DE112015001072T5 - Fluoreszenzspektrometer - Google Patents

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Abstract

Bei der Analyse von Proben mit unbekannten Konzentrationen kommt es häufig zu Situationen, bei denen der dynamische Bereich unzureichend ist und eine erneute Analyse erforderlich wird. Demgemäß wird ein Fluoreszenzspektrometer vorgeschlagen, das ein einzelnes Objektbild in mehrere Bilder mit unterschiedlicher Fluoreszenzintensität unter Zuhilfenahme von Bildzerlegungsbauteilen zerlegt und gleichzeitig eine Mehrzahl von Bildern, die dabei in unterschiedlichen Bereichen innerhalb der gleichen Nachweisebene erhalten worden sind, erfasst.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fluoreszenzspektrometer, das für die Analyse einer Nucleinsäure oder eines Proteins verwendet wird.
  • Stand der Technik
  • Ein Beispiel für Fluoreszenzspektrometer ist eine kapillarelektrophoretische Vorrichtung. Die kapillarelektrophoretische Vorrichtung wird hauptsächlich zur Bestimmung einer Basensequenz oder einer Basenlänge von DNA verwendet. Bei der Kapillarelektrophorese wird ein dünnes Rohr, das als Kapillare bezeichnet wird, mit einem Wanderungsmedium, zum Beispiel einem Gel, gefüllt und ein DNA-Fragment einer Probe wird zur Wanderung in der Kapillare veranlasst. Die Zeitspanne, die eine Probe zur Beendigung der Wanderung über einen konstanten Abstand (normalerweise von einem Ende der Kapillare zum anderen Ende) benötigt, wird gemessen, um so die Länge des DNA-Fragments zu bestimmen. Die einzelnen Proben, d. h. die einzelnen DNA-Fragmente, werden mit einem fluoreszierenden Pigment markiert und ein Fluoreszenzsignal der gewanderten Probe wird mittels eines optischen Detektors, der sich am Ende der Kapillare befindet, erfasst.
  • In PTL 1 wird ein multifokales System als ein Beispiel für derartige Systeme, bei dem eine Mehrzahl von Kapillaren mit einem Laserstrahl bestrahlt werden, beschrieben. Bei diesem System wird eine Kapillare an einem Ende oder an beiden Enden einer Kapillarenanordnung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Mehrzahl von an einem ebenen Substrat angeordneten Kapillaren umfasst, mit einem Laserstrahl bestrahlt. Der Laserstrahl überstreicht nach und nach die einzelnen benachbarten Kapillaren und durchquert so die Kapillarenanordnung. Die in der Kapillarenanordnung hervorgerufene Lichtemission wird mit einem Photodetektor erfasst. Eine Probe, die mit einem fluoreszierenden Pigment markierte DNA umfasst, wird in die Kapillare eingeführt und die Probe wird mit einem Laserstrahl so bestrahlt, dass der Laserstrahl die Mehrzahl von in einer Reihe angeordneten Kapillaren überstreicht. Die fluoreszenzmarkierte DNA, die mit dem auf die Kapillare gerichteten Laserstrahl bestrahlt wird, emittiert Fluoreszenzlicht. Durch Messung des von den einzelnen Kapillaren ausgehenden Fluoreszenzlichts ist es möglich, die DNA der in die einzelnen Kapillaren eingeführten Probe zu analysieren. Entsprechendes gilt bei der Analyse von Proteinen oder dergleichen.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Vorrichtung wird beim Erfassen des Fluoreszenzlichts dieses Licht, das von den einzelnen fluoreszierenden Pigmenten durch Bestrahlen des Kapillarenendes mit einem Laserstrahl mit spezifischer Wellenlänge erhalten worden ist, mittels eines Beugungsgitters aufgetrennt und ein Bild in einer Raumrichtung und einer Wellenlängenrichtung wird durch einen zweidimensionalen Detektor, wie eine CCD-Vorrichtung, erfasst. Ein vom Detektor aufgenommenes Bild wird in Form von Spektraldaten einer speziellen Kapillare gespeichert und für die Datenanalyse verwendet. Ein in PTL 2 beschriebenes Fluoreszenzspektrometer streut kontinuierlich das erhaltene Fluoreszenzlicht unter Verwendung eines Beugungsgitters und führt eine Analyse durch Messung eines Spektrums (tatsächlich einzeln für jedes Pixel) durch.
  • Derzeit wird die Anwendung von Analysatoren unter Verwendung eines Fluoreszenzdetektors von einem Markt für Forschungszwecke auf den Anwendermarkt erweitert. Dabei ist es erforderlich, sich mit Proben unterschiedlicher Konzentrationen zu befassen (variierende Nachweisintensität). Die vorerwähnte kapillarelektrophoretische Vorrichtung ist ein Beispiel hierfür. Ein wichtiger Fluoreszenzdetektor, der auf dem einschlägigen Gebiet verwendet wird, erfasst das Fluoreszenzlicht mit einem einzigen Detektor. Ein dynamischer Bereich oder ein Nachweisbereich des Detektors hängt vom Anregungswirkungsgrad einer fluoreszierenden Probe, dem NA-Wert einer Kameralinse oder der Leistung eines zweidimensionalen Detektors ab.
  • Bei einer Vorrichtung, bei der ein breiter dynamischer Bereich oder Nachweisbereich erforderlich ist, wird ein Verfahren herangezogen, bei dem ein Strahlteiler oder ein Filter in der Mitte eines optischen Wegs vorgesehen ist, um ein Nachweisbild zu zerlegen. Eine Mehrzahl von Bildern mit unterschiedlicher Fluoreszenzintensität wird durch eine Mehrzahl von Detektoren erhalten. Da jedoch eine Mehrzahl von teuren Detektoren erforderlich ist, besteht ein Nachteil darin, dass dadurch die Kosten der Vorrichtung steigen und die Größe einer Nachweiseinheit zunimmt.
  • Ferner hängt die Fluoreszenzintensität von der Bestrahlungszeit oder der Bestrahlungsintensität ab. Daher ist es möglich, Daten mit unterschiedlicher Intensität zu erhalten, indem man einen Parameter der Bestrahlung steuert. Somit wird ein Verfahren nahegelegt, bei dem die Bestrahlungszeit oder die Nachweiszeit während der Analyse verlängert oder verkürzt wird, wobei man einen einzigen Detektor verwendet und Daten mit unterschiedlicher Fluoreszenzintensität erhält. Jedoch kann bei einer Vorrichtung, bei der Daten in Abhängigkeit von der Zeit erhalten werden, die Anzahl der Messpunkte pro Zeiteinheit verringert sein und die Probennahmepunkte, die zum Erhalt der Daten erforderlich sind, können unzureichend sein.
  • Literaturverzeichnis
  • Patentliteratur
  • Zusammenfassende Darstellung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Nachstehend wird ein im Stand der Technik bestehendes Problem, das im Rahmen umfangreicher Untersuchungen von den Erfindern festgestellt worden ist, beschrieben.
  • Normalerweise wird in einer kapillarelektrophoretischen Vorrichtung eine Probe, deren DNA-Menge eingestellt worden ist, analysiert. Jedoch erwartet man in Zukunft, dass die Anwendung einer kapillarelektrophoretischen Vorrichtung auch auf den Anwendermarkt, zum Beispiel bei der klinischen Diagnose, bei der DNA-Identifizierung oder dergleichen, ausgeweitet wird. Dabei soll die kapillarelektrophoretische Vorrichtung die Fähigkeit besitzen, die Bearbeitung einer Probe mit unbekannter Konzentration zu ermöglichen. Wenn jedoch der dynamische Bereich unzureichend ist, ergibt sich bei der Analyse einer Probe mit hoher Konzentration ein Sättigungswert für das Nachweissignal, und bei der Analyse einer Probe mit geringer Konzentration kann häufig das Nachweissignal nicht erfasst werden. In diesem Fall muss der Analytiker die Konzentration neu einstellen und die Analyse erneut durchführen.
  • Da beispielsweise bei dem in PTL 1 beschriebenen Verfahren eine Mehrzahl von Proben gleichzeitig gemessen wird, ist die Konzentration der Proben auf den dynamischen Bereich der Vorrichtung beschränkt. Normalerweise wird bei der Analyse zur Gensequenzierung unter Anwendung von Elektrophorese die Konzentration der Probe auf fast einheitliche Werte eingestellt, indem man in einer der Elektrophorese vorgeschalteten Stufe eine zeitaufwändige Reinigung der Probe vornimmt und erst anschließend die Analyse durchführt. Beispielsweise wird die Konzentration mittels RNA geprüft und anschließend wird die Probe auf die Elektrophoresevorrichtung aufgesetzt.
  • Jedoch wird bei der Verwendung einer derzeitigen Elektrophoresevorrichtung auf dem Gebiet der klinischen Analyse der Funktion von Genen eine Probe, die nicht in ausreichendem Maße einer Vorbehandlung unterzogen worden ist, zum Ziel der Messung. Beispielsweise werden bei der Prüfung der Konzentration eine Probe in einer geringen Menge, die direkt auf die Elektrophoresevorrichtung ohne Bestätigung der Konzentration aufgesetzt wird, oder eine Probe, bei der die Konzentration vorher zur Analyse der Expression auf einen hohen Wert eingestellt worden ist, ebenfalls zum Ziel einer Messung. In diesem Fall kann ein während der Analyse erhaltener Messsignalwert den Bereich der Nachweisgrenze übersteigen. Daher stellt der Analytiker zum Zeitpunkt der Probeninjektion die Spannung und die Zeit ein und steuert die Injektionsmenge der Probe, um dann die Analyse erneut durchzuführen.
  • Ferner gibt es ein weiteres Beispiel für ein derzeitiges Analysenverfahren, bei dem die Bestrahlungszeit mit Anregungslicht auf zweierlei Weise eingestellt wird und die Bestrahlungszeit mit ungesättigter Signalintensität für die Analyse herangezogen wird. Jedoch gewährleistet eine Einstellung der Bestrahlungszeit auf zwei Werte während der Probennahme möglicherweise nicht in ausreichendem Maße die Datenverarbeitung und die Übertragungszeit. Wenn beispielsweise die Probennahmezeit 150 Millisekunden beträgt und 40 Millisekunden für einen Datenverarbeitungsvorgang vorgesehen sind, stehen für die Einstellung der Bestrahlungszeit auf zwei Werte insgesamt lediglich 70 Millisekunden zur Verfügung. In einem Fall, bei dem 100 Millisekunden als Bestrahlungszeit für das Anregungslicht erforderlich sind, um die ursprüngliche Empfindlichkeit zu gewährleisten, ist somit dieses Verfahren nicht geeignet. Ferner gibt es ein Beispiel, bei dem zwei Detektoren vorgesehen sind, um eine Messung mit zwei Werten der Bestrahlungszeit mit dem Anregungslicht durchzuführen, jedoch ist eine derartige Vorrichtung teuer.
  • Lösung der Aufgabe
  • Um die vorerwähnte Aufgabe zu lösen, wird bei einem erfindungsgemäßen Fluoreszenzspektrometer ein Verfahren empfohlen, bei dem ein Objektbild mittels Bildzerlegungsbauteilen in eine Mehrzahl von Bildern mit unterschiedlicher Fluoreszenzintensität zerlegt wird und die erhaltene Mehrzahl von Bildern gleichzeitig in verschiedenen Bereichen der gleichen Nachweisebene erfasst werden.
  • Vorteile der Erfindung
  • Da erfindungsgemäß Signale mit unterschiedlicher Fluoreszenzintensität gleichzeitig an der gleichen Probe extern gemessen werden, ist es möglich, den dynamischen Bereich zu erhöhen. Weitere Aufgaben, Konfigurationen und Wirkungen, die über die vorstehenden Ausführungen hinausgehen, werden bei der Beschreibung der nachstehenden Ausführungsform erläutert.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt in schematischer Weise den Aufbau einer in den einzelnen Beispielen verwendeten Vorrichtung zur Genanalyse.
  • 2 zeigt in schematischer Weise den Aufbau einer Bestrahlungseinrichtung der in Beispiel 1 verwendeten Elektrophoresevorrichtung.
  • 3 zeigt in schematischer Weise den Aufbau des Fluoreszenzspektrometers der in Beispiel 1 verwendeten Elektrophoresevorrichtung.
  • 4 zeigt den Aufbau des in Beispiel 1 verwendeten Fluoreszenzspektrometers in detaillierter Weise.
  • 5 zeigt den Bearbeitungsablauf der in Beispiel 1 verwendeten Vorrichtung zur Genanalyse.
  • 6A erläutert den Lichtstrahlverlauf in einem herkömmlichen Bilderzeugungssystem.
