DE19933168A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Analyse von Reaktionsstreifen - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zur Analyse von Reaktionsstreifen werden die Reaktionsstreifen zur Entwicklung in eine Aufnahmeeinheit, insbesondere einer Wanne gelegt und dort flüssigen Reagenzien ausgesetzt. Erfindungsgemäß wird die Oberfläche der Reaktionsstreifen mit einem optischen Sensor erfaßt und anschließend werden die erfaßten Daten einer Auswerteeinheit zugeführt. Als Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird eine Wanne mit einem optischen Sensor und einer Auswerteeinheit vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Analyse von Reaktionsstreifen. Unter Reaktionsstreifen werden Trägermaterialien verstanden, die durch chemische, biologische oder physikalische Reaktionen unterschiedlich eingefärbt sind. Diese Trägermaterialien sind momentan in der Praxis streifenförmig, und die Länge des Streifens wird dazu verwendet, unterschiedlich eingefärbte Bereiche zu erzeugen. Diese relativ zum Streifen verfärbten Bereiche werden als Banden bezeichnet. Die Erfindung ist jedoch auch auf anders geformte Trägermaterialien anwendbar, wie etwa rechteckige oder kreisförmige Reaktionsplatten.

Ein Hauptanwendungsgebiet derartiger Reaktionsstreifen liegt in der Erfassung von chromatographisch oder elektrophoretisch eingefärbten Streifen. Diese Streifen werden als Blots, insbesondere als Westernblots oder Dotblots bezeichnet, wenn Antikörperreaktionen auf dem Streifen durch unterschiedliche Banden angezeigt werden. Hierzu werden die Reaktionsstreifen zur Entwicklung in eine Wanne gelegt und dort flüssigen Reagenzien ausgesetzt.

Hierbei entsteht das Problem, daß die Reaktionsstreifen für die weitere Verarbeitung manuell aus der Aufnahmeeinheit wie beispielsweise einer Wanne entfernt werden müssen und einer zeitlich aufwendigen Trocknung unterzogen werden. Diese Verfahrensweise ist bei unterschiedlichen Herstellern und Chargen von Reaktionsstreifen notwendig. Anschließend werden die Banden der Reaktionsstreifen analysiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein schnelleres Verfahren zu entwickeln, das einen manuellen Eingriff möglichst weitgehend ausschließt.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zur Analyse von Reaktionsstreifen gelöst, bei dem die Reaktionsstreifen zur Entwicklung in eine Aufnahmeeinheit insbesondere eine Wanne gelegt werden und dort flüssigen Reagenzien ausgesetzt werden, wobei die Oberflächen der Reaktionsstreifen mit einem optischen Sensor erfaßt werden und die erfaßten Daten einer Auswerteeinheit zugeleitet werden.

Das beschriebene Verfahren ist vollständig automatisierbar und verringert das manuelle Handling der Reaktionsstreifen. Dadurch wird die Gefahr der Beeinträchtigung der Reaktionsstreifen durch Berührung oder Verschmutzung reduziert und eine schnellere Bearbeitung der Reaktionsstreifen ermöglicht.

Vorzugsweise verbleiben die Reaktionsstreifen während des gesamten Verfahrens in der Auswerteeinheit. Bei der Verwendung von flüssigen Reagenzien ist die Auswerteeinheit hierzu wannenförmig ausgebildet, so daß die Reaktionsstreifen in der Auswerteeinheit in Flüssigkeit getränkt werden können. Sofern die Flüssigkeit nur aufgesprüht wird, ist auch eine flachere Ausbildung der Auswerteeinheit möglich. Die Auswerteeinheit ist so ausgebildet, daß sie sowohl die Behandlung von Reaktionsstreifen mit flüssigen Reagenzien erlaubt, als auch das Erfassen der Oberfläche der Reaktionsstreifen mit einem optischen Sensor.

Überraschend gute Auswerteergebnisse konnten erzielt werden, wenn ein hoher Helligkeitsunterschied zwischen Reaktionsstreifen und Auswerteeinheit eingestellt wird. Dies ist durch eine gezielte Lichtführung oder die unterschiedliche Einfärbung von Reaktionsstreifen und Wanne zu erzielen. Da die Reaktionsstreifen meistens eine helle Farbe aufweisen, wird vorgeschlagen, die Aufnahmeeinheit dunkel, insbesondere schwarz einzufärben. Da der optische Sensor nur die beleuchteten Bereiche erfaßt, und eine schwarze, vorzugsweise matt eingefärbte Wanne wenig Licht reflektiert, beschränken sich die erfaßten Daten ausschließlich auf den Bereich des Reaktionsstreifens.

