DE10236433A1

DE10236433A1 - Device for optically detecting liquid samples in droplet form formed discretely on planar substrate or in cavities of substrate comprises optical detector arranged in optical axis of light beam, and optical element

Info

Publication number: DE10236433A1
Application number: DE2002136433
Authority: DE
Inventors: Dieter Baumert; Peter Lehmann; Klaus Schumann
Original assignee: FOERDERVER INST fur MEDIZINTE; Forderverein Institut fur Medizintechnik Dresden EV
Current assignee: FOERDERVER INST fur MEDIZINTE; Forderverein Institut fur Medizintechnik Dresden EV
Priority date: 2002-08-06
Filing date: 2002-08-06
Publication date: 2004-02-19

Abstract

A device for optically detecting liquid samples in droplet form formed discretely on a planar substrate or in cavities of a substrate comprising an optical detector (5) arranged in the optical axis of a light beam directed orthogonally onto the substrate surface, and an optical element (3) which moves relative to the detector and substrate, is new.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Detektion diskret auf einem planaren Substrat oder in Kavitäten eines Substrates angeordneten flüssigen Proben in Tropfenform, wie sie in der chemischen oder biochemischen Analytik eingesetzt werden kann. Die Anwendung ist insbesondere dann geeignet, wenn nachfolgend zu analysierende Einzelproben diskret auf bzw. in Kavitäten eines Substrates mittels Laborautomaten plaziert worden sind.The invention relates to a device for optical detection discretely on a planar substrate or in cavities of a substrate arranged liquid Samples in the form of drops, as in the chemical or biochemical Analytics can be used. The application is special then suitable if individual samples to be analyzed subsequently are discreet on or in cavities of a substrate have been placed using laboratory machines.

Kommt es hierbei zu einer Fehlfunktion eines solchen Laborautomaten und einzelne flüssige Tropfen der Proben gelangen nicht auf eine bestimmte Position eines Substrates oder einzelne Kavitäten eines Substrates bleiben unbefüllt, führt dies zu fehlerhaften Analy seergebnissen, so dass zumindest die dann durchgeführte Analyse verworfen und eine erneute vollständige Durchführung erforderlich wird.If there is a malfunction of such a laboratory machine and individual liquid drops of the samples not to a specific position of a substrate or individual wells of a substrate remain unfilled, does this to incorrect analysis results, so that at least the analysis then carried out discarded and a new full implementation is required becomes.

So werden bei der Durchführung von Analysen standardisierte, sogenannte Mikrotiterplatten eingesetzt, die bis zu 1563 voneinander getrennte Proben mit einem jeweiligen Volumen von ca. 10 μl aufnehmen können. Eine visuelle Überprüfung der Befüllung solcher Mikrotiterplatten durch das Laborpersonal ist sehr aufwendig und insbesondere wegen der kleinen Gefäßquerschnitte, die kleiner als 2 mm² sind und bei Gefäßtiefen bis zu 10 mm liegen, können auch bei einer solchen rein visuellen Überprüfung der vollständigen Befüllung Fehler durch das Laborpersonal auftreten.For example, standardized, so-called microtitre plates are used when carrying out analyzes, which can hold up to 1563 separate samples with a respective volume of approx. 10 μl. A visual inspection of the filling of such microtiter plates by the laboratory staff is very complex and in particular because of the small cross-sections of the vessel, which are smaller than 2 mm ² and are at tube depths of up to 10 mm, errors can also be caused by such a purely visual inspection of the complete filling Laboratory personnel occur.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Möglichkeit zu schaffen, mit der auf einem planaren Substrat oder in Kavitäten eines Substrates angeordnete flüssige Proben in Tropfenform detektiert und die Befüllungen einfach und sicher unter Ausschluß menschlichen Versagens detektiert werden können.It is therefore an object of the invention a possibility to create with a on a planar substrate or in cavities Liquid arranged substrate Drop-shaped samples are detected and the fillings are simple and safe excluding human Failure can be detected.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer die Merkmale des Anspruchs 1 aufweisenden Vorrichtung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung können mit den in den untergeordneten Ansprüchen genannten Merkmalen erreicht werden.According to the invention, this object is achieved with a solved the features of claim 1 having device. advantageous Embodiments and developments of the invention can with the in the subordinate claims mentioned features can be achieved.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können flüssige Proben, die in Tropfenform auf einem planaren Substrat, beispielsweise einer Glas- oder Kunststoffplatte aufgesetzt worden sind, aber auch die Befüllung von Kavitäten solcher Substrate, wie dies die bereits erwähnten Mikrotiterplatten sind, detektiert werden.With the device according to the invention can liquid Samples in drop form on a planar substrate, for example a glass or plastic plate, but also the filling of cavities such substrates, such as the microtiter plates already mentioned, can be detected.

