AT504669A4 - Probenträger mit beleuchtungseinheit und aufnahmeeinheit mit einem derartigen probenträger - Google Patents

Description

  Die Erfindung betrifft einen Probenträger mit Beleuchtungseinheit gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Aufnahmeeinheit gemäss den Oberbegriff des Patentanspruches 16.
Probenträger mit Beleuchtungseinheit der eingangs genannten Art werden insbesondere für biochip-reader eingesetzt.

   Dabei wird auf der Oberfläche des Probenträgers mit dem eingestrahlten Licht unter Ausnutzung der Totalreflexion des eingestrahlten Lichtes innerhalb des Probenträgers ein evanescentes Feld an der Oberfläche des Probenträgers ausgebildet, das die auf diese Oberfläche aufgebrachten Proben beleuchtet bzw.

   zur Fluoreszenzstrahlung anregt.
Probleme treten in der Praxis in Hinblick auf die aufwendige Konstruktion des Probenträgers und die Auskopplung der Beleuchtungseinheit, die Einbringung des das evanescente Feld ausbildenden Lichtes in den Probenträger, die Justierbarkeit des Probenträgers und die Justierbarkeit des Strahlenganges der Beleuchtungseinrichtung auf.
Erfindungsgemäss werden diese Nachteile bei einem Probenträger mit Beleuchtungseinheit der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angeführten Merkmale vermieden.
Durch Einsatz einer Laserlichtquelle steht eine konstante Helligkeit abgebende Lichtquelle zur Verfügung, die in exakter Weise zu einem Laserlichtband umformiert werden kann. Ein derartiges Laserlichtband kann über die Seitenfläche eines durchsichtigen Probenträgers exakt an den gewünschten Stellen eingestrahlt werden.

   Des weiteren ist der Einstrahlungswinkel auch bei unterschiedlichen Lagen, insbesondere auch bei verkipptem Probenträger, exakt einstellbar, sodass die Ausbildung der evanescenten Felder exakt erfolgen kann. Des weiteren ermöglicht die erfindungsgemässe Vorgangsweise eine Relativbewegung zwischen dem Probenträger und der Beleuchtungseinheit, ohne dass dadurch die Ausbildung des evanescenten Feldes negativ beeinflusst wird.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich mit den Merkmalen der Unteransprüche.
Eine exakte Ausbildung eines Laserlichtbandes kann mit den Merkmalen der Ansprüche 2, 3 und/oder 5 erfolgen.

   Ein stabiler Aufbau ergibt sich mit den Merkmalen des Anspruches 5.
Eine entsprechende Divergenz des Laserlichtbündels im Inneren des Probenträgers wird mit den Merkmalen der Ansprüche 4, 6, 7, 8 und/oder 9 erreicht.
Für die Praxis sind die Merkmale des Anspruches 15 von Vorteil. (OIC ( ccc cc<c><2 *-'
Eine erfindungsgemässe Aufnahmeeinheit der eingangs genannten Art ist mit den im Kennzeichen des Anspruches 16 angeführten Merkmalen charakterisiert.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemässen Aufnahmeeinheit. Fig. 2 und 2a zeigen den Aufbau einer Beleuchtungseinheit.

   Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemässe Aufnahmeeinheit in schematischer Gesamtansicht.
Eine erfindungsgemässe Aufnahmeeinheit umfasst eine Bildaufnahmeeinrichtung 8, z.B. eine Videokamera, deren Aufnahmebereich auf einen Probenträger 6 ausgerichtet ist und dort einen Teilbereich 15 der Oberfläche 19 oder Basisfläche 20 aufnimmt. In einem Bereich 22 dieser Oberfläche wird ein evanescentes Feld ausgebildet, das die auf der Oberfläche aufgebrachten Proben in bestimmter Weise beleuchtet bzw. anregt. Zur Ausbildung dieses evanescenten Feldes wird durch die Seitenfläche 7 des Probenträgers 6 ein Laserlichtband 12 eingestrahlt.

   Dieses Laserlichtband 12 wird unter einem vorgegebenen bzw. innerhalb gewisser Grenzen wählbaren Einstrahlwinkel A eingestrahlt, derart, dass das Laserlichtband[iota]_n der Oberfläche 19 und an der Basisfläche 20 des Probenträgers 6 totalreflejtiert und dadurch an der Oberfläche 19 und auch an der Basisfläche 20 ein evanescentes Feld ausgebildet wird.
Zur Ausbildung des Laserlichtstrahlenbündels 12 ist eine Laserlichtquelle 1 vorgesehen, deren Strahl über eine Umlenkeinheit 2, z.B. ein Umlenkprisma, auf eine Powell-Linse 3 oder eine plankonkave Zylinderlinse/gerichtet ist, und aufgrund des Auftreffens an der gerundeten Kante 9 der Powell-Linse 3 oder den konkaven Bereich der Zylinderlinse zu einem Fächer 10 aufgefächert wird.

