EP4127675A1 - Vorrichtung und verfahren zur lumineszenzanalyse mehrerer proben - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur lumineszenzanalyse mehrerer proben

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Publication number
EP4127675A1
EP4127675A1 EP21712790.1A EP21712790A EP4127675A1 EP 4127675 A1 EP4127675 A1 EP 4127675A1 EP 21712790 A EP21712790 A EP 21712790A EP 4127675 A1 EP4127675 A1 EP 4127675A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fiber
optic plate
samples
sample
underside
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21712790.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andrei Tchernook
Stephan Roth
Abdullah Saif MONDOL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jenoptik Optical Systems GmbH
Original Assignee
Jenoptik Optical Systems GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jenoptik Optical Systems GmbH filed Critical Jenoptik Optical Systems GmbH
Publication of EP4127675A1 publication Critical patent/EP4127675A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/6452—Individual samples arranged in a regular 2D-array, e.g. multiwell plates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/6456—Spatial resolved fluorescence measurements; Imaging
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    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N2021/6463—Optics
    • G01N2021/6478—Special lenses
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    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N2021/6484—Optical fibres

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for parallel luminescence analysis of several samples
  • EP2148187A1 presents the “excitation and imaging optics for fluorescence detection”.
  • the field lens is replaced here by a field lens array. Individual field lens arrays are required for the different microtiter plates.
  • EP1511990B1 a “fluorescence measuring device with excitation source” is presented. Here the size is reduced by folding the lighting and detection several times. The solution requires a complex double mirror structure.
  • Other methods such as WO 2008/011875 AI - “Arrangement and method for multichannel fluorescence measurement in PCR samples” use other methods - such as here, for example, fiber-based - methods for the excitation and detection of the fluorescence. All fiber-based solutions require individual optical devices for different microtiter plates.
  • a light guide device for emitting and receiving light is known from DE102010010741 A1. A light guide bundle is used for this. The complicated handling of light guide fiber bundles is disadvantageous.
  • the object of the invention is to provide a simple method for a luminescence analysis of a large number of samples, as well as a device for this.
  • the method should be suitable for a simultaneous quantitative luminescence analysis of several biochemical samples that are processed in deep matrix-like vessels such as microtiter plates.
  • the sample vessels with different numbers of sample cavities should be able to be analyzed as far as possible without modifying the device.
  • Part of the optical device should be able to be integrated into a hot cover that may be required, which protects the samples from evaporation during thermal processing.
  • the object is achieved by a device according to claim 1 and a method according to claim 14.
  • the invention provides a simple method for fluorescence analysis of a large number of samples, as well as a device for this purpose. Other luminescence analyzes are also possible.
  • a titer plate with samples can be analyzed without the need for telecentric optics or a scanner on the object side.
  • the light intensity on the light sensor can be higher than with previously known methods.
  • the fiber optic plate can also serve as a cover to cover a sample array for a luminescence analysis.
  • the invention provides a simple method for fluorescence analysis of biochemical samples which are arranged in flat, matrix-like containers, such as microtiter plates, and a device for this.
  • other simultaneous quantitative luminescence analyzes are also possible.
  • the fiber structure of the fiber optic plate (FOP) which is homogeneous over the entire field of view, allows the individual cavities of different microtiter plates (MTP) such as 98 and 384 microtiter plates to be recorded equally well.
  • the FOP has an optical “zero thickness” and the FOP can also cause the azimuth angles of incident rays to be mixed, as explained in more detail below, the optical cover thickness can be “zeroed” and the numerical aperture of the optical system and thus its collection efficiency in With respect to the sample luminescence can be increased significantly.
  • the FOP can also use the crosstalk behavior of the luminescence analysis to enhance.
  • the device according to the invention allows luminescence analyzes independently of the filling quantity of individual sub-vessels of the microtiter plate.
  • Part of the device according to the invention namely the fiber optic plate, can be integrated into the lid or hot lid and serve to cover a sample array for a luminescence analysis.
  • the device according to the invention is used for luminescence analysis of several samples.
  • the luminescence radiation of the samples can be analyzed.
  • the luminescence radiation can be light radiation in the visible or infrared range.
  • the device according to the invention comprises a, at least one fiber-optic plate (abbreviated: FOP) having an underside and an upper side opposite the underside, each sample being assigned several fibers of the fiber-optic plate Plate can be passed through from the bottom to the top, b, at least one camera optics, c, at least one light sensor array, the respective sample, the fiber optic plate, the camera optics and the light sensor array being arranged one after the other in an observation beam path, with the bottom of the fiber optic plate is flat and is arranged facing the samples. Even can mean: as a flat surface,
  • Luminescence can be understood as meaning, for example, electroluminescence, chemiluminescence, candoluminescence, bioluminescence, cathodoluminescence, radioluminescence, ionoluminescence, photoluminescence, thermoluminescence, sonoluminescence, triboluminescence, fractoluminescence, lyoluminescence, piezo luminescence, or.
  • the invention can be used to analyze the photoluminescence, in particular the fluorescence and / or phosphorescence, of samples.
  • the device according to the invention can advantageously be used for quantitative and / or simultaneous luminescence analysis of several samples. For example, the intensities and / or the spectra of the luminescence radiation of the samples can be examined qualitatively and / or quantitatively.
  • the camera optics can comprise one or more lenses.
  • the camera optics can comprise an objective or camera objective.
  • the camera optics can, but need not, also include a tube lens.
  • the camera optics can advantageously be designed to be telecentric on the image side.
  • the fiber-optic plate can comprise a multiplicity of optical fibers, which can be designed as optical fibers.
  • the FOP can be completely covered with fibers.
  • the FOP can likewise advantageously be designed in a segmented manner. This can mean that only individual active sites (segments) of the FOP are each equipped with a large number of fibers, while between the segments there are inactive sites which are free of fibers -Direction be arranged above the samples, while the inactive sites can be located in the regions between the samples.
  • the fibers can be arranged parallel with a fiber axis direction z.
  • the underside can be formed lying normal to the fiber axis direction z in an xy plane.
  • the directions x, y and z can form a right-angled coordinate system.
  • the fibers can advantageously have a core diameter of 5 ⁇ m to 500 ⁇ m, particularly advantageously between 5 ⁇ m and 20 ⁇ m, very particularly advantageously between 5 ⁇ m and 50 ⁇ m, the FOP can advantageously be designed in this way be that at least 10, particularly advantageously at least 100, individual fibers of the FOP are assigned to each sample. This can be understood to mean that the light from each sample hits the specified number of fibers. Due to the mentioned embodiment of the FOP, the mixing of the azimuth angles of the light beams described below can work better compared to an embodiment with fewer assigned fibers per sample.
  • the optical fibers of the FOP can each have two fiber end faces, namely a first fiber end face and a second fiber end face .
  • the first fiber end faces can be arranged on the underside of the FOP.
  • the second fiber end faces can be arranged on top of the FOP.
  • the optical fibers can advantageously run in a straight line and advantageously parallel to one another and particularly advantageously both in a straight line and parallel to one another - for example in a fiber axis direction - from the bottom of the FOP to the top of the FOP.
  • the fibers can so each on the underside and on the End the top of the FOP.
  • the FOP can be delimited by the first fiber end faces and the second fiber end faces.
  • the optical fibers can be firmly embedded in the FOP over their entire length,
  • Samples within the meaning of the present invention can include, for example, plant, animal or eukaryotic cells or cell clusters, cell organelles, for example chromosomes, viruses, bacteria, antibodies, pollen, sperm, macromolecules, for example proteins, and / or molecular clusters as examination objects.
  • the samples can also include DNA, RNA or sections thereof as objects to be examined.
  • the aforementioned objects to be examined can be present in an aqueous suspension.
  • the examination objects can be fluorescent and / or luminescent.
  • the samples can also include markers, for example molecular markers, preferably fluorescent markers.
  • substances for coding the samples preferably fluorescent substances, can be added in order to be able to identify or differentiate the respective samples.
  • the samples can emit light beams, equivalent to the above-mentioned right-angled coordinate system, a spherical coordinate system can be defined with a zenith direction z and a perpendicular equi-cal plane, ie a yx plane.
  • the elevation angle of a light beam can be a difference of 90 ° minus The angle of inclination of the light beam with respect to the direction z.
  • the light beam can also have an azimuth angle in the spherical coordinate system, which can be defined relative to the x-axis.
  • the direction of the optical axis can be z.
  • an FOP is usually used in such a way that an object to be imaged is arranged directly on the surface of the FOP on the light entry side.
  • a distance a can be provided between the samples and the underside of the FOP.
  • This distance a can be different, for example as a result of the different filling height of the cavities with sample substances present in the sample receiving device.
  • the filling level can also be the same for all cavities.
  • the filling level can, for example, be less than 90% of the volume of the cavities, advantageously less than 70% and very particularly advantageously less than 80%. Then the consumption of reagents can be reduced and, if necessary, a PCR can be carried out more quickly.
  • the distance a can be considered to be the distance between the sample surface and the underside of the FOP.
  • the distance a can, for example, be greater than 0.3 mm, advantageously greater than 0.5 mm, particularly advantageously greater than 1 mm and very particularly advantageously greater than 2 mm . It may even be possible to analyze samples whose surface has a distance a of more than 10 mm from the FOP.
  • the sample can also emit light from deeper areas of the sample volume. This intensifies the effect described below.
  • the distance a can cause a blurred image of the sample on the light sensor array. While an object lying directly on the underside of the FOP would be sharply imaged on the upper side of the plate, an object arranged at a distance from the VOR will not produce a sharp image on the upper side of the FOP.
  • Each divergent bundle of rays emanating from a point on the sample can therefore illuminate the area of the FOP located above the respective cavity and be guided in the z-direction through the FOP to the top of the FOP.
