• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    DieErfindung betrifft eine Einrichtung zur optischen Analysenmessungan einem Multiprobenträger,insbesondere fürFluoreszenz- oder Biolumineszenzmessungen.Die Aufgabe, eineneue Möglichkeitzur Messung von Fluoreszenz oder Lumineszenz in Multiprobenträgern (3)zu finden, wobei bei Anregung aller Wells (31) gleichzeitig die Sekundärstrahlungjedes Wells (31) gemessen wird, ohne dass unzulässige Beiträge von Hintergrundstrahlungdie charakteristische Emission des Probenmaterials verfälschen,wird erfindungsgemäß gelöst, indemdas Anregungslicht (4) von einer Lichtquelleneinheit (1) koaxialringförmigum eine optische Achse (7) auf den Multiprobenträger (3) gerichtet wird, wobeidie optische Achse (7) in Richtung der Flächennormale des Multiprobenträgers (3)und koaxial zur Richtung des Auslesestrahlengangs (5) orientiertist und zur Ausrichtung des Anregungslichts (4; 42; 43) auf denMultiprobenträger(3) eine Ringspiegeleinheit (2) mit mindestens einem gekrümmten Ringspiegel(21; 22; 23; 24; 25; 26) vorhanden ist, der koaxial zur optischen Achse(7) so angeordnet ist, dass das Anregungslicht (4; 42; 43) allseitigunter schrägemEinfallswinkel den Multiprobenträger(3) homogen beleuchtet.
    公开号:DE102004016361A1
    申请号:DE200410016361
    申请日:2004-04-01
    公开日:2005-11-03
    发明作者:Eberhard Dr. Dietzsch；Thomas Moore；Jürgen Dr. Wulf
    申请人:CyBio AG；
    IPC主号:G01N21-64
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft eine Einrichtung zur optischen Analysenmessungan einem Multiprobenträger,insbesondere fürFluoreszenz- oder Biolumineszenzmessungen, wobei zur optischen Analyseneben dem Reaktions- oder Anregungsvorgang eine Vielzahl von Probengleichzeitig ausgelesen werden. Die Erfindung ist vorzugsweise anwendbarfür Analysen vonbiochemischen oder zellbasierenden Assays, die eine Dispensierungvon Flüssigkeitenin die Kavitätendes Multiprobenträgerszusammen mit einer optischen Anregung und der gleichzeitigen Auslesung derProben erfordern.
    [0002] Insbesonderein der Biochemie und Pharmazie kommt es darauf an, in kurzer Zeitmöglichstviele verschiedene Substanzen in Mikrotitrationsplatten (sogenanntenMultiwellplatten, nachfolgend kurz: Mikroplatten) in Kombinationvon Reagenzien und/oder Zellen auszutesten. Dies geschieht meistin Form eines Assays, bei dem genau festgelegt ist, in welcher Reihenfolgezu welchem Zeitpunkt die Mikroplatte mit ihren Proben an welchemOrt sein muss. Häufig werdenReaktionen von lebenden Zellen auf pharmakologisch interessanteSubstanzen geprüft.Die Zellen müssendazu in einem Nährmediumbei spezifischer Temperatur gehalten und mit Substanzen versetztwerden, wiederum eine definierte Zeit im Wärmeschrank gehalten – inkubiert – werdenusw. Ebenso ist aber auch der umgekehrte Fall, nämlich die Zugabe von Substanzenin die mit Reagenzien oder Zellen belegten Wells der Mikroplatte,möglich.
    [0003] AmEnde wird in vielen Fällendie oben geschilderte Vorbehandlung mit einer optischen Signalmessungabgeschlossen. Dazu werden den Zellen vor oder in dem Zeitpunktder Lichtmessung noch eine oder mehrere Reagenzien zugegeben. Essoll in möglichstvielen (oder allen) Kavitäten(Wells) der Mikroplatte Flüssigkeitzugegeben und außerdem gleichzeitigbeginnend mit der Flüssigkeitszugabe dieLichtemission gemessen werden. Dabei gibt es mehrere konkurrierendeForderungen, wenn ein hoher Mikroplattendurchsatz beim automatischenHTS (High Throughput Screening) oder UHTS (Ultra High ThroughputScreening) erzielt werden soll. Da die generierte Lichtemissionpro Well häufignur überwenige Sekunden beobachtet werden kann, ist eine Intensitätsmessungpro Well mit einer Zeitauflösungim Sekundenbereich erforderlich. Die Gesamtmesszeit über eineganze Mikroplatte soll jedoch möglichst kurzsein.
    [0004] ImStand der Technik sind unterschiedlichste Fluoreszenzmessgeräte bekannt,von denen einige auch mit integrierter Flüssigkeitszugabe (sogenanntemLiquidhandling) ausgestattet sind.
    [0005] Sowird beispielsweise in der US6,372,183 ein Fluoreszenzmessgerät beschrieben, das eine Flüssigkeitszugabebeinhaltet. Die Flüssigkeitszugabeerfolgt mittels eines einzelnen Dispensers in einzelne vorgewählte Wellsoder mittels in einer Reihe angeordneter Pipetten, um eine Spalteder Mikroplatte gleichzeitig zu dispensieren. Die Dispensierpositionist örtlichder Messposition vorgelagert, so dass zur Messung der dispensiertenWells eine Verschiebung der Mikroplatte nach der Flüssigkeitszugabe notwendigist und dadurch eine zeitliche Verzögerung auftritt. Die Mikroplattemuss also verfahren werden, um weitere Wells dispensieren zu können, während gleichzeitigdie zuvor dispensierten Wells mittels eines Photonenzählers (PMT)vermessen werden. Fürdie Fluoreszenzmessung wird als Detektor ein CCD-Array beschrieben,wobei dies jedoch nur ein Zeilensensor sein kann, für den dieArt und Weise der optischen Abbildung der Mikroplatte unerwähnt bleibt.Die Vermessung der Mikroplatte bei mehreren Wellenlängen desAnregungslichts erfolgt sequentiell durch Verstellen eines Filterrades.Ein solches Vorgehen erfordert jedoch Umschaltintervalle von jeweilsmehreren Sekunden und ist fürHTS ungeeignet.
    [0006] Inder US 2001/0028510 ist ein Fluoreszenzaufbau im sogenannten Epi-Modebeschrieben, bei dem Anregung und Emission koaxial und senkrechtzur Mikroplatte erfolgen. Dazu wird ein Objektiv beschrieben, dassowohl fürdie Anregung, als auch fürdie Aufnahme der Fluoreszenz verwendet wird. Außerdem wird ein Ringlicht benutzt,das übereine Frontlinse des Objektivs auf das Objekt fokussiert ist. DerNachteil dieser Anordnung ist, dass keine Trennung der Anregungsstrahlungvom Auslesestrahlengang vorliegt, d.h. das eine Tubusaufhellungdurch die gemeinsam genutzte Frontlinse existiert, die einen erheblichenAnteil von Hintergrundlicht erzeugt. Auch aus der WO 02/068942 istein Fluoreszenzmessgerätfür zeitaufgelöste Fluoreszenzmessungen bekannt,in dem ein Strahlteiler zwischen Objektiv und Frontlinse verwendetwird und das demzufolge denselben Nachteil aufweist.
    [0007] In ähnlicherWeise wird in der WO 01/04608 eine Lichtdetektionseinrichtung für verschiedenste spektroskopischeUntersuchungen (u.a. Fluoreszenzintensität, -dauer, -polarisation etc.)beschrieben, bei der der ebenfalls einheitliche Beleuchtungs- und Detektionsstrahlengangkollimiert und parallel zur Mikroplatte geführt ist und mittels eines beweglichenfokussierenden Umlenkspiegels eine Feinpositionierung von Beleuchtungund Detektion auf die einzelnen Wells erfolgt. Störende Tubusaufhellungund Hintergrundfluoreszenz aus dem Probenüberstand sind hierbei ebenfallsunvermeidlich.
    [0008] DieWO 01/01112 offenbart einen so genannten Epi-Mode-Aufbau mit einemStrahlteiler (Tubusaufhellung!), ein Array von Mikroobjektiven zurindividuellen Ausleuchtung jedes einzelnen Wells und eine CCD-Kamera.Der Nachteil des Systems besteht darin, dass für jedes Well ein separatesMikroobjektiv vorhanden ist, so dass bei geändertem Mikroplattenformat(mit vergrößerter Anzahlvon Wells), das System versagt oder besondere Masken, die die Beleuchtungseffizienznachteilig einschränken,eingesetzt werden müssten.Zur Abbildung der Wells auf der CCD-Kamera wird wiederum das Mikrolinsenarraymit ähnlichenNachteilen (Anzahl der Kanäleund Anzahl der Pixel der CCD) verwendet.
    [0009] ImUS-Patent 5,355,215 wird ein Instrument offenbart, das gezielt dieunerwünschteHintergrundfluoreszenz der Wellflüssigkeit reduziert und damit dasgewünschteSignal aus einer Zellschicht am (transparenten) Boden der Wellsverbessert. Dabei strahlt die Anregungslichtquelle unter schrägem Einfallswinkelvon unten auf den Boden der Mikroplatte ein und zusätzlich wirdder Lichtbündelquerschnitt proWell durch eine Multilochblende beschränkt, um Fluoreszenzstrahlungmöglichstnur aus einem kleinem Schnittvolumen am Boden jedes Wells zu beobachten.Als verallgemeinerte Bedingung wird einer optischen Achsen von Beleuchtungoder Detektion unter einem Winkel zur Normalenrichtung der Mikroplatteeingerichtet. Dabei ist jedoch – bedingtdurch die starke Divergenz des Anregungsbündels – das angeregte Flüssigkeitsvolumenin den Wells positionsabhängig.Diese Winkelabhängigkeittritt auch auf, falls – wiedort ebenfalls erwähnt – ein Lasereingesetzt wird.
    [0010] DasProblem der störendenHintergrundfluoreszenz wird auch im Patent US 6,420,183 behandelt, wobei dortder überstehendenLösungein Absorptionsfarbstoff zugesetzt wird, der die anregende sowiedie emittierte Strahlung in der überstehenden Flüssigkeit über derzu beobachtenden Zellschicht eliminiert. Die Verwendung absorbierenderFarbstoffe ist jedoch ebenfalls nicht problemlos, da einerseits derenbiochemische Reaktion unklar ist, andererseits die Absorption im Überstandunvollständigist und letztendlich auch in der Zellschicht (unerwünscht) wirkenkann.
    [0011] Eineweitere Veröffentlichung( DE 197 55 187 A1 )beschreibt ein sequentielles Verfahren, das gleichzeitig in einemWell Flüssigkeitzugibt, die Fluoreszenz anregt und vermisst. Es werden Lichtleiter undPhotomultiplier verwendet, wobei der Lichtleiter orthogonal zumProbenträgerangeordnet ist und die Anregung und die Reagenzinjektion unter schrägen Winkelnerfolgen. Der Probenträgerwird hier ebenfalls bewegt, um Dispensierung und Messung einzeln (oderspaltenweise) voranzubringen.
