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Gerät unter Verwendung verschiedener optischer Messverfahren

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DE69738555T2
DE69738555T2 DE1997638555 DE69738555T DE69738555T2 DE 69738555 T2 DE69738555 T2 DE 69738555T2 DE 1997638555 DE1997638555 DE 1997638555 DE 69738555 T DE69738555 T DE 69738555T DE 69738555 T2 DE69738555 T2 DE 69738555T2
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DE
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Grant
Patent type
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DE1997638555
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Raimo Harju
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Wallac Oy
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Wallac Oy
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    • G01N2021/6463Optics
    • G01N2021/6471Special filters, filter wheel
    • GPHYSICS
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    • G01N30/00Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/90Plate chromatography, e.g. thin layer or paper chromatography
    • G01N30/95Detectors specially adapted therefor; Signal analysis

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • [0001]
    Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der biochemischen Laborinstrumente für verschiedene Anwendungen von Mikrotitrationsplatten und entsprechenden Probenunterlagen. Die Erfindung betrifft insbesondere die verbesserte und komplettere Kombination der Instrumenteneigenschaften von Fluorimetern, Photometern und Luminometern. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Multilabel-Messinstrument, speziell ein optisches Multifunktionslaborinstrument zum Ausführen verschiedener Messungen, wie z. B. Photolumineszenzmessung, Absorptionsmessung oder Chemilumineszenzmessung einer flüssigen Probe oder einer festen Probe auf einer Probenunterlage, wobei das Instrument umfasst;
    • – eine CW-Lampe und eine Pulslampe
    • – einen ersten Emissionsdetektor zum Erfassen von Emission der Probe
    • – einen zweiten photometrischen Detektor für Absorptionsmessungen und
    • – mindestens eine optomechanische Einheit, wie z. B. einen Spiegel, zum Lenken des optischen Lichtweges.
  • [0002]
    In dieser Patentanmeldung wird der Begriff „Photolumineszenz" in der Bedeutung „jede durch einfallende optische Strahlung erzeugte optischen Photonenemission" verwendet. Der Begriff „Fluoreszenz" hatte in älteren Schriften dieselbe Bedeutung, „Fluoreszenz" soll aber jetzt ausschließlich die molekularen Verfahren betreffen.
  • 2. Beschreibung des Stands der Technik
  • [0003]
    Die typischen Instrumente in analytischen, chemischen Forschungslaboren sind die verschiedenen spektroskopischen Instrumente. Viele von ihnen nutzen den optischen Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Die zwei gebräuchlichen Arten von Instrumenten sind die Spektrophotometer und die Spektrofluorimeter Diese Instrumente umfassen normalerweise eine oder zwei Wellenlängen-Dispersionsvorrichtungen, wie Monochromatoren. Die Dispersionsvorrichtungen ermöglicht ihnen das Durchführen photometrischer und fluorometrischer Messungen im gesamten optischen Spektrum.
  • [0004]
    Die Routinearbeit und auch die Forschungsarbeit in analytischen, biochemischen Labors und in klinischen Labors basiert häufig auf verschiedenen Kennzeichnungen und Labels, die in der Untersuchung an Makromoleküle gekoppelt sind. Die typischen verwendeten Labels sind verschiedene radioaktive Isotope, Enzyme, verschiedene fluoreszierende Moleküle und z. B. fluoreszierende Chelate von seltenen Erdmetallen.
  • [0005]
    Die Erkennung von Enzymlabeln kann durch das Nutzen seiner natürlichen biochemischen Funktion, d. h. zum Ändern der physikalischen Eigenschaften der Moleküle, ausgeführt werden. In Enzymimmunoassays werden farblose Substanzen durch Enzym zu farbigen Substanzen oder nicht fluoreszierende Substanzen zu fluoreszierenden Substanzen katalysiert. Deswegen werden die verschiedenen instrumentellen Messverfahren benötigt.
  • [0006]
    Biochemische und klinische Labors haben Gamma- und Betazähler für Radioisotope, Filterphotometer für kolorimetrische Immunoassays und für klinische Chemiedetermination, Filterfluorimeter für Fluoreszenzimmunoassays, Luminometer für Chemilumineszenz, zeitaufgelöste Fluorimeter, usw.
  • [0007]
    Es gibt aber nicht viele Instrumente auf dem Markt, die in der Lage sind, mehr als eine Messtechnologie im selben Instrument einzusetzen. Technisch sind alle Fluorimeter in der Lage, chemische Glühlumineszenz zu messen, aber dies wird in vielen Instrumenten nicht genutzt.
  • [0008]
    Eines dieser Instrumente ist ein Spektrofluorimeter von Perkin Elmer Corporation, der aufgrund seiner Blitzanregungslampe und seines analogen Detektionsverfahrens in der Lage ist, Fluoreszenz, Phosphoreszenz und Lumineszenz von Küvetten zu messen. Das Unternehmen liefert eine Faseroptikoption für Mikrotitrationsplatten. Ein Spektrofluorimeter ist hingegen eigentlich ein viel weniger empfindlicheres Instrument als ein Filterfluorimeter, und das Faseroptiksystem verringert die Empfindlichkeit des Instruments sogar noch mehr.
  • [0009]
    Auf dem Markt gibt es auch ein Instrument namens „Fluostar", das ursprünglich von BMG Lab Technologies GmbH, Offenburg, Deutschland, hergestellt wurde. Dieses Instrument ist in der Lage, herkömmliche Fluoreszenz und zeitaufgelöste Photolumineszenz zu messen. Es hat Lichtwellenleiter sowohl in der Anregungsseite als auch in der Emissionsseite, und seine Detektionstechnologie basiert auf dem gesteuerten Analogon, das häufig als „Boxcar"-Detektion bezeichnet wird. Das Anwenden der Lichtwellenleitertechnologie in der Emissionsseite und die Analogdetektion schränken beide die Empfindlichkeit des Instruments ein.
  • [0010]
    Auf dem Markt gibt es auch eine ein kombiniertes Photometer und Luminometer umfassende Vorrichtung namens „Anthos Lucy" von Labtech International, Uckfield, Großbritannien. Es kommt auch gerade ein kombiniertes Fluorimeter und Photometer von Molecular Dynamics, Inc., Kalifornien auf den Markt. Die weitere Leistung der Vorrichtungen ist nicht bekannt.
  • [0011]
    Die Schrift WO 95/04263 legt ein multifunktionales Photometer dar, das in der Lage ist, Lichtabsorption, Fluoreszenz und Lumineszenz einer Probe zu messen. Das optische System enthält mehrere Linsen, Filter, Sensoren und eine bewegliche Verbindung für das Leiten von Glasfaserleitern. Die Lichtquelle der Vorrichtung produziert ein kontinuierliches Licht, und das Anregungslicht wird durch Lichtwellenleiter von oben auf die Probe gebracht. Das Emissionslicht wird zum Ausführen der Photolumineszenz ebenfalls über der Probe durch Lichtwellenleiter zum Detektor gesammelt. Der Detektor zum Ausführen der Absorbanz wird unter der Probe platziert. Ein halbtransparenter Spiegel richtet einen Teil des Anregungslichts auf einen Referenzdetektor.
