DE10035709C2 - Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung und Bestimmung von biologisch aktiven Substanzen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung und Bestimmung von biologisch aktiven Substanzen in einer zu analysierenden Flüssigkeit mit einer Lichtquelle zur Erzeugung eines Meßlichtstrahls, einem Wellenlängenselektor, einem Polarisator, einem Polarisationsmodulator, einer Meßzelle zur Aufnahme der zu analysierenden Flüssigkeit sowie einem Photodetektor, wobei der Wellenlängenselektor, der Polarisator, der Polarisationsmodulator, die Meßzelle sowie der Photodetektor so angeordnet sind, daß sie in der genannten Reihenfolge von dem Meßlichtstrahl durchlaufen werden. Zwischen der Meßzelle und dem Photodetektor ist ein Depolarisator für den Meßlichtstrahl angeordnet.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vor­ richtung und ein Verfahren zur Erfassung und Bestim­ mung von biologisch aktiven Substanzen in einer zu analysierenden Flüssigkeit. Derartige Vorrichtungen und Verfahren finden Anwendung in der Medizintechnik und in der Biotechnologie, insbesondere zur Bestim­ mung von biologisch aktiven Substanzen (BAS) in zu analysierenden Flüssigkeiten. Die Einsatzbereiche liegen in der medizinischen und chemischen Biochemie, der molekularen Pharmakologie bei der Erforschung von Pharmaco-Kinetiken, bei der Erforschung von biolo­ gisch aktiven Komplexen, in der pharmazeutischen In­ dustrie und im Bereich der Ökologie. Öffentlich er­ hältlich ist das Gerät J-710/720 Spektropolarimeter (Fa. Jasco), das eine Lichtquelle, einen Wellenlän­ gensektor, einen Polarisator, einen Polarisationsmo­ dulator sowie eine Meßzelle mit zu analysierender Probe, einen Photodetektor, einen Lock-In-Verstärker, einen DC-Verstärker und einen Computer aufweist. Mit diesem Gerät wird der Zirkular-Dichroismus (CD) der Probe bestimmt, der proportional ist zum Wert der BAS-Konzentration. Dieses Gerät weist jedoch keinen Signalmittelungs-Modus auf und hat daher eine nur un­ zureichende Nachweisgrenze von 10^-7 molar für die BAS-Bestimmung, ein hohes Gewicht, große Abmaße, eine hohe Leistungsaufnahme, einen hohen Preis und ist insbesondere kaum zu transportieren.

Der vorliegenden Erfindung am nächsten kommt das Ge­ rät, das in der russischen Patentschrift Nr. 2107280 beschrieben ist. Dieses ist ebenfalls zur Bestimmung von BAS in einer zu analysierenden Flüssigkeit ausge­ legt und besteht aus einer fest installierten Licht­ quelle, einem Wellenlängenselektor, einem Polarisa­ tor, einem Polarisationsmodulator, einer Zelle mit zu analysierender Probe, einem Photodetektor, einem Lock-in-Verstärker, einer Auswerteeinheit und einer Steuereinheit.

Dieses Gerät beinhaltet ebenfalls einen photoelasti­ schen Polarisationsmodulator, der aus zwei verbunde­ nen Balken aus kristallinem und geschmolzenem Quarz besteht, auf zwei Sockeln, an Knotenpunkten der lon­ gitudinalen Schwingung ruht, und von oben, an eben diesen Knotenpunkten mit zwei Gummispitzen angepresst wird. In diesem System werden longitudinale Schwin­ gungen über eine, an den beschichteten Flächen des kristallinen Quarzstabs, angelegte elektrische Anre­ gungsspannung erzeugt, woraus eine alternierende Ro­ tationsänderung des Polarisationsvektors eines durch den Quarzstab, aus geschmolzenem Quarz, laufenden Lichtstrahls resultiert. Das Befestigungsdesign schließt die Möglichkeit von Verschiebungen in der horizontalen Ebene nicht aus, und damit ebenfalls nicht die Verringerung des Q-Faktors und der Effekti­ vität des Modulators, was zu einer Verschlechterung der Empfindlichkeit des Gerätes führt.

