DE10038185A1 - Einrichtung zum Erfassen von unterschiedlichen Fluoreszenzsignalen eines mit verschiedenen Anregungswellenlängen beleuchteten Probenträgers - Google Patents
Einrichtung zum Erfassen von unterschiedlichen Fluoreszenzsignalen eines mit verschiedenen Anregungswellenlängen beleuchteten ProbenträgersInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Erfassen von unterschiedlichen Fluoreszenzsignalen eines mit verschiedenen Anregungswellenlängen beleuchteten Probenträgers, der eine Anzahl von mit verschiedenen Lichtwellenlängen zur Abgabe von unterschiedlichem Fluoreszenzlicht anregbaren Proben aufweist. Es sind Lichtquellen (1, 3) zur Erzeugung von Lichtstrahlen verschiedener Anregungswellenlängen vorgesehen, die jeweils über eine Anregungsoptik (5, 11) zum Probenträger (9) lenkbar sind. Das jeweils vom Probenträger (9) ausgesendete Fluoreszenzlicht (23, 45) ist zu einem Empfänger (25) lenkbar, der entsprechende Fluoreszenzsingale erzeugt. Zwischen die verschiedenen Lichtquellen (1, 3) und den Probenträger (9) ist eine Spiegelanordnung (19) mit verspiegelten Bereichen (19') und lichtdurchlässigen Bereichen (19'') geschaltet und so bewegbar, dass der Lichtstrahl einer Lichtquelle (1) durch einen lichtdurchlässigen Bereich (19'') zum Probenträger (9) hindurchtritt, während die Strahlen aller anderen Lichtwellenlängen durch spiegelnde Bereiche (19'') so reflektiert werden, dass sie nicht zum Probenträger (9) gelangen.
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Erfassen von un
terschiedlichen Fluoreszenzsignalen eines mit verschiedenen
Anregungswellenlängen beleuchteten Probenträgers nach dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Es sind beispielsweise auf dem Gebiete der Durchführung von
quantitativen Fluoreszenzimmunotests Probenträger bekannt,
die eine Vielzahl von Elektroden, beispielsweise 10.000 Elek
troden, besitzen, die selektiv mit einer elektrischen Span
nung beaufschlagbar sind. Wenn über die Elektroden verschie
denen Probenflüssigkeiten geleitet werden, können an den
Elektroden, je nach Anliegen bestimmter Spannungen, durch Ab
lagerung verschiedene Proben erzeugt werden. Da diese Proben
mit zwei oder mehr Fluoreszenzträgern markiert sind, leuchten
sie bei einer Anregung mit verschiedenen Lichtwellenlängen
unterschiedlich. Auf diese Weise können biochemische Eigen
schaften gemessen werden.
In diesem Zusammenhang ist es bekannt, dichroitische, fest
eingebaute Spiegel zu verwenden, um eine Trennung der ver
schiedenen Fluoreszenzwellenlängen zu erreichen, die vom Pro
benträger ausgesendet werden. Ein Problem besteht dabei dar
in, dass dichroitische Spiegel nur dann betrieben werden kön
nen, wenn der Strahlengang an der Position der dichroitischen
Spiegel parallel ist. Derartige Spiegel haben zudem keinen
100%igen Wirkungsgrad. Sie benötigen ferner gleichzeitig ein
elektrisches Takten der Anregungsquellen.
In der Halbleitertechnik hergestellte Probenträger sind bei
spielsweise in mehreren Schichten aufgebaut und besitzen eine
Vielzahl von zylinderförmigen Platinelektroden, an die die
oben genannten Spannungen angelegt werden können. Die Proben
träger sind in jeweils mit einer Glasschicht abgedeckten
Kunststoffbehältern angeordnet, wobei die genannten Proben
flüssigkeiten den Raum zwischen Glasschicht und Kunststoffbe
hälter durchströmen und dabei in Kontakt mit den Elektroden
gelangen können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Einrichtung zum Erfassen von unterschiedlichen Fluoreszenzsi
gnalen eines mit verschiedenen Anregungswellen beleuchteten
Probenträgers zu schaffen, bei der ein Takten der die ver
schiedenen Anregungswellenlängen erzeugenden Lichtquellen
nicht erforderlich ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung mit den Merkmalen
des Patentanspruches 1 gelöst.
