DE102009023279A1

DE102009023279A1 - Vorrichtung zur Bestimmung von einer Keimverteilung abhängigen Information auf einem Trägersubstrat und Verfahren zum Bestimmen derselben

Info

Publication number: DE102009023279A1
Application number: DE102009023279A
Authority: DE
Inventors: Thomas Van Den Boom; Sinan Ünlübayir; Hoc-Khiem Trieu
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2009-05-29
Filing date: 2009-05-29
Publication date: 2010-12-09

Abstract

Ausführungsbeispiele zeigen eine Vorrichtung zur Bestimmung einer von einer Keimverteilung auf einem Trägersubstrat abhängigen Information. Die Vorrichtung weist eine Strahlenabtasteinrichtung mit einer Strahlungsquelle auf, die ausgebildet ist, eine elektromagnetische Strahlung ortsaufgelöst auf das Trägersubstrat zu emittieren. Ferner weist die Strahlenabtasteinrichtung ein strahlungsempfindliches Bauelement auf, das ausgebildet ist, die mit dem Trägersubstrat wechselwirkende elektromagnetische Strahlung zu erfassen und basierend auf einer unterschiedlichen Wechselwirkung der elektromagnetischen Strahlung mit dem Trägersubstrat und mit darauf befindlichen Keimen unterschiedliche ortsabhängige Signale bereitzustellen. In einer Auswerteeinrichtung ist basierend auf den unterschiedlichen ortsabhängigen Signalen die von der Keimverteilung auf dem Trägersubstrat abhängige Information bestimmbar.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung einer von einer Keimverteilung auf einem Trägersubstrat abhängigen Information, insbesondere auf die Bestimmung einer Keimdichteverteilung oder Keimzahl auf dem Trägersubstrat. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Bestimmung solch einer von einer Keimverteilung auf einem Trägersubstrat abhängigen Information, sowie auf ein Verfahren zur Bestimmung einer Keimdichteverteilung von lebenden Keimen auf einem Trägersubstrat. Dazu kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein optischer Datenträger als Trägersubstrat zur Analyse von Keimen verwendet werden.
In Hygiene- bzw. bezüglich einer Übertragung von Krankheitskeimen sensiblen Einrichtungen, wie z. B. in Krankenhäusern, Pflegeheimen, Arztpraxen, Kindertagesstätten, Kantinen, Mensen, sowie im Bereich der lebensmittelverarbeitenden Industrie und der Gastronomie sollte regelmäßig kontrolliert werden, ob beispielsweise Oberflächen auf denen mit Lebensmitteln gearbeitet wird oder mit denen Patienten etc. in Berührung kommen, keimfrei sind.
Hauptuntersuchungsgegenstände können dabei Bakterien, z. B. Coli-Bakterien sein. Ein anerkanntes Vorgehen, das beispielsweise im lebensmittelverarbeitenden Gewerbe oder in der Systemgastronomie eingesetzt wird, ist dabei die sogenannte Abklatschprobe. Dabei wird „ein Stempel” mit einem präparierten Nährboden auf die zu untersuchende Oberfläche gedrückt, so dass die dort vorhandenen Keime am Stempel haften bleiben. Der Stempel mit der Probe wird in einem Brutschrank für ca. 72 Stunden gelagert, damit sich die lebenden Bakterien zu sogenannten Kolonien vermehren und so später mit bloßem Auge erkennbar sind und gezählt werden können.
Unerwünschte Mikroorganismen im lebensmittelverarbeiteten Gewerbe sind u. a. grampositive und gramnegative Bakterien, sowie Hefen und Schimmelpilze. Ebenfalls unerwünscht sind Viren und Parasiten, die durch ein günstiges Milieu durch Lebensmittel übertragen werden können. Im Folgenden werden alle unerwünschten Mikroorganismen auch einfach als Keime bezeichnet.
Zur Detektion solcher unerwünschter Keime werden unterschiedliche Methoden mit, oder ohne Kultivierungsphase der Keime durchgeführt.
Zu den gängigen Verfahren ohne vorherige Kultivierung zählen u. a. die Mikroskopie, die direkte Epifluoreszensfiltertechnik (DEFT), sowie Limulus-Amöbocyten-Lysat-Test (LAL-Test) und Immunoassays. Diese Methoden benötigen relativ wenig Zeit (unter einer Stunde), brauchen aber dafür unter Umständen einen hohen Aufwand im Bezug auf die Probenvorbereitung. Außerdem sind diese Verfahren für viele Anwendungen zu selektiv und/oder sehr teuer. Bei dem DEFT-Verfahren für flüssige Proben können die Mikroorganismen nach Filtration durch Anfärbung mit Fluoreszenzfarbstoffen im Fluoreszenzmikroskop mit einem Bildanalysegerät gezählt werden. Eine Unterscheidung zwischen lebenden und toten Keimen – einem sogenannten Lebend-Tot-Nachweis – ist durch zusätzliches Anfärben und weitere Zusätze möglich.
Die oben genannten Verfahren zur Bestimmung einer Keimzahl ohne Kultivierung erlauben zwar Ergebnisse in sehr kurzer Zeit, aber sie erkaufen sich ihre kurze Zeitdauer durch aufwendige Apparaturen und kompliziertere Vorbereitung der Proben, wie z. B. Anfärben. Dadurch sind diese Verfahren auch relativ teuer. Die Portabilität, also die Untersuchung vor Ort, mit entsprechend dimensionierten Geräten ist fraglich bzw. nicht gegeben. Die Durchführung durch Laien ist problematisch, da beispielsweise die Farbstoffe zum Anfärben toxisch sind und deshalb von geschultem Personal durchgeführt werden sollte. Viele dieser Verfahren sind außerdem zu spezifisch, wie z. B. der sogenannte LAL-Test nur für gramnegative Bakterien durchführbar ist. Für einige Anwendungen sind diese Verfahren außerdem zu selektiv und daher schlecht geeignet, um einen Überblick bzw. eine Abschätzung einer Keimbelastung abzugeben.
Zu den direkten Verfahren zur Bestimmung einer Keimzahl nach einer Kultivierung einer Probe zählen beispielsweise die Anreicherung und die anschließende Verteilung einer Probe auf selektivem Nährboden oder ein unmittelbarer Auftrag einer zu untersuchenden Probe auf einen Nährboden (sog. Abklatschtest) mit selektivem Medium, wie z. B. 4-Methylum-belliferyl-β-galactopyranosid (MUG) oder E. coli Test. Anschließend können bei einem solchen direkten Verfahren auch Referenz- oder, Identifikationstests durchgeführt werden. Diese Verfahren benötigen jedoch eine relativ lange Zeitdauer, beispielsweise 12 h bis 48 h oder 72 h. Diese direkten Verfahren sind bisher jedoch die genauesten und am meisten anerkannten Verfahren, um eine Keimzahlbestimmung durchzuführen.
Standardisierte Prüfungsmethoden sind beispielsweise das quantitative Tupferverfahren, das semiquantitative Tupferverfahren, das semiquantitative Verfahren (Abklatschprobe). Beim Tupferverfahren wird prinzipiell mit einem Watteträger die zu untersuchende Oberfläche abgestrichen. Die Watteträger werden in einem Gefäß mit ständiger steriler Verdünnungslösung mechanisch ausgeschüttelt. Es wird weiter dezimal verdünnt und dann mit entsprechenden Nährböden (Agarplatten) beimpft. Die Platten werden bebrütet und die Anzahl der gewachsenen Kolonien wird unter dem Mikroskop ausgezählt Das semiquantitative Tupferverfahren verzichtet auf die Verdünnungsreihe und stellt ein vereinfachtes Verfahren dar.
Bei der Abklatschprobe wird eine nährbodenbeschichtete Vorrichtung auf die zu untersuchende Oberfläche gedrückt und anschließend bis zu 72 h bebrütet. Die Auswertung dieser Proben erfolgt durch Zählen der sichtbaren Kolonien unter dem Mikroskop. Dieses Verfahren der Abklatschprobe zeichnet sich durch ihre Einfachheit aus, benötigt jedoch relativ lange Zeit zum Bebrüten der entsprechenden Proben. Mit diesem Verfahren kann zwischen lebenden und toten Keimen bzw. Bakterien etc. unterschieden werden. Zur Erhöhung der Spezifität können entsprechende selektive Nährböden verwendet werden. Das Verfahren ist kostengünstig und kann von Laien nach kurzer Anleitung durchgeführt werden. Nachteilig ist jedoch neben der langen Dauer, dass das Verfahren keine „Vor-Ort” Lösung ist und in einem Labor durchgeführt werden muss. Das Ergebnis ist eineindeutig, weil die Kolonien mit bloßem Auge zu erkennen sind und somit jederzeit von jedermann nachprüfbar sind.
Neben dem Verfahren ohne Kultivierung einer Probe und dem direkten Verfahren mit einer Kultivierung werden auch indirekte Verfahren mit Kultivierung durchgeführt.
Zu den indirekten Verfahren nach einer Kultivierung zählen Impedanzmessung, die CO2- bzw. O2-Messungen oder die Adenosintriphosphat (ATP) Messungen. Diese Verfahren dauern typischerweise zwischen einer Stunde bis 48 Stunden und unter Umständen, bei einer hohen Spezifität, auch noch länger.
Bei der Impedanzmessung werden durch den mikrobiellen Stoffwechsel schwach oder noch geladene höhermolekulare Substrate abgebaut. Die Umwandlung in niedermolekulare, hoch geladene Verbindungen bewirkt ein Abfall der Impedanz. Detektiert wird also bei der Impedanzanalyse die Änderung der Impedanz pro Zeiteinheit. Neben der Keimzahlbestimmung lassen sich mit der Impedanzbestimmung auch Stabilitätstests, Aktivitätstests, Wachstumskinetiken, Hemmstofftests usw. relativ einfach durchführen. Die Impedanzmessung dauert relativ lang, so wird z. B. für die Messung von Hefe- und Schimmelpilzen ca. 72 h benötigt. In den meisten kommerziellen Geräten zur Durchführung dieser Verfahren können jedoch die Messungen parallel laufen, wodurch sich der Probendurchsatz erhöht. In der Impedanzanalytik ist die Kultivierung der Proben automatisiert.
Die Messung des Gasaustausches von O2 und CO2 wird hauptsächlich in der Endproduktkontrolle durchgeführt und setzt eine Mindestkeimzahl für eine ausreichend schnelle Messung voraus.
Das Adenosintriphosphat (ATP) ist ein Nucleotid und energiereicher Baustein der RNA. Als Energiequelle wird ATP für die grundlegenden energieverbrauchenden Prozesse aller Lebewesen genutzt und spielt eine Schlüsselrolle im Metabolismus der Zellen. Somit enthält jedes Bakterium ebenfalls ATP in den Zellen. Bei der ATP Messung wird ein biolumineszenter Vorgang über Luciferasen ausgenutzt. Diese Enzyme katalysieren die Oxidation eines Substrates, wie z. B. Luciferin mit molekularem Sauerstoff zu Oxyluciferin, wobei ein nicht-stabiler, angeregter Übergangszustand erzeugt wird, der unter Abgabe von Licht in einen stabilen Zustand übergeht. Für eine Biolumineszenz sind bei den Glühwürmchen-Luciferase neben dem Luciferin noch ATP und Mg2+ zwingend beteiligt. Das bei der Reaktion freiwerdende H2O geht in die Hydrolyse von ATP zu AMP+ PPi ein. Somit liefert die Fluoreszenzintensität ein Maß für die Menge an ATP und damit an Mikroorganismen in der Probe. Da das ATP im Zellkern steckt, müssen die Zellen vorher aufgeschlossen werden. Dieses Verfahren ist jedoch nicht sehr selektiv. Proben werden vorher filtriert, d. h. es findet eine Aufreinigung, eine Anreicherung von Mikroorganismen, eine Trennung von Hefe und Bakterien statt. Gegebenenfalls ist eine Kompensierung von Störfaktoren nötig. Eine ATP Messung kann prinzipiell innerhalb von Sekunden erfolgen. Sollen allerdings somatische Zellen von der Gesamt-ATP ausgeschlossen werden, ist eine Vorinkubation nötig, innerhalb derer nur somatische Zellen aufgeschlossen werden und dessen ATP von einem Enzym zerstört werden. Durch diesen Zwischenschritt kann sich die Gesamtmesszeit auf etwa eine Stunde erhöhen.
Die indirekten Methoden sind relativ elegant. Die Impedanzanalytik benötigt aber immer noch sehr viel Zeit, die für eine Vor-Ort-Messung zu lange ist. Die Selektivität bestimmt sich hier über die Nährflüssigkeit in der Kultivierungsphase. Die Handhabung ist aber relativ einfach.
Bei der ATP Messung ist der Messvorgang sehr schnell. Auch wenn somatische Zellen ausgeschlossen werden müssen, ist eine Messzeit von ungefähr einer Stunde bei der Vor-Ort-Messung immer noch akzeptabel. Die Handhabung ist relativ einfach und portable Geräte sind vorhanden. Allerdings ist die Akzeptanz der Ergebnisse einer ATP Messung nicht sehr hoch, da die Korrelation zwischen ATP Messung und standardisierter Keimzahlbestimmung schlecht ist. Da ATP in jeder Zelle vorkommt, ist ein Fehler durch z. B. somatische Zellen oder einen fehlerhaften Zellaufschluss nicht ausgeschlossen.
Die DE 10 2006 009 831 A1 bezieht sich auf ein Verfahren und ein Mikroskop zur räumlich hoch auflösenden Untersuchung von Proben, und insbesondere auf ein Laser-Raster-Fluoreszenzmikroskop, wobei die zu untersuchende Probe eine Substanz umfasst, die wiederholt von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand überführbar ist, und wobei sich die ersten und die zweiten Zustände in mindestens einer optischen Eigenschaft voneinander unterscheiden. Dabei wird zunächst die Substanz in einem zu erfassenden Probenbereich in den ersten Zustand gebracht, woraufhin mittels eines optischen Signals der zweite Zustand induziert wird, wobei innerhalb des zu erfassenden Probenbereichs räumlich begrenzte Teilbereiche gezielt ausgespart werden, so dass das optische Signal in Form einer Fokuslinie mit einem Querschnittsprofil mit mindestens einer Intensitätsnullstelle mit seitlich benachbarten Intensitätsmaxima bereitgestellt wird.
Die wissenschaftliche Veröffentlichung „Nanoskopie mit fokussiertem Licht", von Hell S. W.; in: Physik Journal, VOL. 6, Nr. 12, 2007, Seiten 47 bis 53) bezieht sich auf eine Nanoskopie mit fokussiertem Licht durch Überführen von Molekülen zwischen Hell- und Dunkelzuständen, um die Abbes-Grenze im Lichtmikroskop trotz Beugung aufzuheben. In einem Fluoreszenzmikroskop soll sich die Abbesche Auflösungsgrenze trotz Beugung aufheben lassen, indem man die Markermoleküle des Objekts zwischen einem hellen (fluoreszierenden) und einem dunklen Zustand umschaltet. Dabei wird der Probenbereich, indem die Moleküle fluoreszieren, vorübergehend auf einen Bruchteil der Wellenlänge eingegrenzt. Durch sequentielles Auslesen der Fluoreszenz aus solchen engen Bereichen lässt sich ein Bildpunkt punktweise zusammensetzen.
Gebräuchliche Vorrichtungen und Verfahren zur Keimzahlbestimmung weisen also die Nachteile auf, dass eine Analyse zeitlich zu lange dauert oder in einem Labor mit entsprechender Infrastruktur durchgeführt werden muss. Daraus kann resultieren, dass die Analyse relativ teuer ist und zudem von entsprechend geschultem Personal durchgeführt werden muss.
