DE202008016208U1

DE202008016208U1 - radiometer

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Publication number: DE202008016208U1
Application number: DE200820016208
Authority: DE
Original assignee: Berthold Technologies GmbH and Co KG
Current assignee: Berthold Technologies GmbH and Co KG
Priority date: 2008-12-09
Filing date: 2008-12-09
Publication date: 2010-04-29
Anticipated expiration: 2018-12-10

Abstract

Strahlungsmessgerät, insbesondere zur Messung der Lumineszenz, mit einem Detektor zur Erfassung der Strahlung, unter dem Detektor angeordneten Probenbehältern und mit Verschiebeeinrichtungen zur sukzessiven, automatischen gegenseitigen Zuordnung jeweils eines der Probenbehälter und einer photosensitiven Fläche des Detektors, wobei zwischen dem sich in Messposition befindenden Probenbehälter und dem Detektor eine Transferoptik zur Lenkung von Emissionslicht der sich in dem Probenbehälter befindenden Probe (1) zum Detektor angeordnet ist, derart, dass in der Messposition die Eintrittsblende (2) der Transferoptik und der jeweilige Probenbehälter übereinanderliegen liegen, dadurch gekennzeichnet, dass die Transferoptik ein Fokussierelement aufweist, welches aus einer innen spiegelnden Fläche in Form eines mittleren Abschnitts eines Rotationsellipsoids besteht, wobei sich die Probe im Bereich des ersten (6) und die photosensitive Fläche des Detektors im Bereich des zweiten Brennpunktes (7) befindet.Radiation measuring apparatus, in particular for measuring luminescence, comprising a detector for detecting the radiation, sample containers arranged underneath the detector and displacement devices for successively automatic mutual association of each of the sample containers and a photosensitive surface of the detector, between the sample containers located in the measuring position and a transfer optics for guiding emission light of the sample (1) located in the sample container to the detector is arranged in such a way that in the measuring position the entrance aperture (2) of the transfer optic and the respective sample container lie one above the other, characterized in that the transfer optics Focusing element, which consists of an internally reflecting surface in the form of a central portion of an ellipsoid of revolution, wherein the sample in the region of the first (6) and the photosensitive surface of the detector in the region of the second Brennpu is located (7).

Description

Technisches Gebiet der ErfindungTechnical field of the invention

Die Erfindung betrifft ein Strahlungsmessgerät, insbesondere zur Messung der Lumineszenz von flächigen Proben, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a radiation meter, in particular for measuring the luminescence of flat samples, according to the preamble of claim 1.

Biolumineszenz und Chemilumineszenz, häufig nur Lumineszenz genannt, wird z. B. zum Nachweis bakterieller Kontaminationen in Arznei- und Lebensmitteln, in der molekularbiologischen Forschung, oder in der Labordiagnostik in Form von Lumineszenz-Immunoassays angewandt.bioluminescence and chemiluminescence, often called luminescence only z. B. for the detection of bacterial contamination in medicines and foods, in molecular biology research or in laboratory diagnostics applied in the form of luminescence immunoassays.

Die zum quantitativen Nachweis des Lumineszenzlichtes verwendeten Geräte werden Luminometer genannt. Da die nachzuweisenden Lichtmengen extrem gering sind, ist höchste Empfindlichkeit erforderlich, die in der Regel nur mit Photomultipliern erreicht wird.The used for the quantitative detection of the luminescent light devices are called luminometers. Since the amount of light to be detected is extreme are low, highest sensitivity is required, which is usually only achieved with photomultipliers.

Als Probenbehälter kommen entweder einzelne Röhrchen oder, und zwar heute überwiegend, sogenannte Mikroplatten zur Verwendung. Letztere enthalten in Zeilen und Reihen angeordnete Vertiefungen (Probenbehälter) zur Aufnahme der Proben. Die Probenzahl pro Platte kann 96, 384 oder 1.536 betragen.When Sample containers come either individual tubes or, today predominantly, so-called microplates for use. The latter contain arranged in rows and rows Recesses (sample container) for receiving the samples. The Sample number per plate can be 96, 384 or 1536.

