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Die Erfindung betrifft eine Transmissionsvorrichtung zur Untersuchung wenigstens einer Probe in einer Mikrotiterplatte, umfassend eine Beleuchtungseinrichtung und eine Detektionseinrichtung, zwischen denen ein Zwischenraum ausgebildet ist, der dazu eingerichtet ist, eine Mikrotiterplatte aufzunehmen, wobei die Beleuchtungseinrichtung wenigstens eine Emissionsquelle aufweist und die Beleuchtungseinrichtung dazu ausgebildet ist, mittels der Emissionsquelle erzeugtes Emissionslicht durch den Zwischenraum zu leiten, wobei die Detektionseinrichtung wenigstens einen Detektor aufweist, der dazu ausgebildet ist, aus dem Zwischenraum empfangene Lichtsignale zu messen.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Untersuchen von wenigstens einer Probe in einer Mikrotiterplatte mittels Transmission.
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Zur einfachen Handhabung von Proben werden im medizinischen, biologischen und chemischen Bereich vielfach Mikrotiterplatten verwendet. Solche Mikrotiterplatten weisen eine Anzahl Näpfchen oder Kavitäten auf, in denen die Proben angeordnet werden. Um die Handhabung von Mikrotiterplatten zu vereinfachen, sind die Abmessungen der Mikrotiterplatten gemäß ANSI-Standard genormt. Es existieren zudem verschiedene Formate, die über eine unterschiedliche Anzahl von Kavitäten verfügen, beispielsweise zwölf, achtundvierzig, sechsundneunzig, dreihundertvierundachtzig und tausendfünfhundertsechsunddreißig.
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Ein häufig eingesetztes Untersuchungsverfahren für Proben in Mikrotiterplatten ist die Transmissionsuntersuchung, bei der Licht durch die Kavitäten und die darin enthaltenen Proben geleitet und das transmittierte Licht gemessen wird. Auf diese Weise lässt sich Aufschluss über Eigenschaften der Proben gewinnen. Beispielsweise kommt vielfach bei „Enzyme-Linked Immunosorbent Assay“ (ELISA)-Untersuchungen ein Transmissionsverfahren zum Einsatz. Bei ELISA-Untersuchungen werden Antigene nachgewiesen, indem die Antigene über einen Erstantikörper absorptiv gebunden werden und ein Enzym-gekoppelter Zweitantikörper zu einer Reaktion eines Farbstoffsubstrats führt. Diese Reaktion des Farbstoffsubstrats lässt sich mit der ELISA-Untersuchung nachweisen.
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Außer der Messung der Reaktion eines Farbstoffsubstrats kann beispielsweise Fluoreszenz gemessen werden, zu der es nach der Einstrahlung des Lichts kommt.
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Vorrichtungen, mit denen derartige Untersuchungen von Proben in Mikrotiterplatten durchgeführt werden, sind zumeist groß, teuer und aufwendig zu bedienen. Dies liegt darin begründet, dass in diesen Vorrichtungen häufig eine Mechanik zum Verfahren einer Emissionsquelle des Lichts und des Detektors zur Messung des transmittierten Lichts vorgesehen ist. Mit einer solchen Mechanik werden alle Kavitäten der Mikrotiterplatte nacheinander angefahren und das transmittierte Licht wird aus den Kavitäten gemessen. Eine solche Mechanik benötigt jedoch zusätzlichen Bauraum und verursacht zusätzliche Herstellungskosten. Fehlfunktionen in der Mechanik führen zudem zu einem Ausfall der Vorrichtung.
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Weiterhin sehen diese Vorrichtungen vielfach eine Abschirmung des Messraums vor, in dem die Mikrotiterplatte während der Messung angeordnet ist. Dadurch wird der Detektor der Vorrichtung vor dem Einfall von Streulicht geschützt. Nachteilig nimmt diese Abschirmung aber ebenfalls Bauraum in Anspruch, so dass diese Vorrichtungen entsprechend große Abmessungen aufweisen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Transmissionsvorrichtung zur Untersuchung wenigstens einer Probe in einer Mikrotiterplatte sowie ein Verfahren zum Untersuchen von wenigstens einer Probe in einer Mikrotiterplatte mittels Transmission bereitzustellen, mit denen diese Untersuchungen einfach, kostengünstig und/oder raumsparend durchgeführt werden können.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Transmissionsvorrichtung zur Untersuchung wenigstens einer Probe in einer Mikrotiterplatte, umfassend eine Beleuchtungseinrichtung und eine Detektionseinrichtung, zwischen denen ein Zwischenraum ausgebildet ist, der dazu eingerichtet ist, eine Mikrotiterplatte aufzunehmen, wobei die Beleuchtungseinrichtung wenigstens eine Emissionsquelle aufweist und die Beleuchtungseinrichtung dazu ausgebildet ist, mittels der Emissionsquelle erzeugtes Emissionslicht durch den Zwischenraum zu leiten, wobei die Detektionseinrichtung wenigstens einen Detektor aufweist, der dazu ausgebildet ist, aus dem Zwischenraum empfangene Lichtsignale zu messen, wobei die Transmissionsvorrichtung dadurch weitergebildet ist, dass die Detektionseinrichtung einen winkelabhängigen Filter umfasst, der zwischen der Beleuchtungseinrichtung und dem wenigstens einen Detektor im Strahlengang des Emissionslichts angeordnet ist und im Wesentlichen nur solche Lichtstrahlen durchlässt, deren Einfallswinkel kleiner als ein vorgebbarer Grenzwinkel sind.
