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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Behandlung von
Probeflüssigkeiten
einer Probenflüssigkeitsplatte.
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In
fluidischen Systemen werden häufig
Probenflüssigkeitsplatten
eingesetzt, welche eine Vielzahl von Probenflüssigkeiten aufnehmen können, welche
z.B. sequentiell zur Weiterverarbeitung oder Analyse in das System
eingebracht werden. Dazu werden ausgewählte Positionen auf der Probenflüssigkeitsplatte
mit einer Nadel angefahren um Probeflüssigkeiten aufzunehmen oder
hinzuzugeben. Häufig
kommen dabei sogenannte Wellplatten (engl.: well plates) zum Einsatz,
welche eine Vielzahl von Flüssigkeitsreservoirs
oder sogenannten Wells zur Aufnahme der Probeflüssigkeiten aufweisen. Alternativ können auch
sogenannte Spotterplatten eingesetzt werden, auf welche die Probeflüssigkeiten
aufgetropft werden. Dazu kann die Spotterplatte als Metallplatte
mit einer Vielzahl eingefräster
Nuten ausgebildet sein, welche die Tropfen in der jeweiligen Position festhalten.
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Probeflüssigkeiten
(engl.: sample fluids or sample liquids) werden z.B. in Hochdruck-Flüssigkeitschromatographen
(englisch: high Pressure liqid separation system; HPLC) analysiert.
Dazu werden beispielsweise aus bestimmten Wells entnommene Probeflüsskeiten
mittels einer Ventileinrichtung in einen Hochdruckbereich eingebracht
und dort unter hohem Druck gegen eine sogenannte chromatographischen
Säule gepumpt,
welche verschiedene Komponenten der Flüssigkeit räumlich/zeitlich auftrennt und
diese Komponenten einem Detektor zuführt. Damit kann die Probeflüssigkeit
dann beispielsweise auf die Existenz bestimmter Komponenten untersucht werden.
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Um
die Probeflüssigkeiten
zuverlässig
entnehmen (oder hinzugeben) zu können,
ist häufig
ein sogenannter Sampler vorgesehen, welcher die Entnahme oder Zugabe
einer Vielzahl von Probeflüssigkeiten
automatisiert durchführt.
Dazu muss die Nadel in Bezug auf die entsprechende Probenflüssigkeitsposition
(z.B. die Position der entsprechenden Wells hinreichend genau automatisch
angefahren werden. Häufig
sind jedoch die Positionen der Probeflüssigkeiten (z.B. die Positionen
der Wells) in Bezug auf die Nadel, z.B. aufgrund unterschiedlicher
Wellplatten, Fertigungstoleranzen der Wellplatten, oder Toleranzen
beim Einlegen der Wellplatten in den Sampler, nicht genau bekannt.
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OFFENBARUNG
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein
Verfahren zur Positionierung der Nadel in Bezug auf eine Probenflüssigkeitsplatte
anzugeben. Die Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
angeführt.
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In
einer Ausführungsform
wird eine Behandlung von Probeflüssigkeiten
einer Probenflüssigkeitsplatte,
z.B. einer Wellplatte mit einer Vielzahl von Wells, mit einem Sampler
realisiert, wobei der Sampler eine Nadel zur Entnahme oder Zugabe
einer Probeflüssigkeit,
eine Kamera zur Bereitstellung einer Abbildung der Probenflüssigkeitsplatte,
und eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung der Abbildung und zur
Steuerung der Positionierung der Nadel aufweist. Die Kamera erstellt
eine Abbildung der Probenflüssigkeitsplatte
oder eines Auschnittts der Probenflüssigkeitsplatte und führt die
entsprechenden Bilddaten einer Auswerteeinrichtung zu. Die Auswerteeinrichtung
nimmt eine Auswertung der Abbildung vor und detektiert eine ausgewählte Position,
z.B. die Position eines ausgewählten
Wells in Bezug zur Position der Nadel. Mit Hilfe der Positionsdaten
wird die Nadel so positioniert, dass die Nadel die Probeflüssigkeit
an der ausgewählten
Position aufnehmen kann (oder Probeflüssigkeit and die ausgewählte Position
hinzugeben kann).
