DE9218704U1 - Mikroplatte zur Aufnahme von Proben für Lichtmessung - Google Patents

Description

Mikroplatte zur Aufnahme von Proben für Lichtmessung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Schale mit einer Vielzahl von Probenmulden, welche allgemein als Mikroplatten bezeichnet werden. Diese werden zur Aufnahme einer großen Anzahl (beispielsweise 24,48 oder 96) von Proben verwendet, die durch verschiedene Techniken wie Szintillationszählung, Helligkeitsmessung, kinetische Messungen oder dergleichen untersucht werden. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere Mikroplatten für Verwendung bei Untersuchungstechniken, die auf der Lichtemission der Probe beruhen, wie Szintillationszählung, Fluorimetrie und Helligkeitsmessung, oder auf der Lichttransmission durch die Probe beruhen.

Werden Mikroplatten zur Aufnahme von Proben verwendet, welche durch Techniken untersucht werden, die von der Lichtemission der Probe abhängen, ist es wichtig, daß eine Lichttransmission zwischen benachbarten Proben, d.h., eine Kreuzkopplung (crosstalk), vermieden wird. Eine solche Kreuzkopplung ist äußerst unerwünscht, da von einer bestimmten Probenmulde erfaßte Photonen möglicherweise nicht von der bestimmten Probe in dieser Mulde ursprünglich herrühren. Der Zweck der Untersuchungstechnik ist allerdings eine für jede individuelle Probe eigentümliche Messung zu erhalten, die nur für diese Probe repräsentativ ist.

In gewissen Anwendungen ist es wünschenswert, daß der Boden der Probenmulde durch eine transparente Bodenwand gebildet ist. Beispielsweise bei Verwendung einer Koinzidenzmessung ist es von Vorteil, einen ersten Photodetektor oben an der Mulde, die normalerweise geöffnet ist, und einen zweiten Photodetektor am Boden der Mulde, welche normalerweise geschlossen ist, anzuordnen. Natürlich können am Boden der Mulde Photonen nur erfaßt werden, wenn die Bodenwand der Mulde transparent ist. Selbst wenn Lichtmessungen nicht am Boden der Mulde durchgeführt werden, ist es of günstig, eine transparente Bodenwand zu verwenden, um eine mikroskopische Betrachtung von anhaftenden Zellen innerhalb der Mulde zu ermöglichen.

Aus der US-A-44 31 3 07 ist eine Mikroplatte mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1 bekannt. Bei der vorbekannten Mikroplatte sind eine Vielzahl von Probenmulden in einer Basisplatte angeordnet. Die Probenmulden weisen Seitenwände auf, die lichtundurchlässig sind, um eine Kreuzkopplung zwischen benachbarten Probenmulden zu vermeiden. Die entsprechenden Bodenwände der Probenmulden sind lichtdurchlässig, um beispielsweise Meßstrahlen durch eine in der Probenmulde enthaltene Flüssigkeit hindurchzuschicken und nach Durchgang durch die Flüssigkeit die Meßstrahlen mittels eines Detektors auszumessen. Bei einem Ausführungsbeispiel der Mikroplatte nach US-A-44 31 307 sind die Seitenwände der Probenmulde aus einem lichtundurchlässigen Material hergestellt, während die entsprechende Bodenwand aus einem lichtdurchlässigen Material hergestellt ist. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die gesamte Probenmuldenanordnung aus einem lichtdurchlässigen Material hergestellt, wobei in vorteilhafter Weise auf der Innenseite der Seitenwände eine Schutzschicht aus einem lichtundurchlässigen Material aufgetragen wird, um eine Kreuzkopplung zwischen benachbarten Probenmulden zu verhindern.

Nachteilig bei der vorbekannten Mikroplatte ist, daß die Herstellung relativ aufwendig und der Abstand benachbarter Probenmulden relativ groß ist, um eine Kreuzkopplung zwischen benachbarten Probenmulden über die Bodenwände zu verhindern.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Mikroplatte dahingehend zu verbessern, daß sie schnell und effektiv herstellbar ist und die Probenmulden dicht beieinander anordbar sind, wobei gleichzeitig eine Kreuzkopplung über die Bodenwände verhindert ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Mikroplatte mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß die Seitenwände der Probenmulden durch eine obere Platte und die Bodenwände der Probenmulden durch eine untere Platte gebildet sind und Bereiche von lichtundurchlässigem Material zwischen den Bodenwänden benachbarter Paare von Probenmulden angeordnet sind.

