DE102010023099B3 - Verfahren und Vorrichtung zum Charakterisieren von biologischen Objekten - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Charakterisieren von biologischen Objekten Download PDF

Info

Publication number
DE102010023099B3
DE102010023099B3 DE102010023099A DE102010023099A DE102010023099B3 DE 102010023099 B3 DE102010023099 B3 DE 102010023099B3 DE 102010023099 A DE102010023099 A DE 102010023099A DE 102010023099 A DE102010023099 A DE 102010023099A DE 102010023099 B3 DE102010023099 B3 DE 102010023099B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
biological object
stimulus
biological
measurement
dhmi
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102010023099A
Other languages
English (en)
Inventor
Raimund Schütze
Dr. Schütze Karin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MICROPHOTONX GMBH, DE
Original Assignee
CELLTOOL GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CELLTOOL GmbH filed Critical CELLTOOL GmbH
Priority to DE102010023099A priority Critical patent/DE102010023099B3/de
Priority to EP11724970.6A priority patent/EP2580574B1/de
Priority to PCT/EP2011/002839 priority patent/WO2011154143A1/de
Priority to US13/702,839 priority patent/US20130171685A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102010023099B3 publication Critical patent/DE102010023099B3/de
Priority to US15/724,816 priority patent/US11578350B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/1468—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry with spatial resolution of the texture or inner structure of the particle
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/02—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving viable microorganisms
    • C12Q1/04—Determining presence or kind of microorganism; Use of selective media for testing antibiotics or bacteriocides; Compositions containing a chemical indicator therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/02—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving viable microorganisms
    • C12Q1/025—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving viable microorganisms for testing or evaluating the effect of chemical or biological compounds, e.g. drugs, cosmetics
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
    • G01N21/45—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length using interferometric methods; using Schlieren methods
    • G01N21/453—Holographic interferometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/65—Raman scattering
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/0443—Digital holography, i.e. recording holograms with digital recording means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/44—Raman spectrometry; Scattering spectrometry ; Fluorescence spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/1484—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry microstructural devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/149—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry specially adapted for sorting particles, e.g. by their size or optical properties

