-
Die
Erfindung betrifft das Abbilden von Gelen, die mit einem fluoreszierenden
Material gefärbt sind,
insbesondere für
die Abbildung zweidimensionaler Gele wie z.B. Proteingelen, aber
auch das Abbilden eindimensionaler Gele wie z.B. elektrophoretische
Gele. Die Erfindung bezieht sich auch auf die Entfernung von Gelmaterial
auf der Basis ihrer Fluoreszenz.
-
Proteingele
werden in verschiedenen biochemischen Verfahren eingesetzt. Proteine
werden in einem Gel ein- oder zweidimensional manipuliert. Z.B.
kann die Manipulation in der Form einer Proteinmigration erfolgen,
bei der die Migrationsrate von der Proteinmolekülgröße abhängt und wobei sich die kleinsten
Proteine am schnellsten bewegen. Eine andere Art der Manipulation
basiert auf der Antwort auf ein elektrisches Feld, was benützt werden
kann, um Alkali- und Basisproteine in verschiedene Richtungen bewegen
zu lassen, mit einer Migrationsrate, die vom Grad der Basizität und vom
Säuregrad
abhängt. Sogenannte
zweidimensionale Gele erlauben eine Proteinmigration auf Basis von
Größe und Säuregrad,
die in zueinander orthogonalen Richtungen innerhalb des gleichen
Gels durchgeführt
werden.
-
Um
den Ort der Proteine im Gel zu messen, werden Proteine mit einem
Fluoreszenzfarbstoff markiert. Die Fluoreszenz wird dann in einer
optischen Vorrichtung gemessen, die eine Anregungsquelle und eine
Photodetektionsvorrichtung beinhaltet. Die Menge an Proteinen an
einem bestimmten Ort wird aus der Stärke der Fluoreszenz ermittelt,
die an diesem Punkt von der Photodetektionsvorrichtung gemessen
wird.
-
Nachdem
ein interessierender Gelort durch die optische Vorrichtung lokalisiert
wurde, wird dieser Teil des Gels dank seiner starken Fluoreszenz
typischerweise entfernt und in der Vertiefung einer Well-Platte
zwecks weiterer Verarbeitung platziert. Dies wird typischerweise
durch Überführung der
Gelschale zu einem Roboter bewirkt, der mit einem Gelanreicherungskopf
ausgestattet ist. Der Gelanreicherungskopf ist mit einer Mehrzahl
von Abgabeeinrichtungen ausgestattet, z.B. 8, welche Gelkerne mit
rundem Querschnitt herausschneidet und aufsaugt, um sie in der Vertiefung
einer Well-Platte abzulegen.
-
Eine
große
Zahl von Fluoreszenzfarbstoffen ist bekannt. Die Farbstoffe haben
typischerweise ausgeprägte
Breitbandcharakteristiken mit einer oder mehreren breiten Absorptions-
oder Anregungsbändern
und einem einzigen starken und breiten Emissionsband. Ein weit verbreiteter
Fluo reszenzfarbstoff ist SYPRO-Ruby, der Anregungsbänder im
Ultravioletten (UV) und im Blauen hat und im Roten emittiert, mit
einem Maximum bei etwa 620 nm.
-
Zwei
Arten optischer Vorrichtungen sind für die Messung von Gelfluoreszenz
bekannt, wie sie nachfolgend mit Bezug auf die Figuren erläutert werden.
-
6 ist
eine schematische Seitenansicht einer Abbildungsvorrichtung, in
der eine CCD-(engl. charge
coupled device)Detektoreinheit 100, die einen CCD-Chip 102 und
ein Objektiv 104 umfasst, über einem Regal 106 angeordnet
ist, auf welchem eine Gelschale 108 zentral um die optische
Achse "O" der CCD-Detektoreinheit 100 platziert
werden kann. Neben der CCD-Detektoreinheit 100 befinden sich
Bänke mit
blauem Licht emittierenden Dioden (LEDs), die dem Zentrum des Regals,
auf dem Gelschalen platziert werden, zugewandt sind. Die blauen LED-Bänke 110 werden
benutzt, um Fluoreszenz im Gel anzuregen, welche dann durch den
CCD-Chip gemessen wird. Die Abbildungsvorrichtung ist in einem lichtdichten
Gehäuse 112 eingebaut
und über eine
Schwenktür
(nicht gezeigt) zugänglich.
