DE102018200646A1

DE102018200646A1 - System zum Messen optischer Eigenschaften von Proben

Info

Publication number: DE102018200646A1
Application number: DE102018200646.6A
Authority: DE
Inventors: Fritz Berthold; Klaus Hafner
Original assignee: Berthold Technologies GmbH and Co KG
Current assignee: Berthold Technologies GmbH and Co KG
Priority date: 2018-01-16
Filing date: 2018-01-16
Publication date: 2019-07-18

Abstract

Ein System (SYS) zum spektroskopischen Messen optischer Eigenschaften von Proben umfasst eine Probenhalteeinrichtung zum Anordnen einer Probe (P) in einer Messposition (MP), Einrichtungen zur Erzeugung von spektral definiertem Anregungslicht, wobei die Einrichtungen eine Lichtquelle (LQ) umfassen, einen Detektor (DET), einen ersten optischen Pfad (OP1) zum Übertragen des Anregungslichts zu der Probe (P) und einen zweiten optischen Pfad (OP2) zum Übertragen von durch die Probe emittiertem Licht zu dem Detektor (DET). Das System weist eine Modulaufnahmevorrichtung (MA) zum Aufnehmen eines auswechselbaren Wechseloptikmoduls (WOM1) auf. Die Modulaufnahmevorrichtung hat eine erste Schnittstelle (SS1) mit einer zum ersten optischen Pfad (OP1) offenen ersten Öffnung zum Empfangen des von den Einrichtungen erzeugten Anregungslichts und eine zweite Schnittstelle (SS2) mit einer zum zweiten optischen Pfad (OP2) offenen zweiten Öffnung. Zu dem System gehört weiterhin ein Wechseloptikmodul-Set (SET) mit mehreren unterschiedlich konfigurierten Wechseloptikmodulen, die wahlweise in einer Funktionsstellung innerhalb der Modulaufnahmevorrichtung (MA) positionierbar sind, wobei jedes der Wechseloptikmodule mindestens eine Optikkomponente zur Beeinflussung von durch das Wechseloptikmodul hindurchtretendem Licht aufweist. Wenigstens eines der Wechseloptikmodule (WOM1) umfasst eine der ersten Schnittstelle (SS1) zugeordnete erste Öffnung (O1) zum Empfangen von Licht aus der ersten Schnittstelle (SS1), eine der zweiten Schnittstelle (SS2) zugeordnete zweite Öffnung (O2) zum Abgeben von Licht durch die zweite Schnittstelle (SS2), eine dritte Öffnung (O3) zum Abgeben von Licht in Richtung der Messposition (MP) und/oder zum Empfangen von Licht aus der Messposition (MP) sowie eine selektive Strahlumlenkeinrichtung (SU) zur Separation eines innerhalb des Wechseloptikmoduls zwischen der ersten Öffnung (O1) und der dritten Öffnung (O3) liegenden Abschnitts des ersten optischen Pfades (OP1) von einem innerhalb des Wechseloptikmoduls zwischen der dritten Öffnung (O3) und der zweiten Öffnung (O2) liegenden Abschnitt des zweiten optischen Pfads (OP2).

Description

ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft ein System zum Messen optischer Eigenschaften von Proben, insbesondere mittels Fluoreszenzmessungen, Bio- und Chemolumineszenzmessungen und/oder Absorptionsmessungen, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
In der biochemischen und pharmakologischen Forschung und im klinischen Bereich werden häufig Verfahren und Systeme zum Messen optischer Eigenschaften von Proben genutzt, die eine Charakterisierung von Probeneigenschaften über eine Messung der Fluoreszenz, der Bio- und Chemolumineszenz und/oder der Absorption erlauben.
Systeme, die neben Fluoreszenzmessungen auch andere Messmethoden ermöglichen, z.B. Lumineszenzmessungen, Absorptionsmessungen etc., werden häufig als Multitechnologie-Leser oder Multimode-Reader bezeichnet. Um eine große Anzahl von Messungen in kurzer Zeit durchführen zu können, werden meist Verfahren angewandt, bei denen die zu untersuchenden Proben in einer Matrixanordnung in Näpfchen (wells) einer Mikrotiterplatte (microwell plate) angeordnet sind und entweder sequentiell oder parallelisiert untersucht werden. Entsprechende Geräte werden häufig als Mikroplatten-Leser bezeichnet. Mikroplatten-Leser sind häufig als Multimode-Leser konzipiert, um mit einem einzigen Gerät wahlweise unterschiedliche Messmethoden an einer Vielzahl von Proben durchführen zu können. Werden jeweils nur einzelne Proben untersucht, spricht man häufig von Küvettensystemen.
Bei der Messung der Fluoreszenz wird die Probe über einen ersten optischen Pfad (bei Fluoreszenzmessungen auch Anregungspfad genannt) mit spektral definiertem Fremdlicht (Licht einer bestimmten Anregungswellenlänge bzw. eines bestimmten engen Wellenlängenbereichs, bei Fluoreszenzmessungen auch Anregungslicht genannt) beaufschlagt und dadurch in der Probe Fluoreszenzlicht erzeugt. Das aus der Probe emittierte Fluoreszenzlicht (auch Emissionslicht genannt), welches gegenüber dem Anregungslicht normalerweise zu längeren Wellenlängen (niedrigeren Energien) verschoben ist, wird in einem zweiten optischen Pfad (bei Fluoreszenzmessungen meist als Emissionspfad bezeichnet) einem Detektor zugeleitet, mit dem die resultierenden Intensitäten gemessen werden. Bei Absorptionsmessungen wird das durch die Probe transmittierte Licht gemessen, dessen Intensität aufgrund von Absorption in der Probe geringer ist als die des eingestrahlten Fremdlichts. Es findet in der Regel keine Anregung der Probensubstanz statt. Bei Messungen der Bio- oder Chemolumineszenz wird kein Fremdlicht benötigt.
Die unterschiedlichen Messverfahren stellen unterschiedliche Anforderungen an die Messtechnik.
Für die Fluoreszenzmessung ist die Abbildung der Probe auf den Detektor und ggf. eine möglichst parallele Lichtführung durch eventuell vorhandene Filter wichtig. Übersprecheffekte („Crosstalk“) von benachbarten Näpfchen („wells“) treten wegen der lokalen Anregung nur in geringem Umfang auf. Die Effizienz der Lichtübertragung von der Probe zum Detektor (Emissionslichtpfad) spielt bei der Fluoreszenzmessung (im Gegensatz zur Lumineszenzmessung) eine eher untergeordnete Rolle, da die Fluorophore in der Regel mit ausreichender Lichtmenge angeregt werden.
Bei Messungen der Bio- oder Chemilumineszenz, bei der die Photonen durch eine chemische Reaktion in der Probe erzeugt werden, ist die Anzahl erzeugter Photonen deutlich begrenzt. Für Bio- oder Chemolumineszenzmessungen sollte ein System daher auf das „Einsammeln“ möglichst aller vorhandenen Photonen und auf deren möglichst vollständige Detektion optimiert werden.
Um den unterschiedlichen Anforderungen der verschiedenen Messverfahren insgesamt möglichst gut Rechnung tragen zu können, sind bei Multitechnologie-Lesern in der Regel gewisse Kompromisse nur schwer zu vermeiden, z.B. hinsichtlich der Empfindlichkeit für ein bestimmtes Messverfahren. So kann es sein, dass die Empfindlichkeit eines Multitechnologie-Lesers in einem der auswählbaren Messverfahren zwar ausreichend, aber ggf. nicht ganz so hoch ist wie bei einem ausschließlich für dieses Messverfahren optimierten (dedizierten) Messgerät. Der Vorteil höherer Variabilität wird daher in der Regel durch gewisse Schwächen, bei der Leistungsfähigkeit, z.B. bei der Empfindlichkeit, erkauft.
Die EP 2 072 998 A2 der Anmelderin beschreibt eine Vorrichtung zur wahlweisen Messung z.B. von Lumineszenz- und/oder Fluoreszenzstrahlung aus mindestens einem Probenbehälter mittels mindestens einer Lichtquelle im Anregungslichtpfad für Fluoreszenzmessungen und mindestens einem Detektor mit einem Wellenlängenselektor im Emissionslichtpfad. Um mit einem gemeinsamen Emissionslichtpfad sowohl für Fluoreszenz als auch für Lumineszenz die gleiche Empfindlichkeit erreichen zu können, ist der Emissionslichtpfad zwischen dem zumindest einen Probenbehälter und dem Wellenlängenselektor durch mindestens ein erstes, eine Reflexionskammer umschließendes Reflektorelement geführt, das zumindest einen Teil des vom Probenbehälter emittierten Lichts gerichtet auf den Wellenlängenselektor wirft, wobei der Anregungslichtpfad in der Reflexionskammer bis oberhalb des Probenbehälters geführt ist.
AUFGABE UND LÖSUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein System zum Messen optischer Eigenschaften von Proben bereitzustellen, das zu günstigen Kosten bereitgestellt werden kann und das flexibel für unterschiedliche Messverfahren, insbesondere Fluoreszenzmessungen, Messungen der Bio- oder Chemolumineszenz und Absorptionsmessungen, genutzt werden kann, wobei die Leistungsfähigkeit in den unterschiedlichen Messverfahren vergleichbar derjenigen von dedizierten Messgeräten ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein System mit den Merkmalen von Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Mit der Erfindung wird eine praktisch universell (d.h. für viele unterschiedliche optische Messverfahren) einsetzbare Geräteplattform bereitgestellt, die durch Hinzufügen bzw. Einbauen von ausgewählten Wechseloptikmodulen in eine Modulaufnahmevorrichtung der Geräteplattform jeweils zu einem für eine spezifische Anwendung spezialisierten Messsystem vervollständigt werden kann. Dabei wird besonderer Wert auf eine kostengünstige Aufteilung von Komponenten zwischen der bei allen Verfahren verwendbaren Geräteplattform und den messart-spezifischen Wechseloptikmodulen gelegt.
Das System ist zum Messen optischer Eigenschaften und Proben ausgelegt. Insbesondere sollte das System sowohl für Fluoreszenzmessungen, als auch für Lumineszenzmessungen und Absorptionsmessungen geeignet sein. Wenn in dieser Anmeldung verkürzend von „Lumineszenzmessungen“ die Rede ist, so sind damit Biolumineszenzmessungen und/oder Chemolumineszenzmessungen gemeint. Das System umfasst eine Probenhalteeinrichtung zum Anordnen bzw. Positionieren einer Probe in einer Messposition. Weiterhin sind Einrichtungen zur Erzeugung von spektral definiertem Fremdlicht vorgesehen. Das Fremdlicht kann bei Fluoreszenzmessungen als Anregungslicht bezeichnet werden, bei Absorptionsmessungen ist keine Anregung nötig oder beabsichtigt. Zu diesen Einrichtungen zur Erzeugung von spektral definiertem Fremdlicht gehört mindestens eine Lichtquelle. Es kann sich um eine im Wesentlichen monochromatische Lichtquelle bzw. um eine spektral schmalbandige Lichtquelle handeln, die unmittelbar das benötigte Anregungslicht erzeugt. Es kann sich auch um eine breitbandige bzw. polychromatische Lichtquelle handeln. In diesem Fall sollten alle Wellenlängen, die nicht der Anregung dienen, unterdrückt werden. Dazu ist der Lichtquelle eine vorzugsweise variabel einstellbare Wellenlängen-Selektionseinrichtung nachgeschaltet, die aus einer von der Lichtquelle einfallenden Lichtintensität mit größerer spektraler Bandbreite eine bestimmte Wellenlänge bzw. einen begrenzten Wellenlängenbereich selektiert bzw. spektral isoliert. Eine solche spektrale Isolierung kann z.B. durch Verwendung eines dispersiven Monochromators oder durch den Einsatz geeigneter Filter, insbesondere Bandpassfilter, realisiert werden. Das System umfasst weiterhin (mindestens) einen photosensitiven Detektor. Das System weist einen ersten optischen Pfad auf, der zum Übertragen von Fremdlicht zu der Probe geeignet ist, sowie einen zweiten optischen Pfad, der zum Übertragen von durch die Probe emittiertem Licht zu dem Detektor geeignet ist.
Eine Besonderheit des Systems besteht darin, dass es eine Modulaufnahmevorrichtung zum Aufnehmen eines auswechselbaren Wechseloptikmoduls aufweist. Die Modulaufnahmevorrichtung weist eine erste Schnittstelle mit einer zum ersten optischen Pfad offenen ersten Öffnung zum Empfangen des von den Einrichtungen erzeugten Fremdlichts auf. Durch die erste Öffnung kann ggf. das spektral definierte Fremdlicht eintreten. Weiterhin weist die Modulaufnahmevorrichtung eine von der ersten Schnittstelle gesonderte zweite Schnittstelle mit einer zum zweiten optischen Pfad offenen zweiten Öffnung auf. Die Modulaufnahmevorrichtung ist eine Einrichtung, die ein auswechselbares Wechseloptikmodul in einer definierten Position, nämlich in seiner Funktionsstellung, aufnehmen kann, so dass das Wechseloptikmodul seine optische Funktion im Rahmen einer Messung erfüllen kann.
Zu dem System gehört weiterhin ein Wechseloptikmodul-Set mit mehreren, also zwei oder mehr unterschiedlich konfigurierten Wechseloptikmodulen, die wahlweise in ihrer Funktionsstellung innerhalb der Modulaufnahmevorrichtung positionierbar sind. Das Wechseloptikmodul-Set kann beispielsweise zwei, drei, vier, fünf oder sechs, gegebenenfalls auch mehr als sechs funktional unterschiedliche Wechseloptikmodule umfassen. Jedes der Wechseloptikmodule weist mindestens eine Optikkomponente zur Beeinflussung von durch das Wechseloptikmodul hindurchtretendem Licht auf und ist dafür konfiguriert, in der Funktionsstellung eine der ersten Schnittstelle zugeordnete erste optische Funktion und eine der zweiten Schnittstelle zugeordnete zweite optische Funktion auszuführen.