  • 6B zeigt den Lichtstrahlverlauf in einem Bilderzeugungssystem gemäß den Beispielen.
  • 6C zeigt Bauelemente eines Bildzerlegungsprismas.
  • 7 zeigt in schematischer Weise das in Beispiel 1 verwendete Bildzerlegungsprisma.
  • 8 zeigt ein spezielles Beispiel des in Beispiel 1 verwendeten Bildzerlegungsprismas.
  • 9A zeigt die Bildzerlegung mit einem θ15°-Prisma.
  • 9B zeigt eine Bilderzerlegung mit einem θ5°-Prisma.
  • 10 erläutert die Wirkung der Bilderzerlegung von Beispiel 1.
  • 11 erläutert den speziellen Aufbau des in Beispiel 2 verwendeten Fluoreszenzspektrometers.
  • 12 zeigt den speziellen Aufbau des in Beispiel 3 verwendeten Fluoreszenzspektrometers.
  • 13 zeigt den speziellen Aufbau des in Beispiel 3 verwendeten Fluoreszenzspektrometers.
  • 14 zeigt den speziellen Aufbau des in Beispiel 4 verwendeten Fluoreszenzspektrometers.
  • 15 zeigt den speziellen Aufbau des in Beispiel 4 verwendeten Fluoreszenzspektrometers.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Zunächst wird der schematische Aufbau des in den nachstehenden Beispielen erwähnten Fluoreszenzspektrometers beschrieben. Sämtlichen Fluoreszenzspektrometern, die in den Beispielen erwähnt sind, ist gemeinsam, dass ein Objektbild mittels eines Bildzerlegungsbauteils in eine Mehrzahl von Bildern mit unterschiedlicher Fluoreszenzintensität zerlegt wird und die erhaltene Mehrzahl von Bildern gleichzeitig in verschiedenen Bereichen innerhalb der gleichen Nachweisebene erfasst wird. Ferner wird das Fluoreszenzspektrometer verwendet, indem man das Bildzerlegungsbauteil und das Lichtstreuungsbauteil kombiniert.
  • Bei sämtlichen Geräten zur Fluoreszenzanalyse ist es aufgrund der Tatsache, dass eine Mehrzahl von Signalen mit unterschiedlicher Fluoreszenzintensität gleichzeitig an der gleichen Probe gemessen wird, möglich, den dynamischen Bereich extern zu erhöhen. Beispielsweise können zwei Typen von starken und schwachen Bildern mit einer 10-fach unterschiedlichen Signalintensität erhalten werden und Proben mit einer 10-fach unterschiedlichen Konzentration können analysiert werden. Beispielsweise kann bei einer Probe mit hoher Konzentration aufgrund der Tatsache, dass die Fluoreszenzintensität hoch ist und ein Bild am Detektor gesättigt ist, eine genaue Analyse nicht durchgeführt werden. In diesem Fall wird die Analyse unter Verwendung eines Bilds auf einer Seite mit schwacher Fluoreszenzintensität durchgeführt. Im Fall einer Probe mit geringer Konzentration wird die Analyse unter Verwendung eines Bilds mit starker Fluoreszenzintensität durchgeführt. Selbst wenn die Konzentration um den Faktor 10 verschieden ist, kann die Analyse unter Verwendung von zwei starken und schwachen Daten am Detektor in unterschiedlicher Weise durchgeführt werden.
  • Der Fluoreszenzdetektor ist so aufgebaut, dass er einen optischen Filter zur Trennung von Anregungslicht und Fluoreszenzlicht, eine Sammellinse zum Erhalt eines Bilds, ein Lichtstreuungsbauteil zum Streuen des Fluoreszenzlichts (ein Beugungsgitter, ein Prisma oder einen optischen Filter), ein optisches Bauteil zum Zerlegen des Bilds (ein Prisma, ein Strahlteiler), eine Bilderzeugungslinse und einen zweidimensionalen Detektor zum Erhalt eines Streulichtbilds in Form von Daten (CCD, CMOS oder dergleichen) umfasst.
  • Der optische Filter ist zwischen einer Objektoberfläche und der Sammellinse und hinter der Sammellinse (Kondensor) angeordnet. Ferner sind das Lichtstreuungsbauteil zum Streuen des Fluoreszenzlichts und das optische Bauelement zum Zerlegen des Bilds auf einem optischen Weg angeordnet, der hinter der Sammellinse parallel ausgerichtet ist. Eine Bilderzeugungslinse ist auf einem optischen Weg nach der Lichtstreuung und Bildzerlegung und vor dem zweidimensionalen Detektor angeordnet.
  • Das Bildzerlegungsbauteil, das zum Zerlegen eines Bilds verwendet wird (zum Beispiel ein Prisma), ist so aufgebaut, dass es eine ebene Oberfläche, die senkrecht zu einer optischen Achse (optischer Weg) des parallel ausgerichteten Fluoreszenzlichts steht, und eine ebene Oberfläche in einer Anzahl, die der Anzahl der Zerlegungen des optischen Wegs entspricht, umfasst. Die das Bild zerlegende Oberfläche ist um mehrere Grade bis mehrere zehn Grade geneigt, verglichen mit einer Oberfläche, die parallel zu der ebenen Oberfläche, die senkrecht zur optischen Achse des kollimierten Fluoreszenzlichts verläuft, steht. Beispielsweise ist die das Bild zerlegende Oberfläche im Bereich von 1° bis weniger als 20° geneigt. Demgemäß wird die optische Achse an der Bildzerlegungsoberfläche des Prismas verändert. Eine Mehrzahl von Fluoreszenzlichtwegen wird entsprechend der Anzahl der Bildzerlegungsoberflächen erzeugt, wobei das Bild zerlegt wird. Wenn ein dielektrischer Film oder ein aus der Dampfphase abgeschiedener Film auf den einzelnen Zerlegungsoberflächen zur Veränderung des Transmissionsgrads gebildet wird, lässt sich die Fluoreszenzintensität des zerlegten Bilds steuern. Ferner lässt sich die Fluoreszenzintensität der einzelnen Bilder durch Veränderung des Verhältnisses der Flächen der einzelnen Zerlegungsoberflächen steuern.
  • Ein Bildzerlegungsbauteil mit unterschiedlicher Struktur (zum Beispiel ein Strahlteiler) weist die Gestalt einer flachen Platte auf und zerlegt den optischen Weg durch Transmission und Reflexion. Das Verhältnis von Transmission zu Reflexion lässt sich steuern. Das Bildzerlegungselement ist mit einem Neigungswinkel von 45° zur optischen Achse des kollimierten Fluoreszenzlichts angeordnet. Da die optische Achse der Transmission und die optische Achse der Reflexion einen großen Winkel von 90° bilden, ist ein Spiegel vom Totalreflexionstyp auf dem optischen Weg der Transmission oder dem optischen Weg der Reflexion angeordnet und verläuft fast parallel zum zerlegten optischen Weg.
  • Nachstehend werden der Mechanismus der Bildzerlegung und der Bilderzeugung für eine Mehrzahl von Bildern mit dem Fluoreszenzspektrometer beschrieben. Bei den Fluoreszenzspektrometern der einzelnen Beispiele wird ein Laserstrahl auf die Kapillare oder dergleichen gerichtet, um ein fluoreszierendes Pigment in der Probe auf die gleiche Weise, wie bei der herkömmlichen Technik anzuregen. Das für die Analyse erforderliche Fluoreszenzlicht wird durchgelassen, während die Anregungslichtkomponente des angeregten Fluoreszenzlichts durch den optischen Filter oder dergleichen abgeschirmt wird. Das Fluoreszenzlicht wird von einer Linse gesammelt und ausgerichtet. Die nicht erforderliche Komponente wird erneut durch den optischen Filter aus dem kollimierten Fluoreszenzlicht entfernt und das Licht wird durch das Beugungsgitter gestreut. Das durch das Beugungsgitter gestreute Licht wird in Lichtkomponenten der 0. Ordnung, der 1. Ordnung und der 2. Ordnung aufgeteilt. Im Fluoreszenzspektrometer gemäß dem Beispiel ist das Bildzerlegungsbauteil auf dem optischen Weg des Lichts der 1. Ordnung, das nach der Lichtstreuung die höchste Signalintensität aufweist, angeordnet. Das durch das Beugungsgitter gestreute Licht wird in einem kollimierten Zustand gehalten.
  • Im Bildzerlegungsprisma verläuft die optische Achse durch eine Prismaoberfläche, die senkrecht zur optischen Achse steht, und wird auf der Oberfläche, die nicht parallel zur Prismaoberfläche verläuft, die aber um mehrere Grade in Bezug zum parallelen Verlauf geneigt ist, verändert. Das Licht wird an der Grenzfläche zwischen dem Prisma und der Luft gemäß dem Snell-Gesetz gebrochen. Wenn eine Mehrzahl von geneigten Oberflächen vorliegt, werden gemäß der Anzahl der Oberflächen neue optische Wege erzeugt, und ein auf das Prisma einfallendes Bild wird in eine Mehrzahl von Bildern zerlegt. Wenn dabei ein durch Abscheidung aus der Dampfphase hergestellter dielektrischer Film auf den einzelnen, für die Bildzerlegung verwendeten Oberflächen vorliegt und die Transmission gesteuert wird, ist es möglich, das Bild in Bilder mit unterschiedlicher Signalintensität zu zerlegen.
  • Schließlich werden das gestreute Licht und das in eine Mehrzahl von Bildern zerlegte Fluoreszenzlicht, mit anderen Worten, die Mehrzahl von optischen Wegen, zur Bilderzeugung mit dem zweidimensionalen Detektor unter Verwendung einer Kameralinse oder dergleichen eingesetzt. Eine Mehrzahl von zerlegten Objekten und Lichtstreuungsbildern werden auf dem zweidimensionalen Detektor gebildet. Wenn das Licht in eine Mehrzahl von optischen Wegen zerlegt wird, wird die Signalintensität des erzeugten Bilds in Abhängigkeit von der Lichtmenge der Zerlegungsoberfläche festgelegt. Ferner ist, wie nachstehend beschrieben, der Detektor nicht auf einen zweidimensionalen Detektor beschränkt; ein eindimensionaler Detektor kann gemäß einer Kombination des Bildzerlegungsbauteils und des Lichtstreuungsbauteils verwendet werden.
  • Nachstehend werden Beispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass die Beispiele lediglich in beispielhafter Weise die Durchführung der vorliegenden Erfindung beschreiben und den technischen Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht beschränken. In den einzelnen Zeichnungen werden ferner für gemeinsame Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet.
  • Beispiel 1
  • 1 erläutert in schematischer Weise den Aufbau einer Vorrichtung zur Genanalyse, bei der die Vorrichtung zur Kapillarelektrophorese zum Nachweis mit Fluoreszenzlicht verwendet wird. Der Aufbau der Vorrichtung ist in den nachstehend beschriebenen Beispielen jeweils gleich. Die Vorrichtung für die Genanalyse stellt ein Beispiel für das Fluoreszenzspektrometer dar.
  • Eine Vorrichtung zur Genanalyse 100 ist so aufgebaut, dass sie eine Datenanalysenvorrichtung 128 und eine Elektrophoresevorrichtung 101 umfasst. Die Elektrophoresevorrichtung 101 ist so aufgebaut, dass sie Folgendes umfasst: eine Nachweiseinrichtung 116 zum optischen Erfassen einer Probe, ein Thermostatisierbad 118 zur Konstanthaltung der Temperatur einer Kapillare, eine Transporteinrichtung 125 zum Transportieren verschiedener Behälter zum Ende einer Kapillarkathode, eine Hochspannungsstromqquelle 104 zum Anlegen einer hohen Spannung an die Kapillare, ein erstes Amperemeter 105 zum Erfassen eines elektrischen Stroms, der von der Hochspannungsstromquelle erzeugt worden ist, ein zweites Amperemeter 112 zum Erfassen eines elektrischen Stroms, der zur Elektrode an der Anodenseite fließt, eine Kapillarenanordnung 117, die so aufgebaut ist, dass sie eine einzige oder eine Mehrzahl von Kapillaren 102 umfasst, und einen Pumpmechanismus 103 zum Injizieren eines Polymers in die Kapillare.
  • Bei der Kapillarenanordnung 117 handelt es sich um ein austauschbares Element, das eine Mehrzahl (zum Beispiel vier) Kapillaren sowie einen Verteilerkopf 129, eine Nachweiseinrichtung 116 und einen Kapillarenkopf umfasst. Sofern das Messverfahren verändert wird, kann die Kapillarenanordnung 117 neu positioniert werden, um die Länge der Kapillare 102 einzustellen. Ferner kann dann, wenn eine Beschädigung oder eine Qualitätsbeeinträchtigung der Kapillare festgestellt wird, die Kapillarenanordnung durch eine neue Kapillarenanordnung ersetzt werden.