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

Verfahren zum Charakterisieren eines biologischen Objekts (8, 9; 8, 90), wobei berührungslos ein Reiz auf das biologische Objekt (8, 9; 8, 90) ausgeübt wird, eine Messung an dem biologischen Objekt (8, 9; 8, 90) durchgeführt wird, um eine Reaktion des biologischen Objekts (8, 9; 8, 90) auf den Reiz zu ermitteln, wobei die Messung eine Erfassung einer Raman-Streuung von dem biologischen Objekt (8, 9; 8, 90) umfasst, wobei zum Ermitteln der Reaktion – eine Erfassung der Raman-Streuung vor Ausüben des Reizes durchgeführt wird und – eine weitere Erfassung der Raman-Streuung nach oder während Ausüben des Reizes durchgeführt wird, und wobei das biologische Objekt (8, 9; 8, 90) abhängig von einem Vergleich der Resultate der Messungen charakterisiert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Charakterisieren von biologischen Objekten, z. B. einzelnen Zellen. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung, mit denen biologische Objekte in einem Mikrofluidiksystem berührungslos charakterisiert und dann sortiert werden können.
  • Verschiedene Methoden zur Beobachtung und Manipulation biologischer Objekte sind bekannt, mit denen die gezielte Manipulation und Beobachtung für immer kleinere Objekte, beispielsweise einzelne Zellen, möglich wurde. Verschiedene Methoden zur Analyse biologischer Objekte setzen eine gezielte Stimulierung der biologischen Objekte ein. Zu derartigen Methoden gehört beispielsweise die Manipulation von einzelnen Zellen zur Messung ihrer Elastizitätseigenschaften unter Verwendung eines Rasterkraftmikroskops, wie sie in M. Radmacher et al., „Measuring the Viscoelastic Properties of Human Platelets with the Atomic Force Microscope”, Biophys. J. 70, 556 (1996) beschrieben ist. Traditionell werden derartige Methoden häufig eingesetzt, um Kenntnisse über den Aufbau, die Funktionsweise und die Eigenschaften von biologischen Objekten zu gewinnen.
  • Die DE 10 2005 036 326 A1 und die WO 2007/014622 A1 beschreiben ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Analyse von biologischen Objekten. Dabei wird vorgeschlagen, eine Form- oder Volumenänderung eines biologischen Objekts anhand von digitaler holographischer Mikrointerferenz (DHMI) zu beobachten.
  • Die EP 1 631 788 B1 beschreibt Verfahren und Vorrichtungen zur DHMI. Die Vorrichtung kann eingesetzt werden, um dreidimensionale Mikroverteilungen von Brechungsindizes zu bestimmen.
  • Die WO 2005/112042 A1 beschreibt ein Verfahren, bei dem in einem mikrofluidischen Chip Partikel mit optischen Fallen gefangen, zwischen Fallen bewegt und in Fallenregionen einer Raman-Spektroskopie unterzogen werden können.
  • Die US 2005/0048581 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur biochemischen Detektion von Bestandteilen einer Zelle nach Lyse der Zelle. Eine oberflächenverstärkte Ramanstreuung (SERS) kann eingesetzt werden.
  • Die US 2005/0221333 A1 beschreibt die Manipulation von Objekten in mikrofluidischen Kanälen unter Verwendung optischer Fallen und unter Einsatz von Ramanstreuung.
  • Die US 2005/0084912 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren für eine nano-spektroskopische Abtastung. Dabei kann die Identität von chemischen Gruppen identifiziert werden. Die Verwendung von Femtosekunden-induzierter Ramanstreuung wird vorgeschlagen.
  • Die US 2004/0012778 A1 beschreibt Verfahren und Vorrichtungen, bei denen eine Leistung eines Laserstrahls so geändert wird, dass Ramanstreuung auftritt. Die Ramanstreuung, die nur bei der höheren Laserleistung beobachtet wird, wird ausgewertet.
  • Die WO 2006/130728 A2 beschreibt eine Raman-Spektroskopie an einzelnen Zellen. Dadurch wird eine nicht-invasive Methode zur Analyse von Zellen und Zellbestandteilen bereitgestellt.
  • Die US 5,694,216 A beschreibt die Verwendung eines akusto-optischen Interferometers mit Scangeometrie.
  • Die schonende, berührungslose und möglichst markerfreie Charakterisierung biologischer Objekte gewinnt zunehmend Bedeutung, beispielsweise bei der biologischen Forschung, der Stammzellforschung, in der genetischen Forschung, der medizinischen Diagnose oder in forensischen Wissenschaften. Bei derartigen Anwendungen ist Zeit ein wichtiger Faktor. Für praktische Applikationen ist es wichtig, einen ausreichenden Durchsatz von biologischen Objekten bei der Charakterisierung zu erreichen. Falls biologische Objekte einzeln mechanisch stimuliert werden, kann es schwierig sein, einen ausreichenden Durchsatz zu erreichen. Das Setzen eines Stimulus kann auch unter Verwendung von biochemischen Substanzen erfolgen. Dies kann jedoch dazu führen, dass abhängig von dem jeweils interessierenden biologischen Objekt und der verwendeten Substanz das biologische Objekt für eine weitere Analyse unbrauchbar wird.
  • Für praktische Anwendungen besteht darüber hinaus ein Bedarf daran, die Charakterisierung biologischer Objekte noch genauer durchzuführen. Zudem ist eine weitgehende Automatisierung erwünscht. Eine automatische Erkennung der gewünschten biologischen Objekte ist mit herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen häufig nicht oder nur mit großen Aufwand möglich ist. Dies liegt teilweise daran, dass bei herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen typischerweise nur eine Methode zur Beobachtung eingesetzt wird oder beispielsweise dreidimensionale Objekte nur zweidimensional dargestellt werden. Eine dreidimensionale Darstellung erfordert bei Verwendung herkömmlicher Methoden, beispielsweise eines Laser-Scannens, ein zeitintensives Scannen verschiedener Ebenen und eine anschließende digitale Zusammenführung der Bilddaten. Dies erschwert die weitergehende Automatisierung der Charakterisierung von Zellen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Charakterisierung von biologischen Objekten anzugeben, wobei eine einfache, schnelle und genaue Charakterisierung von einzelnen biologischen Objekten möglich ist. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung anzugeben, die nicht ausschließlich auf der Verwendung zweidimensionaler Darstellungen einer äußeren Veränderung des biologischen Objekts beruht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gelöst, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen angegeben sind. Die abhängigen Ansprüche definieren Ausführungsformen der Erfindung.
  • Erfindungsgemäß wird zur Charakterisierung von biologischen Objekten ein Reiz (Stimulus) auf ein biologisches Objekt ausgeübt und eine Reaktion des biologischen Objekts unter Verwendung von Raman-Streuung gemessen.
  • Zum Ermitteln der Reaktion des biologischen Objekts wird
    • – eine Erfassung der Raman-Streuung vor Ausüben des Reizes durchgeführt und
    • – eine weitere Erfassung der Raman-Streuung nach oder während Ausüben des Reizes durchgeführt,
    wobei das biologische Objekt abhängig von einem Vergleich der Resultate der Messungen charakterisiert wird.
  • Bei dem Verfahren und der Vorrichtung kann die intrinsische Reaktion auf den Reiz beobachtet werden. Vorteilhaft kann die Reaktion auf den Reiz sowohl im Hinblick auf extrinsische Parameter, beispielsweise die Form oder das Volumen des Objekts, als auch im Hinblick auf intrinsische Parameter, beispielsweise die lokale Molekülzusammensetzung oder den lokalen Brechungsindex in der Zelle, ermittelt werden. Das Verfahren und die Vorrichtung erlauben eine umfassendere Charakterisierung von Zellen. Beispielsweise können äußere Veränderungen nicht nur zweidimensional sondern dreidimensional dargestellt werden. Falls zusätzlich zur Raman-Streuung digitale holographische Mikrointerferometrie (DHMI) verwendet wird, kann mittels der DHMI oder weiterer berührungsloser, insbesondere optischer Methoden auch die intrinsischen Reaktionen auf den Reiz analysiert werden. Die DHMI wird in der Technik auch als digital-holographische Mikroskopie bezeichnet.
  • Biologische Objekte können selbst dann, wenn sie eine ähnliche Morphologie oder Topologie aufweisen und somit durch herkömmliche 2D-Abbildungen nicht einfach unterschieden werden können, signifikant unterschiedliches Reaktionsverhalten nach Ausüben eines Reizes zeigen. Mit der Raman-Streuung kann das Streuverhalten des biologischen Objekts erfasst werden. Anhand der Frequenzverschiebungen des an dem biologischen Objekt gestreuten Lichts kann ein charakteristisches Verhalten des Objekts, beispielsweise im Hinblick auf Schwingungsspektren von Molekülen und somit die vorhandenen Moleküle, erfasst werden. Da bei der Messung der Raman-Streuung mehrere Spektrallinien eines Schwingungsspektrums oder mehrerer Schwingungsspektren erfasst werden können, kann ein charakteristisches Schwingungsspektrum nach Ausüben des Reizes auf das biologische Objekt erfasst werden. Beispielsweise lassen sich einzelne Moleküle identifizieren. Durch die Erfassung des Raman-Spektrums können chemische Veränderungen dargestellt werden, die beispielsweise krankhaften Zellen bei Tumorgeweben zugeschrieben werden. Auf diese Weise können beispielsweise Tumorzellen von gesunden Zellen unterschieden werden. Raman-Spektren können aber auch Aufschluss über das Differenzierungsstadium von Zellen geben und somit Stammzellen von Körperzellen unterscheiden.
  • Die digitale holographische Mikrointerferometrie (DHMI), die zusätzlich zur Raman-Streuung eingesetzt werden kann, ist ein holographisches Messverfahren. Zwei phasenkohärente Teilstrahlen, ein Objektstrahl und ein Referenzstrahl, werden überlagert. Das resultierende Interferenzbild wird von einem elektronischen Bildsensor, beispielsweise einem CCD-Sensor, erfasst. Aus einer einzigen DHMI-Aufnahme können verschiedene Objektebenen rekonstruiert werden, so dass zusätzliche Information zur Charakterisierung von Zellen zur Verfügung steht. Mit der DHMI lassen sich indirekt molekulare Veränderungen innerhalb der einzelnen Zellen darstellen, so dass sich die Zelltypen gemäß ihrer morphologischen Eigenschaften wie Schichtdicke, Volumen, Mikrobewegungen oder Verformungen schnell und berührungsfrei charakterisieren lassen. Aufgrund dieser Eigenschaften können mit der DHMI-Datenerfassung auch dynamische Prozesse nach Ausüben eines Reizes auf das biologische Objekt beobachtet und zur Charakterisierung des biologischen Objekts herangezogen werden. Eine zuverlässige Analyse des biologischen Objekts ist auch bei optischer Unschärfe möglich, beispielsweise bei Bewegung des Objekts in Tiefenrichtung während der Datenerfassung, da eine Fokuskorrektur automatisch und rechnergestützt durchgeführt werden kann. Eine mechanische Fokuskorrektur kann entfallen. Dies ermöglicht eine sehr schnelle Datenerfassung ohne langwieriges Scannen und dient somit der Steigerung des Durchsatzes.
  • Bei einer Ausführungsform kann zusätzlich zur Raman-Messung eine DHMI-Datenerfassung an einer Zelle durchgeführt werden, um ein Verhältnis von Kern zu Zytoplasma zu ermitteln. Alternativ oder zusätzlich können typische Kern-Muster anhand ihres unterschiedlichen Brechungsverhaltens quantifiziert werden. So kann das Verfahren und die Vorrichtung nach Ausführungsformen der Erfindung zur Zytometrie eingesetzt werden.
  • Bei den Verfahren und Vorrichtungen wird der Reiz vorteilhaft so ausgeübt, dass das biologische Objekt nicht zerstört oder geschädigt wird. Die auf das biologische Objekt eingestrahlte Leistung für die Raman-Spektroskopie und, falls eingesetzt, die DHMI wird so gewählt, dass sie ebenfalls nicht zu einer Zerstörung des biologischen Objekts führt. Sowohl mit der Raman-Spektroskopie als auch mit der DHMI lassen sich charakteristische Eigenschaften biologischer Objekte ermitteln, ohne dass dafür eine Markierung des biologischen Objekts erforderlich wäre.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist somit eine berührungsfreie und markerfreie Charakterisierung eines biologischen Objekts möglich. Biologische Objekte können dabei anhand ihrer Reaktion auf einen Reiz charakterisiert werden, die durch Raman-Spektroskopie und/oder DHMI gemessen wird.
  • Die weitere Raman-Spektroskopie erfolgt, nachdem der Reiz ausgeübt wurde oder während der Reiz ausgeübt wird. Auf diese Weise kann beispielsweise das Rückkehrverhalten eines biologischen Objekts, beispielsweise einer Zelle, nach einer durch den Reiz verursachen Veränderung beobachtet werden.
  • Die an dem biologischen Objekt durchgeführte Messung kann zusätzlich zu der Raman-Spektroskopie auch eine Datenerfassung mittels DHMI umfassen.
  • Durch die Kombination von Raman-Spektroskopie und DHMI kann sowohl eine äußere Veränderung des biologischen Objekts, beispielsweise eine Veränderung von Form oder Volumen, als auch eine Veränderung im Inneren des biologischen Objekts ermittelt werden. Die ermittelte Veränderung im Inneren, die auch als intrinsische Veränderung bezeichnet wird, kann beispielsweise eine Veränderung des Brechungsindex oder eine Veränderung des Streuungsverhaltens im Raman-Spektrum als Reaktion auf den Reiz sein. Im Vergleich zu Methoden, die nur Änderungen der Form des Objekts erfassen, können somit zusätzliche Informationen gewonnen werden, die zur Charakterisierung des Objekts eingesetzt werden können. Mit DHMI lassen sich Form- und Volumenänderungen nach Ausüben eines Reizes auf das biologische Objekt ermitteln. Bei zusätzlicher Durchführung einer Raman-Spektroskopie können auch Aussagen zur Veränderungen des erfassten Raman-Spektrums und somit des Schwingungsspektrums gewonnen. Beispielsweise kann eine Änderung der Protein- oder Molekülzusammensetzung ermittelt werden. Eine Korrelation der mit DHMI und Raman-Spektroskopie gewonnen Ergebnisse kann durchgeführt werden, um das biologische Objekt genauer charakterisieren oder identifizieren zu können.
  • Der Reiz kann markerfrei ausgeübt werden. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass das biologische Objekt auch nach seiner Charakterisierung für weitere Untersuchungen zur Verfügung steht. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Charakterisierung für eine Sortierung lebender Zellen erfolgt.
  • Der Reiz kann unter Verwendung optischer Strahlung auf das biologische Objekt ausgeübt werden. Der Reiz kann so ausgeübt werden, dass eine Verformung des biologischen Objekts hervorgerufen wird. Hierzu können verschiedene Methoden eingesetzt werden. Nach einer Ausführungsform kann wenigstens eine optische Pinzette oder Falle unter Verwendung eines oder mehrerer Laserstrahlen erzeugt werden. Bei einer Ausführungsform wird unter Verwendung wenigstens eines Laserstrahls eine optische Pinzette erzeugt, mit der das biologische Objekt in einem Fluidstrom mit endlicher Strömungsgeschwindigkeit gehalten wird. Dabei kann die Laserleistung und somit die Tiefe des Fallenpotenzials sowie die Strömungsgeschwindigkeit des Fluidstroms so eingestellt werden, dass die von dem Fluid auf das biologische Objekt ausgeübten Scherkräfte zu einer Verformung des biologischen Objekts führen. So wird eine Verformung des biologischen Objekts durch das Zusammenwirken von Fluidkräften und optischen Kräften erreicht. Der Laserstrahl kann entlang einem Fluidkanal und entgegen dem Fluidstrom gerichtet sein. Dabei können in Längsrichtung des Fluidkanals mehrere biologische Objekte gleichzeitig gehalten werden.
