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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mehrkanal-Fluoreszenz-Detektiervorrichtung und ein Verfahren zur Verwendung derselben, und insbesondere betrifft sie das Gebiet der Biochemie, zum Detektieren von Proben, welche auf bestimmte Wellenlängenbänder (z. B. Licht(signale) in bestimmten Wellenlängenbändern) reagieren.
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Hintergrund der Erfindung
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Im Gebiet der Biochemie ist allgemein bekannt, die Fluoreszenz-Detektiertechnik zur Detektion von Proben anzuwenden. Da die Fluoreszenz-Detektiertechnik keinen Kontakt mit zu-prüfenden-Proben erfordert, können zerstörungsfreie quantitative oder qualitative Messungen der zu-prüfenden-Proben von Anwendern durchgeführt werden, ohne sie einer hoch-ansteckenden Umgebung auszusetzen. Dies führt zu einer breiteren Anwendung der Technik.
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Fluoreszenz-Detektion heißt, bestimmte Komponenten eines Analyten zu nutzen, welche mit einem spezifischen Fluoreszenzfarbstoff verknüpft sind, der eine Photolumineszenz-Charakteristik für eine spezifische Wellenlänge des Lichtspektrums hat. Folglich können mittels Bestrahlens der Untersuchungsproben mit einem einfallenden Licht konstanter Intensität, Emissionsspektren der Proben gemessen werden als Analysetypen oder Konzentrationen der Proben. Übliche Fluoreszenzfarbstoffe beinhalten FAM im blauen Lichtband, HEX im grünen Lichtband, TAMRA im gelben Lichtband, ROX im orangen Lichtband, CY5 im roten Lichtband und Red670 im tiefroten Lichtband.
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Eine Polymerase-Kettenreaktion (PCR) ist eine molekularbiologische Technik, die verwendet werden kann, um spezifische DNA-Fragmente mit geeigneten Stoffen und einer Thermocycler-Vorrichtung auszudehnen (z. B. zu vervielfältigen). Nach jedem thermischen Zyklus werden die Reaktanten mittels einer Fluoreszenz-Detektier-Vorrichtung detektiert; somit ist ein Verfahren zur qualitativen Analyse oder quantitativen Analyse für die gesamte Menge des spezifischen Produkts in den Reaktanten eine Echtzeit-Polymerase-Kettenreaktion (Echtzeit-PCR).
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Im Gebiet der Biochemie wendet eine Mehrkanal-Fluoreszenz-Detektion typischerweise Echtzeit- / quantitative Polymerase-Kettenreaktions-Verfahren (Echtzeit-PCR-Verfahren bzw. QPCR-Verfahren) an. Ferner weist, aufgrund der Diversität der zu-prüfenden-Proben und Reagenzen, die Lichtquelle der Vorrichtung im Allgemeinen eine oder mehrere Wellenlängenbänder im Ultravioletten, im sichtbaren Licht oder im Infraroten auf.
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Bezugnehmend auf 1 ist eine schematische Darstellung einer Fluoreszenz-Detektiervorrichtung 10 einer konventionellen Technik gezeigt. Die Fluoreszenz-Detektiervorrichtung 10 weist auf: eine Lichtquelle 11, ein Anregungslicht-Führungsrohr 12, einen fluoreszenzmarkierten Analyten 13, ein Emissionslicht-Führungsrohr 14, einen Emissionslichtfilter 15 und einen Detektor 16. Der Betriebsablauf ist wie folgt. Die Lichtquelle 11 emittiert ein Anregungslicht 17; als nächstes tritt das Anregungslicht 17 in das Anregungslicht-Führungsrohr 12 ein; als nächstes bestrahlt das Anregungslicht 17 den fluoreszenzmarkierten Analyten 13, um ein Emissionslicht 18 zu erzeugen; als nächstes tritt das Emissionslicht 18 in das Emissionslicht-Führungsrohr 14 ein; als nächstes tritt das Emissionslicht 18 durch den Emissionslichtfilter 15 hindurch in den Detektor 16 ein; und schließlich ermittelt der Detektor 16 einen Typ (z. B. eine Eigenschaft) des Emissionslichts 18. Im vorliegenden (technischen) Gebiet ist das Anregungslicht 17 im Allgemeinen ein Licht, das verwendet wird, um den fluoreszenzmarkierten Analyten 13 zu bestrahlen, das Emissionslicht 18 ist ein Licht, das von dem fluoreszenzmarkierten Analyten 13 reflektiert wurde. Im Allgemeinen sind das Anregungslicht-Führungsrohr 12 und das Emissionslicht-Führungsrohr 14 zwei voneinander unabhängige Pfade (z. B. voneinander unabhängige/getrennte Führungsrohre). Dies würde die Schwierigkeit bei Montage der Fluoreszenz-Detektiervorrichtung 10 erhöhen.