  • Die Kapillare 102 besteht aus einem Glasrohr mit einem Innendurchmesser von einigen 10 bis einigen 100 μm und einem Außendurchmesser von einigen 100 μm. Die Oberfläche ist mit Polyimid beschichtet, um ihre Festigkeit zu verbessern. Jedoch ist der Belichtungsbereich, der mit einem Laserstrahl zu bestrahlen ist, so aufgebaut, dass der Polyimidfilm entfernt ist, um eine im Inneren erfolgende Lichtemission leicht nach außen treten zu lassen. Das Innere der Kapillare 102 ist mit einem Trennmedium gefüllt, um bei der Elektrophorese eine unterschiedliche Wanderungsgeschwindigkeit zu erzielen. Es kann ein Trennmedium mit fließfähiger oder nicht-fließfähiger Beschaffenheit verwendet werden, wobei aber in den vorliegenden Beispielen ein Polymer mit fließfähiger Beschaffenheit verwendet wird.
  • Bei der Nachweiseinrichtung 116 handelt es sich um ein Bauelement zur Gewinnung von Informationen, die von der Probe abhängen. Die Nachweiseinrichtung wird mit Anregungslicht bestrahlt und Licht, dessen Wellenlänge von der Probe abhängt, wird emittiert. Der Nahbereich des mit Licht bestrahlten Bereichs der vier Kapillaren ist auf einer optisch flachen, ebenen Oberfläche mit einer Genauigkeit von einigen μm in Bezug auf die Höhe angeordnet und fixiert. Bei der Elektrophorese werden zwei im Wesentlichen koaxiale Laserstrahlen von beiden Seiten auf die Lichtbestrahlungsbereiche gerichtet, wobei die Strahlen kontinuierlich alle Lichtbestrahlungsbereiche durchlaufen. Aufgrund dieser Laserstrahlen wird Informationslicht (Fluoreszenzlicht mit einer von der Probe abhängigen Wellenlänge) von der Probe erzeugt und von den Lichtbestrahlungsbereichen nach außen emittiert. Dieses Informationslicht wird zur Analyse der Probe vom optischen Detektor 115 erfasst.
  • Die einzelnen Kapillarkathodenenden 127 sind durch eine hohle Elektrode 126 aus Metall fixiert und die Spitze der Kapillare steht etwa 0,5 mm von der hohlen Elektrode 126 vor. Ferner sind sämtliche hohlen Elektroden 126, die an den einzelnen Kapillaren vorgesehen sind, ganz in einen Verteilerkopf 129 eingebaut. Sämtliche hohlen Elektroden 126 sind elektrisch leitend mit einer Hochspannungsquelle 104, die am Hauptkörper der Vorrichtung angebracht ist, verbunden und werden als eine Kathodenelektrode betrieben, wenn es erforderlich ist, eine Spannung anzulegen, zum Beispiel bei der Elektrophorese, Einführung der Probe oder dergleichen.
  • Das Kapillarkathodenende 127 und das Kapillarenende (das andere Ende) auf der gegenüberliegenden Seite sind insgesamt am Kapillarenkopf befestigt und können von einem Block 107 bei spannungsfester Dichte als Verbindung durch den Kapillarenkopf gelöst werden. Eine Spritze 106 ist mit einem Strömungskanal innerhalb des Blocks 107 verbunden und die Kapillare wird vom anderen Ende durch diese Spritze 106 mit frischem Polymer gefüllt. Die Füllung der Kapillare mit dem Polymer wird jedes Mal bei der Messung vorgenommen, um das Messverhalten zu verbessern.
  • Der Pumpmechanismus 103 ist so aufgebaut, dass er die Spritze 106 und ein mechanisches System zur Ausübung von Druck auf die Spritze umfasst. Ferner stellt der Block 107 ein Verbindungselement zur Verbindung mit der Spritze 106, der Kapillarenanordnung 117, einem Anodenpufferbehälter 110 bzw. einem Polymerbehälter 109 dar. Die optische Nachweiseinrichtung ist so aufgebaut, dass sie eine Lichtquelle 114 zum Bestrahlen der Nachweiseinrichtung 116 und einen optischen Detektor 115 zum Erfassen der Lichtemission innerhalb der Nachweiseinrichtung 116 umfasst. Wenn die in der Kapillare durch Elektrophorese getrennte Probe erfasst wird, wird der Belichtungsbereich der Kapillare mit der Lichtquelle 114 bestrahlt und die Lichtemission aus dem Bestrahlungsbereich wird vom optischen Detektor 115 erfasst.
  • Das Thermostatisierbad 118 ist mit einem Isoliermaterial überzogen, um die Temperatur innerhalb des Thermostatisierbads konstant zu halten. Die Temperatur wird durch einen Heiz- und Kühlmechanismus 120 gesteuert. Ferner sorgt ein Ventilator 119 für die Zirkulation von Luft innerhalb des Thermostatisierbads und für einen Rührvorgang. Die Temperatur der Kapillarenanordnung 117 wird in Bezug auf die Position gleichmäßig und konstant gehalten. Die Transportvorrichtung 125 umfasst drei Elektromotoren und ein lineares Stellglied und kann sich in drei Achsen (vertikal, horizontal und in Tiefenrichtung) bewegen. Ferner können mindestens ein Behälter oder mehrere Behälter auf einem beweglichen Tisch 130 der Transportvorrichtung 125 platziert werden. Ferner ist im beweglichen Tisch 130 eine elektrische Greifeinrichtung 131 vorgesehen und jeder Behälter kann ergriffen oder freigesetzt werden. Daher kann die Transportvorrichtung 125 einen Kathodenpufferbehälter 121, einen Reinigungsflüssigkeitsbehälter 122, einen Abwasserbehälter 123 und einen Probenbehälter 124 je nach Bedarf zum Kathodenende unter Verwendung der Greifeinrichtung 131 transportieren. Ferner wird ein nicht benötigter Behälter an einem vorgegebenen Aufbewahrungsort innerhalb der Vorrichtung aufbewahrt.
  • Die Elektrophoresevorrichtung 101 wird in einem Zustand eingesetzt, bei dem die Vorrichtung über ein Datenübertragungskabel mit der Datenanalysenvorrichtung 128 verbunden ist. Eine Bedienungsperson kann die Funktion der Vorrichtung mittels der Datenanalysenvorrichtung 128 steuern und Daten übermitteln und empfangen, die vom Detektor innerhalb der Vorrichtung erfasst worden sind.
  • 2 zeigt in schematischer Weise den Aufbau des optischen Systems einer Laserbestrahlungseinrichtung der Genanalysenvorrichtung 100 und den Nahbereich der Nachweiseinrichtung der Kapillarenanordnung 117 sowie den Strahlungsweg des Laserstrahls. Laserblenden, Filter oder dergleichen sind auf dem einschlägigen Gebiet bekannt und nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Somit werden Laserblenden, Filter oder dergleichen der Einfachheit halber nicht dargestellt. 2(a) ist eine schematische Seitenansicht der Laserbestrahlungseinrichtung und 2(b) stellt eine schematische Vorderansicht davon dar. Jedoch gibt die Anordnungsbeziehung in 2(a) und 2(b) nicht die Anordnungsbeziehung beim Entwurf wieder.
  • Ein von einem Festkörperlaser 201 als Lichtquelle emittierter Laserstrahl 202 durchläuft einen Reflexionsspiegel 203 oder einen Strahlteiler 205 und bestrahlt die Kapillarenanordnung. Die vier Kapillaren 102 sind auf einer Referenzgrundlage 209 angeordnet und fixiert, wobei diese Anordnung als Kapillarenanordnung bezeichnet wird. Eine ebene Oberfläche, auf der die Mittelachse der vier Kapillaren 102 auf der Referenzgrundlage 209 ausgebildet ist, und eine virtuelle Ebene, auf der sich die ebene Oberfläche in einem vollständigen Raum erstreckt, werden als Kapillarenanordnungsebene bezeichnet. Ferner wird in der Kapillarenanordnungsebene eine virtuelle Gerade, die senkrecht zur Achse der vier Kapillaren verläuft und das Zentrum der Nachweiseinrichtung durchdringt, nachstehend als optische Bestrahlungsgrundachse 210 bezeichnet.
  • Der von den beiden Enden der Kapillarenanordnung eingeführte Laserstrahl 202 verläuft parallel zur Kapillarenanordnungsebene und verläuft in der gleichen Achse wie die optische Bestrahlungsgrundachse 210. Die Kapillare 102 ist so ausgebildet, dass ein Quarzglasrohr mit einem dünnen Polymerfilm (Polyimid) beschichtet ist, wobei aber in der Nachweiseinrichtung der Polymerbeschichtungsfilm entfernt ist und das Quarzglas unbedeckt ist. Der Innendurchmesser/Außendurchmesser des Quarzrohrs beträgt 50/320 μm und der Außendurchmesser der Kapillare einschließlich des dünnen Polymerfilms beträgt 363 μm. Der Abstand der Kapillaren 102 beträgt 363 μm, was dem Außendurchmesser der Kapillare entspricht, und die Breite der Kapillarenanordnung beträgt 8,7 mm (= 363 μm × 4).
  • Der Laserstrahl 202 bestrahlt die Fluoreszenznachweiseinrichtung (Bereich, wo das Quarzglas unbedeckt ist) der Kapillarenanordnung von einer Seitenfläche der Anordnung aus, und das aus der Nachweiseinrichtung emittierte Fluoreszenzlicht wird betrachtet, um DNA zu erfassen. Der Laserstrahl 202 wird durch eine Lasersammellinse 206 (f = 60 mm) konzentriert. Eine Kapillare 102 befindet sich am Ende der Kapillarenanordnung. In diese Kapillare wird der Laser eingeführt und sie wird nachstehend als erste Kapillare bezeichnet. Der Abstand zwischen der Lasersammellinse 206 und der ersten Kapillare beträgt 62 mm. Der in die erste Kapillare eingeführte Laserstrahl durchwandert anschließend einzeln die benachbarten Kapillaren und durchläuft somit vier Kapillaren.
  • Bevor der Laserstrahl 202 die Kapillare 102 erreicht, ist ein Wellenlängenplättchen (λ/4) 207 an beiden Enden der Kapillarenanordnung angeordnet, um linear polarisiertes Licht des Laserstrahls 202 in zirkular polarisiertes Licht umzuwandeln. Der Laserstrahl 202, der durch das Wellenlängenblättchen 207 auf einer Seite in das zirkular polarisierte Licht umgewandelt worden ist, wird durch das Wellenlängenblättchen 207 auf der anderen Seite erneut in linear polarisiertes Licht umgewandelt. Dabei wird die Richtung des linear polarisierten Lichts, das das Wellenlängenplättchen 207 durchlaufen hat, zweimal um 90° in Bezug zur Richtung des ursprünglichen, linear polarisierten Lichts gedreht, bevor es dem Wellenlängenplättchen 207 zugeführt wird. Ferner ist ein Polarisator 204 unmittelbar nach dem Festkörperlaser 201 als Gegenmaßnahme für das Rücklicht angeordnet. Beim Polarisator 204 handelt es sich um ein optisches Bauteil, das nur das in eine Richtung polarisierte Licht durchlässt, zum Beispiel um ein Polarisierungsplättchen oder einen Polarisationswürfel. Da der Laserstrahl, der das Wellenlängenplättchen 207 durchlaufen hat, zweimal durch den Polarisator 204 blockiert wird, erreicht der Laserstrahl nicht die Lichtquelle.
  • Nachstehend werden die Anordnung eines Bestrahlungsbereichs und die Nachweiseinrichtung anhand von 3 beschrieben. Wie vorstehend ausgeführt, ist eine Anzahl von Kapillaren 102, zum Beispiel vier, angeordnet und auf der Referenzbasis 209 aus Keramik, bei der es sich um eine ebene Oberfläche handelt, unter Bildung einer Kapillarenanordnung fixiert. Im dargestellten Beispiel sind vier Kapillaren 102 an einer Kapillarenhalteoberfläche angeordnet, durch eine flache Plattenmaske 301 aus Silizium angepresst und mit einem Klebstoff fixiert, um eine Kapillarenanordnung zu bilden.