Eine Abbildungsvorrichtung diese Art ist das Fuji LAS-1000 [7].
-
7 ist
eine schematische Seitenansicht eines Scanners, in dem eine Photovervielfacherröhre (PMT) 120 und
ein Objektiv 122 benutzt werden, um die Fluoreszenz eines
Gels zu messen, das sich in einer Gelschale 124 befindet
und das durch Rasterscannen mit einem 488-nm-Laserstrahl 126, der durch
einen Argonionenlaser 128 über der Gelschale erzeugt wird,
angeregt wird. Die Rasterabtastung wird durch eine bewegliche Spiegelanordnung 130 erzielt.
Der Scanner ist in einem lichtdichten Gehäuse 132 angeordnet.
-
Es
versteht sich, dass der prinzipielle Unterschied zwischen der Abbildungsvorrichtung
und dem Scanner darin besteht, dass die Abbildungsvorrichtung eine
parallel arbeitende Vorrichtung ist und der Scanner seriell arbeitet.
Die Abbildungsvorrichtung ist schneller, hat aber den Nachteil,
dass die abdeckende Strahlung von den LEDs keine einheitliche Intensitätsverteilung über dem
Gel gewährleistet,
was zu Fehlern in der Korrelation zwischen Proteindichte und Fluoreszenzdichte
führt.
Dieses Problem wird durch den CCD-Chip verschärft, der sowohl Reflexionen
der einzelnen LEDs selbst als auch des Gels abbildet.
-
Der
Scanner stellt eine gleichförmige
Beleuchtung bereit, da der Argonionenlaser gut leistungsstabilisiert
werden kann, aber langsam ist. Darüber hinaus ist der Einsatz
eines Argonionenlasers unerwünscht,
da er ein unhandliches und nicht effizientes Teil ist, das eine
Luft- oder Wasserkühlung
und, abhängig
von der erforderlichen optischen Leistung, einen Drehstromanschluss
benötigt.
-
Es
versteht sich auch, dass sowohl der Scanner als auch die Abbildungsvorrichtung
selbstständige
Vorrichtungen sind. Die Entfernung von Gelmaterial, das durch die
Fluoreszenzanalyse identifiziert wurde, muss mit einer separaten
Vorrichtung durchgeführt
werden, nämlich
einem Roboter mit einer Fähigkeit
zur Entfernung.
-
Verschiedene
Gelentfernungsvorrichtungen und -verfahren werden in der Literatur
beschrieben [2-6].
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Gemäß der Erfindung
wird eine Robotervorrichtung gemäß Anspruch
1 bereitgestellt.
-
Die
Erfindung kann daher einen Entnahme- bzw. Entfernungsroboter bereitstellen,
der mit einem optischen Transmissionsmodensystem zusammengefasst
ist, in dem die die fluoreszenzanregenden Optiken unter dem Hauptbett
des Roboters befestigt sind, die eine konventionelle Leuchttischoberfläche von
unten bestrahlen und wobei eine Photodetektionsvorrichtung oberhalb
des Leuchttisches im nach unten zum Leuchttisch gerichteten Deckel
des Entfernungsroboters befestigt ist. Es ist daher möglich, eine
Gelfluoreszenzanalyse und die Kernentnahme mit derselben Vorrichtung
vorzunehmen.
-
Die
angepasste Transmissionsmodenlösung basiert
auf einer konventionellen Leuchttischplattform, die die Standardoption
für Greifroboter
darstellt. Folglich ist kein neues Design von Hilfsroboterfunktionen
notwendig. Insbesondere lässt
die leuchttischbasierte Lösung
den gesamten Bereich oberhalb des Betts für andere Zwecke frei. Insbesondere können konventionelle
xyz-Positionierer
benutzt werden, um einen Gelanreicherungskopf frei um den Roboter
zu bewegen, ohne zusätzliche
Bewegungseinschränkungen
bei der Durchführung
der Entfernung. Zusätzlich
steht die gesamte Bettfläche
des Roboters weiterhin für
konventionelle Einsatzzwecke zur Verfügung, wie z.B. das Positionieren
von Well-Platten, Q-Tray-Platten etc., für Flüssigkeitshandhabung, Bereitstellung
von Schüttlern,
Deckelöffnungsvorrichtungen,
Abfalleinrichtungen, Reinigungsbädern
usw.