Wenn sich ein Wechseloptikmodul in seiner Funktionsstellung befindet, grenzt es im Bereich der ersten Schnittstelle an den gerätefesten Teil des ersten optischen Pfads und im Bereich der zweiten Schnittstelle an den gerätefesten Teil des zweiten optischen Pfads an. Ein Wechseloptikmodul kann die erste Schnittstelle mit der zweiten Schnittstelle bzw. die erste Öffnung mit der zweiten Öffnung optisch derart verbinden, dass Licht von der ersten Öffnung über die Probe zur zweiten Öffnung gelangen kann. Dies ist jedoch nicht in jedem Fall zwingend. Ein Wechseloptikmodul kann auch so ausgelegt sein, dass der Lichtdurchtritt durch eine der Schnittstellen, beispielsweise die erste Schnittstelle, blockiert ist, so dass dort die optische Funktion eines Verschlusses realisiert ist.
Die erste Schnittstelle und die zweite Schnittstelle sind dafür ausgelegt, die Austauschbarkeit der Wechseloptikmodule so zu gewährleisten, dass ein jeweils in die Funktionsstellung gebrachtes Wechseloptikmodul die gewünschte optische Funktion ausführen kann, ohne dass eine Anpassung der anderen Komponenten des Systems im Bereich der Schnittstelle nötig ist. Die Wechseloptikmodule können beispielsweise eine gleichartige äußere Form haben, die es gestattet, sie gegeneinander auszutauschen. Die zur ersten Schnittstelle und zur zweiten Schnittstelle gehörenden Bereiche der Wechseloptikmodule müssen jeweils die gleiche relative Position zueinander haben, um einen Anschluss an die übrigen Komponenten des Systems im Bereich der ersten und der zweiten Schnittstelle zu ermöglichen.
Die erste und die zweite Schnittstelle können als optisch-mechanische Schnittstellen bezeichnet werden. Wenn eine Schnittstelle als Eingangsöffnung für Licht in das Wechseloptikmodul oder als Austrittsöffnung für das Licht aus dem Wechseloptikmodul heraus dient, so sollten Ort, Richtung und Strahlungsform sowie der Durchmesser definiert bzw. standardisiert sein. Gesonderte Elemente zur lichtdichten Abdichtung der Schnittstelle können vorgesehen sein, sind jedoch in der Regel nicht erforderlich.
Ein in seiner Funktionsstellung befindliches Wechseloptikmodul bildet ein (auswechselbares) Teilsystem, während die anderen Komponenten des Systems ein anderes Teilsystem bilden, welches zusammen mit dem durch das Wechseloptikmodul bereitgestellten Teilsystem das gesamte System darstellt, das mittels des Wechseloptikmoduls für ein bestimmtes Messverfahren konfiguriert ist. Die Schnittstellen fungieren als Berührungspunkte oder Ansatzpunkte zwischen diesen Teilsystemen, über die Schnittstellen kann eine (optische) Kommunikation zwischen den Teilsystemen stattfinden. Unter Verwendung der Schnittstellen können somit die Teilsysteme (gebildet aus einem der Wechseloptikmodule sowie dem Restsystem) zu einem funktionsfähigen ganzen System zusammengesetzt werden.
Eine Besonderheit liegt in der „Aufgabenteilung“ zwischen den Teilsystemen. Das System ist derart konzipiert, das sich die meisten oder alle Komponenten, die zur Aufbereitung bzw. zur Bereitstellung des spektral definierten Fremdlichts vorgesehen sind, in demjenigen Teilsystem befinden können, welches die Modulaufnahmevorrichtung aufweist. Dieses Teilsystem kann ggf. für alle Messverfahren unverändert bleiben. Selbstverständlich können dort ggf. vorhandene Einstellmöglichkeiten genutzt werden, z.B. um die spektrale Lage und ggf. die Bandbreite des auf die Probe wirkenden Fremdlichts einzustellen. Dann reicht es nämlich aus, in einem Wechseloptikmodul lediglich alle für ein bestimmtes Messverfahren spezifischen (methodenspezifischen) Optikkomponenten in geeigneter Konfiguration bereitzustellen. Bei Umsetzung dieses Konzepts können die Wechseloptikmodule des Wechseloptikmodul-Sets so ausgelegt sein, dass sie eine in technischer Hinsicht optimale Realisierung unterschiedlicher Messmodalitäten zu insgesamt niedrigen Kosten ermöglichen.
Wenigstens eines der Wechseloptikmodule weist die folgenden Merkmale auf: eine der ersten Schnittstelle zugeordnete erste Öffnung zum Empfangen von Licht aus der ersten Schnittstelle bzw. im Bereich der ersten Schnittstelle; eine der zweiten Schnittstelle zugeordnete zweite Öffnung zum Abgeben von Licht durch die zweite Schnittstelle bzw. im Bereich der zweiten Schnittstelle; eine dritte Öffnung zum Abgeben von Licht in Richtung der Messposition und/oder zum Empfangen von Licht aus der Messposition sowie eine selektive Strahlumlenkeinrichtung zur Separation eines innerhalb des Wechseloptikmoduls zwischen der ersten Öffnung und der dritten Öffnung liegenden Abschnitts des ersten optischen Pfads von einem innerhalb des Wechseloptikmoduls zwischen der dritten Öffnung und der zweiten Öffnung liegenden Abschnitts des zweiten optischen Pfads. Die selektive Strahlumlenkeinrichtung kann für eine geometrische Strahlseparation (räumliche Trennung unterschiedlicher Strahlen) oder für eine spektrale Strahlseparation (Separation von Strahlen unterschiedlicher Wellenlängenbereiche) ausgelegt sein.
Ein Wechseloptikmodul mit der Kombination dieser Merkmale kann für eine Vielzahl unterschiedlicher Messverfahren verwendet werden, beispielsweise für eine Fluoreszenzmessung von oben (Top-Messung), für eine Fluoreszenz-Polarisationsmessung, für eine Absorptionsmessung oder für eine Lumineszenzmessung, wobei bei der Lumineszenzmessung der von der ersten Öffnung kommende Pfad nicht genutzt wird. Ist ein derartiges Wechseloptikmodul wenigstens einmal in dem Wechseloptikmodul-Set enthalten, so können bereits viele aussagekräftige Messverfahren durchgeführt werden. Ein einziges Wechseloptikmodul dieser Art im Wechseloptikmodul-Set kann ausreichen. Es können auch zwei oder mehr Wechseloptikmodule dieser Art im Wechseloptikmodul-Set vorgesehen sein, die sich in Aufbau und Funktion unterscheiden.
Vorzugsweise ist das Wechseloptikmodul so gestaltet, dass die dritte Öffnung mit der zweiten Öffnung fluchtet, so dass sich ein gerader optischer Pfad zwischen der zweiten und der dritten Öffnung ergibt. Die dritte und die zweite Öffnung können koaxial zueinander angeordnet sein. Licht kann über die dritte Öffnung in das Wechseloptikmodul eintreten und über die zweite Öffnung aus dem Wechseloptikmodul austreten, wenn sich das Wechseloptikmodul in der Funktionsstellung befindet und die dritte Öffnung über der Messposition angeordnet ist.
Besonders vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen die Strahlumlenkeinrichtung einen Umlenkspiegel zum Umlenken von Licht aus Richtung der ersten Öffnung in Richtung der dritten Öffnung sowie einen Kondensor zum Sammeln von durch die dritte Öffnung eintretendem Licht in Richtung der zweiten Öffnung aufweist. Dadurch kann eine geometrische Strahlseparation realisiert werden. Es ist auch möglich, die Anordnung so auszulegen, dass Licht von der ersten Öffnung ohne Umlenkung direkt in die Probe gelangt und dass das von der dritten Öffnung eintretende Licht in Richtung der zweiten Öffnung umgelenkt wird. Zur geometrischen Strahlseparation kann dabei z.B. ein mit einer Mittenbohrung versehener Umlenkspiegel vorgesehen sein.
Bei manchen Ausführungsformen weist der Kondensor einen Parabolspiegel auf. Einige Vorteile der Verwendung einer Kombination aus Parabolspiegel und Umlenkspiegel zur selektiven Strahlumlenkung bei Systemen zum spektroskopischen Messen optischer Eigenschaften von Proben sind in der europäischen Patentanmeldung EP 2 072 998 A2 der Anmelderin beschrieben und können auch bei dieser Ausführungsform erzielt werden.
Der Parabolspiegel kann fest innerhalb des Wechseloptikmoduls montiert sein. Bei anderen Ausführungsformen gibt es eine Stelleinrichtung zur axialen Verlagerung, also zur Verstellung der axialen Position des Parabolspiegels innerhalb des Wechseloptikmoduls. Eine „axiale“ Positionsänderung bezeichnet dabei eine Veränderung der Position in Richtung parallel zur Rotationssymmetrieachse des Parabolspiegels. Dadurch ist es möglich, die Eingangsöffnung des Parabolspiegels, welche der dritten Öffnung zugeordnet ist und welche gegebenenfalls der dritten Öffnung entspricht, unterschiedlich nahe an die Probe heranzuführen, wenn sich das entsprechende Wechseloptikmodul in seiner Funktionsstellung befindet. Besonders nützlich ist diese Funktionalität bei Lumineszenzmessungen an Proben, die sich in Mikroplatten befinden. Wenn die Eingangsöffnung des Parabolspiegels bis in die Nähe der in einem Näpfchen enthaltenen Probe geführt wird, ist der durch den Parabolspiegel führende zweite optische Pfad gegen Eindringen von Lumineszenzstrahlung aus Nachbarnäpfchen weitestgehend abgeschirmt, so dass im Wesentlichen nur die Lumineszenzstrahlung der in der Messposition befindlichen Probe zum Detektor gelangen kann. Dadurch kann die Störfestigkeit von Lumineszenzmessungen im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen gesteigert werden.
Bei alternativen Varianten von Wechseloptikmodulen mit einer selektiven Strahlumlenkeinrichtung kann der Kondensor anstelle eines Parabolspiegels mindestens eine Sammellinse aufweisen, wobei vorzugsweise der Kondensor durch genau eine Sammellinse gebildet wird. Eine reine Linsenoptik anstelle eines Parabolspiegels kann für alle Fluoreszenzmessungen genutzt werden. Besondere Vorteile bieten sich bei Fluoreszenz-Polarisationsmessungen, also bei Anwendungen, bei denen auch Polarisationsinformation des Emissionslichts ausgewertet werden soll, weil bei Linsen weniger Depolarisationseffekte auftreten als bei gekrümmten Spiegeln.
Die Sammellinse kann sowohl zwischen dem Umlenkspiegel der Strahlumlenkeinrichtung und der dritten Öffnung als auch zwischen dem Umlenkspiegel der Strahlumlenkeinrichtung und der zweiten Öffnung angeordnet sein. Wenn die Sammellinse geometrisch zwischen dem Umlenkspiegel und der dritten Öffnung angeordnet ist, steht sie bei einem in Funktionsstellung befindlichen Wechseloptikmodul näher an der Probe, so dass mehr Licht in einem größeren Raumwinkelbereich gesammelt werden kann. Eventuell nachteilig an dieser Anordnung kann sein, dass das über den Umlenkspiegel in Richtung Probe gelenkte Anregungslicht diese Linse durchtreten würde und dass durch Streuung Anregungslicht direkt in den Emissionspfad (zweiter optischer Pfad) gelangen könnte. Bevorzugt sind daher Varianten, bei denen die Sammellinse geometrisch zwischen dem Umlenkspiegel und der dritten Öffnung angeordnet ist und einen Durchlass zum Hindurchlassen von Licht von der ersten Öffnung zu der dritten Öffnung aufweist. Es kann in der Sammellinse ein Loch als Durchlass für Anregungslicht vorgesehen sein, welches seitlich optisch abgedichtet werden kann, um den Eintrag von Streulicht in den Emissionspfad im Bereich der Sammellinse zu unterbinden.
Diese Variante eines Wechseloptikmoduls kann im Hinblick auf die Durchbohrung der Linse vorteilhaft durch eine Kunststofflinse als Sammellinse realisiert werden. Die Sammellinse kann mindestens eine als asphärische Fläche ausgebildete Linsenfläche haben. Eine Ausführung als Asphäre kann zu besseren Abbildungseigenschaften führen, was insbesondere bei Varianten vorteilhaft sein kann, in welchen im zweiten optischen Pfad zur Wellenlängenselektion ein dispersiver Monochromator vorgesehen ist. Die Sammellinse kann auch als Fresnel-Linse ausgeführt sein, was beispielsweise aufgrund der geringen Bauhöhe solcher optischer Elemente sinnvoll sein kann. Für Polarisationsmessungen können Polarisationsfilter vorgesehen sein, die bei Bedarf in den zur Probe führenden ersten optischen Pfad und/oder in den von der Probe zum Detektor führenden zweiten optischen Pfad eingebracht werden können.
Die Ausführung als Linsenoptik, also als Wechseloptikmodul mit einer Sammellinse zwischen dritter und zweiter Öffnung, kann auch generell vorteilhaft sein für Fluoreszenzmessungen mit einem dispersiven Monochromator im Emissionspfad optisch hinter der zweiten Schnittstelle, da die Abbildungseigenschaften mit Linsen besser als bei Verwendung eines Parabolspiegels optimiert werden können und daher mehr Licht in den Eingangsspalt des Monochromators gebracht werden kann.
