WO2001077645A1 - Illuminating and imaging device, especially for carrying out quantitative fluorescence immuno tests - Google Patents

Illuminating and imaging device, especially for carrying out quantitative fluorescence immuno tests Download PDF

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WO2001077645A1
WO2001077645A1 PCT/DE2001/001301 DE0101301W WO0177645A1 WO 2001077645 A1 WO2001077645 A1 WO 2001077645A1 DE 0101301 W DE0101301 W DE 0101301W WO 0177645 A1 WO0177645 A1 WO 0177645A1
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WO
WIPO (PCT)
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medium
receiver
medium surfaces
carrier
light
Prior art date
Application number
PCT/DE2001/001301
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German (de)
French (fr)
Inventor
Peter Boll
Dieter Krause
Franz Drobner
Christian Kassel
Original Assignee
Siemens Production And Logistics Systems Ag
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Publication date
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/6452—Individual samples arranged in a regular 2D-array, e.g. multiwell plates

Definitions

  • the present invention relates to a device for illumination and imaging, in particular when quantitative fluorescence immunoassays are carried out, according to the preamble of claim 1.
  • a medium carrier which consists of an upper part, a lower part and an intermediate part arranged between them. Antibody strips or medium surfaces running in the transverse direction and spaced apart in the longitudinal direction are applied to the side of the lower part facing the upper part.
  • the intermediate layer has a recess which runs in the longitudinal direction and leaves all medium surfaces free.
  • two through holes spaced apart in the longitudinal direction are arranged, one of which forms an access to the recess of the intermediate part on one side of the medium surfaces and the other forms an access to the recess of the intermediate part on the other side of the medium surfaces.
  • Containers are pumped out and vice versa, whereby the medium surfaces react with the sample liquid.
  • the analytically specific Antibodies on the medium surfaces are marked with a marking substance which is optically excited at a substance-specific wavelength and which detects the fluorescent light, which has a different wavelength, which is generally greater than the wavelength of the excitation light, with a suitable detector while evaluating the fluorescence intensity , It is known to illuminate the entire surface of the medium with laser light and to supply the fluorescent light via optics to a specially designed receiver for the fluorescent light.
  • the object of the present invention is to improve a device for illumination and imaging, in particular when carrying out fluorescence immunoassays, in such a way that a high imaging constancy can be achieved.
  • the main advantage of the present invention is that a high imaging constancy is obtained as a result of the selective scanning of the individual medium areas. This also applies to high excitation intensity.
  • Another advantage of the present invention is that the optics used for imaging can be relatively small, because only the fluorescent light emitted by a medium surface has to be detected and imaged on a receiver.
  • Another advantage of the present invention is that the partial lighting fades the Medium areas are largely avoided by illuminating only individual medium areas.
  • the individual medium surfaces are advantageously each exposed to the same irradiation time.
  • the background fluorescence of the medium carrier is advantageously reduced by the partial illumination.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the structure of a medium carrier
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of the structure of the device for illumination and imaging according to the invention, in particular in the case of quantitative fluorescence immunoassays;
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the invention.
  • the upper part of a medium carrier 1 is designated 3.
  • the reference numeral 5 denotes the intermediate part and the reference numeral 7 denotes the lower part of the medium carrier 1.
  • the lower part 7 consists of a transparent, high-index material, such as glass or plastic.
  • the intermediate part 5 preferably has the shape of a thin film which is provided on both sides with an adhesive film.
  • the upper part 3 has a refractive index which is smaller than that of the lower part 7.
  • the intermediate part 5 whose thickness m is of the order of magnitude of approximately 50 ⁇ m, there is a recess 11, which runs in the longitudinal direction of the intermediate part 5, and is dimensioned such that when the intermediate part 5 is fastened to the lower part 7, in particular it sticks is, the medium surfaces 9 m of the recess 11 are.
  • the upper part 3 has through holes 13 and 15 spaced apart from one another in the longitudinal direction, of which the through hole 13 connects to the recess on one side of the medium surfaces 9 and the other through hole 15 connects to the recess 11 on the other side of the Medium surfaces 9 m produces the material carrier 1.
  • Material strip carriers 1 of this type are known.
  • the present device for illuminating and imaging such a medium carrier 1, the present device according to FIG. 2 essentially comprises a light source, preferably a laser source 17, an imaging optics 19, which are arranged in a common housing body 21, which in relation to the medium carrier 1 in the longitudinal direction thereof, ie m in the direction of the row of medium surfaces, can be moved, as shown by arrow 23.
  • the housing body 21 is moved with respect to the medium carrier 1 by a spmdelant ⁇ eb, which comprises a stepping motor 25 and a spindle 27, which runs through nut parts 29 of the housing body 21, around this along the travel path indicated by the arrow 23 in a sled-like manner to move.
  • the housing body 21 engages a guide (not shown) on its side opposite the spindle 27 with a support 47 m. It is pointed out that other mechanisms or drives are also conceivable for moving the housing body 21. In addition, it is possible to arrange the housing body 21 immovably and to move the medium carrier 1 with respect to the housing body 21. However, moving the housing body 21 with respect to the medium carrier 1 has the advantage that an operator has easier access to the medium carrier 1 in order to feed the sample liquids from the containers mentioned above (not shown) through the through openings 13, 15 into the recess 11 bring.
  • the laser source 17 generates a laser beam 31, for example with a wavelength of 635 nm, which is directed at a predetermined angle, which is preferably of the order of 8 °, onto the interface between the upper part 3 and the medium surfaces 9 facing the lower part 7.