  • the azimuth angle of the input radiation can also be lost, but the elevation angle can be retained.
  • the light radiation emanating from the top can be homogenized on the one hand with regard to the direction of emission and on the other hand averaged over a sample volume in each case.
  • the top side of the plate is now imaged on the light sensor array by means of the camera optics, the radiation from the individual sample volumes can be separated from one another and at the same time detected averaged over one sample volume. This means that the samples that are furthest away from the optical axis can also be evaluated without having to use telecentric optics or a scanner. Because the light radiation is averaged over a sample volume, an inexpensive image sensor with low resolution and low sensitivity can also be sufficient.
  • the light sensor array plane and the top of the FOP can be conjugate planes. The conjugation can be defined with respect to the camera optics, possibly in connection with a possibly provided field lens or in the vicinity of the top of the FOP arranged converging lens.
  • the provision of a distance a between the sample surface and the FOP can also have the advantage that contamination of the FOP by the samples can be avoided.
  • the device can also advantageously comprise at least one heating device for heating the fiber-optic plate. This can ensure that no liquid contained in the sample, for example water, evaporates and can condense on the fiber-optic plate or the sealing film of the sample. If the FOP has inactive locations, the heating device can be designed, for example, as at least one heating wire and / or an electrically heatable layer, which is arranged at the inactive locations. The points above the samples at which light is to be passed through the FOP can be free from the heating device. This can have the advantage that more useful light is available for detection.
  • the samples can advantageously be arranged in at least one sample receiving device.
  • the sample receiving device can have several separate cavities for receiving the samples.
  • the samples can be arranged in an xy plane.
  • the sample receiving device can be designed in the form of a plate.
  • the sample receiving device can have a plate normal which can be arranged in the z-direction.
  • the sample receiving device can be designed as a titer plate (well plate), for example a microtiter plate (micro well plate).
  • the cavities can have light-reflecting walls. For this purpose, the walls of the cavities can be coated in a light-reflecting manner. As a result of this measure, the excitation light and / or the light radiation of the luminescence of the samples to be detected can be better utilized.
  • the underside of the fiber optic plate can advantageously be arranged resting on the sample receiving device.
  • the fiber-optic plate can advantageously close the cavities.
  • the cavities can also be covered and / or closed by means of a transparent (sealing) film.
  • the fiber optic plate can then be placed on the film.
  • the film can advantageously be designed to be electrically heatable, for example as an electrically conductive film.
  • Each sample can advantageously have a fill level in the respective cavity.
  • the fill level can advantageously be less than full to the brim, advantageously less than 80% of the maximum fill level, particularly advantageously less than 50%. In this way, contamination of the cover of the microtiter plate or the fiber-optic plate can advantageously be avoided.
  • the samples can be arranged at a certain distance from the FOP.
  • the FOP can cause the azimuth angles of the incident radiation to be mixed while the elevation angles are retained. This can result in a homogenization of the Wide light radiation emanating from a sample can occur without causing an additional cross-over of the respective light radiation into the light path of an adjacent sample. In this way, the fluorescence analysis, in particular a quantitative fluorescence analysis averaged over the respective sample volume, can be facilitated.
  • a transparent protective layer can advantageously be arranged on the underside of the fiber-optic plate.
  • the heating device can advantageously be designed as an electrically conductive transparent layer on the bottom and / or the top of the fiber-optic plate.
  • the FOP can then be designed to be electrically heatable.
  • the electrically conductive transparent layer can comprise, for example, an indium tin oxide layer or a conductive polymer layer.
  • the heating device can also comprise heating wires.
  • the heating device can also be designed in such a way that the edges of the FOP can be heated and the FOP can be heated from the edge.
  • the heating device can likewise advantageously be designed as an infrared radiator directed onto the fiber-optic plate.
  • the FOP can also advantageously be heated by means of ultrasound that is coupled in and absorbed in the plate.
  • the top of the fiber optic plate can advantageously be convex. This can mean that the FOP is thicker in the middle than at the edge.
  • the normals of the fiber end faces located on the top of the fiber-optic plate can advantageously each have an inclination with respect to the fiber axis z. This inclination can be advantageous for zero in a central area of the FOP to increase outwards. Alternatively, this can be achieved by means of a Fresnel-like structure on the upper side of the fiber-optic plate. This can have the effect that the exit-side (with respect to the FOP) beam bundles can be tilted in the direction of the camera optics with respect to the entry-side beam bundles. In this way, an even more uniform distribution of brightness on the light sensor array can be achieved and / or the distance between the camera optics and the top of the FOP can be reduced.
  • a converging lens can advantageously be arranged between the top of the fiber optic plate and the camera optics.
  • the converging lens can be designed as a spherical lens be.
  • the converging lens can be designed plano-convex.
  • the converging lens can be arranged directly on top of the FOP. It can be designed as a Fresnel lens.
  • a first microlens array and a second microlens array can be arranged between the top of the fiber optic plate and the camera optics.
  • the second microlenses of the second microlens array can have a location-dependent offset v (x, y) with respect to the first microlenses of the first microlens array.
  • the offset can be zero in a central area and increase or decrease continuously with the distance from the central area. In this way, a beam deflection can be effected, preferably in the direction of the camera optics.
  • the microlens arrays can include anamorphic microlenses.
  • the lens arrays can be used in particular for lighting or luminescence excitation.
  • the device can also advantageously include at least one excitation light source for generating at least one excitation light.
  • the excitation light can be provided to excite fluorescence radiation and / or phosphorescence radiation in the sample.
  • the excitation light emanating from the excitation light source can be coupled into the fiber-optic plate at the top.
  • the samples can be excited with the portion of the excitation light emerging from the underside of the fiber optic plate. Fluorescence radiation can arise in the samples, which can be detected with the light sensor array.
  • the excitation light can advantageously be coupled into the beam path by means of a beam splitter designed as a dichroic mirror or polarization beam splitter, for example between the light sensor array and the camera optics or between the objective and the tube lens of the camera optics or between the camera optics and the FOP.
  • a beam splitter designed as a dichroic mirror or polarization beam splitter, for example between the light sensor array and the camera optics or between the objective and the tube lens of the camera optics or between the camera optics and the FOP.
  • the light sensor array can be designed as an image sensor, for example a CCD or CMOS matrix sensor.
  • the light sensor array can also be designed as a photodiode array.
  • the light sensor array can advantageously be designed to be wavelength-sensitive.
  • the light sensor array can be provided for quantitative and / or qualitative detection of the fluorescence radiation emanating from each sample.
  • a method for luminescence analysis of several samples comprises the following steps a. Arranging the samples in a plate-shaped sample receiving device which has several separate cavities for receiving the samples, b. Emitting a luminescence radiation of at least one of the samples c. Passing at least a portion of the luminescent radiation through a fiber optic plate from the bottom to an upper side thereof, each of the samples being associated with a plurality of fibers of the fiber optic plate, d. Guiding the luminescence radiation through camera optics, e.
  • each of the samples being able to be assigned an intensity and / or spectral distribution of the luminescence radiation averaged over the sample, the luminescence radiation emanating from one sample being at least partially homogenized before it hits the light sensor array.
  • the method can also advantageously include: f. Heating the fiber-optic plate to a temperature of an underside of the fiber-optic plate that is equal to or higher than a sample temperature
  • the emission of luminescence radiation from at least one of the samples can take place in at least one spectral range. But it is also possible that it takes place in several spectral ranges.
  • the method and / or the device can advantageously be used for an analysis of the course and / or the result of a polymerase chain reaction (PCR).
  • PCR polymerase chain reaction
  • Use can also be advantageous for restriction fragment length polymorphism analysis, SCCP analysis (English single strand conformation polymorphism), temperature gradient gel electrophoresis analysis, DNA sequencing or phospholipid analysis.
  • the entry-side numerical aperture of the camera optics can be greater than 0.05, advantageously greater than 0.08 and particularly advantageously greater than 0.12 and very particularly advantageously greater than 0.13.
  • a short beam path can be realized, whereby the size of the device can be reduced.
  • the distance between the upper side of the FOP and the light sensor array can be smaller than 500 mm, advantageously smaller than 400 mm, particularly advantageously smaller than 350 mm and very particularly advantageously smaller than 300 mm.
  • the figures show the following:
  • Fig. 1 shows a first embodiment
  • Fig. 2 shows a second embodiment.
  • Fig. 3 shows a third embodiment. 4 shows a fourth embodiment
  • Fig. 5 shows a fifth embodiment
  • Fig. 6 shows a section from the fifth embodiment
  • FIG. 7 shows the effect of an FOP.
  • FIG. 8 shows a further illustration of the first exemplary embodiment, in which the sample cavities are located in a reflective receptacle.
  • Fig. 10 shows a further illumination option through the lens.
  • a device 1 for the simultaneous luminescence analysis of a plurality of samples 5 is shown.
  • the device comprises a fiber-optic plate 7. This has an underside 11 and an upper side 12 opposite the underside. Several fibers of the fiber optic plate 7 are assigned to each sample.
  • a light radiation 15 incident on the underside is passed through the fiber-optic plate from the underside to the top side and leaves it as a bundle of rays 16. Part of it is captured as light radiation 19 by camera optics 23 and fed to a light sensor array 24 for detection .
  • the camera optics are shown here only symbolically. In practice, multi-lens objectives or combinations of objective and tube lens (not shown in the figures) will usually be used.
  • a sample receiving device 2 there are cavities 4 which are used to receive sample substances 5. Individual cavities can be empty. However, it is economically better to use all the cavities available.
  • the sample 5, the fiber optic plate 7, the camera optics 23 and the light sensor array 24 are arranged one after the other in an observation beam path. For the sake of clarity, the observation beam path is only shown as an example for one of the samples in the figures.
