DE102007004234A1

DE102007004234A1 - Verfahren zur insbesondere optischen Untersuchung der Oberfläche eines Probenträgers für biologische Objekte

Info

Publication number: DE102007004234A1
Application number: DE102007004234A
Authority: DE
Inventors: Jens Lembke
Original assignee: Eppendorf SE
Current assignee: Eppendorf SE
Priority date: 2007-01-27
Filing date: 2007-01-27
Publication date: 2008-08-07
Also published as: US20100007947A1; WO2008089928A1; EP2118700A1

Abstract

Verfahren zur insbesondere optischen Untersuchung der Oberfläche eines Probenträgers für biologische Objekte, bei dem der Probenträger im ortsfesten Beobachtungsbereich einer Messeinrichtung angeordnet wird, wobei der Beobachtungsbereich einen Teilbereich der Oberfläche des Probenträgers abdeckt und der Probenträger relativ zu dem Beobachtungsbereich bewegt wird, wobei zur Untersuchung der Probenträger in Richtung einer in der Ebene des Probenträgers verlaufenden Achse verschoben und gleichzeitig in dieser Ebene rotiert wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 sowie auf eine in dem Verfahren einsetzbare Vorrichtung gemäß Anspruch 10.
Gattungsgemäße Verfahren werden in unterschiedlichen zumeist zytologischen Anwendungen eingesetzt. Insbesondere werden gattungsgemäße Verfahren im Rahmen einer Zellmanipulation durchgeführt.
Bei derartigen Verfahren werden die Oberflächen von biologischen Probenträgern untersucht, um z. B. die Anzahl und/oder die Positionen von darauf befindlichen biologischen Objekten, insbesondere Zellen, zu bestimmen. Geeignete Probenträger sind z. B. Petri-Schalen. Aber auch Objekträger oder andere Einrichtungen, auf denen z. B. Zellen angeordnet werden können, sind geeignete Probenträger im Rahmen der Erfindung.
In der Regel wird der Probenträger im Beobachtungsbereich einer ortsfesten optischen Einrichtung, z. B. im Fokus des Objektivs eines Mikroskopes, angeordnet, wobei der Beobachtungsbereich nur einen Teil der Oberfläche des Probenträgers erfasst. Der Probenträger wird dann mittels z. B. eines Kreuztisches dergestalt bewegt, dass die Messeinrichtung alle in einem definierten Bereich des Probenträgers befindlichen Objekte detektieren kann. Die Positionen der detektierten Zellen können abgespeichert und z. B. bei einer späteren Zellmanipulation verwendet werden, um bestimmte Zellen automatisch in den Fokus des Mikroskopes zu bewegen.
Im gattungsgemäßen Verfahren werden die Probenträger zeilenweise abgetastet, was insbesondere bei den üblicherweise in der Zeltmanipulation als Probenträger eingesetzten runden Petrischalen nicht optimal ist.
Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zu schaffen, das in besonders einfacher Weise die Untersuchung von Oberflächen insbesondere runder Probenträger ermöglicht.
Gelöst wird die Aufgabe mit einem Verfahren, das die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 aufweist.
Wie bei gattungsgemäßen Verfahren, so wird auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Probenträger zunächst im Beobachtungsbereich einer ortsfesten Messeinrichtung angeordnet. Es handelt sich dabei insbesondere um eine optische Messeinrichtung, wobei der Begriff "optisch" weit zu fassen ist. Abgedeckt werden sollen auch Messeinrichtungen, die mittels Laserstrahlung arbeiten. Denkbar ist auch der Einsatz nicht-optischer Einrichtungen, die z. B. mit Ultraschall arbeiten.
Bevorzugt ist die Messeinrichtung, ein Mikroskop, eine Stereolupe oder eine Kamera.
Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass der Probenträger in Richtung einer in der Ebene des Probenträgers verlaufenden Achse verschoben und gleichzeitig in dieser Ebene rotiert wird, wobei seine Oberfläche von der ortsfesten Messeinrichtung untersucht wird. Geeignete Vorrichtungen, die eine derartige Bewegung des Probenträgers ausführen können, sind weiter unten angegeben.
Eine gleichzeitige Drehung und Verschiebung des Probenträgers relativ zu der der Messeinrichtung bzw. ihrem Beobachtungsbereich stellt eine besonders vorteilhafte und platzsparende Möglichkeit dar, die Oberfläche eines insbesondere runden Probenträgers mit minimalem konstruktiven Aufwand zu untersuchen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Vorteilhafterweise erfolgt die Verschiebung des Probenträgers entlang einer Achse, die durch seinen Mittelpunkt und den Beobachtungsbereich der Messeinrichtung verläuft. Verschiebt man z. B. eine Petrischale entlang einer solchen bevorzugten Achse, dann genügt eine Verschiebung über einen Streckenbereich, der dem Radius der Petrischale entspricht, um bei gleichzeitiger Drehung sämtliche Oberflächenbereiche durch die Messeinrichtung zu erfassen.
Wie oben ausgeführt, sind die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzten Messeinrichtungen in der Lage, auf der Oberfläche des Probenträgers befindliche biologische Objekte, insbesondere Zellen, zu detektieren. Dies kann z. B. geschehen, um diese Objekte zu zählen.
Besonders bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Position von auf dem Probenträger befindlichen Objek ten durchgeführt wird. Die ermittelten Positionen werden gespeichert und können zum späteren Auffinden der Zellen z. B. im Rahmen einer Zellmanipulation verwendet werden. Die Positionen lassen sich besonders einfach als Weg/Winkelkoordinaten definieren, d. h. eine Koordinate entspricht einer Position auf der Achse, entlang der der Probenträger verschoben wird. Die andere Koordinate ist der Drehwinkel.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf Probenträger mit kreisförmigen Oberflächen beschränkt. Es können genausogut andere Oberflächen vermessen werden, wobei dann allerdings in Kauf genommen werden muss, dass die Messeinrichtung partiell Bereiche erfasst, die nicht zur Oberfläche des Probenträgers gehören.