Dabei ist es günstig, wenn die jeweiligen tropfenförmigen flüssigen Proben in regelmäßigen Abständen mit den an sich bekannten Laborautomaten entsprechend auf bzw. im Substrat und keinen unmittelbaren Kontakt miteinander aufweisenden tropfenförmigen Proben angeordnet worden sind.It is advantageous if the respective drop-shaped liquid samples at regular intervals with corresponding to the known laboratory machines on or in the substrate and no direct contact with drop-shaped samples have been ordered.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet dabei mindestens eine Lichtquelle, die paralleles Licht, zumindest jedoch mit geringer Divergenz behaftete Lichtstrahlung parallel zur Substratebene, in der die tropfenförmigen flüssigen Proben angeordnet sind, auf mindestens ein optisches Element richtet. Dieses optische Element weist eine reflektierende Fläche auf, von der das Licht der einen bzw. mehreren Lichtquelle(n) orthogonal in Richtung auf die Substratebene reflektiert wird. Oberhalb des Substrates ist mindestens ein optischer Detektor in der optischen Achse des orthogonal auf die Substratebene gerichteten Lichtes angeordnet, mit dem von der Substratebene oder dort angeordneten tropfenförmigen flüssigen Proben reflektiertes Licht detektiert werden kann.The device according to the invention uses at least one light source, the parallel light, at least however light radiation with low divergence parallel to the substrate plane, in which the teardrop-shaped liquid Samples are arranged, aimed at at least one optical element. This optical element has a reflective surface from which the light of the one or more light source (s) orthogonally in the direction of the substrate plane is reflected. Is above the substrate at least one optical detector in the optical axis of the orthogonal arranged light directed at the substrate level, with the of the substrate level or drop-shaped liquid samples arranged there reflected light can be detected.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können das optische Element mit dem mindestens einem optischen Detektor und das jeweilige Substrat relativ zueinander bewegt werden.In the device according to the invention can the optical element with the at least one optical detector and the respective substrate are moved relative to one another.

Mit der Erfindung kann die unterschiedliche Reflexion des mittels des optischen Elementes auf die Oberfläche und orthogonal zur jeweiligen Substratebene gerichteten Lichtes genutzt werden. So ist die Oberfläche der tropfenförmigen diskret angeordneten flüssigen Einzelproben zumindest in Bereichen, auf die das vom optischen Element reflektierte Licht auftrifft, konkav oder konvex gewölbt, so dass von dort reflektiertes Licht nicht oder nur teilweise auf den mindestens einen optischen Detektor auftreffen kann und demzufolge die mit dem mindestens einen optischen Detektor erfassbare Lichtintensität gegenüber einer planaren Fläche, von der das auftreffende Licht nahezu vollständig in Richtung auf den mindestens einen optischen Detektor zurückreflektiert wird, deutlich reduziert ist. Solche planaren Flächen sind beispielsweise Flächenbereiche eines planaren Substrates, auf denen keine tropfenförmigen flüssigen Proben diskret aufgesetzt worden sind oder die Böden von unbefüllten Kavitäten eines entsprechend ausgebildeten Substrates.With the invention, the different reflection by means of the optical element on the surface and light directed orthogonally to the respective substrate plane become. That's the surface the drop-shaped discretely arranged liquid Incremental samples at least in areas on which the optical element reflected light hits, concave or convex, so that light reflected from there is not or only partially reflected on the can hit at least one optical detector and consequently the light intensity that can be detected with the at least one optical detector compared to a planar surface, from which the incident light almost completely towards the least an optical detector reflected back is significantly reduced. Such planar surfaces are, for example, surface areas a planar substrate, on which no drop-shaped liquid samples have been placed discreetly or the bottoms of unfilled cavities appropriately trained substrate.

