
[0067] 还可以提供的是，根据在材料中所识别的物质浓度，对用于分配物质的定量装置，具体地对用于将物质分配至患者体内的定量装置进行控制，和/或输出声学和/或可见信号和/或信号经由无线连接输出至处理装置。在这种情况下，除了当前确定的测量之外，测量值的瞬时发展或演化、测量值的导数、测量的平均值、用于测量值的最大偏差、最小偏差、标准偏差和预限定的阈值可以考虑在内以及与当前的测量值相结合。在一个实施方式中，处理装置可以是数据库或连接至数据库，该数据库收集和处理来自多个患者的数据。数据库可直接连接至该装置的控制系统，或远离该装置的控制系统且经由通信接口连接至该装置的控制系统。
[0068] 当操作定量装置时，具体地用于胰岛素的定量装置时，为了获得增大的安全性，可以提供的是，这是在局部操作的或在预设标准程序的控制下从数据库操作的，其中，预设标准程序在指定时间或可指定的时间具有预选数量的输送，以及通过上文描述的装置，可确定与预设输送值的有意义的偏差，该偏差用于校正和改进定量装置的控制。以这种方式，即使在装置出现故障的情况下，也保证了定量装置的正常操作或应急操作。
[0069] 图1至图13示意性示出该装置的不同元件以及在不同实施方式中的一些情况下该装置的元件。
[0070] 图1示出用于分析材料101的装置10的示例性实施方式。材料101优选地直接放置在光学介质108上，其中，光学介质108可设计为光学透明的晶体或玻璃体。用于分析材料101的装置用于例如测量流体中(诸如在一个实施方式中该流体为血液)的葡萄糖或血糖含量，以及用于生成葡萄糖或血糖水平指示BZA。
[0071] 该装置包括激发传输装置100，激发传输装置100用于将一个或多个电磁激发束SA发射至容积103，其中，电磁激发束SA优选地为具有一个或多个激发波长的激发光束形式，容积103在材料表面的第一区域102之下定位在材料101中。为了简便，激发传输装置100在下文中还称作为“激发光源”100。激发光源100可以是波长可调的激光器，具体为可调的量子级联激光器；如下文将说明的，优选地是使用光源带或具有至少两个单发射器的光源阵列，具体地半导体激光器，该光源带或光源阵列中的每个均发射指定的独立波长。
[0072] 另外，设置了用于强度调制一个或多个激发光束SA的装置104，优选地，其由用于激发光源(具体地，用于控制激发光源)的调制装置形成，和/或由布置在束路径中的至少一个受控制的镜子形成和/或由布置在束路径中且透明度可控的层形成。
[0073] 另外，该装置具有用于发射电磁测量束112(具体地，测量光束)的系统105，其中，电磁测量束112在材料101与光学介质108之间的界面GF处发生反射，优选地全反射。
[0074] 检测装置106用于检测所反射的测量束112，所反射的测量束112形成时间依赖的响应信号SR；如以下将通过示例更加详细说明的，响应信号SR的幅度受激发光SA的波长和激发光SA的强度调制的影响。
[0075] 测量信号的幅度取决于激发束的波长、样品的吸收特性和热特性，具体地样品和光学元件的热扩散性和导热性。另外，热信号从样品耦合到光学元件也起到一定的作用。
[0076] 用于分析材料的装置107评估检测到的响应信号SR，以及在一个实施方式中生成葡萄糖或血糖水平指示BZA。
[0077] 下文中，将更详细地描述在待分析的材料101为人体组织或动物组织的情况下根据图1的装置10的操作以及鉴于此的用于分析材料101的方法的示例，并且作为材料分析的部分，将确定葡萄糖或血糖水平指示BZA。
[0078] 电磁测量束112(其优选为可见光波长范围内的光束或红外光束)利用装置105辐射至光学介质108中；该测量束112冲击组织表面的第一区域102之下的界面GF。在界面GF处，测量束112发生反射并到达检测装置106，检测装置106测量所反射的测量束112。
[0079] 同时，激发光源100产生一个或多个激发束SA，优选为红外束。红外束的波长优选地处于3μm和20μm之间的范围内，特别优选地处于8μm和11μm之间的范围内。
[0080] 激发束SA使用用于强度调制的装置104进行了强度或振幅调制。在一个实施方式中，利用用于强度调制的装置104优选地以1kHz和1MHz之间的脉冲频率或利用脉冲群(两倍调制或多重调制)优选地以l kHz至10kHz的包络频率产生短光脉冲。
[0081] 调制的激发束SA耦合至光学介质108中，并在穿过界面GF之后到达组织内的容积103中。
[0082] 考虑到此处说明的血糖测量的示例，激发束SA的波长优选地选择为使得激发束SA被葡萄糖或血糖显著地吸收。，下列红外波长特别适合用于测量葡萄糖或血糖(真空波长)：8.1μm、8.3μm、8.5μm、8.8μm、9.2μm、9.4μm和9.7μm。另外，可使用耐葡萄糖的波长，耐葡萄糖的波长不被葡萄糖吸收，以识别存在的其它物质并允许排除它们对测量的影响。
[0083] 由于激发束SA在容积103区域中的组织中的吸收，引起局部温度上升，这会触发热传递以及从而触发界面GF方向上的压力波；由于在界面GF处产生温度和压力波动，对区域102和/或界面GF的反射区域中的折射率和/或变形、微结构和反射行为进行了调制，并且影响了测量束112的束路径。