Eine bevorzugte Verfahrensvariante sieht vor, daß die Reaktionsstreifen mit diffusem Licht bestrahlt werden. Gerade die Bestrahlung mit diffusem Licht verhindert auswertbare Reflexionen, die auf das Umfeld des Reaktionsstreifens zurückzuführen sind und zu fehlerhaften Ergebnissen führen können.

Vorteilhaft ist es, wenn eine Aufnahmeeinheit mit mehreren Kavitäten verwendet wird. Die Kavität erleichtert es, einen Streifen positionsgerecht auf der Aufnahmeeinheit abzulegen und eine stärkere Kavität erlaubt sogar die Aufnahme von flüssigen Reagenzien. Sofern die Aufnahmeeinheit mehrere Kavitäten aufweist, können mehrere Reaktionsstreifen nacheinander eingelegt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Streifen dann nacheinander flüssigen Reagenzien ausgesetzt und nacheinander dem optischen Sensor zugeführt. Die beschriebene Ausbildung der Aufnahmeeinheit ermöglicht somit ein halbautomatisches Verfahren, bei dem die Aufnahmeeinheit zunächst mit mehreren Reaktionsstreifen gefüllt wird, anschließend diese Reaktionsstreifen der Reihe nach unter dem optischen Sensor positioniert werden und letzlich die ausgewählten Reaktionsstreifen wieder aus der Aufnahmeeinheit entfernt werden.

Hierzu wird vorgeschlagen, daß die Kavitäten relativ zum optischen Sensor getaktet bewegt werden. Dies erlaubt ein genaues Einhalten für die Reaktion und den Arbeitsablauf vorgeschriebener Zeiten.

Ein Einhalten von Reaktionszeiten wird auch dadurch erleichtert, daß an definierten Positionen relativ zum optischen Sensor die Reagenzien in die Kavität gefüllt werden. Wenn die Kavitäten mit konstanter Geschwindigkeit, vorzugsweise getaktet, relativ zum optischen Sensor bewegt werden, wird somit zwischen Befüllung und optischem Sensor immer die gleiche Zeitspanne liegen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch mit einer Vorrichtung zur Analyse von Reaktionsstreifen gelöst, die eine Aufnahmeeinheit, insbesondere eine Wanne, einen optischen Sensor und eine Auswerteeinheit aufweist. Diese Vorrichtung ermöglicht die automatische Analyse von Reaktionsstreifen und eignet sich insbesondere für das oben beschriebene Verfahren.

Um die Qualität der Ergebnisse des optischen Sensors zu erhöhen, wird vorgeschlagen, daß die Aufnahmeeinheit und die Streifen unterschiedlich eingefärbt sind. Die unterschiedliche Farbgebung erlaubt es, die Bereiche der Aufnahmeeinheit bei der Analyse zu eliminieren und nur die Bereiche zu untersuchen, die die Farbe des Reaktionsstreifens aufweisen.

Vorteilhaft ist es, wenn die Aufnahmeeinheit mehrere Kavitäten aufweist. Dies erlaubt eine schnelle Bearbeitung der Streifen.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, daß die Kavitäten auf einer Kreislinie angeordnet sind. Die Kavitäten können hierzu entweder sternförmig auf einer Ebene angeordnet werden. Hierbei werden die Reaktionsstreifen in radial verlaufende Kavitäten eingelegt und die gesamte Aufnahmeeinheit wird vorzugsweise getaktet um das Zentrum der Kreisscheibe gedreht.

Eine alternative Ausführungsform sieht vor, daß die Kavitäten auf einem um zwei waagerechte Umlenkrollen umlaufenden Förderband angeordnet sind. Während auf der Oberseite des Förderbandes die Kavitäten befüllt und die Reaktionsstreifen mit dem optischen Sensor erfaßt werden, fallen die Reaktionsstreifen im Bereich der Umlenkrolle aus der Kavität heraus. An der Unterseite des Bandes werden die Kavitäten mit ihrer Öffnung nach unten zurück zum Befüllungsort gefördert. In diesem Bereich kann auch eine Reinigung stattfinden. Anschließend passieren die Kavitäten die zweite Umlenkrolle und sowie sie wieder in waagerechter Position liegen, können sie erneut mit Reaktionsstreifen befüllt werden.