   Dieser Fächer 10 wird in einer nachfolgend in den Strahlengang 17 eingeschalteten plankonvexen Zylinderlinse 4 zu einem an der konvexen Oberfläche 11 der Zylinderlinse 4 austretenden Lichtband 12 umgeformt. Dieses Laserlichtband 12 trifft auf einen Umlenkspiegel 5, welcher das Laserlichtband 12 auf die Seitenfläche 7 des Probenträgers 6 lenkt.
Der Umlenkspiegel 5 kann um eine Schwenkachse 13 verschwenkbar gelagert sein, sodass das auf den Umlenkspiegel 5 in seinem Umlenkbereich 18 auftreffende Licht in entsprechender Weise über die Höhe der Seitenfläche 7 verstellt und in das Innere des Probenträgers 6 unter einem vorgegebenen Winkel eingestrahlt werden kann.

   Die Schwenkachse 13 verläuft vorteilhafterweise parallel zur Breite des Laserlichtbandes 12 bzw. zur Längserstreckung der Seitenfläche 7 und liegt auf einem Niveau oberhalb der Deckfläche 19.
Fig. 2 zeigt eine Ausfuhrungsform der Beleuchtungseinheit. In einem Gestell 16 sind auf entsprechenden Trägern 28 ein Strahlumlenker 2, darüber eine Einheit 3 zur Auffächerung des Laserlichtstrahles, darüber eine Einheit 4 zur Ausbildung eines Laserlichtbandes und darüber ein weiterer Strahlumlenker 5, insbesondere ein ssctr eccio c c c c c l (
Umlenkspiegel, angeordnet.

   Mit 13 ist die Schwenkachse des Umlenkspiegels 5 angedeutet, der jedoch ohne weiteres durch ein Umlenkprisma ersetzt werden kann.
Von Vorteil ist es, wenn der Umlenkspiegel 5 um eine Schwenkachse 13 schwenkbar ist, die parallel zur Seitenfläche 7 des Probenträgers 6 ausgerichtet ist, durch die das Laserlichtband 12 eingestrahlt ist.
Die Einheit 3 kann von der Powell-Linse oder von einer plankonvexen Zylinderlinse gebildet sein, deren konkave Fläche dem Strahlumlenker 2 zugewandt ist.
Von Vorteil ist es, wenn an der Seitenfläche 7 des Probenträgers'[delta]der zwischen dieser Seitenfläche /und der Einheit 5 im Strahlengang des Laserlichtbandes 12 ein Diffusor 29 angeordnet ist,

   mit dem die Strahlen des Laserlichtbandes 12 diffus in das Innere des Probenträgers 6 eingestrahlt ifd tf ref /?- .^
Anstelle der Anordnung eines derartigen DiffusorsHtann auch die Seitenfläche 7 auf ihrer Oberfläche entsprechend behandelt worden sein bzw. mit entsprechender Rauhigkeit bzw. Rautiefe ausgebildet worden sein, um ein diffuses Eindringen des Laserlichtbandes 12 zu erreichen.
Damit ist ein entsprechendes streifendes Einfallen der Strahlen des Laserlichtbandes 12 unterhalb des Grenzwinkels der Totalreflexion gewährleistet.
Aufgrund der Oberflächenrauhigkeit bzw.

   der als Diffusor 29 ausgebildeten Oberfläche oder durch Einschaltung eines Diffusors 29 treten die Lichtstrahlen des Laserlichtbandes Günter unterschiedlichen Winkeln in den Probenkö[phi]er 6 ein und beleuchten damit dessen Oberfläche 19 und dessen Basisfläche 20 im Wesentlichen gleichmässig und werden an diesen Flächen total reflektiert.
Von Vorteil kann es sein, wenn die Seitenfläche 7 eine geraute bzw. mattierte Oberfläche besitzt, welche eine Rautiefe bzw.