    [0012] DerErfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Möglichkeitzur Messung von Fluoreszenz oder Lumineszenz in Multiprobenarrayszu finden, wobei bei Anregung aller Wells gleichzeitig die Sekundärstrahlungjedes Wells gemessen wird, ohne dass unzulässige Beiträge von Hintergrundstrahlung (z.B. Emission der überstehendenFlüssigkeitssäule oderOptikaufhellung durch Anregungslichteinkopplung) die charakteristischeEmission des Probenmaterials verfälschen. Ferner besteht eineweitere Aufgabe darin, unter laufender Beobachtung eine oder mehrereFlüssigkeitenzuzugeben, ohne dass sich dadurch die Gesamtdauer für Flüssigkeitszugabe undMessung deutlich verlängert.
    [0013] Eineerweiterte Aufgabe besteht darin, unterschiedliche Typen von Assays(biochemische, auf Mikrosphären[Beads] oder Zellen basierende Assays) mit derselben Vorrichtungvermessen zu könnenund/oder zwei oder mehrere Farbstoffe mit unterschiedlichen Anregungs-und/oder Emissionswellenlängenzu messen.
    [0014] Erfindungsgemäß wird dieAufgabe bei einer Einrichtung zur optischen Analysenmessung an einemMultiprobenträger,insbesondere fürFluoreszenz- oder Biolumineszenzmessungen, wobei auf eine Vielzahlvon Kavitätendes Multiprobenträgers Anregungslichtmindestens einer Lichtquelle gerichtet ist und die von den Probenemittierte Sekundärstrahlung über einenAuslesestrahlengang mit wenigstens einer Abbildungsoptik auf mindestenseinen hochsensiblen Bildaufnehmer gerichtet ist, dadurch gelöst, dassdas Anregungslicht von der Lichtquelleneinheit koaxial ringförmig umeine optische Achse auf den Multiprobenträger gerichtet ist, wobei dieoptische Achse in Richtung einer Flächennormale des Multiprobenträgers undkoaxial zur Richtung des Auslesestrahlengangs orientiert ist undzur Ausrichtung des Anregungslichts auf den Multiprobenträger eineRingspiegeleinheit mit mindestens einem gekrümmten Ringspiegel vorhandenist, der koaxial zur optischen Achse so angeordnet ist, dass dasAnregungslicht allseitig unter schrägem Einfallswinkel den Multiprobenträger homogenbeleuchtet.
    [0015] Vorteilhaftist die Lichtquelleneinheit als eine koaxial zur optischen Achseangeordnete Ringlichtquelle ausgebildet.
    [0016] Dabeikann die Lichtquelleneinheit vorzugsweise als ein kreisförmig koaxialzur optischen Achse angeordnetes Bündel von Lichtleitfasern ausgebildet sein.
    [0017] Ineiner anderen zweckmäßigen Ausführung kanndie Lichtquelleneinheit Mittel zur Erzeugung einer koaxial kreisförmigen optischenAbbildung aufweisen, die ein koaxiales Ringlichtbündel erzeugen, dasauf einen Ringspiegel der Ringspiegeleinheit gerichtet ist. DieLichtquelleneinheit weist in diesem Fall vorzugsweise eine Lichtquellesowie mindestens eine auf der optischen Achse angeordnete Spiegeleinheit,die das Licht der Lichtquelle von der optischen Achse weg annähernd radialnach außenablenkt und auf einen koaxial angeordneten Kegelzonenspiegel richtet,wobei von der Lichtquelle einfallendes Licht über die Spiegeleinheit undden Kegelzonenspiegel in ein leicht divergentes, mindestens im zeitlichenMittel gleichverteiltes Ringlichtbündel koaxial um die optischeAchse formiert.
    [0018] Dabeiweist die Spiegeleinheit in einer ersten Ausführung einen schnell rotierendenSpiegel auf, dessen Drehachse koaxial zur optischen Achse und dessenmittlere Flächennormaleso ausgerichtet ist, dass das Licht der Lichtquelle annähernd radialnach außenauf den innen verspiegelten Kegelzonenspiegel gelenkt wird, wobeider Spiegel währendeiner vorgewähltenIntegrationszeit des Bildaufnehmers ein ganzzahliges Vielfacheseiner vollständigenUmdrehung des Spiegels um die optische Achse ausführt, sodass von der Lichtquelleneinheit ein gleichverteiltes Ringlichtbündel koaxialum die optische Achse abgegeben wird.
    [0019] Ineiner zweiten vorteilhaften Ausführungist die Spiegeleinheit als ein koaxial zur optischen Achse um dieMittelsenkrechte seiner Basisflächerotierendes Dachkantenprisma ausgebildet, wobei das Prisma während einervorgewähltenIntegrationszeit des Bildaufnehmers ein ganzzahliges Vielfacheseiner halben Umdrehung des Prismas ausführt, so dass von der Lichtquelleneinheitein gleichverteiltes Ringlichtbündelkoaxial um die optische Achse abgegeben wird.
    [0020] DieSpiegeleinheit ist in einer dritten zweckmäßigen Variante als eine koaxialzur optischen Achse angeordnete n-seitige Pyramide mit verspiegelter Mantelfläche ausgebildet.Dabei kann die Spiegeleinheit eine acht- oder mehrseitige ruhendePyramide sein. In einer bevorzugten Ausführung ist die Pyramide um dieoptische Achse rotierbar, wobei die Pyramide während einer vorgewählten Integrationszeit desBildaufnehmers ein ganzzahliges Vielfaches des n-ten Teils einerUmdrehung ausführt(wenn n die Anzahl der Seitenflächender Pyramide ist).
    [0021] Ineiner vierten Gestaltung kann die Spiegeleinheit einen koaxial angeordnetenKegelspiegel mit außenverspiegelter Mantelflächeaufweisen.
    [0022] Für alle vierVarianten der Realisierung der Spiegeleinheit können deren verspiegelte Flächen konvexoder konkav gewölbtsein. Dabei kann es zusätzlichzur besseren Lichtverteilung zweckmäßig sein, dass jede konvexoder konkav gewölbte,verspiegelte Flächein sich und aus einzelnen Facetten mit unterschiedlichen Flächennormalengebildet ist.
    [0023] EinRingspiegel der Ringspiegeleinheit hat vorteilhaft eine innen verspiegelteMantelflächeeines Rotationskörpers,der durch Rotation einer Kurve um die optische Achse entsteht.
    [0024] DerRotationskörperkann ein Ellipsoid, ein Paraboloid, ein Hyperboloid sein oder durchRotation einer anderen Kurve gebildet sein.
    [0025] Ineiner ebenfalls zweckmäßigen Ausführung enthält die Ringspiegeleinheiteinen innen verspiegelten Kegelzonenspiegel (erzeugt durch Rotationeiner Gerade).
    [0026] Indiesem Fall ist die Ringspiegeleinheit zur weiteren Aufweitung desRinglichtbündelsvorteilhaft aus einem außenverspiegelten und einem innen verspiegelten Kegelzonenspiegel zusammengesetzt.
    [0027] ZurAufweitung des Ringlichtbündelskann die Ringspiegeleinheit auch zweckmäßig aus einem außen verspiegeltenKegelzonenspiegel und einer innen verspiegelten Mantelfläche einesRotationskörpers,der durch Rotation einer Kurve entsteht, zusammengesetzt sein. Für letztereRealisierung kann die Ringspiegeleinheit eine Kombination einesaußen verspiegeltenKegelzonenspiegels und einem innen verspiegelten Ellipsoid-, Paraboloid-oder Hyperboloidspiegel enthalten. Ferner kann es sinnvoll sein, dassdie Ringspiegeleinheit aus einem pyramidenstumpfförmigen (gegebenenfallsrotierenden) Hohlkörpersmit zwei bis n außenverspiegelten Seitenflächenund einem innen verspiegelten Zonenspiegel mit einer der oben beschriebenenRotationssymmetrien zusammengesetzt ist.
    [0028] ZurBeleuchtung des Multiprobenträgersunter verschiedenen Einfallswinkeln ist die Lichtquelleneinheitzweckmäßig aufunterschiedliche Konvergenz des koaxialen Ringlichtbündels umschaltbar, wobeieine erste Spiegeleinheit der Lichtquelleneinheit austauschbar istdurch eine gleichartige zweite Spiegeleinheit, die sich von derersten Spiegeleinheit durch eine unterschiedliche Neigung ihrermindestens einen verspiegelten Fläche unterscheidet, und wobeiaufgrund unterschiedlicher Reflexionswinkel der ersten und zweitenSpiegeleinheit erste und zweite innen verspiegelte Kegelzonenspiegelunterschiedlichen Durchmessers entlang, der optischen Achse versetztin der Lichtquelleneinheit angeordnet sind, und in der Ringspiegeleinheitmindestens zwei Ringspiegel an verschiedenen Positionen entlang deroptischen Achse vorhanden sind, um jeweils eines der Ringlichtbündel unterschiedlicherKonvergenz auf den Multiprobenträgerzu richten.
    [0029] Ineiner anderen vorteilhaften Variante zur Umschaltung der Lichtquelleneinheitauf unterschiedliche Konvergenz des koaxialen Ringlichtbündels sinddie erste und zweite außenverspiegelte Spiegeleinheit der Lichtquelleneinheit an verschiedenenPositionen entlang der optischen Achse angeordnet und die lichtquellennaheerste Spiegeleinheit ist ausschwenkbar, so dass das Lichtbündel der Lichtquellebei ausgeschwenkter erster Spiegeleinheit die zweite Spiegeleinheittrifft, wobei zugeordnet zur zweiten Spiegeleinheit der innen verspiegelte zweiteKegelzonenspiegel durch einen Ringspiegel der Ringspiegeleinheitersetzt ist. Dabei kann der Kegelzonenspiegel der Lichtquelleneinheitdurch einen Kegelzonenspiegel oder einen Ellipsoidspiegel der Ringspiegeleinheitersetzt sein.
    [0030] Inder Lichtquelleneinheit sind vorteilhaft zwei Lichtquellen mit unterschiedlicherspektraler Abstrahlung auf die optische Achse eingekoppelt.
    [0031] Für spezielleAnwendungen ist es sinnvoll, dass in der Lichtquelleneinheit mindestenseine Lichtquelle und im Auswertestrahlengang mindestens ein Bildaufnehmermit unterschiedlichen Filtern ausgestattet ist. Dabei können dieFilter auswechselbare spektrale Bandpassfilter, Interferenzfilter und/oderPolarisationsfilter zur Auswahl eines definierten Polarisationszustandessein.
    [0032] DerAuswertestrahlengang weist vorzugsweise mindestens einen Umlenkspiegelzur Auskopplung des Auslesestrahlengangs auf, um das Emissionslichtvom Multiprobenträgeran den Ringspiegeln der Ringspiegeleinheit vorbei auf einen Bildaufnehmerumzulenken. Bei Verwendung mehrerer Bildaufnehmer ist wenigstensein Umlenkspiegel vorteilhaft ein dichroitischer oder ein halbdurchlässiger Spiegel.
