WO2011110338A1 - Fibre-optic device for emitting and receiving light, system, method and computer programme product - Google Patents

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WO2011110338A1
WO2011110338A1 PCT/EP2011/001158 EP2011001158W WO2011110338A1 WO 2011110338 A1 WO2011110338 A1 WO 2011110338A1 EP 2011001158 W EP2011001158 W EP 2011001158W WO 2011110338 A1 WO2011110338 A1 WO 2011110338A1
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WO
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optical fiber
fiber bundle
substrate
light
sample
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Application number
PCT/EP2011/001158
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Inventor
Reinhard Bittner
Original Assignee
Beckman Coulter, Inc.
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    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N21/01Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/15Preventing contamination of the components of the optical system or obstruction of the light path
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    • G01N2021/158Eliminating condensation

Definitions

  • Optical fiber device for emitting and receiving
  • the present invention relates to a temperature-controllable optical waveguide device for emitting and receiving light, a system for exciting and measuring fluorescence on at least one liquid receiving area, a method for the qualitative and / or quantitative detection of target molecules in a sample to be analyzed, and a computer program product.
  • Optical systems are used in the field of laboratory diagnostics and medical research for the quantitative and qualitative determination of target molecules in patient samples.
  • a variety of such optical systems, such as systems for photometric absorption measurement and fluorescence analysis are already known.
  • Fluorescent label molecules are added to a sample to be analyzed in the commonly performed fluorescence-based methods for detecting nucleic acids.
  • PCR Polymerase Chain Reaction
  • One aspect of the present invention relates to an optical waveguide device for emitting and receiving light, in particular for excitation and observation of fluorescence, with an optical fiber bundle fixing device and with at least one optical waveguide bundle,
  • the contamination of the optical fiber bundle during the excitation and observation of fluorescence by tempering the optical fiber bundle by means of the Lichtleiterbündelfixticiansvorraum is avoided or reduced.
  • Pollution of the optical fiber bundle is understood as meaning, for example, the condensation of molecules or of molecular aggregates on the light emitting bundle. These molecules or molecular aggregates can be formed, for example, by the evaporation of wet or liquid samples, for example during the excitation and observation of fluorescence. The evaporated molecules or molecular aggregates are distributed in the closed volume in which Sample and device are located. A tempering of the optical fiber bundles avoids or reduces the condensation of the molecules or molecular aggregates on these.
  • a corresponding heating of the optical fiber bundles of the optical fiber device effectively prevent condensation of liquid on the optical fiber bundles and thus ensure the undisturbed excitation and observation of fluorescence.
  • fluorescence is understood to mean the spontaneous emission of light during the transition of an electronically excited system into a state of lower energy. Certain substances may e.g. be excited by the emission of light to emit fluorescence. As a rule, the emitted light is lower in energy than the light previously absorbed by these substances.
  • An optical waveguide device comprises at least one optical fiber bundle.
  • Each optical fiber bundle is composed of at least two optical fibers which are suitable for the forwarding of optical signals.
  • the at least one optical fiber bundle can be heated by means of a heatable
  • the light guides according to the invention are preferably glass fibers and / or polymer optical fibers with a diameter between 10 micrometers and 500 micrometers, preferably between 20 and 250 micrometers, and more preferably with a diameter of about 50 micrometers.
  • the at least one optical fiber bundle of the optical fiber device is fixed in the Lichtleiterbündelfixticiansvortechnisch.
  • the optical fiber fixing device is designed as a continuous, preferably metallic plate. It has in an advantageous grid on several continuous openings, which are just so large that they each receive and fix a fiber optic bundle.
  • the optical fiber fixing device can also consist of more than one part or element.
  • the individual optical fibers of the optical fiber bundle can be fixed, for example, first by a thermally conductive holder.
  • This version consists for example of a metallic material. It can be embodied, for example, as a pinch socket known to the person skilled in the art.
  • the optical fiber bundle fixing device according to this embodiment comprises a plurality of such sockets and a thermally conductive plate, which in an advantageous grid has a plurality of continuous openings for receiving in each case a socket.
  • the thermally conductive sockets may protrude beyond the sample side surface of the thermally conductive plate toward the sample to be observed, preferably 2 to 20 mm, more preferably 3 to 15 mm, and most preferably about 7 mm. This is advantageous in order to influence the temperature of the sample to be observed as little as possible by the temperature control of the Lichtleiterbündelfix istsvorraum.
  • the optical fiber fixing device comprises at least one heating device.
  • Such a heating device which consists at least partially of a heat-conducting, preferably metallic material, may e.g. be designed as electrical resistance heating, Peltier element or as a tempered liquid flow-through heating element.
  • the light guide bundle fixing device is arranged on an end region of at least one optical fiber bundle. On the one hand, this enables a precise placement and, on the other hand, a targeted temperature control of the end region of the at least one optical fiber bundle of the optical waveguide device relative to a sample to be observed.
  • the sample-side end region of an optical fiber bundle in other words the sample-side optical fiber bundle end region, is understood to be the region of the optical fiber bundle which is directly surrounded by the heatable optical fiber bundle fixing device.
  • the corresponding final surface of the optical fiber bundle is referred to hereinafter as the sample-side end surface of an optical fiber bundle or, in other words, as the specimen-side optical fiber bundle end surface.
  • optical signals can be recorded in or emitted from the at least one optical fiber bundle.
  • the ends of the individual optical fibers of an optical fiber bundle are arranged substantially flush with one another in its end region. In other words, all optical fibers of an optical fiber bundle terminate substantially at the same height in the end region of an optical fiber bundle, so that the end surfaces of the optical fiber bundles are substantially planar.
  • the Lichtleiterbündelfix istsvortechnisch is designed as a heater.
  • the optical fiber fixing apparatus may be used in this embodiment as e.g. even act as electrical resistance heating or be an electrical resistance heater.
  • the optical waveguide device has at least one optical fiber bundle, which has at least one excitation optical waveguide bundle comprising at least one excitation light guide and at least one emission light guide bundle with at least one emission light guide.
  • the excitation light guides of the at least one excitation light guide bundle of the light guide device run in such a way that light from a light source can be guided onto a sample to be observed by means of the excitation light guide bundle.
  • the emission light guides of the at least one emission light guide bundle of the light guide device run in such a way that light from the sample to be observed can be guided, for example, to a detector.
  • An optical fiber bundle comprises at least one excitation optical fiber bundle and at least one emission optical fiber bundle. The excitation optical fiber bundles and the emission fiber bundles are brought together at the sample-side end region of the optical fiber bundle facing the sample to be observed.
  • the excitation optical fiber bundles and emission optical fiber bundles are fixed there by means of the optical fiber bundle fixing device in such a way that a sample to be observed can both be illuminated by the optical fiber bundle and light emitted by this specimen can be received in the optical fiber bundle.
  • the excitation light guide and the emission light guide are homogeneously mixed at the end region of the light guide bundle so that the number of excitation light guides and emission light guides are approximately the same in each region of the cross section of the light guide bundle end region. This ensures a homogeneous delivery of light by means of the optical fiber bundle to a sample to be observed and a homogeneous absorption of light by means of the optical fiber bundle starting from a sample to be observed.
  • excitation optical fiber bundles or emission optical fiber bundles comprise 1 to 5000, preferably 1 to 1000, particularly preferably 1 to 500 and most preferably 10 to 300 excitation light guides, or 1 to 5000, preferably 1 to 1000, particularly preferably 1 to 500 and most preferably 10 up to 300 emission light guides.
  • the excitation fiber bundles and For example, emission optical fiber bundles of an optical fiber bundle may contain about the same number of excitation optical fibers and emission optical fibers.
  • a corresponding optical fiber bundle can thus comprise, for example, in each case 50 excitation light guides and emission light guides, which are uniformly mixed in the region of the cross section of the optical fiber bundle end region.
  • the at least one optical fiber bundle comprises more emission light guides as excitation light guides.
  • Preferred ratios between excitation light guides and emission light guides are between 1: 1, 1 and 1:10, preferably between 1: 1, 5 and 1: 5 and particularly preferably about 1: 2.
  • the sensitivity of the fluorescence measurement device can be increased without significant losses in fluorescence excitation.
  • the light guide device comprises at least one light source and at least one detector, wherein the at least one excitation light guide bundle is associated with the at least one light source and at least one detector is associated with the at least one emission light guide bundle.
  • the at least one light source may be spatially associated with the at least one excitation optical fiber bundle.
  • the at least one detector may be spatially associated with the at least one emission light guide bundle.
  • the at least one light source comprises, for example, a laser, a laser diode, an LED, a gas discharge lamp, and / or an incandescent lamp.
  • the optical fiber device may comprise the at least one light source and the at least one detector in addition to the optical fiber bundle, wherein the Optical fiber bundle comprises at least one excitation optical fiber bundle and at least one emission optical fiber bundle.
  • This assignment advantageously has the effect that light from at least one light source can be conducted via the at least one excitation conductor bundle to at least one sample to be observed and light emitted by this sample via the at least one emission light bundle to at least one detector by means of the light guide device.
  • light from a plurality of light sources can be directed via several excitation light guide bundles simultaneously to one or more samples to be observed, and from there can be conducted simultaneously to a plurality of detectors via a plurality of emission light guide bundles.
  • the at least one optical fiber bundle comprises N excitation optical fiber bundles, to which N light sources are assigned, and M emission optical fiber bundles, which are assigned to a common detector.
  • the variables N and M are each a natural number with values between 2 and 1000, preferably between 5 and 500, more preferably between 10 and 250 and most preferably with the value 48.
  • the variables N and M can have different values.
  • the variables N and M can have identical values.
  • a detector may be implemented as a photomultiplier tube, avalanche photodiode, photodiode, CCD or CMOS chip, or generally in the form of any light-sensitive substance, or may comprise a photodiode, a CCD or CMOS chip, or generally any light-sensitive substance.
  • the detector can be read out by means of a read-out device during operation of the light guide device.
  • the detector is temperature-controlled.
  • the detector can, using a suitable temperature control element in the operation of the light guide device on a range of 5 ° C to 60 ° C, preferably 15 ° C heated to about 35 ° C and / or cooled.
  • a suitable temperature control element in the operation of the light guide device on a range of 5 ° C to 60 ° C, preferably 15 ° C heated to about 35 ° C and / or cooled.
  • the temperature of the detector substantially constant.
  • the detector is tempered such that its setpoint temperature does not differ from its actual temperature within a certain period of time by more than 5 ° C., preferably not more than 2 ° C., and more preferably not more than 1 ° C.
  • Temperianssimplantation come, for example, Peltier elements, based on temperature-controlled liquids and / or air mass heating or cooling technologies or facilities in question.
  • Such a detector allows, for example, the setting of a substantially constant temperature at the detector to compensate for changes in the ambient temperature, which could result in a falsification of
  • One aspect of the invention relates to a system for exciting and measuring fluorescence on at least one liquid receiving region with an inventive optical waveguide device, a substrate whose surface comprises at least one liquid receiving region, and with a substrate tempering device,
  • the substrate is tempered by the substrate temperature control device and the optical fiber device is arranged relative to the substrate such that the at least one optical fiber bundle of the optical fiber device and the substrate are non-contact.
  • a substrate in the sense of the present description may be an article which is thermally conductive and on whose surface samples for fluorescence analysis can be positioned.
  • Glass and / or plastic slides may be exemplary substrates.
  • the glass and / or plastic slide may, for example, be essentially cuboid, wherein one surface of the cuboid substrate may be the surface on or on which one or more samples for fluorescence analysis can be positioned.
  • the term liquid-receiving region means an area of the surface of a substrate on or on which a liquid to be observed can be specifically positioned.
  • Such liquid receiving areas according to the invention can be, for example, superficial cavities and / or liquid receiving areas obtained by hydrophobic and / or hydrophilic modification of the surface structure.
  • a plurality of liquid receiving areas are provided on the substrate, which are separated from each other, for example, by suitable elevations of the substrate surface and / or by hydrophobic coatings of the substrate surface.
  • Systems according to the invention having a plurality of liquid receiving areas preferably have from 2 to 1000, more preferably from 10 to 250 and most preferably 48 liquid receiving areas. It is also possible to arrange 2, 3, 4, etc. substrates which, in each case or together, have 2 to 1000, particularly preferably 10 to 250 and most preferably 48 liquid receiving areas.
  • An exemplary Substratemper istsvortechnisch allows the variable temperature of the substrate or substrates and the samples positioned thereon to be observed.
  • An exemplary substrate temperature control device may comprise any desired heating device and any desired cooling device. For efficient heating or cooling of the substrate by means of the substrate temperature control device, there is sufficient thermal coupling between the substrate and the substrate temperature control device, which can be ensured, for example, by the largest possible contact between the substrate temperature control device and the substrate.
  • a substrate tempering device accordingly comprises, in particular, a planar surface or area. This surface or surface may be suitable or designed for positioning and temperature control of the substrate.
  • a planar receptacle for positioning and temperature control of the substrate is provided on one of the outer sides of the substrate, preferably on the upper side of the substrate.
  • the top can also be used as upper Surface or surface are called.
  • the substrate is arranged such that the upper side of the substrate and the Lichtleiterbündelend Colour the associated at least one optical fiber bundle are opposite.
  • end faces of the excitation light guides through which light is emitted to the substrate and end faces of the emission light guides through which light from the sample is received in the emission fibers may be arranged substantially parallel to the upper surface of the substrate. Under parallel in this sense is also to be understood that depressions, bumps, etc.
  • planar surface areas of the upper surface of the substrate and the end surfaces of the excitation light guides and end surfaces of the emission light guides may be substantially parallel.
  • Embodiments of such a substrate tempering device include, for example, devices for carrying out the polymerase chain reaction (PCR), e.g. the device TC4000 / FTC4 / Flat from the company Techne or the device T1 thermocycler with in-situ block of the company Biometra.
  • PCR polymerase chain reaction
  • the device TC4000 / FTC4 / Flat from the company Techne or the device T1 thermocycler with in-situ block of the company Biometra.
  • the device "AmpliSpeed" Beckman Coulter Biomedical GmbH (Munich, Germany) proved.
  • one aspect of the invention may also include the use of a light guide device according to the invention in or with a substrate tempering device, in particular in conjunction with a cuboid substrate.
  • the system according to the invention for exciting and measuring fluorescence on at least one liquid receiving region is designed such that the at least one optical fiber bundle of the optical fiber device and the substrate are positioned without contact relative to one another so that a gap filled with gas is formed between the at least one optical fiber bundle and the substrate.
  • the intermediate space advantageously prevents contamination of the at least one optical fiber bundle with liquid samples applied to the substrate. Soiling of the system during the successive examination of several samples on different substrates, ie when the substrates change, can thus be effectively avoided.
  • the at least one optical fiber bundle fixed by the optical fiber fixing device ends above the substrate, and the shortest distance between the end surface of the at least one optical fiber bundle and the substrate is between 0.1 mm and 20 mm, preferably between 0.5 mm and 10 mm , more preferably between 1 mm and 5 mm, and most preferably 3 mm.
  • the term 'above' in this context means that the distance between the substrate surface and the end face of the at least one optical fiber bundle is adjusted along the perpendicular to the sample-side surface of the substrate. This also applies if the substrate has depressions, unevenness, etc. and, for example, flat surface areas remain between the depressions, unevennesses, etc.
  • the distance between the sample-side substrate surface and the optical fiber bundle end surface may be set along the normal to the planar surface areas of the surface of the substrate and the optical fiber bundle end surface. In other words, the distance is the distance along the normal between the optical fiber bundle end surface and the planar surface regions of the surface of the substrate.
  • the setting of an optimum distance between the substrate surface and the end of the optical fiber bundle in the sense of the present description is intended to ensure that contamination of the optical fiber bundle ends, ie the fiber optic bundle end surfaces, with sample liquids or sample material is avoided becomes.
  • a sufficient amount of light can be emitted to excite fluorescence from the at least one optical fiber bundle end face, the sample being positioned in a region of the substrate surface to be illuminated.
  • a sufficient amount of light for measuring the specific fluorescence of fluorescent samples on the substrate surface can be picked up by the optical fiber bundle end face.
  • the distance of the optical fiber bundle end to the substrate to be used depends on how large the surface of the substrate to be illuminated by an optical fiber bundle, e.g. exactly one liquid intake area is. It is likewise dependent on in which maximum exit angle or acceptance angle ⁇ the light emerges from the optical fiber bundle relative to the optical axis of the optical fiber bundle and at what distance optionally a plurality of regions to be observed independently are provided on the surface of the substrate.
  • the cone of light emerging from an optical fiber bundle neither illuminates substantially more nor substantially less than the area of the substrate surface to be observed, for example precisely one liquid absorption region or a defined subregion of a liquid absorption region.
  • a is the distance between the fiber optic bundle end and one to be observed Area on the substrate surface is.
  • the distance a can also be called the ideal distance.
  • is the maximum exit angle of the light from the optical fiber bundle relative to the optical axis of the optical fiber bundle.
  • d is the mean diameter of the optical fiber bundle end face.
  • D is the mean diameter of the area to be observed on the substrate surface.
  • the maximum exit angle ⁇ may be dependent on the material of the optical fibers used and is e.g. in the case of step fibers usually in a range between 1 1, 5 ° and 25.5 °.
  • the distance between the optical fiber bundle end surface and the substrate surface may also differ by up to 50% from the ideal distance a to be determined according to formula 1. However, it is by no means less than the maximum height of a liquid or wet sample applied to the substrate surface in order to prevent soiling of the optical fiber bundle end surfaces.
  • a sufficient distance between the liquid sample to be observed and the tempered fiber bundle end must also be maintained in order to reduce unwanted temperature influences on the sample.
  • the preferred distance range between the fiber optic bundle end surface and the substrate is also limited upwards. If a plurality of liquid receiving regions are to be observed on the substrate independently of one another by means of a plurality of optical fiber bundle ends, the preferred distance of the corresponding optical fiber bundle end surfaces from the substrate is also determined by the distance of these liquid receiving regions from one another on the substrate. The closer the observed liquid receiving areas on the substrate to each other, the more less is the preferred distance of the respective optical fiber bundle end faces from the substrate.
  • the surface of the at least one liquid receiving area has modified wetting properties and comprises a central, preferably circular hydrophilic reaction area, a preferably annular hydrophobic central area surrounding the reaction area and a preferably annular hydrophilic outer area surrounding the central area.
  • the outer area is in turn surrounded by a hydrophobic area.
  • the substrate surface in the region of such a liquid receiving region is preferably substantially planar or planar.
  • Particularly preferred are completely planar or planar substrates with several liquid receiving areas, for example 7.5 cm long and 2.5 cm wide glass or plastic slides with 48 liquid receiving areas.
  • the areas between the individual liquid receiving areas advantageously have a hydrophobic surface structure.
  • the reaction area is preferably arranged in the center of the respective liquid receiving area. It serves to apply a sample and / or reaction liquid to be observed, which is prevented from flowing on the surface by the hydrophobic, preferably annular hydrophobic region surrounding the reaction region.
  • liquid samples and / or reaction liquids positioned on the reaction zone are advantageously covered with an oil-like liquid.
  • the hydrophobic substrate surface surrounding the annular hydrophilic outer region of the liquid-receiving region prevents bleeding of the oily liquid from the region of the liquid-receiving region.
  • the optimum distance a between the at least one fiber optic bundle end surface and the substrate surface is preferably set so that the light emerging from the fiber optic bundle end surface strikes substantially exclusively the central, preferably circular, hydrophilic reaction region. so that essentially only the fluorescence occurring in the reaction region is measured.
  • the area D to be observed on the substrate surface in this case corresponds to the mean diameter of the hydrophilic reaction area of the liquid wetting areas with modified wetting structure.
  • the optimum distance a between the end of the optical fiber bundle and the substrate surface can also be exceeded or fallen below by up to 50%.