-
Zusätzlich wurde
festgestellt, dass die beaufschlagende Strahlung der Licht emittierenden
Dioden dadurch erheblich verbessert werden kann, dass es dem von
den Licht emittierenden Dioden emittielten Licht ermöglicht wird,
mit einem Diffusor zu interagieren, vorzugsweise mit einem holographischen
Diffusor, bevor das Gel beleuchtet wird. Bevorzugterweise ist der
Diffusor lichtdurchlässig
und wird gegenüber den
Licht emittierenden Dioden platziert.
-
Die
Vorrichtung umfasst daher vorzugsweise einen weiteren Diffusor,
der zwischen den Licht emittierenden Dioden und der Leuchttischplatte
angeordnet ist, um die Intensitätsverteilung
des Lichts der Licht emittierenden Dioden, welches auf die Leuchttischplatte
auftrifft, gleichmäßig zu machen.
-
Die
Bereitstellung einer gleichmäßigen Intensitätsverteilung über dem
Gel ist für
die Fluoreszenzabbildung wichtig, da die Fluoreszenzintensität proportional
zur Anregungsintensität
ist, sodass die räumliche
Varianz in der Abbildungsintensität eine Fehlerquelle ist. Dies
liegt daran, dass die Analyse voraussetzt, dass es eine direkte
Korrelation zwischen der Proteindichte und der Fluoreszenzintensität gibt.
Eine einheitliche Beleuchtung ist auch für die Kontrastabbildung wichtig,
für welche
die Vorrichtung ebenfalls benutzt werden kann.
-
Eine
geeignete Filterung sollte vorgenommen werden, wenn die Vorrichtung
für die
Fluoreszenzabbildung vorgesehen ist. (In Ausführungsformen der Erfindung,
die auf Kontrastabbildung basieren, muss eine Filterung nicht vorgenommen
werden.) In der bevorzugten Ausführungsform
für die Fluoreszenzabbildung
wird detektorseitig ein Filter zwischen der Leuchttischplatte und
dem Detektor-Array angeordnet und hat eine Antwort, bei der Wellenlängen, die
im Emissionsband eines benutzten fluoreszierenden Farbstoffes liegen,
durchgelassen werden, und bei der Wellenlängen blockiert werden, die in
einem Anregungsband des Fluoreszenzfarbstoffs liegen. Darüber hinaus
wird ein anregungsseitiger Filter zwischen den Licht emittierenden
Dioden und der Leuchttischplatte angeordnet, der als Antwort Wellenlängen blockiert,
die im Emissionsband des Fluoreszenzfarbstoffs liegen. Dies erhöht den Bildkontrast
zwischen dem Fluoreszenzfarbstoff und dem Hintergrund.
-
Die
Licht emittierenden Dioden sind ausgewählt, Licht bei Wellenlängen auszugeben,
die in einem Anregungsband des benutzten Fluoreszenzfarbstoffs liegen.
Zum Beispiel sind Licht emittierende Dioden mit blauem 473-nm-Licht
für die
Anregung der Fluoreszenz in SYPRO-Ruby geeignet.
-
Die
Vorrichtung kann durch Bereitstellung Licht emittierender Dioden
unterschiedlichen Typs vielseitiger gemacht werden, z.B. durch eine
erste Gruppe für
die Ausgabe in einem ersten Wellenlängenband (z.B. Blau) und durch
eine zweite Gruppe für
die Ausgabe in einem zweiten Wellenlängenband (z.B. Grün, Rot).