Um eine möglichst kompakte Vorrichtung zu bauen, wird vorgeschlagen, daß die Kavitäten die Form eines Reaktionsstreifens aufweisen. Dies erlaubt auch die sichere Positionierung der Reaktionsstreifen innerhalb der Kavität und somit relativ zum optischen Sensor.

Für die Verbesserung der Reproduzierbarkeit des Verfahrens wird vorgeschlagen, daß die Kavitäten unterschiedlich mit dem optischen Sensor erfaßbar beschriftet sind. Dies erlaubt es, jedem erfaßten Datensatz eine bestimmte Kavität zuzuordnen.

Zur Positionierung der Aufnahmeeinheit relativ zum optischen Sensor wird vorgeschlagen, daß die Aufnahmeeinheit mindestens eine Markierung aufweist. Diese Markierung erlaubt es, die Aufnahmeeinheit relativ zum optischen Sensor motorisch zu verfahren und bei Erreichen einer speziellen Position der Markierung den Antrieb des Verfahrmechanismus auszuschalten.

Um eine genaue Zuordnung zwischen Reaktionsstreifen und erfaßtem Datensatz zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, daß die Reaktionsstreifen unterschiedliche, mit dem optischen Sensor erfaßbare Beschriftungen aufweisen. Beispielsweise können die Reaktionsstreifen mit Ziffern versehen werden, so daß beim Auswerten der Reaktionsstreifen jedem Reaktionsstreifendatensatz eine Ziffer zugeordnet wird, die auch auf dem Reaktionsstreifen zu finden ist.

Da punktförmige Leuchtmittel einer Beleuchtungseinheit zu punktförmigen Reflektionen am Reaktionsstreifen oder der Aufnahmeeinheit führen, wird erfindungsgemäß eine Beleuchtungseinheit vorgesehen, die diffuses Licht zur Wanne bringt. Die Beleuchtungseinheit ist daher so ausgebildet, daß die einzelnen Leuchtmittel keine punktförmigen Reflexionen verursachen.

Dies wird vorteilhafterweise dadurch erzielt, daß die Beleuchtungseinheit Leuchtmittel und einen Lichtleiter aufweist. Der Lichtleiter kann das Licht des Leuchtmittels auf eine größere Fläche verteilen, um punktuelle Reflektionen zu vermeiden. Vorzugsweise ist der Lichtleiter milchglasartig ausgebildet, so daß das Licht im Lichtleiter gebrochen wird.

Um eine gleichmäßige Lichtverteilung zu erzielen, wird vorgeschlagen, daß die Leuchtmittel Leuchtdioden sind, die vorzugsweise weißes Licht ausstrahlen. Mehrere Leuchtdioden ermöglichen die gleichmäßige Verteilung des Lichtes über eine größere Fläche oder Strecke und ermöglichen somit das gleichmäßige Ausleuchten des Streifens.

Um eine hohe Ausnutzung geringer Lichtstärken zu erzielen, wird vorgeschlagen, daß die Beleuchtungseinheit in unmittelbarer Nähe zur Wanne angeordnet ist. Bei Verwendung eines Lichtleiters ist das Lichtaustrittsende in unmittelbarer Nähe zur Wanne angeordnet, während die Leuchtmittel auch weiter entfernt von der Wanne angeordnet werden können.

Auch von außen einfallendes Licht kann die Auswertung mittels des optischen Sensors verfälschen und es wird daher vorgeschlagen, daß die Beleuchtungseinheit lichtdicht umschlossen ist. Vorzugsweise sind Beleuchtungseinheit und Aufnahmeeinheit so aufeinander abgestimmt, daß auch zwischen der Beleuchtungseinheit und der Aufnahmeeinheit möglichst wenig Licht zum Streifen gelangt.

Ein einfacher Aufbau der Vorrichtung wird dadurch erzielt, daß zwischen Reaktionsstreifen und optischem Sensor eine Spiegeloptik angeordnet ist. Dies erlaubt es, den optischen Sensor und vorzugsweise eine Kamera an beliebiger Position relativ zum Streifen anzuordnen, da das Bild der Oberfläche des Streifens mittels eines oder mehrerer Spiegel zur Kamera projiziert wird.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch die Vorrichtung längs der Linie I-I,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Vorrichtung längs der Linie II-II und

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Aufnahmeeinheit mit einem Reaktionsstreifen.