Durch die separate Herstellung der Seitenwände der Probenmulden durch eine obere Platte und der Bodenwände der Probenmulden durch eine untere Platte sind diese in einfacher Weise aus hinsichtlich der Lichtdurchlässigkeit unterschiedlichen Materialien herstellbar und in schneller und effektiver Weise sind beide Platten zur Bildung der Mikroplatte zusammensetzbar. Dabei können benachbarte Probenmulden in geringem Abstand zueinander angeordnet werden, da durch das lichtundurchlässige Material zwischen den Bodenwänden eine Kreuzkopplung zwischen benachbarten Probenmulden verhindert ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Mikroplatte ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.

Es zeigen:

FIG. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Mikroplatte;

FIG. 2 eine Draufsicht auf einen oberen Bereich der Mikroplatte nach FIG. 1;

FIG. 3 eine Unteransicht des oberen Bereichs der Mikroplatte nach FIG.1;

FIG. 4 eine Draufsicht auf einen unteren Bereich der Mikroplatte nach FIG. 1;

FIG.5 einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie 5-5 aus FIG.l zur Darstellung der beiden Teile der Mikroplatte vor deren Verbindung;

FIG.6 einen vergrößerten Schnitt ähnlich zu FIG. 5 zur Darstellung der beiden Teile der Mikroplatte nach deren Verbindung; und

FIG. 7 eine Vergrößerung eines Bereichs nach FIG. 6.

Obwohl die Erfindung verschiedene Modifikationen und alternative Formen aufweisen kann, werden spezifische Ausführungsbeispiele in den Figuren dargestellt und im Folgenden im Detail beschrieben. Es sei angemerkt, daß keine Einschränkung der Erfindung auf die speziellen offenbarten Formen beabsichtigt ist, sondern im Gegenteil alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen umfaßt sind, die in dem durch die beigefügten Ansprüche bestimmten Schutzumfang der Erfindung enthalten sind.

Gemäß den Figuren und zunächst unter Bezugnahme auf FIG. 1 ist eine Mikroplatte 10 dargestellt, die aus zwei geformten Kunststoff platten 11 und 12 gebildet ist. Die obere Platte 11 bildet Seitenwände 13 der Vielzahl von Mulden der Mikroplatte, wobei in dem dargestellten Beispiel die Mulden in einer 8 &khgr; 12 oder 4 &khgr; 6 Matrix angeordnet sind. Die untere oder Bodenplatte 12 bildet die Bodenwände 14 der Mulden. Sie ist mit der Unterseite der oberen Platte 11 durch Verschmelzen der beiden Platten befestigt. Wie im Weiteren ausführlicher beschrieben wird, wird das Verschmelzen vorzugsweise durch Ultraschallschweißen durchgeführt.

Um Lichtemissionen auf die Mulde zu begrenzen, von der sie herrühren, das heißt, um Lichttransmission zwischen benachbarten Mulden zu verhindern, ist die obere Platte 1 aus einem lichtundurchlässigen Polymermaterial gebildet, so daß kein Licht durch sie hindurchtreten kann. Für Untersuchungstechniken, die die Erfassung sehr kleiner Lichtmengen erfordern, wie bei Flüssigkeitsszintillationszählung, ist die Pigmentierung, die zur Lichtundurchlässigkeit des Polymermaterials verwendet wird, vorzugsweise von heller Farbe, um hoch reflektiv zu sein, wodurch eine hohe Zähleffizienz im Hinblick auf die radioaktiven Proben gesichert ist. Um eine lichtundurchlässige, hellfarbige Platte zu bilden, wird ein Pigment mit einem hohen Albedo, vorzugsweise weiß, dem Kunststoff oder Harz in einer Menge von ungefähr 2 bis 20 Gew.-% zugefügt. Wird eine größere Pigmentmenge zugefügt, wird das Polymer zu viskos für Spritzguß. Das weiße Pigment wird aus einer Gruppe ausgewählt, die Titandioxid, Zinkoxid, Zinksulfid und Thithotan enthält. Titandioxid ist allgemein chemisch resistenter für Szintillationscocktaillösungen.

Bei bestimmten Arten von Lumineszenz- und Fluoreszenzuntersuchungen ist es von Vorteil, wenn die Seitenwände 13 der Probenmulden nicht-reflektiv sind. In diesem Fall ist die obere Platte 11 vorzugsweise aus einem schwarzen oder dunkelfarbigen Polymer gebildet. Das dunkle Polymer kann durch Hinzufügen von Ruß in einer Menge von ungefähr 0,5 Gew.-% bis ungefähr 15 Gew.-% gebildet werden.