  • At least one liquid receiving area is assigned an optical fiber bundle end fixed by the optical fiber fixing device, the liquid receiving area and the optical fiber bundle end area of the associated optical fiber bundle having substantially the same dimensions and the liquid receiving area and the associated optical fiber bundle being so aligned with each other, that from the Lichtleiterbündelendamide emerging light strikes the associated liquid receiving area.
  • the reaction region of the liquid receiving region and the optical fiber bundle end surface of the associated optical fiber bundle can have substantially the same dimensions.
  • the reaction area of the liquid receiving area and the associated optical fiber bundle end face have an in Substantially identical diameter, or - for non-circular surfaces - a substantially identical average diameter.
  • the criterion of essentially the same dimensions should also be met if the average diameter of the liquid absorption region or the average diameter of the reaction region of the liquid absorption region is 0.25 to 4 times the average diameter of the optical fiber bundle end of the associated optical fiber bundle end , Since light emerging from the optical fiber bundle end is scattered relative to the optical axis of the optical fiber bundle, it is advantageous if the average diameter of the liquid receiving region is slightly larger than the average diameter of the optical fiber bundle end of the associated optical fiber bundle end.
  • the circular reaction area of a liquid receiving area has a diameter of 1.6 mm, while the diameter of the optical fiber bundle end of the associated optical fiber bundle end is 1 mm.
  • a distance of about 3 to 3.5 mm between the optical fiber bundle end and the substrate can be ensured when using the above-mentioned dimensions that light emerging from the Lichtleiterbündelendfikiee essentially only on the reaction region of the liquid receiving area and from this outgoing fluorescence effectively with the associated fiber optic bundle end can be detected.
  • a liquid receiving area and a fiber optic bundle end are each associated with each other such that the center of the liquid receiving area and the center of the Lichtleiterbündelendfiambae the associated Lichtleiterbündelendes come to lie on a common vertical to the substrate surface.
  • the liquid absorption region and the associated optical fiber bundle end can also be displaced relative to one another parallel to the substrate surface, but only to the extent that a normal passing through the center of the optical fiber bundle end surface of the optical fiber bundle end Substrate surface, the substrate in the region of the liquid receiving area, preferably in the range of the reaction region of the liquid receiving area would cut.
  • optical fiber bundle ends are preferably aligned with the substrate in such a way that the light exiting from the center of the optical fiber bundle end surface strikes the surface of the substrate facing the optical waveguide device substantially perpendicularly, but maximally at an angle of 60 °.
  • a further aspect of the invention relates to a method for qualitatively and / or quantitatively detecting target molecules in a sample to be analyzed, in particular using a system according to the invention, comprising:
  • a sample providing step wherein a sample to be analyzed is provided on at least one liquid receiving area on a substrate
  • a substrate tempering step wherein the substrate is tempered by means of a substrate tempering device
  • a detection step wherein light from the sample to be analyzed is received by means of the light guide device, and
  • an evaluation step wherein the light received in the detection step is used for the qualitative and / or quantitative detection of the target molecules optionally present in the sample to be analyzed.
  • target molecules may be any inorganic or organic molecules which either have fluorescent properties themselves or can be labeled by means of fluorescent dyes.
  • the detection of fluorescently labeled molecules is done by the Detection of the fluorescent dye used for labeling.
  • Examples of possible target molecules are deoxyribonucleic acid (DNA), ribonucleic acid (RNA), peptide nucleic acid (PNA), proteins and / or any other metabolites and products of cellular metabolism.
  • At least one liquid or wet sample containing target molecules to be assayed is positioned on a liquid receiving area, preferably on the reaction area of a liquid receiving area.
  • a liquid receiving area preferably on the reaction area of a liquid receiving area.
  • fluorescence samples or non-fluorescent samples which are labeled with a fluorescent dye only later in the process but before the detection step. It is also possible to provide both fluorescent and non-fluorescent samples on a substrate.
  • the temperature control can be a cooling, a heating or a constant temperature control of the substrate.
  • Constant temperature control means in this context that the substrate is heated so that its target temperature of the actual temperature within a certain period of time by not more than 5 ° C, preferably not more than 2 ° C and more preferably not more than 1 ° C is different.
  • the optical fiber bundle tempering step is carried out, wherein the optical fiber bundle ends are tempered by means of the optical fiber bundle fixing device to a constant or sequentially to several different desired temperatures.
  • the optical fiber bundle ends can be heated, cooled or kept at a constant temperature in this step.
  • the fiber optic bundle ends can in this step several times heated and / or cooled several times and / or kept at a constant temperature between heating and / or cooling steps.
  • heating of the fiber bundle ends can also be carried out, for example, in the optical fiber bundle tempering step. According to the invention, a condensation of evaporating sample liquid on the optical fiber bundle ends and thus an impairment of their optical properties is reduced, in particular avoided.
  • the heated optical fiber bundle ends do not significantly influence the substrate temperature by the emission of heat, the optical fiber bundle ends can also be kept at a temperature above the substrate temperature in a substrate tempering step to simplify process control during any cooling phases that may be present.
  • light is emitted from an optical fiber bundle end face to at least one sample to be analyzed by means of the light guide device. This can be done once or several times at any time interval.
  • the fluorescence emanating from the sample to be analyzed is recorded in the detection step by means of at least one optical fiber bundle and passed via the optical fiber device to at least one detector which detects the type and / or intensity of the fluorescence as fluorescence information.
  • any number of detection steps can be carried out, preferably in each case during an exposure step.
  • a measurement of the background signal can also be carried out. This is advantageous in order to be able to exactly quantify the fluorescence induced by the exposure of a sample.
  • the fluorescence information received at the detector in the detection step is used in the evaluation step for the qualitative and / or quantitative detection of the investigated target molecules. They can be read out visually directly at the detector. Alternatively or additionally, one connected to the detector Data processing system used for their forwarding, storage and / or evaluation. In the course of the procedure any number of evaluation steps can be carried out. In particular, an evaluation step can be carried out as the last step of the method.
  • the sample providing step comprises applying the sample to be analyzed to the reaction area of the liquid receiving area and applying a protective liquid to the liquid receiving area.
  • the protective liquid is applied to the liquid receiving area surrounding the reaction area.
  • the protective liquid is preferably a liquid which inhibits the evaporation of the sample to be analyzed, for example an oil-containing liquid.
  • the protective liquid prevents or reduces vaporization of an underlying aqueous sample and / or reaction liquid.
  • the method comprises a detector temperature control step in which at least one detector of the optical waveguide device is temperature-controlled and the temperature of the detector is kept essentially constant.
  • the detector is preferably heated or cooled by means of a suitable tempering element at the beginning of the process by means of a Detektoremperempertechniks Rhein to a predetermined temperature and maintained at about this temperature during the remaining process.
  • a constant temperature of the detector has the advantage that detector-temperature-related measurement errors and / or measurement errors due to temperature drift effects in the detector can be avoided or reduced.
  • Suitable detector temperatures are generally in a range of 15 ° C to 35 ° C. Particularly preferred is a setting of Detector temperature in the range of room temperature.
  • the optical fiber bundle fixing device is tempered according to an embodiment of the method to a temperature between 50 ° C to 1 10 ° C, preferably between 60 ° C to 80 ° C, more preferably at 70 ° C.
  • the Lichtleiterbündelfix istsvorraum and the substrate temperature control are synchronously adjusted in time to approximately the same temperatures, so that the temperatures of the substrate and the sample-side Lichtleiterbündelenden permanently by less than about 20 ° C, preferably less than about 10 ° C, more preferably about 5 ° C different from each other.
  • the optical fiber bundle ends may be adjusted to a constant temperature, which is preferably higher than the average temperature of the substrate. This temperature is preferably adjusted before the substrate is tempered by means of the substrate temperature control device.
  • the substrate tempering step comprises at least one tempering cycle with at least one heating and / or at least one cooling process.
  • Temperiansszyklen are particularly advantageous in certain procedures such as when performing a PCR.
  • the substrate may first be heated to 95 ° C., for example, and then tempered in several tempering cycles.
  • Each tempering cycle includes, for example, a suitable primer annealing temperature, a suitable chain extension temperature, and a suitable denaturation temperature which, depending on the experiment, for example in the range of about 30 ° C to 70 ° C (primer annealing) or about 50 ° C to 75 ° C (chain extension) or may be about 85 ° C to 100 ° C (denaturation).
  • precisely one liquid receiving region or one reaction region contained in a liquid receiving region is exposed by exactly one light source by the optical waveguide device.
  • a plurality of liquid receiving regions can be exposed simultaneously by a light source and / or more than one light source can expose a liquid receiving region or its reaction region.
  • a light source can expose a liquid receiving region or its reaction region.
  • samples can be exposed line by line or column by column or in any other groups at the same time.
  • the fluorescence emanating from the sample to be analyzed in several liquid receiving areas or reaction areas can be detected, each with a separate detector.
  • the fluorescence of two or more liquid receiving areas or reaction areas is received or detected by the same detector.
  • Embodiments are also possible in which light is received by exactly one liquid pickup area or reaction area of two or more detectors.
  • One aspect relates to a computer program product comprising computer-interpretable instructions stored on a computer-readable medium and / or as a computer readable data stream which, when loaded into the memory of a computer and executed by a computer, cause the computer to perform the method of the invention.
  • the computer-interpretable instructions or commands are stored in the memory of the optical waveguide device or a connected data processing system, for example, a computer, loaded and executed therein.
  • a computer program product may be stored on a data carrier, eg an optical data carrier, such as a CD, DVD, a magnetic data storage, such as a hard disk, a semiconductor memory, a magneto-optical storage, etc., or provided as a data stream interpretable for a data processing system.
  • the present invention is not limited to the above aspects and embodiments. Rather, individual features of one or more of the abovementioned aspects and / or embodiments or variants can be combined with one another to form further aspects and / or embodiments or variants of execution independently of the respective aspect and / or the respective embodiment or variant embodiment.
  • FIG. 1 shows a side view of an optical waveguide device for emitting and receiving light with exemplary cross sections of the optical waveguide bundles
  • Figure 2 is a plan view of one located on a surface
  • Figure 3 shows a side view of the exemplary system for exciting and measuring fluorescence on at least one reaction area
  • Figure 4 shows a detail of the system of Figure 3.
  • Figure 1 shows a schematic side view of the light guide device for emitting and receiving light.
  • the optical waveguide device has at least one forked optical fiber bundle 10, which is divided into an excitation optical fiber bundle 12 and an emission optical fiber bundle 14.
  • These forked optical fiber bundles 10, may also be referred to as Y-fibers or Y-fibers, and may for example consist of individual glass fibers, or polymer-optical fibers, or a mixture of these.
  • the one excitation light guide bundle end 16 of the excitation light guide bundle 12 is fixed in a light source side mount 18 such that the excitation light guide bundle end 16 along the optical axis each an excitation light frequency filter 20, a Lichtfokusstechnikselement 22, and a light source 24 is assigned.
  • the excitation light frequency filter 20, may for example comprise a frequency filter and / or a bandpass filter.
  • the light focusing element 22 may, for example, be an optical lens made of glass or transparent polymer or an internally mirrored hollow channel.
  • the light source 24 may be, for example, a laser or a laser diode, an LED, an incandescent lamp, a gas discharge lamp. In one embodiment, not shown, for example, a light source with monochrome light can be used to avoid the use of excitation light frequency filters.
  • the illustrated cross-section 26 of the excitation fiber bundle end 16 together with the frame 18 has a diameter of a few hundred microns to a few millimeters, for example from 100 microns to 5 millimeters, preferably from 500 microns to 3 millimeters, more preferably 2 millimeters
  • the other excitation fiber bundle end 28 of the excitation optical fiber bundle 12 is fixed together with the one emission fiber bundle end of the emission optical fiber bundle 14 in a sample-side socket 30, that this socket 30 can be arranged in a Lichtleiterbündelfix istsvorraum 32.
  • the optical waveguide device may comprise two or more optical fiber bundles 10 (not shown here), wherein these are respectively fixed in a corresponding socket 30 according to the above statements.
  • the Lichtleiterbündelfix istsvorraum 32 is made of a thermally conductive material, for example metal, preferably made of aluminum or another light metal.
  • a plurality of holes are provided in a predetermined pattern, which are just large enough to each one of the two or more Sockets 30 record.
  • the socket 30 and the Lichtleiterbündelfix istsvortechnik 32 may also be made for example in one piece.
  • the optical fibers can be fixed directly in the Lichtleiterbündelfix istsvortechnisch 32 without socket 30.
  • the illustrated cross-section 34 of a sample-side optical fiber bundle end 28 in the socket 30 shows a homogeneous distribution of the individual optical fibers from one excitation and one emission optical fiber bundles 12,14 and has a diameter of a few hundred microns to a few millimeters, for example from 200 microns to 5 millimeters , preferably from 1 millimeter to 3 millimeters, more preferably 2.5 millimeters.
  • optical fiber bundle fixing device 32 as well as sample-side socket 30 and the specimen-side optical fiber bundle end 28 fixed therein are in thermal contact.
  • the optical fiber fixing device 32 comprises at least one sample-side heating device 36, preferably an electrically operated heating element, e.g. a Peltier element or a resistance heating element.
  • an electrically operated heating element e.g. a Peltier element or a resistance heating element.
  • other heating elements are also conceivable, for example based on pre-tempered fluids.
  • the detector-side emission optical fiber bundle end 38 in the embodiment illustrated in FIG. 1, all of the emission optical fiber bundles 14 of the optical fiber bundles 10 of the device are all fixed in a detector-side holder 40.
  • This embodiment therefore has only one detector-side emission optical fiber bundle end 38 which is assigned to a detector 44.
  • an emission light frequency filter 42 is also disposed between the emission fiber bundle end 38 and the detector 44.
  • a detector 44 for example, a sensitive photodiode or a CCD, or CMOS sensor comes into question.
  • the detector 44 can also be tempered in the embodiment shown here in order to to avoid thermal interference in the measurement signal.
  • a detector-side temperature control element 46 is arranged in spatial proximity to the detector in order to be able to hold the detector at a constant temperature.
  • the detector-side temperature control element 46 may be, for example, a Peltier element.
  • the tempering element 46 can also consist of a combination of any heating element, eg a resistance heater, and any cooling element, eg a fan.
  • the illustrated cross-section 48 of the emission fiber bundle ends 38 in the detector-side frame 40 has a diameter of a few millimeters to a few centimeters, for example from 1 millimeter to 2 centimeters, preferably from 5 millimeters to 1, 5 centimeters, more preferably about 10 millimeters.
  • FIG. 2 shows a plan view of a liquid receiving area 52 located on a surface of a substrate 50.
  • the substrate may be, for example, a glass or plastic slide.
  • a plurality of such liquid receiving regions 52 may be arranged in an advantageous grid on the substrate. Only one example of such a configuration of the substrate with 48 liquid receiving areas is represented by the AmpliGrid marketed by Beckman Coulter Biomedical GmbH (Munich, Germany).
  • the liquid receiving region 52 comprises a central, substantially circular hydrophilic reaction region 54, whose diameter in an advantageous embodiment is approximately 1.6 mm.
  • This reaction region 54 is surrounded by a substantially annular, hydrophobic middle region 56 and an annular hydrophilic outer region 58 surrounding this central region.
  • the surface of the substrate 50 surrounding this outer region 58 is essentially hydrophobic.
  • FIG. 3 shows a schematic side view of the system 60 according to the invention for exciting and measuring fluorescence.
  • the system 60 shown in one embodiment shows an optical fiber device 62 shown in FIG Emitting and receiving light in conjunction with a substrate 50. On the surface thereof is at least one liquid receiving area 52.
  • the substrate 50 is positioned parallel on a substrate tempering device 64 and is in direct thermal contact with it.
  • the substrate temperature control device 64 comprises at least one heating device 66 and at least one cooling device (not shown here).
  • a substrate temperature control device As an example of a substrate temperature control device, the AmpliSpeed marketed by Beckman Coulter Biomedical GmbH (Munich, Germany) may be cited. With such a temperature-controllable system 60, a method according to the invention for the quantitative and / or qualitative detection of target molecules in a sample to be analyzed can be carried out.
  • FIG. 4 shows a detail of the side view shown in FIG. 3 of the system 60 for exciting and measuring fluorescence.
  • FIG. 4 shows the geometric arrangement of a specimen-side optical fiber bundle end 28 fixed in a sample-side holder 30 relative to the reaction region 54 of a liquid-receiving region 52 on a substrate 50.
  • the holder 30 of the optical fiber-fixing device (not shown here) is positioned in this way in that the optical fiber bundle 10 with a liquid receiving region 52 is advantageously located on the same optical axis 70.
  • the optical fiber bundle end surface 68 is also disposed above a liquid receiving area so as to form a right angle with the optical axis 70.
  • the distance a between the optical fiber bundle end surfaces 68 and the surface of the substrate 50 is thus advantageously selected so that the illuminated surface completely covers the reaction region 54.
  • the reaction area 54 has a diameter D
  • the distance a is greater than the total height of the liquid present in the liquid receiving region 52, ie the sample which has been overcoated with a hydrophobic liquid, in order to avoid direct contact and associated fouling of the fiber bundle ends.

Abstract

The invention relates to a fibre-optic device for emitting and receiving light, in particular for exciting and observing fluorescence. Said device comprises a fixing device for a fibre-optic bundle and at least one fibre-optic bundle, the latter being fixed and heated by means of the fixing device for said bundle. The invention also relates to a system for exciting and measuring fluorescence, to a method for detecting target molecules and to a computer programme product.

Description

Lichtleitervorrichtung zum Abstrahlen und Empfangen von  Optical fiber device for emitting and receiving
Licht, System, Verfahren und Computerprogrammprodukt  Light, system, procedures and computer program product
Beschreibung description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine temperierbare Lichtleitervorrichtung zum Abstrahlen und Empfangen von Licht, ein System zum Anregen und Messen von Fluoreszenz an zumindest einem Liquidaufnahmebereich, ein Verfahren zum qualitativen und/oder quantitativen Nachweis von Zielmolekülen in einer zu analysierenden Probe und ein Computerprogrammprodukt. The present invention relates to a temperature-controllable optical waveguide device for emitting and receiving light, a system for exciting and measuring fluorescence on at least one liquid receiving area, a method for the qualitative and / or quantitative detection of target molecules in a sample to be analyzed, and a computer program product.
Stand der Technik State of the art
Optische Systeme werden im Bereich der Labordiagnostik und medizinischen Forschung bei der quantitativen und qualitativen Bestimmung von Zielmolekülen in Patientenproben eingesetzt. Eine Vielzahl solcher optischer Systeme, beispielsweise Systeme zur photometrischen Absorptionsmessung und Fluoreszenzanalyse sind bereits bekannt. Optical systems are used in the field of laboratory diagnostics and medical research for the quantitative and qualitative determination of target molecules in patient samples. A variety of such optical systems, such as systems for photometric absorption measurement and fluorescence analysis are already known.
Bei den üblicherweise durchgeführten fiuoreszenzbasierten Verfahren zum Nachweis von Nukleinsäuren werden einer zu analysierenden Probe fluoreszierendeMarkierungsmoleküle zugemischt. Man unterscheidet zwischen unspezifischen Markierungsverfahren z.B. mittels fluoreszierender DNA-Interkalatoren und sequenz-spezifischen Nachweisverfahren, bei denen zur gesuchten Nukleinsäure komplementäre DNA- oder RNA-Sonden zum Einsatz kommen. Fluorescent label molecules are added to a sample to be analyzed in the commonly performed fluorescence-based methods for detecting nucleic acids. A distinction is made between non-specific labeling methods, e.g. by means of fluorescent DNA intercalators and sequence-specific detection methods in which DNA or RNA probes complementary to the desired nucleic acid are used.
