WO2012095312A1 - Vorrichtung zur messung von optischen eigenschaften von proben in mikroplatten - Google Patents

Vorrichtung zur messung von optischen eigenschaften von proben in mikroplatten Download PDF

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WO2012095312A1
WO2012095312A1 PCT/EP2012/000117 EP2012000117W WO2012095312A1 WO 2012095312 A1 WO2012095312 A1 WO 2012095312A1 EP 2012000117 W EP2012000117 W EP 2012000117W WO 2012095312 A1 WO2012095312 A1 WO 2012095312A1
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monochromator
light
measuring position
optical
input
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PCT/EP2012/000117
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Fritz Berthold
Wilfried Reuter
Jürgen WULF
Klaus Hafner
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Berthold Technologies Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the invention relates to a device for measuring optical properties of samples in microplates.
  • gauges in biochemical and pharmacological research are so-called multilabel readers. These are used to determine optical properties of samples in microplates, i. H. Plates, usually made of plastic, with 96, 384, or 1536 wells to hold the samples.
  • the spectra to be examined are, depending on the problem, in the entire wavelength range of ultraviolet and visible radiation.
  • the most important fluorescence methods include prompt fluorescence (also known as fluorescence intensity, Fl).
  • Fl fluorescence intensity
  • the fluorescence radiation is almost immediately after the excitation, e.g. in the range of nanoseconds, emitted.
  • FRET fluorescence resonance energy transfer
  • CONFIRMATION COPY E sen either sequentially or simultaneously, in the latter case, two detectors are needed.
  • Time-resolved fluorescence uses fluorophores with a longer cooldown, on the order of 50-500 microseconds.
  • the fluorophores are excited by a short flash of light of about two microseconds, mostly from a xenon flash lamp.
  • the registration of the emitted photons does not typically begin until 50-500 microseconds after the stimulation and ends e.g. 400 microseconds after. This procedure can be repeated a few hundred times during the measurement time provided for the sample.
  • the Time-Resolved-Fluorescence-Energy-Transfer.TRFRET method combines TRF and FRET, i.e. a time-resolved measurement in two wavelength ranges.
  • the sample When measuring the fluorescence polarization, FP, the sample is exposed to polarized light of a specific wavelength and the extent to which the degree of polarization of the emitted fluorescence radiation has changed with respect to that of the excitation radiation is measured.
  • a special method in bioluminescence and chemiluminescence is the bioluminescence resonance energy transfer, BRET, in which the emitted radiation has to be measured in two wavelength ranges.
  • BRET bioluminescence resonance energy transfer
  • the sample is first irradiated for a short time, for example with a laser, then after a short delay, the light emission is measured, in contrast to fluorescence emitted from the sample radiation has a shorter wavelength than the excitation radiation .
  • the sample is normally exposed to light of a specific excitation wavelength via an optical excitation path, thereby producing fluorescent light.
  • the fluorescent light emitted from the sample is optically filtered in an optical emission path and the resulting measured intensities.
  • a multilabel reader therefore requires a wavelength selector both in the excitation path and in the emission path.
  • optical filters and, on the other hand, optical monochromators can serve to select the wavelengths. Both methods are used in the current device technology.
  • monochromators would be preferable because they allow almost any choice of wavelength and transmitted wavelength bandwidth.
  • the object of the invention is to provide a multilabel reader which can only work with monochromators as the only wavelength selectors and with which all the above listed methods can be performed with sufficient sensitivity and accuracy. This object is achieved by a device having the features of claim 1.
  • the device according to the invention has at least one first monochromator with at least one light source, a first transfer optics for transporting the light from the light source into the first monochromator and a second transfer optics for transporting the light emerging from the output of the first monochromator to a first measuring position ,
  • a transport device for microplates serves to bring the samples successively into a measuring position.
  • the first monochromator is arranged such that the light, at least in a first operating mode, extends directly from its output gap, without the interposition of mirrors or optical fibers, in the direction of the first measuring position.
  • the optical path begins with a light source that must be suitable for both absorbance measurements and various types of fluorescence measurements. Depending on the application, this light source should emit both ultraviolet and visible light.
  • Prompt fluorescence is understood to mean that the fluorescence photons are emitted with virtually no delay after excitation (in the nanosecond range).
  • a light source with pulsed light emission is required, such as xenon flash lamps, the z. B. 500 flashes per second of typically 2 psec. Send out duration.
  • a first transfer optics has the task to transport as much light as possible into the entrance slit of the first monochromator.
  • z. B. the light from the source via a first condenser lens and a second focusing lens are focused in the entrance slit of the first monochromator.
  • Other possibilities include the use of an ellipsoid for focusing the application light in the entrance slit or in the combination of a paraboloid with a lens, to which, if necessary, still added a mirror for deflecting the light.
  • the light beam must be very narrow and as free as possible from optical aberrations and scattered light.
  • this is made possible by the fact that no mirrors and no light guides are used at least in an operating mode between the output of the first monochromator and the first measuring position. Both optical components would namely generate scattered radiation.
  • optical fibers produce undesired afterglow while mirrors alter the polarization of the light and are therefore detrimental in the measurement of fluorescence polarization.
  • Optical fibers should be avoided in some types of measurements in the entire excitation path from the light source to the first measurement position, because they can emit light when exposed to pulsed light and thus interfere with TRF and TR-FRET measurements.
  • the excitation light beam should not exceed a diameter of 2 mm in the first measuring position
  • the first monochromator In the arrangement customary with microplate measuring devices, the first monochromator must preferably be positioned such that the light from the output of the first monochromator runs in such an operating mode practically perpendicularly downwards in the direction of the first measuring position.
  • the second transfer optics can consist of a single lens, which focuses the light from the output slit of the first monochromator to the region of the first measurement position.
  • An advantageous embodiment of the second transfer optics has two lenses. The first is about the distance of its focal length from the output gap, so that an approximately parallel light beam is generated. Above the sample is then a second lens, which focuses the light on the area of the first measuring position.
  • both the focus and the depth of field can be varied.
  • a detector arranged behind the output of a second monochromator usually a photomultiplier, is usually provided.
  • the supply of the emission light to the second monochromator via a third transfer optics.
  • This third transfer optic exhibits in usually a mirror, which supplies the emission light directly, via lenses and / or a first optical fiber to the entrance slit of the second monochromator.
  • a light detector usually a photodiode, may be located, but a photomultiplier would also be possible. If a sample is then located in the well of a microplate with a transparent bottom in the first measuring position, then the optical density can be determined. Thus, a system for determining the optical density with only one monochromator would already be functional.
  • a second optical fiber which receives the light emerging from the first monochromator, z. B. by means of a folding mirror, which can be pivoted between the second grid and the exit slit, and directs the light in this light guide, the other end ends upwards below the first measuring position.
  • a first slider may also be present, which holds the inlet end of the second optical waveguide and can bring it in front of the outlet of the first monochromator.
  • a well with transparent bottom is irradiated from below, optionally via one or two lenses, and the light emerging above is supplied via the third transfer optic to the second monochromator with the detector.
  • the wavelength selection must only be made in one of the two monochromators, the other one can be set to "pass" (zero-order setting), or the same wavelength can be set for both monochromators.
  • the excitation light can be focused in the first transfer optics on a light guide, which then also ends below the first measurement position.
  • the first monochromator is bypassed in this case and the wavelength selection takes place in the second monochromator.
  • the situation is different with fluorescence measurements.
  • the sample acts like a secondary light source.
  • the third transfer optics brings the fluorescent light emitted by the sample to the input of the second monochromator, although reflected and scattered excitation light as interfering signal still occurs. The task of the third transfer optics becomes easier the more intense and narrow the excitation light beam is.
  • the transfer optics 3 can be designed in several alternatives. The most important are:
  • the fluorescence radiation emitted by the sample initially strikes a plane mirror, which is oriented such that the emission light is mirrored laterally in the direction of the entrance slit of the second monochromator. Thereafter, one or more (two) lenses focus the emission light onto the entrance slit of the second monochromator.
  • the upwardly directed emission light strikes a portion of an internally mirrored ellipsoid of revolution, one focal point of which lies in the region of the first measuring position, the other in the region of the entrance slit of the second monochromator,
  • the light emitted upwards first strikes a part of a rotation paraboloid whose axis is inclined with respect to the vertical. After that, the light hits a lens and is focused on the entrance slit of the second monochromator.