Im Gegensatz zur oberen Platte 11 ist die untere Platte 12 aus einem transparenten Polymer gebildet, sodaß diese eine transparente Bodenwand 14 für jede Probenmulde bildet. Dies gestattet ein Betrachten des Probenmaterials durch die Bodenwand 14 und ermöglicht ebenso eine Messung von Lichtemissionen durch die Bodenwand. Die transparenten Bodenwände 14 können weiterhin dazu verwendet werden, die Probe mit Licht einer äußeren Anregungsquelle zu belichten, während die Kopfenden der Mulden unbehindert zur Bildung einer maximalen Detektionsflache sind. Beispiele passender transparenter Polymere sind klares Polystyren, Polyacrylnitril, Polycarbonat, Polyester, Polymethylpenten und Acry!materialien.

Die transparenten Bodenwände der Mulden sind bei Untersuchungstechniken wünschenswert, die von der Probe in jeder individuellen Mulde emittiertes oder durch diese transmittiertes Licht messen. Beispiele solcher Techniken sind die Flüssigkeitsszintillationszählung, welche die durch eine radioaktive Probe in einem Flussigkeitsszintillator erzeugten Lichtemissionen zählt. Weitere Techniken sind solche zur Messung von Lumineszenzmarken emittierten Lichts, wie beispielsweise Biolumineszenz- oder Chemolumineszenzmarken, Fluoreszenzmarken oder absorbierende Marken. Bei diesen Techniken werden verschiedene Typen von Lichtdetektoren eingesetzt. Beispielsweise können ein oder mehr Photoelektronen-Vervielfacher pro Mulde, Festkörper-Abbildungseinrichtungen mit entweder Linsen oder Glasfaserkopplern und Glasfaseroptikeinrichtungen verwendet werden.

Für jede angewendete Untersuchungstechnik muß das Polymermaterial zur Bildung der Platte reaktionsfrei zu und unlöslich und

undurchlässig für die in den Proben enthaltenen Materialien sein, um für die Untersuchung verwendet werden zu können. Ein insbesondere bevorzugter Kunststoff ist ein Copolymer mit wenigstens 50 Gew.-% eines ungesättigten Nitrilmonomers und eines zweiten Monomers, das mit dem ungesättigten Nitrilmonomer copolymer isierbar ist. Diese hohen Nitrilkunststoffe haben eine ausgezeichnete Transparenz, Starrheit, Weiterverarbeitkeit und Gasbarriere-Eigenschaften hinsichtlich Sauerstoff, Kohlendioxid und anderer Gase. Die Kunststoffe sind hochgradig chemisch resistent gegenüber Lösungsmitteln wie Benzol, Toluol, Xylol, 1,2,4-Trimethylbenzol (Pseudocumol), Alkobenzolen, Diisopropylnaphtalol, Phenylxylolethan (PxE), Heptan und Ethylacetat. Ein oder mehrere der vorstehend genannten Lösungsmittel sind normalerweise in Flüssigszintillationscocktails enthalten. Weiterhin bilden diese Kunststoffe eine Mikroplatte, die bei Bestrahlung mit ultraviolettem Licht während der Speicherung sich nicht verschlechtern.

Vorzugsweise wird das ungesättigte Nitrilmonomer der obigen Kunststoffe aus der folgenden Gruppe ausgewählt, bestehend aus Acrylnitril und Methacrylnitril. Das mit dem ungesättigten Nitril copolymerisierbare Monomer ist ein ethylenmäßig ungesättigtes copolymerisierbares Monomer aus der folgenden Gruppe : Alkylacrylat, Alkylmethacrylat, Acrylsäure oder Methacrylsäure. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Kunststoff ein Gummi-modifizierter Acrylnitril-Methylacrylat-Copolymer mit ungefähr 75 Gew.-% Acrylnitril und ungefähr 25 Gew.-% Methylacrylat. Ein solcher Gummi-modifizierter Copolymer-Kunststoff ist kommerziell unter dem Warenzeichen Barex 210-I^a>-Kunststoff erhältlich, der von der British Petroleum Chemicals Corporation hergestellt wird.

Für Anwendungen, in denen eine Lösungsmittelresistenz der oben beschriebenen Copolymere nicht erforderlich ist, ist Polystyrol ein sehr kostengünstiges Polymer, daß zur Bildung der Platten 11 und 12 einfach geformt werden kann.

