DE102014101172A1 - Arrangement for an optical measuring system for determining a sample and sample chamber arrangement - Google Patents
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Abstract
Die Anmeldung betrifft eine Anordnung für ein optisches Messsystem zum Bestimmen einer Probe (1a), mit einer Probenkammer (1), einem Immersionsfluid (6), das in dem Behälter (2) aufgenommen ist und in wärmeleitendem Kontakt mit der Probenkammer (1) und der hierin angeordneten Probe (1a) steht, einem optischen Bauteil (9) einer optischen Messvorrichtung, einem weiteren optischen Bauteil (8) und einer dem Immersionsfluid (6) zugeordneten Temperiervorrichtung (3), die von dem optischen Bauteil (9) thermisch isoliert und eingerichtet ist, das Immersionsfluid (6) in dem Fluidvolumen (2) und hierüber die zu bestimmende Probe (1a) in der Probenkammer (1) zu temperieren, wobei das optische Bauteil (9) und/oder das weitere optische Bauteil (8) Teile einer optischen Messvorrichtung sind, die eingerichtet ist, eine Probe (1a) in der Probenkammer (1) mittels einer optischen Pinzette zu bestimmen.The application relates to an arrangement for an optical measuring system for determining a sample (1a), having a sample chamber (1), an immersion fluid (6) which is accommodated in the container (2) and in heat-conducting contact with the sample chamber (1) and the sample (1a) arranged therein is an optical component (9) of an optical measuring device, a further optical component (8) and a temperature control device (3) associated with the immersion fluid (6), which are thermally insulated from the optical component (9) and is set up to temper the immersion fluid (6) in the fluid volume (2) and hereby the sample (1a) to be determined in the sample chamber (1), wherein the optical component (9) and / or the further optical component (8) parts an optical measuring device which is adapted to determine a sample (1a) in the sample chamber (1) by means of an optical tweezers.
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung für ein optisches Messsystem zum Bestimmen einer Probe sowie eine Probenkammeranordnung.The invention relates to an arrangement for an optical measuring system for determining a sample and a sample chamber arrangement.
Hintergrundbackground
Beim optischen Bestimmen einer Probe wird üblicherweise eine optische Messeinrichtung benutzt, um die Probe zu untersuchen. Fluidische Proben werden hierbei in einer Probenkammer angeordnet, die für Licht wenigstens einer Messwellenlänge optisch transparent ist, so dass das Messlicht auf die Probe eingestrahlt werden kann.In optically determining a sample, an optical measuring device is usually used to examine the sample. In this case, fluidic samples are arranged in a sample chamber which is optically transparent for light of at least one measurement wavelength, so that the measurement light can be irradiated onto the sample.
Als optische Messeinrichtung kann eine Vorrichtung zum Einsatz kommen, mit der die zu bestimmende Probe in der Probenkammer mit Hilfe einer optischen Pinzette untersucht wird. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus dem Dokument
ZusammenfassungSummary
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Anordnung für ein optisches Messsystem zum Bestimmen einer Probe sowie eine Probenkammeranordnung anzugeben, bei denen die Bereitstellung der Probe in einer Probenkammer mit gewünschten Messeigenschaften auf einfache und effiziente Art und Weise gewährleistet ist. Insbesondere soll eine messspezifische Temperierung der Probe in der Probenkammer verbessert werden.The object of the invention is to specify an improved arrangement for an optical measuring system for determining a sample and a sample chamber arrangement in which the provision of the sample in a sample chamber with desired measuring properties is ensured in a simple and efficient manner. In particular, a measurement-specific temperature of the sample in the sample chamber is to be improved.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung für ein optisches Messsystem zum Bestimmen einer Probe nach dem unabhängigen Anspruch 1. Nach einem weiteren Aspekt ist eine Probenkammeranordnung gemäß Anspruch 11 vorgesehen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.The object is achieved by an arrangement for an optical measuring system for determining a sample according to the independent claim 1. According to a further aspect, a sample chamber arrangement according to claim 11 is provided. Advantageous embodiments are the subject of dependent subclaims.