  • the emission light can be focused on the beginning of the first optical fiber mentioned above instead of the entrance slit of the second monochromator.
  • the other end is then in the position of the entrance slit of the second monochromator.
  • the fang of the light guide have a round cross section, while the end is adapted to the cross section of the entrance slit of the second monochromator and z.
  • B. may be rectangular.
  • To measure the fluorescence polarization can in the excitation beam (second transfer optics), z.
  • polarizing filters of different polarization directions are introduced.
  • For this purpose serves z.
  • a corresponding filter wheel (or filter slide) can be positioned in the emission path (third transfer optics).
  • the first lens may produce approximately parallel light, while the second lens focuses on the input area of the input slit of the second monochromator (or the beginning of the first optical fiber).
  • the polarizing filters can be positioned in the area between the two lenses. In this case, a certain depolarization on the plane mirror is accepted, but one gains mechanical flexibility in order to arrange a filter wheel or a filter slide.
  • the polarization filters are located in the emission path between sample and mirror or reflection body. This has the advantage that the light first strikes the polarizing filter and only afterwards on reflective surfaces, so that the disturbing polarization change of the emitted light caused by the mirror can be avoided. In some applications it is necessary to take fluorescence measurements from below. For this purpose, microplates with transparent bottom must be used.
  • a preferred method provides that even within the monochromator 1, just above the exit slit, by a tilting mirror on the light a second exit position can be steered. There it is focused on the input of an excitation light guide, namely the second light guide, which directs the light from below to a second measurement position.
  • a first slide can also be used here, with which the input of the second light guide can be brought before the exit slit of the first monochromator.
  • one or two lenses for focusing the light on the measuring position are advantageously used to produce a narrow bundle with reduced stray light.
  • the use of optical fibers is advantageous here because the exciting light can be brought to the measuring position in the simplest way.
  • the excitation light guide (second light guide) and the focusing lenses, which direct the light from below to the sample, are surrounded annularly by fibers of an emission light guide (third light guide).
  • the emission light guide On its output side, the emission light guide is adapted in its cross section to the entrance slit of the second monochromator.
  • the emission light guide couples into the second monochromator via a second alternative input slit, which in turn is selectable via a tilt mirror. This arrangement achieves optimum sensitivity.
  • the coupling can also take place via a slide.
  • all types of measurement can be performed in the same measuring position, in the hitherto designated as the first measuring position.
  • the monochromator 1 is equipped with two starting positions or columns.
  • primary output gap can, for.
  • the light are focused in the input cross-section of a light guide, wherein the primary exit slit is optically shielded.
  • This light guide the excitation light guide (second light guide)
  • the use of a slide is also possible here. It is surrounded by a wreath of fiber optic fibers, which are combined on the way to the other end to form a fiber bundle (emission light guide - third light guide).
  • This bundle ends, z. B. with the desired rectangular cross section, in a second inlet opening of the second monochromator.
  • a suitable device for. B a tilting mirror, one or the other entrance slit can be opened, while the other is closed light-tight.
  • the measurement of the fluorescence from above is carried out in the usual method, that is, the light emitted by the sample light is passed through a mirror device in the first input of the monochromator 2, while the second input is closed.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of the invention in a first operating mode
  • Figure 2 shows a second embodiment of the invention in a first operating mode
  • FIG. 3 shows a third embodiment of the invention. DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
  • the invention will now be described in more detail with reference to three embodiments of the measuring device according to the invention. All three embodiments have in common that the measuring devices each have at least two operating modes.
  • the measuring device of the first and the third embodiment have two measuring positions, the second embodiment only one.
  • the first or the single measuring position is characterized in that it extends vertically below the outlet opening of the first measuring position.
  • Monochromators is located while a second measuring position in the horizontal direction from the first measuring position is spaced.
  • a first preferred embodiment is a xenon flash lamp with z. 15 watts of power and a flash frequency of 200 per second.
  • the first transfer optics consists of 2 lenses 2 and 3 each with a focal length of 55 mm and a mirror 4 which focuses the light onto the entrance slit 5 of the excitation monochromator 6 (first monochromator).
  • the first monochromator is a double monochromator is used, which reduces the troublesome light scattered a Einzelmonochromators to about 10 "6 and thus allows only sensitive measurements.
  • the double monochromator has a sub- tractive dispersion having the property that the first Partmonochromator 7 decomposes the white input light, while the second partial monochromator 8 improves the spectral purity and produces no further dispersion of the light.
  • the dispersive elements are holographically produced concave gratings, which cause the dispersion in addition to the dispersion.In the preferred arrangement, both gratings are mounted on a common axis three-dimensional arrangement, which also requires two plane deflection mirror.
  • the second grating In the focal point of the second grating is either the exit slit or the entrance surface 9 of an optical fiber bundle, namely the second light guide 23
  • the selection is made by a first slider 10.
  • This slide also contains the upper 11 of two lenses of the second transfer optics, which when selecting the light guide is automatically pushed aside for space reasons.
  • the slide is preferably designed as a linear slide, but in principle may also be a rota- tives element.
  • the second transfer optics is described below:
  • the upper lens 11 can also be displaced vertically, as well as the lower 14, in order to change the position of the focal point in the region of a first measuring position 12.
  • a filter wheel 13 brings one of the two polarizing filters into the beam path, or the beam is transmitted through a free opening in the filter wheel 13.
  • Figure 1 a and 2a show the filter wheel 13 in the plan.
  • Two of the openings carry the two polarization filters 44 (orientation zero degrees) and 45 (orientation 90 degrees), whose polarization directions are perpendicular to each other.
  • the third opening is free.
  • the excitation light is then focused onto the region of the first measuring position 12 by a lower lens 14.
  • the light passes through the sample 15 whose container has a translucent bottom and then strikes a photodiode 16 for measuring the optical density.
  • the measurement takes place either at a predetermined wavelength or by a scan sequence, the absorption spectrum is measured in a desired wavelength range.
  • the third transfer optics are described below:
  • the third transfer optics used in the first embodiment are a part of an internally mirrored ellipsoid of revolution 17 whose one focal point lies in the region of the first measuring position and the other in the region of the entrance slit 18 of the emission monochromator (second monochromator).
  • a free area of the ellipsoid allows the excitation light beam to pass to the sample in the first measurement position.
  • a slider second slider 19 which either releases the gap or brings the end of a third optical fiber 20 into the gap position.
  • the function of this third light guide will be described below.
  • In front of the entrance gap of monochromator 2 is again a filter wheel 21 with polarizing filters as described above.
  • a photomultiplier 22 Behind the output of the emission monochromator (second monochromator) is a photomultiplier 22, which can be operated both as a photon counter and as an integrator.
  • the second optical waveguide 23, the excitation light guide which can be positioned in the output slit of the first monochromator, ends at the other end 24 directed upward, below a second measuring position 25, in order to perform fluorescence measurements from below.
  • Between the end of the second optical fiber 23 and the transparent bottom of the sample container are one or two lenses 26 and 27 which focus the light onto the sample.
  • the excitation light guide with a diameter of typically 1-2 mm and consisting of quartz fibers is surrounded by a ring of optical fibers 28 which receive the emitted fluorescent light. These optical fibers may also be inclined to the optical axis.
  • emission fibers are combined on the way to the second monochromator in a bundle 29, which forms said third optical fiber 20, and terminate in the above-mentioned slider 18 at the entrance of the emission monochromator (second monochromator).
  • the light guide cross section is formed as a rectangle or gap cross-section.
  • the first embodiment of the device according to the invention shown in FIG. 1 can be operated in two operating modes.
  • the first is shown in FIG. 1: Here the measurement takes place at a sample located vertically below the output of the first monochromator in the first measuring position.
  • the light from the first monochromator hits the sample coming from the first monochromator without the interposition of mirrors or optical fibers.
  • Fluorescent light is supplied to the second monochromator via the second transfer optics. Simultaneously or al- Tematively, the transmission can be measured. Measurement of fluorescence from below is not possible in this measurement mode.
  • the two slides 10, 19 are brought into their respective other position and the measurement is performed on a sample in a second measuring position, which is spaced in the horizontal plane from the first measuring position.
