WO2014063912A1 - Vorrichtung und verfahren zur optischen analyse eines materials - Google Patents

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WO2014063912A1
WO2014063912A1 PCT/EP2013/070720 EP2013070720W WO2014063912A1 WO 2014063912 A1 WO2014063912 A1 WO 2014063912A1 EP 2013070720 W EP2013070720 W EP 2013070720W WO 2014063912 A1 WO2014063912 A1 WO 2014063912A1
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WO
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analysis
unit
light
centrifuge
analysis material
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English (en)
French (fr)
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Melanie HOEHL
Alexander Slocum
Juergen Steigert
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/0303—Optical path conditioning in cuvettes, e.g. windows; adapted optical elements or systems; path modifying or adjustment
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    • G01N21/255—Details, e.g. use of specially adapted sources, lighting or optical systems
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    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N2021/0106—General arrangement of respective parts
    • G01N2021/0112—Apparatus in one mechanical, optical or electronic block

Definitions

  • the present invention relates to an analysis device and an analysis method for the optical analysis of an analysis material, to a corresponding control device and to a corresponding one
  • Lab-on-a-chip systems typically consist of two
  • a test carrier or a disposable cartridge includes structures and mechanisms for the implementation of the fluidic
  • mixers which consist of passive components such as channels, reaction chamber, upstream reagents or active
  • Components such as valves or pumps may exist.
  • the main components are actuation, detection and control units.
  • the system makes it possible to fully process biochemical processes.
  • Reaction vessels are transferred.
  • For the processing may come even more components such.
  • cartridge-based systems wherein the liquids are typically processed in a special device in a cartridge.
  • An integrated ballpoint pen mechanism allows the turrets to be rotated relative to one another with their cavities being interconnected. The actuation takes place via the change in the rotational speed of the centrifuge and thus the centrifugal force, which acts on the microfluidic system and actuates the ballpoint pen mechanism.
  • Liquids are transported along the force vector of centrifugal force from the radially inner points to the radially outer points.
  • samples which are cleaned and prepared in a lab tube are optically read out by external read-out units. This includes
  • spectrophotometer or fluorometer.
  • Analysis material the analysis device having the following features: an analysis material receiving unit for receiving a container of analysis material;
  • At least one illumination unit which is designed to surround an analysis material arranged in the analysis material recording unit with at least one light of a predefined region of the optical system
  • At least one detector unit which is adapted to the of the
  • Lighting unit to receive emitted light
  • Detector unit is designed to perform or prepare an analysis of the analysis material using the received light.
  • Analysis material using an analysis device comprising the following steps:
  • An analysis device can be understood to mean a unit which is designed to recognize components of an analysis material.
  • Analysis material may be, for example, a fluid, solid, gas and / or mixtures of several different constituents, a suspension or a similar substance mixture, which is centrifuged in a centrifuge to prepare it for analysis.
  • a fluid, solid, gas and / or mixtures of several different constituents a suspension or a similar substance mixture, which is centrifuged in a centrifuge to prepare it for analysis.
  • Analysis material that can be assayed by the assay device presented above may be named isothermal DNA or RNA amplification, PCR, immunoassays (e.g., antibody reactions, ELISA), kinetic assays (e.g., enzyme-based), Mg and calcium detection, etc.
  • a container with the analysis material can be understood, for example, as a glass or plastic laboratory tube into which the analysis material is filled, and wherein the container is transparent in particular to the light of the predetermined wavelength.
  • a lighting unit can be understood as a unit which radiates light of a predefined area of the optical spectrum in the direction of the analysis material or in the direction of the container with the analysis material. Under a predefined range of the optical spectrum of light, for example, a certain
  • the lighting unit may be formed by, for example, a lamp, a laser diode, an LED or the like light-emitting element. Under a detector unit, a
  • Detector unit to be particularly sensitive in the range of the light of the predefined range of the optical light spectrum to one or more
  • the detector unit may further comprise an evaluation unit which analyzes the received light and draws a conclusion therefrom on the property of the analysis material.