[0084] 例如，如果假设在没有激发束SA的情况下，系统105与检测装置106之间的对准是最佳的且由检测装置106检测到最大接收功率，然后由于激发束SA在容积103的区域中的吸收以及由于热输送和压力波，幅度方面的(至少临时的)变化或在周期性调制的情况下，可感应所反射的测量束112的相位，或可能出现所反射的测量束112的强度调制。强度调制的程度取决于激发束SA的波长(因为组织中的必要吸收)和激发束SA的脉冲频率(由于在界面GF的方向上来自组织内部的温度输送和压力波)以及样品和介质的热特性。
[0085] 测量束112的反射中的变化和/或响应信号SR的时间依赖变化由检测装置106定量地获取，以及检测结果D到达装置107。
[0086] 基于先前进行的校准或比较测量，在一个实施方式中这些校准或测量以对照表或对照曲线的形式存储在装置107的存储器107a中，可推导出组织内或容积103内的葡萄糖或血糖的当前浓度，并且可产生对应的葡萄糖或血糖指示BZA。对照表或对照曲线例如可以已经基于葡萄糖或血糖水平生成，其中，葡萄糖或血糖水平基于血液样品进行确定。
[0087] 下面参照图2至图10描述用于分析材料101的装置10的特别优选的实施方式和变型。
[0088] 如图2中所示，用于发射一个或多个激发光束的激发传输装置100可设计为阵列。该阵列具有至少5个，有利地至少10个，更加有利地至少15个或至少50个或100个可单独控制的发射器100a，以用于待分析的材料的吸收光谱中的单色光。
[0089] 阵列优选地产生具有单色光的束，该单色光具有一个或多个以下波长，特别优选地具有以下所有波长(真空波长)：8.1μm、8.3μm、8.5μm、8.8μm、9.2μm、9.4μm和9.7μm，以及如果期望的话，另外还具有耐葡萄糖的波长。
[0090] 如图1中所示，检测装置106和用于发射测量光束112的装置105可以与光学介质108分开布置。考虑到最小空间需求和最小安装作用力，如图3所示，如果检测装置106和用于发射测量光束112的装置105直接安装在光学介质108上，优选地安装在光学介质108的相对的表面部分108a和108b上，认为这是有利的。
[0091] 可以提供的是，激发装置/激发光源100永久地直接机械连接至光学介质108或通过调节装置109连接至光学介质108。调节装置109优选地允许调节激发光源100与光学介质108的距离，和/或在束纵向方向上进行调节和/或在与其垂直的平面中进行调节(见图4)。
[0092] 如图3、图4、图6、图7和图8中所示，装置105可设置成用于将测量光束112发射至光学介质108与材料表面的第一区域102相接触的区域中。这种布置允许测量光束112以平角进行辐射以及允许在光学介质108与材料101的界面处的全内反射。
[0093] 通过以平(小)角(向样品表面)注入辐射，可以使蜃景(mirage)偏转(类似于已知的光热“弹跳方法”)更有效，同时可以减小变形引起的测量束的偏转。在一个实施方式中，样品表面与测量束之间的角度可选择为小于20度，小于10度，具体地小于5度，更具体地小于2度或1度，以利用这种效应。
[0094] 反之，通过以较陡的(较大的)角度(向材料表面)提供辐射，通过类比已知的光热“弹跳法”，可以使偏转更有效，同时可以减小与测量束的偏转相关的蜃景效应。在一个实施方式中，材料表面与测量束之间的角度可选择为大于20度，大于30度，具体地大于45度，更具体地大于60度或70度，以利用这种效应。
[0095] 参见相关的文献：
[0096] -M.Bertolotti，G.L.Liakhou，R.Li Voti，S.Paolino和C.Sibilia，表面反射主题中光热偏转技术的分析：理论与实验(Analysis of the photothermal deflection technique in the surface refection theme:Theory and Experiment)，应用物理学报(Journal of Applied Physics),83,966(1998)。
[0097] 用于发射测量光束112的装置105和/或用于检测测量光束112和/或响应信号SR的检测装置106，可以以支承性方式直接地或通过调节装置机械连接至光学介质108，和/或通过一个或多个光纤电缆120联接至光学介质108。
[0098] 如图6中所示，还可以提供的是，光学介质108直接支承透镜或其他反射或折射器件形式的成像光学器件128和/或成像光学器件129(在每种情况下)，和/或成像光学器件集成到光学介质108中。然而，成像光学器件还可以例如以透镜或其它反射或衍射元件的形式(如果这些设计为集成部件和/或半导体部件)集成到激发传输装置或用于产生测量束的装置中。在一个实施方式中，成像光学器件可由相同的半导体元件通过蚀刻相减地形成为相应的集成电路，该集成电路具有用于激发束或测量束的辐射源。
[0099] 如图7中所示，还可以提供的是，光学介质108的表面具有朝向彼此倾斜的多个部分面110、111，测量光束112在该多个部分面110、111处发生多次反射或折射。