  • the emission light is fed to the second monochromator by means of the third light guide, bypassing the third transfer optics. In this second mode of operation, only one measurement of fluorescence from below is possible.
  • a second preferred embodiment uses as transfer optics 1 the combination of a mirrored toroid 30 with a plane mirror 31, which achieves a particularly high light conductance.
  • the excitation light guide (second light guide 32) for the measurement of fluorescence from below starts in the operating mode not shown again at the output of monochromator 1 and ends, upwards, below the now single measuring position 33, which is located vertically below the exit slit of monochromator 1 ,
  • One or two lenses 34 and 35 focus the light onto the sample in this measurement position.
  • the fluorescence measurement from below takes place by arranging around the excitation light guide 36 a ring of emission optical fibers 37 which form the third light guide as a bundle and terminate in the entrance slit of the second monochromator with a rectangular cross section.
  • the absorption measurement takes place here in such a way that the upward-directed light beam from the second light guide 32 first passes through the sample 38 -with the transparent bottom of the container -and then enters the monochromator 2 through the transfer optics 3, as in the fluorescence measurement from above and measured with the photomultiplier 39.
  • the photodiode is therefore no longer needed.
  • the measurement of the fluorescence from above takes place in a first operating mode as in the first embodiment.
  • one of the two monochromators can be set to the desired wavelength, while the other is set to zeroth order, that is, it acts practically like a mirror. In order to achieve a particularly high blocking, it is also possible to set both monochromators to the same wavelength.
  • one or two lenses 46 can improve the focus on the sample or on the exit and entrance of the light guide.
  • the excitation light and the emission light therefore run in the opposite direction through the same light guide.
  • the emission light entering the optical fiber bundle leaves the optical fiber bundle at the input and output and passes from there via the mirrored rotational ellipsoid 17 of the first transfer optical system to the input of the second monochromator.
  • the other (first) measuring mode of this first embodiment corresponds exactly to the first operating mode of the first embodiment shown in FIG.
  • the other components of this embodiment can be designed as in the first, but omitted the two slides and all other light guides.
  • the transfer optics 1 to 3 can also occur in other combinations.
  • reagent injectors can also be installed, which can also inject into the measuring position.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Messung von optischen Eigenschaften von Proben in Mikroplatten vorgeschlagen. Diese Vorrichtung umfasst mindestens einen ersten Monochromator und mindestens eine Lichtquelle, eine ersten Transferoptik für den Transport des Lichtes von der Lichtquelle in den ersten Monochromator, eine zweiten Transferoptik zum Transport des aus dem Ausgang des ersten Monochromators austretenden Lichtes zu einer ersten Messposition und eine Transportvorrichtung für Mikroplatten, welche die Proben sukzessive in eine Messposition bringt. Um eine Möglichkeit zu schaffen, dass nur Monochromatoren als Wellenlängenselektoren eingesetzt werden können und um eine hohe Empfindlichkeit und Genauigkeit zur Verfügung zu stellen, verläuft zumindest in einem Betriebsmodus der Vorrichtung das Licht vom Ausgang des ersten Monochromators zur ersten Messposition in gerader Linie ohne Zwischenschaltung von Spiegeln oder Lichtleitern.

Description

Vorrichtung zur Messung von optischen Eigenschaften von Proben in Mikroplatten
Beschreibung
Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von optischen Eigenschaften von Proben in Mikroplatten.
Einer der wichtigsten Typen von Messgeräten in der biochemischen und pharmakologischen Forschung sind so genannte Multilabel-Reader. Diese dienen zur Bestimmung optischer Eigenschaften von Proben in Mikroplatten, d. h. Platten, normalerweise aus Kunststoff, mit 96, 384, oder 1.536 Vertiefungen zur Aufnahme der Proben.
Die wichtigsten in derartigen Geräten möglichen Messmethoden sind:
1. Lichtabsorption zur Messung der optischen Dichte
2. verschiedene Arten von Fluoreszenzmessungen,
3. Messung von Biolumineszenz und Chemilumineszenz
Die zu untersuchenden Spektren liegen, je nach Problem, im gesamten Wellenlängenbereich von ultravioletter und sichtbarer Strahlung.
Zu den wichtigsten Fluoreszenzmethoden zählt zunächst die prompte Fluoreszenz (auch als Fluorescence Intensity, Fl, bezeichnet). Hier wird die Fluoreszenzstrahlung praktisch unmittelbar nach der Anregung, z.B. im Bereich von Nanosekunden, emittiert.
Beim Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfer (FRET) besteht die messtechnische Aufgabe darin, die Emission jeder Probe in zwei Wellenlängenbereichen zu mes-
BESTÄTIGUNGSKOPI E sen, entweder nacheinander oder gleichzeitig, wobei im letzteren Fall zwei Detektoren benötigt werden.
Bei der zeitaufgelösten Fluoreszenz (Time-Resolved-Fluorescence.TRF) werden Fluorophore mit längerer Abklingzeit verwendet, größenordnungsmäßig 50-500 Mikrosekunden. Die Fluorophore werden durch einen kurzen Lichtblitz von etwa zwei Mikrosekunden, meist aus einer Xenon-Blitzlampe, angeregt. Die Registrierung der emittierten Photonen beginnt erst typisch 50-500 Mikrosekunden nach der Anregung und endet z.B. 400 Mikrosekunden danach. Dieser Ablauf kann während der für die Probe vorgesehenen Messzeit einige hundert mal wiederholt werden.
Die Methode des„Time-Resolved-Fluorescence-Energy-Transfer.TRFRET" kombiniert TRF und FRET, d.h., es erfolgt eine zeitaufgelöste Messung in zwei Wellenlängenbereichen.
Bei der Messung der Fluoreszenzpolarisation, FP, wird die Probe mit polarisiertem Licht einer bestimmten Wellenlänge beaufschlagt und man misst, inwieweit der Polarisationsgrad der emittierten Fluoreszenzstrahlung gegenüber dem der Anre- gungssstrahlung verändert wurde.
Eine spezielle Methode bei der Biolumineszenz und Chemilumineszenz ist der Biolumineszenz-Resonanz-Energie-Transfer, BRET, bei welchem die emittierte Srah- lung in zwei Wellenlängenbereichen gemessen werden muss. Bei der sogenannten Alpha-Screen-Methode wird zunächst die Probe für eine kurze Zeit bestrahlt, z.B. mit einem Laser, sodann wird nach kurzer Verzögerung die Lichtemission gemessen, wobei im Gegensatz zur Fluoreszenz die aus der Probe emittierte Strahlung eine kürzere Wellenlänge hat als die Anregungsstrahlung. Bei der Messung der Fluoreszenz wird normalerweise über einen optischen Anregungspfad die Probe mit Licht einer bestimmten Anregungswellenlänge beaufschlagt und dadurch Fluoreszenzlicht erzeugt. Das aus der Probe emittierte Fluoreszenzlicht wird in einem optischen Emissionspfad optisch gefiltert und die resul- tierenden Intensitäten gemessen. Ein Multilabel-Reader benötigt daher sowohl im Anregungs- als auch im Emissionspfad einen Wellenlängenselektor.
Zur Selektion der Wellenlängen können einerseits optische Filter, andererseits opti- sehe Monochromatoren dienen. Beide Methoden werden in der derzeitigen Gerätetechnik eingesetzt.
Prinzipiell wären Monochromatoren vorzuziehen, weil sie eine fast beliebige Auswahl der Wellenlänge und der durchgelassenen Wellenlängenbandbreite ermögli- chen.
Bei der Ausführung mit Filtern könnte man diese Flexibilität nur mit einer unrealistisch hohen Zahl von Filtern erreichen. Außerdem erlauben nur Monochromatoren eine Scanfunktion, also die Aufnahme von kompletten Absorptions- oder Emissi- onsspektren.
