CH711376A2 - Method and system for the determination of biological properties of samples. - Google Patents

Method and system for the determination of biological properties of samples. Download PDF

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CH711376A2 CH00962/16A CH9622016A CH711376A2 CH 711376 A2 CH711376 A2 CH 711376A2 CH 00962/16 A CH00962/16 A CH 00962/16A CH 9622016 A CH9622016 A CH 9622016A CH 711376 A2 CH711376 A2 CH 711376A2
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Abstract

Bei einem Verfahren zur Ermittlung biologischer oder anderer Eigenschaften von Proben mittels eines Mikroplatten-Lesegeräts sind die Proben in Näpfchen (112) einer Mikrotiterplatte (110) angeordnet. Das Verfahren umfasst ein Füllen von Näpfchen einer Mikrotiterplatte mit Proben, die mindestens eine Probensubstanz in einem flüssigen Medium enthalten, ein Aufheizen von Proben mittels einer Heizeinrichtung, ein Anordnen der Mikrotiterplatte in einer Messposition innerhalb einer Messkammer des Mikroplatten-Lesegeräts sowie eine Untersuchung von Proben während und/oder nach dem Aufheizen in mindestens einem Betriebsmodus des Mikroplatten-Lesegeräts durch Messung von aus den Proben emittierter Strahlung. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufheizen der Proben Mikrowellenstrahlung verwendet wird. Ein zur Durchführung des Verfahrens geeignetes System (100) hat eine Heizeinrichtung (190) zum Aufheizen von Proben, die sich in Näpfchen (112) einer Mikrotitierplatte (110) befinden. Die Heizeinrichtung umfasst mindestens eine Mikrowellenquelle (160-1, 160-2) zur Erzeugung von Mikrowellenstrahlung, welche zum Aufheizen auf Proben einstrahlbar ist.In a method for detecting biological or other characteristics of samples using a microplate reader, the samples are placed in wells (112) of a microtiter plate (110). The method comprises filling wells of a microtiter plate with samples containing at least one sample substance in a liquid medium, heating samples by means of a heater, placing the microtiter plate in a measurement position within a measurement chamber of the microplate reader, and examining samples during and / or after heating in at least one mode of operation of the microplate reader by measuring radiation emitted from the samples. The method is characterized in that microwave radiation is used to heat the samples. A system (100) suitable for carrying out the method has a heater (190) for heating samples located in wells (112) of a microtiter plate (110). The heating device comprises at least one microwave source (160-1, 160-2) for generating microwave radiation, which can be irradiated onto samples for heating.

Description

ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIKAREA OF APPLICATION AND PRIOR ART

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Eigenschaften von Proben mittels eines Mikroplatten-Lesegeräts, wobei die Proben in einer Matrixanordnung in Näpfchen einer Mikrotiterplatte angeordnet sind, sowie ein System zur Durchführung des Verfahrens. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Ermittlung biologischer Eigenschaften von Proben. The invention relates to a method for determining properties of samples by means of a microplate reader, wherein the samples are arranged in a matrix arrangement in wells of a microtiter plate, and a system for carrying out the method. A preferred field of application is the determination of biological properties of samples.

[0002] In der modernen Biologie werden vielfältig Probenmultiplex-Verfahren angewandt, bei denen die zu untersuchenden Proben in einer Matrixanordnung in Näpfchen (wells) einer Mikrotiterplatte (microwell plate) angeordnet sind und entweder sequentiell oder parallelisiert mit unterschiedlichen, zumeist kontaktfreien optischen Analysemethoden untersucht werden. Die Art der untersuchten Proben ist hierbei äusserst vielfältig und kann von homogenen Lösungen bis zu immobilisierten Zellen reichen. Besonders letztere, aber auch andere spezielle Probensysteme («Assays»), benötigen für eine optimale Reaktion bzw. für optimales Wachstum eine möglichst genau eingestellte Temperatur. Moderne Mikroplatten-Lesegeräte verfügen daher über Heizfunktionen, durch die die Proben in der Mikrotiterplatte auf eine definierte Temperatur gebracht und auf dieser gehalten werden können. In modern biology sample multiplexing methods are widely used in which the samples to be examined in a matrix arrangement in wells of a microtiter plate (microwell plate) are arranged and examined either sequentially or in parallel with different, mostly non-contact optical analysis methods , The type of samples examined here is extremely diverse and can range from homogeneous solutions to immobilized cells. The latter in particular, but also other special sample systems ("assays"), require the most exact possible temperature for optimum reaction or growth. Modern microplate readers therefore have heating functions by means of which the samples in the microtiter plate can be brought to a defined temperature and held thereon.

[0003] Bei konventionellen Systemen wird diese Temperierung durch mit elektrischem Strom durchflossene Heizspiralen erreicht, die eine Temperaturabstrahlung aufgrund von Leitungsverlusten durch den ohmschen Widerstand des Heizelements erzeugen. Die mittels dieser elektrischen Widerstandsheizung erzeugte Wärme wird durch natürliche Luftströmung in das Innere einer Heizkammer übertragen und geht somit auf die dort befindliche Probe über. Teilweise wird zur Homogenisierung der Wärmeverteilung ein Ventilator eingesetzt, der die erwärmte Luft gleichmässig in der Heizkammer verteilt. Die Strommenge, die den Heizwiderstand durchfliesst, wird durch einen elektrischen Thermosensor geregelt, der eine eingestellte Soll-Temperatur mit der aktuellen, mittels eines Thermoelements erfassten Ist-Temperatur abgleicht und entsprechend den Strom nachregelt. Auf diese Weise können z.B. lebende Zellen bei idealen 37°C untersucht werden. Weiterhin können Kinetikstudien bei unterschiedlichen Temperaturen durchgeführt werden und DANN-Hybridisierungen können kontrolliert werden. Weiterhin erfordern manche Assayformate das Arbeiten bei erhöhter Temperatur für optimale Performance. In conventional systems, this temperature is achieved by electric current flowing through heating coils, which generate a temperature radiation due to line losses due to the ohmic resistance of the heating element. The heat generated by means of this electrical resistance heating is transmitted by natural air flow in the interior of a heating chamber and thus passes to the sample located there. Partly, a fan is used to homogenize the heat distribution, which distributes the heated air evenly in the heating chamber. The amount of current flowing through the heating resistor is controlled by an electrical thermal sensor, which adjusts a set target temperature with the current, detected by a thermocouple actual temperature and readjusted accordingly the current. In this way, e.g. live cells are examined at ideal 37 ° C. Furthermore, kinetic studies can be performed at different temperatures and THEN hybridizations can be controlled. Furthermore, some assay formats require working at elevated temperature for optimal performance.

[0004] Die US 2012/0 300 194 A1 zeigt universelle Multidetektionssystem für Mikrotitierplatten mit Heizeinrichtungen zur Temperierung von Proben. US 2012/0 300 194 A1 shows universal Multidetektionssystem for Mikrotitierplatten with heaters for temperature control of samples.

AUFGABE UND LÖSUNGTASK AND SOLUTION

[0005] Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein System zur Ermittlung von Eigenschaften von Proben bereitzustellen, die gegenüber herkömmlichen Verfahren und Systeme verbesserte Untersuchungsmöglichkeiten unter Einsatz einer Temperierung von Proben schaffen. Insbesondere sollen das Verfahren und das System zur Ermittlung biologischer Eigenschaften der Proben geeignet sein. It is an object of the invention to provide a method and a system for determining properties of samples, which provide improved examination possibilities by using a temperature control of samples compared to conventional methods and systems. In particular, the method and system should be suitable for determining biological properties of the samples.

[0006] Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1, ein System mit den Merkmalen von Anspruch 13 sowie die Verwendung von Mikrowellenstrahlung gemäss Anspruch 26. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. This object is achieved by a method having the features of claim 1, a system having the features of claim 13 and the use of microwave radiation according to claim 26. Advantageous further developments are specified in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated herein by reference.

[0007] Bei dem Verfahren wird Mikrowellenstrahlung zum Aufheizen von Proben verwendet, die vor dem Aufheizen, zeitgleich mit dem Aufheizen und/oder nach dem Aufheizen mittels mindestens einer optischen Untersuchungsmethode durch Messung der von der Probe emittierten Strahlung untersucht werden sollen. Vorzugsweise werden die Proben (einige oder alle) ausschliesslich durch Einstrahlen von Mikrowellenstrahlung aufgeheizt bzw. erwärmt. In the method, microwave radiation is used for heating samples which are to be examined prior to heating, simultaneously with the heating and / or after heating by means of at least one optical examination method by measuring the radiation emitted by the sample. Preferably, the samples (some or all) are heated or heated exclusively by irradiation of microwave radiation.

[0008] Ein zur Durchführung des Verfahrens geeignetes System hat eine Heizeinrichtung zum Aufheizen von Proben, die sich im Näpfchen einer Mikrotitierplatte befinden. Die Heizeinrichtung umfasst mindestens eine Mikrowellenquelle zur Erzeugung von Mikrowellenstrahlung, welche zum Aufheizen auf Proben einstrahlbar ist. Das System benötigt neben den Einrichtungen zur Erzeugung der Mikrowellenstrahlung keine weiteren Heizeinrichtungen, insbesondere keine Strahlungsheizeinrichtung und keine über Konvektion oder Wärmeleitung arbeitende Heizeinrichtung. A system suitable for carrying out the method has a heating device for heating samples which are located in the well of a microtiter plate. The heating device comprises at least one microwave source for generating microwave radiation, which can be irradiated onto samples for heating. In addition to the devices for generating the microwave radiation, the system requires no further heating devices, in particular no radiant heater and no heating device operating via convection or heat conduction.

[0009] Die Verwendung von Mikrowellenstrahlung zum Aufheizen von Proben zur Ermittlung biologischer und/oder anderer Eigenschaften der Proben bietet spezifische Vorteile gegenüber den bisher für diesen Zweck genutzten Verfahren und Systemen. Die Vorteile sind unter anderem in der Art der Wärmeerzeugung und der Art der Wärmeübertragung begründet. Da bei den konventionellen Verfahren die Wärme die Probe(n) nur mittelbar über die Umgebungsluft erreicht, erfolgt die Erwärmung der Probe(n) in der Regel relativ langsam. Auch die Umgebung der Probe wird erwärmt. Umgekehrt kann ein späteres Abkühlen auf Raumtemperatur sehr lange dauern, da ein grosses Volumen und grossflächige Grenzflächen (z.B. begrenzende Wandungen) mit einer entsprechend hohen Wärmekapazität durch Wärmeabstrahlung, Konvektion und/oder durch aktiven Lufttransport abgekühlt werden müssen. Aufgrund der langsamen Aufwärm- und Abklingzeiten können die Einstellung einer exakten Temperatur und/oder eine Temperaturregelung schwierig sein. The use of microwave radiation to heat samples to determine biological and / or other properties of the samples offers specific advantages over the methods and systems previously used for this purpose. The advantages are, among other things, based on the type of heat generation and the type of heat transfer. Since in the conventional method the heat reaches the sample (s) only indirectly via the ambient air, the heating of the sample (s) usually takes place relatively slowly. The environment of the sample is also heated. Conversely, later cooling to room temperature may take a very long time, since a large volume and large area interfaces (e.g., confining walls) having a correspondingly high heat capacity must be cooled by heat radiation, convection, and / or by active air transport. Due to the slow warm-up and decay times, setting an exact temperature and / or controlling the temperature can be difficult.

[0010] Bei der beanspruchten Erfindung wird Mikrowellenstrahlung zur Probeaufheizung und/oder zur Temperierung von Proben einsetzt. Dadurch kann die Effizienz der Probenerwärmung gesteigert werden. Im Idealfall kann praktisch ausschliesslich die zu untersuchende Probe erwärmt werden, während die Umgebung im Wesentlichen auf Umgebungstemperatur gehalten werden kann. Dies kann auch als Direktaufheizung bezeichnet werden und wird dadurch erreicht, dass Energie direkt, kontaktfrei und im Wesentlichen ausschliesslich in der Probe deponiert wird. In the claimed invention, microwave radiation is used for sample heating and / or for temperature control of samples. This can increase the efficiency of sample heating. Ideally, virtually only the sample to be tested may be heated, while the environment may be maintained at substantially ambient temperature. This can also be referred to as direct heating and is achieved in that energy is deposited directly, without contact and essentially exclusively in the sample.

[0011] Durch Verwendung geeigneter Mikrowellenstrahlung kann weiterhin erreicht werden, dass die biologische und/oder chemische Integrität der Proben nicht beeinflusst wird, insbesondere weil keine resonante Anregung einzelner molekularen Bindungen zu befürchten ist. By using suitable microwave radiation can be further achieved that the biological and / or chemical integrity of the samples is not affected, in particular because no resonant excitation of individual molecular bonds is to be feared.

[0012] Da z.B. biologische Proben meist in niedrigviskosen Flüssigkeiten mit permanentem Dipolmoment (insbesondere in Wasser, wässrigen Lösungen, ggf. auch in Ethanol) untersucht werden, ist es günstig, zum Aufheizen eine Strahlung zu verwenden, die im Wesentlichen ausschliesslich mit der Flüssigkeit wechselwirkt, die dann seinerseits als direkter Energieüberträger fungiert. As e.g. biological samples are usually examined in low-viscosity liquids with permanent dipole moment (especially in water, aqueous solutions, possibly also in ethanol), it is beneficial to use for heating a radiation that interacts essentially exclusively with the liquid, which in turn as direct energy transmitter acts.

[0013] Da bei dieser Art der Energieübertragung einerseits die zu überbrückenden Strecken sehr gering sind, da die Wärme nur innerhalb des Probenvolumens transportiert werden muss, und gleichzeitig die Stossübertragung in kondensierter Phase wesentliche effizienter erfolgt als in Gasen, erhält man einen hohen Wirkungsgrad für den Energieübertrag vom Lösungsmittel (z.B. Wasser) zur Probe. Since in this type of energy transfer on the one hand, the distances to be bridged are very low, since the heat must be transported only within the sample volume, and at the same time the shock transmission in the condensed phase substantially more efficient than in gases, one obtains a high efficiency for the Transfer of energy from the solvent (eg water) to the sample.