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Um den Fluoreszenz-Detektiervorgang zu beschleunigen und zu vereinfachen, ist die Lichtquelle 11 fähig, eine Vielzahl von Wellenlängenbändern bereitzustellen, und der Emissionslichtfilter 15 ist ein Mehrband-Emissionsfilter.
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Im Allgemeinen wendet die konventionelle Fluoreszenz-Detektiervorrichtung ein Weißlicht (z. B. breitbandiges polychromatisches Licht) als eine Lichtquelle zur schnellen Detektion an, da der fluoreszenzmarkierte Analyt 13 eine Photolumineszenz für eine Vielzahl von Wellenlängenbändern erzeugen kann. Wenn das Anregungslicht 17 den fluoreszenzmarkierten Analyten 13 bestrahlt, wird (dabei) ferner ein Emissionslicht 18 entsprechend erzeugt, das eine Mehrzahl von Wellenlängenbändern aufweist; mit anderen Worten, das Emissionslicht 18 weist entsprechend eine Vielzahl von Wellenlängenbändern auf. Als nächstes wird das Emissionslicht 18 mittels des Emissionslichtfilters 15 gefiltert, um ein Licht mit verschiedenen Wellenlängenbändern zu erzeugen. Wenn der fluoreszenzmarkierte Analyt 13 auf das Licht mit verschiedenen Wellenlängenbänder reagiert, ist es daher möglich, die Detektion simultan auszuführen, wodurch die benötigte Zeit reduziert ist.
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Obwohl die konventionelle Technik eine Vielzahl von Wellenlängenbändern simultan detektieren kann, gibt es mehrere bestehende Probleme darin. 1. Wenn das Licht Weißlicht ist, wird davon übermäßiges Emissionslicht erzeugt. 2. Wenn das Emissionslicht 18 durch den Emissionslichtfilter 15 hindurchgeht, können einige Wellenlängenbänder, welche nicht gefiltert zu werden brauchen, herausgefiltert werden mittels des Emissionslichtfilters 15, wodurch die Genauigkeit der nachfolgenden Detektion beeinträchtigt ist. 3. Der Emissionslichtfilter 15 ist hergestellt unter Benutzung von Mehrschicht-Filtern auf demselben Glasstück mittels einer speziellen Art, so dass sein Herstellungsprozess aufwendiger ist und seine Herstellungskosten höher sind. 4. Obwohl Weißlicht angewendet werden kann, um gleichzeitig Licht(signale) mit einer Vielzahl von Wellenlängenbändern auszusenden, kann es verursachen, dass das Emissionslicht 18 andere Lichter bzw. Lichtsignale erzeugt mit unnötigen Wellenlängenbändern. Das resultiert in einem Fehlurteil (z. B. fehlerhaften Beurteilung).
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Bezugnehmend auf 2, ist eine schematische Darstellung einer Fluoreszenz-Detektiervorrichtung 20 einer anderen konventionellen Technik gezeigt. Eine Abweichung der Fluoreszenz-Detektiervorrichtung 20 von der Fluoreszenz-Detektiervorrichtung 10 ist die Hinzufügung eines Anregungslichtfilters 19 darein, (den das Anregungslicht 17 durchläuft) bevor das Anregungslicht 17 auf den fluoreszenzmarkierten Analyten 13 eingestrahlt wird. Insbesondere ist in der anderen konventionellen Technik der Anregungslichtfilter 19 zwischen der Lichtquelle 11 und dem Anregungslicht-Führungsrohr 12 angeordnet.
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Zwar verbessert die Fluoreszenz-Detektiervorrichtung 20 die Effizienz der Fluoreszenz-Detektier-Vorrichtung 10 durch Bereitstellen des Anregungslichtfilters 19. Allerdings, da, wenn das Emissionslicht 18 durch den Emissionslichtfilter 15 hindurch passiert, das Emissionslicht 18 in denjenigen Wellenlängenbändern gefiltert werden kann, welche nicht gefiltert zu werden brauchen, ist die Genauigkeit einer nachfolgenden Detektion beeinträchtigt, so dass andere technische Probleme immer noch ungelöst sind.
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Außerdem wendet in einer anderen konventionellen Technik eine Fluoreszenz-Detektiervorrichtung 20 eine Mehrzahl von Sensoren an, um einen Detektionsvorgang schnell auszuführen, aber eine Mehrzahl von Sensoren erhöht noch immer die Vorrichtungskosten und macht eine Montage schwierig.
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Zusammenfassend wenden die konventionellen Techniken beinahe eine Lichtquelle (d.h. ein Weißlicht) an, welche fähig ist, Mehrfach-Wellenlängenbänder zu erzeugen, um eine Detektionseffizienz zu erhöhen, aber sie verringern die Genauigkeit der Detektion für ein einzelnes Wellenlängenband.