  • the laser beam 31 has a light spot, the area of which corresponds to the individual medium areas 9 and is, for example, 1 ⁇ 5 mm.
  • the laser beam 31 is preferably directed through a prism 33 onto the interfaces mentioned, so that total reflection occurs on an illuminated medium surface 9 and the generated fluorescent light of this medium surface 9 is focused via the imaging optics 19 to the receiver 39.
  • the emitted fluorescent light has a wavelength of 670 nm.
  • the receiver 29 is preferably a photomultiplier.
  • the electrical output signal generated by the receiver 29 is transmitted via a line 35 to an evaluation electronics 37.
  • An aperture 39 is connected upstream of the receiver 29.
  • the laser light reflected by the boundary surfaces m in the form of a beam 41 is preferably absorbed by an absorber 43, so that misinformation which can be attributed to scattered light is avoided.
  • the laser beam 31 is successively focused on the individual medium surfaces 9 by moving the housing body 21 m in the direction of the arrow 23 through the sputtering device 25, 27, with each medium surface 9 advantageously with the same Intensity and uniformity is irradiated.
  • the fluorescent light 45 respectively emitted by the medium surface 9 that has just been irradiated is projected through the imaging optics 19 onto the receiver 35, which sends a corresponding electrical signal to the evaluation electronics 37.
  • the present device makes it possible to use imaging optics 19 one after the other, which compared to the prior art, in which all medium surfaces are illuminated simultaneously and the fluorescent light of all medium surfaces is imaged on a specially designed receiver, can be small.
  • a large number of medium surfaces 90 m in the form of circular dots or pixels on a measurement diumtrager 10 are arranged.
  • the medium surfaces 90 are preferably arranged at the locations of vertically intersecting rows and columns of medium surfaces.
  • To illuminate the medium 90 faces a a light beam 310 is generating light source 170 provided as it is at the preference ⁇ a laser source.
  • the fluorescent light 450 reflected by a medium surface 90 is detected by imaging optics 190 and directed to a receiver 290.
  • the medium transformer 10 is for example similar to the Medi ⁇ umtrager 1 constructed and comprises (not shown) m a recess up to about 10,000 rasterformig arranged point-shaped medium surfaces 90. This medium surfaces 90 can be sequentially rinsed with several liquids at the same time as a whole.
  • the laser source 310 generates a laser beam 310 and focuses it on a medium surface 90.
  • the laser beam 310 has a circular cross section of approximately 50 to 100 ⁇ m corresponding to the surface of the punctiform medium carrier 90.
  • the fluorescent light 450 reflected by excitation from the medium is emitted by the imaging optics 190 onto the sensor of the receiver 290.
  • the medium surfaces 90 arranged in a grid pattern can be illuminated successively and to emit a fluorescent Rescent light 450 can be excited.
  • the light source 170, the imaging optics 190 and the receiver 290 together m arranged in a housing, not shown, which is movable by the drive, which can have, for example, the spindle drive already explained above for moving the housing in the direction of the rows of medium surfaces 90 (arrows 300) and a further spindle drive of the type described above , through which the housing can be moved in the direction of the columns of the medium surfaces 90 (arrows 301).
  • the drive which can have, for example, the spindle drive already explained above for moving the housing in the direction of the rows of medium surfaces 90 (arrows 300) and a further spindle drive of the type described above , through which the housing can be moved in the direction of the columns of the medium surfaces 90 (arrows 301).
  • the advantage of the described embodiment is that two-dimensionally arranged medium surfaces 90 can also be read out without the excitation power being too high or the sensitivity depending on the position. This is due to the point-like scanning of the individual medium surfaces 90.
  • the imaging optics 190 can advantageously be made relatively small and inexpensive, the excitation power only having to be designed for a single point-shaped medium surface 90.

Abstract

The invention relates to an illuminating and imaging device, especially for carrying out quantitative fluorescence immuno tests. A light beam (31; 310) is produced by a light source (17; 170) and directed at a medium support (1; 10) in order to produce fluorescent light (45; 450) on medium surfaces (9; 90) of the medium support (1; 10). A projecting lens (19; 190) is provided for projecting the fluorescent light (45; 450) onto an optical receiver (29; 290). The light beam (31; 310) is only partially directed onto a medium surface (9; 90) in each instance and the fluorescent light (45; 450) emitted by the one medium surface (9; 90) is projected onto the receiver (29; 290) by the projection lens (19; 190). A drive mechanism produces a relative movement between the medium support (1; 10) and the light source (17; 170), the projection lens (19; 190) and the receiver (29; 290) in order to illuminate successive medium surfaces (9; 90).

Description

Beschreibungdescription
Einrichtung zur Beleuchtung und Abbildung, insbesondere bei der Durchführung von quantitativen FluoreszenzimmunotestsDevice for lighting and imaging, in particular when carrying out quantitative fluorescence immunoassays
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Beleuchtung und Abbildung, insbesondere bei der Durchführung von quantitativen Fluoreszenzimmunotests, nach dem Oberbe- griff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a device for illumination and imaging, in particular when quantitative fluorescence immunoassays are carried out, according to the preamble of claim 1.