Somit besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine hinsichtlich der oben genannten Nachteile verbesserte Vorrichtung zur Bestimmung einer Information, die von einer Keimzahlverteilung abhängt und ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung derselbigen, zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Bestimmung einer von einer Keimverteilung auf einem Trägersubstrat abhängigen Information gemäß Patentanspruch 1 und 37, durch ein Verfahren zur Bestimmung einer solchen Information gemäß Patentanspruch 26, durch ein Verfahren zur Bestimmung einer Keimdichteverteilung von lebenden Keimen auf einem Trägersubstrat gemäß Patentanspruch 30 sowie durch eine Verwendung eines optischen Datenträgers als Trägersubstrat zur Analyse von Keimen gemäß Anspruch 32 gelöst.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass zur Bestimmung einer von einer Keimverteilung auf einem Trägersubstrat abhängigen Information eine Vorrichtung mit Strahlenabtasteinrichtung verwendet werden kann, die basierend auf einer unterschiedlichen Wechselwirkung einer von der Strahlenabtasteinrichtung ausgesandten elektromagnetischen Strahlung mit einem Trägersubstrat und mit darauf befindlichen Keimen unterschiedliche ortsabhängige Signale bereitgestellt werden können, die von einer Auswerteeinrichtung so ausgewertet werden können, dass eine von der Keimverteilung auf dem Trägersubstrat abhängigen Information bestimmt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform kann dazu als Trägersubstrat für die Keime ein optischer Datenträger, wie er beispielsweise für CDs, DVDs oder Blu-ray Discs Verwendung findet, eingesetzt werden. Gemäß einer Ausführungsformen kann eine geringfügig modifizierte optische Abtasteinheit für optische Datenträger zur Bestimmung einer von einer Keimverteilung auf einem Trägersubstrat abhängigen Information verwendet werden.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann eine Unterscheidung zwischen lebenden und toten Keimen auf einem Trägersubstrat durch zweimaliges ortsaufgelöstes optisches Abtasten des Trägersubstrates und einem Vergleich der aus den beiden Abtastvorgängen gewonnenen Informationen durchgeführt werden.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht also darin, dass zum optischen Abtasten und als Trägersubstrat für die zu untersuchenden Keime modifizierende und zum Teil vorhandene kostengünstige Technologien, wie z. B. CD-Spieler, DVD-Spieler oder Blu-ray Disc Spieler verwendet werden können. Das optische Abtasten eines Trägersubstrats mit Keimen kann zudem relativ schnell durchgeführt werden und ferner wird dazu kein besonders geschultes Personal benötigt. Die Herstellung der Vorrichtung und des Substratträgers kann relativ günstig sein, da sie auf bestehende Technologien aufbaut.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Ergebnisse der Untersuchungen auf dem Trägersubstrat gespeichert bzw. archiviert werden.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1a eine Vorrichtung zur Bestimmung einer von einer Keimverteilung auf einem Trägersubstrat abhängigen Information gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
1b eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Bestimmung einer von einer Keimverteilung auf einem Trägersubstrat abhängigen Information gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
1c eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Bestimmung einer von einer Keimverteilung auf einem Trägersubstrat abhängigen Information, wobei eine Strahlenabtasteinrichtung der Vorrichtung eine Linse und einen Spiegel als optische Bauelement gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufweist;
1d eine schematische Darstellung einer durch einen Antrieb beweglichen Strahlenabtasteinrichtung einer Vorrichtung zur Bestimmung einer von einer Keimverteilung auf eifern Trägersubstrat abhängigen Information gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
1e eine schematische Darstellung einer Strahlenabtasteinrichtung, die eine optische Abtasteinheit für optische Datenträger gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufweist;
1f eine Strahlenabtasteinrichtung, die eine Abtasteinheit eines Scanners gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufweist;
2a die schematische Darstellung eines Trägersubstrats mit Keimen, wobei die Strahlenabtasteinrichtung ausgebildet ist, um das in einem Pixelraster einteilbare Trägersubstrat vollständig abzutasten bzw. abzurastern;
2b eine schematische Darstellung eines zweiten Abtastvorganges des Trägersubstrates mit örtlich verschobenen Keimen, zur Unterscheidung von lebenden und toten Keimen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3a eine schematische Aufsicht auf einen optischen Datenträger und darauf befindlichen Keimen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3b eine schematische Seitenansicht eines optischen Datenträgers, welcher als Trägersubstrat für Keime Verwendung findet, und einer Strahlenabtasteinrichtung zum Abtasten des optischen Datenträgers mit den darauf befindlichen Keimen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3c eine schematische Seitenansicht eines optischen Datenträgers der von einer Strahlenabtasteinrichtung mit zwei unterschiedlichen Strahlungsfoki gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung abgetastet wird;
3d eine schematische Seitenansicht des optischen Datenträgers und der Strahlenabtasteinrichtung gemäß 3c mit einer veränderten Keimverteilung, wobei durch ein zweites ortsabhängiges Abtasten des optischen Datenträgers zwischen lebenden und toten Keimen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unterschieden werden kann;
3e eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Bestimmung einer von einer Keimverteilung auf einem Trägersubstrat abhängigen Information mit einer Ramanstreulichtdetektionseinrichtung, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3f eine schematische Seitenansicht eines optischen Datenträgers, welcher als Trägersubstrat für Keime Verwendung findet, und zwei getrennten Abtasteinrichtungen zum Abtasten des optischen Datenträgers mit den darauf befindlichen Keimen auf einer Seite des Datenträgers und der Spur- und/oder Ortsinformationen auf der anderen, optisch auslesbaren Oberfläche des Datenträgers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3g eine schematische Seitenansicht eines optischen Datenträgers, welcher als Trägersubstrat für Keime Verwendung findet, wobei das Trägersubstrat zumindest zwei miteinander verbindbare Teilsubstrate gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufweist;
4 die schematische Gegenüberstellung der Größenverhältnisse von möglichen zu untersuchenden Keimen und Bakterien und den Informationsträgern auf einem optischen Datenspeicher;
5 die schematische Darstellung der Verwendung einer optischen Abtasteinheit für optische Datenträger zur Bestimmung einer von einer Keimverteilung auf einem optischen Datenträger abhängigen Information gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6 ein Flussdiagramm zum Verfahren zur Bestimmung einer von einer Keimverteilung auf einem Trägersubstrat abhängigen Information gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
7 ein Flussdiagramm zum Verfahren zur Bestimmung einer Keimdichteverteilung von lebenden Keimen auf einem Trägersubstrat gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Bezüglich der nachfolgenden Beschreibung sollte beachtet werden, dass bei den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen gleiche oder gleichwirkende Funktionselemente gleiche Bezugszeichen aufweisen und somit die Beschreibung dieser Funktionselemente in den verschiedenen in den nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen untereinander austauschbar sind.
1a zeigt eine Vorrichtung 1 zur Bestimmung einer von einer Keimverteilung auf einem Trägersubstrat 10 abhängigen Information. Die Vorrichtung 1 weist eine Strahlenabtasteinrichtung 5 mit einer Strahlungsquelle 5a auf, die ausgebildet ist, eine elektromagnetische Strahlung 3 ortsaufgelöst auf das Trägersubstrat 10 zu emittieren. Die Strahlenabtasteinrichtung 5 weist ferner ein strahlungsempfindliches Bauelement 5b auf, das ausgebildet ist, die mit dem Trägersubstrat 10 wechselwirkende elektromagnetische Strahlung 3 zu erfassen und basierend auf einer unterschiedlichen Wechselwirkung der elektromagnetischen Strahlung 3 mit dem Trägersubstrat 10 und mit darauf befindlichen Keimen 9 unterschiedliche ortsabhängige Signale bereitzustellen. Die Vorrichtung 1 weist ferner eine Auswerteeinrichtung 7 auf, die mit der Strahlenabtasteinrichtung 5 bzw. mit dem strahlungsempfindlichen Bauelement 5b gekoppelt sein kann. Die Auswerteeinrichtung 7 kann ausgebildet sein, um basierend auf den unterschiedlichen ortsabhängigen Signalen, die von dem strahlungsempfindlichen Bauelement 5b bereitgestellt werden, die von einer Keimverteilung auf dem Trägersubstrat abhängige Information zu bestimmen.
Gemäß Ausführungsbeispielen kann die Auswerteeinrichtung 7 ausgebildet sein, aus den unterschiedlichen ortsabhängigen Signalen eine Keimzahl oder eine Keimverteilung bzw. eine Keimdichteverteilung auf dem Trägersubstrat zu bestimmen. Bei der Keimzahl kann es sich um eine absolute Anzahl von Keimen, die sich auf dem Trägersubstrat befinden, handeln, und bei der Keimverteilung bzw. bei der Keimdichteverteilung um eine Anzahl von Keimen pro Fläche des Trägersubstrates. Die Strahlenabtasteinrichtung kann ausgebildet sein, das Trägersubstrat punktweise, zeilenweise, flächenweise oder komplett ortsaufgelöst optisch abzutasten. Die Ortsauflösung kann also gemäß Ausführungsbeispielen veränderbar sein. Diese Veränderung der Ortsauflösung kann beispielsweise durch Verwendung einer anderen Strahlungsquelle, einer Wellenlängenselektion, einer Veränderung im optischen System oder in einer Veränderung am strahlungsempfindlichen Bauelement, wie z. B. die Zusammenschaltung von mehreren strahlungsempfindlichen Bauelementen, erreicht werden. Bei der verwendeten Strahlungsquelle 5a kann es sich beispielsweise um einen Laser, z. B. eine Laserdiode, eine Leuchtdiode (LED), eine Leuchtstoffröhre mit einem breiten Emissionsspektrum oder eine andere Strahlungsquelle mit einem diskontinuierlichen oder kontinuierlichen Spektrum handeln. Bei der elektromagnetischen Strahlung kann es sich beispielsweise um Licht aus dem infraroten Strahlungsbereich, dem sichtbaren Strahlungsbereich oder dem ultravioletten Strahlungsbereich handeln.
Die elektromagnetische Strahlung 3 kann nach der Wechselwirkung mit dem Trägersubstrat 10 und den darauf befindlichen Keimen 9 von dem strahlungsempfindlichen Bauelement 5b detektiert werden. Bei dem strahlungsempfindlichen Bauelement 5b kann es sich beispielsweise um eine Photodiode, ei nen Photomultiplier oder ein sogenanntes Charge-Coupled-Device(CCD)-Bauelement oder CCD-Sensor handeln. Das strahlungsempfindliche Bauelement 5b kann also beispielsweise ausgebildet sein, um elektromagnetische Strahlung aus dem infraroten, dem sichtbaren und/oder dem ultravioletten Bereich zu detektieren. Die Wechselwirkung der elektromagnetischen Strahlung mit dem Trägersubstrat und den darauf befindlichen Keimen kann dazu führen, dass ortsaufgelöst unterschiedliche Signale von dem strahlungsempfindlichen Bauelement 5b für eine Auswerteeinrichtung 7 zur Verfügung gestellt werden. Bei der Wechselwirkung der von der Strahlungsquelle 5a emittierten elektromagnetischen Strahlung mit dem Trägersubstrat bzw. mit den darauf befindlichen Keimen kann es sich beispielsweise um Reflexion, Absorption, Transmission oder Streuung handeln. Das heißt, die elektromagnetische Strahlung 3, die von der Strahlungsquelle ortsaufgelöst auf das Trägersubstrat emittiert wird, kann beispielsweise von dem Trägersubstrat reflektiert werden, aber z. B. von den darauf befindlichen Keimen nur schwächer reflektiert oder absorbiert werden. Denkbar ist z. B. dass die elektromagnetische Strahlung in einem Trägersubstrat reflektiert wird, von den Keimen aber absorbiert wird oder nur schwach gestreut wird. Die unterschiedliche Wechselwirkung der elektromagnetischen Strahlung kann auch in einer unterschiedlichen starken oder stark ausgeprägten Wechselwirkung liegen, z. B. also in einer stärkeren Reflexion der elektromagnetischen Strahlung an dem Trägersubstrat verglichen mit einer schwächeren Reflexion an den Keimen. Es können natürlich auch gleichzeitig mehrere unterschiedlichen Wechselwirkungen stattfinden, also z. B. eine teilweise Absorption und eine teilweise Transmission der elektromagnetischen Strahlung an dem Trägersubstrat. Die elektromagnetische Strahlung kann, falls das Trägersubstrat für die entsprechende Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung transparent ist, dieses durchdringen und von den Keimen absorbiert, gestreut oder reflektiert werden. Denkbar sind also alle möglichen Kombinationen, bei denen basierend auf einer unterschiedlichen Wechselwirkung der elektromagnetischen Strahlung mit dem Trägersubstrat und mit den darauf befindlichen Keimen unterschiedliche ortsabhängige Signale von dem strahlungsempfindlichen Bauelement 5b detektiert werden können.
Das Trägersubstrat 10 kann dazu beispielsweise eine reflektierende Schicht, z. B. einen Spiegel aus Aluminium etc. aufweisen, so dass an den Stellen des Trägersubstrates, auf denen sich keine Keime befinden, ein einfallender Laserstrahl reflektiert wird und dementsprechend von einer Photodiode 5b ein starkes Signal detektiert werden kann, wohingegen an Positionen, an denen sich Keime befinden, ein Laserstrahl nur schwach gestreut oder absorbiert wird und dementsprechend kein oder nur ein schwaches Signal von dem strahlungsempfindlichen Bauelement 5b detektiert werden kann.
In 1b ist eine weitere schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Bestimmung einer von einer Keimverteilung auf einem Trägersubstrat abhängigen Information gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Strahlungsquelle 5a einer Strahlenabtasteinrichtung unterhalb eines transparenten Trägersubstrates 10 angeordnet. Auf dem Trägersubstrat befinden sich an unterschiedlichen Stellen, in unterschiedlicher Dichte und Konzentration Keime 9. Das Trägersubstrat weist also eine spezifische Keimverteilung auf. Das strahlungsempfindliche Bauelement 5b und die daran gekoppelte Auswerteeinrichtung 7 sind in diesem Ausführungsbeispiel nun oberhalb des Trägersubstrates 10 angeordnet, so dass eine von der Strahlungsquelle 5a emittierte Strahlung an den Orten auf dem Trägersubstraten, an denen sich keine Keime befinden, das transparente Trägersubstrat durchdringen können. Es findet also eine Transmission statt, so dass die Strahlung von dem strahlungsempfindlichen Bauelement 5b detektiert werden kann und ein entsprechendes ortsabhängiges Signal für die Auswerteeinrichtung 7 bereitgestellt werden kann. An den Stellen, an denen sich die Keime 9 befinden, kann nun die elektromagnetische Strahlung geblockt werden bzw. absorbiert werden, so dass das strahlungsempfindliche Bauelement 5b an diesen Stellen keine oder nur eine geringe Strahlung detektiert und entsprechend ein im Vergleich zu dem Trägersubstrat ohne Keime unterschiedliches ortsabhängiges Signal für die Auswerteeinrichtung bereitstellt. Die Strahlungsquellen 5a und das strahlungsempfindliche Bauelement 5b können dazu entsprechend optisch zueinander ausgerichtet sein.
Die Strahlenabtasteinrichtung, die zumindest eine Strahlungsquelle 5a und einen Strahlungsdetektor 5b aufweist, kann nun so ausgerichtet sein, um von unterschiedlichen Orten auf dem Trägersubstrat unterschiedliche ortsabhängige Signale bereitzustellen zu können und die Auswerteeinrichtung 7 kann ausgebildet sein, aus diesen unterschiedlichen ortsabhängigen Signalen eine Keimdichteverteilung, eine Keimzahl bzw. eine Keimverteilung zu berechnen bzw. zu bestimmen. Dazu kann die Auswerteeinrichtung 7 beispielsweise einen Analog/Digital-Wandler aufweisen, der ein Spannungssignal, welches von dem strahlungsempfindlichen Bauelement aufgrund der unterschiedlichen Wechselwirkung der elektromagnetischen Strahlung mit dem Trägersubstrat und den darauf befindlichen Keimen zur Verfügung gestellt wird, digitalisiert.
Beispielsweise kann also der transmittierte Lichtstrahl 3a in der Photodiode 5b einen höheren Spannungspegel hervorrufen, der dann beispielsweise von der Auswerteeinrichtung 7 als logischen 1 Wert digitalisiert wird, als der Lichtstrahl 3b, der geblockt wird und dementsprechend von der Photodiode ein geringerer Spannungspegel an die Auswerteeinrichtung geliefert wird, so dass dies als ein logischer 0 Wert interpretiert wird. In diesem Ausführungsbeispiel könnte also ein detektierter Keim einem logischen 0 Wert entsprechen und ein Bereich auf dem Trägersubstrat ohne Keim einem logischen 1 Wert. Denkbar ist natürlich auch eine umgekehrt logische Zuweisung.
1c zeigt eine weitere schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Bestimmung einer von einer Keimverteilung auf einem Trägersubstrat abhängigen Information. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 1 wiederum eine Strahlenabtasteinrichtung 5 auf, wobei in diesem Fall die Strahlenabtasteinrichtung 5 neben der Strahlungsquelle 5a und dem strahlungsempfindlichen Bauelement 5b weitere optische Bauelemente aufweist. Beispielhaft sind in diesem Ausführungsbeispiel eine Linse 5c zum Fokussieren der elektromagnetischen Strahlung 3 von der Strahlungsquelle 5a auf einen Ort auf dem Trägersubstrat 10, sowie ein Spiegel 5d, um eine reflektierte Strahlung auf das strahlungsempfindliche Bauelement 5b abzulenken, dargestellt. Das strahlungsempfindliche Bauelement 5b kann wieder mit der Auswerteeinrichtung 7 gekoppelt sein, wobei in diesem Ausführungsbeispiel die Auswerteeinrichtung 7 einen Speicher 7a aufweisen kann, um die von der Auswerteeinrichtung bestimmten Informationen basierend auf den unterschiedlichen ortsabhängigen Signalen, die von der Keimverteilung auf dem Trägersubstrat abhängen, zu speichern. Bei der Auswerteeinrichtung 7 kann es sich beispielsweise um einen Computer handeln, der mit der Strahlenabtasteinrichtung bzw. dem strahlungsempfindlichen Bauelement verbunden ist.