  • Bei Ausführungsformen kann die optische Pinzette, mit der das Objekt an einer gewünschten Steile gehalten wird, durch den zur Durchführung der Raman-Spektroskopie auf das Objekt eingestrahlten Strahl gebildet werden.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform kann zum Ausüben des Reizes ein Paar von optischen Pinzetten verwendet werden, mit denen an entgegengesetzten Seiten des biologischen Objekts Kräfte erzeugt werden können, so dass beispielsweise eine Verformung des Objekts resultiert. Dabei können die beiden optischen Pinzetten lateral bewegt werden, um beispielsweise eine Streckung des Objekts hervorzurufen. Bei einer weiteren Ausführungsform kann ein Laserstrahl oder ein Paar von im Wesentlichen gegenläufigen Laserstrahlen verwendet werden, deren Leistung und Profil so gewählt wird, dass Kräfte auf das biologische Objekt ausgeübt werden, die das biologische Objekt in Propagationsrichtung der Laserstrahlen zusammendrücken oder strecken. Bei einer weiteren Ausführungsform kann mit einem Mikrostrahl oder zwei gegenläufigen Mikrostrahlen die Zelle deformiert werden. Als Mikrostrahl wird hierbei vorteilhaft ein Laserstrahl eingesetzt, mit dem nur kurzzeitig Licht auf das biologische Objekt eingestrahlt wird. Beispielsweise kann ein gepulster Laser verwendet werden, um den Mikrostrahl zu erzeugen. Alternativ kann, beispielsweise unter Verwendung eines elektrooptischen Elements, der Strahl eines kontinuierlich arbeitenden Laser so beeinflusst werden, dass er für eine kurze Zeitspanne als Mikrostrahl auf das biologische Objekt trifft. Mit einem Mikrostrahl kann auch eine lokale Störung auf der Membran und/oder im Zytoplasma einer Zelle hervorgerufen werden, z. B. durch Optoperforation bzw. Optoporation. Die resultierende Änderung der Proteinzusammensetzung kann mit Raman-Spektroskopie detektiert und/oder die Änderung der Morphologie bzw. des Brechungsindex der Zelle mit DHMI erfasst werden.
  • Bei weiteren Ausführungsformen kann mit optischen Methoden auch ohne induzierte Verformung eines biologischen Objekts ein Reiz gesetzt werden, der beispielsweise eine lokale Erwärmung umfasst. Die Reaktion darauf kann mit Raman-Spektroskopie sowie optional zusätzlich mit DHMI erfasst werden.
  • Bei jeder dieser Ausführungsformen kann der Strahlengang des Laserstrahls bzw. der Laserstrahlen über verschiedene Positionen gerastert werden. Auf diese Weise können Reize auf biologische Objekte, die an unterschiedlichen Messpositionen gehalten werden, ausgeübt werden. Es kann eine Ablenkeinrichtung vorgesehen sein, die den Laserstrahl bzw. die Laserstrahlen in kontrollierbarer Weise rastert. Bei einer Ausführungsform kann dazu ein optisches Element, z. B. ein Spiegel, kontrolliert verstellt werden. Bei einer weiteren Ausführungsform kann ein Laserstrahl auch mittels eines SLM (räumlicher Lichtmodulator)-Kristalls über verschiedene Positionen gerastert werden. Bei einer Ausführungsform kann die Rasterung so erfolgen, dass der Laserstrahl bzw. die Laserstrahlen zeitsequentiell auf verschiedene Fluidkanäle geachtet wird bzw. werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Rasterung so erfolgen, dass der Laserstrahl bzw. die Laserstrahlen auf verschiedene in Längsrichtung oder Transversalrichtung eines Kanals beabstandete Messpositionen gerichtet wird, um den Reiz auf verschiedene biologische Objekte auszuüben. Bei einer Ausführungsform erfolgt eine Rasterung in zwei Dimensionen, bei der der Laserstrahl bzw. die Laserstrahlen sowohl zwischen verschiedenen Fluidkanälen als auch entlang der Längsrichtung der Kanäle zwischen verschiedenen Positionen verstellt werden, an denen ein Reiz auf biologische Objekte ausgeübt werden soll. Falls zum Ausüben des Reizes mindestens zwei Laserstrahlen auf ein biologisches Objekt gerichtet werden, werden die zwei Laserstrahlen synchron gerastert. Durch die genannten Maßnahmen kann eine Parallelisierung bzw. ein Multiplexing bei der Charakterisierung der biologischen Objekte erfolgen, die eine weitere Erhöhung des Durchsatzes ermöglicht.
  • Falls die Messung zusätzlich zur Roman-Spektroskopie auch DHMI umfasst, kann eine Datenerfassung mittels DHMI vorgenommen werden, während oder nachdem unter Verwendung optischer Methoden eine Verformung des biologischen Objekts hervorgerufen wurde. Zusätzlich kann eine Datenerfassung vor Setzen des Reizes erfolgen, um die Veränderung von Form, Volumen oder Streuverhalten des biologischen Objekts beurteilen zu können. Dadurch können Zellen oder andere biologische Objekte und ihre Veränderung in drei Dimensionen rekonstruiert und die Reaktion auf den Reiz quantifiziert werden. Aus einer einzelnen DHMI-Aufnahme können verschiedene Schnitte des biologischen Objekts rekonstruiert werden. Bei einer Verformung als Reaktion auf einen optisch induzierten Reiz resultiert im Allgemeinen eine Änderung nicht nur eines Querschnitts des biologischen Objekts, sondern typischerweise eine Änderung in drei Dimensionen. Für ein nicht homogenes Objekt, wie beispielsweise eine Zelle, ist die Reaktion auf Druck- oder Zugkräfte in den drei Dimensionen unterschiedlich stark. Mit der 3D-Bildgebung mittels DHMI erhält man genauere Aussagen über das Elastizitätsverhalten in den unterschiedlichen Richtungen. Eine digitale Nachfokussierung bei der rechnergestützten Auswertung der DHMI-Daten erlaubt es, auf eine mechanische Fokuskorrektur zu verzichten. Bei der DHMI kann darüber hinaus mit einer einzigen Momentaufnahme das gesamte Zellvolumen erfasst werden, so dass auf ein Scannen verzichtet werden kann. Auf diese Weise kann der Durchsatz bei der Charakterisierung erhöht werden.
  • Falls die Messung zusätzlich zur Raman-Spektroskopie auch DHMI umfasst, kann durch eine DHMI-Datenerfassung beispielsweise auch der Brechungsindex einer Zelle bzw. von Komponenten der Zelle, wie dem Zellkern, quantitativ bestimmt werden. Zur Bestimmung des Brechungsindex können mehrere DHMI-Datenerfassungen vorgenommen werden, wobei die Zelle zwischen den verschiedenen DHMI-Datenerfassungen gedreht oder in ihrer Lage verändert wird. Eine Drehung der Zelle kann beispielsweise durch den Laserstrahl bzw. die Laserstrahlen hervorgerufen werden, die auch zum Ausüben des Reizes auf die Zelle eingesetzt werden. Ein Laserstrahlprofil, das nicht rotationssymmetrisch ist, kann verwendet werden, um eine Rotation der Zelle hervorzurufen. Dieses kann beispielsweise erzeugt werden, indem eine optische Faser mit elliptischem Querschnitt verwendet wird. Es können auch Laserstrahlen verwendet werden, die eine helische Wellenfront aufweisen. Beispielsweise können gegenläufige Laserstrahlen eingesetzt werden, die ein Laguerre-Gauss-Profil und eine helische Wellenfront aufweisen, so dass der Poynting-Vektor sprialförmig entlang der die Propagationsrichtung definierenden Achse variiert. Derartige Strahlen übertragen ein Drehmoment auf das biologische Objekt, mit dem dieses gedreht werden kann. Alternativ oder zusätzlich können optische Fasern eingesetzt werden, die Strahlung bereitstellen, mit der das biologische Objekt gedreht werden kann. Die optischen Fasern können einen nicht rotationssymmetrischen Querschnitt aufweisen. Beispielsweise können die Fasern einen elliptischen Querschnitt aufweisen.
  • Laserstrahlen können auch eingesetzt werden, um das biologische Objekt in einer Lösung an einer gewünschten Position zu halten. Wenn eine Verformung des biologischen Objekts unter Verwendung eines Laserstrahls hervorgerufen wird, kann durch diesen Laserstrahl auch eine optische Pinzette oder optische Falle für das Objekt erzeugt werden. Dadurch wird es möglich, eine holographische Datenerfassung an einer einzelnen Zelle in Lösung vorzunehmen.
  • Erfindungsgemäß wird eine Raman-Spektroskopie vor dem Setzen eines Reizes und nach oder während dem Setzen eines Reizes durchgeführt. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Veränderung des Zellgeschehens während eines induzierten Stresses im Raman-Spektrum beobachtet werden. Daneben kann durch rechnergestützte Auswertung herkömmlicher 2D-Aufnahmen die Verformung des biologischen Objekts quantitativ bestimmt werden. So können neben der Veränderung des Raman-Spektrums aus der quantitativen Messung der Elastizität auch Informationen zum Vernetzungsgrad von Strukturmolekülen, wie beispielsweise dem Mikrotubuli-Netzwerk oder dem Aktin-Netzwerk, gewonnen werden.
  • Bei Durchführung der Raman-Spektroskopie kann ein Mess-Laserstrahl, der für die Raman-Spektroskopie auf das biologische Objekt eingestrahlt wird, zwischen verschiedenen Positionen gerastert werden. Es kann eine Rasterung entlang einem Fluidkanal eines Mikrofluidiksystems und/oder zwischen verschiedenen Fluidkanälen des Mikrofluidiksystems erfolgen. Auf diese Weise wird erreicht, dass die durchschnittliche Dauer eines Messprozesses nicht durch die Zeitskala beschränkt ist, die nötig ist, um ein neues biologisches Objekt so zu positionieren, dass daran eine Raman-Spektroskopie durchgeführt werden kann. Ähnlich kann auch ein Strahlengang für die DHMI-Datenerfassung kontrolliert zwischen verschiedenen Lagen verstellt werden. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn die verschiedenen biologischen Objekte, an denen parallel Messungen durchgeführt werden sollen, einen Abstand aufweisen, der größer als ein Durchmesser der Objekt-Welle für die DHMI-Datenerfassung in einer Objektebene ist. Falls für die entsprechende Messung mehrere Laserstrahlen auf das biologische Objekt eingestrahlt werden, z. B. bei einer Raman-Spektroskopie, bei der das Licht des Anregungslasers für die Raman-Spektroskopie auch das Fallenpotenzial für das biologische Objekt erzeugt, werden die mehreren Laserstrahlen synchron gerastert.
  • Bei der Raman-Spektroskopie muss nicht das gesamte Raman-Spektrum erfasst werden. Beispielsweise kann nur ein Teil des Spektrums, z. B. einzelne Spektrallinien, erfasst werden. Dies kann für einen Abgleich mit einer Datenbank, in der charakteristische Spektrallinien des Raman-Spektrums oder deren Verschiebung als Reaktion auf den Reiz abgelegt sind, ausreichend sein. Der Spektralbereich, in dem die Raman-Spektroskopie durchgeführt wird, kann abhängig von den zu charakterisierenden biologischen Objekten gewählt werden.
  • Der Reiz auf das biologische Objekt muss nicht notwendig unter Verwendung optischer Strahlung ausgeübt werden. Vielmehr können auch Ultraschallwellen oder elektromagnetische Felder, insbesondere Hochfrequenzfelder, eingesetzt werden. Der Reiz kann auch chemisch, beispielsweise durch Gabe von Wirkstoffen oder Medikamenten ausgelöst werden. Der Reiz kann auch mechanisch gesetzt werden, beispielsweise durch Bewegen der Zellen über strukturierte Oberflächen oder durch Absiedlung von Zelten auf Oberflächen.
  • Bei allen Ausführungsformen kann zusätzlich zu einer Raman-Spektroskopie auch eine herkömmliche Mikroskopie durchgeführt werden. Beispielsweise kann eine Phasenkontrastmikroskopie, Fluoreszenzmikroskopie oder sonstige Mikroskopie eingesetzt werden, um mikroskopische Beobachtungen des Objekts, das gerade charakterisiert wird, zu ermöglichen.
  • Bevorzugt wird bei den Ausführungsformen der Vorrichtung ein Mikrofluidiksystem verwendet. Mit dem Mikrofluidiksystem können biologische Objekte in Lösung gehalten werden. Dies erlaubt es, eine Charakterisierung an lebenden Zellen vorzunehmen. Vorteilhaft wird das zu charakterisierende biologische Objekt, beispielsweise eine Zelle, in dem Mikrofluidiksystem transportiert. Zur Durchführung der Messung an dem biologischen Objekt kann das Objekt dann an eine gewünschte Messposition gebracht werden, beispielsweise unter Verwendung optischer Pinzetten oder Fallen oder eines Ablenkpulses von einem Lasermikrostrahl, mit denen das biologische Objekt aus einem zirkulierenden Fluidstrom entnommen werden kann, oder unter Verwendung mikrofluidischer Ventile oder anderer Stellelemente.
  • Bei den verschiedenen Ausführungsformen kann vorteilhaft auch die Raman-Spektroskopie an dem Objekt in einem Fluidkanal erfolgen.
  • Das Mikrofluidiksystem kann einen geschlossenen Fluidkreislauf aufweisen, in dem biologische Objekte transportiert werden, bis an ihnen die Messung vorgenommen wird. Dadurch kann ein Absinken biologischer Objekte vermindert werden. Die Probe in Lösung kann weitgehend der Charakterisierung zugeführt werden.
  • Bei den Verfahren und Vorrichtungen nach verschiedenen Ausführungsformen kann nicht nur ein Reiz gesetzt werden, sondern es können mehrere Reiße verschiedener Intensität und/oder verschiedener Art gesetzt werden. Es kann die Reaktion des biologischen Objekts auf die verschiedenen Reize unter Verwendung von Raman-Spektroskopie ermittelt werden, um das biologische Objekt zu charakterisieren. Eine Vorrichtung kann entsprechend mehrere Einrichtungen umfassen, mit denen Reize verschiedener Art gesetzt werden können. Beispielsweise kann eine Einrichtung zum Setzen eines Reizes unter Verwendung optischer Methoden, eine Einrichtung zum Setzen eines Reizes unter Verwendung von Ultraschallwellen und/oder eine Einrichtung zum Setzen eines Reizes unter Verwendung von Hochfrequenzfeldern vorgesehen sein. Auf diese Weise kann das Verhalten des Objekts als Reaktion auf verschiedene Reize ermittelt werden. Es können jeweils extrinsische und/oder intrinsische Änderungen erfasst werden. Bei einer Ausführungsform wird unter Verwendung von sowohl DHMI als auch Raman-Spektroskopie das Verhalten der Zelle nach Setzen von wenigstens zwei verschiedenen Reizen ermittelt, die jeweils gesetzt werden unter Verwendung von einem von Laserstrahlung, Ultraschall oder elektromagnetischen Hochfrequenzfeldern. Eine Deformation einer Zelle kann neben der Änderung der Form und des Volumens zu Proteinumlagerungen führen. Durch Verwendung von Ultraschall kann beispielsweise eine lokale Molekülzusammensetzung verändert und/oder Wärme erzeugt werden. Durch elektromagnetische Hochfrequenzfelder kann eine Oszillation von Molekülen und somit eine intrinsische Veränderung des Objekts erzeugt werden. Durch Datenerfassung mit DHMI und Raman-Spektroskopie kann ein biologisches Objekt im Hinblick auf seine äußeren Parameter, aber auch im Hinblick auf Vorgänge im Inneren des Objekts charakterisiert werden.
  • Die Eigenschaften der Raman-Spektroskopie und DHMI erlauben, dass die Charakterisierung von biologischen Objekten weitgehend automatisiert wird. Insbesondere eignen sich die mit der Raman-Spektroskopie gewonnenen Spektren und zusätzliche Informationen über Form, Volumen und/oder Brechungsindex, die aus DHMI gewonnen werden, für eine weitgehend automatisierte Charakterisierung.
  • Beispielsweise können gewonnene Raman-Spektren und Informationen über Volumen und Form des biologischen Objekts mit einer Datenbank abgeglichen werden, um Zellen automatisch zu sortieren. So können beispielsweise gesunde Zelle von Tumorzellen unterschieden und automatisch zu unterschiedlichen Sammelbehältern gelenkt werden. Bei weiteren Ausführungsformen können bestimmte Zellen, Zellzyklen oder Klone durch Auswertung der Reaktion bei Setzen eines entsprechenden Stimulus erkannt werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele erläutert.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zum Charakterisieren und Sortieren biologischer Objekte nach einem Ausführungsbeispiel.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Charakterisieren biologischer Objekte nach einem Ausführungsbeispiel.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Einrichtung zur Raman-Spektroskopie für eine Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel.
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Charakterisieren biologischer Objekte nach einem weiteren Ausführungsbeispiel.
  • 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Mikrofluidiksystems zur parallelen Durchführung von Messungen bei Vorrichtungen nach einem Ausführungsbeispiel.
  • 6 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Charakterisieren biologischer Objekte nach einem weiteren Ausführungsbeispiel.
  • 7 zeigt eine schematische Darstellung einer Zelle zur Erläuterung der Wirkungsweise der Vorrichtung von 6.
  • 8 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Charakterisieren biologischer Objekte nach einem weiteren Ausführungsbeispiel.