    [0033] Ineiner vorteilhaften Variante weist der Auswertestrahlengang einenbildgebenden Lichtleiter auf zur Auskopplung des Emissionslichtsvom Multiprobenträgerauf einen Bildaufnehmer an den Ringspiegeln der Ringspiegeleinheitvorbei nach außen,wobei zur Abbildung des Multiprobenträgers auf das Faserende desLichtleiters ein kurzbrennweitiges Objektiv vorgesehen ist.
    [0034] Eserweist sich weiterhin als vorteilhaft, wenn der Anregungs- undder Auswertestrahlengang auf den transparenten Boden des Multiprobenträgers gerichtetsind und oberhalb des Multiprobenträgers eine Dispensier- oderPipettiereinrichtung zur Flüssigkeitszugabewährendständiggleichzeitig laufender Messungen der Emission der Proben des Multiprobenträgers vorhandenist. Insbesondere durch den Einsatz eines Simultanpipettierers mitbeispielsweise 96 oder 384 Pipettenspitzen (oder sogenannten „Pin Tools") kann in MesspositionTestsubstanz aus einer Mikroplatte, der sogenannten Compound Plate,auf die Assayplatte übertragenwerden.
    [0035] DerGrundgedanke der Erfindung basiert auf der Überlegung, dass für einenhohen Probendurchsatz bei einer Vielzahl von Einzelproben auf Multiprobenträgern (Mikroplatten)die Anregung der Einzelproben sowie die Aufnahme der Sekundäremission undgegebenenfalls die Zugabe von Flüssigkeiten gleichzeitigerfolgen sollten und möglichstmittels eines Bildaufnehmers (z. B. intensivierte Kamera) die Sekundäremission(Fluoreszenz oder Lumineszenz) aller Proben der Mikroplatte über längere Zeitpermanent detektiert werden kann. Dabei ist der sogenannte Epi-Mode,d.h. koaxiale Strahlenbündelvon Anregung und Detektion, zwar zur homogenen Ausleuchtung derMikroplatte gut geeignet, jedoch wegen der allgemeinen Optikaufhellung(Hintergrundrauschen) fürFluoreszenzmessungen störend.Andererseits haben unterschiedliche Bündeleinfallsrichtungen von Anregungs-und Detektionskanal den Nachteil inhomogener Beleuchtung oder Auslesung.
    [0036] Deshalblöst dieErfindung das Problem der homogenen Ausleuchtung der Mikroplatte,indem in einer Lichtquelleneinheit ein divergentes Ringlichtbündel koaxialzur optischen Achse der gesamten Einrichtung erzeugt, auf mindestenseinen Ringspiegel gerichtet, der eine innen verspiegelte gekrümmte Mantelfläche einesRotationskörpersdarstellt und gleichfalls koaxial zur optischen Achse angeordnet ist,und von dem Ringspiegel auf die Mikroplatte so umgelenkt wird, dasseine allseitig gleichverteilte Einstrahlung des Anregungslichtskoaxial zum Auslesestrahlengang erfolgt.
    [0037] DasbenötigteRinglichtbündelkann auf verschiedenste Art erzeugt werden, wobei sichergestellt werdenmuss, dass ein intensives, um die optische Achse rotationssymmetrischesBündelhomogener Intensitätsverteilungin Form eines leicht divergenten Kegelstumpfmantel-Gebildes generiertwird, das auf den Ringspiegel fällt.
    [0038] Inallen Fällensind die optischen Achsen für dieAnregung und die Detektion identisch und stimmen mit der Mittelsenkrechtender Mikroplatte sowie der Symmetrieachse des gesamten optischenAufbaus überein.Die zur Beleuchtung verwendeten rotationssymmetrischen Ringspiegelsind Zonen der Mantelflächenvon Rotationskörpernund könnendie Form von innen verspiegelten Kegel-, Ellipsoid-, Parapoloid-oder Hyperboloidflächenoder Oberflächen ausanderen rotierenden Kurven haben. Die dabei auf der Mikroplatterealisierten Einfallswinkel verhindern zuverlässig, dass von der Bodenfläche derMikroplatte spiegelnde Reflexion des Anregungslichts in das Kameraobjektivfällt,indem die Anregungs- und Detektionskanäle keine optischen Bauteilegemeinsam benutzen und trotzdem eine gemeinsame optische Achse aufweisen.Bei Einsatz von Ringspiegeln als Zonen von rotationssymmetrischenMantelflächenvon rotierenden Kurven wird eine parallele Strahlführung aufdie Mikroplatte (objektseitig paralleler Strahlengang) erreichtund somit der Einfallswinkel überdie gesamte Mikroplatte konstant gehalten.
    [0039] DurchEinsatz mehrerer Ringspiegel können verschiedeneEinfallswinkel des Anregungslichts realisiert werden, wodurch esmöglichist, dass bei volumenbasierenden Assays ein größeres Volumen und beispielsweisebei adhärentzellbasierenden Assays (Zellrasen) oder bei sedimentierten Mikrosphären eingeringeres Volumen jedes Wells mit derselben Einrichtung ausgeleuchtetwird.
    [0040] Mitder erfindungsgemäßen Lösung istes möglich,Fluoreszenz oder Lumineszenz in Multiprobenarrays zu messen, wobeibei Anregung aller Wells gleichzeitig eine Sekundärstrahlungjedes Wells gemessen wird, ohne dass unzulässige Beiträge von Hintergrundstrahlung(z. B. Emission der überstehendenFlüssigkeitssäule oderOptikaufhellung durch Anregungslichteinkopplung) die charakteristischeEmission des Probenmaterials verfälschen. Insbesondere erfolgteine gleichverteilte Einstrahlung des Anregungslichts, so dass eineKorrektur auf einen normierten Anregungspegel unterlassen werden kann.
    [0041] Fernergestattet die Erfindung, eine oder mehrere Flüssigkeiten für einenAssay zuzugeben, ohne dass sich durch das Liquidhandling die Gesamtdauerder Messung wesentlich erhöht.
    [0042] Außerdem können unterschiedlicheTypen von homogenen oder heterogenen bzw. zellbasierenden Assaysmit derselben erfindungsgemäßen Einrichtungvermessen und/oder zwei oder mehrere Farbstoffe bei unterschiedlichenAnregungs- und/oder Emissionswellenlängen analysiert werden.
    [0043] Vorallem bei biologischen Prozessen, bei denen sich die Präparate schonwährendder Messzeit ändernkönnen,werden diese Prozesse allen Wells gleichermaßen bei der Analyse berücksichtigt, weildie gesamte Mikroplatte gleichzeitig beobachtet wird.
    [0044] Für Assaysder Zellbiologie, bei denen häufig dieKinetik eines Fluoreszenzfarbstoffes nach Zugabe einer pharmakologischwirksamen Substanz gemessen werden muss, erfüllt die erfindungsgemäße Einrichtungdurch die zeitgleiche Messung aller Wells die Forderung, dass vor,währendund nach Substanzzugabe die Emission der Proben gemessen werdensoll. Wenn Anregung und Auslesung der Mikroplatte von unten erfolgen,könnenvon oben Substanzen und/oder andere Flüssigkeiten beliebig, auch zeitgleichin mehreren Wells oder unterschiedliche Substanzen und/oder andereFlüssigkeitenzu definierten Zeiten und in unterschiedlichen Mengen oder Konzentrationen,berührungsloszugegeben und fortlaufend beobachtet werden.
    [0045] Insbesonderefür dasHTS-Regime gewinnt man durch diese parallele Messung mittels einer CCD-Kameraden sogenannten Multiplexvorteil und somit einen hohen Probendurchsatztrotz deutlich erhöhterMesszeit pro Well.
    [0046] DieErfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.Die Zeichnungen zeigen:
    [0047] 1:eine Prinzipansicht der erfindungsgemäßen Einrichtung,
    [0048] 2:eine Erläuterungzum Prinzip der optische Achse gemäß der Erfindung bei Anwendung rotationssymmetrischerSpiegelflächen,
    [0049] 3:eine Prinzipdarstellung der Erfindung mit telezentrischem Strahlengang über einenRingspiegel in Form eines Rotationsellipsoiden,
    [0050] 4:eine Ausgestaltung der Erfindung mit telezentrischer Beleuchtungzur Erzeugung von zwei Einfallswinkeln des Anregungslichts,
    [0051] 5:eine Gestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung mit Kegelspiegelnzur Erzeugung von zwei unterschiedlichen Einfallswinkel,
    [0052] 6:eine vorteilhafte Gestaltungsvariante für eine multivalente Nutzungder Erfindung,
    [0053] 7:ein Beispiel fürden Verlauf der Dispensierung übereine 1536er Mikroplatte bei Verwendung eines Dispensierkammes mit9 mm Düsenabstand,
    [0054] 8:einen speziell gestalteten Detektionskanal zur Bildaufnahme dervon den Proben in den Wells der Mikroplatte erzeugten Sekundäremission.
    [0055] Dieerfindungsgemäße Einrichtungbesteht – wiein 1 dargestellt – in ihrem Grundaufbau aus einerBeleuchtungseinheit 1, die ein ringförmiges Lichtbündel kegelmantelförmig abstrahlt,einer Ringspiegeleinheit 2 zur Ausrichtung des auf dieMikroplatte 3 einfallenden Anregungsbündels 4 mit mindestenseinem und einer Halterung (nicht gezeichnet) für die Mikroplatte 3,die eine Vielzahl zu untersuchender Proben enthält, und einem Auslesestrahlengang 5,der auf einen Bildaufnehmer 6 führt, wobei Lichtquelleneinheit 1,Ringspiegeleinheit 2, Mikroplatte 3 und Auslesestrahlengang 5 entlangeiner gemeinsamen optischen Achse 7, die zugleich Symmetrieachsefür allevorgenannten Komponenten ist, angeordnet sind.
    [0056] Inder Lichtquelleneinheit 1 von 1 erfolgt zunächst eineAbbildung der Lichtquelle 11 mittels eines achromatischenObjektivs 12 ins Unendliche. Das so erzeugte telezentrischeBündelwird zerstreut auf einen Spiegeleinheit 13, deren Symmetrieachse koaxialzur optischen Achse 7 liegt, von der optischen Achse 7 wegnach außen rotationssymmetrischverteilt auf einen Kegelzonenspiegel 14, der als ein innenverspiegelter Kegelstumpfmantel ebenfalls koaxial zur optischenAchse 7 angeordnet ist. Durch die Reflexion am Kegelzonenspiegel 14 liegtam Ausgang der Lichtquelleneinheit 1 ein Ringlicht vor,das ein kegelmantelförmiges,um die optische Achse 7 rotationssymmetrisches Ringlichtbündel 41 entstehenlässt.
    [0057] UmgroßeEinfallswinkel des Anregungslichts auf der Mikroplatte 3 zuerreichen und um das Zentrum in der Umgebung der optischen Achse 7 für eine großflächige Beobachtung(Bildaufnahme im Auslesestrahlengang 5) der Mikroplatte 3 freizuhalten,werden in der Ringspiegeleinheit 2 weitere Kegelzonenspiegel 21 und 22,einerseits zur Aufweitung Ringlichtbündels 41 und andererseitszur Ausrichtung des Anregungsstrahlengangs 4 verwendet. SpiegelndeReflexionen an dem von unten beleuchteten Boden der Mikroplatte 3 gelangendadurch nicht in den Auslesestrahlengang 5 (Dunkelfeldbeleuchtung).