Gemäß einiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung kann also durch optisches Abtasten bzw. Abrastern eines Trägersubstrates mit Keimen mittels einer elektromagnetischen Strahlung, welche beispielsweise aus dem infraroten, dem sichtbaren oder dem ultravioletten Spektralbereich stammen kann, eine Information, die von einer Keimverteilung auf dem Trägersubstrat abhängt, gewonnen werden. Aus dieser Information kann u. a. eine Keimzahl bzw. eine Keimdichteverteilung auf dem Trägersubstrat bestimmbar sein. Dazu ist es denkbar, dass mittels eines entsprechenden Algorithmus statistische Methoden bzw. Methoden und Algorithmen der Bilderkennung bzw. Bilddiagnostik eingesetzt werden.
Wie in 1d zu sehen ist, kann die Vorrichtung 1 einen Antrieb 15 bzw. eine Steuerung aufweisen, die es erlaubt, die Strahlenabtasteinrichtung 5 über das gesamte Trägersubstrat bzw. Teile des Trägersubstrats zu führen, um so ein systematisches Abrastern, Scannen bzw. Abtasten des Trägersubstrates 10 zu ermöglichen. In dem dargestellten Beispiel kann also die Strahlenabtasteinrichtung 5 mit der Strahlungsquelle 5a und dem strahlungsempfindlichen Bauelement 5b, sowie ein halbdurchlässiger Spiegel 5e in x- und y- bzw. in -x- und -y-Richtung bewegt werden, so dass für jeden Pixel bzw. Punkt des Trägersubstrates 10 ein ortsabhängiges Signal von der Photodiode 5b für die Auswerteeinrichtung 7 bereitgestellt werden kann. Die Auswerteeinrichtung 7 kann dann beispielsweise nach einer Analog/Digital-Wandlung diese Information bezüglich einer Keimverteilung auf dem Trägersubstrat in einem Speicher 7a speichern.
In diesem Ausführungsbeispiel und bei allen anderen dargestellten Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung 1 ferner eine akustische Ausgabevorrichtung 12 aufweisen, z. B. einen Lautsprecher, der ähnlich wie ein Geigerzähler in Abhängigkeit der Anzahl von detektierten Keimen ein akustisches Signal ausgibt. Dieses akustische Signal kann z. B. einen ersten Eindruck über die Anzahl von vorhandenen Keime auf dem Trägersubstrat 10 geben.
Ferner kann die Vorrichtung (1) zur Bestimmung von einer Keimverteilung abhängigen Information auf einem Trägersubstrat (10) ausgebildet sein, um eine auf dem Trägersubstrat, d. h. einem optischen Datenträger, gespeicherte Melodie, Tonfolge oder einen Einzelton wiederzugeben, wobei entsprechend der Anzahl und/oder der Verteilung der auf der zur Keimaufnahme vorgesehenen Oberfläche des optischen Datenträgers vorhandenen Keime oder Partikel eine Unterbrechung der Ausgabe der Tonfolge oder der Melodie erfolgt. Diese Unterbrechungen, die beispielsweise für das menschliche Gehör als Knacken, Rauschen oder sonstige akustische Störungen wahrzunehmen sind, sind nun ein Indiz für die Anzahl und/oder Verteilung von vorhandenen Keimen oder sonstigen Partikeln auf dem Trägersubstrat (10). Sind dagegen keine Keime bzw. Partikel auf der zur Keim- bzw. Partikel-Aufnahme vorgesehenen Oberfläche des Substratträgers vorhanden, kann die auf dem optischen Datenträger (10) gespeicherte akustische Information ohne akustisch wahrnehmbare Unterbrechungen wiedergegeben werden.
Somit kann mit einer geringfügigen Anpassung beispielsweise ein handelsübliches CD-Wiedergabegerät, wie z. B. ein Diskman oder ein ähnliches Gerät, als Vorrichtung (1) zur Bestimmung einer Keimverteilung abhängigen Information auf einem Trägersubstrat (10) verwendet werden. Es kann lediglich erforderlich sein, die Fehlerkorrektur eines derartigen Abspielgeräts für einen optischen Datenträger dahin gehend zu modifizieren, dass Verunreinigungen aufgrund von Keimen oder Partikeln auf der abgetasteten Oberfläche des optischen Datenträgers keiner Nachbearbeitung unterzogen werden, so dass sich auf der abgetasteten Oberfläche des optischen Datenträgers (10) befindliche Keime oder Partikel akustisch als Unterbrechungen der auf den optischen Datenträger gespeicherten akustischen Information wiedergeben lässt.
Dieses akustische Signal kann ferner beispielsweise einen Signalton oder eine Signalfolge ausgeben, wobei die Tonhöhe und/oder Lautstärke des akustischen Signals bzw. der akustischen Signalfolge der Anzahl bzw. der Dichteverteilung von detektierten Keimen entsprechen kann. So kann das akustische Signal unterschiedliche, vordefinierte akustische Signalfolgen wiedergeben, d. h. unterschiedliche Signalfolgen mit unterschiedlicher Frequenz, Amplitude und/oder Tastverhältnis der akustischen Signale können auf verschiedene Stufen der Dichte bzw. Dichteverteilung von detektierten Keimen, z. B. pro Flächeneinheit oder auch als Absolutwert, hinweisen. Das akustische Signal bzw. die akustische Signalfolge wird daher typischerweise so ausgestaltet sein, um entsprechend einer zunehmenden erfassten Keimanzahl bzw. Keimverteilungsdichte ein sich jeweils änderndes akustisches Warn- oder Informationssignal bzw. eine sich ändernde Signalfolge auszugeben, so dass bereits akustisch eine erste Aussage über die Keimanzahl bzw. die Keimverteilung pro Fläche gegeben werden kann.
Diese Ausgestaltung ist beispielsweise dann zweckmäßig, wenn sich die Bedienperson lediglich einen „groben” Überblick über die Keimbelastung bzw. Keimverteilung pro Fläche verschaffen will. Diese Vorgehensweise ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn nicht extra geschulte Bedienpersonen eine Einschätzung hinsichtlich einer Keimbelastung vornehmen sollen.
Entsprechend den unterschiedlichen akustischen Signalen bzw. akustischen Signalfolgen ist es natürlich ferner denkbar, der Auswerteeinrichtung 7 eine optische Ausgabeeinrichtung dahin gehend zuzuordnen, dass unterschiedlich farbige LEDs bzw. LED-Anordnungen vorgesehen sind, um auf die Keimbelastung, d. h. die Anzahl von Keimen bzw. deren Verteilung pro Flächeneinheit, hinzuweisen. So ist beispielsweise eine grüne LED zu verwenden, wenn ein Grenzwert unterschritten wird, eine gelbe LED könnte verwendet werden, um anzuzeigen, dass sich die ermittelte Keimanzahl bzw. Keimverteilung noch innerhalb eines akzeptablen Bereichs befindet, während eine rote LED-Anzeige auf einen inakzeptablen Wert der Keimanzahl bzw. Keimverteilung hinweisen könnte. Entsprechende optische Ausgangssignale sind ferner mittels nur einer LED möglich, indem eine optische Signalfolge, z. B. ein Aufleuchten einer LED mit einem geringen Tastverhältnis bei keiner bzw. bei einer geringen Keimbelastung stattfindet, wobei mit erhöhter Keimbelastung das Tastverhältnis bzw. die Aufblinkfrequenz der Signalfolge sich solange erhöhen kann, bis beispielsweise ein dauerhaftes Leuchten der optischen Anzeige vorhanden ist, um einen nicht mehr akzeptablen Wert einer Keimbelastung anzuzeigen. Weitere „einfache” optische Anzeigeeinrichtungen könnten beispielsweise LED-Balkenanzeigen oder entsprechende Anzeigen sein, mit der eine grobe qualitative Wiedergabe der ermittelten Keimbelastung, d. h. Keimanzahl bzw. Keimverteilung pro Flächeneinheit, vorgenommen werden kann.
In Ausführungsbeispiele kann die aus der Abtastung gewonnene Information dazu verwendet werden, um z. B. eine bildliche Darstellung der Keimdichteverteilung auf einem Trägersubstrat auf einem Monitor anzuzeigen.
In anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann ein Antrieb 15, der z. B. ein Elektromotor ist, ausgebildet sein, einen Substrathalter mit einem darauf befindlichen Trägersubstrat so unter einer fest fixierten Strahlenabtasteinrichtung zu bewegen, dass ebenfalls eine Abrasterung des Trägersubstrates möglich ist. In anderen Worten kann also entweder die Strahlenabtasteinrichtung, Teile der Strahlenabtasteinrichtung, z. B. die Strahlungsquelle oder die Photodiode bzw. bewegliche Spiegel oder das Trägersubstrat so zueinander bewegt werden, dass ein Abtasten bzw. Abrastern des gesamten Trägersubstrates oder Teilen des Trägersubstrates möglich ist. Das ortsaufgelöste Bestrahlen des Trägersubstrats mit einer elektromagnetischen Strahlung aus der Strahlungsquelle 5a kann beispielsweise pixelweise, segmentweise, zeilenweise oder auch abschnittsweise durchgeführt werden. In Ausführungsbeispielen kann das gesamte Trägersubstrat flächig bestrahlt werden. Eine Ortsauflösung kann dann beispielsweise durch ein Abscannen des Trägersubstrates mit dem strahlungsempfindlichen Bauelement durchgeführt werden. Beispielsweise kann das strahlungsempfindliche Bauelement eine Vielzahl von in einer Zeile oder Segmenten zusammengefassten CCD-Sensoren aufweisen, die dann bei einer Vollbelichtung des Trägersubstrates zeilenweise über das Trägersubstrat geführt werden, um so eine Ortsauflösung zu erzielen.
In 1d weist die Strahlenabtasteinrichtung 5 einen halbdurchlässigen Spiegel 5e auf, der dazu dient, einer seits das von der Strahlungsquelle 5a emittierte Licht auf das Trägersubstrat 10 durchzulassen, und andererseits das von dem Trägersubstrat 10 reflektierte Licht über den halbdurchlässigen Spiegel 5e auf die Photodiode 5b umzulenken.
In anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die Strahlenabtasteinrichtung 5 weitere optische Bauelemente wie z. B. Spiegel, halbdurchlässige Spiegel, Gitter, Linsen, Strahlungsfilter, Strahlungsteiler, Prismen, wellenlängenselektive Elemente oder Lichtwellenleiter etc. aufweisen. Diese optischen Bauelemente können beispielsweise dazu dienen, um eine bestimmte elektromagnetische Strahlung ortsaufgelöst auf das Trägersubstrat zu bringen oder um eine mit dem Trägersubstrat und den darauf befindlichen Keimen wechselwirkende elektromagnetische Strahlung auf das strahlungsempfindliche Bauelement zu lenken.
Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann, wie in 1e und auch in den nachfolgenden 3a–h, 4 und 5 schematisch dargestellt ist, das Trägersubstrat 10 ein optischer Datenträger sein, also z. B. eine gewöhnliche Compact-Disk (CD), eine DVD oder eine Blu-ray-Disc. Die Strahlenabtasteinrichtung 5 kann gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Abtasteinheit für optische Datenträger aufweisen. Diese Abtasteinheit kann aus einer Strahlungsquelle 5a, die beispielsweise eine Laserdiode ist, einem halbdurchlässigen Spiegel 5e und einer Photodiode 5b bestehen, wie sie in einem handelsüblichen CD-, DVD- oder Blu-ray-Disc-Spieler eingebaut ist. Die Vorrichtung 1 kann ferner eine Auswerteeinrichtung 7 aufweisen, die die von der Photodiode 5b bereitgestellten ortsabhängigen Signale so aufbereitet, dass eine Information, die von einer Keimverteilung, der auf dem Trägersubstrat – dem optischen Datenträger – befindlichen Keimen abhängt, bestimmbar ist. Diese Informationen können in einem mit der Auswerteeinrichtung gekoppelten oder integrierten Speicher 7a gespeichert werden. Die Auswerteeinrichtung 7 kann einen externen Computer oder auch einen integrierten Mikroprozessor aufweisen auf dem ein entsprechendes Computerprogramm abläuft.
Wie in 1e zu sehen ist, kann die Vorrichtung außerdem einen Antrieb oder Steuerung 15 aufweisen, durch den der optische Datenträger wie eine CD, DVD oder Blu-ray-Disc um eine Zentrierung 16 gedreht bzw. rotiert werden kann, und so dass, die optische Abtasteinheit 5 wie bei einer CD den gesamten optischen Datenspeicher 10 abtasten kann. Dazu kann die Abtasteinheit 5 von dem Antrieb 15 beispielsweise radial oder in einer Schwenkbewegung über das Trägersubstrat bewegt werden. Der Antrieb 15 kann sowohl zu einer Rotation des Trägersubstrats eingesetzt werden, als auch zu einer radialen Bewegung der optischen Abtasteinheit zwischen der Zentrierung 16 und dem äußeren Rand des optischen Datenspeichers 10. Das Trägersubstrat kann z. B. mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit gedreht werden, so dass die ortsabhängigen detektierten Signalen bestimmten Orten bzw. Positionen auf dem Trägesubstrat zugeordnet werden können. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Bewegung des Trägersubstrates und/oder der Abtasteinrichtung 5 beim Abtasten des Trägersubstrates auch anders erfolgen. Die Zuordnung des ortsaufgelösten Signals des strahlungsempfindlichen Bauelementes 5b zu bestimmten Orten auf dem Trägersubstrat sollte aber weiterhin gegeben sein.
In einem Trägersubstrathalter 18, auf dem sich das Trägersubstrat – der optische Datenträger – 10 befindet, kann eine Heizvorrichtung 17 vorgesehen sein, die das Trägersubstrat und damit die Keime auf eine einstellbare Temperatur bringen kann. Beispielsweise kann die Temperatur, auf die das Trägersubstrat mit den Keimen gebracht wird, bei 37°C liegen. Danach kann ein erneutes optisches Abtasten des Trägersubstrats durchgeführt werden und die Ergebnisse mit den Ergebnissen eines ersten Abtastvorgangs verglichen werden. Aus den Ergebnissen können beispielsweise neben der Keimzahl, der Keimzahldichteverteilung auch Informationen zur Stabilität der Keime, zur Aktivität der Keime, sowie Hemmstoffinformationen durch die Auswerteeinrichtung 7 bestimmt werden.
Anstelle der in 1e dargestellten optionalen Heizvorrichtung 17 kann ferner eine externe Heizquelle zum Erwärmen des Trägersubstrats 10 auf eine vorbestimmte Temperatur vorgesehen werden.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel in 1e kann es sich bei der Vorrichtung 1 zur Bestimmung einer von einer Keimverteilung auf einem Trägersubstrat abhängigen Information um einen modifizierten CD-, DVD- oder Blu-ray-Disc-Spieler handeln. Beispielsweise kann die in solchen Spielern eingebaute Fehlerkorrektur so modifiziert sein, dass die auf der Oberfläche des optischen Datenträgers ausgebildeten Keime nicht als Artefakte, wie z. B. Kratzer oder Schmutz interpretiert werden.
Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann also auf technische Gerätschaften, wie z. B. optische Abtast- oder Pick-Up Einheiten, wie sie in CD-, DVD-, oder Blu-ray Spielern eingesetzt werden, zurückgegriffen werden. Mit diesen modifizierten Gerätschaften kann dann eine intelligente Bestimmung einer Keimzahl in einer relativ kurzen Zeitspanne und ohne Einsatz von Mitarbeitern mit spezieller Ausbildung ermöglicht werden. Ein optischer Datenträger, wie z. B. eine CD, kann gemäß der vorliegenden Erfindung als Abklatschprobe umfunktioniert werden. Dazu kann beispielsweise ein CD-Rohling mit entsprechenden Spurinformationen, auf eine hinsichtlich der Keimzahl zu untersuchende Oberfläche gedrückt werden bzw. aufgebracht werden, so dass entsprechende Keime auf der Oberfläche der auslesbaren Seite der CD aufgenommen werden. Eine entsprechende von der Keimverteilung auf der CD-Oberfläche abhängige Information kann dann, wie oben beschrieben, mittels einer entsprechenden Auswerteeinrichtung 7 ermittelt werden.