  • Eine ebene Oberfläche, in der eine zentrale Achse von vier Kapillaren auf der Referenzbasis 209 gebildet ist, und eine virtuelle Ebene, in der sich die ebene Oberfläche zu einem vollständigen Raum erweitert, werden als Kapillarenanordnungsebene bezeichnet. Ferner werden eine Gerade, die senkrecht zur optischen Bestrahlungsgrundachse 210 und senkrecht zur Kapillarenanordnungsebene verläuft, als eine optische Nachweisgrundachse 310 bezeichnet. Der von beiden Enden der Kapillarenanordnung eingeführte Laserstrahl 202 verläuft parallel zur Kapillarenanordnungsebene und weist die gleiche Achse wie die optische Bestrahlungsgrundachse 210 auf. Jede der Kapillaren 102 ist so ausgebildet, dass ein Quarzglasrohr mit einem Polymerdünnfilm beschichtet ist, wobei aber in der Laserbestrahlungseinrichtung 302 (Nachweisbereich) der polymere Beschichtungsfilm entfernt ist und das Quarzglas unbedeckt ist.
  • 3(b) ist eine schematische Querschnittdarstellung, bei der ein Teil der Nachweiseinrichtung entlang der Oberfläche im rechten Winkel zur Kapillare im Schnitt dargestellt ist. Es handelt sich um vier Kapillaren 102. Wenn die Kapillare 102 am ersten Ende mit dem Laserstrahl 202 bestrahlt wird und der Strahl die Kapillare durchläuft, wird die nächste Kapillare 102 bestrahlt. Auf diese Weise durchläuft der Laserstrahl 202 nacheinander die Mehrzahl von Kapillaren und tritt aus der Kapillare 102 am gegenüberliegenden Ende aus. Da die Kapillare 102 eine zylindrische Gestalt aufweist und ihr Inneres mit einem Polymer gefüllt ist, sorgt die Kapillare für eine Sammelfunktion, entsprechend einer konvexen Linse. Dies verhindert, dass der Laserstrahl 202 gestreut wird. Durch Bestrahlen der Kapillare mit dem Laserstrahl 202 sowohl von der rechten Seite als auch von der linken Seite der Kapillarenanordnung ist es möglich, im Wesentlichen alle Kapillaren 102 mit dem Laserstrahl 202 mit gleichmäßiger Intensität zu bestrahlen. Daher ist es möglich, vier Proben gleichzeitig unter Aufrechterhaltung der Laserintensität zu bestrahlen. Ein Fluoreszenzdetektor 303 ist auf der optischen Nachweisgrundachse 310 angeordnet und kann gleichzeitig das Fluoreszenzlicht der vier Proben in wirksamerer Weise sammeln. Mit anderen Worten, sämtliche Proben können gleichzeitig bei Aufrechterhaltung einer hohen Empfindlichkeit erfasst werden.
  • 4 zeigt ausführlich den Aufbau des Fluoreszenzdetektors 303. 4(a) zeigt die Oberfläche, die durch die Achse der Kapillare 102 und die optische Nachweisgrundachse 310 gebildet ist. 4(b) zeigt eine Seitenansicht davon, d. h. eine Ansicht der Ebene, die durch die optische Bestrahlungsgrundachse 210 und die optische Nachweisgrundachse 310 gebildet ist. Jedoch ist in 4(b) zur Erleichterung der Beschreibung die Anordnung des optischen Systems nach dem Beugungsgitter 405 modifiziert. Eigentlich ist es erforderlich, die Anordnung so zu zeigen, dass ein dünnes Prisma (nachstehend als ”Bildzerlegungsprisma” bezeichnet) 409 oder eine Bilderzeugungslinse 406 in 4(b) geneigt ist, in Kombination mit der Anordnung von 4(a).
  • Der Fluoreszenzdetektor 303 ist so aufgebaut, dass er einen ersten optischen Filter 402 und einen zweiten optischen Filter 404 zur Trennung von Anregungslicht und Fluoreszenzlicht, eine Sammellinse 403 zum Erhalt eines Bilds, ein Beugungsgitter 405 zum Streuen des Fluoreszenzlichts, ein dünnes Prisma 409 zur Zerlegung des Bilds, eine Bilderzeugungslinse 406 zur Erzeugung eines Bilds und einen zweidimensionalen Detektor 407 (CCD, CMOS oder dergleichen) zum Erhalt des Streulichtbilds in Form von Daten umfasst.
  • Nachstehend wird ausführlich die Anordnung des optischen Bauteils und ein Mechanismus zum Zerlegen und Erzeugen einer Mehrzahl von Bildern mit dem Detektor beschrieben. Die Kapillare 102 wird mit dem Laserstrahl 202 bestrahlt, um das fluoreszierende Pigment in der Probe anzuregen. Der erste optische Filter 402, die Sammellinse 403, der zweite optische Filter 404 und das Beugungsgitter 405 sind auf der optischen Nachweisgrundachse 310 angeordnet. Wie beim Stand der Technik wird Licht, das von der Kapillare 102 emittiert wird, in Anregungslicht und eine notwendige Fluoreszenzlichtkomponente durch den ersten optischen Filter 402 aufgetrennt und das Licht wird durch die Sammellinse 403 zur Kollimation gesammelt. Das kollimierte Fluoreszenzlicht fällt erneut auf den zweiten optischen Filter 404 und eine nicht erforderliche Komponente wird entfernt. Das Fluoreszenzlicht, dessen nicht erforderliche Komponente entfernt worden ist, wird durch das Beugungsgitter 405 gestreut. Das durch das Beugungsgitter 405 erzeugte Streulicht wird in Licht der 0. Ordnung, Licht der 1. Ordnung und Licht der 2. Ordnung aufgeteilt. Im vorliegenden Beispiel wird der optische Weg des Lichts der 1. Ordnung mit der höchsten Signalintensität nach der Lichtstreuung als die optische Nachweisachse nach der Lichtstreuung 410 bezeichnet. Das dünne Prisma 409, das ein Bildzerlegungsbauteil darstellt, die Bilderzeugungslinse 406 zur Erzeugung eines Bilds und der zweidimensionale Detektor 407 (CCD, CMOS oder dergleichen) zum Erhalt eines Lichtstreuungsbilds in Form von Daten sind darauf angeordnet.
  • Das dünne Prisma 409 ist so aufgebaut, dass es eine ebene Oberfläche, die senkrecht zur optischen Achse (optischer Weg) des parallel ausgerichteten Fluoreszenzlichts – senkrecht zur optischen Nachweisgrundachse 310 – und eine ebene Oberfläche in der Anzahl, die der Anzahl der Zerlegungen des optischen Wegs entspricht, aufweist. Die Bildzerlegungsoberfläche ist um mehrere Grade bis mehrere zehn Grade (statt eines parallelen Verlaufs) zur ebenen Oberfläche, die senkrecht zur optischen Achse des kollimierten Fluoreszenzlichts steht, geneigt (nachstehend anhand von 6 beschrieben). Daher ändert sich die optische Achse der Bilderzerlegungsoberfläche des dünnen Prismas 409. Im vorliegenden Beispiel weist das dünne Prisma zwei Bildzerlegungsoberflächen mit gleichwertigen Flächen auf und zwei Fluoreszenzlichtwege 411 und 412 werden erzeugt und demzufolge wird das Bild zerlegt. Im Bildzerlegungsprisma durchläuft die optische Achse eine Prismaoberfläche, die senkrecht zur optischen Achse steht, und wird an der Oberfläche, die nicht parallel zur Prismaoberfläche verläuft, sondern um mehrere Grade in Bezug zur parallelen Oberfläche geneigt ist, verändert. Das Licht wird an der Grenzfläche zwischen dem Prisma und der Luft gemäß dem Snell-Gesetz gebeugt. Wenn eine Mehrzahl von geneigten Oberflächen vorliegt, entspricht die Anzahl der erzeugten neuen optischen Wege der Anzahl der Oberflächen und ein auf das Prisma einfallendes Bild wird zu einer Mehrzahl von Bildern zerlegt. Da der dielektrische Film oder der durch Dampfabscheidung erzeugte Film an der Zerlegungsoberfläche zur Variation des Durchlässigkeitsgrads gebildet wird, ist es möglich, die Fluoreszenzintensität des Zerlegungsbilds zu steuern. Im vorliegenden Beispiel ist ein dünnes Prisma 409 angeordnet, das eine Bildzerlegungsoberfläche mit einem Durchlässigkeitsgrad von 90% und eine Bildzerlegungsoberfläche mit einem Durchlässigkeitsgrad von 10% aufweist.
  • Am Schluss werden das Streulicht und das Fluoreszenzlicht in die Mehrzahl von Bildern zerlegt, mit anderen Worten, es werden optische Wege durch den zweidimensionalen Detektor 407 unter Verwendung der Bilderzeugungslinse 406 erzeugt. Eine Mehrzahl von Objektbildern, die durch Zerlegen eines speziellen Streulichts (Licht 1. Ordnung) erhalten worden sind, wird bildmäßig auf eine Mehrzahl von Bereichen, die die gleiche Nachweisebene des zweidimensionalen Detektors 407 darstellen, erzeugt. Wenn das Licht in eine Mehrzahl von optischen Wegen aufgespalten wird, wird die Signalintensität des zu erzeugenden Objektbilds je nach der Lichtmenge der Zerlegungsoberfläche festgelegt.
  • Das Fluoreszenzlicht, das den Fluoreszenzlichtweg 411 durchläuft, gelangt auf die Bildzerlegungsoberfläche mit einem Durchlässigkeitsgrad von 90% und demgemäß wird am zweidimensionalen Detektor 407 ein erstes Bild (stark) mit starker Signalintensität erzeugt. Das Fluoreszenzlicht, das den Fluoreszenzlichtweg 412 durchläuft, gelangt auf die Bildzerlegungsoberfläche mit einem Durchlässigkeitsgrad von 10% und demgemäß wird ein schwaches Bild (schwach) mit schwacher Signalintensität am zweidimensionalen Detektor 407 erzeugt. Das Verhältnis der Signalintensität des ersten Bilds zum Wert des zweiten Bilds beträgt etwa 9:1, was dem Verhältnis des Durchlässigkeitsgrads entspricht. Dies bedeutet, dass Daten der beiden Typen, einschließlich das erste Bild (stark) und das zweite Bild (schwach), am zweidimensionalen Detektor 407 erhalten werden.
  • Nachstehend wird ein grundlegendes Verfahren der elektrophoretischen Analyse unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. Vor Durchführung der Elektrophorese und Analysieren einer beliebigen Probe wird jedes Mal beim Ersetzen der Kapillare eine Wellenlängeneichung durchgeführt (500). Bei der Wellenlängeneichung wird eine bekannte DNA-Probe, die mit einer zu analysierenden Pigmentgruppe kalibriert ist, zum Beispiel vier fluoreszierende Pigmente, dem Wanderungsvorgang unterzogen, wodurch man Grundspektraldaten erhält. Für den Fall, dass die Analysenqualität aufgrund einer Beeinträchtigung der Kapillare 102 verringert ist und die Länge der Kapillare 102 wegen der Analyse verändert wird, stellt die Wellenlängeneichung einen Vorgang dar, der notwendigerweise nach dem Austauschen der Kapillarenanordnung durchzuführen ist.
  • Das grundlegende Verfahren für die elektrophoretische Analyse lässt sich hauptsächlich einteilen in eine Vorbereitung, Einfüllen eines Wanderungsmediums (503), vorläufige Wanderung (506), Aufsetzen einer Probe (509) und Analyse durch Elektrophorese (512). Zunächst wird die Vorbereitung vor Beginn der Elektrophorese beschrieben. Die Bedienungsperson bringt vor Messbeginn die folgenden Bestandteile in die Vorrichtung: einen Kathodenpufferbehälter 121, der eine Pufferlösung enthält, einen Reinigungsbehälter 122, der reines Wasser zur Reinigung der Kapillare enthält, einen Abfallflüssigkeitsbehälter 123 zum Entleeren eines Polymers in der Kapillare, einen Polymerbehälter 109, der ein als Trennmedium dienendes Polymer enthält, und einen Probenbehälter 124, der eine nun zu messende Probe enthält.
  • Der Anodenpufferbehälter 110 ist mit einem Puffer gefüllt, der ausreicht, um sowohl eine Elektrode (GND) 111 als auch ein Verbindungsrohr ausreichend einzutauchen. Als Pufferlösung wird eine Elektrolytlösung, die für Elektrolyseanwendungen von verschiedenen Firmen bezogen werden kann, verwendet. Ferner wird eine Probe, die das Analysenziel darstellt, in eine Öffnung des Probenbehälters 124 eingeführt. Bei der Probe handelt es sich beispielsweise um ein PCR-Produkt von DNA. Ferner wird eine Reinigungslösung zum Reinigen des Kapillarkathodenendes 127 in den Reinigungsbehälter 122 gegeben. Bei der Reinigungslösung handelt es sich beispielsweise um reines Wasser. Ferner wird ein Trennmedium zur Durchführung der Elektrophorese der Probe mit der Spritze 106 injiziert. Beim Wanderungsmedium handelt es sich beispielsweise um ein Trenngel auf der Basis von Polyacrylamid (nachstehend als Polymer bezeichnet), ein Handelsprodukt für elektrophoretische Zwecke, das von verschiedenen Firmen bereitgestellt wird.