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Der Einfallswinkel und der Grenzwinkel sind jeweils als Winkel zu dem Strahlengang des Emissionslichts im Zwischenraum definiert. Ein Einfall von Lichtstrahlen entlang dieses Strahlengangs wird als senkrechter Einfall in den winkelabhängigen Filter bezeichnet. Vorteilhaft wird durch den winkelabhängigen Filter erreicht, dass zwar im Wesentlichen senkrecht in den winkelabhängigen Filter einfallende Lichtsignale den winkelabhängigen Filter passieren können, schräg einfallendes Streulicht, dessen Einfallswinkel über dem Grenzwinkel liegt, hingegen durch den winkelabhängigen Filter blockiert wird und nicht zu dem Detektor gelangt. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, eine äußere Abschirmung für Streulicht vorzusehen, so dass die Transmissionsvorrichtung insgesamt kompakter ausgebildet ist.
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Unter Lichtsignalen sind im Kontext dieser Patentanmeldung diejenigen Lichtstrahlen zu verstehen, die aus dem Zwischenraum zu dem Detektor gelangen. Dies umfasst vor allem diejenigen Lichtsignale, die auf eine Reaktion der wenigstens einen Probe mit dem Emissionslicht zurückzuführen sind, beispielsweise auf Grund der Reaktion eines Farbstoffsubstrats oder durch Fluoreszenz. Weiterhin sind Lichtstrahlen des Streulichts umfasst, die zu dem wenigstens einen Detektor gelangen und von dem Detektor nachweisbar sind.
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Der Grenzwinkel wird so vorgegeben, dass einerseits die Lichtsignale, die auf eine Reaktion der wenigstens einen Probe mit dem Emissionslicht zurückzuführen sind, den Filter ungehindert passieren können, aber andererseits einfallendes Streulicht im Wesentlichen vollständig blockiert wird. Der Grenzwinkel wird insbesondere auf einen Wert zwischen 30° und 1° vorgegeben, weiterhin insbesondere auf einen Wert zwischen 10° und 5°.
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Bei dem wenigstens einen Detektor handelt es sich insbesondere um eine Photodiode, die in dem Wellenlängenbereich des Emissionslichts bzw. der Wellenlänge der Lichtsignale, die auf eine Reaktion der wenigstens einen Probe mit dem Emissionslicht zurückzuführen sind, empfindlich ist.
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Bevorzugt ist der winkelabhängige Filter als Folie ausgestaltet. Insbesondere ist eine Normale der Folienebene parallel zum Strahlengang des Emissionslichts im Zwischenraum. Durch die Ausgestaltung des winkelabhängigen Filters als Folie wird vorteilhaft eine besonders raumsparende Gestaltung der Transmissionsvorrichtung erreicht.
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Weiterhin bevorzugt ist der winkelabhängige Filter als Blickschutzfilter mit zueinander parallelen Lamellen ausgebildet. Derartige Blickschutzfilter bestehen aus einer Vielzahl dieser Lamellen, die in Richtung einer Senkrechten auf dem Filter eine sehr kleine Breite aufweisen, so dass senkrecht einfallendes Licht den Filter nahezu ungehindert passiert. Die Höhe der Lamellen, also die Ausdehnung der Lamellen in Richtung der Senkrechten, und der Abstand der Lamellen zueinander definieren einen Grenzwinkel in der Querrichtung der Lamellen. Lichtstrahlen, deren Einfallswinkel über dem Grenzwinkel liegt, werden blockiert.
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Vorzugsweise ist der Zwischenraum in Längsrichtung der Lamellen geschlossen. Auf diese Weise wird bei der Verwendung eines Blickschutzfilters erreicht, dass Streulicht nicht in Längsrichtung der Lamellen in die Blickschutzfolie einfallen kann.
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Alternativ können auch andere Arten von winkelabhängigen Filtern verwendet werden, wie z.B. Interferenzfilter. Da bei einem Interferenzfilter der Grenzwinkel wellenlängenabhängig ist, wird der Interferenzfilter so ausgebildet, dass der Grenzwinkel im gesamten Wellenlängenbereich des wenigstens einen Detektors im Bereich zwischen 30° und 1°, insbesondere zwischen 10° und 1° liegt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Zwischenraum als rechteckförmige Öffnung in der Transmissionsvorrichtung ausgebildet, so dass die Transmissionsvorrichtung als offener Messaufbau ausgestaltet und die in den Zwischenraum einbringbare oder befindliche Mikrotiterplatte ohne die Notwendigkeit der Bestätigung eines Verschlusselements zugänglich ist.