  • [0012]
    Die Schrift EP 0 677 732 A2 offenbart eine photometrische Vorrichtung zum Messen von Lichtabsorption, Lichtstreuung, Fluoreszenz und/oder Phosphoreszenz der Proben. Die Vorrichtung umfasst eine Lichtquelle und Photodetektoren. Licht wird zu/von einer Probe von einem richtungsändernden Mechanismus, der auf einer komplizierten Rotoranordnung beruht, die mindestens einen in eine Reihe von Spiegelpositionen betreibbaren Spiegel umfasst, geleitet. Jede Position entspricht einer geänderten Lichtübertragungsrichtung. Die Lichtquelle ist mit Linsen in mit einem Filterrad kombiniert.
  • [0013]
    Nach Wissen des Erfinders gibt es keine Instrumente für Mikrotitrationsplatten oder ähnliche Probenunterlagen, die in der Lage sind, die folgenden vier Technologien zu messen. Die Technologien sind Photolumineszenz, Absorption, Chemilumineszenz und zeitaufgelöste Photolumineszenz.
  • [0014]
    Der Anmelder, die Fa. Wallach, stellt seit 1983 zeitaufgelöste Fluorimeter her. Das erste Modell des Instruments namens Arcus 1230 war in der Lage, nur Röhrchen in Gestellen oder Streifen von Mikrotitrationsplatten in Gestellen zu zählen. Die fluoreszierende Lösung wurde durch die Wand eines Röhrchens oder eine Vertiefung der Streifen angeregt. Die Emission wurde vom Boden erfasst. Das zweite Modell des zeitaufgelösten Wallac-Fluorimeters 1232 wurde 1988 vorgestellt und war in der Lage, die ganze Mikrotitrationsplatte zu messen. Die Anregungsoptik befindet sich auf der Oberseite der Platte und umfasst drei Quartzlinsen und Filter. Die Emissionsoptik befindet sich unter der Probe und umfasst UV-Filter und drei Kunststofflinsen. Einige Jahre später wurde ein Modell namens 1234 mit zwei zusätzlichen Interferenzfiltern in der Emissionsseite vorgestellt.
  • [0015]
    All diese Instrumente wenden allerdings nur zeitaufgelöste Technologie zum Messen von Photolumineszenz an.
  • Aufgaben und Zusammenfassung der Erfindung
  • [0016]
    Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein kompaktes optisches Instrument an die Hand zu geben, um verschiedene Labor-Messungen auszuführen, die verschiedene Technologien der Spektroskopie, d. h. Photolumineszenz, Absorption und Chemilumineszenz von flüssigen oder festen Proben, nutzen, die in Mikrotitrationsplatten, in anderen Anordnungen für mehrere Vertiefungen oder in anderen Arten von Probenunterlagen, wie Filtern, Gele, usw., die üblicherweise in Labors verwendet werden, angeordnet sind.
  • [0017]
    Die weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine neuartige optomechanische Anordnung zum Verbinden einer Pulslampe mit dem optischen Instrument zu beschreiben, die die Verwendungsmöglichkeit der Vorrichtung in den empfindlichsten biochemischen Assays, z. B. in zeitaufgelösten Fluoreszenzassays, vergrößert. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Instrument umfasst;
    • – einen Block mit mindestens einem Spiegel und mindestens einer Blende,
    • – wobei der Block mit drei Abschnitten versehen ist, so dass der Block zwischen drei Positionen beweglich ist, wodurch
    • – bei Bewegen des Blocks in die erste Position der erste Abschnitt des Blocks einen ersten optischen Weg von der CW-Lampe über den ersten Spiegel zu der Probe und einen zweiten optischen Weg von der Probe durch den ersten Spiegel zu dem ersten Detektor vorsieht, um eine Photolumineszenz-Messung durchzuführen, und
    • – in der ersten Position der erste Abschnitt des Blocks weiterhin einen optischen Weg von der CW-Lampe über den ersten Spiegel durch die Probe zu dem zweiten Detektor vorsieht, um eine Absorptionsmessung durchzuführen, und
    • – bei Bewegen des Blocks in eine andere Position der andere Abschnitt des Blocks einen weiteren optischen Weg zu der Probe oder einen Weg von der Probe zu dem ersten Detektor vorsieht, um andere Messungen durchzuführen.
  • [0018]
    Diese Aufgaben können durch Vorsehen einer Vorrichtung zum Messen von Photonenemissionen oder Absorption von verschiedenen Probenunterlagen, wie Mikrotitrationsplatten, verwirklicht werden, wobei eine Vorrichtung umfasst:
    • – eine Dauerstrichlampeneinheit (CW-Lampeneinheit) zur Photolumineszenzanregung und Absorptionsmessung
    • – CW-Lampeneinheit mit CW-Lampe, Wellenlängenauswahlmittel und Optik, d. h. Lichtsammelmittel und Lichtlenkungsmittel
    • – einen flüssigen Lichtwellenleiter zwischen der Lampe und dem Probenfach
    • – eine photometrische Detektoreinheit zur Absorptionsmessung, mit einem Lichtsammelmittel und Detektionsmittel,
    • – eine Emissionseinheit mit Detektionsmittel, Wellenlängenauswahlmittel, Photonenemissionssammel- und -leitmitteln, Blendenmittel zum Begrenzen des Emissionsstrahls
    • – die optomechanische Kopplungseinheit mit Reflexionsmitteln zum Lenken von Anregungs- und photometrischen Lichtstrahlen
    • – die optomechanische Kopplungseinheit mit den ersten Reflexionsmitteln zum Leiten von Lumineszenzemission in den Detektor
    • – die optomechanische Kopplungseinheit mit den zweiten Reflexionsmitteln zum Untersuchen eines Teils einer durch die CW-Lampe erzeugten Strahlung
    • – die optomechanische Kopplungseinheit mit Stabilisierungsmitteln für die Strahlung der CW-Lampe
    • – einen Plattenhalter für Mikrotitrationsplatten oder eine andere entsprechende Probenunterlage und Plattenhalterbewegungsmittel
    • – Steuerungsmittel mit Elektronik- und Schnittstellenmitteln für Computer
  • [0019]
    Die vorliegende Erfindung umfasst ferner:
    eine Pulslampeneinheit für zeitaufgelöste Photolumineszenzanregung, wobei
    • – die Pulslampe Anregungspuls erzeugende Mittel, Wellenlängenauswahlmittel, ein Lichtsammelmittel und Lichtleitmittel umfasst
    • – die optomechanische Kopplungseinheit ein optionales dichroitisches Reflexions- und Übertragungsmittel umfasst
    • – die optomechanische Kopplungseinheit ein zweites optionales Reflexionsmittel umfasst
    • – die optomechanische Kopplungseinheit ein optionales Filtermittel umfasst.
  • [0020]
    Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung auch:
    • – Mittel zum Anpassen der Höhe des Messkopfs.
  • [0021]
    Die vorliegende Erfindung beschreibt ein neues, vielseitig einsetzbares, nicht isotopisches, optisches Instrument für verschiedene optische Messungen in biochemischen oder klinischen Labors. Es ist auch in der Lage, mehrere Arten von Lumineszenz- und Absorptionsmessungen auf verschiedenen Arten von Probenvertiefungsmatrizen oder auf anderen Substraten in der Größe von Standard-Mikrotitrationsplatten auszuführen.