  • Zum Zeitpunkt des Einführens der Probe in den Probenbehälter 124 werden beispielsweise zusätzlich eine positive Kontrolle, eine negative Kontrolle und eine Allelleiter zusätzlich zu einer aktuellen Probe von DNA, die das Analysenziel darstellt, aufgesetzt. Die einzelnen Proben werden der Elektrophorese in verschiedenen Kapillaren unterzogen. Bei der positiven Kontrolle handelt es sich beispielsweise um ein bekanntes PCR-Produkt mit DNA, d. h. um eine Probe für ein Kontrollexperiment zur Bestätigung der Tatsache, dass die DNA durch PCR korrekt amplifiziert worden ist. Bei der negativen Kontrolle handelt es sich um ein PCR-Produkt, das keine DNA enthält, d. h. eine Probe für ein Kontrollexperiment zur Bestätigung der Tatsache, dass ein amplifiziertes Produkt von PCR nicht durch DNA des Bedienungspersonals, durch Staub oder dergleichen verunreinigt worden ist.
  • Ferner wird der Kathodenpufferbehälter 121 mit einem Puffer in ausreichender Menge gefüllt, um die hohle Elektrode 126 und das Kapillarkathodenende 127 ausreichend einzutauchen. Beginnt der Messvorgang mit einer unzureichenden Menge an Pufferlösung oder mit leerem Kathodenpufferbehälter 121, so besteht die Gefahr, dass eine elektrische Entladung zwischen der Kathodenelektrode mit hohem elektrischem Potential und einer anderen Elektrode mit geringem elektrischem Potential zum Zeitpunkt des Anlegens einer hohen Spannung auftritt. Ferner ist das Pufferniveau an beiden Elektroden vorzugsweise gleich. Damit soll vermieden werden, dass das Polymer in der Kapillare nicht durch einen Druck, der durch die Differenz zwischen dem hohen und niedrigen elektrischen Potential hervorgerufen wird, zur Bewegung veranlasst wird. Ferner ist es erforderlich, dass sämtliche Fließkanäle, die für die Elektrophorese verwendet werden, und die Fließkanäle, die zum Transport des Polymers in den Fließkanal verwendet werden, vor Messbeginn mit einem Polymer gefüllt sind. Normalerweise bleibt bei wiederholter Verwendung der Vorrichtung der Fließkanal mit einem Polymer gefüllt. Wenn das Polymer im Fließkanal nach Austausch der Kapillarenanordnung und Reinigung des Inneren des Fließkanals ersetzt wird, ersetzt die Bedienungsperson das Polymer innerhalb des Fließkanals erneut, indem sie den Pumpmechanismus der Vorrichtung betätigt oder die Spritze manuell betätigt. Anschließend führt die Bedienungsperson eine Sichtprüfung durch, dass keine Bläschen verblieben sind oder Fremdbestandteile sich im Fließkanal befinden. Nach Beendigung der Vorbereitung betätigt die Bedienungsperson die Vorrichtung zum Start der Analyse. Bei der hier beschriebenen Analyse handelt es sich um eine Analyse unter Anlegen einer hohen Spannung an einen Elektrophoreseweg.
  • Die Vorrichtung startet entsprechend einem Befehl von der Datenanalysenvorrichtung 128 mit der Analyse (501). Zunächst bereitet die Vorrichtung die Injektion des Polymers in die Kapillare vor und transportiert den Abwasserbehälter mit der Transportvorrichtung 125 zur Kapillarenkathode (502). Anschließend injiziert die Vorrichtung das Polymer mit dem Pumpmechanismus 103 in die Kapillare. Dies bedeutet, dass mit dem Einfüllen des Wanderungsmediums begonnen wird (503). Diese Stufe kann automatisch nach Analysenbeginn durchgeführt werden oder sie kann schrittweise vorgenommen werden, nachdem ein Steuersignal von der Datenanalysenvorrichtung 128 ausgesandt worden ist. Das Befüllen mit dem Wanderungsmedium stellt ein Verfahren dar, bei dem das Innere der Kapillare 102 zur Bildung eines Wanderungswegs mit neuem Wanderungsmedium gefüllt wird.
  • Beim Einfüllen des Wanderungsmediums (503) im vorliegenden Beispiel wird zunächst der Abwasserbehälter 123 durch die Transportvorrichtung 125 in eine Position genau unterhalb des Verteilerkopfes 129 transportiert und das verbrauchte Wanderungsmedium, das aus dem Kapillarenkathodenende 527 zu entleeren ist, wird aufgefangen. Ferner wird die Kapillare 102 durch Betätigen der Spritze 106 mit neuem Wanderungsmedium gefüllt und das verbrauchte Wanderungsmedium wird verworfen. Schließlich wird das Kapillarenkathodenende 127 in die Reinigungslösung im Reinigungsbehälter 122 getaucht und das kontaminierte Kapillarenkathodenende 127 wird mit dem Wanderungsmedium gereinigt.
  • Wenn das Einfüllen des Wanderungsmediums in einer vorgegebenen Menge beendet ist, transportiert die Transportvorrichtung 125 den Reinigungsbehälter 122 zum Kapillarenkathodenende 127 und die Reinigung wird durchgeführt, indem man das Kapillarenkathodenende 127 in reines Wasser im Reinigungsbehälter taucht (504). Sodann transportiert die Transportvorrichtung 125 den Kathodenpufferbehälter 121 zum Kapillarenkathodenende 127 (505).
  • Anschließend wird die vorläufige Wanderung (506) durchgeführt. Diese Stufe kann automatisch durchgeführt werden oder sie kann entsprechend dem von der Datenanalysenvorrichtung 128 ausgesandten Steuersignal vorgenommen werden. Zum Starten der vorläufigen Wanderung wird eine vorgegebene Spannung angelegt (506). Die vorläufige Wanderung stellt einen Vorgang dar, bei dem der Zustand des Polymers in der Kapillare in einen für die Analyse geeigneten Zustand gebracht wird, bevor eine Analysenstufe gemäß dem Stand der Technik durchgeführt wird, wobei die Elektrophorese nach Einführen der Probe vorgenommen wird. Bei der vorläufigen Wanderung wird normalerweise eine Spannung von mehreren kV bis mehreren 10 kV für eine Zeitspanne von mehreren Minuten bis mehreren 10 Minuten angelegt.
  • Nach Beendigung der vorläufigen Wanderung wird das Kapillarenkathodenende 127 erneut im Reinigungsbehälter gereinigt (507). Anschließend wird der Probenbehälter 124 zum Kapillarenkathodenende transportiert (508). Wenn ferner eine Spannung von etwa mehreren kV an das Kapillarenkathodenende 127 in der im Probenbehälter 124 befindlichen Probenlösung angelegt wird, wirkt ein elektrisches Feld zwischen der Elektrode an der Anodenseite und dem Kapillarenkathodenende auf die Probenlösung ein. Die Probe in der Probenlösung wird aufgrund dieses elektrischen Felds in die Kapillare geleitet (509). Nach Beendigung der Probenzufuhr wird das Kapillarenkathodenende 127 im Reinigungsbehälter gereinigt (510) und anschließend wird der Kathodenpufferbehälter 121 erneut zum Kapillarenkathodenende 127 transportiert (511). Anschließend wird zum Start der Elektrophorese eine vorgegebene Spannung angelegt (512).
  • Anschließend wird die Elektrophorese durchgeführt (512). Diese Stufe kann automatisch durchgeführt werden oder sie kann entsprechend dem von der Datenanalysenvorrichtung 128 ausgesandten Steuersignal vorgenommen werden. Die Elektrophorese (512) beruht auf der Beweglichkeit, die der Probe in der Kapillare durch Einwirkung des elektrischen Felds, das zwischen der Kathode und dem Anodenpuffer erzeugt worden ist, verliehen wird. Die Probe wird aufgrund von Beweglichkeitsunterschieden entsprechend den Eigenschaften der Probe aufgetrennt. Bei der Elektrophorese (512) des vorliegenden Beispiels wird zunächst das Kapillarenkathodenende 127 durch die Transportvorrichtung 125 in die Pufferlösung im Kathodenpufferbehälter 121 getaucht, um einen Elektrifizierungsweg zu bilden. Sodann wird eine Spannung von weniger oder mehr als 15 kV durch die Hochspannungsstromversorgung 104 angelegt, um im Wanderungsweg ein elektrisches Feld zu erzeugen. Die einzelnen Probenkomponenten im Wanderungsweg bewegen sich zur Nachweiseinrichtung 116 mit einer Geschwindigkeit in Abhängigkeit von den Eigenschaften der einzelnen Probenkomponenten aufgrund des erzeugten elektrischen Felds. Dies bedeutet, dass die Probenkomponenten durch die unterschiedliche Wanderungsgeschwindigkeit der Komponenten aufgetrennt werden. Die Probenkomponenten, die die Nachweiseinrichtung 116 erreicht haben, werden der Reihe nach erfasst.
  • Wenn beispielsweise die Probe eine Mehrzahl von DNAs mit unterschiedlicher Basenlänge enthält, ergibt sich ein Unterschied in der Wanderungsgeschwindigkeit aufgrund der Basenlänge und die DNA mit kurzer Basenlänge erreicht die Nachweiseinrichtung 116 zuerst. Ein fluoreszierendes Pigment, das von einer terminalen Basensequenz abhängt, ist an jeder DNA angebracht. Wenn die Nachweiseinrichtung 116 mit Anregungslicht aus der Lichtquelle 114 bestrahlt wird, wird Informationslicht (Fluoreszenzlicht mit einer von der Probe abhängigen Wellenlänge) von der Probe erzeugt und nach außen emittiert. Dieses Informationslicht wird vom optischen Detektor 115 erfasst. Während der Wanderungsanalyse wird im optischen Detektor 115 dieses Informationslicht in konstanten Zeitabständen erfasst und Bilddaten werden der Datenanalysenvorrichtung 128 zugeleitet. Um die zu übertragende Informationsmenge zu begrenzen, ist es möglich, nicht die Bilddaten, sondern nur die Lumineszenz eines Teils der Region in den Bilddaten zu übertragen. Beispielsweise kann nur ein Luminanzwert einer Wellenlängenposition in bestimmten Zeitabständen jeder Kapillare zugeleitet werden. Wenn schließlich eine vorgegebene Zeitspanne ab dem Beginn der Spannungsanlegung verstrichen ist und die erwarteten Daten erhalten werden, wird das Anlegen der Spannung gestoppt und die Elektrophorese beendet (513). Beim vorstehenden Vorgang handelt es sich um eine Serie der Messsequenz.
  • Ein Prinzip, bei dem zwei starke und schwache Bilder zerlegt und der Aufbau des Bildzerlegungsprismas werden nachstehend unter Bezugnahme auf die 6A bis 6C beschrieben. In 6A und 6B wird der Einfluss der Streuung des Lichts durch das Beugungsgitter 405 weggelassen und es wird lediglich das Bilderzeugungssystem erläutert. 6A zeigt ein Bilderzeugungssystem mit einem Fluoreszenzspektrometer gemäß dem Stand der Technik. Die Kapillare 102 ist angebracht und im Lichtstrahlverlauf 601 des Fluoreszenzlichts, das mit einer zweiten Kondensorlinse 404A ausgerichtet ist, wird ein Bild 602 am zweidimensionalen Detektor 407 durch die Bilderzeugungslinse 406 erzeugt. Bei einem 1:1-Bilderzeugungssystem wird ein Bild erzeugt, das dem Objektbild entspricht.
  • 6B zeigt den Lichtstrahlverlauf des vorliegenden Beispiels. Im vorliegenden Beispiel ist ein Bildzerlegungsprisma 409 zusätzlich zum Aufbau des Fluoreszenzspektrometers gemäß dem Stand der Technik angeordnet. Das Fluoreszenzlicht, das durch dieses Bildzerlegungsprisma 409 hindurchtritt, wird an einer Grenzfläche zwischen der Bildzerlegungsoberfläche des Bildzerlegungsprismas 409 und der Luft gebrochen. Da zwei Zerlegungsoberflächen vorhanden sind, wird der Lichtstrahl von einem Punkt aus in zwei Richtungen gebrochen, wodurch zwei Lichtstrahlverläufe 603 und 604 entstehen. Jeder Verlauf erzeugt durch die Bilderzeugungslinse 406 zwei Bilder 605 und 606.