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass
zur Erfassung von unterscheidlichen Fluoreszenzsignalen eines
mit verschiedenen, vorzugsweise zwei, Anregungswellenlängen
beleuchteten Probenträgers keine dichroitischen Spiegel ver
wendet werden müssen, die die oben geschilderten Nachteile
aufweisen. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung erfolgt die
erforderliche Trennung der Fluoreszenzsignale mit der Hilfe
einer im Strahlengang der Anregungs- und Detektionsoptik an
geordneten drehbaren Spiegelanordnung, die entsprechend der
Anzahl der Anregungswellenlängen bereichsweise durchlässig
ist. Diese Spiegelanordnung wird so im Strahlengang bewegt,
dass jeweils ein Anregungs-Detektionskanal geöffnet ist und
die anderen Anregungs-Detektionskanäle geschlossen sind. Be
sonders bevorzugt handelt es sich bei der Spiegelanordnung um
einen drehbaren Spiegel.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus
den Unteransprüchen hervor. Im folgenden werden die Erfindung
und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang mit den Figuren nä
her erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine erste Seitenan
sicht des Detektionteiles der erfindungsgemäßen
Einrichtung zum Erfassen von zwei unterschiedlie
chen Fluoreszenzsignalen eines mit zwei verschiede
nen Anregungswellen beleuchteten Probenträgers;
Fig. 2 eine Seitenansicht der gesamten Einrichtung der
Fig. 1 unter einem um 90° gedrehten Blickwinkel und
Fig. 3 die Aufsicht auf einen drehbaren Spiegel, der für
eine Einrichtung zum Erfassen von zwei unterschied
lichen Fluoreszenzsignalen bei zwei verschiedenen
Anregungswellen geeignet ist.
Gemäß den Fig. 1 bis 3, weist eine bevorzugte Einrichtung
zum Erfassen von zwei unterschiedlichen Fluoreszenzsignalen
bei zwei Anregungswellenlängen, im wesentlichen eine erste
Lichtquelle 1, eine zweite Lichtquelle 3, eine erste Anre
gungsoptik 5, die den ersten Lichtstrahl 7 der ersten Licht
quelle 1 auf einen Probenträger 9 lenkt, eine zweite Anre
gungsoptik 11, die den zweiten Lichtstrahl 13 der zweiten
Lichtquelle 3 auf den Probenträger 9 lenkt, ein einem ersten
Fluoreszenzlicht zugeordnetes erstes Filter 15, ein einem
zweiten Fluoreszenzlicht zugeordnetes zweites Filter 17, als
Spiegelanordnung einen segmentierten drehbaren Spiegel 19,
der gemäß Fig. 3 einen ersten lichtdurchlässigen Bereich
19" und einen zweiten spiegelnden Bereich 19' besitzt, einen
ersten festen Spiegel 21, der das erste Fluoreszenzlicht 23
zum Empfänger 25 reflektiert, und einen zweiten festen Spie
gel 27 auf, der das zweite Fluoreszenzlicht zum drehbaren
Spiegel 19 leitet, von dem es zum Empfänger 25 reflektiert
wird.
Bei der ersten Lichtquelle 1 und der zweiten Lichtquelle 3
handelt es sich vorzugsweise um Laserquellen, wobei die erste
Lichtquelle 1 beispielsweise ein Laserlicht einer Wellenlänge
von 532 nm und die zweite Lichtquelle 3 beispielsweise ein
Laserlicht einer Wellenlänge von 632 nm erzeugen. Bei den
Filtern 15 und 17 handelt es sich vorzugsweise um Steilkant
filter, die entweder nur das erste oder zweite Fluoeszenz
licht passieren lassen. Die erste Anregungsoptik 5 umfaßt ei
ne erste Blende 30, und eine erste Linsenanordnung 31, die
aus dem von der ersten Lichtquelle 1 erzeugten ersten Laser
strahl einen ersten parallelen Strahl 7 erzeugen, und einen
ersten Umlenkspiegel 33, der den parallelen Strahl 7 derart
auf den Probenträger 9 lenkt, dass dieser ganzflächig be
leuchtet wird.