[0100] 如图3中所示，还可以提供的是，光学介质108中或光学介质108上设置有用于反射测量光束112(以及因而响应信号SR)的一个或多个镜面113、114。这些镜面可由光学介质108内的非均质形成或由其外表面形成，或通过例如金属或金属包覆的镜元件形成，其中，金属或金属包覆的镜元件集成/装配/铸造或安装在光学介质中或光学介质上。这使测量光束112的光学路径在光学介质108中延伸，直到其进入检测装置106中，使得在介质108表面与材料表面的第一区域102相接触的区域处发生发射的情况下，增大光学介质108内测量光束112的依赖响应信号的偏转。因此，该偏转可在检测装置106中检测为绝对偏转。
[0101] 检测装置106可具有多个光学敏感表面(诸如光学敏感半导体二极管)或连接器本体119(图5)中的多个错开的开口116、117、118，各个光纤电缆120在这些表面或开口处终止(图4)，测量光束112的光根据其偏转耦合到这些光学敏感表面或开口中。光纤电缆120然后连接至连接器本体119，并将光引导至布置在光纤电缆120的端部处的检测装置106的部分(图4)，其中，连接器本体119可固定至光学介质108。然后，连接器本体119以与光纤电缆120相同的方式也成为用于检测测量光束的检测装置106的部分。
[0102] 为了完整起见，应注意的是，激发传输装置还可以将激励作为整体或通过一个或多个光纤电缆逐段地发送至材料表面，以及在一个实施方式中，激发传输装置可直接联接至一个或多个光纤电缆，该一个或多个光纤电缆联接至光学介质。
[0103] 如图8中所示，还可以提供的是，激发传输装置100、检测装置106和用于发射测量光束112的装置105直接附接至彼此或附接至公共支承部121。该支承部可由塑料部分、印刷电路板或金属板形成，该支承部安装在壳体122中。因此，在一个实施方式中，在图8中形成为具有U形剖面的支承部可至少部分地包围光学介质108。光学介质可附接至支承部并相对于支承部进行调节。
[0104] 该支承部还可由壳体122本身或壳体部分形成。
[0105] 还可以提供的是，具有壳体122的装置可紧固至人体123，其中，用于发射一个或多个激发光束SA的激发传输装置100、用于发射测量光束112的装置105和用于检测时间依赖的响应信号SR的检测装置106布置和配置成：使得该装置的适于执行测量的侧(具有对激发辐射透明的测量窗口)定位在该装置的背离本体的侧上，从而可在壳体122的背离本体123的侧124上对待分析的材料进行测量。与此相关，图8示出壳体122通过属于壳体123的带状件125附接至人体123，在一个实施方式中带状件125为手腕上的手链形式。在手腕的相对侧124上，壳体然后具有对激发光束SA透明的窗口，或光学介质108直接装配至壳体的外向侧
124，并且光学介质108本身形成壳体的一些部分的表面。
124，并且光学介质108本身形成壳体的一些部分的表面。
[0106] 如图8中所示，由虚线示意性示出的指尖126然后可放置在光学介质108上并进行测量。
[0107] 光学介质108可通过与支承部121相同的方式附接在壳体122内，或直接附接至壳体122。光学介质108还可直接连接至支承部121，其中，应为支承部121相对于光学介质的相对定位设置调节装置127。
[0108] 还可设想，将激发光源100、装置105和检测装置106或甚至这些元件中的仅一个或两个直接附接至光学介质108以及其它一个或多个元件附接至支承部121。
[0109] 通过光学介质108和/或通过壳体122中的光学窗口，可测量材料表面或放置的指尖126的其它参数，诸如在一个实施方式中的指纹。出于该目的，在壳体中，例如相机形式的光检测器130可紧固至支承部121，该光检测器130通过光学介质108记录材料表面的数字图像。该图像在处理单元107内进行处理，以与通过检测装置106测量信息一样，处理单元107可直接连接至检测装置且还可连接至激发传输装置。处理装置还可执行用于测量的控制任务。其也可以与该装置的其余部分至少部分地分开和远离，并通过无线连接与它们通信。
[0110] 因此，来自相机130的图像数据还可在壳体内进行处理，或经由甚至壳体外部的无线电链路进行处理，并且与个人身份数据库进行比较，以检索所识别的人的校准数据。
[0111] 这种类型的校准数据还可存储在数据库中用于远程检索，在一个实施方式中为云端。来自检测装置106的测量数据还可在壳体内和外部进行进一步的处理。
[0112] 如果数据是在壳体外部处理的，则产生的数据应优选地通过无线电发送回壳体内的装置，以在那里进行显示。
[0113] 在这两种情况下，壳体122上可设置有显示器，其中，有利地是该显示器可通过光学窗口读取，以及在一个实施方式中在某种程度上还可通过光学介质读取。该显示器还可通过光学窗口将光学指示器投射到显示表面上，以及为了该目的可具有投影装置。在一个实施方式中，该显示器可用于显示测量或分析结果，具体地葡萄糖浓度。在一个实施方式中，该信息可经由符号或颜色代码进行输出。通过显示器或与显示器类似的信号传递装置，在一个实施方式中，根据其它患者参数(例如，胰岛素校正因子)可提出胰岛素剂量的建议，或信号可自动地传送至胰岛素泵形式的定量装置。