Um eine Barriere hinsichtlich der Lichttransmission zwischen benachbarten Mulden über die transparente Bodenplatte 12 zu

bilden, ist ein nach unten gerichteter Rand 20 entlang des gesamten Umfangs einer jeden Muldenöffnung auf der Unterseite der oberen Platte 11 gebildet. Nach FIG. 4 hat dieser Rand 20 einen sich verjüngenden Querschnitt, sodaß der Rand an seinem unteren Ende schmaler als an seinem oberen Ende ist. Werden die zwei Platten 11 und 12 aneinander gepreßt, paßt jeder Rand 20 in eine kreisförmige Nut 21, die auf der Oberseite der unteren Platte 12 gebildet ist. Die vertikale Ausdehnung eines jeden Randes 20 ist wenigstens so groß wie die Tiefe der Nut 21, sodaß, wenn die beiden Platten aneinander gepreßt werden, die untersten Flächen der Ränder 20 in engen Kontakt mit den unteren Flächen der Nuten 21 gedrückt werden.

Die zwei Platten 11 und 12 können durch verschiedene Verfahren miteinander verbunden werden. Ein bevorzugtes Verfahren ist Ultraschallschweißen. Bei diesem Verfahren werden die beiden Platten fest aneinander gedrückt, während sie durch Ultraschallenergie miteinander verbunden werden. Dadurch werden die Kontaktflächen miteinander verschmolzen. Aufgrund der Form der Ränder 20 dienen sie als Energieleiter, durch die Energie an der Zwischenfläche zwischen den Rändern und den entsprechenden Nuten konzentriert wird und dadurch sichergestellt ist, daß die Ränder 20 innerhalb der Nuten 21 schmelzen. Die Schmelzverbindung führt zu einem Eindringen des lichtundurchlässigen Polymers der Ränder 2 0 in die Oberfläche der transparenten unteren Platte 12. Dadurch wird ein kreisförmiger Bereich 2 3 von lichtundurchlässigem Polymer um die transparente Bodenwand einer jeden Mulde gebildet. Dies verhindert die Transmission von Licht zwischen benachbarten Mulden über die transparente Bodenplatte 12.

Die Ränder 20 und Nuten 21 sollten sich zwischen 25% bis 75% der Dicke der transparenten Bodenplatte 12 zur effektiven Reduktion optischer Kreuzkopplung durchdringen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen Rand und Nut eine vertikale Ausdehnung von ungefähr 0,6 mm {0,025 inch) und die Bodenplatte 12 eine Dicke von ungefähr 1,5 mm (0,060 inch) auf. Die innere Kante einer jeden Nut ist ungefähr 0,25 mm (0,01 inch) von der Seitenwand der entsprechenden Mulde entfernt.

Auf diese Weise hergestellte Mikroplatten weisen eine erhebliche Reduktion von optischer und Flüssigkeits-bezogener Kreuzkopplung auf. Beispielsweise bei Flüssigkeitsszintillationszählung ist Flüssigkeits-gemäße Kreuzkopplung eliminiert und optische Kreuzkopplung ist von 2% oder mehr auf ungefähr 0,2% durch Hinzufügen des undurchlässigen Bereichs oder Streifens 23 reduziert.

Zum Zwecke der Befestigung der beiden Platten 11 und 12 miteinander wird zur gleichzeitigen Bildung einer effektiven Abdichtung gegenüber Flüssigkeits-gemäßer Kreuzkopplung ein Gitter 30 von Rändern 31 auf der Oberseite der unteren Platte 12 gebildet. Ein ähnliches Gitter 32 von Nuten 33 wird auf der Unterseite der oberen Platte 11 zur Aufnahme des Randgitters 30 gebildet. Die Höhe der Ränder 31 ist deutlich größer als die Tiefe der Nuten 33, um sicherzustellen, daß die Ränder 31 zum Füllen der Nuten 33 gründlich geschmolzen werden. Beispielsweise ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die vertikale Ausdehnung der Ränder 31 und der Nuten 33 0,66 mm (0,026 inch) beziehungsweise 0,18 mm (0,007 inch). Bei diesen Dimensionen werden die Ränder 31 durch Anwendung von Ultraschallenergie gründlich geschmolzen.

Das bevorzugte Ultraschallverbindungsverfahren kann dadurch bewirkt werden, daß die Energie der unteren Platte 12 durch einen Wandler oder ein "Horn" mit einer flachen Oberfläche mit ungefähr den gleichen Abmessungen wie Platte 12 zugeführt wird, wobei die flache Oberfläche eine Vielzahl von Aussparungen aufweist, die in den gleichen Bereichen wie die Muldenlöcher in der oberen Platte 11 angeordnet sind. Die Aussparungen unterstützen die Konzentration der Ultraschallenergie in den Bereichen zwischen den Mulden.