  • the detector unit can be designed to detect spectral lines from the light which transmits the analyte material and from there to a component of the light source
  • the detector unit is merely designed to output a signal that represents the received light, so that an evaluation of the received light, that is, an analysis of the analysis material outside the analysis device is made possible.
  • the approach presented here is based on the knowledge that the evaluation or analysis of an analysis material can be carried out by an optical evaluation of light which irradiates the analysis material. This makes it technically very easy and efficient one (or more) property (s) of the analysis material can be detected. Furthermore, according to a special
  • Embodiment of the invention also carried out in the centrifuge or in or on the rotor of the centrifuge such an evaluation of the analysis material.
  • the analysis device can be attached directly to or in the rotor or at least in the interior of the centrifuge or, so that the
  • Tempering the assay is tempered. In this way it can be ensured that for desired reactions of the analysis material, this can be brought quickly to a sufficiently high or low temperature in order to run the desired reaction in the analysis material.
  • Analysis material can be largely avoided. Furthermore, according to a particularly advantageous embodiment of the invention by the Temperature control can also be achieved that without removing the container with the analysis material, the analysis can be carried out quickly and inexpensively.
  • the approach presented here also provides a control unit which is designed to implement the steps of a variant of a method presented here
  • a control device can be understood as meaning an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon.
  • the control unit may have an interface, which may be formed in hardware and / or software. In a hardware training, the interfaces may for example be part of a so-called system ASICs, the various functions of the
  • Control unit includes.
  • the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components.
  • the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.
  • An advantage is also a computer program product with program code, which on a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a
  • Hard disk space or an optical storage can be stored and used to carry out the method according to one of the embodiments described above, when the program product is executed on a computer or a device.
  • Particularly advantageous is an embodiment of the present invention, wherein the at least one detector unit on one of the at least one
  • Lighting unit opposite side analysis material receiving unit is arranged.
  • Such an embodiment of the present invention has the advantage that the analysis material is arranged such that it is irradiated by the light of the illumination unit, without technical
  • At least one filter unit may be provided which is transparent to light of the predefined region of the optical spectrum and is non-transparent to light outside the predefined spectrum, the filter unit being in a beam path between the at least one
  • Lighting unit and the at least one detector unit is arranged.
  • Lighting unit can be used, wherein the filter unit filters out or polarized a particular required for the analysis of the analysis material spectral range of the light provided by the illumination unit.
  • an optical analysis of the analysis material can be performed using a second spectral range of light.
  • the analysis device can have at least one further illumination unit and at least one further detector unit, wherein the further illumination unit is designed to illuminate an analysis material arranged in the analysis material acquisition unit with at least one light of a second predefined area of the optical light spectrum the second predefined region of the optical spectrum of light differs from the predefined region of the optical spectrum of light and wherein the at least one further detector unit is adapted to receive the light emitted by the further illumination unit, the further detector unit being further adapted to use the received Light to perform or prepare an analysis of the analysis material.
  • Certain properties of the analysis material can be recognized particularly well when fluorescence effects are triggered, which are triggered in the analysis material by illumination of light of the illumination unit.
  • the analysis device can have at least one fluorescent light detector unit which is located outside of one
  • Radiation path is arranged from the illumination unit to the detector unit and wherein the fluorescent light detector unit is designed to detect at least by light from the illumination unit triggered fluorescence effects in the analysis material.
  • a fastening unit for fastening the analysis device to a centrifuge, in particular to a rotor of a centrifuge, or for inserting the analysis device into a rotor of the centrifuge.
  • a fastening unit can be understood, for example, to be an outer shape and / or outer dimension of the analysis device, which makes it possible to attach the analysis device to a rotor of the centrifuge.
  • the fastening unit may be formed by a circular cross-sectional outer shape of the analysis device, so that the analysis device can be inserted into a receiving element in the rotor of the centrifuge.
  • the fastening unit and fastening elements such as
  • Such an embodiment of the present invention offers the advantage of a possibility for a particularly precise analysis of the analysis material, since the analysis can be carried out, for example, during centrifuging, so that
  • the analysis device can thus have at least one temperature control unit which is designed to hold the analysis material or one in the analysis material receiving unit
  • Warm-light illumination unit which is designed to the
  • a heat-light illumination unit may, for example, be understood to mean a unit which emits infrared radiation in order to heat the analysis material.