  • the underside 11 of the fiber-optic plate 7 is designed as a flat surface and is arranged facing the samples 5. There is a space between the samples 5 and the lower side 11 of the FOP. This distance can be different if the filling height of the cavities 4 with sample substances 5 present in the sample receiving device 2 is different. However, the filling height can also be the same for all cavities.
  • the distance from the sample surface to the underside can be considered as the distance.
  • the sample can also emit light from deeper areas of the sample volume. Then one could choose the center of gravity of the light output formed over the sample volume as the distance reference. To understand the principle of the invention, however, it is sufficient to choose the sample surface as the distance reference.
  • Each divergent bundle of rays 15 emanating from a point on the sample 5 illuminates the point of the FOP 7 located above the respective cavity and is guided in the z-direction through the FOP to the upper side 12.
  • the azimuth angle of the input radiation is also lost, but the elevation angle is retained:
  • the light radiation 16 emanating from the top is on the one hand homogenized with regard to the direction of emission and on the other hand averaged over a sample volume in each case, with those emanating from the individual sample volumes
  • Light rays are not superimposed on the top, but are separated from each other.
  • each entry-side beam 15 can be assigned a cone-shaped, exit-side beam bundle 16, as is explained below in FIG. 7 together with the associated description.
  • the useful beams 16.b reach the light sensor array, while the beams lying outside the useful beam bundles are not detected by the light sensor array.
  • the useful beams can be traced. In doing so, incident rays 15.b can be determined which are partially converted by the FOP into useful rays 16.b. These incident rays 15.b come from different regions of the sample, and the entire sample volume can contribute to the useful light. A shadowing of certain areas of the sample can be avoided by the effect of the FOP. Rays in practically any direction can emanate from any point on the sample. Some of the rays from a sample can always strike the light sensor array at a specific point. This point on the light sensor array can have a certain extent, but it is delimited from the point of impact of the beams from neighboring samples.
  • the marginal rays are shown as thin lines, while the useful rays are shown as thick lines.
  • the collection efficiency of the camera optics for the luminescence radiation to be analyzed can be quadrupled and the corresponding detection limits and signal-to-noise ratio can be significantly improved.
  • the optical system can be made significantly smaller.
  • the object-image distance distance between the top 12 of the FOP 7 and the light sensor array 24 in FIG. 1 can be reduced from 800 mm (as in EP1681556B1) to approx. 280 mm. It should be noted that the figures are not drawn to scale.
  • one or more excitation light sources 21 can be provided in order to provide an excitation light 20.
  • This excitation light can be directed from above, i.e. against the light radiation 19 to be analyzed, through the FOP onto the samples.
  • the excitation light 20 can be used, for example, to excite fluorescence radiation from the samples.
  • the device 1 also comprises a heating device 6 for heating the fiber-optic plate 7.
  • This is designed as an electrically conductive transparent layer which can be heated by means of an electrical current.
  • the underside 11 of the fiber optic plate is provided with a transparent protective layer 10 and is arranged lying on the sample receiving device 2,
  • FIG. 8 shows a further illustration of the first exemplary embodiment, in which the sample cavities are located in a reflective receptacle.
  • the FOP For the sake of clarity, only two marginal rays are shown by way of example. These each leave the FOP as a bundle of rays 16 in the form of a cone jacket on the exit side; light rays 15 emanating from several points on the sample are shown on the entry side.
  • Several of the beams can reach the light sensor array as a result of the action of the FOP.
  • the sample can emit light from any point in any direction. Thus, light will strike the sensor array from any point on the sample, so that a value of the light radiation averaged over the respective sample can be measured. More luminescent light from the sample can be used due to the reflective walls of the cavity.
  • the entire sample volume can contribute better to the useful light,
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment.
  • the upper side 12 of the fiber-optic plate 7 is convex. This has the effect that the beam bundles 14 on the exit side are tilted in the direction of the camera optics 23 with respect to the beam bundles 15 on the entry side. This enables an even more uniform distribution of brightness on the light sensor array and reduces the distance between the camera optics and the top of the FOP.
  • the excitation light 20 is coupled into the beam path by means of a beam splitter 22 designed as a dichroic mirror or as a polarization beam splitter,
  • Fig. 3 shows a third embodiment.
  • the top 12 of the FOP 7 is convex with Fresnel steps.
  • the term convex here refers to the optical effect
  • a converging lens 25 is arranged between the top of the fiber optic plate and the camera optics. This is designed as a Fresnel lens.
  • the FOP 7 is implemented in a segmented manner.
  • the active sites 8 comprise fibers which pass the light through.
  • the inactive sites 9 are free of fibers and comprise a matrix material, for example a synthetic resin, which surrounds the active sites.
  • the inactive locations can comprise heating wires (not shown) and / or electrically conductive layers (not shown) as an ohmic heating device.
  • the cavities 4 of the sample receiving device 2 are closed with a film 3.
  • Fig. 5 shows a fifth embodiment.
  • a first microlens array 26 and a second microlens array 29 are provided,
  • the first microlens array 26 and the second microlens array 29 are arranged as a 2f system.
  • a first microlens 27 and an associated second microlens 30 each form a telescope.
  • the second optical axis 31 of the second lens 30 has an offset v (x, y), shown here as an x offset, to the first optical axis 28 of the assigned first lens 27. This leads to a tilting of a beam 16 emerging from the FOP into a tilted beam 17.
  • the offset of the second optical axis 31 to the first optical axis 28 is positionally dependent.
  • the offset optical axes are shown by way of example at three points. With respect to the optical axis (13 in FIG. 5) of the overall system, beams 19 that are further outward are tilted more strongly.
  • FIG. 7 shows the effect of an FOP.
  • a narrow parallel beam 14 is shown which falls on the underside of an FOP 7 at a specific elevation angle and a specific azimuth angle.
  • the zenith is the optical axis 13, which runs in the z direction.
  • the parallel bundle of rays 14 is inclined with respect to the optical axis. Due to the light-guiding effect of the FOP with fibers arranged in the z-direction, the beam is passed through perpendicular to the upper side 12 of the FOP.
  • the bundle of rays exits at the top, the elevation angle of each ray being retained, but the azimuth angles of the individual rays being statistically distributed, ideally evenly distributed.
  • a sample not only emits a parallel beam, but a statistical distribution, possibly a uniform distribution or a Lambertian distribution, of elevation angles is present in the light radiation of the sample. Therefore, the emerging divergent bundle of rays will not be cone-shaped in practice, but can be conical be trained. The azimuth angles are mixed up for each individual beam direction.
  • the light condenser objective can, for example, be designed as a lens array, also known as a fly's eye array.
  • the fly's eye array is a two-dimensional array of individual optical elements which are assembled or shaped into a single optical element and are used to spatially convert light from a non-uniform distribution 20 into a uniform distribution 32 in a plane of illumination.
  • the surface shape of the optical elements can be spherical or anamorphic.
  • a second lens array also known as a field array, improves the uniformity of the illumination uniformity and is determined by the number of channels or the lens array, with a higher number of elements leading to a more uniform uniformity.
  • the distance between the length array depends on the focal length of the lens elements.
  • the focal length, the size and the distance between the two arrays determine the dimensions of the illumination plane with a certain magnification.
  • the excitation light 20 is coupled into the beam path by means of a beam splitter 22 designed as a dichroic mirror.
  • FIG. 10 shows an eighth exemplary embodiment for the coupling in of an excitation light source, as it can advantageously be used in the exemplary embodiments described above instead of the excitation light sources shown there.
  • the illuminating light or excitation light is coupled into the beam path between the objective 23a and the tube lens 23b by illuminating optics 34 and a dichroic beam splitter 22 or a polarization beam splitter in order to illuminate the samples.
  • the reference symbols used consistently in all figures are as follows:
  • Second microlens 31 Second optical axis

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Lumineszenzanalyse mehrerer Proben. Die Vorrichtung umfasst eine faseroptische Platte.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Lumineszenzanalyse mehrerer Proben
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur parallelen Lumineszenzanalyse mehrerer Proben,
Stand der Technik
Aus EP1681555 ist die „Fluoreszenzabbildung mittels telezentrischer Anregungs- und Abbil- dungsoptiken“ bekannt, welche aufgrund des benötigten großen Abstandes der Feldlinse zur Probe zu sehr großen Baugrößen führt. Außerdem nachteilig ist eine niedrige Sammeleffizienz der Probenlumineszenz durch intrinsisch niedrige numerische Apertur der telezentrischen Opti- ken.
In EP1681556 wir nur die „Fluoreszenzabbildung mittels Telezentrizität“ erreicht wobei das An- regungslicht nicht auf der optischen Achse eingekoppelt wird. Dies löst aber das zugrundlie- gende Problem der Baugröße nicht. In telezentrischen Systemen wird zudem eine Feldlinse be- nötigt. Die niedrige Sammeleffizienz der Probenlumineszenz ist auch für diese Lösung charak- teristisch.
In EP2148187A1 wird die „Anregungs- und Abbildungsoptik für die Fluoreszenzdetektion“ prä- sentiert, Die Feldlinse wird hier durch ein Feldlinsen-Array ersetzt. Für die unterschiedliche Mikrotiterplatten werden individuelle Feldlinsen-Arrays benötigt.
In EP1027591B1 - „Optical array System and reader for micro titer plates” wurde dieses Kon- zept bereits vorgestellt, allerdings nicht in den Zusammenhang mit der PCR gesetzt.