Die Vorrichtung kann dann mit verschiedenen fluoreszierenden und
nicht fluoreszierenden Farbstoffen benutzt werden, wobei die Gruppe Licht
emittierender Dioden vom geeigneten Typ eingesetzt wird. Da weitere
Typen Licht emittierender Dioden kommerziell verfügbar werden
(z.B. im Ultravioletten) können
mehr Gruppen bereitgestellt werden, sodass die Vorrichtung entwickelt
werden kann, um vielseitiger zu sein.
-
Die
Vorrichtung ist mit einem Gelanreicherungskopf ausgestattet. Die
Gelabgabeeinrichtungen beziehungsweise Gelcorer können in
Verbindung mit dem Abbildungssystem eingesetzt werden, um interessierende
Gelproben aus einer Gelschale zu entnehmen um sie in einer Well-Platte
zu platzieren, die ebenfalls auf dem Hauptbett der Vorrichtung angeordnet
ist. Damit kann eine vollständig
integrierte Bildbearbeitung und Gelprobenpräparation bereitgestellt werden.
Ein wichtiger praktischer Vorteil besteht hier darin, dass das Abbildungssystem,
das zur Identifizierung der interessierenden Gelproben in der Gelschale
benutzt wird (durch Fluoreszenz- oder Kontrastabbildung dasselbe
Abbildungssystem ist, dass von der Robotervorrichtung benutzt wird,
um den Gelcorer zu den korrekten Koordinaten für die Probenentnahme zu führen. Dies
beseitigt eine Hauptursache von Bildverarbeitungsschwierigkeiten
und -fehlern, wenn eine unabhängige
Abbildungsvorrichtung und das maschinelle Bilderfassungssystem eines
Standardroboters (typischerweise eine CCD-Kamera, die am Kopf montiert
ist) benutzt werden, die typischerweise recht verschieden sind,
sodass es nicht einfach ist, eine Koordinate, die in der Abbildungsvorrichtung
bestimmt wurde, mit einer Koordinate des Roboters zu verknüpfen.
-
Die
Leuchttischplatte ist bevorzugterweise aus einem durchscheinenden
Acryl- oder Glasmaterial hergestellt, wie z.B. opalisierendes Acryl
oder gestrahltes Glas.
-
Das
Detektor-Array ist bevorzugterweise ein CCD (charge coupled device).
Alternativ können
andere zweidimensionale Detektoren wie z.B. Multikanalplatten (MCPs)
benutzt werden. Das Detektor-Array kann z.B. mit einer Peltiervorrichtung
oder mit einer kryogenen Mischung wie z.B. flüssigem Stickstoff gekühlt werden.
Ein eindimensionales Detektor-Array kann auch benutzt werden, z.B.
eine linear abtastende Kamera. Diese wäre zum Beispiel für einen Einsatz
in Verbindung mit eindimensionalen Gelen geeignet.
-
Wie
bereits erläutert,
wurde festgestellt, dass der Einsatz eines Diffusors die Gleichmäßigkeit
der Beleuchtungsintensität
von den Licht emittierenden Dioden stark verbessert. Vergleichsuntersuchungen haben
ergeben, dass die Beleuchtung mit Licht emittierenden Dioden durch
einen Diffusor tatsächlich
der Bestrahlung mit weißem
Licht von konventionellen Streifenleuchten überlegen ist, und dies selbst
für die Kontrastabbildung
(das heißt,
selbst wenn das Gel mit einem nicht fluoreszierenden Farbstoff wie
z.B. einem Silberfarbstoff gefärbt
ist). Es wird daher vorgeschlagen, die Beleuchtung nicht nur die
Fluoreszenzabbildung mit Licht emittierenden Dioden durch einen
Diffusor vorzunehmen, sondern auch die Kontrastabbildung.
-
Alternativ
kann die auf Transmissionsmodenoptiken basierende Vorrichtung durch
Einsatz einer Laserquelle verändert
werden, z.B. durch einen Ionenlaser anstelle der Licht emittierenden
Dioden und durch Abtasten der Unterseite der Leuchttischplatte mit
dem Laserstrahl. In diesem Fall kann ein einkanaliger Detektor benutzt
werden. Geeignete Ionenlaser sind zum Beispiel Argonionen- und Kryptonionenquellen.