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Unter einem offenen Messaufbau wird im Rahmen dieser Anmeldung verstanden, dass der Zwischenraum als Öffnung vorgesehen ist und auf ein Verschlusselement, beispielsweise einer Verschlussklappe oder einem Shutter, für diese Öffnung verzichtet wird. Die Ausgestaltung der Transmissionsvorrichtung als offener Messaufbau erlaubt vorteilhafterweise eine raumsparende Bauweise. Da einfallendes Streulicht durch den winkelabhängigen Filter blockiert wird, ist ein Verschlusselement überflüssig. Weiterhin ist durch den offenen Messaufbau eine Mikrotiterplatte jederzeit einführbar und jederzeit entnehmbar, wodurch eine schnelle und einfache Handhabung der Transmissionsvorrichtung erreicht wird.
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Der Zwischenraum ist vorzugsweise im Wesentlichen formkomplementär zu der in den Zwischenraum einbringbaren oder befindlichen Mikrotiterplatte. Mit anderen Worten ist der Zwischenraum so ausgestaltet, dass eine Mikrotiterplatte passgenau aufnehmbar ist, so dass die Abmessungen der Transmissionsvorrichtung klein gehalten werden.
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Vorzugsweise ist die Beleuchtungseinrichtung dazu eingerichtet, das durch die Emissionsquelle erzeugte Emissionslicht auf eine Mehrzahl von Teilstrahlengängen aufzuteilen, wobei mehrere der Teilstrahlengänge als Transmissionsstrahlengänge durch den Zwischenraum zu jeweils einer Detektoreinheit der Detektionseinrichtung verlaufen, wobei jede Detektoreinheit jeweils wenigstens einen Detektor umfasst. Die Transmissionsstrahlengänge sind im Zwischenraum insbesondere parallel zueinander.
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Durch die Aufteilung des Emissionslichts auf eine Mehrzahl von Teilstrahlengängen können vorteilhaft mehrere Kavitäten mit einer einzelnen Emissionsquelle beleuchtet werden, ohne die Emissionsquelle verfahren zu müssen. Insbesondere vorzugsweise ist für jede Kavität eines vorgebbaren Formats von Mikrotiterplatten jeweils ein Transmissionsstrahlengang vorgesehen. Je nach Ausführungsform ist die Transmissionsvorrichtung auf diese Weise beispielsweise zur Untersuchung von Mikrotiterplatten mit zwölf, achtundvierzig, sechsundneunzig oder dreihundertvierundachtzig Kavitäten ausgestaltet. Im Gegensatz zu einer Vorrichtung, bei der die Emissionsquelle mit einer entsprechenden Mechanik verfahren wird, wird durch die Aufteilung des Emissionslichts auf mehrere Transmissionsstrahlengänge eine kompakte und kostengünstige Ausgestaltung der Transmissionsvorrichtung realisiert.
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Für jeden Transmissionsstrahlengang wird separat mittels der Detektoreinheiten eine Transmissionsuntersuchung durchgeführt. Die Detektoreinheiten umfassen beispielsweise mehrere Photodioden, die jeweils in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen empfindlich sind, so dass Lichtsignale in verschiedenen Wellenlängen nachweisbar sind. Dadurch wird eine kompakte und gleichzeitig flexible Transmissionsvorrichtung bereitgestellt.
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Bevorzugt ist wenigstens einer der Teilstrahlengänge ein Referenzstrahlengang, der dazu eingerichtet ist, das Emissionslicht zu einer Referenzdetektoreinheit, die in der Beleuchtungseinrichtung angeordnet ist, zu leiten. Der Referenzstrahlengang ist ein Teilstrahlengang, der zusätzlich zu den durch den Zwischenraum verlaufenden Transmissionsstrahlgängen ausgebildet ist. Mittels des Referenzdetektors lässt sich beispielsweise die Intensität des Emissionslichts messen, wodurch eine Alterung der Emissionsquelle und/oder eine Veränderung der Intensität des Emissionslichts nachweisbar sind.
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Weiterhin bevorzugt umfasst die Beleuchtungseinrichtung einen Lichtmischer, der dazu ausgebildet ist, das von der Emissionsquelle erzeugte Emissionslicht zu homogenisieren und mit gleichmäßiger Intensität auf die Teilstrahlengänge zu verteilen, wobei insbesondere der Lichtmischer einen rechteckigen Querschnitt aufweist.
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Der Lichtmischer ist beispielsweise ein längserstreckter Körper mit rechteckigem Querschnitt, in dem das Emissionslicht der Emissionsquelle homogenisiert wird. Dadurch wird erreicht, dass die Intensität des Emissionslichts in jedem Teilstrahlengang gleich ist und es zu keiner Verfälschung der Untersuchung durch unterschiedliche Intensitäten kommt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verlaufen die Teilstrahlengänge in der Beleuchtungseinrichtung in jeweils einem Lichtleiter, die mit ihren Eintrittsseiten gebündelt an dem Lichtmischer anliegen, wobei die Lichtleiter, in denen die Transmissionsstrahlengänge verlaufen, dazu eingerichtet sind, einen Anteil des Emissionslichts von dem Lichtmischer zu jeweils einer Emissionsöffnung der Beleuchtungseinrichtung zu leiten, wobei insbesondere die Emissionsöffnungen als Aussparungen in einer Halteplatte ausgebildet sind, wobei insbesondere in den Emissionsöffnungen Kugellinsen angeordnet sind.