Nach einem Aspekt ist eine Anordnung für ein optisches Messsystem zum Bestimmen einer Probe geschaffen, insbesondere einer flüssigen Probe. Es ist eine Probenkammer vorgesehen, die für Licht einer Messwellenlänge optisch transparent und eingerichtet ist, eine zu bestimmende Probe aufzunehmen. Die Probenkammer ist für Licht einer Messwellenlänge optisch transparent. Die optische Transparenz kann für eine oder mehrere Messwellenlängen im sichtbaren Bereich und/oder anderen optischen Wellenlängenbereichen gebildet sein.According to one aspect, an arrangement is provided for an optical measuring system for determining a sample, in particular a liquid sample. A sample chamber is provided which is optically transparent for light of a measuring wavelength and is adapted to receive a sample to be determined. The sample chamber is optically transparent for light of one measurement wavelength. The optical transparency may be formed for one or more measurement wavelengths in the visible range and / or other optical wavelength ranges.
Die Anordnung weist einen Behälter mit einer Öffnung auf, welcher ein Immersionsfluid aufnimmt, das in wärmeleitendem Kontakt mit der Probenkammer und der hierin angeordneten Probe steht. Im Fall einer Immersionsflüssigkeit können beispielsweise Immersionsöl, Wasser oder Glycerin zum Einsatz kommen. Die Nutzung des Immersionsfluides kann unterschiedlichen Zielsetzungen dienen, wozu zum Beispiel die Einstellung optischer Eigenschaften wie eine gewünschte Auflösung oder das Unterdrücken von störenden Reflexionen gehören. Wenn bei der Verwendung des Immersionsfluides eine solche Anpassung oder Optimierung optischer Eigenschaften stattfindet, kann auch von einer optischen Kopplung gesprochen werden, die von dem Immersionsfluid zwischen optischem Bauteil und Probenkammer vermittelt wird.The assembly includes a container having an opening receiving an immersion fluid that is in heat-conducting contact with the sample chamber and the sample disposed therein. In the case of an immersion liquid, for example immersion oil, water or glycerol can be used. The use of the immersion fluid can serve a variety of purposes, including, for example, adjusting optical properties such as a desired resolution or suppressing interfering reflections. If such an adaptation or optimization of optical properties takes place when using the immersion fluid, it is also possible to speak of an optical coupling mediated by the immersion fluid between the optical component and the sample chamber.
Weiterhin ist ein optisches Bauteil einer optischen Messvorrichtung vorgesehen, das über die Öffnung in dem Behälter eingeführt und einer Seite der Probenkammer gegenüberliegend angeordnet ist, derart, dass das optische Bauteil im Berührungskontakt mit dem Immersionsfluid steht und hierüber an die Probenkammer koppelt.Furthermore, an optical component of an optical measuring device is provided, which is introduced via the opening in the container and arranged opposite one side of the sample chamber, such that the optical component is in contact contact with the immersion fluid and coupled thereto to the sample chamber.
Die Anordnung weist ein dem Immersionsfluid zugeordnete Temperiervorrichtung auf, die thermisch isoliert von dem optischen Bauteil gebildet und eingerichtet ist, das Immersionsfluid in dem Fluidvolumen und hierüber die zu bestimmende Probe in der Probenkammer zu temperieren. Die thermische Isolierung bedeutet hier, dass Temperiervorrichtung und optisches Bauelement, mit Ausnahme eines möglichen thermischen Kontaktes über die Immersionsflüssigkeit, thermisch getrennt sind. Insbesondere erfolgt kein Wärmeübertrag von der Temperiervorrichtung zum optischen Bauelement über andere apparative Elemente der Anordnung. Hierzu können im apparativen Aufbau thermisch trennende oder isolierende Bauteile vorgesehen sein, die im Aufbau zwischen Temperiervorrichtung und optisches Bauelement angeordnet sind.The arrangement has a temperature control device associated with the immersion fluid, which is thermally insulated from the optical component and arranged to temper the immersion fluid in the fluid volume and, via this, the sample to be determined in the sample chamber. The thermal insulation here means that tempering device and optical component, with the exception of a possible thermal contact via the immersion liquid, are thermally separated. In particular, there is no heat transfer from the temperature control device to the optical component via other apparatus elements of the arrangement. For this purpose, thermally isolating or insulating components can be provided in the construction of the apparatus, which are arranged in the structure between tempering and optical component.