Bezüglich des Trägersubstrats in Form eines optischen Datenträgers, wie z. B. einer CD, DVD oder Blu-ray-Disk oder eines Rohlings, sollte beachtet werden, dass beispielsweise die der optisch auslesbaren Seite gegenüberliegende Oberfläche des optischen Datenträgers, d. h. beispielsweise die mit dem Label (Beschriftung) versehene Oberfläche, auf die hinsichtlich der Keimzahl bzw. Keimverteilung zu untersuchende Oberfläche gedrückt bzw. aufgebracht werden kann, so dass entsprechende Keime auf der Label-Seite des optischen Datenträgers aufgebracht werden.
Die der Label-Oberfläche gegenüberliegende Seite des Datenträgers mit den Spurinformationen, d. h. die optisch auslesbare Seite des optischen Datenträgers, kann bei dieser Vorgehensweise im Wesentlichen frei von Keimen oder anderen Partikeln gehalten werden. Bei dieser Vorgehensweise ist die Abtasteinrichtung zum Erfassen der Keime bzw. der Keimverteilung auf der Label-Seite des optischen Datenträgers bezüglich des optischen Datenträgers gegenüberliegend zu der Ausleseanordnung vorzusehen, mit der die Spur- und/oder Ortsauflösungsinformationen erfasst werden. Bei dieser Vorgehensweise ist es nun erforderlich, dass die von der Abtasteinrichtung erfassten Spurinformationen von der optisch auslesbaren Seite des optischen Datenträgers den Informationen hinsichtlich der erfassten Keime oder der Keimverteilung auf der Label-Seite des optischen Datenträgers positionsmäßig zugeordnet werden können. Ist dies der Fall, kann mit einer entsprechenden Anordnung mit einer Einrichtung zum Abtasten der Label-Seite des optischen Datenträgers zum Erfassen der Keimanzahl bzw. der Keimverteilung und einer dazu getrennt angeordneten Abtasteinrichtung zum Erfassen der Spur- und/oder Ortsinformationen des optischen Datenträgers eine ortsabhängige Ermittlung der Keimanzahl bzw. Keimverteilung auf der Label-Seite des optischen Datenträgers erfolgen. In diesem Zusammenhang wird noch auf die ausführlichen Ausführungen im Folgenden bezüglich 3g verwiesen.
Auch bei dieser Vorgehensweise kann eine entsprechende von der Keimverteilung auf der Label-Oberfläche des optischen Datenträgers abhängige Information mittels einer entsprechenden Auswerteeinrichtung ermittelt werden.
Bei der Vorrichtung 1 kann es sich also um ein CD-Spieler oder CD-Rekorder handeln, bei dem das Trägersubstrat, also z. B. ein CD-Rohling in ein entsprechendes Laufwerk geschoben wird und dann eine optische Abtastung stattfindet. Die auf der CD befindlichen Spurinformationen können dazu dienen, eine ortsabhängige Bestimmung und gegebenenfalls auch eine zweimalige oder mehrmalige ortsabhängige Bestimmung der Keimverteilung zu ermöglichen, also einem bestimmten ortabhängigen Signal und der damit verbundenen Information einen bestimmten Ort oder Spur auf der CD zuordnen zu können.
Die Informationen auf einer CD sind üblicherweise auf einer spiralförmig von innen nach außen verlaufenden Datenspur in Form von kleinen Vertiefungen (pits) und Erhöhungen (lands) auf einer in der CD liegenden reflektierenden Schicht gespeichert. Die pits und lands können mit einer spiegelnden Metallschicht, z. B. aus Aluminium überzogen sein. Ein Wechsel zwischen Vertiefungen und Erhöhungen bzw. Erhöhungen und Vertiefungen kann dann z. B. einer logischen 1 entsprechen, und kein Wechsel kann eine logische 0 darstellen. Die Datenspur wird in einem gewöhnlichen CD-Spieler berührungslos von einer infraroten Laserdiode mit einer Wellenlänge von 780 nm ± 10 nm abgetastet. Das von der CD an der innen liegenden, verspiegelten Schicht reflektierte Licht wird von einer Anordnung (Array) aus mehreren Photodioden aufgenommen und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Da die Höhe H der pits zu den lands in der Größenordung der Wellenlänge der Laserstrahlung liegen kann, kann es zu einer destruktiven Interferenz der reflektierten Laserstrahlung an den Übergängen zwischen pits und lands kommen. Dies kann von den Photodioden detektiert werden und als logischer Wert interpretiert werden. Die Einheit, die diese Signalhandlung vornimmt, ist die oben bereits erwähnte optische Pick-Up Einheit 5. Die Abtasteinheit 5 kann dementsprechend radial von innen nach außen über die CD bewegt werden. Diese Bewegung kann beispielsweise als Schwenkbewegung wie bei einem Plattenspielertonarm oder linear erfolgen.
Wie bereits oben angegeben wurde, sind bei der Option, bei der die zu bestimmende Keimverteilung auf der Label-Seite des optischen Datenträgers aufgenommen wird und die Orts- bzw. Spurinformationen auf der gegenüberliegenden, optisch auslesbaren Seite des optischen Datenträgers erfasst werden, jeweils gegenüberliegende optische Abtasteinrichtungen zum Erfassen der Keimanzahl bzw. Keimverteilung und zum Erfassen der Orts- bzw. Spurinformationen in dem „Abspielgerät”, d. h. in der Vorrichtung zur Bestimmung der Keimverteilung auf einem Trägersubstrat, vorzusehen.
In 1f ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer von einer Keimverteilung auf einem Trägersubstrat abhängigen Information dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel, welches als schematische Seitenansicht dargestellt ist, besteht die Strahlungsquelle aus mehreren Leuchtstoffröhren 5a, die ähnlich wie in einem Flachbrettscanner in einem Gehäuse 21 eingebaut sind. Bei den Strahlungsquellen 5a kann es sich beispielsweise aber auch um LEDs handeln, die ein breiteres Spektrum aufweisen als beispielsweise Laserdioden. Durch das Strahlungsfilter 20 können dann bestimmte Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereiche aus der emittierten elektromagnetischen Strahlung ausgefiltert oder durchgelassen werden.
Das zu untersuchende Trägersubstrat 10 kann auf einer lichtdurchlässigen Scheibe 21a des Gehäuses 21 liegen. Das Trägersubstrat 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls transparent für die von der Strahlungsquelle 5a emittierte elektromagnetische Strahlung. Zwischen dem Trägersubstrat 10 und den darauf befindlichen Keimen 9 und der Strahlungsquelle kann beispielsweise, wie in diesem Ausführungsbeispiel schematisch angedeutet ist, ein Strahlungsfilter 20 angeordnet sein. Der Strahlungsfilter kann ausgebildet sein, um nur bestimmte Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche des von den Leuchtstoffröhren 5a emittierten Lichtes in Richtung des Trägersubstrats 10 mit den Keimen 9 passieren zu lassen. Da das Trägersubstrat 10 transparent ist für die elektromagnetische Strahlung und, wie in diesem Ausführungsbeispiel angedeutet, die Keime 9 die Strahlung absorbieren bzw. undurchlässig sind für die elektromagnetische Strahlung, kann ein strahlungsempfindliches Bauelement 5b, basierend auf der unterschiedlichen Wechselwirkung die elektromagnetische Strahlung mit dem Substrat (hier Transmission) und mit darauf befindlichen Keimen (hier Absorption) unterschiedliche ortsabhängige Signale bereitstellen. Die unterschiedlichen ortsabhängigen Signale können von der Auswerteeinrichtung 7 dazu genutzt werden, um die von der Keimverteilung auf dem Trägersubstrat 10 abhängige Information zu bestimmen.
Beispielsweise kann also an einem Ort, an dem sich ein Keim 9 auf dem Trägersubstrat 10 befindet und daher keine oder nur eine geringe transmittierte Strahlung auf die Photodiode 5b trifft, ein ortsabhängiges Signal von der Photodiode zur Verfügung gestellt werden, das durch die Auswerteeinrichtung 7 als eine logische 1 bestimmt wird. Umgekehrt kann einem Ort auf dem Trägersubstrat an dem sich kein Keim befindet, eine logische 0 zugewiesen werden.
In diesem Ausführungsbeispiel kann die erfindungsgemäße Vorrichtung außerdem wieder einen Antrieb 15 aufweisen, der das strahlungsempfindliche Bauelement 5b, also z. B. die Photodiode, schrittweise oder auch zeilenweise, falls es sich z. B. um mehrere Photodioden handelt, über das gesamte Trägersubstrat führt, um so ein Abtasten bzw. Scannendes gesamten Trägersubstrats und der darauf befindlichen Keimen zu ermöglichen. Die entsprechenden Abtastinformationen kön nen wieder in der Auswerteeinrichtung 7 bestimmt werden, und in einem Speicher 7a abgespeichert werden.
Eine Auflösung der Strahlenabtasteinrichtung kann dabei von der Anzahl der strahlungsempfindlichen Bauelemente, also z. B. der Anzahl der Photodioden oder CCD-Sensoren abhängen. Hat die Strahlenabtasteinrichtung beispielsweise auf einem Zoll 600 bis 4000 solcher strahlungsempfindlichen Bauelemente 5a angeordnet, so kann eine Auflösung, die durch die Strahlenabtasteinrichtung erreicht werden kann, beispielsweise 600 bis 4000 dots per inch (dpi) betragen. Durch mathematische Algorithmen und Interpolationsverfahren kann auch eine Erhöhung der Auflösung erreicht werden. Diese Interpolation kann beispielsweise durch die Auswerteeinrichtung 7, bei der es sich um einen Computer bzw. um eine Auswerteeinrichtung, die einen entsprechenden Prozessor aufweist, durchgeführt werden.
Die Strahlenabtasteinrichtung kann also ähnlich wie ein Scanner die Vorlage mit einer Vielzahl von lichtempfindlichen CCD-Sensoren abtasten und die daraus gewonnenen Signale mittels der Auswerteeinrichtung 7 in digitale Informationen, die von der Keimverteilung auf dem Trägersubstrat abhängen, umwandeln. In Ausführungsbeispielen kann mit der Strahlenabtasteinrichtung 5 das Trägersubstrat, welches in eine Matrix von Raster-, Bildpunkten bzw. Pixel aufgeteilt sein kann, abrastern und jeden dieser Bildpunkte bzw. Pixel einzeln erfassen. Die Größe der Pixel oder Rasterpunkte kann einer Ortsauflösung die System bedingt ist entsprechen oder kann auch je nach den zu untersuchenden Keimen vergrößerbar und/oder verkleinerbar sein.
In Ausführungsbeispielen kann die Strahlenabtasteinrichtung ausgebildet sein, jeweils eine Scanzeile nach der anderen zu erfassen. Dies kann beispielsweise auch über ein bewegliches Spiegelsystem erfolgen. Bei dem in 1f dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Strahlenabtasteinrichtung beispielsweise auch in Reflexion arbeiten. Das heißt, ein Substrat 10 mit den darauf befindlichen Keimen 9, wird mit der mit Keimen behafteten Oberfläche auf die Oberfläche 21a gelegt, und eine von der Strahlungsquelle 5a emittierte elektromagnetische Strahlung wird von einem entsprechend verspiegelten oder reflektierten Trägersubstrat 10 reflektiert. Dabei kann die Strahlenabtasteinrichtung z. B. jeweils eine Scanzeile nach der anderen über ein bewegliches Spiegelsystem und eine Linse erfassen. Das reflektierte Licht kann von einer Linse auf einen CCD-Zeilensensor gerichtet werden. Ist eine Zeile komplett abgescannt, so kann mittels eines Schrittmotors 15 das ganze optische System, also die Strahlenabtasteinrichtung, eine Zeile weiter bewegt werden. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis das ganze Trägersubstrat mit den darauf befindlichen Keimen abgetastet ist. Die entsprechenden Abtastinformationen können dann in einem Speicher 7a gespeichert werden.
Durch ein zweimaliges oder mehrmaliges Scannen des Trägersubstrats kann eine Bewegung der Keime bzw. eine daraus resultierende Veränderung der Keimverteilung bzw. Keimdichteverteilung bestimmt werden. Durch eine Bestimmung des Unterschiedes zwischen einer ersten Abtastinformation und einer zweiten Abtastinformation kann unterschieden werden, ob es sich bei den auf dem Trägersubstrat befindlichen Keimen um lebende oder bereits abgestorbene also tote Keime oder um sonstige Artefakte, wie z. B. Schmutz handelt. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann also auf einfache Weise, beispielsweise durch zweifaches Abtasten des Trägersubstrats, zwischen töten und lebenden Keimen unterschieden werden.
In 2a und 2b ist dies nochmals schematisch dargestellt. In 2a ist ein Trägersubstrat 10 dargestellt, auf dem sich eine Vielzahl von Keimen 9a–9i befinden. Das Trägersubstrat kann in ein Pixelraster unterteilt werden, das beispielsweise durch die maximale Auflösung, die durch die Wellenlänge des verwendeten Lichtes einer Laserquelle als Strahlungsquelle 5a gegeben ist. In diesem Beispiel sind die Zeilen des Pixelrasters mit den Großbuchstaben A–E gekennzeichnet sind, und die entsprechenden Spalten mit den Zahlen 1–5. In anderen Ausführungsbeispielen kann das Auflösungsvermögen durch das verwendete optische System, wie z. B. Linsen oder Gitter, bestimmt sein oder auch durch die Anzahl und Größe der strahlungsempfindlichen Bauelemente.
In 2a ist schematisch dargestellt, wie von einer Strahlungsquelle 5a eine elektromagnetische Strahlung 3 ortsaufgelöst auf das Trägersubstrat emittiert wird. Die Strahlungsquelle 5a tastet dabei ortsaufgelöst beispielsweise nacheinander zuerst den Rasterpunkt A1 ab, danach den Rasterpunkt A2, danach den Rasterpunkt A3 usw.
Dies kann solange durchgeführt werden bis das gesamte Trägersubstrat abgerastert, abgescannt oder abgetastet ist, bis also von sämtlichen Rasterpunkten A1–E5 eine von der Keimverteilung abhängige Information bestimmt ist.
Eine beispielsweise von dem Rasterpunkt A1 reflektierte Strahlung (nicht dargestellt in 2a) und danach von einer Photodiode erfasste Reflexion würde dann ein ortsabhängiges Signal hervorrufen, welches in einer Auswerteeinrichtung beispielsweise als logische 0 interpretiert werden würde. Diese Information wäre dann beispielsweise unterschiedlich zu einer im Rasterpunkt A2 reflektierten Information, denn auf dem Rasterpunkt A2 befindet sich ein Keim 9a, so dass die von dem Rasterpunkt A2 reflektierte Strahlung in der Photodiode ein unterschiedliches ortsabhängiges Signal hervorrufen würde verglichen mit einer Reflexion am Rasterpunkt A1. Diese unterschiedliche Reflexion würde dann von der Auswerteeinrichtung beispielsweise als logische 1 interpretiert werden. Durch Abscannen sämtlicher Rasterpunkte A1–E5 des Trägersubstrats kann so ortsabhängig die Keimverteilung bestimmt werden und ggf. gespeichert werden. Bedeckt ein Keim 9b zumindest teilweise zwei Rasterpunkte, wie z. B. B3 und B4, so kann aufgrund der unterschiedlich überlappenden Fläche des Keims mit den Rasterpunkten unterschiedliche ortsabhängige Signale von dem strahlungsempfindlichen Bauelement bereitgestellt werden. Eine Auswerteeinrichtung 7 kann dann so ausgebildet sein, basierend auf diesen unterschiedlichen Signalen eine „intelligente” Informationsbestimmung vorzunehmen. Beispielsweise kann also abhängig von dem Überlappungsgrad eines Keimes mit einem Pixel- bzw. Rasterpunkt eine Photodiode ein unterschiedlich hohes Spannungssignal bereitstellen. Basierend auf diesem unterschiedlich hohen Spannungssignal kann dann beispielsweise eine Auswerteeinrichtung mit Hilfe eines Analog-Digital-Wandlers die unterschiedlichen Spannungswerte als logische 0 oder logische 1 interpretieren. Ist beispielsweise also ein Überlapp eines Keims mit einem Rasterpunkt größer als 20% der Rasterpunktfläche, so kann das daraus resultierende ortsabhängige Signal von der Auswerteeinrichtung als eine logische 1, und damit beispielsweise als die Information „Keime vorhanden” interpretiert werden.
Gemäß weiterer Ausführungsbeispiele kann der Überlappungsgrad, ab wann das ortsabhängige Signal als die Information „Keime vorhanden” von der Auswerteeinrichtung interpretiert wird, bei einer Überlappung größer 30%, größer 40% oder auch größer 50% liegen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel würde also z. B. der Überlapp des Keimes 9i mit dem Rasterpunkt E3 nicht als separater Keim detektiert werden, da der Überlappungsgrad hier kleiner als 20% ist. Dadurch kann also bis zu einem gewissen Grade eine Doppelzählung von Einzelnen Keimen vermieden werden.