Hinzu kommt, daß bei diesem Gerät die Elektronik für die Modulatoranregung in einem separaten Gehäuse, in einiger Entfernung des schwingenden Systems, unterge­ bracht ist, was den Einfluß von zusätzlichen Störgrö­ ßen des Modulators auf andere Komponenten des Gerätes erhöht, eingeschlossen den Lock-In-Verstärker- Eingang, was zu einer geringeren Empfindlichkeit der CD-Detektion führt, z. B. bei der Bestimmung von BAS- Konzentrationen.

Weiterhin wird in dem vorhandenen Gerät eine Zelle mit zu analysierender Probe aus Quarz verwendet, die von oben in eine Halterung zur Fixierung der vertika­ len Position eingelegt wird. Dieses Zellendesign schließt eine mögliche Temperaturdrift nicht aus, welche nicht nur die optischen Eigenschaften des Zel­ lenmaterials verändert, sondern auch zu einem abwei­ chenden Anteil des CD-Signals der Probe führt, und, was noch wichtiger ist, die spezifischen Eigenschaf­ ten von bestimmbaren BAS sowie der Desoxyribonuklein­ säure (DNA) der Probe ändert.

Weiterhin wird in diesem bekannten Gerät ein Photode­ tektor mit minimaler Polarisationsempfindlichkeit zum detektierten Lichtstrahl verwendet, um ein falsches CD-Signal, das durch die Eigenschaften des Photode­ tektordesigns und des Fenstermaterials entstehen kann, zu minimieren oder auszuschliessen, das heißt, um Änderungen der Grundlinie des Gerätes zu vermin­ dern. So setzt die vorangegangene Forderung den Ein­ satz eines speziell entwickelten Photodetektors voraus, welcher um Größenordnungen teurer ist.

Hinzu kommt die Verwendung eines Lock-In-Verstärkers in diesem Gerät, welcher auf dem Prinzip der Multi­ plikation von Nutzsignal (proportional zum CD-Signal) und Referenzsignal (mit einer Modulationsfrequenz) mit nachfolgender Filterung durch einen Tiefpaßfilter und einer DC-Verstärkung des resultierenden Signals auf dem benötigten Signalpegel beruht. Die Verwendung einer DC-Verstärker-Stufe führt unweigerlich zu einer Temperaturdrift der Grundlinie. Weiterhin reduziert der Einsatz des analogen Tiefpassfilters die Möglich­ keit einer konsequenten Auswertung des Nutzsignals, wegen der limitierten Anzahl an Zeitkonstanten des Filters.

Die oben angeführten Faktoren verschlechtern die Ge­ nauigkeit und die Reproduzierbarkeit der CD-Meß­ ergebnisse, verschlechtern die Empfindlichkeit des Gerätes und limitieren das Feld von bestimmbaren BAS, was in der Folge die Einsatzgebiete des Gerätes ein­ schränken, vor allem bei der Bestimmung von kleinen Konzentrationen bei vielen BAS, was die eigentliche Grundlage in der klinischen, biochemischen und phar­ makologischen Praxis sowie wissenschaftlicher For­ schung bildet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stel­ len, mit dem mit hoher Genauigkeit und hoher Reprodu­ zierbarkeit biologisch aktive Substanzen in beliebi­ gen Flüssigkeiten erfaßt und die Konzentration dieser Substanzen bestimmt werden können.

Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß Pa­ tentanspruch 1 und das Verfahren gemäß Patentanspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung werden in den jeweiligen ab­ hängigen Ansprüchen gegeben.

Erfindungsgemäß ist zwischen der Meßzelle und dem Photodetektor ein Depolisator für den Meßlichtstrahl angeordnet, der den zirkularpolarisierten Meßlicht­ strahl in einen Lichtstrahl mit zufällig verteilter Polarisation transformiert. Der Einsatz dieses Depo­ larisators erlaubt es, die Polarisationsempfindlich­ keit des Photodektors zu vernachlässigen, was die An­ forderungen an dessen Design und Fenstermaterial dra­ stisch reduziert und die Verwendung eines kostengün­ stigeren Detektors mit verfügbaren elektrischen und spektralen Eigenschaften erlaubt. Der Depolarisator kann dabei vorteilhafterweise aus zwei festgefügten keilförmigen optischen Prismen bestehen, von denen eines aus kristallinem und das andere aus geschmolze­ nem Quarz (Kompensator) besteht und der in der Ebene orthogonal zum Lichtstrahl rotiert werden kann.

Vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Vor­ richtung einen photoelastischen Polarisationsmodula­ tor auf, der aus zwei verklebten Balken aus kristal­ linem und geschmolzenem Quarz besteht, dessen mecha­ nische Halterung eine mögliche Verschiebung in der horizontalen Ebene und damit eine Reduzierung des Q- Faktors der Systemschwingungen ausschließt. Hierzu ruhen die Balken auf den Kanten zweier dreieckiger Sockel, welche an Knotenpunkten der longitudinalen Schwingung angeordnet sind. Auf seiner Oberseite be­ sitzt jeder Balken eine Vertiefung (Bohrung) in die Haltestifte, welche am Metallkörper des Modulators befestigt sind, eingeführt werden und so keine Ver­ schiebung des Modulators, z. B. aufgrund möglicher Stöße und Vibrationen während des Betriebs oder eines Transports, zulassen. Hierdurch wird einer Ver­ schlechterung des Q-Faktors der Schwingung entgegen­ gewirkt.

Vorteilhafterweise wird in der vorgestellten Vorrich­ tung eine Meßzelle mit rückgekoppelter Temperaturkon­ trolle, benutzt, welche auf dem Einsatz von Peltier- Elementen beruht, und die Möglichkeit einer program­ mierbaren Führung oder Stabilisierung der Zellentem­ peratur bietet. Das Design der Zelleneinheit ist so ausgelegt, daß die optische Zelle mit der Probe in einem Metallbehälter eingelegt ist, welcher seiner­ seits in einem Metallbett gehaltert wird, an welchem an der Außenseite Peltier-Elemente angebracht sind. Diese Temperaturstabilisierung der Zelle erlaubt es, ungewünschte Effekte, die auf thermischer Drift beru­ hen, zu eliminieren. Die Verwendung einer program­ mierbaren Temperaturführung erlaubt es, den sich än­ dernden, spezifischen Eigenschaften von sowohl der DNA als auch der BAS in der Probe, und deren Einflüs­ sen auf ihre Interaktion, welche in bestimmten Tempe­ raturintervallen vorkommen, Rechnung zu tragen. Der kombinierte Einsatz von Peltier-Elementen erlaubt es den einstellbaren und stabilisierbaren Temperaturbe­ reich signifikant zu erweitern, nicht nur in Richtung niedriger Temperaturen (bis zu 4°C) sondern auch zu hohen Temperaturen hin (bis zu 95°C), mit der Mög­ lichkeit einer schrittweisen Änderung und einstellba­ ren Zeitfenstern für jeden Schritt, was grundlegend das Feld von bestimmbaren BAS und die Einsatzmöglich­ keiten in der Forschung erweitert.

Vorteilhafterweise beinhaltet das Gerät ein digitales Datenaufnahmesystem für das CD-Signal mit der Mög­ lichkeit der Verwendung eines Signalmittelungs-Modus, bestehend aus einem programmierbaren Eingangsverstärker, welcher das Nutzsignal des Photodetektors ver­ stärkt, einem Bandpaßfilter, der auf die Frequenz des CD-Signals abgestimmt ist und in erster Stufe das Nutzsignal von der Mischung "Signal + Rauschen" trennt, einem programmierbaren Ausgangsverstärker, welcher das Nutzsignal auf den benötigten Pegel ver­ stärkt, einem Analog-Digital-Wandler (ADC), der di­ rekt die Amplitudenwerte eines Eingangssignals, mit der doppelten Frequenz der Polarisationsmodulation, digitalisiert; einem Digital-Analog-Wandler (DAC), der eine hochstabile, programmierbare Spannung er­ zeugt, die zum Nutzsignal am ADC-Eingang addiert wird, um den benötigten Signalpegel einzustellen und/oder eine Steuereinheit.