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines Systems 1 zum Sortieren biologischer Objekte nach einem Ausführungsbeispiel. Das System 1 umfasst eine Vorrichtung 2 zum Charakterisieren biologischer Objekte und eine Recheneinrichtung 3, die mit der Vorrichtung 2 gekoppelt ist. Die Vorrichtung 2 führt eine Raman-Spektroskopie und eine digitale holographische Mikrointerferometrie (DHMI) an einem biologischen Objekt durch, um dessen Reaktion auf einen Reiz (Stimulus) quantitativ zu ermitteln. Dabei gewonnene Messergebnisse werden über eine Schnittstelle an die Recheneinrichtung 3 ausgegeben werden. Die Recheneinrichtung 3 weist eine Datenbank 4 auf, in der Informationen betreffend das Verhalten verschiedener biologischer Objekte aufweisen. Beispielsweise kann die Datenbank 4 Informationen über ein Raman-Spektrum nach Setzen des Stimulus, Informationen über Verschiebungen von Spektrallinien des Raman-Spektrums als Reaktion auf den Stimulus, Informationen über Form oder Volumen nach Setzen des Stimulus oder Informationen über Änderungen der Form oder Änderungen des Volumens für verschiedene Typen von Zellen (gesunde Zellen oder Tumorzellen), für verschiedene Zellzyklusstadien oder dergleichen umfassen. Die Recheneinrichtung 3 kann abhängig von einem Vergleich der erfassten Daten mit einem Schwellenwert oder einem Abgleich der erfassten Daten mit der Datenbank 4 einen Steuerbefehl zum Sortieren des biologischen Objekts an die Vorrichtung 2 ausgeben, Informationen über das Objekt über eine Anzeigeeinrichtung 5 ausgeben oder dem Benutzer verschiedene Optionen für eine weitere Verarbeitung des Objekts anbieten, die der Benutzer über eine Benutzerschnittstelle 6 auswählen kann.
  • Die Vorrichtung 2 ist eingerichtet, um Zellen berührungslos und schnell zu charakterisieren. Die Vorrichtung 2 weist ein Mikrofluidiksystem 11 auf, das von einem Träger 10 gestützt wird. Das Mikrofluidiksystem 11 umfasst einen geschlossenen Fluidkreislauf 12. Mit geeigneten mikrofluidischen Einrichtungen kann im Betrieb der Vorrichtung 2 ein kontinuierlicher Fluidstrom in dem geschlossenen Fluidkreislauf 12 aufrecht erhalten werden, um das Sedimentieren von biologischen Objekten zu vermeiden, die in einer Lösung in dem Fluidkreislauf 12 transportiert werden. Die Charakterisierung von Zellen erfolgt in dem Mikrofluidiksystem 11. Dies erlaubt es, Messungen an lebenden Zellen oder Zeltclustern durchzuführen. Das Mikrofluidiksystem 11 weist einen Fluidkanal 13 auf. Zur Charakterisierung von biologischen Objekten, beispielsweise Zellen, werden die Zellen 8, 9 in dem Fluidkanal 13 positioniert. Auch wenn in 1 beispielhaft ein separater Fluidkanal 13 dargestellt ist, in den Zellen aus dem geschlossenen Fluidkreislauf 12 beispielsweise mit mikrofluidischen Einrichtungen oder einer optischen Pinzette verschoben werden können, kann der Fluidkanal 13 auch ein Abschnitt des geschlossenen Kreislaufs 12 sein. Auch ein Laserpuls eignet sich, um die Zelle aus einem Laminarstrom in einen Nachbarkanal zu transportieren, wo die Messung durchgeführt wird.
  • Zur Durchführung einer Charakterisierung wird die Zelle 8 in einem Messbereich 18 und die Zelle 9 in einem Messbereich 19 positioniert. Die Messbereiche 18, 19 sind entlang der Längsachse des Fluidkanals 13 beabstandet. Die Messbereiche 18, 19 können beispielsweise durch den Fokalbereich von Laserstrahlen definiert sein, die eine optische Falle oder optische Pinzette für die Zellen 8 bzw. 9 bilden. Ein Fluidstrom im Fluidkanal 13 kann angehalten werden, wenn eine Messung an den Zellen 8, 9 durchgeführt werden soll. Eine Zentrierung im Kanal kann beispielsweise durch hydrodynamische Fokussierung erfolgen. Eine Positionierung entlang des Kanals erfolgt beispielsweise bei Durchführung einer Raman-Spektroskopie automatisch, wenn die Zellen 8, 9 in den Fokalbereich des zur Durchführung der Raman-Spektroskopie eingestrahlten Laserstrahls gezogen werden.
  • Während in 1 eine Konfiguration nach einem Ausführungsbeispiel dargestellt ist, bei der in dem Kanal 12 mehrere Messbereiche 18, 19 in Längsrichtung des Kanals beabstandet sind, können verschiedene weitere Ausgestaltungen bei jeder der hier beschriebenen Ausführungsformen realisiert werden. So kann beispielsweise die Messung jeweils immer nur an einem einzigen Objekt durchgeführt werden, so dass auf die parallele Durchführung von Messungen verzichtet werden kann. Bei einer weiteren Ausführungsform können verschiedene biologische Objekte, an denen eine Messung durchgeführt wird, in Transversalrichtung des Kanals beabstandet sein. Dazu können mehrere biologische Objekte in transversal beabstandeten Teilen eines Laminarstroms in einem Kanal oder in mehreren transversal beabstandeten Laminarströmen positioniert sein. Es können auch mehrere biologische Objekte in transversal beabstandeten Kanälen positioniert sein, wenn die Messung durchgeführt wird.
  • Die Vorrichtung 2 weist eine Einrichtung 21 zum Erzeugen eines Reizes auf die Zellen 8, 9 auf. Die Einrichtung 21 kann beispielsweise eine Laserquelle, eine Quelle für elektromagnetische Strahlung, insbesondere im Hochfrequenzbereich, oder eine Einrichtung zur Erzeugung von Ultraschallwellen umfassen. Beispielhaft dargestellt ist eine Ausgestaltung, bei der die Einrichtung 21 eine Laserquelle zum Erzeugen eines Mikrostrahls aufweist, der über einen Strahlteiler 26 und eine Linse 29 auf die Zellen 8 bzw. 9 in den Messbereichen 18 bzw. 19 eingestrahlt werden kann. Eine Leistung der Laserquelle 21 kann so gewählt werden, dass durch den Mikrostrahl eine lokale Störung an der Zellmembran oder/und im Zytoplasma der Zellen 8, 9 hervorgerufen wird. Andere Ausgestaltungen der Einrichtung, mit denen unter Verwendung eines Laserstrahls ein Stimulus gesetzt wird, sind gleichfalls möglich. Insbesondere kann die Einrichtung 21 so ausgestaltet sein, dass sie einen Laserstrahl oder mehrere Laserstrahlen mit einer Energiedichte, einem Profil und einer Richtung erzeugen, die eine Verformung der Zelle 8, 9 hervorrufen. Es können auch zwei gegenläufige getaktete Lasermikrostrahlen eingesetzt werden, wobei durch einen Laserpuls oder eine Folge von Laserpulsen eine Deformation der Zelle hervorgerufen wird. Die zwei Strahlen sind dabei so getaktet, dass sie simultan Lichtleistung an das biologische Objekt liefern.
  • Die Vorrichtung 2 weist weiterhin wenigstens eine Einrichtung 22 zum Durchführen einer Raman-Spektroskopie auf. Die Vorrichtung 2 kann zusätzlich eine Einrichtung 24a, 24b, 24c zum Durchführen einer DHMI aufweisen. Mit dieser Einrichtung 22 bzw. diesen Einrichtungen 22 und 24a, 24b, 24c wird das Verhalten der Zelle 8, 9 als Reaktion auf den Reiz ermittelt. Die Vorrichtung 2 des Systems 1 von 1 umfasst sowohl die Einrichtung 22 zum Durchführen der Raman-Spektroskopie und eine Einrichtung 24a, 24b, 24c zum Durchführen einer DHMI. Je nach Anwendung kann die Einrichtung 24a, 24b, 24c zum Durchführen einer DHMI auch weggelassen werden. Eine steuerbare Ablenkeinrichtung 23 ist vorgesehen, um einen Anregungsstrahl der Einrichtung 22 zum Durchführen der Raman-Spektroskopie so abzulenken, dass selektiv das Spektrum der Zelle 8 oder der Zelle 9 gemessen wird. Der Anregungsstrahl der Raman-Einrichtung 22 wird über einen Strahlteiler 27 und eine Linse 29, beispielsweise das Objektiv eines Mikroskops, auf die Zelle 8, 9 gelenkt. Eine Steuer- und Auswertelogik 25 ist mit der Raman-Einrichtung 22, der Ablenkeinrichtung 23 und der DHMI-Einrichtung 24a, 24b, 24c gekoppelt, um diese zur Durchführung einer Datenerfassung zu steuern und um die von der Raman-Einrichtung 22 und der DHMI-Einrichtung 24a, 24b, 24c erfassten Daten auszuwerten. Die Raman-Einrichtung 22 und die DHMI-Einrichtung 24a, 24b, 24c führen dabei jeweils eine Datenerfassung vor, bei oder nach Ausüben des Reizes an der entsprechenden Zelle 8, 9 durch, um die Reaktion der Zelle auf den Reiz zu ermitteln. Durch einen Vergleich von vor und nach Setzen des Reizes erfassten DHMI- und Raman-Signalen lassen sich Aussagen zu dem Verhalten der Zellen als Reaktion auf den Reiz gewinnen.
  • Ähnlich wie Festkörper weisen auch biologische Objekte Schwingungsspektren auf, die beispielsweise abhängig von Zellaktivitäten und Zellzyklusstadien sind. Entsprechend können durch den Reiz verursachte Veränderungen beobachtet werden. Zur Durchführung der Raman-Spektroskopie an lebenden biologischen Objekten kann die Raman-Einrichtung 22 beispielsweise einen Diodenlaser mit einer Wellenlänge von 785 nm umfassen. Der Laserstrahl kann auf die Zellen 8, 9 fokussiert werden. Bei dieser Wellenlänge werden die Zellen und Bakterien nicht geschädigt. Die gestreuten Ramansignale werden mittels eines Spektrometers gemessen. Das Spektrometer kann beispielsweise mit einem für das nahe infrarot optimierten CCD-Sensor ausgestattet sein.
  • Eine Verstellung des für die Ramanspektroskopie auf die Zellen eingestrahlten Laserstrahls kann mit der Ablenkeinrichtung 23 auch so erfolgen, dass das biologische Objekt, beispielsweise die Zelle, an mehreren Punkten abgetastet wird. Dadurch kann für jeden der verschiedenen Messpunkte ein Ramanspektrum aufgenommen werden. Aus den unterschiedlichen Spektren lassen sich Rückschlüsse auf die chemische oder biochemische Zusammensetzung des biologischen Objekts nach Setzen des Reizes ziehen. Durch Rasterung über das biologische Objekt kann diese Information auch ortsaufgelöst ermittelt werden.
  • Die DHMI-Einrichtung ist so eingerichtet, dass ein Laserstrahl in zwei Teilstrahlen geteilt wird, die eine Objektwelle und eine dazu phasenkohärente Referenzwelle bilden. Die Objektwelle und Referenzwelle können über geeignete optische Komponenten so gelenkt werden, dass die Objektwelle auf das Objekt gelenkt wird, wobei an dem Objekt gestreute oder reflektierte Signale der Objektwelle auf einen flächigen Bildsensor, beispielsweise einen CCD-Sensor, treffen. Die Referenzwelle trifft auf den flächigen Bildsensor, ohne an dem Objekt reflektiert oder gestreut zu werden. In 1 weist die DHMI-Einrichtung eine schematisch dargestellte Komponente 24a auf, die die Objektwelle ausgibt. Die Objektwelle wird über einen Strahlteiler 28 und die Kondensor-Linse 30 auf eine der Zellen 8, 9 oder gleichzeitig auf beide Zellen 8, 9 gelenkt. Von einer Komponente 24b wird die Referenzwelle über einen Strahlteiler auf einen flächigen Bildsensor 24c, beispielsweise einen CCD-Sensor gelenkt. Das durch die Phasendifferenzen zwischen Objektwelle und Referenzwelle an dem Bildsensor 24c resultierende Interferenzmuster erlaubt eine Rekonstruktion der Form des biologischen Objekts.
  • Die DHMI-Einrichtung mit den Komponenten 24a, 24b, 24c bietet eine berührungslose, markerfreie und quantitative Phasenkontrast-Bildgebung. Aus einem einzigen mit der DHMI-Einrichtung 24a, 24b, 24c erfassten Hologramm können verschiedene Objektebenen rekonstruiert werden. Neben einer markerfreien Topographie- bzw. Morphologieanalyse ist auch eine minimal-invasive dynamische Detektion von Verformungen und Bewegungen lebender Zellen in drei Dimensionen möglich. Durch rechnerische Auswertung des von dem Bildsensor 24c erfassten Signals kann eine digitale Nachfokussierung vorgenommen werden. So wird Stabilität auch dann erreicht, wenn sich die Zelle in Tiefenrichtung bewegt. Verformungen des biologischen Objekts können so in drei Dimensionen zur Zellcharakterisierung erfasst werden.
  • Mit der Vorrichtung 2 kann somit die Reaktion eines biologischen Objekts im Hinblick auf Veränderungen der Topographie oder Morphologie sowie im Hinblick auf Veränderungen des Ramanspektrums untersucht werden. Die Messung der Reaktion auf einen bekannten Reiz erlaubt es, das Verhalten des biologischen Objekts sowohl im Hinblick auf Änderungen der Morphologie bzw. Topographie als auch im Hinblick auf Änderungen des Raman-Spektrums zu erfassen. Durch einen Abgleich mit einer entsprechenden Datenbank kann beispielsweise ermittelt werden, um welchen Zelltyp es sich handelt, in welchem Zellzyklenstadium sich dieser befindet etc. Sowohl die Raman-Spektroskopie als auch die DHMI sind schnelle Messmethoden, da sie in einer einzigen Aufnahme die wesentlichen Eigenschaften, d. h. das Spektrum bzw. Hologramm, erfassen können. Bei Ausführungsformen wird nur ein Teil des Raman-Spektrums erfasst, um einen Abgleich mit einer Datenbank vornehmen zu können. Beispielsweise können einzelne Linien eines Raman-Spektrums erfasst werden, anhand derer ein Abgleich mit bekannten Datensätzen erfolgen kann. Auf diese Weise kann eine weitere Erhöhung des Durchsatzes erreicht werden.
  • Da die Charakterisierung bei der in 1 dargestellten Vorrichtung 2 markerfrei und ohne Zerstörung des biologischen Objekts abläuft, können die biologischen Objekte weiter verarbeitet werden. Dazu kann beispielsweise von der Steuer- und Auswertelogik 25 oder von der Recheneinrichtung 3 ein Signal bereitgestellt werden, nach dem die Zelle 8, 9 selektiv in einen von mehreren Ausgangskanälen 14, 15 des Mikrofluidiksystems 11 sortiert wird.
  • Die Blockdiagrammdarstellung der verschiedenen Komponenten der Vorrichtung 2 ist als schematische Darstellung zu betrachten. Beispielsweise können Komponenten der Raman-Einrichtung 22, 23 auch so vorgesehen sein, dass der Anregungsstrahl über die Linse 30 eingekoppelt wird. Alternative Ausgestaltungen der Einrichtung 21, mit der der Stimulus gesetzt wird, sind ebenfalls möglich.
  • 2 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 32 zum Charakterisieren einer Zelle nach einem weiteren Ausführungsbeispiel. Komponenten der Vorrichtung 32, die in ihrer Funktion und/oder Ausgestaltung Komponenten der Vorrichtung 2 entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet.
  • Die Vorrichtung weist neben den Modulen 24a und 24b der DHMI-Einrichtung, die die Objektwelle und Referenzwelle für die DHMI bereitstellen, und der Raman-Einrichtung 22 Komponenten eines herkömmlichen Mikroskopsystems auf. Die Objekt- und Referenzwelle für die DHMI-Datenerfassung und der Anregungsstrahl für die Raman-Spektroskopie können in den Strahlengang des Mikroskops eingekoppelt werden. Das Mikroskop weist eine Beleuchtungseinrichtung 34 auf. Weitere aus der Mikroskopie bekannte Komponenten, die schematisch bei 35 dargestellt sind, können vorgesehen sein. Eine flächiger Bildsensor 36, beispielsweise einen CCD-Sensor, kann sowohl zur Bilderfassung für die herkömmliche Mikroskopie an den biologischen Objekten als auch zur Datenerfassung bei der DHMI dienen. Tubuslinsen 37a, 37b können in einem Mikroskopkorpus 33 vorgesehen sein.
  • Die Vorrichtung 32 weist sowohl eine Einrichtung 24a, 24b, 38 zur DHMI-Datenerfassung als auch eine Einrichtung 22 zur Erfassung eines Raman-Spektrums auf. Ein Objektstrahl 45 für die DHMI wird über den Strahlteiler in den Strahlengang des Mikroskops eingekoppelt und über die Kondenser-Linse 30 auf einen Fluidkanal eines nur schematisch dargestellten Mikrofluidiksystems 11 gelenkt. In dem Fluidkanal ist ein biologisches Objekt 8, beispielsweise eine Zelle, zur Charakterisierung platziert. Ein Referenzstrahl 46 für die DHMI wird über einen Strahlteiler 36 und eine Tubuslinse 37b auf den Bildsensor 38 gelenkt. Ein Anregungsstrahl für die Raman-Spektroskopie wird über eine steuerbare Ablenkeinrichtung 23 und einen Strahlteiler 26 in den Strahlengang des Mikroskops eingekoppelt. Über das Objektiv 29 wird der Anregungsstrahl auf das biologische Objekt 8 fokussiert. Die steuerbare Ablenkeinrichtung 23 erlaubt die örtlich aufgelöste Erfassung von Raman-Spektren an einem biologischen Objekt, beispielsweise an einer Zelle. Optional kann eine Rasterung über verschieden platzierten Objekten vorgesehen sein, um zeitsequentiell Raman-Spektrallinien von Objekten zu erfassen. An dem Objekt gestreutes Licht wird zu einem Spektrometer geführt. Beispielsweise kann das Streulicht über den Strahlteiler 26 zu einem Raman-Spektrometer geführt werden, das in der Raman-Einrichtung 22 vorgesehen ist.
  • Die Vorrichtung 32 weist eine Einrichtung 40 zum Ausüben eines Reizes auf das biologische Objekt 8 auf. Die Einrichtung umfasst zwei Fasern 42, 44, mit denen ein optisches Signal hoher Intensität zu einem Messbereich des Fluidkanals geführt werden kann, in dem das biologische Objekt zur Durchführung der Messung positioniert ist. Die Fasern 42, 44 sind mit einer oder mehreren Quellen 41, 43 für das optische Signal gekoppelt. Es kann ein Laser 41 vorgesehen sein, wobei der Laserstrahl über geeignete optische Komponenten in die erste Faser 42 und über optische Komponenten 43 in die zweite Faser 44 eingekoppelt werden kann. Die optischen Fasern 42, 44 können so angeordnet sein, dass die aus ihren Enden austretenden Strahlen im Wesentlichen gegenläufig sind. Auf diese Weise kann optisch ein Reiz auf das biologische Objekt 8 ausgeübt werden. Der Reiz kann durch einen kurzen Laserpuls ausgeübt werden, wobei vor dem Setzen des Laserpulses und während Ausüben des Laserpulses und/oder nach Ende des Laserpulses ein Raman-Spektrum und ein DHMI-Bild des Objekts 8 erfasst wird. Der Reiz kann auch über einen längeren Zeitraum ausgeübt werden, um beispielsweise eine länger andauernde Verformung des Objekts 8 hervorzurufen. Ein Raman-Spektrum und ein DHMI-Bild des Objekts 8 können erfasst werden, während Licht von den Enden der Fasern 42, 44 auf das Objekt eingestrahlt wird. Entsprechende Datenerfassungen können auch vorgenommen werden, bevor der Reiz gesetzt wird oder wenn die Einstrahlung von Licht von den Enden der Fasern 42, 44 beendet wurde.