Stand der Technik
Leider können derzeit verfügbare Geräte, welche nur mit Monochromatoren ausge- rüstet sind nicht sämtliche Anforderungen abdecken. Häufig ist die Empfindlichkeit bei Geräten mit optischen Filtern höher, außerdem gibt es insbesondere für spezielle Fluoreszenzmethoden wie TRF und TR-FRET derzeit keine befriedigenden Lösungen bei Verwendung von Monochromatoren. In US 20 0400 469 56 A1 wird ein Fluoreszenzmessgerät für Mikroplatten beschrieben, welches für die Fluoreszenzanregung sowie für die Messung der emittierten Fluoreszenzintensität je einen optischen Monochromator einsetzt. Nachteilig bei diesem System ist, dass Absorption damit nicht gemessen werden kann. Außerdem wird zwischen Ausgang des ersten Monochromators und Probe ein Spiegel zur Umlenkung des Lichtes benutzt, was zur unerwünschten Erzeugung von Streulicht sowie Intensitätsverlusten, zumindest in einigen Bereichen des sichtbaren und ultravioletten Spektrums, führt. ln DE 20 2008 009 859.9 wird ein System beschrieben, bei welchem alternativ Filter oder Monochromatoren zur Wellenlängenselektion benutzt werden. Dabei werden teilweise Lichtleiter eingesetzt. Es hat sich aber gezeigt, dass Lichtleiter häufig zum Nachleuchten neigen, wodurch die Messung der zeitaufgelösten Fluoreszenz (TRF und TR-FRET) erheblich gestört werden kann, vor allem wenn Lichtleiter im Anregungspfad eingesetzt werden.
Gegenstand der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es, einen Multilabel-Reader zur Verfügung zu stellen, welcher nur mit Monochromatoren als einzigen Wellenlängenselektoren arbeiten kann und mit dem alle oben aufgelisteten Verfahren mit ausreichender Empfindlichkeit und Genauigkeiten durchgeführt werden können. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist mindestens einen ersten Monochromator mit mindestens einer Lichtquelle, eine erste Transferoptik für den Transport des Lichtes von der Lichtquelle in den ersten Monochromator und eine zweiten Transferoptik zum Transport des aus dem Ausgang des ersten Monochromators austre- tenden Lichtes zu einer ersten Messposition auf. Eine Transportvorrichtung für Mikroplatten dient dazu, die Proben sukzessive in eine Messposition zu bringen.
Erfindungsgemäß ist der erste Monochromator so angeordnet, dass das Licht zumindest in einem ersten Betriebsmodus von seinem Ausgangsspalt direkt, ohne Zwischenschaltung von Spiegeln oder Lichtleitern, in Richtung zur ersten Messposition verläuft. Der optische Weg beginnt mit einer Lichtquelle, die sowohl für Absorptionsmessungen als auch für verschiedene Arten von Fluoreszenzmessungen geeignet sein muss. Je nach Anwendung soll diese Lichtquelle sowohl ultraviolettes als auch sichtbares Licht emittieren.
Für die so genannte prompte Fluoreszenz sind z. B. Halogenlampen wie auch Xenon-Dauerstrich-Lampen geeignet, welche kontinuierlich Licht emittieren. Unter prompter Fluoreszenz versteht man, dass die Fluoreszenz-Photonen praktisch ohne Verzögerung nach der Anregung (im Bereich von Nanosekunden) emittiert wer- den.
Für die zeitaufgelöste Fluoreszenz ist eine Lichtquelle mit impulsförmiger Lichtemission erforderlich, wie Xenon-Blitzlampen, die z. B. 500 Blitze pro Sekunde von typisch 2 pSek. Dauer aussenden.
Eine erste Transferoptik hat die Aufgabe, möglichst viel Licht in den Eingangsspalt des ersten Monochromators zu transportieren. Hierfür kann z. B. das Licht aus der Quelle über eine erste Kondensorlinse und eine zweiten Fokussierlinse in den Eingangsspalt des ersten Monochromators fokussiert werden. Andere Möglichkeiten bestehen in der Verwendung eines Ellipsoids zur Fokussierung des Anwendungslichts in den Eingangsspalt oder in der Kombination eines Paraboloids mit einer Linse, wozu ggfs. noch ein Spiegel zur Umlenkung des Lichtes hinzukommt. Ferner ist auch die Abbildung der Lichtquelle mit einem toroidalen Spiegel möglich. Zwischen Ausgang des ersten Monochromators und der ersten Messposition liegt die zweite Transferoptik. Diese soll möglichst viel Licht in einem möglichst schmalen Bündel in die erste Messposition leiten. Insbesondere bei Mikroplatten mit kleinem Öffnungsquerschnitt, also bei Platten mit 384 und noch mehr bei Platten mit 1.536 Probenbehältern, muss der Lichtstrahl sehr schmal und möglichst frei von optischen Abbildungsfehlern und Streulicht sein. Dies wird erfindungsgemäß unter anderem dadurch ermöglicht, dass zumindest in einem Betriebsmodus zwischen Ausgang des ersten Monochromators und der ersten Messposition keine Spiegel und keine Lichtleiter eingesetzt werden. Beide optischen Komponenten würden nämlich Streustrahlung erzeugen. Außerdem erzeugen Lichtleiter ein unerwünschtes Nachleuchten, während Spiegel die Polarisation des Lichtes verändern und damit schädlich sind bei der Messung der Fluoreszenzpolarisation. Lichtleiter sollten bei manchen Arten von Messungen im ganzen Anregungspfad also von Lichtquelle bis zur ersten Messposition vermieden werden, weil sie bei Beaufschlagung mit impulsförmigem Licht Nachleuchten können und somit TRF- und TR-FRET-Messungen stören. Der Anregungslichtstrahl sollte in der ersten Messposition einen Durchmesser von 2 mm nicht überschreiten
In der bei Mikroplattenmessgeräten üblichen Anordnung muss der erste Monochromator vorzugsweise so positioniert sein, dass das Licht vom Ausgang des 1. Mo- nochromators in einem solchen Betriebsmodus praktisch senkrecht nach unten in Richtung zur ersten Messposition verläuft.
Die zweite Transferoptik kann aus einer einzigen Linse bestehen, welche das Licht vom Ausgangsspalt des ersten Monochromators auf den Bereich der ersten Mess- position fokussiert. Eine vorteilhafte Ausführung der zweiten Transferoptik weist zwei Linsen auf. Die erste steht etwa im Abstand ihrer Brennweite vom Ausgangsspalt, sodass ein angenähert paralleles Lichtbündel erzeugt wird. Oberhalb der Probe steht dann eine zweite Linse, welche das Licht auf den Bereich der ersten Messposition fokussiert.
Durch vertikales Verschieben der oberen und/oder der unteren Linse können sowohl der Fokus als auch die Schärfentiefe variiert werden.
Zur Messung des Emissionslichtes, also der Fluoreszenz, ist zumeist ein hinter dem Ausgang eines zweiten Monochromators angeordneter Detektor, meist ein Photomultiplier, vorgesehen. Die Zuführung des Emissionslichtes zum zweiten Monochromator erfolgt über eine dritte Transferoptik. Diese dritte Transferoptik weist in der Regel einen Spiegel auf, der das Emissionslicht direkt, über Linsen und/oder über einen ersten Lichtleiter dem Entrittsspalt des zweiten Monochromators zuführt.
Unterhalb der ersten Messposition kann sich ein Lichtdetektor, üblicherweise eine Photodiode, befinden, jedoch wäre auch ein Photomultiplier möglich. Befindet sich dann in der ersten Messposition eine Probe im Näpfchen einer Mikroplatte mit transparentem Boden, so kann die optische Dichte bestimmt werden. Damit wäre ein System zur Bestimmung der optischen Dichte mit nur einem Monochromator bereits funktionsfähig.
Eine weitere Methode zur Messung der Absorption benutzt als Detektor den zur Messung der Fluoreszenz bereits vorhandenen Photomultiplier, so dass die unterhalb der ersten Messposition positionierte Diode entfällt. Hierzu dient ein zweiter Lichtleiter, der das vom ersten Monochromator austretende Licht aufnimmt, z. B. mit Hilfe eines Klappspiegels, welcher zwischen dem zweiten Gitter und dem Austrittsspalt eingeschwenkt werden kann, und das Licht in diesen Lichtleiter lenkt, wobei dessen anderes Ende nach oben gerichtet unterhalb der ersten Messposition endet. Alternativ zum genannten Klappspiegel kann auch ein erster Schieber vorhanden sein, der das Eintrittsende des zweiten Lichtleiters hält und vor den Aus- gang des ersten Monochromators bringen kann. Für eine Absorptionsmessung wird, gegebenenfalls über ein oder zwei Linsen, ein Näpfchen mit transparentem Boden von unten angestrahlt und das oben austretende Licht wird über die dritte Transferoptik dem zweiten Monochromator mit dem Detektor zugeführt. Die Wellenlängenselektion muss bei dieser Anordnung nur in einem der beiden Monochroma- toren vorgenommen werden, der jeweils andere kann auf„Durchgang" (Einstellung auf nullte Ordnung) gestellt werden, oder bei beiden Monochromatoren wird die gleiche Wellenlänge eingestellt.