Als optische Elemente, mit denen das Licht der einen oder auch mehreren Lichtquelle(n) orthogonal auf die Substratebene reflektiert werden kann, können beispielsweise halbdurchlässige Spiegel oder auch Interferenzfilter sein.As optical elements with which the light of the one or more light source (s) is orthogonal can be reflected onto the substrate plane, for example semi-transparent mirrors or also be interference filters.

Vorteilhaft ist es außerdem, wenn für das in Richtung auf den einen oder auch mehrere optische Detektoren reflektierte Licht zwischen dem optischen Element und den jeweiligen optischen Detektoren eine optische Blende oder eine abbildende Optik angeordnet wird. So kann gesichert werden, dass den jeweiligen optischen Detektor nahezu ausschließlich orthogonal aus der Substratebene rückreflektiertes Licht erreicht und in andere Richtungen reflektiertes Licht oder Streulicht gesperrt werden kann.It is also advantageous if for that towards one or more optical detectors reflected light between the optical element and each optical detectors an optical aperture or imaging optics is arranged. This ensures that the respective optical Detector almost exclusively orthogonal light reflected back from the substrate level reached and light or stray light reflected in other directions can be locked.

So können als abbildende Optiken lineare Objektive eingesetzt werden, wie sie an sich bekannt und relativ kostengünstig erhältlich sind.So as imaging optics linear lenses are used, as they are known and relatively inexpensive available are.

Um zu sichern, dass das Licht der Lichtquelle(n) parallel bzw. mit mindestens sehr geringer Divergenz und parallel zur jeweiligen Substratebene abgestrahlt wird, ist es günstig, zwischen Lichtquelle(n) und optischem Element optische Blenden oder eine Kondensoroptik anzuordnen.To ensure that the light from the light source (s) is parallel or with at least a very low Di vergence and is emitted parallel to the respective substrate plane, it is favorable to arrange optical diaphragms or condenser optics between the light source (s) and the optical element.

Insbesondere zur Verkürzung des Detektionsprozesses und für die Vereinfachung der für die Detektion der einzelnen diskret angeordneten tropfenförmigen Proben erforderlichen Relativbewegung von Substrat und der Einheit optisches Element mit optischem Detektor en) sollten mehrere Lichtquellen, beispielsweise Leuchtdioden parallel in einer Reihe angeordnet sein. So können diese einzelnen Lichtquellen jeweils einer Reihe bzw. Spalten von Kavitäten einer Mikrotiterplatte oder auf einem planaren Substrat entsprechend in Reihen bzw. Spalten angeordneten, dort abgelegten einzelnen Probentropfen zugeordnet angeordnet werden. Dadurch kann die erforderliche Relativbewegung lediglich entlang einer Achse durchgeführt werden und so eine sukzessive, reihenweise Detektion von in Achsrichtung nacheinander angeordneten Reihen von tropfenförmigen Proben durchgeführt werden. Dadurch kann der manipulations- und anlagentechnische Aufwand deutlich reduziert werden.In particular to shorten the Detection process and for simplifying for the detection of the individual discretely arranged drop-shaped samples required relative movement of the substrate and the optical unit Element with optical detector (s) should have multiple light sources, for example Light-emitting diodes can be arranged in parallel in a row. So can this individual light sources in each case one row or columns of cavities one Microtiter plate or on a planar substrate accordingly in Rows or columns arranged and assigned to individual sample drops stored there to be ordered. This allows the required relative movement can only be carried out along one axis and thus successively, in rows Detection of rows of successively arranged in the axial direction teardrop-shaped samples carried out become. As a result, the manipulation and plant engineering effort be significantly reduced.