    [0058] JederPunkt der Lichtquelle 11 wird durch die Spiegeleinheit 13 inzwei Richtungen von der optischen Achse 7 weg aufgeteilt,um sich an der Mikroplatte 3 wieder zu vereinigen. Damiterhältjeder beleuchtete Punkt der Mikroplatte 3 wenigstens zwei Anregungsstrahlen 4 mitnahezu entgegengesetztem Einfallswinkel und die gesamte Intensität einesQuellpunktes. Daraus folgt, dass zur homogenen Mikroplatten-Ausleuchtung dieLichtquelle 11 eine überdie Leuchtflächekonstante Strahldichte aufweisen muss. Da die vom gesamten Anregungsstrahlenbündel 4 ausgeleuchteteFlächekreisförmigist, muss ihr Durchmesser die Diagonale der Mikroplatte 3 (135 mm) überdecken.
    [0059] DieSekundäremissionder Proben in den Wells wird senkrecht zur Mikroplatte 3 über einen Umlenkspiegel 51 aufeinen Bildaufnehmer 6 geleitet, der beispielsweise eineBildverstärkerkamera, eineintensivierte oder gekühlteCCD- oder CMOS-Kamera oder ein Photodiodenarray sein kann. Vor demObjektiv des Bildaufnehmers 6 wird mittels eines Filters 61 diezu beobachtende Emissionswellenlängegewähltund die Anregungswellenlängemittels eines der Lichtquelle 11 folgenden spektrales Filters 16 eingestellt.Beide Spektralfilter 16 und 61 können alsInterferenzfilter oder als Bandpassfilter ausgebildet oder gegebenenfallsdurch Polarisationsfilter 63 (nur in 6 gezeichnet)zur Auswahl definierter Polarisationszustände ergänzt sein und vorteilhaft alswechselbare Filterscheiben in Filterrädern (nicht gezeichnet) gehaltertwerden.
    [0060] Beider strahlenoptischen Berechnung optischer Systeme ist das Prinzipder optischen Achse zu beachten. Sie geht beispielsweise bei zentriertenLinsenoptiken durch die gemeinsame Symmetrieachse aller Linsen undist gleichzeitig die geometrische Mitte eines einfallenden zentriertenLichtbündels.Die optische Achse 7 ist dann senkrecht auf den einzelnenLinsenflächenund gelangt ohne Brechung durch das System. Die einzelnen Strahleneines Bündels werdenin ihren Koordinaten und Richtungskosinus auf die optische Achse 7 alsKoordinatenachse bezogen.
    [0061] Anhandvon 2 soll das Prinzip des Beleuchtungsstrahlengangserläutertwerden.
    [0062] BeiSpiegeloptiken 8 muss im Allgemeinen die optische Achse 7 nachdem Reflexionsgesetz an jedem Spiegel 81 verändert werden,wenn der Spiegel 81 nicht orthogonal von der optischenAchse 7 durchstoßenwird (siehe linke Abbildung von 2). Aufgrundvon Aberrationen liegt sie dann nicht notwendigerweise in der Mitteeines reflektierten Lichtbündels 82.Außerdemwird das Koordinatensystem an einem solchen Spiegel 81 gedreht.
    [0063] EineAusnahme bilden ringförmigeSpiegelkörper 83,wenn sie aus Mantelflächenvon Rotationskörperngebildet werden, deren Rotationsachse 84 die optische Achse 7 desGesamtsystems ist. Bei der Berechnung differentieller Strahlenbündel 85 werdendie Schnittpunkte mit dem Spiegelkörper 83 in bezug aufdie optische Achse 7 berechnet, weil sich der Rechenvorganghierbei relativ einfach und effizient erweist. Wollte man die optischeAchse 7 in der Mitte jedes Strahlenbündels 85 behalten,müsste mansehr umständlichden Spiegelkörper 83 dezentrierenund kippen, die Reflexion berechnen und wieder zurücktransformieren.Hinzu kommt, dass diese Dezentrierungen und Kippungen abhängig sindvon der jeweiligen Neigung des Bündels 85,d.h. bei einer rotationssymmetrischen Ausleuchtung des ganzen Spiegelkörpers 83 müsste manimmer wieder neue Dezentrierungen und Kippungen berechnen. Um dieszu vermeiden, wähltman sinnvoll die optische Achse 7 als Rotationsachse 84,so dass der Spiegelkörper 83 überhauptnicht dezentriert und gekippt werden muss.
    [0064] 3 zeigteinen weiteren Grundaufbau der Erfindung, bei dem einfach die Lichtquelleneinheit 1 alsRinglichtquelle angenommen wird, aus der ein Ringlichtbündel 41 austritt.Das Ringlichtbündel 41 kannaus einem Lichtleiterring 15 erzeugt oder durch eine geeigneteOptik abgebildet werden. Der Quellort des Ringlichtbündels 41 befindetsich im linken Fokus eines Ellipsoidspiegels 23 der Ringspiegeleinheit 2, dereine ringförmige,innen verspiegelte Mantelflächenzoneeines Rotationsellipsoids ist.
    [0065] Dasdivergente Bündeljedes leuchtenden Punktes der Lichtquelleneinheit 1 wird über denEllipsoidspiegel 23 in jeder Schnittebene durch die optischeAchse 7 in ein paralleles Anregungsbündel 42 gewandelt.Die Rotationsachse des Ellipsoidspiegels 23 ist wiederdie optische Achse 7 senkrecht zur Mikroplatte 3.Die Beobachtung erfolgt senkrecht zur Mikroplatte 3 mittelseines ebenen Umlenkspiegels 51 und Bildaufnehmer 6 inForm einer mit Spektralfilter 61 bestückten CCD-Kamera 62.
    [0066] DerVorteil dieses Aufbaus der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht inder parallelen Beleuchtung der Mikroplatte 3, d.h. in jedemWell herrschen identische Beleuchtungsverhältnisse vor, wobei unter absolutkonstanten Einfallswinkeln gleichverteilt um die optische Achse 7 beleuchtetwird. Durch den eingesetzten Lichtleiterring 15 werdeneine flexible Aufstellgeometrie der Lichtquelle 11 (in 3 nichtdargestellt) sowie die Verwendung kleiner, preiswerter Anregungsfilter(nicht gezeigt) möglich.
    [0067] DieBeleuchtungsgeometrie auf der Mikroplatte 3 gemäß 3 kann äquivalentauch erreicht werden, wenn der Lichtleiterring 15 durcheine Punktlichtquelle ersetzt und der Ellipsoidspiegel 23 durch einenRotationskörperausgetauscht wird, der durch einen rotierenden Ellipsenbogen erzeugtist, wobei der Ellipsenbogen näheran die optische Achse 7 gerückt wurde, so dass die zugehörige große Halbachsedes Ellipsenbogens gegenüberliegendum die Rotationsachse des resultierenden Körpers rotiert. Es wird alsoeine Ringzone eines Rotationskörpersmit elliptischer Wölbungverwendet, der bei vollständiger Konstruktionzwei Spitzen auf der optischen Achse 7 aufweisen würde. DiePunktlichtquelle wird effektiv wiederum nur ein Ringlichtbündel 41 abstrahlen,da das Bündelim Zentrum abgeschattet werden muss, um den beleuchtungsfreien Bereichfür denAuslesestrahlengang 5 zu erzeugen. Damit wäre das Beleuchtungsergebnisdasselbe, wie es in 3 als rotationssymmetrischesparalleles Anregungsbündel 42 dargestelltist, und somit das Beleuchtungsprinzip äquivalent zu 3.
    [0068] DerVorteil der telezentrischen Beleuchtung von 3 wird inder Ausführungvon 4 erweitert durch die Möglichkeit, zwei verschiedeneEinfallswinkel realisieren zu können.Die Lichtquelle 11 wird in diesem Ausführungsbeispiel in die Nähe einerersten Spiegeleinheit 13, die in diesem Fall ein Kegelspiegel 131 ist,fokussiert, um das Bündel – wie bereitsoben beschrieben – annähernd radialzu verteilen. Das divergente Bündelfällt dannauf einen ersten Kegelzonenspiegel 14, um von dort ausals ein erstes (gestrichelt gezeichnetes) Ringlichtbündel 41 dieLichtquelleneinheit 1 zu verlassen. Dieses erste Ringlichtbündel 41 gelangtschließlichauf einen ersten Ellipsoidspiegel 23 und wird als erstesparalleles Anregungsbündel 42 aufdie Mikroplatte 3 reflektiert.
    [0069] Durcheine Umschaltmechanik (nicht explizit gezeigt, aber durch gestricheltenDoppelpfeil symbolisiert) wird der erste Kegelspiegel 131 alsSpiegeleinheit 13 ausgetauscht durch eine zweite Spiegeleinheit 17 inForm eines zweiten Kegelspiegels 171, der durch seine steilereMantelflächedas divergente Bündelauf einen zweiten Kegelzonenspiegel 18 der Lichtquelleneinheit 1 verteilt.Von dort aus gelangt das aus der Lichtquelleneinheit 1 austretende,zweite (als durchgehende Linie gezeichnete) Ringlichtbündel 41 zunächst aufeinen außenverspiegelten Aufweitungs-Kegelzonenspiegel 21 derRingspiegeleinheit 2, bevor es von einem zweiten Ellipsoidspiegel 24 derRingspiegeleinheit 2 als zweites paralleles Anregungsbündel 43 aufdie Mikroplatte 3 gerichtet wird.
    [0070] DieBeobachtung (Auslesung der Mikroplattenemission) erfolgt wiederin Richtung der optischen Achse 7 über den Umlenkspiegel 51 mittelseiner CCD-Kamera 62.
    [0071] Durchden relativ einfachen mechanischen Austausch der zwei unterschiedlichenersten Pyramidenspiegel 131 bzw. 171 innerhalbder Lichtquelleneinheit 1 erfolgt eine vorteilhafte Umschaltungzwischen einem ersten und einem zweiten parallelen Anregungsbündel 42 und 43,die zwei deutlich verschiedene Einfallswinkel gegenüber derMikroplatte 3 aufweisen, ohne dass die Mikroplatte 3 ineine andere Position oder eine andere Analyseeinrichtung bewegtwerden muss (Zeitersparnis).
    [0072] In 5 wirddas Licht der Lichtquelle 11 über Linsen, Spiegel und einwechselbares Filter 16 auf eine erste Spiegeleinheit 13 inForm eines ersten schnell rotierenden Planspiegels 132 geleitet,der wiederum eine ringförmigeAusleuchtung eines ersten Kegelzonenspiegels 14 der Lichtquelleneinheit 1 bewirkt.Das Licht ist absichtlich leicht divergent, um die Größe der Kegelzonenspiegelzu begrenzen. Ein erster Kegelzonenspiegel 25 der Ringspiegeleinheit 2 lenktdas erste (gestrichelt gezeichnete) Ringlichtbündel 41 von der Lichtquelleneinheit 1 untereinem Einfallswinkel von etwa 60° aufdie Mikroplatte 3.