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Beispielsweise werden Thermo-Fisher-QuantStudio-12K-Flex und Roche-LightCycler-480 und andere Produkte im sichtbaren Band der Weiß-LED-Fluoreszenz-Detektiervorrichtung als Lichtquellen verwendet; unter den Weiß-LED-Lichtern haben sich diese Typen von Weiß-LEDs als Hauptrichtung der sichtbares-Licht-Lichtquelle für die Abstrahlwellenlänge des Weiß-LEDs etabliert; sie können das sichtbare-Licht-Wellenlängenband abdecken, haben genügend Helligkeit, sind kostengünstig, haben geringes Gewicht, kleine Größe, niedrigen Stromverbrauch und Erschütterungswiderstand.
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Ein Erzeugungsmechanismus zum Abstrahlen von Weißlicht mittels der Weißlicht-emittierenden Diode besteht darin, eine Spannung auf einen GaN-PN-Dioden-Chip anzuwenden, welcher fähig ist, blaues Licht auszusenden, und eine Fluoreszenzsubstanz vor dem blaues-Licht-Chip anzuordnen, welche mittels des blauen Lichts angeregt werden kann, wodurch die Fluoreszenzsubstanz nach der Anregung entsprechend Fluoreszenzlicht erzeugt, wie beispielsweise in grün, gelb, rot, um die Erzeugung von Weißlicht zu verwirklichen. Die Spektralverteilung der Weißlicht-emittierenden Dioden hängt im Wesentlichen von einer Überlagerung von Emissionswellenlängen des blaues-Licht-LED-Chips und der verschiedenen Fluoreszenzlichter bzw. Fluoreszenzlichtsignale ab, welche mittels der verschiedenen Fluoreszenzsubstanzen erzeugt werden. Wenn die Weiß-LED-Stromzufuhr aktiviert ist, kann (z. B. nur) eine feststehende Spektralverteilung des sichtbaren Lichts bereitgestellt werden; so lange nämlich eine Lichtintensität (bei) jeder Wellenlänge in dem Spektrum feststeht, ist es unmöglich, ihre Wellenlängen und Farbhelligkeit zu steuern. Deswegen kann man, wenn in einer Echtzeit-PCR-Anwendung beabsichtigt ist, die Intensität eines bestimmten Farb-Anregungslichts zu verstärken, lediglich höhere Spannung auf den blaue-LED-Chip anwenden, so dass die gesamten Weiß-LED-Licht-emittierenden Bänder gleichzeitig heller werden, und dann muss das Licht durch den Filter hindurchpassieren, so dass ein monochromatisches Licht größerer Helligkeit (daraus) abgeleitet werden kann. Dies führt dazu, dass die Gesamtenergieverbrauchseffizienz einer solchen Weiß-LED-Lichtquelle verringert ist und dass leicht eine unnötige Verschwendung von Licht und Elektrizität verursacht wird. Wenn eine größere Strommenge durch den LED-Chip durchläuft, wird mehr Wärme darin erzeugt, so dass die Umwandlungseffizienz von elektrischer Energie zu Licht niedrig ist, und auch ein Altern der Lichtquelle ist beschleunigt. Zusätzlich gab es lange Zeit keine Fluoreszenzsubstanz, die auf geeignete Weise mit der Weiß-LED in dem tiefroten Band zusammenwirkt. Dies führt zu einer ungelösten Frage bezüglich einer Anwendung des Weiß-LEDs in dem roten Band.
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Um die (Aufzählung der) Mängel einer einzelnen Weiß-LED zu vervollständigen: einige Hersteller von Echtzeit-PCR-Detektoren, wie beispielsweise (der Hersteller von) TOptical Thermocycler in Deutschland und Bimetra, fügen in die Lichtquelle des Fluoreszenz-Detektions-Gebiets, zudem dass sie das Weiß-LED verwenden, entsprechend eine rote LED und eine blaue LED in die optischen Strahlengänge hinzu, um das Problem des ungenügend Licht-emittierenden Bandes zu kompensieren. Allerdings verursacht dies, dass das optische Design kompliziert wird und die Instabilität des Instruments erhöht ist.
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In einer anderen konventionellen Technik wendet eine Fluoreszenz-Detektiervorrichtung vier Sensoren an, um einen Vierkanal-Echtzeit-PCR-Detektor zu bilden, welcher ein Scannen von vier Fluoreszenzkanälen in einem Scanprozess erlaubt, wodurch Detektionszeiten verringert sind. Allerdings erhöht eine solche Gestaltung einer synchronen Detektion nicht nur die Kosten für optische Sensoren und optische Strahlengänge, sondern verursacht auch, dass das Gesamtabtastgebiet groß und komplex ist.