[0014] Der Begriff «Mikrowellenstrahlung» bezeichnet in dieser Anmeldung elektromagnetische Strahlung aus dem Frequenzbereich von ca. 1 GHz bis 300 GHz, was Wellenlängen von ca. 300 mm bis 1 mm entspricht. Im Rahmen der beanspruchten Erfindung werden vorzugsweise Wellenlängen des sogenannten 23-cm-Bands, d.h. Wellenlängen zwischen 2320 und 2450 MHz, zum Aufheizen der zu untersuchenden Proben verwendet. Insbesondere kann Mikrowellenstrahlung mit einer Frequenz von ca. 2,45 GHz verwendet werden. Für diese Frequenzen ist die Eindringtiefe in wässrigen oder alkoholischen Medien ausreichend gross für eine weitgehend gleichmässige Erwärmung einer Probe im typischen Format bei Mikrotitierplatten. Gegebenenfalls kann auch Mikrowellenstrahlung mit Frequenzen bis zu ca. 900 MHz verwendet werden. The term "microwave radiation" refers in this application electromagnetic radiation from the frequency range of about 1 GHz to 300 GHz, which corresponds to wavelengths of about 300 mm to 1 mm. Within the scope of the claimed invention, wavelengths of the so-called 23 cm band, i. Wavelengths between 2320 and 2450 MHz, used for heating the samples to be examined. In particular, microwave radiation with a frequency of about 2.45 GHz can be used. For these frequencies, the penetration depth in aqueous or alcoholic media is sufficiently large for a largely uniform heating of a sample in the typical format for microtiter plates. Optionally, microwave radiation with frequencies up to about 900 MHz can be used.

[0015] Es kann ausreichen, eine einzige Mikrowellenstrahlenquelle zu nutzen und zur Aufheizung zu verwenden. Bei manchen Verfahrensvarianten ist vorgesehen, dass in einer Aufheizphase mindestens zeitweise Mikrowellenstrahlung einer ersten Mikrowellenquelle und mindestens einer davon gesonderten zweiten Mikrowellenquelle gleichzeitig eingestrahlt wird. Hierdurch ist eine bessere Steuerung der räumlichen Feldverteilung der Mikrowellenstrahlung im Bereich der Proben möglich. Bei Bedarf kann ggf. erreicht werden, dass im zeitlichen Mittel in mehreren oder allen Proben im Wesentlichen die gleiche Energiemenge deponiert wird, so dass die jeweils betroffenen Proben unter vergleichbaren Bedingungen temperiert werden. Eine selektive Aufheizung einzelner Proben oder von Untergruppen der Proben ist ebenfalls möglich. Zwei separat steuerbare Mikrowellenquellen können auch alternativ zueinander bzw. zeitlich versetzt genutzt werden. It may be sufficient to use a single microwave radiation source and to use for heating. In some variants of the method it is provided that in a heating phase at least temporarily microwave radiation of a first microwave source and at least one separate second microwave source is irradiated simultaneously. As a result, a better control of the spatial field distribution of the microwave radiation in the region of the samples is possible. If necessary, it can be achieved, if necessary, that the same amount of energy is deposited in the time average in several or all samples, so that the respectively affected samples are tempered under comparable conditions. Selective heating of individual samples or subgroups of samples is also possible. Two separately controllable microwave sources can also be used alternatively to each other or at different times.

[0016] Bei manchen Ausführungsformen des Systems weist die Heizeinrichtung eine erste Mikrowellen-Senderantenne und eine davon räumlich getrennte zweite Mikrowellen-Senderantenne auf. Hierdurch sind unter anderem eine bessere Steuerung der räumlichen Feldverteilung und damit eine Anpassung an die Verteilung von Proben in einer Mikrotitierplatte möglich. In some embodiments of the system, the heater has a first microwave transmitter antenna and a spatially separate second microwave transmitter antenna. As a result, among other things, a better control of the spatial field distribution and thus an adaptation to the distribution of samples in a microtiter plate are possible.

[0017] Es ist möglich, dass die räumliche Feldverteilung sich während einer Aufheizphase nicht wesentlich ändert. Hierzu kann die Heizeinrichtung eine Mikrowellenquelle oder mehrere Mikrowellenquellen enthalten, die mit fest voreingestellten Steuerparametern arbeiten. It is possible that the spatial field distribution does not change significantly during a heating phase. For this purpose, the heater may include a microwave source or multiple microwave sources that operate with fixed preset control parameters.

[0018] Es ist auch möglich, dass die erste und die zweite Mikrowellenquelle amplitudenmoduliert und/oder phasenmoduliert derart aufeinander abgestimmt gesteuert werden, dass durch die erste und die zweite Mikrowellenquelle eine zeitabhängig variierende Feldverteilung von Mikrowellenstrahlung erzeugt wird. In einem gegebenen Zeitfenster können beispielsweise einzelne Proben oder räumlich zusammenhänge Untergruppen von Proben aufgeheizt werden, während andere Proben nicht gleichzeitig aufgeheizt werden. Die räumliche Lage der durch Mikrowellenstrahlung erfassten Probe(n) kann mithilfe einer zeitabhängigen Steuerung variiert werden. Hierdurch kann die Flexibilität bei der Vorgabe von Temperaturprofilen erhöht werden. It is also possible that the first and the second microwave source amplitude-modulated and / or phase-modulated are controlled so coordinated that is generated by the first and the second microwave source, a time-varying field distribution of microwave radiation. For example, within a given time window, individual samples or spatially related subgroups of samples may be heated while other samples are not heated simultaneously. The spatial position of the microwave radiation detected sample (s) can be varied by means of a time-dependent control. As a result, the flexibility in the specification of temperature profiles can be increased.

[0019] Diese variable Steuerung der Heizwirkung kann bei einem System dadurch verwirklicht werden, dass die Heizeinrichtung eine erste Mikrowellenquelle und mindestens eine davon gesonderte zweite Mikrowellenquelle aufweist. Eine zugeordnete Mikrowellen-Steuereinrichtung kann so konfiguriert sein, dass die erste und die zweite Mikrowellenquelle amplitudenmoduliert und/oder phasenmoduliert derart aufeinander abstimmbar gesteuert werden können, dass durch die erste und die zweite Mikrowellenquelle eine zeitabhängig variierende Feldverteilung von Mikrowellenstrahlung erzeugbar ist. This variable control of the heating effect can be realized in a system in that the heater has a first microwave source and at least one separate second microwave source. An associated microwave control device can be configured such that the first and the second microwave source can be amplitude-modulated and / or phase-modulated controlled so that a time-varying field distribution of microwave radiation can be generated by the first and the second microwave source.

[0020] Bei einer Klasse von Systemen weist die Heizeinrichtung eine für Mikrowellenstrahlung im Wesentlichen dichte Heizkammer mit einer metallischen Abschirmung auf. Die Heizkammer kann so dimensioniert sein, dass eine oder mehrere Mikrotitierplatten innerhalb der Heizkammer zum Aufheizen untergebracht werden können. Durch die metallische Abschirmung kann erreicht werden, dass die zum Aufheizen von Proben genutzte Mikrowellenstrahlung innerhalb des Bereichs der Abschirmung verbleibt und nicht nach aussen dringt. Dadurch können ausserhalb der Heizkammer liegende Komponenten des Systems gegen Mikrowellenstrahlung geschützt werden. In one class of systems, the heater has a microwave radiation substantially dense heating chamber with a metallic shield. The heating chamber may be dimensioned so that one or more microtiter plates within the heating chamber can be accommodated for heating. The metallic shield can ensure that the microwave radiation used for heating samples remains within the area of the shield and does not penetrate to the outside. As a result, lying outside the heating chamber components of the system can be protected against microwave radiation.

[0021] Bei manchen Varianten ist die Heizkammer eine von der Messkammer gesonderte Kammer. In diesen Fällen kann eine Transfereinrichtung zum Transfer von Mikrotitierplatten zwischen der Heizkammer und der Messkammer vorgesehen sein. Die Aufheizung und die Messung sind in diesen Fällen räumlich und zeitlich getrennt. Die Heizkammer kann innerhalb einer gesonderten Heizeinheit vorgesehen sein, die als Zusatzgerät zum Mikroplatten-Lesegerät gemeinsam mit dieser zu einem System kombiniert werden kann. Es ist auch möglich, eine Heizkammer und eine davon gesonderte Messkammer in einem gemeinsamen Gehäuse unterzubringen. Eine Lösung mit getrennten Kammern bietet u.a. die Möglichkeit der Nachrüstbarkeit. In some variants, the heating chamber is a chamber separate from the measuring chamber. In these cases, a transfer device may be provided for transferring microtiter plates between the heating chamber and the measuring chamber. The heating and the measurement are spatially and temporally separated in these cases. The heating chamber can be provided within a separate heating unit, which can be combined as an accessory to the microplate reader together with this to a system. It is also possible to accommodate a heating chamber and a separate measuring chamber in a common housing. A solution with separate chambers provides i.a. the possibility of retrofitting.

[0022] Bei anderen Varianten ist die Messkammer als eine für Mikrowellenstrahlung im Wesentlichen dichte Heizkammer mit einer metallischen Abschirmung ausgelegt. Dadurch kann eine kombinierte Mess- und Heizkammer geschaffen werden. In diesen Fällen muss eine Mikrotitierplatte zwischen Aufheizen und Messen nicht bewegt werden. Die Aufheizung kann der eigentlichen Messung vorgeschaltet sein, so dass die Aufheizung abgeschlossen ist, bevor die Messung beginnt. Es ist auch möglich, mindestens einen Teil der Aufheizung während einer Messung durchzuführen bzw. eine Messung während einer Aufheizphase durchzuführen. In other variants, the measuring chamber is designed as a microwave radiation substantially dense heating chamber with a metallic shield. As a result, a combined measuring and heating chamber can be created. In these cases, a microtiter plate does not have to be moved between heating up and measuring. The heating may be upstream of the actual measurement, so that the heating is completed before the measurement begins. It is also possible to carry out at least part of the heating during a measurement or to carry out a measurement during a heating phase.

[0023] Bei vielen Varianten wird die Mikrowellenstrahlung so erzeugt, dass sich die Proben (eine oder mehrere) im Bereich des Fernfeldes der zugehörigen Mikrowellenerzeugung befinden. Dies ist jedoch nicht zwingend. Es ist auch eine Aufheizung im Nahfeldbereich möglich. In many variants, the microwave radiation is generated so that the samples (one or more) are in the range of the far field of the associated microwave generation. However, this is not mandatory. It is also possible to heat in the near field area.

[0024] Bei manchen Verfahrensvarianten wird zum Aufheizen von Proben ein nicht-propagierendes Mikrowellen-Evaneszenzfeld erzeugt, welches eine räumliche Ausdehnung hat, die eine selektive Aufheizung einzelner Proben erlaubt. Bei einem entsprechenden System kann dies dadurch erreicht werden, dass die Heizeinrichtung einen mit einer Mikrowellenquelle gekoppelten Nahfeld-Hohlwellenleiter aufweist, der eine Strahlungs-Austrittsöffnung aufweist, die einen wirksamen Durchmesser von weniger als der Hälfte der Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung hat. Der Durchmesser kann beispielsweise im Bereich von ca. 0,5 mm bis ca. 6 mm liegen. Die Geometrie ist so gewählt, dass die Mikrowellenstrahlung nicht aus dem Nahfeld-Hohlwellenleiter in die Umgebung propagieren kann, sondern in den Nahfeld-Hohlwellenleiter zurückreflektiert wird. Lediglich ein evaneszenter Anteil kann im Bereich der Strahlungs-Austrittsöffnung auskoppeln und fällt in seiner Feldstärke exponentiell mit steigendem Abstand zur Strahlungs-Austrittsöffnung ab. Dadurch wird die Ortsauflösung des auf diese Weise mit Mikrowellenstrahlung beaufschlagten Bereichs ausschliesslich durch die Grösse der Strahlungs-Austrittsöffnung bestimmt und ist nicht mehr beugungsbegrenzt. Das evaneszente Mikrowellenfeld kann zur lokalen Erwärmung einer Probe genutzt werden. In some process variants, a non-propagating microwave evanescent field is generated for heating samples, which has a spatial extent that allows selective heating of individual samples. In a corresponding system, this may be accomplished by having the heater coupled to a microwave source near-field hollow waveguide having a radiation exit aperture having an effective diameter less than half the wavelength of the microwave radiation. The diameter may for example be in the range of about 0.5 mm to about 6 mm. The geometry is chosen so that the microwave radiation can not propagate from the near-field hollow waveguide into the environment, but is reflected back into the near-field hollow waveguide. Only an evanescent portion can decouple in the region of the radiation outlet opening and falls in its field strength exponentially with increasing distance from the radiation outlet opening. As a result, the spatial resolution of the area exposed to microwave radiation in this way is determined exclusively by the size of the radiation outlet opening and is no longer diffraction-limited. The evanescent microwave field can be used for local heating of a sample.

[0025] Für eine möglichst genaue Einstellung von Probentemperaturen ist es zweckmässig, die Temperatur von Proben zu messen. Obwohl eine kontaktierende Messung mittels Messfühlern möglich ist, die in Kontakt mit den Proben und/oder der Mikrotitierplatte stehen können, sind bevorzugte Verfahrensvarianten durch eine kontaktlose Messung der Temperatur von Proben zur Ermittlung von Probentemperaturwerten gekennzeichnet. Durch eine kontaktlose Temperaturmessung können Beeinträchtigungen der Probe durch die Temperaturmessung auch bei kleinen Probenvolumina vermieden werden. Eine Bestimmung der Temperatur individueller Proben oder von Untergruppen von Proben ist hierbei möglich. For a very accurate setting of sample temperatures, it is expedient to measure the temperature of samples. Although a contacting measurement is possible by means of probes which may be in contact with the samples and / or the microtiter plate, preferred variants of the method are characterized by a contactless measurement of the temperature of samples for determining sample temperature values. Non-contact temperature measurement can help prevent sample degradation by measuring temperature even with small sample volumes. A determination of the temperature of individual samples or of subgroups of samples is possible here.

[0026] Vorzugsweise werden die ermittelten Probentemperaturwerte zur Regelung der Temperatur herangezogen. Hierzu kann die Mikrowellenstrahlung in Abhängigkeit der Probentemperaturwerte oder davon abgeleiteter Werte gesteuert werden. Preferably, the determined sample temperature values are used to control the temperature. For this purpose, the microwave radiation can be controlled as a function of the sample temperature values or values derived therefrom.