  • [0022]
    Das optische System des optischen Instruments umfasst eine CW-Lampe und eine Pulslampe und zwei Detektoren und eine neuartige optomechanische Kopplungseinheit. Durch Bewegen des Blocks innerhalb der Kopplungseinheit können optische Wege optimiert werden und daher die Messeigenschaften des Instruments verändern.
  • [0023]
    Eine Verwendung dieser Erfindung ist ein Photolumineszenzzähler, bei dem eine Probe von oben mit einer der Lampen angeregt wird. In dieser Hinsicht betrifft die Erfindung die Instrumente, die normalerweise Plattenfluorimeter genannt werden.
  • [0024]
    Eine weiter Verwendung dieser Erfindung sind kolorimetrische Messungen, bei denen die Intensität eines Lichtstrahls erst ohne jede Probe und dann durch die Probe gemessen wird.
  • [0025]
    Aus den Messergebnissen wird der Absorptionswert der Probe berechnet. In dieser Hinsicht betrifft diese Erfindung die Instrumente, die normalerweise photometrische Plattenleser genannt werden.
  • [0026]
    Noch eine weitere Verwendung dieser Erfindung ist ein Chemilumineszenzzähler, bei dem optische Emissionen aufgrund chemischer Reaktionen von der Oberseite der Vertiefung gezählt werden. In dieser Hinsicht betrifft diese Erfindung Instrumente, die normalerweise Plattenluminometer genannt werden.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • [0027]
    Andere Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden genauen Beschreibung und durch Heranziehen der Zeichnungen ersichtlich, bei denen:
  • [0028]
    1 ein schematisches Ablaufdiagramm der Einheiten der bevorzugten Ausführungsform des optischen Instruments mit einer Pulslampeneinheit ist.
  • [0029]
    2 eine detaillierte Abbildung des Bauteils und der verschiedenen optischen Wege einer bevorzugten Ausführungsform des optischen Instruments ist.
  • [0030]
    3 eine schematische Abbildung des standardmäßigen 8-Positionen-Filterrads für Fluorometrie und Photometrie ist.
  • [0031]
    4 eine schematische Abbildung des alternativen 4-Positionen-Filterrads für Fluorometrie und Photometrie ist.
  • [0032]
    5 eine schematische Abbildung eines Blocks einer optischen Kopplungseinheit ist.
  • [0033]
    6 eine schematische Abbildung eines Filterschiebers in der Emissionseinheit ist.
  • [0034]
    7 eine schematische Abbildung eines Blendenschiebers in der Emissionseinheit in der Nähe des oberen Detektors ist.
  • [0035]
    8 eine schematische Abbildung eines Filterschiebers in der Pulslampeneinheit ist.
  • [0036]
    9 eine schematische Abbildung der optischen Wege und der Bauteile ist, die in Photolumineszenzmessungen verwendet werden.
  • [0037]
    10 eine schematische Abbildung der optischen Wege und der Bauteile ist, die in Absorptionsmessungen verwendet werden.
  • [0038]
    11 eine schematische Abbildung der optischen Wege und der Bauteile ist, die in Chemilumineszenzmessungen verwendet werden.
  • [0039]
    12 eine schematische Abbildung der optischen Wege und der Bauteile ist, die in zeitaufgelösten Photolumineszenzmessungen verwendet werden.
  • Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
  • [0040]
    1 wird als schematisches Ablaufdiagramm der Einheiten der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer CW-Lampeneinheit 10, einer optomechanischen Kopplungseinheit 40, der photometrischen Detektoreinheit 60, einer Emissionseinheit 70 und einer Pulslampeneinheit 90 dargelegt.
  • [0041]
    2 ist die detaillierte Abbildung der Bauteile und der verschiedenen optischen Wege einer bevorzugten Ausführungsform des optischen Instruments. Die Lampe 11 in der CW-Lampeneinheit 10 ist eine Wolfram-Halogenreflektorlampe (z. B. Osram, 12 V, 75 W, dichroitischer UV-Reflektor) und wird für sowohl die ständige Wellenfluoreszenzanregung als auch für Absorptionsmessungen verwendet. Diese Lampe hat genügend Leistung, um optische Strahlung für die Photolumineszenzanregung zwischen 350 und 700 nm und für Absorptionsmessungen von 400 bis 700 nm zu erzeugen.
  • [0042]
    Der Infrarot-Teil der Strahlung von der Lampe 11 wird durch einen gehärteten Schott KG2-Glasfilter 12 mit einer Dicke von 4 mm absorbiert. Nach der Streulicht-Blendenplatte 13 mit einem Durchmesser von 6 mm wird die optische Strahlung mit einer Linse 14 durch einen Interferenzfilter (nicht gezeigt), der sich in einem Filterrad 16 befindet (Details werden in 3 gezeigt), parallel ausgerichtet. Die Linse 14 ist eine antireflexionsbeschichtete UV-Linse mit einer Brennweite von 25 mm und einem Durchmesser von 14 mm.
  • [0043]
    Dann wird der Lichtstrahl mit einer Linse 15, ähnlich der Linse 14, in einen flüssigen Lichtwellenleiter 17 mit einem effektiven Durchmesser von 3 mm und einer Länge, die 500 mm beträgt, gebündelt. Dies isoliert den Messkopf thermisch und mechanisch. Es schirmt auch die Messeinheit vor dem Streulicht der CW-Lampe ab.
  • [0044]
    Der flüssige Lichtwellenleiter 17 hat eine sehr hohe UV-Durchlässigkeit und eine niedrige Infrarot-Durchlässigkeit. Das Verwenden des flüssigen Lichtwellenleiters an Stelle eines Glasfaserbündels stellt sicher, dass keine IR-Strahlung die Probe erreicht und sie erhitzt.
  • [0045]
    Für die Zwecke der Wellenlängenauswahl befinden sich verschiedene optische Filter in einem Filterrad 16. Das gleiche Rad 16 kann sowohl in der Fluoreszenzanregung als auch in der Absorptionsmessung verwendet werden. Obwohl die Fluoreszenzanregungsfilter typischerweise breiter und besser blockiert sind als Absorptionsfilter. Diese Anordnung erlaubt es, die eingebauten Filter bei beiden Technologien anzuwenden.
  • [0046]
    Die gleichzeitige Messung von Fluoreszenz und Absorption bei gleicher Wellenlänge kann verwendet werden, um die Verlässlichkeit der Fluoreszenzmessung zu überprüfen. Wenn die Anregungsstrahlung zu hoch absorbiert wird, ist die daraus resultierende Emission nicht linear abhängig von der Konzentration der fluoreszierenden Moleküle.
  • [0047]
    Die stabilisierte optische Strahlung für Fluoreszenzanregung ist auch für den Anwender einstellbar, um dem Anwender zu helfen, den optimalen linearen Bereich des Chemismus zu finden und ihn innerhalb des linearen Bereichs des Instruments einzupassen.