[0115] 图9示出具有控制器132的调制装置，该调制装置以调制的方式激活激发传输装置。控制器132和用于测量光束的检测装置106两者均连接至评估装置107。
[0116] 图10示出激发光源100，在激发光源100的前部布置有由MEMS(微机电系统)135驱动的镜装置，该镜装置具有一个或多个微镜133、134，诸如根据光学图像投影技术已知的那些，这些镜子用于激发光束在偏转方向136上的偶尔偏转。
[0117] 图11示出激发光源100，在激发光源100的前部，具有可通过控制装置137控制的传输部的光学层138布置在在激发光束中，在一个实施方式中该光学层138具有LCD单元。
[0118] 本产权申请(如上文已提及的)除了权利要求的主题和如上所述的示例性实施方式之外，还涉及以下方面。这些方面在每种情况下均可与权利要求的特征单独地或成组地进行组合。另外，无论是单独的还是彼此结合的或与权利要求的主题结合，这些方面都表示独立的发明。申请人保留日后使这些发明成为权利要求的主题的权利。这可以在该申请的上下文中进行，或在后续分案申请或要求该申请的优先权的继续申请的上下文中进行。
[0119] 1)用于分析本体中的材料的方法，该方法包括：
[0120] -穿过本体表面的第一区域发射具有一个多个特定激发波长的激发光束，
[0121] -以一个或多个频率对激发光束进行强度调制，具体地连续地调制，通过不同于机械调制盘的部件调制，具体地通过激发光源的电子激活、用于用作为激发光源的激发激光器的共振器的调节装置、或可移动镜装置、可控制的衍射装置、联接至电机(诸如，步进电机)或MEMS的遮光器或镜装置、或束路径中的层进行调制，其中，束路径中的层的传输是可控制的，
[0122] -通过位于本体外部的检测器，以时间分辨的方式检测响应信号，该响应信号可归因于本体内激发光束的波长依赖性吸收的效应。
[0123] 在一个实施方式中，调制可通过干涉来执行或通过影响激发传输装置的辐射相位或偏振来执行，特别是如果其包括激光装置的话。
[0124] 2)根据方面1所述的方法，其特征在于，激发光束由多个发射器或多发射器产生，具体为激光器阵列的形式，该多个发射器或多发射器同时地或顺序地发射具有不同波长的光，或以任意的脉冲图案发射具有不同波长的光。
[0125] 3)根据方面1或2所述的方法，其特征在于，在本体表面的第一区域上，通过声传感器检测声响应信号。
[0126] 4)根据方面1至3中任一项所述的方法，其特征在于，通过红外辐射传感器，具体为热电偶、辐射热测量计或半导体检测器(例如量子级联检测器)，在本体表面的第一区域上检测响应信号。
[0127] 5)根据方面1至4中任一项所述的方法，包括以下步骤：
[0128] -产生光学介质与材料表面的接触，使得光学介质的表面的至少一个区域与本体表面的第一区域相接触；
[0129] -将具有激发波长的激发光束发射至材料中的、定位在表面的第一区域下面的容积中，具体地，通过光学介质的表面的、与材料表面的第一区域相接触的区域，
[0130] -使用光学测温方法测量光学介质的表面的第一区域中的温度，
[0131] -基于根据激发光束的波长所检测到的温度升高来分析材料。
[0132] 6)根据方面5所述的方法，其特征在于，
[0133] 通过光学介质将测量光束发射到光学介质表面与材料表面直接接触的区域上，使得测量光束和激发光束在光学介质和材料表面的界面处重叠，测量光束在光学介质与材料表面的界面处发生反射；
[0134] 根据激发光束的波长直接或间接地检测所反射的测量光束的偏转；以及
[0135] 基于根据激发光束的波长所检测到的测量光束的偏转来分析材料。
[0136] 7)根据方面5或6中的一个所述的方法，其特征在于，测量束是通过产生激发光束的相同的光源产生的。
[0137] 8)根据方面5、6或7中任一项所述的方法，其特征在于，在偏转之后且在光学介质内的检测之前，测量束在光学介质的外部或光学介质的部分内部和部分外部发生一次或多次反射。
[0138] 9)根据方面1或其它前述方面或以下方面中任一项所述的方法，其特征在于，测量光束是强度调制的、具体为红外光谱范围内的具体脉冲式激发光束，其中，具体地，调制率处于1Hz与10kHz之间，优选地处于10Hz与3000Hz之间。
[0139] 10)根据方面1或其它前述方面或以下方面中任一项所述的方法，其特征在于，一个或多个激发光束的光通过具有多个独立激光器(具体地，激光器阵列)的集成式布置同时地或连续地或部分同时地和部分连续地产生。
[0140] 11)根据方面1或其它前述方面或以下方面中任一项所述的方法，其特征在于，根据表面之下产生响应信号的深度，从在激发光束的不同调制频率下获取的响应信号确定响应信号的强度分布。
[0141] 12)根据方面1或其它前述方面或以下方面中任一项所述的方法，其特征在于，根据表面之下产生响应信号的深度，从与在激发光束的一个调制频率或不同调制频率下调制的激发光束有关的响应信号的相位位置，确定响应信号的强度分布。
[0142] 13)根据方面11或12所述的方法，其特征在于，为了根据表面之下的深度确定响应信号的强度分布，对不同调制频率下的测量结果进行加权且使彼此结合。