-
Es
wird verstanden werden, dass die Strahlabtastung mit geeigneten
Scan-Spiegeloptiken durchgeführt
werden kann.
-
Kurze Beschreibung der
Figuren
-
Für ein besseres
Verständnis
der Erfindung und um zu zeigen, wie diese verwirklicht werden kann,
wird nun ohne Beschränkung
der Allgemeinheit auf die beigefügten
Figuren Bezug genommen, die zeigen:
-
1 ist
eine perspektivische Ansicht des unteren Teils einer Vorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
-
2 ist
eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung;
-
3 gezeigt
Merkmale des Leuchttischbeleuchtungssystems der Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung;
-
4 ist
eine schematische Seitenansicht, die den optischen Aufbau der Vorrichtung
gemäß der Erfindung
zeigt;
-
5 ist
eine schematische Seitenansicht, die den optischen Aufbau einer
alternativen Vorrichtung gemäß der Erfindung
zeigt;
-
6 zeigt
prinzipiell eine Abbildungsvorrichtung nach dem Stand der Technik;
und
-
7 zeigt
prinzipiell einen Scanner des Standes der Technik.
-
Ausführliche Beschreibung
-
1 ist
eine perspektivische Seitenansicht des unteren Teils einer Vorrichtung
gemäß der Erfindung.
Das Oberteil ist nicht dargestellt, um das Hauptbett 10 der
Vorrichtung zu zeigen. Eine aus einem durchscheinenden Material
bestehende Leuchttischplatte 12, bekannt als opalisierendes
Acryl, ist bündig
mit dem Hauptbett verbunden. Ein Satz Klemmen 14 (4 in
der Figur) wird am Umfang des Leuchttisches 12 bereitgestellt,
um Gelschalen wie z.B. Q-Trays auf dem Leuchttisch zu positionieren
und zu sichern. Die Leuchttischplatte wird von unten durch eine
optische Einrichtung beleuchtet, die unter dem Hauptbett aufgenommen
ist, welches sich in dem Raum befindet, der durch das Basisteil 16 der
Vorrichtung bereitgestellt wird.
-
Die
Vorrichtung in der Figur hat einen Manipulationskopf 18 und
einen Gelanreicherungskopf, der über
dem Hauptbett der Vorrichtung durch die x-, y- und z-Positionierer 20, 22 und 24 bewegt
werden kann. Der dargestellte Gelanreicherungskopf umfasst eine
Anordnung von Gelcorern 26, wobei jeder Gelcorer die Form
einer hohlen Nadel hat, die mit einer Versorgungsleitung für Luft verbunden
ist. Beispielsweise hat der Kopf eine 1 × 8-Anordnung von Corern, wobei
jeder Gelcorer 26 seine eigene Versorgungsleitung 28 für das Ansaugen
und Ausstoßen
eines Kerns von Gelmaterial hat, um ein Entfernen von der Gelschale
durchzuführen,
gefolgt durch die Ablage des ent fernten Gelprobenkerns in einer
Vertiefung der Well-Platte oder an einem anderen Zielort. Der Manipulationskopf 18 wird
vom z-Positionierer getragen, der seinerseits vom y-Positionierer
gehalten wird, der vom x-Positionierer getragen wird. Benachbart
zum Manipulationskopf 18 kann auch am z-Positionierer ein Greifer für die Well-Platte
(nicht dargestellt) befestigt werden, damit die Well-Platten über das
Hauptbett der Vorrichtung bewegt werden können. Der Manipulationskopf 18 ist
lösbar
am z-Positionierer befestigt, sodass man den Kopftyp ändern kann.
Ein Gelanreicherungskopf kann für
die Entnahme angepasst werden. Andere Köpfe können für gelbasierte Prozesse benötigt werden.
Zum Beispiel können
gelbasierte Prozesse dieser Art den Transport von Flüssigkeit
zu und von den Well-Platten beinhalten, bei dem ein Transportkopf
für Flüssigkeit, der
eine Anordnung von Mikrotiterspitzen besitzt, aufgesetzt wäre. In der
Darstellung wird eine manuelle Durchführung eines Kopfaustausches
angenommen, aber es kann auch ein automatisierter Kopfaustausch
gewählt
werden.