Allgemein ermöglicht eine Anregung der Markierungsmoleküle mittels Licht vorbestimmter Wellenlänge und die Detektion des von den fluoreszierenden Markierungsmolekülen ausgehenden Fluoreszenzlichts die qualitative Bestimmung einer möglicherweise erfolgten chemischen Reaktion sowie durch die Auswertung der gemessenen Lichtintensitäten auch eine quantitative Analyse dieser Reaktion. Die Polymerase Kettenreaktion (PCR) ist ein Verfahren zur DNA Amplifikation mit zyklischem Charakter. Mittels dieser für die Praxis hochrelevanten Reaktion können auch kleinste Mengen eines gegebenenfalls in der Probe vorhandenen Nukleinsäuremoleküls amplifiziert werden. Bei der PCR und anderen DNA- Amplifikationsreaktionen ist mittlerweile die Verwendung fluoreszenzmarkierter Primer und Sonden zum einfachen fluoreszenzbasierten qualitativen und quantitativen Nachweis von DNA weit verbreitet. In general, excitation of the label molecules by means of light of predetermined wavelength and detection of the fluorescence emitted by the fluorescent label molecules enables the qualitative determination of a possible chemical reaction and, by evaluating the measured light intensities, also a quantitative analysis of this reaction. The Polymerase Chain Reaction (PCR) is a procedure for DNA amplification with a cyclic character. By means of this reaction, which is highly relevant for practice, even the smallest amounts of a nucleic acid molecule optionally present in the sample can be amplified. In the meantime, the use of fluorescently labeled primers and probes for the simple fluorescence-based qualitative and quantitative detection of DNA has become widespread in PCR and other DNA amplification reactions.
Im Hinblick auf aktuelle Entwicklungen im Bereich der DNA Analyse ist es von immer größerem wissenschaftlichen aber auch wirtschaftlichen Interesse, die Mengen des verwendeten Ausgangsmaterials sowie das Reaktionsvolumen für die Amplifikation so weit wie möglich zu reduzieren. Diese Entwicklung ist bereits bis hin zur Verwendung einzelner Zellen als Ausgangsmaterial fortgeschritten. Die bei der Einzelzellanalyse verwendeten Probenvolumina betragen dabei nur noch wenige Mikroliter. Die Verarbeitung solcher geringen Probenvolumina stellt eine besondere Anforderung an ein System zur Bestimmung der Fluoreszenz in chemischen Reaktionen. In view of current developments in the field of DNA analysis, it is of increasing scientific as well as economic interest to reduce as much as possible the amounts of starting material used and the reaction volume for the amplification. This development has already progressed to the use of individual cells as starting material. The sample volumes used in the single cell analysis amount to only a few microliters. Processing such small sample volumes places a special requirement on a system for determining fluorescence in chemical reactions.
In vielen dieser Systeme zur qualitativen sowie quantitativen Messung von Fluoreszenz werden für das zu analysierende Probenmaterial üblicherweise Volumina von etwa 50 Mikrolitern bis hin zu wenigen Millilitern verwendet. Darüber hinaus wird das Ausgangsmaterial üblicherweise in kleinen Probenröhrchen bzw. in Kavitäten von Multititerplatten bereitgestellt, was allerdings für den Bereich der Einzelzellamplifikation ungeeignet ist. Ebenfalls ist eine Manipulation der Probe während der Amplifikation und Fluoreszenzmessung nicht möglich, da diese Behältnisse während der Amplifikationsphase verschlossenen bleiben müssen. In many of these systems for the qualitative and quantitative measurement of fluorescence volumes of about 50 microliters to a few milliliters are usually used for the sample material to be analyzed. In addition, the starting material is usually provided in small sample tubes or in wells of multi-well plates, which, however, is unsuitable for the field of single-cell amplification. Likewise, manipulation of the sample during amplification and fluorescence measurement is not possible since these containers must remain closed during the amplification phase.
Bei der Verwendung flüssiger Proben hat es sich als problematisch erwiesen, dass von der Probe abdampfende Produkte Ablagerungen auf den Oberflächen von optischen Messvorrichtungen bilden können, was neben einer verminderten Sensitivität auch Messfehler bei der Bestimmung der Fluoreszenz verursachen kann. Dieser Verschmutzungseffekt ist umso gravierender, wenn die flüssigen Proben während der Analyse zusätzlich über die Umgebungstemperatur erwärmt werden. Aufgabe der Erfindung When using liquid samples, it has proven to be problematic that products evaporating from the sample can form deposits on the surfaces of optical measuring devices, which, in addition to reduced sensitivity, can also cause measurement errors in the determination of the fluorescence. This fouling effect is all the more serious if the liquid samples are additionally heated above ambient temperature during the analysis. Object of the invention
Es ist die Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Vorrichtung sowie ein System und ein Verfahren zur Anregung und/oder Beobachtung von Fluoreszenz bei flüssigen oder feuchten Proben, welche sich in nichtverschlossenen Probenbehältern befinden, zur Verfügung zu stellen, wobei sich die Proben und die Vorrichtung in einem abgeschlossenen Volumen befinden und eine Verschmutzung der Vorrichtung während der Durchführung des Verfahrens vermieden oder zumindest reduziert werden soll. It is the object of the invention to provide an improved apparatus as well as a system and method for exciting and / or observing fluorescence in liquid or wet samples contained in unclosed sample containers with the samples and apparatus in one closed volume and contamination of the device during the implementation of the method should be avoided or at least reduced.
Diese Aufgabe wird gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche. This object is achieved according to the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Lichtleitervorrichtung gemäß einem Aspekt Optical fiber device according to one aspect
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Lichtleitervorrichtung zum Abstrahlen und Empfangen von Licht, insbesondere zur Anregung und Beobachtung von Fluoreszenz, mit einer Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung und mit zumindest einem Lichtleiterbündel, One aspect of the present invention relates to an optical waveguide device for emitting and receiving light, in particular for excitation and observation of fluorescence, with an optical fiber bundle fixing device and with at least one optical waveguide bundle,
wobei das zumindest eine Lichtleiterbündel mittels der Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung fixiert ist und mittels der Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung heizbar ist. wherein the at least one optical fiber bundle is fixed by means of the Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung and is heatable by means of Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird die Verschmutzung des. Lichtleiterbündels während der Anregung und Beobachtung von Fluoreszenz durch Temperierung des Lichtleiterbündels mittels der Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung vermieden oder reduziert. Unter Verschmutzung des Lichtleiterbündels wird beispielsweise die Kondensation von Molekülen oder von Molekülaggregaten auf dem Lichtieiterbündel verstanden. Diese Moleküle oder Molekülaggregate können beispielsweise durch das Verdampfen feuchter oder flüssiger Proben, z.B. während der Anregung und Beobachtung von Fluoreszenz entstehen. Die abgedampften Moleküle oder Molekülaggregate verteilen sich in dem abgeschlossenen Volumen, in dem sich Probe und Vorrichtung befinden. Eine Temperierung der Lichtleiterbündel vermeidet oder reduziert die Kondensation der Moleküle oder Molekülaggregate auf diesen. According to one aspect of the invention, the contamination of the optical fiber bundle during the excitation and observation of fluorescence by tempering the optical fiber bundle by means of the Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung is avoided or reduced. Pollution of the optical fiber bundle is understood as meaning, for example, the condensation of molecules or of molecular aggregates on the light emitting bundle. These molecules or molecular aggregates can be formed, for example, by the evaporation of wet or liquid samples, for example during the excitation and observation of fluorescence. The evaporated molecules or molecular aggregates are distributed in the closed volume in which Sample and device are located. A tempering of the optical fiber bundles avoids or reduces the condensation of the molecules or molecular aggregates on these.
Insbesondere bei der Anregung und Beobachtung von Fluoreszenz bei erwärmten flüssigen oder feuchten Proben kann eine entsprechende Erwärmung der Lichtleiterbündel der Lichtleitervorrichtung eine Kondensation von Flüssigkeit an den Lichtleiterbündeln wirksam verhindern und somit die ungestörte Anregung und Beobachtung von Fluoreszenz sicherstellen. In particular, in the excitation and observation of fluorescence in heated liquid or wet samples, a corresponding heating of the optical fiber bundles of the optical fiber device effectively prevent condensation of liquid on the optical fiber bundles and thus ensure the undisturbed excitation and observation of fluorescence.
Unter dem Begriff Fluoreszenz wird die spontane Emission von Licht beim Übergang eines elektronisch angeregten Systems in einen Zustand niedrigerer Energie verstanden. Bestimmte Substanzen können z.B. durch Bestrahlung mit Licht zur Emission von Fluoreszenz angeregt werden. Dabei ist das emittierte Licht im Regelfall energieärmer als das von diesen Substanzen zuvor absorbierte Licht. The term fluorescence is understood to mean the spontaneous emission of light during the transition of an electronically excited system into a state of lower energy. Certain substances may e.g. be excited by the emission of light to emit fluorescence. As a rule, the emitted light is lower in energy than the light previously absorbed by these substances.
Eine erfindungsgemäße Lichtleitervorrichtung umfasst mindestens ein Lichtleiterbündel. Jedes Lichtleiterbündel setzt sich aus mindestens zwei Lichtleitern, die zur Weiterleiturig optischer Signale geeignet sind, zusammen. Das zumindest eine Lichtleiterbündel kann mittels einer heizbarenAn optical waveguide device according to the invention comprises at least one optical fiber bundle. Each optical fiber bundle is composed of at least two optical fibers which are suitable for the forwarding of optical signals. The at least one optical fiber bundle can be heated by means of a heatable
Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung räumlich gegenüber einer zu beobachtenden Probe fixierbar sein. Die erfindungsgemäßen Lichtleiter sind vorzugsweise Glasfasern und/oder Polymer-optische Fasern mit einem Durchmesser zwischen 10 Mikrometern und 500 Mikrometern, bevorzug zwischen 20 und 250 Mikrometern und besonders bevorzugt mit einem Durchmesser von ca. 50 Mikrometern. Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung be spatially fixed relative to a sample to be observed. The light guides according to the invention are preferably glass fibers and / or polymer optical fibers with a diameter between 10 micrometers and 500 micrometers, preferably between 20 and 250 micrometers, and more preferably with a diameter of about 50 micrometers.
Das mindestens eine Lichtleiterbündel der Lichtleitervorrichtung ist in der Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung fixiert. The at least one optical fiber bundle of the optical fiber device is fixed in the Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung.
In einer Ausführungsform ist die Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung als eine durchgehende, vorzugsweise metallische Platte ausgestaltet. Sie weist in einem vorteilhaften Raster mehrere durchgängige Öffnungen auf, welche genau so groß sind, dass sie jeweils ein Lichtleiterbündel aufnehmen und fixieren. In einer weiteren Ausführungsform kann die Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung auch aus mehr als einem Teil bzw. Element bestehen. So können die einzelnen Lichtleiter des Lichtleiterbündels beispielsweise zunächst durch eine wärmeleitfähige Fassung fixiert werden. Diese Fassung besteht beispielsweise aus einem metallischen Material. Sie kann z.B. als eine dem Fachmann bekannte Quetschfassung ausgeführt sein. Die Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung umfasst nach dieser Ausführungsform mehrere derartige Fassungen und eine wärmeleitfähige Platte, welche in einem vorteilhaften Raster mehrere durchgängige Öffnungen zum Aufnehmen jeweils einer Fassung aufweist. In one embodiment, the optical fiber fixing device is designed as a continuous, preferably metallic plate. It has in an advantageous grid on several continuous openings, which are just so large that they each receive and fix a fiber optic bundle. In a further embodiment, the optical fiber fixing device can also consist of more than one part or element. Thus, the individual optical fibers of the optical fiber bundle can be fixed, for example, first by a thermally conductive holder. This version consists for example of a metallic material. It can be embodied, for example, as a pinch socket known to the person skilled in the art. The optical fiber bundle fixing device according to this embodiment comprises a plurality of such sockets and a thermally conductive plate, which in an advantageous grid has a plurality of continuous openings for receiving in each case a socket.
Beispielsweise können die wärmeleitfähigen Fassungen über die probenseitige Oberfläche bzw. Fläche der wärmeleitfähigen Platte in Richtung der zu beobachtenden Probe hinausstehen, bevorzugt 2 bis 20 mm, besonders bevorzugt 3 bis 15 mm und höchst bevorzugt etwa 7 mm. Dies ist vorteilhaft, um die Temperatur der zu beobachtenden Probe möglichst wenig durch die Temperierung der Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung zu beeinflussen. For example, the thermally conductive sockets may protrude beyond the sample side surface of the thermally conductive plate toward the sample to be observed, preferably 2 to 20 mm, more preferably 3 to 15 mm, and most preferably about 7 mm. This is advantageous in order to influence the temperature of the sample to be observed as little as possible by the temperature control of the Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung.
Ausführunqsformen der Lichtleitervorrichtunq Embodiments of the optical fiber device
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung zumindest eine Heizvorrichtung. According to one embodiment, the optical fiber fixing device comprises at least one heating device.
Eine derartige Heizvorrichtung, welche zumindest teilweise aus einem Wärme leitenden, vorzugsweise metallischen Material besteht, kann z.B. als elektrische Widerstandsheizung, Peltier-Element oder als mit temperierter Flüssigkeit durchströmbares Heizelement ausgeführt sein. Such a heating device, which consists at least partially of a heat-conducting, preferably metallic material, may e.g. be designed as electrical resistance heating, Peltier element or as a tempered liquid flow-through heating element.
In einer Ausführungsform der Lichtleitervorrichtung ist die Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung an einem Endbereich zumindest eines Lichtleiterbündels angeordnet. Dies ermöglicht einerseits eine präzise Platzierung und andererseits eine gezielte Temperierung des Endbereichs des mindestens einen Lichtleiterbündels der Lichtleitervorrichtung relativ zu einer zu beobachtenden Probe. In one embodiment of the light guide device, the light guide bundle fixing device is arranged on an end region of at least one optical fiber bundle. On the one hand, this enables a precise placement and, on the other hand, a targeted temperature control of the end region of the at least one optical fiber bundle of the optical waveguide device relative to a sample to be observed.
Unter dem probenseitigen Endbereich eines Lichtleiterbündels, in anderen Worten dem probenseitigen Lichtleiterbündelendbereich, wird der Bereich des Lichtleiterbündels verstanden, der direkt von der heizbaren Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung umgeben ist. Die entsprechende das Lichtleiterbündelende abschließende Fläche wird im Folgenden als probenseitige Endfläche eines Lichtleiterbündels oder in anderen Worten auch als probenseitige Lichtleiterbündelendfläche bezeichnet. The sample-side end region of an optical fiber bundle, in other words the sample-side optical fiber bundle end region, is understood to be the region of the optical fiber bundle which is directly surrounded by the heatable optical fiber bundle fixing device. The corresponding final surface of the optical fiber bundle is referred to hereinafter as the sample-side end surface of an optical fiber bundle or, in other words, as the specimen-side optical fiber bundle end surface.
An der probenseitigen Endfläche können optische Signale in das mindestens eine Lichtleiterbündel aufgenommen oder aus diesem abgegeben werden. Die Enden der einzelnen Lichtleiter eines Lichtleiterbündels sind in dessen Endbereich im Wesentlichen bündig zueinander angeordnet. In anderen Worten enden alle Lichtleiter eines Lichtleiterbündels im Endbereich eines Lichtleiterbündels im Wesentlichen auf gleicher Höhe, so dass die Endflächen der Lichtleiterbündel im Wesentlichen eben ausgestaltet sind. At the sample-side end surface, optical signals can be recorded in or emitted from the at least one optical fiber bundle. The ends of the individual optical fibers of an optical fiber bundle are arranged substantially flush with one another in its end region. In other words, all optical fibers of an optical fiber bundle terminate substantially at the same height in the end region of an optical fiber bundle, so that the end surfaces of the optical fiber bundles are substantially planar.
Gemäß einer Ausführungsvariante ist die Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung als Heizvorrichtung ausgebildet. According to one embodiment, the Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung is designed as a heater.
Folglich kann die Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung und insbesondere der Endbereich des zumindest einen Lichtleiterbündels ohne Zuhilfenahme einer zusätzlichen Heizvorrichtung temperiert werden. DieConsequently, the Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung and in particular the end portion of the at least one optical fiber bundle can be tempered without the aid of an additional heating device. The
Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung kann in dieser Ausgestaltung z.B. selbst als elektrische Widerstandsheizung fungieren bzw. eine elektrische Widerstandsheizung sein. The optical fiber fixing apparatus may be used in this embodiment as e.g. even act as electrical resistance heating or be an electrical resistance heater.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Lichtleitervorrichtung zumindest ein Lichtleiterbündel auf, welches zumindest ein Anregungslichtleiterbündel mit mindestens einem Anregungslichtleiter und zumindest ein Emissionslichtleiterbündel mit mindestens einem Emissionslichtleiter umfasst. According to one embodiment, the optical waveguide device has at least one optical fiber bundle, which has at least one excitation optical waveguide bundle comprising at least one excitation light guide and at least one emission light guide bundle with at least one emission light guide.
Beispielsweise verlaufen die Anregungslichtleiter des mindestens einen Anregungslichtleiterbündels der Lichtleitervorrichtung so, dass Licht von einer Lichtquelle mittels des Anregungslichtleiterbündels auf eine zu beobachtende Probe geführt werden kann bzw. wird. Die Emissionslichtleiter des mindestens einen Emissionslichtleiterbündels der Lichtleitervorrichtung verlaufen hingegen so, dass Licht von der zu beobachtenden Probe beispielsweise zu einem Detektor geführt werden kann. Ein Lichtleiterbündel umfasst mindestens ein Anregungslichtleiterbündel und mindestens ein Emissionslichtleiterbündel. Die Anregungslichtleiterbündel und Emissio.nslichtleiterbündel sind dabei an dem der zu beobachtenden Probe zugewandten probenseitigen Endbereich des Lichtleiterbündels zusammengeführt. Die Anregungslichtleiterbündel und Emissionslichtleiterbündel sind dort mittels der Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung so fixiert, dass durch das Lichtleiterbündel eine zu beobachtende Probe sowohl beleuchtet werden kann als auch von dieser Probe ausgehendes Licht in das Lichtleiterbündel aufgenommen werden kann. By way of example, the excitation light guides of the at least one excitation light guide bundle of the light guide device run in such a way that light from a light source can be guided onto a sample to be observed by means of the excitation light guide bundle. By contrast, the emission light guides of the at least one emission light guide bundle of the light guide device run in such a way that light from the sample to be observed can be guided, for example, to a detector. An optical fiber bundle comprises at least one excitation optical fiber bundle and at least one emission optical fiber bundle. The excitation optical fiber bundles and the emission fiber bundles are brought together at the sample-side end region of the optical fiber bundle facing the sample to be observed. The excitation optical fiber bundles and emission optical fiber bundles are fixed there by means of the optical fiber bundle fixing device in such a way that a sample to be observed can both be illuminated by the optical fiber bundle and light emitted by this specimen can be received in the optical fiber bundle.
Vorteilhafterweise sind Anregungslichtleiter und Emissionslichtleiter am Endbereich des Lichtleiterbündels homogen durchmischt, so dass die Anzahl an Anregungslichtleitern und Emissionslichtleitern in jedem Bereich des Querschnitts des Lichtleiterbündelendbereichs in annähernd gleichem Verhältnis stehen. Dies gewährleistet eine homogene Abgabe von Licht mittels des Lichtleiterbündels auf eine zu beobachtende Probe und eine homogene Aufnahme von Licht mittels des Lichtleiterbündels ausgehend von einer zu beobachtenden Probe. Advantageously, the excitation light guide and the emission light guide are homogeneously mixed at the end region of the light guide bundle so that the number of excitation light guides and emission light guides are approximately the same in each region of the cross section of the light guide bundle end region. This ensures a homogeneous delivery of light by means of the optical fiber bundle to a sample to be observed and a homogeneous absorption of light by means of the optical fiber bundle starting from a sample to be observed.