Eine der wichtigsten Spezifikationen eines Luminometers ist die Empfindlichkeit. Diese wird weitgehend bestimmt durch die Eigenschaften des verwendeten Photomultipliers. Zu diesen gehören unter anderen die Fläche der Photokathode, die Quantenausbeute im interessierenden Wellenlängenbereich sowie das Hintergrundrauschen oder Nulleffekt. Die höchste Empfindlichkeit wird durch den Betrieb des Photomultipliers als Photon-Counter erzielt.A The most important specifications of a luminometer is its sensitivity. This is largely determined by the properties of the used Photomultiplier. These include, among other things, the area the photocathode, the quantum yield in the wavelength range of interest as well as the background noise or zero effect. The highest Sensitivity is caused by the operation of the photomultiplier Photon counter achieved.

Sodann ist die Effizienz der „Transferoptik” wichtig, von der abhängt, welcher Anteil des von der Probe emittierten Lichtes auf die Photokathode des Multipliers auftrifft.thereupon the efficiency of "transfer optics" is important depends on what proportion of the emitted from the sample Light hits the photocathode of the multiplier.

Ein besonderes Problem bei Lumineszenzmessungen ist der Crosstalk, nämlich die Verfälschung der Messung einer in Messposition befindlichen Probe durch die Einstreuung zusätzlichen Lichtes von anderen, nicht in Messposition befindlichen Proben. Der Grad der Störung der Messung durch Crosstalk hängt wesentlich von der Kinetik der Lumineszenzreaktion ab. Man unterscheidet zwischen „Flash”- und „Glow”-Lumineszenz. Bei der Flash-Lumineszenz beginnt die Lichtemission praktisch sofort mit der Injektion des die Lichtemission auslösenden sogenannten Starter-Reagenz, erreicht nach typisch 0.3–1.0 Sekunden ihr Maximum und fällt dann über mehrere Sekunden wieder schnell ab. Bei der Glow-Lumineszemz hingegen wird einige Zeit nach der Injektion des Starter-Reagenz ein Plateau mit fast konstanter Lichtemission erreicht, die nur langsam, zum Beispiel nur wenige Prozent in 10 Minuten wieder abfällt.One A particular problem with luminescence measurements is the crosstalk, namely the falsification of the measurement of a person in the measuring position Sample by scattering extra light from others, non-measuring samples. The degree of the disorder The measurement by Crosstalk depends essentially on the kinetics of the luminescence reaction. One distinguishes between "Flash" - and "glow" luminescence. In the case of flash luminescence The light emission begins almost immediately with the injection of the the light emission triggering so-called starter reagent, reaches its maximum and typically 0.3-1.0 seconds then falls quickly over several seconds again from. In glow-luminescence, on the other hand, some time after the Injecting the starter reagent a plateau with almost constant light emission achieved that only slowly, for example, only a few percent in 10 Minutes again.

Bei Flash-Lumineszenz muss das Starter-Reagenz direkt in die in Messposition befindliche Probe injiziert werden. Die jeweils noch nicht gemessenen Proben leuchten noch gar nicht, und von den bereits gemessenen geht nur noch ein schwaches Nachleuchten aus.at Flash luminescence must place the starter reagent directly into the measuring position be injected sample. The not yet measured Samples still do not shine, and from the already measured goes only a faint afterglow.

Anders bei der Glow-Lumineszenz, bei der gemessene Proben noch lange stark nachleuchten und ungemessene ebenfalls schon leuchten, wenn ihnen das Starter-Reagenz schon vor der Messung zugefügt wurde. Daher ist die Gefahr von Crosstalk bei Glow-Lumineszenz höher.Different in the glow luminescence, in the measured samples for a long time strong illumine and unmeasured also already shine if you the starter reagent was added before the measurement. Therefore, the risk of crosstalk in glow luminescence is higher.

Zumindest bei Flash-Lumineszenz muss sich die Injektionsspitze direkt über der Probe befinden, und es muss durch konstruktive Maßnahmen sichergestellt werden, dass dabei möglichst wenig Licht auf dem Weg zum Detektor verloren geht.At least with flash luminescence, the injection tip must be directly over the sample, and it must be through constructive measures ensure that as little light as possible lost on the way to the detector.

Wichtig sind auch praktische Gesichtspunkte wie die Minimierung der Kontaminationsgefahr des Gerätes durch die verwendeten Chemikalien, einfache Reinigung, und die Herstellkosten.Important are also practical aspects such as minimizing the risk of contamination of the device due to the chemicals used, simple Cleaning, and the manufacturing costs.