Eine Alternative zum vorangehend beschriebenen Ultraschallverbindungsverfahren ist ein Formen der lichtundurchlässigen oberen Platte 11 mit den vorspringenden Rändern 20 und dann ein Formen der transparenten unteren Platte 12 direkt an der Unterseite der oberen Platte 11. Die lichtundurchlässigen Ränder 20

werden auf diese Weise in der unteren Platte 12 eingebettet, wodurch die erwünschten nichttransmissiven Bereiche bzw. Streifen 23 zwischen benachbarten Mulden gebildet werden. Ebenso ist es möglich, Lösungsmittel oder Klebemittel zum Verschmelzen der beiden Platten miteinander zu verwenden.

Auch wenn die Erfindung unter besonderer Bezugnahme auf spezifische Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, sind verschiedene Modifikationen ohne Verlassen des Schutzumfangs möglich. Beispielsweise können die Nuten auf der Oberseite der unteren Platte mit einem lichtundurchlässigen Material aus einer anderen Quelle als von den Rändern der Unterseite der oberen Platte gefüllt werden. Beispielsweise können die Nuten mit Makroteilchen oder einem flüssigen, lichtundurchlässigen Material gefüllt werden. In Fällen,'in denen eine feste Bodenplatte nicht erforderlich ist, können die Bodenwände durch Aufbringen einer Folie aus transparentem Film, wie beispielsweise ein Polyesterfilm, gebildet werden. Diese Folie wird auf der Unterseite der oberen Platte 11 angeordnet, von welcher die Ränder 21 entfernt wurden. Solch eine Folie kann beispielsweise an der oberen Platte 11 durch ein Klebemittel befestigt werden. Alternativ kann die Oberseite des transparenten Films mit einem anderen Polymer beschichtet sein, wie beispielsweise Polyethylen, das in die obere Platte hineinschmilzt.

Claims (10)

&iacgr;&ogr; Schutzansprüche

1.Mikroplatte zur Bildung einer Vielzahl von Probenmulden zum Aufnehmen von Proben, welche durch Lichtemission oder Lichttransmission analysiert werden sollen, wobei Seitenwände der Probenmulden lichtundurchlässig sind, damit Licht nicht durch die Seitenwände zwischen benachbarten Wänden hindurchtreten kann, und wobei die Bodenwände der Probenmulden transparent zum Durchlassen von Licht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (13) der Probenmulden durch eine obere Platte (11) und die Bodenwände (14) der Probenmulden durch eine untere Platte (12) gebildet sind und Bereiche von lichtundurchlässigem Material zwischen den Bodenwänden benachbarter Paare von Probenmulden angeordnet sind.

2. Mikroplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche aus lichtundurchlässigem Material jede Mulde umgeben.

3. Mikroplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche von lichtundurchlassigem Material innerhalb der unteren Platte (12) gebildet sind.

4. Mikroplatte nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche von lichtundurchlässigem Material durch miteinander Verschmelzen des lichtundurchlässigen Materials der oberen Platte (11) und des transparenten Materials der unteren Platte (12) in ausgewählten Bereichen gebildet sind.

5. Mikroplatte nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Platte von ihrer Unterseite vorstehende Ränder (20) aufweist, wobei jeder Rand eine der Mulden umgibt, und wobei die untere Platte (12) Nuten (21) auf ihrer Oberseite zum Aufnehmen der Ränder (20) auf v/eist.

6. Mikroplatte nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder (20) an der oberen Platte (11) mit der unteren Platte (12) in den Nuten (21) verschmolzen werden.

7. Mikroplatte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ■ die Ränder (20) mit der unteren Platte (12) durch Ultraschallverbinden verschmolzen werden.

8. Mikroplatte nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Platte (11) aus einem Polymer gebildet ist, daß ungefähr 2 bis ungefähr 20 Gew.-% weißes Pigment zur Lichtundurchlassigkeit und Reflektivität enthält.

9. Mikroplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Pigment aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Titandioxyd, Zinkoxyd, Zinksulfid, Titopan und schwarzem Pigment mit 0,5% bis 15% Ruß besteht.

10. Mikroplatte nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Platte (11) aus einem Polymer gebildet ist, welches ungefähr 0,5 bis 15 Gew.-% Ruß enthält.