Eine solche Einrichtung geht beispielsweise aus der deutschen Patentschrift 196 28 002 Cl hervor. Dabei wird ein Mediumträger verwendet, der aus einem Oberteil, einem Unterteil und einem dazwischen angeordneten Zwischenteil besteht. Auf der dem Oberteil zugewandten Seite des Unterteiles sind in Querrichtung verlaufende und in Längsrichtung voneinander beab- standete Antikörper-Streifen bzw. Mediumflächen aufgebracht. Die Zwischenschicht weist eine Aussparung auf, die in Längs- richtung verläuft und sämtliche Mediumflächen frei läßt. In dem Oberteil sind zwei in Längsrichtung voneinander beabstan- dete Durchgangslöcher angeordnet, von denen eines einen Zugang zu der Aussparung des Zwischenteiles auf der einen Seite der Mediumflächen und das andere einen Zugang zu der Ausspa- rung des Zwischenteiles auf der anderen Seite der Mediumflächen bildet. Auf diese Weise kann aus einem mit einem Loch verbundenen Behälter eine Blutflüssigkeit zur einen Seite der einen Kanal bildenden Aussparung und nachfolgend über die in diesem Kanal angeordneten Mediumflächen gepumpt und durch das andere Loch in einen mit dem Oberteil verbundenen weiterenSuch a device is shown, for example, in German Patent 196 28 002 Cl. A medium carrier is used, which consists of an upper part, a lower part and an intermediate part arranged between them. Antibody strips or medium surfaces running in the transverse direction and spaced apart in the longitudinal direction are applied to the side of the lower part facing the upper part. The intermediate layer has a recess which runs in the longitudinal direction and leaves all medium surfaces free. In the upper part, two through holes spaced apart in the longitudinal direction are arranged, one of which forms an access to the recess of the intermediate part on one side of the medium surfaces and the other forms an access to the recess of the intermediate part on the other side of the medium surfaces. In this way, a blood fluid can be pumped from a container connected to a hole to one side of the recess forming a channel and subsequently over the medium surfaces arranged in this channel and through the other hole into another one connected to the upper part
Behälter abgepumpt werden und umgekehrt, wobei die Mediumflächen mit der Probenflüssigkeit reagieren. Bei den ausgeführten Fluoreszenzimmunotests werden die analytisch spezifischen Antikörper der Mediumflächen mit einem Markierungsstoff markiert, der bei einer stoffspezifischen Wellenlänge optisch angeregt wird und das Fluoreszenzlicht, das eine andere Wellenlänge aufweist, die in der Regel größer ist als die Wel- lenlänge des Anregungslichtes wird, mit einem geeigneten Detektor unter Auswertung der Fluoreszenzintensität detektiert. Dabei ist es bekannt, die Mediumflächen mit Laserlicht insgesamt zu beleuchten und das Fluoreszenzlicht über eine Optik einem speziell ausgebildeten Empfänger für das Fluoreszenz- licht zuzuführen.Containers are pumped out and vice versa, whereby the medium surfaces react with the sample liquid. In the fluorescence immunoassays carried out, the analytically specific Antibodies on the medium surfaces are marked with a marking substance which is optically excited at a substance-specific wavelength and which detects the fluorescent light, which has a different wavelength, which is generally greater than the wavelength of the excitation light, with a suitable detector while evaluating the fluorescence intensity , It is known to illuminate the entire surface of the medium with laser light and to supply the fluorescent light via optics to a specially designed receiver for the fluorescent light.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Einrichtung zur Beleuchtung und Abbildung, insbesondere bei der Durchführung von Fluoreszenzimmunotests, dahingehend zu verbessern, dass eine hohe Abbildungskonstanz erreichbar ist.The object of the present invention is to improve a device for illumination and imaging, in particular when carrying out fluorescence immunoassays, in such a way that a high imaging constancy can be achieved.
Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung zur Beleuchtung und Abbildung, insbesondere bei quantitativen Fluoreszenzimmunotests, mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.This object is achieved by a device for lighting and imaging, in particular in quantitative fluorescence immunoassays, with the features of claim 1.
Der wesentliche Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass in Folge der selektiven Abtastung der einzelnen Mediumflächen eine hohe Abbildungskonstanz erhalten wird. Dies gilt auch für eine hohe Anregungsintensität.The main advantage of the present invention is that a high imaging constancy is obtained as a result of the selective scanning of the individual medium areas. This also applies to high excitation intensity.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die zur Abbildung verwendete Optik relativ klein sein kann, weil jeweils nur das von einer Mediumfläche ausgesendete Fluoreszenzlicht erfasst und auf einen Empfänger ab- gebildet werden muß.Another advantage of the present invention is that the optics used for imaging can be relatively small, because only the fluorescent light emitted by a medium surface has to be detected and imaged on a receiver.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass durch die partielle Beleuchtung ein Ausbleichen der Mediumflachen durch Beleuchtung nur einzelner Mediumflachen weitestgehend vermieden wird. Vorteilhafterweise werden bei der erfindungsgemaßen Einrichtung die einzelnen Mediumflachen jeweils der gleichen Bestrahlungsdauer ausgesetzt. Ferner wird vorteilhafterweise das Hmtergrund-Fluoreszieren des Me- diumtragers durch die partielle Beleuchtung reduziert.Another advantage of the present invention is that the partial lighting fades the Medium areas are largely avoided by illuminating only individual medium areas. In the device according to the invention, the individual medium surfaces are advantageously each exposed to the same irradiation time. Furthermore, the background fluorescence of the medium carrier is advantageously reduced by the partial illumination.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteranspruchen hervor.Further advantageous embodiments of the invention emerge from the subclaims.