Stand der TechnikState of the art

Mit einem Luminometer gemäß EP 1279948 wird eine sehr hohe Empfindlichkeit erzielt. Zur Minimierung des Crosstalks schleift ein vertikal frei bewegliches Dichtelement mit einer Blendenöffnung über die Mikroplatte. Nachteilig ist dabei, dass das Dichtelement durch das ständige Schleifen auf der Mikroplatte abgenutzt wird und dass auf der Oberseite der Mikroplatte vorhandene Flüssigkeitsreste über die ganze Platte verteilt werden können.With a luminometer according to EP 1279948 a very high sensitivity is achieved. To minimize the crosstalk, a vertically freely movable sealing element with an aperture grinds across the microplate. A disadvantage is that the sealing element is worn by the constant grinding on the microplate and that on the top of the microplate existing fluid residues can be distributed over the entire plate.

Ein weiterer Nachteil ergibt sich daraus, dass sich oberhalb des Dichtelementes ein zum Detektor hin sich verbreiternder Reflektor befindet, mit der Folge dass die Photokathode einen Durchmesser von mindestens 20 mm aufweisen muss, um alle aus dem Reflektor austretenden Photonen erfassen zu können. Somit können Photomultiplier mit kleineren Kathoden und damit verbundenen niedrigeren Nulleffekten dort nicht eingesetzt werden.One Another disadvantage arises from the fact that above the sealing element a reflector widening towards the detector is located with the consequence that the photocathode has a diameter of at least 20 mm to all the photons emitted from the reflector to be able to capture. Thus, photomultipliers with smaller cathodes and associated lower zero effects not be used there.

Hiervon ausgehend sind Ziele der Erfindung, auch Photomultiplier mit Kathodenflächen von 2 cm² und darunter ohne Empfindlichkeitsverlust verwenden zu können, sowie zumindest bei der Messung von Flash-Lumineszenz niedrige Crosstalk-Werte ohne auf der Mikroplatte schleifende Teile zu erreichen. Außerdem muss Reagenzinjektion in die Messposition möglich sein.On this basis, objects of the invention are also to be able to use photomultipliers with cathode areas of 2 cm ² and below without loss of sensitivity, and at least in the measurement of flash luminescence low crosstalk values without erring on the microplate parts chen. In addition, reagent injection into the measurement position must be possible.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, dass die Transferoptik ein Fokussierelement aufweist, welches aus einem mittleren Abschnitt eines innen spiegelnden Rotationsellipsoids besteht, so dass das von der Probe emittierte Licht mit Hilfe einer reflektierenden Fläche in Form von Teilen eines Rotationsellipsoids auf die photosensitive Fläche des Detektors abgebildet wird, wobei sich die Probe im Bereich des ersten Brennpunktes und die photosensitive Fläche des Detektors im Bereich des zweiten Brennpunktes des Rotationsellipsoids befinden. Durch diese Fokussierung wird erreicht, dass störendes Streulicht, welches nicht aus der Richtung der Probe kommt, nicht zum Detektor gelangt und dort registriert wird. Außerdem können wegen der Fokussierung der emittierten Lumineszenzstrahlung auf einen kleinen Bereich um den Brennpunkt herum Photomultiplier mit re duzierter Kathodenfläche ohne Empfindlichkeitsverlust zum Einsatz kommen. Zumindest bei der Messung von Flash-Lumineszenz lässt sich eine stationäre Eintrittsblende verwenden, die nicht mit der Mikroplatte in Berührung kommt, jedoch lässt sich auch weiterhin das vertikal verschiebbare Dichtelement gemäß EP 1279948 verwenden, um Crosstalk praktisch total auszuschliessen.The solution according to the invention is that the transfer optics has a focusing element, which consists of a central portion of an inner spheroid ellipsoid, so that the light emitted from the sample with the aid of a reflective surface in the form of parts of an ellipsoid of revolution imaged on the photosensitive surface of the detector is where the sample in the region of the first focus and the photosensitive surface of the detector in the region of the second focal point of the ellipsoid of revolution. This focusing ensures that disturbing scattered light, which does not come from the direction of the sample, does not reach the detector and is registered there. In addition, due to the focusing of the emitted luminescent radiation to a small area around the focal point, photomultipliers with reduced cathode area can be used without loss of sensitivity. At least in the measurement of flash luminescence, a stationary entrance panel can be used which does not come into contact with the microplate, however, the vertically displaceable sealing member may continue to be used EP 1279948 use to exclude Crosstalk practically totally.