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Wie vorstehend erwähnt, wird eine Mehrzahl von LEDs angewendet, um ein Weißlicht in der konventionellen Technik zusammenzusetzen. Allerdings müssen bei der konventionellen Fluoreszenz-Detektiervorrichtung alle der Mehrzahl von LEDs angeschaltet werden, um alle Fluoreszenzmarkierungen gleichzeitigt zu detektieren; andernfalls kann das Ziel einer synchronen Detektion nicht erreicht werden.
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Da die meisten der Detektionen für spezifische Objekte durchgeführt werden, gibt es technische Probleme, welche dringend gelöst werden müssen, und zwar: wie die Genauigkeit einer Detektion eines spezifischen Wellenlängenbands wirksam erhöht werden kann, wie der Lichtstrom eines spezifischen Wellenlängenbands wirksam erhöht werden kann (ohne dabei den (Licht-)Strom für alle Wellenlängen(bänder) zu erhöhen) und wie die Gestaltung der Fluoreszenz-Detektiervorrichtung vereinfacht werden kann und Herstellungskosten verringert werden können.
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Daher ist es wichtig, eine Mehrkanal-Fluoreszenz-Detektiervorrichtung und ein Verfahren zur Verwendung derselben bereitzustellen, um die vorstehend genannten technischen Probleme zu lösen.
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Kurze Darstellung der Erfindung
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Um die vorstehend genannten technischen Probleme der konventionellen Technik zu lösen, ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Mehrkanal-Fluoreszenz-Detektiervorrichtung zum Detektieren einer Mehrzahl von fluoreszenzmarkierten Analyten bereitzustellen. Die vorliegende Erfindung löst die (der) konventionellen (Technik innewohnenden) technischen Probleme mittels Verwendens einer Lichtquelle bzw. Strahlungsquelle (kurz: Lichtquelle), welche eine Mehrzahl von Lichtern bzw. Lichtsignalen (kurz: Lichtsignale) erzeugen kann, deren Halbwertsbreite-Wellenlängen bzw. deren spektrale Bandbreiten angegeben in Wellenlängen (kurz: Halbwertsbreite-Wellenlängen bzw. FWHM-Wellenlängen) in einer (z. B. miteinander) nicht-überlappenden Weise gebildet sind (z. B. die so gestaltet sind, so dass sie mit Bezug auf den von ihnen jeweils abgedeckten Wellenlängenbereich nicht miteinander überlappen), um die Genauigkeit der Detektion spezifischer Analyten zu erhöhen, den Lichtstrom spezifischer Wellenlängenbänder zu erhöhen (ohne dabei den (Licht-)Strom für die gesamte Wellenlänge (z. B. für den gesamten Wellenlängenbereich bzw. für alle Wellenlängenbänder) zu erhöhen), die Gestaltung der Fluoreszenz-Detektiervorrichtung zu vereinfachen und Herstellungskosten zu verringern.
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Um das Ziel zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung eine Mehrkanal-Fluoreszenz-Detektiervorrichtung zum Detektieren einer Mehrzahl von fluoreszenzmarkierten Analyten bereit, welche aufweist: eine Lichtquelle, eine Lichtfilter-Vorrichtung, ein zweiastiges Lichtführungsrohr bzw. eine zweiastige Lichtführung bzw. ein/e Zweiwege-Lichtführung(srohr) (kurz: zweiastiges Lichtführungsrohr) und einen Detektor.
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Die Lichtquelle weist eine Mehrzahl von Sub-Lichtquellen auf zum entsprechenden Bereitstellen eines Anregungslichts bzw. Anregungslichtsignals (kurz: Anregungslicht). Die Lichtfilter-Vorrichtung weist mindestens ein Lichtfilterset auf. Jedes des mindestens einen Lichtfiltersets weist einen Anregungslichtfilter und einen Emissionslichtfilter auf. Der Anregungslichtfilter ist verwendet bzw. gestaltet (kurz: gestaltet), um das Anregungslicht aufzunehmen. Das zweiastige Lichtführungsrohr weist ein Emissionslicht-Führungsrohr und ein Anregungslicht-Führungsrohr auf. Das Anregungslicht-Führungsrohr ist gestaltet, um das Anregungslicht aufzunehmen, welches durch den Anregungslichtfilter hindurchpassiert. Das Emissionslicht-Führungsrohr ist gestaltet, um das Emissionslicht bzw. Emissionslichtsignal (kurz: Emissionslicht) aufzunehmen, welches korrespondierend zu dem Anregungslicht erzeugt ist, und zwar dadurch, dass das Anregungslicht die Mehrzahl von fluoreszenzmarkierten Analyten bestrahlt. Der Detektor ist gestaltet, um das Emissionslicht, das durch das Emissionslicht-Führungsrohr und den Emissionslichtfilter passiert, aufzunehmen zum Bestätigen bzw. Überprüfen bzw. Nachweisen (kurz: Bestätigen) von Typen bzw. Eigenschaften (kurz: Typen) des Emissionslichts.