  • the infrared radiation can also be designed to heat a wall or a material of the container by the infrared radiation.
  • Analytical material is located so that by heating the material of the
  • Container is also heated therein the analysis material.
  • the tempering unit is designed to temper the analysis material arranged in the container from a direction which is not in a plane of rotation of the centrifuge.
  • a plane of rotation can be understood as meaning a plane in which the direction of rotation of the centrifuge lies.
  • the temperature control unit can be arranged particularly expediently if, for example, it is not located in the same plane in which the at least one lighting unit and the at least one detector unit are arranged, this plane in which the lighting unit and the detector unit are arranged usually in one Rotation level of the centrifuge is located. In this way it can be ensured that, in the case of an arrangement of a plurality of illumination units and detector units, the temperature control unit does not require any space which is suitable for a (further) detector unit
  • Fluorescence light detector unit and / or a (further) illumination unit needed would.
  • tempering in particular heating (or cooling), for example, can also take place from a bottom of the container with the analysis material, in which case a very uniform tempering (heating or cooling) of the analysis material becomes possible.
  • the analysis material receiving unit which
  • Fastening unit and / or the container having an insulating layer which is designed to thermally isolate the analysis material and / or the container from a region outside the analysis device.
  • An embodiment of the present invention is particularly favorable, in which the tempering unit is designed to maintain a temperature of
  • Such an embodiment of the present invention has the advantage of detecting the actual temperature of the analysis material and thus ensuring that the framework conditions for a desired reaction of the analysis material are also ensured.
  • the framework conditions for a desired reaction of the analysis material are also ensured.
  • Analytical material or the container with the analysis material emitted infrared radiation.
  • a temperature control of the analysis material or the container by means of one or more normal resistance heaters or air currents (heated or cold air allows rapid up and down the centrifuge) in the centrifuge.
  • At least one power supply unit may be provided which is designed at least the lighting unit and / or the detector unit with electrical energy supply, in particular wherein the power supply unit a
  • At least one data output interface is provided, which is designed to transmit a signal received by the detector unit or a signal representing the result of the analysis to a unit outside the centrifuge, in particular wherein the data output interface is a
  • Data output terminal contact for connection of an electrically conductive data transmission cable, a data output terminal contact to the connection of a glass fiber cable and / or a radio interface offers the advantage of transferring the result of the analysis easier, faster and more securely to a data receiving unit, which is arranged outside the rotor of the centrifuge and thus allows further processing of the analysis result of the analysis device.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a centrifuge for use with an analysis apparatus according to an embodiment of the present invention in plan view;
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of an analysis device according to an embodiment of the present invention in plan view
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view of an analysis device according to a further exemplary embodiment of the present invention in plan view;
  • FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views of one of analysis devices
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view of an analysis device according to a further exemplary embodiment of the present invention in plan view;
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of an analysis device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flow chart of a method according to a
  • the centrifuge 100 includes a centrifuge housing 110 in which a rotor 120 can move or rotate in a rotational direction 130 (centrifugation direction) when the centrifuge 100 is in operation.
  • the rotor 120 comprises four integrated or removable centrifuge tube holders 140, which are designed as an analysis device described in more detail below.
  • the holder 140 or the analysis device 140 can be used in a receiving cup 150 of the rotor 120.
  • the analyzer 140 may also be bolted directly to the rotor 120 or otherwise attached to the rotor 120, such that the analyzer 140 together with the rotor 120 during operation of the
  • Centrifuge 100 rotates in the direction of rotation 130.
  • fewer than four analysis devices 140 are used in receiving cup 150 of the rotor 120, depending on the number of analyzes to be performed or what amount of an analysis material is to be analyzed.
  • a different analysis material is analyzed during operation of the centrifuge 100, wherein this analysis by the arrangement of different analysis devices 140 different receiving cups 150 of the centrifuge 100 takes place in a single step time efficient.