Der Einsatz des digitalen Datenaufnahmesystems er­ laubt es, die Temperaturdrift der Geräte-Grundlinie zu eliminieren, welche durch Umgebungstemperaturände­ rungen während der Messung, bzw. durch Erwärmung an­ derer Wärmestrahler des Gerätes auftreten, da auf ei­ ne DC-Verstärkerstufe verzichtet wurde. Weiterhin er­ laubt das digitale System eine weite Variation von Zeiten und Algorithmen zur Signalmittelung, so daß wichtige Charakteristika flexibel darstellbar sind und eine totale Automation des Meßprozesses, in Abwe­ senheit externer Steuereinheiten, möglich ist.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren ist es nun möglich, biologisch aktive Substanzen bis zu Konzentrationen < 10^-8 molar in beliebigen Flüssigkeiten, einschließlich biologi­ schen Flüssigkeiten wie Blutplasma, Vollblut und der­ gleichen zu bestimmen. Die erfindungsgemäße Vorrich­ tung und das erfindungsgemäße Verfahren erweitern al­ so das Feld bestimmbarer biologisch aktiver Substan­ zen und erlauben es, die Bestimmung des CD-Wertes genauer und mit besserer Reproduzierbarkeit durchzufüh­ ren. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der er­ findungsgemäßen Vorrichtung ist nunmehr die Bestim­ mung von Konzentrationen von verschiedenen biologisch aktiven Substanzen, wie beispielsweise Anti-Tumor- Komplexen, Antikörpern, Proteinen und dergleichen, in verschiedenen Flüssigkeiten wie beispielsweise Pati­ entenblut in der Praxis der Onkologie, Therapie, Chirurgie, Gynäkologie, bei medizinisch-ökologischen Untersuchungen und dergleichen, möglich. Die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung ist obendrein kostengünstig und kann ebenso wie das erfindungsgemäße Verfahren auf einfache Art und Weise benützt werden. Im folgen­ den werden einige Beispiele für eine erfindungsgemäße Vorrichtung und ein erfindungsgemäßes Verfahren be­ schrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Depolarisator;

Fig. 3 einen erfindungsgemäßen Polarisationsmodu­ lator;

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Meßzelle;

Fig. 5 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen digitalen Datenaufnahmesystems;

Fig. 6 die Abhängigkeit des Grundlinien-Offsets der erfindungsgemäßen Vorrichtung von der Wellenlänge; und

Fig. 7 die Abhängigkeit des gemessenen CD-Signals von der MX-Konzentration, aufgenommen mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Lichtquelle 1, einem Wellenlängenselektor 2, einem Polarisator 3, einem Polarisationsmodulator 4, einer Meßzelle 5 zur Aufnahme der zu analysierenden Probenflüssigkeit, einem Depolarisator 6, einem Pho­ todetektor 7, einem digitalen Datenaufnahmesystem 8, einer Datenauswerteeinheit 9 sowie einer Steuerein­ heit 10.

Der Photodetektor 7 wird von einer Spannungsversor­ gung 11 mit elektrischer Energie versorgt und besitzt zwei Ausgänge 12, 13. Der Ausgang 12 ist mit dem Kon­ trolleingang der Spannungsversorgung 11 des Photode­ tektors 7 verbunden, während der Ausgang 13 mit einem ersten Eingang 14 des digitalen Datenaufnahmesystems 8 verbunden ist. Ein Signalausgang 15 des digitalen Datenaufnahmesystems 8 ist mit einem Eingang 16 des Datenauswertesystems 9 verbunden. Ein weiterer Ein­ gang 17 des Datenauswertesystems 9 ist mit einem er­ sten Ausgang 18 der Steuereinheit 10 verbunden. Ein zweiter Ausgang 19 der Steuereinheit 10 ist mit dem Polarisationsmodulator 4 verbunden. Ein dritter Aus­ gang 20 der Steuereinheit 10 ist mit dem Wellenselek­ tor 2 und ein vierter Ausgang 21 der Steuereinheit mit einem zweiten Eingang 22 des digitalen Datenauf­ nahmesystems 8 verbunden. Ein weiterer Ausgang 23 der Steuereinheit ist mit der Zelleneinheit 5 verbunden.

In Fig. 2 ist ein Depolarisator 6 dargestellt, wobei der Depolarisator 6 ein keilförmiges optisches Prisma 27 und einen keilförmigen Kompensator 28 aufweist. Der Depolarisator 6 ist vor dem Photodetektor 7 aus Fig. 1 angeordnet, wobei in Fig. 2 die Ein- und Ausgangspolarisation des Meßlichtstrahls dargestellt und mit den Bezugszeichen 29 bzw. 30 bezeichnet sind.

Das optische Prisma 27 und der Kompensator 28 sind an ihren schrägen Flächen so zusammengefügt, daß sich ein quaderförmiger Körper ergibt. Der Meßlichtstrahl wird dabei senkrecht durch die jeweiligen Außenflä­ chen des Depolarisators geführt und schneidet auch die gemeinsame Fügefläche von optischem Prisma 27 und Kompensator 28.