  • Anhand des Raman-Spektrums und der DHMI-Daten kann das Objekt 8 charakterisiert werden. Dazu kann beispielsweise ein Abgleich mit einer Datenbank erfolgen, um einen Zelltyp oder ein Zellzyklenstadium zu ermitteln. Falls kein passender Eintrag für die erfassten Daten ermittelt werden kann, kann die Datenbank um einen Eintrag erweitert werden, in dem charakteristische Eigenschaften des gemessenen Raman-Spektrums und der aus den DHMI-Daten rekonstruierten Information über Volumen und Form des Objekts 8 einem Objekttyp zugeordnet werden. So wird die Datenbasis für die automatische Charakterisierung erstellt bzw. erweitert.
  • 3 ist eine schematische Darstellung einer Raman-Einrichtung, die als Einrichtung zum Erfassen eines Raman-Spektrums bei den Vorrichtungen nach den verschiedenen Ausführungsbeispielen verwendet werden kann.
  • Die Einrichtung 22 umfasst eine Laserquelle 51. Über eine Lochblende 52, eine Linse 53 und einen Strahlteiler 54 wird ein Ausgangsstrahl der Laserquelle 51 als Anregungsstrahl 55 für die Raman-Streuung zu dem biologischen Objekt gelenkt. Streulicht 56 wird über den Strahlteiler 54, ein Raman-Kantenfilter 57 und eine Lochblende 58 zu einem Raman-Spektrometer gelenkt. Das Raman-Spektrometer umfasst ein Gitter 60 und einen eindimensionalen oder flächigen Bildsensor 62, beispielsweise einen CCD-Sensor. Zwischen der Lochblende 38 und dem Gitter 60 sowie zwischen dem Gitter 60 und dem Bildsensor 62 sind Linsen 59 bzw. 61 vorgesehen. Das von dem Gitter 60 in seine Spektralkomponenten aufgespaltete Streulicht wird so auf verschiedene Positionen 63, 64 an dem Bildsensor 62 gelenkt und vorteilhaft dort fokussiert. An dem Bildsensor 62 werden somit die unterschiedlichen Spektrallinien des Raman-Spektrums erfasst. Bei einer Rasterung des Anregungsstrahls 55 über verschiedene Punkte der Objektoberfläche können zeitsequentiell mehrere Raman-Spektren erfasst werden, die unterschiedlichen Punkten oder Bereichen an der Objektoberfläche zugeordnet sind.
  • 4 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 72 zum Charakterisieren einer Zelle nach einem weiteren Ausführungsbeispiel. Komponenten der Vorrichtung 72, die in ihrer Funktion und/oder Ausgestaltung Komponenten der Vorrichtung 2 von 1 oder Komponenten der Vorrichtung 32 von 2 entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen wie in 1 bzw. 2 bezeichnet.
  • Bei der Vorrichtung 72 wird ein Reiz auf ein biologisches Objekt unter Verwendung optischer Strahlung erzeugt. Dabei wird darauf verzichtet, das Laserlicht unter Verwendung von optischen Fasern bis zu einem Messbereich zu führen. Die Einrichtung zum Erzeugen eines Reizes weist eine Komponente 73 auf, die einen Laserstrahl 79 an eine steuerbare Ablenkeinrichtung 74 ausgibt. Über die Ablenkeinrichtung 74 und einen Strahlteiler 77 wird der Laserstrahl zu der Kondenser-Linse 30 gelenkt. Die Einrichtung zum Erzeugen eines Reizes weist eine Komponente 75 auf, die einen weiteren Laserstrahl 80 an eine steuerbare Ablenkeinrichtung 76 ausgibt. Über die Ablenkeinrichtung 76 und einen Strahlteiler 78 wird der weitere Laserstrahl 80 zu dem Objektiv 29 gelenkt. Die Komponenten 73, 75 können beispielsweise Enden von optischen Fasern sein, mit denen Laserlicht von einem Laser zu den Ablenkeinrichtungen 74, 76 geführt wird. Alternativ kann der Laserstrahl über geeignete Umlenkspiegel 73, 75 zu den Ablenkeinrichtungen 74, 76 geführt werden. Die steuerbaren Ablenkeinrichtungen 74, 76 können eine verstellbares Element, beispielsweise einen mit einem Motor verstellbaren Umlenkspiegel, oder ein elektrooptisches Bauteil, beispielsweise einen räumlichen Lichtmodulator (SLM) umfassen. Die Ablenkeinrichtungen 74, 76 erlauben es, die Laserstrahlen 79, 80 über verschiedene Positionen zu rastern. Dadurch können beispielsweise Reize auf mehrere biologische Objekte, beispielsweise mehrere Zellen, ausgeübt werden, die entlang der Längsachse eines Fluidkanals oder in unterschiedlichen Fluidkanälen des Mikrofluidiksystems positioniert sind. Dadurch wird erreicht, dass mehrere biologische Objekte parallel charakterisiert werden können.
  • Die Leistung und das Profil der Laserstrahlen 79 und 80 können so gewählt werden, dass eine Verformung des biologischen Objekts 8 hervorgerufen wird. Bei einer Ausgestaltung kann die Leistung und das Profil der Laserstrahlen 79 und 80 so gewählt werden, dass sie auf das biologische Objekt Kräfte derart ausüben, dass das Objekt in der Propagationsrichtung der Strahlen 79 und 80, d. h. in 6 in vertikaler Richtung, zusammengedrückt wird. Bei einer weiteren Ausgestaltung kann die Leistung und das Profil der Laserstrahlen 79 und 80 so gewählt werden, dass sie auf das biologische Objekt Kräfte derart ausüben, dass das Objekt in der Propagationsrichtung der Strahlen 79 und 80, d. h. in 6 in vertikaler Richtung, gedehnt wird.
  • Die Ablenkeinrichtung 74, 75 werden so gesteuert, dass die Laserstrahlen 79 und 80 synchron über die verschiedenen Positionen gerastert werden. Auf diese Weise können die aus der Technik bekannten Reize, beispielsweise Verformung durch Druck oder Dehnung entlang der Propagationsrichtung der gegenläufigen Strahlen 79 und 80, auch bei Rasterung über mehrere Positionen realisiert werden. Die Rasterung des Anregungsstrahls der Raman-Einrichtung 22 kann vorteilhaft ebenfalls mit der gleichen Rate zwischen den verschiedenen Messbereichen wechseln wie die Strahlen 79, 80 zum Ausüben des Reizes. Jedoch ist es nicht erforderlich, dass der Anregungsstrahl der Raman-Einrichtung 22 zeitgleich mit den Strahlen 79, 80 auf ein zu charakterisierendes biologisches Objekt auftrifft.
  • Eine Ausgestaltung der Vorrichtung zum Charakterisieren von biologischen Objekten, bei der Laserstrahlen zum Erzeugen des Reizes nicht unter Verwendung von optischen Fasern bis an einen Fluidkanal herangeführt werden, erlaubt eine einfache und schnelle Rasterung der Laserstrahlen. Der Aufbau der Vorrichtung kann vereinfacht werden.
  • Während in 4 Ablenkeinrichtungen 74, 76 dargestellt sind, können bei weiteren Ausführungsformen die Ablenkeinrichtungen 74, 76 auch weggelassen werden.
  • 5 ist eine schematische Darstellung eines Mikrofluidiksystems 81, bei dem Messungen parallel in mehreren Fluidkanälen erfolgen können. Ein Mikrofluidiksystem mit der in 5 dargestellten Ausgestaltung kann beispielsweise dann eingesetzt werden, wenn die Strahlen zum Ausüben des Reizes oder der Anregungsstrahl für die Raman-Spektroskopie gerastert werden können.
  • Das Mikrofluidiksystem 81 weist einen geschlossenen Kreislauf 12 und mehrere Fluidkanäle 82, 86 auf, in denen Messungen an biologischen Objekten durchgeführt werden können. Abhängig von einem Resultat der Charakterisierung kann ein biologisches Objekt 8, das während der Datenerfassung zur Charakterisierung in einem Messbereich 85 in dem Fluidkanal 82 angeordnet ist, selektiv in einen von mehreren Ausgangskanälen 83, 84 sortiert werden. Ähnlich kann abhängig von einem Resultat der Charakterisierung ein biologisches Objekt 90, das während der Datenerfassung zur Charakterisierung in einem Messbereich 89 in dem Fluidkanal 86 angeordnet ist, selektiv in einen von mehreren Ausgangskanälen 87, 88 sortiert werden.
  • Wenn optische Strahlung, die zum Ausüben des Reizes und/oder zum Messen einer Reaktion auf den Reiz eingesetzt wird, zwischen den Messbereichen 85 und 89 in den verschiedenen Fluidkanälen gerastert werden kann, kann eine Charakterisierung biologischer Objekte parallel in den zwei Fluidkanälen 82 und 86 erfolgen.
  • 6 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 92 zum Charakterisieren einer Zelle nach einem weiteren Ausführungsbeispiel. Komponenten der Vorrichtung 92, die in ihrer Funktion und/oder Ausgestaltung Komponenten der Vorrichtung 2 von 1, Komponenten der Vorrichtung 32 von 2 oder Komponenten der Vorrichtung 72 von 4 entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen wie in 1, 2 bzw. 4 bezeichnet.
  • Bei der Vorrichtung 92 wird ein Reiz auf ein biologisches Objekt unter Verwendung optischer Strahlung erzeugt. Dabei werden ähnlich wie bei der Vorrichtung 72 von 4 Laserstrahlen zum Ausüben des Reizes über die Linse 30 bzw. das Objektiv 29 auf das biologische Objekt 8 eingestrahlt. Die Einrichtung zum Erzeugen eines Reizes weist eine Komponente 93 auf, die einen Laserstrahl 103 ausgibt, der über einen Strahlteiler 77 zu der Linse 30 gelenkt wird. Eine weitere Komponente 95 ist vorgesehen, die einen Laserstrahl 105 ausgibt, der über einen Strahlteiler 78 zu dem Objektiv 80 gelenkt wird. Dabei sind die Komponenten 93, 95 so eingerichtet, dass die Laserstrahlen 103 und 106 als erste optische Pinzette für ein biologisches Objekt 8 wirken. Die Einrichtung zum Erzeugen des Reizes weist auch Komponenten 94, 96 auf, mit denen eine zweite optische Pinzette für dasselbe biologische Objekt 8 erzeugt wird. Die Komponente 94 gibt einen Laserstrahl 104 aus, der über den Strahlteiler 77 zu der Linse 30 gelenkt wird. Die Komponente 96 gibt einen Laserstrahl 106 aus, der über den Strahlteiler 78 zu dem Objektiv 29 gelenkt wird. Die verschiedenen Komponenten 93–96 können von derselben Laserlichtquelle gespeist werden.
  • Die Einrichtung zum Erzeugen des Reizes kann so eingerichtet werden, dass die von den Laserstrahlen 103 und 105 erzeugte optische Pinzette und die von den Laserstrahlen 104 und 106 erzeugte weitere optische Pinzette einen Abstand aufweisen, der näherungsweise gleich einem Durchmesser des biologischen Objekts ist, oder auf einen solchen Abstand einstellbar sind. Auf diese Weise können auf das biologische Objekt Kräfte ausgeübt werden, die zu einer Dehnung des biologischen Objekts führen.
  • 7 zeigt beispielhaft diese Wirkung eines Paars optischer Pinzetten. Die Fokalbereiche der Paars von Laserstrahlen 105, 107 und des Paars von Laserstrahlen 104, 106 sind voneinander beabstandet. Aufgrund der Dipol-Fallenwirkung werden Zellenbereiche in die Volumenbereiche mit maximaler Lichtenergie gezogen. Werden die beiden optischen Pinzetten auf einen geeigneten Abstand eingestellt, beispielsweise durch eine laterale Bewegung der Pinzetten voneinander weg, kann eine Dehnung des biologischen Objekts hervorgerufen werden, wie mit den Pfeilen 109 und 110 dargestellt ist.
  • Auch bei der Vorrichtung 92 können (in 6 nicht dargestellte) Ablenkeinrichtungen vorgesehen sein, um eine Verstellung eines der Paare 103, 105 oder 104, 106 von Laserstrahlen oder beider Paare von Laserstrahlen zu erlauben. Durch Verstellen wenigstens eines der Paare von Laserstrahlen, die eine optische Pinzette bilden, ist die Vorrichtung 92 so konfigurierbar, dass sie eine Formänderung auch an biologischen Objekten mit deutlich verschiedenen Abmessungen hervorrufen kann. Durch eine gemeinsame Rasterung beider optischer Pinzetten kann die Rate, mit der biologische Objekte charakterisiert werden könne, erhöht werden.
  • Während Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben wurden, bei denen eine Durchlichtkonfiguration für die DHMI-Datenerfassung eingesetzt wird, kann bei jeder der Ausführungsformen auch eine Auflichtkonfiguration verwendet werden.
  • 8 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 112 zum Charakterisieren einer Zelle nach einem weiteren Ausführungsbeispiel. Komponenten der Vorrichtung 112, die in ihrer Funktion und/oder Ausgestaltung Komponenten der Vorrichtung 2 von 1, Komponenten der Vorrichtung 32 von 2, Komponenten der Vorrichtung 72 von 4 oder Komponenten der Vorrichtung 92 von 6 entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen wie in 1, 2, 4 bzw. 6 bezeichnet.
  • Die Vorrichtung 112 weist eine Einrichtung zur DHMI-Datenerfassung mit einer Quelle 24a für die Objektwelle 45 und einer Quelle 24b für die Referenzwelle 46 auf. Das aus Überlagerung resultierende Interferenzmuster wird an dem flächigen Bildsensor 38 erfasst. Die Vorrichtung 112 weist weiterhin eine Einrichtung 22 zum Durchführen der Raman-Spektroskopie auf. Die Vorrichtung 112 weist eine Einrichtung 113 zum Erzeugen eines Laserpulses oder mehrerer Laserpulse auf. Eine steuerbare Ablenkeinrichtung 114 kann optional vorgesehen sein, damit der Laserpuls bzw. die Laserpulse selektiv auf eines von mehreren verschiedenen biologischen Objekten oder auf verschiedene Abschnitte eines biologischen Objekts gerichtet werden kann bzw. können. Mit dem von der Einrichtung 113 erzeugten Mikrostrahl kann beispielsweise eine lokale Störung an der Zellmembran und/oder im Zytoplasma einer Zelle erzeugt werden. Die Reaktion der Zelle auf die Störung kann zum Charakterisieren der Zelle erfasst werden. Dazu kann, wie unter Bezugnahme auf 1–7 beschrieben wurde, eine DHMI-Datenerfassung und eine Raman-Spektroskopie durchgeführt werden, bevor die Störung erzeugt wurde. Eine weitere DHMI-Datenerfassung und eine weitere Raman-Spektroskopie werden durchgeführt, während die Störung erzeugt wird oder nachdem die Störung erzeugt wurde.
  • Während Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben wurden, können Abwandlungen bei weiteren Ausführungsbeispielen realisiert sein. Während Vorrichtungen detailliert beschrieben wurden, bei denen sowohl eine DHMI-Datenerfassung als auch eine Raman-Spektroskopie durchgeführt wird, um eine Reaktion eines biologischen Objekts auf einen Reiz zu bestimmen, kann bei weiteren Ausführungsformen auf die Durchführung der DHMI-Datenerfassung verzichtet werden. Beispielsweise kann es bei weiteren Anwendungen ausreichend sein, das biologische Objekt im Hinblick auf die Änderung seines Raman-Spektrums als Reaktion auf den Reiz zu charakterisieren. In diesem Fall kann eine Raman-Spektroskopie alle zur Charakterisierung erforderlichen Daten liefern.
  • Während Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, bei denen die Charakterisierung biologischer Objekte nach einem Datenbankabgleich zu einer weiteren Maßnahme, beispielsweise zu einer Sortierung der biologischen Objekte eingesetzt wird, kann bei weiteren Ausführungsformen die Charakterisierung mit den hier beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen auch eingesetzt werden, um eine Datenbasis für die automatische Sortierung zu generieren oder um Kenntnisse über den Aufbau von biologischen Objekten zu erhalten.
  • Während Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, bei denen verschiedene optische Signale, beispielsweise der Anregungsstrahl für die Raman-Spektroskopie, über verschiedene Positionen gerastert wird, kann bei weiteren Ausführungsformen auf eine Rasterung verzichtet werden.
  • Während Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, bei denen ein Reiz unter Verwendung optischer Strahlung erzeugt wurde, kann bei weiteren Ausführungsformen der Reiz auch anderweitig erzeugt werden, beispielsweise durch Ultraschall, Hochfrequenzpuls, elektromagnetische Strahlung oder die Gabe von Wirkstoffen bzw. Medikamenten. Der Reiz kann auch durch das Zusammenspiel von optischer Strahlung und Fluidströmung erzeugt werden. Beispielsweise können von einem Fluidstrom auf ein in einer optischen Pinzette gefangenes Objekt ausgeübte Scherkräfte eine Verformung des Objekts hervorrufen. Es kann eine Datenerfassung mit Raman-Spektroskopie und optional zusätzlich mit DHMI durchgeführt werden, um eine Reaktion auf verschiedene Reize zu erfassen. Beispielsweise kann die Reaktion auf eine Deformation des Objekts mittels Raman-Spektroskopie und optional zusätzlich DHMI erfasst werden. Es kann zusätzlich oder alternativ auch die Reaktion auf die Einstrahlung von Ultraschall oder auf ein elektrisches oder magnetisches Hochfrequenzfeld ermittelt werden.