[0027] Bei der Verwendung von Mikrowellenstrahlung als Energiequelle zur Probenerwärmung kann die Erwärmung von Proben lokal erfolgen. Die Temperatur kann kontaktfrei beispielsweise über eine Infrarotkamera oder eine Infrarotdiode oder ein Infrarotdiodenarray gemessen und gegebenenfalls auf Basis der Probentemperaturwerte geregelt werden. Da diese strahlungsbasierte Temperaturmessung in einem anderen Wellenlängenbereich (Infrarotbereich) arbeitet als die zur Wärmeanregung eingesetzte Mikrowellenstrahlung, beeinflussen sich die beiden Strahlungsarten gegenseitig nicht und die Temperaturmessung kann bei Bedarf kontinuierlich oder intermittierend auch während der Beaufschlagung der Probe mit Mikrowellenstrahlung erfolgen. Hierdurch wird eine besonders zielgenaue Temperaturregelung begünstigt. When using microwave radiation as an energy source for sample heating, the heating of samples can be done locally. The temperature can be measured without contact, for example via an infrared camera or an infrared diode or an infrared diode array and optionally controlled on the basis of the sample temperature values. Since this radiation-based temperature measurement operates in a different wavelength range (infrared range) than the microwave radiation used for heat excitation, the two types of radiation do not influence each other and the temperature measurement can be carried out continuously or intermittently if necessary even during the exposure of the sample with microwave radiation. As a result, a particularly accurate temperature control is favored.

[0028] Wie bereits erwähnt gibt es Ausführungsbeispiele, bei denen die Messkammer als eine für Mikrowellenstrahlung im Wesentlichen dichte Heizkammer mit einer metallischen Abschirmung ausgelegt ist, so dass die Aufheizung innerhalb der Messkammer erfolgen kann. In diesem Fall können gesonderte Massnahmen vorgesehen sein, um sicherzustellen, dass gegen Mikrowellenstrahlung empfindliche Komponenten der Messeinrichtungen zum Untersuchen der Proben durch die Mikrowellenstrahlung nicht in ihrer Funktion beeinträchtigt und/oder beschädigt werden können. As already mentioned, there are exemplary embodiments in which the measuring chamber is designed as a heating chamber substantially dense for microwave radiation with a metallic shield, so that the heating can take place within the measuring chamber. In this case, separate measures may be provided to ensure that microwave radiation-sensitive components of the measuring devices for examining the samples by the microwave radiation can not be impaired in their function and / or damaged.

[0029] Manche Messeinrichtungen umfassen beispielsweise eine polychromatische Lichtquelle, von der ein optischer Anregungspfad zur Übertragung von spektralen Anteilen von Licht der Lichtquelle als Anregungslicht in eine Messposition geleitet wird, in der eine Probe angeordnet oder anordenbar ist. Weiterhin ist ein optischer Emissionspfad zur Übertragung von durch die Probe emittiertem Emissionslicht zu einem Detektor vorgesehen. Mit derartigen Vorrichtungen können beispielsweise Fluoreszenzeigenschaften von Proben ermittelt werden. Manche derartigen Messeinrichtungen haben mindestens einen optischen Pfad (Anregungspfad und/oder Emissionspfad), der durch eine für Mikrowellenstrahlung dichte Durchbrechung in der metallischen Abschirmung der Heizkammer führt. Durch geeignete Dimensionierung und/oder Abschirmung der Durchbrechung kann sichergestellt werden, dass im Bereich der Durchbrechung keine Mikrowellenstrahlung aus der Heizkammer nach aussen dringen kann. Bei manchen Varianten führt der optische Pfad durch einen Lichtleiter, der durch eine für Mikrowellenstrahlung dichte Durchbrechung in der metallischen Abschirmung der Heizkammer geführt ist. Some measuring devices include, for example, a polychromatic light source, from which an optical excitation path for transmitting spectral portions of light from the light source is passed as excitation light in a measuring position in which a sample is arranged or can be arranged. Furthermore, an optical emission path is provided for the transmission of emission light emitted by the sample to a detector. With such devices, for example, fluorescence properties of samples can be determined. Some such measuring devices have at least one optical path (excitation path and / or emission path), which leads through a microwave-dense opening in the metallic shield of the heating chamber. By suitable dimensioning and / or shielding of the opening can be ensured that in the region of the aperture no microwave radiation from the heating chamber can escape to the outside. In some variants, the optical path leads through a light guide, which is guided through a microwave-dense opening in the metallic shield of the heating chamber.

[0030] Bei manchen Ausführungsbeispielen ist vorgesehen, mikrochemische Prozesse, z.B. einfache Reaktions- oder Trennschritte, in einem Multilabel-Gerät (Mikroplatten-Lesegerät) mit einer Mikrowellenquelle als zentraler Energiequelle durchzuführen. Das System kann hierzu geeignete Einrichtungen aufweisen. In some embodiments, it is envisioned that microchemical processes, e.g. simple reaction or separation steps to perform in a multi-label device (microplate reader) with a microwave source as a central energy source. The system may have suitable facilities for this purpose.

[0031] Diese mikrochemischen Prozesse sind nicht auf biologische Systeme beschränkt, sondern können insbesondere auch Reaktionen umfassen, bei denen Versuchsbedingungen wie z.B. die Stöchiometrie der Reaktionspartner, die Temperatur, der Temperaturgradient und/oder die Reaktionsdauer permutiert werden. Ein Ausführungsbeispiel aus dem Bereich der nichtbiologischen Proben sieht die Durchführung von Polymerisierungsreaktionen vor, da bei dieser Art von Reaktionen eine relativ kleine Anzahl von Reaktionspartnern Verwendung findet und die spezifischen Eigenschaften des polymeren Endprodukts durch die Variation der aufgeführten Versuchsparameter erreicht werden. Ein Mikroplatten-Lesegerät mit Mikrowellenaufheizung eignet sich in besonderer Weise zur Durchführung dieser Reaktionen, da durch das Mikroplattenformat parallel mehrere Proben untersucht werden können, und die Kombination mit der Mikrowellenaufheizung die oben geschilderten spezifischen Vorteile liefert. Die Möglichkeit der direkten Verfolgung der Reaktion oder die Überprüfung des Reaktionsergebnisses ist in Mikroplatten-Lesegeräten gegeben, da Polymerreaktionen häufig unter Änderung optischer Materialeigenschaften wie z.B. des Brechungsindexes, der Absorption oder Autofluoreszenz ablaufen, die mit den in einem erfindungsmässen Mikroplattenlesegerät integrierten optischen Messeinrichtungen erfasst und quantifiziert werden können. These microchemical processes are not limited to biological systems, but may in particular include reactions in which experimental conditions such as e.g. the stoichiometry of the reactants, the temperature, the temperature gradient and / or the duration of the reaction are permuted. An embodiment from the field of non-biological samples provides for the implementation of polymerization reactions, since in this type of reactions, a relatively small number of reactants is used and the specific properties of the final polymer product can be achieved by varying the experimental parameters listed. A microplate reader with microwave heating is particularly suitable for carrying out these reactions since the microplate format allows multiple samples to be examined in parallel, and the combination with microwave heating provides the specific advantages outlined above. The possibility of directly monitoring the reaction or checking the reaction result is given in microplate readers since polymer reactions are often accompanied by changes in optical material properties such as e.g. of refractive index, absorption or autofluorescence, which can be detected and quantified with the optical measuring devices integrated in a microplate reader according to the invention.

[0032] Manche Verfahrensvarianten sind dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizung der Mikrowellenstrahlung dazu verwendet wird, die Probe in ihrem molekularen Aufbau zu modifizieren. Dies geschieht vorzugsweise indirekt, indem das Lösungsmittel aufgeheizt und durch die Erhöhung der Temperatur Prozesse in Gang gesetzt werden, die die Probensubstanz ihrem molekularen Aufbau modifizieren können. Unter anderem ist es möglich, die Aufheizung durch Mikrowellenstrahlung dazu zu verwenden, heterogene Probensysteme in einzelne Bestandteile aufzutrennen, z.B. im Wege einer Destillation zwischen unmittelbar oder mittelbar benachbarten Näpfchen einer Mikrotitierplatte. Die über Mikrowellenstrahlung in die Probe eingetragene Energie kann so gering gehalten werden, dass eine unmittelbare Modifikation der Probensubstanz durch Mikrowellenstrahlung vermieden werden kann. Some variants of the method are characterized in that the heating of the microwave radiation is used to modify the sample in its molecular structure. This is preferably done indirectly by heating the solvent and by increasing the temperature initiate processes that can modify the sample substance to its molecular structure. Among other things, it is possible to use the heating by microwave radiation to separate heterogeneous sample systems into individual components, e.g. by distillation between directly or indirectly adjacent wells of a microtiter plate. The introduced via microwave radiation into the sample energy can be kept so low that an immediate modification of the sample substance by microwave radiation can be avoided.

[0033] Bei dem System können derartige Verfahrensvarianten z.B. dadurch ermöglicht werden, dass ein Aufsatz über einem oder mehreren Näpfchen (Probenaufnahmen) derart angeordnet ist oder wird, dass verdampfte Flüssigkeit an den Wandungen des Aufsatzes kondensieren und zurück in das Näpfchen bzw. die Probenaufnahme tropfen kann. Es ist auch möglich, dass ein Aufsatz über einem oder mehreren Näpfchen (Probenaufnahmen) derart angeordnet ist oder wird, dass verdampfte Flüssigkeit an den Wandungen des Aufsatzes kondensieren kann und so umgelenkt wird, dass sie zumindest teilweise in eine mittelbar oder unmittelbar benachbarte Probenaufnahme tropfen kann. Die entsprechenden Aufsätze sollten aus einem durch Mikrowellenstrahlung nicht aufwärmbaren Material (z.B. Glas oder Kunststoff) bestehen und können als Zubehör bzw. als Bestandteil des Systems angesehen werden. In the system, such process variants may e.g. be made possible by an attachment over one or more wells (sample receptacles) is arranged or is such that evaporated liquid can condense on the walls of the essay and drip back into the well or the sample holder. It is also possible for an attachment to be arranged above one or more wells (sample receptacles) in such a way that vaporized liquid can condense on the walls of the attachment and be deflected in such a way that it can at least partially drip into an indirectly or immediately adjacent sample receptacle , The respective attachments should be made of a microwave non-heatable material (e.g., glass or plastic) and may be considered as accessories or as part of the system.

[0034] Durch entsprechende Dimensionierung können die Aufsätze an die relativ kleinen Dimensionen von Näpfchen einer Mikrotitierplatte angepasst sein. Insbesondere sollte ein Aussendurchmesser eines Aufsatzes in seinem auf ein Näpfchen aufsetzbare Einlassbereich geringfügig kleiner sein als ein Innendurchmesser des Näpfchens an dessen offenem Ende, so dass der Aufsatz mit seinen Einlassbereich in ein Näpfchen eingeführt werden kann. By appropriate dimensioning the essays can be adapted to the relatively small dimensions of wells of a microtiter plate. In particular, an outer diameter of an attachment should be slightly smaller in its cup-mounted inlet area than an inner diameter of the cup at the open end thereof so that the attachment with its inlet area can be inserted into a well.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0035] Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind. Dabei zeigen: <tb>Fig. 1<SEP>zeigt schematisch Komponenten eines Systems, das eine von einer Messkammer gesonderte Heizkammer aufweist; <tb>Fig. 2<SEP>zeigt schematisch Komponenten eines Systems, das eine kombinierte Mess- und Heizkammer aufweist; <tb>Fig. 3<SEP>zeigt schematisch Komponenten eines Systems, das eine Messeinrichtung aufweist, die Lichtleiter zur Führung von Anregungslicht in eine Mess- und Heizkammer und von Emissionslicht aus der Mess- und Heizkammer aufweist; <tb>Fig. 4<SEP>zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Nahfeld-Hohlwellenleiters zur lokalen Erwärmung einzelner Proben; <tb>Fig. 5<SEP>zeigt schematisch ein System mit einem Nahfeld-Hohlwellenleiter zur lokalen Erwärmung einzelner Proben; <tb>Fig. 6<SEP>zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Systems mit Nahfeld-Hohlwellenleiter; <tb>Fig. 7<SEP>zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Systems mit Nahfeld-Hohlwellenleiter; <tb>Fig. 8<SEP>zeigt in 8A bis 8C verschiedene Varianten eines mikrochemischen Verfahrens, das in einer Heizkammer unter Verwendung von Mikrowellenstrahlung zum selektiven Aufheizen einzelner Proben durchgeführt wird; und <tb>Fig. 9<SEP>zeigt in 9A bis 9C verschiedene Varianten eines anderen mikrochemischen Verfahrens, das in einer Heizkammer unter Verwendung von Mikrowellenstrahlung zum selektiven Aufheizen einzelner Proben durchgeführt wird.Further advantages and aspects of the invention will become apparent from the claims and from the following description of preferred embodiments of the invention, which are explained below with reference to the figures. Showing: <Tb> FIG. 1 <SEP> schematically shows components of a system having a heating chamber separate from a measuring chamber; <Tb> FIG. 2 <SEP> schematically shows components of a system having a combined measuring and heating chamber; <Tb> FIG. 3 <SEP> schematically shows components of a system that includes a measuring device that has optical fibers for guiding excitation light into a measuring and heating chamber and emission light from the measuring and heating chamber; <Tb> FIG. 4 <SEP> schematically shows an exemplary embodiment of a near-field hollow waveguide for locally heating individual samples; <Tb> FIG. 5 <SEP> schematically shows a system with a near-field hollow waveguide for local heating of individual samples; <Tb> FIG. Fig. 6 shows another embodiment of a near field hollow waveguide system; <Tb> FIG. Figure 7 shows another embodiment of a near-field hollow waveguide system; <Tb> FIG. Figures 8A-8C show various variants of a microchemical process performed in a heating chamber using microwave radiation to selectively heat individual samples; and <Tb> FIG. Figures 9A-9C show different variants of another microchemical process performed in a heating chamber using microwave radiation to selectively heat individual samples.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS

[0036] In Fig. 1 sind schematisch einige Komponenten eines ersten Ausführungsbeispiels eines Systems 100 zur Ermittlung biologischer oder anderer Eigenschaften von Proben gezeigt. FIG. 1 schematically shows some components of a first embodiment of a system 100 for determining biological or other properties of samples.