  • [0048]
    Die optische Strahlung einer Ausgabeblendenplatte 18, mit einem Durchmesser von etwa 2 mm, des Lichtwellenleiters 17 wird mit einer Linse 19 ähnlich der Linse 14 parallel ausgerichtet. Der Strahl der Strahlung wird innerhalb eines Blocks 42 reflektiert und durch eine Probenvertiefung 39 geführt und trifft auf ein Eintrittsfenster 61 der photometrischen Detektoreinheit 60.
  • [0049]
    Eine wichtige Einheit der vorliegenden Erfindung ist die optomechanische Kopplungseinheit 40. Sie umfasst einen Referenzdetektor 41 und den Block 42 (in 5 näher gezeigt). Sie befindet sich auf der Oberseite der Probe. Ihre Funktion ist es, den horizontalen Lichtstrahl von der ausgewählten Lampe nach unten zu der Probe zu reflektieren und einen Teil dieses Strahls in die Referenzphotodiode zu reflektieren und es auch der Emission der Probe zu ermöglichen, sich nach oben zu dem Photonenzählerdetektor 76 zu bewegen.
  • [0050]
    Die photometrische Detektoreinheit 60 befindet sich unter der Trägerplatte 65 des Plattenhalters, nicht gezeigt. Der photometrische Detektor 63 ist eine großflächige Silizium-Photodiode. Das Eintrittsfenster 61, das aus Kunststoff gefertigt ist, absorbiert effektiv UV-Strahlung unter 395 nm, d. h. das Eintrittsfenster 61 arbeitet auch als ein UV-Absperrfilter. Seine niedrige spezifische Fluoreszenzemission ist bei Fluoreszenzmessungen wichtig, wenn transparente Probenvertiefungen verwendet werden. UV-Strahlung würde Photolumineszenz in den optischen Bauteilen der photometrischen Detektoreinheit 60 verursachen, und das würde als erhöhte Hintergrundfluoreszenz detektier werden. Das ist am bedenklichsten bei zeitaufgelösten Lumineszenzmessungen, weil die durchschnittlichen Anregungsenergien hoch sind.
  • [0051]
    Das Fenster 61 schützt auch darunterliegende Bauteile vor Staub und ausgelaufenen Flüssigkeiten. Vor dem Detektor 63 ist eine asphärische Bikonvexlinse 62 mit einer Brennweite von 17,5 mm und einem Durchmesser von 20 mm. Die Linse gleicht die divergierenden Wirkungen des Oberflächenmeniskus der flüssigen Probe 39 aus. Deshalb ist die Leistung des Photometers unabhängig von der Form der Probenoberfläche. Eine weitere Funktion der Linse 62 ist es, mehrere Reflektionen zwischen den flachen Probenböden und der Oberfläche der Photodiode zu beseitigen.
  • [0052]
    Die Emissionseinheit 70 umfasst optische Bauteile, diese sind ein Filter 71 im Filterschieber 74 (in 6 gezeigt), ein kombinierter Verschluss- und Blendenschieber 75 (in 7 gezeigt) und ein Detektor 76, vorzugweise ein Photomultiplier. Bei Photoemissionsmessungen wird ein bestimmter fester Winkel einer optischen Emission von der Oberseite der Probe erfasst, unabhängig davon, ob die Emission aufgrund von optischer Stimulation oder chemischer Reaktion stattfindet.
  • [0053]
    Der feste Winkel wird durch die Gestaltung der Emissionsoptik festgelegt. Die Emissionsoptik umfasst einen UV-Absperrfilter 71 (Durchmesser = 25 mm, Dicke = 1 mm) und zwei plano-konvexe Kunststofflinsen 72 und 73 (beide: Brennweite = 40 mm und Durchmesser = 25 mm), eine Linse zum Sammeln des Lichts von der Probe und eine weitere Linse, um es in den Blendenschieber 75 vor dem Detektor 76 zu lenken.
  • [0054]
    Der Schwachfluoreszenz-UV-Absperrfilter 71 vor den Emissionsoptikbauteilen verhindert, dass die UV-Strahlung unter 395 nm die anderen optischen Bauteile in der Emissionseinheit erreicht. Die UV-Strahlung erzeugt unbestimmte Hintergrundemission in den optischen Bauteilen oder auf anderen Flächen. Besonders optische Standardgläser, die z. B. als Abdeckgläser verwendet werden, oder Dünnfilmsubstrate in Interferenzfiltern sind immer fluoreszierend. Einige Farbfiltergläser, die häufig als Bauteile in Interferenzfiltern verwendet werden, sind stark fluoreszierend.
  • [0055]
    Zwischen den Linsen 72 und 73 befindet sich ein Emissionsfilterschieber 74 (in 6 gezeigt). Die Filterschieberposition befindet sich in dem parallel ausgerichteten Teil des Strahls, um sicherzustellen, dass die optimale Leistung des Interferenzfilters genutzt wird.
  • [0056]
    Der Blendenschieber 75 befindet sich an dem mittleren Bildpunkt der angeregten Probe, was heißt, dass der Bereich, von dem die optische Emission erfasst wird, mit einem Blendenschieber ausgewählt werden kann. In der vorliegenden Ausführungsform leidet dies unter der schlechten Bildqualität von einfachen plano-konvex Linsen. Für höhere Anforderungen können die Linsen 72 und 73 durch asphärische Kunststofflinsen ersetzt werden. Für die beste Leistung sollten die Linsen 72 und 73 durch hochwertige Abbildungslinsen ersetzt werden.
  • [0057]
    Bei allen Photonenemissionsmessungen wird ein Photomultiplierschlauch 76 als Detektor verwendet. Der verwendete Detektor ist ein Seitenfensterschlauch, wie Hamamatsu R1527. Dieser Schlauch hat eine geräuscharme Kathode 77 für hohe Temperaturen. Der verwendbare Spektralbereich dieses Schlauchs geht bis zu 700 nm, was für die Photolumineszenzemission von Seltenerdchelaten und für die meisten anderen Labels ausreichend ist.
  • [0058]
    Neue fluoreszierende Infrarotlabel benötigen einen Schlauch, der infrarotempfindlicher ist. Der Standardschlauch kann leicht durch diese Art von Schlauch ersetzt werden.
  • [0059]
    Der Photomultiplier 76 wird im schnellen Photonenzählmodus verwendet, bei dem die Impulse der Photomultiplieranode erst verstärkt werden und dann durch den schnellen Komparator und das Gatter zum Zähler gespeist werden. Der Komparator verwirft die Impulse, die schwächer als ein vorher eingestellter Referenzwert sind. Dies ist ein bekannter Vorteil von Einzelphotonenzählung. Die schwachen Impulse, die eher Geräuschimpulse als echte Photonenimpulse sind, können in der Einzelphotonenzähltechnologie leicht verworfen werden. In der analogen oder derzeitigen Messtechnologie kann der Beitrag dieser schwachen Impulse nicht getrennt werden. Echte Dunkelzählungen, die aus der Photokathode entstehen, können überhaupt nicht von echten Photonenzählungen getrennt werden. Der Standardschlauch, der in diesem Instrument verwendet wird, weist nur niedrige zweistellige echte Dunkelzählungen pro Sekunde auf.