Die thermische Isolierung der Temperiervorrichtung bezieht sich insbesondere auf deren Temperierelement, welches Wärme- und/oder Kühlenergie zum Temperieren bereitstellt. Die thermische Isolierung gegenüber der Temperiereinrichtung kann wenigstens für ein oder mehrere Gehäuseteile und/oder optisch aktive Elemente, die im von den Gehäuseteilen gebildeten Gehäuse angeordnet sein können, des optischen Bauteils gebildet seinThe thermal insulation of the temperature control relates in particular to the tempering, which provides heat and / or cooling energy for tempering. The thermal insulation with respect to the tempering device can be formed at least for one or more housing parts and / or optically active elements which can be arranged in the housing formed by the housing parts of the optical component
Nach einem weiteren Aspekt ist eine Probenkammeranordnung für eine Bestimmung einer Probe mittels einer optischen Messeinrichtung geschaffen. Die Anordnung weist eine Probenkammer sowie einen Behälter auf. Der der Probenkammer zugeordnete Behälter ist eingerichtet, ein Immersionsfluid aufzunehmen. Über eine Öffnung des Behälters ist hierin ein Abschnitt eines optischen Bauteils einer optischen Messvorrichtung zum Ausbilden einer durch das Immersionsfluid vermittelten Kopplung zur Probenkammer einführbar. Das Immersionsfluid steht nach dem Einbringen in dem Behälter in wärmeleitendem Kontakt mit der Probenkammer und der hierin angeordneten Probe. Es ist eine dem Immersionsfluid zugeordnete Temperiervorrichtung vorgesehen, welche eingerichtet ist, dass Immersionsfluid in dem Fluidvolumen und hierüber die zu bestimmende Probe in der Probenkammer zu temperieren, sei es zu erhitzen und/oder zu kühlen. Die Probenkammer ist für Licht einer Messwellenlänge, welches zur optischen Bestimmung eingesetzt wird, optisch transparent, zumindest im Bereich von optischen Probenkammerfenstern. According to a further aspect, a sample chamber arrangement for determining a sample by means of an optical measuring device is provided. The arrangement has a sample chamber and a container. The container associated with the sample chamber is configured to receive an immersion fluid. Through an opening of the container, a section of an optical component of an optical measuring device for forming a coupling mediated by the immersion fluid to the sample chamber can be introduced here. The immersion fluid is in heat-conducting contact with the sample chamber and the sample disposed therein upon introduction into the container. A temperature control device associated with the immersion fluid is provided, which is set up to heat the immersion fluid in the fluid volume and, via this, the sample to be determined in the sample chamber, whether to heat it and / or to cool it. The sample chamber is optically transparent to light of a measurement wavelength which is used for the optical determination, at least in the region of optical sample chamber windows.
Für die Einstrahlung des Messlichtes beim Bestimmen der Probe verfügt die Probenkammer wenigstens über ein optisches Fenster, beispielsweise ein Glasfenster. Es kann vorgesehen, dass die Probenkammer mit planparallelen Platten gebildet ist, die über Abstandshalter verbunden sind. Die planparallelen Platten können zum Beispiel aus Glas bestehen. Die Probenkammer kann sich dem optischen Bauteil gegenüberliegend in einer Probenebene flächig erstrecken.For the irradiation of the measuring light when determining the sample, the sample chamber has at least one optical window, for example a glass window. It is provided that the sample chamber is formed with plane-parallel plates, which are connected by spacers. The plane-parallel plates can for example consist of glass. The sample chamber may extend over the optical component opposite in a sample plane surface.