-
Beispielhaft
ist eine einzige Well-Platte 29 auf dem Hauptbett der Vorrichtung
gezeigt. Das Hauptbett kann mit Stationen für Well-Platten und Gelschalen
verschiedener Standardtypen ausgestattet sein. Das Hauptbett beinhaltet
auch andere Standardausrüstung
wie z.B. eine Abfalleinrichtung, eine Deckelöffnungsvorrichtung für die Well-Platte, Schüttler für die Well-Platten,
eine Aufbewahrung für die
Well-Platten und eine Waschstation. Keines von diesen Teilen ist
dargestellt. Die Vorrichtung kann auch mit einer Zuführung und
einem Stapelmechanismus für
die Well-Platten sowie einer automatisierten Zuführung und einem Stapelmechanismus
für die Gelschalen
ausgestattet sein. Davon ist nichts in den Figuren gezeigt.
-
2 ist
eine perspektivische Seitenansicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.
Im Vergleich der 1 zeigt die Vorrichtung auch
den oberen Teil der Vorrichtung. Der obere Teil besteht prinzipiell
aus einer lichtdichten Abdeckung 30 mit zwei Seiten 32, einem
Rückteil 34 und
einem Deckel 36. An der Frontseite der Vorrichtung ist
eine Schwenktür 38 für den Zugang.
Montiert im Deckel 36 befindet sich eine Detektoreinheit 40,
die ein Detektor-Array in der Form eines CCD-Chips, zugehörige Abbildungsoptiken in der
Form einer Objektivlinse und einem geeigneten Filters beherbergt.
Die Abbildungsoptiken sind ausgebildet, die obere Fläche der
Leuchttischplatte als Bildebene zu haben oder eine geringfügig höher liegende
Bildebene, um die normale Dicke des Basisteils der Gelschale zu
berücksichtigen.
Der CCD-Chip wird mit einem Peltierkühler gekühlt (nicht gezeigt). Wenn eine
niedrigere Betriebstemperatur gewünscht ist, um das Rauschen
weiter zu reduzieren, kann eine kryogene Mischung wie z.B. flüssiger Stickstoff
benutzt werden, z.B. mit einem Kryostat mit geschlossenem Kreislauf.
Die Detektoreinheit 40 befindet sich in einem zylindrischen
Gehäuse,
das aufrecht stehend mit dem Deckel der Maschine verschraubt ist,
sodass die optische Hauptachse „O" der Detektoreinheit senkrecht auf der
Ebene des Hauptbetts der Vorrichtung steht. Ein optischer Zugang zum
unteren Leuchttisch wird durch eine Öffnung im Deckel ermöglicht.
-
3 zeigt
Merkmale eines Leuchttischbeleuchtungssystems der Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung. Die Figur ist eine perspektivische Seitenansicht
von einer Seite der Vorrichtung aus einer Perspektive, von der aus
man nach unten und auf die Ebene des Hauptbetts der Maschine schaut,
aber bei dem das Hauptbett nicht gezeigt ist. Die Ebene des Hauptbetts
(und der Leuchttischplatte) ist mit dem Bezugszeichen
10 versehen.
Der Hauptteil des Beleuchtungssystems ist eine Quelleneinheit
50,
deren Standfläche
rechteckig ist und die Abmessungen hat, die ungefähr denjenigen
der Leuchttischplatte (z.B. 300 × 200 mm) entsprechen und die
eine Dicke von circa 20 mm hat. In der Basis der Quelleneinheit
ist eine Mehrzahl von blauem Licht emittierenden Dioden (LEDs),
die bei einer nominellen zentralen Wellenlänge von 473 nm emittieren.