[0143] 14)根据方面11、12或13所述的方法，其特征在于，从在本体的表面之下的深度中获取的强度分布确定材料的材料密度，其中，该材料吸收特定深度或深度范围内的特定波长范围内的激发光束。
[0144] 15)根据方面1或其它前述方面或以下方面中任一项所述的方法，其特征在于，在检测一个或多个响应信号之前、或检测期间或检测之后，立即在表面的第一区域中或直接邻近于第一区域的本体上进行至少一个计量生物学测量，具体地指纹测量，并且识别出本体，具体地识别出人，以及具体地，参考值(校准值)可被分配以检测响应信号。
[0145] 16)用于分析材料的装置，
[0146] 具有用于发射一个或多个激发光束的装置，该一个或多个激发光束每个均具有一个激发波长，该一个或多个激发光束发射至在材料表面的第一区域之下定位在材料中的容积中，具有用于调制激发光束的装置，该装置由辐射源的调制装置形成，具体地由其控制器、干涉装置、相位或偏振调制装置和/或布置在束路径中的至少一个受控制的镜子、和/或布置在束路径中的、其透明度是可控制的层形成；以及具有检测装置，用于根据激发光的波长和激发光的强度调制检测时间依赖的响应信号；以及具有用于基于所检测到的响应信号分析材料的装置。
[0147] 17)根据方面16所述的装置，具有根据不同的强度调制频率独立地确定响应信号的装置，和/或具有用于根据相应响应信号相对于激发光束的调制相位的相位位置、具体地根据激发光束的调制频率确定响应信号的装置。
[0148] 18)根据方面16或17所述的用于分析材料的装置，具有光学介质，以建立光学介质的表面与材料表面的第一区域的接触，以及具有
[0149] 用于发射具有一个或多个激发波长的激发光束的装置，该激发光束发射至在表面的第一区域下面定位在材料中的容积中，具体地该激发光束通过光学介质表面与材料表面相接触的区域，以及具有用于使用光学方法测量光学介质表面与材料表面相接触的区域中的温度的装置，以及具有用于基于根据激发光束的波长和激发光束的强度调制所检测到的温度升高来分析材料的装置。
[0150] 19)根据方面18所述的装置，其特征在于，激发光源直接固定机械地连接至光学介质。
[0151] 20)根据方面18所述的装置，其特征在于，设置有用于将测量光束发射至光学介质与材料表面的第一区域相接触的区域中的装置，以及为了检测测量光束，该装置和/或检测装置直接地固定机械地连接至光学介质和/或通过光纤电缆联接至光学介质。
[0152] 21)根据方面18、19或20所述的装置，其特征在于，光学介质直接地支承成像光学器件，和/或成像光学器件集成到光学介质中。
[0153] 22)根据方面18或其它前述方面或以下方面中任一项所述的装置，其特征在于，光学介质的表面具有朝向彼此倾斜的多个部分面，测量光束在该多个部分面处发生多次反射。
[0154] 23)根据方面18或其它前述方面或以下方面中任一项所述的装置，其特征在于，光学介质中或光学介质上设置有一个或多个镜面，以反射测量光束。
[0155] 24)根据方面16或17所述的装置，其特征在于，为了检测时间依赖的响应信号，检测装置具有用于检测材料表面上的声波的声检测器，具体为共振器，更具体为亥姆霍兹共振器。由于使用石英叉作为声源的检测器，优选地具有与共振器相同的共振频率。共振器可以是打开或关闭的。石英叉优选地位于共振器的颈部中或颈部上(束外(off-beam))或共振器的内部或外部(束中(in-beam))。
[0156] 25)根据方面16、17或18所述的装置，其特征在于，为了检测时间依赖的响应信号，检测装置具有用于检测材料表面处的热辐射的热辐射检测器，具体为红外检测器，更具体为热电偶、辐射热测量计或半导体检测器。
[0157] 26)根据方面16至25中任一项所述的装置，其特征在于，激发光源和检测装置直接附接至彼此附接至或公共支承部，其中，公共支承部具体地由壳体或装置的壳体部分形成。
[0158] 27)根据方面16至26中任一项所述的装置，其特征在于，该装置具有可穿戴的壳体，该可穿戴的壳体可紧固至人体，其中，用于发射一个或多个激发光束的装置和用于检测时间依赖的响应信号的检测装置布置和配置成使得待分析的材料在壳体的、背离本体的侧进行测量。
[0159] 28)根据方面16至26中任一项所述的装置，其特征在于，该装置具有可穿戴壳体，该可穿戴壳体可紧固至人体，以及该装置的壳体具有窗口，该窗口在打算佩戴的位置中在其背离本体的侧部对激发光束是透明的。
[0160] 29.用于分析材料的装置，该装置具有：用于产生具有至少一个激发波长的至少一个电磁激发波束(具体地，激发光束)的激发传输装置；用于检测响应信号的检测装置；以及用于基于所检测的响应信号分析材料的装置。
[0161] 30.根据前述方面16至29中任一项所述的装置，其特征在于，检测装置配置成用于测量晶体的变形。
[0162] 通过与光热“弹跳法”进行类比，通过选择测量束对样品表面的更陡峭的(更大的)入射角，可以更有效地测量该变形，并且测量束的蜃景效应相关的偏转的影响可最小化。
[0163] 文献：