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,In
einer Ausführungsform
wird zur Kalibrierung der Nadel (oder der Nadelhalterung) wird ein Bild
der Nadel, Nadelahalterung oder Teilden davon aufgenommen und der
Auswerteeinheit zugeführt. Die
Auswerteeinheit berechnet aus diesen Bildern eine Positionskalibrierung.
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In
einer weiteren Ausführung
weist der Sampler einen Spiegel zur Umlenkung der optischen Achse
zwischen der abzubildenden Probenflüssigkeitsplatte und dem Objektiv
der Kamera auf, wobei der Winkel zwischen der Spiegelnormalen und
der Nadelachse einen Winkel ungleich Null Grad, beispielsweise 45
Grad aufweist. Der Spiegel kann dazu ein Loch aufweisten, durch
welches die Nadel durchgeführt
ist, so dass der Spiegel die Nadel umfasst.
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In
einer weiteren Ausführung
ist die Nadel so angeordnet, dass die Nadelachse und die Normale der
Probenflüssigkeitsplatte
einen Winkel ungleich Null Grad, z.B. 30 Grad aufweist. Dies ermöglicht es, die
Position der Nadelspitze in z-Richtung,
d.h. in Richtung der Nadelachse zu ermitteln.
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In
einer weiteren Ausführung
umfasst der Sampler zwei Kameras die seitlich in verschiedenen Lagen
in Bezug auf die Nadelachse so angeordnet sind, dass aus den Abbildungen
die räumliche
Lage der Nadel in Bezug zur Probenflüssigkeitsplatte; d.h. die Position
der Nadel in x-, y-, und z-Richtung ermittelt werden kann.
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In
einer weiteren Ausführung
ist die Kamera (oder sind die Kameras) in Bezug zur Nadel fest in Bezug
zumindest zur x-Achse und zur y-Achse (d.h. der Achsen orthogonal
zur Nadelachse) angeordnet, d.h. bei einer Positionsänderung
der Nadel gegenüber
der Probenflüssigkeitsplatte
führt die
Kamera die gleiche Postionsänderung
in x- und y-Richtung durch.
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In
einer weiteren Ausführung
ermittelt die Auswerteeinrichtung die räumliche Abweichung der Position
der Nadel von einer gewünschten
Position, z.B. die Distanz der Nadelspitze in x-, y-, z-Richtung vom
erwünschten
Eintrittspunkt der Nadel in das gewählte Well.
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In
einer weiteren Ausführung
ermittelt die Auswerteerinrichtung Ecken der Probenflüssigkeitsplatte
durch eine Detektion von Begrenzungsgeraden der Probenflüssigkeitsplatte
und eine Ermittlung der Schnittpunkte der Begrenzungsgeraden. Weiter kann
dann der Abstand dieser Schnittpunkte zum nächsten Pixel der Probenflüssigkeitsplatte
ermittelt werden und daraus bestimmt werden, ob es sich um eine
ausgefüllte
oder angeschnittene Ecke handelt.
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In
einer weiteren Ausführung
weist der Sampler eine punktförmige
Beleuchtungsquelle zur Beleuchtung der Probenflüssigkeitsplatte auf, wobei die
optische Achse zwischen der Kamera und dem abzubildenden Well mit
der Normalen der Probenflüssigkeitsplattenoberfläche einen
ersten Winkel bildet, vorzugsweise 60 Grad, und die Gerade zwischen der
Beleuchtungsquelle und dem abzubildenden Well und der Normalen der
Probenflüssigkeitsplattenoberfläche einen
zweiten Winkel bildet, vorzugsweise größer als 60 Grad.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird im Folgenden weiter unter Heranziehung der Zeichnungen
erläutert,
wobei sich gleiche Referenzzeichen auf gleiche oder funktional gleiche
oder ähnliche
Merkmale beziehen.
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1 zeigt
eine Skizze eines beispielhaften Samplers gemäß der Erfindung,
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2 zeigt
eine Nadelanordnung mit einer Kamera und einem Spiegel gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung,
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3 zeigt
eine Skizze zur Eckenerkennung einer Probenflüssigkeitsplatte gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung,
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4 zeigt
eine beispielhafte Beleuchtung einer Probenflüssigkeitsplatte gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung, und
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5 zeigt
ein beispielhaftes Blockschaltbild eines Flüssigkeitschromatographen mit
einer Sampler.