    [0073] Dererste Planspiegel 132 kann – wie schon zu 4 für den Kegelspiegel 131 beschrieben – mit einerMechanik aus dem Strahlengang entfernt werden, so dass das Lichtder Lichtquelle 11 dann auf einen zweiten rotierenden Planspiegel 172 gelenkt wird.Von dort aus kann das zweite (mit durchgehender Linie gezeichnete)divergente Ringlichtbündel 41 direktauf einen in der Ringspiegeleinheit 2 angeordneten zweitenKegelzonenspiegel 26 gelenkt werden, so dass das auf dieMikroplatte 3 einfallende Anregungsbündel 4 (durchgehendeLinien) einen Einfallswinkel von etwa 33° aufweist. Dieser Strahlverlaufermöglichteine verkürzteBauweise der Lichtquelleneinheit 1, weil die Funktion deszweiten Kegelzonenspiegels 18 (vgl. 4) praktischvom zweiten Kegelzonenspiegel 26 der Ringspiegeleinheit 2 mit übernommenwird.
    [0074] DieZwischenräumezwischen den Kegelzonenspiegeln 25 und 26 derRingspiegeleinheit 2 und zwischen Ringspiegeleinheit 2 undLichtquelleneinheit 1 werden zur Auslesung der Emissionder Proben der Mikroplatte 3, d.h. zur Abbildung der gesamtenMikroplatte 3 auf den Sensorchip der CCD-Kamera 62,verwendet. Beide Anregungsbündel 4 sindso optimiert, dass spiegelnde Reflexionen an der Mikroplatte 3 nichtin das Objektiv der beiden CCD-Kameras 62 fallen können. Daherist der erste Beobachtungsspiegel ein wenig zurückversetzt. Der Beobachtungsspiegelist in diesem Fall ein dichroitischer Spiegel 52, der esgestattet, einen ersten Wellenlängenbereichzu reflektieren und einen zweiten Wellenlängenbereich zu transmittieren.Damit kann mittels einer weiteren CCD-Kamera 62, auf dieder Auswertestrahlengang 5 über den Umlenkspiegel 51 abgewinkeltwird, ein zweiter Farbstoff in den Wells 31 (nur in 7 gezeigt)der Mikroplatte 3 beobachtet werden.
    [0075] 6 zeigtdie Erfindung in einer maximalen Ausbaustufe.
    [0076] EineDispensiereinheit 9 (Liquidhandling) besteht aus zwei mechanischmiteinander gekoppelten Dispensierkämmen 91 und 92 mitjeweils in einer Reihe angeordneten Düsen 93, Verbindungsschläuchen 94 zuelektrisch gesteuerten Ventilen 95 und 96 sowieBehältern 97 und 98 mitden zu dispensierenden Flüssigkeitenund Druckvorrichtungen (nicht dargestellt) zur Erzeugung eines bestimmten Überdruckessowie einer x-y-Steuerung (nur symbolisiert durch gekreuzte Doppelpfeile)zum synchronen Verfahren der gekoppelten Dispensierkämme 91 und 92.
    [0077] DieDispensierkämme 91 und 92 bestehen auseinzelnen, linear angeordneten Düsen 93,die überdie steuerbaren Ventile (oder Pumpen) 95 und 96 mitje einem Behälter 97 bzw. 98 einerbestimmten Flüssigkeit(z.B. Zellkulturen oder Reagenzien) in Verbindung stehen. Es können sogarmehrere Dispensiereinheiten 9 eingesetzt werden, um verschiedeneFlüssigkeitenhinzugeben zu können.Die Anzahl der Düsen 93 proDispensierkamm 91 und 92 hängt von der Anwendung und vonpraktischen Gesichtspunkten ab.
    [0078] Umdie Kammbewegung auf eine Richtung orthogonal zu Kammausrichtungbeschränkenzu können,müsstenfür eineMikroplatte 3 mit 1536 Wells die Dispensierkämme 91 und 92 entweder32 oder 48 einzelne Düsenaufweisen. Die Herstellung solcher Kämme ist jedoch schwierig undkostspielig und erhöhtgleichzeitig die Störanfälligkeit,da die Düsen 93 über Kanäle miteinanderverbunden sind und bei Verstopfung einzelner Düsen 93 folglich ineinzelne Wells 31 nicht bzw. durch die intakten Düsen 93 falscheVolumina dispensiert würde.Daher werden Dispensierkämmeauf maximal sechzehn, vorzugsweise nur acht Düsen 93 begrenzt, sodass die Dispensierkämme 91 und 92 inbeiden Koordinatenrichtungen der Mikroplatte 3 verfahrenwerden müssen.
    [0079] DerAbstand der Düsen 93 untereinanderist konstant und ein Vielfaches des kleinsten Abstandes der Wells 31 einerMikroplatte 3. Bevorzugt sind acht Düsen 93 mit einem Abstandvon 9 mm. Das Dispensiervolumen hängt von der Öffnungszeitdes Ventils 95 bzw. 96 ab und kann unter 100 nlliegen. Der Dispensierkopf aus den zwei Dispensierkämmen 91 und 92 wirdvorzugsweise mäanderförmig über diefeststehende Mikroplatte 3 bewegt, wie in 7 dargestellt.
    [0080] 7 zeigtin einer stilisierten Draufsicht auf die Mikroplatte 3 denoptimalen Verfahrweg, um die gesamte Dispensierzeit zu minimieren.Die Düsen 93 derDispensierkämme 91 und 92 habeneinen Abstand von 9 mm, so dass in einer 1536er Mikroplatte 3 nurdas erste und fünfteWell 31 einer Spalte 33 gleichzeitig dispensiert werden.Nach dem Abarbeiten einer kompletten Zeile 32 von linksnach rechts bewegen sich die Dispensierkämme 91 und 92 um 2,25mm in Richtung der Spalten 33, um entlang der Zeilen 32 wiedernach links zurückzu fahren. Dieser Versatz 34 um 2,25 mm in Richtung derSpalten 33 wird viermal wiederholt, bis die gesamte Mikroplatte 3 dispensiertist.
    [0081] AlleDüsen 93 derDispensierkämme 91 und 92 werdendadurch mit kleinster Dispensierzeit über die gesamte Mikroplatte 3 entlangder Zeilen 32 in mäanderförmigen Bahnen 35 geführt. 7 zeigt denWeg zweier Düsen 93 imAbstand von 9 mm und den Versatz 34 am Ende und am Anfangeiner jeden Zeile 32 füreine 1536er Mikroplatte 3.
    [0082] DerZeilenversatz 34 ist an die jeweilige Mikroplatte 3 anzupassen.Für eine96er Mikroplatte 3 kein Versatz, 4,5 mm für eine 384erMikroplatte 3 und 2,25 mm für eine 1536er Mikroplatte 3.Die Düsen 93 derDispensierkämme 91 und 92 können dabei kleinsteMengen sehr genau dispensieren (≈ 100nl). Dies ist vorteilhaft, weil dadurch nur geringere Mengen wertvollerStoffe verbraucht werden.
    [0083] Gemäß 6 beinhaltetdie Lichtquelleneinheit 1 zwei Lichtquellen 11,die übereinen Strahlteiler 19 (dichroitisch oder halbdurchlässig) zusammengekoppeltwerden. Bevorzugt werden Xenon-Quellen verwendet, da sie den gesamtenSpektralbereich vom UV bis ins NIR abdecken. Die Lichtquellen 11 werdenals Blitzlampe gepulst betrieben, können aber auch kontinuierlichabstrahlen. Falls eine kontinuierliche Lichtquelle 11 verwendetwird, muss sie mit einem Verschluss (Shutter) ausgestattet werden, umdie Proben der Mikroplatte 3 nur dann zu bestrahlen, wenngemessen wird. Außerdemkönnenmittels Verschlüssenbeide Lichtquellen 11 ausgeschaltet werden, wenn die Lumineszenzvon Proben auf der Mikroplatte 3 beobachtet werden soll.
    [0084] DasWeißlichtjeder Lichtquelle 11 wird über je ein Filter 16 monochromatischgefiltert. Dazu sind vorzugsweise mehrere Interferenzfilter in einemFilterrad (nicht gezeigt) angeordnet, d.h. es können verschiedene Anregungswellenlängen ausgewählt werden,so dass die Fluoreszenz der Proben von zwei Farbstoffen oder voneinem Farbstoff nacheinander bei zwei Anregungswellenlängen beobachtetwerden kann. Weiterhin kann überein Polarisationsfilter 63 mit einem definierten Polarisationszustand(z.B. ausgerichtete lineare Polarisierung) angeregt werden.
    [0085] Auchin 6 könnenzwei verschiedene Einfallswinkel des koaxialen Anregungsbündels 4 auf dieMikroplatte 3 ausgewähltwerden, indem die erste Spiegeleinheit 13, die in diesemBeispiel als achtseitiger Pyramidenspiegel 133 ausgeführt ist,aus dem Lichtbündelder Lichtquellen 11 herausnehmbar ist (symbolisiert durchgestrichelten Doppelpfeil), so dass das Lichtbündel der Lichtquellen 11 aufeinen zweiten Pyramidenspiegel 173 fällt und von dort aus nach außen verteiltwird.
    [0086] Beientferntem erstem Pyramidenspiegel 133 wird über denzweiten Pyramidenspiegel 173 und den zweiten Ellipsoidspiegel 24 derRingspiegeleinheit 2 ein Strahlengang benutzt, der aufder Mikroplatte 3 einen mittleren Einfallswinkel von ≈ 33° gegenüber deroptischen Achse 7 erreicht. Bei eingeschobenem ersten Pyramidenspiegel 133 beträgt der über denersten Ellipsoidspiegel 23 eingestellte Einfallswinkeletwa 60°.Die Symmetrieachsen der Pyramidenspiegel 133 und 173 undKegelzonenspiegel 14 sowie der Ellipsoidspiegel 23 und 24 istgleichzeitig die optische Achse 7 des gesamten optischenAufbaus einschließlichdes Auslesestrahlengangs 5.
    [0087] DiePyramidenspiegel 133 und 173 können zur besseren Bündelformungund Lichtverteilung vorteilhaft „Seitenflächen" aufweisen, die konkav oder konvex gewölbt undgegebenenfalls zusätzlich(als Facettenspiegel mit sukzessive geänderten Flächennormalen) segmentiert sind.Die Gleichmäßigkeitder Lichtverteilung kann durch zusätzliche Rotation der Pyramidenspiegel 133 und 173 weiterverbessert werden.
    [0088] Vonden beiden Anregungsbündeln 4 mitunterschiedlichen Einfallswinkeln gelangen spiegelnde Reflexionenan der Unterseite der Mikroplatte 3 in keinem Fall aufdie (ebenen) Umlenkspiegel 51 und 53 und somitnicht in die CCD-Kameras 62 zur Beobachtung der Fluoreszenz(Lumineszenz), d.h. die gesamte Beleuchtungsoptik stellt praktischeine Dunkelfeldbeleuchtung dar.