[0037] Die zu untersuchenden Proben sind in einer Rechteck-Matrixanordnung in Näpfchen (wells) 112 einer rechteckigen Mikrotitierplatte 110 angeordnet und sollen sequenziell oder parallelisiert mithilfe einer oder mehrerer unterschiedlicher kontaktfreier optischer Analysemethoden untersucht werden. Die handelsübliche Mikrotiterplatte kann z.B. aus einem Kunststoffmaterial, wie z.B. Polyvinylchlorid oder Polystyrol, oder aus Glas bestehen und weist eine Anzahl von identisch dimensionierten Näpfchen in geraden Reihen und Spalten auf, z.B. zwischen 6 und 1536 Näpfchen, im Beispiel 12 * 8 = 96 Näpfchen. The samples to be examined are arranged in a rectangular matrix arrangement in wells 112 of a rectangular microtitre plate 110 and are to be investigated sequentially or in parallel using one or more different non-contact optical analysis methods. The commercial microtiter plate may e.g. made of a plastic material, e.g. Polyvinyl chloride or polystyrene, or glass, and has a number of identically sized wells in straight rows and columns, e.g. between 6 and 1536 wells, in the example 12 * 8 = 96 wells.

[0038] Das System 100 ist unter anderem zur Durchführung von Verfahren der Fluoreszenzspektroskopie eingerichtet. Neben Fluoreszenzmessungen können auch anderer strahlungsbasierte Messmethoden, beispielsweise Lumineszenzmessungen oder Absorptionsmessungen, durchgeführt werden. Die hierfür genutzten Komponenten sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. The system 100 is set up, inter alia, for carrying out methods of fluorescence spectroscopy. In addition to fluorescence measurements, other radiation-based measurement methods, for example luminescence measurements or absorption measurements, can also be carried out. The components used for this purpose are not shown for reasons of clarity.

[0039] Das System 100 weist eine im Wesentlichen quaderförmige, lichtdicht abschliessbare Messkammer 120 auf, die so dimensioniert ist, dass mindestens eine Mikrotitierplatte innerhalb der Messkammer so aufgenommen werden kann, dass jeweils eine der in den Näpfchen enthaltenen Proben mithilfe eines Positioniersystems in eine Messposition gebracht werden können. Das Positioniersystem hat hierzu einen in zwei Dimensionen horizontal verfahrbaren Kreuztisch mit integrierter Hubeinrichtung, so dass die Proben in drei Dimensionen positionierbar sind. The system 100 has a substantially cuboid, light-tight lockable measuring chamber 120 which is dimensioned so that at least one Mikrotitierplatte can be recorded within the measuring chamber so that each one of the samples contained in the wells using a positioning system in a measuring position can be brought. For this purpose, the positioning system has a cross table which can be moved horizontally in two dimensions and has an integrated lifting device, so that the samples can be positioned in three dimensions.

[0040] Der Messkammer sind Messeinrichtungen zugeordnet, mit deren Hilfe Proben in mindestens einem Betriebsmodus des Systems durch Messung von aus den Proben emittierter Strahlung untersucht werden können. The measuring chamber are associated with measuring devices, with the aid of which samples can be examined in at least one operating mode of the system by measuring radiation emitted from the samples.

[0041] Ausserhalb der Messkammer ist eine primäre Lichtquelle 130 in Form einer Xenon-Blitz-Lampe mit kurzem Elektrodenabstand angeordnet. Es kann sich je nach Anwendung auch um eine Dauerstrich-Lampe handeln. Die Lichtquelle hat ein breites Emissionsspektrum im sichtbaren Spektralbereich. Outside the measuring chamber, a primary light source 130 is arranged in the form of a xenon flash lamp with a short electrode spacing. Depending on the application, it can also be a continuous-wave lamp. The light source has a broad emission spectrum in the visible spectral range.

[0042] Ein optischer Anregungspfad 132 mit einem ebenen Umlenkspiegel 133 führt von der Lichtquelle bis zu einer Messposition 134, in die eine zu messende Probe 135 durch Positionierung der Mikrotitierplatte (gestrichelt in einer Messposition dargestellt) für eine Messung positioniert werden kann. Die Probe befindet sich in einer Vertiefung bzw. einem Näpfchen (well) der Mikrotitierplatte. Die nicht näher dargestellten optischen Elemente des optischen Anregungspfads 132 dienen der Übertragung von spektralen Anteilen von Licht der primären Lichtquelle als Anregungslicht in die Messposition. Das Anregungslicht wird senkrecht von oben in ein Näpfchen bzw. in die Probe eingestrahlt. An optical excitation path 132 with a plane deflection mirror 133 leads from the light source to a measuring position 134 into which a sample 135 to be measured can be positioned by positioning the microtiter plate (shown in dashed lines in a measuring position) for a measurement. The sample is located in a well of the microtiter plate. The non-illustrated optical elements of the optical excitation path 132 serve to transmit spectral components of light from the primary light source as excitation light into the measurement position. The excitation light is irradiated vertically from above into a well or into the sample.

[0043] In der Probe 135 befindet sich eine Probesubstanz in wässriger Lösung. Die Probesubstanz kann mithilfe des Anregungslichts dazu angeregt werden, Fluoreszenzlicht zu emittieren, welches gegenüber dem Anregungslicht zu niedrigeren Energien bzw. grösseren Wellenlängen verschoben ist. Das Ausmass der spektralen Rotverschiebung ist für die Probensubstanz spezifisch. In the sample 135 is a sample substance in aqueous solution. The sample substance can be excited by means of the excitation light to emit fluorescent light, which is shifted from the excitation light to lower energies or larger wavelengths. The extent of the red spectral shift is specific to the sample substance.

[0044] Das Emissionslicht (die emittierte Strahlung) gelangt über einen mit einem Parabolspiegel 137 ausgestatteten optischen Emissionspfad 136 zu einem Detektor 140, der in Abhängigkeit vom auftreffenden Licht elektrische Signale erzeugt, die einer nicht gezeigten Auswerteeinheit zugeführt werden, um das Emissionslicht zur Charakterisierung der Probe spektral auszuwerten. Im Beispielsfall umfasst der Detektor einen Photomultiplier. The emission light (the emitted radiation) passes through an optical emission path 136 equipped with a parabolic mirror 137 to a detector 140, which generates electrical signals in response to the incident light, which are fed to an evaluation unit, not shown, to the emission light for characterizing the Spectrally evaluate the sample. In the example, the detector comprises a photomultiplier.

[0045] Weiterhin können mit dem System 100 Absorptionsmessungen durchgeführt werden. Hierzu kann das Licht über den optischen Anregungspfad 132 durch die Probe geführt werden, die sich in einer Mikrotiterplatte mit transparentem Boden befindet. Das durchtretende Licht trifft nach Durchtritt durch die Probe auf einen nicht gezeigten Lichtdetektor, typischerweise eine Silizium-Photodiode mit breitem Spektralbereich. Furthermore, 100 absorption measurements can be performed with the system. For this purpose, the light can be guided via the optical excitation path 132 through the sample, which is located in a microtiter plate with a transparent bottom. The transmitted light, after passing through the sample, strikes a light detector, not shown, typically a wide spectral range silicon photodiode.

[0046] Das System 100 eignet sich auch zur Messung von Lumineszenzemission, die chemisch, biologisch oder biochemisch erzeugt wird. Hierfür können über nicht gezeigte Injektoren Startersubstanzen injiziert werden, die Lichtemission in einer Probe initiieren. Das emittierte Licht wird über den Parabolspiegel 137 über den optischen Emissionspfad 136 zum Detektor 140 geführt. The system 100 is also suitable for measuring luminescence emission that is generated chemically, biologically or biochemically. For this purpose, starter substances can be injected via injectors, not shown, which initiate light emission in a sample. The emitted light is guided via the parabolic mirror 137 via the optical emission path 136 to the detector 140.

[0047] Zu dem System 100 gehört eine Heizeinrichtung 190, mit der die in einer Mikrotitierplatte gehaltenen Proben mithilfe von Mikrowellenstrahlung aufgeheizt werden können. Zu der Heizeinrichtung 190 gehört eine von der Messkammer 120 gesonderte Heizkammer 150, die neben der Messkammer mit Abstand zu dieser auf gleicher Höhe innerhalb des Gehäuses 105 des Systems angeordnet ist. Eine Kammerwand 155 der Heizkammer umschliesst einen im Wesentlichen quaderförmigen Innenraum 152, der so dimensioniert ist, dass mindestens eine Mikrotitierplatte vollständig hineinpasst. An der Innenseite der Kammerwand ist eine metallische Abschirmung 154 so angebracht, dass der Innenraum 152 gegenüber der Umgebung bezüglich der Abgabe von Mikrowellenstrahlung abgedichtet ist. Die Abschirmung 154 kann z.B. spaltfrei gefügte Metallbleche aufweisen, die an den Innenseiten der Kammerwände befestigt sind. The system 100 includes a heater 190 for heating the samples held in a microtiter plate by means of microwave radiation. To the heater 190 includes a separate from the measuring chamber 120 heating chamber 150, which is arranged next to the measuring chamber at a distance from this at the same level within the housing 105 of the system. A chamber wall 155 of the heating chamber encloses a substantially cuboidal interior 152, which is dimensioned so that at least one Mikrotitierplatte completely fits. On the inside of the chamber wall, a metallic shield 154 is mounted so that the interior 152 is sealed from the environment with respect to the emission of microwave radiation. The shield 154 may be e.g. have gap-free joined metal sheets which are attached to the insides of the chamber walls.

[0048] Im Innenraum 152 befindet sich eine erste Mikrowellen-Senderantenne 162-1, die an eine erste Mikrowellenquelle 160-1 angeschlossen ist und von dieser generierte Mikrowellenstrahlung in den Innenraum 152 abstrahlen kann. Eine optionale zweite Mikrowellen-Senderantenne 162-2 ist räumlich getrennt von der ersten Mikrowellen-Senderantenne 162-1 beispielsweise an der gegenüberliegenden Seite angeordnet und wird über eine zweite Mikrowellenquelle 160-2 zur Abgabe von Mikrowellenstrahlung in den Innenraum angeregt. Die Mikrowellenquellen 160-1, 160-2 sind an eine Steuereinrichtung 170 angeschlossen, die derart konfiguriert ist, dass die erste und die zweite Mikrowellenquelle unabhängig voneinander amplitudenmoduliert und/oder phasenmoduliert gesteuert werden können. In the interior 152 is a first microwave transmitter antenna 162-1, which is connected to a first microwave source 160-1 and can emit from this generated microwave radiation into the interior 152. An optional second microwave transmitter antenna 162-2 is spatially separated from the first microwave transmitter antenna 162-1, for example on the opposite side, and is excited by a second microwave source 160-2 for emitting microwave radiation into the interior space. The microwave sources 160-1, 160-2 are connected to a control device 170, which is configured such that the first and the second microwave source can be controlled independently of each other amplitude-modulated and / or phase-modulated.

[0049] Bei den Mikrowellenquellen handelt es sich im Beispielsfall um Halbleiter-basierte Mikrowellenquellen, die Mikrowellenstrahlung mit einer Frequenz von ca. 2,45 GHz und einer Nennleistung im Bereich von ca. 50W erzeugen können. Alternativ wären z.B. auch Magnetrons geeigneter Leistung und Frequenz verwendbar. The microwave sources are in the example to semiconductor-based microwave sources that can generate microwave radiation with a frequency of about 2.45 GHz and a rated power in the range of about 50W. Alternatively, e.g. Also suitable magnetrons suitable power and frequency.

[0050] Zu der Heizeinrichtung 190 gehört eine Temperaturmesseinrichtung 180 zur kontaktlosen Messung der Temperatur von Proben durch Erfassen und Auswerten von Infrarotstrahlung. Dadurch können Probentemperaturwerte ermittelt werden, auf deren Basis die Heizeinrichtung gesteuert werden kann, um eine Temperaturregelung zu erreichen. Die Temperaturmesseinrichtung 180 umfasst im Beispielsfall ein Infrarot-Diodenarray 182, welches oberhalb der Aufnahme für die Mikrotitierplatte ausserhalb der Abschirmung angebracht und an die Steuereinrichtung 170 angeschlossen ist. In der Abschirmung sind im Bereich des Infrarot-Diodenarrays kleine Löcher eingebracht, durch die die Infrarotstrahlung hindurchtreten kann, während die längerwellige Mikrowellenstrahlung blockiert wird. To the heater 190 includes a temperature measuring device 180 for non-contact measurement of the temperature of samples by detecting and evaluating infrared radiation. As a result, sample temperature values can be determined on the basis of which the heating device can be controlled in order to achieve a temperature control. In the example, the temperature measuring device 180 comprises an infrared diode array 182, which is mounted above the receptacle for the microtitre plate outside the shield and connected to the control device 170. In the shield small holes are introduced in the region of the infrared diode array, through which the infrared radiation can pass, while the longer-wavelength microwave radiation is blocked.

[0051] Für den Transfer einer Mikrotiterplatte zwischen der Heizkammer 150 und der Messkammer 120 ist eine Transfereinheit 175 vorgesehen, die über die Steuereirichtung 170 des Systems ansteuerbar ist. Die Transfereinheit weist eine auf Führungsschienen horizontal verfahrbare Plattenaufnahme 176 auf, die jeweils eine einzige Mikrotiterplatte aufnehmen kann. Die Plattenaufnahme weist einen vertikal verfahrbaren Rahmen 177 auf, auf dem die Mikrotitierplatte mit zwei gegenüberliegenden Rändern aufliegen kann. Die Mikrotitierplatte kann dadurch an andere Komponenten übergeben werden, z.B. durch Absetzen auf einem Podest in der Heizkammer. Die Transfereinheit 175 weist weiterhin Antriebe für eine Feinpositionierung der aufgenommen Mikrotiterplatte auf, so dass ein Plattenmanipulator vorliegt, der sowohl den Transfer als auch die Feinpositionierung übernehmen kann. Die Transfereinheit kann somit mit dem Kreuztisch zur Probenpositionierung eine gemeinsame Einheit bilden. For the transfer of a microtiter plate between the heating chamber 150 and the measuring chamber 120, a transfer unit 175 is provided which can be actuated via the control device 170 of the system. The transfer unit has a guide plate horizontally movable plate receptacle 176, which can each accommodate a single microtiter plate. The plate holder has a vertically movable frame 177, on which the microtiter plate can rest with two opposite edges. The microtiter plate can thereby be transferred to other components, e.g. by settling on a pedestal in the heating chamber. The transfer unit 175 also has drives for a fine positioning of the recorded microtiter plate, so that there is a plate manipulator which can take over both the transfer and the fine positioning. The transfer unit can thus form a common unit with the cross table for sample positioning.