Sofern bei einem Messverfahren eine Reagenzinjektion in die Messposition (bzw. in die dort vorhandene Probe) gewünscht ist, kann eine horizontale Zuführung unterhalb der Sammellinse vorgesehen sein, welche schräg oberhalb der Probe in Richtung der Probe abknickt. Bei Verwendung einer Kunststofflinse als Sammellinse ist es auch relativ einfach möglich, diese zur Durchführung einer Injektionsspritze zu durchbohren, so dass zusätzlich zu der Durchbrechung zum Einführen des Anregungslichts noch eine weitere Durchbohrung für eine Injektionsspritze vorgesehen sein kann.
Bei anderen Varianten von Wechseloptikmodulen mit einer Strahlumlenkeinrichtung weist die Strahlumlenkeinrichtung einen dichroitischen Spiegel auf. Ein dichroitischer Spiegel ist eine wellenlängenselektive Optikkomponente, welche selektiv Licht aus einem bestimmten Wellenlängenbereich (oder mehreren bestimmten Wellenlängenbereichen) reflektiert und Licht aus einem anderen Wellenlängenbereich (oder mehreren anderen Wellenlängenbereichen) im Wesentlichen ohne Reflektion hindurchlässt. Ein dichroitischer Spiegel kann beispielsweise als Kurzpass oder Langpass ausgelegt sein.
Die Verwendung eines Wechseloptikmoduls mit einem dichroitischen Spiegel als Strahlumlenkeinrichtung kann günstig sein, um speziell bei Fluoreszenzmessungen eine hohe Empfindlichkeit zu erreichen. Je nach Fluorophor können verschiedene dichroitische Spiegel, d.h. dichroitische Spiegel mit unterschiedlichen Kantenwellenlängen zwischen dem spektralen Durchlassbereich und dem spektralen Reflexionsbereich, genutzt werden. Zusätzlich zu einem dichroitischen Spiegel kann das entsprechende Wechseloptikmodul noch eine oder mehrere Linsen aufweisen, beispielsweise eine Sammellinse, die zwischen dem dichroitischen Spiegel und der dritten Öffnung angeordnet ist, um durch die erste Öffnung eintretendes Anregungslicht in Richtung Probe zu fokussieren und aus der Probe in unterschiedliche Winkelbereiche abstrahlendes Emissionslicht zu parallelisieren.
Ein Wechseloptikmodul zur Verwendung bei einer Bio- oder Chemolumineszenzmessung sollte ausgelegt sein, dass Lumineszenzlicht von der Probe durch das Wechseloptikmodul hindurch entlang des zweiten optischen Pfads zum Detektor gelangen kann. Daher sind für Bio- oder Chemolumineszenzmessungen grundsätzlich alle Wechseloptikmodule geeignet, die eine dritte Öffnung zum Empfangen von Licht aus der Messposition und eine der zweiten Schnittstelle zugeordnete zweite Öffnung zum Abgeben von Licht durch die zweite Schnittstelle aufweisen, wobei die dritte Öffnung mit der zweiten Öffnung fluchtet. Dann kann Emissionslicht der Lumineszenzmessung ohne Umlenkung durch das Wechseloptikmodul hindurch über die zweite Schnittstelle in den zweiten optischen Pfad Richtung Detektor einkoppeln. Um die Effizienz beim Einsammeln von Lumineszenzlicht zu erhöhen, ist vorzugsweise zwischen der dritten und der zweiten Öffnung ein Kondensor zum Sammeln von durch die dritte Öffnung eintretendem Licht in Richtung der zweiten Öffnung vorgesehen. Bei dem Kondensor kann es sich beispielsweise um einen Parabolspiegel handeln, gegebenenfalls auch alternativ um eine sammelnd wirkende Linsenanordnung mit einer oder mehreren Linsen.
Eine Variante eines Wechseloptikmoduls, welches für besonders hochempfindliche Bio- oder Chemolumineszenzmessungen geeignet ist, zeichnet sich zusätzlich dadurch aus, dass eine der ersten Schnittstelle zugeordnete Blockierungsstruktur zum Blockieren von Licht aus der ersten Schnittstelle vorgesehen ist. Dadurch kann erreicht werden, dass das Wechseloptikmodul, wenn es sich in der Funktionsstellung befindet, als optischer Verschluss für die erste Schnittstelle dient, so dass durch die erste Schnittstelle hindurch kein Licht in den optischen Pfad zwischen Probe und Detektor gelangen kann.
Es kann ausreichen, wenn das System nur einen einzigen Detektor aufweist, der bei allen Messverfahren genutzt wird, z.B. einen Photomultiplier. Die Lichtführung zum Detektor (z.B. über UV-durchlässige Lichtleiter und/oder Spiegel und/oder Prismen) kann jedoch in manchen Fällen kompliziert und optisch ungünstig sein. Es gibt daher Ausführungsformen, bei denen zusätzlich zu dem (am Ende des zweiten Pfades angeordneten) Detektor wenigstens ein weiterer Detektor, also ein zweiter Detektor, vorgesehen ist. Manche Ausführungsformen des Systems weisen einen weiteren photosensitiven Detektor auf, der an einer festen Detektorposition unterhalb der Messposition angeordnet ist. Dieser Detektor kann bei Absorptionsmessungen bzw. Absorbanzmessungen bzw. bei Messungen der optischen Dichte verwendet werden. Als zweiter Detektor kann z.B. eine Photodiode verwendet werden, die hohe Empfindlichkeit bei günstigen Kosten bieten kann.
Es gibt relativ einfach aufgebaute Systeme bzw. Ausführungsbeispiele, die nur eine einzige Messposition aufweisen. Dann kann es ausreichen, wenn an der Modulaufnahmevorrichtung nur zwei Schnittstellen (erste und zweite Schnittstelle) vorhanden sind. Andere Ausführungsbeispiele bieten eine größere Vielfalt von Messmöglichkeiten und zeichnen sich dadurch aus, dass zusätzlich zu der Messposition eine alternative Messposition vorgesehen ist. Diese Ausführungsbeispiele weisen einen dritten optischen Pfad zum Übertragen von Anregungslicht zu einer in der alternativen Messposition angeordneten Probe und einen vierten optischen Pfad zum Übertragen von durch diese Probe emittiertem Licht zum Detektor auf. Bei diesen Ausführungsbeispielen hat die Modulaufnahmevorrichtung eine dritte Schnittstelle mit einer zum dritten optischen Pfad offenen dritten Öffnung und eine vierte Schnittstelle mit einer zum vierten optischen Pfad offenen vierten Öffnung. Bei manchen Ausführungsformen ist das System im Bereich der alternativen Messposition so konfiguriert, dass dort eine „Bottom“-Messung bzw. eine Messung von unten, d.h. eine Messung durch einen transparenten Boden eines Probenbehälters hindurch, durchgeführt werden kann.
Um wahlweise eine Messung an der Messposition oder an der alternativen Messposition durchführen zu können, weist das Wechseloptikmodul-Set vorzugsweise ein Wechseloptikmodul auf, mit welchem es möglich ist, Licht bei Bedarf zur alternativen Messposition umzuleiten und von der alternativen Messposition in Richtung Detektor zurückzuführen. Bei einer Ausführungsform hat das Wechseloptikmodul eine der ersten Schnittstelle zugeordnete erste Öffnung zum Empfangen von Licht aus der ersten Schnittstelle, eine der zweiten Schnittstelle zugeordnete zweite Öffnung zum Abgeben von Licht durch die zweite Schnittstelle, eine erste Umlenkeinrichtung zum Umlenken von durch die erste Öffnung empfangenen Licht in Richtung der dritten Öffnung und eine zweite Umlenkeinrichtung zum Umlenken von durch die vierte Öffnung empfangenen Licht in Richtung der zweiten Öffnung.
Ein Wechseloptikmodul kann als reines passives Umlenkmodul ausgestaltet sein. Dazu können die Umlenkeinrichtungen jeweils durch einen einfachen, planen Umlenkspiegel oder durch einen umlenkenden Konkavspiegel (mit zusätzlich sammelnder Wirkung) realisiert sein. Es ist möglich, dass die Umlenkungen an der ersten Umlenkeinrichtung und an der zweiten Umlenkeinrichtung in einer gemeinsamen Ebene liegen. Das Wechseloptikmodul kann jedoch auch so ausgestaltet sein, dass die Ebenen der Umlenkeinrichtungen gegeneinander verdreht liegen. Dadurch ergibt sich eine hohe Flexibilität, um beispielsweise den vorhandenen Bauraum optimal nutzen zu können.
Wechseloptikmodule können in einem Wechseloptikmodul-Set in unterschiedlichen Kombinationen enthalten sein. Ein Wechselmodul-Set muss nicht alle der oben oder nachfolgend beschriebenen Varianten aufweisen. Ein Wechseloptikmodul-Set kann mehrere Wechseloptikmodule der gleichen Art, jedoch mit unterschiedlicher Detail-Auslegung enthalten.
Vorzugsweise enthält keines der Wechseloptikmodule des Wechseloptikmodul-Sets eine variable oder nicht-variable Wellenlängen-Selektionseinrichtung, also eine Optikkomponente oder mehrere kooperierende Optikkomponenten zur spektralen Isolierung eines engen Wellenlängenbereichs aus einem breiteren Wellenlängenspektrum, wie beispielsweise einen Bandpassfilter oder einen dispersiven Monochromator. Das System ist vorzugsweise so ausgelegt, dass alle ggf. benötigten Komponenten dieser Art nicht in einem Wechseloptikmodul, sondern in demjenigen Teilsystem montiert sind, welches mit dem Wechseloptikmodul zusammenarbeitet. Die technisch aufwändigeren und dadurch ggf. teuren Komponenten, wie beispielsweise Bandpassfilter und/oder Monochromatoren, üben ihre Funktion im Bedarfsfall gemeinsam mit dem jeweils in der Funktionsstellung befindlichen Wechseloptikmodul bzw. dessen Optikkomponenten (eine oder mehrere) aus. Ein Dichroit-Spiegel (Langpass oder Kurzpass) kann in einem Wechseloptikmodul vorgesehen sein.
Vorzugsweise enthält ein Wechseloptikmodul eine relativ geringe Anzahl von Optikkomponenten, insbesondere genau zwei oder genau drei Optikkomponenten. Diese Bedingung kann für mehrere oder alle Wechseloptikmodule des Wechseloptikmodul-Sets gelten. Durch Begrenzung der Anzahl von sinnvoll kombinierten Optikkomponenten pro Wechseloptikmodul können die Kosten ggf. moderat gehalten werden. Ein Wechseloptikmodul kann ggf. auch mehr als drei gesonderte Optikkomponenten enthalten, z.B. vier oder fünf.
Vorzugsweise weist ein Wechseloptikmodul ausschließlich eine oder mehrere passive Optikkomponenten auf, um eintretendes Licht und/oder austretendes Licht ohne Wellenlängenveränderung zu beeinflussen, beispielsweise durch Strahlumlenkung oder Strahlformung. Diese Bedingung kann für mehrere oder alle Wechseloptikmodule des Wechseloptikmodul-Sets gelten. Zu den passiven Optikkomponenten zählen beispielsweise Linsen (Zerstreuungslinsen oder Sammellinsen, also refraktive Elemente mit Brechkraft), Spiegel (Planspiegel oder gekrümmte Spiegel mit Brechkraft) oder Prismen.
Vorzugsweise weist wenigstens eines der Wechseloptikmodule einen Spiegel zum Umlenken des von der ersten Öffnung kommenden Lichts in Richtung einer Öffnung einer anderen Schnittstelle auf. Der Spiegel kann eben und damit brechkraftlos sein, um als reiner Umlenkspiegel zu fungieren. Ein Spiegel kann ggf. auch konvex oder konkav gekrümmt sein und somit Brechkraft aufweisen. Dadurch können ggf. Linsen eingespart werden. Ein Wechseloptikmodul kann ausschließlich Spiegel aufweisen, z.B. genau zwei ebene Umlenkspiegel. Auch eine Kombination mit einer oder mehreren Linsen, insbesondere mindestens einer Sammellinse, ist möglich.
Ein Wechseloptikmodul kann einen massiven Block aus verwindungssteifem Material, z.B. Aluminium, aufweisen, in welchem Bohrungen zur Bildung der optischen Pfade z.B. durch Fräsen und/oder eine andere metarialabtragende Bearbeitung eingebracht sind. Die Optikkomponenten können direkt oder mithilfe individueller Fassungen an den vorgesehenen Positionen innerhalb eines Blocks montiert werden. Dadurch sind kostengünstige, robuste Wechseloptikmodule mit kompakten Ausmaßen realisierbar.
Es gibt Wechseloptikmodule, bei denen alle darin enthaltenen passiven Optikkomponenten ortsfest (in Bezug auf das Koordinatensystem des Wechseloptikmoduls) montiert sind. Diese können besonders robust und ggf. relativ kostengünstig herstellbar sein. In manchen Fällen kann es jedoch auch vorteilhaft sein, wenigstens eine der Optikkomponenten eines Wechseloptikmoduls als verstellbare Komponente auszubilden, beispielsweise um die Position des Optikelements bezüglich des Koordinatensystems des Wechseloptikmoduls zu verändern.
Es gibt Ausführungsbeispiele, bei denen die Wechseloptikmodule als individuelle Wechseloptikmodule einzeln erhältlich und einzeln austauschbar sind. Bei diesen Ausführungsbeispielen hat ein Benutzer beispielsweise die Möglichkeit, sich sein System individuell zu konfigurieren, um zum Beispiel ein optimales Fluorometer, ein optimales Fluoreszenz-Polarisations-Messgerät, ein hochempfindliches Luminometer oder dergleichen zu erhalten. Ein Benutzer kann jederzeit eine Umkonfiguration vornehmen, um sein System auf andere Prioritäten optimal einzustellen. Ein weiterer Vorteil individueller Wechseloptikmodule besteht darin, dass diese jederzeit zu Reinigungszwecken entnommen werden können, beispielsweise um Reagenzspritzer zu entfernen.