Gemäß einer Ausführungsform umfassen Anregungslichtleiterbündel bzw. Emissionslichtleiterbündel 1 bis 5000, bevorzugt 1 bis 1000, besonders bevorzugt 1 bis 500 und höchst bevorzugt 10 bis 300 Anregungslichtleiter, bzw. 1 bis 5000, bevorzugt 1 bis 1000, besonders bevorzugt 1 bis 500 und höchst bevorzugt 10 bis 300 Emissionslichtleiter. Die Anregungslichtleiterbündel und Emissionslichtleiterbündel eines Lichtleiterbündels können beispielsweise etwa gleich viele Anregungslichtleiter und Emissionslichtleiter enthalten. Ein entsprechendes Lichtleiterbündel kann somit beispielsweise jeweils 50 Anregungslichtleiter und Emissionslichtleiter umfassen, welche im Bereich des Querschnitts des Lichtleiterbündelendbereichs gleichmäßig durchmischt sind. According to one embodiment, excitation optical fiber bundles or emission optical fiber bundles comprise 1 to 5000, preferably 1 to 1000, particularly preferably 1 to 500 and most preferably 10 to 300 excitation light guides, or 1 to 5000, preferably 1 to 1000, particularly preferably 1 to 500 and most preferably 10 up to 300 emission light guides. The excitation fiber bundles and For example, emission optical fiber bundles of an optical fiber bundle may contain about the same number of excitation optical fibers and emission optical fibers. A corresponding optical fiber bundle can thus comprise, for example, in each case 50 excitation light guides and emission light guides, which are uniformly mixed in the region of the cross section of the optical fiber bundle end region.
In einer Ausführungsvariante umfasst das zumindest eine Lichtleiterbündel mehr Emissionslichtleiter als Anregungslichtleiter. In one embodiment variant, the at least one optical fiber bundle comprises more emission light guides as excitation light guides.
Bevorzugte Verhältnisse zwischen Anregungslichtleitern und Emissionslichtleitern liegen zwischen 1 :1 ,1 und 1 :10, bevorzugt zwischen 1 : 1 ,5 und 1 :5 und besonders bevorzugt bei etwa 1 :2. Preferred ratios between excitation light guides and emission light guides are between 1: 1, 1 and 1:10, preferably between 1: 1, 5 and 1: 5 and particularly preferably about 1: 2.
Durch die Bereitstellung von mehr Emissionslichtleitern im Verhältnis zu Anregungslichtleitern kann die Empfindlichkeit der Vorrichtung zur Messung von Fluoreszenz erhöht werden, ohne dabei deutliche Verluste bei der Anregung der Fluoreszenz zu haben. By providing more emission light guides relative to excitation light guides, the sensitivity of the fluorescence measurement device can be increased without significant losses in fluorescence excitation.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Lichtleitervorrichtung zumindest eine Lichtquelle und zumindest einen Detektor, wobei dem zumindest einen Anregungslichtleiterbündel die zumindest eine Lichtquelle zugeordnet ist und dem zumindest einen Emissionslichtleiterbündel zumindest ein Detektor zugeordnet ist. According to one embodiment, the light guide device comprises at least one light source and at least one detector, wherein the at least one excitation light guide bundle is associated with the at least one light source and at least one detector is associated with the at least one emission light guide bundle.
In anderen Worten kann die zumindest eine Lichtquelle dem zumindest einen Anregungslichtleiterbündel räumlich zugeordnet sein. Der zumindest eine Detektor kann dem zumindest einen Emissionslichtleiterbündel räumlich zugeordnet sein. In other words, the at least one light source may be spatially associated with the at least one excitation optical fiber bundle. The at least one detector may be spatially associated with the at least one emission light guide bundle.
Die zumindest eine Lichtquelle umfasst beispielsweise einen Laser, eine Laserdiode, eine LED, eine Gasentladungslampe, und/oder eine Glühlampe. The at least one light source comprises, for example, a laser, a laser diode, an LED, a gas discharge lamp, and / or an incandescent lamp.
Beispielsweise kann die Lichtleitervorrichtung die zumindest eine Lichtquelle und den zumindest einen Detektor zusätzlich zu dem Lichtleiterbündel umfassen, wobei das Lichtleiterbündel mindestens ein Anregungsiichtleiterbündel und mindestens ein Emissionslichtleiterbündel umfasst. For example, the optical fiber device may comprise the at least one light source and the at least one detector in addition to the optical fiber bundle, wherein the Optical fiber bundle comprises at least one excitation optical fiber bundle and at least one emission optical fiber bundle.
Diese Zuordnung bewirkt vorteilhafterweise, dass mittels der Lichtleitervorrichtung Licht von mindestens einer Lichtquelle über das mindestens eine Anregungsiichtleiterbündel auf mindestens eine zu beobachtende Probe und von dieser Probe emittiertes Licht über das mindestens eine Emissionslichtleiterbündel zu mindestens einem Detektor geleitet werden kann. Ebenso kann Licht von mehreren Lichtquellen über mehrere Anregungsiichtleiterbündel gleichzeitig zu einer oder mehreren zu beobachtenden Proben gelenkt und von dort über mehrere Emissionslichtleiterbündel gleichzeitig zu mehreren Detektoren geleitet werden. This assignment advantageously has the effect that light from at least one light source can be conducted via the at least one excitation conductor bundle to at least one sample to be observed and light emitted by this sample via the at least one emission light bundle to at least one detector by means of the light guide device. Likewise, light from a plurality of light sources can be directed via several excitation light guide bundles simultaneously to one or more samples to be observed, and from there can be conducted simultaneously to a plurality of detectors via a plurality of emission light guide bundles.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das mindestens eine Lichtleiterbündel N Anregungsiichtleiterbündel, welchen N Lichtquellen zugeordnet sind, und M Emissionslichtleiterbündel, welche einem gemeinsamen Detektor zugeordnet sind. Die Variablen N und M sind jeweils eine natürliche Zahl mit Werten zwischen 2 und 1000, bevorzugt zwischen 5 und 500, besonders bevorzugt zwischen 10 und 250 und höchst bevorzugt mit dem Wert 48. Die Variablen N und M können unterschiedliche Werte aufweisen. Die Variablen N und M können identische Werte aufweisen. According to one embodiment, the at least one optical fiber bundle comprises N excitation optical fiber bundles, to which N light sources are assigned, and M emission optical fiber bundles, which are assigned to a common detector. The variables N and M are each a natural number with values between 2 and 1000, preferably between 5 and 500, more preferably between 10 and 250 and most preferably with the value 48. The variables N and M can have different values. The variables N and M can have identical values.
Ein Detektor kann beispielsweise als Photovervielfacherröhre, Lawinenphotodiode, Photodiode, CCD- oder CMOS-Chip oder allgemein in Form einer beliebigen lichtsensitiven Substanz ausgeführt sein bzw. eine Photodiode, einen CCD- oder einen CMOS-Chip oder allgemein eine beliebige lichtsensitiven Substanz umfassen. Der Detektor kann mittels einer Auslesevorrichtung im Betrieb der Lichtleitervorrichtung ausgelesen werden. For example, a detector may be implemented as a photomultiplier tube, avalanche photodiode, photodiode, CCD or CMOS chip, or generally in the form of any light-sensitive substance, or may comprise a photodiode, a CCD or CMOS chip, or generally any light-sensitive substance. The detector can be read out by means of a read-out device during operation of the light guide device.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Detektor temperierbar. According to one embodiment, the detector is temperature-controlled.
Der Detektor kann unter Verwendung eines geeigneten Temperierungselements im Betrieb der Lichtleitervorrichtung auf einem Bereich von 5° C bis 60° C, bevorzugt 15° C bis etwa 35° C erwärmt und/oder gekühlt werden. Im Betrieb der Lichtleitervorrichtung ist es besonders bevorzugt, die Temperatur des Detektors im Wesentlichen konstant zu halten. In anderen Worten wird der Detektor derart temperiert, dass sich dessen Solltemperatur von dessen Ist-Temperatur innerhalb eines bestimmten Zeitraums um nicht mehr als 5° C, bevorzugt um nicht mehr als 2° C und besonders bevorzugt um nicht mehr als 1 ° C unterscheidet. Als Temperierungselemente kommen beispielsweise Peltier-Elemente, auf temperierbaren Flüssigkeiten und/oder Luftmassen basierende Heiz- bzw. Kühl-Technologien bzw. -Einrichtungen in Frage. Ein derartiger Detektor ermöglicht beispielsweise die Einstellung einer im Wesentlichen konstanten Temperatur am Detektor, um Veränderungen der Umgebungstemperatur, welche eine Verfälschung der Messergebnisse zur Folge haben könnten, zu kompensieren. The detector can, using a suitable temperature control element in the operation of the light guide device on a range of 5 ° C to 60 ° C, preferably 15 ° C heated to about 35 ° C and / or cooled. During operation of the optical waveguide device, it is particularly preferred to keep the temperature of the detector substantially constant. In other words, the detector is tempered such that its setpoint temperature does not differ from its actual temperature within a certain period of time by more than 5 ° C., preferably not more than 2 ° C., and more preferably not more than 1 ° C. As Temperierungselemente come, for example, Peltier elements, based on temperature-controlled liquids and / or air mass heating or cooling technologies or facilities in question. Such a detector allows, for example, the setting of a substantially constant temperature at the detector to compensate for changes in the ambient temperature, which could result in a falsification of the measurement results.
System gemäß einem Aspekt System according to one aspect
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein System zum Anregen und Messen von Fluoreszenz an zumindest einem Liquidaufnahmebereich mit einer erfindungsgemäßen Lichtleitervorrichtung, einem Substrat, dessen Oberfläche zumindest einen Liquidaufnahmebereich umfasst, und mit einer Substrattemperierungsvorrichtung, One aspect of the invention relates to a system for exciting and measuring fluorescence on at least one liquid receiving region with an inventive optical waveguide device, a substrate whose surface comprises at least one liquid receiving region, and with a substrate tempering device,
wobei das Substrat mittels der Substrattemperierungsvorrichtung temperiert wird und die Lichtleitervorrichtung derart relativ zum Substrat angeordnet ist, dass das zumindest eine Lichtleiterbündel der Lichtleitervorrichtung und das Substrat berührungsfrei sind. wherein the substrate is tempered by the substrate temperature control device and the optical fiber device is arranged relative to the substrate such that the at least one optical fiber bundle of the optical fiber device and the substrate are non-contact.
Ein Substrat im Sinne der vorliegenden Beschreibung kann ein Gegenstand sein, der wärmeleitfähig ist und auf dessen Oberfläche Proben zur Fluoreszenz-Analyse positioniert werden können. Objektträger aus Glas und/oder Kunststoff können beispielhafte Substrate sein. Der Objektträger aus Glas und/oder Kunststoff kann beispielsweise im Wesentlichen quaderförmig sein, wobei eine Fläche des quaderförmigen Substrats die Oberfläche sein kann, an bzw. auf der eine Probe oder mehrere Proben zur Fluoreszenz-Analyse positionierbar sind. Unter dem Begriff Liquidaufnahmebereich wird erfindungsgemäß ein Bereich der Oberfläche eines Substrats verstanden, auf bzw. an dem eine zu beobachtende Flüssigkeit gezielt positioniert werden kann. Derartige erfindungsgemäße Liquidaufnahmebereiche können beispielsweise oberflächliche Kavitäten und/oder durch hydrophobe und/oder hydrophile Modifizierung der Oberflächenstruktur erhaltene Liquidaufnahmebereiche sein. Beispielsweise sind auf dem Substrat mehrere Liquidaufnahmebereiche vorgesehen, welche beispielsweise durch geeignete Erhebungen der Substratoberfläche und/oder durch hydrophobe Beschichtungen der Substratoberfläche voneinander getrennt sind. Erfindungsgemäße Systeme mit mehreren Liquidaufnahmebereichen weisen bevorzugt 2 bis 1000, besonders bevorzugt 10 bis 250 und höchst bevorzugt 48 Liquidaufnahmebereiche auf. Es können auch 2, 3, 4, usw. Substrate angeordnet sein, die jeweils oder zusammen 2 bis 1000, besonders bevorzugt 10 bis 250 und höchst bevorzugt 48 Liquidaufnahmebereiche aufweisen. A substrate in the sense of the present description may be an article which is thermally conductive and on whose surface samples for fluorescence analysis can be positioned. Glass and / or plastic slides may be exemplary substrates. The glass and / or plastic slide may, for example, be essentially cuboid, wherein one surface of the cuboid substrate may be the surface on or on which one or more samples for fluorescence analysis can be positioned. According to the invention, the term liquid-receiving region means an area of the surface of a substrate on or on which a liquid to be observed can be specifically positioned. Such liquid receiving areas according to the invention can be, for example, superficial cavities and / or liquid receiving areas obtained by hydrophobic and / or hydrophilic modification of the surface structure. For example, a plurality of liquid receiving areas are provided on the substrate, which are separated from each other, for example, by suitable elevations of the substrate surface and / or by hydrophobic coatings of the substrate surface. Systems according to the invention having a plurality of liquid receiving areas preferably have from 2 to 1000, more preferably from 10 to 250 and most preferably 48 liquid receiving areas. It is also possible to arrange 2, 3, 4, etc. substrates which, in each case or together, have 2 to 1000, particularly preferably 10 to 250 and most preferably 48 liquid receiving areas.
Eine beispielhafte Substrattemperierungsvorrichtung ermöglicht die veränderbare Temperierung des Substrats bzw. der Substrate und der darauf positionierten zu beobachtenden Proben. Eine beispielhafte Substrattemperierungsvorrichtung kann dabei eine beliebige Heizvorrichtung sowie eine beliebige Kühlvorrichtung umfassen. Zur effizienten Erwärmung bzw. Abkühlung des Substrats mittels der Substrattemperierungsvorrichtung ist eine ausreichende thermische Kopplung zwischen Substrat und Substrattemperierungsvorrichtung gegeben, die z.B. durch einen möglichst großflächigen Kontakt zwischen Substrattemperierungsvorrichtung und Substrat sichergestellt werden kann. Bei der Temperierung planarer bzw. planer Substrate umfasst eine Substrattemperierungsvorrichtung dementsprechend insbesondere eine planare bzw. plane Oberfläche bzw. Fläche. Diese Oberfläche bzw. Fläche kann zur Positionierung und Temperierung des Substrats geeignet bzw. ausgelegt sein. Bei einer besonderen Ausgestaltung der Substrattemperierungsvorrichtung ist an einer der Außenseiten des Substrats, bevorzugt an der Oberseite des Substrats, eine planare Aufnahme zur Positionierung und Temperierung des Substrats vorgesehen. Die Oberseite kann auch als obere Fläche bzw. Oberfläche bezeichnet werden. Im Betriebszustand des Systems ist das Substrat derart angeordnet, dass sich die Oberseite des Substrats und die Lichtleiterbündelendfläche des zugeordneten zumindest einen Lichtleiterbündels gegenüber liegen. In anderen Worten können Endflächen der Anregungslichtleiter, durch die Licht zum Substrat hin abgeben wird, und Endflächen der Emissionslichtleiter, durch die von der Probe kommendes Licht in die Emissionslichtleiter aufgenommen wird, im Wesentlichen zu der Oberseite des Substrats parallel angeordnet sein. Unter parallel in diesem Sinne ist auch zu verstehen, dass auf dem Substrat Vertiefungen, Unebenheiten etc. vorhanden sein können und beispielsweise zwischen den Vertiefungen, Unebenheiten etc. plane Flächenbereiche der Oberseite verbleiben. Die planen Flächenbereiche der Oberseite des Substrats und die Endflächen der Anregungslichtleiter und Endflächen der Emissionslichtleiter können im Wesentlichen parallel sein. An exemplary Substratemperierungsvorrichtung allows the variable temperature of the substrate or substrates and the samples positioned thereon to be observed. An exemplary substrate temperature control device may comprise any desired heating device and any desired cooling device. For efficient heating or cooling of the substrate by means of the substrate temperature control device, there is sufficient thermal coupling between the substrate and the substrate temperature control device, which can be ensured, for example, by the largest possible contact between the substrate temperature control device and the substrate. When tempering planar or planar substrates, a substrate tempering device accordingly comprises, in particular, a planar surface or area. This surface or surface may be suitable or designed for positioning and temperature control of the substrate. In a particular embodiment of the substrate temperature control device, a planar receptacle for positioning and temperature control of the substrate is provided on one of the outer sides of the substrate, preferably on the upper side of the substrate. The top can also be used as upper Surface or surface are called. In the operating state of the system, the substrate is arranged such that the upper side of the substrate and the Lichtleiterbündelendfläche the associated at least one optical fiber bundle are opposite. In other words, end faces of the excitation light guides through which light is emitted to the substrate and end faces of the emission light guides through which light from the sample is received in the emission fibers may be arranged substantially parallel to the upper surface of the substrate. Under parallel in this sense is also to be understood that depressions, bumps, etc. may be present on the substrate and, for example, remain between the depressions, bumps, etc. planar surface areas of the top. The planar surface areas of the upper surface of the substrate and the end surfaces of the excitation light guides and end surfaces of the emission light guides may be substantially parallel.
Mögliche . Ausführungsformen einer derartigen Substrattemperierungsvorrichtung stellen beispielsweise Geräte zur Durchführung der Polymerase Kettenreaktion (PCR), wie z.B. das Gerät TC4000/FTC4/Flat der Firma Techne oder das Gerät T1 Thermocycler mit in-situ Block der Firma Biometra, dar. Als besonders geeignet zur Temperierung planarer bzw. planer Substrate hat sich z.B. die Verwendung des Geräts "AmpliSpeed" der Firma Beckman Coulter Biomedical GmbH (München, Deutschland) erwiesen. Somit kann ein Aspekt der Erfindung auch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Lichtleitervorrichtung in bzw. mit einer Substrattemperierungsvorrichtung, insbesondere in Verbindung mit einem quaderförmigen Substrat, umfassen. Possible . Embodiments of such a substrate tempering device include, for example, devices for carrying out the polymerase chain reaction (PCR), e.g. the device TC4000 / FTC4 / Flat from the company Techne or the device T1 thermocycler with in-situ block of the company Biometra. As particularly suitable for the tempering of planar substrates, e.g. the use of the device "AmpliSpeed" Beckman Coulter Biomedical GmbH (Munich, Germany) proved. Thus, one aspect of the invention may also include the use of a light guide device according to the invention in or with a substrate tempering device, in particular in conjunction with a cuboid substrate.
Das erfindungsgemäße System zum Anregen und Messen von Fluoreszenz an zumindest einem Liquidaufnahmebereich ist derart ausgebildet, dass das zumindest eine Lichtleiterbündel der Lichtleitervorrichtung und das Substrat berührungsfrei so zueinander positioniert sind, dass zwischen dem mindestens einen Lichtleiterbündel und dem Substrat ein im Normalfall gasgefüllter Zwischenraum gebildet wird. The system according to the invention for exciting and measuring fluorescence on at least one liquid receiving region is designed such that the at least one optical fiber bundle of the optical fiber device and the substrate are positioned without contact relative to one another so that a gap filled with gas is formed between the at least one optical fiber bundle and the substrate.
In einer Ausführungsform sind alle Lichtleiterbündel der Lichtleitervorrichtung und das Substrat zueinander entsprechend berührungsfrei positioniert. Der Zwischenraum verhindert vorteilhafterweise eine Verschmutzung des mindestens einen Lichtleiterbündels mit auf dem Substrat aufgebrachten zu beobachtenden flüssigen Proben. Eine Verschmutzung des Systems bei der aufeinanderfolgenden Untersuchung mehrerer Proben auf unterschiedlichen Substraten, d.h. bei einem Wechsel der Substrate, kann somit wirksam vermieden werden. In one embodiment, all the optical fiber bundles of the optical fiber device and the Substrate positioned corresponding to each other without contact. The intermediate space advantageously prevents contamination of the at least one optical fiber bundle with liquid samples applied to the substrate. Soiling of the system during the successive examination of several samples on different substrates, ie when the substrates change, can thus be effectively avoided.