[0052] Die Proben werden ausschliesslich mittels Mikrowellenstrahlung aufgeheizt. Aufgrund des Dipolmoments der Wassermoleküle bewirkt eine Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung im unteren GHz-Bereich (entsprechend Wellenlängen im Bereich von einigen Zentimetern), sogenannte Mikrowellenstrahlung, eine Krafteinwirkung auf das Wassermolekül, so dass ein Drehmoment auf das Wassermolekül wirkt und es zu einer Drehbewegung zwingt. Durch Reibung mit benachbarten Wassermolekülen entsteht Wärme, Es ist bei dieser Betrachtung wichtig, dass die verwendete Strahlungsfrequenz nicht einer Rotationsresonanzfrequenz des Wassermoleküls entsprechen muss. The samples are heated exclusively by means of microwave radiation. Due to the dipole moment of the water molecules irradiation with electromagnetic radiation in the lower GHz range (corresponding wavelengths in the range of a few centimeters), so-called microwave radiation, a force on the water molecule, so that a torque acts on the water molecule and forces it to rotate. It is important in this consideration that the radiation frequency used does not have to correspond to a rotational resonance frequency of the water molecule.

[0053] Mithilfe der Anordnung kann sichergestellt werden, dass die Aufheizung bzw. die Inkubation von Proben in einem eigenständigen, metallisch-leitenden umschlossenen Raum (Innenraum 152) stattfindet, der für die Mikrowellenanregung eine Kavität darstellt und damit einem allseitig geschlossenen Hohlwellenleiter entspricht. Eine Mikrotitierplatte mit den zu untersuchenden Proben wird mithilfe der verfahrbaren Plattenaufnahme 176 in diese Kavität eingefahren und kann dort in einer Heizposition abgesetzt werden. Die Transfereinheit kann danach die Heizkammer verlassen. Der Innenraum 152 kann dann mithilfe einer ebenfalls abgeschirmten Schublade nach aussen strahlungsdicht verschlossen werden. Am Umfang der Schublade befinden sich maximal 1 mm breite und mindestens 1 cm lange Spalte, die für die im Inneren angeregte Mikrowellenstrahlung undurchlässig sind. Die Spalte können beispielsweise durch eine rückseitige Blende an der Probenschublade realisiert werden. Mit einer solchen Anordnung wird erreicht, dass im Innenraum 152 reproduzierbare und kontrollierbare elektromagnetische Bedingungen herrschen und die Ausbreitung von Mikrowellenstrahlung von den Mikrowellen-Sendeantennen zu den Proben nicht von der weiteren Ausgestaltung des Geräts abhängt, da zum Beispiel eventuelle Feldverbiegungen durch elektrisch leitende Bauteile ausgeschlossen werden. Die Heizeinrichtung 190 kann als eigenständige Baugruppe konstruiert sein, die in geeignet dimensionierte Geräte zusätzlich zu einer Messkammer integriert werden kann. With the aid of the arrangement, it can be ensured that the heating or incubation of samples takes place in a separate, metallically-conductive, enclosed space (inner space 152), which represents a cavity for the microwave excitation and thus corresponds to a hollow waveguide closed on all sides. A microtiter plate with the samples to be examined is retracted by means of the movable plate holder 176 in this cavity and can be placed there in a heating position. The transfer unit can then leave the heating chamber. The interior 152 can then be sealed by means of a likewise shielded drawer to the outside radiation-tight. At the periphery of the drawer are at most 1 mm wide and at least 1 cm long gaps, which are impermeable to the inside excited microwave radiation. The gaps can be realized for example by a rear panel on the sample drawer. With such an arrangement it is achieved that reproducible and controllable electromagnetic conditions prevail in the interior 152 and the propagation of microwave radiation from the microwave transmitting antennas to the samples does not depend on the further design of the device, since, for example, any field bends are precluded by electrically conductive components , The heater 190 may be constructed as an independent assembly that may be integrated into appropriately sized devices in addition to a measuring chamber.

[0054] Eine wenigstens im zeitlichen Mittel homogene Feldverteilung innerhalb der Kavität kann erreicht werden, indem die beiden eigenständigen, im Innenraum platzierten Mikrowellen-Sendeantennen 162-1, 162-2 in Amplitude und Phase so gesteuert werden, dass möglichst keine Strahlungs-Hot-Spots entstehen, oder sich diese zeitlich über die Mikrotiterplatte bewegen lassen und somit einen (im zeitlichen Mittel) homogenen Energieeintrag sicherstellen. A homogenous field distribution within the cavity, at least in the average time, can be achieved by controlling the amplitude and phase of the two independent microwave transmitting antennas 162-1, 162-2, which are placed in the interior, so that as far as possible no radiation hot spots are generated. Spots arise, or these can be moved over the time of the microtiter plate and thus ensure a (on average) homogeneous energy input.

[0055] Nach dem Transfer der Mikrotiterplatte mit den aufgeheizten Proben in die Messkammer können dort in an sich bekannter Weise Strahlungsmessungen durchgeführt werden, z.B. Fluoreszenzmessungen. After the transfer of the microtiter plate with the heated samples into the measuring chamber, radiation measurements can be carried out there in a manner known per se, e.g. Fluorescence measurements.

[0056] In Fig. 2 sind schematisch einige Komponenten eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Systems 200 zur Ermittlung biologischer Eigenschaften von Proben gezeigt. Mit dem System können ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel Fluoreszenzmessungen und auch Lumineszenzmessungen oder Absorptionsmessungen an Proben durchgeführt werden, die in Näpfchen einer Mikrotitierplatte 210 untergebracht sind, die identisch oder ähnlich zur Mikrotitierplatte des ersten Ausführungsbeispiels sein kann. FIG. 2 schematically shows some components of a second embodiment of a system 200 for determining biological properties of samples. Similar to the first embodiment, fluorescence measurements and also luminescence measurements or absorption measurements on samples housed in wells of a microtiter plate 210, which may be identical or similar to the microtitre plate of the first embodiment, can be performed with the system.

[0057] Eine Besonderheit des Systems 200 besteht darin, dass die lichtdicht abschliessbare Messkammer 220 gleichzeitig als Heizkammer einer Heizeinrichtung 290 ausgelegt ist, so dass sie als kombinierte Mess- und Heizkammer dienen kann, die es erlaubt, die in der Messkammer befindlichen Proben mithilfe von Mikrowellenstrahlung zu erwärmen bzw. aufzuheizen. Dadurch können Aufheizung bzw. Temperierung und Messung bei Bedarf gleichzeitig durchgeführt werden. A special feature of the system 200 is that the light-tight lockable measuring chamber 220 is simultaneously designed as a heating chamber of a heater 290 so that it can serve as a combined measuring and heating chamber, which allows the samples located in the measuring chamber using To heat or heat microwave radiation. As a result, heating or temperature control and measurement can be carried out simultaneously if necessary.

[0058] Die im Wesentlichen quaderförmige Mess- und Heizkammer kann ähnlich oder gleich dimensioniert sein wie die Heizkammer 120 des ersten Ausführungsbeispiels. Um zu erreichen, dass die Messkammer auch als eine für Mikrowellenstrahlung im Wesentlichen dichte Heizkammer dienen kann, ist eine nur zum Teil dargestellte metallische Abschirmung vorgesehen, die den Innenraum 252 der Messkammer bei geschlossener Messkammer im Wesentlichen vollständig derart umschliesst, dass Mikrowellenstrahlung nicht aus dem Innenraum der Messkammer bzw. Heizkammer nach aussen dringen kann. Zum Aufbau der metallischen Abschirmung können an den Innenwänden der Messkammer Metallbleche angebracht sein, die an den Stossstellen spaltfrei oder mit sehr engen Spalten aneinandergefügt sind. The substantially cuboid measuring and heating chamber may be dimensioned to be similar or the same as the heating chamber 120 of the first embodiment. In order to ensure that the measuring chamber can also serve as a heating chamber which is substantially impervious to microwave radiation, a metallic shield which is only partially shown is provided, which completely encloses the interior 252 of the measuring chamber with the measuring chamber closed in such a way that microwave radiation does not escape from the interior the measuring chamber or heating chamber can escape to the outside. For the construction of the metallic shield metal sheets may be attached to the inner walls of the measuring chamber, which are joined together at the joints gap-free or with very narrow gaps.

[0059] Wenigstens ein Teil der metallischen Abschirmung wird durch Lochbleche 255-1, 255-2 gebildet, die ein regelmässiges Muster von Löchern aufweisen, deren Durchmesser im Bereich von 1 mm bis 30 mm, insbesondere im Bereich von 2 mm bis 20 mm, liegt und damit so klein ist, dass Mikrowellenstrahlung diese Lochbleche nicht durchdringen kann. Die Löcher erlauben es jedoch, optische Pfade von Messeinrichtungen durch die metallische Abschirmung hindurchzuführen. At least part of the metallic shield is formed by perforated plates 255-1, 255-2, which have a regular pattern of holes whose diameter is in the range of 1 mm to 30 mm, in particular in the range of 2 mm to 20 mm, is so small and that microwave radiation can not penetrate these perforated plates. However, the holes allow optical paths from measuring devices to pass through the metallic shield.

[0060] Die Messeinrichtungen, die der Messkammer 220 zugeordnet sind, umfassen eine ausserhalb der Messkammer angeordnete primäre Lichtquelle 230, die ein kontinuierliches Emissionsspektrum im sichtbaren Spektralbereich abgibt. Ein optischer Anregungspfad 232 führt durch eine Durchbrechung (Loch) im seitlichen Lochblech 255-1 hindurch über einen im Inneren der Messkammer angeordneten ebenen Umlenkspiegel von der Lichtquelle 230 bis zur Messposition 234, in der eine zu messende Probe positioniert werden kann. Die von der derart angeregten Probe emittierte Strahlung (das Emissionslicht) gelangt über einen mit einem Parabolspiegel ausgestatteten optischen Emissionspfad 236 zu einem ausserhalb der Messkammer angeordneten Detektor 240, der einen Photomultiplier umfasst. Der Emissionspfad führt durch Löcher bzw. Durchbrechungen im Lochblech 255-2, weiches oberhalb der Messposition an der Kammerinnenwand angebracht ist. The measuring devices associated with the measuring chamber 220 include a primary light source 230 located outside the measuring chamber and emitting a continuous emission spectrum in the visible spectral range. An optical excitation path 232 leads through an opening (hole) in the lateral perforated plate 255-1 through a flat deflecting mirror arranged in the interior of the measuring chamber from the light source 230 to the measuring position 234, in which a sample to be measured can be positioned. The radiation emitted by the thus excited sample (the emission light) passes via an optical emission path 236 equipped with a parabolic mirror to a detector 240 arranged outside the measuring chamber and comprising a photomultiplier. The emission path leads through holes or openings in the perforated plate 255-2, which is mounted above the measuring position on the chamber inner wall.

[0061] Diejenigen Komponenten der Heizeinrichtung 290, welche für die Einstrahlung der Mikrowellenstrahlung auf die Proben vorgesehen sind, können identisch oder ähnlich entsprechenden Komponenten des ersten Ausführungsbeispiels sein, weshalb insoweit auf die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels verwiesen wird. Auch hier gibt es zwei unabhängig voneinander ansteuerbare Mikrowellen-Senderantennen 262-1, 262-2, die jeweils innerhalb der metallischen Abschirmung angeordnet sind, um auf die Proben gerichtete Mikrowellenstrahlung zu erzeugen, die über eine Steuereinrichtung bezüglich Amplitude und Phase so gesteuert werden kann, dass sich im Bereich der Proben die gewünschte Feldverteilung zum Erwärmen der Proben ergibt. Those components of the heating device 290, which are provided for the irradiation of the microwave radiation to the samples, may be identical or similar to corresponding components of the first embodiment, for which reason reference is made to the description of the first embodiment. Again, there are two independently controllable microwave transmitter antennas 262-1, 262-2, each disposed within the metallic shield to produce microwave directed radiation on the samples, which may be controlled by amplitude and phase control means. in the area of the samples, the desired field distribution results for heating the samples.

[0062] Auch die Komponenten der kontaktlos arbeitenden Temperaturmesseinrichtung können denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels entsprechen, weshalb auf die dortige Beschreibung verwiesen wird. Insbesondere ist auch hier ein Infrarot-Diodenarray 282 zur kontaktlosen Messung der Temperatur der Proben oberhalb der Aufnahmeposition für die Mikrotitierplatte ausserhalb der Abschirmung (Lochblech 255-2) angebracht. Die Messung erfolgt durch Löcher des Lochblechs hindurch. Also, the components of the non-contact temperature measuring device may correspond to those of the first embodiment, which is why reference is made to the description there. In particular, an infrared diode array 282 for contactless measurement of the temperature of the samples above the receiving position for the microtiter plate outside the shield (perforated plate 255-2) is also attached here. The measurement is made through holes in the perforated plate.

[0063] In Fig. 3 sind schematisch einige Komponenten eines dritten Ausführungsbeispiels eines Systems 300 zur Ermittlung biologischer Eigenschaften von Proben gezeigt. Auch hier ist die Messkammer 320 gleichzeitig als Heizkammer einer Heizeinrichtung 390 ausgelegt, die es ermöglicht, die in der Messkammer befindlichen Proben mittels Mikrowellenstrahlung aufzuheizen bzw. zu temperieren. Die Heizeinrichtung mit mindestens einer Mikrowellen-Senderantenne 360-1 im Innenraum der Messkammer kann identisch oder ähnlich aufgebaut sein wie die Heizeinrichtungen der vorherigen Ausführungsbeispiele. FIG. 3 schematically shows some components of a third embodiment of a system 300 for determining biological properties of samples. Here, too, the measuring chamber 320 is simultaneously designed as a heating chamber of a heating device 390, which makes it possible to heat or temper the samples in the measuring chamber by means of microwave radiation. The heating device with at least one microwave transmitter antenna 360-1 in the interior of the measuring chamber can be constructed identically or similarly to the heating devices of the previous exemplary embodiments.