Im folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltung im Zusammenhang mit den Figuren naher erläutert. Es zeigenThe invention and its configuration are explained in more detail below in connection with the figures. Show it
Figur 1 m schematischer Darstellung den Aufbau eines Medium- tragers;FIG. 1 shows a schematic representation of the structure of a medium carrier;
Figur 2 m schematischer Darstellung den Aufbau der erfm- dungsgemaßen Einrichtung zur Beleuchtung und Abbildung, insbesondere bei quantitativen Fluoreszenzimmunotests; undFIG. 2 shows a schematic illustration of the structure of the device for illumination and imaging according to the invention, in particular in the case of quantitative fluorescence immunoassays; and
Figur 3 eine weitere Ausgestaltung der Erfindung.Figure 3 shows a further embodiment of the invention.
In der Figur 1 ist das Oberteil eines Mediumtragers 1 mit 3 bezeichnet. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet das Zwischenteil und das Bezugszeichen 7 bezeichnet das Unterteil des Mediumtragers 1. Dabei besteht das Unterteil 7 aus einem transparenten hochbrechenden Material, wie z.B. Glas oder Kunststoff. Das Zwischenteil 5 weist vorzugsweise die Form einer dünnen Folie auf, die beidseitig mit einem Klebefilm versehen ist. Das Oberteil 3 besitzt einen Brechungsindex, der kleiner ist als derjenige des Unterteiles 7. Auf der dem Zwischenteil 5 zugewandten Seite des Unterteiles sind Antikor- perstreifen bzw. Mediumflachen 9, die jeweils m Querrichtung des Unterteiles 7 verlaufen, m Längsrichtung voneinander beabstandet angeordnet. In dem Zwischenteil 5, dessen Dicke m der Größenordnung von etwa 50 um liegt, befindet sich eine Aussparung 11, die m der Längsrichtung des Zwischenteiles 5 verlauft, und so bemessen ist, dass dann, wenn das Zwischenteil 5 am Unterteil 7 befestigt, insbesondere verklebt wird, sich die Mediumflachen 9 m der Aussparung 11 befinden. Das Oberteil 3 weist m der Längsrichtung voneinander beabstande- te Durchgangslocher 13 und 15 auf, von denen das Durchgangs- loch 13 eine Verbindung zur Aussparung auf der einen Seite der Mediumflachen 9 und das andere Durchgangsloch 15 eine Verbindung zur Aussparung 11 auf der anderen Seite der Mediumflachen 9 m dem Mateπaltrager 1 herstellt. Derartige Ma- terialstreifentrager 1 sind bekannt.In Figure 1, the upper part of a medium carrier 1 is designated 3. The reference numeral 5 denotes the intermediate part and the reference numeral 7 denotes the lower part of the medium carrier 1. The lower part 7 consists of a transparent, high-index material, such as glass or plastic. The intermediate part 5 preferably has the shape of a thin film which is provided on both sides with an adhesive film. The upper part 3 has a refractive index which is smaller than that of the lower part 7. On the side of the lower part facing the intermediate part 5 there are antibody strips or medium surfaces 9, each in the transverse direction of the lower part 7 extend, spaced apart in the longitudinal direction. In the intermediate part 5, whose thickness m is of the order of magnitude of approximately 50 μm, there is a recess 11, which runs in the longitudinal direction of the intermediate part 5, and is dimensioned such that when the intermediate part 5 is fastened to the lower part 7, in particular it sticks is, the medium surfaces 9 m of the recess 11 are. The upper part 3 has through holes 13 and 15 spaced apart from one another in the longitudinal direction, of which the through hole 13 connects to the recess on one side of the medium surfaces 9 and the other through hole 15 connects to the recess 11 on the other side of the Medium surfaces 9 m produces the material carrier 1. Material strip carriers 1 of this type are known.
Zur Beleuchtung und Abbildung derartiger Mediumtrager 1 umfaßt die vorliegende Einrichtung gemäß Figur 2 im wesentlichen eine Lichtquelle, vorzugsweise eine Laserquelle 17, eine Abbildungsoptik 19, die m einem gemeinsamen Gehausekorper 21 angeordnet sind, der in Bezug auf den Mediumtrager 1 in der Längsrichtung desselben, d.h. m der Richtung der Reihe der Mediumflachen, verfahrbar ist, wie dies durch den Pfeil 23 dargestellt ist. Beispielsweise wird der Gehausekorper 21 m Bezug auf den Mediumtrager 1 durch einen Spmdelantπeb ver- fahren, der einen Schrittmotor 25 und eine Spindel 27 umfaßt, die durch Mutterteile 29 des Gehausekorpers 21 verlauft, um diesen entlang des durch den Pfeil 23 bezeichneten Verfahrwe- ges schlittenartig zu bewegen. Zu diesem Zweck greift der Gehausekorper 21 an seine der Spindel 27 gegenüberliegenden Seite mit einer Auflage 47 m eine nicht dargestellt Fuhrung ein. Es wird darauf hingewiesen, dass zum Bewegen des Gehausekörpers 21 auch andere Mechanismen bzw. Antriebe denkbar sind. Außerdem ist es möglich, den Gehäusekörper 21 unbeweglich anzuordnen und den Mediumträger 1 in Bezug auf den Gehäusekör- per 21 zu verfahren. Das Verfahren des Gehäusekörpers 21 in Bezug auf den Mediumträger 1 hat jedoch den Vorteil, dass ein Bediener einen einfacheren Zugriff zum Mediumträger 1 hat, um die Probenflüssigkeiten aus den eingangs genannten Behältern (nicht dargestellt) durch die Durchgangsöffnungen 13, 15 in die Aussparung 11 zu bringen.For illuminating and imaging such a medium carrier 1, the present device according to FIG. 2 essentially comprises a light source, preferably a laser source 17, an imaging optics 19, which are arranged in a common housing body 21, which in relation to the medium carrier 1 in the longitudinal direction thereof, ie m in the direction of the row of medium surfaces, can be moved, as shown by arrow 23. For example, the housing body 21 is moved with respect to the medium carrier 1 by a spmdelantπeb, which comprises a stepping motor 25 and a spindle 27, which runs through nut parts 29 of the housing body 21, around this along the travel path indicated by the arrow 23 in a sled-like manner to move. For this purpose, the housing body 21 engages a guide (not shown) on its side opposite the spindle 27 with a support 47 m. It is pointed out that other mechanisms or drives are also conceivable for moving the housing body 21. In addition, it is possible to arrange the housing body 21 immovably and to move the medium carrier 1 with respect to the housing body 21. However, moving the housing body 21 with respect to the medium carrier 1 has the advantage that an operator has easier access to the medium carrier 1 in order to feed the sample liquids from the containers mentioned above (not shown) through the through openings 13, 15 into the recess 11 bring.