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1 zeigt
einen Sampler 100 mit einem Carrier 110 zur Aufnahme
einer Wellplatte 120, einen Roboterarm 130 und
eine Probe oder Nadel 140, welche an einem über der
Wellplatte 120 befindlichen Ende des Roboterarms 130 befestigt
ist. Die Wellplatte 120 weist eine Vielzahl von Wells 121 auf,
z.B. 96 Wells, welche beispielsweise als zylinderförminge Aussparungen
oder Hohlräume
mit einem Durchmesser von 2 mm oder 4 mm realisiert sind.
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Der
Roboterarm kann die Nadel 140 beispielsweise durch entsprechende
Linearantriebe räumlich,
d.h. in x-, y-, und z-Richtung so bewegen, dass die Nadel 140 jedes
der Wells 121 der Wellplatte fluidisch kontaktieren kann,
um eine Probeflüssigkeit
aus dem Well zu entnehmen, oder eine Probeflüssigkeit in dieses Well einzufüllen. Der
Sampler weist weiter eine Kamera 150 auf, welche beispielsweise
mit dem Roboterarm 130 verbunden ist, so dass er in x-
und y-Richtung mit der Nadel 140 mitfährt und eine Abbildung (eines
Ausschnitts der) Wellplatte 120 bereitstellen kann. Weiter
enthält
der Sampler einen Rechner 160, welcher die Abbildung auswertet,
um die Nadel 140 in Bezug auf ein ausgewähltes Well
so zu positionieren, dass die Nadel dieses Well möglichst
mittig anfährt.
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Die
Kamera 150 hat eine Auflösung von beispielsweise 352·288 oder
640·480
Pixel. Die Ansteuerung der Kamera kann beispielsweise über einen sogenannten
I2C Bus erfolgen, welcher entsprechende Steuerkommandos eines Controllers
direkt an die Kamera überträgt. Zur Übertragung
der Bilddaten zur einem FPGA (free programmable gate array) und
von dort zum Controller kann beispielsweise ein paralleler Datenbus
verwendet werden.
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Abhängig von
der Leistungsfähigkeit
des Prozessors des Rechners, der Auflösung der Abbilder und der Algorithmen
zur Bearbeitung der Abbilder kann eine bestimmte Anzahl von Bildern
pro Sekunde aufgenommen und bearbeitet werden. Bei einer Taktfrequenz
von 400 MHz und einer Auflösung
von 352·288
Pixeln werden beispielsweise maximal 15 Frames/s aufgenommen, bei
höherer
Auflösung (640·480 Pixel)
z.B. maximal 8 Frames/s. Die Bearbeitungsdauer ist abhängig vom
gewählten
Algorithmus (beispielsweise ca 200ms). Durch Auslagern einfacher
Operationen an das FPGA kann die Bearbeitungsdauer reduziert werden.
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In
einer Ausführung
wird für
die Kamera 150 eine Optik mit fester Brennweite (Fixfokus)
gewählt (beispielswesie
für eine
Auflösung
von 352·288:
100 mm bis Unendlich, und für
640·480:
500 mm bis Unendlich). Eine Änderung
der Brennweite kann durch Austausch einer Linse vorgesehen werden.
Damit ist es auch möglich,
das Sichtfeld zu verkleinern und somit die Auflösung zu verbessern.
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Abbildungsfehler
können
zu einer Reduzierung der Genauigkeit des Positionierungsalgorithmus oder
sogar zu Positionierungsfehlern führen, wenn sie nicht berücksichtigt
werden. Abbildungsfehler werden beispielsweise durch geometrische
Verzerrungen und/oder perspektivische Verzerrungen hervorgerufen.
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Geometrische
Verzerrungen (z.B. sogenanntes Fischauge) werden in einer Ausführungsform durch
eine geeignete Kalibrierung (z.B. eine sogenannte Schachbrettmusterkalibrierung)
herausgerechnet. Algorithmen dazu sind in der Fachwelt bekannt und
werden beispielsweise im Internet angeboten. Eine entsprechende
Entzerrung muss dabei nur einmal (in der Produktion) durchgeführt werden.