In EP1511990B1 wird ein „Fluoreszenzmessgerät mit Anregungsquelle“ vorgestellt. Hier wird die Baugröße durch mehrmaliges Falten der Beleuchtung und Detektion verkleinert. Die Lösung erfordert einen komplexen Doppelspiegelaufbau. Andere Methoden wie WO 2008/011875 AI - „Anordnung und Verfahren zur mehrkanaligen Fluoreszenzmessung in PCR-Proben“ verwen- den andere - wie hier z.B. faserbasierte - Verfahren zur Anregung und Detektion der Fluores- zenz. Alle faserbasierten Lösungen erfordern individuelle optische Vorrichtungen für unter- schiedliche Mikrotiterplatten. Aus DE102010010741 A1 ist eine Lichtleitervorrichtung zum Abstrahlen und Empfangen von Licht bekannt. Dabei wird ein Lichtleiterbündel verwendet. Nachteilig ist die komplizierte Hand- habung von Lichtleiterfaserbündeln.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines einfachen Verfahrens für eine Lumines- zenzanalyse einer Vielzahl von Proben, sowie eine Vorrichtung hierfür. Insbesondere soll das Verfahren geeignet sein für eine gleichzeitige quantitativen Lumineszenzanalyse mehrerer bio- chemischen Proben, die in tiefen matrixähnlichen Gefäßen wie z.B. Mikrotiterplatten verarbeitet werden. Die Probengefäße mit unterschiedlicher Anzahl der Probenkavitäten sollen möglichst ohne Modifikation der Vorrichtung analysiert werden können. Ein Teil der optischen Vorrichtung soll in einen eventuell erforderlichen Heißdeckel, der die Proben von Verdünsten während ther- mischen Prozessieren schützt, integriert werden können.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach An- spruch 14.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung stellt ein einfaches Verfahren für eine Fluoreszenzanalyse einer Vielzahl von Pro- ben, sowie eine Vorrichtung hierfür zur Verfügung. Darüber hinaus sind auch andere Lumines- zenzanalysen möglich. Mit der vorliegenden Erfindung kann eine Titerplatte mit Proben analy- siert werden, ohne das Erfordernis einer objektseitig telezentrischen Optik oder eines Scanners. Außerdem kann die Lichtstärke auf dem Lichtsensor höher sein als bei bisher bekannten Ver- fahren. Die faseroptische Platte kann gleichzeitig als Deckel zum Abdecken eines Probenarrays für eine Lumineszenzanalyse dienen.
Insbesondere stellt die Erfindung ein einfaches Verfahren für eine Fluoreszenzanalyse von bio- chemische n Proben, die in flachen matrizenähnlichen Behälter, wie z.B, Mikrotiterplatten ange- ordnet sind, sowie eine Vorrichtung hierfür zur Verfügung, Darüber hinaus sind auch andere gleichzeitige quantitative Lumineszenzanalysen möglich. Die über das gesamte Sichtfeld bis unter 10 μm homogene Faserstruktur der faseroptischen Platte (FOP) erlaubt, die einzelnen Ka- vitäten unterschiedlicher Mikrotiterplatten (MTP) wie z.B. 98er und 384er Mikrotiterplatten gleichermaßen gut zu erfassen. Dadurch, dass die FOP eine optische „Nulldicke“ besitzt und die FOP zudem eine unten näher erläuterte Vermischung der Azimutwinkel einfallender Strah- len bewirken kann, kann die optische Deckeldicke „genullt“ und die numerische Apertur des op- tischen Systems und damit seine Sammeleffizienz in Bezug auf die Probenlumineszenz we- sentlich erhöht werden. Die FOP kann auch das Crosstalk-Verhalten der Lumineszenzanalyse verbessern. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt Lumineszenzanalysen unabhängig von der Füllmenge einziger Teilgefäße der Mikrotiterplatte.
Ein Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung, nämlich die faseroptische Platte, kann in den De- ckel bzw, Heißdeckel integriert werden und zum Abdecken eines Probenarrays für eine Lumi- neszenzanalyse dienen.
Beschreibung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Lumineszenzanalyse mehrerer Proben, Dabei kann die Lumineszenzstrahlung der Proben analysiert werden. Die Lumineszenzstrahlung kann eine Lichtstrahlung im sichtbaren oder im infraroten Bereich sein. Die erfindungsgemäße Vor- richtung umfasst a, wenigstens eine faseroptische Platte (abgekürzt: FOP) aufweisend eine Unter- seite und eine der Unterseite gegenüberliegende Oberseite, wobei jeder Probe mehrere Fasern der faseroptischen Platte zugeordnet sind, wobei eine auf die Unterseite einfallende Lichtstrahlung durch die faseroptische Platte von der Un- terseite zur Oberseite durchleitbar ist, b, wenigstens eine Kameraoptik, c, wenigstens ein Lichtsensorarray, wobei in einem Beobachtungsstrahlengang nacheinander die jeweilige Probe, die faseroptische Platte, die Kameraoptik und das Lichtsensorarray angeordnet sind, wobei die Unterseite der faseroptischen Platte eben ausgebildet ist und den Proben zugewandt angeordnet ist. Eben kann bedeuten: als eine ebene Fläche,
Unter Lumineszenz kann man beispielsweise Elektrolumineszenz, Chemilumineszenz, Cando- lumineszenz, Biolumineszenz, Kathodolumineszenz, Radiolumineszenz, lonolumineszenz, Pho- tolumineszenz , Thermolumineszenz, Sonolumineszenz, Tribolumineszenz, Fractolumineszenz, Lyolumineszenz, Kristallolumineszenz oder Piezolumineszenz verstehen. Insbesondere kann die Erfindung zur Analyse der Photolumineszenz, insbesondere der Fluoreszenz und/ oder Phosphoreszenz von Proben eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorteilhaft zur quantitativen und/oder gleichzeitigen Lu- mineszenzanalyse mehrerer Proben verwendet werden. Dabei können beispielweise die Inten- sitäten und/oder die Spektren der Lumineszenzstrahlung der Proben qualitativ und/oder quanti- tativ untersucht werden.
Die Kameraoptik kann eine oder mehrere Linsen umfassen. Die Kameraoptik kann ein Objektiv bzw, Kameraobjektiv umfassen. Die Kameraoptik kann, muß aber nicht, außerdem eine Tubus- linse umfassen. Die Kameraoptik kann vorteilhaft bildseitig telezentrisch ausgebildet sein.
Die faseroptische Platte kann eine Vielzahl optischer Fasern, welche als Lichtleitfasern ausge- bildet sein können, umfassen. Die FOP kann vollflächig mit Fasern belegt sein. Ebenfalls vor- teilhaft kann die FOP segmentiert ausgeführt sein. Das kann bedeuten, dass nur einzelne aktive Stellen (Segmente) der FOP mit jeweils einer Vielzahl von Fasern ausgestattet sind, während zwischen den Segmenten inaktive Stellen vorhanden sind, welche frei von Fasern sind, Zweck- mäßigerweise können die mit Fasern ausgestatteten aktiven Stellen in z-Richtung über den Proben angeordnet sein, während die inaktiven Stellen in den Regionen zwischen den Proben angeordnet sein können. Die Fasern können parallel mit einer Faserachsenrichtung z angeord- net sein. Die Unterseite kann normal zu der Faserachsenrichtung z in einer xy Ebene liegend ausgebildet sein. Die Richtungen x, y und z können ein rechtwinkliges Koordinatensystem bil- den, Die Fasern können vorteilhaft einen Kerndurchmesser von 5μm bis 500μm aufweisen, be- sonders vorteilhaft zwischen 5μm und 20Öμm, ganz besonders vorteilhaft zwischen 5μm und SOμm, Vorteilhaft kann die FOP derart ausgeführt sein, dass jeder Probe wenigstens 10, beson- ders vorteilhaft wenigstens 100 einzelne Fasern der FOP zugeordnet sind. Darunter kann man verstehen, dass das Licht jeder Probe auf die genannte Anzahl Fasern auftrifft. Durch die ge- nannte Ausführung der FOP kann die unten beschriebene Durchmischung der Azimutwinkel der Lichtstrahlen besser funktionieren im Vergleich zu einer Ausführung mit weniger zugeordneten Fasern je Probe, Die optischen Fasern der FOP können jeweils zwei Faserendflächen, nämlich eine erste Faserendfläche und eine zweite Faserendfläche aufweisen. Die ersten Faserendflä- chen können auf der Unterseite der FOP angeordnet sein. Die zweiten Faserendflächen können auf der Oberseite der FOP angeordnet sein. Die optischen Fasern können vorteilhaft geradlinig und vorteilhaft parallel zueinander und besonders vorteilhaft sowohl geradlinig als auch parallel zueinander - beispielsweise in einer Faserachsenrichtung - von der Unterseite der FOP zur Oberseite der FOP verlaufen. Die Fasern können also jeweils an der Unterseite und an der Oberseite der FOP enden. Die FOP kann durch die ersten Faserendflächen und die zweiten Fa- serendflächen begrenzt sein. Die optischen Fasern können über deren gesamte Länge in der FOP fest eingebettet sein,
Proben im Sinne der vorliegenden Erfindung können als Untersuchungsobjekte beispielsweise pflanzliche, tierische oder eukaryotische Zellen oder Zellverbände, Zellorganellen, beispiels- weise Chromosomen, Viren, Bakterien, Antikörper, Pollen, Spermien, Makromoleküle, beispiels- weise Proteine, und/ oder Molekülverbände umfassen. Die Proben können als Untersuchungs- objekte auch DNA, RNA oder Abschnitte davon umfassen. Die vorgenannten Untersuchungsob- jekte können in einer wässrigen Suspension vorliegen. Die Untersuchungsobjekte können diese fluoreszierend und/oder lumineszierend sein. Die Proben können außerdem Marker, beispiels- weise molekulare Marker, vorzugsweise fluoreszierende Marker, umfassen. Außerdem können Substanzen zum Codieren der Proben, vorzugsweise fluoreszierende Substanzen zugegeben werden, um die jeweiligen Proben identifizieren oder unterscheiden zu können.