[0164] M.Bertolotti，G.L.Liakhou，R.Li Voti，S.Paolino和C.Sibilia.表面反射主题中光热偏转技术的分析：理论与实验(Analysis of the photothermal deflection technique win the surface refection theme:Theory and Experiment).应用物理学报(Journal of Applied Physics)，83,966(1998)。
[0165] 悬臂可直接放置在样品上或足够薄的光学介质上，其中，在足够薄的光学介质上，样品放置在一侧而悬臂放置在另一侧。由于样品或光学元件的热膨胀，悬臂通过由吸收调制的泵送束所引起的热膨胀而设置成振动。测量束发射在悬臂尖端的上侧，并由于振动而偏转，其中，偏转的量取决于调制频率、所辐射的波长和样品的热特性。检测该偏转。
[0166] 31.根据前述方面16至30中任一项所述的装置，其特征在于，激发传输装置包括询问激光器或LED，例如NIR(近红外)LED。
[0167] 32.根据前述方面16至31中任一项所述的装置，其特征在于，激发传输装置包括探测激光器，该探测激光器具有比附加泵激光器小的直径。
[0168] 33.根据前述方面16至32中任一项所述的装置，其特征在于，为了实现更加有利的信噪比，设置有特殊的涂层，具体地光学发射器设置有特殊的涂层，例如IRE，使得热量更好的耗散(例如，“导热膏”)。
[0169] 光学元件可涂覆在接触表面上，使得可以提供热信号至光学介质的改进的传导。另外，涂层还可起到防止划痕的保护作用，而且通过智能选择材料还可实现用于测量束的反射表面。在这种情况下，必须保持对于激发光的透明度。
[0170] 34.根据前述方面16至33中任一项所述的装置，其特征在于，该装置具有用于以下的系统：
[0171] i.脉冲序列/双调制；
[0172] ii.摆镜；
[0173] iii.MEMS干涉仪。
[0174] 35.根据前述方面16至34中任一项所述的装置，其特征在于，该装置设计成可由人永久地穿戴在身体上，在一个实施方式中通过连接至壳体的止动装置，诸如带状件、带子或链条或扣子，和/或该检测装置具有检测表面，该检测表面还可以用作信息的显示表面，其中，该信息诸如为测量值、时钟时间和/或文本信息。
[0175] 36.根据前述方面35所述的装置，其特征在于，该装置在检测表面的区域中(优选地靠着检测表面的区域中)具有拉开(pull-off)膜，以用于材料表面的预处理并确保清洁的表面，在一个实施方式中，在葡萄糖测量的情况下，出于皮肤清洗的目的而专门设置该拉开膜。
[0176] 37.根据前述方面16至36中任一项所述的装置，其特征在于，检测装置配置成读取和识别指纹，以检索人的某些值/校准和/或检测手指的位置，优选地检测和确定测量期间无意识的运动。
[0177] 38.根据前述方面16至37中任一项所述的装置，其特征在于，该检测装置具有结果显示器，该结果显示器优选地使用彩色编码实施为模拟显示器，在一个实施方式中，该结果显示器包括错误指示(例如：“100mg/dl+/-5mg/dl”)；声学上实施和/或实施为具有比装置允许的精度更大的梯级的测量结果显示器。这意味着例如可使用户心神不宁的小的波动不会被传达。
[0178] 39.根据前述方面16至38中任一项所述的装置，其特征在于，该装置包括用于传递测量数据和从其它装置或云系统检索校准数据或其它数据的数据接口，其中，该装置优选地配置成使得数据可以以加密的形式传送，具体地可通过操作员的指纹或其它计量生物学数据进行加密。
[0179] 40.根据前述方面16至39中任一项所述的装置，其特征在于，该装置配置成使得所建议的、待给予人的胰岛素剂量可通过装置结合其它数据(例如，胰岛素校正因子)进行确定，和/或可测量重量、体脂，和/或重量、体脂可同时手动地指定或可从其它装置传送至该装置。
[0180] 41.根据前述方面16至40中任一项所述的装置，其特征在于，该装置配置成识别其他参数以增大测量精度，在一个实施方式中，使用用于确定皮肤温度、皮肤的扩散率、传导率/水分含量的传感器，用于测量光的偏振(手指表面上的水/汗的分泌)或诸如此类的传感器来识别其他参数。
[0181] 可影响葡萄糖测量的、人皮肤表面上的水和汗可使用激发传输装置通过具有激发辐射的测试激励进行检测，其中，水的特定波带为1640cm-1(6.1μm)和690cm-1(15μm)。如果吸收超过确定值，则测量位点/材料表面/皮肤表面对于可靠测量而言过湿。可替代地，可对测量位点附近或直接测量位点处的物质的传导率进行测量，以确定水分含量。因此，可输出错误消息和对表面进行干燥的指令。
[0182] 42.根据前述方面16至41中任一项所述的装置，其特征在于，该装置具有在泵激光器和/或测量束激光器的束路径中的覆盖件。这确保提供强制性的人类眼睛安全。
[0183] 43.根据前述方面16至42中任一项所述的装置，其特征在于，该装置具有可替换的检测表面。
[0184] 44.根据前述方面16至43中任一项所述的装置，其特征在于，该装置在一些区域中设置有带槽晶体或粗糙晶体作为光学介质，这允许更好地调节样品(例如，手指)。其上放置待分析的材料的表面的测量点优选地设计为没有槽且是光滑的。