  • [0060]
    Die schnelle Zählelektronik ist mit einem Gatter vor dem Zähler ausgestattet. Dieses Gatter wird in der Gesamtzeitsteuerung der Messungen verwendet, ist aber besonders bei zeitaufgelösten Fluoreszenzmessungen erforderlich.
  • [0061]
    Die Pulslampeneinheit 90 wird bei zeitaufgelösten Photolumineszenzmessungen von Seltenerdchelatlabels oder allen anderen Substanzen, die Phosphoreszenz oder andere langlebige Lumineszenzemissionen zeigen, verwendet. Sie umfasst eine Lampe 91, Linsen 9294 und optische Filter im Filterschieber 95 (in 8 gezeigt) zur Wellenlängenisolation. Aufgrund der relativ langen Zerfallszeit der Seltenerdchelatlabel sind die im Handel erhältlichen Standardglühlampen für die Anregung dieser Labels geeignet. Die Anregungspulsweite dieser Niederdruck-Entladungslampe liegt unter einer Mikrosekunde und nach 50 μs des Pulses existiert kein Strahlungsausläufer. Die Farbtemperatur dieser Lampen beträgt etwa 6000°K. Deshalb sind diese Lampen für UV-Anregung geeignet. Die spektrale Verteilung dieser Lampen hängt von der Temperatur des Xenongases innerhalb der Glühlampe ab, und das Strahlungsspektrum der sich daraus ergebenden Impulse ist voneinander unterschiedlich, so dass dieses Anregungssystem effiziente Stabilisierung der Anregungsenergie für jede einzelne Messung benötigt.
  • [0062]
    Weiter unter Bezug auf 2 umfasst der gesamte Messkopf eine Emissionseinheit 70, ein Kopplungseinheit 40, das Ausgabeende des Lichtwellenleiters 17 mit der Blende 18, eine Linse 19 und eine Pulslampeneinheit 60, die abhängig von der zu messenden Probenart auf und ab bewegt werden kann. Aufgrund des Blendenschiebers 75 hat der optimale Emissionsbereich die Größe des Raums mit demselben Durchmesser wie der Durchmesser der Blende in dem Schieber 75.
  • [0063]
    Wenn eine fluoreszierende Lösung in einer Vertiefung gemessen wird, ist die Messhöhe nicht sehr entscheidend, aber wenn der trockene Vertiefungsboden oder ein über der Vertiefung befestigter Filter gemessen werden, sollte die Messhöhe entsprechend eingestellt werden.
  • [0064]
    Die Bewegungen der Probenplatte werden durch herkömmliche mechanische Technologie erreicht, die in früheren Instrumenten der Firma genutzt wurden. Der Plattenhalter (nicht in den Figuren gezeigt) bewegt die Probenplatte auf der Trägerplatte 65. Einzelne Messpositionen werden in Nutzerprotokollen festgelegt.
  • [0065]
    Ein Standard-Filterrad 16 für die CW-Lampe wird in 3 gezeigt. Es ist ein 8-Positionen-Rad, das mit fünf Filtern ausgestattet ist. Drei von ihnen sind für gewöhnliche photometrische Wellenlängen bestimmt, z. B. 405 nm Filter 21, 450 nm Filter 22 und 490 nm Filter 23, und die beiden anderen sind für gewöhnliche Fluoreszenzanregungswellenlängen bestimmt, z. B. 355 nm Filter 27 und 485 nm Filter 25. Alle Standardfilter sind Interferenzfilter von hoher Qualität mit einem Durchmesser von 15 mm. Eine weitere Anordnung des in der bevorzugten Ausführungsform verwendeten Filterrads 20 wird in 4 gezeigt. Sie hat nur vier Filterpositionen für Rundfilter mit einem Durchmesser von 25,4 mm.
  • [0066]
    Unter Bezug nun auf 5 umfasst der Block 42 vier reflektierende optische Bauteile, einen Filter und eine Blendenplatte. Der Block 42 wird zwischen drei Positionen bewegt. Die erste Position wird bei Fluoreszenz- und Absorptionsmessungen verwendet. Die Strahlung von der CW-Lampenseite trifft zuerst den Referenzstrahlteiler 46, wo etwa 30% der Intensität in die Referenzphotodiode 41 reflektiert wird. Der Rest des Strahls durchläuft den Referenzstrahlteiler 46 und wird vom Hauptspiegel 47 abwärts reflektiert, weil er bei dem Winkel von 45 Grad an dem von der CW-Lampe durch den flüssigen Lichtwellenleiter kommenden Strahl ausgerichtet ist. Dieser Spiegel 47 ist ein kleiner Vorderflächen-Aluminiumspiegel, der auf ein großes Quartzsubstrat aufgedampft ist. Aufgrund dieses kleinen Spiegels auf dem großen Substrat tritt das Emissionslicht von einer Probe durch einen nicht bedampften Teil dieses Substrats zu dem Detektor 75 in 2. Nur ein kleinerer Teil des Emissionslichts geht in dem Spiegel 47 verloren, aber in herkömmlichen Fluoreszenzmessungen ist die Sammelleistung nicht sehr entscheidend. Diese optische Anordnung erlaubt es, den gleichen Spiegel für verschiedene Label, unabhängig von ihrer Anregungs- und Emissionswellenlängen, oder sogar bei ganz anderen Arten von optischer Messung, z. B. bei in Papierchromatographie angewendeter Reflexion oder induzierter Phosphorenz von Phosphorbildplatten, anzuwenden.
  • [0067]
    Weiter unter Bezug auf 5 wird eine zweite Position des Spiegelblocks 42 nur in zeitaufgelösten Photolumineszenzmessungen angewendet, und dabei trifft die Anregungsstrahlung von der Blitzlampenseite zuerst auf den Hauptspiegel 43, wo der Großteil des Lichts nach unten reflektiert wird. Dieser Spiegel ist ein dichroitischer Dünnschichtspiegel auf Quartzsubstrat, der mit maximaler Reflexion im nahen UV-Bereich von 300 bis 400 nm und maximaler Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich des optischen Spektrums, besonders von 500 bis 700 nm, wo alle Emissionsbereiche von Seltenerdchelaten liegen, festgelegt ist. Der Spiegel 43 ist im Winkel von 45 Grad an dem von einer Blitzlampe kommenden Strahl ausgerichtet. Ein kleiner Teil des Anregungslichts wird durch den Hauptspiegel 43 geleitet und wird von dem Aluminiumspiegel 44 aufwärts durch den Filter 45 zu der Referenzphotodiode 41 reflektiert. Der Filter 47 absorbiert das mögliche Infrarotband von dem Blitzlicht-Anregungsstrahl.
  • [0068]
    Aufgrund der Blockbewegungen und der orthogonalen Ausrichtung von Referenzspiegeln wird nur die eine Referenzdetektorkomponente benötigt. Der hier verwendete Detektor ist eine UV-verstärkte Siliziumphotodiode mit der Größe von 5,9 × 5,9 mm. Eine Photodiode wird mit dem Operationsverstärker und anderer Elektronik verbunden, die je nachdem, ob eine Pulslampen- oder eine CW-Lampenanregung stabilisiert werden muss, unterschiedlich funktioniert. Die Lage des Referenzdetektors ist optisch etwa die gleiche wie die der Probe, weil es wichtig ist, dass der Referenzkreis alle gleichen Veränderungen des Anregungsstrahls wie die Probe sieht.