[0064] Unterschiede zum zweiten Ausführungsbeispiel liegen vor allem in der Art und Weise, wie die optischen Pfade der der Messkammer zugeordneten Messeinrichtung ausgelegt sind. Der Anregungspfad 332, welcher von der ausserhalb der Messkammer angeordneten Lichtquelle 330 zur Messposition 334 führt, führt durch einen ersten Lichtleiter 333, der durch ein Loch in dem oberhalb der Messposition angeordneten Lochblech 355-2 der metallischen Abschirmung führt. Der Emissionspfad 336, in welchem emittierte Strahlung von der Messposition zu dem ausserhalb der Messkammer angeordneten Detektor 340 geführt wird, verläuft durch einen zweiten Lichtleiter 337, welcher ebenfalls durch ein Loch in dem oberhalb der Messposition angeordneten Lochblech 355-2 geführt ist. Differences from the second exemplary embodiment are primarily in the way in which the optical paths of the measuring device assigned to the measuring chamber are designed. The excitation path 332, which leads from the outside of the measuring chamber arranged light source 330 to the measuring position 334, passes through a first light guide 333, which leads through a hole in the above the measuring position arranged perforated plate 355-2 of the metallic shield. The emission path 336, in which emitted radiation is guided from the measuring position to the detector 340 arranged outside the measuring chamber, passes through a second optical waveguide 337, which is likewise guided through a hole in the perforated plate 355-2 arranged above the measuring position.

[0065] Bei diesem Ausführungsbeispiel wird also eine gemeinsame Kammer für Inkubation und Messung kombiniert mit Messeinrichtungen, die Lichtleiter von der Lichtquelle zur Probenposition und von der Probenposition zum Detektor aufweisen. Bildlich dargestellt ist eine Variante, bei der die Lichtleiter als y-Split ausgelegt sind, so dass Anregungspfad und Emissionspfad streckenweise nebeneinander geführt werden. Es ist auch möglich, Lichtleitfasern für den Anregungspfad an dem Emissionspfad koaxial auszuführen in der Weise, dass beide Pfade durch die gleiche Durchbrechung innerhalb der metallischen Abschirmung geführt werden können. Das Detail in Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch ein Koaxialfaserbündel 350, bei dem eine zentrale Lichtleitfaser das Licht des Emissionspfads führt und die um die zentrale Lichtleitfaser herum angeordneten äusseren Lichtleitfasern zum Führen des Anregungslichts vorgesehen sind. Es ist auch möglich, das Koaxialfaserbündel in umgekehrter Anordnung zu verwenden, so dass eine zentrale Lichtleitfaser das Anregungslicht führt, während das Emissionslicht durch die um die zentrale Lichtleitfaser herum angeordneten äusseren Lichtleitfasern geführt wird. Die Aufteilung von Lichtleitfasern, die mit Anregungs- oder Emissionslicht beaufschlagt werden, kann auch willkürlich sein, so dass eine homogene Durchmischung von Anregungs- und Emissionslichtleitfasern erreicht wird. In this embodiment, therefore, a common chamber for incubation and measurement is combined with measuring devices which have optical fibers from the light source to the sample position and from the sample position to the detector. Illustrated is a variant in which the optical fibers are designed as a y-split, so that the excitation path and emission path are guided in sections next to each other. It is also possible to coaxially conduct optical fibers for the excitation path on the emission path such that both paths can be passed through the same aperture within the metallic shield. The detail in FIG. 3 shows a cross-section through a coaxial fiber bundle 350 in which a central optical fiber guides the light of the emission path and the outer optical fibers arranged around the central optical fiber are provided for guiding the excitation light. It is also possible to use the coaxial fiber bundle in reverse order so that a central optical fiber guides the excitation light while the emission light is guided through the outer optical fibers arranged around the central optical fiber. The division of optical fibers, which are exposed to excitation or emission light, may also be arbitrary, so that a homogeneous mixing of excitation and emission optical fibers is achieved.

[0066] Wenn ein Lichtleiter im Inneren der Heizkammer endet, sollte die Ferrule des Lichtleiters idealerweise aus Kunststoff oder einem anderen elektrisch nicht leitenden Material bestehen, um die Mikrowellen-Feldverteilung nicht zu stören. Metallene Ferrulen sind auch denkbar, sollten dann aber in die Auslegung der Heizkammer und die Berechnungen zur Optimierung der Feldverteilung der Mikrowellenstrahlung mit einbezogen werden. When a light pipe terminates inside the heating chamber, the ferrule of the light pipe should ideally be made of plastic or other electrically non-conductive material so as not to disturb the microwave field distribution. Metallic ferrules are also conceivable, but should then be included in the design of the heating chamber and the calculations to optimize the field distribution of the microwave radiation.

[0067] Bei den bisher bildlich dargestellten Ausführungsbeispielen hat die Heizeinrichtung jeweils eine mit metallischer Abschirmung ausgestattete Heizkammer, in die mindestens eine Mikrotitierplatte mit Proben eingeführt werden muss, um die Proben mittels Mikrowellenstrahlung aufzuwärmen. Die Proben befinden sich im Fernfeldbereich der Mikrowellen-Sendeantennen. In the exemplary embodiments illustrated so far, the heating device has in each case a heating chamber equipped with a metallic shield, into which at least one microtiter plate with samples has to be introduced in order to heat the samples by means of microwave radiation. The samples are located in the far field area of the microwave transmitting antennas.

[0068] Es sind auch kammerfreie Systeme möglich, also Systeme ohne gesonderte Heizkammer zur Aufnahme einer Mikrotitierplatte. Die nachfolgend beschriebenen Systeme nutzen dabei ein nicht-propagierendes Evaneszenzfeld der Mikrowellenstrahlung zur Probenaufheizung. Zur Veranschaulichung zeigt Fig. 4 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines hierfür verwendbaren Nahfeld-Hohlwellenleiters 400 und Fig. 5 schematisch ein System 500, welches mit einem derartigen Nahfeld-Hohlwellenleiter zur Probenaufheizung ausgestattet ist. Chamber-free systems are also possible, that is to say systems without a separate heating chamber for accommodating a microtiter plate. The systems described below use a non-propagating evanescent field of the microwave radiation for sample heating. 4 shows schematically an exemplary embodiment of a near-field hollow waveguide 400 which can be used for this purpose, and FIG. 5 shows schematically a system 500 which is equipped with such a near-field hollow waveguide for heating samples.

[0069] Bei der Evaneszenz-Mikrowellenanregung wird die Mikrowellenstrahlung zunächst ähnlich wie bei den anderen Ausführungsbeispielen mithilfe einer Mikrowellenquelle 460 erzeugt und über eine Antenne 410 in das Innere des metallischen Nahfeld-Hohlwellenleiters 400 abgestrahlt. Bei dem Ausführungsbeispiel verjüngt sich der Nahfeld-Hohlwellenleiter an seinem der Antenne gegenüberliegenden Ende exponentiell für eine kontinuierliche Impedanzanpassung und endet in einer runden oder eckigen Strahlungs-Austrittsöffnung 420, deren effektiver Durchmesser D deutlich kleiner als die Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung ist. Der Durchmesser kann beispielsweise im Bereich von 0,5 bis 3 cm liegen. Die Mikrowellen können hier nicht in das Fernfeld propagieren, sondern es bildet sich unmittelbar vor der Strahlungs-Austrittsöffnung ein in seiner Feldstärke exponentiell abklingendes Evaneszenzfeld aus, das zur lokalen Erwärmung einer Probe verwendet werden kann. In the case of the evanescent microwave excitation, the microwave radiation is initially generated similarly to the other exemplary embodiments by means of a microwave source 460 and emitted via an antenna 410 into the interior of the metallic near-field hollow waveguide 400. In the exemplary embodiment, the near-field hollow waveguide tapers exponentially at its end opposite the antenna for continuous impedance matching and ends in a round or angular radiation exit opening 420 whose effective diameter D is significantly smaller than the wavelength of the microwave radiation. The diameter may for example be in the range of 0.5 to 3 cm. The microwaves can not propagate into the far field here, but an evanescent field exponentially decaying in its field strength forms immediately in front of the radiation exit opening and can be used to locally heat a sample.

[0070] In einer nicht bildlich dargestellten Ausführungsform weist der Nahfeld-Hohlwellenleiter eine Geometrie auf, durch die die reflektierte Mikrowellenstrahlung nicht zur Quelle zurückreflektiert wird, sondern an ihr vorbeiläuft. Durch geeignete Umlenkung der Mikrowellenstrahlung kann der oben geschilderte Prozess mehrfach wiederholt werden, so dass eine Vielzahl von Proben in dem Näpfchen einer Mikrotitierplatte simultan erwärmt werden können. Durch laterales Verfahren der Mikrotitierplatte relativ zu den Strahlungs-Austrittsöffnungen lassen sich somit alle Näpfchen der Mikrotitierplatte sukzessive mit Mikrowellenstrahlung beaufschlagen. In a non-illustrated embodiment, the near-field hollow waveguide has a geometry by which the reflected microwave radiation is not reflected back to the source, but passes it. By suitable deflection of the microwave radiation, the above-described process can be repeated several times, so that a large number of samples in the well of a microtiter plate can be heated simultaneously. By lateral movement of the microtiter plate relative to the radiation outlet openings, all cells of the microtiter plate can thus be successively subjected to microwave radiation.

[0071] In Fig. 5 ist schematisch ein Anwendungsbeispiel eines kammerfreien Systems 500 mit Mikrowellen-Evaneszenzeinstrahlung und Strahlführung des Messsystems über Lichtleiter dargestellt. Die Mikrotitierplatte 510 befindet sich hierbei innerhalb einer nicht dargestellten Messkammer des Systems, die keine innere metallische Abschirmung gegen das Austreten von Mikrowellenstrahlung aufweist oder benötigt. Es kann sich somit um die Messkammer eines konventionellen Systems handeln. Das von der Lichtquelle 530 über den Anregungspfad 532 zur Messposition gelangende Anregungslicht wird von oben in die Probe eingestrahlt, die emittierte Strahlung nach oben abgibt, welche durch den Emissionspfad 536 zum Detektor 540 gelangt. FIG. 5 schematically shows an example of application of a chamber-free system 500 with microwave evanescent radiation and beam guidance of the measuring system via optical fibers. The microtiter plate 510 is in this case within a measuring chamber, not shown, of the system, which does not have or require any internal metallic shielding against the emission of microwave radiation. It can thus be the measuring chamber of a conventional system. The excitation light reaching the measurement position from the light source 530 via the excitation path 532 is irradiated from above into the sample, which emits emitted radiation upwards, which passes through the emission path 536 to the detector 540.

[0072] Die Heizeinrichtung 590 des Systems 500 umfasst mindestens einen Nahfeld-Hohlwellenleiter 400, der im Beispielsfall unterhalb der Aufnahmeebene für die Mikrotitierplatte so angeordnet ist, dass die nach oben gerichtete Austrittsöffnung 420 in einer Ebene unmittelbar unterhalb derjenigen Ebene liegt, in welcher die Böden der Näpfchen 512 der Mikrotitierplatte angeordnet sind. Der Abstand zwischen Strahlungs-Austrittsöffnung und Boden eines Näpfchens ist so bemessen, dass das aus der Strahlungs-Austrittsöffnung austretende Mikrowellen-Evaneszenzfeld von unten durch das Material der Mikrotitierplatte hindurch in die wässrige Probe eindringen und diese aufheizen kann. The heating device 590 of the system 500 comprises at least one near-field hollow waveguide 400, which in the example below the receiving plane for the microtiter plate is arranged so that the upwardly directed outlet opening 420 is located in a plane immediately below the level in which the floors the wells 512 of the microtiter plate are arranged. The distance between the radiation outlet opening and the bottom of a well is dimensioned such that the microwave evanescent field emerging from the radiation outlet opening can penetrate from below through the material of the microtiter plate into the aqueous sample and heat it up.

[0073] Vorteilhafterweise ist die Strahlungs-Austrittsöffnung im Durchmesser so klein, dass bei typischen Mikrotitierplatten auf diese Weise jeweils nur eine einzige Probe mittels Mikrowellenstrahlung aufgewärmt werden kann, während die anderen Proben praktisch von Mikrowellenstrahlung unbeeinflusst auf Umgebungstemperatur (oder einer anderen vorher eingestellten Temperatur) bleiben. Ein selektives Aufheizen einzelner Proben ist somit gezielt möglich. Die Aufheizung kann unter Beobachtung durch die kontaktlos arbeitende Temperaturmesseinrichtung überwacht und geregelt werden. Dieser hat, ähnlich wie bei den anderen Ausführungsbeispielen, einen oberhalb der Aufnahmeposition für die Mikrotitierplatte angeordneten Infrarotsensor 582. Mithilfe einer dreidimensional verfahrbaren Probenmanipulationseinrichtung 575 zum Bewegen der Mikrotiterplatte 510 relativ zu der Strahlungs-Austrittsöffnung 420 können einzelne Proben sukzessive vor die Austrittsöffnung positioniert werden.. Advantageously, the radiation outlet opening is so small in diameter that in typical microtiter plates in this way only a single sample can be warmed up by means of microwave radiation, while the other samples are practically unaffected by microwave radiation at ambient temperature (or another previously set temperature). stay. Selective heating of individual samples is thus possible in a targeted manner. The heating can be monitored and controlled under observation by the non-contact temperature measuring device. This has, similar to the other embodiments, an above the receiving position for the microtiter plate arranged infrared sensor 582. Using a three-dimensionally movable sample manipulation device 575 for moving the microtiter plate 510 relative to the radiation outlet opening 420 individual samples can be successively positioned in front of the outlet opening.

[0074] Bei den Systemen 600 in Fig. 6 und 700 in Fig. 7 sind die Einrichtungen zum Positionieren der Mikrotitierplatte, zum Aufheizen von Proben mittels Nahfeld-Hohlwellenleiter und zur Temperaturregelung identisch zum Ausführungsbeispiel der Fig. 4 und 5 . Unterschiede bestehen hier nur bezüglich des Aufbaus der Messeinrichtungen. In the systems 600 in FIGS. 6 and 700 in FIG. 7, the means for positioning the microtiter plate, for heating samples by means of near-field hollow waveguides and for temperature control are identical to the embodiment of FIGS. 4 and 5. Differences exist only with regard to the structure of the measuring equipment.