   Rauhigkeit von 5 bis 200 [mu]m, vorzugsweise von 10 bis 100 [mu]m, besitzt bzw. wenn die Rautiefe bzw. die Rauhigkeit etwa das 0,01- bis 0,1 -fache der Dicke des eingestrahlten Laserlichtbandes 12 beträgt.
In der Praxis hat es sich bewährt, wenn die Breite des Laserlichtbandes 12 das 2bis 10-fache, vorzugsweise das 3- bis 8-fache, seiner Dicke beträgt.
Um eine Justierbarkeit des Laserlichtbandes zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass die Einheit 3, insbesondere die Powell-Linse und/oder die Zylinderiinse 4, um den Strahlengang 17 rotierbar gelagert sind.

   Durch eine Verdrehung der Powell-Linse 3 und der Zylinderlinse 4 kann auch die Strahlbreite bzw. die Intensität der Beleuchtung des Probenträgers 6 und die Geometrie des Strahlenganges eingestellt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass der Probenträger 6 und die Einheit 3, die Linse 4 und den Umlenkspiegel 5 und gegebenenfalls den Strahlenumlenker 2 tragende Einheit bzw. das diese Elemente aufnehmende Gestell 16 relativ zueinander in einer Ebene parallel zur Seitenfläche 7 des Probenträgers 6 in einer Richtung parallel zur Breite des [beta]ccc ( o(c)
14
Laserlichtbandes 12 verschiebbar angeordnet sind.

   Damit ist es möglich, Probenträger 6 an der Beleuchtungseinheit vorbeizubewegen und die auf einem langgestreckten Probenträger 6 befindlichen Proben der Reihe nach mit einem evanescenten Feld zu belichten, das von der sich gegebenenfalls oberhalb des Probenträgers 6 befindlichen Aufnahmeeinheit 8 aufgenommen und damit ausgewertet werden kann.
Die Wellenlänge des eingesetzten Laserlichtes kann z.B. bei 532 nm oder 649 nm liegen.
Der Spreizungswinkel des Fächers des Laserstrahls durch die Powell-Linse 3 erfolgt etwa auf einem Winkel von 30[deg.].

   Dieser Fächer wird dann auf das Laserlichtband 12 kollimiert mit einer vorteilhaften Breite von etwa 4 bis 8 mm.
Der Einsatz des erfindungsgemässen Probenträgers mit Beleuchtungseinheit bzw. der erfindungsgemässen Aufnahmeeinheit erfolgt insbesondere bei Analysen für Hybridisierungsreaktionen bei transparenten Biochips, für die eine Anregung durch ein evanescentes Feld vorgesehen ist. Die Wellenlänge des Laserlichtes wird entsprechend den eingesetzten Fluorophoren gewählt.
Fig. 3 zeigt eine Anordnung, bei der die Bildaufnahmeeinheit 8 unterhalb des mit einer Hybridisierungskammer 34 abgedeckten Probenträgers 6 angeordnet ist und dessen Basisfläche 20 aufnimmt. Der Probenträger 6 wird mit entsprechenden Halteeinrichtungen 30 auf einem Transportweg entsprechend Pfeil 31 verfahren, wobei die Seitenfläche 7 des Probenträgers 6 vor dem Laserlichtband 12 vorbeibewegt wird.

   Das Laserlichtband 12 schliesst mit der Oberfläche 19 des Probenträgers 6 vorteilhafterweise einen Winkel A von etwa 10 bis 20[deg.], vorzugsweise etwa 15[deg.], ein. Des Weiteren kann das Gestell 16 der Beleuchtungseinheit auf einer Führung 32 mit entsprechenden Führungsbacken 33 verschiebbar bzw. verfahrbar gelagert, und zwar in einer Richtung, die der Richtung des Pfeiles 31 entspricht.

Claims (18)

Patentansprüche:

1. Probenträger mit Beleuchtungseinheit, die eine Lichtquelle (1) aufweist, deren Licht in den Probenträger (6) durch zumindest eine Seitenfläche (7) des Probenträgers (6) zur Ausbildung eines an dessen Oberfläche (19) und/oder Basisfläche (20) auftretenden evanescenten Feldes eingestrahlt wird, dadurch gekennzeichnet,

- dass die Lichtquelle (1) eine Laserlichtquelle ist,

- dass in den Strahlengang (17) des Laserlichtes eine Einheit (3) zur Strahlauffächerung, vorzugsweise eine Powell-Linse oder eine plankonkave Zylinderlinse, eingeschaltet ist,

- dass der Einheit (3) eine plankonvexe Zylinderlinse (4) zur Kollimation und Ausbildung eines Laserlichtbandes (12) nachgeschaltet ist und

- dass das Laserlichtband (12) über die Seitenfläche (7) in den Probenträger (6) eingestrahlt ist.