Die Erfindung betrifft nicht nur ein Verfahren zur Untersuchung der Oberfläche eines Probenträgers, sondern auch Vorrichtungen, die in diesem Zusammenhang eingesetzt werden können.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Aufnahme für einen Probenträger auf sowie eine der Aufnahme zugeordnete Antriebseinrichtung, die die Aufnahme entlang einer in der Ebene der Aufnahme verlaufenden Achse über einen definierten Weg verschieben und gleichzeitig in der Ebene der Aufnahme drehen kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann als separates Stand-alone-Gerät mit z. B. einer Stereolupe verwendet werden.
Vorteilhafterweise sind allerdings weitere Einrichtungen vorgesehen, die eine definierte Anordnung bzw. Befestigung an der Messeinrichtung erlauben.
Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung genormte Verbindungseinrichtungen aufweist, die eine Anordnung an Mikroskoptischen ermöglicht. In der Regel weisen Mikroskoptische genormte Abmessungen auf und es sind ebenfalls genormte Bohrungen vorgesehen, die ein Ansetzen von z. B. Kreuztischen etc. erlauben. Erfindungsgemäße Vorrichtungen mit entsprechend genormten Abmessungen lassen sich besonders einfacher Weise mit unterschiedlichen Mikroskopen einsetzen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass an der Vorrichtung mindestens ein, in der Regel zwei Manipulatoren angeordnet sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt damit eine Einheit dar, die, abgesehen von den optischen Komponenten alle zur Mikromanipulation erforderlichen Einrichtungen aufweist. Wenn sie entsprechend genormt ist, lässt sie sich in besonders einfacher Weise von einem Mikroskop auf z. B. ein anderes Mikroskop umsetzen. Ein weiterer Vorteil ist, dass bei dieser Ausgestaltung Vibrationseffekte minimiert werden.
Selbstverständlich muss die zuvor beschriebene Ausgestaltung der Vorrichtung nicht zwingend an einer optischen Messeinrichtung befestigt werden. Denkbar ist auch, sie im Bereich einer Stereolupe oder einer anderen Messeinrichtung aufzustellen, ohne dass zwingend eine Verbindung von Lupe und Vorrichtung erforderlich ist.
Im folgenden soll die Erfindung an Hand von zwei Abbildungen näher erläutert werden.
1 zeigt schematisch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Untersuchung einer Petrischale.
2 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden kann.
In 1 erkennt man eine Petrischale 10, in der sich biologische Objekte 11, 12 und 13 befinden. In der Regel handelt es sich dabei um Zellen, die manipuliert werden sollen. Die Petrischale 10 ist im Beobachtungsbereich 14 einer nicht gezeigten Messeinrichtung angeordnet. Bei dem Beobachtungsbereich 14 kann es sich insbesondere um den Fokuspunkt eines Mikroskopes handeln, der wie gezeigt zu Beginn der Messung auf den Mittelpunkt der Petrischale 10 ausgerichtet ist. Selbstverständlich kann der Beobachtungsbereich aber auch auf jeden anderen Punkt der Petrischale ausgerichtet werden. In so einem Fall muss gegebenfalls lediglich die Verschiebung in Hin- und Gegenrichtung vorgenommen werden, um alle Bereiche der Oberfläche zu erfassen.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Petrischale 10 entlang einer Achse 15, z. B. in Richtung des Pfeiles 16, verschoben und dabei gleichzeitig in Richtung des Pfeiles 17 rotiert. Die von dem Beobachtungsbereich 14 nach außen in Spiralform verlaufende Linie 18 gibt dabei an, wie die Petrischale relativ zu dem Beobachtungsbereich 14 geführt wird.
Es wird deutlich, dass eine auf die Strecke des Radius r begrenzte Verschiebung ausreicht, damit sämtliche Bereiche der Petrischale 10 am Beobachtungsbereich, z. B. Fokuspunkt eines Mikroskopes 14, vorbeigeführt werden.
2 zeigt eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 20. Die Vorrichtung 20 umfasst eine Basisplatte 21, die an einem Tisch 24 eines Mikroskopes befestigt ist. Von dem Mikroskop ist als weitere Komponente lediglich ein Objektiv 25 dargestellt. Alle weiteren Kompoenten wurden aus Übersichtlichkeitsgründen weggelassen.
Auf der Basisplatte 21 ist eine Antriebseinrichtung 26 dargestellt, die einen Spindelantrieb mit einem Drehmotor 27 und einer Spindel 28 aufweist. Weiterhin weist die Antriebseinrichtung einen Träger 29 auf, der mit der Spindel 28 in Richtung eines Pfeiles 30 verstellt werden kann, sowie einen auf dem Träger 29 vorgesehenen Drehantrieb 30, mit dem eine Aufnahme 31 für eine Petrischale 32 in Richtung eines Pfeiles 33 rotiert werden kann.
Mit dem Antrieb 26 lässt sich also die in 1 beschriebene Bewegung der Petrischale 32 an dem Objektiv 25 vorbei darstellen. Im Rahmen dieser Bewegung werden von dem Objektiv 25 in der Petrischale 32 befindliche biologische Objekte 33, insbesondere Zellen 34, detektiert.
Weiterhin sind in der 2 nur schematisch dargestellte Manipulatoreinrichtungen 35, 36 zu erkennen, mit denen Kanülen 36 und 37 zur Zeltmanipulation bewegt werden können. Die Manipulatoreinrichtungen 35, 36 sind mit der Basisplatte 21 verbunden. In der gezeigten Ausführungsform stellt die Vorrichtung 20 damit eine Baueinheit dar, die sich bequem von einem Mikroskop zu einem weiteren versetzen lässt und die alle für die Zellmanipulation erforderlichen Komponenten mit Ausnahme der Optik enthält.
Denkbar sind selbstverständlich auch modulare Aufbauten, in denen mehrere Vorrichtungen parallel betrieben werden.