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Eine
Kalibration gilt strenggenommen nur für die bei der Kalibration gewählte feste
Entfernung Kamera zur Wellplattenoberfläche, was dazu führt, dass bei
Wellplatten anderer Höhe
(geringfügige)
Verzerrungen auftreten. In einer Ausführung kann daher für verschiedene
Wellplatten, beispielsweise für
normal hohe und extra hohe Wellplatten jeweils separat kalibriert
werden.
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Perspektivische
Verzerrungen, welche dazu führen,
dass nur in der Bildmitte der Wellboden sichtbar ist, bleiben mit
normaler Optik erhalten. Um perspektivische Verzerrungen zu reduzieren
oder zu eliminieren, wird in einer Ausführungsform eine telezentrische
Optik eingesetzt.
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Der
Vorteil der Verwendung der telezentrischen Optik ist, dass eine
Sicht von jedem Punkt aus senkrecht auf die Wellplatte ermöglicht wird,
d.h. der Rand der Wells und der Boden der Wells werden identisch
abgebildet. Die Wells erscheinen daher unabhängig vom Abstand von der Kamera
gleich groß; dies
ermöglicht
eine genaue Vermessung.
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Die
Umgebungsbeleuchtung ist in der Regel nicht (hinreichend) beinflussbar
und damit nicht reproduzierbar. In einer Ausführung wird der Einfluss der
Umgebungsbeleuchtung durch eine künstliche Beleuchtung und/oder
durch eine Abschirmung der Wellplatte von der Umgebungsbeleuchtung
und eine Subtraktion des Dunkelbilds (Bild ohne Beleuchtung) vom
beleuchteten Bild reduziert oder sogar eliminiert. Dazu wird die
künstliche
Beleuchtung so eingerichtet, dass das Umgebungslicht gegenüber der
künstlichen
Beleuchtung hinreichend schwach ist.
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In
einer Ausführungsform
wird die Beleuchtung durch punktförmige Lichtquellen, beispielsweise LEDs
realisiert. Der Vorteil derartiger Lichtquellen ist ihr kleiner
Bauraum und eine grosse Flexibilität bei der Positionierung der
Lichtquellen. Derartige Lichtquellen können jedoch Reflexionen an
der Wellplattenoberfläche
hervorrufen, welche sich störend
in der von der Kamera aufgenommenen Abbildung bemerkbar machen und
Algorithmen zur Bildauswertung entsprechend stören. Die Auswirkungen derartiger
Refektionen können
dadurch reduziert werden, dass verschiedene Anordnungen der Lichtquellen abhängig vom
Ziel gewählt
werden.
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Zur
Vermeidung von Reflexionen und Schattenbildungen können alternativ
flächige
Lichtquellen vorgesehen werden. Eine derartige flächige Lichtquelle
kann beispielsweise durch eine Leuchtstoffröhre oder durch einen von einer
Vielzahl von LEDs beleuchteten, diffus reflektierenden Schirm realisiert werden.
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Eine
Positionierung der Nadel 140 innerhalb einzelner Wells 121 ist
häufig
nicht hinreichend genau möglich,
da die Auflösung
der von der Kamera aufgenommenen Abbildung wegen begrenzter Pixelzahl
und einer großen
Anzahl von Wells zu gering ist. Es ist dennoch häufig erwünscht, dass die Einrichtung
so positioniert werden kann, dass die Nadel das gewünschte Well
zuverlässig
möglicht
mittig treffen kann.
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In
einer Ausführungsform
wird die Kamera 150 so angeordnet, dass sie mit der Nadel 140 mitfährt; d.h.
dass die Nadel 140 zur Kamera 150 in den Raumdimensionen
parallel zur Wellplatte stets fix ist. In einer Ausführungsform
wird die Kamera dabei so angebracht, dass die Kameraachse (d.h.
die optische Achse zwischen dem aufzunehmenden Bild und dem Abbild)
parallel zur Nadel ausgerichtet ist.
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In
einer alternativen Ausführungsform
wird die Kamera seitlich zur Nadel angeordnet, wobei die optische
Achse mittels eines Spiegels umgelenkt wird. 2 zeigt
dazu eine beispielhafte Nadelanordnung des Samplers 100 mit
einem Lochspiegel 200, der ein Loch 210 aufweist,
durch welches die Nadel 140 hindurchgeführt ist. Das hat den Vorteil, dass
die Nadelachse genau auf der optischen Achse der Kamera liegt, wodurch
z.B. die Bildauswertung vereinfacht werden kann.