Die Probenkammer und der Behälter können auf einem Träger angeordnet und hiervon mittels einer Wärmentkopplung thermisch entkoppelt sein. Beispielsweise kann die Wärmentkopplung mit Lagerelementen gebildet sein, die zwischen Probenkammer/Behälter und dem Träger angeordnet sind, zum Beispiel Lagerelemente aus einem Silikon-Werkstoff.The sample chamber and the container can be arranged on a carrier and thermally decoupled therefrom by means of a heat coupling. For example, the heat coupling may be formed with bearing elements which are arranged between sample chamber / container and the carrier, for example bearing elements made of a silicone material.
Auf einer gegenüberliegenden Seite der Probenkammer und dieser gegenüberliegend kann ein weiteres optisches Bauteil angeordnet sein, welches der optischen Messeinrichtung oder einen anderen optischen Messeinrichtung zugeordnet ist und welches in Berührungskontakt mit einem weiteren Immersionsfluid steht und hierüber an die Probenkammer koppelt. Bei dem optischen Bauteil und/oder dem weiteren optischen Bauteil kann es sich um ein Objektiv handeln. Bei dem weiteren Immersionsfluid kann es sich um das Immersionsfluid oder ein hiervon verschiedenes Immersionsfluid handeln. Auch das weitere optische Bauteil kann thermisch isoliert von der Temperiervorrichtung gebildet sein, wobei hierbei auch keine Wärmekopplung zu dem Immersionsfluid besteht.On an opposite side of the sample chamber and opposite thereto, a further optical component can be arranged, which is assigned to the optical measuring device or another optical measuring device and which is in touching contact with a further immersion fluid and couples thereto via the sample chamber. The optical component and / or the further optical component may be a lens. The further immersion fluid can be the immersion fluid or a different immersion fluid. The further optical component can also be thermally insulated from the tempering device, with no heat coupling to the immersion fluid being present.
Das optische Bauteil und/oder das weitere optische Bauteil können Teile einer optischen Messvorrichtung sein, die eingerichtet ist, eine Probe in der Probenkammer mittels einer optischen Pinzette zu bestimmen. Die Technologie des Bestimmens einer Probe, beispielsweise einer biologischen oder biochemischen Probe wie Zellen oder Zellpartikel, mittels optischer Pinzette ist als solche in verschiedenen Ausführungsformen bekannt.The optical component and / or the further optical component may be parts of an optical measuring device that is set up to determine a sample in the sample chamber by means of optical tweezers. The technology of determining a sample, such as a biological or biochemical sample, such as cells or cell particles, using optical tweezers is known per se in various embodiments.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Temperiervorrichtung eingerichtet ist, das Immersionsfluid direkt zu temperieren, indem ein Temperierelement im Berührungskontakt mit der Immersionsfluid steht. In den verschiedenen Ausgestaltungen kann die Temperiervorrichtung zum Heizen und/oder Kühlen der zu bestimmenden Probe konfiguriert sein. Für den Fall, dass mit der Temperiervorrichtung insbesondere eine Heizvorrichtung bereitgestellt ist, handelt es sich bei dem Temperierelement um ein Heizelement. Das Temperierelement kann in das Immersionsfluid in dem Fluidvolumen ganz oder teilweise eintauchen. Hierdurch kann ein direkter Berührungskontakt zwischen Immersionsfluid und Temperierelement hergestellt sein.A further embodiment provides that the temperature control device is set up to directly temper the immersion fluid by a temperature control element in contact with the immersion fluid. In the various embodiments, the temperature control device can be configured for heating and / or cooling the sample to be determined. In the event that in particular a heating device is provided with the tempering device, the tempering element is a heating element. The tempering element can be completely or partially immersed in the immersion fluid in the fluid volume. As a result, a direct physical contact between immersion fluid and tempering be made.