Die in den Figuren gezeigte Vorrichtung 1 besteht im wesentlichen aus der als Aufnahmeeinheit dienenden Wanne 2, einem optischen Sensor 3 und einer Auswerteeinheit 4.

Die Wanne 2 hat eine Kavität 5, in der ein Reaktionsstreifen 6 liegt. Neben dieser Kavität 5 grenzen rechts und links weitere Kavitäten 7 und 8 an, in denen ebenfalls Reaktionsstreifen liegen können.

Oberhalb der Wanne 2 ist der optische Sensor 3 angeordnet. Dieser optische Sensor 3 weist an seiner Unterseite 2 Beleuchtungseinrichtungen 9 und 10 auf, die Licht nach unten in die Kavität 5 der Wanne 2 strahlen. Die Beleuchtungseinheiten 9 und 10 haben als Leuchtmittel Leuchtdioden 11 und 12, die jeweils in ein Milchglaselement 13, 14 eingelassen sind. Das Milchglaselement 13, 14 hat etwa die Länge des Reaktionsstreifens 6 und ist über seine gesamte Länge mit beabstandet angeordneten Leuchtdioden 12 bestückt. Dadurch wird eine gleichmäßige Lichtverteilung im Milchglaselement erzielt und insbesondere ein gleichmäßiger Lichtausfall an der Unterseite des Milchglaselementes bewirkt. Das Milchglaselement ist vorzugsweise aus einem durchsichtigen Kunststoff gefertigt und die Leuchtdioden strahlen weißes Licht aus, das als diffuses Licht an der Unterseite des Milchglaselementes 13, 14 austritt. Zur Erhöhung der Lichtausbeute ist das Milchglaselement 13, 14 u-förmig mit einer reflektierenden Folie 15, 16 umgeben, die nur einen Lichtausfall nach unten ermöglicht.

Zwischen den unteren Austrittbereichen der Milchglaselemente 13, 14 ist der Reaktionsstreifen 6 angeordnet, und über diesem Reaktionsstreifen 6 befindet sich ein schräger Spiegel 17, der eine Abbildung des Reaktionsstreifens 6 auf die Linse 18 einer Kamera 19 projiziert.

Die gesamte Vorrichtung 1 ist lichtdicht von einer Haube (nicht gezeigt) umgeben, so daß nur über die Milchglaselemente 13 und 14 Licht in die Kavität 5 gelangt. Dieses Licht beleuchtet den Reaktionsstreifen 6, so daß ein gleichmäßig ausgeleuchtetes Bild des Reaktionsstreifens 6 über den Spiegel 17 zur Kamera 19 projiziert wird. Die Kamera 19 nimmt das Bild auf und gibt es an die Auswerteeinheit 4 weiter.

Zum Auswerten von Reaktionsstreifen 6 werden die Kavitäten 5, 7, 8 mit flüssigen Reagenzien gefüllt und die Reaktionsstreifen eingelegt. Nach einer definierten Einwirkzeit wird der optische Sensor 3 über der Kavität 5 positioniert und ein Bild des Streifens 6 mit der Kamera 19 aufgenommen. Dieses Bild zeigt die unterschiedlichen Verfärbungen des Reaktionsstreifens 6, die anschließend mit der Auswerteeinheit 4 analysiert werden.

Nach der Analyse eines Streifens wird der optische Sensor 3 relativ zur Wanne 2 um eine Kavität weiterbewegt und der nächste Reaktionsstreifen untersucht.

Sowohl am Streifen 6 als auch an den einzelnen Kavitäten 5, 7, 8 sind Ziffer aufgebracht, die vom optischen Sensor erfaßt werden können. Dies erleichtert die Zuordnung eines Untersuchungsergebnisses zu einem speziellen Streifen 6.