    [0089] AlsRingspiegel in der Ringspiegeleinheit 2 können innenverspiegelte Zonen (Mantelflächenringe)sowohl von Rotationsellipsoiden, -paraboloiden, -hyperboloiden alsauch von Körpernanderer rotierender Kurvenstücke,einschließlicheiner Gerade, die einen Kreiskegel erzeugt, verwendet werden. Der Vorteileines Ellipsoidspiegels besteht darin, dass man auf die Mikroplatte 3 jeweilseinen telezentrischen Strahlengang 42 bzw. 43 richtenkann (siehe 3 und 4), derallseitig unter gleichem Winkel einfällt und für eine vollkommen homogeneAusleuchtung der Mikroplatte 3 sorgt.
    [0090] DieEmissionsstrahlung aus den einzelnen Wells 31 der Mikroplatte 3 wirdwie bisher senkrecht zur Mikroplatte 3 entlang der gemeinsamenoptischen Achse 7 aufgenommen. Die zwischen den beidenEllipsoidspiegeln 23 und 24 sichtbare Lücke wird für eine ersteKamera 62 verwendet, die mit einem Spektralfilter 61 undeinem wechselbaren Polarisator 63 (d.h. einem polarisationsoptischenAnalysator mit Umschaltung des linearen Polarisationszustandes um90°) ausgestattetist.
    [0091] Dererste Beobachtungsspiegel auf der optischen Achse 7 isthier als halbdurchlässigerSpiegel 53 ausgebildet, um einen multivalenten Einsatzder erfindungsgemäßen Einrichtungzu ermöglichen.
    [0092] InFällen,in denen besonders schwache Lichtemission gemessen werden soll,ist allerdings ein dichroitischer Spiegel vorteilhafter, weil dessen hoherReflexions- und Transmissionsgrad für die entsprechenden Spektralbänder besonderseffektiv überträgt, derhalbdurchlässigeSpiegel 53 aber nur 50 % transmittiert (und reflektiert)und somit die zur Auswertung zur Verfügung stehende Intensität der emittiertenStrahlung erheblich schwächt.
    [0093] Eindichroitischer Spiegel 52 sollte also dann gewählt werden,wenn die zu messenden Emissionswellenlängen spektral hinreichend weitauseinander liegen und keine multivalenten Messaufgaben zu bewältigen sind,bei denen ein dichroitischer Spiegel 52, dessen Kantenwellenlänge sichnicht ändern lässt, für unterschiedlicheAnalysen häufigausgetauscht werden müsste.
    [0094] ZurSteuerung der gesamten Einrichtung ist ein Computer (nicht dargestellt)vorgesehen, der die Synchronisation der Bildaufnahme mit der Anregung einerseitsund mit der Flüssigkeitszugabeandererseits gewährleistet.
    [0095] Dasaus dem Stand der Technik bekannte Problem des Zeitverlustes infolgeFilterwechsels o.ä. wirddurch Einsatz zweier Blitzlampen als Lichtquellen 11, diejeweils auf eine fixe Wellenlängeeingestellt sind und sehr schnell (10-100 ms) seriell geschaltetwerden können,umgangen. Darüberhinaus ist es möglich,zusätzlichzu den zwei Lichtquellen 11 mit unterschiedlichen Anregungswellenlängen die Fluoreszenzbei einer festen Emissionswellenlänge zu beobachten oder zweiKameras einzusetzen, um bei unterschiedlichen Emissionswellenlängen mitdifferenzierter Empfindlichkeit zu messen. Weiterhin können Wellenlänge und/oderPolarisationszustand des Anregungsstrahlengangs 4 gewählt werden,indem unterschiedliche Spektralfilter 16 und Polarisationsfilter 63 (zurErzeugung definierter Polarisationszustände des Anregungslichts 4)mittels Filterrädern inder Lichtquelleneinheit 1 wechselbar sind. Sind im Auslesestrahlengang 5 ebenfallssolche Filterwechselvorrichtungen vorhanden, kann die (Fluoreszenz- oderBiolumineszenz-) Emission von Proben auf der Mikroplatte 3 unterverschiedensten Anregungs- und Detektionsbedingungen untersuchtwerden.
    [0096] Istdas optische Analysenmessgerätmit einer Flüssigkeitsstationzur Flüssigkeitszugabe(Dispensiereinheit 9) ausgestattet, erweist sich als besondersvorteilhaft, dass die Emissionsmessung bei feststehender, komplettbeobachteter Mikroplatte 3 erfolgt, wenn verfahrbare Dispensierkämme 91 und 92,die in einzelne Wells 31 (vorzugsweise mehrere Wells 31 gleichzeitig)eine definierte Flüssigkeitsmengeberührungslosabsetzen, überdie Mikroplatte 3 bewegt werden. Somit tritt eine Verzögerung durch Verschiebungder Mikroplatte 3 nach einzelnen Flüssigkeitszugaben nicht ein,da sich jedes beliebige Well 31 der Mikroplatte 3 beider Dispensierung stets übereiner Messposition (d.h. im Auslesestrahlengang 5) befindet.
    [0097] Beieiner Ausführungsformder Erfindung gemäß 6 unterVerwendung zweier (gepulster) Lichtquellen 11 mit definiertenAnregungswellenlängenkann zusätzlicheine quantitative Bestimmung von bestimmten Ionen, z. B. Calcium,vorgenommen werden, wie im folgenden Beispiel (Fura-Analyse) nochgenauer erläutertwird.
    [0098] Inder Zellbiologie interessiert die transiente intrazelluläre Calciumkonzentration,da letztere u.a. Auskunft überdie Vitalitäteiner Zelle gibt. Der Fluoreszenzfarbstoff Fura III gestattet eineQuantifizierung der Konzentration von Calcium, wenn bei 340 und380 nm angeregt wird und jeweils bei 520 nm die Emission beobachtetwird. Die in der in 6 gezeigte Einrichtung ist derartaufgebaut, dass sie auch diese Ca-Messung gestattet. Die Voraussetzungenwerden mittels zweier Blitzlampen – eingestellt auf 340 bzw.380 nm – undKamerabeobachtung bei 520 nm erfüllt.Der Quotient beider quasi zeitgleich gemessenen Signale gibt dieCa-Konzentration wieder (wenn das Signal bei 380 nm konstant bleibt).
    [0099] Fallsdie zeitliche Auflösungder Messung nicht kritisch ist, könnte auch die Anregungsstrahlung einerLichtquelle 11 mittels eines Filterrades zwischen zweiBandpassfiltern von 340 nm und 380 nm umgeschaltet werden.
    [0100] DieMöglichkeitin der Gestaltungsvariante von 6, zweiverschiedene Flüssigkeitenzu dispensieren, impliziert, dass man auch zwei verschiedene Emissionswellenlängen beobachtenkann. Dies ist mittels einer zweiten Kamera 62 in 6 ebenfalls vorgesehen.Theoretisch könnteman sogar das schon einmal geteilte Bündel per Strahlteiler 53 oder dichroitischemSpiegel 52 nochmals aufteilen und noch eine weitere Kamera 62 einsetzen.
    [0101] Einweiterer Vorteil besteht in der axialen, d.h. rotationssymmetrischenAusleuchtung der Mikroplatte 3 unter Anwendung des Prinzipseiner Dunkelfeldbeleuchtung. Die um mehrere Zehnerpotenzen (≈ 105 – 107) stärkereAnregungsstrahlung kann dadurch nicht über spiegelnde Reflexionenin den Emissionskanal (Auswertestrahlengang 5) gelangen unddie Rotationssymmetrie der einfallenden Anregungsbündel 4 gewährleisteteine homogene Ausleuchtung, so dass auf eine (möglicherweise fehlerbehaftete)Korrektur auf einen normierten Anregungspegel verzichtet werdenkann.
    [0102] DieDispensierkämme 91 und 92 gestatten dieZugabe kleinster definierter Volumina. Dies ist vorteilhaft, weildadurch a) der Verbrauch an häufig sehrkostspieligen komplexen pharmakologischen Bioreagenzien beschränkt werdenkann und b) durch programmierte Zugabe verschiedener Volumina in aufeinanderfolgendeWells 31 eine Konzentrationsreihe gebildet werden kann.
    [0103] DieMöglichkeit,auf der Mikroplatte 3 zwei Einfallswinkel der Anregungsbündel 4 zurealisieren, ist besonders vorteilhaft, wenn der Einfallswinkelan das Messproblem angepasst ist. Interessiert beispielsweise einSignal aus einer einlagigen Zellschicht, so wählt man einen großen Einfallswinkel, derdas Hintergrundsignal aus dem Volumen weitgehend unterdrückt. Fallsaber das Antwortsignal aus dem Volumen erwartet wird, wählt manden kleineren Einfallswinkel. Die sequentielle Messung beider Einfallswinkelan einer eingelegten Mikroplatte 3 gestattet es, den Einflussder Fluoreszenz aus einem Restvolumen zu bestimmen und abzuziehen.
    [0104] MancheFluoreszenzmolekülesind chemisch fest an rigide Strukturen gekoppelt. Dann ist dieAbsorption abhängigvon der Polarisation der einfallenden Anregungsbündel 4, und auch dieEmission ist durch die verlangsamte Beweglichkeit der Moleküle polarisiert.Der Aufbau gemäß 6 gestattetes, in solchen Fällenauch eine Polarisation der Fluoreszenzemission zu messen, um Aussagen über dieMolekülezu gewinnen (Diffusion, Kopplung etc.). Praktisch wird dazu linearpolarisiertes Licht eingestrahlt, und die Emission von parallelund senkrecht polarisiertem Licht gemessen. Das Polarisationsfilter 63 für die Emissionsstrahlungwird dazu schnell gewechselt oder gedreht.
    [0105] Umdie Bildaufnahme näheran die Mikroplatte 3 heranzubringen, wird – gemäß 8 – ein kurzbrennweitigesObjektiv 64 verwendet, das ein Bild auf einem bildgebendenLichtleiter 65 erzeugt. Dieser Lichtleiter 65 führt dasemittierte Licht in unmittelbarer Nähe der Entstehungsorte ausdem Anregungsstrahlengang 4 heraus. Das andere Lichtleiterende wirdauf den Bildwandler der Kamera 62 abgebildet. Der Vorteildieser Ausführungist die höhereLichtausbeute an emittiertem Licht im Vergleich zu den 1, 3, 4, 5 und 6,wodurch sämtliche vorherigenAufbauten in dieser Weise modifiziert werden können.
    [0106] DieAusführungdes Auslesestrahlengangs 5 mit einem bildgebenden Lichtleiter 65 gemäß 8, diesomit die aufwendige (weil relativ großflächige) Spiegelauskopplung ersetzenkann, verbessert außerdemdas Signal/Rausch-Verhältnis,weil die Emission aus kurzer Distanz und mit großem Raumwinkel gemessen werdenkann.