Claims (28)

  1. Verfahren zum Charakterisieren eines biologischen Objekts (8, 9; 8, 90), wobei berührungslos ein Reiz auf das biologische Objekt (8, 9; 8, 90) ausgeübt wird, eine Messung an dem biologischen Objekt (8, 9; 8, 90) durchgeführt wird, um eine Reaktion des biologischen Objekts (8, 9; 8, 90) auf den Reiz zu ermitteln, wobei die Messung eine Erfassung einer Raman-Streuung von dem biologischen Objekt (8, 9; 8, 90) umfasst, wobei zum Ermitteln der Reaktion – eine Erfassung der Raman-Streuung vor Ausüben des Reizes durchgeführt wird und – eine weitere Erfassung der Raman-Streuung nach oder während Ausüben des Reizes durchgeführt wird, und wobei das biologische Objekt (8, 9; 8, 90) abhängig von einem Vergleich der Resultate der Messungen charakterisiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Messung sowohl die Erfassung einer Raman-Streuung als auch eine Datenerfassung mittels digitaler holographischer Mikrointerferometrie (DHMI) umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Reiz markerfrei ausgeübt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Ausüben des Reizes elektromagnetische Strahlung (79, 80; 104–107) auf das biologische Objekt (8, 9; 8, 90) eingestrahlt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Ausüben des Reizes ein Laserstrahl oder mehrere Laserstrahlen (79, 80; 104–107; 115) auf das biologische Objekt (8, 9; 8, 90) eingestrahlt wird bzw. werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Laserstrahl (79, 80; 104–107) über mehrere verschiedene Kanäle (82, 86) eines Mikrofluidiksystems (81) gerastert wird, um den Reiz auf mehrere biologische Objekte (8, 90) auszuüben.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei unter Verwendung des Laserstrahls (79, 80; 104–107; 115) eine Verformung des biologischen Objekts (8, 9; 8, 90) hervorgerufen wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5–7, wobei der Laserstrahl (115) einen Laserpuls oder mehrere Laserpulse umfasst.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5–8, wobei der Laserstrahl das biologische Objekt (8, 9; 8, 90) in einem Fluidstrom an einer Position hält, und wobei der Laserstrahl und eine Strömungsgeschwindigkeit des Fluidstroms so eingestellt werden, dass der Fluidstrom eine Verformung des biologischen Objekts (8, 9; 8, 90) hervorruft
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Reiz mittels Ultraschallwellen oder mittels eines elektrischen oder magnetischen Hochfrequenzfeldes ausgeübt wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei der Messung weiterhin mittels digitaler holographischer Mikrointerferometrie (DHMI) ein Volumen und/oder eine Form des biologischen Objekts (8, 9; 8, 90) als Reaktion auf den Reiz bestimmt wird.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei der Messung weiterhin mittels digitaler holographischer Mikrointerferometrie (DHMI) ein Brechungsindex des biologischen Objekts (8, 9; 8, 90) als Reaktion auf den Reiz bestimmt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei zum Bestimmen des Brechungsindex wenigstens zwei DHMI-Bilder erfasst werden, und wobei das biologische Objekt (8, 9; 8, 90) zwischen der Erfassung der zwei DHMI-Bilder rotiert oder in seiner Lage verändert wird.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch die Erfassung der Raman-Streuung an dem biologischen Objekt (8, 9; 8, 90) eine Molekülansammlung, insbesondere eine Proteinzusammensetzung, in einem Kern und/oder Zytoplasma einer Zelle bestimmt wird.
  15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messung unter Verwendung eines Mess-Laserstrahls (55) durchgeführt wird, der über verschiedene Positionen gerastert wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Mess-Laserstrahl (55) so gerastert wird, dass an mehreren Abschnitten des biologischen Objekts (8, 9; 8, 90) die Messung durchgeführt wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Mess-Laserstrahl (55) so gerastert wird, dass die Messung an mehreren in separaten Messbereichen (85, 89) positionierten biologischen Objekten (8, 9; 8, 90) durchgeführt wird.
  18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messung an dem biologischen Objekt (8, 9; 8, 90) durchgeführt wird, während das biologische Objekt (8, 9; 8, 90) in einem Fluidkanal (13; 82, 86) eines Mikrofluidiksystems (11; 81) positioniert ist.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Mikrofluidiksystem (11; 81) einen geschlossenen Fluidkreislauf (12) umfasst, in dem biologische Objekte vor Durchführung der Messung transportiert, insbesondere kontinuierlich transportiert, werden.
  20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ergebnis der Messung automatisch mit einer Datenbank (4), die Einträge für verschiedene Typen biologischer Objekte aufweist, abgeglichen wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Datenbank (4) um einen Eintrag erweitert wird, der von den Resultaten der Messungen abhängt, falls beim Abgleichen kein passender Eintrag für die erfassten Daten ermittelt wird.
  22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das biologische Objekt (8, 9; 8, 90) abhängig von dem Ergebnis der Messung automatisch sortiert wird.
  23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren rechnergestützt automatisch durchgeführt wird.
  24. Vorrichtung zum Charakterisieren eines biologischen Objekts (8, 9; 8, 90), umfassend ein Mikrofluidiksystem (11; 81) zum Transportieren des biologischen Objekts (8, 9; 8, 90), eine Einrichtung (40; 73–76; 93–96) zum Erzeugen eines Reizes auf das biologische Objekt (8, 9; 8, 90), und eine Messeinrichtung (22, 24a, 24b, 24c; 22, 24a, 24b, 38) zum Durchführen einer Messung an dem biologischen Objekt (8, 9; 8, 90), um eine Reaktion des biologischen Objekts (8, 9; 8, 90) auf den Reiz zu ermitteln, wobei die Messeinrichtung (22, 24a, 24b, 24c; 22, 24a, 24b, 38) für eine Erfassung einer Raman-Streuung an dem biologischen Objekt (8, 9; 8, 90) eingerichtet ist, wobei die Messeinrichtung (22, 24a, 24b, 240; 22, 24a, 24b, 38) eingerichtet ist, um zum Ermitteln der Reaktion des biologischen Objekts (8, 9; 8, 90) auf den Reiz – eine Erfassung der Raman-Streuung vor Ausüben des Reizes durchzuführen und – eine Erfassung der Raman-Streuung nach oder während Ausüben des Reizes durchzuführen, und eine Auswertelogik (25), um das biologische Objekt (8, 9; 8, 90) abhängig von einem Vergleich der Resultate der Messungen zu charakterisieren.
  25. Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei die Messeinrichtung zusätzlich zu der Raman-Einrichtung (22) zum Erfassen einer Raman-Streuung an dem biologischen Objekt (8, 9; 8, 90) eine DHMI-Einrichtung (24a, 24b, 24c; 24a, 24b, 38) zum Erfassen einer DHMI-Aufnahme des biologischen Objekts (8, 9; 8, 90) umfasst.
  26. Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, umfassend eine elektronisch steuerbare Strahlablenkeinrichtung (23; 23, 74, 76) zum Rastern eines Laserstrahls der Einrichtung (73, 75) zum Erzeugen des Reizes und/oder eines Mess-Laserstrahls (55) der Messeinrichtung (22, 24a, 24b, 24c; 22, 24a, 24b, 38) über eine Mehrzahl von Positionen.
  27. Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei das Mikrofluidiksystem (11; 81) einen geschlossenen Fluidkreislauf (12) zum Transportieren, insbesondere zum kontinuierlichen Transportieren, biologischer Objekte vor Durchführung der Messung umfasst.
  28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24–27, welche zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–23 eingerichtet ist.
DE102010023099A 2010-06-09 2010-06-09 Verfahren und Vorrichtung zum Charakterisieren von biologischen Objekten Active DE102010023099B3 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010023099A DE102010023099B3 (de) 2010-06-09 2010-06-09 Verfahren und Vorrichtung zum Charakterisieren von biologischen Objekten
EP11724970.6A EP2580574B1 (de) 2010-06-09 2011-06-09 Verfahren und vorrichtung zum charakterisieren von biologischen objekten
PCT/EP2011/002839 WO2011154143A1 (de) 2010-06-09 2011-06-09 Verfahren und vorrichtung zum charakterisieren von biologischen objekten
US13/702,839 US20130171685A1 (en) 2010-06-09 2011-06-09 Method and apparatus for characterizing biological objects
US15/724,816 US11578350B2 (en) 2010-06-09 2017-10-04 Apparatus for characterizing biological objects