Die Laserquelle 17 erzeugt einen Laserstrahl 31, mit beispielsweise eine Wellenlänge von 635 nm, der unter einen vorbestimmten Winkel, der vorzugsweise in der Größenordnung von 8° liegt, auf die Grenzfläche zwischen dem Oberteil 3 und den dem Unterteil 7 zugewandten Mediumflächen 9 gerichtet wird. Der Laserstrahl 31 besitzt dabei einen Lichtfleck, dessen Fläche den einzelnen Mediumflächen 9 entspricht und beispielsweise 1 x 5 mm beträgt. Dabei wird der Laserstrahl 31 vorzugsweise durch ein Prisma 33 auf die genannten Grenzflächen gerichtet, sodaß eine Totalreflektion an einer beleuchteten Mediumfläche 9 auftritt und das erzeuge Fluoreszenzlicht dieser Mediumfläche 9 über die Abbildungsoptik 19 zum Empfänger 39 fokussiert wird. Das ausgesendete Fluores- zenzlicht besitzt eine Wellenlänge von 670 nm.The laser source 17 generates a laser beam 31, for example with a wavelength of 635 nm, which is directed at a predetermined angle, which is preferably of the order of 8 °, onto the interface between the upper part 3 and the medium surfaces 9 facing the lower part 7. The laser beam 31 has a light spot, the area of which corresponds to the individual medium areas 9 and is, for example, 1 × 5 mm. The laser beam 31 is preferably directed through a prism 33 onto the interfaces mentioned, so that total reflection occurs on an illuminated medium surface 9 and the generated fluorescent light of this medium surface 9 is focused via the imaging optics 19 to the receiver 39. The emitted fluorescent light has a wavelength of 670 nm.
Bei dem Empfänger 29 handelt es sich vorzugsweise um einen Photomultiplier . Das vom Empfänger 29 erzeugte elektrische Ausgangssignal wird über eine Leitung 35 zu einer Auswer- teelektronik 37 übertragen. Dem Empfänger 29 ist eine Blende 39 vorgeschaltet. Das von den Grenzflachen m der Form eines Strahles 41 reflektierte Laserlicht wird vorzugsweise durch einen Absorber 43 absorbiert, sodaß Fehlinformationen vermieden werden, die auf Streulicht zurückzuführen sind.The receiver 29 is preferably a photomultiplier. The electrical output signal generated by the receiver 29 is transmitted via a line 35 to an evaluation electronics 37. An aperture 39 is connected upstream of the receiver 29. The laser light reflected by the boundary surfaces m in the form of a beam 41 is preferably absorbed by an absorber 43, so that misinformation which can be attributed to scattered light is avoided.
Mit der zuvor beschriebenen Einrichtung wird m der folgenden Weise gearbeitet.The device described above is used in the following way.
Nachdem die einzelnen Mediumflachen 9 nach Hindurchfuhren mit der Probeflussigkeit, z. B. mit einer Blutflüssigkeit, umspult wurden, wird der Laserstrahl 31 durch Verfahren des Ge- hausekorpers 21 m Richtung des Pfeiles 23 durch den Spm- delantπeb 25, 27 aufeinanderfolgend auf die einzelnen Mediumflachen 9 fokussiert, wobei ede Mediumflache 9 vorteilhaf- terweise mit derselben Intensität und Gleichmäßigkeit bestrahlt wird. Das von der gerade bestrahlten Mediumflache 9 jeweils ausgesendete Fluoreszenzlicht 45 wird durch die Abbildungsoptik 19 auf den Empfanger 35 projiziert, der ein entsprechendes elektrisches Signal zur Auswerteelektronik 37 sendet.After the individual medium surfaces 9 after passing through with the test liquid, e.g. If, for example, a liquid has been wound around it, the laser beam 31 is successively focused on the individual medium surfaces 9 by moving the housing body 21 m in the direction of the arrow 23 through the sputtering device 25, 27, with each medium surface 9 advantageously with the same Intensity and uniformity is irradiated. The fluorescent light 45 respectively emitted by the medium surface 9 that has just been irradiated is projected through the imaging optics 19 onto the receiver 35, which sends a corresponding electrical signal to the evaluation electronics 37.