    1 Lichtquelleneinheit 11 Lichtquelle 12 Objektiv 13 (erste)Spiegeleinheit 131 (erster)Kegelspiegel 132 (erster)rotierender Planspiegel 133 (erster)Pyramidenspiegel 14 (erster)Kegelzonenspiegel 15 Lichtleiterring 16 Filter 17 (zweite)Spiegeleinheit 171 (zweiter)Kegelspiegel 172 (zweiter)rotierender Planspiegel 173 (zweiter)Pyramidenspiegel 18 (zweiter)Kegelzonenspiegel 19 Strahlteiler 2 Ringspiegeleinheit 21 Aufweitungs-Kegelzonenspiegel 22 Kegelzonenspiegel 23 ersterEllipsoidspiegel 24 zweiterEllipsoidspiegel 25 ersterKegelzonenspiegel 26 zweiterKegelzonenspiegel 3 Mikroplatte 31 Well 32 Zeile 33 Spalte 34 Versatz 35 mäanderförmige Bahn 4 Anregungsbündel 41 ringförmiges Lichtbündel 42 erstesparalleles Anregungsbündel 43 zweiterparalleles Anregungsbündel 5 Auslesestrahlengang 51 Umlenkspiegel 52 dichroitischerSpiegel 53 halbdurchlässiger Spiegel 6 Bildaufnehmer 61 Spektralfilter 62 CCD-Kamera 63 Polarisator 64 Objektiv 65 Lichtleiter 7 optischeAchse 8 Spiegeloptiken 81 ebenerSpiegelfläche 82 reflektiertesBündel 83 (rotationssymmetrischer)Spiegelkörper 84 Rotationsachse 85 Strahlenbündel 9 Dispensiereinheit 91,92 Dispensierkamm 93 Düsen 94 Verbindungsschläuche 95,96 Ventile,Pumpen 97,98 Behälter
    权利要求:
    Claims (39)
    [1] Einrichtung zur optischen Analysenmessung aneinem Multiprobenträger,insbesondere fürFluoreszenz- oder Biolumineszenzmessungen, wobei auf eine Vielzahlvon Kavitäten(31) des Multiprobenträgers(3) Anregungslicht mindestens einer Lichtquelle (11)gerichtet ist und die von den Proben emittierte Sekundärstrahlung über einenAuslesestrahlengang mit wenigstens einer Abbildungsoptik auf mindestens einenhochsensiblen Bildaufnehmer (6) gerichtet ist, dadurchgekennzeichnet, dass – dasAnregungslicht von der Lichtquelleneinheit (1) koaxialringförmigum eine optische Achse (7) auf den Multiprobenträger (3)gerichtet ist, wobei die optische Achse (7) in Richtungeiner Flächennormale desMultiprobenträgers(3) und koaxial zur Richtung des Auslesestrahlengangs (5)orientiert ist und – zurAusrichtung des Anregungslichts auf den Multiprobenträger (3)eine Ringspiegeleinheit (2) mit mindestens einem gekrümmten Ringspiegel(21; 22; 23; 24; 25; 26)vorhanden ist, der koaxial zur optischen Achse (7) so angeordnetist, dass das Anregungslicht (4; 41; 42; 43)allseitig unter schrägemEinfallswinkel den Multiprobenträger(3) homogen beleuchtet.
    [2] Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Lichtquelleneinheit (1) als eine koaxial zur optischenAchse (7) angeordnete Ringlichtquelle mit koaxial abgestrahltenRinglichtbündel(41) ausgebildet ist.
    [3] Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass die Lichtquelleneinheit (1) als ein kreisförmig koaxialzur optischen Achse (7) angeordneter Ring von Lichtleitfasern(15) ausgebildet ist.
    [4] Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass die Lichtquelleneinheit (1) Mittel zur Erzeugung einerkoaxial kreisförmigenoptischen Abbildung aufweist, die mindestens ein koaxiales Ringlichtbündel (41)erzeugen.
    [5] Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,dass die Lichtquelleneinheit (1) eine Lichtquelle (11)sowie mindestens eine auf der optischen Achse (7) angeordneteSpiegeleinheit (13; 17), die das Licht der Lichtquelle(11) von der optischen Achse (7) weg annähernd radialnach außen ablenktund auf einen koaxial angeordneten Kegelzonenspiegel (14; 18)richtet, wobei von der Lichtquelle (11) einfallendes Licht über dieSpiegeleinheit (13; 17) und den Kegelzonenspiegel(14; 18) in ein leicht divergentes, mindestensim zeitlichen Mittel gleichverteiltes Ringlichtbündel (41) koaxialum die optische Achse (7) formiert.
    [6] Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,dass die Spiegeleinheit (13; 17) einen schnellrotierenden Spiegel (132; 172) aufweist, dessenDrehachse koaxial zur optischen Achse (7) und dessen mittlereFlächennormaleso ausgerichtet ist, dass das Licht der Lichtquelle (11)annäherndradial nach außenauf den innen verspiegelten Kegelzonenspiegel (14; 18)gerichtet ist, wobei der rotierende Spiegel (132; 172)währendeiner vorgewähltenIntegrationszeit des Bildaufnehmers (6) ein ganzzahliges Vielfacheseiner vollständigenUmdrehung um die optische Achse (7) ausführt, sodass von der Lichtquelleneinheit (1) ein gleichverteiltesRinglichtbündel (41)koaxial um die optische Achse (7) abgegeben wird.
    [7] Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,dass die Spiegeleinheit (13; 17) als ein koaxialzur optischen Achse (7) um die Mittelsenkrechte seinerBasisflächerotierendes Dachkantenprisma ausgebildet ist, wobei das Prisma während einervorgewähltenIntegrationszeit des Bildaufnehmers ein ganzzahliges Vielfacheseiner halben Umdrehung ausführt,so dass von der Lichtquelleneinheit (1) ein gleichverteiltesRinglichtbündel(41) koaxial um die optische Achse (7) abgegebenwird.
    [8] Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,dass die Spiegeleinheit (13; 17) als ein koaxialzur optischen Achse (7) angeordneter n-seitiger Pyramidenspiegel(133; 173) mit außen verspiegelter Mantelfläche ausgebildetist.
    [9] Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,dass die Spiegeleinheit (13; 17) vorzugsweiseals eine achtseitiger Pyramidenspiegel (133, 173)ausgeführtist.
    [10] Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,dass der Pyramidenspiegel (133; 173) um die optischeAchse (7) rotierbar ist, wobei der Pyramidenspiegel (133; 173)währendeiner vorgewähltenIntegrationszeit des Bildaufnehmers (6) ein ganzzahligesVielfaches des n-ten Teils einer Umdrehung ausführt.
    [11] Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,dass die Spiegeleinheit (13; 17) ein koaxial angeordneterKegelspiegel (131; 171) mit außen verspiegelter Mantelfläche ist.
    [12] Einrichtung nach Anspruch 6, 7, 8 oder 9, dadurchgekennzeichnet, dass jede verspiegelte Fläche der Spiegeleinheit (13; 17)in sich konvex oder konkav gewölbtist.
    [13] Einrichtung nach Anspruch 6, 7, 8 oder 9, dadurchgekennzeichnet, dass jede verspiegelte Fläche der Spiegeleinheit (13; 17)in sich konvex oder konkav gewölbtund aus einzelnen Facetten mit unterschiedlichen Flächennormalengebildet ist.
    [14] Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass der Ringspiegel eine innen verspiegelte Mantelfläche einesRotationskörpersist, der durch Rotation einer Kurve um eine Achse entsteht.
    [15] Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,dass der Ringspiegel eine innen verspiegelte Mantelfläche einesRotationsellipsoiden ist.
    [16] Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,dass der Ringspiegel eine innen verspiegelte Mantelfläche einesRotationsparaboloiden ist.
    [17] Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,dass der Ringspiegel eine innen verspiegelte Mantelfläche einesRotationshyperboloiden ist.
    [18] Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Ringspiegeleinheit (2) einen innen verspiegeltenKegelzonenspiegel (22; 25; 26) enthält.
    [19] Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,dass zur weiteren Aufweitung des Ringlichtbündels die Ringspiegeleinheitaus einem außenverspiegelten Kegelzonenspiegel (21) und einem innen verspiegeltenKegelzonenspiegel (22) zusammengesetzt ist.
    [20] Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,dass zur weiteren Aufweitung des Ringlichtbündels (41) die Ringspiegeleinheit(2) aus einem außenverspiegelten Kegelzonenspiegel (21) und einer innen verspiegeltenMantelflächeeines Rotationskörpers(23; 24), der durch Rotation einer Kurve entsteht,zusammengesetzt ist.
    [21] Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,dass die Ringspiegeleinheit (2) aus einem außen verspiegeltenKegelzonenspiegel (21) und einem innen verspiegelten Ellipsoidspiegel(23; 24) zusammengesetzt ist.
    [22] Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,dass die Ringspiegeleinheit (2) aus einem außen verspiegeltenKegelspiegel (21) und einem innen verspiegelten Paraboloidspiegelzusammengesetzt ist.
    [23] Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,dass die Ringspiegeleinheit aus einem außen verspiegelten Kegelspiegel(21) und einem innen verspiegelten Hyperboloidspiegel zusammengesetztist.
    [24] Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,dass zur Beleuchtung des Multiprobenträgers (3) unter verschiedenenEinfallswinkeln die Lichtquelleneinheit (1) auf unterschiedlicheKonvergenz des koaxialen Ringlichtbündels (41) umschaltbarist, wobei eine erste Spiegeleinheit (13) der Lichtquelleneinheit(1) austauschbar ist durch eine gleichartige zweite Spiegeleinheit(17), die sich von der ersten Spiegeleinheit (13)durch eine unterschiedliche Neigung ihrer mindestens einen verspiegeltenFlächeunterscheidet, und wobei aufgrund unterschiedlicher Reflexionswinkelder ersten und zweiten Spiegeleinheit (13; 17)erste und zweite innen verspiegelte Kegelzonenspiegel (14; 18)unterschiedlichen Durchmessers entlang der optischen Achse (7)versetzt in der Lichtquelleneinheit (1) angeordnet sind,und in der Ringspiegeleinheit (2) mindestens zwei Ringspiegel(21, 22, 23; 25, 26)an verschiedenen Positionen entlang der optischen Achse (7)vorhanden sind, um jeweils eines der Ringlichtbündel (41) unterschiedlicherKonvergenz auf den Multiprobenträger(3) zu richten.
    [25] Einrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet,dass zur Umschaltung der Lichtquelleneinheit (1) auf unterschiedlicheKonvergenz des koaxialen Ringlichtbündels (41) die ersteund zweite außenverspiegelte Spiegeleinheit (13; 17) der Lichtquelleneinheit(1) an verschiedenen Positionen entlang der optischen Achse(7) angeordnet sind und die lichtquellennahe erste Spiegeleinheit(13) ausschwenkbar ist, so dass das Lichtbündel derLichtquelle (11) bei ausgeschwenkter erster Spiegeleinheit(13) die zweite Spiegeleinheit (17) trifft, wobeizugeordnet zur zweiten Spiegeleinheit (17) der innen verspiegeltezweite Kegelzonenspiegel (18) durch einen Ringspiegel (24; 26)der Ringspiegeleinheit (2) ersetzt ist.
    [26] Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,dass der innen verspiegelte Kegelzonenspiegel (18) derLichtquelleneinheit (1) durch einen Kegelzonenspiegel (26)der Ringspiegeleinheit (2) ersetzt ist.
    [27] Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,dass der innen verspiegelte Kegelzonenspiegel (18) derLichtquelleneinheit (1) durch einen Ellipsoidspiegel (24)der Ringspiegeleinheit (2) ersetzt ist.