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Bevorzugt sind die Lichtleiter flexible Kabel, wie beispielsweise Glasfaserkabel oder polymere optische Fasern. Diese Lichtleiter liegen an ihrer Eintrittsseite gebündelt an dem Lichtmischer an, so dass das Emissionslicht gleichmäßig auf alle Lichtleiter übertragen wird. Die Austrittsseiten der Lichtleiter der Transmissionsstrahlengänge liegen an den Emissionsöffnungen an. Diese Emissionsöffnungen sind vorzugsweise zentral oberhalb der Kavitäten angeordnet, so dass das Emissionslicht durch die Lichtleiter geleitet wird und aus den Emissionsöffnungen in die Kavitäten eintritt. Zur Fokussierung des Emissionslichts sind vorzugsweise in den Emissionsöffnungen Kugellinsen vorgesehen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Emissionsquelle wenigstens zwei, insbesondere wenigstens drei, insbesondere wenigstens vier Leuchtdioden, wobei das Emissionslicht der Leuchtdioden im Lichtmischer zusammengeführt wird, wobei zwischen jeder Leuchtdiode und dem Lichtmischer jeweils ein Interferenzfilter angeordnet ist, wobei insbesondere eine Kugellinse vor und insbesondere eine weitere Kugellinse hinter jedem Interferenzfilter angeordnet sind, wobei insbesondere eine erste Leuchtdiode zur Emission von Emissionslicht mit einer Wellenlänge von 405 nm, eine zweite Leuchtdiode zur Emission von Emissionslicht mit einer Wellenlänge von 450 nm, eine dritte Leuchtdiode zur Emission von Emissionslicht mit einer Wellenlänge von 540 nm und eine vierte Leuchtdiode zur Emission von Emissionslicht mit einer Wellenlänge von 630 nm eingerichtet ist.
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Durch die Interferenzfilter werden die Spektren der Wellenlängen des Emissionslichts der Leuchtdioden begrenzt, so dass die Emissionsspektren jeweils schmalbandig sind. Durch die Kugellinsen, die zwischen den Leuchtdioden und den Interferenzfiltern angeordnet sind, wird das Emissionslicht vor dem Eintritt in die Interferenzfilter parallelisiert. Die zwischen den Interferenzfiltern und dem Lichtmischer angeordneten Kugellinsen koppeln das Licht in dem Lichtmischer ein.
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Durch die Verwendung von vier Leuchtdioden, die bevorzugt über unterschiedliche Wellenlängen ihres Emissionslichts verfügen, können mit der Transmissionsvorrichtung unterschiedliche Untersuchungen an den Proben in der Mikrotiterplatte durchgeführt werden, ohne dass dafür eine weitere Transmissionsvorrichtung benötigt oder die Leuchtdioden ausgetauscht werden müssten.
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Bevorzugt sind die Leuchtdioden horizontal nebeneinander angeordnet. Der Lichtmischer weist bevorzugt für jede Leuchtdiode einen separaten Arm auf, die in Ausbreitungsrichtung des Lichts zusammenlaufen. Alternativ weist die Grundfläche des Lichtmischers eine im Wesentlichen dreieckige Form auf, wobei in diesem Fall eine Seite des Dreiecks zur Einkopplung des Emissionslichts vorgesehen ist und die zwei anderen Seiten in Ausbreitungsrichtung des Lichts zusammenlaufen.
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Weiterhin bevorzugt umfasst die Transmissionsvorrichtung Statusleuchten, die an der Außenseite der Transmissionsvorrichtung angeordnet sind und leuchten, wenn die Leuchtdioden Licht emittieren. Insbesondere wird ein Anteil des Emissionslichts jeder Leuchtdiode zur Beleuchtung von jeweils einer Statusleuchte verwendet.
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Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Untersuchen von wenigstens einer Probe in einer Mikrotiterplatte mittels Transmission, wobei Emissionslicht während eines ersten Zeitraums in einer Beleuchtungseinrichtung mittels einer Emissionsquelle erzeugt wird und das Emissionslichts durch wenigstens eine Kavität der Mikrotiterplatte, in der sich die wenigstens eine Probe befindet, geleitet wird, wobei während des ersten Zeitraums mittels wenigstens eines in einer Detektionseinrichtung angeordneten Detektors aus der wenigstens einen Kavität empfangene Lichtsignale gemessen werden, wobei das Verfahren dadurch weitergebildet ist, dass der wenigstens eine Detektor mittels eines winkelabhängigen Filters vor dem Einfall von Streulicht geschützt wird, wobei der winkelabhängige Filter zwischen der Beleuchtungseinrichtung und dem wenigstens einen Detektor im Strahlengang des Emissionslichts angeordnet ist und im Wesentlichen nur solche Lichtstrahlen durchlässt, deren Einfallswinkel kleiner als ein vorgebbarer Grenzwinkel sind.
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Auf das Verfahren treffen gleiche oder ähnliche Vorteile zu, wie sie bereits zuvor im Hinblick auf die Transmissionsvorrichtung zur Untersuchung wenigstens einer Probe in einer Mikrotiterplatte erwähnt wurden.