In Fig. 3 ist ein Polarisationsmodulator 4 darge­ stellt, wie er bereits in Fig. 1 erwähnt ist. Dieser Polarisationsmodulator weist einen Balken 31 aus kri­ stallinem Quarz auf, an dessen gegenüberliegenden be­ schichteten Seiten 32 über elektrische Kontakte 130 und 131 eine elektrische Anregungsspannung angelegt werden kann. An diesen Balken 31 ist ein zweiter Bal­ ken 33 aus geschmolzenem Quarz fest angefügt. Der so hergestellte längliche Gesamtbalken ist auf die Kan­ ten zweier dreieckiger Sockel 34 gesetzt. Jeder der beiden Balken 31 und 33 weist einen Hohlraum 36 (Boh­ rungen) auf, in die Haltestifte 35 eingreifen. Die Haltestifte werden von oben in die Hohlräume 36 ein­ geführt und angepreßt, so daß der Gesamtbalken gegen dreieckigen Sockel 34 angepreßt und damit fixiert wird.

In Fig. 4 ist eine Meßzelle für die zu analysierende Probe dargestellt. Diese Meßzelle weist eine optische Zelle 37 auf, die die Probe aufnimmt. Diese optische Zelle 37 ist in einen Metallbehälter 38 (Metallblock) und dergleichen eingefügt. Dieser Metallbehälter ist seinerseits in einem Metallbett 39 gehaltert. An dem Metallbett 39 sind auf dessen Außenseite Peltier- Elemente 40 zur Temperierung des Metallbetts und da­ mit des Metallbetts und der optischen Zelle angeordnet. An diese Peltier-Elemente kann eine Spannung U gelegt werden, über deren Polarisation bestimmt wer­ den kann, ob die Peltier-Elemente 40 das Metallbett 39 aufheizen oder abkühlen.

Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm des digitalen Daten­ aufnahmesystems 8. Es weist einen programmierbaren Eingangsverstärker 41 mit einem Eingang 42 auf. Der Eingang 42 erhält das Signal aus dem Ausgang 13 des Photodetektors 7 in Fig. 1. Das Ausgangssignal des programmierbaren Eingangsverstärkers 41 wird in einem Bandpaßfilter 43, von dessen Ausgang in einen pro­ grammierbaren Ausgangsverstärker 44, von dessen Aus­ gang auf einen ersten Eingang 45 eines Summations­ gliedes 46 und von dessen Ausgang auf einen Eingang eines Analog-Digital-Wandlers 47 gegeben. Das Aus­ gangssignal dieses A/D-Wandlers 47 steht dann an­ schließend für die Aufzeichnung und Auswertung zur Verfügung.

Weiterhin ist in Fig. 5 eine Steuereinheit 51 darge­ stellt, deren einer Ausgang 52 mit dem programmierba­ ren Eingangsverstärker 41 verbunden ist und diesen steuert. Ein weiterer Ausgang 53 der Steuereinheit 51 ist mit dem programmierbaren Ausgangsverstärker 44 verbunden und steuert diesen. Ein weiterer Ausgang 50 der Steuereinheit 51 ist mit einem Digital/Analog- Wandler 49 verbunden. Dessen Ausgangssignal steuert das Summationsglied 46 über einen zweiten Eingang 48 des Summationsgliedes 46. Die Steuereinheit selbst besitzt einen Eingang 54 der mit dem Steuermodul 10 aus Fig. 1 verbunden ist.

Im folgenden wird nun die Arbeitsweise der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung nach diesem Beispiel be­ schrieben.

Die Zelle 37 mit der vorbereiteten Probe wird in dem Behälter 38 plaziert, welcher in das Bett 39 einge­ legt wird, danach wird das erfindungsgemäße Gerät eingeschaltet.