  • [0069]
    Weiter unter Bezug auf 5 wird die dritte Position des Blocks für Chemilumineszenz verwendet, und dieser Teil umfasst keine weiteren optischen Bauteile als eine Blende 49 von 6 mm in der Blendenplatte 48. Die Blendenplatte hat auch ihre eigenen Blenden für andere Positionen des Blocks, die Blenden 50, 51, um den Anregungsstrahl so zu begrenzen, dass er nicht die Ränder der Probenvertiefung oder angrenzende Proben trifft, und um die nicht erwünschte Emission von den Rändern der Probenvertiefung oder benachbarten Vertiefungen daran zu hindern, den Detektor zu erreichen. Die Strahlen 52 und 53 beziehen sich auf den zeitaufgelöste Fluoreszenzanregungsstrahlengang und den Fluoreszenzanregungsstrahlengang.
  • [0070]
    Die orthogonale Ausrichtung der Hauptspiegel 43, 47 des Blocks ist die Möglichkeit, um die Anregungsquelle auszuwählen.
  • [0071]
    Unter Bezug nun auf 6 hat der Filterschieber 74 8 Positionen für Filter der häufigsten Größe von etwa einem Zoll, d. h. einem Durchmesser von 25,4 mm. Die vier Positionen des Standard-8-Positionen-Emissionsfilterschiebers werden für Emissionsfilter von Seltenerdchelatlabeln, z. B. Europium (615) 81, Samarium (642) 82, Terbium (545) 83 und Dysprosium (572) 84, verwendet werden. All diese Filter sind Interferenzfilter von hoher Qualität mit sehr engen (6–8 nm) Bandbreiten und außergewöhnlich hohen Spitzendurchlässigkeiten (> 70%). Die Filterposition 87 an dem Standardschieber wird für Chemilumineszenzmessungen frei gelassen, aber der Anwender kann jeden der Filter auch zum Verwenden bei chemilumineszierenden Proben festlegen. Die beiden Filterpositionen 85 und 86 sind für die Anregungsfilter herkömmlicher Fluoreszenz bei Wellenlängen von 460 bis 535 nm. Als Anregungs- und Emissionspaare werden die Wellenlängen 355/460 und 485/535 zum Beispiel für Umbelliferon bzw. Fluoreszein verwendet.
  • [0072]
    Unter Bezug nun auf 7 hat der Blendenschieber 75 der Emissionseinheit vier Positionen, eine ist eine Schließposition 78 eine Blende 79 hat eine längliche Form (etwa 3 mm × 1 mm) und die beiden letzten Blenden 89, 80 sind kreisförmig mit Bereichen in Verhältnis 10:1. Die unterschiedlichen kreisförmigen Blenden sind hilfreich beim Steuern hoher Emission von einigen fluoreszenten oder lumineszenten Assays. Auch das Übersprechen zwischen angrenzenden Vertiefungen hängt von der Größe der Blende ab.
  • [0073]
    Der Anregungsfilterschieber 95 der Pulslampeneinheit wird näher in 8 gezeigt. Es gibt drei Anregungsfilter 6668 in dem Blitzlampenanregungsweg. Es handelt sich bei allen um Breitband-Farbglasfilter oder Kombinationen derselben, die im UV-Bereich mit einem Höchstwert von 340 nm Filter 96, 320 nm Filter 97 und 390 nm Filter 98, durchlassen. Der erste Filter 96 wird bei allen werkseingestellten Labeln verwendet, der zweite Filter 67 schließt das Band des ersten ein, hat aber eine niedrigere Kante bei tieferer UV-Strahlung, die Anregung unter 300 nm erlaubt. Der dritte Filter 68 hat ein Anregungsband von 360 bis 400 nm. Diese Filter sind nicht vom Anwender austauschbar.
  • [0074]
    Nun nehmen wir erneut Bezug auf 2. Es gibt einige Vorteile bei der wechselseitigen Anordnung eines dichroitischen Spiegels 43, einer Linse 94 und einer Linse 72. Aus dem Stand der Technik ist eine optische Ausführung von Fluoreszenzinstrumenten wie Mikroskopen bekannt, bei denen eine herkömmliche Linse über der Probe ist. Diese Linse bündelt Anregungsstrahlung und sammelt Emissionsstrahlung. Der Nachteil dieser Ausführung ist, dass die Fluoreszenz in dieser gebräuchlichen Linse in der Messung Hintergrund verursacht.
  • Anwendungsgebiete der Erfindung
  • [0075]
    Nachfolgend wird ein Verfahren beschrieben, bei dem das optische Instrument zum Ausführen von Messungen von verschiedenen Arten von Proben verwendet wird.
  • Fluoreszenzmessung
  • [0076]
    Die meisten Fluoreszenzlabel basieren auf molekularem Fluoreszenzverfahren. In diesem Verfahren wird optische Strahlung durch den Grundzustand eines Moleküls absorbiert. Aufgrund der Energieabsorption steigt das Quantenmolekül in einen höheren Anregungszustand. Nach der schellen Schwingungsentspannung kehrt das Molekül zurück in seinen Grundzustand, und die überschüssige Energie wird als optisches Quantum freigesetzt. Aufgrund von Verlusten in diesem Verfahren sind die durchschnittlich absorbierten Energien immer höher als die durchschnittlich emittierten Energien.
  • [0077]
    Der Zeitrahmen bei diesen molekularen Verfahren liegt im Bereich von Nanosekunden. Deshalb ist die schnelle zeitaufgelöste Detektion von molekularer Fluoreszenz ziemlich kompliziert. Das ist der Grund, warum die herkömmlichen Fluoreszenzmessungen durch das Verwenden von kontinuierlichen Wellenanregungsquellen und ständige Detektion ohne jede Zeitauflösung durchgeführt werden. Bei dieser Erfindung wird diese Art von Messung durch das Verwenden der stabilen kontinuierlichen Anregungsquelle und des Detektionsverfahrens mit Zählen einzelner Photonen ausgeführt.
  • [0078]
    Ein gewöhnliches Fluoreszenzlabel ist Fluoreszein und seine Derivate, deren Anregungs- und Emissionswellenlängen jeweils etwa 490 und 515 nm sind. Unter Bezug nun auf 9 wird zum Messen der Fluoreszenzemission von der Fluoreszein enthaltenden Probe ein Anregungslichtstrahl aus der CW-Lampe 11 durch einen geeigneten Filter 25 in den Lichtwellenleiter geleitet, von wo er mit der Linse 19 parallel ausgerichtet und durch die Probenvertiefung 39 in das Eintrittsfenster 61 des photometrischen Detektors geleitet wird. Die daraus resultierende Emission wird in alle Richtungen abgelenkt, und ein mäßiger Teil davon wird mit einer Linse 72 durch den geeigneten Interferenzfilter 86 parallel ausgerichtet und dann mit der Linse 73 durch die Blende des Blendenschiebers 75 und in den Detektor 76 gelenkt. Die Impulse von dem Photomultiplier werden verstärkt und in einem Komparator unterschieden und durch das Gatter in den Zähler eingespeist. Das Gatter, das durch programmierbare Instrumenteneinstellungen gesteuert wird, wird für eine Zählzeit, typischerweise eine Sekunde, geöffnet. Vor dem Öffnen des Gatters wird die Anregungsenergie angeschaltet und bei einem festgelegten Grad stabilisiert. Nach den Messungen wird die Lampe abgeschaltet, um die Lampe zu schonen und das Instrument kühler zu halten.