Es ist auch möglich, dass das System einen beweglich gelagerten Modulträger aufweist, der mehrere oder alle Wechseloptikmodule des Wechseloptikmodul-Sets derart trägt, das ein ausgewähltes Wechseloptikmodul aus einer Mehrzahl von Wechseloptikmodulen durch Bewegung des Modulträgers in die Funktionsstellung oder aus der Funktionsstellung heraus bewegbar ist. Ein derartiger Modulträger kann mit unterschiedlichen Kombinationen von Wechseloptikmodulen bestückt werden. Bei dem Modulträger kann es sich beispielsweise um einen linear verschiebbaren Schieber handeln. Die Modulaufnahmevorrichtung kann dann so ausgestaltet sein, dass sie seitlich offen ist und eine Führung zur linearen Führung des Modulträgers bietet. Als Alternative ist zum Beispiel ein drehbarer Modulträger möglich. Das System kann mit einem Modulträger ausreichender Kapazität geliefert werden, so dass ein Benutzer eine individuelle Konfiguration mit unterschiedlichen Wechseloptikmodulen vornehmen kann, die gegebenenfalls auch einzeln erworben werden können.
Eine andere Variante ist dadurch gekennzeichnet, dass mehrere oder alle Wechseloptikmodule des Wechseloptikmodul-Sets in einem monolithischen Optikblock integriert sind. Der monolithische Optikblock verkörpert mehrere Wechseloptikmodule mit ihren jeweiligen Funktionen. Ein Vorteil solcher Optikblöcke besteht darin, dass die relativen Positionen der Optikkomponenten unterschiedlicher Wechseloptikmodule relativ zueinander genau festgelegt sind. Hierdurch wird eine genaue Positionierbarkeit des jeweils gewünschten Wechseloptikmoduls in seiner Funktionsstellung vereinfacht. Ein hoher Nutzen für einen Benutzer kann dadurch erreicht werden, dass solche Optikblöcke, welche je nach Anwendung verschiedene Wechseloptikmodule bzw. unterschiedliche Kombinationen von Wechseloptikmodulen enthalten können, vom Benutzer komplett ausgetauscht und vom Hersteller nachgeliefert werden können.
Die Erfindung betrifft auch einen Multimode-Mikroplatten-Leser zum spektroskopischen Messen optischer Eigenschaften von Proben, die in Näpfchen einer Mikrotitierplatte aufgenommen sind, Das Gerät zeichnet sich dadurch aus, dass der Multimode-Mikroplatten-Leser ein System der in dieser Anmeldung beschriebenen Art aufweist.
Figurenliste
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind.

1 zeigt schematisch nach Art eines Blockdiagramms einige Komponenten eines Systems zur Ermittlung optischer Eigenschaften von Proben mittels Fluoreszenzspektroskopie und anderen optischen Untersuchungsmethoden gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 zeigt im Schnitt ein in einem Multimode-Mikroplatten-Leser enthaltenes System zur Ermittlung optischer Eigenschaften von Proben mittels Fluoreszenz-, Lumineszenz- und Absorptionsmessungen gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3A zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus 2 mit einem ersten Wechseloptikmodul, das in der Modulaufnahmevorrichtung des Systems oberhalb der Messposition aufgenommen ist;
3B zeigt eine Variante des ersten Wechseloptikmoduls in isometrischer Ansicht;
4A zeigt einen Schnitt durch ein zweites Wechseloptikmodul, das in der Modulaufnahmevorrichtung des Systems oberhalb der Messposition aufgenommen ist;
4B zeigt eine Variante des zweiten Wechseloptikmoduls in isometrischer Ansicht;
5A zeigt einen Schnitt durch ein drittes Wechseloptikmodul, das in der Modulaufnahmevorrichtung des Systems oberhalb der Messposition aufgenommen ist;
5B zeigt das zweite Wechseloptikmodul in isometrischer Ansicht
6A zeigt einen Schnitt durch ein viertes Wechseloptikmodul, das in der Modulaufnahmevorrichtung des Systems oberhalb der Messposition aufgenommen ist;
6B zeigt das vierte Wechseloptikmodul in isometrischer Ansicht;
7A zeigt das System aus 2 umgestellt auf eine Konfiguration, mit der an einer alternativen Messposition eine Fluoreszenzmessung von unten („Bottom-Messung“) durchgeführt werden kann;
7B zeigt einen Schnitt durch ein als Umlenkmodul konfiguriertes fünftes Wechseloptikmodul, das in der Modulaufnahmevorrichtung des Systems oberhalb der Messposition aufgenommen ist;
8 bis 10 zeigen verschiedene Ansichten eines linear verschiebbar gelagerten Modulträgers zum Tragen mehrerer unterschiedlicher Wechseloptikmodule.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
In der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen werden relative Positionen von Optikkomponenten bzw. optischen Elementen mit Präpositionen wie „zwischen“, „vor“, „hinter“ oder dergleichen beschrieben. Diese Präpositionen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf optische Positionen entlang eines optischen Pfads zwischen einer Lichtquelle über eine Messposition bis zu einem Detektor. Bezeichnungen wie „erster“, „zweiter“, „dritter“ etc. dienen ausschließlich der eindeutigen Identifizierung der entsprechenden Elemente und beschreiben im Allgemeinen nicht die Reihenfolge, in der Elemente in einem optischen Pfad angeordnet sind.
Die 1 zeigt schematisch nach Art eines Blockdiagramms eine mögliche Konfiguration eines Systems SYS zur Ermittlung optischer Eigenschaften von Proben mittels Fluoreszenzspektroskopie und anderen optischen Untersuchungsmethoden, insbesondere Lumineszenzmessungen und Absorptionsmessungen. Die zu messenden Proben können in Näpfchen (wells) einer nicht dargestellten Mikrotiterplatte bereitgestellt werden, die in einer nicht dargestellten Probenhaltereinrichtung aufgenommen ist. In der gezeigten Situation befindet sich eine Probe P an einer Messposition MP des Systems SYS.
Für Fluoreszenzmessungen und Absorptionsmessungen wird Fremdlicht einer bestimmten Wellenlänge bzw. eines eng definierten, schmalbandigen Wellenlängenbereichs benötigt. Bei Fluoreszenzmessungen dient das Fremdlicht als Anregungslicht zur Anregung von Fluorophoren in der Probe. Zur Erzeugung von spektral definiertem Fremdlicht sind Einrichtungen EAS vorgesehen, zu denen eine polychromatische primäre Lichtquelle LQ („Weißlichtquelle“) gehört. Eine zwischen der Lichtquelle LQ und der Messposition MP bzw. der Probe P angeordnete Wellenlängen-Selektionseinrichtung SEL dient dazu, aus dem relativ breitbandig einfallenden Licht der Lichtquelle LQ einen bestimmten, relativ eng begrenzten Wellenlängenbereich spektral zu isolieren bzw. zu selektieren und die außerhalb dieses Wellenlängenbereichs liegenden Wellenlängen zu unterdrücken. Wellenlängen-Selektionseinrichtung SEL arbeitet variabel, es kann also Fremdlicht unterschiedlicher Wellenlängen(bereiche) ausgewählt werden. Das von den Einrichtungen EAS erzeugte Fremdlicht gelangt über einen nachfolgenden Abschnitt eines ersten optischen Pfads OP1 zur Probe P.
Im Beispielsfall kann ein Benutzer auswählen, auf welche Weise das Fremdlicht aus dem Licht der Lichtquelle spektral isoliert werden soll. Die Einrichtungen EAS umfassen dazu einen durchstimmbaren dispersiven Monochromator MC (Einfach-Monochromator oder Doppelmonochromator) und eine variable Anregungsfilteranordnung FT-A, die wahlweise genutzt werden können. Eine umstellbare Weicheneinrichtung WE kann genutzt werden, um entweder den Filterpfad mit der Anregungsfilteranordnung FT-A (gestrichelte Linie) oder den Monochromatorpfad mit dem Monochromator MC (durchgezogene Linie) zu nutzen.
Ein zweiter optischer Pfad OP2 dient zum Übertragen von durch die Probe emittiertem Licht zu einem nachgeschalteten photosensitiven Detektor DET. Der zweite optische Pfad kann als Emissionspfad bezeichnet werden. Im Emissionspfad (zweiter optischer Pfad) kann ebenfalls wahlweise mit auswählbaren Filtern oder einem verstellbaren Monochromator gearbeitet werden, um unerwünschte Wellenlängenanteile vor Eintritt des Lichts in den Detektor zu unterdrücken. Mit gestrichelter Linie ist der Filterpfad durch eine Emissionsfilteranordnung FT-E dargestellt, die durchgezogene Linie führt durch einen Monochromator MC, z.B. in Form eines Doppelmonoch romators.
Zu dem System SYS gehört ein Wechseloptikmodul-Set SET mit mehreren unterschiedlich konfigurierten, wahlweise nutzbaren, auswechselbaren Wechseloptikmodulen WOM1 bis WOM 4. Das System SYS umfasst eine gerätefeste Modulaufnahmevorrichtung MA zum Aufnehmen eines dieser auswechselbaren Wechseloptikmodule in einer definierten Funktionsstellung in unmittelbarer Nähe der Probe P. Durch Auswahl und Einfügen eines geeigneten Wechseloptikmoduls kann das System optimal an ein bestimmtes Messverfahren, beispielsweise eine Fluoreszenzmessung oder eine Lumineszenzmessung, angepasst werden. Die Modulaufnahmevorrichtung MA zum Aufnehmen eines ausgewählten, auswechselbaren Wechseloptikmoduls umfasst eine eintrittsseitige erste Schnittstelle SS1 mit einer zum ersten optischen Pfad OP1 offenen ersten Öffnung zum Empfangen des Fremdlichts, welches durch Einrichtungen EAS bereits aufbereitet und bereitgestellt wird. Eine austrittsseitige zweite optische Schnittstelle SS2 hat eine zum zweiten optischen Pfad OP2 offene zweite Öffnung, durch die gegebenenfalls Licht nach Wechselwirkung mit der Probe aus dem jeweiligen Wechseloptikmodul in Richtung Detektor DET austreten kann. In jedem der Wechseloptikmodule WOM1 bis WOM4 sind ein oder mehrere Optikkomponenten zur Beeinflussung von durch das Wechseloptikmodul hindurchtretendem Licht vorgesehen. Bezüglich der ersten Schnittstelle SS1 übt das Wechseloptikmodul eine erste optische Funktion aus, bezüglich der zweiten Schnittstelle SS2 wird eine entsprechende zweite optische Funktion ausgeführt.
In 2 ist ein konkreteres Ausführungsbeispiel eines Systems SYS zur Ermittlung optischer Eigenschaften von Proben mittels Fluoreszenzspektroskopie und anderen optischen Untersuchungsmethoden (insbesondere Lumineszenzmessung und Absorptionsmessung) im Schnitt gezeigt. Das System SYS ist wesentlicher Bestandteil eines Multitechnologie-Mikroplatten-Lesers und kann in mehreren unterschiedlichen Betriebsmodi für unterschiedliche Messverfahren betrieben werden. Die Komponenten des Systems sind in einem nicht dargestellten lichtdichten Gehäuse des Geräts untergebracht.
2 zeigt das System in einer Konfiguration, bei der die optischen und anderen Komponenten so eingestellt sind, dass in einem ersten Betriebsmodus an der Messposition MP eine Fluoreszenzmessung von oben („Top-Messung“) durchgeführt werden kann. Das System kann u.a. umgestellt werden auf eine andere Konfiguration, mit der an einer alternativen Messposition MP-A eine Fluoreszenzmessung von unten („Bottom-Messung“) durchgeführt werden kann (vgl. 7A und 7B). 2A zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Konfiguration aus 1 in einem Kreuzungsbereich zwischen einem ersten optischen Pfad und einem zweiten optischen Pfad.
Die zu messenden Proben werden in Probenbehälter gefüllt, die im Beispielsfall durch Vertiefungen bzw. Näpfchen in einer Mikroplatte MPL ausgebildet sind, welche von einer in 2 nicht dargestellten Aufnahmeplatte einer Probenhalteeinrichtung aufgenommen wird, die motorisch parallel zu einer horizontalen Probenebene PE verfahren werden kann. Für Fluoreszenzmessungen von oben und für Lumineszenzmessungen werden in der Regel Mikroplatten mit Probenbehältern mit nicht transparentem Boden verwendet. Die Probenbehälter können alternativ dazu einen für sichtbares Licht transparenten Boden aufweisen. Sie sind dann z.B. für Fluoreszenzmessung oder Lumineszenzmessungen von unten oder für Absorptionsmessungen geeignet.
Die Mikroplatte MPL ist im Beispielsfall so angeordnet, dass sich ein Probenbehälter PB mit einer darin befindlichen Probe P in einer Messposition MP befindet, in der eine Fluoreszenzmessung von oben durchgeführt werden kann. Eine vertikale optische Hauptachse HA der Vorrichtung verläuft durch die Messposition MP.
Das System weist eine primäre Lichtquelle LQ in Form einer Xenon-Lampe auf. Es kann sich je nach Anwendung um eine Blitzlampe oder eine Dauerstrich-Lampe handeln. Alternativ kann zum Beispiel auch eine Glühlampe (zum Beispiel eine Halogenlampe, für Dauerstrich-Betrieb) oder ein Laser (Dauerstrich oder gepulst) als Lichtquelle verwendet werden. Die polychromatische Lichtquelle LQ hat ein breites Emissionsspektrum im sichtbaren Spektralbereich („Weißlicht“). Die Lichtquelle ist an einer Trägerstruktur des Systems fest bzw. stationär angebracht, sie kann bei Bedarf zum Zwecke der Justage in ihrer Lage leicht verändert werden, muss aber zum Wechsel zwischen unterschiedlichen Messmethoden oder - Betriebsmodi nicht bewegt werden
Das System SYS weist weiterhin einen photosensitiven Detektor DET auf, der oberhalb der Probenebene zentriert zur Hauptachse HA in einer festen Detektorposition an der Trägerstruktur der Vorrichtung montiert ist. Dieser stationäre Detektor DET kann gleichermaßen für Top-Messungen und Bottom-Messungen genutzt werden, also im ersten und im zweiten Betriebsmodus. Der Detektor DET kann beispielsweise einen Photomultiplier aufweisen oder eine Photodiode.