Die Lichtquelle 1 emittiert einen spektral breitban­ digen Lichtstrahl, der in den Wellenlängenselektor 2 eintritt, wo er in einen spektral schmalbandigen Lichtstrahl mit einer bekannten Wellenlänge transfor­ miert wird. Dieser Lichtstrahl passiert den Polarisa­ tor 3, erhält eine lineare Polarisation mit einem de­ finierten Polarisationsvektor, und tritt in den Pola­ risationsmodulator 4 ein, bei dessen Durchlaufen er zirkular, mit einer sich periodisch ändernden Dreh­ richtung des Polarisationsvektors, in der Ebene or­ thogonal zum Lichtstrahl, polarisiert wird. Dann, nach Durchtreten der Zelle 5 mit der zu analysieren­ den Probe mit CD-Eigenschaften, ist der Lichtstrahl intensitätsmoduliert. Beim Durchlaufen des Depolari­ sators 6 wird das zirkular polarisierte Licht in ei­ nen Lichtstrahl mit zufällig verteilter Polarisation transformiert. Durch das intensitätsmodulierte, nicht polarisierte Licht entsteht ein elektrisches Signal an den Ausgängen 12, 13 des Photodetektors 7, wobei am Ausgang 13 der variable Anteil, der proportional zu ΔA (die Signalhöhe, die durch die optische Aktivi­ tät der Probe entsteht), und an Ausgang 12 der Anteil der proportional zu A (die Signalhöhe, die durch die Absorption der Probe entsteht) ist, anliegt, wobei die Frequenz des variablen Anteils gleich der Modula­ tionsfrequenz der Lichtpolarisation ist. Im gegenwär­ tigen Gerät wird der konstante Anteil, durch die Re­ gelung der Spannungsversorgung des Photodetektors, auf einem festen Pegel gehalten. Hierzu wird das Si­ gnal des konstanten Anteils am Ausgang 12 des Photodetektors 7 auf den Kontrolleingang der Spannungver­ sorgung 11 gegeben, das heißt der Stabilisierungsmo­ dus des konstanten Anteils wird über eine Rückkopp­ lung des konstanten Anteils bei simultaner Messung des variablen Anteils realisiert, was gleichbedeutend mit der Messung ihres Verhältnisses ist, und so, auch gleichbedeutend mit der Messung des CD-Signals der zu analysierenden Probe. Das Signal am Ausgang 13 des Photodetektors 7 wird auf den ersten Eingang 14 des digitalen Datenaufnahmesystems 8 gelegt, an dessen zweitem Eingang 22 das Referenzsignal mit der Fre­ quenz der Polarisationsmodulation von der Steuerein­ heit 10 anliegt. In dem digitalen Datenaufnahmesystem 8 wird das Signal verstärkt, gefiltert, digitalisiert und an die Datenauswerteeinheit 9 weitergeleitet, wo es verarbeitet und in Form eines Wertes einer BAS- Konzentration in der Probe ausgegeben wird. Die Steu­ ereinheit 10 realisiert die notwendige Interaktion aller Komponenten des Gerätes, setzt den notwendigen Auswertealgorithmus um, produziert die Spannung mit der für den Polarisationsmodulator notwendigen Fre­ quenz, stellt das Referenzsignal für den Betrieb des digitalen Datenaufnahmesystems zur Verfügung, produ­ ziert die notwendigen Spannungen für die Peltier- Elemente der Zelle 5 und setzt den Algorithmus für die Temperaturstabilisierung und -führung um. Die Art der Auswertung des aufgenommenen Signals in digitaler Form hängt von der Datenauswerteeinheit 9 und der im Gerät verwendeten Software ab.

Um die analytischen Möglichkeiten der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zu demonstrieren wurden folgende Messungen durchge­ führt:

• 1. Es wurde die Abhängigkeit des Grundlinien-Offset der erfindungsgemäßen Vorrichtung von der Wel­ lenlänge des Meßlichtes in Abwesenheit (Kurve 1) und Anwesenheit (Kurve 2) des Depolarisators ge­ messen. Dies ist in Fig. 6 dargestellt. Aus Fig. 6 ist unmittelbar zu erkennen, daß der Beitrag an parasitärem CD-Signal, das durch die Polari­ sationseigenschaften des Photodetektordesigns und des Fenstermaterials des Photodetektors kon­ ditioniert wird, 40mal kleiner ist, wenn ein De­ polarisator vor dem Photodetektor angeordnet ist, als wenn wie im Stand der Technik üblich, der polarisierte Meßlichtstrahl auf dem Photode­ tektor fällt.
• 2. Es wurde eine Kalibrationskurve bei einer Wel­ lenlänge des Meßlichts von 680 nm für das Mithoxantron-Antitumor-Medikament (MX) aufgenom­ men. Das heißt, daß die Abhängigkeit des CD- Signals, das bei der Bildung von DNA-MX- Komplexen aus einer flüssigkristallinen DNA- Dispersion entsteht, von der MX-Konzentration aufgezeichnet wurde. Dies ist in Fig. 7 darge­ stellt. Die dort dargestellte Kalibrationskurve 2, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wie oben beschrieben aufgenommen wurde, zeigt unmit­ telbar, daß die Bestimmung von MX in einem wei­ ten Konzentrationsbereich, bis hinunter zu 2mal 10^-8 molar mit höherer Genauigkeit (2-3mal) und Reproduzierbarkeit im Vergleich zum Stand der Technik, wie in der RU 2107280 beschrieben (Kur­ ve 1), möglich ist.