(In anderen Ausführungsformen
können LEDs
mit anderen Farben benutzt werden.) Die LEDs sind in vier Bänken
52 (gestrichelte
Linie) angeordnet, wobei jede Bank eine kompakte Einheit von 100 oberflächenmontierten
LEDs mit einer integrierten Fresnellinse ist. Alternativ können diskrete
LEDs benutzt werden, die über
der Fläche
der Quelleneinheit verteilt sind. Über den LEDs angeordnet und
die gesamte Fläche
der Quelleneinheit überdeckend
befindet sich eine Filterschicht (nicht gezeigt) zusammen mit der
Schicht eines holographischen Diffusors
54. Der holographische
Diffusor ist eine Schicht aus einem Plastikmaterial mit mikrostrukturierten
Oberflächenstrukturen
in Form von Erhöhungen
und Vertiefungen, die mit einem Prägeverfahren hergestellt wurden,
bei dem ein holographisch erzeugter Rohling benutzt wird (siehe
z.B.
US 5,534,386 : Physical Optics
Corporation [1]). Der Diffusor homogenisiert die LED-Lichtausgabe,
sodass die Intensitätsverteilung
des Lichts der LEDs auf der Leuchttischplatte gleichmäßiger wird.
Auf beiden Seiten der Quelleneinheit befindet sich Lichtstreifeneinheiten
56 für die Bereitstellung
einer weißen
Strahlung auf die Leuchttischplatte zwecks Kontrastabbildung.
-
4 ist
eine schematische Seitenansicht, die den optischen Aufbau zeigt.
Oben in der Figur sieht man die Detektoreinheit 40, montiert
auf dem Deckel 36. Die Detektoreinheit 40 besitzt
einen CCD-Chip 42 mit zugehörigen Sammeloptiken 44, die
schematisch als eine einzige Objektivlinse dargestellt sind. Es
versteht sich, dass eine geeignete Linsen-(oder Spiegel- )Kombination
benutzt werden kann, um die Leuchttischfläche auf die aktive Oberfläche des
CCD-Chips abzubilden. Die optische Achse „O" der Detektoreinheit 40 ist
ebenfalls gezeigt. Die Detektoreinheit 40 beinhaltet auch
einen Filter 46. Dieser ist ein Bandpassfilter für das Filtern
des LED-Outputs. Ein 620 nm bis 35 nm Bandpass wird für die oben
erwähnten
blauen LEDs benutzt. Es versteht sich, dass im Allgemeinen eine
geeignete Wahl des Brandpasses oder eines Grenzfrequenzfilters unter
Berücksichtigung
der Ausgabeantwort der LEDs und der Anregungs- und Emissionsbänder des benutzten
Fluoreszenzfarbstoffs vorgenommen werden. Darüber hinaus kann in einigen
Anwendungen, z.B. mit Kontrastabbildung, auf einen Filter verzichtet werden.
In der Mitte der Figur sind die Leuchttischplatte 12 und
Gelschalenklammern 14 dargestellt, wobei die Leuchttischplatte 12 im
Allgemeinen in der Ebene des Hauptbetts 10 der Vorrichtung
liegt. Unten in der Figur ist die Lichtquelleneinheit 50 mit
seinen LEDs 52, dem Filter 53 und dem Diffusor 54 gezeigt. Der
Filter 53 ist ein stark gefärbter Bandpassfilter von der
Art, wie sie für
Theaterbeleuchtungen eingesetzt werden, und ist im vorliegenden
Beispiel blau, wobei blaue LEDs benutzt werden. Der Filter 53 entfernt
effizient ungewünschte
Komponenten des LED-Lichts. Insbesondere im Fall blauer LEDs wurde
herausgefunden, dass ein kleiner Teil der LEDs dahingehend fehlerhaft
funktioniert, dass er Wellenlängenkomponenten
außerhalb
des blauen Lichts hinein in das grüne und rote Lichts emittiert.
Ein davon verschiedener Farbfilter kann abhängig von den Ausgabewellenlängen der
benutzten LEDs gewählt
werden. Die unter einem Winkel angeordneten Lichtstreifeneinheiten 56 sind
auch zu erkennen.
-
Im
praktischen Einsatz wurde herausgefunden, dass eine CCD-Belichtungszeit
zwischen 1 und 3 Minuten ausreichend ist, um Gele, die mit SYPRO-Ruby
gefärbt
sind, unter Benutzung blauer LEDs und basierend auf der oben angegebenen
Beschreibung zu beleuchten. Die Belichtungszeit kann dadurch reduziert
werden, dass mehr LEDs und leistungsfähigerer LEDs benutzt werden.