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Der
Lochspiegel 200 ist in einer Ausführungsform beispielsweise um
45° gegenüber der
Nadelachse der Nadel 140 geneigt. Die Kamera ist dabei
parallel zur Wellplattenoberfläche
positioniert.
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Interessierende
Größen sind
die räumliche Abweichung
der Position der Nadel von der gewünschten Position, z.B. die
Distanz der Nadelspitze in x-, y-, z-Richtung vom erwünschten Eintrittspunkt der
Nadel in das gewählte
Well. Es ist möglich,
mit einer Aufnahme des Spiegelbilds der Nadel 140 die Abweichung
in x- und y-Richtung zu ermitteln; die Abweichung in z-Richtung
ist dabei jedoch nicht sichtbar. Mit zwei geeigneten Ansichten (z.B.
durch zwei versetzt angeordnete Kameras oder einer Kamera, welche
in verschiedene Kamerapositionen gebracht werden kann) ist es möglich, alle
drei Rauminformationen (Abweichung in x-, y-, und z-Richtung) zu
ermitteln. In einer Ausführung
wird die Nadel dazu schief (d.h. mit einem Winkel ungleich 0 Grad
zwischen Nadelachse und Wellplattennormale) gegenüber der
Wellplatte geführt.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
wird der Spiegel 140 als metallbedampfte Plexiglasplatte realisiert.
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In
einer Ausführung
wird ein Algorithmus verwendet, der durch Suchen von Punktsymmetrien
die Wellmitte findet; vorzugsweise wird die Startposition dabei
so gewählt,
dass sie in einem Well liegt. Der Algorithmus kann dergestalt realisiert
werden, dass nur relativ wenig Rechenaufwand notwendig ist (beispielsweise
150 ms Rechendauer).
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In
einer weiteren Ausführung
wird zur Unterstützung
der Positionierung eine Lageerkennung des Wellplatte durchgeführt. Dazu
können
beispielsweise die Randgeraden der Wellplatte mittels eines Algorithmus
zur Kantendetektion (z.B. eines sogenannten Canny-Operators und
einer darauf folgenden sogenannten Radon-Transformation) ermittelt werden. Verlängert man
dabei die detektierte horizontale und die vertikale Randgerade über die
tatsächlich
vorhandene Länge
hinaus bis zu ihrem Schnittpunkt, erhält man die „fiktive" Ecke der Wellplatten. Von der so ermittelten
fiktiven Ecke läßt sich
der Abstand zum nächsten
hellen Pixel bestimmen und mit einem Schwellwert vergleichen.
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3 zeigt
dazu Ausschnitte aus einer Wellplatte 120. Oben links (a)
ist die rechte untere Ecke der Wellplatte 120 gezeigt.
Diese Ecke ist in diesem Beispiel voll ausgebildet. Oben rechts
(b) ist eine bearbeitete Abbildung dieser Ecke mit einer detektierten
unteren horizontalen Randgerade 310 und einer detektierten
linken vertikalen Randgerade 320 gezeigt. Der Schnittpunkt 330 dieser
Geraden markiert die fiktive linke untere Ecke der Wellplatte 120.
In diesem Beispiel beträgt
die euklidische Distanz dieser fiktiven Ecke 330 zum nächsten Randpixel
2,23 Pixel.
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Unten
links (c) ist die linke obere Ecke der Wellplatte 120 gezeigt.
Diese Ecke ist in diesem Beispiel abgeschrägt. Unten rechts (d) ist eine
bearbeitete Abbildung dieser Ecke mit einer detektierten oberen
horizontalen Randgerade 340 und einer detektierten rechten
vertikalen Randgerade 350 gezeigt. Der Schnittpunkt 360 dieser
Geraden markiert die fiktive rechte obere Ecke der Wellplatte 120.
In diesem Beispiel beträgt
Euklidische Distanz dieser fiktiven Ecke zum nächsten Randpixel 9,9 Pixel.