Als Alternative kann das Anregungslicht schon in der ersten Transferoptik auf einen Lichtleiter fokussiert werden, der dann auch unterhalb der ersten Messposition endet. Der erste Monochromator wird in diesem Fall umgangen und die Wellenlängenselektion erfolgt im zweiten Monochromator. Anders ist die Situation bei Fluoreszenzmessungen. Hier fungiert die Probe nach Beaufschlagung mit Anregungslicht wie eine sekundäre Lichtquelle. In manchen Betriebsmodi bringt die dritte Transferoptik das von der Probe emittierte Fluoreszenzlicht zum Eingang des zweiten Monochromators, wobei allerdings reflektiertes und gestreutes Anregungslicht als Störsignal noch dazu kommt. Die Aufgabe der dritten Transferoptik wird umso leichter, je intensiver und schmaler der Anregungslichtstrahl ist.
Die Transferoptik 3 kann in mehreren Alternativen ausgebildet sein. Die wichtigsten sind:
1.
Die von der Probe emittierte Fluoreszenzstrahlung trifft zunächst auf einen Planspiegel, der so orientiert ist, dass das Emissionslicht seitlich in Richtung auf den Eintrittspalt des zweiten Monochromators gespiegelt wird. Danach fokussieren eine oder mehrere (zwei) Linsen das Emissionslicht auf den Eingangsspalt des zweiten Monochromators.
2.
Das nach oben gerichtete Emissionslicht trifft auf einen Teil eines innen verspiegelten Rotationsellipsoids, dessen einer Brennpunkt im Bereich der ersten Messposition, der andere im Bereich des Eintrittsspalts des zweiten Monochromators liegt,
3.
Das nach oben emittierte Licht trifft zunächst auf einen Teil eines Rotationsparabo- loids, dessen Achse gegenüber der Vertikalen geneigt ist. Danach trifft das Licht auf eine Linse und wird auf den Eintrittsspalt des zweiten Monochromators fokussiert. In Abwandlung der aufgeführten Alternativen kann das Emissionslicht anstatt auf den Eintrittsspalt des zweiten Monochromators auch auf den Anfang des bereits erwähnten ersten Lichtleiters fokussiert werden. Das andere Ende steht dann in der Position des Eingangsspaltes des zweiten Monochromators. Dabei kann der An- fang des Lichtleiters einen runden Querschnitt haben, während das Ende an den Querschnitt es Eintrittsspaltes des zweiten Monochromators angepasst ist und z. B. rechteckig sein kann. Zur Messung der Fluoreszenzpolarisation können im Anregungsstrahl (zweite Transferoptik), z. B. zwischen den beiden Linsen, Polarisationsfilter unterschiedlicher Polarisationsrichtungen eingebracht werden. Hierzu dient z. B. ein Filterrad mit 3 Positionen für Filter orthogonaler Polarisationsrichtungen, sowie eine Position für freien Lichtdurchlass. Durch Drehen des Filterrades kann entweder einer der Pola- risationsfilter in den Strahlengang gebracht werden, oder das Licht durchstrahlt ungehindert die Leerposition.
Ein entsprechendes Filterrad (oder Filterschieber) kann im Emissionspfad (dritte Transferoptik) positioniert sein.
Bei der oben erwähnten Alternative 1 für Transferoptik 3 kann die erste Linse etwa paralleles Licht erzeugen, während die zweite Linse auf den Eingangsbereich des Eingangsspaltes des zweiten Monochromators (oder den Anfang des ersten Lichtleiters) fokussiert. In diesem Falle können die Polarisationsfilter in den Bereich zwi- sehen den beiden Linsen positioniert werden. Hierbei wird eine gewisse Depolarisa- tion am Planspiegel in Kauf genommen, man gewinnt jedoch mechanische Flexibilität, um ein Filterrad oder einen Filterschieber anzuordnen.
Als weitere Möglichkeit ist vorgesehen, dass sich die Polarisationsfilter im Emissi- onspfad zwischen Probe und Spiegel, bzw. Reflexionskörper befinden. Dies hat den Vorteil, dass das Licht zuerst auf das Polarisationsfilter und erst danach auf spiegelnde Flächen trifft, so dass sich die durch den Spiegel verursachte störende Polarisationsänderung des emittierten Lichtes vermeiden lässt. Bei manchen Anwendungen ist es erforderlich, dass Fluoreszenzmessungen von unten erfolgen. Hierfür müssen Mikroplatten mit transparentem Boden verwendet werden. Eine bevorzugte Methode sieht vor, dass schon innerhalb des Monochromators 1 , kurz oberhalb des Austrittsspaltes, durch einen Kippspiegel das Licht auf eine 2. Austrittsposition gelenkt werden kann. Dort wird es auf den Eingang eines Anregungslichtleiters, nämlich des zweiten Lichtleiters, fokussiert, welcher das Licht von unten auf eine zweite Messposition leitet. Alternativ kann auch hier ein erster Schieber eingesetzt werden, mit dem der Eingang des zweiten Lichtleiters vor den Austrittsspalt des ersten Monochromators gebracht werden kann. Auch ein oder zwei Linsen zur Fokussierung des Lichtes auf die Messposition werden vorteilhaft genutzt, um ein schmales Bündel zu erzeugen mit reduziertem Streulicht. Die Verwendung von Lichtleitern ist hier vorteilhaft, weil das anregende Licht auf einfachste Weise zur Messposition gebracht werden kann.
Der Anregungslichtleiter (zweiter Lichtleiter) und die Fokussierlinsen, die das Licht von unten zur Probe leiten, werden ringförmig von Fasern eines Emissionslichtleiters (dritter Lichtleiter) umgeben. An seiner Ausgangsseite wird der Emissionslichtleiter in seinem Querschnitt angepasst an den Eintrittsspalt des zweiten Monoch- romators. Der Emissionslichtleiter koppelt in den zweiten Monochromator über einen zweiten alternativen Eingangsspalt, der wiederum über einen Kippspiegel wählbar ist. Diese Anordnung erzielt optimale Empfindlichkeit. Alternativ kann die Kopplung auch hier über einen Schieber erfolgen. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sämtliche Arten der Messung in derselben Messposition durchgeführt werden können, und zwar in der bisher als erste Messposition bezeichneten.
Dazu wird der Monochromator 1 mit zwei Ausgangspositionen, bzw. Spalten aus- gestattet. Außer dem nach unten auf die erste Messposition weisenden primären Ausgangsspalt kann, z. B. mit Hilfe eines innerhalb des Monochromators befindlichen Klappspiegels, das Licht in den Eingangsquerschnitt eines Lichtleiters fokussiert werden, wobei der primäre Austrittsspalt optisch abgeschirmt wird. Dieser Lichtleiter, der Anregungs-Lichtleiter (zweiter Lichtleiter), endet nach oben gerichtet unterhalb der einzigen Messposition. Alternativ ist auch hier der Einsatz eines Schiebers möglich. Er ist umgeben von einem Kranz von Lichtleiter-Fasern, die auf dem Weg zum anderen Ende zu einem Lichtleiter-Bündel zusammengefasst werden (Emissions- Lichtleiter - dritter Lichtleiter). Dieses Bündel endet, z. B. mit dem gewünschten rechteckigen Querschnitt, in einer zweiten Eintrittsöffnung des 2. Monochromators. Durch eine geeignete Vorrichtung, z. B einen Kippspiegel, kann der eine oder der andere Eintrittsspalt geöffnet werden, während der jeweils andere lichtdicht geschlossen wird.