Zusammenfassend läßt sich also feststellen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren es ermöglicht, mit besserer Reproduzierbarkeit und höherer Empfindlichkeit die Bestimmung von biologisch aktiven Substanzen im Blut von Patienten zu ermöglichen. Weiterhin erweitert die erfindungsge­ mäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren das Feld von bestimmbaren biologisch aktiven Substan­ zen und pharmakologischen Komplexen und erlaubt es, die Kosten einer derartigen Vorrichtung aufgrund des Einsatzes eines kostengünstigen Photodetektors zu senken.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur Erfassung und Bestimmung von biologisch aktiven Substanzen in einer zu analy­ sierenden Flüssigkeit mit einer Lichtquelle zur Erzeugung eines Meß­ lichtstrahls, einem Wellenlängenselektor, einem Polarisator, einem Polarisationsmodulator, einer Meßzelle zur Aufnahme der zu analysierenden Flüssigkeit sowie einem Photodetektor, wobei der Wellenlängenselektor, der Polarisator, der Pola­ risationsmodulator, die Meßzelle sowie der Pho­ todetektor so angeordnet sind, daß sie in der genannten Reihenfolge von dem Meßlichtstrahl durchlaufen werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Meßzelle und dem Photodetektor ein Depolarisator für den Meßlichtstrahl angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Depolarisator so angeordnet ist, daß der Depolarisator in der Ebene orthogonal zur Ausbreitungsrichtung des Meßlichtstrahls rotierbar ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Depola­ risator zwei keilförmige, optische Prismen auf­ weist, von denen eines aus kristallinem Quarz und das andere aus geschmolzenem Quarz besteht und die nacheinander von dem Meßlichtstrahl durchlaufen werden und die mit je einer ihrer Flächen fest aneinandergefügt sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Polari­ sationsmodulator auf seiner Oberseite zwei Boh­ rungen aufweist, in die jeweils ein Haltestift eingesetzt ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzel­ le in einem Metallbehälter angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallbehälter in einem Metallbett eingebettet ist, an dessen Außenseite Thermoelemente angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Photo­ detektor mit einem Datenauswertesystem verbunden ist.

8. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Datenauswertesy­ stem ein digitales Datenauswertesystem ist.

9. Vorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Da­ tenauswertesystem einen, gegebenenfalls steuer- und programmierbaren Eingangsverstärker, einen Bandpaßfilter, einen, gegebenenfalls steuer- und programmierbaren Ausgangsverstärker, ein Summa­ tionsglied und einen Analog-Digital-Wandler auf­ weist, die in der genannten Reihenfolge von dem Ausgangssignal des Photodetektors durchlaufen werden.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Steuereinheit zur Steuerung des Wellenlängense­ lektors, des Polarisationsmodulators, der Tempe­ ratur der Meßzelle, des Datenaufnahmesystems und/oder der Spannungsversorgung für den Photo­ detektor aufweist.

11. Verfahren zur Erfassung und Bestimmung von biologisch aktiven Substanzen in einer zu analysierenden Flüs­ sigkeit, wobei ein Meßlichtstrahl polarisiert, bezüg­ lich seiner Polarisation moduliert und durch die zu analysierende Flüssigkeit geleitet wird und anschlie­ ßend ein zeitlich veränderliches Signal entsprechend der Intensität des Meßlichtstrahls erfaßt und aufge­ zeichnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßlichtstrahl nach Durchlaufen der zu analysie­ renden Flüssigkeit depolarisiert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die Meßzelle temperierbar ausgelegt wird.