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010023099A DE102010023099B3 (de) 2010-06-09 2010-06-09 Verfahren und Vorrichtung zum Charakterisieren von biologischen Objekten

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102010023099B3 true DE102010023099B3 (de) 2011-11-17

Family

ID=44508493

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102010023099A Active DE102010023099B3 (de) 2010-06-09 2010-06-09 Verfahren und Vorrichtung zum Charakterisieren von biologischen Objekten

Country Status (4)

Country Link
US (2) US20130171685A1 (de)
EP (1) EP2580574B1 (de)
DE (1) DE102010023099B3 (de)
WO (1) WO2011154143A1 (de)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2671692A1 (de) 2012-05-09 2013-12-11 Univerza V Mariboru Fakulteta Za Elektrotehniko, Racunalnistvo In Informatiko Vorrichtung und Verfahren zum Greifen, Überführen und zur aktiven Freigabe von Objekten
DE102012219866A1 (de) * 2012-10-30 2014-04-30 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Modul, system und verfahren zur analyse dreidimensionaler strukturen
WO2015052046A1 (de) * 2013-10-09 2015-04-16 Siemens Aktiengesellschaft In-vitro-verfahren zum markierungsfreien bestimmen eines zelltyps einer zelle
ITRM20130648A1 (it) * 2013-11-25 2015-05-26 Consiglio Nazionale Ricerche Metodo ed apparato per discriminare tra spermatozoi x e y basato sulla spettroscopia raman
WO2016135194A1 (de) * 2015-02-27 2016-09-01 Celltool Gmbh Vorrichtung und verfahren zur überprüfung eines materials für eine transplantation
DE102017108120A1 (de) * 2017-04-13 2018-10-18 Laser-Laboratorium Göttingen e.V. Analysevorrichtung
US11371941B2 (en) 2016-07-04 2022-06-28 Celltool Gmbh Device and method for the determination of transfection