[0185] 45.根据前述方面16至44中任一项所述的装置，其特征在于，对于测量束，可使用圆柱形TEMpl TEM00模式，或可使用其它模式代替圆柱形TEMpl TEM00模式，例如TEM01(环状物)、TEM02或TEM03。具体地，后面的模式具有下列优势：它们的强度可与象限二极管的灵敏度分布相匹配，其中，象限二极管形成用于偏转的测量束的检测器(见附图)。另外，可使用矩形模式TEMmn，诸如TEM30或TEM03或更高的TEM。这允许在水平方向或竖直方向上对待使用的、较少发生干涉的束的取样/测量。
[0186] 46.根据前述方面16至45中任一项所述的装置，其特征在于，该装置不仅在点处测量，而且在格栅中测量。这可通过移动泵激光器或探测激光器或者检测单元来进行。代替移动，一个或多个泵激光器阵列或探测激光器阵列是有可能的。
[0187] 用于在发射激发束之后检测响应信号的其它检测方法可包括：
[0188] -光声检测-使用音叉或其它振动元件的光声检测，或：具有开放QePAS单元的轻微改良型的光声学(石英增强光声光谱)。这些方法可用于检测表面上的压力波动/振动，并且以如上所述的方式对它们进行评估以用于所测量的束偏转。
[0189] 原则上，响应信号相对于周期性调制的激发束的相位漂移的测量值可用于深度剖析。(为此，应针对它们的波形或图案更加准确地评估材料表面的变温/冷却阶段。)[0190] 所描述的装置可与用于去除死皮层的粘合带的供应相关，以允许对人体以及具有导热膏的膏剂的最大限度地无失真的测量，其中，该膏剂可定期地施加于光学介质。光学介质可以是可替换的，为剩余部分给出合适的紧固和调节。
[0191] 为了执行测量，该装置可不仅设置和配置在人的手指上，而且可设置和配置在嘴唇或耳垂上。
[0192] 在一些实施方式中，即使没有直接接触和放置在身体的手指或其它部分(以一定距离)上，也可进行测量，导致无接触测量。
[0193] 通过结合所描述和说明的、对误差具有相似敏感度的多个测量系统，可以提高测量的精度和可靠性。
[0195] 测量装置还可在运动的表面上执行，使得在格栅测量的过程中：激发光源和和/或测量光源在测量期间以格栅图案在皮肤上移动，这允许皮肤的不规则性得到补偿或甚至被消除。
[0196] 通过调节/更改探测束/测量光源的波长，可以优化检测装置/偏转单元的灵敏度。出于该目的，测量光源可随波长而变化，或包括不同波长的多个激光光源，以进行选择或组合。
[0197] 对于泵激光器/探测激光器的偏转，可选择理想的横向模式(TEM)。
[0198] 激发传输装置、测量光源和检测器可配置成公共阵列，并且束可在光学介质中适当地偏转，以将所有束的发射和接收集中在一点处。
[0199] 光学介质的晶体上或晶体中的透镜可有助于使测量光束根据响应信号更强地偏转。
[0201] 下面构思中描述了根据专利权利要求的本发明的附加变型。该构思，无论是单独使用还是与上述方面或与权利要求的主题相结合，也构成至少一项独立发明。申请人保留日后使该发明或这些发明成为权利要求的主题的权利。这可以在该申请的上下文中进行，或在后续分案申请或要求该申请的优先权的继续申请的上下文中进行。
[0202] 一种无创血糖测量的构思，通过使用量子级联激光器的激发和辐射热的热波测量来确定皮肤中的葡萄糖。基于图12和图13，描述了可确定皮肤中的间质液(ISF)中的葡萄糖或另一材料的浓度的方法。ISF中的葡萄糖表示血糖，并且在发生变化的情况下，它会迅速地跟随血糖变化。该方法包括下列步骤或整个序列中的至少单个步骤或群组：
[0203] 1.使用量子级联激光器的束辐射皮肤102上的点(在这种情况下，材料表面的第一区域)，该束在镜子或抛物面镜140处聚焦且可能发生反射，并且在特定的红外范围上递增地或连续地调谐，其中，葡萄糖在该特定的红外范围内被特定吸收。还可以使用激光器阵列来替代量子级联激光器100，其中，该激光器阵列具有以单一波长辐射的多个激光器。光谱范围(或单独波长，通常5或以上的波长)可具体地处于约900cm-1与约1300cm-1之间，在该范围中，葡萄糖具有吸收指纹图谱，即典型和代表性的吸收线。
[0204] 2.连续地、或以具有高脉冲重复率的脉冲模式或以调制方式使用以SA表示的激发束(CW激光器)。另外，对激发束进行低频调制，具体地在10Hz与1000Hz之间的频率范围内。可使用各种周期性函数执行低频调制，在各种实施方式中，周期性函数如正弦波、矩形波或锯齿波等。
[0205] 3.由于皮肤的辐射并根据在葡萄糖分子中激发的特定振动的波长，IR辐射深入到皮肤中大致50μm至100μm的深度。从振动级v0到v1的这些激发在很短的时间内恢复到初始状态；在该步骤中，热量被释放出来。
[0206] 4.作为根据(3)产生的热量的结果，形成了热波，该热波从吸收的位置各向同性地进行传播。根据由上面(2)中描述的低频调制限定的热扩散长度，热波以调制频率周期性地到达皮肤的表面。
[0207] 5.热波在表面上的周期性出现与皮肤(样品的材料表面)的热辐射特性的周期性调制相对应。皮肤在此处可大致描述为黑体辐射器，根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律(Stefan-Boltzmann law)，其整个发射与表面温度的四次方成比例。