Das System SYS weist einen weiteren photosensitiven Detektor DET2 auf, der an einer festen Detektorposition unterhalb der Messposition MP angeordnet ist. Dieser Detektor DET2 kommt bei Absorptionsmessungen bzw. Absorbanzmessungen bzw. bei Messungen der optischen Dichte zum Einsatz.
Ein erster optischer Pfad OP1 dient zum Übertragen von spektralen Anteilen des Lichts der Lichtquelle LQ als Fremdlicht zu der Messposition MP bzw. zu der dort angeordneten Probe P.
Ein zweiter optischer Pfad OP2 dient zum Übertragen von durch die Probe emittiertem Licht in zu dem Detektor DET.
3A zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Konfiguration aus 1 mit dem Bereich der Messposition MP und einem Kreuzungsbereich des ersten optischen Pfads OP1 mit dem zweiten optischen Pfad OP2.
Bei der in 2 gezeigten ersten Betriebsstellung wird der erste optische Pfad OP1 (Fremdlichtpfad, bei Fluoreszenzmessungen auch Anregungspfad) zur Übertragung von Fremdlicht von oben in die Messposition MP genutzt. Zum ersten optischen Pfad gehört eine erste Linse L1 (Einzellinse oder Linsenanordnung mit mehreren Linsen) zur Parallelisierung des divergenten Weißlichts der Lichtquelle LQ. Der ersten Linse L1 ist eine Anregungsfilteranordnung FT-A mit einem Filterschieber FS nachgeschaltet, der mehrere Aufnahmemöglichkeiten für Filter FT1 (Bandpassfilter) aufweist und mithilfe eines Stellmotors horizontal bewegt werden kann. Anstelle eines Filterschiebers kann auch ein Filterrad vorgesehen sein.
Der erste optische Pfad OP1 führt in der gezeigten Konfiguration von der Lichtquelle über eine optionale motorisch umschaltbare Weicheneinrichtung WE durch drei weitere Linsen horizontal zu der oberhalb der ersten Messposition MP1 angeordneten selektiven Strahlumlenkeinrichtung SU, die dazu dient, den ersten optischen Pfad OP1 vom zweiten optischen Pfad OP2 zu separieren. Die Strahlumlenkeinrichtung SU weist hinter einer Linse L2 einen horizontalen Abschnitt eines lichtdichten Röhrchens oder Kanals auf, welcher an einem in 45° zur Horizontalrichtung geneigten Umlenkspiegel US1 in einen nach unten offenen vertikalen Abschnitt des Röhrchens oder Kanals übergeht. Der vertikale Abschnitt ist koaxial zur Hauptachse HA und zur Messposition MP oberhalb dieser Messposition angebracht, so dass der erste optische Pfad OP1 am Umlenkspiegel US1 umgelenkt bzw. gefaltet wird und Anregungslicht vertikal von oben in eine an der Messposition MP angeordnete Probe geleitet wird.
In der Probe P befindet sich eine Substanz, die durch das Fremdlicht (Anregungslicht) dazu angeregt werden kann, Fluoreszenzlicht zu emittieren. Das Fluoreszenzlicht ist gegenüber dem Anregungslicht zu niedrigeren Energien bzw. größeren Wellenlängen verschoben. Das Ausmaß der spektralen Rotverschiebung ist für die Substanz spezifisch und wird als Stokes-Verschiebung bzw. Stokes-Shift bezeichnet.
Das Emissionslicht gelangt über einen zweiten optischen Pfad OP2 im Wesentlichen vertikal nach oben von der Probe P zu dem Detektor DET, der in Abhängigkeit vom auftreffenden Licht elektrische Signale erzeugt, die einer nicht gezeigten Auswerteeinheit zugeführt werden, um das Emissionslicht zur Charakterisierung der Probe spektral auszuwerten.
Das nach allen Richtungen abstrahlende Emissionslicht wird mithilfe eines Kollektors COL in Form eines nach oben sich öffnenden Parabolspiegels der Strahlumlenkeinrichtung SU kollimiert, so dass die Strahlen des Emissionslichts im Wesentlichen parallel zur Vertikalrichtung in Richtung Detektor DET laufen.
Oberhalb der Strahlumlenkeinrichtung SU ist zwischen dieser und dem Detektor DET eine zwischen mehreren Betriebsstellungen umschaltbare Emissionsfilteranordnung FT-E zur selektiven Filterung von Emissionslicht vor Eintritt in den Detektor DET angebracht. Die Emissionsfiltereinrichtung weist einen linear horizontal und orthogonal zur Hauptachse verschiebbaren Filterschieber auf, der für die Messungen von oben mehrere Filteraufnahmepositionen für Emissionsfilter spektral unterschiedlicher Durchlasscharakteristik aufweist. Der zweite optische Pfad OP2 führt somit von der Probenposition MP geradlinig vertikal zu dem darüber angeordneten Detektor DET, wobei das Emissionslicht einen Emissionsfilter durchtritt.
Das System SYS umfasst in der dargestellten Konfiguration eine optionale alternative Messposition MP-A, die zusätzlich zu der Messposition MP vorgesehen ist. Die alternative Messposition kann u.a. bei einer Fluoreszenzmessung von unten (Bottom-Messung) genutzt werden (vgl. 7A und 7B). Ein dritter optischer Pfad OP3 dient zum Übertragen von Anregungslicht zu einer in der alternativen Messposition angeordneten Probe. Über einen vierten optischen Pfad OP4 kann durch die Probe emittiertes Licht zum Detektor DET übertragen werden. Einfachere Systeme haben keine alternative Messposition.
Eine Besonderheit des Systems besteht darin, dass die der Probe am nächsten liegenden Optikkomponenten (bzw. optischen Elemente) des Anregungsstrahlengangs (erster optischer Pfad OP1) und des Emissionsstrahlengangs (zweiter optischer Pfad OP2) für einen Benutzer sehr einfach an die spezifischen Anforderungen unterschiedlicher Messverfahren angepasst werden können. Das System ist daher in zwei Teilsysteme aufgeteilt, wobei die bei allen Messverfahren gleichermaßen nutzbaren Bestandteile nur einmal vorhanden sind und in einem ersten Teilsystem untergebracht sind, während Optikkomponenten, die besonders zur Anpassung an ein spezifisches Messverfahren beitragen und sich wenigstens bei einigen unterschiedlichen Messverfahren unterscheiden, in einem vom ersten Teilsystem gesonderten zweiten Teilsystem untergebracht sind. Diese methodenspezifischen Teilsysteme werden im Rahmen dieser Anmeldung als Wechseloptikmodule bezeichnet und sind bestimmungsgemäß bequem auswechselbar bzw. einwechselbar. Diese Auswechselbarkeit bedeutet im Beispielsfall, dass zum Auswechseln keine Werkzeuge und kein Eingriff des Benutzers in das System nötig sind.
In der Konfiguration von 2 ist ein erstes Wechseloptikmodul WOM1 in seiner Funktionsstellung oberhalb der Messposition MP dargestellt. Das erste Wechseloptikmodul WOM1 ist Bestandteil eines Wechseloptikmodul-Sets SET, welches mehrere unterschiedlich konfigurierte Wechseloptikmodule aufweist, die wahlweise genutzt und bei Bedarf gegen ein andersartiges Wechseloptikmodul ausgetauscht werden können. Um diese Austauschbarkeit der Wechseloptikmodule zu gewährleisten, umfasst das System SYS verschiedene optisch-mechanische Schnittstellen mit genau definierten Schnittstelleneigenschaften, an die die Wechseloptikmodule angepasst sind.
Dasjenige Teilsystem, welches die bei allen Messverfahren gleichermaßen nutzbaren Komponenten enthält, weist einen Grundkörper GK auf, der gestellfest an einem Gestell des Systems montiert ist und als Träger für Komponenten des nicht austauschbaren Teilsystem dient. In dem Grundkörper ist an der der Messposition MP zugewandten Seite eine nach unten offene Modulaufnahmevorrichtung MA zum Aufnehmen jeweils eines auswechselbaren Wechseloptikmoduls ausgebildet. Die Modulaufnahmevorrichtung MA hat im Beispielsfall in der dargestellten Ebene einen etwa rechteckförmigen Querschnitt, welcher an drei Seiten durch im Wesentlichen ebene Anlageflächen begrenzt und nach unten offen ist. Das erste Wechseloptikmodul WOM1 ist, genau wie die anderen Wechseloptikmodule, hinsichtlich seiner äußeren Form an die Form und Größe der Modulaufnahmevorrichtung angepasst und im Beispielsfall im Wesentlichen quaderförmig mit teilweise ebenen Außenflächen, so dass das Wechseloptikmodul weitgehend spielfrei mit hoher Positioniergenauigkeit (z.B. weniger als 1/10 mm) in die Modulaufnahmevorrichtung hineinpasst. Die Modulaufnahmevorrichtung erstreckt sich senkrecht zu einer Ebene, die durch die Hauptachse HA sowie die optische Achse des ersten optischen Pfads zwischen Lichtquelle und Modulaufnahmevorrichtung aufgespannt ist, also senkrecht zur Zeichenebene. In dieser Richtung ist die Modulaufnahmevorrichtung MA wenigstens an einer Seite seitlich offen, so dass ein Wechseloptikmodul durch Verschieben in dieser Richtung bis zum Erreichen seiner Funktionsstellung in die Modulaufnahmevorrichtung hineingeführt oder aus der Funktionsstellung durch lineare Bewegung herausbewegt werden kann.
Die Modulaufnahmevorrichtung MA weist eine erste Schnittstelle SS1 auf, an der eine zum ersten optischen Pfad OP1 offene erste Öffnung vorgesehen ist. Weiterhin ist eine zweite Schnittstelle SS2 vorgesehen, die eine zum zweiten optischen Pfad OP2 offene zweite Öffnung aufweist. Die Öffnungen sind an zueinander senkrechten Seiten des Wechseloptikmoduls angeordnet. Die erste Öffnung ist der Lichtquelle LQ zugewandt, die zweite Öffnung ist dem Detektor DET zugewandt.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel mit alternativer Messposition MP-A ist an der Modulaufnahmevorrichtung noch eine dritte Schnittstelle SS3 mit einer zum dritten optischen Pfad OP3 offenen dritten Öffnung und eine vierte Schnittstelle SS4 mit einer zum vierten optischen Pfad OP4 offenen vierten Öffnung vorgesehen. Diese Schnittstellen können bei Varianten ohne alternative Messposition entfallen.
Über die erste Schnittstelle SS1 wird bei denjenigen Verfahrensvarianten, die für die Messung Anregungslicht der Lichtquelle LQ benötigen, Anregungslicht in das Wechseloptikmodul eingekoppelt. Dieser Eingang für Anregungslicht ist hinsichtlich seines Orts, der Richtung der Einkopplung, der Strahlungsform (hier parallele Strahlung) und seines Durchmessers definiert bzw. standardisiert. Dies bedeutet im Beispielsfall, dass alle Wechseloptikmodule, die die erste Schnittstelle zum Einkoppeln von Anregungslicht nutzen, dafür ausgelegt sind, weitgehend paralleles Anregungslicht zu empfangen. Hierfür hat das erste Wechseloptikmodul WOM1 eine zur ersten Schnittstelle passende erste Öffnung O1, die beispielsweise kreisförmig sein kann und an die sich ein geradliniger Kanal in Richtung der Strahlumlenkeinrichtung SU anschließt.
Die zweite Schnittstelle SS2 dient dem Hindurchlassen von Emissionslicht aus dem Wechseloptikmodul in Richtung Detektor DET. Sie liegt koaxial zur Hauptachse HA. Auch diese Schnittstelle ist hinsichtlich des Orts, der Richtung, der am Ort der Schnittstelle vorliegenden Strahlungsform (hier im Wesentlichen kollimiertes Emissionslicht) und des Durchmessers für alle Wechseloptikmodule gleich. Das erste Wechseloptikmodul WOM1 weist eine zur zweiten Schnittstelle SS2 gehörige zweite Öffnung O2 auf, die zur zweiten Schnittstelle SS2 passt. Die zweite Öffnung O2 liegt koaxial zur Hauptachse HA an der der Probe abgewandten Oberseite des Wechseloptikmoduls WOM1, wenn sich dieses in Funktionsstellung befindet.
Das erste Wechseloptikmodul WOM1 hat weiterhin eine dritte Öffnung O3 zum Abgeben von Licht in Richtung der Messposition MP und/oder zum Empfangen von Licht aus der Messposition MP. Die dritte Öffnung O3 fluchtet mit der zweiten Öffnung 02 und liegt koaxial zu dieser. Sie ist an der der Probe P zuzuwendenden Unterseite des Wechseloptikmoduls angeordnet. Bei eingebautem Wechseloptikmodul sind die zweite und die dritte Öffnung koaxial zur Hauptachse HA angeordnet.
Die dritte Schnittstelle SS3 und die vierte Schnittstelle SS4, die die Zugänge zur alternativen Messposition MP-A bilden, werden durch die Außenwände des ersten Wechseloptikmoduls WOM1 abgedeckt, so dass das Wechseloptikmodul hier die optische Funktion eines Verschlusses hat, wenn es in seiner Funktionsstellung angeordnet ist. Die beiden Schnittstellen SS3 und SS4 müssen jedoch nicht abgedeckt werden, sie können auf unabgedeckt bzw. offen bleiben.