  • Nachstehend wird der Winkel eines Lichtstrahls, der vom Bildzerlegungsprisma 409 oder einer Prismakonstruktion, die bewirkt, dass sich die beiden Bilder nicht überlappen, emittiert worden ist, beschrieben. Die einzelnen Symbole haben die folgenden Bedeutungen.
    • f1:
    Brennweite der Sammellinse
    f2:
    Brennweite der Bilderzeugungslinse
    Y:
    Bildhöhe (Objektoberfläche) (halbe Anordnungsbreite)
    Y':
    Bildhöhe (Bilderzeugungsoberfläche)
  • Der Winkel der Sammellinse ist folgendermaßen definiert:
    • θ1:
    Einfallwinkel auf die Sammellinse
    θ'1:
    Einfallwinkel auf das Prisma
    θ2:
    Emissionswinkel vom Prisma
    θ:
    Neigungswinkel des Prismas (vertikaler Winkel = 2π – 2θ)
  • Zunächst wird die Bildhöhe (Bilderzeugungsoberfläche) Y' berechnet. Y' ergibt sich aus der folgenden Gleichung: Y' = tanθ2 × f2/f1 × f2
  • Es ist erforderlich, dass die Bedingungen der folgenden Gleichung erfüllt werden, so dass sich die beiden Zerlegungsbilder nicht gegenseitig überlappen. Tanθ2 × f2 = Y' > 2Y Gleichung (1) (Dagegen der Fall eines 1:1-Bilderzeugungssystems, bei dem f1 = f2).
  • Da ferner Y/f1 = tanθ1 gilt, ergibt sich θ1 aus der folgenden Gleichung: θ1 = tan – 1(Y/f1)
  • Wenn der Brechungsindex eines Prismamaterials den Wert n hat und der Winkel des optischen Wegs innerhalb des Prismas θ3 bis θ4 beträgt (vergleiche 6C), erfüllt die Beziehung zwischen θ1 und θ2 die folgende Gleichung gemäß dem Snell-Gesetz. n × sinθ'2 = sinθ1
  • Ferner wird gemäß 6C die folgende Gleichung erfüllt: θ'3 = θ'2 + θ = sin – 1(sinθ1/n) + θ
  • Ferner wird in der Bildzerlegungsoberfläche erneut die folgende Gleichung gemäß dem Snell-Gesetz erfüllt: n × sinθ'3 = sinθ'4
  • Wenn θ'4 gemäß 6C erhalten wird, wird die folgende Gleichung erfüllt: θ'4 = sin – 1(n × sinθ'3) = sin – 1(n × sin(sin – 1(sinθ1/n) + θ))
  • Ferner ergibt sich der Emissionswinkel θ2 vom Bilderzeugungsprisma 409 folgendermaßen: θ2 = θ'4 – θ = sin – 1(n × sin(sin – 1(sinθ1/n) + θ)) – θ Gleichung (2).
  • Um die Gleichungen (1) und (2) zu erfüllen, lässt sich der Neigungswinkel θ des Bildzerlegungsprismas 409 aus dem ursprünglichen Objektbild Y erhalten.
  • 7 zeigt in schematischer Weise ein Bildzerlegungsprisma 409. Das durch die Sammellinse 403 parallel ausgerichtete Licht fällt von der dargestellten Einfallsoberfläche aus ein. Das Bildzerlegungsprisma 409 ist so aufgebaut, dass es eine Einfallsoberfläche als Basis und zwei Oberflächen, die von einer parallel zur Einfallsoberfläche verlaufenden Oberfläche um einen Winkel θ geneigt sind, als Zerlegungsoberflächen umfasst. Ein vertikaler Winkel α des Bildzerlegungsprismas 409 beträgt π – 2θ. Beim Material des Bildzerlegungsprismas 409 handelt es sich beispielsweise um BK7 (Brechungsindex 1,517).
  • 8 erläutert ein spezielles Beispiel des Bildzerlegungsprismas 409. Wenn beispielsweise eine Kapillarenanordnung 8 Kapillaren 102 von 363 μm dem Außendurchmesser der Kapillaren. Die Breite der Anordnung beträgt 2,96 mm (= 363 μm × 8) und die Bildhöhe (Objektoberfläche) von der Mitte aus beträgt 1,5 mm, d. h. die Hälfte der Breite. Wenn die Brennweite zwischen der Sammellinse 403 und der Bilderzeugungslinse 406 50 mm beträgt, ergibt sich ein Einfallswinkel θ1 = 1,72° und ein Emissionswinkel θ2 = 6,47°. Die Bildhöhe an der Objektseite beträgt 6,7 mm, was ausreichend größer als die Breite der Kapillaren von 2,96 mm ist. Demgemäß können die einzelnen Zerlegungsbilder auf dem Detektor erhalten werden.
  • Wenn der Abstand zwischen den einzelnen Kapillaren ausreichend groß ist, kann (obgleich nicht dargestellt; z. B. wenn der Abstand dem Außendurchmesser der Kapillaren entspricht oder größer als dieser ist) ein Bild eingefangen werden, indem man das erste Bild und das zweite Bild um den Kapillarenabstand verschiebt und ein Kapillarenbild des zweiten Bilds zwischen den Kapillaren des ersten Bilds erzeugt.
  • 9A zeigt den Lichtstrahlverlauf in einem Fall, bei dem der Neigungswinkel θ des Bildzerlegungsprismas 409 einen Wert von 15° hat, und den Zustand der Bilderzeugung auf dem zweidimensionalen Detektor. Wenn beispielsweise drei Kapillaren 102 verwendet werden, werden jeweils drei Lichtstrahlen mit einer mäßigen Winkeldifferenz im Lichtstrahlverlauf (sämtliche Kapillaren) 901 dargestellt. Nach dem Bildzerlegungsprisma 409 werden die Kapillaren in Lichtstrahlverläufe (erste Kapillare) 902 bis (zweite Kapillare) 904 des ersten Bilds zerlegt. Gleichermaßen liegt der Lichtstrahlverlauf des zweiten Bilds dreifach vor. Der Lichtstrahlverlauf (erste Kapillare) 902 bis (zweite Kapillare) 904 des ersten Bilds und der Lichtstrahlverlauf des zweiten Bilds erreichen den zweidimensionalen Detektor und stellen entsprechende Kapillarenbilder dar. Da der Neigungswinkel groß ist, werden das erste Bild und das zweite Bild auf dem zweidimensionalen Detektor als getrennte Bilder erhalten.
  • 9B zeigt den Lichtstrahlverlauf in einem Fall, bei dem der Neigungswinkel θ des Bildzerlegungsprismas 409 einen Wert von 5° hat, und einen Zustand der Bilderzeugung auf dem zweidimensionalen Detektor. Beim Neigungswinkel θ handelt es sich um einen genauen Wert in Bezug auf die drei Kapillaren 102. Das erste Bild und das zweite Bild werden auf dem zweidimensionalen Detektor als fast benachbarte Bilder erhalten. Wenn daher der Neigungswinkel θ des Bilderzeugungsprismas 409 auf 5° festgelegt ist, lässt sich ein Detektorbereich ohne ungenutzte Flächen erhalten.
  • Nachstehend wird anhand von 10 das Ergebnis beschrieben, das gemäß 4 durch Erhalt von zwei Typen von Bildern, die in Bezug auf die Signalintensität stark und schwach sind, beschrieben. 10(a) erläutert ein Beispiel für das erste Bild (stark) und das zweite Bild (schwach), die auf dem zweidimensionalen Detektor erzeugt worden sind. Die vertikale Achse stellt die Raumrichtung der Kapillaren dar, d. h. die Kapillarennummer, und die horizontale Achse stellt die Wellenlängenstreuungsrichtung dar. Dabei ist die Darstellung auf den Punkt A (z. B. zweite Kapillare, Wellenlänge 600 nm) auf dem zweidimensionalen Detektor fokussiert.
  • 10(b) zeigt den zeitlichen Verlauf der Daten für die einzelnen Punkte A im ersten Bild und im zweiten Bild. Auf der horizontalen Achse ist die Zeit und auf der vertikalen Achse die Signalintensität aufgetragen. Wenn ein DNA-Fragment durchfließt, wird ein Signal, das die Intensität des durch Anregung mit dem Laser emittierten Fluoreszenzlichts wiedergibt, erfasst und als zeitlicher Peakverlauf beobachtet. Da normalerweise die Zeit, in der der Peak auftritt, je nach der Länge des DNA-Fragments unterschiedlich ist, lässt sich eine Mehrzahl von Peaks beobachten. Für den Fall, dass die Konzentration der Probe auf einen genauen Wert eingestellt ist, lassen sich normalerweise sämtliche DNA-Fragmente beobachten.
  • Im Fall einer unbekannten Probe ist es erforderlich, ein DNA-Fragment mit hoher Konzentration zu analysieren. Dabei kann die Signalintensität über einen Sättigungsgrenzwert (”12” in der Zeichnung) steigen, so dass sich der genaue Wert nicht feststellen lässt. Der Teil mit der Bezeichnung ”Sättigungszustand des Signalwerts” im ersten Bild gibt diesen Fall wieder. Wenn anschließend die Fokussierung auf das zweite Bild erfolgt, übersteigt aufgrund der Tatsache, dass die Signalintensität zum Erhalt von Daten verringert worden ist, diese Signalintensität nicht den Sättigungsgrenzwert und Daten für das gleiche DNA-Fragment lassen sich erhalten. Die Analyse kann in wirksamerer Weise durchgeführt werden, ohne dass es erforderlich ist, die Analyse erneut durchzuführen und einen unnötigen Aufwand beispielsweise in Bezug auf Probenverbrauch oder Analysenkosten zu betreiben. Unter getrennter Verwendung des ersten Bilds und des zweiten Bilds lässt sich die Probe mit verschiedenen Konzentrationen in einem Durchgang analysieren.
  • Das Verhältnis der Signalintensität des ersten Bilds zum Wert des zweiten Bilds richtet sich nach dem Transmissionsgrad der einzelnen Zerlegungsoberflächen des Bildzerlegungsprismas. Durch Einstellen des Transmissionsgrads auf 1:10 ist es möglich, Proben mit Konzentrationen, die sich um den Faktor 10 voneinander unterscheiden, zu bearbeiten. Es ist möglich festzustellen, ob das erste Bild oder das zweite Bild als gemeinsame Betriebsart für jedes Vorrichtungssystem zu verwenden ist. Im vorliegenden Beispiel lassen sich Daten von beiden Bildern erhalten. Für die Bedienungsperson ist eine Funktion vorgesehen, mit der das erste Bild und das zweite Bild geprüft werden können, indem man die Bilder in zeitlicher Reihe auf einem Betriebsbildschirm (nicht dargestellt) anzeigt. Demzufolge kann die Bedienungsperson das Bild bei der Durchführung der Analyse auswählen.
  • Im vorliegenden Beispiel werden zwei Analysentypen mit einem Detektor extern durchgeführt. Gemäß dem Stand der Technik wird beispielsweise die Analyse mehrmals durchgeführt, indem man die Bestrahlungsnachweiszeit oder die Bestrahlungsintensität abändert, was bedeutet, dass die Analyse je einmal in Bezug auf zwei Typen von Betrahlungsnachweiszeiten (lang und kurz) durchgeführt wird. Das Fluoreszenzspektrometer gemäß dem vorliegenden Beispiel funktioniert so, als ob die Analysenvorrichtung zwei Detektoren mit gleicher Leistung oder entsprechenden Teilen, die die Vorrichtung bilden, aufwiese. Mit anderen Worten, extern ist der dynamische Bereich der Vorrichtung erweitert, während ein für die Analyse geeignetes SN-Verhältnis und die Empfindlichkeit beibehalten bleiben.
  • Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich, dass durch Erweiterung des dynamischen Bereichs das Fluoreszenzspektrometer gemäß dem vorliegenden Beispiel in starkem Maße die Zahl von Wiederholungsmessungen verringern kann, die durch eine Sättigung des gemessenen Signalwerts im Verlauf der Analyse in Bezug auf den Nachweisbereich hervorgerufen werden. Insbesondere bei gleichzeitiger Messung einer Mehrzahl von Proben kann die Messung gleichzeitig selbst dann durchgeführt werden, wenn sich die Konzentrationen der einzelnen Proben stark unterscheiden. Ferner ist das Fluoreszenzspektrometer zur Messung von Proben mit unbekannten Konzentrationen geeignet.