Durch die vorliegende Einrichtung wird es wegen der partiellen Beleuchtung der Mediumflachen 9 nacheinander ermöglicht, eine Abbildungsoptik 19 zu verwenden, die im Vergleich zum Stand der Technik, bei der sämtliche Mediumflachen gleichzeitig beleuchtet werden und das Fluoreszenzlicht aller Mediumflachen auf einem speziell ausgebildeten Empfanger abgebildet wird, klein sein kann.Because of the partial illumination of the medium surfaces 9, the present device makes it possible to use imaging optics 19 one after the other, which compared to the prior art, in which all medium surfaces are illuminated simultaneously and the fluorescent light of all medium surfaces is imaged on a specially designed receiver, can be small.
Im Zusammenhang mit der Figur 3 wird nun eine Ausfuhrungsform der vorliegenden Einrichtung zur Beleuchtung und Abbildung erläutert, bei der eine große Anzahl von Mediumflachen 90 m der Form von kreisförmigen Punkten oder Pixeln auf einem Me- diumtrager 10 angeordnet sind. Dabei sind die Mediumflachen 90 vorzugsweise an den Orten sich senkrecht uberkreuzender Reihen und Spalten von Mediumflachen angeordnet. Zur Beleuchtung der Mediumflachen 90 ist eine einen Lichtstrahl 310 erzeugende Lichtquelle 170 vorgesehen, bei der es sich vorzugs¬ weise um eine Laserquelle handelt. Das von einer Mediumflache 90 reflektierte Fluoreszenzlicht 450 wird von einer Abbildungsoptik 190 detektiert und auf einen Empfanger 290 geleitet.In connection with FIG. 3, an embodiment of the present device for illumination and imaging will now be explained, in which a large number of medium surfaces 90 m in the form of circular dots or pixels on a measurement diumtrager 10 are arranged. The medium surfaces 90 are preferably arranged at the locations of vertically intersecting rows and columns of medium surfaces. To illuminate the medium 90 faces a a light beam 310 is generating light source 170 provided as it is at the preference ¬ a laser source. The fluorescent light 450 reflected by a medium surface 90 is detected by imaging optics 190 and directed to a receiver 290.
Der Mediumtrager 10 ist beispielsweise ahnlich wie der Medi¬ umtrager 1 aufgebaut und umfaßt m einer Aussparung (nicht dargestellt) etwa bis zu 10.000 rasterformig angeordnete punktformige Mediumflachen 90. Diese Mediumflachen 90 können gleichzeitig als Ganzes sequentiell mit mehreren Flüssigkeiten überspült werden.The medium transformer 10 is for example similar to the Medi ¬ umtrager 1 constructed and comprises (not shown) m a recess up to about 10,000 rasterformig arranged point-shaped medium surfaces 90. This medium surfaces 90 can be sequentially rinsed with several liquids at the same time as a whole.
Bei einer Messung wird von der Lichtquelle 170 ein Laserstrahl 310 erzeugt und auf eine Mediumflache 90 fokuss ert. Zu diesem Zweck weist der Laserstrahl 310 einen kreisförmigen Querschnitt von etwa 50 bis 100 um entsprechend der Flache des punktformigen Mediumtragers 90 auf. Das durch Anregung von der Mediu flache reflektierte Fluoreszenzlicht 450 wird durch die Abbildungsoptik 190 auf den Sensor des Empfangers 290 abgestrahlt.During a measurement, the laser source 310 generates a laser beam 310 and focuses it on a medium surface 90. For this purpose, the laser beam 310 has a circular cross section of approximately 50 to 100 μm corresponding to the surface of the punctiform medium carrier 90. The fluorescent light 450 reflected by excitation from the medium is emitted by the imaging optics 190 onto the sensor of the receiver 290.
Durch Bewegen der Lichtquelle 170, der Abbildungsoptik 190 und des Empfangers 290 m der Richtung der Reihen der Medium- flachen 90 und/oder m der Richtung der Spalten der Medium- flachen 90 können die rasterformig angeordneten Mediumflachen 90 aufeinanderfolgend beleuchtet und zur Abgabe eines Fluo- reszenzlichtes 450 angeregt werden. Zu diesem Zweck sind die Lichtquelle 170, die Abbildungsoptik 190 und der Empfanger 290 zusammen m einem nicht dargestellten Gehäuse angeordnet, das durch den Antrieb bewegbar ist, der beispielsweise den weiter oben bereits erläuterten Spindelantrieb zum Bewegen des Gehäuses m der Richtung der Reihen der Mediumflachen 90 (Pfeile 300) und einen weiteren Spindelantrieb der oben beschriebenen Art aufweisen kann, durch den das Gehäuse m der Richtung der Spalten der Mediumflachen 90 (Pfeile 301) verfahrbar ist.By moving the light source 170, the imaging optics 190 and the receiver 290 m in the direction of the rows of the medium surfaces 90 and / or in the direction of the columns of the medium surfaces 90, the medium surfaces 90 arranged in a grid pattern can be illuminated successively and to emit a fluorescent Rescent light 450 can be excited. For this purpose, the light source 170, the imaging optics 190 and the receiver 290 together m arranged in a housing, not shown, which is movable by the drive, which can have, for example, the spindle drive already explained above for moving the housing in the direction of the rows of medium surfaces 90 (arrows 300) and a further spindle drive of the type described above , through which the housing can be moved in the direction of the columns of the medium surfaces 90 (arrows 301).