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind das Emissionslicht-Führungsrohr und das Anregungslicht-Führungsrohr konzentrisch angeordnet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das zweiastige Lichtführungsrohr ferner einen Scan-Kopf bzw. Abtastkopf bzw. Untersuchungskopf (kurz: Scan-Kopf) auf, um auszuführen, dass das Anregungslicht die Mehrzahl von fluoreszenzmarkierten Analyten bestrahlt, und um das Emissionslicht aufzunehmen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Mehrkanal-Fluoreszenz-Detektiervorrichtung ferner eine Steuereinheit auf, die gestaltet ist, um relative Bewegungen zwischen bzw. von der Lichtquelle, der Lichtfilter-Vorrichtung, dem zweiastigen Lichtführungsrohr und dem Detektor zu steuern.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Lichtfilter-Vorrichtung ferner ein Steuergerät auf, welches gestaltet ist, um mit dem Anregungslicht und dem Emissionslicht zusammenzuwirken, zum Drehen des mindestens einen Lichtfiltersets.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Mehrzahl von Sub-Lichtquellen eine Mehrzahl von einfarbigen (z. B. monochromatischen) lichtemittierenden Dioden (LEDs), welche selektiv an- und/oder abgeschaltet werden können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lichtquelle gestaltet, um eine Mehrzahl von Lichtsignalen mit Halbwertsbreite-Wellenlängen (FWHM-Wellenlängen), die in einer nicht-überlappenden Weise gebildet sind, zu erzeugen.
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Um das Ziel zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung ein Mehrkanal-Fluoreszenz-Detektier-Verfahren zum Detektieren einer Mehrzahl von fluoreszenzmarkierten Analyten bereit. Das Mehrkanal- Fluoreszenz-Detektier-Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Erstens wird ein Anregungslicht von jeder einer Mehrzahl von Sub-Lichtquellen einer Lichtquelle bereitgestellt. Als nächstes tritt das Anregungslicht in ein Anregungslicht-Führungsrohr eines zweiastigen Lichtführungsrohrs ein nach Passieren durch einen Anregungslichtfilter des mindestens einen Lichtfiltersets einer Lichtfilter-Vorrichtung. Als nächstes wird ein Emissionslicht erzeugt mittels Bestrahlens der Mehrzahl von fluoreszenzmarkierten Analyten mit dem Anregungslicht von einem Scan-Kopf des zweiastigen Lichtführungsrohrs aus. Als nächstes tritt das Emissionslicht von dem Scan-Kopf aus in ein Emissionslicht-Führungsrohr des zweiastigen Lichtführungsrohrs ein. Als nächstes tritt das Emissionslicht aus dem Emissionslicht-Führungsrohr in einen Emissionslichtfilter des mindestens einen Lichtfiltersets der Lichtfilter-Vorrichtung ein. Als nächstes tritt das Emissionslicht in einen Detektor ein zum Bestätigen von Typen des Emissionslichts.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren ferner einen Schritt auf des Verwendens einer Steuereinheit, um relative Bewegungen zwischen der Lichtquelle, der Lichtfilter-Vorrichtung, dem zweiastigen Lichtführungsrohr und dem Detektor zu steuern, entsprechend der Typen der Mehrzahl von fluoreszenzmarkierten Analyten.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das zweiastige Lichtführungsrohr ferner einen Scan-Kopf auf, um ausführen, dass das Anregungslicht die Mehrzahl von fluoreszenzmarkierten Analyten bestrahlt, und um das Emissionslicht aufzunehmen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Lichtfilter-Vorrichtung ferner ein Steuergerät auf, welches gestaltet ist, um mit dem Anregungslicht und dem Emissionslicht zusammenzuwirken, zum Drehen des mindestens einen Lichtfiltersets.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Mehrzahl von Sub-Lichtquellen eine Mehrzahl von einfarbigen lichtemittierenden Dioden (LEDs), welche selektiv an- und/oder abgeschaltet werden können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform erzeugt die Lichtquelle eine Mehrzahl von Lichtsignalen mit Halbwertsbreite-Wellenlängen (FWHM-Wellenlängen), die in einer (miteinander) nicht-überlappenden Weise gebildet sind.
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Verglichen mit der konventionellen Technik, löst die vorliegende Erfindung die (der) konventionellen (Technik innewohnenden) technischen Probleme mittels Verwendens einer Lichtquelle, welche eine Mehrzahl von Lichtsignalen mit Halbwertsbreite-Wellenlängen (FWHM-Wellenlängen) erzeugen kann, die in einer nicht-überlappenden Weise gebildet sind, um zu erreichen, dass die Genauigkeit der Detektion spezifischer Analyten erhöht ist, der Lichtstrom spezifischer Wellenlängenbänder erhöht ist (ohne dabei den (Licht-)Strom für die gesamte Wellenlänge bzw. für alle Wellenlängenbänder zu erhöhen), die Gestaltung der Fluoreszenz-Detektiervorrichtung vereinfacht ist und Herstellungskosten verringert sind.