Die Temperiervorrichtung kann eingerichtet sein, das Immersionsfluid indirekt zu temperieren, indem das Temperierelement im indirekten, wärmeleitenden Kontakt mit der Immersionsfluid steht. Alternativ oder ergänzend können Immersionsfluid und Temperierelement in indirektem Kontakt stehen. Hierbei handelt es sich um einen wärmeleitenden Kontakt, der frei von Kontaktberührung zwischen Immersionsfluid und Temperierelement ist, aber eine Wärmeleitung zwischen Temperierelement und Immersionsfluid gewährleistet. Der indirekte, wärmeleitende Kontakt zwischen Immersionsfluid und Temperierelement kann ein oder mehrere wärmeleitende Materialien umfassen.The tempering device can be set up to temper the immersion fluid indirectly by the tempering element being in indirect heat-conducting contact with the immersion fluid. Alternatively or additionally, immersion fluid and tempering element may be in indirect contact. This is a heat-conducting contact which is free of contact contact between immersion fluid and tempering element, but ensures heat conduction between tempering element and immersion fluid. The indirect, thermally conductive contact between immersion fluid and tempering element may comprise one or more thermally conductive materials.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Temperierelement auf und/oder innerhalb einer Wandung des Behälters angeordnet ist. Ein oder mehrere Temperierelemente, beispielsweise Heizelemente, können auf der Wandung des Behälters oder in dieser aufgenommen gebildet sein. Beispielsweise kann ein Heizdraht in das Wandmaterial integriert sein. Aber auch eine Anordnung eines solchen Heizdrahtes oder einer Heizmanschette auf der äußeren Oberfläche der Wandung des Fluidvolumens kann alternativ oder ergänzend vorgesehen sein.An embodiment provides that the tempering is arranged on and / or within a wall of the container. One or more tempering elements, for example heating elements, can be formed on the wall of the container or accommodated in it. For example, a heating wire can be integrated in the wall material. However, an arrangement of such a heating wire or a heating sleeve on the outer surface of the wall of the fluid volume may alternatively or additionally be provided.
Die Öffnung kann in einem oben offenen Behälter der Probenkammer gegenüberliegend angeordnet sein. Der Behälter kann als oben offener Behälter gebildet sein. Die Öffnung kann hinsichtlich ihrer Größe eingerichtet sein, dass Einführen des optisches Bauteils in der Behälter zu begrenzen. Auf diese Weise kann die die Öffnung umgebende Wandung einen Anschlag für das optische Bauteil bilden, um zu verhindern, dass dieses zu weit in den Behälter eindringt. Hierbei kann die Öffnung hinsichtlich ihrer Querschnittsform an die äußere Form des optischen Bauteils im Bereich des Abschnittes angepasst sein, welcher in den Behälter verlagert wird.The opening may be disposed opposite the sample chamber in an open-topped container. The container may be formed as an open-topped container. The opening may be sized in size to limit insertion of the optical component in the container. In this way, the wall surrounding the opening form a stop for the optical component to prevent it from penetrating too far into the container. In this case, the opening can be adapted in terms of its cross-sectional shape to the outer shape of the optical component in the region of the section which is displaced into the container.
Eine Ausgestaltung kann vorsehen, dass an dem optischen Bauteil und/oder dem weiteren optischen Bauteil und hieran thermisch koppelnd eine weitere Temperiervorrichtung angeordnet ist, die eingerichtet ist, die Probe in der Probenkammer zusätzlich zu temperieren. Bei dieser Ausführungsform erfolgt eine ergänzende Temperierung über das optische Bauteil und/oder das weitere optische Bauteil, indem diese beheizt und/oder gekühlt werden, insbesondere das jeweilige Bauteilgehäuse. In einer Ausführungsform kann eine Heizmanschette vorgesehen sein, die auf das optische Bauteil und/oder das weitere optische Bauteil außen aufgesetzt wird.An embodiment can provide that a further temperature control device, which is set up to thermally couple the sample in the sample chamber, is additionally arranged on the optical component and / or the further optical component and is thermally coupled thereto. In this embodiment, a supplementary tempering takes place via the optical component and / or the further optical component in that these are heated and / or cooled, in particular the respective component housing. In one embodiment, a heating sleeve can be provided, which is placed on the outside of the optical component and / or the further optical component.