  • Ferner lassen sich mit dem Fluoreszenzdetektor gemäß dem vorliegenden Beispiel eine Mehrzahl von starken und schwachen Nachweisbildern gleichzeitig mit einem Detektor erhalten. Somit ist es möglich, eine Vorrichtung von geringer Größe bereitzustellen, die kostengünstig ist und einen sehr breiten Nachweisbereich aufweist. Beispielsweise kann in einer Gen-Nachweisvorrichtung vom Kapillarentyp der dynamische Bereich im Vergleich zum Stand der Technik um den Faktor 10 oder mehr erweitert werden. Ferner lassen sich durch gleichzeitige Gewinnung einer Mehrzahl von starken und schwachen Nachweisbildern die Messpunkte beibehalten und es lässt sich eine hochgradig genaue Analyse durchführen.
  • Beispiel 2
  • Nachstehend wird ein bevorzugtes zweites Beispiel des Fluoreszenzspektrometers unter Verwendung einer Kapillarelektrophoresevorrichtung beschrieben. Beim Fluoreszenzspektrometer in Beispiel 1 wird das dünne Prisma 409 als Bildzerlegungsbauteil verwendet. Die Bildzerlegungsoberflächen des Prismas in Beispiel 1 weisen die gleichen Flächen auf (vergleiche 4), und durch Veränderung des Transmissionsgrads lässt sich die Fluoreszenzintensität des Zerlegungsbilds steuern. Jedoch ergeben sich folgende Nachteile in Bezug auf die Abscheidung eines dielektrischen mehrschichtigen Films aus der Dampfphase mit unterschiedlichen Eigenschaften auf den Bildzerlegungsoberflächen:
    • 1) Da eine Mehrzahl von Dampfabscheidungsstufen während der Herstellung vorgenommen wird, ergeben sich hohe Kosten.
    • 2) Die Verringerung des Transmissionsgrads bewirkt, dass die Menge des ursprünglich gesammelten Lichts nicht ausgenützt wird.
  • Daher wird in Beispiel 2 ein Prisma, das die Fluoreszenzintensität durch das Flächenverhältnis der Bildzerlegungsoberflächen steuert, verwendet. 11 zeigt ausführlich den Aufbau des im vorliegenden Beispiel verwendeten Fluoreszenzdetektors 303. Der Großteil des Aufbaus ist der gleiche wie in Beispiel 1, wobei aber ein Bildzerlegungsprisma 1109, das Bildzerlegungsoberflächen mit einem unterschiedlichen Flächenanteil aufweist, als optisches Bauteil für die Bildzerlegung verwendet wird.
  • Im vorliegenden Beispiel wird Fluoreszenzlicht, das durch das Beugungsgitter 405 gestreut worden ist, durch das Bildzerlegungsprisma 1109 mit einer Mehrzahl von Bildzerlegungsoberflächen von unterschiedlicher Größe geleitet, so dass eine Zerlegung in eine Mehrzahl von Bildern mit unterschiedlicher Signalintensität aufgrund der unterschiedlichen Flächengrößen, durch die das Licht hindurchtritt, erfolgt. In Beispiel 1 wird aufgrund der Tatsache, dass die optische Achse an der Trennfläche zwischen der Bildzerlegungsoberfläche und der Luft gemäß Darstellung in 6B gebrochen wird, die Lichtstrahlrichtung des Fluoreszenzlichts verändert. Aus der Lichtmenge des Strahls, die proportional zur Fläche der Bilderzeugungsoberfläche ist, ergibt sich die Fluoreszenzintensität zum Zeitpunkt der Bilderzeugung. Dies bedeutet, dass die durch den zweidimensionalen Detektor 407 zu erfassende Signalintensität vom Flächenverhältnis der Bildzerlegungsoberflächen festgelegt wird.
  • Da im Fall von 11 das Flächenverhältnis der beiden Bildzerlegungsoberflächen des Bildzerlegungsprismas 1109 einen Wert von 9:1 hat, lassen sich zwei Bilder mit dem Verhältnis der Signalintensität von 9:1 erhalten, was der Situation von Beispiel 1 entspricht. Beim Fluoreszenzspektrometer gemäß dem vorliegenden Beispiel müssen keine unterschiedlichen dielektrischen Mehrschichtfilme aus der Dampfphase auf den Bildzerlegungsoberflächen abgeschieden werden, vielmehr kann ein AR-Überzug mit hohem Durchlässigkeitsgrad auf die gesamten Oberflächen aufgebracht werden. Ferner kann die Signalintensität der beiden Bilder im Verhältnis von 9:1 aufgeteilt werden, ohne dass etwas von der ursprünglichen Lichtmenge verloren geht. Das SN-Verhältnis oder die Empfindlichkeit lassen sich auf einem hohen Wert halten.
  • Beispiel 3
  • Nachstehend wird ein bevorzugtes drittes Beispiel des Fluoreszenzspektrometers unter Einsatz einer Kapillarelektrophoresevorrichtung beschrieben. Im Fluoreszenzspektrometer gemäß Beispiel 1 wird ein dünnes Prisma als Bildzerlegungselement verwendet. Beim Prisma handelt es sich jedoch um ein Bauelement zur Wellenlängenstreuung, das die Funktion hat, eine gesammelte Fluoreszenzlichtkomponente in einzelne Wellenlängen wie ein Beugungsgitter zu streuen. Somit beeinflusst die durch das Prisma hervorgerufene Wellenlängenstreuung in geringem Umfang die Bildzerlegungsrichtung. Je nach dem Anwendungstyp oder dem Erfassungsbild kann eine geringfügige Wellenlängenstreuung die Analyse beeinflussen.
  • Daher ist im vorliegenden Beispiel das Bildzerlegungselement so aufgebaut, dass es einen Strahlteiler (Halbspiegel) und einen Spiegel mit Totalreflexion umfasst. Da ein Bild ohne ein Prisma zerlegt wird, ergibt sich kein Einfluss durch die Wellenlängenstreuung, die durch das Bildzerlegungsprisma von Beispiel 1 oder von Beispiel 2 hervorgerufen wird.
  • Nachstehend wird der Aufbau des Fluoreszenzspektrometers gemäß Beispiel 3 ausführlich unter Bezugnahme auf 12 beschrieben. Der Aufbau der Gen-Analysenvorrichtung gemäß Beispiel 3 ist der gleiche wie der in 1 dargestellte Aufbau. Wie vorstehend ausgeführt, wird im vorliegenden Beispiel als Bildzerlegungsbauteil eine kombinierte Struktur aus einem optischen Bildzerlegungsbauteil (beispielsweise ein Halbspiegel oder Strahlteiler), der einfallendes Licht in Transmissionslicht und Reflexionslicht zerlegt, und dem Spiegel mit Totalreflexion verwendet. Nachstehend wird als optisches Bildzerlegungsbauteil ein Strahlteiler 1209 verwendet.
  • Im vorliegenden Beispiel sind der Strahlteiler 1209 und der Totalreflexionsspiegel 1210 zwischen der Sammellinse 403 und dem zweiten optischen Filter 404 angeordnet. Wie in 12 dargestellt, ist der Strahlteiler 1209 in einem Winkel von etwa 45° in Bezug zur optischen Nachweisgrundachse 310 angeordnet und der Totalreflexionsspiegel 1210 ist in einem Winkel von etwa 45° oder weniger in Bezug zur optischen Nachweisgrundachse 310 angeordnet (z. B. 43° bis 44°).
  • Beim Strahlteiler 1209 handelt es sich um ein optisches Bauteil mit der Gestalt einer flachen Platte, das den optischen Weg durch Transmission und Reflexion in zwei Teile zerlegt. Mit anderen Worten, der Strahlteiler steuert den Durchlässigkeitsgrad (oder Reflexionsvermögen) und zerlegt das einfallende Licht in zwei Lichtstrahlen in einem vorgegebenen Zerlegungsverhältnis. Zum Zeitpunkt der Zerlegung unterscheiden sich die Transmissions- und Reflexionseigenschaften nicht in Abhängigkeit von der Wellenlänge, wie bei einem dichroitischen Spiegel, jedoch werden der Transmissionsgrad und das Reflexionsvermögen in einem bestimmten Wellenlängenbereich als 1 festgelegt. Zu Beispielen für den Polarisationstyp gehören ein nicht-polarisierter Typ, ein unpolarisierter Typ und ein polarisierter Typ, wobei aber im vorliegenden Beispiel ein nicht-polarisierter Typ verwendet wird, der den polarisierten Zustand des einfallenden Lichts einschließt.
  • Das Fluoreszenzlicht eines Lichtemissionspunkts 401 wird durch die Sammellinse 403 parallel ausgerichtet und trifft auf den Strahlteiler 1209 in einem Einfallswinkel von 45°. Wenn beispielsweise das Verhältnis Transmissionsgrad zu Reflexionsvermögen des Strahlteilers 1209 auf 90%:10% eingestellt ist, werden 90% der Menge des ausgerichteten Lichts durchgelassen und 10% reflektiert. Die 90% des Lichts verlaufen parallel zur optischen Nachweisgrundachse 310, wie beim Fluoreszenzlichtweg (stark) 411 gezeigt ist, wobei eine Streuung durch das Beugungsgitter 405 und eine Bilderzeugung am zweidimensionalen Detektor 407 stattfindet. Die 10% Reflexionslicht kehren im Wesentlichen parallel zur optischen Nachweisgrundachse 310 durch Einfluss des Totalreflexionsspiegels 1210 zurück, wie im Fluoreszenzlichtweg (schwach) 412 dargestellt ist. Dabei ist der Totalreflexionsspiegel 1210 in einem Winkel von 45° oder weniger (z. B. 43° bis 44°) in Bezug zur optischen Nachweisgrundachse 310 angeordnet und der Fluoreszenzlichtweg (schwach) 412 fällt mit einem Winkel von 1° bis 2° ein und verläuft nicht vollständig parallel zur optischen Nachweisgrundachse 310.
  • Nachdem das Licht durch das Beugungsgitter 405 gestreut worden ist, erfolgt die Erzeugung eines Bilds am zweidimensionalen Detektor 407 durch die Bilderzeugungslinse 406, wobei das Licht einen Winkel in Bezug zur optischen Nachweisgrundachse 310 erzeugt wird. Da dabei das Bild an einer anderen Position als das durch den Fluoreszenzlichtweg (stark) 411 erzeugte Bild erzeugt wird, entstehen am zweidimensionalen Detektor 407 zwei Bilder. Das Bild, das durch den Fluoreszenzlichtweg (stark) 411 gebildet wird und in dem das gesammelte Licht in einer Menge von 90% zur Bilderzeugung dient, weist eine hohe Signalintensität auf, und das durch den Fluoreszenzlichtweg (schwach) 412 erzeugte Bild weist eine geringe Signalintensität auf. Das Verhältnis der Signalintensität beträgt 9:1, entsprechend dem Verhältnis Durchlässigkeitsgrad zu Reflexionsvermögen des Strahlteilers 1209, das 90%:10% beträgt. Gleichermaßen wie in Beispiel 1 lassen sich zwei Datensätze mit starken und schwachen Typen erhalten.
  • Dabei kann ein würfelförmiger Strahlteiler als Strahlteiler 1209 verwendet werden. Dabei ergibt sich ein Vorteil insofern, als das Transmissionslicht überhaupt nicht gebrochen wird und dass aufgrund der Tatsache, dass der Einfallswinkel vertikal ist, das Licht nicht notwendigerweise mit einem Winkel von 45° einfällt, wie beim plattenförmigen Strahlteiler, so dass sich eine einfache Ausrichtung ergibt.
  • Wie vorstehend ausgeführt, wird beim Fluoreszenzspektrometer gemäß dem vorliegenden Beispiel das durch die Sammellinse 403 gesammelte Fluoreszenzlicht durch den Strahlteiler 1209 in zwei Lichtanteile zerlegt, nämlich Fluoreszenzlicht, das vom zweidimensionalen Detektor 407 gesammelt wird, und Fluoreszenzlicht, das durch den Totalreflexionsspiegel 1210 reflektiert und anschließend vom zweidimensionalen Detektor 407 gesammelt wird. Da das Sammellichtbild durch den Strahlteiler 1209 zweigeteilt wird, erfolgt keine Wellenlängenstreuung.
  • Die Anordnung des optischen Systems, das so aufgebaut ist, dass es den Strahlteiler 1209 und den Totalreflexionsspiegel 1210 umfasst, ist nicht auf die in 12 dargestellte Anordnung beschränkt. Beispielsweise kann, wie in 13 dargestellt ist, das optische System, das den Strahlteiler 1209 und den Totalreflexionsspiegel 1210 umfasst, auf der sich nach der Lichtstreuung ergebenden optischen Achse 410 zwischen dem Beugungsgitter 405 und der Bilderzeugungslinse 406 angeordnet sein. In diesem Fall ist der Strahlteiler 1209 in einem Winkel von etwa 45° in Bezug zur sich nach der Lichtstreuung ergebenden optischen Achse 410 angeordnet. Der Totalreflexionsspiegel 1210 ist in einem Winkel von etwa 45° oder weniger (z. B. 43° bis 44°) in Bezug auf die sich nach der Lichtstreuung ergebende optische Nachweisachse 410 angeordnet.