Ausführunqsformen des Systems Embodiments of the system
In einer Ausführungsform des Systems endet das zumindest eine durch die Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung fixierte Lichtleiterbündel oberhalb des Substrats und der kürzeste Abstand zwischen der Endfläche des zumindest einen Lichtleiterbündels und dem Substrat beträgt zwischen 0,1 mm und 20 mm, bevorzugt zwischen 0,5 mm und 10 mm, besonders bevorzugt zwischen 1 mm und 5 mm, und höchst bevorzugt 3 mm. In one embodiment of the system, the at least one optical fiber bundle fixed by the optical fiber fixing device ends above the substrate, and the shortest distance between the end surface of the at least one optical fiber bundle and the substrate is between 0.1 mm and 20 mm, preferably between 0.5 mm and 10 mm , more preferably between 1 mm and 5 mm, and most preferably 3 mm.
Der Begriff 'oberhalb' bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Abstand zwischen Substratoberfläche und der Endfläche des zumindest einen Lichtleiterbündels entlang der Senkrechten zur probenseitigen Oberfläche des Substrats eingestellt wird. Dies gilt auch, wenn das Substrat Vertiefungen, Unebenheiten, etc. aufweist und beispielsweise zwischen den Vertiefungen, Unebenheiten etc. plane Flächenbereiche verbleiben. Der Abstand zwischen der probenseitigen Substratoberfläche und der Lichtleiterbündelendfläche kann entlang der Senkrechten zu den planen Flächenbereichen der Oberfläche des Substrats und der Lichtleiterbündelendfläche festgelegt werden. In anderen Worten ist der Abstand die Distanz entlang der Normalen zwischen der Lichtleiterbündelendfläche und den planen Flächenbereichen der Oberfläche des Substrats. The term 'above' in this context means that the distance between the substrate surface and the end face of the at least one optical fiber bundle is adjusted along the perpendicular to the sample-side surface of the substrate. This also applies if the substrate has depressions, unevenness, etc. and, for example, flat surface areas remain between the depressions, unevennesses, etc. The distance between the sample-side substrate surface and the optical fiber bundle end surface may be set along the normal to the planar surface areas of the surface of the substrate and the optical fiber bundle end surface. In other words, the distance is the distance along the normal between the optical fiber bundle end surface and the planar surface regions of the surface of the substrate.
Die Einstellung eines im Sinne der vorliegenden Beschreibung optimalen Abstands zwischen der Substratoberfläche und dem Ende des Lichtleiterbündels soll gewährleisten, dass eine Verschmutzung der Lichtleiterbündelenden, d.h. der Lichtleiterbündelendflächen mit Probenflüssigkeiten bzw. Probenmaterial vermieden wird. Gleichzeitig kann eine ausreichende Menge an Licht zur Anregung von Fluoreszenz aus der mindestens einen Lichtleiterbündelendfläche ausgesandt werden, wobei die Probe in einem zu beleuchtenden Bereich der Substratoberfläche positioniert ist. Weiterhin kann eine ausreichende Menge Licht zur Messung der spezifischen Fluoreszenz von fluoreszierenden Proben auf der Substratoberfläche von der Lichtleiterbündelendfläche aufgenommen werden. Die Aufnahme unspezifischer Fluoreszenz, welche im Gegensatz zu der oben genannten spezifischen Fluoreszenz nicht von der mit dem Lichtleiterbündel beleuchteten Probe sondern beispielsweise von einer benachbarten Probe herrührt, in das Lichtleiterbündel kann gemäß der beschriebenen Ausführungsform durch die Wahl eines geeigneten Abstands des Lichtleiterbündelendes zum Substrat vermieden werden. The setting of an optimum distance between the substrate surface and the end of the optical fiber bundle in the sense of the present description is intended to ensure that contamination of the optical fiber bundle ends, ie the fiber optic bundle end surfaces, with sample liquids or sample material is avoided becomes. At the same time, a sufficient amount of light can be emitted to excite fluorescence from the at least one optical fiber bundle end face, the sample being positioned in a region of the substrate surface to be illuminated. Furthermore, a sufficient amount of light for measuring the specific fluorescence of fluorescent samples on the substrate surface can be picked up by the optical fiber bundle end face. The recording of nonspecific fluorescence, which in contrast to the above-mentioned specific fluorescence does not originate from the sample illuminated with the optical fiber bundle, but for example from an adjacent sample, into the optical fiber bundle can be avoided according to the described embodiment by the choice of a suitable distance of the optical fiber bundle end to the substrate ,
Dabei ist der zu verwendende Abstand des Lichtleiterbündelendes zum Substrat abhängig davon, wie groß die von einem Lichtleiterbündel zu beleuchtende Oberfläche des Substrats, z.B. genau ein Liquidaufnahmebereich, ist. Er ist ebenfalls abhängig davon, in welchem maximalen Austrittswinkel bzw. Akzeptanzwinkel α das Licht aus dem Lichtleiterbündel relativ zur optischen Achse des Lichtleiterbündels austritt und in welchem Abstand gegebenenfalls mehrere unabhängig voneinander zu beobachtende Bereiche auf der Oberfläche des Substrats vorgesehen sind. In this case, the distance of the optical fiber bundle end to the substrate to be used depends on how large the surface of the substrate to be illuminated by an optical fiber bundle, e.g. exactly one liquid intake area is. It is likewise dependent on in which maximum exit angle or acceptance angle α the light emerges from the optical fiber bundle relative to the optical axis of the optical fiber bundle and at what distance optionally a plurality of regions to be observed independently are provided on the surface of the substrate.
Beispielsweise beleuchtet der aus einem Lichtleiterbündel austretende Lichtkegel weder wesentlich mehr noch wesentlich weniger als den zu beobachtenden Bereich der Substratoberfläche, beispielsweise genau einen Liquidaufnahmebereich oder einen definierten Teilbereich eines Liquidaufnahmebereichs. In diesem Fall ergibt sich der Abstand zwischen dem Lichtleiterbündelende und einem zu beobachtenden Bereich auf der Substratoberfläche nach folgender Formel: a = (D-d)/(2 * tan a) [Formel l ] wobei: For example, the cone of light emerging from an optical fiber bundle neither illuminates substantially more nor substantially less than the area of the substrate surface to be observed, for example precisely one liquid absorption region or a defined subregion of a liquid absorption region. In this case, the distance between the optical fiber bundle end and a region to be observed on the substrate surface is given by the following formula: a = (Dd) / (2 * tan a) [Formula I] where:
a der Abstand zwischen dem Lichtleiterbündelende und einem zu beobachtenden Bereich auf der Substratoberfläche ist. Der Abstand a kann auch als idealer Abstand bezeichnet werden. a is the distance between the fiber optic bundle end and one to be observed Area on the substrate surface is. The distance a can also be called the ideal distance.
α der maximale Austrittswinkel des Lichts aus dem Lichtleiterbündel relativ zur optischen Achse des Lichtleiterbündels ist. α is the maximum exit angle of the light from the optical fiber bundle relative to the optical axis of the optical fiber bundle.
d der mittlere Durchmesser der Lichtleiterbündelendfläche ist. d is the mean diameter of the optical fiber bundle end face.
D der mittlere Durchmesser des zu beobachtenden Bereichs auf der Substratoberfläche ist.  D is the mean diameter of the area to be observed on the substrate surface.
Der maximale Austrittswinkel α kann vom Material der verwendeten Lichtleiter abhängig sein und liegt z.B. im Falle von Stufenfasern üblicherweise in einem Bereich zwischen 1 1 ,5° und 25,5°. The maximum exit angle α may be dependent on the material of the optical fibers used and is e.g. in the case of step fibers usually in a range between 1 1, 5 ° and 25.5 °.
Der Abstand zwischen der Lichtleiterbündelendfläche und der Substratoberfläche kann auch um bis zu 50% von dem gemäß Formel 1 zu ermittelndem idealen Abstand a abweichen. Er ist allerdings keinesfalls geringer als die maximale Höhe einer auf der Substratoberfläche aufgebrachten flüssigen oder feuchten Probe, um einer Verschmutzung der Lichtleiterbündelendflächen vorzubeugen. Bei der Beobachtung flüssiger oder feuchter Proben mittels temperierter Lichtleiterbündelenden ist zudem ein ausreichender Abstand zwischen der zu beobachtenden flüssigen Probe und dem temperierten Lichtleiterbündelende einzuhalten, um unerwünschte Temperatureinflüsse auf die Probe zu reduzieren. The distance between the optical fiber bundle end surface and the substrate surface may also differ by up to 50% from the ideal distance a to be determined according to formula 1. However, it is by no means less than the maximum height of a liquid or wet sample applied to the substrate surface in order to prevent soiling of the optical fiber bundle end surfaces. When observing liquid or moist samples by means of tempered fiber bundle ends, a sufficient distance between the liquid sample to be observed and the tempered fiber bundle end must also be maintained in order to reduce unwanted temperature influences on the sample.
Da mit zunehmendem Abstand der Lichtleiterbündelendfläche zum Substrat vermehrt Streulicht und/oder unspezifische Fluoreszenz, z.B. von benachbarten Liquidaufnahmebereichen, in die Lichtleiterbündelendfläche eintreten kann, ist der bevorzugte Abstandsbereich zwischen der Lichtleiterbündelendfläche und dem Substrat auch nach oben begrenzt. Falls mehrere Liquidaufnahmebereiche auf dem Substrat jeweils unabhängig voneinander mittels mehrerer Lichteiterbündelenden beobachtet werden sollen, wird der bevorzugte Abstand der entsprechenden Lichtleiterbündelendflächen vom Substrat auch durch den Abstand dieser Liquidaufnahmebereiche auf dem Substrat zueinander bestimmt. Je dichter die zu beobachtenden Liquidaufnahmebereiche auf dem Substrat beieinanderliegen, umso geringer ist der bevorzugte Abstand der entsprechenden Lichtleiterbündelendflächen vom Substrat. Since with increasing distance of the optical fiber bundle end surface to the substrate increased stray light and / or nonspecific fluorescence, eg from adjacent liquid receiving regions, may enter the optical fiber bundle end surface, the preferred distance range between the fiber optic bundle end surface and the substrate is also limited upwards. If a plurality of liquid receiving regions are to be observed on the substrate independently of one another by means of a plurality of optical fiber bundle ends, the preferred distance of the corresponding optical fiber bundle end surfaces from the substrate is also determined by the distance of these liquid receiving regions from one another on the substrate. The closer the observed liquid receiving areas on the substrate to each other, the more less is the preferred distance of the respective optical fiber bundle end faces from the substrate.
In einer Ausführungsform weist die Oberfläche des zumindest einen Liquidaufnahmebereichs modifizierte Benetzungseigenschaften auf und umfasst einen zentralen, vorzugsweise kreisförmigen hydrophilen Reaktionsbereich, einen den Reaktionsbereich umgebenden vorzugsweise ringförmigen hydrophoben mittleren Bereich und einen den mittleren Bereich umgebenden vorzugsweise ringförmigen hydrophilen äußeren Bereich. Der äußere Bereich ist wiederum von einem hydrophoben Bereich umgeben. In one embodiment, the surface of the at least one liquid receiving area has modified wetting properties and comprises a central, preferably circular hydrophilic reaction area, a preferably annular hydrophobic central area surrounding the reaction area and a preferably annular hydrophilic outer area surrounding the central area. The outer area is in turn surrounded by a hydrophobic area.
Die Substratoberfläche im Bereich eines derartigen Liquidaufnahmebereichs ist bevorzugt im Wesentlich planar bzw. plan ausgebildet. Besonders bevorzugt sind vollständig planare bzw. plane Substrate mit mehreren Liquidaufnahmebereichen, beispielsweise 7,5 cm lange und 2,5 cm breite Objektträger aus Glas oder Kunststoff mit 48 Liquidaufnahmebereichen. Bei Verwendung von Substraten mit mehreren hydrophob strukturierten Liquidaufnahmebereichen weisen die Bereiche zwischen den einzelnen Liquidaufnahmebereichen vorteilhafterweise eine hydrophobe Oberflächenstruktur auf. The substrate surface in the region of such a liquid receiving region is preferably substantially planar or planar. Particularly preferred are completely planar or planar substrates with several liquid receiving areas, for example 7.5 cm long and 2.5 cm wide glass or plastic slides with 48 liquid receiving areas. When using substrates having a plurality of hydrophobically structured liquid receiving areas, the areas between the individual liquid receiving areas advantageously have a hydrophobic surface structure.
Der Reaktionsbereich ist bevorzugt im Zentrum des jeweiligen Liquidaufnahmebereichs angeordnet. Er dient zur Aufbringung einer zu beobachtenden Probe und/oder Reaktionsflüssigkeit, welche durch den den Reaktionsbereich umgebenden hydrophoben vorzugsweise ringförmigen hydrophoben Bereich am Verlaufen auf der Oberfläche gehindert wird. Zum Verdunstungsschutz werden auf dem Reaktionsbereich positionierte flüssige Proben und/oder Reaktionsflüssigkeiten vorteilhafterweise mit einer ölartigen Flüssigkeit überschichtet. Die den ringförmigen hydrophilen äußeren Bereich des Liquidaufnahmebereichs umgebende hydrophobe Substratoberfläche verhindert ein Verlaufen der ölartigen Flüssigkeit aus dem Bereich des Liquidaufnahmebereichs. Die vorangehenden Ausführungen gelten bei einer Vielzahl von Liquidaufnahmebereichen für jeden Liquidaufnahmebereich sinngemäß. Bei Verwendung von Substraten mit Liquidaufnahmebereichen, welche derartig modifizierte Benetzungseigenschaften aufweisen, ist der optimale Abstand a zwischen der mindestens einen Lichtleiterbündelendfläche und der Substratoberfläche bevorzugt so einzustellen, dass das aus der Lichtleiterbündelendfläche austretende Licht im Wesentlichen ausschließlich auf den zentralen, vorzugsweise kreisförmigen hydrophilen Reaktionsbereich trifft, so dass im Wesentlichen nur die im Reaktionsbereich auftretende Fluoreszenz gemessen wird. Der zu beobachtende Bereich D auf der Substratoberfläche entspricht in diesem Fall dem mittleren Durchmesser des hydrophilen Reaktionsbereichs der Liquidaufnahmebereiche mit modifizierter Benetzungsstruktur. Unter Beachtung der oben genannten Einschränkungen kann der optimale Abstand a zwischen dem Lichtleiterbündelende und der Substratoberfläche (gemäß Formel 1 ) auch um bis zu 50% über- oder unterschritten werden. The reaction area is preferably arranged in the center of the respective liquid receiving area. It serves to apply a sample and / or reaction liquid to be observed, which is prevented from flowing on the surface by the hydrophobic, preferably annular hydrophobic region surrounding the reaction region. For protection against evaporation, liquid samples and / or reaction liquids positioned on the reaction zone are advantageously covered with an oil-like liquid. The hydrophobic substrate surface surrounding the annular hydrophilic outer region of the liquid-receiving region prevents bleeding of the oily liquid from the region of the liquid-receiving region. The above statements apply mutatis mutandis to a large number of liquid intake areas for each liquid intake area. When using substrates with liquid receiving regions which have wetting properties modified in this way, the optimum distance a between the at least one fiber optic bundle end surface and the substrate surface is preferably set so that the light emerging from the fiber optic bundle end surface strikes substantially exclusively the central, preferably circular, hydrophilic reaction region. so that essentially only the fluorescence occurring in the reaction region is measured. The area D to be observed on the substrate surface in this case corresponds to the mean diameter of the hydrophilic reaction area of the liquid wetting areas with modified wetting structure. In compliance with the above-mentioned restrictions, the optimum distance a between the end of the optical fiber bundle and the substrate surface (according to formula 1) can also be exceeded or fallen below by up to 50%.
In einer Ausgestaltung des Systems zum Anregen und Messen von Fluoreszenz an zumindest einem Liquidaufnahmebereich ist zumindest einem Liquidaufnahmebereich ein durch die Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung fixiertes Lichtleiterbündelende zugeordnet, wobei der Liquidaufnahmebereich und die Lichtleiterbündelendfläche des zugeordneten Lichtleiterbündels im Wesentlichen die gleichen Dimensionen aufweisen und der Liquidaufnahmebereich und das zugeordnete Lichtleiterbündel so zueinander ausgerichtet sind, dass aus der Lichtleiterbündelendfläche austretendes Licht auf den zugeordneten Liquidaufnahmebereich trifft. In one embodiment of the system for exciting and measuring fluorescence on at least one liquid receiving area, at least one liquid receiving area is assigned an optical fiber bundle end fixed by the optical fiber fixing device, the liquid receiving area and the optical fiber bundle end area of the associated optical fiber bundle having substantially the same dimensions and the liquid receiving area and the associated optical fiber bundle being so aligned with each other, that from the Lichtleiterbündelendfläche emerging light strikes the associated liquid receiving area.
Bei der Verwendung von Liquidaufnahmebereichen, welche einen Reaktionsbereich als Teilbereich des Liquidaufnahmebereichs aufweisen, können beispielsweise der Reaktionsbereich des Liquidaufnahmebereichs und die Lichtleiterbündelendfläche des zugeordneten Lichtleiterbündels im Wesentlichen die gleichen Dimensionen aufweisen. In anderen Worten haben der Reaktionsbereich des Liquidaufnahmebereichs und die zugeordnete Lichtleiterbündelendfläche einen im Wesentlichen identischen Durchmesser, bzw. - bei nicht kreisförmigen Flächen - einen im Wesentlichen identischen mittleren Durchmesser. When using liquid receiving regions which have a reaction region as part of the liquid receiving region, for example, the reaction region of the liquid receiving region and the optical fiber bundle end surface of the associated optical fiber bundle can have substantially the same dimensions. In other words, the reaction area of the liquid receiving area and the associated optical fiber bundle end face have an in Substantially identical diameter, or - for non-circular surfaces - a substantially identical average diameter.
Das Kriterium im Wesentlichen gleicher Dimensionen soll im Rahmen dieser Beschreibung auch dann erfüllt sein, wenn der mittlere Durchmesser des Liquidaufnahmebereichs bzw. der mittlere Durchmesser des Reaktionsbereichs des Liquidaufnahmebereichs 0,25 bis 4 Mal so groß ist, wie der mittlere Durchmesser der Lichtleiterbündelendfiäche des zugeordneten Lichtleiterbündelendes. Da aus dem Lichtleiterbündelende austretendes Licht relativ zur optischen Achse des Lichtleiterbündels gestreut wird, ist es vorteilhaft, wenn der mittlere Durchmesser des Liquidaufnahmebereichs geringfügig größer ist als der mittlere Durchmesser der Lichtleiterbündelendfiäche des zugeordneten Lichtleiterbündelendes. For the purposes of this description, the criterion of essentially the same dimensions should also be met if the average diameter of the liquid absorption region or the average diameter of the reaction region of the liquid absorption region is 0.25 to 4 times the average diameter of the optical fiber bundle end of the associated optical fiber bundle end , Since light emerging from the optical fiber bundle end is scattered relative to the optical axis of the optical fiber bundle, it is advantageous if the average diameter of the liquid receiving region is slightly larger than the average diameter of the optical fiber bundle end of the associated optical fiber bundle end.