Analog zur Anordnung der Lichtquellen in Reihe können aber auch mehrere optische Detektoren in einer entsprechenden Reihenanordnung eingesetzt werden, die die jeweiligen Anordnungen der Lichtquellen genauso wie die Anordnung der Kavitäten oder der auf einem planaren Substrat abgesetzten einzelnen tropfenförmigen Proben berücksichtigt.Analogous to the arrangement of the light sources can in series but also several optical detectors in a corresponding row arrangement be used, the respective arrangements of the light sources just like the arrangement of the cavities or that on a planar Individual droplet-shaped samples deposited in the substrate are considered.

Für den Fall, dass lediglich eine Lichtquelle und ein einzelner optischer Detektor bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt werden, ist es erforderlich eine entsprechende Bewegung in zwei orthogonal zueinander ausgerichteten Achsen vorzunehmen und die Detektion in Form eines entsprechenden Rasters einzeln für die diskret angeordneten flüssigen Proben vorzunehmen.For the case that only one light source and a single optical Detector in a device according to the invention appropriate movement is required in two orthogonally aligned axes and the detection in the form of a corresponding grid individually for the discrete arranged liquid Make samples.

Für eine Auswertung sollten der oder auch die mehreren optische(n) Detektor(en) an eine elektronische Auswerteeinheit angeschlossen sein. Im einfachsten Fall kann dann die jeweils mit den optischen Detektoren gemessene Lichtintensität mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen werden. Wird bei diesem Vergleich eine Überschreitung des Schwellwertes festgestellt, kann davon ausgegangen werden, dass in diesem Bereich des jeweiligen Substrates kein flüssiger Probentropfen vorhanden ist.For an evaluation should be made by the one or more optical detector (s) be connected to an electronic evaluation unit. In the simplest The case can then be the one measured with the optical detectors Light intensity can be compared with a predetermined threshold value. Will this Compare an overshoot of the threshold value can be assumed that no liquid sample drops in this area of the respective substrate is available.

Dabei sollte insbesondere in diesem Fall eine ortsaufgelöste Bestimmung mit Hilfe von Positionssensoren, die ebenfalls an die elektronische Auswerteeinheit angeschlossen sind, durchgeführt werden. Dadurch kann ausgeschlossen werden, dass Flächenbereiche des jeweiligen Substrates, in denen keine flüssigen Proben in Tropfenform angeordnet sein sollten, als Fehler detektiert werden.In particular, this should Case a spatially resolved Determination with the help of position sensors, which are also connected to the electronic evaluation unit are connected. This can rule out that surface areas of the respective Substrates in which no liquid Samples in droplet form should be arranged as errors detected become.

Günstiger ist es, eine elektronische Bildverarbeitungseinheit einzusetzen, die Bestandteil der elektronischen Auswerteeinheit sein kann. Mit einer solchen elektronischen Bildverarbeitung kann eine Detektion und die Erstellung eines Abbildes der gesamten Substratfläche durchgeführt und dabei gegebenenfalls auch auf eine ortsaufgelöste Detektion mit Hilfe von Positionssensoren bzw. der Daten einer elektronischen Steuerung für die Relativbewegung verzichtet werden. Insbesondere bei einer einachsigen Relativbewegung kann ein solcher Positionssensor ein Wegsensor sein.better is to use an electronic image processing unit which can be part of the electronic evaluation unit. With Such electronic image processing can be used for detection and the creation of an image of the entire substrate area is carried out and if necessary, also to a spatially resolved detection with the help of position sensors or the data of an electronic control for the relative movement become. In particular with a uniaxial relative movement such a position sensor can be a displacement sensor.

Zur Reduzierung unerwünschter Streulichteinflüsse kann ein zusätzliches reflektierendes Element im Anschluss an das optische Element angeordnet werden. Mit einem solchen reflektierenden Element, dessen reflektierende Fläche in einem schräg geneigten Winkel ausgerichtet ist, kann Licht der Lichtquelle(n), das durch das optische Element hindurchtreten kann, in eine bestimmte für die Detektion unkritische Richtung reflektiert werden. So sollte die reflektierende Fläche in einem Winkel von ca. 45° geneigt sein, so dass das auftreffende Licht orthogonal entgegengesetzt zur Richtung, in der die Substratebene angeordnet ist, von diesem weg reflektiert werden kann. Insbesondere wird so die Rückreflexion von Licht auf das optische Element vermieden.To reduce unwanted Stray light influences can be an additional reflective element arranged after the optical element become. With such a reflective element, its reflective area in an oblique inclined angle, light from the light source (s), that can pass through the optical element into a certain one for the Detection non-critical direction can be reflected. So it should reflective surface inclined at an angle of approx. 45 ° be so that the incident light is orthogonally opposite from the direction in which the substrate plane is arranged can be reflected away. In particular, the back reflection avoided by light on the optical element.