[0208] 6.利用用于热辐射的检测器139，即红外检测器，即热电偶、辐射热测量计、半导体检测器或类似装置，该检测器指向被辐射的皮肤的点处，记录根据(5)描述的周期性温度升高。这取决于根据(1)和(2)描述的红外光的辐射、根据(3)描述的吸收，并因而取决于葡萄糖的浓度。通过光学元件收集热辐射SR(在这种情况下，响应信号)，在一个实施方式中光学元件为红外透镜或镜子，具体地抛物线型凹面镜141，以及在一个实施方式中热辐射SR经由凸镜141a引导到检测器139上。出于该目的，在一个实施方式中使用的收集镜可具有开口142，收集的束被引导通过该开口142。束路径中可设置有过滤器143，该过滤器143仅允许确定波长范围的红外辐射通过。
[0209] 7.在处理响应信号时，可特别考虑调制频率，对于该调制频率响应信号可在锁定放大器144中进行处理。通过使用控制和处理单元147分析激发信号与热辐射信号(响应信号)之间的相位角，可获取与表面之下的深度有关的深度信息，其中，响应信号主要从该深度信息中获取。
[0210] 8.深度信息还可通过以下来获取：选择和分析用于激发束的、如(2)中所描述的各种低频调制频率，以及组合不同调制频率的结果(其中，对于不同的调制频率，结果还可以进行不同的加权)。为此可使用差分法或其它计算方法，以补偿最上面的皮肤层的吸收。
[0211] 9.为了使根据点(6)的热辐射检测的灵敏度最大化，其在宽的光谱带上用于整个可用红外范围。应使用普朗克辐射曲线的尽可能多的区域。为了使检测对加强的激发辐射不敏感，为热辐射的检测提供用于这些激发波长的阻挡滤波器(陷波滤波器)143。通过阻挡滤波器143传送的波长范围148还在图13的图示中显而易见。其中，响应信号的强度均示出为波长的函数，在第一(实)曲线145中没有激发束或仅具有对于待识别的材料非特定的波长的激发辐射(即，材料的特定吸收带的波长不存在)，以及然后第二(虚)曲线146中示出了相似的曲线，其中，辐射包括对待识别的材料特定的吸收波长的激发束。
[0212] 10.如果将要识别葡萄糖，则在一个实施方式中，从根据(6-9)测量的、取决于激发波长的热信号，首先使用激发束的非葡萄糖相关(或排除它们)的波长(曲线145)确定背景，然后使用(或包括)葡萄糖相关的波长确定与背景信号的差异。这得到一个或多个皮肤层中的葡萄糖浓度，该葡萄糖浓度由根据(7)所选择的相位位置或根据(8)的不同调制频率或其组合限定。
[0213] 尽管本发明已通过优选示例性实施方式进行了更加详细的说明和描述，但是本发明不受所公开的示例的限制，并且本领域技术人员可在不背离本发明的保护范围的情况下由此推导其他的变型。
[0214] 附图标记列表
[0215] 10 装置
[0216] 100 激发传输装置/激发光源
[0217] 100a 发射器/传输元件
[0218] 101 材料
[0219] 102 第一区域
[0220] 103 容积
[0221] 104 装置
[0222] 105 装置
[0223] 106 检测装置
[0224] 107 处理装置/评估装置
[0225] 107a 存储器
[0226] 108 光学介质
[0227] 108a 表面部分
[0228] 108b 表面部分
[0229] 109 调节装置
[0230] 110 部分表面
[0231] 111 部分表面
[0232] 112 测量束/测量光束
[0233] 113 镜面
[0234] 114 镜面
[0235] 116 开口
[0236] 117 开口
[0237] 118 开口
[0238] 119 连接器本体
[0239] 120 光纤电缆
[0240] 121 支承部
[0241] 122 壳体
[0242] 123 本体
[0243] 124 侧部
[0244] 125 带状件
[0245] 126 指尖
[0246] 127 调节装置
[0247] 128 成像光学器件
[0248] 129 成像光学器件
[0249] 130 光学检测器/相机
[0250] 131 数据处理装置
[0251] 132 控制器
[0252] 133 微镜
[0253] 134 微镜
[0254] 135 微机电系统
[0255] 136 偏转装置
[0256] 137 控制装置
[0257] 138 层
[0258] 139 红外检测器
[0259] 140 镜子
[0260] 141 抛物面镜
[0261] 142 141中的开口
[0262] 143 波长滤波器
[0263] 144 锁定放大器
[0264] 145 响应信号的信号曲线(实线)
[0265] 146 响应信号的信号曲线(虚线)
[0266] 147 控制和处理装置
[0267] 148 波长范围
[0268] BZA 血糖水平指示
[0269] D 检测结果
[0270] GF 界面
[0271] SA 激发束
[0272] SR 响应信号
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