  • the optical arrangement of the elements of the analyzers 140 may thus be incorporated into the centrifuge rotor 120. This arrangement requires a
  • the optical assembly may be placed in the exchangeable sample holders 150
  • the user of the centrifuge 100 may instead use optical sample holders or analyzers as needed
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of an analysis device 140 according to an exemplary embodiment of the present invention in plan view.
  • This analyzer 140 forms a centrifuge tube holder which is a
  • Centrifuge tube 200 (hereinafter also simply referred to as a container) with the analysis material 210 in an opening as an analysis material receiving unit
  • the analysis device 140 comprises a fastening unit 220, which is designed, for example, as a cylindrical jacket of the analysis device 140.
  • This cylindrical jacket as a fastening unit 220 thus offers the possibility of being able to use the analysis device 140 in corresponding receiving cup 150 in the rotor 120 of the centrifuge 100.
  • the attachment unit 220 may also be configured to be fixedly connected to the rotor 120 of the centrifuge 100 (eg, by means of an adhesive material or using screws).
  • the analysis device 140 further comprises a first illumination unit 230a, which is designed to emit light of a first predetermined wavelength (for example, yellow light).
  • the first illumination unit 230a can be used, for example, as a lamp for transmitting a broadband
  • a first filter unit 240a is arranged, which is adapted to filter the light emitted from the first illumination unit 230a light such that light of the first predetermined wavelength, the first filter unit 240a can pass and light having a different from the first predetermined wavelength wavelength the first filter unit
  • a first receiving filter unit 245a and a first detector unit 250a are firstly arranged in the first beam path 235a.
  • Reception filter unit 245a may in turn be configured to pass the light of the first predetermined wavelength (eg yellow light) and light of one of the first predetermined wavelength
  • the first detector unit 250a can be designed to detect the light of the first predetermined wavelength particularly sensitive and
  • the first detector unit 250a can, for example, have an evaluation unit 255, which performs such an evaluation as optical analysis of the analysis material, and a signal 257, which represents the result of the optical analysis, to a corresponding one
  • Transmission unit 260 transmits.
  • the transmission unit which can also be referred to as a data transmission interface, for example, can be designed as a plug-in contact, as a radio interface or as another element in order to transmit the signal 257 to a unit outside the analysis device 140.
  • an optical analysis of this analysis material can be carried out with light of further predetermined wavelengths.
  • a second illumination unit 230b may be provided to emit blue or ultraviolet light in a second (deviating from the first optical path 235a)
  • the light emitted by the second illumination unit 230b can be replaced by a second one before entering the container 200
  • Filter unit 240b are filtered.
  • the second filter unit may be configured to pass light at the second predetermined wavelength and not to pass light at one of the second predetermined wavelength.
  • a second beam path 235b on a side opposite to the container 200 side to the second illumination unit 230b, a second
  • Receive filter unit 245b and a second detector unit 250b arranged.
  • the second reception filter unit 245b may also be configured, in turn, to pass light at the second predetermined wavelength and not to pass light at a wavelength different from the second predetermined wavelength.
  • the second detector unit 250b may be particularly sensitive to the detection of light with the second
  • the second detector unit 250b can likewise in turn have an evaluation unit 255, which, for example, has an intensity change of the second one
  • Detector unit 250b detects received light at the second predetermined wavelength and from this a signal 257 determined, which can also be transmitted by means of the data transmission interface 260 to a unit outside of the analysis device 140.
  • This signal provided by the second detector unit 250b can thus indicate that a degree of transparency of the analysis material has changed during or after the rotation of the rotor 120 of the centrifuge with respect to light of the second predetermined wavelength. This can also be a
  • Lighting unit 230c emitted light before entering the container 200 by a third filter unit 240c to be filtered.
  • the third filter unit 240c may be configured to pass light of the third predetermined wavelength and light of one of the third predetermined wavelength
  • Wavelength does not happen.
  • the third beam path 235 c is on a side opposite to the container 200 side to the third
  • the third receive filter unit 245c may also be configured to receive light with the third
  • the third detector unit 250c may be particularly sensitive to the detection of light of the third predetermined wavelength (such as green light in the present case).