In einer Ausführungsform weist beispielsweise der kreisförmige Reaktionsbereich eines Liquidaufnahmebereichs einen Durchmesser von 1 ,6 mm auf, während der Durchmesser der Lichtleiterbündelendfiäche des zugeordneten Lichtleiterbündelendes 1 mm beträgt. Durch die Einstellung eines Abstands von etwa 3 bis 3,5 mm zwischen dem Lichtleiterbündelende und dem Substrat kann bei Verwendung oben genannter Dimensionen gewährleistet werden, dass aus der Lichtleiterbündelendfiäche austretendes Licht im Wesentlichen nur auf den Reaktionsbereich des Liquidaufnahmebereichs trifft und von diesem ausgehende Fluoreszenz effektiv mit dem zugeordneten Lichtleiterbündelende detektiert werden kann. For example, in one embodiment, the circular reaction area of a liquid receiving area has a diameter of 1.6 mm, while the diameter of the optical fiber bundle end of the associated optical fiber bundle end is 1 mm. By setting a distance of about 3 to 3.5 mm between the optical fiber bundle end and the substrate can be ensured when using the above-mentioned dimensions that light emerging from the Lichtleiterbündelendfiäche essentially only on the reaction region of the liquid receiving area and from this outgoing fluorescence effectively with the associated fiber optic bundle end can be detected.
Beispielsweise sind ein Liquidaufnahmebereich und ein Lichtleiterbündelende jeweils derart einander zugeordnet, dass der Mittelpunkt des Liquidaufnahmebereichs und der Mittelpunkt der Lichtleiterbündelendfiäche des zugeordneten Lichtleiterbündelendes auf einer gemeinsamen Senkrechten zur Substratoberfläche zu liegen kommen. Der Liquidaufnahmebereich und das zugeordnete Lichtleiterbündelende können auch parallel zur Substratoberfläche gegeneinander verschoben sein, jedoch nur soweit, dass eine durch den Mittelpunkt der Lichtleiterbündelendfiäche des Lichtleiterbündelendes gehende Normale zur Substratoberfläche das Substrat im Bereich des Liquidaufnahmebereichs, bevorzugt im Bereich des Reaktionsbereichs des Liquidaufnahmebereichs, schneiden würde. Die Lichtleiterbündelenden sind bevorzugt so zum Substrat ausgerichtet, dass das aus dem Zentrum der Lichtleiterbündelendfläche austretende Licht im Wesentlichen senkrecht, jedoch maximal in einem Winkel von 60° auf die der Lichtleitervorrichtung zugewandte Oberfläche des Substrats auftrifft. For example, a liquid receiving area and a fiber optic bundle end are each associated with each other such that the center of the liquid receiving area and the center of the Lichtleiterbündelendfiäche the associated Lichtleiterbündelendes come to lie on a common vertical to the substrate surface. The liquid absorption region and the associated optical fiber bundle end can also be displaced relative to one another parallel to the substrate surface, but only to the extent that a normal passing through the center of the optical fiber bundle end surface of the optical fiber bundle end Substrate surface, the substrate in the region of the liquid receiving area, preferably in the range of the reaction region of the liquid receiving area would cut. The optical fiber bundle ends are preferably aligned with the substrate in such a way that the light exiting from the center of the optical fiber bundle end surface strikes the surface of the substrate facing the optical waveguide device substantially perpendicularly, but maximally at an angle of 60 °.
Verfahren gemäß einem Aspekt Method according to one aspect
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum qualitativen und/oder quantitativen Nachweis von Zielmolekülen in einer zu analysierenden Probe, insbesondere unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Systems, umfassend:A further aspect of the invention relates to a method for qualitatively and / or quantitatively detecting target molecules in a sample to be analyzed, in particular using a system according to the invention, comprising:
- einen Probenbereitstellungsschritt, wobei eine zu analysierenden Probe auf zumindest einem Liquidaufnahmebereich auf einem Substrat bereitgestellt wird,a sample providing step, wherein a sample to be analyzed is provided on at least one liquid receiving area on a substrate,
- einen Substrattemperierungsschritt, wobei das Substrat mittels einer Substrattemperierungsvorrichtung temperiert wird, a substrate tempering step, wherein the substrate is tempered by means of a substrate tempering device,
- einen Lichtleiterbündeltemperierungsschritt, wobei zumindest ein Lichtleiter mittels einer Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung temperiert wird,  a Lichtleiterbündeltemperierungsschritt, wherein at least one optical fiber is tempered by means of Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung,
- einen Belichtungsschritt, wobei die zumindest eine zu analysierende Probe mittels einer Lichtleitervorrichtung belichtet wird,  an exposure step, wherein the at least one sample to be analyzed is exposed by means of an optical waveguide device,
- einen Detektionsschritt, wobei von der zu analysierenden Probe ausgehendes Licht mittels der Lichtleitervorrichtung empfangen wird, und  a detection step, wherein light from the sample to be analyzed is received by means of the light guide device, and
- einen Auswertungsschritt, wobei das im Detektionsschritt empfangene Licht zum qualitativen und/oder quantitativen Nachweis der gegebenenfalls in der zu analysierenden Probe vorhandenen Zielmoleküle verwendet wird.  an evaluation step, wherein the light received in the detection step is used for the qualitative and / or quantitative detection of the target molecules optionally present in the sample to be analyzed.
Ein qualitativer Nachweis dient dem Nachweis des Vorhandenseins oder der Abwesenheit von Zielmolekülen, während durch einen quantitativen Nachweis Aussagen über die Anzahl bzw. die Häufigkeit der Zielmoleküle in der beobachteten Probe getroffen werden können. Zielmoleküle können im Rahmen dieser Beschreibung alle anorganischen oder organischen Moleküle sein, die entweder selbst fluoreszierende Eigenschaften haben oder mittels Fluoreszenzfarbstoffen markierbar sind. Der Nachweis fluoreszenzmarkierter Moleküle erfolgt durch den Nachweis des zur Markierung verwendeten Fluoreszenzfarbstoffs. Beispiele für mögliche Zielmoleküle sind Desoxyribonucleinsäure (DNA), Ribonucleinsäure (RNA), Peptid-Nukleinsäure (PNA), Proteine und/oder beliebige andere Metaboliten und Produkte des zellulären Stoffwechsels. Qualitative detection serves to detect the presence or absence of target molecules, while quantitative determination can provide information on the number or frequency of target molecules in the observed sample. In the context of this description, target molecules may be any inorganic or organic molecules which either have fluorescent properties themselves or can be labeled by means of fluorescent dyes. The detection of fluorescently labeled molecules is done by the Detection of the fluorescent dye used for labeling. Examples of possible target molecules are deoxyribonucleic acid (DNA), ribonucleic acid (RNA), peptide nucleic acid (PNA), proteins and / or any other metabolites and products of cellular metabolism.
Im Probenbereitstellungsschritt wird mindestens eine flüssige oder feuchte Probe, welche zu untersuchende Zielmoleküle enthält, auf einem Liquidaufnahmebereich, vorzugsweise auf dem Reaktionsbereich eines Liquidaufnahmebereichs positioniert. Abhängig von der durchzuführenden Analyse können entweder bereits fluoreszierende Proben bereitgestellt werden oder nicht fluoreszierende Proben, welche erst im weiteren Verlauf des Verfahrens, jedoch noch vor dem Detektionsschritt, mittels eines Fluoreszenzfarbstoffs markiert werden. Es ist auch möglich, dass auf einem Substrat sowohl fluoreszierende Proben als auch nicht fluoreszierende Proben bereitgestellt werden. In the sample providing step, at least one liquid or wet sample containing target molecules to be assayed is positioned on a liquid receiving area, preferably on the reaction area of a liquid receiving area. Depending on the analysis to be carried out, it is possible to provide either fluorescence samples or non-fluorescent samples which are labeled with a fluorescent dye only later in the process but before the detection step. It is also possible to provide both fluorescent and non-fluorescent samples on a substrate.
Zur Temperierung des Substrats wird dieses erfindungsgemäß im Substrattemperierungsschritt mit der Substrattemperierungseinrichtung in thermischen Kontakt gebracht und mindestens einmal auf eine gewünschte Temperatur gebracht. Bei der Temperierung kann es sich um eine Abkühlung, eine Erwärmung oder eine konstante Temperaturführung des Substrats handeln. Konstante Temperaturführung bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Substrat derart temperiert wird, dass sich dessen Solltemperatur von dessen Ist-Temperatur innerhalb eines bestimmten Zeitraums um nicht mehr als 5° C, bevorzugt um nicht mehr als 2° C und besonders bevorzugt um nicht mehr als 1 ° C unterscheidet. For tempering the substrate, this is brought into thermal contact with the substrate temperature control device in the substrate tempering step and brought to at least one desired temperature at least once. The temperature control can be a cooling, a heating or a constant temperature control of the substrate. Constant temperature control means in this context that the substrate is heated so that its target temperature of the actual temperature within a certain period of time by not more than 5 ° C, preferably not more than 2 ° C and more preferably not more than 1 ° C is different.
Vor, nach oder zeitgleich mit dem Substrattemperierungsschritt wird der Lichtleiterbündeltemperierungsschritt durchgeführt, wobei die Lichtleiterbündelenden mittels der Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung auf eine konstante oder nacheinander auf mehrere verschiedene gewünschte Temperaturen temperiert werden. Die Lichtleiterbündelenden können in diesem Schritt erwärmt, abgekühlt oder auf konstanter Temperatur gehalten werden. Die Lichtleiterbündelenden können in diesem Schritt mehrmals erwärmt und/oder mehrmals abgekühlt und/oder zwischen Erwärmungs- und/oder Abkühlungsschritten auf konstanter Temperatur gehalten werden. Erfolgt im Substrattemperierungsschritt eine Erwärmung des Substrats, kann beispielsweise auch im Lichtleiterbündeltemperierungsschritt eine Erwärmung der Lichtleiterbündelenden durchgeführt werden. Erfindungsgemäß wird dadurch eine Kondensation verdampfender Probenflüssigkeit auf den Lichtleiterbündelenden und damit eine Beeinträchtigung derer optischer Eigenschaften verringert, insbesondere vermieden. Sofern die erwärmten Lichtleiterbündelenden die Substrattemperatur nicht signifikant durch Abstrahlung von Wärme beeinflussen, können die Lichtleiterbündelenden auch zur Vereinfachung der Verfahrenssteuerung während gegebenenfalls vorhandener Abkühlphasen in einem Substrattemperierungsschritt auf einer über der Substrattemperatur liegenden Temperatur gehalten werden. Before, after or at the same time as the substrate tempering step, the optical fiber bundle tempering step is carried out, wherein the optical fiber bundle ends are tempered by means of the optical fiber bundle fixing device to a constant or sequentially to several different desired temperatures. The optical fiber bundle ends can be heated, cooled or kept at a constant temperature in this step. The fiber optic bundle ends can in this step several times heated and / or cooled several times and / or kept at a constant temperature between heating and / or cooling steps. If the substrate is heated in the substrate tempering step, heating of the fiber bundle ends can also be carried out, for example, in the optical fiber bundle tempering step. According to the invention, a condensation of evaporating sample liquid on the optical fiber bundle ends and thus an impairment of their optical properties is reduced, in particular avoided. If the heated optical fiber bundle ends do not significantly influence the substrate temperature by the emission of heat, the optical fiber bundle ends can also be kept at a temperature above the substrate temperature in a substrate tempering step to simplify process control during any cooling phases that may be present.
Während des Belichtungsschritts wird mittels der Lichtleitervorrichtung Licht aus einer Lichtleiterbündelendfläche auf zumindest eine zu analysierende Probe abgestrahlt. Dies kann einmalig oder mehrmals in beliebigen zeitlichen Intervallen erfolgen. During the exposure step, light is emitted from an optical fiber bundle end face to at least one sample to be analyzed by means of the light guide device. This can be done once or several times at any time interval.
Während und/oder nach dem Belichtungsschritt wird im Detektionsschritt die von der zu analysierenden Probe ausgehende Fluoreszenz mittels mindestens eines Lichtleiterbündels aufgenommen und über die Lichtleitervorrichtung zu mindestens einem Detektor geleitet, der die Art und/oder Intensität der Fluoreszenz als Fluoreszenzinformation detektiert. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens können beliebig viele Detektionsschritte erfolgen, bevorzugt jeweils während eines Belichtungsschritts. Vor und/oder nach einem Belichtungsschritt kann gegebenenfalls auch eine Messung des Hintergrundsignals durchgeführt werden. Dies ist vorteilhaft, um die durch die Belichtung einer Probe induzierte Fluoreszenz exakt quantifizieren zu können. During and / or after the exposure step, the fluorescence emanating from the sample to be analyzed is recorded in the detection step by means of at least one optical fiber bundle and passed via the optical fiber device to at least one detector which detects the type and / or intensity of the fluorescence as fluorescence information. In the context of the method according to the invention, any number of detection steps can be carried out, preferably in each case during an exposure step. Before and / or after an exposure step, if appropriate, a measurement of the background signal can also be carried out. This is advantageous in order to be able to exactly quantify the fluorescence induced by the exposure of a sample.
Die im Detektionsschritt am Detektor empfangenen Fluoreszenzinformationen dienen im Auswertungsschritt zum qualitativen und/oder quantitativen Nachweis der untersuchten Zielmoleküle. Sie können direkt am Detektor visuell ausgelesen werden. Alternativ oder zusätzlich wird eine an den Detektor angeschlossene Datenverarbeitungsanlage zu deren Weiterleitung, Speicherung und/oder Auswertung verwendet. Im Laufe des Verfahrens können beliebig viele Auswertungsschritte durchgeführt werden. Insbesondere kann als letzter Schritt des Verfahrens ein Auswertungsschritt durchgeführt werden. The fluorescence information received at the detector in the detection step is used in the evaluation step for the qualitative and / or quantitative detection of the investigated target molecules. They can be read out visually directly at the detector. Alternatively or additionally, one connected to the detector Data processing system used for their forwarding, storage and / or evaluation. In the course of the procedure any number of evaluation steps can be carried out. In particular, an evaluation step can be carried out as the last step of the method.
Ausführunqsvarianten des Verfahrens Ausführunqsvarianten the method
Gemäß einer Ausführungsvariante des Verfahrens umfasst der Probenbereitstellungsschritt das Aufbringen der zu analysierenden Probe auf den Reaktionsbereich des Liquidaufnahmebereichs und das Aufbringen einer Schutzflüssigkeit auf den Liquidaufnahmebereich. According to an embodiment of the method, the sample providing step comprises applying the sample to be analyzed to the reaction area of the liquid receiving area and applying a protective liquid to the liquid receiving area.
Bevorzugt wird zunächst die Probe auf den Reaktionsbereich und anschließend die Schutzflüssigkeit auf den den Reaktionsbereich umgebenden Liquidaufnahmebereich aufbracht. Die Schutzflüssigkeit ist vorzugsweise ein die Verdunstung der zu analysierenden Probe hemmendes Liquid, beispielsweise eine ölhaltige Flüssigkeit. Vorteilhafterweise verhindert oder reduziert die Schutzflüssigkeit ein Verdampfen einer darunterliegenden wässrigen Probe und/oder Reaktionsflüssigkeit. Preferably, first the sample is applied to the reaction area and then the protective liquid is applied to the liquid receiving area surrounding the reaction area. The protective liquid is preferably a liquid which inhibits the evaporation of the sample to be analyzed, for example an oil-containing liquid. Advantageously, the protective liquid prevents or reduces vaporization of an underlying aqueous sample and / or reaction liquid.
Gemäß einer Ausgestaltung umfasst das Verfahren einen Detektortemperierungsschritt, bei dem zumindest ein Detektor der Lichtleitervorrichtung temperiert wird und die Temperatur des Detektors im Wesentlichen konstant gehalten wird. According to one embodiment, the method comprises a detector temperature control step in which at least one detector of the optical waveguide device is temperature-controlled and the temperature of the detector is kept essentially constant.
Der Detektor wird mittels eines geeigneten Temperierungselements bevorzugt zu Beginn des Verfahrens mittels einer Detektortemperierungseinrichtung auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt oder abgekühlt und während des restlichen Verfahrens auf in etwa dieser Temperatur gehalten. Eine konstante Temperatur des Detektors hat den Vorteil, dass Detektor-temperaturbedingte Messfehler und/oder Messfehler aufgrund Temperaturdrifteffekten im Detektor vermieden bzw. verringert werden können. Geeignete Detektortemperaturen liegen allgemein in einem Bereich von 15° C bis 35° C. Besonders bevorzugt wird eine Einstellung der Detektortemperatur im Bereich der Raumtemperatur. The detector is preferably heated or cooled by means of a suitable tempering element at the beginning of the process by means of a Detektoremperemperierungseinrichtung to a predetermined temperature and maintained at about this temperature during the remaining process. A constant temperature of the detector has the advantage that detector-temperature-related measurement errors and / or measurement errors due to temperature drift effects in the detector can be avoided or reduced. Suitable detector temperatures are generally in a range of 15 ° C to 35 ° C. Particularly preferred is a setting of Detector temperature in the range of room temperature.
Die Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung wird gemäß einer Ausführungsvariante des Verfahrens auf eine Temperatur zwischen 50° C bis 1 10° C, bevorzugt zwischen 60° C bis 80° C, besonders bevorzugt auf 70° C temperiert. The optical fiber bundle fixing device is tempered according to an embodiment of the method to a temperature between 50 ° C to 1 10 ° C, preferably between 60 ° C to 80 ° C, more preferably at 70 ° C.
Vorzugsweise werden die Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung und die Substrattemperierungseinrichtung zeitlich synchron auf annähernd gleiche Temperaturen eingestellt, so dass sich die Temperaturen des Substrats und der probenseitigen Lichtleiterbündelenden dauerhaft um weniger als etwa 20° C, bevorzugt um weniger als etwa 10° C, besonders bevorzugt um etwa 5° C voneinander unterscheiden. Zur Vereinfachung der Steuerung der Vorrichtung können die Lichtleiterbündelenden auf eine konstante Temperatur eingestellt werden, die bevorzugt höher ist, als die mittlere Temperatur des Substrats. Diese Temperatur wird vorzugsweise eingestellt, bevor das Substrat mittels der Substrattemperierungseinrichtung temperiert wird. Preferably, the Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung and the substrate temperature control are synchronously adjusted in time to approximately the same temperatures, so that the temperatures of the substrate and the sample-side Lichtleiterbündelenden permanently by less than about 20 ° C, preferably less than about 10 ° C, more preferably about 5 ° C different from each other. To simplify the control of the device, the optical fiber bundle ends may be adjusted to a constant temperature, which is preferably higher than the average temperature of the substrate. This temperature is preferably adjusted before the substrate is tempered by means of the substrate temperature control device.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens umfasst der Substrattemperierungsschritt zumindest einen Temperierungszyklus mit zumindest einem Auf heiz- und/oder zumindest einem Abkühlvorgang. In one embodiment of the method, the substrate tempering step comprises at least one tempering cycle with at least one heating and / or at least one cooling process.
Derartige Temperierungszyklen sind bei bestimmten Verfahrensführungen wie zum Beispiel bei der Durchführung einer PCR besonders vorteilhaft. Soll eine auf dem Substrat positionierte Probe beispielsweise einer PCR unterzogen werden, so kann das Substrat zunächst beispielsweise auf 95° C aufgeheizt werden und anschließend in mehreren Temperierungs-Zyklen temperiert werden. Jeder Temperierungszyklus umfasst beispielsweise eine geeignete Primeranlagerungstemperatur, eine geeignete Kettenverlängerungstemperatur und eine geeignete Denaturierungstemperatur, welche je nach Experiment z.B. im Bereich von entsprechend etwa 30° C bis 70° C (Primeranlagerung) bzw. etwa 50° C bis 75° C (Kettenverlängerung) bzw. etwa 85° C bis 100° C (Denaturierung) liegen können. Bevorzugt wird durch die Lichtleitervorrichtung jeweils genau ein Liquidaufnahmebereich oder ein in einem Liquidaufnahmebereich enthaltener Reaktionsbereich durch genau eine Lichtquelle belichtet. Such Temperierungszyklen are particularly advantageous in certain procedures such as when performing a PCR. If a sample positioned on the substrate is to be subjected to a PCR, for example, the substrate may first be heated to 95 ° C., for example, and then tempered in several tempering cycles. Each tempering cycle includes, for example, a suitable primer annealing temperature, a suitable chain extension temperature, and a suitable denaturation temperature which, depending on the experiment, for example in the range of about 30 ° C to 70 ° C (primer annealing) or about 50 ° C to 75 ° C (chain extension) or may be about 85 ° C to 100 ° C (denaturation). In each case, precisely one liquid receiving region or one reaction region contained in a liquid receiving region is exposed by exactly one light source by the optical waveguide device.