Die Proben können Lichtstrahlen aussenden, Äquivalent zu dem o.g. rechtwinkligen Koordina- tensystem kann ein Kugelkoordinatensystem definiert werden mit einer Zenitrichtung z und ei- ner dazu senkrechten Äqutorialebene, d.h. einer yx Ebene, Dabei kann der Elevationswinkel ei- nes Lichtstrahls eine Differenz 90° minus dem Neigungswinkel des Lichtstrahls gegenüber der Richtung z betragen. Der Lichtstrahl kann in dem Kugelkoordinatensystem ebenso einen Azi- mutwinkel aufweisen, der relativ zur x-Achse definiert werden kann. Die Richtung der optischen Achse kann z sein.
Bekanntermaßen wird eine FOP gewöhnlich derart verwendet, dass ein abzubildendes Objekt direkt an der lichteintrittsseitigen Oberfläche der FOP angeordnet ist. Im Gegensatz dazu kann bei der vorliegenden Erfindung zwischen den Proben und der Unterseite der FOP jeweils ein Abstand a vorgesehen sein. Dieser Abstand a kann unterschiedlich sein beispielsweise infolge unterschiedlicher Füllhöhe der in der Probenaufnahmevorrichtung vorhandenen Kavitäten mit Probensubstanzen. Die Füllhöhe kann allerdings auch gleich sein für alle Kavitäten. Die Füll- höhe kann beispielsweise weniger als 90% des Volumens der Kavitäten, vorteilhaft weniger als 70% und ganz besonders vorteilhaft weniger als 80% betragen. Dann kann der Verbrauch von Reagenzien verringert und ggf. eine PCR schneller durchgeführt werden. Es kann sogar mög- lich sein, Proben zu analysieren, die weniger als 10% des Volumens der Kavität ausmachen. Als Abstand a kann der Abstand der Probenoberfläche zur Unterseite der FOP betrachtet wer- den, Der Abstand a kann beispielsweise größer als 0,3mm, vorteilhaft größer als 0,5mm, be- sonders vorteilhaft größer als 1mm und ganz besonders vorteilhaft größer als 2mm sein. Es kann sogar möglich sein, Proben zu analysieren, deren Oberfläche einen Abstand a von mehr als 10mm zur FOP hat. Zum genauen Modellieren der Strahlengänge mittels Raytracing- Me- thoden sollte man erforderlichenfalls berücksichtigen, dass die Probe auch aus tieferen Berei- chen des Probenvolumens Licht emittieren kann. Das verstärkt den nachstehend beschriebe- nen Effekt, Der Abstand a kann, ebenso wie eine Lichtemission aus tieferen Bereichen der Probe, eine unscharfe Abbildung der Probe auf das Lichtsensorarray bewirken. Während ein direkt an der Unterseite der FOP anliegender Gegenstand scharf auf die Oberseite der Platte abgebildet werden würde, wird ein von der VOR beabstandet angeordneter Gegenstand schon kein scharfes Abbild auf die Oberseite der FOP erzeugen. Jedes von einer Stelle der Probe ausgehende divergente Strahlenbündel kann daher die über der jeweiligen Kavität befindliche Stelle der FOP flächig ausleuchten und in z-Richtung durch die FOP zur Oberseite der FOP ge- leitet werden. Beim Durchleiten durch die FOP kann zudem der Azimutwinkel der Eingangs- strahlung verlorengehen, der Elevationswinkel kann jedoch erhalten bleiben. Dadurch kann die von der Oberseite ausgehende Lichtstrahlung einerseits hinsichtlich der Abstrahlungsrichtung homogenisiert und andererseits über jeweils ein Probenvolumen gemittelt werden, wobei die von benachbarten Probenvolumina ausgehenden Lichtstrahlungen an der Oberseite nicht über- lagert, sondern voneinander getrennt vorliegen können. Bildet man nun mittels der Kameraoptik die Oberseite der Platte auf das Lichtsensorarray ab, können die Strahlungen der einzelnen Probenvolumina voneinander getrennt und gleichzeitig über jeweils ein Probenvolumen gemit- telt detektiert werden. Dadurch kann man auch die am weitesten von der optischen Achse ent- fernten Proben gut auswerten, ohne eine telezentrische Optik oder einen Scanner benutzen zu müssen. Aufgrund der Mittelung der Lichtstrahlung über jeweils ein Probenvolumen kann zu- dem ein preisgünstiger Bildsensor mit niedriger Auflösung und geringer Empfindlichkeit ausrei- chend sein. Die Lichtsensorarrayebene und die Oberseite der FOP können konjugierte Ebenen sein. Die Konjugation kann bezüglich der Kameraoptik, ggf, in Verbindung mit einer eventuell vorgesehenen Feldlinse oder in der Nähe der Oberseite der FOP angeordneten Sammellinse, definiert werden.
Das Vorsehen eines Abstands a zwischen der Probenoberfläche und der FOP kann außerdem den Vorteil haben, dass eine Verunreinigung der FOP durch die Proben vermieden werden kann. Vorteilhaft kann die Vorrichtung außerdem wenigstens eine Heizeinrichtung zum Beheizen der faseroptischen Platte umfassen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass keine in der Probe enthaltene Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, verdunstet und an der faseroptischen Platte o- der der Verschlussfolie der Probe kondensieren kann. Falls die FOP inaktive Stellen aufweist, kann die Heizeinrichtung, beispielsweise als wenigstens ein Heizdraht und/oder eine elektrisch beheizbare Schicht ausgebildet sein, welche an den inaktiven Stellen angeordnet ist. Die Stel- len über den Proben, an welchen ein Durchleiten von Licht durch die FOP erfolgen soll, können frei von der Heizeinrichtung sein. Das kann den Vorteil haben, dass mehr Nützlicht zur Detek- tion zur Verfügung steht.
Vorteilhaft können die Proben in wenigstens einer Probenaufnahmevorrichtung angeordnet sein. Die Probenaufnahmevorrichtung kann mehrere voneinander getrennte Kavitäten zur Auf- nahme der Proben aufweisen. Die Proben können in einer xy Ebene angeordnet sein. Die Pro- benaufnahmevorrichtung kann plattenförmig ausgebildet sein. Die Probenaufnahmevorrichtung kann eine Plattennormale aufweisen, die in der z-Richtung angeordnet sein kann. Die Proben- aufnahmevorrichtung kann als eine Titerplatte (well plate), beispielsweise einer Mikrotiterplatte (micro well plate), ausgebildet sein. Die Kavitäten können lichtreflektierende Wände aufweisen. Dazu können die Wände der Kavitäten lichtreflektierend beschichtet sein. Durch diese Maß- nahme können das Anregungslicht und/oder die zu delektierende Lichtstrahlung der Lumines- zenz der Proben besser ausgenutzt werden.
Vorteilhaft kann die Unterseite der faseroptischen Platte auf der Probenaufnahmevorrichtung aufliegend angeordnet sein. Vorteilhaft kann die faseroptische Platte die Kavitäten verschlie- ßen, Alternativ können die Kavitäten auch mittels einer transparenten (Verschluss-)Folie abge- deckt und/oder oder versschlossen sein. Dann kann die faseroptische Platte auf die Folie auf- gesetzt sein. Vorteilhaft kann die Folie elektrisch beheizbar ausgeführt sein, beispielsweise als elektrisch leitfähige Folie. Vorteilhaft kann jede Probe in der jeweiligen Kavität einen Füllstand aufweisen. Vorteilhaft kann der Füllstand geringer sein als randvoll, vorteilhaft weniger als 80% des maximalen Füllstands, besonders vorteilhaft weniger als 50%. Vorteilhaft kann dadurch eine Verunreinigung der Abdeckung der Mikrotiterplatte bzw, der faseroptischen Platte vermie- den werden. Die Proben können in einem bestimmten Abstand zur FOP angeordnet sein. Die FOP kann bewirken, dass die Azimutwinkel der einfallenden Strahlung durchmischt werden, während die Elevationswinkel erhalten bleiben. Dadurch kann eine Homogenisierung der je- weite von einer Probe ausgehenden Lichtstrahlung auftreten, ohne dass ein zusätzliches Uber- sprechen der jeweiligen Lichtstrahlung in den Lichtweg einer benachbarten Probe bewirkt wird. Dadurch kann die Fluoreszenzanalyse, insbesondere eine über das jeweilige Probenvolumen gemittelte quantitative Fluoreszenzanalyse erleichtert werden.
Vorteilhaft kann an der Unterseite der faseroptischen Platte eine transparente Schutzschicht an- geordnet sein.
Vorteilhaft kann die Heizeinrichtung als eine elektrisch leitfähige transparente Schicht auf der Unterseite und/oder der Oberseite der faseroptischen Platte ausgebildet sein. Dann kann die FOP elektrisch beheizbar ausgebildet sein. Die elektrisch leitfähige transparente Schicht kann beispielsweise eine Indium-Zinnoxid Schicht oder eine leitfähige Polymerschicht umfassen.
Die Heizeinrichtung kann auch Heizdrähte umfassen. Die Heizeinrichtung kann auch derart ausgebildet sein, dass die Ränder der FOP beheizbar sind und die FOP vom Rand aus aufge- heizt werden kann.
Ebenfalls vorteilhaft kann die Heizeinrichtung als ein auf die faseroptische Platte gerichteter Inf- rarotstrahler ausgebildet sein. Ebenfalls vorteilhaft kann die FOP mittels eingekoppeltem und in der Platte absorbiertem Ultraschall beheizt werden.