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Vorzugsweise wird die wenigstens eine Probe mit einem offenen Messaufbau untersucht. Die Mikrotiterplatte ist somit in einem als Öffnung ausgestalteten Zwischenraum angeordnet, der während der Untersuchung nicht mit einem Verschlusselement verschlossen wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform stellen die während des ersten Zeitraums gemessenen Lichtsignale eine Lichtmessung dar, wobei während eines zweiten Zeitraums kein Emissionslicht durch die wenigstens eine Kavität geleitet wird und die während des zweiten Zeitraums gemessenen Lichtsignale eine Dunkelmessung darstellen, wobei die Dunkelmessung von der Lichtmessung subtrahiert wird.
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Mit anderen Worten wird während des ersten Zeitraums die Lichtmessung und während des zweiten Zeitraums die Dunkelmessung durchgeführt. Die Mikrotiterplatte ist sowohl während des ersten Zeitraums als auch während des zweiten Zeitraums in dem Zwischenraum angeordnet. Da während des zweiten Zeitraums kein Emissionslicht durch die Kavitäten geleitet wird, entsprechen die während des zweiten Zeitraums gemessenen Lichtsignale einem Hintergrund, der beispielsweise durch Streulicht verursacht wird. Durch Subtrahieren der Dunkelmessung von der Lichtmessung wird somit der Hintergrund aus den Messungen entfernt und die Qualität der Untersuchungen erhöht. Vorzugsweise sind der erste Zeitraum und der zweite Zeitraum gleich lang. Auf diese Weise kann die Dunkelmessung ohne weitere Umrechnung von der Lichtmessung subtrahiert werden.
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Weiterhin bevorzugt werden mehrere Messzyklen durchlaufen, wobei in jedem Messzyklus wenigstens eine Lichtmessung und wenigstens eine Dunkelmessung durchgeführt werden und von jeder in einem Messzyklus gemessenen Lichtmessung eine im selben Messzyklus gemessene Dunkelmessung subtrahiert wird.
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Beispielsweise besteht ein Messzyklus aus einer einzelnen Lichtmessung und einer einzelnen Dunkelmessung, wobei der erste Zeitraum und der zweite Zeitraum jeweils 5 ms betragen. Dieser Messzyklus wird vielfach wiederholt, wobei jeweils das in einem Messzyklus gemessene Dunkelsignal von dem im selben Messzyklus gemessenen Lichtsignal subtrahiert wird. Auf diese Weise ist es möglich, den Einfluss von sich verändernden Streulichtverhältnissen auszugleichen, beispielsweise durch eine flackernde Zimmerbeleuchtung, eine Veränderung der Helligkeit des einfallenden Tageslichts, den Schatten einer vorbeilaufenden Person oder ähnliches. Vorzugsweise ist die Zeitdauer eines Messzyklus möglichst klein, insbesondere zwischen 5 ms und 50 ms, so dass auch hochfrequente Änderungen des Streulichteinfalls bei der Messung berücksichtig werden können.
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Bevorzugt wird das Emissionslicht aufgeteilt und gleichzeitig durch eine Mehrzahl von Kavitäten der Mikrotiterplatte geleitet, wobei die Lichtsignale jeder Kavität von jeweils einer Detektoreinheit mit jeweils wenigstens einem Detektor gemessen werden.
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Zusätzlich zu den im Zusammenhang mit der Transmissionsvorrichtung beschriebenen Vorteilen, die die Aufteilung des Emissionslichts und das gleichzeitige Messen der Lichtsignale aus allen Kavitäten mit sich bringt, werden vorteilhaft für alle Kavitäten die Lichtmessungen und die Dunkelmessungen jeweils separat gemessen. Auf diese Weise werden unterschiedliche Streulichtintensitäten berücksichtigt. Dadurch kann beispielsweise ausgeglichen werden, dass Detektoreinheiten, die dichter an der Öffnung der Transmissionsvorrichtung angeordnet sind, verstärkt Streulichteinfall ausgesetzt sind. Mit anderen Worten werden durch die separaten Lichtmessungen und Dunkelmessungen für jede Kavität die unterschiedlichen Streulichtverhältnisse am Ort der unterschiedlichen Kavitäten bzw. Detektoreinheiten berücksichtigt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Emissionslicht mit wenigstens zwei, insbesondere wenigstens drei, insbesondere wenigstens vier unterschiedlichen Wellenlängen mittels jeweils einer Leuchtdiode der Emissionsquelle erzeugt, wobei die Bandbreite des Emissionslichts jeder Leuchtdiode mittels jeweils einem Interferenzfilter beschränkt wird, wobei insbesondere eine erste Leuchtdiode Emissionslicht mit einer Wellenlänge von 405 nm, eine zweite Leuchtdiode Emissionslicht mit einer Wellenlänge von 450 nm, eine dritte Leuchtdiode Emissionslicht mit einer Wellenlänge von 540 nm und eine vierte Leuchtdiode Emissionslicht mit einer Wellenlänge von 630 nm emittiert.