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Stand der Technik
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Die
WO 2008/ 098 087 A2 beschreibt neuartige optische Vorrichtungen, Verfahren und Systeme zum Nachweis von Glukose, insbesondere zur Glukoseüberwachung in Echtzeit. Insbesondere werden verschiedene Hardware und methodische Mittel zur ratiometrischen Korrektur optischer Glukosemessungen um Artefakte optischer Systeme beschrieben.
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Figurenliste
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Die technische Lösung und die vorteilhaften Effekte der vorliegenden Erfindung können am besten aus der folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug zu den beiliegenden Figuren und den Ausführungsformen verstanden werden.
- 1 ist eine schematische Darstellung einer konventionellen Fluoreszenz-Detektiervorrichtung.
- 2 ist eine schematische Darstellung einer anderen konventionellen Fluoreszenz-Detektiervorrichtung.
- 3 ist eine schematische Darstellung einer Fluoreszenz-Detektiervorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung.
- 4 ist eine Querschnittsdarstellung entlang einer Schnittlinie A-A' in 3.
- 5 ist eine detaillierte Darstellung der Lichtquelle aus 3.
- 6 ist ein Flussablaufdiagramm eines Fluoreszenz-Detektier- Verfahrens entsprechend der vorliegenden Erfindung.
- 7 ist ein Flussablaufdiagramm eines Fluoreszenz-Detektier- Verfahrens entsprechend einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Die folgende Beschreibung der Ausführungsformen ist dargestellt mittels Veranschaulichung mit Bezug zu den spezifischen Ausführungsformen, in welchen die Erfindung konkretisiert werden kann. Solche Begriffe wie beispielsweise „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „links“, „rechts“, „innen“, „außen“, „Seite“ etc. bezeichnen die Richtung bzw. die gewählte Perspektive in den Figuren. Dementsprechend ist die Anwendung eines Richtungsbegriffs verwendet, um die vorliegende Erfindung zu beschreiben und zu verstehen, und sie ist nicht dazu beabsichtigt, die Erfindung (darauf) zu beschränken.
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Es wird auf die 3 und 4 Bezug genommen. 3 ist eine schematische Darstellung einer Fluoreszenz-Detektiervorrichtung 100 entsprechend der vorliegenden Erfindung, und 4 ist eine Querschnittsdarstellung entlang der Schnittlinie A-A' in 3. Die Mehrkanal-Fluoreszenz-Detektiervorrichtung 100 zum Detektieren einer Mehrzahl von fluoreszenzmarkierten Analyten 110 weist auf: eine Lichtquelle 120, eine Lichtfilter-Vorrichtung 130, ein zweiastiges Lichtführungsrohr 140, einen Detektor 150 und eine Steuereinheit 170. Es wird darauf hingewiesen, dass in den Figuren die Steuereinheit 170 mit der Lichtquelle 120, der Lichtfilter-Vorrichtung 130, dem zweiastigen Lichtführungsrohr 140 und dem Detektor 150 in gestrichelten Linien verbunden ist, was anzeigt, dass die Mehrkanal-Fluoreszenz-Detektiervorrichtung 100 manuell eine oder mehrere von der Lichtquelle 120, der Lichtfilter-Vorrichtung 130, dem zweiastigen Lichtführungsrohr 140 und dem Detektor 150 betätigen kann, entsprechend verschiedener Anforderungen. In der bevorzugten Ausführungsform ist lediglich ein einziger fluoreszenzmarkierter Analyt 110 als ein Beispiel gezeigt; allerdings kann in einer Praxis eines automatischen Betriebs die Mehrkanal-Fluoreszenz-Detektiervorrichtung 100 zum Detektieren der Mehrzahl von fluoreszenzmarkierten Analyten 110 verwendet werden.
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Die Lichtquelle 120 weist eine Mehrzahl von Sub-Lichtquellen zum entsprechenden Bereitstellen eines Anregungslichts 161 auf. Die Lichtfilter-Vorrichtung 130 weist mindestens ein Lichtfilterset 131 und ein Steuergerät 132 auf. Jedes des mindestens einen Lichtfiltersets 131 weist einen Anregungslichtfilter 1311 und einen Emissionslichtfilter 1312 auf. Das Steuergerät 132 ist gestaltet, um mit dem Anregungslicht 161 und dem Emissionslicht 162 zusammenzuwirken, zum Drehen des mindestens einen Lichtfiltersets 131. Es wird darauf hingewiesen, dass das Steuergerät 132 auch durch gestrichelte Linien dargestellt ist (z. B. in 3), um anzuzeigen, dass die Mehrkanal-Fluoreszenz-Detektiervorrichtung 100 das mindestens eine Lichtfilterset 131 manuell drehen kann, entsprechend verschiedenen Anforderungen.