Die Lichtquelle oder auch nachfolgend angeordnete strahlformende optische Elemente sollten möglichst garantieren, dass jeweils ausreichend große Flächenbereiche des Substrates mit vom optischen Element reflektiertem Licht bestrahlt werden können. So kann beispielsweise ein kreisrunder Strahlquerschnitt zumindest die Größe einer flüssigen Probe in Tropfenform auf einem planaren Substrat oder entsprechend der Größe des freien Querschnitts von einzelnen Kavitäten eines entsprechenden Substrates aufweisen.The light source or subsequently arranged beam-shaping optical elements should be as possible guarantee that each sufficiently large surface areas of the substrate can be irradiated with light reflected by the optical element. So can, for example, at least have a circular beam cross section the size of one liquid Sample in drop form on a planar substrate or equivalent the size of the free Cross section of individual cavities have a corresponding substrate.

In ähnlicher Weise sollten die Abbildungen von aus der Substratebene reflektierten Lichtes auch diese Größenverhältnisse bei Auftreffen auf den jeweiligen optischen Detektoren aufweisen.Similarly, the Images of light reflected from the substrate plane also include this proportions when striking the respective optical detectors.

Insbesondere, wenn Leuchtdioden oder andere Lichtquellen, die Licht in einem relativ eng begrenzten Wellenlängenbereich abstrahlen, eingesetzt werden, ist es vorteilhaft als optische Elemente Interferenzfilter oder transparente Substrate, die mit einem dielektrischen Filterschichtsystem versehen sind, einzusetzen, wobei diese auf den jeweiligen Wellenlängenbereich abgestimmt sein sollten.Especially when LEDs or other light sources that emit light in a relatively narrow range of wavelengths emit, it is advantageous as an optical element interference filter or transparent substrates using a dielectric filter layer system are provided, to be used, these on the respective wavelength range should be coordinated.

Dadurch kann die Selektivität weiter erhöht werden, da die Reflexion und Transmission des auf die entsprechenden Flächen des Elementes auftreffenden Lichtes auf die jeweilige reflektierende Fläche des optischen Elementes einfallswinkelselektiv ist.This can further increase the selectivity increase, since the reflection and transmission of the on the corresponding surfaces of the Element of incident light on the respective reflective Area of optical element is angle of incidence selective.

Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below by way of example.

Dabei zeigen:Show:

1 in schematischer Form den Aufbau eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und 1 in schematic form the structure of an example of a device according to the invention and

2 eine perspektivische Darstellung eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. 2 a perspective view of an example of a device according to the invention.

Die in 1 schematisch dargestellte Vorrichtung kann zur Detektion flüssiger Proben in Tropfenform eingesetzt werden. Bei dem hier dargestellten Beispiel werden in einer Mikrotiterplatte, als Substrat 8 in den einzelnen Kavitäten, das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von flüssigen Proben detektiert.In the 1 Device shown schematically can be used for the detection of liquid samples in drop form. In the example shown here, a microtiter plate is used as the substrate 8th in the individual cavities, the presence or absence of liquid samples is detected.

Die optischen Komponenten sind dabei innerhalb eines Gehäuses 7 aufgenommen. Das Gehäuse 7 ist in Richtung auf das Substrat 8 nach unten offen oder zumindest für Licht transparent.The optical components are inside a housing 7 added. The housing 7 is towards the substrate 8th open at the bottom or at least transparent to light.