Entsprechend umfaßt die zweite Anregungsoptik 11 eine zweite
Blende 34 und eine zweite Linsenanordnung 35, die aus dem
zweiten Laserstrahl der zweiten Lichtquelle 3 einen zweiten
parallelen Strahl 13 erzeugen, und einen zweiten festen Um
lenkspiegel 37, der den parallelen Strahl 13 auf den Proben
träger 9 leitet, um diesen ganzflächig zu beleuchten.
Der drehbare Spiegel 19 ist um eine Drehachse 20 drehbar und
weist den spiegelnden Bereich 19' sowie den lichtdurchlässi
gen Bereich 19" auf, die bei der Verwendung von zwei Licht
quellen 1, 3 zweier unterschiedlicher Wellenlängen vorzugs
weise jeweils der Hälfte der Fläche des kreisförmigen drehba
ren Spiegels 19 entsprechen.
Die Detektionsoptik 42 umfaßt eine dem Probenträger 9 nachge
schaltete optische Abbildungsanordnung 43, die aus dem vom
Probenträger 9 abgegebenen ersten und zweiten Fluoreszenz
licht 23 bzw. 45 jeweils einen parallelen Strahl erzeugt und
eine dem Empfänger 25 vorgeschaltete optische Abbildungsan
ordnung 48, die die genannten parallelen Strahlen ganzflächig
auf den Empfänger 25 abbildet. Das Filter 15 und der feste
Spiegel 27 sowie das Filter 17 und der feste Spiegel 21 sind
Teil der Detektionsoptik 42.
Bei dem Empfänger 25 handelt es sich vorzugsweise um eine
CCD-Anordnung, die entsprechend der Anzahl der Proben des
Probenträgers 9 lichtempfindliche Elemente aufweisen, die
entsprechend ihrer Beleuchtung mit dem ersten oder zweiten
Fluorenszenzlicht 23 bzw. 45 jeweils ein erstes oder zweites
elektrisches Fluoreszenzsignal erzeugen. Diese Fluoreszenzsi
gnale werden zu einer nicht näher dargestellten Auswertelek
tronik geleitet.
Beispielsweise weisen der Probenträger 9 und der Empfänger 25
Proben bzw. optische Sensorelemente in sich entsprechenden
Rasterkonfigurationen in einer Anzahl von Proben bzw. Senso
relementen in der Größenordnung von 10.000 auf.
Im folgenden wird die Funktion der vorliegenden Einrichtung
zum Trennen von zwei Fluoreszenzsignalen näher erläutert.
Dabei wird davon ausgegangen, dass sich der spiegelnde Be
reich 19' in einer Phase in Fig. 1 links von der Drehachse
20 und der durchlässige Bereich 19" rechts von der Drehachse
20 befinden. Dies hat zur Folge, dass der von der ersten
Lichtquelle 1 erzeugte erste Laserstrahl 7 durch den durch
lässigen Bereich 19" hindurchtritt und durch die Abbildungs
optik 5 zum Probenträger 9 geleitet wird (Fig. 2), um diesen
ganzflächig zu beleuchten. Das vom Probenträger 9 infolge der
Wellenlänge des ersten Laserstrahles 7 ausgesendete erste
Fluoreszenzlicht 23 wird an dem spiegelnden Bereich 19' ge
spiegelt und auf das Filter 17 gelenkt, tritt durch dieses
hindurch, wird am festen Spiegel 21 reflektiert, tritt durch
den durchlässigen Bereich 19" des Spiegels 19 hindurch (
Fig. 1) und wird durch die Abbildungsoptik 48 auf den Empfän
ger 25 gelenkt, der an seinen einzelnen lichtempfindlichen
Sensorelementen entsprechende Fluoreszenzsignale erzeugt.
Während dieser Phase wird der von der zweiten Lichtquelle 3
ausgesendete Laserstrahl 13 am spiegelnden Bereich 19' re
flektiert, so dass er nicht zum zweiten Unlenkspiegel 37 und
nicht zum Probenträger 9 gelangen kann (Fig. 2).