Der Vorteil der beschriebenen Ausfuhrungsform besteht darin, dass auch zweidimensional angeordnete Mediumflachen 90 ausgelesen werden können, ohne dass die Anregungsleistung zu hoch oder die Empfindlichkeit positionsabhangig wäre. Dies ist auf die punktformige Abtastung der einzelnen Mediumflachen 90 zu- ruckzufuhren.The advantage of the described embodiment is that two-dimensionally arranged medium surfaces 90 can also be read out without the excitation power being too high or the sensitivity depending on the position. This is due to the point-like scanning of the individual medium surfaces 90.
Wegen der punktweisen Abtastung der Mediumflachen kann die Abbildungsoptik 190 vorteilhafterweise relativ klein und kostengünstig ausgeführt werden, wobei die Anregungsleistung nur für eine einzelnen punktformige Mediumflache 90 ausgelegt werden muß .Because of the point-by-point scanning of the medium surfaces, the imaging optics 190 can advantageously be made relatively small and inexpensive, the excitation power only having to be designed for a single point-shaped medium surface 90.
Im Gegensatz zur voranstehenden Beschreibung der Figur 3 ist es auch denkbar, die Lichtquelle 170, die Abbildungsoptik 190 und den Sensor 290 fest anzuordnen und den Mediumtrager 10 m der beschriebenen Weise (Pfeile 300, 301) relativ zur Lichtquelle 170, Abbildungsoptik 190 und zum Sensor 290 zu bewegen. In contrast to the preceding description of FIG. 3, it is also conceivable to arrange the light source 170, the imaging optics 190 and the sensor 290 fixed and the medium carrier 10 m in the manner described (arrows 300, 301) relative to the light source 170, imaging optics 190 and the sensor 290 to move.

Claims

Patentansprüche claims
1. Einrichtung zur Beleuchtung und Abbildung, insbesondere bei der Durchfuhrung von quantitativen Fluoreszenzimmuno- tests, wobei von einer Lichtquelle (17; 170) ein Lichtstrahl (31; 310) erzeugt und auf einen Mediumtrager (1; 10) zur Erzeugung von Fluoreszenzlicht (45; 450) an Mediumflachen (9; 90) des Mediumtragers (1; 10) gerichtet wird und wobei eine Abbildungsoptik (19; 190) zum Proji- zieren des Fluoreszenzlichtes (45; 450) auf einen optischen Empfanger (29; 290) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl (31; 310) partiell jeweils nur auf eine Mediumflache (9; 90) gerichtet wird und das von der einen Mediumflache (9; 90) ausgesendete Fluores- zenzlicht (45; 450) durch die Abbildungsoptik (19; 190) auf den Empfanger (29; 290) projiziert wird, und dass ein Antrieb vorgesehen ist, der zwischen dem Mediumtrager (1; 10) einerseits und der Lichtquelle (17; 170), der Abbildungsoptik (19; 190) und dem Empfanger (29; 290) anderer- seits eine Relativbewegung zur aufeinanderfolgender Beleuchtung von Mediumflachen (9; 90) erzeugt.1. Device for illuminating and imaging, in particular when carrying out quantitative fluorescence immunoassays, a light beam (31; 310) being generated by a light source (17; 170) and onto a medium carrier (1; 10) for generating fluorescent light (45 ; 450) is directed at medium surfaces (9; 90) of the medium carrier (1; 10) and an imaging lens system (19; 190) is provided for projecting the fluorescent light (45; 450) onto an optical receiver (29; 290) , characterized in that the light beam (31; 310) is directed partially in each case only to one medium surface (9; 90) and the fluorescent light (45; 450) emitted by the one medium surface (9; 90) through the imaging optics (19 ; 190) is projected onto the receiver (29; 290), and that a drive is provided which is between the medium carrier (1; 10) on the one hand and the light source (17; 170), the imaging optics (19; 190) and the receiver (29; 290) on the other hand a relative movement to each other the following illumination of medium surfaces (9; 90) generated.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mediumflachen (9) m einer Reihe hintereinander ange- ordnet sind und dass die Relativbewegung m der Richtung der Reihe erfolgt.2. Device according to claim 1, characterized in that the medium surfaces (9) m are arranged one behind the other in a row and that the relative movement takes place in the direction of the row.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mediumflachen (9) streifenformig ausgebildet sind.3. Device according to claim 2, characterized in that the medium surfaces (9) are strip-shaped.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flache der Mediumtrager (9) etwa 1 x 5 mm betragt.4. Device according to claim 3, characterized in that the area of the medium carrier (9) is approximately 1 x 5 mm.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die Mediumflachen (90) rasterformig an Uberkreuzungspunk- ten von m unterschiedlichen Richtungen verlaufenden Reihen von Mediumflachen (90) angeordnet sind und dass die Relativbewegung selektiv m den verschiedenen Richtungen der verschiedenen Reihen ausfuhrbar ist.5. Device according to claim 1, characterized in that the medium surfaces (90) are arranged in a grid-like manner at crossover points of rows of medium surfaces (90) running in m different directions, and that the Relative movement can be carried out selectively in the different directions of the different rows.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mediumflachen (90) an den Uberkreuzungspunkten von senkrecht zueinander verlaufenden Reihen und Spalten jeweils hintereinander angeordneter Mediumflachen (90) angeordnet sind.6. Device according to claim 5, characterized in that the medium surfaces (90) are arranged at the crossover points of mutually perpendicular rows and columns of successively arranged medium surfaces (90).