In dem ersten Wechseloptikmodul WOM1 sind die Optikkomponenten der selektiven Strahlumlenkeinrichtung SU montiert, die einen innerhalb des Wechseloptikmoduls zwischen der ersten Öffnung 01 und der dritten Öffnung O3 liegenden Teilpfad des ersten optischen Pfads OP1 von einem innerhalb des Wechseloptikmoduls zwischen der dritten Öffnung O3 und der zweiten Öffnung O2 liegenden Abschnitt des zweiten optischen Pfads OP2 geometrisch separieren. Dazu gehören die Linse L2, die in dem von der ersten Öffnung 01 in Richtung des Umlenkspiegels US1 laufenden Kanal angeordnet ist, der 45°-Umlenkspiegel, der von einem nach Art eines Rüssels geknickten Rohr getragen wird, sowie der nach oben offene Parabolspiegel des Kollektors COL, dessen eintrittsseitige Eingangsöffnung die dritte Öffnung O3 des ersten Wechseloptikmoduls WOM1 bildet.
Das erste Wechseloptikmodul WOM1 kann, wie im dargestellten Beispiel, zur Fluoreszenzmessung von oben verwendet werden. Es ist auch verwendbar für eine Absorptionsmessung mittels des zweiten Detektors DET2. Dabei wird lediglich das Anregungslicht in die Probe P von oben eingekoppelt, der Teil des Emissionspfads, der von der dritten Öffnung O3 zur zweiten Öffnung O2 in Richtung Detektor DET verläuft, wird dabei nicht genutzt.
Das erste Wechseloptikmodul WOM1 kann auch für Lumineszenzmessungen genutzt werden. Dabei wird der Anregungspfad über die erste Schnittstelle nicht genutzt, sondern lediglich der von der dritten Öffnung O3 zur zweiten Öffnung O2 nach oben durchgehende Teilpfad, durch den das Lumineszenzlicht, durch den Parabolspiegel gesammelt, in Richtung Detektor DET geführt wird.
Das erste Wechseloptikmodul WOM1 kann gegebenenfalls auch für Fluoreszenz-Polarisationsmessungen genutzt werden. Eine besonders an die Messung von Fluoreszenz-Polarisation angepasste Variante wird im Zusammenhang mit 5A beschrieben. Eine besonders an hochempfindliche Lumineszenzmessungen angepasste Variante wird im Zusammenhang mit 4A beschrieben.
3B zeigt eine Variante eines ersten Wechseloptikmoduls WOM1', dessen äußere Form im Wesentlichen der äußeren Form des in 3A gezeigten ersten Wechseloptikmoduls WOM1 entspricht. Diese Variante ist mit zwei Injektoren IN1, IN2 ausgestattet, zu denen schräg in Richtung der dritten Öffnung bzw. der Probe geführte Kanäle gehören, durch die hindurch eine Injektionsspitze zum Einführen eines Reagenzes in die Probe vor und/oder während der Messung geführt werden kann. Das „optische Innenleben“ der Variante aus 3B entspricht ansonsten derjenigen des ersten Wechseloptikmoduls WOM1.
Anhand der 4A und 4B werden zwei Varianten eines zweiten Wechseloptikmoduls WOM2 erläutert, welches für hochempfindliche Lumineszenzmessungen optimiert ist. Im Unterschied zum ersten Wechseloptikmodul WOM1 fehlt der zur ersten Schnittstelle SS1 offene Kanal für Anregungslicht. Stattdessen ist das zweite Wechseloptikmodul WOM2 so gestaltet, dass es eine der ersten Schnittstelle SS1 zugeordnete Blockierungsstruktur zum Blockieren von Licht aus der ersten Schnittstelle SS1 bildet, indem die ebene Außenseite des Wechseloptikmoduls das Ende des zuführenden Kanals verschließt. Zwischen der der Probe zuzuwendenden dritten Öffnung O3, durch die Lumineszenzlicht hineintritt, und der oben angeordneten zweiten Öffnung O2, durch die das Lumineszenzlicht in Richtung Detektor DET austreten kann, ist ein Kollektor COL zum Sammeln des von unten eintretenden Lichts und zu dessen Parallelisierung angeordnet, wiederum in Form eines sich nach oben öffnenden Parabolspiegels PS. Alternativ kann eine Sammellinse oder eine Linsenanordnung mit mehreren insgesamt sammelnd wirkenden Linsen vorgesehen sein. Da, anders als beim ersten Wechseloptikmodul WOM1, kein den Umlenkspiegel haltender Rüssel in den Strahlengang zwischen dritter und zweiter Öffnung hineinragt, wird bei Verwendung dieses Wechseloptikmoduls weniger Emissionslicht absorbiert, so dass höherempfindliche Lumineszenzmessungen möglich sind. Da zudem der Parabolspiegel keinen Durchlass zum ersten optischen Pfad und somit keine Durchbrechung der Spiegelfläche aufweist, ist etwas mehr Spiegelfläche vorhanden, so dass die Einsammeleffizienz gegenüber einer Variante mit seitlichem Durchlass (vgl. WOM1) erhöht ist. Wegen der über dem Kollektor stehenden Filter im Emissionsstrahlengang ist das zweite Wechseloptikmodul auch besonders gut für Messungen über Bioluminescence Resonance Energy Transfer (BRET) geeignet.
Die in 4B gezeigte Variante eines zweiten Wechseloptikmoduls WOM2' hat genau wie die Variante von 4A im Inneren des von unten nach oben (von der dritten zur zweiten Öffnung) durchgehenden Kanals einen sich nach oben öffnenden Parabolspiegel als Kollektor für Lumineszenzlicht. Im Unterschied zu der dortigen Ausführungsform gibt es jedoch eine Stelleinrichtung ST zur axialen Verstellung der Position des Parabolspiegels innerhalb des zweiten Wechseloptikmoduls WOM2. Damit wird der Parabolspiegel bei Nichtgebrauch des Wechseloptikmoduls von der Oberfläche der darunter befindlichen Mikroplatte abgehoben. Das geschieht mittels eines Kurvengetriebes, welches in der einen Endstellung den Parabolspiegel in der beschriebenen oberen Lage hält und bei der der Taster an der Frontseite des Moduls herausgefahren ist. Diese „Ruhe-“Stellung wird mittels einer Druckfeder im Modul aufrechterhalten. Wird nun das Wechseloptikmodul in die Funktionsstellung gefahren, so wird der Taster von der Funktionsfläche, welche die Schnittstelle SS1 enthält, gegen die Federkraft der Druckfeder hineingedrückt und das Kurvengetriebe gibt den Parabolspiegel frei, der jetzt mittels seines Eigengewichtes mit seiner Unterkante auf der Oberfläche der Mikroplatte aufsetzen kann. Dann kann der Parabolspiegel zur Abschirmung gegen seitliche Einstrahlung dienen, wodurch Lumineszenzmessungen mit höherer Störfertigkeit ohne „Crosstalk“ von Nachbarnäpfchen möglich sind. An der Oberseite des Wechseloptikmoduls WOM2' ist im Übrigen noch ein schräggestellter Injektor IN zum Einführen einer Injektionsspitze vorgesehen.
Anhand der 5A und 5B wird ein drittes Wechseloptikmodul WOM3 beschrieben, welches für alle Fluoreszenzmessungen geeignet ist, jedoch besonders für Anwendungen mit Erfassung von Polarisationsinformation Vorteile bietet. Der innere Aufbau ist bezüglich der Einleitung von Anregungslicht von der ersten Schnittstelle SS1 ähnlich oder identisch zum ersten Wechseloptikmodul WOM1, weshalb auf die dortige Beschreibung verwiesen wird. Anstelle des dort vorgesehenen Kollektors in Form eines Parabolspiegels ist jedoch eine plankonvexe Linse PL als Kollektor für das aus der Probe P austretende Emissionslicht vorgesehen. Die als Kollektor dienende Linse ist geometrisch zwischen dem Umlenkspiegel US2 der Strahlumlenkeinrichtung SU und der dritten Öffnung O3 angeordnet. Anordnung und Brechkraft der Linse PL sind so ausgelegt, dass die Linse PL im Abstand der Brennweite über der Probe steht, wenn sich das dritte Wechseloptikmodul WOM3 in seiner dargestellten Funktionsstellung befindet. Dadurch wird im Wesentlichen paralleles Emissionslicht zum Detektor geleitet. Eine sammelnde Linse kann sowohl über dem Umlenkspiegel (also zwischen Umlenkspiegel und zweiter Öffnung) als auch, wie gezeigt, unter dem Umlenkspiegel stehen. Steht sie, wie gezeigt, unter dem Umlenkspiegel, so kann mehr Licht in einem größeren Raumwinkel gesammelt werden.
Allerdings müsste bei Verwendung einer nicht durchbrochenen Linse Anregungslicht durch die Linse hindurchtreten und könnte durch Streuung direkt in den Emissionspfad geraten. Um dies zu vermeiden, hat die Linse PL des Ausführungsbeispiels ein koaxial zur optischen Achse durchgehendes Loch LO als Durchlass für das Anregungslicht. Die Wände des Lochs können seitlich abgedichtet sein, um einen Eintrag von Anregungslicht in den Emissionsstrahlengang zu verhindern. Für eine Reagenzinjektion in die Messposition kann eine nicht dargestellte horizontale Zuführung unterhalb der Linse vorgesehen sein, welche schräg oberhalb der Probe in Richtung der Probe abknickt. Eine Kunststofflinse könnte auch zur Durchführung einer Injektionsspitze durchbohrt sein.
Anhand der 6A und 6B wird ein Ausführungsbeispiel eines vierten Wechseloptikmoduls WOM4 beschrieben, das eine Strahlumlenkeinrichtung SU mit einem dichroitischen Spiegel bzw. Dichroit-Spiegel DS aufweist. Der ebene Dichroit-Spiegel ist innerhalb des Wechseloptikmoduls in Verlängerung des von der ersten Öffnung O1 kommenden Kanals zwischen der zweiten Öffnung O2 und der dritten Öffnung O3 angeordnet und steht in einem Winkel von 45° zu der die zweite und dritte Öffnung verbindenden Achse, welche bei Wechseloptikmodul in Funktionsstellung koaxial zur Hauptachse HA verläuft. Die optisch wirksame Beschichtung des Dichroit-Spiegels ist an die Fluoreszenzeigenschaften des bei der Messung in der Probe P vorgesehenen Fluorophors angepasst und so ausgelegt, dass das kürzerwellige Anregungslicht, welches von der ersten Öffnung O1 kommt, in Richtung der dritten Öffnung O3 reflektiert wird, während das energieärmere Emissionslicht mit längerer Wellenlänge von der dritten Öffnung O3 kommend in Richtung der zweiten Öffnung O2 transmittiert wird.
Zwischen dem Dichroit-Spiegel DS und der dritten Öffnung O3 ist in deren Nähe eine plankonvexe Linse PL angebracht, die das parallel ankommende Anregungslicht in Richtung des Fokus in der Probe P fokussiert und das von der Probe ausgehende Emissionslicht in Richtung des Detektors parallelisiert. Ein Wechseloptikmodul-Set kann mehrere unterschiedliche vierte Wechseloptikmodule mit Dichroit-Spiegeln für unterschiedliche Kantenwellenlängen enthalten, beispielsweise zwei, drei, vier oder fünf unterschiedliche Wechseloptikmodule der Art des vierten Wechseloptikmoduls mit Dichroit-Spiegel.
Anhand der 7A und 7B wird nun beschrieben, wie mithilfe eines geeigneten, als UmlenkModul ausgelegten fünften Wechseloptikmoduls WOM5 das System aus 2 für eine Bottom-Messung an der alternativen Messposition MP-A umkonfiguriert werden kann. An der alternativen Messposition MP-A ist im Beispielsfall ein Messkopf MK vorgesehen, der unterhalb der Probenebene PE angeordnet ist. Der abschnittsweise durch einen Lichtleiter LL3 geführte dritte optische Pfad OP3 führt innerhalb des Messkopfs MK zu einer selektiven Strahlumlenkeinrichtung SU1. Diese kann ähnlich aufgebaut sein wie die Strahlumlenkeinrichtung SU des ersten Wechseloptikmoduls WOM1, hat also im Beispielsfall einen um 45° zur Vertikalen geneigten ebenen Umlenkspiegel US1, der das Anregungslicht nach oben in Richtung zur alternativen Messposition MP-A umlenkt, sowie einen als Kollektor wirkenden Parabolspiegel PS, der zum Sammeln des von der Probe nach unten ausgehenden emittierten Lichts eine obere Eintrittsöffnung aufweist und sich nach unten parabolisch erweitert. Über einen weiteren Umlenkspiegel wird das Emissionslicht in einen Lichtleiter LL4 des vierten optischen Pfads eingekoppelt und zurück zum Grundkörper in Richtung der vierten Schnittstelle geführt.
Eine Reagenzinjektion in die alternative Messposition kann mithilfe einer Injektoreinrichtung INJ erfolgen, welche seitlich versetzt gegenüber der Top-Messstelle steht.
Das fünfte Wechseloptikmodul WOM5 dient zur Umschaltung zwischen Top-Messung im Bereich der Messposition MP und einer Bottom-Messung im Bereich der alternativen Messposition MP-A. Das fünfte Wechseloptikmodul WOM5 weist hierzu eine erste Umlenkeinrichtung UL1 in Form eines Planspiegels im Strahlengang zwischen der ersten Öffnung 01 und der dritten Öffnung O3 auf, um das Anregungslicht um 90° nach oben zu lenken und in den dritten optischen Pfad OP3 einzukoppeln. Eine zweite Umlenkeinrichtung UL2 in Form eines Planspiegels ist dafür vorgesehen, das von der vierten Schnittstelle SS4 eintretende Emissionslicht in Richtung der zweiten Schnittstelle SS2 bzw. der dort vorhandenen zweiten Öffnung des Wechseloptikmoduls WOM5 umzulenken. Ist das fünfte Wechseloptikmodul WOM5 in seine in 7A, 7B gezeigte Funktionsstellung eingefahren, so kann die alternative Messposition MP-A genutzt werden, während kein Licht der Lichtquelle in die Messposition MP gelangt.