In der anderen Phase, in der sich der spiegelnde Bereich 19'
rechts von der Drehachse 20 und der durchlässige Bereich 19"
links von der Drehachse 20 befinden, tritt der zweite Laser
strahl 13 der Lichtquelle 3 durch den durchlässigen Bereich
19" hindurch und wird durch den zweiten Umlenkspiegel 37 auf
den Probenträger 9 gerichtet (Fig. 2 mit vertauschten Berei
chen 19', 19"). Das dabei erzeugte zweite Fluoreszenzlicht
45 tritt durch den durchlässigen Bereich 19" hindurch, pas
siert das Filter 15, wird durch den festen Spiegel 27 zum
spiegelnden Bereich 19' des drehbaren Spiegels 19 reflektiert
und wird an diesem gespiegelt und zur Abbildungsoptik 44 ge
lenkt (Fig. 1 gepunktete Linien). Von dieser wird das zweite
Fluoreszenzlicht 45 auf den Empfänger 25 abgebildet. Die ein
zelnen optischen Sensorelemente des Empfängers 25 erzeugen
dann entsprechende zweite Fluoreszenzsignale. In dieser Phase
wird der von der ersten Lichtquelle 1 erzeugte erste Laser
strahl an dem spiegelnden Bereich 19' reflektiert, so dass er
nicht zum ersten Umlenkspiegel 33 und auch nicht zum Proben
träger 9 gelangen kann.
Auf diese Weise kann durch die Drehbewegung des drehbaren
Spiegels 19 zwischen den beiden Laserstrahlen 7 und 13, die
gleichzeitig erzeugt werden, um jeweils den Probenträger 9
ganzflächig beleuchten zu können, hin- und hergeschaltet wer
den, so dass jeweils nur ein Laserstrahl den Probenträger 9
beleuchtet und ein Fluoreszenzlicht erzeugt wird, das zum
Empfänger 25 gleitet wird, während der jeweils andere Laser
strahl am spiegelnden Bereich 19" des drehbaren Spiegels 19
reflektiert wird, so dass er nicht zum Empfänger 25 gelangen
kann. In aufeinanderfolgender Reihenfolge werden daher an dem
Empfänger 25 die unterschiedlichen Fluoreszenzsignale empfan
gen und, wenn es sich beim Empfänger 25 um eine CCD-Anordnung
handelt, zu einer Auswerteelektronik abgetaktet.
Es wird darauf hingewiesen, dass der drehbare Spiegel 19 zur
Trennung von mehr als zwei Fluoreszenzsignalen auch mehrere
lichtdurchlässige und spiegelnde Bereiche besitzen kann, so
dass sichergestellt wird, dass in verschiedenen Phasen immer
nur ein Fluoreszenzlicht durch einen Laserstrahl angeregt und
zum Empfänger geleitet wird, während die jeweils anderen La
serstrahlen an spiegelnden Bereichen gespiegelt werden, so
dass sie kein Fluoreszenzlicht anregen können.
An der Stelle des erläuterten drehbaren Spiegels 19 können
auch andere bewegbare Spiegelanordnung verwendet werden. Bei
spielsweise kann eine lichtdurchlässige und spiegelnde Berei
che nebeneinander in einer Reihe aufweisende Platte in der
Richtung der Reihe hin- und herbewegt werden.
Claims (14)
1. Einrichtung zum Erfassen von unterschiedlichen Fluores
zenzsignalen eines mit verschiedenen Anregungswellenlän
gen beleuchteten Probenträgers, der eine Anzahl von mit
verschiedenen Lichtwellenlängen zur Abgabe von unter
schiedlichem Fluoreszenzlicht anregbaren Proben aufweist,
wobei Lichtquellen (1, 3) zur Erzeugung von Lichtstrahlen
verschiedener Anregungswellenlängen vorgesehen sind, die
jeweils über eine Anregungsoptik (5, 11) zum Probenträger
(9) lenkbar sind und wobei das jeweils vom Probenträger
(9) ausgesendete Fluoreszenzlicht (23, 45) zum Empfänger
(25) lenkbar ist, der entsprechende Fluoreszenzsignale
erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die ver
schiedenen Lichtquellen (1, 3) und den Probenträger (9)
eine Spiegelanordnung (19) mit verspiegelten Bereichen
(19') und lichtdurchlässigen Bereichen (19") geschaltet
und so bewegbar ist, dass der Lichtstrahl einer Licht
quelle (1) durch einen lichtdurchlässigen Bereich (19")
zum Probenträger (9) hindurchtritt, während die Strahlen
aller anderen Lichtwellenlängen durch spiegelnde Bereiche
(19") so reflektiert werden, dass sie nicht zum Proben
träger (9) gelangen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Spiegelanordnung (19) ein um eine Achse (20) drehba
rer Spiegel mit spiegelnden Bereichen (19') und licht
durchlässigen Bereichen (19") ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, dass eine erste Lichtquelle (1) und eine zweite
Lichtquelle (3) vorgesehen sind, die Lichtstrahlen (7,
13) unterschiedlicher Lichtwellenlängen erzeugen, dass
die Spiegelanordnung einen lichtdurchlässigen Bereich
(19") und einen spiegelnden Bereich (19') aufweist, wo
bei der erste Lichtstrahl der ersten Lichtquelle (1)
durch den lichtdurchlässigen Bereich (19") zum Probenträger
(9) hindurchtritt und der zweite Lichtstrahl (13)
der zweiten Lichtquelle (3) vom spiegelnden Bereich (19')
so reflektiert wird, dass er den Probenträger (19) nicht
erreicht, und umgekehrt.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Lichtstrahl (7) der ersten Lichtquelle (1) von
einer ersten Anregungsoptik (5) zum Probenträger (9)
lenkbar ist, um diesen ganzflächig zu beleuchten.