  • [0079]
    CW-Anregung und CW-Detektion können jedoch immer verwendet werden, um alle Arten von Photolumineszenzphänomenen, wie verzögerte Fluoreszenz, Phosphoreszenz und zeitaufgelöster Photolumineszenz, zu messen.
  • [0080]
    Es gibt einige spezielle Fluoreszenzverfahren, bei denen ein Speziallabel wechselweise mit zwei verschiedenen Wellenlängen angeregt wird. Diese Messungen betreffen häufig Forschungsarbeit, die mit Kalziumionen durchgeführt wird. Die Probe wird wechselweise mit zwei verschiedenen Anregungswellenlängen angeregt, und das Verhältnis der entsprechenden Emissionsintensitäten wird bestimmt. Der Wert des Verhältnisses ist abhängig von der Kalzium-Ionen-Konzentration. Durch Verwenden des in 4 gezeigten Filters 20 können diese Messungen mit dem in dieser Erfindung beschriebenen Instrument durchgeführt werden. Das Filterrad ist mit zwei Paaren von beiden Arten des Anregungsfilters ausgestatte, so dass die zwei angrenzenden Filter immer unterschiedlich sind. Nur durch Drehen des Filterrads bei einer angemessenen Geschwindigkeit und durch das gleichzeitige Zählen der Emission kann das Verhältnis gemessen werden.
  • Absorptionsmessungen
  • [0081]
    Bei der photometrischen Messung wird die Intensität eines gefilterten und stabilisierten Strahls erst ohne jede Probe gemessen, und dann wird die Probe in einer Platte gemessen. Die Absorbanz, d. h. die Absorptionswerte, werden dann aus folgender Formel berechnet: A = –log(I/l0),wobei
    l0
    = die ohne jede Probe gemessene Lichtintensität ist,
    I
    = die Intensität nach der Absorption und Reflexion des Mediums ist.
  • [0082]
    Da die optischen Flächen der leeren Vertiefung etwa 8% der optischen Energie nach hinten reflektieren, sind die gemessenen Absorptionswerte immer in etwa 0,04 A (Absorption) für die leere, freie Platte.
  • [0083]
    10 zeigt das Bauteil des optischen Instruments beim Ausführen von Absorptionsmessungen.
  • [0084]
    Im Fall einer solchen Ausführungsform, bei der nur herkömmliche Fluoreszenzmessungen mit der CW-Lampenanregung gemacht werden, könnten das Eintrittsfenster 61 und die Linse 62 aus reinem Siliziumdioxid oder anderem UV-durchlässigen Material hergestellt sein, was auch das Messen von Absorptionswerten im UV-Bereich erlaubt. Das heißt, dass eine Absorption der Fluoreszenzprobe auch in dem niedrigsten Fluoreszenzanregungsbereich, etwa 355 nm, gemessen werden könnte, und diese Werte könnten verwendet werden, um zu überprüfen, dass die Probenfluoreszenz in linearem Bereich liegt, oder auch um einige Korrekturen vorzunehmen.
  • Chemilumineszenzmessung
  • [0085]
    Typischerweise sind die für das Messen einer Glüh-Chemilumineszenz von der Mikrotitrationsplatte ausgelegten Instrumente sehr einfach gestaltet. Aus der Probe emittierende optische Strahlung wird am effektivsten mit dem System mit breitem Linearbereich erfasst und detektiert. Jedes Fluorimeter kann auch als ein Luminometer verwendet werden. Es ist jedoch zu beachten, dass die optimale Gestaltung eines Fluorimeters sehr selten eine optimale Gestaltung eines Luminometers ist. Dies ist auch bei der vorliegenden Erfindung der Fall. Die Bauteile der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung, die in chemischen Fluoreszenzmessungen verwendet werden, werden in 11 gezeigt. Typischerweise haben Luminometer keinerlei Filter, aber es gibt jetzt Chemilumineszenzassays mit zwei Messemissionen, und um diesen Assay zu messen, ist der Filterschieber 74 nützlich. Viele moderne Lumineszenzassays produzieren auch viel Licht, und deshalb kann die kleinere Blende 80, die in 7 gezeigt wird, sehr wichtig sein.
  • Zeitaufgelöste Photolumineszenzmessung
  • [0086]
    Weil die Zerfallszeiten der Seltenerdchelate ziemlich lang sind, d. h. von zehn Mikrosekunden bis einige Tausend Mikrosekunden, ist das Messsystem für diese Label verglichen mit Nanosekunden-Fluorometrie nicht sehr kompliziert. Die Zerfallszeit der Seltenerdchelate hängt von deren jeweiliger Struktur ab. Aber zum Beispiel haben die Chelate, die in dem DELFIA-System (R) von Wallac verwendet werden, Zerfallzeiten von etwa 730 μs. Der Messzyklus bei zeitaufgelösten Messungen umfasst einen Anregungspuls, eine Verzögerungszeit, die von der Zerfallzeit des Labels und der Beschaffenheit und dem Zeitverhalten der Hintergrundstrahlung abhängt, eine Zählfensterzeit und dann Verweilzeit vor dem nächsten Anregungspuls. Bei dem Europium-Label sind die optimalen Werte für die Zeitsteuerung 400, 400 und 200 μs. Die Summe dieser Werte ist die Zykluszeit. Eine Millisekunde Zykluszeit bedeutet eine Blitzpulsfrequenz von 1 KHz, was auch eine typische maximale Pulsfrequenz für Lampen ist.
  • [0087]
    Unter Bezug nun auf 12, das Europium-Chelat in Lösung, wird die Probe 39 durch einen kurzen, unter 1 μs liegenden und intensiven UV-Puls, z. B. ca. 500 nJ, von der Kurzbogen-Blitzlampe 91 angeregt. Die optische Strahlung von der Bogenlampe wird gesammelt und mit den Linsen 92 und 93 parallel ausgerichtet, mit dem Farbglasfilter 96 gefiltert und mit der Linse 94 und dem dichroitischen Spiegel 43 durch die Probe gelenkt. Der dichroitische Spiegel 43 lässt einen kleinen Teil des Anregungsstrahls durch, wobei dieser Teil von dem Spiegel 44 nach oben durch den Filter 45 in die Referenzphotodiode 41 reflektiert wird.
  • [0088]
    Ein Teil der erzeugten Photolumineszenz wird mit einer Linse 72 gesammelt, in einem Filter 81 gefiltert und durch einen Photomultiplier 76 detektiert. Eine Impulsfolge von dem Photomultiplier wird verstärkt und in einem Komparator gefiltert und durch ein elektronisches Gatter zu einem Zähler gespeist. Die Zählstände im Zählfenster für eine Messung werden kumuliert, bis der festgelegte Wert der Anregungsenergie erreicht ist.