Weiterhin vorzugsweise können auch mehrere Liquidaufnahmebereiche gleichzeitig durch eine Lichtquelle belichtet werden und/oder mehr als eine Lichtquelle einen Liquidaufnahmebereich oder dessen Reaktionsbereich belichten. Auf diese Weise können beispielsweise im Raster auf einem Substrat angeordnete Proben zeilen- oder spaltenweise oder in beliebigen anderen Gruppen zeitgleich belichtet werden. Ebenso ist es mittels einer derartigen Lichtleitervorrichtung möglich, dass von mehreren Lichtquellen ausgehendes Licht unterschiedlicher Wellenlänge zeitgleich auf eine einzelne Probe gelenkt wird. Furthermore, preferably, a plurality of liquid receiving regions can be exposed simultaneously by a light source and / or more than one light source can expose a liquid receiving region or its reaction region. In this way, for example, in the grid arranged on a substrate samples can be exposed line by line or column by column or in any other groups at the same time. Likewise, it is possible by means of such an optical waveguide device that light emitted by a plurality of light sources of different wavelengths is simultaneously directed to a single sample.
Die von den zu analysierenden Probe in mehreren Liquidaufnahmebereichen bzw. Reaktionsbereichen ausgehende Fluoreszenz kann mit jeweils einem separaten Detektor detektiert werden. In einer Ausführungsvariante wird die Fluoreszenz von zwei oder mehr Liquidaufnahmebereichen bzw. Reaktionsbereichen von demselben Detektor empfangen bzw. detektiert. Es sind auch Ausführungsvarianten möglich, bei denen Licht von genau einem Liquidaufnahmebereich oder Reaktionsbereich von zwei oder mehr Detektoren empfangen werden. The fluorescence emanating from the sample to be analyzed in several liquid receiving areas or reaction areas can be detected, each with a separate detector. In one embodiment, the fluorescence of two or more liquid receiving areas or reaction areas is received or detected by the same detector. Embodiments are also possible in which light is received by exactly one liquid pickup area or reaction area of two or more detectors.
Computerproqrammprodukt gemäß einem Aspekt Computer program product according to one aspect
Ein Aspekt betrifft ein Computerprogrammprodukt, umfassend computerinterpretierbare Anweisungen, gespeichert auf einem computerlesbaren Medium und/oder oder als computerlesbarer Datenstrom verwirklicht, welche, wenn geladen in den Speicher eines Computers und ausgeführt von einem Computer bewirken, dass der Computer das erfindungsgemäße Verfahren durchführt. One aspect relates to a computer program product comprising computer-interpretable instructions stored on a computer-readable medium and / or as a computer readable data stream which, when loaded into the memory of a computer and executed by a computer, cause the computer to perform the method of the invention.
Zur Steuerung der erfindungsgemäßen Verfahrens werden die computerinterpretierbaren Anweisungen bzw. Befehle in den Speicher der Lichtleitervorrichtung oder einer angeschlossenen Datenverarbeitungsanlage, beispielsweise eines Computers, geladen und darin zur Ausführung gebracht. Ein Computerprogrammprodukte kann auf einem Datenträger, z.B. einem optischen Datenträger, wie einer CD, DVD, einem magnetischen Datenspeicher, wie z.B. einer Festplatte, einem Halbleiterspeicher, einem magneto-optischen Speicher, usw. gespeichert werden oder als für eine Datenverarbeitungsanlage interpretierbarer Datenstrom bereitgestellt werden. In order to control the method according to the invention, the computer-interpretable instructions or commands are stored in the memory of the optical waveguide device or a connected data processing system, for example, a computer, loaded and executed therein. A computer program product may be stored on a data carrier, eg an optical data carrier, such as a CD, DVD, a magnetic data storage, such as a hard disk, a semiconductor memory, a magneto-optical storage, etc., or provided as a data stream interpretable for a data processing system.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Aspekte und Ausführungsformen bzw. Ausführungsvarianten beschränkt. Vielmehr können Einzelmerkmale einer oder mehrerer der oben genannten Aspekte und/oder Ausführungsformen bzw. Ausführungsvarianten losgelöst von dem jeweiligen Aspekt und/oder der jeweiligen Ausführungsform bzw. Ausführungsvariante miteinander zu weiteren Aspekten und/oder Ausführungsformen bzw. Ausführungsvarianten kombiniert werden. The present invention is not limited to the above aspects and embodiments. Rather, individual features of one or more of the abovementioned aspects and / or embodiments or variants can be combined with one another to form further aspects and / or embodiments or variants of execution independently of the respective aspect and / or the respective embodiment or variant embodiment.
Beschreibung der Figuren Description of the figures
Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung ist nachfolgend anhand exemplarischer Figuren beschrieben, wobei An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to exemplary figures, wherein
Figur 1 eine Seitenansicht einer Lichtleitervorrichtung zum Abstrahlen und Empfangen von Licht mit beispielhaften Querschnitten der Lichtleiterbündel zeigt, FIG. 1 shows a side view of an optical waveguide device for emitting and receiving light with exemplary cross sections of the optical waveguide bundles,
Figur 2 eine Draufsicht eines sich auf einer Oberfläche befindlichen  Figure 2 is a plan view of one located on a surface
Liquidaufnahmebereichs zeigt,  Liquid intake area shows
Figur 3 eine Seitenansicht des beispielhaften Systems zum Anregen und Messen von Fluoreszenz auf mindestens einem Reaktionsbereich zeigt, und Figur 4 einen Detailausschnitt des Systems aus Figur 3 zeigt.  Figure 3 shows a side view of the exemplary system for exciting and measuring fluorescence on at least one reaction area, and Figure 4 shows a detail of the system of Figure 3.
Figur 1 zeigt eine schematische Seitenansicht der Lichtleitervorrichtung zum Abstrahlen und Empfangen von Licht. Die Lichtleitervorrichtung weist mindestens ein gegabeltes Lichtleiterbündel 10 auf, das in ein Anregungslichtleiterbündel 12 und ein Emissionslichtleiterbündel 14 aufgeteilt ist. Diese gegabelten Lichtleiterbündel 10, können auch als Y-Fasern oder Y-Lichtleiter bezeichnet werden und können beispielsweise aus einzelnen Glasfasern, oder Polymer-optische Fasern, oder einer Mischung aus diesen bestehen. Das eine Anregungslichtleiterbündelende 16 des Anregungslichtleiterbündels 12 ist dabei derart in einer lichtquellenseitigen Fassung 18 fixiert, dass dem Anregungslichtleiterbündelende 16 entlang der optischen Achse je ein Anregungslichtfrequenzfilter 20, ein Lichtfokussierungselement 22, und eine Lichtquelle 24, zugeordnet ist. Der Anregungslichtfrequenzfilter 20, kann beispielsweise einen Frequenzfilter oder/und einen Bandpassfilter umfassen. Das Lichtfokussierungselement 22, kann beispielsweise eine optische Linse aus Glas oder transparentem Polymer oder ein innenverspiegelter Hohlkanal sein. Die Lichtquelle 24 kann beispielsweise ein Laser bzw. eine Laserdiode, eine LED, eine Glühlampe, ein Gasentladungslampe sein. In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann beispielsweise auch eine Lichtquelle mit einfarbigem Licht verwendet werden, um den Einsatz von Anregungslichtfrequenzfiltern zu vermeiden. Der dargestellte Querschnitt 26 des Anregungslichtleiterbündelendes 16. zusammen mit der Fassung 18 hat dabei einen Durchmesser von einigen hundert Mikrometern bis zu wenigen Millimetern, beispielsweise von 100 Mikrometer bis 5 Millimeter, bevorzugt von 500 Mikrometer bis 3 Millimeter, besonders bevorzugt 2 Millimeter Figure 1 shows a schematic side view of the light guide device for emitting and receiving light. The optical waveguide device has at least one forked optical fiber bundle 10, which is divided into an excitation optical fiber bundle 12 and an emission optical fiber bundle 14. These forked optical fiber bundles 10, may also be referred to as Y-fibers or Y-fibers, and may for example consist of individual glass fibers, or polymer-optical fibers, or a mixture of these. The one excitation light guide bundle end 16 of the excitation light guide bundle 12 is fixed in a light source side mount 18 such that the excitation light guide bundle end 16 along the optical axis each an excitation light frequency filter 20, a Lichtfokussierungselement 22, and a light source 24 is assigned. The excitation light frequency filter 20, may for example comprise a frequency filter and / or a bandpass filter. The light focusing element 22 may, for example, be an optical lens made of glass or transparent polymer or an internally mirrored hollow channel. The light source 24 may be, for example, a laser or a laser diode, an LED, an incandescent lamp, a gas discharge lamp. In one embodiment, not shown, for example, a light source with monochrome light can be used to avoid the use of excitation light frequency filters. The illustrated cross-section 26 of the excitation fiber bundle end 16 together with the frame 18 has a diameter of a few hundred microns to a few millimeters, for example from 100 microns to 5 millimeters, preferably from 500 microns to 3 millimeters, more preferably 2 millimeters
Gemäß der dargestellten Ausführungsform ist das andere Anregungslichtleiterbündelende 28 des Anregungslichtleiterbündels 12 zusammen mit dem einen Emissionslichtleiterbündelende des Emissionslichtleiterbündels 14 so in einer probenseitigen Fassung 30 fixiert, dass diese Fassung 30 in einer Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung 32 angeordnet werden kann. In einer weiteren Ausführungsform kann die Lichtleitervorrichtung zwei oder mehr Lichtleiterbündel 10 umfassen (hier nicht dargestellt), wobei diese jeweils gemäß der obigen Ausführungen in einer entsprechenden Fassung 30 fixiert sind. Vorzugsweise ist die Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung 32 aus einem wärmeleitenden Material hergestellt, beispielsweise Metall, bevorzugt aus Aluminium oder einem anderen Leichtmetall. In einer Ausführungsform sind in dier Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung 32 mehrere Bohrungen in einem vorgegebenen Raster vorgesehen, die gerade groß genug sind, um jeweils eine der zwei oder mehr Fassungen 30 aufnehmen zu können. Die Fassung 30 und die Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung 32 können aber auch beispielsweise aus einem Stück hergestellt sein. Ebenso können beispielsweise die Lichtleiter auch ohne Fassung 30 direkt in der Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung 32 fixiert werden. Der dargestellte Querschnitt 34 eines probenseitigen Lichtleiterbündelendes 28 in der Fassung 30 zeigt eine homogene Verteilung der einzelnen Lichtleiter aus je einem Anregungs- und einem Emissionslichtleiterbündel 12,14 und hat einen Durchmesser von einigen hundert Mikrometern bis zu wenigen Millimetern, beispielsweise von 200 Mikrometer bis 5 Millimeter, bevorzugt von 1 Millimeter bis 3 Millimeter, besonders bevorzugt 2,5 Millimeter. According to the illustrated embodiment, the other excitation fiber bundle end 28 of the excitation optical fiber bundle 12 is fixed together with the one emission fiber bundle end of the emission optical fiber bundle 14 in a sample-side socket 30, that this socket 30 can be arranged in a Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung 32. In a further embodiment, the optical waveguide device may comprise two or more optical fiber bundles 10 (not shown here), wherein these are respectively fixed in a corresponding socket 30 according to the above statements. Preferably, the Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung 32 is made of a thermally conductive material, for example metal, preferably made of aluminum or another light metal. In an embodiment, in the optical fiber fixing device 32, a plurality of holes are provided in a predetermined pattern, which are just large enough to each one of the two or more Sockets 30 record. However, the socket 30 and the Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung 32 may also be made for example in one piece. Likewise, for example, the optical fibers can be fixed directly in the Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung 32 without socket 30. The illustrated cross-section 34 of a sample-side optical fiber bundle end 28 in the socket 30 shows a homogeneous distribution of the individual optical fibers from one excitation and one emission optical fiber bundles 12,14 and has a diameter of a few hundred microns to a few millimeters, for example from 200 microns to 5 millimeters , preferably from 1 millimeter to 3 millimeters, more preferably 2.5 millimeters.
In der hier dargestellten Ausführungsform stehen Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung 32, sowie probenseitige Fassung 30 und das darin fixierte probenseitige Lichtleiterbündelende 28 in thermischen Kontakt. Die Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung 32 umfasst mindestens eine probenseitige Heizvorrichtung 36, vorzugsweise ein elektrisch betriebenes Heizelement, z.B. ein Peltier-Element oder ein Widerstandsheizelement. Es sind aber auch andere Heizelemente denkbar, beispielsweise basierend auf vortemperierten Fluiden. Mittels der probenseitigen Heizelemente 36 können dieIn the embodiment illustrated here, optical fiber bundle fixing device 32, as well as sample-side socket 30 and the specimen-side optical fiber bundle end 28 fixed therein are in thermal contact. The optical fiber fixing device 32 comprises at least one sample-side heating device 36, preferably an electrically operated heating element, e.g. a Peltier element or a resistance heating element. However, other heating elements are also conceivable, for example based on pre-tempered fluids. By means of the sample-side heating elements 36, the
Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung 32, gegebenenfalls vorhandene probenseitige Fassungen 30 und die probenseitigen Lichtleiterbündelenden 28 temperiert werden. Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung 32, optionally present sample-side sockets 30 and the sample-side optical fiber bundle ends 28 are tempered.
Im detektorseitigen Emissionslichtleiterbündelende 38 sind in der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform sämtliche Emissionslichtleiterbündel 14 der Lichtleiterbündel 10 der Vorrichtung aller in einer detektorseitigen Fassung 40 fixiert. Diese Ausführungsform weist also nur ein detektorseitiges Emissionslichtleiterbündelende 38 auf, das einem Detektor 44 zugeordnet ist. In der dargestellten Ausführungsform ist ebenfalls zwischen dem Emissionslichtleiterbündelende 38 und dem Detektor 44 ein Emissionlichtfrequenzfilter 42 angeordnet. Als Detektor 44 kommt beispielsweise eine sensitive Photodiode oder ein CCD, bzw. CMOS Sensor in Frage. Der Detektor 44 kann in der hier dargestellten Ausführungsform ebenfalls temperiert werden, um thermische Störsignale im Messsignal zu vermeiden. Dazu ist ein detektorseitiges Temperierungselement 46 in räumlicher Nähe zum Detektor angeordnet, um den Detektor auf konstanter Temperatur halten zu können. Das detektorseitige Temperierungselement 46 kann beispielsweise ein Peltier-Element sein. Prinzipiell kann das Temperierungselement 46 auch aus einer Kombination eines beliebigen Heizelements, z.B. einer Widerstandsheizung, und eines beliebigen Kühlelements, z.B. einem Lüfters bestehen. Der dargestellte Querschnitt 48 der Emissionslichtleiterbündelenden 38 in der detektorseitigen Fassung 40 hat einen Durchmesser von einigen Millimetern bis zu wenigen Zentimetern, beispielsweise von 1 Millimeter bis 2 Zentimeter, bevorzugt von 5 Millimetern bis 1 ,5 Zentimeter, besonders bevorzugt etwa 10 Millimeter. In the detector-side emission optical fiber bundle end 38, in the embodiment illustrated in FIG. 1, all of the emission optical fiber bundles 14 of the optical fiber bundles 10 of the device are all fixed in a detector-side holder 40. This embodiment therefore has only one detector-side emission optical fiber bundle end 38 which is assigned to a detector 44. In the illustrated embodiment, an emission light frequency filter 42 is also disposed between the emission fiber bundle end 38 and the detector 44. As a detector 44, for example, a sensitive photodiode or a CCD, or CMOS sensor comes into question. The detector 44 can also be tempered in the embodiment shown here in order to to avoid thermal interference in the measurement signal. For this purpose, a detector-side temperature control element 46 is arranged in spatial proximity to the detector in order to be able to hold the detector at a constant temperature. The detector-side temperature control element 46 may be, for example, a Peltier element. In principle, the tempering element 46 can also consist of a combination of any heating element, eg a resistance heater, and any cooling element, eg a fan. The illustrated cross-section 48 of the emission fiber bundle ends 38 in the detector-side frame 40 has a diameter of a few millimeters to a few centimeters, for example from 1 millimeter to 2 centimeters, preferably from 5 millimeters to 1, 5 centimeters, more preferably about 10 millimeters.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf eines sich auf einer Oberfläche eines Substrats 50 befindlichen Liquidaufnahmebereichs 52. Das Substrat kann beispielsweise ein Objektträger aus Glas oder Kunststoff sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann auf dem Substrat auch eine Mehrzahl solcher Liquidaufnahmebereiche 52 in einem vorteilhaften Raster angeordnet sein. Nur ein Beispiel für eine derartige Ausgestaltung des Substrats mit 48 Liquidaufnahmebereichen stellt der von der Firma Beckman Coulter Biomedical GmbH (München, Deutschland) vertriebene AmpliGrid dar. FIG. 2 shows a plan view of a liquid receiving area 52 located on a surface of a substrate 50. The substrate may be, for example, a glass or plastic slide. According to a preferred embodiment, a plurality of such liquid receiving regions 52 may be arranged in an advantageous grid on the substrate. Only one example of such a configuration of the substrate with 48 liquid receiving areas is represented by the AmpliGrid marketed by Beckman Coulter Biomedical GmbH (Munich, Germany).
Der Liquidaufnahmebereich 52 umfasst einen zentralen, im Wesentlichen kreisförmigen hydrophilen Reaktionsbereich 54, dessen Durchmesser in einer vorteilhaften Ausführungsform etwa 1 ,6 mm beträgt. Dieser Reaktionsbereich 54 ist umgeben von einem im Wesentlichen ringförmigen, hydrophoben mittleren Bereich 56 und einem diesen mittleren Bereich umgebenden ringförmigen hydrophilen äußeren Bereich 58. Die diesen äußeren Bereich 58 umgebende Oberfläche des Substrats 50 ist im Wesentlichen hydrophob. The liquid receiving region 52 comprises a central, substantially circular hydrophilic reaction region 54, whose diameter in an advantageous embodiment is approximately 1.6 mm. This reaction region 54 is surrounded by a substantially annular, hydrophobic middle region 56 and an annular hydrophilic outer region 58 surrounding this central region. The surface of the substrate 50 surrounding this outer region 58 is essentially hydrophobic.