In einer weiteren Ausformung der Erfindung gemäß Anspruch 2 befinden sich auf der Unterseite einer nicht auf der Mikroplatte schleifenden Eintrittsblende um die optische Achse herum konzentrisch angeordnete Rillen, welche als zusätzliche Lichtfalle den Crosstalk noch mehr vermindern.In a further embodiment of the invention according to claim 2 are located on the bottom of a not on the microplate sliding entrance aperture concentrically arranged around the optical axis Grooves, which as additional light trap the crosstalk reduce even more.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.Further preferred embodiments will be apparent from the others Dependent claims.

Die Erfindung wird nun Anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:The Invention will now be with reference to exemplary embodiments With reference to the figures explained in more detail. in this connection demonstrate:

1: einen schematisierten Schnitt durch ein Lumineszenzmessgerät, 1 FIG. 2: a schematic section through a luminescence meter, FIG.

2: eine Variation zu dem in 1 Gezeigten, 2 : a variation to that in 1 shown,

3: das Detail D aus den 1 und 2 und 3 : the detail D from the 1 and 2 and

3a: eine Ansicht auf die Eintrittsblende der Transferoptik von unten in einer perspektivischen Darstellung. 3a : A view of the entrance panel of the transfer optics from below in a perspective view.

Die 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Hierbei befindet sich direkt über der zu messenden, sich in einem Probenbehälter befindenden Probe 1 in einem Abstand von typisch 0,3–1,0 mm zunächst eine Eintrittsblende 2, deren Öffnung je nach Probenträgerkonstruktion rund oder quadratisch sein kann. Die Blendenöffnung wird dabei so bemessen, dass möglichst viel Licht von der Probe, aber möglichst wenig von Nachbarproben durchtreten kann. Oberhalb der Eintrittsblende beginnt die Reflexionskammer 3 der Transferoptik, wobei die reflektierende Fläche 4 Teil eines Rotationsellipsoides um die vertikale optische Achse ist. Die Reflexionskammer endet oben bei der Berührung mit dem Detektor 5, welcher ein Photomultiplier ist.The 1 shows a preferred embodiment of the invention. This is located directly above the sample to be measured, located in a sample container 1 at a distance of typically 0.3-1.0 mm, first an entrance panel 2 whose opening can be round or square, depending on the sample support structure. The aperture is sized so that as much light as possible from the sample, but as little as possible from neighboring samples can pass. Above the entrance aperture, the reflection chamber begins 3 the transfer optics, the reflective surface 4 Part of an ellipsoid of revolution about the vertical optical axis. The reflection chamber ends up on contact with the detector 5 , which is a photomultiplier.

Das Rotationsellipsoid hat zwei Brennpunkte, wobei der erste 6 im Bereich der Probe liegt, der zweite 7 im Bereich der Photokathode 8 des Photomultipliers, also im Bereich der photosensitiven Fläche des Detektors. Somit bildet die Reflexionskammer ein Fokussierelement, welches die Probe im Bereich des ersten Brennpunktes auf die photosensitive Fläche des Detektors (Photokathode 8) abbildet. Die Fläche der Photokathode beträgt vorzugsweise unter 1,5 cm².The ellipsoid of revolution has two foci, with the first 6 is in the range of the sample, the second 7 in the field of photocathode 8th of the photomultiplier, so in the range of the photosensitive surface of the detector. Thus, the reflection chamber forms a focusing element, which the sample in the region of the first focus on the photosensitive surface of the detector (photocathode 8th ) maps. The area of the photocathode is preferably less than 1.5 cm ² .

Es ist eine nicht dargestellte Verschiebeeinrichtung vorhanden, mit deren Hilfe der Probenträger horizontal zweidimensional verschoben werden kann, wodurch jeder Probenbehälter unter der Eintrittsblende 2 positioniert werden kann, so dass der sich unter der Eintrittsblende befindende Probenbehälter und damit die sich in ihm befindende Probe der Photokathode zugeordnet ist. Die Verschiebeeinrichtung arbeitet automatisch und fährt die einzelnen Probenbehälter sukzessiv in ihre Messposition, in der jeweils ein Probenbehälter der Photokathode zugeordnet ist.There is a displacement device, not shown, with the aid of the sample carrier can be moved horizontally two-dimensionally, whereby each sample container under the entrance panel 2 can be positioned so that the located under the entrance panel sample container and thus the sample located in it is associated with the photocathode. The displacement device operates automatically and drives the individual sample containers successively into their measuring position, in each of which a sample container is assigned to the photocathode.