Ein nicht bildlich dargestelltes Ausführungsbeispiel eines sechsten Wechseloptikmoduls ist speziell für Absorptionsmessungen ausgelegt. Diese Messungen benötigen keine Sammlung von Licht in Richtung des Detektors DET, da der zweite Detektor DET2 genutzt wird. Die zweite Schnittstelle kann blockiert werden. Ein Paraboloid (oder ein anderer Kollektor, z.B. eine Linse) kann entfallen. Es reicht eine saubere Lichtführung ohne Erzeugung von Streulicht von der ersten Öffnung über eine Strahlumlenkung (z.B. Planspiegel) zu der der Messposition zugewandten dritten Öffnung aus. Im Strahlweg kann ggf. eine Linse liegen. Der Strahlweg kann innerhalb eines geschwärzten Kanals liegen.
Der Austausch und der Einbau bzw. das Einführen der Wechseloptikmodule in die Modulaufnahmevorrichtung ist auf unterschiedliche Weisen möglich. Manche Ausführungsformen sind für einen manuellen Wechsel eingerichtet. Jedes Wechseloptikmodul des Wechseloptikmodul-Sets kann gesondert aufbewahrt und im Bedarfsfall durch einen Bediener in die Modulaufnahmevorrichtung eingesetzt und dann verwendet werden. Für das Auswechseln und Befestigen können z.B. Imbusschrauben oder manuell betätigbaren Schnellverschlusselemente vorgesehen sein.
Bei anderen Ausführungsformen sind die optischen Elemente mehrerer unterschiedlicher Wechseloptikmodule in einen monolithischen Block integriert, so dass die mehreren Wechseloptikmodule einen Optikblock bilden. Beispielsweise können die optischen Komponenten des ersten Wechseloptikmoduls WOM1, des zweiten Wechseloptikmoduls WOM2, des dritten Wechseloptikmoduls WOM3 und des vierten Wechseloptikmoduls WOM4 sowie gegebenenfalls des fünften Wechseloptikmoduls WOM5 in entsprechende Kanäle eines einzelnen, monolithischen Grundträgers eingebaut sein. Der Optikblock kann insgesamt so gestaltet sein, dass durch eine Verschiebung oder eine andersartige Verlagerung des Optikblocks wahlweise die zu den jeweiligen Schnittstellen gehörenden Öffnungen in die jeweilige Schnittstellenposition gebracht werden können, so dass das entsprechende Wechseloptikmodul genutzt werden kann.
Beispielsweise kann ein Optikblock ausschließlich mit Wechseloptikmodulen ausgestattet sein, in denen unterschiedliche dichroitische Spiegel mit unterschiedlichen Kantenwellenlängen verbaut sind, so dass eine einfache Anpassung an unterschiedliche Fluorophore allein durch Einführen des daran angepassten Wechseloptikmoduls in die Funktionsstellung erreicht werden kann. Es wäre beispielsweise auch möglich, einen Optikblock mit mehreren Wechseloptikmodulen auszustatten, die jeweils unterschiedliche Parabolspiegel zur Sammlung des Emissionslichts haben, um eine einfache Anpassung an unterschiedliche Plattenformate zu erhalten. Diese Konstruktionsweise von Wechseloptikmodulen ist auch offen für spätere Neuentwicklungen weiterer Wechseloptikmodule für hier nicht beschriebene Anwendungen.
Eine andere Möglichkeit zur Gruppierung mehrerer unterschiedlicher Wechseloptikmodule eines Wechseloptikmodul-Sets wird anhand der 8 bis 10 erläutert. Bei dieser Variante ist ein beweglich gelagerter Modulträger MT vorgesehen, der im Beispielsfall mithilfe einer horizontal verlaufenden Geradführung GF und einer angeformten Führungsleiste FL im Bereich der Modulaufnahmevorrichtung MA horizontal linear verschoben werden kann. Der Modulträger MT bietet insgesamt vier Modulplätze MP1 bis MP4 zum Einbau unterschiedlicher Wechseloptikmodule. Die lineare Verschiebung wird mithilfe eines Stellmotors SM realisiert, der an die Steuereinrichtung des Systems SYS angeschlossen ist und zur Fortbewegung des Modulträgers eine Antriebsspindel SP dreht, die in eine Spindelmutter eingreift, welche am Modulträger montiert ist. Der Modulträger hat eine horizontale Grundplatte GP, in der für jeden der vier Einbauplätze eine kreisrunde Durchlassöffnung auf der nach unten gerichteten Probenseite vorgesehen ist. Am Ende der Reihe ist ein fünftes Wechseloptikmodul WOM5 zur Umschaltung zwischen Top-Messung und Bottom-Messung in den Modulträger fest (nicht auswechselbar) integriert. Der vertikale Pfeil in 9 symbolisiert die Messposition, in welcher von einer Probe emittiertes Licht aus der Mikroplatte in das darüber angeordnete Wechseloptikmodul eintritt. 10 zeigt den voll bestückten Modulträger MT, bei dem auf jedem der Modulplätze ein anderes Wechseloptikmodul mittels Schrauben o.dgl. montiert ist. Die Darstellung zeigt das erste Wechseloptikmodul WOM1 in seiner Funktionsstellung, in welcher Anregungslicht horizontal über die erste Öffnung 01 eintritt und emittiertes Licht durch die zweite Öffnung O2 in Richtung zum Detektor austritt. Daneben ist das zweite Wechseloptikmodul WOM2 für hochempfindliche Lumineszenzmessungen dargestellt, vorne ist der Taster TS zur Betätigung der Vertikalverstellung des integrierten Parabolspiegels zu erkennen. Am dritten Platz ist das mit Dichroit-Spiegel versehene vierte Wechseloptikmodul WOM4 montiert, der vierte Einbauplatz trägt das dritte Wechseloptikmodul WOM3 für Fluoreszenz-Polarisationsmessungen.
Mithilfe dieser Anordnung ist es möglich, ohne Eingriff eines Bedieners in das Innere des Systems SYS allein über Ansteuerung des Stellantriebs SM wahlweise ein ausgewähltes Wechseloptikmodul aus einer Vielzahl verfügbarer Wechseloptikmodule in die Funktionsstellung innerhalb der Modulaufnahmevorrichtung einzufahren, um dadurch das System für ein spezielles Messverfahren zu ertüchtigen.
In der Konfiguration in 2 ist zum Zwecke der spektralen Isolierung der gewünschten Anregungswellenlänge ein Filter FT1 (Bandpassfilter, Anregungsfilter) des Filterschiebers FS in den Strahlengang des ersten optischen Pfades OP1 geschoben. Dem Filterschieber ist eine motorisch umschaltbare Weicheneinrichtung WE nachgeschaltet, die mehrere wahlweise in den Strahlengang einfahrbare optische Einheiten aufweist. Für die dargestellte Messung von oben ist die erste optische Einheit OE1 in den ersten optischen Pfad eingefügt. Die erste optische Einheit OE1 kann mehrere Linsen aufweisen und lässt das vorgefilterte Anregungslicht geradlinig in Richtung einer selektiven Strahlumlenkeinrichtung SU durch.
Es ist auch eine Bypass-Konfiguration einstellbar. Wird anstelle der ersten optischen Einheit OE1 eine (nicht dargestellte) zweite optische Einheit mit Umlenkelementen (z.B. 45° Planspiegeln) in den Strahlengang eingefügt, so wird das von der Lichtquelle LQ kommende Anregungslicht über Lichtleiter oder ohne Nutzung von Lichtleitern (über geometrische Strahlführung) in einen optional vorgesehenen dispersiven Monochromator MC in Form eines Doppelmonochromators ausgekoppelt In diesem Fall ist eine filterfreie Position im Filterschieber FS einzustellen, um den dispersiven Monochromator MC mit Weißlicht beschicken zu können. In dieselbe zweite optische Einheit wird Licht einer bestimmten Wellenlänge aus dem dispersiven Monochromator heraus wieder über einen Lichtleiter (oder ohne Lichtleiter) und eine Linse eingekoppelt und mittels eines Umlenkspiegels in Richtung der Strahlumlenkeinrichtung SU gelenkt.
Im Emissionspfad kann ebenfalls wahlweise mit Filtern (wie in 2) oder mit Monochromator gearbeitet werden. Der Filterschieber der Emissionsfiltereirichtung FT-E (oder ein Filterrad) stehen bei der Konfiguration in 2 über der Modulaufnahmevorrichtung MA mit eingeführtem Wechseloptikmodul bzw. über der zweiten Schnittstelle SS2. Darüber steht eine (weitere) Linse, welche das parallele Licht auf eine Fokalebene fokussiert, sodass in diesem Bereich der Lichtstrahl konvergent ist. Zur Messung von Lumineszenz oder Fluoreszenz mit Filtern befindet sich in der Fokalebene z.B. die Photokathode des als Detektor DET dienenden Photomultipliers. Zur Emissionsmessung kann eine Ausführung mit ortsabhängig variablen Filtern im Emissionsstrahlengang verwendet werden (vgl. z.B. DE 10 2013 224 463 B4 ).
Bei einer alternativen Konfiguration (nicht dargestellt) werden in den konvergentem Lichtstrahl vor dem Detektor zwei 45°-Planpegel eingefahren. Der erste lenkt das weiterhin konvergente Licht in einen Lichtleiter LL5, welcher das Licht zum Eingangsspalt eines dispersiven Monochromators MC bringt. Der zweite lenkt das Licht, welches über einen weiteren Lichtleiter LL6 vom Ausgang des Monochromators zurückkommt, zum Detektor DET. Der erste Lichtleiter LL5 hat ein rundes Eingangsprofil und ein rechteckiges Ausgangsprofil, dem Eingangsspalt angepasst. Der zweite Lichtleiter LL6 hat an beiden Enden ein rechteckiges Profil, damit die Abbildung auf das rechteckige Profil der Photokathode eines bevorzugt verwendeten Photomultipliers angepasst wird. Auch diese Spiegel können auf einem gemeinsamen Schieber montiert sein.
Geräte mit Systemen gemäß einem Ausführungsbespiel können mithilfe der Wechseloptikmodule so konfiguriert werden, dass Messungen von Lumineszenz, Fluoreszenz, Photometrie, Fluoreszenz - Polarisation, Bioluminescence Resonance Energy Transfer (BRET), Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET), Time Resolved Fluorescence (TRF), Liquid Scintillation Counting (LSC) in den verschiedensten Kombinationen möglich sind.
Anstelle eine polychromatischen Lichtquelle mit nachgeschaltetem Wellenlängen-Selektionseinrichtung können die Einrichtungen zur Erzeugung von spektral definiertem Anregungslicht auch einen Laser oder eine andere monochromatische Lichtquelle aufweisen. Eine gesonderte Wellenlängen-Selektionseinrichtung kann dann entfallen. Bei Verwendung eines Punktlasers als Lichtquelle kann z.B. laser-induzierte Lumineszenz gemessen werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung können auch beschrieben werden als System zur Messung optischer Eigenschaften von Proben in Mikroplatten nach verschiedenen Verfahren und in unterschiedlichen Konfigurationen. Diese Systeme weisen eine universelle Geräteplattform (auch Grundgerät genannt) auf, woraus durch Einbringen unterschiedlicher Module (in dieser Anmeldung als Wechseloptikmodule bezeichnet) Messsysteme für spezifische Anwendungen entstehen. Zu den Anwendungen gehören u.a. Absorptionsmessung, Fluoreszenzmessung von oben und von unten, Messung von Chemo- und Biolumineszenz von oben und von unten.
Die Aufteilung der Funktionen zwischen Plattform (Grundgerät) und Modulen ist derart, dass möglichst viele kostenverursachende Komponenten sich in der Plattform befinden und somit nur einmal erforderlich sind, weshalb in den Wechseloptikmodulen nur die für die spezielle Aufgabe erforderlichen Teile und möglichst nur solche mit niedrigen Kosten verwendet werden. Zu den kostenverursachenden Komponenten gehören insbesondere Lichtquellen, Detektoren, Monochromatoren und in Transmission arbeitende optische Filter.
Die Plattform (das Grundgerät) enthält eine Vorrichtung zur Probenpositionierung in mindestens eine Messposition. Eine optionale, vorzugsweise vorgesehene, weitere Messposition (zweite Messposition) dient zur Messung von unten). Es ist mindestens eine Lichtquelle für die Messung von Absorption und Fluoreszenzanregung vorgesehen, wobei das Licht auf einem ersten optischen Pfad (auch Fremdlichtpfad genannt) von der Lichtquelle zur Probe gebracht wird. Wenn erforderlich, weist dieser erste optische Pfad Vorrichtungen zur Wellenlängenselektion auf diesem ersten Pfad nach verschiedenen Verfahren auf, insbesondere optische Filter oder Monochromatoren mit einem oder mehreren Beugungsgittern. Weiterhin ist ein Emissionspfad vorhanden, auf dem das in der Probe erzeugte Fluoreszenz- oder Lumineszenzlicht zu mindestens einem Detektor gebracht wird. Der erste optische Pfad kann wahlweise oder gleichzeitig zur Anregung von Fluoreszenzstrahlung oder zur Absorptionsmessung dienen. Bei letzterer führt ein kurzer Lichtpfad vom (transparenten) Boden der Mikroplatte zu einem Absorptionsdetektor, wobei für die die Probe verlassenden Lichtstrahlen wiederum eine Wellenlängenselektion nach verschiedenen Verfahren möglich ist.