[0075] Beim System 600 von Fig. 6 wird das Licht der Lichtquelle 630 ohne Verwendung von Lichtleitern über einen schräggestellten Umlenkspiegel von oben auf die Probe eingestrahlt, während das Emissionslicht über einen Parabolspiegel zum Detektor gelangt (vgl. zum Beispiel erstes Ausführungsbeispiel). In the system 600 of Fig. 6, the light of the light source 630 is irradiated to the sample from above without using optical fibers via an inclined reflecting mirror, while the emission light passes through a parabolic mirror to the detector (see, for example, first embodiment).

[0076] Bei der Variante von Fig. 7 werden der Anregungspfad 732 und der Emissionspfad 736 über einen geometrischen Strahlteiler 770 in Form eines Lochspiegels separiert, der oberhalb der Messposition angeordnet ist und eine zentrische Öffnung aufweist, durch die das Anregungslicht unmittelbar von der oberhalb der Messposition angeordneten Lichtquelle 730 in eine Probe eingestrahlt werden kann. Das Emissionslicht gelangt über eine reflektierende Fläche des geometrischen Strahlteilers zum Detektor 740. In the variant of FIG. 7, the excitation path 732 and the emission path 736 are separated via a geometric beam splitter 770 in the form of a hole mirror, which is arranged above the measurement position and has a centric opening through which the excitation light directly from above Measuring position arranged light source 730 can be irradiated in a sample. The emission light passes over a reflecting surface of the geometric beam splitter to the detector 740.

[0077] Fig. 8A zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Konfiguration zur Aufheizung einer Probe in einer Mikrotitierplatte auf maximal die Siedetemperatur des eingesetzten Lösungsmittels für einen längeren Zeitraum. Auf ein Näpfchen 812 einer Mikrotitierplatte 810 ist im Wesentlichen gasdicht ein Aufsatz 820 gebracht, der im Wesentlichen aus einem nach oben geöffneten Rohr aus einem nicht metallischen Material, z.B. kohlefaserdurchsetztem Kunststoff oder Glas besteht. Fig. 8A shows an embodiment of a configuration for heating a sample in a microtiter plate to a maximum of the boiling temperature of the solvent used for a longer period. On a well 812 of a microtiter plate 810, a cap 820 is made substantially gas-tight, consisting essentially of an upwardly open tube of a non-metallic material, e.g. carbon fiber-reinforced plastic or glass.

[0078] Der Aussendurchmesser des Aufsatzes ist in seinem auf ein Näpfchen 812 aufsetzbaren Einlassbereich geringfügig kleiner der Innendurchmesser des Näpfchens an seinem oberen offenem Ende, so dass der Aufsatz mit seinen Einlassbereich ein kleines Stück in das Näpfchen eingeführt werden kann. Anschliessend an der Einlassbereich ist eine nach aussen ragende Schulter ausgebildet, deren Aussendurchmesser etwas grösser als der Durchmesser der Näpfchenöffnung ist, so dass der Aufsatz das Näpfchen im Wesentlichen gasdicht abdichtet. The outer diameter of the attachment is in its placed on a well 812 inlet portion slightly smaller than the inner diameter of the cup at its upper open end, so that the essay can be introduced with its inlet portion a small piece in the well. Subsequently, at the inlet region, an outwardly projecting shoulder is formed, whose outer diameter is slightly larger than the diameter of the well opening, so that the attachment seals the well substantially gas-tight.

[0079] Durch Erwärmung der Probe 835 mittels Mikrowellenstrahlung von einer niedrigeren Temperatur Ti auf eine höhere Temperatur T2> T1nach einem der oben beschriebenen Verfahren beginnt das Lösungsmittel zu sieden und steigt als Dampf nach oben ins Innere des Aufsatzes. Da durch die Verwendung von Mikrowellenstrahlung als Energiequelle das aufgesetzte Rohr im Wesentlichen nicht erwärmt wird, kühlt sich der Dampf an den Rohrwänden ab und kondensiert. Das flüssige Kondensat kann wieder zurück in das Näpfchen 812 tropfen. By heating the sample 835 by means of microwave radiation from a lower temperature Ti to a higher temperature T2> T1 according to one of the methods described above, the solvent begins to boil and rises as a vapor up into the interior of the tower. Since the patch tube is not heated substantially by the use of microwave radiation as an energy source, the steam cools on the tube walls and condenses. The liquid condensate may drip back into the well 812.

[0080] In einer weiteren Ausführungsform gemäss Fig. 8B ist das Rohr dergestalt, dass es sich nach oben verjüngt. Durch diese Anordnung erreicht man eine effizientere Rekondensation des Lösungsmitteldampfes. In a further embodiment according to FIG. 8B, the tube is such that it tapers upwards. This arrangement achieves a more efficient recondensation of the solvent vapor.

[0081] In einer anderen Ausführungsform hat das Rohr wie in Fig. 8C gezeigt eine nach oben hin ansteigende Wandstärke. Hierdurch erreicht man aufgrund der hohen Wärmekapazität des Rohres einen grösseren Wärmegradienten von T2nach T1und somit bei gegebener Rohrlänge eine effizientere Gaskondensation. In another embodiment, the tube has an upwardly increasing wall thickness, as shown in FIG. 8C. As a result, due to the high heat capacity of the tube, a greater thermal gradient of T2 to T1 and thus more efficient gas condensation at a given tube length is achieved.

[0082] Fig. 9A zeigt ein Ausführungsbeispiel zur destillativen Trennung von flüssigen Substanzgemischen in Mikrotitierplatten. Hierbei werden zwei benachbarte Näpfchen 812-1, 812-2 über eine zum zweiten Näpfchen hin abfallende Brücke 830 miteinander verbunden, dergestalt, dass die Brücke auf dem ersten Näpfchen 812-1, in dem sich das Substanzgemisch befindet und das als Destilliernäpfchen bezeichnet werden kann, im Wesentlichen gasdicht aufsitzt, während sie auf dem zweiten Näpfchen 812-2, das als Vorlagenäpfchen bezeichnet werden kann, so aufliegt, dass ein Gasaustausch mit der Umgebung stattfindet kann. Durch Erwärmung der Probe mit Mikrowellenstrahlung nach einem der oben beschriebenen Verfahren beginnt das Lösungsmittel zu sieden und steigt als Dampf nach oben. Da durch die Verwendung von Mikrowellenstrahlung als Energiequelle die aufgesetzte Brücke im Wesentlichen nicht erwärmt wird, kühlt sich der Dampf an den Brückenwänden ab und kondensiert. Das Kondensat fliesst an der abfallenden Seite der Brücke ab und gelangt so in das Vorlagenäpfchen. Unter Ausnutzung unterschiedlicher Siedepunkte eines Substanzgemischs können auf diese Weise zwei Fraktionen voneinander getrennt werden. Die Trennleistung kann gesteigert werden, indem in die Brücke nicht gezeigte Stege aufweist, die oberhalb des Destilliernäpfchens in den Gasraum ragen. An diesen Stegen kann der Dampf rekondensieren, herabtropfen und wieder in die Gasphase übergehen. 9A shows an exemplary embodiment for the distillative separation of liquid substance mixtures in microtiter plates. In this case, two adjacent wells 812-1, 812-2 are connected to one another via a bridge 830 sloping down to the second well, such that the bridge can be referred to as the distillation well on the first well 812-1, in which the substance mixture is located , Essentially gas-tight, while on the second well 812-2, which can be referred to as a suppository, rests so that a gas exchange with the environment can take place. By heating the sample with microwave radiation according to one of the methods described above, the solvent begins to boil and ascends as steam. Since the patch bridge is essentially not heated by the use of microwave radiation as an energy source, the vapor cools on the bridge walls and condenses. The condensate flows off the sloping side of the bridge and thus enters the master cup. By utilizing different boiling points of a substance mixture, two fractions can be separated from one another in this way. The separation efficiency can be increased by having webs, not shown in the bridge, which protrude above the distillation well into the gas space. At these webs, the vapor can condense, drip and re-enter the gas phase.

[0083] Hierdurch erhöht sich die Zahl der effektiven Destillationsschritte und die Trennleistung wird gesteigert. In der klassischen präparativen Chemie wird dieses Verfahren als Steigerung der Anzahl theoretischer Böden durch Einbringen einer Destillationskolonne bezeichnet (Kolonnendestillation). This increases the number of effective distillation steps and the separation efficiency is increased. In classical preparative chemistry, this process is referred to as increasing the number of theoretical plates by introducing a distillation column (column distillation).

[0084] In einem in Fig. 9B dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Brücke eine in Richtung Vorlagenäpfchen steigende Wandstärke auf. Hierdurch erreicht man aufgrund der hohen Wärmekapazität der Brücke einen grösseren Wärmegradienten von T2nach T1und somit bei gegebener Brückenlänge eine effizientere Gaskondensation. In an exemplary embodiment illustrated in FIG. 9B, the bridge has a wall thickness increasing in the direction of the suppository cups. As a result, due to the high heat capacity of the bridge, a greater thermal gradient of T2 to T1 is achieved, and thus more efficient gas condensation for a given bridge length.

[0085] Ein weiteres in Fig. 9C gezeigtes Ausführungsbeispiel verwendet als Brücke ein gekrümmtes Rohr, das auf der Seite des Destilliernäpfchens eine im wesentlichen horizontale Öffnung zum Gasraum hin aufweist und auf der Seite des Vorlagenäpfchens eine im wesentlichen senkrechte Öffnung aufweist, so dass im Rohr kondensiertes Gas in das Vorlagenäpfchen tropfen kann. Another embodiment shown in Fig. 9C uses as a bridge a curved tube having on the side of the distillation well a substantially horizontal opening to the gas space and having on the side of the task suppository a substantially vertical opening, so that in the tube condensed gas can drip into the master cup.

[0086] Bei beiden oben geschilderten Verfahren zur Erwärmung von Proben in Mikrotitierplatten mit Mikrowellenstrahlung zur Modifikation des molekularen Aufbaus oder zur Trennung eines homogenen Substanzgemischs wird die Mikrowellenstrahlung nicht so eingesetzt, dass unmittelbar durch die Beaufschlagung mit der Mikrowellenstrahlung die molekulare Integrität der Probe beeinflusst wird. Vielmehr dient die Mikrowellenstrahlung nur dazu, das Lösungsmittel durch Orientierungspolarisation der darin enthaltenen Dipole zu erwärmen. Dadurch ist gewähreistet, dass die gewonnen Erkenntnisse auch für grössere Substanzmengen skalieren. In both methods described above for heating samples in microtiter plates with microwave radiation to modify the molecular structure or to separate a homogeneous substance mixture, the microwave radiation is not used so that the molecular integrity of the sample is directly influenced by the exposure to the microwave radiation. Rather, the microwave radiation serves only to heat the solvent by orientation polarization of the dipoles contained therein. It is therefore guaranteed that the findings gained scale for larger amounts of substance.

[0087] Aktuelle Forschungsarbeiten untersuchen, inwieweit intensive Mikrowellenstrahlung die chemischen Eigenschaften von Substanzen direkt beeinflussen können. Diese Einflussnahme ist bei den beschriebenen Beispielen nicht vorgesehen, kann aber ggf. zusätzlich ausgenutzt werden, wenn leistungsstarke Mikrowellenquellen Verwendung finden. Current research investigates to what extent intensive microwave radiation can directly influence the chemical properties of substances. This influence is not provided in the examples described, but may optionally be exploited if powerful microwave sources are used.

[0088] Ausführungsformen der beanspruchten Erfindungen können einen oder mehrere der folgenden Vorteile bieten. Embodiments of the claimed inventions may provide one or more of the following advantages.

[0089] Eine ausschliesslich lokale Erwärmung der Probe: Hierdurch können wesentlich kürzere Aufheizzeiten im Bereich weniger Sekunden erreicht werden. Gleichzeitig wird der Geräteinnenraum nicht aufgeheizt und muss daher entsprechend nicht langsam abkühlen. Daher können Messungen bei unterschiedlichen Temperaturen in direkter Abfolge durchgeführt werden. An exclusively local heating of the sample: As a result, much shorter heating times in the range of a few seconds can be achieved. At the same time, the device interior is not heated and therefore does not have to cool down accordingly. Therefore, measurements at different temperatures can be made in direct sequence.

[0090] Eine exakte Temperaturregelung: Wird über eine IR-Diode oder einen anderen IR-Sensor die Temperatur der Probe in Echtzeit verfolgt, kann diese durch Einstellung der Mikrowellenleistung (im cw- oder im Pulsbetrieb) sehr präzise über eine Rückkopplung geregelt werden (feedback control). Somit erreicht man eine hochpräzise Probenthermostatisierung, die mit herkömmlichen Verfahren nicht in vergleichbarer Weise möglich ist. An exact temperature control: If the temperature of the sample is tracked in real time via an IR diode or another IR sensor, this can be controlled very precisely via feedback by adjusting the microwave power (in cw or pulse mode) control). Thus one achieves a high-precision sample thermostatization, which is not possible in a comparable manner with conventional methods.

[0091] Eine Erzeugung von Temperaturprofilen: Ein aktiver Temperatur-Regelkreis kann in Verbindung mit den kurzen Reaktionszeiten dafür sorgen, dass Anwender-spezifische Temperaturprofile gefahren werden können. Das ist einerseits z.B. für zweidimensionale Kinetikstudien von Vorteil und eröffnet andererseits das Feld der DNA-Hybridisierung: durch eine genaue Festlegung des Aufheiz- und Abkühlprofils können Hybridisierungsfehler nahezu vermieden werden. A generation of temperature profiles: An active temperature control loop, in conjunction with the short reaction times, can ensure that user-specific temperature profiles can be run. This is on the one hand e.g. for two-dimensional kinetic studies of advantage and on the other hand opens the field of DNA hybridization: by an accurate determination of the heating and Abkühlprofils hybridization errors can be almost avoided.