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Bevorzugt erfolgt die Untersuchung der wenigstens einen Probe für jede Wellenlänge sequentiell. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass zuerst eine Lichtmessung mit einer ersten Wellenlänge gemessen wird, anschließend eine Dunkelmessung durchgeführt wird. Dies wird für jede Wellenlänge wiederholt, so dass bei vier Wellenlängen insgesamt acht Messungen durchgeführt werden, die zusammen einen Messzyklus bilden. Ebenso ist es möglich, dass nacheinander jeweils die Lichtmessungen mit unterschiedlichen Wellenlängen vorgenommen werden und anschließend eine einzelne Dunkelmessung vorgenommen wird, so dass die vier Lichtmessungen und die Dunkelmessung einen Messzyklus bilden.
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Alternativ ist es vorgesehen, dass zunächst ein Messzyklus mit der ersten Wellenlänge und einer Dunkelmessung vielfach wiederholt wird und anschließend die Messzyklen mit den weiteren Wellenlängen und jeweils einer Dunkelmessung vielfach wiederholt werden.
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Vorteilhaft wird mit all diesen Methoden die Untersuchung der wenigstens einen Probe mit unterschiedlichen Wellenlängen durchgeführt, wobei gleichzeitig der Einfluss von Streulicht auf die Untersuchung minimiert wird.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass eine Alterung der Emissionsquelle und/oder eine Veränderung der Intensität des Emissionslichts der Emissionsquelle mittels einer Referenzmessung gemessen wird, wobei das Emissionslicht über einen Referenzstrahlengang zu einer in der Beleuchtungseinrichtung angeordneten Referenzdetektoreinheit geleitet wird, die die Intensität des Emissionslichts erfasst, wobei die Intensität des Emissionslichts mit zuvor gemessen und/oder vorgegebenen Werten für die Intensität des Emissionslichts verglichen wird.
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Eine solche Referenzmessung kann beispielsweise vor und/oder nach der Untersuchung der Proben durchgeführt werden, um die Alterung der Leuchtdioden zu überwachen und die Qualität der Untersuchung zu überprüfen. Zusätzlich zu der Intensität des Emissionslichts können mittels der Referenzdetektoreinheit weitere Eigenschaften des Emissionslichts untersucht werden, beispielsweise, ob sich eine mittlere Wellenlänge des Emissionslichts einer Leuchtdiode verändert hat.
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Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsformen zusammen mit den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllen.
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Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Transmissionsvorrichtung zur Untersuchung wenigstens einer Probe in einer Mikrotiterplatte,
- 2 eine schematische Darstellung einer Mikrotiterplatte mit sechsundneunzig Kavitäten,
- 3 eine schematische Darstellung einer Beleuchtungseinrichtung,
- 4 eine schematische Darstellung des inneren Aufbaus einer Beleuchtungseinrichtung umfassend eine Emissionsquelle,
- 5 die Darstellung aus 4 mit zusätzlich dargestellten Lichtleitern,
- 6 eine schematische Darstellung einer Detektionseinrichtung,
- 7 eine Explosionsdarstellung einer Detektionseinrichtung,
- 8 eine Darstellung der Funktionsweise eines Blickschutzfilters.
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In den Zeichnungen sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente und/oder Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer erneuten Vorstellung jeweils abgesehen wird.
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1 zeigt schematisch eine beispielhafte Ausgestaltung einer Transmissionsvorrichtung 1. Die Transmissionsvorrichtung 1 umfasst eine Beleuchtungseinrichtung 2 und eine Detektionseinrichtung 4, zwischen denen sich ein als rechteckige Öffnung ausgebildeter Zwischenraum 6 befindet. Der Zwischenraum 6 ist so ausgestaltet, dass eine Mikrotiterplatte 8, wie sie in 2 dargestellt ist, passgenau eingeschoben werden kann. Die Abmessungen des Zwischenraums 6 entsprechen also im Wesentlichen den Abmessungen der Mikrotiterplatte 8, wodurch die Transmissionsvorrichtung 1 einen kompakten Aufbau aufweist. Weiterhin umfasst die Transmissionsvorrichtung 1 mehrere Statusleuchten 3. Diese Statusleuchten 3 sind jeweils einer in der Beleuchtungseinrichtung 2 angeordneten Leuchtdiode zugeordnet, die in 1 verdeckt sind. Emittiert eine der Leuchtdioden Licht, so leuchtet auch die zugeordnete Statusleuchte 3. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist nur eine der Statusleuchten 3 mit einem Bezugszeichen versehen.
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Bei der in 2 beispielhaft dargestellten Mikrotiterplatte 8 handelt es sich um ein Format mit sechsundneunzig Kavitäten 80, von denen wiederum nur eine Kavität 80 mit einem Bezugszeichen versehen ist. In diesen Kavitäten 80 werden die zu untersuchenden Proben angeordnet, bevor die Mikrotiterplatte 8 in den Zwischenraum 6 eingeschoben wird. Da die Abmessungen von Mikrotiterplatten 8 einem ANSI-Standard genügen, kann der Zwischenraum 6 formkomplementär zu diesen Abmessungen ausgestaltet werden.