  • Beispiel 4
  • Nachstehend wird ein bevorzugtes viertes Beispiel des Fluoreszenzspektrometers unter Verwendung einer Kapillarelektrophoresevorrichtung beschrieben. Beim Fluoreszenzspektrometer gemäß den Beispielen 1 bis 3 wird das Beugungsgitter 405 als Wellenlängen-Streuungsbauteil (Lichtstreuungsbauteil) verwendet. Im vorliegenden Beispiel wird eine Situation ohne Verwendung des Beugungsgitters 405 beschrieben. Speziell wird ein Verfahren herangezogen, bei dem ein Filter, der nur eine Wellenlängenbandbreite mit der höchsten Empfindlichkeit in Bezug auf die einzelnen Fluoreszenzpigmente durchlässt, rasch ersetzt wird, oder es werden ein Filter, der Bildeinfangelementen in der Anzahl der fluoreszierenden Pigmente entspricht, und die einzelnen fluoreszierenden Pigmente eingesetzt, um gleichzeitig Bilder der einzelnen fluoreszierenden Elemente einzufangen. Das Verfahren des vorliegenden Beispiels entspricht dem Verfahren, dass ein Spektrum in der Probenposition entsprechend den einzelnen Fluoreszenzpigmenten aufgenommen wird.
  • 14 zeigt ausführlich den Aufbau des im vorliegenden Beispiel verwendeten Fuoreszenzdetektors 303. Wie in 14 dargestellt, umfasst der Fluoreszenzdetektor 303 des vorliegenden Beispiels eine sich rasch drehende Filterfolie 1301. Die Filterfolie umfasst eine Mehrzahl von Fluoreszenzlichtfiltern 1302, die nur eine Wellenlängenbandbreite mit der höchsten Empfindlichkeit in Bezug auf das jeweilige fluoreszierende Pigment durchlassen. Der Fluoreszenzlichtfilter 1302 ist senkrecht zur optischen Nachweisgrundachse 310 angeordnet. Im vorliegenden Beispiel wird gleichermaßen wie in Beispiel 3 eine Bildzerlegung durch den Strahlteiler 1209 und den Totalreflexionsspiegel 1210 durchgeführt. Das zerlegte Fluoreszenzlicht fällt auf den Fluoreszenzlichtfilter 1302 ein, wobei eine Streuung gemäß den Transmissionseigenschaften des auf dem optischen Weg angeordneten Fluoreszenzlichtfilters 1302 erfolgt und ein Bild am zweidimensionalen Detektor 407 erzeugt wird.
  • Da beim vorliegenden Beispiel die Lichtstreuung durch Austausch des Fluoreszenzlichtfilters 1302 vorgenommen wird, kann als Detektor nicht der zweidimensionale Detektor verwendet werden, sondern ein eindimensionaler Zeilendetektor. Da ferner der Nachweisbereich eng ist und kein Beugungsgitter verwendet wird, treten keine Einflüsse, wie eine Bildverzerrung oder dergleichen, auf.
  • Auch beim vorliegenden Beispiel ist die Anordnung des optischen Systems, das den Strahlteiler 1209 und den Totalreflexionsspiegel 1210 umfasst, nicht auf die in 14 dargestellte Anordnung beschränkt. Beispielsweise kann, wie in 15 dargestellt, das optische System, das den Strahlteiler 1209 und den Totalreflexionsspiegel 1210 umfasst, auf der sich nach der Lichtstreuung ergebenden optischen Achse 410 zwischen der Filterfolie 1301 und der Bilderzeugungslinse 406 angeordnet werden.
  • Weitere Beispiele
  • Vorstehend wurden Beispiele für die vorliegende Erfindung beschrieben, jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt. Vielmehr ist es für den Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Modifikationen im Rahmen der in den Patentansprüchen gekennzeichneten Erfindung möglich sind.
  • Auch eine geeigneten Kombination verschiedener Beispiele fällt unter den Umfang der vorliegenden Erfindung.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Gen-Analysenvorrichtung
    101
    Elektrophoresevorrichtung
    102
    Kapillare
    103
    Pumpmechanismus
    104
    Hochspannungsstromquelle
    105
    Erstes Amperemeter
    106
    Spritze
    107
    Block
    109
    Polymerbehälter
    110
    Anodenpufferbehälter
    111
    Elektrode (GND)
    112
    Zweites Amperemeter
    113
    Elektrisch betriebenes Ventil
    114
    Lichtquelle
    115
    Optischer Detektor
    116
    Nachweiseinrichtung
    117
    Kapillarenanordnung
    118
    Thermostatisierbad
    119
    Ventilator
    120
    Heiz- und Kühlmechanismus
    121
    Kathodenpufferbehälter
    122
    Reinigungsflüssigkeitsbehälter
    123
    Abfallflüssigkeitsbehälter
    124
    Probenbehälter
    125
    Transportvorrichtung
    126
    Hohle Elektrode
    127
    Kapillarenkathodenende
    128
    Datenanalysenvorrichtung
    129
    Verteilerkopf
    130
    Beweglicher Tisch
    131
    Greifeinrichtung
    201
    Festkörperlaser
    202
    Laserstrahl
    203
    Reflexionsspiegel
    204
    Polarisator
    205
    Strahlteiler
    206
    Lasersammellinse
    207
    Wellenlängenplättchen (λ/4)
    209
    Referenzbasis
    210
    Optische Bestrahlungsgrundachse
    301
    Maske in Form einer flachen Platte
    302
    Laserbestrahlungseinrichtung
    303
    Fluoreszenzdetektor
    310
    Optische Nachweisgrundachse
    401
    Lichtemissionspunkt
    402
    Erster optischer Filter
    403
    Sammellinse
    404
    Zweiter optischer Filter
    404A
    Zweite Sammellinse
    405
    Beugungsgitter
    406
    Bilderzeugungslinse
    407
    Zweidimensionaler Detektor
    409
    Dünnes Prisma (Bildzerlegungsprisma)
    410
    Sich nach der Lichtstreuung ergebende optische Achse
    411
    Fluoreszenzlichtweg (stark)
    412
    Fluoreszenzlichtweg (schwach)
    601
    Lichtstrahlverlauf gemäß dem Stand der Technik
    602
    Bilderzeugung gemäß dem Stand der Technik
    603
    Erster Lichtstrahlverlauf
    604
    Zweiter Lichtstrahlverlauf
    605
    Erste Bilderzeugung
    606
    Zweite Bilderzeugung
    901
    Lichtstrahlverlauf (sämtliche Kapillaren)
    902
    Lichtstrahlverlauf (erste Kapillare)
    903
    Lichtstrahlverlauf (zweite Kapillare)
    904
    Lichtstrahlverlauf (dritte Kapillare)
    905
    Bilderzeugung (erste Kapillare)
    906
    Bilderzeugung (zweite Kapillare)
    907
    Bilderzeugung (dritte Kapillare)
    1109
    Bildzerlegungsprisma (Flächenverhältnis)
    1209
    Strahlteiler
    1210
    Totalreflexionsspiegel
    1301
    Filterfolie
    1302
    Fluoreszenzlichtfilter
    1303
    Rotationsachse des Filters

Claims (16)

  1. Fluoreszenzspektrometer, umfassend: eine Lichtquelle, die eine Probe mit Anregungslicht bestrahlt; eine Linse, die das von der Probe erzeugte Fluoreszenzlicht sammelt; ein Lichtstreuungsbauteil, das den Einfall des gesammelten Fluoreszenzlichts verursacht und das Licht streut; ein Bildzerlegungsbauteil, das das gesammelte Fluoreszenzlicht in eine Mehrzahl von Bildern mit unterschiedlicher Intensität zerlegt; ein Bilderzeugungselement, das die Mehrzahl von Bildern in unterschiedlichen Bereichen innerhalb der gleichen Nachweisebene für ein spezielles Streulicht abbildet; und einen Detektor, der gleichzeitig die Mehrzahl von Bildern, entsprechend der unterschiedlichen Fluoreszenzintensität, in unterschiedlichen Bereichen innerhalb der gleichen Nachweisebene erfasst.
  2. Fluoreszenzspektrometer nach Anspruch 1, wobei es sich beim Bildzerlegungsbauteil um ein Prisma handelt, das eine Einfallsoberfläche umfasst, in die Fluoreszenzlicht, das das Lichtstreuungbauteil durchlaufen hat, einfällt; eine erste Emissionsoberfläche, die eine erste Fluoreszenzlichtkomponente durchlässt; und eine zweite Lichtaustrittsoberfläche, die eine zweite Fluoreszenzlichtkomponente durchlässt, umfasst.
  3. Fluoreszenzspektrometer nach Anspruch 2, wobei ein aus der Dampfphase abgeschiedener Film mit unterschiedlichem Durchlässigkeitsgrad jeweils auf der ersten und zweiten Lichtaustrittsoberfläche ausgebildet ist.
  4. Fluoreszenzspektrometer nach Anspruch 2, wobei die erste und/oder die zweite Lichtsaustrittsoberfläche in einem Bereich von einigen Graden bis einigen 10 Graden in Bezug auf die Einfallsoberfläche geneigt sind.
  5. Fluoreszenzspektrometer nach Anspruch 2, wobei es sich beim Detektor um einen zweidimensionalen Detektor handelt.
  6. Fluoreszenzspektrometer nach Anspruch 2, wobei sich die Durchlässigkeitsgrade der ersten und zweiten Lichtaustrittsoberfläche voneinander unterscheiden.
  7. Fluoreszenzspektrometer nach Anspruch 2, wobei ein Steg als Begrenzung der ersten und zweiten Lichtaustrittsoberfläche parallel zu einer Migrationsrichtung angeordnet ist.
  8. Fluoreszenzspektrometer nach Anspruch 2, wobei ein Steg als Begrenzung der ersten und zweiten Lichtaustrittsoberfläche senkrecht zu einer Laseremissionsrichtung angeordnet ist.
  9. Fluoreszenzspektrometer nach Anspruch 2, wobei ein Steg als Begrenzung der ersten und zweiten Lichtaustrittsoberflächen senkrecht zu einer Lichtstreuungsrichtung angeordnet ist.
  10. Fluoreszenzspektrometer nach Anspruch 2, wobei die erste und zweite Lichtaustrittsoberfläche einen voneinander unterschiedlichen Neigungswinkel aufweist und der Unterschied des Neigungswinkels einige Grade bis einige 10 Grade beträgt.
  11. Fluoreszenzspektrometer nach Anspruch 2, wobei die erste und zweite Lichtaustrittsoberfläche eine unterschiedliche Fläche aufweisen.
  12. Fluoreszenzspektrometer nach Anspruch 1, wobei das Bilderzerlegungsbauteil einen Strahlteiler aufweist, der Fluoreszenzlicht, das von der Linse mit einem ersten Durchlässigkeitsgrad zugeführt worden ist, durchlässt und das Licht an das Lichtstreuungselement ausgibt; sowie einen Reflexionsspiegel, der eine Fluoreszenzlichtkomponente, die vom Strahlteiler reflektiert worden ist, des vom Lichtstreuungbauteil zugeführten Fluoreszenzlichts reflektiert und die Lichtkomponente an das Lichtstreuungbauteil ausgibt.
  13. Fluoreszenzspektrometer nach Anspruch 1, wobei das Bildzerlegungselement einen Strahlteiler aufweist, der das vom Lichtstreuungsbauteil mit einem ersten Durchlässigkeitsgrad gestreute Licht durchlässt und das Licht an den Detektor ausgibt; sowie einen Reflexionsspiegel, der das Streulicht reflektiert, das vom Strahlteiler des Streulichts, das vom Lichtstreuungsbauteil zugeführt worden ist, reflektiert worden ist, und das Licht an den Detektor ausgibt.
  14. Fluoreszenzspektrometer nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Strahlteiler unterschiedliche Werte des Transmissionsglas und des Reflexionsvermögens aufweist.
  15. Fluoreszenzspektrometer nach Anspruch 13 oder 14, wobei es sich beim Detektor um einen zweidimensionalen Detektor handelt.
  16. Fluoreszenzspektrometer nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Lichtstreuungsbauteil ein Filtermechanismus ist, bei dem eine Mehrzahl von Transmissionseigenschaften ersetzt werden kann, und wobei es sich beim Detektor um einen Zeilendetektor handelt.
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