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Der Anregungslichtfilter 1311 ist gestaltet, um das Anregungslicht 161 aufzunehmen. Das zweiastige Lichtführungsrohr 140 weist ein Emissionslicht-Führungsrohr 142, ein Anregungslicht-Führungsrohr 141 und einen Scan-Kopf 143 auf. Das Anregungslicht-Führungsrohr 141 ist gestaltet, um das Anregungslicht 161 aufzunehmen, welches durch den Anregungslichtfilter 1311 hindurch läuft. Das Emissionslicht-Führungsrohr 142 ist gestaltet, um das Emissionslicht 162 aufzunehmen, welches korrespondierend zu dem Anregungslicht 161 erzeugt ist, und zwar dadurch, dass das Anregungslicht 161 die Mehrzahl von fluoreszenzmarkierten Analyten 110 bestrahlt. Der Detektor 150 ist gestaltet, um das Emissionslicht 162, welches durch das Emissionslicht-Führungsrohr 142 und den Emissionslichtfilter 1312 hindurch passiert, aufzunehmen zum Bestätigen von Typen des Emissionslichts 162. Das Emissionslicht-Führungsrohr 141 und das Anregungslicht-Führungsrohr 142 sind bevorzugt konzentrisch angeordnet. Es ist aber auch möglich, sie mit anderen Formen (bzw. Anordnungen) zu gestalten, je nach unterschiedlichen Anforderungen und ohne irgendeine Beschränkung dabei.
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Die Steuereinheit 170 ist gestaltet zum Steuern relativer Bewegungen zwischen der Lichtquelle 120, der Lichtfilter-Vorrichtung 130, dem zweiastigen Lichtführungsrohr 140 und dem Detektor 150. Zum Beispiel kann, wenn ermittelt ist, ob der fluoreszenzmarkierte Analyt 110 auf ein Licht bzw. ein Lichtsignal mit einer spezifischen Wellenlänge (beispielsweise einer Halbwertsbreite-Wellenlänge (FWHM-Wellenlänge) mit dem Bereich von 430 - 500 Nanometer) reagiert oder nicht, die Steuereinheit 170 die Lichtquelle 120 steuern, so dass sie nur das Anregungslicht 161 mit einer spezifischen Wellenlänge (z. B. FWHM-Wellenlänge mit dem Bereich von 450 - 470 Nanometer) emittiert. Die Steuereinheit 170 kann das Steuergerät 132 steuern, so dass es sich zu einem geeigneten des mindestens einen Lichtfiltersets 131 dreht, wobei der Anregungslichtfilter 1311 des geeigneten Lichtfiltersets 131 nur dem Licht mit der spezifischen Wellenlänge (z. B. FWHM-Wellenlänge mit dem Bereich von 450 - 460 Nanometer) erlaubt, durch ihn hindurch zu passieren (wobei die Wellenlänge des Anregungslichts 161 geändert ist, um eine Erzeugung von unnötigem Emissionslicht zu vermeiden). Der Emissionslichtfilter 1312 des Lichtfiltersets 131 erlaubt nur dem Licht mit einer spezifischen Wellenlänge (z. B. FWHM-Wellenlänge mit dem Bereich von 490 - 520 Nanometer) durch ihn zu transmittieren (wobei die Wellenlänge, der es erlaubt ist durch den Emissionslichtfilter 1312 zu passieren nach Bedarf geändert werden kann). Die Steuereinheit 170 kann das zweiastige Lichtführungsrohr 140 steuern, so dass es jeden der Mehrzahl von fluoreszenzmarkierten Analyten 110 abtastet. Im Detail erlauben der Anregungslichtfilter 1311 und der Emissionslichtfilter 1312 entsprechend einem Licht mit nur einer Wellenlänge (z. B. nur einem Wellenlängenbereich) durch sie hindurch zu passieren, um die Herstellungskosten zu verringern und die Genauigkeit zu erhöhen.