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3 zeigt eine schematische Darstellung der Beleuchtungseinrichtung 2, wobei in 3 eine Darstellung aus einem Blickwinkel von schräg unten gewählt wurde. Die Beleuchtungseinrichtung 2 weist eine Auswurfvorrichtung 29 auf, mit der die Mikrotiterplatte 8 schnell und einfach aus dem Zwischenraum 6 ausgeworfen werden kann. Direkt oberhalb der eingeschobenen Mikrotiterplatte 8 ist eine Halteplatte 28 angeordnet, die eine Anzahl von Emissionsöffnungen 27 aufweist, von denen nur eine mit einem Bezugszeichen versehen ist. Die Zahl der Emissionsöffnungen 27 entspricht der Zahl der Kavitäten 80 der Mikrotiterplatte 8. In dem in 3 gezeigten Beispiel sind also sechsundneunzig Emissionsöffnungen 27 vorhanden. Die Emissionsöffnungen 27 sind so angeordnet, dass im eingeschobenen Zustand der Mikrotiterplatte 8 jede Emissionsöffnung 27 zentral über einer Kavität 80 angeordnet ist.
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Der innere Aufbau der Beleuchtungseinrichtung 2 ist in den 4 und 5 dargestellt. Die in den 4 und 5 gewählte Ansicht entspricht der Ansicht in 1, so dass die in 4 und 5 verdeckte Unterseite der Halteplatte 28 der in 3 gezeigten Unterseite der Halteplatte 28 entspricht. Die Beleuchtungseinrichtung 2 weist eine Emissionsquelle 20 auf, die in dem in 4 gezeigten Beispiel vier Leuchtdioden 21a, 21b, 21c, 21d umfasst. Beispielsweise hat das Emissionslicht der Leuchtdiode 21a eine Wellenlänge von 405 nm, das Emissionslicht der Leuchtdiode 21b eine Wellenlänge von 450 nm, das Emissionslicht der Leuchtdiode 21c eine Wellenlänge von 540 nm und das Emissionslicht der Leuchtdiode 21d eine Wellenlänge von 630 nm. Das Vorsehen von mehreren Leuchtdioden mit unterschiedlichen Wellenlängen ermöglicht es, verschiedene Untersuchungen mit derselben Transmissionsvorrichtung 1 durchzuführen. Direkt hinter den Leuchtdioden 21 a bis 21 d ist jeweils eine Kugellinse 23 angeordnet, die das austretende Emissionslicht parallelisiert. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist wiederum nur eine der Kugellinsen 23 mit einem Bezugszeichen versehen. Hinter jeder Kugellinse 23 ist jeweils ein Interferenzfilter 22 angeordnet, der das Wellenlängenspektrum des Emissionslichts der Leuchtdioden 21a bis 21d einschränkt. Gemäß einer weiteren, nicht in 4 gezeigten Ausführungsform, ist hinter jedem Interferenzfilter 22 eine weitere Kugellinse angeordnet, die das Emissionslicht fokussiert.
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Hinter den Interferenzfiltern 22 bzw. den weiteren Kugellinsen ist ein Lichtmischer 24 angeordnet. Dieser Lichtmischer 24 homogenisiert das einfallende Emissionslicht, so dass es sich mit einer gleichmäßigen Intensität im Querschnitt des Lichtmischers 24 verteilt. Dazu weist der Lichtmischer 24 gemäß der in 4 gezeigten Ausführungsform vorteilhafterweise einen rechteckigen Querschnitt auf. Ist nur eine einzelne Leuchtdiode 21a vorgesehen, so hat der Lichtmischer 24 beispielsweise die Form eines Stabes mit rechteckigem Querschnitt. Sind hingegen mehrere Leuchtdioden 21 a bis 21d vorgesehen, wie in 4 gezeigt, so führt der Lichtmischer 24 das Emissionslicht der Leuchtdioden 21a bis 21d zusammen. Dies kann beispielsweise, wie in 4 gezeigt, mittels vier zusammenlaufenden Armen geschehen. Alternativ kann der Lichtmischer 24 eine im Wesentlichen dreieckige Grundfläche aufweisen, bei der im Vergleich zu der in 4 gezeigten Ausführungsform die Fläche zwischen den Armen ausgefüllt ist.
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5 zeigt eine vergrößerte Darstellung aus 4. Zudem sind Teilstrahlengänge 25 schematisch dargestellt, auf die das aus dem Lichtleiter 24 austretende Emissionslicht der Leuchtdioden 21 a bis 21d aufgeteilt wird. Dazu ist am Ausgang des Lichtmischers 24 ein Bündel von Lichtleitern 26 angeordnet, in die jeweils ein Anteil des Emissionslichts gleichmäßig eingekoppelt wird. Von dem Ausgang des Lichtmischers 24 führen diese Lichtleiter 26 jeweils zu einer Emissionsöffnung 27, in denen zur weiteren Fokussierung des Emissionslichts jeweils eine nicht gezeigte Kugellinse angeordnet ist. Diejenigen Teilstrahlengänge 25, die in den Lichtleitern 26 zu den Emissionsöffnungen 27 verlaufen, sind Transmissionsstrahlengänge. Ein weiterer Lichtleiter 26 führt als Referenzstrahlengang 30 zurück zu einer Referenzdetektoreinheit 32, die neben den Leuchtdioden 21a bis 21d angeordnet ist. Mithilfe dieser Referenzdetektoreinheit 32 lässt sich die Alterung der Leuchtdioden 21a bis 21d und/oder eine Veränderung der Intensität des Emissionslichts untersuchen.