Nach dem Abscannen des gesamten Trägersubstrats kann eine Information, die aus den ortsabhängigen Signalen gewonnen werden kann, beispielsweise sein, dass eine Keimdichteverteilung an den Orten D, E–1, 2 höher ist als z. B. an den Orten D, E–4, 5.
Da die zu untersuchenden Keime, bei denen es sich ja um Mikroorganismen, Viren, Hefen, Schimmelpilze, Bakterien etc. handeln kann, unterschiedliche Größen und Ausgestaltung haben können, kann es vorkommen, dass ein Keim, beispielsweise wie Keim 9e, größer ist als ein entsprechender Rasterpunkt und mehrere Rasterpunkte zumindest teilweise bedeckt. In dem vorliegenden Beispiel könnte der Keim 9e also fälschlicherweise 3- oder 4-fach gezählt werden, da er die Rasterpunkte C, D–3, 4 zumindest teilweise bedeckt. Um dies zu verhindern bzw. um exaktere und mehr selektivere Aussagen über die Art der Keime treffen zu können, ist es denkbar, dass eine Vorrichtung 1 zur Bestimmung einer von einer Keimverteilung auf einem Trägersubstrat abhängigen Information eine veränderbare Ortsauflösung besitzt. Denkbar ist, dass verschiedene Pixelpunkte zusammengefasst werden, z. B. durch Pinning von mehreren strahlungsempfindlichen Bauelementen. Beispielsweise können also z. B. CCD-Sensoren reihenweise oder auch in anderen Kombinationen zusammengeschaltet werden, um eine Veränderung der Rasterung des Trägersubstrates bezüglich der Größe der zu untersuchenden Keime zu ermöglichen. Denkbar ist auch die Verwendung einer anderen Strahlungsquelle mit unterschiedlicher Wellenlänge oder einer elektromagnetischen Strahlung mit veränderter Wellenlänge. Dies könnte beispielsweise über Filter durchgeführt werden oder über die Verwendung unterschiedlicher Strahlungsquellen. Auch eine Veränderung in der Optik, wie z. B. der Veränderung des Fokus kann zu einer Änderung der Ortsauflösung führen.
Gemäß Ausführungsbeispielen kann also die erfindungsgemäße Vorrichtung so ausgebildet sein, dass die Information bezüglich der Keimverteilung sich auf Keime unterschiedlicher Größenordnung bezieht. Es kann also selektiv gescannt werden und selektive Informationen basierend auf der Keimverteilung bestimmter Keime oder Keimgruppen gewonnen werden. Es ist also denkbar, dass in mehreren aufeinander folgenden Scans Informationen bezüglich der Keimverteilung unterschiedlich großer Keime ermittelt werden können.
In dem vorliegenden Beispiel in 2a können also die Rasterpunkte C, D–3, 4 zu einem einzigen Rasterpunkt, den gestrichelt gezeichneten Rasterpunkt 23 zusammengefasst werden. Dadurch wäre es möglich, den Keim 9e als einen einzelnen Keim zu bestimmen und somit ein von der Größe der Keime abhängige Selektierung durchzuführen.
In 2b ist die Situation dargestellt, falls nach einer bestimmten Zeit das Trägersubstrat 10 ein zweites Mal abgerastert wird. In diesem Ausführungsbeispiel ist beispielsweise der Keim 9a zwischenzeitlich von dem Rasterpunkt A2 zu dem Rasterpunkt B2 gewandert, und der Keim 9b von dem Rasterpunkt B4 zu dem Rasterpunkt B3. Ein zweites Abtasten des Trägersubstrats mit der Strahlungsquelle ergibt dann natürlich z. B. im Vergleich zu dem ersten Abtastvorgang wie in 2a veranschaulicht für den Pixelpunkt A2 eine unterschiedliche Information. Aufgrund dieser zweiten Abtastinformation kann dann durch einen Vergleich mit den Abtastinformationen des ersten Abtast- bzw. Scan-Durchgangs unterschieden werden, ob es sich bei den detektierten Keim um einen lebenden oder toten Keim bzw. um Schmutz oder Artefakte handelt. Durch zweimaliges Scannen ist es also möglich, eine Keimdichteverteilung bzw. eine Keimzahl von lebenden Keimen auf dem Trägersubstrat zu bestimmen.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel würde also der Keim 9c, 9e, 9h und 9g beim zweiten Abtasten denselben ortsabhängigen logischen Wert in der Auswerteeinrichtung hervorrufen, wie im ersten Abtastvorgang und deshalb bei einem Vergleich mit den logischen Werten aus dem ersten Scan als tote Keime bzw. als Schmutz, Verunreinigung oder als Artefakte interpretiert werden und deshalb nicht zu einer Keimzahl oder einer Keimdichteverteilung gezählt werden. Denkbar ist wieder dass bei einem zweiten mit veränderter Ortsauflösung durchgeführten Scan ein Vergleich der Lage des Keims 9e mit der Information aus dem ersten Scan-Durchgang durchgeführt wird, und da sich die Position des Keimes 9e nicht geändert hat, dieser ebenfalls als toter Keim bzw. Artefakt interpretiert wird. Diese Analyse kann mit Hilfe eines Computerprogramms, einer Software bzw. eines Algorithmus durchgeführt werden, der basierend auf einem Vergleich der ortsabhängigen Informationen aus einem ersten Scan mit den ortsabhängigen Informationen aus einem zweiten Scan beispielsweise eine Unterscheidung zwischen lebenden und toten Keimen bzw. Artefakten vornimmt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann also ausgebildet sein, eine von einer Keimverteilung von lebenden Keimen abhängigen Information zu bestimmen.
3a zeigt die schematische Draufsicht auf ein Trägersubstrat 10. Bei dem Trägersubstrat 10 kann es sich um einen optischen Datenträger handeln, beispielsweise also um eine CD, eine DVD oder eine Blu-ray-Disc. Wie schematisch dargestellt ist, kann dieser optische Datenträger 10 eine Spiralspur bestehend aus Erhöhungen 25a (lands) und Vertiefungen (pits) aufweisen. In der vorliegenden schematisierten Darstellung weist der optische Datenträger beispielsweise drei Spuren 25', 25'' und 25''' auf, die jeweils durch die Aneinanderreihung von pits und lands aufgebaut sind. Diese Spurinformationen lassen sich gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung durch die Strahlenabtasteinrichtung auslesen, um so die Position von auf der Oberfläche des optischen Datenträgers befindlichen Keime 9 bestimmen zu können. Die Keime 9 können auf dem optischen Datenträger unterschiedlich verteilt sein.
Die Aufnahme der Keime 9 auf den optischen Datenträger 10 kann durch Aufdrücken der auslesbaren Seite des optischen Datenträgers auf eine zu untersuchende Oberfläche erreicht werden. Der optische Datenträger mit den darauf befindlichen Keimen kann dann mit einer Strahlenabtasteinrichtung, wie sie z. B. in einem CD-, DVD- oder Blu-ray-Disc-Spieler gegeben ist abgetastet werden und durch Abtastung der auf der Oberfläche des optischen Datenträgers befindlichen Keime Informationen bereitgestellt werden, aus denen sich die Keimverteilung bzw. die Keimdichteverteilung oder Keimzahl bestimmen lässt. Die zu untersuchenden Keime 9 können in der Größenordnung der lands und der pits sein und dementsprechend diese als logischer Wert auslesbar bzw. interpretierbar sein durch eine entsprechende Auswerteeinrichtung. Beispielsweise kann also ein Wechsel zwischen einem Keim, der als Erhöhung (land) interpretiert wird und eine Stelle ohne Keim, die als Vertiefung (pit) interpretiert wird, eine logische 1 darstellen. Kein Wechsel kann dann beispielsweise eine logische 0 darstellen. Da die pits auf einer gewöhnlichen CD nicht direkt die Datenbits darstellen, sondern mittels unterschiedlicher Codierung, wie beispielsweise der 8-14-Codierung codiert sind und entsprechend decodiert werden müssen, ist es denkbar, dass eine Auswerteeinrichtung 7 der Vorrichtung 1 eine entsprechend geänderte Codierung aufweist, um die Keime zu detektieren. Beispielsweise kann die Codierung also so durchgeführt werden, dass die Vertiefungen und Erhöhungen jeweils dem logischen Wert „Keim vorhanden”, z. B. logisch 1 oder „Keim nicht vorhanden” z. B. logisch 0 entsprechen. Durch mehrmaliges Scannen kann dann beispielsweise, wie oben bereits beschrieben, unterschieden werden ob es sich bei dem bestimmten logischen Wert um ein Artefakt bzw. einen toten Keim handelt oder einen lebenden Keim.
In 3b ist die schematische Seitenansicht einer Strahlenabtasteinrichtung 5 mit einer Strahlungsquelle 5a, einem halbdurchlässigen Spiegel 5e und einem strahlungsempfindlichen Bauelement 5b dargestellt. Das strahlungsempfindliche Bauelement 5b ist mit einer Auswerteeinrichtung 7 gekoppelt. Die Strahlenabtasteinrichtung 5 kann beispielsweise eine optische Abtasteinheit für optische Datenträger 10 sein. Dementsprechend kann es sich bei der Strahlungsquelle 5a um eine Laserdiode handeln, und bei der elektromagnetischen Strahlung 3 um einen Laserstrahl, der den optischen Datenspeicher 10 abtastet. Die Strahlung kann also monochromatisch und kohärent sein. Ein von dem optischen Datenträger reflektierter Laserstrahl wird dann mittels des halbdurchlässigen Spiegels 5e auf die Photodiode 5b ge lenkt, so dass unterschiedliche ortsabhängige Signale von der Photodiode 5b für die Auswerteeinrichtung 7 zur Verfügung gestellt werden.
In der schematischen Darstellung in 3b ist der Querschnitt eines optischen Datenträgers dargestellt. Der optische Datenträger 10 weist Erhöhungen 25a und Vertiefungen 25b auf. Die Höhe H der Erhöhungen kann dabei einem Vielfachen einer Wellenlänge des von der Laserdiode 5a emittierten Laserlichts entsprechen. Da die pits und lands mit einer spiegelnden oder reflektierenden Schicht, z. B. aus Aluminium, überzogen sind bzw. aus Aluminium bestehen, kann es bei einem Übergang zwischen Vertiefungen und Erhöhungen zu einer destruktiven Interferenz des Laserstrahls kommen und somit ein Wechsel zwischen Vertiefungen und Erhöhungen aufgrund der unterschiedlichen Reflexion an der Photodiode 5b detektiert werden.
Basierend auf diesem Prinzip kann nun die Größenordnung der zu untersuchenden Keime auf der Oberfläche des optischen Datenträgers der Größenordnung der Wellenlänge des verwendeten Laserlichtes bzw. der Größenordnung der verwendeten Erhöhungen und Vertiefungen entsprechen. Ein Laserstrahl einer optischen Abtasteinheit wie sie beispielsweise in CD, DVD- oder Blu-ray-Disc-Spielern verwendet wird, kann also dazu genutzt werden, um ähnlich wie entsprechende Erhöhungen und Vertiefungen in optischen Datenspeichern Keime auf einer Oberfläche und Stellen, an denen sich keine Keime befinden, abzutasten und die Keime zu „zählen”. Der optische Datenträger kann wie gewöhnliche CDs eine Schicht 30 aus Polycarbonat aufweisen, sowie eine Lackschicht 29, die eine Labelbeschriftung aufweisen kann. Die Schicht 33 kann die Erhöhungen und Vertiefungen aufweisen und spiegelnde oder reflektierende Eigenschaften besitzen.
Die auf dem optischen Datenträger befindlichen Keime können beispielsweise durch Aufdrücken der auslesbaren Seite des optischen Datenträgers 10 auf die zu untersuchende Oberfläche aufgenommen werden.
In 3c ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 zur Bestimmung einer von einer Keimverteilung auf einem Trägersubstrat abhängigen Information gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Strahlenabtasteinrichtung 5 einen Strahlteiler 35 auf, der ausgebildet ist, eine elektromagnetische Strahlung, z. B. eine Laserstrahlung 3 und eine Laserdiode 5a in zwei räumlich getrennte Teilstrahlen 3a und 3b aufzuteilen, die dann jeweils mit entsprechenden Linsen 5c' und 5c'' zweiunterschiedliche Foki 37a und 37b aufweisen können. Die Strahlenabtasteinrichtung 5 weist ferner wieder einen halbdurchlässigen Spiegel 5e auf, der die beiden von dem optischen Datenträger 10 reflektierten Laserstrahl auf ein strahlungsempfindliches Bauelement 5b lenkt. Das strahlungsempfindliche Bauelement 5b kann zwei getrennte strahlungsempfindliche Bereiche bzw. könne zwei strahlungsempfindliche Bauelemente verwendet werden, um so jeweils zwischen dem reflektierten Teillaserstrahlen 3a und 3b unterscheiden zu können. Die entsprechenden ortsabhängigen Signale können dann wieder von einer Auswerteeinrichtung 7 weiter verarbeitet werden bzw. basierend auf den unterschiedlichen ortsabhängigen Signalen kann die von der Keimverteilung auf dem Trägersubstrat 10 abhängigen Information bestimmt werden. Diese Information kann zusammen mit einer Ortsinformation, die beispielsweise über die Spurinformation eines optischen Datenträgers mit Hilfe des ersten Teilstrahl 3a ausgelesen wird, abgespeichert werden.
Ein erster Fokus 37a der Strahlenabtasteinrichtung 5 kann nun beispielsweise wie bei einem CD-Spieler dazu dienen, die Spurinformation und damit eine Ortsinformation bzw. Spur bezüglich einer Position auf der CD zu lesen. Der zweite Fokus 37b des zweiten Teilstrahls 3b kann beispielsweise auf die Oberfläche 10a des optischen Datenträgers 10 fokussiert sein. Mit Hilfe dieses Laserstrahls können dann die Keime, die sich auf dieser Oberfläche befinden, abgetastet werden und wie oben beschrieben eine von einer Keimverteilung auf dem optischen Datenträger abhängige Information bestimmt werden. Mit dieser Methode kann also durch den Gebrauch von kommerziellen CD-, DVD- oder Blu-ray-Disc-Rohlingen einerseits eine Information bezüglich des Ortes über die Spurinformation dieser optischen Datenspeicher bestimmt werden und parallel dazu kann eine Information bezüglich der auf der Oberfläche des optischen Datenspeichers befindlichen Keime ermittelt werden. Es kann also eine ortsaufgelöste Keimverteilung auf relativ einfache Weise bestimmt werden.
In 3d ist schematisch dargestellt, wie lebende Keime bei einem zweiten, also zeitlich späteren Scan-Durchgang durch Bewegung ihre Position verändert haben. Bei diesem späteren Scan-Durchgang wird also eine zweite ortsabhängige Information bezüglich der Keimverteilung erzielt, die sich von der ersten Information unterscheidet. Durch einen Abgleich der ersten und der zweiten Abtastinformationen kann dann wieder unterschieden werden, ob es sich bei den detektierten Keimen um lebende oder tote Keime bzw. um Kratzer, Schmutz oder Artefakte handelt. In 3d haben sich beispielsweise die Positionen der Keime 9a, 9b sowie 9d geändert, weshalb bei einer optischen Abtastung und einem anschließenden Vergleich diese Keime als lebende Keime interpretiert werden würden. Die Keime 9e und 9c haben hingegen ihre Position nicht verändert, d. h. bei einem ersten Scanvorgang und bei einem zweiten Scanvorgang würde bezüglich dieser Position jeweils die identische Information vorliegen, also kein Unterschied feststellbar sein, weshalb gemäß einem Ausführungsbeispiel diese Keime als tote Keime bzw. Artefakte interpretiert werden würden. Diese Keime würden also nicht zu einer Keimzahl oder Keimdichteverteilung beitragen.
Eine andere Methode zur Bestimmung weiterer Informationen über die Keimverteilung ist schematisch in 3e darge stellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Bestimmung einer von der Keimverteilung abhängigen Information auf einem Trägersubstrat 10 dargestellt. Ein Laserstrahl 3 einer Strahlungsquelle 5a kann wiederum mittels eines Strahlteilers 35 in zwei Teilstrahlen 3a und 3b mit unterschiedlichen Foki 37a und 37b aufgeteilt sein. Mit Hilfe des Teilstrahls 3a kann wiederum eine ortsabhängige Spurinformation von dem optischen Datenträger (Trägersubstrat) 10 ausgelesen werden. Der zweite Teilstrahl 3b kann einen Fokus 37b aufweisen, der auf die Oberfläche des Trägersubstrats 10a gerichtet ist, um die von der Keimverteilung auf einem Trägersubstrat abhängigen Information zu bestimmen. Das strahlungsempfindliche Bauelement 5b kann wieder zwei unabhängige strahlungsempfindliche Bereiche aufweisen, um die reflektierten Informationen der Laserteilstrahlen 3a und 3b getrennt zu verarbeiten. Die Auswerteeinrichtung 7 kann ausgebildet sein, diese unterschiedlichen Informationen entsprechend zu verarbeiten die Informationen zu bestimmen. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 1 ferner ein wellenlängenselektives optisches Element 45 auf, bei diesem wellenlängenselektiven optischen Bauelement kann es sich beispielsweise um ein Gitter 45 handeln. Dieses wellenlängenselektive Element kann ausgebildet sein, um eine von den Keimen auf dem Trägersubstrat inelastisch gestreute elektromagnetische Strahlung 51 wellenlängenabhängig aufzuspalten und diese inelastische Streustrahlung in einem entsprechenden Streustrahlungsdetektor 47 zu erfassen.