Vorteilhaft kann die Oberseite der faseroptischen Platte konvex ausgebildet sein. Das kann be- deuten, dass die FOP in der Mitte dicker ist als am Rand, Vorteilhaft können die Normalen der auf der Oberseite der faseroptischen Platte befindlichen Faserendflächen gegenüber der Faser- achse z jeweils eine Neigung aufweisen. Diese Neigung kann vorteilhaft für in einem zentralen Bereich der FOP Null sein nach außen zunehmen. Das kann alternativ mittels einer fresnelarti- gen Struktur der Oberseite der faseroptischen Platte erreicht werden. Das kann bewirken, dass die austrittsseitigen (bezüglich der FOP) Strahlenbündel gegenüber den eintrittsseitigen Strah- lenbündeln in Richtung der Kameraoptik gekippt werden können. Damit kann man eine noch gleichmäßigere Helligkeitsverteilung auf dem Lichtsensorarray erreichen und/oder den Abstand der Kameraoptik zur Oberseite der FOP verringern.
Vorteilhaft kann zwischen der Oberseite der faseroptischen Platte und der Kameraoptik eine Sammellinse angeordnet sein. Die Sammellinse kann als eine sphärische Linse ausgebildet sein. Die Sammellinse kann plankonvex ausgebildet sein. Die Sammellinse kann direkt auf Oberseite der FOP angeordnet sein. Sie kann als eine Fresnellinse ausgeführt sein.
Zwischen der Oberseite der faseroptischen Platte und der Kameraoptik können ein erstes Mik- rolinsenarray und ein zweites Mikrolinsenarray angeordnet sein. Die zweiten Mikrolinsen des zweiten Mikrolinsenarrays können gegenüber den ersten Mikrolinsen des ersten Mikrolin- senarrays einen ortsabhängigen Versatz v(x,y) aufweisen. Der Versatz kann in einem zentralen Bereich Null sein und mit dem Abstand zum zentralen Bereich stetig zunehmen oder stetig ab- nehmen. Auf diese Weise kann eine Strahlumlenkung vorzugsweise in die Richtung der Kame- raoptik bewirkt werden.
Die Mikrolinsenarrays können anamorphische Mikrolinsen beinhalten. Außerdem können die Linsenarrays insbesondere für die Beleuchtung bzw, Lumineszenzanregung eingesetzt werden.
Vorteilhaft kann die Vorrichtung außerdem wenigstens eine Anregungslichtquelle zum Erzeu- gen wenigstens eines Anregungslichts umfassen. Das Anregungslicht kann zum Anregen einer Fluoreszenzstrahlung und/oder einer Phosphoreszenzstrahlung in der Probe vorgesehen sein. Die von der Anregungslichtquelle ausgehende Anregungslicht kann an der Oberseite in die fa- seroptische Platte einkoppelbar sein. Die Proben können mit dem an der Unterseite der faser- optischen Platte austretenden Anteil der Anregungslicht anregbar sein. Dabei kann in den Pro- ben eine Fluoreszenzstrahlung entstehen, welche mit dem Lichtsensorarray nachgewiesen wer- den kann. Das Anregungslicht kann vorteilhaft mittels eines als dichroitischer Spiegel oder Pola- risationsstrahlteiler ausgebildeten Strahlteilers in den Strahlengang, beispielsweise zwischen dem Lichtsensorarray und der Kameraoptik oder zwischen dem Objektiv und der Tubuslinse der Kameraoptik oder zwischen der Kameraoptik und der FOP, eingekoppelt werden.
Das Lichtsensorarray kann als ein Bildsensor, beispielsweise ein CCD- oder CMOS Mat- rixsensor ausgebildet sein. Das Lichtsensorarray kann auch als ein Photodiodenarray ausgebil- det sein. Das Lichtsensorarray kann vorteilhaft wellenlängensensitiv ausgebildet sein. Das Lichtsensorarray kann zum quantitativen und/oder qualitativen Nachweis der von jeder Probe ausgehenden Fluoreszenzstrahlung vorgesehen sein.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Lumineszenzanalyse mehrerer Proben umfasst folgende Schritte a. Anordnen der Proben in einer plattenförmigen Probenaufnahmevorrichtung, welche mehrere voneinander getrennte Kavitäten zur Aufnahme der Proben aufweist, b. Emittieren einer Lumineszenzstrahlung wenigstens einer der Proben c. Durchleiten wenigstens eines Teils der Lumineszenzstrahlung durch eine faseroptische Platte von der Unterseite zu einer Oberseite derselben, wobei jeder der Proben mehrere Fasern der faseroptischen Platte zugeordnet sind, d. Führen der Lumineszenzstrahlung durch eine Kameraoptik, e. Aufnehmen der auf ein Lichtsensorarray auftreffenden Lumineszenzstrahlung, wobei je- der der Proben eine über die Probe gemittelte Intensität und/oder spektrale Verteilung der Luminszenzstrahlung zuordenbar ist, wobei die von jeweils einer Probe ausgehende Lumineszenzstrahlung vor dem Auftreff fen auf das Lichtsensorarray wenigstens teilweise homogenisiert wird.
Vorteilhaft kann das Verfahren außerdem umfassen: f. Beheizen der faseroptischen Platte auf eine Temperatur einer Unterseite der faseropti- schen Platte, die gleich oder höher ist als eine Probentemperatur
Das Emittieren einer Lumineszenzstrahlung wenigstens einer der Proben kann in wenigstens einem spektralen Bereich erfolgen. Es ist aber auch möglich, dass es in mehreren spektralen Bereichen erfolgt.
Vorteilhaft können das Verfahren und/oder die Vorrichtung für eine Analyse des Verlaufs und/o- der des Ergebnisses einer Polymerase-Kettenreaktion (PCR) verwendet werden. Eine Verwen- dung kann ebenfalls für eine Restriktionsfragmentlängenpolymorphismusanalyse, SCCP-Ana- lyse (englisch single Strand conformation polymorphism), Temperaturgradientengelelektropho- reseanalyse, DNA-Sequenzierung oder Phospholipidanalyse vorteilhaft sein.
Die eintrittsseitige numerische Apertur der Kameraoptik kann größer als 0,05, vorteilhaft größer als 0,08 und besonders vorteilhaft größer als 0,12 und ganz besonders vorteilhaft größer als 0.13 sein. Dadurch kann ein kurzer Strahlengang realisiert werden, wodurch die Baugröße der Vorrichtung reduziert werden kann. So kann beispielsweise der Abstand zwischen der Ober- seite der FOP und dem Lichtsensorarray kleiner sein als 500mm, vorteilhaft kleiner als 400mm, besonders vorteilhaft kleiner als 350mm und ganz besonders vorteilhaft kleiner als 300mm sein. Die Figuren zeigen Folgendes:
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel.
Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel. Fig, 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel,
Fig. 5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel,
Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt aus dem fünften Ausführungsbeispiel,
Fig, 7 zeigt die Wirkung einer FOP.
Fig, 8 zeigt eine weitere Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels, in dem die Probenkavitä- ten sich in einer reflektierenden Aufnahme befinden.
Fig. 9 zeigt eine Beleuchtungsoption.
Fig. 10 zeigt eine weitere Beleuchtungsoption durch das Objektiv.
Ausführungsbeispiele Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen erläutert.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel, Dargestellt ist eine Vorrichtung 1 zur gleichzeitigen Lumineszenzanalyse mehrerer Proben 5. Die Vorrichtung umfasst eine faseroptische Platte 7. Diese weist eine Unterseite 11 und eine der Unterseite gegenüberliegende Oberseite 12 auf. Jeder Probe sind mehrere Fasern der faseroptischen Platte 7 zugeordnet. Eine auf die Unter- seite einfallende Lichtstrahlung 15 wird durch die faseroptische Platte von der Unterseite zur Oberseite durchgeleitet und verlässt diese als Strahlenbündel 16. Ein Teil davon wird als Licht- strahlung 19 von einer Kameraoptik 23 erfasst und einem Lichtsensorarray 24 zur Detektion zu- geführt. Die Kameraoptik ist hier nur symbolisch dargestellt. In der Praxis wird man meist mehr- linsige Objektive bzw. Kombinationen von Objektiv und Tubuslinse (nicht figürlich dargestellt) benutzen.
In einer Probenaufnahmevorrichtung 2 sind Kavitäten 4 vorhanden, die zur Aufnahme von Pro- bensubstanzen 5 dienen. Einzelne Kavitäten können leer sein. Wirtschaftlich besser ist es aber, wenn man alle vorhandenen Kavitäten ausnutzt. In einem Beobachtungsstrahlengang sind nacheinander die Probe 5, die faseroptische Platte 7, die Kameraoptik 23 und das Lichtsensorarray 24 angeordnet. Der Beobachtungsstrahlengang ist der Übersichtlichkeit halber in den Figuren nur für eine der Proben beispielhaft dargestellt. Die Unterseite 11 der faseroptischen Platte 7 ist als eine ebene Fläche ausgebildet und den Proben 5 zugewandt angeordnet. Zwischen den Proben 5 und der Unterseite 11 der FOP ist je- weils ein Abstand vorhanden. Dieser Abstand kann unterschiedlich sein bei unterschiedlicher Füllhöhe der in der Probenaufnahmevorrichtung 2 vorhandenen Kavitäten 4 mit Probensubstan- zen 5, Die Füllhöhe kann allerdings auch gleich sein für alle Kavitäten. Als Abstand kann der Abstand der Probenoberfläche zur Unterseite betrachtet werden. Bei genauer Betrachtung könnte man berücksichtigen, dass die Probe auch aus tieferen Bereichen des Probenvolumens Licht emittieren kann. Dann könnte man den über das Probenvolumen gebildeten Schwerpunkt der Lichtleistung als Abstandsbezug wählen. Zum Verständnis des Prinzips der Erfindung reicht es allerdings aus, als Abstandsbezug die Probenoberfläche zu wählen.