5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich
net, dass der zweite Lichtstrahl (13) der zweiten Licht
quelle (3) durch eine zweite Anregungsoptik (11) zum Pro
benträger (9) lenkbar ist, um diesen ganzflächig zu be
leuchten.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, dass das vom ersten Strahl (7) der ersten
Lichtquelle (1) erzeugte erste Fluoreszenzlicht (23) zum
spiegelnden Bereich (19") ausgesendet wird, der ihm zu
einem ersten festen Spiegel (21) reflektiert und dass der
erste feste Spiegel (21) das erste Fluoreszenzlicht (23)
durch den durchlässigen Bereich (19") zum Empfänger (25)
reflektiert.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, dass das vom zweiten Lichtstrahl (13) er
zeugte zweite Fluoreszenzlicht (45) vom Probenträger (9)
durch den durchlässigen Bereich (19") des Spiegels (19)
hindurchtritt und von einem zweiten festen Spiegel (27)
auf den spiegelnden Bereich (19') des Spiegels (19) re
flektiert wird und von dem spiegelnden Bereich (19') des
Spiegels (19) zum Empfänger (25) reflektiert wird.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, dass der drehbare Spiegel kreisförmig aus
gebildet ist und einen halbkreisförmigen durchlässigen
Bereich (19') und einen halbkreisförmigen spiegelnden Be
reich (19') aufweist.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, dass die erste Anregungsoptik (5) einen er
sten Umlenkspiegel (33) aufweist, der den ersten Licht
strahl (7) zum Probenträger (9) lenkt.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge
kennzeichnet, dass die zweite Anregungsoptik (11) einen
zweiten Umlenkspiegel (37) aufweist, der den zweiten
Lichtstrahl (13) der zweiten Lichtquelle (3) zum Proben
träger (9) lenkt.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, das zwischen dem Probenträger (9) und dem
Empfänger (25) im Strahlengang des ersten Fluoreszenz
lichtes (23) ein erstes Filter (17) vorgesehen ist, das
nur das erste Fluoreszenzlicht (23) passieren läßt.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, dass im Strahlengang des zweiten Fluores
zenzlichtes (45) zwischen dem Probenträger (9) und dem
Empfänger (25) ein zweites Filter (15) vorgesehen ist,
das nur das zweite Fluoreszenzlicht passieren läßt.
13. Einrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn
zeichnet, dass das erste Filter (17) und/oder das zweite
Filter (15) ein Steilkantfilter ist.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, dass der Empfänger (25) eine CCD-
Anordnung ist, die zur Erzeugung elektrischer Fluores
zenzsignale aus dem empfangenen ersten oder zweiten Fluo
reszenzlicht (23, 45) optische Sensorelemente aufweist,
die entsprechend den Proben des Probenträgers (9) ange
ordnet sind, wobei die an den Sensorelementen während der
Beleuchtung mit einem Fluoreszenzlicht erzeugten elektri
schen Fluoreszenzsignale vor der Beleuchtung mit dem an
deren Fluoreszenzlicht zu einer Auswerteelektronik abge
taktet werden.
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