Daraus kann zuverlässig
auf eine Abschrägung
der Ecke geschlossen werden.
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Bevorzugt
wird (wie in 3 gezeigt) nur ein Aussschnitt
der Wellplatte abgebildet, um perspektivische Abbildungsfehler (bei
Wellplatten mit Höhe > 0) zu vermeiden, welche
die Position der Ecke verfälschen.
Dazu wird die Kamera so positioniert (angefahren), dass die Bildmitte
an der vermuteten Position der Ecke liegt. Falls die Wellplatte
exakt gerade eingelegt ist, kann auf die Radon-Transformation zugunsten
einer einfachen zeilenweisen Summation verzichtet werden, wodurch
der Rechenaufwand signifikant reduziert werden kann.
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Verdrehungen
der Wellplatten, die von einer Normalorientierung bis zu +/– 90° abweichen,
können
einfach ermittelt werden. Schwieriger ist es, zu ermitteln ob die
Wellplates um 180° verdreht
eingelegt wurden. In einer Ausführungsform
wird als Orientierungsmerkmal eine (die) abgeschrägte(n) Ecke(n) einer
Wellplatte benutzt. Dazu muss zunächst bekannt sein, wo sich
die abgeschrägten
Ecken bei der jeweiligen Wellplatte befinden; der Wellplattentyp muss
also bekannt sein.
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Die
abgeschrägte
Ecke ist von der Seite her sehr gut zu erkennen. Hier reicht eine
Hell-Dunkel-Unterscheidung an der festgelegten Stelle aus, um das
Vorhandensein einer Abschrägung
zu überprüfen. Dies
kann auch mit einer einfachen Lichtschranke erfolgen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wird der Wellplattentyp der aufgenommenen Wellplatte bestimmt. Dazu
wird beispielsweise zunächt
die Grundform bestimmt und der spezielle Typ oder Hersteller. Eine
Erkennung veschiedener Grundformen, beispielsweise „keine
Wellplatte", „96-Wellplatte", „384- Wellplatte" oder 1536-Wellplatte)
wird im Prinzip durch eine Erkennung der Periodizität sich wiederholender
Muster in Abhängigkeit
des Abstands der Perioden durchgeführt, welche dadurch unabhängig von
der Form der Wellplatte ist. Zur Erkennung des speziellen Typs kann
ein Vergleich der aktuellen Silhouette mit einer z.B. in einem Speicher des
Rechners 160 gespeicherten Referenzsilhouette durchgeführt werden.
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Die
Unterschiede der Silhouetten verschiedener Typen einer Kategorie
sind häufig
nur gering, so dass leichte Bildfehler zu falschen Typbestimmungen
führen
können.
Weitere Nachteile einer einfachen Korrelation sind ein hoher Rechenaufwand
und die Abhängigkeit
vom Abstand Kamera-Wellplatte. In einer Ausführung werden daher bestimmte
Silhouettenmerkmale detektiert. Als Merkmale bieten sich hier die
abgeschrägten
Ecken der Wellplatten an, die durch die perspektivische Verzerrung
sichtbar werden, sowie Aussparungen am Plattenrand. Die abgeschrägten Ecken
lassen sich wie oben beschrieben bestimmen. (Aussparungen am Plattenrand
können theoretisch ähnlich bestimmt
werden, indem in einem definierten Abstand von der fiktiven Ecke
nach Einschnitten in der Plattenkontur gesucht wird.) Über Anzahl
und Position der abgeschrägten
Ecken lassen sich z.B. bis zu 2exp4 = 16 unterschiedliche Plattentypen
unterscheiden. In einer weiteren Ausführungsform werden detektierte
Silhouettenmerkmale mit der Position einzelner Wells kombiniert
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In
einer weiteren Ausführungsform
wird ein auf der Wellplatte aufgebrachter Barcode detektiert. Dazu
wird die Auflösung
der Kamera so gewählt, dass
einzelne Barcode-Striche sicher erkannt werden können. Dazu wird die Auflösung z.B.
so gewählt,
dass schmale Striche eine Breite von etwa 3-4 Pixeln haben.