Eine solche Plattform enthält vorzugsweise mindestens zwei Detektoren, nämlich einen für Fluoreszenz, den anderen für Absorptionsmessung. Der Absorptionsdetektor (z.B. ein Halbleiterdetektor) befindet sich vorzugsweise unterhalb der Messposition bzw. der Mikroplatte. Die Mikroplatten müssen zur Absorptionsmessung einen lichttransparenten Boden haben, während bei Fluoreszenzmessungen normalerweise Mikroplatten mit lichtundurchlässigen Böden und Seitenwänden zum Einsatz kommen. Somit kann es zwei Lichtaustrittspfade geben, wobei der erste der sog. Emissionspfad ist, der das Fluoreszenzlicht in Richtung Wellenlängenselektion und ersten Detektor (oder Detektorpaar) bringt, während der zweite der Absorptionspfad oder Transmissionspfad ist, auf dem die Lichtabsorption oder optische Dichte einer Probe bestimmt wird.
Durch Einbau eines spezifischen Moduls (Wechseloptikmodul) wird also aus der Plattform ein Messsystem.
Alle Wechseloptikmodule des Wechseloptikmodul-Sets haben identische optische und mechanische Schnittstellen zur Plattform. Es kann vorgesehen sein, unterschiedliche Wechseloptikmodule mit im Prinzip gleicher Messaufgabe, jedoch optimiert im Hinblick auf das Probenformat bzw. Raster bereitzustellen, z.B. angepasst für Mikroplatten für 24, 96, 384 oder 1536 Probenbehälter (wells).
Bei der Messung von Bio/Chemolumineszenz bleibt der Anregungspfad außer Funktion, da das Licht in der Probe selbst durch chemische Reaktionen erzeugt wird. Im Emissionspfad ist eine Wellenlängenselektion meist nicht erforderlich, benutzt wird vorzugsweise der Filterpfad. In dem dort vorhandenen Filterschieber oder Filterrad ist vorzugsweise eine Leerposition vorgesehen, sodass das Emissionslicht ungehindert und somit ohne durch Wellenlängenselektion verbundene Intensitätsverluste zum Detektor gelangt. Bei Bedarf kann aber eine Wellenlängenselektion durch Filter oder Monochromator erfolgen.
Am Ende des Emissionspfades steht normalerweise ein Photomultiplier als Detektor. Es gibt auch die Version mit zwei Photomultipliern, wenn zwei Wellenlängen gleichzeitig gemessen werden sollen. Dazu werden die Wellenlängen vor der Messung getrennt und Licht der ersten Wellenlänge wird dem einen, Licht der zweiten Wellenlänge dem anderen Photomultiplier zugeführt.
Wenn ausreichend Licht zur Verfügung steht, können auch Halbleiter-Detektoren verwendet werden. Dies wäre z.B. bei Einsatz einer Laser-Lichtquelle möglich
Unter der Messposition bzw. einer darin angeordneten Mikroplatte befindet sich vorzugsweise ein Absorptionsdetektor, z.B. eine Photodiode.
Unmittelbar vor dem Eintritt des Anregungslichtes in ein Wechseloptikmodul kann durch einen halbdurchlässigen Spiegel ein kleiner Teil abgezweigt und einem weiteren Detektor zwecks Kalibrierung der Lichtblitze zugeführt werden.
Bei den meisten Ausführungsbeispielen werden Weißlichtquellen eingesetzt z.B. Xenon-flash oder Halogen-Lichtquellen. Dann muss für Absorptions- und Fluoreszenzmessungen der gewünschte Wellenlängenbereich bzw. Frequenzbereich durch Filter oder Monochromatoren ausgewählt werden werden. Diese können u.a. sein: Bandpass, Highpass, Lowpass, AOTF (acusto-optical tunable filters), geometrisch variable Filter, Gittermonochromatoren mit einem oder zwei Gittern.
Bei Lichtquellen, die nur eine Wellenlänge emittieren (Laser, Leuchtdioden) ist eine Wellenlängentrennung nicht mehr erforderlich und der Strahl kann von der Quelle direkt auf die Probe gelenkt werden, u.U. mit einer Strahlführung durch Linsen oder Spiegel. Um mit mehreren Wellenlängen zu arbeiten, kann ein Satz verschiedener Lichtquellen wechselweise in Position gebracht werden.
Alle Wechseloptikmodule, die für eine Messung an der Messposition genutzt werden sollen, haben an ihrer Unterseite eine Öffnung (dritte Öffnung). Durch diese tritt das Licht aus der Probe ein oder, bei Absorptionsmessungen, aus.
Durch eine andere Öffnung (erste Öffnung) tritt Licht in das Wechseloptikmodul ein und wird in Richtung Probe gelenkt und erzeugt dort entweder Fluoreszenz oder tritt, bei Absorptionsmessung, durch die in einer Mikroplatte mit transparentem Boden befindliche Probe unten aus. Bei Lumineszenzmessungen braucht man keinen von einer Lichtquelle zugeführten Strahl, dann ist diese Öffnung funktionslos.
Durch eine weitere Öffnung (zweite Öffnung) tritt das von der Probe kommende Licht in den Emissionspfad aus. Eine Sammlung des Lichtes kann schon innerhalb des Modules erfolgen (z.B. mittels Paraboloid oder Linse).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2072998 A2 [0009, 0025]
DE 102013224463 B4 [0106]

Claims

System (SYS) zum Messen optischer Eigenschaften von Proben, insbesondere mittels Fluoreszenzmessungen, Bio- und Chemolumineszenzmessungen und/oder Absorptionsmessungen, umfassend: eine Probenhalteeinrichtung zum Anordnen einer Probe (P) in einer Messposition (MP); Einrichtungen zur Erzeugung von spektral definiertem Fremdlicht, wobei die Einrichtungen eine Lichtquelle (LQ) umfassen; einen Detektor (DET); einen ersten optischen Pfad (OP1) zum Übertragen des Fremdlichts zu der Probe (P); und einen zweiten optischen Pfad (OP2) zum Übertragen von durch die Probe emittiertem Licht zu dem Detektor (DET); gekennzeichnet durch eine Modulaufnahmevorrichtung (MA) zum Aufnehmen eines auswechselbaren Wechseloptikmoduls (WOM1, WOM2, WOM3, WOM4, WOM5), wobei die Modulaufnahmevorrichtung eine erste Schnittstelle (SS1) mit einer zum ersten optischen Pfad (OP1) offenen ersten Öffnung zum Empfangen des von den Einrichtungen erzeugten Anregungslichts und eine zweite Schnittstelle (SS2) mit einer zum zweiten optischen Pfad (OP2) offenen zweiten Öffnung aufweist; ein Wechseloptikmodul-Set (SET) mit mehreren unterschiedlich konfigurierten Wechseloptikmodulen (WOM1, WOM2, WOM3, WOM4, WOM5), die wahlweise in einer Funktionsstellung innerhalb der Modulaufnahmevorrichtung (MA) positionierbar sind, wobei jedes der Wechseloptikmodule mindestens eine Optikkomponente zur Beeinflussung von durch das Wechseloptikmodul hindurchtretendem Licht aufweist und wobei wenigstens eines der Wechseloptikmodule (WOM1, WOM3, WOM4) aufweist: eine der ersten Schnittstelle (SS1) zugeordnete erste Öffnung (O1) zum Empfangen von Licht aus der ersten Schnittstelle (SS1), eine der zweiten Schnittstelle (SS2) zugeordnete zweite Öffnung (O2) zum Abgeben von Licht durch die zweite Schnittstelle (SS2), eine dritte Öffnung (O3) zum Abgeben von Licht in Richtung der Messposition (MP) und/oder zum Empfangen von Licht aus der Messposition (MP); eine selektive Strahlumlenkeinrichtung (SU) zur Separation eines innerhalb des Wechseloptikmoduls zwischen der ersten Öffnung (O1) und der dritten Öffnung (O3) liegenden Abschnitts des ersten optischen Pfades (OP1) von einem innerhalb des Wechseloptikmoduls zwischen der dritten Öffnung (O3) und der zweiten Öffnung (O2) liegenden Abschnitt des zweiten optischen Pfads (OP2).
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Öffnung (O3) mit der zweiten Öffnung (O2) fluchtet.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlumlenkeinrichtung (SU) einen Umlenkspiegel (US1, US2) zum Umlenken von Licht aus Richtung der ersten Öffnung (O1) in Richtung der dritten Öffnung (O3) und einen Kollektor (COL) zum Sammeln von durch die dritte Öffnung (O3) eintretendem Licht in Richtung der zweiten Öffnung (O2) aufweist.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor (COL) einen Parabolspiegel (PS) aufweist.
System nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor (COL) eine Sammellinse (PL) aufweist.
System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammellinse (PL) geometrisch zwischen dem Umlenkspiegel (US2) und der dritten Öffnung (O3) angeordnet ist und eine Durchbrechung (LO) zum Hindurchlassen von Licht von der ersten Öffnung (O1) zu der dritten Öffnung (O3) aufweist.
System nach Anspruch 1, 2, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlumlenkeinrichtung (SU1) des Wechseloptikmoduls (WOM4) einen dichroitischen Spiegel (DS) aufweist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Wechseloptikmodule (WOM2) aufweist: eine der ersten Schnittstelle (SS1) zugeordnete Blockierungsstruktur zum Blockieren von Licht aus der ersten Schnittstelle (SS1), eine der zweiten Schnittstelle (SS2) zugeordnete zweite Öffnung (O2) zum Abgeben von Licht durch die zweite Schnittstelle (SS2), eine dritte Öffnung (O3) zum Empfangen von Licht aus der Messposition; wobei die dritte Öffnung (O3) mit der zweiten Öffnung (O2) fluchtet und zwischen der dritten und der zweiten Öffnung ein Kollektor (COL) zum Sammeln von durch die dritte Öffnung (O3) eintretendem Licht in Richtung der zweiten Öffnung (O2) vorgesehen ist.
System (SYS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem am Ende des zweiten Pfades (OP2) angeordneten Detektor (DET) wenigstens ein zweiter Detektor (DET2) vorgesehen ist, der vorzugsweise an einer festen Detektorposition unterhalb der Messposition (MP) angeordnet ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zusätzlich zu der Messposition (MP) vorgesehene alternative Messposition (MP-A), einen dritten optischen Pfad (OP3) zum Übertragen von Fremdlicht zu einer in der alternativen Messposition angeordneten Probe (P); und einem vierten optischen Pfad (OP4) zum Übertragen von durch die Probe emittiertem oder transmittiertem Licht zu dem Detektor (DET); wobei die Modulaufnahmevorrichtung (MA) eine dritte Schnittstelle (SS3) mit einer zum dritten optischen Pfad offenen dritten Öffnung und eine vierte Schnittstelle (SS4) mit einer zum vierten optischen Pfad offenen vierten Öffnung aufweist.
System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Wechseloptikmodule (WOM5) aufweist: eine der ersten Schnittstelle (SS1) zugeordnete erste Öffnung (O1) zum Empfangen von Licht aus der ersten Schnittstelle (SS1), eine der zweiten Schnittstelle (SS2) zugeordnete zweite Öffnung (O2) zum Abgeben von Licht durch die zweite Schnittstelle (SS3), eine erste Umlenkeinrichtung (UL1) zum Umlenken von durch die erste Öffnung (O1) empfangenem Licht in Richtung der dritten Öffnung (O3), und eine zweite Umlenkeinrichtung (UL2) zum Umlenken von durch die vierte Öffnung (O4) empfangenem Licht in Richtung der zweiten Öffnung (O2).
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass keines der Wechseloptikmodule (WOM1, WOM2, WOM3, WOM4, WOM5) des Wechseloptikmodul-Sets (SET) eine Wellenlängen-Selektionseinrichtung aufweist, insbesondere keinen Bandpassfilter und keinen dispersiven Monochromator.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechseloptikmodul (WOM1, WOM2, WOM3, WOM4, WOM5) genau zwei oder genau drei Optikkomponenten aufweist, wobei diese Bedingung vorzugsweise für mehrere oder alle Wechseloptikmodule des Wechseloptikmodul-Sets (SET) gilt.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechseloptikmodul (WOM1, WOM2, WOM3, WOM4, WOM5) ausschließlich eine oder mehrere passive Optikkomponenten aufweist, die Licht ohne Wellenlängenveränderung beeinflussen, wobei diese Bedingung vorzugsweise für mehrere oder alle Wechseloptikmodule des Wechseloptikmodul-Sets gilt.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechseloptikmodul (WOM1, WOM2, WOM3, WOM4, WOM5) einen massiven Block aus einem verwindungssteifen Material, insbesondere Aluminium, aufweist, in welchem Bohrungen zur Bildung der optischen Pfade eingebracht sind, wobei Optikkomponenten direkt oder mithilfe individueller Fassungen an den vorgesehenen Positionen innerhalb des Blocks montiert sind.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Optikkomponenten eines Wechseloptikmoduls (WOM2') als verstellbare Komponente ausgebildet ist, insbesondere um die Position des Optikelements bezüglich des Koordinatensystems des Wechseloptikmoduls zu verändern.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen beweglich gelagerten Modulträger (MT), der mehrere oder alle Wechseloptikmodule (WOM1, WOM2, WOM3, WOM4, WOM5) des Wechseloptikmodul-Sets (SET) derart trägt, dass ein ausgewähltes Wechseloptikmodul aus einer Mehrzahl von Wechseloptikmodulen durch Bewegung des Modulträgers in die Funktionsstellung oder aus der Funktionsstellung bewegbar ist.
Multimode-Mikroplatten-Leser zum spektroskopischen Messen optischer Eigenschaften von Proben, die in Näpfchen einer Mikrotitierplatte aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Multimode-Mikroplatten-Leser ein System (SYS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.