Jedes von einer Stelle der Probe 5 ausgehende divergente Strahlenbündel 15 leuchtet die über der jeweiligen Kavität befindliche Stelle der FOP 7 flächig aus und wird in z-Richtung durch die FOP zur Oberseite 12 geleitet. Beim Durchleiten durch die FOP geht zudem der Azimutwinkel der Eingangsstrahlung verloren, der Elevationswinkel bleibt jedoch erhalten: Dadurch wird die von der Oberseite ausgehende Lichtstrahlung 16 einerseits hinsichtlich der Abstrahlungsrich- tung homogenisiert und andererseits über jeweils ein Probenvolumen gemittelt, wobei die von den einzelnen Probenvolumina ausgehenden Lichtstrahlungen an der Oberseite nicht überla- gert, sondern voneinander getrennt sind. Bildet man nun mittels der Kameraoptik 23 die Ober- seite der Platte auf das Lichtsensorarray 24 ab, bleiben die Strahlungen der einzelnen Proben- volumina voneinander getrennt, jedoch über jeweils ein Probenvolumen gemittelt. Dadurch kann man auch die am weitesten von der optischen Achse 13 entfernten Proben gut auswerten, ohne ein telezentrisches Objektiv oder einen Scanner benutzen zu müssen, ln der Fig. 1sind von einer Stelle der Probe ausgehende Randstrahlen 15. a eingezeichnet, wel- che auf die FOP einfallen und diese jeweils als erste Strahlen 16. a eines austrittsseitigen Strah- lenbündels 16 verlassen. Dabei kann jedem eintrittsseitigen Strahl 15 ein kegelmantelförmiges austrittsseitiges Strahlenbündel 16 zugeordnet werden, wie unten in Fig. 7 nebst zugehöriger Beschreibung erläutert ist. Außerdem eingezeichnet sind Nutzstrahlen 16. b austrittsseitiger Strahlenbündel 16 der Licht- strahlung 19. Die Nutzstrahlen 16. b erreichen das Lichtsensorarray, während die die außerhalb der Nutzstrahlenbündel liegenden Strahlen vom Lichtsensorarray nicht erfasst werden. Die Nutzstrahlen lassen sich rückverfolgen. Dabei können einfallende Strahlen 15. b ermittelt wer- den, welche von der FOP teilweise in die Nutzstrahlen 16. b überführt werden. Diese einfallen- den Strahlen 15. b kommen aus verschiedenen Regionen der Probe, dabei kann das gesamte Probenvolumen zum Nützlicht beitragen. Eine Abschattung bestimmter Gebiete der Probe kann durch die Wirkung der FOP vermieden werden. Von jeder Stelle der Probe können praktisch Strahlen in jede Richtung ausgehen. Dabei kann immer ein Teil der Strahlen einer Probe an ei- ner bestimmten Stelle auf das Lichtsensorarray auftreffen. Diese Stelle auf dem Lichtsenso- rarray kann eine gewisse Ausdehnung aufweisen, sie ist jedoch von der Stelle des Auftreffens der Strahlen benachbarter Proben abgegrenzt.
Die Randstrahlen sind als dünne Linien dargestellt, während die Nutzstrahlen als dicke Linien dargestellt sind.
Die erfindungsgemäße Lösung kann es ermöglichen, die numerische Apertur der Kameraoptik im Vergleich mit dem Stand der Technik (z.B, EP1681556B1) mindestens zu verdoppeln (NA=0,03 statt 0,014). Dadurch kann die Sammeleffizienz der Kameraoptik für die zu analysie- rende Lumineszenzstrahlung vervierfacht und die entsprechenden Detektionsgrenzen und Sig- nal-Rauschverhältnis deutlich verbessert werden. Außerdem kann das optische System deutlich kleiner ausgeführt werden. So kann beispielsweise der Objekt-Image-Abstand (Abstand zwi- schen der Oberseite 12 der FOP 7 und dem Lichtsensorarray 24 in Fig. 1) von 800 mm (wie in EP1681556B1) auf ca. 280 mm verringert werden. Es sei angemerkt, dass die Figuren nicht maßstäblich gezeichnet sind.
Außerdem können eine oder mehrere Anregungslichtquellen 21 vorgesehen sein, um ein Anre- gungslicht 20 bereitzustellen. Dieses Anregungslicht kann von oben, d.h. entgegen der zu ana- lysierenden Lichtstrahlung 19, durch die FOP auf die Proben geleitet werden. Mit dem Anre- gungslicht 20 kann man beispielsweise eine Fluoreszenzstrahlung der Proben anregen.
Die Vorrichtung 1 umfasst außerdem eine Heizeinrichtung 6 zum Beheizen der faseroptischen Platte 7. Diese ist als eine elektrisch leitfähige transparente Schicht ausgebildet, die mittels ei- nes elektrischen Stroms aufgeheizt werden kann. Die Unterseite 11 der faseroptischen Platte ist mit einer transparente Schutzschicht 10 verse- hen und auf der Probenaufnahmevorrichtung 2 aufliegend angeordnet,
Fig. 8 zeigt eine weitere Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels, in dem die Probenkavitä- ten sich in einer reflektierenden Aufnahme befinden. Der Übersichtlichkeit halber sind nur bei- spielhaft zwei Randstrahlen dargestellt. Diese verlassen die FOP jeweils als austrittsseitige ke- gelmantelförmige Strahlenbündel 16, Eintrittsseitig sind von mehreren Stellen der Probe ausge- hende Lichtstrahlen 15 dargestellt. Mehrere der Strahlen können infolge der Wirkung der FOP das Lichtsensorarray erreichen. Die Probe kann von jeder Stelle in jede Richtung Licht aussen- den, Somit wird von jeder Stelle der Probe Licht auf das Sensorarray treffen, so dass ein über die jeweilige Probe gemittelter Wert der Lichtstrahlung gemessen werden kann. Durch die re- flektierenden Wände der Kavität kann mehr Lumineszenzlicht der Probe genutzt werden. Au- ßerdem kann das gesamte Probenvolumen besser zum Nützlicht beitragen,
Fig, 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, In diesem Beispiel die Oberseite 12 der faseropti- schen Platte 7 konvex ausgebildet. Das bewirkt, dass die austrittsseitigen Strahlenbündel 14 gegenüber den eintrittsseitigen Strahlenbündeln 15 in Richtung der Kameraoptik 23 gekippt sind. Damit kann man eine noch gleichmäßigere Helligkeitsverteilung auf dem Lichtsensorarray erreichen und den Abstand der Kameraoptik zur Oberseite der FOP verringern.
Das Anregungslicht 20 ist mittels eines als dichroitischer Spiegel bzw, als Polarisationsstrahtei- ler ausgebildeten Strahlteilers 22 in den Strahlengang eingekoppelt,
Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel. Hier ist die Oberseite 12 der FOP 7 konvex mit Fresnelstufen ausgebildet. Der Begriff konvex bezieht sich hier auf die optische Wirkung,
Fig. 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel, Hier ist zwischen der Oberseite der faseroptischen Platte und der Kameraoptik eine Sammellinse 25 angeordnet ist. Diese ist als eine Fresnellinse ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel ist die FOP 7 segmentiert ausgeführt. Die aktiven Stellen 8 umfassen Fasern, welche das Licht durchleiten. Die inaktiven Stellen 9 sind frei von Fasern und umfassen ein Matrixmaterial, beispielsweise ein Kunstharz, welches die aktiven Stellen umschließt. Die inaktiven Stellen können Heizdrähte (nicht dargestellt) und/oder elektrisch leitfähige Schichten (nicht dargestellt) als ohmsche Heizeinrichtung umfassen. Die Kavitäten 4 der Probenaufnahmevorrichtung 2 sind mit einer Folie 3 verschlossen.
Fig. 5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel. Vorgesehen sind ein erstes Mikrolinsenarray 26 und ein zweites Mikrolinsenarray 29,
Fig, 6 zeigt einen Ausschnitt aus dem fünften Ausführungsbeispiel, Das erste Mikrolinsenarray 26 und das zweite Mikrolinsenarray 29 sind als ein 2f System angeordnet. Jeweils eine erste Mikrolinse 27 und eine zugeordnete zweite Mikrolinse 30 bilden jeweils ein Teleskop. Dabei weist die zweite optische Achse 31 der zweiten Linse 30 einen Versatz v(x,y), hier dargestellt als ein x-Versatz, zur ersten optischen Achse 28 der zugeordneten ersten Linse 27 auf. Das führt zu einer Verkippung eines aus der FOP austretenden Strahlenbündels 16 in ein gekipptes Strahlenbündel 17, In diesem Beispiel weist der Versatz der zweiten optische Achse 31 zur ers- ten optischen Achse 28 eine Ortsabhängigkeit auf. Beispielhaft dargestellt sind die versetzten optischen Achsen an drei Stellen, Bezüglich der optischen Achse (13 in Fig, 5) des Gesamtsys- tems weiter außen liegende Strahlen 19 werden dabei stärker gekippt.