Die Probenkammer kann als eine Durchflusskammer oder Flusszelle ausgeführt sein. Die Probenkammer kann im Messbetrieb von der zu bestimmende Probe durchströmt werden. Die Probenkammer kann hierbei dem optischen Bauteil sowie dem weiteren optischen Bauteil gegenüberliegend als geschlossene Kammer ausgeführt sein, derart, dass optisches Bauteil und weiteres optisches Bauteil einem Wandabschnitt der Probenkammer gegenüberliegend angeordnet sind. Zu- und Abfluss für das Einbringen und Abführen der die Probenkammer durchströmende Probe können im Bereich von seitlichen Begrenzungen der Probenkammer angeordnet sein. Aber auch das Ausbilden von Zu- und Abflüssen auf einer Flachseite der Probenkammer kann vorgesehen sein, zweckmäßigerweise außerhalb des Bereiches der Probenkammer, in welchem sich optisches Bauteil und weiteres optisches Bauteil gegenüberliegen.The sample chamber may be implemented as a flow chamber or flow cell. The sample chamber can be flowed through in the measuring operation of the sample to be determined. In this case, the sample chamber can be embodied opposite to the optical component and the further optical component as a closed chamber, such that the optical component and further optical component are arranged opposite a wall section of the sample chamber. Inlet and outlet for the introduction and removal of the sample chamber flowing through the sample can be arranged in the region of lateral boundaries of the sample chamber. But also the formation of inflows and outflows on a flat side of the sample chamber can be provided, expediently outside of the region of the sample chamber, in which the optical component and further optical component are opposed.
Eine Weiterbildung kann vorsehen, dass Wandabschnitte des Behälters auf einer äußeren Fläche der Probenkammer angeordnet sind. Mit Hilfe der auf der äußeren Oberfläche der Probenkammer angeordneten Wandabschnitte können zum Beispiel ein oder mehrere Seitenwände des Behälters gebildet sein. Zwischen den Wandabschnitten des Behälters und der Probenkammer kann eine Haftverbindung hergestellt sein, beispielsweise mittels Kleben oder Verschweißen. Die Wandabschnitte des Behälters können mit der Probenkammer insgesamt oder Teilen hiervon einstückig gebildet sein. In einer Ausführung besteht der Behälter aus Wandabschnitten, die auf die äußere Oberfläche der Probenkammer aufgebracht sind.A further development can provide that wall sections of the container are arranged on an outer surface of the sample chamber. By means of the wall sections arranged on the outer surface of the sample chamber, for example, one or more side walls of the container can be formed. An adhesive bond can be produced between the wall sections of the container and the sample chamber, for example by means of gluing or welding. The wall portions of the container may be integrally formed with the sample chamber as a whole or parts thereof. In one embodiment, the container consists of wall sections which are applied to the outer surface of the sample chamber.
Bei einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass eine oder mehrere Wandabschnitte des Behälters von der Probenkammer gebildet sind. Beispielsweise kann der Boden des Behälters von Wandabschnitten der Probenkammer gebildet sein.In one embodiment, it can be provided that one or more wall sections of the container are formed by the sample chamber. For example, the bottom of the container may be formed by wall sections of the sample chamber.
Es kann eine integrierte Baueinheit mit der Probenkammer und dem Behälter gebildet sein. Die integrierte Baueinheit kann einstückig ausgeführt sein.It may be an integrated unit with the sample chamber and the container formed. The integrated unit can be made in one piece.
Beschreibung von AusführungsbeispielenDescription of exemplary embodiments
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:Embodiments will be explained in more detail with reference to a drawing. Hereby show:
Es besteht auch die Möglichkeit, manuell oder automatisch eine Probe
Auf dem oberen Probenträger
In den Wänden des Fluidvolumens
Die Position der Temperiervorrichtung
Die in
Unterhalb der Probenkammer
Oberhalb der Probenkammer
Das Objektiv
Die Nutzung der Probenkammeranordnung aus
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Zeichnung offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der verschiedenen Ausführungen von Bedeutung sein.The features disclosed in the above description, the claims and the drawings may be important both individually and in any combination for the realization of the various embodiments.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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