Figur 3 zeigt eine schematische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Systems 60 zum Anregen und Messen von Fluoreszenz. Das gemäß einer Ausführungsform dargestellte System 60 zeigt eine in Figur 1 dargestellte Lichtleitervorrichtung 62 zum Abstrahlen und Empfangen von Licht in Verbindung mit einem Substrat 50. Auf dessen Oberfläche befindet sich mindestens ein Liquidaufnahmebereich 52. Mittels zumindest eines Lichteiterbündels 10, das beispielsweise mit einer probenseitigen Fassung 30 der Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung (hier nicht vollständig dargestellt) fixiert ist, kann Licht auf den Liquidaufnahmebereich 52 abgegeben und Licht von diesem empfangen werden. Das Substrat 50 ist in der hier dargestellten Ausführungsform parallel auf einer Substrattemperierungsvorrichtung 64 aufliegend positioniert und befindet sich mit ihr in direktem thermischen Kontakt. Die Substrattemperierungsvorrichtung 64 umfasst mindestens eine Heizvorrichtung 66 und mindestens eine Kühlvorrichtung (hier nicht dargestellt). Als Beispiel für eine Substrattemperierungsvorrichtung kann der von der Firma Beckman Coulter Biomedical GmbH (München, Deutschland) vertriebene AmpliSpeed genannt werden. Mit einem solchen temperierbaren System 60 kann ein erfindungsgemäßes Verfahren zum quantitativen und/oder qualitativen Nachweis von Zielmolekülen in einer zu analysierenden Probe durchgeführt werden. FIG. 3 shows a schematic side view of the system 60 according to the invention for exciting and measuring fluorescence. The system 60 shown in one embodiment shows an optical fiber device 62 shown in FIG Emitting and receiving light in conjunction with a substrate 50. On the surface thereof is at least one liquid receiving area 52. By means of at least one light conductor bundle 10, which is fixed, for example, with a sample-side frame 30 of Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung (not shown here completely), light on the Liquid receiving area 52 is discharged and received light from this. In the embodiment shown here, the substrate 50 is positioned parallel on a substrate tempering device 64 and is in direct thermal contact with it. The substrate temperature control device 64 comprises at least one heating device 66 and at least one cooling device (not shown here). As an example of a substrate temperature control device, the AmpliSpeed marketed by Beckman Coulter Biomedical GmbH (Munich, Germany) may be cited. With such a temperature-controllable system 60, a method according to the invention for the quantitative and / or qualitative detection of target molecules in a sample to be analyzed can be carried out.
Figur 4 zeigt einen Detailausschnitt der in Figur 3 dargestellten Seitenansicht, des Systems 60 zum Anregen und Messen von Fluoreszenz. Gemäß einer Ausführungsform zeigt Figur 4 die geometrische Anordnung eines in einer probenseitigen Fassung 30 fixierten probenseitigen Lichtleiterbündelendes 28 relativ zu dem Reaktionsbereich 54 eines Liquidaufnahmebereichs 52 auf einem Substrat 50. Wie hier beispielhaft dargestellt, wird die Fassung 30 der Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung (hier nicht gezeigt) so positioniert, dass das Lichtleiterbündel 10 mit einem Liquidaufnahmebereich 52 vorteilhafterweise auf derselben optischen Achse 70 liegt. Die Lichtleiterbündelendfläche 68 wird außerdem so oberhalb eines Liquidaufnahmebereichs angeordnet, dass sie einen rechten Winkel mit der optischen Achse 70 bildet. Damit ist gewährleistet, dass von der Lichtleiterbündelendfläche 68 ausgehendes Anregungslicht auf den Liquidaufnahmebereich 52 trifft. Das von einer im Liquidaufnahmebereich positionierten fluoreszierenden Probe emittierte Licht wird an der Lichtleiterbündelendfläche 68 in das Lichtleiterbündel 10 aufgenommen. Die physikalische Beschaffenheit der einzelnen Lichtleiterfasern im Lichtleiterbündel 10 definieren den Abstrahl-, bzw. Akzeptanzwinkel α des Lichtleiterbündels und damit nach allgemein bekannten mathematischen Grundsätzen die ausgeleuchtete Fläche. Der Abstand a zwischen Lichtleiterbündelendflächen 68 und der Oberfläche des Substrats 50 ist also vorteilhafterweise so gewählt, dass die beleuchtete Fläche den Reaktionsbereich 54 vollständig abdeckt. Der Reaktionsbereich 54 hat im hier dargestellten Beispiel einen Durchmesser D, die Lichtleiterbündelendfläche 68 einen Durchmesser d. Daraus ergibt sich also ein Abstand für die Lichtleiterbündelenden zur Oberfläche des Substrats von a = (D-d)/(2*tan(a)). FIG. 4 shows a detail of the side view shown in FIG. 3 of the system 60 for exciting and measuring fluorescence. According to one embodiment, FIG. 4 shows the geometric arrangement of a specimen-side optical fiber bundle end 28 fixed in a sample-side holder 30 relative to the reaction region 54 of a liquid-receiving region 52 on a substrate 50. As shown here by way of example, the holder 30 of the optical fiber-fixing device (not shown here) is positioned in this way in that the optical fiber bundle 10 with a liquid receiving region 52 is advantageously located on the same optical axis 70. The optical fiber bundle end surface 68 is also disposed above a liquid receiving area so as to form a right angle with the optical axis 70. This ensures that excitation light emanating from the optical fiber bundle end face 68 strikes the liquid receiving region 52. The light emitted by a fluorescent sample positioned in the liquid receiving region is received in the optical fiber bundle 10 at the optical fiber bundle end surface 68. The physical nature of the individual optical fibers in the optical fiber bundle 10 define the emission or acceptance angle α of the optical fiber bundle and thus according to generally known mathematical principles the illuminated surface. The distance a between the optical fiber bundle end surfaces 68 and the surface of the substrate 50 is thus advantageously selected so that the illuminated surface completely covers the reaction region 54. In the example shown here, the reaction area 54 has a diameter D, the optical fiber bundle end area 68 has a diameter d. This results in a distance for the optical fiber bundle ends to the surface of the substrate of a = (Dd) / (2 * tan (a)).
Im Wesentlichen ist der Abstand a allerdings größer als die Gesamthöhe der sich im Liquidaufnahmebereich 52 befindlichen Flüssigkeit, also der mit einer hydrophoben Flüssigkeit überschichteten Probe, um einen direkten Kontakt und eine damit verbundene Verschmutzung der Lichtleiterbündelenden zu vermeiden. In essence, however, the distance a is greater than the total height of the liquid present in the liquid receiving region 52, ie the sample which has been overcoated with a hydrophobic liquid, in order to avoid direct contact and associated fouling of the fiber bundle ends.
Liste der Bezuqszeichen: List of labels:
10 Lichtleiterbündel  10 optical fiber bundles
12 Anregungslichtleiterbündel  12 excitation fiber bundles
14 Emissionslichtleiterbündel  14 emission optical fiber bundles
16 Lichtquellenseitiges Anregungslichtleiterbündelende  16 light source side excitation fiber bundle end
18 Lichtquellenseitige Fassung  18 light source-side socket
20 Anregungslichtfrequenzfilter  20 excitation light frequency filter
22 Lichtquellenseitige optische Linse  22 light source side optical lens
24 Lichtquelle 24 light source
6 Querschnitt eines Anregungslichtleiterbündelendes mit Fassung 6 Cross section of an excitation fiber bundle end with socket
8 Probenseitiges Lichtleiterbündelende 8 Sample-side fiber optic bundle end
0 Probenseitige Fassung 0 Sample-side version
2 Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung 2 optical fiber bundle fixing device
4 Querschnitt eines probenseitigen Lichtleiterbündelendes mit Fassung 4 cross section of a sample-side optical fiber bundle end with socket
6 Heizvorrichtung der Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung 6 heating device of the Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung
8 Detektorseitiges Emissionslichtleiterbündelende 8 detector side emission fiber bundle end
0 Detektorseitige Fassung Emissionslichtfrequenzfilter 0 detector-side socket Emission light frequency filter
Detektor detector
Detektor Temperierungselement Detector temperature control element
Querschnitt der Emissionslichtleiterbündelenden mit Fassung Substrat Cross section of the emission optical fiber bundle ends with the substrate frame
Liquidaufnahmebereich Liquid receiving area
Reaktionsbereich reaction region
hydrophober mittlerer Bereich hydrophobic middle area
hydrophiler äußerer Bereich hydrophilic outer region
System zum Anregen und Messen von Fluoreszenz System for exciting and measuring fluorescence
Lichtleitervorrichtung Optical fiber device
Substrattemperierungsvorrichtung Substrattemperierungsvorrichtung
Heizvorrichtung der Substrattemperierungsvorrichtung Lichtleiterbündelendfläche Heating device of the substrate tempering device Lichtleiterbündelendfläche
optische Achse optical axis

Claims

Anmelder: Beckman Coulter Inc. "Lichtleitervorrichtung zum Abstrahlen und Empfangen von Licht, System, Verfahren und Computerprogrammprodukt" i Unser Zeichen: B 3139WO - hy Ansprüche Applicant: Beckman Coulter Inc. "Light-guide device for emitting and receiving light, system, method and computer program product" Our mark: B 3139WO - hy claims
1 . Lichtleitervorrichtung zum Abstrahlen und Empfangen von Licht, insbesondere zur Anregung und Beobachtung von Fluoreszenz, mit 1 . Optical fiber device for emitting and receiving light, in particular for excitation and observation of fluorescence, with
- einer Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung (32) und mit  - A Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung (32) and with
- zumindest einem Lichtleiterbündel (10),  at least one optical fiber bundle (10),
wobei das zumindest eine Lichtleiterbündel mittels der  wherein the at least one optical fiber bundle by means of
Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung fixiert ist und mittels der  Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung is fixed and by means of
Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung heizbar ist.  Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung is heated.
2. Lichtleitervorrichtung nach Anspruch 1 wobei die 2. Optical fiber device according to claim 1 wherein the
Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung (32) zumindest eine Heizvorrichtung (36) umfasst.  Optical fiber bundle fixing device (32) comprises at least one heating device (36).
3. Lichtleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die 3. optical fiber device according to claim 1 or 2, wherein the
Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung (32) an einem Endbereich des zumindest einen Lichtleiterbündels (10) angeordnet ist.  Optical fiber bundle fixing device (32) is arranged at an end region of the at least one optical fiber bundle (10).
4. Lichtleitervorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung (32) als Heizvorrichtung (36) ausgebildet ist. 4. Optical fiber device according to at least one of the preceding claims, wherein the Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung (32) is designed as a heating device (36).
5. Lichtleitervorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Lichtleiterbündel (10) zumindest ein Anregungslichtleiterbündel (12) mit mindestens einem Anregungsiichtleiter und zumindest ein 5. optical fiber device according to at least one of the preceding claims, wherein the at least one optical fiber bundle (10) at least one excitation optical fiber bundle (12) with at least one excitation optical fiber and at least one
Emissionslichtleiterbündel (14) mit mindestens einem Emissionslichtleiter umfasst.  Emission optical fiber bundle (14) with at least one emission light guide comprises.
6. Lichtleitervorrichtung nach Anspruch 5, wobei das zumindest eine Lichtleiterbündel (10) mehr Emissionslichtleiter als Anregungslichtleiter umfasst. 6. optical fiber device according to claim 5, wherein the at least one optical fiber bundle (10) comprises more emission light guide as excitation light guide.
7. Lichtleitervorrichtung nach Anspruch 5 oder 6 mit zumindest einer Lichtquelle (24) und zumindest einem Detektor (44), wobei dem zumindest einen 7. optical fiber device according to claim 5 or 6 with at least one light source (24) and at least one detector (44), wherein the at least one
Anregungslichtleiterbündel (12) zumindest eine Lichtquelle zugeordnet ist und dem zumindest einen Emissionslichtleiterbündel (14) zumindest ein Detektor zugeordnet ist. At least one light source is associated with the excitation light guide bundle (12) and at least one detector is associated with the at least one emission light guide bundle (14).
8. Lichtleitervorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Detektor (44) temperierbar ist. 8. optical fiber device according to claim 7, wherein the detector (44) is temperature-controlled.
9. System zum Anregen und Messen von Fluoreszenz an zumindest einem 9. System for exciting and measuring fluorescence on at least one
Liquidaufnahmebereich (52) mit Liquid intake area (52) with
- einer Lichtleitervorrichtung (62) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, - An optical fiber device (62) according to one of the preceding claims,
- einem Substrat (50), dessen Oberfläche zumindest einen Liquidaufnahmebereich umfasst, und mit - A substrate (50) whose surface comprises at least one liquid receiving area, and with
- einer Substrattemperierungsvorrichtung (64),  a substrate tempering device (64),
wobei das Substrat mittels der Substrattemperierungsvorrichtung temperiert wird und die Lichtleitervorrichtung derart relativ zum Substrat angeordnet ist, dass das zumindest eine Lichtleiterbündel (10) der Lichtleitervorrichtung und das Substrat berührungsfrei sind. wherein the substrate is tempered by means of the substrate temperature control device and the optical waveguide device is arranged relative to the substrate such that the at least one optical fiber bundle (10) of the optical waveguide device and the substrate are non-contacting.
10. System nach Anspruch 9, wobei das zumindest eine durch die 10. The system of claim 9, wherein the at least one of the
Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung (32) fixierte Lichtleiterbündel (10) oberhalb des Substrats (50) endet und der kürzeste Abstand zwischen der Endfläche des zumindest einen Lichtleiterbündels und dem Substrat zwischen 0,1 mm und 20 mm, bevorzugt zwischen 0,5 mm und 10 mm, besonders bevorzugt zwischen 1 mm und 5 mm, und höchst bevorzugt 3 mm beträgt. Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung (32) fixed optical fiber bundles (10) above the substrate (50) ends and the shortest distance between the end face of the at least one optical fiber bundle and the substrate between 0.1 mm and 20 mm, preferably between 0.5 mm and 10 mm, especially preferably between 1 mm and 5 mm, and most preferably 3 mm.
1 1 . System nach Anspruch 9 oder 10, wobei der zumindest eine 1 1. The system of claim 9 or 10, wherein the at least one
Liquidaufnahmebereich (52) einen zentralen, vorzugsweise kreisförmigen hydrophilen Reaktionsbereich (54), einen den Reaktionsbereich umgebenden vorzugsweise ringförmigen hydrophoben mittleren Bereich (56) und einen den mittleren Bereich umgebenden vorzugsweise ringförmigen hydrophilen äußeren Bereich (58) umfasst und wobei der äußere Bereich von einem hydrophoben Bereich umgeben ist. Liquid receiving region (52) comprises a central, preferably circular hydrophilic reaction region (54), a preferably annular hydrophobic central region (56) surrounding the reaction region and a preferably annular hydrophilic outer region (58) surrounding the central region and wherein the outer region is surrounded by a hydrophobic region.
12. System nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , wobei zumindest einem Liquidaufnahmebereich (52) ein durch die Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung (32) fixiertes Lichtleiterbündelende (28) zugeordnet ist, der Liquidaufnahmebereich und die Lichtleiterbündelendfläche (68) des zugeordneten Lichtleiterbündels (10) im Wesentlichen die gleichen Dimensionen aufweisen und der Liquidaufnahmebereich und das zugeordnete Lichtleiterbündel so zueinander ausgerichtet sind, dass aus der Lichtleiterbündelendfläche (68) austretendes Licht auf den zugeordneten 12. The system according to claim 9, wherein at least one liquid receiving region is assigned an optical fiber bundle end fixed by the optical fiber bundle fixing device, the liquid receiving region and the optical fiber bundle end surface of the associated optical fiber bundle Have substantially the same dimensions and the liquid receiving area and the associated optical fiber bundles are aligned with each other so that from the Lichtleiterbündelendfläche (68) emerging light on the associated
Liquidaufnahmebereich trifft. Liquid intake area meets.
13. Verfahren zum qualitativen und/oder quantitativen Nachweis von Zielmolekülen in einer zu analysierenden Probe umfassend: 13. A method for qualitatively and / or quantitatively detecting target molecules in a sample to be analyzed comprising:
- einen Probenbereitstellungsschritt, wobei eine zu analysierenden Probe auf zumindest einem Liquidaufnahmebereich (52) auf einem Substrat bereitgestellt wird, a sample providing step, wherein a sample to be analyzed is provided on at least one liquid receiving area (52) on a substrate,
- einen Substrattemperierungsschritt, wobei das Substrat (50) mittels einer a substrate tempering step, wherein the substrate (50) by means of a
Substrattemperierungsvorrichtung (64) temperiert wird, Temperature control device (64) is tempered,
- einen Lichtleiterbündeltemperierungsschritt, wobei zumindest ein Lichtleiter (10) mittels einer Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung (32) temperiert wird  - A Lichtleiterbündeltemperierungsschritt, wherein at least one optical fiber (10) is tempered by means of Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung (32)
- einen Belichtungsschritt, wobei die zumindest eine zu analysierende Probe mittels einer Lichtleitervorrichtung (62) belichtet wird,  an exposure step, wherein the at least one sample to be analyzed is exposed by means of an optical waveguide device (62),
- einen Detektionsschritt, wobei von der zu analysierenden Probe ausgehendes Licht mittels der Lichtleitervorrichtung empfangen wird,  a detection step, wherein light coming from the sample to be analyzed is received by means of the optical waveguide device,
- einen Auswertungsschritt, wobei das im Detektionsschritt empfangene Licht zum qualitativen und/oder quantitativen Nachweis der gegebenenfalls in der zu  - An evaluation step, wherein the received light in the detection step for the qualitative and / or quantitative detection of optionally in the zu
analysierenden Probe vorhandenen Zielmoleküle verwendet wird. analysis sample is used existing target molecules.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Probenbereitstellungsschritt das 14. The method of claim 13, wherein the sample providing step is the
Aufbringen einer zu analysierenden Probe auf den Reaktionsbereich (54) des Applying a sample to be analyzed on the reaction region (54) of
Liquidaufnahmebereichs (52) sowie das Aufbringen eine Schutzflüssigkeit auf den Liquidaufnahmebereich umfasst. Liquid receiving area (52) and the application of a protective liquid on the liquid receiving area comprises.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, umfassend 15. The method according to claim 13 or 14, comprising
einen Detektortemperierungsschritt, wobei zumindest ein Detektor (44) der a detector tempering step, wherein at least one detector (44) of the
Lichtleitervorrichtung (62) temperiert wird und die Temperatur des Detektors im Wesentlichen konstant gehalten wird. Optical fiber device (62) is heated and the temperature of the detector is kept substantially constant.
16. Verfahren nach Anspruch 13 bis 15, wobei die 16. The method according to claim 13 to 15, wherein the
Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung (32) auf eine Temperatur zwischen 50° C bis 10° C, bevorzugt zwischen 60° C bis 80° C, besonders bevorzugt auf 70° C temperiert wird.  Lichtleiterbündelfixierungsvorrichtung (32) to a temperature between 50 ° C to 10 ° C, preferably between 60 ° C to 80 ° C, more preferably at 70 ° C is tempered.
17. Verfahren nach Anspruch 13 bis 16, wobei der Substrattemperierungsschritt zumindest einen Temperierungszyklus mit zumindest einem Aufheiz- und/oder zumindest einem Abkühlvorgang umfasst. 17. The method according to claim 13 to 16, wherein the substrate tempering step comprises at least one Temperierungszyklus with at least one heating and / or at least one cooling process.
18. Verfahren nach Anspruch 13 bis 17, wobei zwei oder mehr Reaktionsbereiche (54) gleichzeitig durch eine Lichtquelle (24) belichtet werden und/oder zwei oder mehr Lichtquellen einen Reaktionsbe reich belichten. 18. The method of claim 13 to 17, wherein two or more reaction areas (54) are exposed simultaneously by a light source (24) and / or two or more light sources illuminate a Reaktionsbe rich.
19. Verfahren nach Anspruch 13 bis 18, wobei Licht von zwei oder mehr 19. The method of claim 13 to 18, wherein light of two or more
Reaktionsbereichen (54) von demselben Detektor (44) empfangen wird und/oder Licht von genau einem Reaktionsbereich von zwei oder mehr Detektoren empfangen werden. Reaction areas (54) from the same detector (44) is received and / or light from exactly one reaction area of two or more detectors are received.
20. Computerprogrammprodukt, umfassend computerinterpretierbare Anweisungen, welche, wenn geladen in den Speicher eines Computers und ausgeführt von einem Computer bewirken, dass der Computer das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 19 durchführt. A computer program product comprising computer-interpretable instructions which, when loaded into the memory of a computer and executed by a computer, cause the computer to perform the method of any one of claims 13 to 19.
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