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2594334A1 (de) 2011-11-21 2013-05-22 Drive O2 Probenfläschchen zur digitalen holographischen Analyse einer flüssigen Zellprobe
CN108107197B (zh) 2011-07-19 2020-05-08 奥维茨奥成像系统公司 用于检测和/或分类细胞样品中的癌细胞的方法和系统
EP2626686A1 (de) * 2012-02-13 2013-08-14 Ovizio Imaging Systems NV/SA Durchflusszytometer mit digitalem holografischen Mikroskop
CN103512862B (zh) * 2012-06-15 2018-01-05 黄辉 一种基于信号差分检测的光学微流控芯片及测试方法
WO2014021808A1 (en) 2012-07-29 2014-02-06 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Scattering spectroscopy nanosensor
US9904248B2 (en) 2012-09-20 2018-02-27 Ovizio Imaging Systems NV/SA Digital holographic microscope with fluid systems
EP2906928A4 (de) 2012-10-15 2016-11-09 Nanocellect Biomedical Inc Systeme, vorrichtungen und verfahren zum sortieren von partikeln
DE102014206576B4 (de) 2014-04-04 2015-12-03 Celltool Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Erkennen eines Prostatatumors
US10234428B2 (en) * 2014-05-13 2019-03-19 Reuven Gordon Laser tweezer system for measuring acoustic vibrations of nanoparticles
US9971406B2 (en) 2014-12-05 2018-05-15 International Business Machines Corporation Visually enhanced tactile feedback
GB201508376D0 (en) * 2015-05-15 2015-07-01 Univ St Andrews Light sheet imaging
EP3274695A4 (de) 2015-06-29 2018-09-19 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Analytdetektionsgehäuse mit integrierter linse
EP3271706B1 (de) 2015-07-29 2022-01-26 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Analytnachweisverpackungsgehäuse
WO2017034517A1 (en) * 2015-08-21 2017-03-02 Siemens Healthcare Diagnostics Inc. Digital spectroscopic and holographic microscope and method thereof
US10545091B2 (en) 2015-11-23 2020-01-28 Celltool Gmbh Device and method for analyzing biological objects with Raman spectroscopy
EP3196631A1 (de) 2016-01-19 2017-07-26 Ovizio Imaging Systems NV/SA Digitales holografisches mikroskop mit elektrofluidischem system, besagtes elektrofluidisches system und verfahren zur verwendung
US10656070B2 (en) * 2016-03-30 2020-05-19 Siemens Healthcare Gmbh Aligning a non-spherical biological entity in a sample flow using ambient viscoelastic fluid flows
CA3045334C (en) 2016-12-01 2023-11-21 Berkeley Lights, Inc. Apparatuses, systems and methods for imaging micro-objects
EP3774841A1 (de) 2018-08-27 2021-02-17 Regeneron Pharmaceuticals, Inc. Verwendung von ramanspektroskopie in einer nachgeschalteten reinigung
GB201815691D0 (en) * 2018-09-26 2018-11-07 Univ Oxford Innovation Ltd Characterisation of thrombus
EP3647767A1 (de) * 2018-10-30 2020-05-06 Siemens Healthcare GmbH Isovolumetrisches aufkugeln von roten blutzellen
US11318471B2 (en) 2019-01-23 2022-05-03 The Hong Kong University Of Science And Technology Method and system for optofluidic stretching of biological cells and soft particles
EP3948186A4 (de) * 2019-03-25 2022-12-28 MKS Technology (d/b/a Snowy Range Instruments) Multidispersives spektrometer
CN111829600B (zh) * 2019-04-22 2021-05-28 中国石油天然气股份有限公司 微升级流量的计量装置及计量方法
EP3995807A1 (de) * 2020-11-06 2022-05-11 Technische Universität München Analyse von gewebeproben mittels quantitativer phasenkontrastmikroskopie
CN112525884B (zh) * 2020-11-26 2023-04-28 中国计量大学 一种超微量拉曼光谱检测装置
CN112620113B (zh) * 2020-12-03 2021-11-23 暨南大学 一种基于扫描式光镊的纳米颗粒筛选与分离装置
CN114216891A (zh) * 2021-11-25 2022-03-22 之江实验室 利用拉曼光镊进行蛋白质可控结晶的方法及装置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5694216A (en) * 1996-04-25 1997-12-02 University Of Central Florida Scanning heterodyne acousto-optical interferometers
US20040012778A1 (en) * 2002-07-16 2004-01-22 Yong-Qing Li Laser tweezers and raman spectroscopy systems and methods for the study of microscopic particles
US20050048581A1 (en) * 2003-08-25 2005-03-03 Chiu Daniel T. Method and device for biochemical detection and analysis of subcellular compartments from a single cell
US20050084912A1 (en) * 2003-04-04 2005-04-21 Vladimir Poponin Method and apparatus for enhanced nano-spectroscopic scanning
US20050221333A1 (en) * 2004-03-31 2005-10-06 Intel Corporation Microfluidic apparatus, systems, and methods for performing molecular reactions
WO2005112042A1 (en) * 2004-05-12 2005-11-24 The University Court Of The University Of St Andrews Optoelectronic tweezers
WO2006130728A2 (en) * 2005-05-31 2006-12-07 The Regents Of The University Of California Single-cell raman spectroscopy for the non-destructive, non-invasive analysis of cells and cellular components
DE102005036326A1 (de) * 2005-07-29 2007-02-01 P.A.L.M. Microlaser Technologies Ag Verfahren und Vorrichtung zur Analyse von biologischen Objekten
EP1631788B1 (de) * 2003-05-16 2007-03-14 Universite Libre De Bruxelles Digitales holographisches mikroskop für dreidimensionale abbildung und verfahren zu dessen verwendung

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1059871B1 (de) 1998-03-04 2005-07-13 Guck Jochen Optischer strecker
US6067859A (en) 1999-03-04 2000-05-30 The Board Of Regents, The University Of Texas System Optical stretcher
WO2003042723A2 (en) 2001-11-14 2003-05-22 Board Of Regents, The University Of Texas System Optical cell guidance method and apparatus
US7449679B2 (en) * 2003-10-28 2008-11-11 Arryx, Inc. System and method for manipulating and processing materials using holographic optical trapping
DE10352416B4 (de) * 2003-11-10 2005-10-20 Evotec Technologies Gmbh Verfahren und Vorrichtungen zur Untersuchung eines deformierbaren Objekts
DE102004008762B4 (de) 2004-02-23 2006-10-12 Erwin Kayser-Threde Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Detektion und zum Identifizieren von Biopartikeln
US7586618B2 (en) * 2005-02-28 2009-09-08 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Distinguishing non-resonant four-wave-mixing noise in coherent stokes and anti-stokes Raman scattering
DE102005044422A1 (de) 2005-09-16 2007-03-29 Carl Zeiss Jena Gmbh Kohärente anti-Stokes'sche Ramanstreuungs-(CARS)-Mikroskopie
GB0611289D0 (en) 2006-06-08 2006-07-19 Univ St Andrews Raman spectroscopy
DE102006045618A1 (de) 2006-09-22 2008-05-08 Institut für Physikalische Hochtechnologie e.V. Messanordnung und Messverfahren für die quantitative Analytik
DE102006053540B3 (de) 2006-11-14 2008-01-31 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung und Verfahren zur Analyse biologischer Proben
WO2008127432A2 (en) * 2006-11-21 2008-10-23 California Institute Of Technology Method of nonlinear harmonic holography
DE102008047240B4 (de) 2008-09-11 2016-03-31 Friedrich-Schiller-Universität Jena Verfahren zur Identifikation von Einzelviren in einer Probe
US9134242B2 (en) * 2009-04-27 2015-09-15 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Method and apparatus for retrieval of amplitude and phase of nonlinear electromagnetic waves

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5694216A (en) * 1996-04-25 1997-12-02 University Of Central Florida Scanning heterodyne acousto-optical interferometers
US20040012778A1 (en) * 2002-07-16 2004-01-22 Yong-Qing Li Laser tweezers and raman spectroscopy systems and methods for the study of microscopic particles
US20050084912A1 (en) * 2003-04-04 2005-04-21 Vladimir Poponin Method and apparatus for enhanced nano-spectroscopic scanning
EP1631788B1 (de) * 2003-05-16 2007-03-14 Universite Libre De Bruxelles Digitales holographisches mikroskop für dreidimensionale abbildung und verfahren zu dessen verwendung
US20050048581A1 (en) * 2003-08-25 2005-03-03 Chiu Daniel T. Method and device for biochemical detection and analysis of subcellular compartments from a single cell
US20050221333A1 (en) * 2004-03-31 2005-10-06 Intel Corporation Microfluidic apparatus, systems, and methods for performing molecular reactions
WO2005112042A1 (en) * 2004-05-12 2005-11-24 The University Court Of The University Of St Andrews Optoelectronic tweezers
WO2006130728A2 (en) * 2005-05-31 2006-12-07 The Regents Of The University Of California Single-cell raman spectroscopy for the non-destructive, non-invasive analysis of cells and cellular components
DE102005036326A1 (de) * 2005-07-29 2007-02-01 P.A.L.M. Microlaser Technologies Ag Verfahren und Vorrichtung zur Analyse von biologischen Objekten
WO2007014622A1 (de) * 2005-07-29 2007-02-08 P.A.L.M. Microlaser Technologies Gmbh Verfahren und vorrichtung zur analyse von biologischen objekten

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2671692A1 (de) 2012-05-09 2013-12-11 Univerza V Mariboru Fakulteta Za Elektrotehniko, Racunalnistvo In Informatiko Vorrichtung und Verfahren zum Greifen, Überführen und zur aktiven Freigabe von Objekten
DE102012219866A1 (de) * 2012-10-30 2014-04-30 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Modul, system und verfahren zur analyse dreidimensionaler strukturen
DE102012219866B4 (de) * 2012-10-30 2015-08-27 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Modul, system und verfahren zur analyse dreidimensionaler strukturen
CN105659068B (zh) * 2013-10-09 2019-04-02 西门子医疗有限公司 用于细胞的细胞类型的无标识确定的体外方法
WO2015052046A1 (de) * 2013-10-09 2015-04-16 Siemens Aktiengesellschaft In-vitro-verfahren zum markierungsfreien bestimmen eines zelltyps einer zelle
US10408735B2 (en) 2013-10-09 2019-09-10 Siemens Healthcare Gmbh In vitro method for the label-free determination of a cell type of a cell
CN105659068A (zh) * 2013-10-09 2016-06-08 西门子医疗有限公司 用于细胞的细胞类型的无标识确定的体外方法
ITRM20130648A1 (it) * 2013-11-25 2015-05-26 Consiglio Nazionale Ricerche Metodo ed apparato per discriminare tra spermatozoi x e y basato sulla spettroscopia raman
WO2015075698A1 (en) * 2013-11-25 2015-05-28 Consiglio Nazionale Delle Ricerche Method and apparatus for discriminating x and y sperms based upon raman spectroscopy
WO2016135194A1 (de) * 2015-02-27 2016-09-01 Celltool Gmbh Vorrichtung und verfahren zur überprüfung eines materials für eine transplantation
US10697894B2 (en) 2015-02-27 2020-06-30 Celltool Gmbh Device and method for checking a material for transplantation
US11371941B2 (en) 2016-07-04 2022-06-28 Celltool Gmbh Device and method for the determination of transfection
DE102017108120A1 (de) * 2017-04-13 2018-10-18 Laser-Laboratorium Göttingen e.V. Analysevorrichtung
WO2018188699A1 (de) * 2017-04-13 2018-10-18 Laser-Laboratorium Göttingen e.V. Analysevorrichtung
US10871399B2 (en) 2017-04-13 2020-12-22 Laser-Laboratorium Göttingen e.V. Analysis device

Also Published As

Publication number Publication date
US20180023111A1 (en) 2018-01-25
EP2580574A1 (de) 2013-04-17
US20130171685A1 (en) 2013-07-04
WO2011154143A1 (de) 2011-12-15
EP2580574B1 (de) 2015-09-23
US11578350B2 (en) 2023-02-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102010023099B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Charakterisieren von biologischen Objekten
DE1498824A1 (de) Vorrichtung zur maschinellen Krebsdiagnose
DE112015001072B4 (de) Fluoreszenzspektrometer
WO2015136038A2 (de) Gemeinsamer strahlungspfad zum ermitteln von partikelinformation durch direktbildauswertung und durch differenzbildanalyse
DE102005036326A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Analyse von biologischen Objekten
EP1042944B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur vermessung, kalibrierung und verwendung von laser-pinzetten
WO2022136361A1 (de) Verfahren und mikroskop zur aufnahme von trajektorien einzelner partikel in einer probe
EP3374755B1 (de) Lichtmikroskop und verfahren zum bestimmen einer wellenlängenabhängigen brechzahl eines probenmediums
WO2014006145A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur charakterisierung von zellen
EP3430565B1 (de) Verfahren zur untersuchung verteilter objekte unter segmentierung eines übersichtbildes
DE102014116174A1 (de) Verfahren zur Erzeugung eines Bildes einer Probe
DE102021123130A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur lichtfeldmikroskopie
EP1682868A1 (de) Verfahren und vorrichtungen zur untersuchung eines deformierbaren objekts
DE102015203537B3 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Überprüfung eines Materials für eine Transplantation
EP3574303A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur untersuchung von zellen
EP2871463B1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Untersuchung eines oder mehrerer Phasenobjekte
WO2011012119A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur erfassung der bewegung und anlagerung von zellen und partikeln an zell-, gewebe- und implantatschichten bei der simulation von flussbedingungen
DE102014016993B3 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Durchführung faseroptischer Messungen in Flüssigkeiten
DE10250013B4 (de) Optisches Materialanalyseverfahren für Materialproben und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE102023100332A1 (de) Lensfree holotomographic microscope
DE102020134261A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Untersuchung von Desoxyribonukleinsäure-Fragmenten
EP3647767A1 (de) Isovolumetrisches aufkugeln von roten blutzellen
DE202022100146U1 (de) Linsenfreies holotomographisches Mikroskop
WO2024013130A1 (de) Ptychographisches bildgebungsverfahren und -system
DE102010036082A1 (de) Mikrofluidischer Messaufbau und optisches Analyseverfahren zur optischen Analyse von Zellen

Legal Events

Date Code Title Description
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final

Effective date: 20120218

R082 Change of representative

Representative=s name: KRAUS & LEDERER PARTGMBB, DE

Representative=s name: KRAUS & WEISERT PATENTANWAELTE PARTGMBB, DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: MICROPHOTONX GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: CELLTOOL GMBH, 82327 TUTZING, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: KRAUS & LEDERER PARTGMBB, DE

Representative=s name: KRAUS & WEISERT PATENTANWAELTE PARTGMBB, DE