Der in 1 dargestellte Detektor 5 ist ein sogenannter Side-window Photomultiplier mit einer im Innenraum befindlichen Photokathode 8. Man blickt hier in Richtung der Achse des Detektors.The in 1 represented detector 5 is a so-called side-window photomultiplier with a photocathode inside 8th , You look here in the direction of the axis of the detector.

Das Rotationsellipsoid ist körperlich nur im Bereich zwischen Eintrittsblende und Detektor ausgeführt, die gestrichelten Linien deuten den weiteren Verlauf der zu Grunde liegenden Ellipse an. Die kleine Halbachse des Rotationsellipsoids misst vorzugsweise zwischen 15 und 25 mm, die große Halbachse zwischen 60 und 100 mm.The Ellipsoid is physically only in the range between Entry aperture and detector running, the dashed Lines indicate the further course of the underlying ellipse at. The small semi-axis of the ellipsoid of revolution preferably measures between 15 and 25 mm, the semi-major axis between 60 and 100 mm.

Bei Bedarf kann ein Reagenzinjektor eingebaut werden, wobei die Injektionsspitze 9 unmittelbar über der Eintrittsblende endet, so dass das Reagenz durch die Blende hindurch in den Probenbehälter injiziert wird. Hierbei durchstößt der Reagenzinjektor die Wandung der das Fokussierelement bildenden Reflexionskammer 4.If required, a reagent injector can be installed with the injection tip 9 immediately above the entrance panel so that the reagent is injected through the panel into the sample container. In this case, the reagent injector penetrates the wall of the reflection chamber forming the focusing element 4 ,

2 zeigt die bevorzugte Ausführungsform bei Verwendung eines Photomultipliers mit Stirnflächenkathode 11. In diesem Fall könnte sich zwischen Reflexionskammer und Photokathode noch eine Austrittslende 10 befinden. 2 shows the preferred embodiment when using a photomultiplier with face cathode 11 , In this case could be between Reflection chamber and photocathode still an outlet end 10 are located.

Zur weiteren Verringerung des Crosstalks kann sich auf der Unterseite des Blendenträgers ein in Bezug auf die optische Achse konzentrisches Muster von Vertiefungen in Form von Rillen befinden (3 und 3a). Diese wirken als Lichtfalle für die von der Seite her eindringende Störstrahlung aus Nachbarproben und verringern somit den Crosstalk.To further reduce the crosstalk, a pattern of recesses in the form of grooves concentric with the optical axis may be located on the underside of the diaphragm support ( 3 and 3a ). These act as a light trap for the incident from the side of interference from neighboring samples and thus reduce the crosstalk.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- EP 1279948 [0012, 0015]

Claims

Radiation measuring apparatus, in particular for measuring luminescence, comprising a detector for detecting the radiation, sample containers arranged underneath the detector and displacement devices for successively automatic mutual association of each of the sample containers and a photosensitive surface of the detector, between the sample containers located in the measuring position and the detector has a transfer optics for directing emission light of the sample located in the sample container ( 1 ) is arranged to the detector, such that in the measuring position, the inlet aperture ( 2 ) of the transfer optics and the respective sample container are superimposed, characterized in that the transfer optics comprises a focusing element, which consists of an internally reflecting surface in the form of a central portion of an ellipsoid of revolution, wherein the sample in the region of the first ( 6 ) and the photosensitive surface of the detector in the region of the second focal point ( 7 ) is located.

Radiation meter according to claim 1, characterized in that around the entrance aperture ( 2 ) of the transfer optics extends parallel to the top of the sample container, facing the sample containers surface having the entrance aperture of the transfer optics circumferential grooves.

Radiation meter according to one of the preceding claims, characterized in that the photosensitive surface of the detector has an area of less than 2 cm ² .

Radiation meter according to claim 3, characterized in that the photosensitive surface of the detector has an area of less than 1.5 cm ² .

Radiation meter according to one of the preceding Claims, characterized in that the distance between the entrance panel of the transfer optics and the surface the sample container is between 0.3 and 1 mm.

Radiation meter according to one of the preceding claims, characterized in that a reagent jet ( 9 ) is provided, which pierces the wall of the focusing element.

Radiation meter according to one of the preceding Claims, characterized in that the length the small semi-axis of the focusing element between 15 and 25 mm is.

Radiation meter according to one of the preceding Claims, characterized in that the length the large semi-axis of the focusing element between 60 and 100 mm.