2. Probenträger mit Beleuchtungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderlinse (4) ein Strahlenumlenker (5), vorzugsweise ein schwenkbar gelagerter Umlenkspiegel oder ein Umlenkprisma, nachgeordnet ist, der das Laserlichtband (12) auf die Seitenfläche (7) des Probenträgers (6) lenkt.

3. Probenträger mit Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einheit (3) ein Strahlumlenker (2), z.B. ein Umlenkprisma, vorgeschaltet ist.

4. Probenträger mit Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einstrahlwinkel des Laserlichtbandes (12) derart gewählt ist, dass die in den Probenträger (6) eingestrahlten Lichtstrahlen an der Oberfläche (19) und/oder an der Basisfläche (20) des Probenträgers (6) total reflektiert werden.

5. Probenträger mit Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (3), die Zylinderlinse (4) und der Umlenkspiegel (5) und gegebenenfalls der Strahlenumlenker (2) in einem Gestell (16) übereinander angeordnet sind.

6. Probenträger mit Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder an der Seitenfläche (7) des Probenträgers (6), durch die das Laserlichtband (12) eingestrahlt wird, ein Lichtdiffusor (29) angeordnet ist oder dass diese Seitenfläche (7) als Lichtdiffusor (29) ausgebildet ist.

7. Probenträger mit Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur diffusen Streuung des Laserlichtbandes (12) die Seitenfläche (7) eine geraute bzw. mattierte Oberfläche besitzt, die mit einer Rautiefe bzw. Rauigkeit von 5 bis 200 [mu]m, vorzugsweise von 10 bis 100 [mu]m, ausgebildet ist.

8. Probenträger mit Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rautiefe bzw. die Rauigkeit etwa das 0,01- bis 0,1 -fache der Dicke des eingestrahlten Laserlichtbandes (12) beträgt.

9. Probenträger mit Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Laserlichtbandes (12) das 2- bis 10-fache, vorzugsweise das 3- bis 8-fache, seiner Dicke beträgt.

10. Probenträger mit Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkspiegel (5) um eine Schwenkachse (3) verschwenkbar ist, die parallel zur Seitenfläche (7) des Probenträgers (6) ausgerichtet ist, durch die das Laserlichtband (12) eingestrahlt ist.

11. Probenträger mit Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkbereich (18) und/oder die Schwenkachse (13) des Umlenkspiegels (5) eine Lage oberhalb der Deckfläche (19) des Probenträgers (6) einnimmt.

12. Probenträger mit Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das die Ebene des Laserlichtbandes (12) mit der Basisfläche (20) des Probenträgers (6) einen Winkel (A) einschliesst, welcher Winkel (A) vorzugsweise 10 bis 20[deg.], insbesondere 13 bis 17[deg.], beträgt.

13. Probenträger mit Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenträger (6) lichtdurchlässig, insbesondere durchsichtig bzw. für das eingestrahlte Laserlicht durchlässig, ist.

14. Probenträger mit Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (3), insbesondere die Powell-Linse, und/oder die Zylinderlinse (4) bzw. ihrer optischen Achsen, um den Strahlengang (17) rotierbar gelagert sind.

15. Probenträger mit Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenträger (6) einerseits und das die Einheit (3), die Linse (4) und den Umlenkspiegel (5) und gegebenenfalls den Strahlenumlenker (2) aufnehmende Gestell (16) anderseits relativ zueinander in Ebenen parallel zur Seitenfläche (7) des Probenträgers (6) in einer Richtung parallel zur Breite des Laserlichtbandes (12) verschiebbar angeordnet sind.

16. Aufnahmeeinheit mit einer auf die Oberfläche (19) eines Probenträgers (6) mit Beleuchtungseinheit gerichteten Bildaufnahmeeinheit (8), deren Ausgangssignale ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenträger mit Beleuchtungseinheit gemäss einem der Ansprüche 1 bis 15 ausgebildet ist.

17. Aufnahmeeinheit nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinheit (8) zumindest auf einen Teilbereich der Oberfläche (19) oder der Basisfläche (20) des Probenträgers (6) gerichtet ist, auf dem ein evanescentes Feld, hervorgerufen durch das eingestrahlte Laserlichtband (12), ausgebildet ist.

18. Aufnahmeeinheit nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestell (16) der Beleuchtungseinheit auf einer Führung, insbesondere parallel zur Transportrichtung des Probenträgers (6) bzw. zu dessen Seitenfläche (7) verfahrbar ist.

Wien, am 15. Mai 2007