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In 6 ist schematisch eine Detektionseinrichtung 4 dargestellt, die unterhalb der Beleuchtungseinrichtung 2 und der eingeschobenen Mikrotiterplatte 8 angeordnet wird. In einem Bereich der Oberfläche der Detektionseinrichtung 4, der im Wesentlichen der Fläche der eingeschobenen Mikrotiterplatte 8 entspricht, weist die Detektionseinrichtung 4 einen winkelabhängigen Filter 42 auf, der in der Darstellung in 6 als Folie ausgestaltet ist. Dieser winkelabhängige Filter 42 ist so ausgebildet, dass er im Wesentlichen nur solche Lichtstrahlen durchlässt, deren Einfallswinkel kleiner als ein vorgebbarer Grenzwinkel sind. Der Grenzwinkel wird bezogen auf die Transmissionsstrahlengänge des Emissionslichts in dem Zwischenraum 6, was einer Senkrechten auf dem winkelabhängigen Filter 42 entspricht. Auf diese Weise wird verhindert, dass Streulicht, welches schräg in den Zwischenraum 6 einfällt, den winkelabhängigen Filter 42 passieren kann, so dass nur die Lichtsignale der Proben aus dem Zwischenraum 6 hindurchgelangt.
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7 zeigt eine Explosionsdarstellung der Detektionseinrichtung 4 aus 6. In 7 ist dargestellt, dass unterhalb des winkelabhängigen Filters 42 eine Detektorplatte 49 angeordnet ist, die eine Reihe von Detektoröffnungen 41 aufweist, die jeweils zentral unterhalb der Emissionsöffnungen 27 und der Kavitäten 80 angeordnet sind. In jeder dieser Detektoröffnungen 41 ist eine Detektoreinheit mit jeweils wenigstens einem Detektor 40 angeordnet, die durch die Perspektive in 7 verdeckt sind. Bei den Detektoren 40 handelt es sich beispielsweise um Photodioden mit Empfindlichkeiten in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen. Um das Emissionslicht bzw. die Lichtsignale auf die Detektoren 40 zu fokussieren, sind in den Öffnungen jeweils Kugellinsen 43 angeordnet.
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In einer Gesamtbetrachtung der 3, 5 und 7 verlaufen die Transmissionsstrahlengänge jeweils ausgehend von dem Lichtmischer 24 durch einen Lichtleiter 26, eine Emissionsöffnung 27, den Zwischenraum 6 bzw. eine Kavität 80, den winkelabhängigen Filter 42 zu einem Detektor 40 bzw. einer Detektoreinheit. Nach dem Austritt aus den Emissionsöffnungen 27 verlaufen die Transmissionsstrahlengänge parallel zueinander.
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In 8 ist schematisch die Funktionsweise eines Blickschutzfilters dargestellt. Ein solcher Blickschutzfilter kann beispielsweise als winkelabhängiger Filter 42 verwendet werden. Der Blickschutzfilter umfasst eine Reihe von parallel zueinander angeordneten Lamellen 44. Fällt Licht entlang einer Senkrechten 47 in den Blickschutzfilter ein, so kann es durch die geringe Breite der Lamellen 44 den Blickschutzfilter ungehindert passieren. Ist der Einfallswinkel 46 eines Lichtstrahls 45 in Querrichtung der Lamellen hingegen größer als ein Grenzwinkel 48, so kann der Lichtstrahl 45 den Blickschutzfilter nicht passieren.
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Um den Einfall von Streulicht zu verhindern, ist der Blickschutzfilter vorzugsweise so in der Transmissionsvorrichtung 1 angeordnet, dass die Querrichtung der Lamellen 44 der Richtung der Öffnung des Zwischenraums 6 entspricht.
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Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden sowie auch einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können durch einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllt sein. Im Rahmen der Erfindung sind Merkmale, die mit „insbesondere“ oder „vorzugsweise“ gekennzeichnet sind, als fakultative Merkmale zu verstehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Transmissionsvorrichtung
- 2
- Beleuchtungseinrichtung
- 3
- Statusleuchte
- 4
- Detektionseinrichtung
- 6
- Zwischenraum
- 8
- Mikrotiterplatte
- 20
- Emissionsquelle
- 21a, 21b, 21c, 21d
- Leuchtdiode
- 22
- Interferenzfilter
- 23
- Kugellinse
- 24
- Lichtmischer
- 25
- Teilstrahlengänge
- 26
- Lichtleiter
- 27
- Emissionsöffnung
- 28
- Halteplatte
- 29
- Auswurfvorrichtung
- 30
- Referenzstrahlengang
- 32
- Referenzdetektor
- 40
- Detektor
- 41
- Detektoröffnung
- 42
- winkelabhängiger Filter
- 43
- Kugellinse
- 44
- Lamelle
- 45
- Lichtstrahl
- 46
- Einfallswinkel
- 47
- Senkrechte
- 48
- Grenzwinkel
- 49
- Detektorplatte
- 80
- Kavität