Mittels in Reihe angeordneter Lichtquellen 1, bevorzugt als eine Zeile von Leuchtdioden, wird Licht parallel zur Substratebene abgestrahlt. Zur Sicherung einer weitestgehenden Parallelität des abgestrahlten Lichtes ist hier im Nachgang zu den Lichtquellen 1 eine Blende 2, bei diesem Beispiel eine Schlitzblende angeordnet.By means of light sources arranged in a row 1 , preferably as a row of light emitting diodes, light is emitted parallel to the substrate plane. To ensure the greatest possible parallelism of the emitted light is here after the light sources 1 an aperture 2 , arranged in this example a slit diaphragm.

Im Strahlengang des von den Lichtquellen 1 abgestrahlten Lichtes ist ein in einem Winkel α in Bezug zum abgestrahlten Licht und der Substratebene geneigtes optisches Element 3 angeordnet. Dabei ist die Fläche des optischen Elementes 3, auf die das von den Lichtquellen 1 abgestrahlte Licht unmittelbar auftrifft, reflektierend, so dass bei einem Neigungswinkel α von 45° ein großer Teil des Lichtes, der von den Lichtquellen 1 abgestrahlt worden ist, orthogonal in Bezug zur Substratebene auf dieses Substrat 8 reflektiert wird.In the beam path of the from the light sources 1 radiated light is an optical element inclined at an angle α with respect to the radiated light and the substrate plane 3 arranged. The surface of the optical element 3 to which that from the light sources 1 radiated light hits directly, reflecting, so that at an angle of inclination α of 45 ° a large part of the light emitted by the light sources 1 has been radiated orthogonally with respect to the substrate plane on this substrate 8th is reflected.

Von der Oberfläche des Substrates 8 oder von dort diskret angeordneten flüssigen Proben in Tropfenform wird dieses Licht rückreflektiert. Dabei wird Licht von Flächen, die parallel zur Substratebene ausgerichtet sind, ebenfalls orthogonal rückreflektiert und trifft durch das optische Element 3, das ein halbdurchlässiger Spiegel oder ein Interferenzfilter sein kann, auf optische Detektoren 5 auf, mit denen die jeweilige Lichtintensität bestimmt werden kann.From the surface of the substrate 8th or from there discretely arranged liquid samples in drop form, this light is reflected back. Here, light from surfaces that are aligned parallel to the substrate plane is also orthogonally reflected back and hits through the optical element 3 , which can be a semi-transparent mirror or an interference filter, on optical detectors 5 with which the respective light intensity can be determined.

Insbesondere beim Einsatz monochromatischer Lichtquellen 1 oder Lichtquellen 1, die Licht in einem eng begrenzten Wellenlängenbereich abstrahlen, ist es vorteilhaft ein Interferenzfilter als optisches Element 3 einzusetzen.Especially when using monochromatic light sources 1 or light sources 1 that emit light in a narrowly limited wavelength range, it is advantageous to use an interference filter as an optical element 3 use.

Zwischen optischem Element 3 und optischen Detektoren 5 können, wie im allgemeinen Teil der Beschreibung bereits erwähnt, ebenfalls entsprechende optische Blenden angeordnet sein, um zu sichern, dass nahezu ausschließlich orthogonal zurückreflektiertes Licht auf die optischen Detektoren 5 auftreffen kann.Between optical element 3 and optical detectors 5 As already mentioned in the general part of the description, corresponding optical diaphragms can also be arranged in order to ensure that almost exclusively orthogonally reflected light onto the optical detectors 5 can hit.

Beim in 1 gezeigten Beispiel wurden jedoch abbildende Optiken 4, wie beispielsweise lineare Objektive eingesetzt, die die Anordnung der Lichtquellen 1 und das von diesen abgestrahlte Licht berücksichtigend, angeordnet sind.When in 1 However, the example shown was imaging optics 4 , such as linear lenses used, the arrangement of the light sources 1 and the light emitted by them are arranged.