[0092] Eine Erweiterung des Anwendungsspektrums der Geräte. Es ist nach Überlegungen der Erfinder möglich, im Rahmen u-chemischer Prozesse einfache Reaktions- und Trennschritte in einem Multilabel-Gerät mit einer Mikrowellenquelle als zentraler Energiequelle durchzuführen. In Kombination mit Injektoren oder auch Dispergiereinheiten kann hier mit entsprechenden Aufsätzen unter Rückfluss erhitzt und gerührt sowie von einem Well in ein Nachbarwell destilliert werden. Voraussetzung hierfür ist ein grosser Temperaturgradient, der erreicht wird, indem ein Aufheizen der Destillationsbrücke (z.B als einfaches gebogenes Rohr ausgeführt) verhindert wird. Die lokale Erwärmung mit Hilfe von Mikrowellenstrahlung genügt dieser Anforderung. An extension of the application spectrum of the devices. According to the inventors, it is possible to carry out simple reaction and separation steps in a multilabel device with a microwave source as a central energy source in the context of u-chemical processes. In combination with injectors or dispersing units, it is possible to reflux and stir with appropriate attachments and to distil from one well into a neighboring well. The prerequisite for this is a large temperature gradient, which is achieved by preventing the distillation bridge from heating up (for example, as a simple bent pipe). Local heating with the help of microwave radiation meets this requirement.

[0093] Auf diese Weise kann sich ein Multilabelreader bzw. Mikroplatten-Lesegerät vom reinen Messgerät zum integrierten Syntheseroboter mit Analyseeinheit entwickeln. Ein solcher Ansatz ist für systemische Ansätze z.B. in der Polymerforschung äusserst hilfreich, da hier mit einer begrenzten Anzahl von Ausgangssubstanzen Reaktionsbedingungen und Konzentrationen durchpermutiert werden, um gewünschte Produkteigenschaften zu erzielen. In this way, a multilabel reader or microplate reader can develop from the pure measuring device to the integrated synthesis robot with analysis unit. Such an approach is useful for systemic approaches e.g. This is extremely helpful in polymer research, since reaction conditions and concentrations are permuted with a limited number of starting materials in order to achieve desired product properties.

Claims (26)

1. Verfahren zur Ermittlung von Eigenschaften von Proben mittels eines Mikroplatten-Lesegeräts, wobei die Proben in Näpfchen einer Mikrotiterplatte angeordnet sind, mit folgenden Schritten: Füllen von Näpfchen einer Mikrotiterplatte mit Proben, die mindestens eine Probensubstanz in einem flüssigen Medium enthalten; Aufheizen von Proben mittels einer Heizeinrichtung; Anordnen der Mikrotiterplatte in einer Messposition innerhalb einer Messkammer des Mikroplatten-Lesegeräts; Untersuchen von Proben vor, während und/oder nach dem Aufheizen in mindestens einem Betriebsmodus des Mikroplatten-Lesegeräts durch Messung von aus den Proben emittierter Strahlung; dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufheizen der Proben Mikrowellenstrahlung verwendet wird.1. A method for determining properties of samples by means of a microplate reader, wherein the samples are arranged in wells of a microtiter plate, comprising the following steps: Filling wells of a microtiter plate with samples containing at least one sample substance in a liquid medium; Heating samples by means of a heating device; Placing the microtiter plate in a measuring position within a measuring chamber of the microplate reader; Examine samples before, during, and / or after heating in at least one mode of operation of the microplate reader by measuring radiation emitted from the samples; characterized in that For heating the samples microwave radiation is used. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufheizen Mikrowellenstrahlung aus einem Frequenzbereich von 2320 MHz bis 2450 MHz eingestrahlt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that for heating microwave radiation from a frequency range of 2320 MHz to 2450 MHz is irradiated. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Aufheizphase mindestens zeitweise Mikrowellenstrahlung einer ersten Mikrowellenquelle und mindestens einer davon gesonderten zweiten Mikrowellenquelle gleichzeitig eingestrahlt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that in a heating phase at least temporarily microwave radiation of a first microwave source and at least one separate second microwave source is irradiated simultaneously. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Mikrowellenquelle und eine zweite Mikrowellenquelle amplitudenmoduliert und/oder phasenmoduliert derart aufeinander abgestimmt gesteuert werden, dass durch die erste und die zweite Mikrowellenquelle eine zeitabhängig variierende Feldverteilung von Mikrowellenstrahlung erzeugt wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a first microwave source and a second microwave source amplitude-modulated and / or phase-modulated controlled in such a coordinated that is generated by the first and the second microwave source, a time-varying field distribution of microwave radiation. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufheizen im zeitlichen Mittel in mehreren oder allen Proben im Wesentlichen die gleiche Energiemenge deponiert wird.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that during heating in the time average in several or all samples substantially the same amount of energy is deposited. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Aufheizung während einer Messung durchgeführt wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at least a portion of the heating is carried out during a measurement. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein nicht-propagierendes Mikrowellen-Evaneszenzfeld erzeugt wird, welches eine räumliche Ausdehnung hat, die eine selektive Aufheizung einzelner Proben erlaubt.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a non-propagating microwave Evaneszenzfeld is generated, which has a spatial extent, which allows selective heating of individual samples. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine kontaktlose Messung der Temperatur von Proben zur Ermittlung von Probentemperaturwerten, wobei vorzugsweise zur Messung der Temperatur von den Proben ausgehende Infrarotstrahlung gemessen wird.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized by a non-contact measurement of the temperature of samples for determining sample temperature values, preferably for measuring the temperature of the samples emitted infrared radiation is measured. 9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Steuern der Mikrowellenstrahlung in Abhängigkeit der Probentemperaturwerte oder davon abgeleiteter Werte.9. The method according to claim 8, characterized by controlling the microwave radiation as a function of the sample temperature values or values derived therefrom. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messung der Temperatur von Proben mindestens phasenweise während der Aufheizung durchgeführt wird.10. The method according to any one of claims 8 or 9, characterized in that a measurement of the temperature of samples is carried out at least in phases during the heating. 11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizung durch Mikrowellenstrahlung dazu verwendet wird, die Probe in ihrem molekularen Aufbau zu modifizieren.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the heating by microwave radiation is used to modify the sample in its molecular structure. 12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizung durch Mikrowellenstrahlung dazu verwendet wird, heterogene Probensysteme in einzelne Bestandteile aufzutrennen, insbesondere im Wege einer Destillation zwischen unmittelbar oder mittelbar benachbarten Näpfchen einer Mikrotitierplatte.12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the heating by microwave radiation is used to separate heterogeneous sample systems into individual components, in particular by way of distillation between directly or indirectly adjacent wells of a Mikrotitierplatte. 13. System (100, 200, 300, 500, 600, 700) zur Ermittlung von Eigenschaften von Proben (135), die in Näpfchen (112) einer Mikrotiterplatte (110, 210, 510) angeordnet sind, mit: einer Messkammer (120) zur Aufnahme mindestens einer Mikrotitierplatte in einer Messposition; einer Heizeinrichtung (190, 290, 390, 590) zum Aufheizen von Proben, die sich in Näpfchen der Mikrotiterplatte befinden; Messeinrichtungen zum Untersuchen von in der Messkammer angeordneten Proben während und/oder nach dem Aufheizen in mindestens einem Betriebsmodus durch Messung von aus den Proben emittierter Strahlung; dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (190, 290, 390, 590) mindestens eine Mikrowellenquelle (160-1, 160-2) zur Erzeugung von Mikrowellenstrahlung aufweist, welche zum Aufheizen auf Proben einstrahlbar ist.13. System (100, 200, 300, 500, 600, 700) for determining properties of samples (135) which are arranged in wells (112) of a microtiter plate (110, 210, 510), comprising: a measuring chamber (120) for receiving at least one Mikrotitierplatte in a measuring position; a heater (190, 290, 390, 590) for heating samples located in wells of the microtiter plate; Measuring devices for examining samples arranged in the measuring chamber during and / or after heating in at least one operating mode by measuring radiation emitted from the samples; characterized in that the heating device (190, 290, 390, 590) has at least one microwave source (160-1, 160-2) for generating microwave radiation, which can be irradiated onto samples for heating. 14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (190) eine für Mikrowellenstrahlung im Wesentlichen dichte Heizkammer (150) mit einer metallischen Abschirmung (154) aufweist.14. System according to claim 13, characterized in that the heating device (190) has a microwave radiation substantially dense heating chamber (150) with a metallic shield (154). 15. System nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizkammer (150) eine von der Messkammer (120) gesonderte Kammer ist und dass eine Transfereinrichtung (175) zum Transfer von Mikrotiterplatten (110) zwischen der Heizkammer (150) und der Messkammer (120) vorgesehen ist.15. System according to claim 13 or 14, characterized in that the heating chamber (150) is a separate chamber from the measuring chamber (120) and that a transfer device (175) for transferring microtiter plates (110) between the heating chamber (150) and the Measuring chamber (120) is provided. 16. System nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Messkammer (220) als eine für Mikrowellenstrahlung im Wesentlichen dichte Heizkammer mit einer metallischen Abschirmung ausgelegt ist.16. System according to claim 13 or 14, characterized in that the measuring chamber (220) is designed as a microwave radiation substantially dense heating chamber with a metallic shield. 17. System nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (190, 290) eine erste Mikrowellen-Sendeantenne (162-1, 262-1) und eine davon räumlich getrennte zweite Mikrowellen-Sendeantenne (162-2, 262-2) aufweist.17. System according to one of claims 13 to 16, characterized in that the heating device (190, 290) comprises a first microwave transmitting antenna (162-1, 262-1) and a spatially separated second microwave transmitting antenna (162-2, 262-2). 18. System nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (190) eine erste Mikrowellenquelle (160-1) und mindestens eine davon gesonderte zweite Mikrowellenquelle (160-2) aufweist.18. System according to any one of claims 13 to 17, characterized in that the heating device (190) has a first microwave source (160-1) and at least one separate second microwave source (160-2). 19. System nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (170), die derart konfiguriert ist, dass die erste Mikrowellenquelle (160-1) und die zweite Mikrowellenquelle (160-2) amplitudenmoduliert und/oder phasenmoduliert derart aufeinander abgestimmt steuerbar sind, dass durch die erste und die zweite Mikrowellenquelle eine zeitabhängig variierende Feldverteilung von Mikrowellenstrahlung erzeugbar ist.19. System according to claim 18, characterized by a control device that is configured such that the first microwave source and the second microwave source are amplitude-modulated and / or phase-modulated in a coordinated manner such that a time-varying field distribution of microwave radiation can be generated by the first and the second microwave source. 20. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung einen mit einer Mikrowellenquelle (460) gekoppelten Nahfeld-Hohlwellenleiter (400) aufweist, der eine Strahlungs-Austrittsöffnung (420) aufweist, welche einen wirksamen Durchmesser (D) von weniger als der Hälfte der Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung hat, wobei der Durchmesser vorzugsweise im Bereich von 0.5 mm bis 6 mm liegt.The system of claim 13, characterized in that the heater comprises a near-field hollow waveguide (400) coupled to a microwave source (460) having a radiation exit aperture (420) having an effective diameter (D) less than that Half the wavelength of the microwave radiation, wherein the diameter is preferably in the range of 0.5 mm to 6 mm. 21. System nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch eine Probenmanipulationseinrichtung (575) zum Bewegen der Mikrotiterplatte (520) relativ zu der Strahlungs-Austrittsöffnung (420).The system of claim 20, characterized by sample manipulation means (575) for moving the microtiter plate (520) relative to the radiation exit port (420). 22. System nach einem der Ansprüche 13 bis 20, gekennzeichnet durch eine Temperaturmesseinrichtung (180) zur kontaktlosen Messung der Temperatur von Proben zur Ermittlung von Probentemperaturwerten, wobei vorzugsweise die Temperaturmesseinrichtung mindestens einen Temperatursensor (182, 282, 582) aufweist, der ausgewählt ist aus der Gruppe Infrarotdiode, Infrarot-Diodenarray und Infrarotkamera.22. System according to any one of claims 13 to 20, characterized by a temperature measuring device (180) for non-contact measurement of the temperature of samples for determining sample temperature values, wherein preferably the temperature measuring device has at least one temperature sensor (182, 282, 582) which is selected from the group infrared diode, infrared diode array and infrared camera. 23. System nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch Temperaturregelungseinrichtung, die dafür konfiguriert ist, die Mikrowellenstrahlung in Abhängigkeit der Probentemperaturwerte oder davon abgeleiteter Werte zu steuern.A system according to claim 22, characterized by temperature control means configured to control the microwave radiation in dependence on the sample temperature values or values derived therefrom. 24. System nach einem der Ansprüche 14 bis 19 oder 22 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtungen mindestens einen optischen Pfad (232, 332, 336) aufweisen, der durch eine für Mikrowellenstrahlung dichte Durchbrechung in der metallischen Abschirmung (255-1, 355-2) der Heizkammer (290, 390) führt, wobei vorzugsweise der optische Pfad durch einen Lichtleiter (333, 337) führt.24. System according to any one of claims 14 to 19 or 22 to 23, characterized in that the measuring means comprise at least one optical path (232, 332, 336), which by a microwave-dense aperture in the metallic shield (255-1, 355-2) of the heating chamber (290, 390), wherein preferably the optical path through an optical fiber (333, 337) leads. 25. System nach einem der Ansprüche 14 bis 24, gekennzeichnet durch mindestens einen Aufsatz (820), der über einem oder mehreren Näpfchen derart anordenbar ist, dass verdampfte Flüssigkeit der Probe an Wandungen des Aufsatzes kondensieren und zurück in das oder die Näpfchen tropfen kann und/oder mindestens einen Aufsatz (830), der derart über einem oder mehreren Näpfchen anordenbar ist, dass verdampfte Flüssigkeit an den Wandungen des Aufsatzes kondensieren und so umgelenkt werden kann, dass die Flüssigkeit zumindest teilweise in ein mittelbar oder unmittelbar benachbartes Näpfchen tropfen kann.25. System according to any one of claims 14 to 24, characterized by at least one attachment (820) which can be arranged over one or more wells such that evaporated liquid of the sample can condense on walls of the essay and drip back into the one or more wells and / or at least one attachment (830) that can be arranged above one or more wells such that vaporized liquid can condense on the walls of the attachment and be deflected so that the liquid can at least partially drip into an indirectly or immediately adjacent well. 26. Verwendung von Mikrowellenstrahlung zum Aufheizen von Proben, die in Näpfchen einer Mikrotiterplatte angeordnet sind, bei einem Verfahren zur Ermittlung biologischer oder anderer Eigenschaften der Proben.26. Use of microwave radiation to heat samples placed in wells of a microtiter plate in a method of detecting biological or other properties of the samples.
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