In der in Fig. 3 gezeigten Aufsicht auf die Aufnahmeeinheit 2 sind die Kavitäten 5, 7, 8 dargestellt, wobei die Aufnahmewanne 2 eine beliebige Anzahl an Kavitäten aufweisen kann. Der Reaktionsstreifen 6 liegt in der Kavität 5, und auf dem Reaktionsstreifen 6 sind einzelne Banden 20, 21, 22 zu erkennen. Die einzelnen Kavitäten 5, 7, 8 sind durch eine numerische Beschriftung 23 markiert, und die Aufnahmeeinheit 2 verfügt über eine geometrische Markierung 24, die als Basis zur Positionierung der gesamten Aufnahmeeinheit 2 verwendet wird. Als geometrische Markierung 24 ist eine Ecke der Aufnahmeeinheit 2 abgestumpft.

Der in der Kavität 5 liegende Reaktionsstreifen 6 hat einen hellen Hintergrund, auf dem sich die Banden 20, 21, 22 als dunklere Verfärbungen abzeichnen. Die Kavität 5 und die gesamte Wanne 2 sind matt schwarz eingefärbt, um einen hohen Kontrast zum Hintergrund des Reaktionsstreifens 6 zu bilden.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Reaktionsstreifen 6 ein Westerblot oder Dotblot oder ein anderer elektrophoretisch erstellter Streifen. Die Auswerteeinheit 4 benutzt bekannte Systeme, um den optisch erfaßten Banden 20, 21, 22 Befundungen und Diagnosen zu zuordnen.

Die Streifen 6 sind mit Zahlen 25 versehen. Der optische Sensor 3 erfaßt diese Zahlen 25 und verwendet sie zur Zuordnung von spezifischen Untersuchungsdaten, wie Laboridentifikationsnummern, Namen, Vornamen, Geburtsdaten etc. Diese Information erhöht die Sicherheit der Verarbeitung und Übertragung der Informationen der Reaktionsstreifen 6.

Claims (22)

1. Verfahren zur Analyse von Reaktionsstreifen (6), bei dem die Reaktionsstreifen (6) zur Entwicklung in eine Aufnahmeeinheit, insbesondere eine Wanne (2), gelegt werden und dort flüssigen Reagenzien ausgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Reaktionsstreifen (6) mit einem optischen Sensor (3) erfaßt werden und die erfaßten Daten einer Auswerteeinheit (4) zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsstreifen (6) während des gesamten Verfahrens in der Auswerteeinheit (2) verbleiben.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein hoher Helligkeitsunterschied zwischen Reaktionsstreifen (6) und Aufnahmeeinheit (2) eingestellt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsstreifen (6) mit diffusem Licht bestrahlt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufnahmeeinheit (2) mit mehreren Kavitäten (5, 7, 8) verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kavitäten (5, 7, 8) relativ zum optischen Sensor (3) getaktet bewegt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß an definierten Positionen relativ zum optischen Sensor (3) die Reagenzien in die Kavitäten (5, 7, 8) gefüllt werden.

8. Vorrichtung zur Analyse von Reaktionsstreifen (6) mit einer Aufnahmeeinheit (2), insbesondere einer Wanne, einem optischen Sensor (3) und einer Auswerteeinheit (4).

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeeinheit (2) und die Streifen (6) unterschiedlich eingefärbt sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeeinheit dunkel eingefärbt ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeeinheit (2) mehrere Kavitäten (5, 7, 8) aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kavitäten (5, 7, 8) auf einer Kreislinie angeordnet sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kavitäten (5, 7, 8) die Form eines Reaktionsstreifens (6) aufweisen.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kavitäten (5, 7, 8) unterschiedlich mit dem optischen Sensor (3) erfaßbar beschriftet sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (2) mindestens eine Markierung zur Positionierung der Auswerteeinheit (2) relativ zum optischen Sensor (3) aufweist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsstreifen (6) unterschiedliche mit dem optischen Sensor erfaßbare Beschriftungen aufweisen.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, gekennzeichnet durch eine Beleuchtungseinheit (9, 10), die diffuses Licht zur Aufnahmeeinheit (2) bringt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinheit (9, 10) Leuchtmittel (11, 12) und einen Lichtleiter (13, 14) aufweist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtmittel (11, 12) Leuchtdioden sind, die vorzugsweise weißes Licht ausstrahlen.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinheit (9, 10) in unmittelbarer Nähe zur Aufnahmeeinheit (3) angeordnet ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinheit (9, 10) lichtdicht umschlossen ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Reaktionsstreifen (6) und optischem Sensor (3) eine Spiegeloptik (17) angeordnet ist.