Im Anschluss an das optische Element 3 ist im Strahlengang des von den Lichtquellen 1 ausgehenden Lichtes ein weiteres reflektierendes Element 6, bei diesem Beispiel angeordnet. Dieses reflektierende Element 6 kann ein einfacher Spiegel sein und es ist ebenfalls in einem Winkel in Bezug zur Substratebene, bevorzugt ebenfalls in einem 45° Winkel geneigt, so dass auf das reflektierende Element 6 auftreffendes Licht vertikal nach oben reflektiert und so die Messergebnisse der optischen Detektoren 5 nahezu unbeeinflusst von diesen Lichtkomponenten bleiben.Following the optical element 3 is in the beam path of that of the light sources 1 outgoing light another reflective element 6 , arranged in this example. This reflective element 6 can be a simple mirror and it is also at an angle with respect to the substrate plane, preferably also at a 45 ° angle, so that the reflective element 6 incident light is reflected vertically upwards and thus the measurement results of the optical detectors 5 remain almost unaffected by these lighting components.

Die für die Detektion der einzelnen diskret angeordneten flüssigen Proben in Tropfenform erforderliche Relativbewegung kann in einfacher Form durch eine translatorische Bewegung des Substrates 8 erreicht werden, so dass der gesamte Flächenbereich des Substrates 8 detektiert werden kann.The relative movement required for the detection of the individual discretely arranged liquid samples in drop form can be done in a simple form by a translational movement of the substrate 8th be achieved so that the entire surface area of the substrate 8th can be detected.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, das Gehäuse 7 mit den darin angeordneten optischen Elementen allein oder zusätzlich entsprechend translatorisch zu bewegen, wobei der vertikale Abstand zum Substrat 8 konstant gehalten werden sollte.But there is also the possibility of the housing 7 with the optical elements arranged therein alone or additionally to move in a corresponding translatory manner, the vertical distance from the substrate 8th should be kept constant.

Theoretisch würde aber auch eine Detektion mit ausreichender Messgenauigkeit durchgeführt werden können, wenn die Lichtquellen 1 starr angeordnet und lediglich das optische Element 3 und die optischen Detektoren 5 gegebenenfalls mit den abbildenden Optiken 4 relativ in Bezug zum Substrat 8 bewegt werden würden.In theory, however, detection with sufficient measurement accuracy could also be carried out if the light sources 1 rigidly arranged and only the optical element 3 and the optical detectors 5 if necessary with the imaging optics 4 relative to the substrate 8th would be moved.

In 2 ist ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zumindest teilweise perspektivisch dargestellt. Auch hier wurde als Substrat 8 eine Mikrotiterplatte gewählt, obwohl z.B. auch eine Glasplatte mit darauf diskret abgesetzten einzelnen flüssigen Proben in Tropfenform detektiert werden könnte.In 2 is an example of a device according to the invention at least partially shown in perspective. Again, as a substrate 8th a microtiter plate was chosen, although, for example, a glass plate with individual liquid samples in the form of drops in a discreet manner could be detected.

Auch hier wurde wieder eine Reihenanordnung von Lichtquellen 1 gewählt, deren zumindest nahezu paralleles Licht wieder auf ein optisches Element 3 auftrifft und von dort zumindest teilweise orthogonal auf die Oberfläche des Substrates 8 reflektiert wird.Here, too, there was a row arrangement of light sources 1 chosen, their at least almost parallel light back on an optical element 3 strikes and from there at least partially orthogonal to the surface of the substrate 8th is reflected.

Das von parallel zur Substratebene ausgerichteten Flächen reflektierte Licht ist wiederum orthogonal zur Substratebene ausgerichtet, gelangt in dieser optischen Achse durch das optische Element 3 über abbildende Optiken 4, die hier ebenfalls lineare Objektive sind, auf eine optischen Detektor 5, der bei diesem Beispiel eine Zeilenkamera oder ein Kammeraarray ist, deren Signale an eine elektronische Bildverarbeitung übermittelt werden. Die elektroni sche Bildverarbeitung kann Bestandteil einer elektronischen Auswerteeinheit sein, mit der die mit dem optischen Detektor erfassten Bilddaten zu einem Bild, das die gesamte Oberfläche des Substrates 8 enthält, zusammengefasst werden kann, so dass auf eine zusätzliche ortsaufgelöste Messung unter Verwendung von Positions- oder Wegsensoren verzichtet werden kann.The light reflected from surfaces aligned parallel to the substrate plane is in turn oriented orthogonally to the substrate plane and passes through the optical element in this optical axis 3 about imaging optics 4 , which are also linear lenses here, on an optical detector 5 , which in this example is a line scan camera or a chamber array, the signals of which are transmitted to electronic image processing. The electronic image processing can be part of an electronic evaluation unit, with which the image data recorded with the optical detector form an image covering the entire surface of the substrate 8th contains, can be summarized, so that an additional spatially resolved measurement using position or displacement sensors can be dispensed with.