Gemäß Ausführungsbeispielen kann also die Strahlenabtasteinrichtung ein wellenlängenselektives Bauelement 45 und einem Streustrahlungsdetektor 47 aufweisen, um basierend auf einer von Keimen 9 auf dem Trägersubstrat inelastisch gestreuten elektromagnetischen Strahlung 51 ein ortsabhängiges wellenlängenselektives Streusignal bereitzustellen. Die Auswerteeinrichtung 7 kann ausgebildet sein, um nun basierend auf dem ortsabhängigen wellenlängenselektiven Streusignal eine weitere von der Keimverteilung abhängige Information zu bestimmen. Diese Information kann beispielsweise dazu benutzt werden, um wieder zu unterscheiden, ob es sich bei dem gerade untersuchten Keim um einen lebenden oder einen abgestorbenen Keim bzw. um ein Artefakt handelt. Bei der in elastisch gestreuten elektromagnetischen Strahlung kann es sich um eine sogenannte Raman-Streuung handeln. Dazu kann beispielsweise ein Laserstrahl wie der Teilstrahl 3b dazu benutzt werden, um bei Keimen unterschiedliche Schwingungs- bzw. Rotationsspektrallinien anzuregen und diese mit Hilfe des Gitters 45 und dem Detektor 47 zu detektieren und dadurch zusätzliche Informationen, wie z. B. ob ein Keim abgestorben oder lebendig ist, zu erhalten.
Gemäß einiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können also mit Hilfe der Raman-Spektroskopie weitere Informationen über die auf der Oberfläche befindlichen Keime gewonnen werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eine Alternative zur Bestimmung weiterer Informationen in der Ausnutzung der oberflächenverstärkten Raman-Spektroskopie (SERS) bestehen. Die Strahlenabtasteinrichtung kann dazu über einen entsprechenden Laser verfügen, und einer entsprechenden Einrichtung zur Wellenlängenselektion der inelastisch an den Keimen gestreuten Laserstrahlen, sowie einer anschließenden Einrichtung zur Detektion der Streustrahlung 47. Um die oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie ausnutzen zu können, können die Keime auf einem metallischen Trägersubstrat aufgebracht sein. Das metallische Trägersubstrat kann dann beispielsweise reflektierend sein, um eine Ortsbestimmung vorzunehmen.
Dieses Schwingungs- und Rotations-spektroskopische Verfahren liefert hochspezifische Informationen basierend auf Fingerprintspektren von organischen und anorganischen Molekülen. Insbesondere kann das so ermittelte Spektrum dazu genutzt werden zwischen lebenden und toten Bakterien bzw. Keimen zu unterscheiden. Dies liefert ein direktes Verfahren um die Zahl lebender Keimen bzw. einer Keimverteilung auf dem Trägersubstrat, z. B. der CD, zu bestimmen. Darüber hinaus kann aufgrund der Spezifität des Verfahrens zwischen unterschiedlichen Keimen unterschieden werden. Es kann also eine hohe Selektivität bezüglich der gewonnenen Informationen erzielt werden.
In dem Ausführungsbeispiel in 3e wird nur die jeweilige inelastische Streustrahlung des von den zweiten Teilstrahl 3b getroffenen Keimes wellenlängenabhängig und damit energieabhängig untersucht. Bei der Raman-Streuung treten durch die inelastische Streuung der Lichtquanten an den zu untersuchenden Molekülen sogenannte Stokes- und Anti-Stokes-Linien auf, diese lassen sich dann spezifischen Schwingungen bzw. Rotationen von Molekülen zuordnen. Daraus kann beispielsweise geschlossen werden, welche Keime sich auf der Oberfläche befinden und ob ein Keim bzw. Bakterium noch lebt oder bereits abgestorben ist.
Das in 3e beschriebene Ausführungsbeispiel ermöglicht also ein direktes Verfahren, in einem einzigen Scan-Durchgang eine Keimverteilung von lebenden Keimen auf einem Trägersubstrat, z. B. einem optischen Datenträger, zu bestimmen.
In den im Vorhergehenden anhand der 3a–e dargestellten Ausführungsbeispielen wurde dargestellt, dass sich die Strahlenabtasteinrichtung auf der optisch auslesbaren Seite, d. h. der Lese-Seite bzw. Schreib/Lese-Seite des optischen Datenträgers 10 befindet, um sowohl die Spur- bzw. Ortsinformationen als auch die Informationen über die auf dieser Seite des optischen Datenträgers 10 befindlichen Keime bzw. deren Verteilung zu erfassen.
Im Folgenden wird nun anhand der 3f ein weiteres Ausführungsbeispiel erläutert, bei dem die Strahlenabtasteinrichtung in eine erste Strahlenabtastteileinrichtung 5-1 und eine zweite Strahlenabtastteileinrichtung 5-2 unterteilt ist, um einen optischen Datenträger 10 hinsichtlich der sich darauf befindlichen Keimverteilung ortsaufgelöst zu untersuchen. Bei der anhand der 3f dargestellten Vorgehensweise weist der optische Datenträger 10 eine erste Oberfläche 10a (Label-Seite) und eine zweite Oberfläche 10b (Lese-Seite bzw. Schreib/Lese-Seite) auf.
Bezüglich des Trägersubstrats 10 in Form eines optischen Datenträgers sollte beachtet werden, dass gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Oberfläche 10a des optischen Datenträgers 10, d. h. die Label-Seite, die der optisch auslesbaren Seite 10b gegenüberliegt, zur Übertragung der Keime auf die hinsichtlich der Keimzahl bzw. Keimverteilung zu untersuchende Oberfläche gedrückt bzw. aufgebracht werden kann, so dass Keime 9a, 9b, 9c auf der Label-Seite 10a des optischen Datenträgers 10 übertragen werden. Die der Label-Oberfläche 10a gegenüberliegende Seite 10b des Datenträgers 10 mit den Spurinformationen kann bei dieser Vorgehensweise im Wesentlichen frei von Keimen oder sonstigen Partikeln gehalten werden.
Bei dem anhand von 3f dargestellten Ausführungsbeispiel wird also mittels der ersten Strahlenabtastteileinrichtung 5-1 die Keime auf der Label-Seite 10a des optischen Datenträgers 10 erfasst, während mit der zweiten Strahlenabtastteileinrichtung 5-2 die zugehörigen Spur- und/oder Ortsinformationen auf der Lese-Seite bzw. Schreib/Lese-Seite 10b des optischen Datenträgers erfasst werden. Die in 3f dargestellte erste Strahlenabtastteileinrichtung 5-1 kann dabei jede anhand der 3a–e dargestellten Anordnungen zum Erfassen der Keime auf der Oberfläche des optischen Datenträgers aufweisen. Die zweite Strahlenabtastteileinrichtung 5-2 kann dabei jede der in den 3a–f und der zugehörigen Beschreibung dargestellten Anordnungen zum Erfassen der Spur- und/oder Ortsinformationen von der zweiten Seite 10b des optischen Datenträgers aufweisen. Die von der ersten und zweiten Strah lenabtastteileinrichtung 5-1, 5-2 ausgegebenen Informationen werden der Auswerteeinrichtung 7 zugeführt, die wiederum basierend auf den von der ersten Strahlenabtastteileinrichtung 5-1 zugeordneten Keim-Informationen und den zugehörigen Orts- und/oder Spurinformationen von der zweiten Strahlenabtastteileinrichtung 5-2 die jeweilige Keimanzahl bzw. Keimverteilung auf der Label-Seite 10a des optischen Datenträgers 10 ermittelt. Bei dieser Vorgehensweise ist es nun erforderlich, dass die von der Abtasteinrichtung 5-2 erfassten Spurinformationen von der optisch auslesbaren Seite 10b des optischen Datenträgers 10 den Informationen hinsichtlich der Keimverteilung auf der Label-Seite 10a des optischen Datenträgers 10 positionsmäßig zugeordnet werden können.
Somit kann gemäß dem in 3f dargestellten Ausführungsbeispiel mittels der Auswerteeinrichtung 7 die Keimverteilung auf der ersten Oberfläche (Label-Seite) 10a des optischen Datenträgers unter Verwendung der zugehörigen Ortsinformationen, die beispielsweise über die Spurinformationen des optischen Datenträgers 10n der zweiten Oberfläche 10b (Lese-Seite bzw. Schreib/Lese-Seite) des optischen Datenträgers 10 erhalten werden, ermittelt werden. Diese ortsabhängigen Informationen über die Keimanzahl bzw. Keimverteilung auf dem Trägersubstrat kann dann wieder zur Verarbeitung in einem Speicher bzw. Zwischenspeicher (nicht gezeigt in 3f) abgelegt werden.
Bei dieser Vorgehensweise wird also eine entsprechende von der Keimverteilung auf der Label-Oberfläche des optischen Datenträgers abhängige Information mittels der entsprechenden Auswerteeinrichtung 7 ermittelt.
Bei den im Vorhergehenden anhand der 1e und 3a–f dargestellten Ausführungsbeispielen wurde der dort beschriebene optische Datenträger (10) als einstückiges Trägersubstrat beschrieben. Bezüglich aller Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann das Trägersubstrat optional auch aus mehreren Teilsubstraten zusammengesetzt sein.
Wie nun beispielhaft in 3g dargestellt ist, kann das beschriebene Trägersubstrat 10 mit der (optionalen) Rückseiten- bzw. Labelschicht 29, mit der die Orts- bzw. Spurinformationen 25 enthaltenden Schicht 33 und mit der darüber angeordneten Schutzschicht 30, beispielsweise aus Polycarbonat, als ein erstes Teilsubstrat 10' bezeichnet werden, wobei entweder auf die erste oder zweite Oberfläche 10a, 10b dieses ersten Teilsubstrats 10' ein zweites Teilsubstrat 80 bzw. 82 aufbringbar ist. Dieses zweite Teilsubstrat 80, 82 kann dabei lösbar mit dem ersten Teilsubstrat 10' verbunden sein, um beispielsweise nach einem durchgeführten Keim-Test dieses zweite Teilsubstrat 80, 82 wieder von dem ersten Teilsubstrat 10' abzunehmen. So kann das erste Teilsubstrat 10' darauf hin wieder für einen weiteren Keim-Test (nach Aufbringen eines „sauberen” weiteren zweiten Teilsubstrats) wiederverwendet werden.
Natürlich ist es möglich auch eine nicht mehr lösbare Verbindung zwischen dem ersten Teilsubstrat 10' und dem zweiten Teilsubstrat 80 bzw. 82 vorzusehen.
Dadurch dass das zweite Teilsubstrat 80, 82 beispielsweise kurz vor dem Keim-Test, d. h. vor dem Aufdrücken der zur Keimaufnahme vorgesehenen Oberfläche des zweiten Teilsubstrats 80 bzw. 82 auf die zu untersuchende Oberfläche, kann sichergestellt werden, dass nicht bereits vorab eine Verschmutzung bzw. Kontamination der für die Keimuntersuchung vorgesehene Oberfläche des Substrats bzw. zweiten Teilsubstrats 80 oder 82 erfolgt. Damit können sehr hohe hygienische Standards hinsichtlich der Keimfreiheit des Keim-Testträgersubstrats vor dem jeweils durchzuführenden Keim-Test erreicht werden.
Sollte, wie in 3g als eine der Optionen angegeben, das zweite Teilsubstrat 82 auf der „Rückseite”, die beispiels weise die Label-Schicht 29 des optischen Datenträgers 10' aufweist, aufgebracht werden, kann das zweite Teilsubstrat 82 eine im Wesentlichen beliebige Transparenz (oder auch kein Transparenz) aufweisen. Sollte das zweite Teilsubstrat 80 auf der Oberfläche 10b des ersten Teilsubstrats 10' aufgebracht werden, sollte sichergestellt werden, dass das zweite Teilsubstrat 80 ein optisches Auslesen der Spur- bzw. Ortsinformationen 25 oder weiterer gespeicherter digitaler Informationen in der Schicht 33 möglichst ungehindert ermöglicht.
Um die zumindest für den Keim-Test erforderliche Verbindung des ersten Teilsubstrats (10) mit dem zweiten Teilsubstrat 80 bzw. 82 zu gewährleisten, sind lösbare bzw. nicht-lösbare Klebeverbindungen aber auch lösbare bzw. nicht mehr lösbare mechanische Verbindungen, wie z. B. Clip- oder Steckverbindungen usw., möglich.
Bezüglich der beschriebenen Ausführungsbeispiele hinsichtlich eines optischen Datenträgers wird ferner darauf hingewiesen, dass die Schicht 33 ferner vorab abgelegte digitale Informationen, wie z. B. akustische Informationen, aufweisen kann, wobei die Schicht 33 ferner ausgelegt sein kann, um nachträglich noch digitale Informationen auf dem optischen Datenträger darin abzuspeichern und für eine spätere Wiedergewinnung bereitzustellen.
In 4 ist ein Zusammenhang zwischen der Größenordnung der zu untersuchenden Keime bzw. Bakterien und der Größenordnung der auf einer CD vorhandenen Vertiefungen und Erhöhungen dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel sind in 4A die Länge der Vertiefungen typischerweise zwischen 3 μm und 0,8 μm und die Breite ca. 0,5 μm angegeben. Gemäß der Übersicht in 4B ist die Größenordnung von interessierenden Bakterien beispielsweise zwischen 5 μm und 0,2 μm angegeben. In anderen Ausführungsbeispielen können die zu untersuchenden interessierenden Keime jedoch auch Chlamydien und Rickellsien mit einer Größe von 500 nm bis 200 nm sein, Viren mit einer Größenordnung von 250 nm bis 20 nm oder auch Pilze bzw. Protozoen mit einer Größe von 100 μm bis 10 μm.
Der Auflösungsbereich eines optischen Lichtmikroskops kann dabei zum Vergleich bei ca. 200 nm liegen und der Auflösungsbereich eines Elektronenmikroskops in der Größenordnung von ca. 1 nm.
Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann zur Bestimmung einer von einer Keimverteilung auf einem Trägersubstrat abhängigen Information auf bekannte technische Gerätschaften wie z. B. optische Pick-Up Einheiten in CD-, DVD- oder Blu-ray-Disc-Spielern zurückgegriffen werden und so eine intelligente Bestimmung der Keimzahl in einer kurzen Zeitspanne und ohne Einsatz von Mitarbeitern mit spezieller Ausbildung ermöglicht werden. Da interessierende Bakterien beispielsweise eine Größe von 5 μm bis 0,2 μm aufweisen können und damit in etwa in der gleichen Größenordnung sind wie die Informationsträger auf einer CD (siehe 4A) kann beispielsweise ein CD-Spieler bzw. eine optische Abtasteinheit eines CD-Spielers benutzt werden, die Bakterien oder Keime auf einer CD, die als Trägersubstrat dient, zu erfassen und zu zählen. Die Keime können dabei logischen Werten zugeordnet werden, die dann von dem CD-Spieler bzw. der optischen Pick-Up Unit gezählt werden.
Dazu kann ein optischer Datenträger wie z. B. ein CD-Rohling als Abklatschprobe umfunktioniert werden. Denkbar ist natürlich auch, dass ein anderes Trägersubstrat als Abklatschprobe umfunktioniert wird. Mit einem Hilfsmittel, z. B. einem Griff mit Ausklinkmechanismus, kann die CD dann auf eine zu untersuchende Oberfläche gedrückt werden, wodurch die Keime/Bakterien aufgenommen werden. Die CD mit den Keimen wird dann in ein optisches Auslesegerät, z. B. einem CD-Spieler, ähnlich einem Discman gelegt. Dazu kann ein portabler Standard-CD-Spieler herangezogen werden. Beim Auslesen können die oben beschriebenen Modifikationen vor genommen werden. Beispielsweise kann die Fehlerkorrektur eines Standard-CD-Spielers so modifiziert werden, dass die Keime aus der Oberfläche der CD nicht als Dreck bzw. Kratzer interpretiert werden, sondern als digitale Information gezählt werden. Gemäß Ausführungsbeispielen kann beispielsweise ein zweiter Fokus mittels einer zweiten Photodiode neben der Spurinformation in dem optischen Datenträger, die Information über die Keime bzw. Bakterien auf der Oberfläche erfassen. Mittels einer Auswerteeinrichtung kann damit das Nutzsignal, nämlich die Keimverteilung und deren Ortsabhängigkeit, abgeleitet bzw. bestimmt werden.
In einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung 1 einen Speicher 7a aufweisen, der es ermöglicht, die Information über die „gezählten Keime” abzulegen bzw. zu speichern. Dadurch kann bei einem zweifachen Abtasten bzw. Abspielen des optischen Datenträgers die relative Lage der Bakterien bzw. Keime auf dem optischen Datenträger miteinander verglichen werden. Da nur lebendige Keime bzw. Bakterien von Interesse sind und sich diese bewegen, kann aus dem Vergleich geschlossen werden, ob und wie viele lebende Keime vorhanden sind. Dieser Vergleich beruht also auf einer Bewegung der Keime auf dem Trägersubstrat. Keine Bewegung und damit eine identische Lage und Information beim zweiten Abscannen des optischen Datenträgers bedeutet abgestorbener Keim oder Schmutzpartikel. Eine ähnliche Information ist auch aus dem Reflexionsverhalten zu entnehmen, da beispielsweise Schmutz anders reflektiert als Bakterien oder eine verspiegelte Oberfläche eines Trägersubstrats. Grundsätzlich gibt es also verschiedene Ausführungsbeispiele, um zwischen lebenden und toten Keimen zu unterscheiden.
Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die Wellenlänge des von der Strahlungsquelle emittierten Lichtes oder des mit dem Trägersubstrat und den Keimen wechselwirkenden Lichtes mit der Größenordnung der zu untersuchenden Keime korrespondieren oder korreliert sein.
Das heißt, beispielsweise, dass mit einem herkömmlichen CD-Spieler, der eine Laserdiode bei einer Wellenlänge von 780 nm aufweisen kann und damit beispielsweise ein Laserpunkt mit einem Durchmesser von 2,1 μm erreicht werden kann Keime in dieser Größenordnung detektieren werden können. Kleinere Keime können dann beispielsweise mit einem DVD-Spieler oder einer entsprechenden optischen Einheit detektiert werden. Ein DVD-Spieler emittiert eine Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von 650 nm, weshalb sich auch ein kleiner Laserpunkt mit einem Durchmesser von 1,3 μm erzielen lässt. Das heißt, es ist eine höhere Auflösung möglich. Das Auflösungsvermögen solch einer Vorrichtung kann proportional dem reziproken Wert der verwendeten Wellenlänge sein (proportional 1/λ), d. h. mit einer optischen Abtasteinrichtung für einen DVD-Spieler können kleinere Keime detektiert werden als mit der optischen Abtasteinrichtung eines CD-Spielers. Mit Hilfe der optischen Abtasteinrichtung eines Blu-ray-Disc-Spielers, bei dem eine Laserdiode mit einer Wellenlänge von 405 nm verwendet wird und bei dem damit ein Laserpunkt mit einem Durchmesser von beispielsweise 0,6 μm erzeugt werden kann, können also dementsprechend noch kleinere Keime detektiert und aufgelöst werden. Um kleinere Bakterien bzw. Keime zu detektieren, können also andere Standardtechniken im Vergleich zum CD-Spieler herangezogen werden, wie z. B. die Blu-ray-Technik oder die DVD-Technik.
In 5 ist nochmals schematisch das Verfahren und die Vorrichtung bzw. die Erkenntnis, auf dem die erfindungsgemäße Vorrichtung basiert, zusammengefasst. Bakterien 9 auf einer Oberfläche können auf einem optischen Datenträger 10, wie z. B. einer CD, einer DVD oder einer Bluray-Disc durch Aufdrücken der auslesbaren Seite des optischen Datenträgers auf die zu untersuchende Fläche aufgenommen werden. Das Trägersubstrat kann also ein optischer Datenträger 10 sein, der dann in einen Trägersubstrathalter 18 gelegt werden kann. Dies kann beispielsweise der Teller zur Aufnahme einer CD in einem CD-Spieler sein. Die CD wird dann in einem CD-Spieler, der die Vorrichtung 1 aufweist eingeschoben und die Information in Abhängigkeit der Keimverteilung durch optisches Abtasten bestimmt. Wie in 5 schematisch dargestellt, weist die optische Abtasteinheit, wie sie beispielsweise in einem CD-Spieler eingesetzt wird, eine Laserdiode 5a, einen halbdurchlässigen Spiegel 5e und eine Photodiode 5b auf. Der optische Datenträger kann Bakterien 9 aufweisen, wie in der Vergrößerung 53 dargestellt ist, die in ihrer Größenordnung den Erhöhungen und Vertiefungen der Spurinformation des optischen Datenträgers entsprechen können. Der reflektierte Laserstrahl wird dann über den halbdurchlässigen Spiegel 5e auf die Photodiode 5b bzw. auf eine Mehrzahl von Photodioden oder CCD-Sensoren gelenkt, um daraus basierend auf der unterschiedlichen Wechselwirkung der elektromagnetischen Strahlung mit dem Trägersubstrat und mit darauf befindlichen Keimen unterschiedliche ortsabhängige Signale bereitzustellen. Das heißt, der optische Datenträger und die darauf befindlichen Keime werden abgescannt, abgetastet oder abgerastert. Der optische Datenträger 10 kann einen Spiegel oder eine reflektierende Schicht und eine Labelschicht 29 aufweisen, sowie Erhöhungen (lands) und Vertiefungen (pits), die Spurinformation beinhalten können, sowie ein Substratmaterial beispielsweise aus Polykarbonat zum Schutz der Erhöhungen und Vertiefungen. Beim Auslesen kann dann aufgrund der Spurinformation eine genaue Ortsbestimmung der dazu ausgelesenen Keimverteilungsinformation ermittelt werden.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann beispielsweise mit einem CD-Rekorder oder einem DVD-Rekorder ein optischer Datenträger beschrieben werden und die durch die Abtastung gewonnenen Informationen bezüglich der Keimverteilung auf den beschreibbaren optischen Datenträger zurückgeschrieben und als Ergebnisprotokoll gespeichert werden. Dies könnte durch eine weitere Modifikation eines bekannten CD-Players dadurch erreicht werden, dass ein optischer Datenträger eine beidseitig lesbare bzw. beschreibbare Seite aufweist.
Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können als Strahlenabtasteinrichtung bekannter optischer Pick-Up-Systeme genutzt werden, sowie portable CD-Spieler etc. Wie in Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung erläutert ist, können die Modifikationen dieser Einheiten einmal in einer modifizierten Software- bzw. in einem modifizierten Algorithmus zur Fehlerkorrektur bzw. zur Auswertung der optisch abgetasteten Informationen liegen, sowie in einer veränderten Optik mit beispielsweise einem zweiten Fokus oder einer Einrichtungen zum Erfassen einer inelastischen Streustrahlung. Als Trägersubstrate eignen sich optische Datenträger wie oben bereits beschrieben, sowie auch Mini-CDs und sogenannte Visitenkarten-CDs. Diese Visitenkarten-CDs haben oftmals eine rechteckige Form und kommen daher den Standardabklatschproben in Form und Größe sehr nahe.
Gemäß Ausführungsbeispielen kann also ein optischer Datenträger als Abklatschprobenträger verwendet werden, womit Keime von einer Oberfläche aufgenommen werden können und anschließend in einer entsprechenden optischen Abtasteinheit eine Information bezüglich einer Keimdichteverteilung bzw. einer Keimzahl bestimmt werden kann. Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung einen Antrieb bzw. eine Steuerung 15 aufweisen, die ausgebildet ist, das Trägersubstrat und/oder die Strahlenabtasteinrichtung oder Teile der Strahlenabtasteinrichtung wie z. B. Spiegel etc. so zu bewegen, dass die von der Strahlungsquelle emittierte elektromagnetische Strahlung das Trägersubstrat ortsaufgelöst abtastet. Die Vielzahl von dadurch bereitgestellten ortsabhängigen Signalen kann von der Auswerteeinrichtung 7 genutzt werden, um basierend auf der Vielzahl von unterschiedlichen ortsabhängigen Signalen die von der Keimverteilung auf dem Trägersubstrat abhängige Information zu bestimmen.
In Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung, welche beispielsweise auch ein portables Gerät sein kann, gezeigt, das probenähnlich eine Abklatschprobe aufnehmen kann und in relativ kurzer Zeit mit einer optischen Analyse eine Information bezüglich einer Keimverteilung auf der Probe durchführen kann. Die optische Analyse kann mittels eines Scanvorgangs der zu untersuchenden Fläche auf dem Trägersubstrat durchgeführt werden. Während des Scanvorgangs kann die gesamte Oberfläche des Trägersubstrats und der darauf befindlichen Keime photoempfindlich abgerastert werden. Zur Zeitersparnis ist es denkbar, dass mit einem kompletten lichtempfindlichen Array, also mit einer Vielzahl von strahlungsempfindlichen Bauelementen, intelligent beispielsweise zeilenweise gerastert wird. Das Ergebnis der Untersuchung könnte dann gemäß Ausführungsbeispielen maßstäblich als ein ortsaufgelöstes Bild aufgearbeitet und visualisiert werden. Dabei könnte das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein eines Keims auf einem Pixel oder Raster pro Trägersubstrat einem logischen 0- oder 1-Wert entsprechen.
In 6 ist ein Flussdiagramm zum Verfahren zur Bestimmung einer von einer Keimverteilung auf einem Trägersubstrat abhängigen Information gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Verfahren weist einen Schritt des Bestrahlens 100 eines Trägersubstrats mit einer elektromagnetischen Strahlung auf. Bei der elektromagnetischen Strahlung kann es sich beispielsweise um kohärentes, monochromatisches Laserlicht handeln, aber auch um eine breiterbandige elektromagnetische Strahlung. Die Bestrahlung auf dem Trägersubstrat kann ortsaufgelöst, d. h. abschnittsweise bzw. zeilenweise erfolgen. Das ortsaufgelöste Bestrahlen 100 kann mit einer elektromagnetischen Strahlung aus dem infraroten Spektralbereich, dem sichtbaren Spektralbereich und/oder aus dem ultravioletten Spektralbereich durchgeführt werden. Das Verfahren weist weiterhin einen Schritt des Erfassens 110 der mit dem Trägersubstrat und den darauf befindlichen Keimen wechselwirkenden elektromagnetischen Strahlung auf. Ferner weist das Verfahren ein Bereitstellen 120 von unterschiedlichen orts abhängigen Signalen, basierend auf einer unterschiedlichen Wechselwirkung der elektromagnetischen Strahlung mit dem Trägersubstrat und mit darauf befindlichen Keimen auf. Das Bereitstellen 120 kann beispielsweise ein Bereitstellen eines von der Strahlungsmenge abhängigen Spannungs- oder Stromsignals mittels einer Photodiode, eines CCD-Sensors oder beispielsweise eines Photomultipliers sein. Das Verfahren weist weiterhin einen Schritt des Bestimmens 130 der von der Keimverteilung auf dem Trägersubstrat abhängigen Information, basierend auf den unterschiedlichen ortsabhängigen Signalen auf. Das Bestimmen kann beispielsweise mittels eines Computerprogramms einer Software bzw. eines Algorithmus in einer Auswerteeinrichtung, die beispielsweise einen Computer oder einen Mikroprozessor aufweist, durchgeführt werden. Das Bestimmen kann beispielsweise einen Schritt des Analog-Digital-Wandelns aufweisen, mit dem die in dem Schritt des Bereitstellens 120 bereitgestellten Informationen digitalisiert werden. Insbesondere kann also eine Keimverteilung bzw. die Anzahl von Keimen in einer digitalisierten Form bestimmt werden. Diese Information kann in einem weiteren Schritt des Speicherns auf einem Datenspeicher abgelegt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispielen zu dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Schritte des Bestrahlens 100, des Erfassens 110, des Bereitstellens 120 von unterschiedlichen ortsabhängigen Signalen, sowie das Bestimmen 130 einer von der Keimverteilung abhängigen Information nach einer vorbestimmten Zeit wiederholt werden, um eine weitere Information zu bestimmen. Durch einen Vergleich der Informationen des ersten Abtastvorgangs und mit den Informationen des zweiten Abtastvorgangs kann dann beispielsweise eine entsprechende Keimdichteverteilung bzw. Keimzahl nach einer definierten Zeit bestimmt werden.
Dementsprechend kann gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung das Verfahren ferner einen Schritt des Vergleichs 150 der Information und der zweiten Information aufweisen, um basierend auf dem Vergleich eine dritte Information zu bestimmen. Bei dieser dritten Information kann es sich beispielsweise, wie eben beschrieben, um eine Information bezüglich der Keimverteilung von lebenden Keimen auf dem Trägersubstrat handeln.
Insbesondere wird darauf hingewiesen, dass abhängig von den Gegebenheiten das Verfahren auch als Software implementiert sein kann. Die Implementation kann auf einem digitalen Speichermedium, insbesondere einer Diskette, einer CD oder einer DVD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass das entsprechende Verfahren ausgeführt wird. Allgemein besteht die Erfindung somit auch in einem Computerprogrammprodukt mit auf einem maschinenauslesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des Verfahrens, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Rechner abläuft. In anderen Worten ausgedrückt, kann die Erfindung somit als Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
In 7 ist ein weiteres Flussdiagramm für ein Verfahren zur Bestimmung einer Keimdichteverteilung von lebenden Keimen auf einem Trägersubstrat gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Verfahren weist den Schritt eines ersten ortsaufgelösten Abtastens 200 mit einer Strahlenabtasteinrichtung zum Bestimmen von ortsaufgelösten ersten Abtastinformationen bezüglich einer ersten Keimverteilung auf dem Trägersubstrat auf. Das erfindungsgemäße Verfahren weist weiterhin einen Schritt des Speicherns 210 der ortsaufgelösten ersten Abtastinformation auf und ein zweites ortsaufgelöstes Abtasten 220 des Trägersubstrats mit der Strahlenabtasteinrichtung zum Bestimmen von ortsaufgelösten zweiten Abtastinformationen bezüglich einer veränderten ersten Keimverteilung auf dem Trägersubstrat. Diese zweite Abtastinformation kann dann in einem Schritt des Speicherns 230 der ortsaufgelösten zwei ten Abtastinformation gespeichert werden. Das Verfahren weist ferner einen Schritt des Bestimmens 240 einer Keimdichteverteilung von lebenden Keimen auf dem Trägersubstrat basierend auf dem Unterschied zwischen den ersten und den zweiten ortsaufgelösten Abtastinformationen auf. Wie oben beschrieben kann durch ein zweifaches Abtasten eine Unterscheidung zwischen lebenden und toten Keimen auf einem Trägersubstrat durchgeführt werden.
Das beschriebene Verfahren kann ebenso abhängig von den Gegebenheiten auch als Software implementiert sein. In anderen Worten ausgedrückt kann die Erfindung somit auch als Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft. Das heißt, über ein Computerprogramm kann beispielsweise das erste ortsaufgelöste Abtasten 200, das Speichern 210, das zweite ortsaufgelöste Abtasten 220, das Speichern 230 der ortsaufgelösten zweiten Abtastinformation, sowie das Bestimmen 240 einer Keimdichteverteilung von lebenden Keimen basierend auf dem Unterschied zwischen der ersten und der zweiten ortsaufgelösten Abtastinformation durchgeführt werden.
In Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines optischen Datenträgers, also z. B. einer CD, einer DVD oder einer Blu-ray-Disc als Trägersubstrat zur Analyse von Keimen durch Aufnehmen der Keime auf der Oberfläche der optisch auslesbaren Seite des optischen Datenträgers gezeigt. Von dem optischen Datenträger mit den darauf befindlichen Keimen kann dann eine von der Keimverteilung auf der optisch auslesbaren Seite des optischen Datenträgers abhängige Information durch optische Abtastung des optischen Datenträgers bestimmt werden. Vorteile der vorliegenden Erfindung liegen darin, dass vorhandene und damit kostengünstige Technologien ausgenutzt werden können, um eine Keimverteilung bzw. eine Information, die auf einer Keimverteilung auf einem Trägersubstrat beruht, bestimmen zu können. Beispielsweise können Abspiel geräte für optische Datenträger, CD-Spieler, DVD-Spieler, oder auch Blu-ray-Disc-Spieler Player, wie oben beschrieben, modifiziert werden, um eine von einer Keimverteilung abhängige Information zu bestimmen. Die optische Abtasteinrichtung ermöglicht zudem ein schnelles Zählverfahren der Keime bzw. einer Keimverteilungsbestimmung. So beträgt beispielsweise die Spielzeit von sogenannten Visitenkarten-CDs ca. 10 Minuten. Das heißt, eine optische Abtastung dieser Visitenkarten-CD, die als Trägersubstrat für Keime dienen kann, kann innerhalb von 10 Minuten erfolgen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung als portables Gerät ähnlich einem CD-Discman aufgebaut sein kann. Ferner wird kein geschultes Personal benötigt, da das Aufnehmen der Keime als Abklatschprobe relativ einfach ist und das optische Abtasten und Auswerten der gewonnenen Informationen mittels eines Computerprogramms oder einer entsprechenden Software durchgeführt werden kann. Wegen der Ausnutzung vorhandener und kostengünstiger Technologie kann sowohl die Herstellung der Vorrichtung, also des Lesegerätes, sowie des Trägersubstrates, also des optischen Datenträgers, relativ günstig sein. Wie in Ausführungsbeispielen gezeigt, kann zudem die entsprechende gewonnene Information direkt durch die Strahlenabtasteinrichtung 5 auf den beschreibbaren bzw. wiederbeschreibbaren optischen Datenträger, der als Trägersubstrat dient geschrieben werden. Dies dient einer schnellen und problemlosen Archivierung der gewonnenen Informationen. Das Trägersubstrat kann also durch die Strahlungsabtasteinrichtung beschreibbar sein.