  • [0089]
    Eine Messung enthält etliche Anregungsimpulse, typischerweise eintausend. Die Referenzdiode 41 integriert einen Teil der Anregungsenergie, und der Wert der intergierten Energie wird zum Stabilisieren der Anregungsenergie zwischen den getrennten Messungen verwendet.
  • [0090]
    In der bevorzugten Ausführungsform kann der Anwender verschiedene Parameter einer Messung einstellen. Die Anregungsimpulsenergie wird durch die Entladespannung und durch die Kondensatoren der Stromversorgung der Blitzlampe eingestellt. Die gesamte Anregungsenergie einer Messung wird durch das Auswählen verschiedener Integratorkondensatoren für die Referenzschaltung und durch das Ändern des Referenzwerts des Integrators eingestellt. Es sind auch alle Zeitsteuerungsparameter der zeitaufgelösten Messungen durch den Anwender einstellbar.
  • [0091]
    Die typische Messzeit bei Standardlabeln beträgt in etwa eine Sekunde für eine Vertiefung und etwa 2 bis 3 Minuten für eine Platte mit 96 Vertiefungen. Der Anwender kann aber bei allen Messungsarten die Messzeit für eine Vertiefung beispielsweise auf 0,1 Sekunden ändern, und dementsprechend kann die Messzeit für die ganze Platte etwa 80 Sekunden betragen. Das Verringern der Messzeit verringert die Zahl des Zählers, und der Koeffizient der Veränderung steigt dadurch aufgrund der Poissonstatistik. Die Anregungsenergie in der Fluoreszenzmessung kann erhöht werden, wenn man weiß, dass der Linearbereich des Zählers von der Messzeit abhängt.
  • [0092]
    Mit der Zählzeit von einer Sekunde beträgt dieser Linearbereich des Zählers allein beinahe 6 Dekaden, aber mit 0,1 Sekunden Messzeit ist er eine Dekade kleiner. Besonders bei der zeitaufgelösten Messung hängen die Abweichungen der Anregungsenergien zwischen den darauf folgenden Messungen von der Anzahl der Blitze in einer Messung ab. Wenn die Anzahl der Blitze, wie in allen werkseitigen Labeln, 1000 beträgt, liegt die Abweichung unter 0,1%. Wenn aber die Anzahl der Blitze in einer Messung nur etwa 100 beträgt, wie es bei geeigneten Parametern sein könnte, liegen die Abweichungen der Anregungsenergien nahe 1%, was heißt, dass der Koeffizient der Abweichung in einer Platte verdoppelt werden kann. Dennoch sind diese Instrumentenfehler verglichen mit anderen Probenhandhabungsfehlern häufig klein.
  • Andere Verfahren
  • [0093]
    Ein erfahrener Anwender ist in der Lage, die vorliegende Erfindung auch in anderen Messtechnologien, die in biochemischen Labors herkömmlicherweise verwendet werden, anzuwenden. Unter Bezug nun auf 9, kann z. B. Reflexions-, turbidimetrische und nephelometrische Messung unter Verwendung einer Fluoreszenzmesstechnologie gemessen werden, mit der Ausnahme, dass der Emissionsfilter in dem Schieber 74 ein Graufilter sein muss.
  • [0094]
    Obwohl die Erfindung unter Bezug nun auf 2 mit der Anordnung beschrieben wurde, bei der die Lichtlampen und der Photomultiplierdetektor sich an der oberen Seite der Probe befinden und der photometrische Detektor sich unter der Probe befindet, gibt es keinen Grund, warum diese Erfindung nicht auch umgekehrt funktionieren sollte.
  • [0095]
    Obwohl die Erfindung unter Bezug auf die verschiedenen Mikrotitrationsplatten beschrieben wurde, ist sie ebenso auf jede Form von Probenmatrix, wie Gels und Filter, übertragbar.

Claims (3)

  1. Ein Multilabel-Messinstrument, insbesondere ein multifunktionales optisches Laborinstrument zur Durchführung verschiedener Messungen wie Photolumineszenzmessungen, Absorptionsmessungen oder Messungen der chemischen Lumineszenz einer flüssigen Probe (39) oder festen Probe auf einer Probenunterlage, wobei das besagte Instrument über einen Messkopf verfügt, der folgende Teile umfasst – eine CW-Lampe (11), – einen ersten Emissionsdetektor (76) zur Erfassung der Emission der Probe (39) – einen zweiten photometrischen Detektor (63) für Absorptionsmessungen sowie – mindestens eine optomechanische Einheit zur Lenkung des optischen Lichtweges. dadurch gekennzeichnet, dass – zur Bereitstellung eines vielseitigen optischen Instruments der Messkopf des Instruments zwecks Anregung einer kontinuierlichen Wellenfluoreszenz und für Absorptionsmessungen mit einer CW-Lampe (11), für die zeitaufgelöste Photolumineszenzanregung mit einer Pulslampe (91) und zur Änderung der Messeigenschaften des Instruments mit einer optomechanischen Kopplungseinheit (40) ausgestattet ist, – die optomechanische Kopplungseinheit (40) aus einem beweglichen Block (42) besteht, der drei Bereiche umfasst und dadurch zwischen der ersten, zweiten und dritten Position bewegt werden kann, – und dass im Block (42) der erste Bereich mit einem ersten Spiegel (47) der zweite Bereich mit einem zweiten Spiegel (43) und der dritte Bereich mit einer Blende (49) ausgestattet ist, wobei – der erste Bereich des Blocks optische Wege (53) für die Messung der Photolumineszenz und Absorption bereitstellt, wenn der Block (42) in die erste Position gebracht wird, – der zweite Bereich des Blocks einen optischen Weg (52) für die Messung der zeitaufgelösten Photolumineszenz bereitstellt, wenn der Block (42) in die zweite Position gebracht wird, und – der dritte Bereich des Spiegelblocks einen optischen Weg (53) für die Messung der chemischen Lumineszenz bereitstellt, wenn der Block (42) in die dritte Position gebracht wird.
  2. Messinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die optomechanische Kopplungseinheit (40) des Instruments mit einem Referenzdetektor (41) ausgestattet ist, – dass der erste Bereich des Blocks (42) mit einem Referenzspiegel (46) ausgestattet ist, wobei der erste Bereich des Blocks einen optischen Weg (53) von der CW-Lampe (11) über den ersten Referenzspiegel (46) zum Referenzdetektor (41) bereitstellt, wenn der Block (42) in die erste Position gebracht wird, – und dass der zweite Bereich des Blocks (42) mit einem zweiten Referenzspiegel (44) ausgestattet ist, wobei der zweite Bereich des Blocks einen optischen Weg (52) von der Pulslampe (91) über den zweiten Referenzspiegel (44) zum Referenzdetektor (41) bereitstellt, wenn der Block (42) in die zweite Position gebracht wird.
  3. Messinstrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkopf und der Block (42) auch in vertikaler Richtung bewegt werden können, sodass sich bei der Messung der Photolumineszenz eines trockenen Vertiefungsbodens oder über der Vertiefung fixierten Filters in der ersten Position des Blocks (42) die Messhöhe entsprechend einstellen lässt.
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