Zur Messung der Fluoreszenz von oben wird in der üblichen Methode verfahren, das heißt, das von der Probe emittierte Licht wird über eine Spiegelvorrichtung in den ersten Eingang des Monochromator 2 geleitet, während der zweite Eingang geschlossen ist.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die Figuren anhand von zwei Ausführungs- beispielen näher beschrieben. Hierbei zeigen:
Kurzbesch reibunq der Zeichnungen
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem ersten Be- triebsmodus,
Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem ersten Betriebsmodus und
Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Beschreibung bevorzugter Ausführunqsformen
Die Erfindung wird nun anhand von drei Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Messvorrichtung näher beschrieben. Allen drei Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass die Messvorrichtungen jeweils mindestens zwei Betriebsmodi aufweisen. Die Messvorrichtung des ersten und die des dritten Ausführungsbeispiels haben zwei Messpositionen, die des zweiten Ausführungsbeispiels nur eine. Hierbei ist die erste beziehungsweise die einzige Messposition dadurch gekennzeichnet, dass sie sich in vertikaler Richtung unterhalb der Austrittsöffnung des er- sten Monochromators befindet, während eine zweite Messposition in horizontaler Richtung von der ersten Messposition beabstandet ist.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform (Fig. 1) wird als Lichtquelle 1 eine Xenon-Blitzlampe mit z. B. 15 Watt Leistung und einer Blitzfrequenz von 200 pro Sekunde verwendet.
Die erste Transferoptik besteht aus 2 Linsen 2 und 3 mit je 55 mm Brennweite und einem Spiegel 4, der das Licht auf den Eingangsspalt 5 des Anregungsmonochro- mators 6 (erster Monochromator) fokussiert.
Als erster Monochromator wird ein Doppelmonochromator eingesetzt, der das störende Streulicht eines Einzelmonochromators auf etwa 10"6 reduziert und damit erst empfindliche Messungen ermöglicht. Der Doppelmonochromator weist eine sub- traktive Dispersion auf mit der Eigenschaft, dass der erste Teilmonochromator 7 das weiße Eingangslicht zerlegt, während der zweite Teilmonochromator 8 die spektrale Reinheit verbessert und keine weitere Dispersion des Lichtes erzeugt. Die dispersiven Elemente sind holografisch erzeugte Konkavgitter, die neben der Dispersion auch die Fokussierung bewirken. In der bevorzugten Anordnung werden beide Gitter auf einer gemeinsamen Achse montiert. Es entsteht eine dreidimensionale Anordnung, die außerdem zwei plane Umlenkspiegel erfordert.
Im Brennpunkt des zweiten Gitters befindet sich entweder der Austrittsspalt oder die Eintrittsfläche 9 eines Lichtleiterbündels, nämlich des zweiten Lichtleiters 23 Die Auswahl erfolgt durch einen ersten Schieber 10. Dieser Schieber enthält auch die obere 11 von zwei Linsen der zweiten Transferoptik, die bei Anwahl des Lichtleiters aus Platzgründen automatisch zur Seite geschoben wird. Der Schieber ist vorzugsweise als Linearschieber ausgebildet, kann grundsätzlich jedoch auch ein rota- tives Element sein.
Die zweite Transferoptik wird nachfolgend beschrieben: Die obere Linse 11 kann auch ebenso wie die untere 14 vertikal verschoben werden, um die Lage des Brennpunktes im Bereich einer ersten Messposition 12 zu verändern. Unterhalb der oberen Linse bringt ein Filterrad 13 eines der beiden Polarisationsfilter in den Strahlengang, oder der Strahl wird durch eine freie Öffnung im Filterrad 13 durchgelassen.
Figur 1 a bzw. 2a zeigen das Filterrad 13 in der Aufsicht. Zwei der Öffnungen tragen die beiden Polarisationsfilter 44 (Orientierung Null Grad) und 45 (Orientierung 90 Grad), deren Polarisationsrichtungen senkrecht aufeinander stehen. Die dritte Öffnung ist frei.
Das Anregungslicht wird im gezeigten ersten Betriebsmodus dann durch eine unte- re Linse 14 auf den Bereich der ersten Messposition 12 fokussiert.
Bei Absorptionsmessungen durchtritt das Licht die Probe 15, deren Behälter einen lichtdurchlässigen Boden hat und trifft dann auf eine Photodiode 16 zur Messung der optischen Dichte. Die Messung erfolgt entweder bei einer vorgegebenen Wel- lenlänge oder durch einen Scan-Ablauf wird das Absorptionsspektrum in einem gewünschten Wellenlängenbereich gemessen.
Nachfolgend wird die dritte Transferoptik beschrieben: Als dritte Transferoptik dient im ersten Ausführungsbeispiel ein Teil eines innen verspiegelten Rotationsellipsoids 17, dessen einer Brennpunkt im Bereich der ersten Messposition und dessen anderer im Bereich des Eintrittsspaltes 18 des Emissions-Monochromators (zweiter Monochromator) liegt. Ein freier Bereich des Ellipsoids erlaubt dem Anregungslichtstrahl den Durchgang zur Probe in der ersten Messposition. Wie beim Ausgang des ersten Monochromators gibt es beim Eingang des zweiten einen Schieber (zweiter Schieber 19), der entweder den Spalt freigibt oder das Ende eines dritten Lichtleiters 20 in die Spaltposition bringt. Die Funktion dieses dritten Lichtleiters wird unten beschrieben. Vor dem Eingangsspalt von Monochromator 2 befindet sich wiederum ein Filterrad 21 mit Polarisationsfiltern wie oben beschrieben.
Hinter dem Ausgang des Emissions-Monochromators (zweiter Monochromator) befindet sich ein Photomultiplier 22, der sowohl als Photon Counter als auch als Integrator betrieben werden kann.
Der im Ausgangsspalt des ersten Monochromators positionierbare zweite Lichtleiter 23, der Anregungslichtleiter, endet am anderen Ende 24 nach oben gerichtet, un- terhalb einer zweiten Messposition 25, um dort Fluoreszenzmessungen von unten durchzuführen. Zwischen Ende des zweiten Lichtleiters 23 und dem transparenten Boden des Probenbehälters befinden sich eine oder zwei Linsen 26 und 27, die das Licht auf die Probe fokussieren. Der Anregungslichtleiter mit einem Durchmesser von typisch 1-2 mm und aus Quarzfasern bestehend, ist von einem Kranz von Lichtleiterfasern 28 umgeben, welche das emittierte Fluoreszenzlicht aufnehmen. Diese Lichtleiterfasern können auch zur optischen Achse hin geneigt sein. Diese Emissionsfasern werden auf dem Weg zum zweiten Monochromator in ein Bündel 29 zusammengefasst, welches den genannten dritten Lichtleiter 20 bildet, und enden im oben erwähnten Schieber 18 am Eingang des Emissions- Monochromators (zweiter Monochromator). Außerdem wird der Lichtleiterquerschnitt als Rechteck oder Spaltquerschnitt ausgebildet.
Die in Figur 1 gezeigte erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann in zwei Betriebsmodi betrieben werden. Der erste ist in Figur 1 gezeigt: Hier erfolgt die Messung an einer sich in der ersten Messposition vertikal unter dem Ausgang des ersten Monochromators befindenden Probe. Das Licht vom ersten Monochromator trifft ohne Zwischenschaltung von Spiegeln oder Lichtleitern vom ersten Monochromator kommend auf die Probe. Fluoreszenzlicht wird über die zweite Transferoptik dem zweiten Monochromator zugeführt. Gleichzeitig oder al- temativ kann die Transmission gemessen werden. Eine Messung der Fluoreszenz von unten ist in diesem Messmodus nicht möglich.
Beim zweiten Betriebsmodus werden die beiden Schieber 10, 19 in ihre jeweils an- dere Stellung gebracht und die Messung erfolgt an einer Probe in einer zweiten Messposition, welche in der horizontalen Ebene von der ersten Messposition beabstandet ist. Die Zuführung von Anregungslicht erfolgt über den zweiten Lichtleiter 23 unter Umgehung der zweiten Transferoptik von unten. Das Emissionslicht wird mittels des dritten Lichtleiters unter Umgehung der dritten Transferoptik dem zwei- ten Monochromator zugeführt. In diesem zweiten Betriebsmodus ist nur eine Messung der Fluoreszenz von unten möglich.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform (Figur 2) benutzt als Transferoptik 1 die Kombination eines verspiegelten Toroids 30 mit einem Planspiegel 31 , wodurch ein besonders hoher Lichtleitwert erzielt wird.