7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mediumflachen (90) einen kreisförmigen Querschnitt besitzen.7. Device according to claim 5 or 6, characterized in that the medium surfaces (90) have a circular cross section.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Durchmesser der Mediumflachen etwa8. Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that the diameter of the medium surfaces approximately
50 bis 100 um betragt.Is 50 to 100 µm.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (17; 170) die Abbil- dungsoptik (19; 190) und der Empfanger (29; 290) an einem Gehausekorper (21) angeordnet sind, der durch den Antrieb m Bezug auf den feststehenden Mediumtrager (1, 10) bewegbar ist.9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the light source (17; 170), the imaging optics (19; 190) and the receiver (29; 290) are arranged on a housing body (21) through the drive m is movable in relation to the fixed medium carrier (1, 10).
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (170), die Abbildungsoptik (190) und der Empfanger (290) an einem Gehausekorper angeordnet sind, der durch den Antrieb m Bezug auf den Mediumtrager (10) in der einen oder anderen Richtung der unterschiedlichen Reihen von Mediumflachen (90) bewegbar ist.10. Device according to one of claims 5 to 8, characterized in that the light source (170), the imaging optics (190) and the receiver (290) are arranged on a housing body which by the drive m with respect to the medium carrier (10) is movable in one direction or the other of the different rows of medium surfaces (90).
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb ein Spindelantrieb (25,
Figure imgf000012_0001
11. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the drive is a spindle drive (25,
Figure imgf000012_0001
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelantrieb (25, 27, 29) einen Schrittmotor (25) aufweist.12. The device according to claim 11, characterized in that the spindle drive (25, 27, 29) has a stepper motor (25).
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb einen den Gehäusekörper in der Richtung einer der unterschiedlichen Reihen bewegenden Spindelantrieb und einen in der Richtung der ande¬ ren Reihen bewegenden weiteren Spindelantrieb umfaßt.13. Device according to one of claims 5 to 10, characterized in that the drive comprises a housing body moving in the direction of the different rows moving spindle drive and a reindeer in the direction of the walls ¬ rows further spindle drive.
14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelantrieb und/oder der weitere Spindelantrieb einen Schrittmotor (25) aufweisen.14. Device according to claim 13, characterized in that the spindle drive and / or the further spindle drive have a stepper motor (25).
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (29; 290) ein Fotomul- tiplier ist, auf den die Abbildungsoptik (19; 190) das jeweils von einer Mediumfläche (9; 90) ausgesendete Fluoreszenzlicht (45; 450) projiziert.15. Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the receiver (29; 290) is a photomultiplier onto which the imaging optics (19; 190) the fluorescent light (9; 90) respectively emitted from a medium surface (9; 90) 45; 450) projected.
16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäusekörper (21) ein Absorber (43) zum absorbieren des vom Mediumträger (1; 10) reflektierten Lichtstrahles (41) angeordnet ist.16. Device according to one of claims 1 to 15, characterized in that an absorber (43) for absorbing the light beam (41) reflected by the medium carrier (1; 10) is arranged on the housing body (21).
17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Mediumträger (1; 10) aus einer optischen transparenten Unterlage (7), einer darauf angeordneten Zwischenschicht (5), die eine Aussparung (11) besitzt, in der an der dem Zwischenteil (5) zugewandten Seite des Unterteiles (7) vorgesehene Mediumflächen (9) angeordnet sind, und einem mit dem Zwischenteil (5) ver¬ bundenen Oberteil (3) besteht, wobei das Oberteil (3) Durchgangslöcher (13, 15) aufweist, von denen jeweils ei- nes zu einer Seite der Aussparung (11) des Zwischenteiles (5) führt, so dass die in der Aussparung (11) angeordne- ten Mediumflächen (9; 90) mit einer Probeflüssigkeit umspülbar sind.17. Device according to one of claims 1 to 16, characterized in that the medium carrier (1; 10) from an optical transparent base (7), an intermediate layer arranged thereon (5), which has a recess (11) in the of the intermediate part (5) side facing the lower part (7) provided for medium surfaces (9) are arranged, and a ver to the intermediate part (5) ¬-bound upper part (3), wherein the upper part (3) through holes (13, 15) has, one of which leads to one side of the recess (11) of the intermediate part (5), so that the arranged in the recess (11) th medium surfaces (9; 90) can be rinsed with a sample liquid.
18. Einrichtung nach Anspruch 17 in Verbindung mit einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der18. Device according to claim 17 in connection with one of claims 1 to 4, characterized in that the
Lichtstrahl (31) zur Grenzfläche zwischen dem Unterteil (7) und der Zwischenlage (5) zur Erzeugung einer Totalreflektion an einer Mediumfläche (9) führbar ist.Light beam (31) to the interface between the lower part (7) and the intermediate layer (5) for generating a total reflection on a medium surface (9) can be guided.
19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl (31; 310) über ein Prisma (33) zur Grenzfläche leitbar ist.19. The device according to claim 18, characterized in that the light beam (31; 310) via a prism (33) can be guided to the interface.
20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (17; 170) eine Laserquelle ist. 20. Device according to one of claims 1 to 19, characterized in that the light source (17; 170) is a laser source.
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