Auf einem so erfassten Bild sind die detektierten tropfenförmigen flüssigen Proben sehr deutlich als dunkle Kreise erkennbar. Mittels einer entsprechend geeigneten Bildverarbeitungssoftware kann eine elektronische Auswertung der vollständigen Befüllung von Mikrotiterplatten durchgeführt werden. Es ist aber auch möglich, die Ortskoordinaten von Fehlbefüllungen zu bestimmen und nachfolgend zu berücksichtigen Die Bewegung des Substrates 8, mit der die erfindungsgemäße erforderliche Relativbewegung ausschließlich realisiert wird, kann mittels eines elektronisch gesteuerten Antriebes 9 erfolgen. Die elektronische Steuerung des elektronisch gesteuerten Antriebes 9 kann, wie mit den schematisch angedeuteten Verbindungen, auch mittels der Messdaten des optischen Sensors 5 beeinflusst werden.The detected drop-shaped liquid samples are very clearly recognizable as dark circles on an image captured in this way. Using an ent According to suitable image processing software, an electronic evaluation of the complete filling of microtiter plates can be carried out. However, it is also possible to determine the location coordinates of incorrect fillings and subsequently to take them into account. The movement of the substrate 8th , with which the required relative movement according to the invention is exclusively realized, can be done by means of an electronically controlled drive 9 respectively. The electronic control of the electronically controlled drive 9 can, as with the schematically indicated connections, also by means of the measurement data of the optical sensor 5 to be influenced.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, den elektronisch gesteuerten Antrieb 9 mit der elektronischen Auswerteeinheit 10 zu verbinden.But there is also the possibility of the electronically controlled drive 9 with the electronic evaluation unit 10 connect to.

Claims

Device for optical detection discretely arranged in a droplet form on a planar substrate or in cavities of a substrate, in which parallel light of at least one light source ( 1 ) parallel to the substrate plane on at least one optical element ( 3 ) is directed with a reflecting surface and orthogonally from the reflecting surface towards the substrate plane; above the substrate ( 8th ) at least one optical detector ( 5 ) is arranged in the optical axis of the light directed orthogonally to the substrate plane and at least the optical element ( 3 ) with optical detector ( 5 ) and the substrate ( 8th ) are movable relative to each other.

Device according to claim 1, characterized in that the substrate ( 8th ) is a microtiter plate.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the optical element ( 3 ) is a semi-transparent mirror or an interference filter.

Device according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that between the optical element ( 3 ) and the optical detector ( 5 ) an optical diaphragm or imaging optics ( 4 ) is arranged.

Device according to claim 4, characterized in that the imaging optics ( 4 ) is a linear lens.

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that between the light source (s) ( 1 ) and optical element ( 3 ) an optical aperture ( 2 ) or a condenser optic is arranged.

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that a plurality of light sources ( 1 ) are arranged in parallel in a row.

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the light source (s) ( 1 ) is or are one or more light emitting diodes.

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that a plurality of optical detectors ( 5 ) in a row in relation to the light sources ( 1 ) are arranged.

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the light source (s) ( 1 ), the optical element ( 3 ) with the optical detector (s) ( 5 ) and the substrate ( 8th ) are movable relative to each other along an axis.

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the optical detector (s) ( 5 ) to an electronic evaluation unit ( 10 ) is / are connected.

Apparatus according to claim 11, characterized in that an electronic image processing unit is part of the electronic evaluation unit ( 10 ) is.

Device according to claim 11 or 12, characterized in that a displacement sensor is connected to the electronic evaluation unit ( 10 ) connected.

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that following the optical element ( 3 ) reflective element oriented at an inclined angle ( 6 ) is arranged.