Da blaue LEDs insbesondere leistungsfähiger und preiswerter werden,
wird erwartet, dass die Belichtungszeiten erheblich reduziert werden
können.
-
5 ist
eine schematische Seitenansicht, die den Strahlengang in einer alternativen
Ausführungsform
zeigt. Der Leuchttisch und Detektorteile sind im Allgemeinen dieselben
wie im optischen Aufbau der 4, obwohl
der Detektor 42' ein
Einkanaldetektor ist, z.B. eine Photomultiplierröhre anstelle eines CCD-Chips.
Der optische Aufbau unterscheidet sich von dem der Ausführungsform
der 4 darin, dass ein Ionenlaser 58 als Lichtquelle
benutzt wird, um einen Laserstrahl zu erzeugen, der rasterförmig (oder
linear) die Unterseite der Leuchttischplatte 12 abtastet,
worauf er mit einem statischen Spiegel M1 und einem ablenkend montierten
Scanspiegel gerichtet wird. Wie bei der Ausführungsform der 4 wird
die Lichtquelle praktischerweise in dem Raum unter dem Hauptbett
der Vorrichtung befestigt. Die Ausführungsform der 5 ähnelt daher derjenigen
der 4 insofern, dass sie auf Transmissionsmodenoptiken
mit der optischen Quellenausrüstung
basiert, die unter dem Hauptbett der Vorrichtung montiert ist, unterscheidet
sich aber von der Ausführungsform
der 4 dahingehend, dass sie auf einer seriellen Anregung
und Detektion anstelle einer parallelen Anregung und Detektion basiert.
Es versteht sich, dass andere Laserquellen anstelle eines Ionenlasers
benutzt werden können,
z.B. ein He-Cd-Laser.
-
Die
Erfindung wurde im Zusammenhang mit gefärbten Gelen beschrieben. Es
versteht sich, dass die Vorrichtung für jedes Material verwendet
werden kann, das mit fluoreszierenden oder nicht fluoreszierenden
Farbstoffen gefärbt
ist.
-
Darüber hinaus
wurde die Erfindung prinzipiell mit Bezug auf fluoreszierendes gefärbtes SYPRO-Ruby
beschrieben. Anderere fluoreszierende Farbstoffe sind verfügbar, über dem
sichtbaren Bereich vom Ultravioletten zum Blauen, Grünen, Orangen
bis zum Roten. Es versteht sich, dass der vorgeschlagene Aufbau
leicht verändert
werden kann, um mit einem beliebigen fluoreszierenden Farbstoff
unter geeigneter Anpassung der optischen Quellen, Filter und Detektoren
benützt
zu werden. Insbesondere kann die Erfindung mit den Farbstoffen cy3
und cy5 von Amersham BioSciences eingesetzt werden. Nicht fluoreszierende
Farbstoffe, mit denen die Erfindung benutzt werden kann, sind Silberfarbstoff
und coomassie-blauer Farbstoff (mitunter auch als brillantblauer
Farbstoff be zeichnet). Für
die Kontrastabbildung von nicht fluoreszierenden Farbstoffen, wie
z.B. coomassieblau, haben Untersuchungen ergeben, dass ein orange
Anregungsfilter eine erhebliche Steigerung des Bildkontrasts bewirken kann.
Alternativ können
rote LEDs geeignet sein.
-
Es
versteht sich, dass der Begriff Licht emittierenden Dioden dahingehend
in den Ansprüchen des
vorliegenden Dokuments ausgelegt werden muss, dass er superluminiszierende
Dioden mit einschließt.
-
Literaturstellen
-
- [1] US 5,534,386: Physical Optics Cooperation
- [2] US 6,198,107: Clare Chemical Research Inc.
- [3] JP 07-260742: Sanyo Electric Co Ltd.
- [4] WO 98/23950: Oxford Glycosciences (UK) Ltd.
- [5] US 5,587,062 :
Shimadzu Corporation
- [7] EP 0840114 A2: Huji Photofilm Co., Ltd.