Claims

Verfahren zur insbesondere optischen Untersuchung der Oberfläche eines Probenträgers (10) für biologische Objekte (11, 12, 13), bei dem der Probenträger (10) im ortsfesten Beobachtungsbereich (14) einer Messeinrichtung angeordnet wird, wobei der Beobachtungsbereich (14) einen Teilbereich der Oberfläche des Probenträgers (10) abdeckt, und der Probenträger (10) relativ zu dem Beobachtungsbereich (14) bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Untersuchung der Probenträger (10) in Richtung einer in der Ebene des Probenträgers (10) verlaufenden Achse (15) verschoben und gleichzeitig in dieser Ebene rotiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während Verschiebung und Rotation des Probenträgers (10) alle Punkte seiner Oberfläche mindestens einmal von der Messeinrichtung erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebung des Probenträgers in Richtung einer Achse erfolgt, die durch den Mittelpunkt des Probenträgers (10) und den Beobachtungsbereich (14) der Messeinrichtung verläuft.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebung über die Hälfte der längsten Erstreckung der Oberfläche des Probenträgers erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenträger eine Petrischale ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Position von während der Messung durch die Messeinrichtung detektierten biologischen Objekten erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Positionen als Weg/Winkel Koordinaten gespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messeinrichtung ein Mikroskop ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den biologischen Objekten um Zellen handelt, die manipuliert werden sollen.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, gekenzeichnet durch eine Aufnahme (31) für einen Probenträger (32), und eine der Aufnahme (31) zugeordnete Antriebseinrichtung (26, 30), die die Aufnahme (31) über einen definierten Weg entlang einer in der Ebene der Aufnahme (31) verlaufenden Achse verschieben und gleichzeitig in dieser Ebene drehen kann.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an der Vorrichtung der mindestens eine Manipulatoreinrichtung vorgesehen ist, mit der auf dem Probenträger befindliche biologische Objekte einer zellbiologischen Behandlung unterzogen werden können.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie als genormte, an einem Mikroskop anordenbare Baueinheit ausgebildet ist.