    [28] Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass in der Lichtquelleneinheit (1) zwei Lichtquellen (11)mit unterschiedlicher spektraler Abstrahlung auf die optische Achse(7) eingekoppelt sind.
    [29] Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass in der Lichtquelleneinheit (1) mindestens eine Lichtquelle(11) und im Auswertestrahlengang mindestens ein Bildaufnehmer(6) mit unterschiedlichen Filtern (16; 61; 63)ausgestattet sind.
    [30] Einrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet,dass die Filter (16; 61) wechselbare spektraleBandpassfilter sind.
    [31] Einrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet,dass die Filter (16; 61) wechselbare Interferenzfiltersind.
    [32] Einrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet,dass die Filter Polarisationsfilter (63) zur Auswahl einesdefinierten Polarisationszustandes sind.
    [33] Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass der Auslesestrahlengang (5) mindestens einen Umlenkspiegel(51; 52; 53) zur Auskopplung des Auslesestrahlengangs(5) aufweist, um das Emissionslicht vom Multiprobenträger (3)an den Ringspiegeln (21; 22; 23; 24; 25; 26)der Ringspiegeleinheit (2) vorbei auf einen Bildaufnehmer(6; 62) umzulenken.
    [34] Einrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet,dass bei Verwendung mehrerer Bildaufnehmer (6; 62)wenigstens ein Umlenkspiegel ein dichroitischer Spiegel (52)ist.
    [35] Einrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet,dass bei Verwendung mehrerer Bildaufnehmer (6; 62)wenigstens ein Umlenkspiegel ein halbdurchlässiger Spiegel (53)ist.
    [36] Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass der Auslesestrahlengang (5) einen bildgebenden Lichtleiterzur Auskopplung des Emissionslichts vom Multiprobenträger (3)auf einen Bildaufnehmer (6) an den Ringspiegeln (21; 22; 23; 24; 25; 26)der Ringspiegeleinheit (2) vorbei nach außen aufweist,wobei zur Abbildung des Multiprobenträgers (3) auf ein Faserendedes Lichtleiters (65) ein kurzbrennweitiges Objektiv (64)vorgesehen ist.
    [37] Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass der Anregungs- und der Auswertestrahlengang (4; 5)auf den transparenten Boden des Multiprobenträgers (3) gerichtetsind und oberhalb des Multiprobenträgers (3) eine Flüssigkeitszugabeeinrichtung(9) zur Flüssigkeitszugabewährend ständig gleichzeitiglaufender Messungen der Emission der Proben des Multiprobenträgers (3)vorhanden ist.
    [38] Einrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet,dass die Flüssigkeitszugabeeinrichtung(9) eine Pipettiereinheit aufweist.
    [39] Einrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet,dass die Flüssigkeitszugabeeinrichtungeine Dispensiereinheit (91, 95, 97; 92, 96, 98) aufweist.
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    US6800860B2|2004-10-05|Optical architectures for microvolume laser-scanning cytometers
    US8921280B2|2014-12-30|Integrated bio-chip and method of fabricating the integrated bio-chip
    EP0108524B1|1988-03-16|Fluorometer
    EP1661165B1|2019-10-09|Optischer detektor für ein teilchensortiersystem
    DE60037184T2|2008-10-02|Abbildungssystem für optischen bildabtaster
    US7161665B2|2007-01-09|High resolution imaging fountain flow cytometry
    US7820428B2|2010-10-26|Portable light generation and detection system
    JP4097085B2|2008-06-04|蛍光光度計
    US8120002B2|2012-02-21|Multi-color biosensor for detecting luminescence sites on a substrate having a refractive optical element for adjusting and focusing at least two incident irradiation beams of different wavelengths
    US6177990B1|2001-01-23|Optical substrate for enhanced detectability of fluorescence
    ES2635094T3|2017-10-02|Procedimientos y aparatos para la formación confocal de imágenes
    ES2642930T3|2017-11-20|Procedimiento y aparato para detectar fluorescencia de una muestra
    US7002671B2|2006-02-21|Detector and screening device for ion channels
    US6097025A|2000-08-01|Light detection device having an optical-path switching mechanism
    US6795189B2|2004-09-21|Universal microplate analyzer
    JP3815969B2|2006-08-30|微量流体デバイスにおける多重方式蛍光検出
    US6825921B1|2004-11-30|Multi-mode light detection system
    ES2284087T3|2007-11-01|Generacion de imagenes de señales de fluorescencia mediante opticas telecentricas de excitacion y de generacion de imagenes.
    EP2148188B1|2014-01-08|Anregungs- und Bildgebungsoptik zum Fluoreszenznachweis
    US9488571B2|2016-11-08|Two-dimensional spectral imaging system
    US7217573B1|2007-05-15|Method of inspecting a DNA chip
    US7158224B2|2007-01-02|Optically active substrates
    EP2182368B1|2011-09-21|Verfahren und Vorrichtung zur Abbildung und Verarbeitung von Proben in biologischen Probenbehältern
    US5847400A|1998-12-08|Fluorescence imaging system having reduced background fluorescence
    EP2201352B1|2015-09-23|Fluoreszenzanregungs- und -nachweissystem und entsprechendes verfahren
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004016361B4|2006-07-06|
    US7199377B2|2007-04-03|
    US20050218338A1|2005-10-06|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    GB2119112A|1982-04-27|1983-11-09|Ferranti Plc|Optical elements|
    DE3318376C1|1983-05-20|1985-01-03|Preussag Ag|Device for exciting photoluminescence and for observing the same|
    DE4005245A1|1990-02-20|1991-08-29|Byk Gulden Lomberg Chem Fab|Reflexionsfluorimeter|
    WO1999003008A1|1997-07-09|1999-01-21|Evotec Biosystems Ag|Vorrichtung zur optischen erfassung von proben|
    DE19810615A1|1998-03-12|1999-09-16|Thomas Ruckstuhl|Optische Anordnung zum Erfassen von Licht|
    EP0987540A2|1998-09-17|2000-03-22|Wallac Oy|Probenabbildungsgerät|
    DE29901464U1|1999-01-28|2000-07-06|J & M Analytische Mess & Regeltechnik Gmbh|Kombinationslichtquelle und Analysesystem unter Verwendung derselben|
    DE19903506A1|1999-01-29|2000-08-10|Inst Chemo Biosensorik|Verfahren, Gefäß und Vorrichtung zur Überwachung der Stoffwechselaktivität von Zellkulturen in flüssigen Medien|
    DE19916748A1|1999-04-14|2000-10-19|Zeiss Carl Jena Gmbh|Anordnung und Auswertung von fluoreszenzbasierten Nachweisreaktionen|
    EP1122576A2|2000-01-28|2001-08-08|Werner Dipl.-Ing. Freber|Optisches System|
    WO2003100398A1|2002-05-24|2003-12-04|Bayer Healthcare Ag|Fluoreszenz-mess-system|DE102016225817A1|2016-12-21|2018-06-21|Bayer Pharma Aktiengesellschaft|Verfahren und System für Messungen im Hochdurchsatz-Screening mit hoher Zeitauflösung|WO1990013808A1|1989-05-01|1990-11-15|Byk Gulden Lomberg Chem Fab|Reflexionsfluorimeter|
    US5670113A|1991-12-20|1997-09-23|Sibia Neurosciences, Inc.|Automated analysis equipment and assay method for detecting cell surface protein and/or cytoplasmic receptor function using same|
    US5355215A|1992-09-30|1994-10-11|Environmental Research Institute Of Michigan|Method and apparatus for quantitative fluorescence measurements|
    DE19621312A1|1996-05-28|1997-12-04|Bayer Ag|Maskierung der Hintergrundfluoreszenz und Signalverstärkung bei der optischen Analyse biologisch medizinischer Assays|
    IL128539A|1996-08-16|2004-01-04|Imaging Res Inc|Digital imaging system for assays in well plates, gels and blots|
    DE19755187C2|1997-12-11|2001-04-26|Berthold Detection Systems Gmb|Vorrichtung zur Messung der Lumineszenz oder Fluoreszenz einer Probe|
    EP1190232A1|1999-06-26|2002-03-27|Packard Instrument Company, Inc.|Mikroplattenleser|
    WO2001004608A1|1999-07-07|2001-01-18|Ljl Biosystems, Inc.|Light detection device|
    DE60230240D1|2001-02-28|2009-01-22|Ge Healthcare Niagara Inc|Abbildendes fluorimeter für zeitaufgelöste fluoreszenz|
    DE10309269B4|2003-03-03|2005-06-02|Till Photonics Gmbh|Vorrichtung für Totale Interne Reflexions-Mikroskopie|
    US7130042B2|2003-03-06|2006-10-31|Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University|Dual axis fluorescence microscope with modulated input|US7192055B2|2003-11-13|2007-03-20|Automotive Systems Laboratory, Inc.|Pyrotechnic linear inflator|
    EP1893975A4|2005-06-13|2010-08-04|Stratagene California|System und verfahren für fluoreszenzanregung und erkennung mit verschiedenen optischen pfaden|
    US8320650B2|2005-11-30|2012-11-27|Lawrence Livermore National Security, Llc|In vivo spectral micro-imaging of tissue|
    US7945077B2|2005-11-30|2011-05-17|Lawrence Livermore National Security, Llc|Hyperspectral microscope for in vivo imaging of microstructures and cells in tissues|
    US7700928B2|2007-01-25|2010-04-20|Etaluma, Inc.|Apparatus and method for interleaving detection of fluorescence and luminescence|
    US7733488B1|2007-01-26|2010-06-08|Revolution Optics, Llc|Compact multi-wavelength optical reader and method of acquiring optical data on clustered assay samples using differing-wavelength light sources|
    US9557217B2|2007-02-13|2017-01-31|Bti Holdings, Inc.|Universal multidetection system for microplates|
    US7782454B2|2007-02-13|2010-08-24|Bti Holdings, Inc.|Universal multidetection system for microplates|
    EP2240763B1|2008-02-04|2016-09-21|Koninklijke Philips N.V.|Molekulares diagnosesystem, das auf evaneszenter beleuchtung und fluoreszenz beruht|
    US7994485B2|2008-04-08|2011-08-09|Carestream Health, Inc.|Apparatus and method for fluorescence measurements using spatially structured illumination|
    KR101630897B1|2009-03-26|2016-06-15|하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤|광조사장치 및 광측정장치|
    DE102013221415A1|2013-10-22|2015-04-23|Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.|Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung eines Objekts|
    CN111630523A|2018-05-21|2020-09-04|华为技术有限公司|一种图像特征提取方法及装置|
    法律状态:
    2005-11-03| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2007-01-04| 8364| No opposition during term of opposition|
    2014-02-06| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|Effective date: 20131101 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE200410016361|DE102004016361B4|2004-04-01|2004-04-01|Optisches Analysenmessgerät für Fluoreszenzmessungen an Multiprobenträgern|DE200410016361| DE102004016361B4|2004-04-01|2004-04-01|Optisches Analysenmessgerät für Fluoreszenzmessungen an Multiprobenträgern|
    US11/097,785| US7199377B2|2004-04-01|2005-04-01|Optical analytic measurement device for fluorescence measurements in multisample carriers|
    [返回顶部]