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Zur
Unterstützung
der Positionierung werden in einer Ausführungsform Markierungen auf
den Träger
aufgebracht, welche einfach erkannt werden können.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wird das Ziel verfolgt, nach Einschalten der Vorrichtung zu erkennen,
wo sich bewegliche Teile des Samplers aktuell befinden, bevor mit
der Initialisierung begonnen wird. Entsprechend soll überprüft werden,
ob sich alle beweglichen Teile nach der Initialisierung an den erwarteten
Positionen befinden. Dazu bietet sich das Verfolgen von Markierungen
an. Dazu können
beispielsweise Markierungen, z.B. farbige Punkte an festen und an
beweglichen Teilen aufgeklebt werden. Durch Farbvergleich mit einer
Referenzfarbe kann ermittelt werden, in welcher Position sich die
beiden Markierungen zueinander befinden. Daraus läßt sich dann
auf die relative Position zueinander schließen.
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Die
Farbe der Markierungen wird vorzugsweise so gewählt, dass sich die Markierungen
ausreichend vom Hintergrund und anderen Markierungen unterscheiden.
Am besten eignen sich Farben, die im RGB-Raum möglichst orthogonal zum Hintergrund und
zu den anderen Markierungen stehen. Die Auflösung der Kamera muss dabei
ausreichend groß gewählt werden.
Sollte die Auflösung
zu einer genauen Positionsbestimmung nicht ausreichen, kann die
Kamera alternativ nur zur Bestimmung der Grobrichtung benutzt werden,
während
eine Feinjustierung beispielsweise über eine Anschlagsuche erfolgt.
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In
einer weiteren Ausfürungsform
werden sogenannte Spotterplatten verwendet. Die Besonderheit der
Spotterplatten ist die häufig
stark spiegelnde Oberfläche.
Um daraus resultierene Störungen
reduzieren, wird die Position der Kamera gegenüber der Beleuchtung verändert. Spiegeln
beispielsweise die Positionsmarkierungen in der Oberfläche diffus,
die Oberfläche
selbst näherungsweise
ideal, so ist das bevorzugte Beleuchtungsmodell die Dunkelfeldbeleuchtung.
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4 zeigt
dazu eine punktförmige
Lichtquelle, z.b. eine LED 410 auf, welche die Wellplatte 120 unter
einem zweiten Winkel β beleuchtet,
während
die Kamera unter einem ersten Winkel α positioniert ist.
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In
Abwandlung zu einer bekannten Anordnung einer Dunkelfeldbeleuchtung,
bei der die Kamera senkrecht zur Spotterplatte steht und die Spotterplatte
annähernd
parallel zur Oberfläche
beleuchtet wird, wird die Kamera hier im Winkel z.B. von α = 30° zur Spotterplatte
positioniert, während
die Beleuchtung (LEDs) gegenüberliegend
im Winkel β kleiner als
30° positioniert
werden.
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Der
Kamerahintergrund 420 ist vorzugsweise auf der Beleuchtungsseite
schwarz absorbierend. Dadurch erscheint die Spotterplatte schwarz,
die Markierungen reflektieren das Licht der Lichtquelle 410 leicht
diffus und erscheinen dadurch hell. Durch projektive Transformation
wird das Bild so umgerechnet, als ob die Kamera senkrecht zur Spotterplatte stehen
würde (Kalibration
notwendig).
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5 zeigt
einen Hochdruck-Flüssigkeitschromatographen 500 (englisch:
high performance liqid column separation system; HPLC). Eine Pumpe 510 befördert eine
sogenannte mobile Phase (welche z.B. eine Probeflüssigkeit
aus einem Well der Wellplatte enthält) zu einer Trennungseinrichtung 530,
eine sogenannte stationäre
Phase, welche z.B. eine chromatographische Säule umfasst, welche verschiedene
Komponenten der Probeflüssigkeit
voneinander trennt. Weiter weist der Flüssigkeitschromatograph einen
Sampler 100 entsprechend der vorangehenden Beschreibung
auf, welcher Probeflüssigkeiten
aus bestimmten Wells einer Wellplatte 120 entnimmt und
diese über
eine Ventileinrichtung 520 dem Hochdruckbereich des HPLC
zuführt.
Ein Detektor 540 detektiert die verschiedenen separierten Komponenten,
und eine Analyseeinheit 550 wertet die Detektionsergebnisse
des Detektors 540 aus.