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5 ist eine detaillierte Darstellung der Lichtquelle 120 aus 3. Die Lichtquelle 120 weist sechs Sub-Lichtquellen 121 auf. Die sechs Sub-Lichtquellen 121 sind eine Mehrzahl von einfarbigen lichtemittierenden Dioden (LEDs), welche selektiv an- und/oder abgeschaltet werden können. Zum Beispiel ist eine Halbwertsbreite-Wellenlänge (FWHM-Wellenlänge) einer ersten Sub-Lichtquelle 121 (im Bereich von) 450 - 470 Nanometer; ist eine FWHM-Wellenlänge einer zweiten Sub-Lichtquelle 121 (im Bereich von) 512 - 538 Nanometer; ist eine FWHM-Wellenlänge einer dritten Sub-Lichtquelle 121 (im Bereich von) 547 - 576 Nanometer; ist eine FWHM-Wellenlänge einer vierten Sub-Lichtquelle 121 (im Bereich von) 579 - 591 Nanometer; ist eine FWHM-Wellenlänge einer fünften Sub-Lichtquelle 121 (im Bereich von) 615 - 628 Nanometer; und ist eine FWHM-Wellenlänge einer sechsten Sub-Lichtquelle 121 im Bereich von) 657 - 672 Nanometer. Außerdem ist es möglich, andere Sub-Lichtquellen mit verschiedener FWHM-Wellenlänge auf weiteren Bedarf hinzuzufügen, wobei die FWHM-Wellenlängen(bereiche), die von den (einzelnen) Sub-Lichtquellen 121 erzeugt werden, jeweils nicht miteinander überlappend sind (z. B. überlappt der FWHM-Wellenlängenbereich von jeder der einzelnen Sub-Lichtquellen 121 nicht mit einem FWHM-Wellenlängenbereich einer anderen dieser Sub-Lichtquellen 121). Das ist so, weil die nicht-überlappenden FWHM-Wellenlängen verwendet werden können, um die Mehrzahl von fluoreszenzmarkierten Analyten genauer zu detektieren, welche auf spezifische Wellenlängen reagieren können.
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Die Sub-Lichtquelle(n) 121 kann/können selektiv an- und/oder abgeschaltet werden; mit anderen Worten, es ist möglich, z. B. lediglich die erste Sub-Lichtquelle 121 und die zweite Sub-Lichtquelle 121 oder z. B. die dritte Sub-Lichtquelle 121 bis zur fünften Sub-Lichtquelle 121 anzuschalten, entsprechend unterschiedlichen Anforderungen für die Mehrzahl von unterschiedlichen fluoreszenzmarkierten Analyten 110.
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6 ist ein Flussablaufdiagramm eines Fluoreszenz-Detektier- Verfahrens entsprechend der vorliegenden Erfindung. Für die Bezugszeichen der Elemente, die in dem Flussablaufdiagramm verwendet werden, ist auf die 3 - 5 verwiesen. Erstens wird in Verfahrensschritt S01 ein Anregungslicht 161 entsprechend mittels einer Mehrzahl von Sub-Lichtquellen 121 einer Lichtquelle 120 bereitgestellt. Als nächstes tritt in Verfahrensschritt S02 das Anregungslicht 161 in ein Anregungslicht-Führungsrohr 141 eines zweiastigen Lichtführungsrohrs 140 ein nach Passieren durch einen Anregungslichtfilter 1311 eines mindestens einen Lichtfiltersets 131 einer Lichtfilter-Vorrichtung 130. Als nächstes wird in Verfahrensschritt S03 ein Emissionslicht 162 erzeugt mittels Bestrahlens der Mehrzahl von fluoreszenzmarkierten Analyten 110 mit dem Anregungslicht 161 von einem Scan-Kopf 143 des zweiastigen Lichtführungsrohrs 140 aus. Als nächstes tritt in Verfahrensschritt S04 das Emissionslicht 162 von dem Scan-Kopf 143 aus in ein Emissionslicht-Führungsrohr 142 des zweiastigen Lichtführungsrohrs 140 ein. Als nächstes tritt in Verfahrensschritt S05 das Emissionslicht 162 aus dem Emissionslicht-Führungsrohr 142 in einen Emissionslichtfilter 1312 des mindestens einen Lichtfiltersets 131 der Lichtfilter-Vorrichtung 130 ein. Als nächstes tritt in Verfahrensschritt S06 das Emissionslicht 162 in einen Detektor 150 ein, welcher gestaltet ist zum Bestätigen von Typen des Emissionslichts 162.
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7 ist ein Flussablaufdiagramm eines Fluoreszenz-Detektier- Verfahrens entsprechend einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Abweichung der zweiten bevorzugten Ausführungsform von der ersten bevorzugten Ausführungsform ist, dass die zweite bevorzugte Ausführungsform einen Schritt S07 vor Schritt S01 ausführt. In Schritt S07 steuert eine Steuereinheit 170 relative Bewegungen zwischen der Lichtquelle 120, der Lichtfilter-Vorrichtung 130, dem zweiastigen Lichtführungsrohr 140 und dem Detektor 150, entsprechend den Typen der Mehrzahl von fluoreszenzmarkierten Analyten 110.
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Wie vorstehend beschrieben, obwohl die vorliegende Erfindung mit den bevorzugten Ausführungsformen davon beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene Modifikationen, Zusätze und Ersetzungen möglich sind, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend ist der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung beabsichtigt, nur durch Bezug zu den Ansprüchen definiert zu werden.