Fig, 7 zeigt die Wirkung einer FOP, In diesem theoretischen sechsten Beispiel zur Veranschau- lichung des Wirkungsprinzips ist ein schmales paralleles Strahlenbündel 14 dargestellt, welches unter einem bestimmten Elevationswinkel und einem bestimmten Azimutwinkel auf die Unter- seite einer FOP 7 fällt. Der Zenit ist die optische Achse 13, welche in z-Richtung verläuft. Das parallele Strahlenbündel 14 ist gegen die optische Achse geneigt. Aufgrund der Lichtleitwirkung der FOP mit in z-Richtung angeordneten Fasern wird das Strahlenbündel senkrecht zur Ober- seite 12 der FOP durchgeleitet. An der Oberseite tritt das Strahlenbündel aus, wobei der Eleva- tionswinkel jedes Strahls erhalten bleibt, die Azimutwinkel der Einzelstrahlen aber statistisch verteilt, im Idealfall gleichverteilt, sind. Dadurch ergibt sich lichtaustrittsseitig ein kegelmantelför- miges divergentes Strahlenbündel 16. In einem hinreichend großen Abstand kann man theore- tisch in einer xy Ebene eine kreisringförmige Lichtverteilung 18 beobachten, deren Durchmes- ser von dem Elevationswinkel des einfallenden Strahlenbündels abhängt. Zur besseren Sicht- barkeit der Lichtstrahlen in der Darstellung ist die FOP 7 ausgebrochen dargestellt.
Tatsächlich wird von einer Probe nicht nur ein Parallelstrahlbündel emittiert, sondern in der Lichtstrahlung der Probe ist eine statistische Verteilung, ggf, eine Gleichverteilung oder eine Lambertsche Verteilung, von Elevationswinkeln vorhanden. Daher wird das austretende diver- gente Strahlenbündel in der Praxis nicht kegelmantelförmig sein, sondern kann kegelförmig ausgebildet sein. Für jede einzelne Strahlrichtung kommt es dabei zum Durchmischen der Azi- mutwinkel.
Fig. 9 zeigt ein siebentes Ausführungsbeispiel für Anregungslichtquellen mit einem Lichtkon- denserobjektiv 33, wie es vorteilhaft in den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen anstelle der dort dargestellten Anregungslichtquellen eingesetzt werden kann. Das Lichtkondenserob- jektiv kann z.B. als, Linsenarray, auch als Fliegenaugenarray (Fly's Eye Array) bekannt, ausge- führt werden. Das Fliegenaugenarray ist ein zweidimensionales Array einzelner optischer Ele- mente, die zu einem einzigen optischen Element zusammengesetzt oder geformt sind und dazu verwendet werden, Licht räumlich von einer ungleichmäßigen Verteilung 20 in eine gleichmä- ßige Verteilung 32 in einer Beleuchtungsebene umzuwandeln. Die Oberflächenform der opti- schen Elemente kann sphärisch oder anamorph sein. Ein zweites Linsenarray, auch als Feld- array bekannt, verbessert die Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsgleichmäßigkeit und wird durch die Anzahl der Kanäle oder des Linsenarrays bestimmt, wobei eine höhere Anzahl von Elemen- ten zu einer gleichmäßigeren Gleichmäßigkeit führt. Der Abstand zwischen dem Längenarray hängt von der Brennweite der Linsenelemente ab. Die Brennweite, die Größe und der Abstand der beiden Arrays bestimmen die Abmessung der Beleuchtungsebene mit einer gewissen Ver- größerung, Das Anregungslicht 20 ist mittels eines als dichroitischer Spiegel ausgebildeten Strahlteilers 22 in den Strahlengang eingekoppelt.
Fig. 10 zeigt ein achtes Ausführungsbeispiel für das Einkoppeln einer Anregungslichtquelle, wie es vorteilhaft in den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen anstelle der dort dargestellten Anregungslichtquellen eingesetzt werden kann. Dabei wird das Beleuchtungslicht bzw, Anre- gungslicht durch eine Beleuchtungsoptik 34 und einen dichroitischen Strahlteiler 22 oder einen Polarisationsstrahlteiler in den Strahlengang zwischen dem Objektiv 23a und der Tubuslinse 23b eingekoppelt, um die Proben zu beleuchten. Die in allen Figuren einheitlich verwendeten Bezugszeichen sind Folgende:
1. Vorrichtung
2. Probenaufnahmevorrichtung
3. Folie
4. Kavität
5. Probe
6. Heizeinrichtung
7. Faseroptische Platte
8. Aktive Stelle
9. Inaktive Stelle
10. Schutzschicht
11. Unterseite
12. Oberseite
13. Optische Achse
14. Paralleles Strahlenbündel eintrittsseitig
15. Strahl, Strahlenbündel eintrittsseitig a. Randstrahlen b. Nutzstrahlen
16. Strahlenbündel austrittsseitig a. Randstrahlen b. Nutzstrahlen
17. Gekipptes Strahlenbündel
18. Kreisring im Fernfeld
19. Lichtstrahlung
20. Anregungslicht
21. Anregungslichtquelle
22. Strahlteiler
23. Kameraoptik a. Objektiv b. Tubuslinse
24. Lichtsensorarray
25. Sammellinse
26. Erstes Mikrolinsensrray 27. Erste Mikrolinse
28. Erste optische Achse
29. Zweites Mikrolinsenarray
30. Zweite Mikrolinse 31 Zweite optische Achse
32. Anregungslicht vom Lichtkondenserobjektiv
33. Lichtkondenserobjektiv
34. Beleuchtungsoptik

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1 ) zur Lumineszenzanalyse mehrerer Proben (5) umfassend a, wenigstens eine faseroptische Platte (7) aufweisend eine Unterseite (11) und eine der Unterseite gegenüberliegende Oberseite (12), wobei jeder Probe (5) mehrere Fasern der faseroptischen Platte (7) zugeordnet sind, wobei eine auf die Unterseite einfallende Lichtstrahlung (19) durch die faseroptische Platte (7) von der Unterseite (11) zur Oberseite (12) durchleitbar ist, b, wenigstens eine Kameraoptik (23), c, wenigstens ein Lichtsensorarray (24), wobei in einem Beobachtungsstrahlengang nacheinander die Probe (5), die faserop- tische Platte (7), die Kameraoptik (23) und das Lichtsensorarray (24) angeordnet sind, wobei die Unterseite (11) der faseroptischen Platte (7) eben ausgebildet ist und den Proben (5) zugewandt angeordnet ist.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 zur quantitativen Lumineszenzanalyse,
3. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Proben (5) und der Unterseite (11 ) der faseroptischen Platte (7) je- weils ein Abstand vorgesehen ist
4. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die faseroptische Platte (7) segmentiert ausgebildet ist.
5. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, außerdem umfassend wenigs- tens eine Heizeinrichtung (6) zum Beheizen der faseroptischen Platte (7).
6. Vorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Proben (5) in wenigstens einer Probenaufnahmevorrichtung (2) angeordnet sind, welche mehrere voneinander getrennte Kavitäten (4) zur Aufnahme der Proben (5) aufweist.
7. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite (11 ) der faseroptischen Platte (7) auf der Probenaufnahmevorrich- tung (2) aufliegend angeordnet ist.
8. Vorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, an der Unterseite (11) der faseroptischen Platte (7) eine transparente Schutzschicht (10) angeordnet ist,
9. Vorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (6) als eine elektrisch leitfähige transparente Schicht auf der Unterseite und/oder der Oberseite (12) der faseroptischen Platte (7) oder als ein auf die faseroptische Platte (7) gerichteter Infrarotstrahler ausgebildet ist.
10. Vorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite der faseroptischen Platte (7) konvex ausgebildet ist
11. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Oberseite (12) der faseroptischen Platte (7) und der Kameraoptik (23) eine Sammellinse (25) an- geordnet ist,
12. Vorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Oberseite (12) der faseroptischen Platte (7) und der Kameraoptik (23) ein erstes Mikrolinsenarray (28) und ein zweites Mikrolinsenarray (29) angeordnet sind und die zweiten Mikrolinsen (30) des zweiten Mikrolinsenarrays (29) gegenüber den ersten Mikrolinsen (27) des ersten Mikrolinsenarrays (26) einen ortsabhängigen Versatz v(x,y) aufweisen.
13. Vorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass außerdem wenigstens eine Anregungslichtquelle (21) zum Erzeugen wenigstens eines Anregungslichts (20) zum Anregen einer Fluoreszenzstrahlung und/oder einer Phosphoreszenzstrahlung in der Probe vorgesehen ist und das von der Anregungslicht- quelle (21) ausgehende Anregungslicht (20) an der Oberseite (12) in die faseroptische Platte (7) einkoppelbar ist und die Proben (5) mit dem an der Unterseite (11) der faser- optischen Platte (7) austretenden Anteil des Anregungslichts (20) anregbar sind.
14. Verfahren (1) zur Lumineszenzanalyse mehrerer Proben (5) umfassend a. Anordnen der Proben in einer platenförmigen Probenaufnahmevorrichtung (2), welche mehrere voneinander getrennte Kavitäten (4) zur Aufnahme der Proben (5) aufweist, b. Emittieren einer Lumineszenzstrahlung (19) wenigstens einer der Proben (5), c. Durchleiten wenigstens eines Teils der Lumineszenzstrahlung (19) durch eine faseroptische Platte (7) von der Unterseite (11) zu einer Oberseite (12) dersel- ben, wobei jeder Proben (5) mehrere Fasern der faseroptischen Platte (7) zuge- ordnet sind, d. Führen der Lumineszenzstrahlung (19) durch die Kameraoptik (23), e. Aufnehmen der auf ein Lichtsensorarray (24) auftreffenden Lumineszenzstrah- lung (19), wobei jeder der Proben eine über die Probe (5) gemittelte Intensität und/oder spektrale Verteilung der Lumineszenzstrahlung (19) zuordenbar ist, wobei die von jeweils einer Probe (5) ausgehende Lumineszenzstrahlung (19) vor dem Auftreten auf das Lichtsensorarray (24) wenigstens teilweise homogenisiert wird,
15. Verfahren nach Anspruch 14, außerdem umfassend: f. Beheizen der faseroptischen Platte (7) auf eine Temperatur der Unterseite (11 ) der faseroptischen Platte (7), die gleich oder höher ist als eine Probentempera- tur.
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