Bei dieser zweiten Ausführungsform wird nur eine Messposition benötigt, welche der ersten Messposition des ersten Ausführungsbeispiels entspricht. Der Anregungslichtleiter (zweiter Lichtleiter 32) für die Messung der Fluoreszenz von unten beginnt in dem nicht dargestellten Betriebsmodus wieder am Ausgang von Monochromator 1 und endet, nach oben gerichtet, unterhalb der nun einzigen Messposition 33, welche sich senkrecht unter dem Austrittsspalt von Monochromator 1 befindet. Ein oder zwei Linsen 34 und 35 fokussieren das Licht auf die Probe in dieser Messposition. Die Fluoreszenzmessung von unten erfolgt, indem um den Anre- gungslichtleiter 36 herum ein Kranz von Emissions-Lichtleiterfasern 37 angeordnet ist, die als Bündel den dritten Lichtleiter bilden und im Eintrittsspalt des zweiten Monochromators mit einem Rechteckquerschnitt enden.
Die Absorptionsmessung erfolgt hier derart, dass der nach oben gerichtete Licht- strahl aus dem zweiten Lichtleiter 32 zunächst die Probe 38 - mit transparentem Boden des Behälters - durchtritt und dann, wie bei der Fluoreszenzmessung von oben, durch die Transferoptik 3 in den Monochromator 2 eintritt und mit dem Pho- tomultiplier 39 gemessen wird. Die Photodiode wird also nicht mehr benötigt. Die Messung der Fluoreszenz von oben erfolgt in einem ersten Betriebsmodus wie im ersten Ausführungsbeispiel. Zur Wellenlängenselektion kann jeweils einer der beiden Monochromatoren auf die gewünschte Wellenlänge eingestellt werden, während der andere auf nullte Ordnung gestellt wird, also praktisch wie ein Spiegel wirkt. Um eine besonders hohe Blockung zu erreichen, kann man auch beide Monochromatoren auf dieselbe Wellenlänge einstellen.
Als Transferoptik 3 wird hier eine Anordnung mit Planspiegel 40 und zwei Linsen 41 und 42 gewählt, wobei letztere das Emissionslicht auf den Eingangsspalt 43 von Monochromator 2 fokussieren. Die beiden Schieber 10 und 19 müssen jeweils entsprechend der gewünschten Messmethode in eine der beiden möglichen Positionen gebracht werden, dies zeigt Tabelle 1 , und zwar entsprechend der Orientierung in den Figuren 1 und 2.
Messmethode Ausführungsform Schieberstellung
Monochromator 1 Monochromator 2
Absorption 1 links -
2 rechts unten
Fluoreszenz von 1 links unten oben 2 links unten
Fluoreszenz von 1 rechts oben unten 2 rechts oben ln einer dritten Ausführungsform, wie sie in Figur 3 dargestellt ist, wird nur ein Lichtleiter, nämlich der vierte Lichtleiter 50 und keine Schieber oder Klappspiegel benötigt. Gezeigt ist ein Betriebsmodus, bei dem die Photodiode 16 abgerückt und die Mikroplatte so verfahren ist, dass an der Stelle der ersten Messposition ein Frei- räum entsteht, in welchen der Ein- und Ausgang 44 des aus einem Faserbündel zusammengetzten Lichtleiterbündels (vierter Lichtleiter 50) gebracht ist. Der vom ersten Monochromator kommende, nach unten gerichtete Anregungsstrahl trifft im Bereich der ersten Messposition auf diesen Ein- und Ausgang 44 des Lichtleiterbündels, dessen anderes Ende 45 nach oben gerichtet unterhalb einer zweiten Messposition endet. Die radiale Anordnung der Fasern ist an beiden Enden des Lichtleiters identisch. In vorteilhafter Weise können ein oder zwei Linsen 46 die Fo- kussierung auf die Probe beziehungsweise auf den Aus-und Eingang des Lichtleiters verbessern. Das Anregungs- und das Emissionslicht laufen also in entgegen- gestzter Richtung durch den selben Lichtleiter. Das in das Lichtleiterbündel eintre- tende Emissionslicht verlässt das Lichtleiterbündel am Ein- und Ausgang und gelangt von dort über den verspiegelten Rotationsellipsoid 17 der ersten Transferoptik zum Eingang des zweiten Monochromators. Der andere (erste) Messmodus dieser ersten Ausführungsform entspricht exakt dem in Figur 1 gezeigten ersten Betriebsmodus des ersten Ausführungsbeispiels.
Die übrigen Komponenten dieser Ausführungsform können wie bei der ersten gestaltet sein, wobei aber die beiden Schieber und alle übrigen Lichtleiter entfallen.
Die Transferoptiken 1 bis 3 können auch in anderen Kombinationen auftreten.
Ausserdem können bei Bedarf Reagenzinjektoren eingebaut werden, welche auch in die Messposition injizieren können.

Claims

Schutzansprüche
1. Vorrichtung zur Messung von optischen Eigenschaften von Proben in Mikroplatten mit:
- mindestens einem ersten Monochromator und mindestens einer
Lichtquelle,
einer ersten Transferoptik für den Transport des Lichtes von der Lichtquelle in den ersten Monochromator,
einer zweiten Transferoptik zum Transport des aus dem Ausgang des ersten Monochromators austretenden Lichtes zu einer ersten Messposition und
einer Transportvorrichtung für Mikroplatten, welche die Proben sukzessive in eine Messposition bringt,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem Betriebsmodus der Vor- richtung das Licht vom Ausgang des ersten Monochromators zur ersten
Messposition in gerader Linie ohne Zwischenschaltung von Spiegeln oder
Lichtleitern verläuft.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Licht vom letzten optischen Gitter des ersten Monochromators zum Ausgangsspalt des ersten Monochromators in gerader Linie ohne Zwischenschaltung von Lichtleitern oder Spiegeln verläuft
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der er- ste Monochromator so positioniert ist, dass das Licht vom Ausgang des Monochromators im Wesentlichen senkrecht nach unten auf die erste Messposition verläuft
4. Vorrichtung nach einem der vorangehen Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass die zweite Transferoptik wenigstens eine optische Linse aufweist, die das aus dem ersten Monochromator austretende Licht auf den Bereich der ersten Messposition fokussiert.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ausgang des ersten Monochromators und der ersten Messposition mindestens zwei optische Linsen angeordnet sind, die gemeinsam die Fokussie- rung des aus dem Monochromator austretenden Lichts auf die Region der ersten Messposition bewirken.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der beiden Linsen höhenverstellbar angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennweite der oberen Linse im wesentlichen dem Abstand der oberen Linse zum Ausgang des Monochromators entspricht, so dass zwischen der oberen und der unteren Linse das Licht im wesentlichen parallel gerichtet ist und wobei die untere Linse das parallel gerichtete Licht auf die erste Messpositi- on fokussiert.
8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Ausgang des ersten Monochromators und der ersten Messposition mindestens ein erstes Polarisationsfilter einbringbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass alternativ zum ersten Polarisationsfilter wenigstens ein zweites Anregungs- Polarisationsfilter manuell oder automatisch in den Strahlengang einbringbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7 und einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Polarisationsfilter sich zwischen den beiden Linsen befindet beziehungsweise zwischen die beiden Linsen einbringbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die näher am Monochromator angeordnete Linse einen Zwischenfokus zwischen den beiden Linsen erzeugt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass am Ort des Zwischenfokus eine Blende angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Monochromator das von der ersten Messposition kommende Licht aufnimmt, analysiert und einem Detektor hinter dem Ausgang des zweiten Monochromators zuführt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Transferoptik vorhanden ist, die das von der ersten Messposition kommende Licht zum Eingang des zweiten Monochromators führen kann.
15. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass wenigstens ein Lichtleiter mit dem Ausgang oder dem Eingang eines Monochromators optisch koppelbar ist, wobei das dem Monochromator zugewandte Ende des Lichtleiters in einem wenigstens zwei Positionen aufweisenden Schieber galten ist, wobei in einer ersten Position die optische Kopplung des Lichtleiters mit dem Monochromator erfolgt, während in einer zweiten Position des Schiebers ein Ausgangsspalt oder ein Eingangsspalt des Monochromators freigegeben ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsspalt oder der Eingangsspalt Teil des Schiebers ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber wenigstens zwei Ausgangs- oder Eingangsspalte hat und wenigstens drei Positionen aufweist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintritts- beziehungsweise Austrittsfläche des im Schieber gehaltenen Lichtleiterendes im Fokus des Monochromators liegt.
19. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Transferoptik einen ersten Lichtleiter mit einem Eingangsende und einem dem Eintrittsspalt des zweiten Monochromators zugewandten Ausgangsende aufweist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Transferoptik einen Spiegel aufweist, welcher das von der ersten Messposition kommende Licht zum Eingang des zweiten Monochromators oder dem Eingangsende des ersten Lichtleiters führt.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel eine Öffnung aufweist, durch welche das Anregungslicht auf die Probe fallen kann.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel ein Planspiegel ist, dem auf dem optischen Weg vom Spiegel zum Eingangsspalt des zweiten Monochromators mindestens eine Linse nachgeschaltet ist, um das Licht auf den Eingangsspalt des Monochromators oder das Eingangsende des ersten Lichtleiters zu fokussieren.
23. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel Teil eines Rotationsellipsoids ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet dass sich der eine Brennpunkt des Rotationsellipsoids im Bereich der ersten Messposition, der andere im Bereich des Eingangsspalts des zweiten Monochromators oder des Eingangsendes des ersten Lichtleiters befindet
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die lange Achse des Rotationsellipsoids in einem Winkel zwischen 60 und 80 Grad zur Senkrechten geneigt ist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel Teil eines Rotationsparaboloids ist, dem eine Linse nachgeschaltet ist, um das Licht auf den Eingangsspalt des zweiten Monochromators oder das Eingangsende des ersten Lichtleiters zu fokussieren.
5
27. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse des Rotationsparaboloids in einem Winkel zwischen 60 und 80 Grad zur Senkrechten steht.
10 28. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der aus einem Faserbündel bestehende erste Lichtleiter auf der Eingangsseite rund und auf der Ausgangsseite rechteckig ausgebildet ist, wobei das rechteckige Profil an den Eingangsspalt des zweiten Monochromators angepasst ist.
15 29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 28, sofern sie auf Anspruch 13 rückbezogen sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Mes- spositioh und dem Eingang des zweiten Monochromators mindestens ein erstes Emissions-Polarisationsfilter einbringbar ist. 0
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass alternativ zum ersten Emissions-Polarisationsfilter wenigstens ein zweites Emissions- Polarisationsfilter manuell oder automatisch in den Strahlengang einbringbar ist. 5
31. Vorrichtung nach Anspruch 20 und einem der Ansprüche 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Emissions-Polarisationsfilter nach dem Spiegel in den Strahlengang einbringbar sind.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 27 und 30 oder 31 , dadurch0 gekennzeichnet, dass das oder die Polfilter zwischen erster Messposition und Spiegel in den Strahlengang einbringbar sind, wobei in diesem Fall die Polfilter in der Mitte eine Öffnung aufweisen, durch welche das Anregungslicht nach außen abgeschirmt auf die erste Messposition auftrifft.
33. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich unterhalb der ersten Messposition ein Lichtdetektor befindet, wobei die Mikroplatte mit einem transparenten Boden ausgestattet ist.
34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtdetektor eine Photodiode ist.
35. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtde- tektor ein Photomultiplier ist.
36. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, soweit auf Anspruch 15 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem Betriebsmodus in den Strahlengang nach dem Ausgang des ersten Monochro- mators das Eingangsende eines zweiten Lichtleiters einbringbar ist, dessen
Ausgangsende nach oben gerichtet unterhalb einer Messposition angeordnet ist, und dass das Eingangsende eines dritten Lichtleiters nach oben gerichtet unterhalb dieser Messposition angeordnet ist, wobei das Ausgangsende des dritten Lichtleiters an den Eingang des zweiten Monochromators koppelbar ist.
37. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Messposition die erste Messposition ist.
38. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Messposition eine von der ersten Messposition verschiedene zweite Messposition ist.
39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsende des zweiten Lichtleiters umgeben ist von einem Kranz von Lichtleiterfasern, welche das in der Probe emittierte Fluoreszenzlicht auffangen und zum Eingang des zweiten Monochromators transportieren, wobei diese Lichtleiterfasern auf dem Weg zum zweiten Monochromator in ein Bündel zusammengefasst werden, welches den dritten Lichtleiter bildet.
40. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet dass in einem Betriebsmodus ein vierter Lichtleiter nach oben gerichtet im
Bereich der ersten Messposition beginnt und nach oben gerichtet unter einer zweiten Messposition endet, so dass das Anregungslicht sowie das von der in der zweiten Messposition befindlichen Probe nach unten emittierte Fluoreszenzlicht in entgegengesetzter Richtung durch den vierten Lichtleiter ver- laufen.
41. Vorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass der vierte Lichtleiter als Lichtleiterbündel ausgebildet ist, welches aus einem Bündel einzelner Fasern besteht, deren radiale Anordnung an beiden Enden des Bündels gleich ist.
42. Vorrichtung nach Anspruch 40 oder Anspruch 41 , dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des vom ersten Monochromator kommenden Lichtstrahles beim Auftreffen auf das Lichtleiterbündel wesentlich kleiner als der Quer- schnitt des vierten Lichtleiters ist.
43. Vorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl weniger als 50 Prozent des Lichtleiter-Querschnitts ausleuchtet.
44. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Transferoptik einen Teil eines Rotationsparaboloids, dessen Achse im Wesentlichen horizontal verläuft und in dessen Brennpunkt die Lichtquelle steht, sowie eine Linse, welche auf derselben optischen Achse wie diejenige des Paraboloids angeordnet und die vor dem Ausgang des Paraboloids positioniert ist, und durch welche das Licht über einen Spiegel auf den Eintrittsspalt des ersten Monochromators fokussiert wird, aufweist.
45. Vorrichtung nach Anspruch 37 oder Anspruch 39, soweit auf Anspruch 37 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtweg für die Absorptionsmessung von unten nach oben erfolgt und das Licht nach Durchtritt durch die Probe über die Transferoptik 3 zum Eintrittsspalt des Monochromators 2 geführt wird, so dass derselbe Detektor für Fluoreszenz- und Absorptionsmessungen benutzt werden kann
46. Vorrichtung nach Anspruch 15 und nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, das der Wechsel zwischen den beiden Betriebsarten Absorptions- und Fluoreszenzmessung durch Verstellen des Schiebers am Eingang von
Monochromator 2 bewirkt wird, der wahlweise das Ende des Lichtleiters in die Position des Eingangsspaltes bringt oder den Spalt frei gibt.
47. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Monochromatoren als Doppelmonochromatoren ausgebildet sind und subtraktive Dispersion aufweisen.
48. Vorrichtung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass die dispersi- ven Elemente Beugungsgitter sind.
49. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Blaze der Beugungsgitter des zweiten Monochromators um mindestens 20 nm rotverschoben ist gegenüber dem Blaze der Gitter im ersten Monochromator.
50. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 47 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass beide Gitter eines Doppeimonochromators auf einer gemeinsamen Drehachse angeordnet sind.
51. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 47 bis 50, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltbreiten wenigstens eines Doppeimonochromators variabel sind. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Anregungslichtpfad und/oder in den Emissionslichtpfad Ordnungsfilter einführbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Anregungslichtpfad ein Strahlteiler vorgesehen ist, dessen reflektiertes Licht von einem Detektor registriert wird.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Monochromator auf die nullte Beugungsordnung eisteilbar ist, um als Spiegelsystem zu wirken, und dass zwischen Ausgangsspalt und Probe ein oder mehrere optische Filter eingebracht werden können.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche sofern sie auf Anspruch 13 rückbezogen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Monochromator auf die nullte Beugungsordnung einstellbar ist, um das gesamte Emissionslicht zu transmittieren. 56. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass nur im Anregungspfad ein Monochromator benutzt wird, während im Emissionspfad optische Filter zur Auftrennung der Wellenlängen dienen.
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