Es sollte darauf hingewiesen werden, dass die in Einzelnen Ausführungsbeispielen aufgeführten Bestandteile in anderen Ausführungsbeispielen ebenfalls vorhanden sein könnten. Das heißt, die einzelnen Bestandteile der hier aufgeführten Ausführungsbeispiele können miteinander kombinierbar sein und sich ergänzen. Die Ausführungsbeispiele sind also nicht einschränkend auszulegen, sondern eröffnen einem Fachmann vielmehr die Grundgedanken, die in weiterführenden Ausführungsformen und Kombinationen umgesetzt werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102006009831 A1 [0018]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- „Nanoskopie mit fokussiertem Licht”, von Hell S. W.; in: Physik Journal, VOL. 6, Nr. 12, 2007, Seiten 47 bis 53 [0019]

Claims

Vorrichtung (1) zur Bestimmung einer von einer Keimverteilung auf einem Trägersubstrat (10) abhängigen Information, wobei das Trägersubstrat (10) auslesbare Ortsinformationen aufweist, mit folgenden Merkmalen: einer Strahlenabtasteinrichtung (5) mit einer Strahlungsquelle (5a), die ausgebildet ist, eine elektromagnetische Strahlung (3) ortsaufgelöst auf das Trägersubstrat (10) zu emittieren, und ferner mit einem strahlungsempfindlichen Bauelement (5b), das ausgebildet ist, die mit dem Trägersubstrat (10) wechselwirkende elektromagnetische Strahlung (3) zu erfassen und basierend auf einer Wechselwirkung der elektromagnetischen Strahlung (3) mit den an dem Trägersubstrat (10) vorgesehenen auslesbaren Ortsinformationen und mit an dem Trägersubstrat (10) befindlichen Keimen (9) unterschiedliche ortsabhängige Signale bereitzustellen; und einer Auswerteeinrichtung (7), die ausgebildet ist, basierend auf den unterschiedlichen ortsabhängigen Signalen die von der Keimverteilung auf dem Trägersubstrat (10) abhängige Information zu bestimmen.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, bei der aus der von der Keimverteilung auf dem Trägersubstrat (10) abhängigen Information, eine Keimzahl auf dem Trägersubstrat bestimmbar ist.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, bei der aus der von der Keimverteilung auf dem Trägersubstrat (10) abhängigen Information eine Keimdichteverteilung auf dem Trägersubstrat bestimmbar ist.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Strahlenabtasteinrichtung (5) ausgebildet ist, um von unterschiedlichen Orten auf dem Trägersubstrat (10) unterschiedliche ortsabhängige Signale bereitzustellen, und die Auswerteeinrichtung (7) ferner ausgebildet ist, die von den unterschiedlichen Orten auf dem Trägersubstrat bestimmten Informationen zu speichern (7a).
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das strahlungsempfindliche Bauelement (5b), eine oder mehrere Photodioden, Charge-Coupled-Device(CCD)-Bauelemente oder Photomultiplier aufweist.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Strahlungsquelle (5a) eine Leuchtdiode (LED), einen Laser, eine Leuchtstoffröhre oder eine andere Strahlungsquelle mit einem kontinuierlichen Spektrum, aufweist.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der eine Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung (3), die ortsaufgelöst auf das Trägersubstrat (10) emittiert wird, veränderbar ist.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Strahlenabtasteinrichtung ferner zumindest eines der folgenden optischen Bauelemente aufweist: Spiegel, halbdurchlässiger Spiegel, Gitter, Linse, Strahlungsfilter, Prisma, Strahlteiler oder Lichtwellenleiter.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, die ferner eine Steuerung (15) aufweist, die ausgebildet ist, das Trägersubstrat (10) und/oder die Strahlenabtasteinrichtung (5) oder Teile (5a, 5b, 5c, 5d, 5e) der Strahlabtasteinrichtung so zu bewegen, dass die von der Strahlungsquelle (5a) emittierte Strahlung (3) das Trägersubstrat (10) ortsaufgelöst abtastet, so dass eine Vielzahl von unterschiedlichen ortsabhängigen Signalen bereitgestellt wird und von der Auswerteein richtung, basierend auf der Vielzahl von unterschiedlichen ortsabhängigen Signalen, die von der Keimverteilung auf dem Trägersubstrat abhängige Information bestimmt wird.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Auswerteeinrichtung (7) ausgebildet ist, eine von einer Keimverteilung auf dem Trägersubstrat abhängige erste Information zu bestimmen und zu speichern (7a) und eine von einer geänderten Keimverteilung auf dem Trägersubstrat abhängige zweite Information zu bestimmen und zu speichern, und wobei die Auswerteeinheit (7) ferner ausgebildet ist, basierend auf einem Unterschied zwischen der ersten Information und der zweiten Information, eine, von lebenden Keimen auf dem Trägersubstrat abhängige, dritte Information zu bestimmen.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, die ferner eine akustische Ausgabevorrichtung (13) aufweist, die basierend auf den unterschiedlichen ortsabhängigen Signalen unterschiedliche akustische Signale wiedergibt oder eine vordefinierte akustische Signalfolge verändert.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Strahlenabtasteinrichtung (5) eine Abtasteinheit eines Scanners aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem das Trägersubstrat (10) einen optischen Datenträger (10) aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13, bei der die Strahlenabtasteinrichtung (5) ausgebildet ist, um die von der Auswerteeinrichtung bestimmte Information auf dem optischen Datenträger (10) zu speichern.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 14, bei dem der optische Datenträger (10) eine auslesbare Spurinformation aufweist, die mittels der Strahlenabtasteinrichtung auslesbar ist und zusammen mit der von der Auswerteeinrichtung (7) bestimmten Information in einem Speicher (7a) der Auswerteeinrichtung speicherbar ist.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, bei der die Strahlenabtasteinrichtung (5) eine Abtasteinheit für optische Datenträger (10) aufweist.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, bei der die Strahlenabtasteinrichtung (5) so ausgebildet ist, dass die von der Strahlungsquelle (5a) auf dem optischen Datenträger (10) ortsaufgelöst emittierte elektromagnetische Strahlung (3) einen ersten Strahlungsfokus (37a) aufweist, mit dem Spurinformationen des optischen Datenträgers (10) auslesbar sind und ferner einen zweiten Strahlungsfokus (37b), mit dem eine zu untersuchende Oberfläche (10a) des optischen Datenträgers (10) abtastbar ist, um unterschiedliche ortsabhängige Signale bereitzustellen.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Wechselwirkung der elektromagnetischen Strahlung (3) eine Interferenz, eine Reflexion, eine Absorption, eine Transmission und/oder eine Streuung aufweist.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, bei der die Strahlungsabtasteinrichtung (5) ein wellenlängenselektives Element (45) aufweist, um basierend auf einer von Keimen (9) auf dem Trägersubstrat (10) inelastisch gestreuten elektromagnetischen Strahlungen (51) ein orts- und wellenlängenabhängiges Streusignal bereitzustellen, und wobei die Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, um basierend auf dem Orts- und wellenlängenabhängigen Streusignal (51) eine weitere von der Keimverteilung abhängige Information zu bestimmen.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strahlenabtasteinrichtung (5) eine erste Strahlenabtastteileinrichtung (5-1) und eine zweite Strahlenabtastteileinrichtung (5-2) aufweist, wobei die erste Strahlenabtastteileinrichtung (5-1) zur ortsaufgelösten Keimerfassung vorgesehen ist und die zweite Strahlenabtastteileinrichtung (5-2) zum Wiedergewinnen von zugeordneten Ortsinformationen ausgebildet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 20, wobei die erste und zweite Strahlenabtastteileinrichtung (5-1, 5-2) bezüglich eines in der Vorrichtung eingelegten optischen Datenträgers auf der gleichen Seite bezüglich des optischen Datenträgers innerhalb der Vorrichtung (1) angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 20, wobei die erste und zweite Strahlenabtastteileinrichtung (5-1, 5-2) bezuglich eines in der Vorrichtung eingelegten optischen Datenträgers auf unterschiedlichen Seiten bezüglich des optischen Datenträgers in der Vorrichtung (1) angeordnet sind.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei die Auswerteeinrichtung (7) ausgebildet ist, um basierend auf der weiteren Information und der Information, die von der Keimverteilung auf dem Trägersubstrat abhängt, ortsaufgelöst zwischen lebenden und abgestorbenen Keimen (9) auf dem Trägersubstrat zu unterscheiden.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 19 bis 23, bei der es sich bei der ineleastisch gestreuten elekt romagnetischen Strahlung (51) um eine oberfächenverstärkte Ramanstreustrahlung handelt.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ferner ein beheizbarer Trägersubstrathalter (17, 18) oder eine externe Heizquelle vorgesehen ist, um ein auf dem Trägersubstrathalter (18) befindliches Trägersubstrat (10) auf eine vorbestimmte Temperatur zu bringen.
Verfahren zur Bestimmung einer von einer Keimverteilung auf einem Trägersubstrat abhängigen Information, wobei das Trägersubstrat (10) auslesbare Ortsinformationen aufweist, mit folgenden Schritten: Ortsaufgelöstes Bestrahlen (100) des Trägersubstrats mit einer elektromagnetischen Strahlung; Erfassen (110) der mit dem Trägersubstrat wechselwirkenden elektromagnetischen Strahlung; Bereitstellen (120) von unterschiedlichen ortsabhängigen Signalen, basierend auf einer Wechselwirkung der elektromagnetischen Strahlung mit den an dem Trägersubstrat vorgesehenen auslesbaren Ortsinformationen und mit an dem Trägersubstrat (10) befindlichen Keimen; und Bestimmen (130) der von der Keimverteilung auf dem Trägersubstrat abhängigen Information, basierend auf den unterschiedlichen ortsabhängigen Signalen.
Verfahren gemäß Anspruch 26, bei dem ferner ein Speichern der Information durchgeführt wird, sowie ein weiteres ortsaufgelöstes Bestrahlen (100) des Trägersubstrats mit einer elektromagnetischen Strahlung und ein weiteres Erfassen (110) der mit dem Trägersubstrat wechselwirkenden elektromagnetischen Strahlung und ein weiteres Bereitstellen (120) von unterschiedlichen ortsabhängigen Signalen, basierend auf einer Wechselwirkung der elektromagnetischen Strahlung mit dem Trägersubstrat und mit darauf befindlichen Keimen, und ein weiteres Bestimmen (130) einer von der Keimverteilung auf dem Trägersubstrat abhängigen zweiten Information, basierend auf den unterschiedlichen ortsabhängigen Signalen, durchgeführt wird, sowie in einem weiteren Schritt ein Bestimmen (150) einer auf einem Unterschied zwischen der Information und der zweiten Information basierenden dritten Information, bezüglich einer Keimverteilung auf dem Trägersubstrat, durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 26 bis 27, bei dem ferner ein Schritt des Erwärmens des Trägersubstrates mit den darauf befindlichen Keimen durchgeführt wird.
Computerprogramm mit einem Programmcode zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 26 bis 28.
Verfahren zur Bestimmung einer Keimdichteverteilung von lebenden Keimen auf einem Trägersubstrat, wobei das Trägersubstrat auslesbare Ortsinformationen aufweist, mit folgenden Schritten: Erstes ortsaufgelöstes Abtasten (200) des Trägersubstrats mit einer Strahlenabtasteinrichtung zum Bestimmen von ortsaufgelösten ersten Abtastinformationen bezüglich einer ersten Keimverteilung auf dem Trägersubstrat, basierend auf einer Wechselwirkung der elektromagnetischen Strahlung mit den an dem Trägersubstrat vorgesehenen auslesbaren Ortsinformationen und mit an dem Trägersubstrat befindlichen Keimen; Speichern (210) der ortsaufgelösten ersten Abtastinformation; Zweites ortsaufgelöstes Abtasten (220) des Trägersubstrats mit der Strahlenabtasteinrichtung zum Bestimmen von ortsaufgelösten zweiten Abtastinformationen bezüglich einer veränderten ersten Keimverteilung auf dem Trägersubstrat, basierend auf einer Wechselwirkung der elektromagnetischen Strahlung mit den an dem Trägersubstrat vorgesehenen auslesbaren Ortsinformationen und mit an dem Trägersubstrat befindlichen Keimen; Speichern (230) der ortsaufgelösten zweiten Abtastinformationen; und Bestimmen (240) einer Keimdichteverteilung von lebenden Keimen auf dem Trägersubstrat basierend auf einem Unterschied zwischen den ersten und den zweiten ortsaufgelösten Abtastinformationen.
Computerprogramm mit einem Programmcode zum Durchführen eines Verfahrens gemäß Anspruch 30.
Verwendung eines optischen Datenträgers als Trägersubstrat zur Analyse von Keimen durch Aufnehmen derselben auf einer Oberfläche des optischen Datenträgers, wobei das Trägersubstrat (10) auslesbare Ortsinformationen aufweist, so dass eine von der Keimverteilung auf der Oberfläche des optischen Datenträgers abhängige Information durch optische Abtastung dieser Oberfläche des optischen Datenträgers und basierend auf einer Wechselwirkung der elektromagnetischen Strahlung mit den an dem Trägersubstrat vorgesehenen auslesbaren Ortsinformationen und mit an dem Trägersubstrat (10) befindlichen Keimen bestimmbar ist.
Verwendung eines optischen Datenträgers gemäß Anspruch 32, wobei die zur Keimaufnahme vorgesehene Oberfläche die optisch auslesbare Seite des optischen Datenträgers mit Spurinformationen ist.
Verwendung eines optischen Datenträgers gemäß Anspruch 32, wobei die zur Keimaufnahme vorgesehene Oberfläche die zur optisch auslesbaren Seite des optischen Datenträgers gegenüberliegende Oberfläche ist.
Verwendung eine optischen Datenträgers gemäß einem der Ansprüche 32 bis 34, wobei die zur Keimaufnahme vorgesehene Oberfläche des optischen Datenträgers als ein erstes Teilsubstrat ausgebildet ist, und wobei die optisch auslesbare Seite des optischen Datenträgers als ein zweites Teilsubstrat ausgebildet ist.
Verwendung eines optischen Datenträgers gemäß Anspruch 35, wobei das erste und das zweite Teilsubstrat lösbar oder nicht-lösbar miteinander verbunden sind.
Vorrichtung (1) zur Bestimmung einer von einer Keimverteilung auf einem Trägersubstrat (10) abhängigen Information, mit folgenden Merkmalen: einer Strahlenabtasteinrichtung (5) mit einer Strahlungsquelle (5a), die ausgebildet ist, eine elektromagnetische Strahlung (3) ortsaufgelöst auf das Trägersubstrat (10) zu emittieren, und ferner mit einem strahlungsempfindlichen Bauelement (5b), das ausgebildet ist, die mit dem Trägersubstrat (10) wechselwirkende elektromagnetische Strahlung (3) zu erfassen und basierend auf einer unterschiedlichen Interferenzbasierten Wechselwirkung der elektromagnetischen Strahlung (3) mit dem Trägersubstrat (10) und mit darauf befindlichen Keimen (9) unterschiedliche ortsabhängige Signale bereitzustellen; und einer Auswerteeinrichtung (7), die ausgebildet ist, basierend auf den unterschiedlichen ortsabhängigen Signalen die von der Keimverteilung auf dem Trägersubstrat (10) abhängige Information zu bestimmen.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 37, wobei das Trägersubstrat (10) auslesbare Ortsinformationen aufweist, und wobei das strahlungsempfindliche Bauelement (5b) ausgebildet ist, basierend auf der Interferenzbasierten Wechselwirkung der elektromagnetischen Strahlung (3) mit den an dem Trägersubstrat (10) vorgesehenen auslesbaren Ortsinformationen und mit den an dem Trägersubstrat (10) befindlichen Keimen (9) die unterschiedlichen ortsabhängigen Signale bereitzustellen.