  • the third detector unit 250c may again have an evaluation unit 255 which, for example, detects an intensity change of the light received by the third detector unit 250c at the third predetermined wavelength and determines therefrom a signal 257 which also uses the data transmission interface 260 can be transmitted to a unit outside the analyzer 140.
  • This signal 257 provided by the third detector unit 250c can thus indicate that a degree of transparency of the analysis material has changed during or after the rotation of the rotor 120 of the centrifuge with respect to light of the third predetermined wavelength. This can also be a
  • this analysis material 210 which lies in a plurality of beam paths 235, can at the same time be examined for different parameters or properties, which can be detected by the evaluation of light with different wavelengths.
  • Power supply unit 270 may be provided.
  • Power supply unit 270 may, for example, have an electrochemical energy store, such as a battery or an accumulator, which also supplies the abovementioned units with electrical energy during operation of the centrifuge, that is, upon rotation of the rotor 120.
  • the energy supply unit 270 it is also conceivable for the energy supply unit 270 to have an induction coil which can interact with a counterinduction coil arranged outside the rotor 120 (not shown in FIG. 2) in order to induct electromagnetic energy inductively on rotation of the rotor 120
  • Power supply unit 270 or to communicate with the power supply unit 270 components. It is also conceivable that the
  • Power supply unit 270 has a plug-in contact, which is electrically connected to a power supply cable, wherein the
  • Power supply cable through the rotor 120 or the rotor 120 is guided along and electrical energy from outside the rotor 120 to the
  • Power supply unit 270 can conduct.
  • a centrifuge tube holder 140 which is either permanently installed in the centrifuge rotor 120 or hand-exchangeable and fastened. In the middle is the centrifuge
  • Tube 200 which consists of light sources 230, detectors 250 and filters 235, 245 is surrounded.
  • the circular geometry allows the sample 210 to be illuminated simultaneously with more than one light source 230.
  • a system according to the published patent application DE 10 2010 003 223 A1 already has individual mechanical and fluidic functionality. However, additional functionalities may be required to automate complex biochemical processes and for detection. In addition to the switching and the
  • Transporting liquids also requires the optical selection of samples, especially when coupled with assays.
  • samples that have been cleaned and prepared in the Lab Tube are optically read out by external readout units.
  • external readout units include, for example, spectrophotometers or fluorometers. These usually consist of price-intensive light sources that are capable of different
  • an external readout device always means that the sample has to be transferred from the centrifuge to another device. This can lead to contamination in the sample.
  • optical information of the sample can be obtained only after the end of the centrifugation, as soon as the sample has been transferred to the reader.
  • Centrifuge 100 described with which a sample 210, which are located in a centrifuge tube 200, during, before or after centrifugation can be read optically.
  • the round geometry of the optical arrangement allows one or more wavelength ranges to be read simultaneously.
  • the data readout in the centrifuge 120 has the following advantages:
  • the sample 210 does not need to be transferred to another device after processing in the centrifuge 100, i. H. that time can be saved and potential contamination prevented
  • the sample 210 After processing in the centrifuge 100, the sample 210 does not have to be transferred to another device since the sample can run directly in the stacked microfluidic arrangement. The sample does not need to be pipetted out of the assembly and transferred to another device, i. H. that time can be saved and potential contamination avoided.
  • the data can be read automatically and recorded, for example, via the Internet or mobile phone.
  • the temperature profiles can be customized, specific to the assay, and ramped up and down rapidly. Fast temperature cycling enables chemical assays, such as PCR.
  • Kinetic assays can be run in real time (i.e., the samples are read out during the reaction), and thus more parameters can be recorded, thus increasing the sensitivity and quality of the assay.
  • the optical arrangement can be used as a temperature control.
  • the device 140 for optical data readout is robust.
  • the price of the optics integrated in the centrifuge may be lower than that of standard readers.
  • the optical data readout device 140 is easy to handle (even by non-specialized personnel), since the process steps are performed by the
  • Centrifuge tubes 200 can be optically read during or after centrifugation. As shown in FIG. 2, the approach presented here is an optical arrangement, for example with a round geometry.
  • the arrangement consists of one or more light sources 230, filters 235, 245 and detectors 250.
  • the circular geometry makes it possible to illuminate the sample simultaneously with more than one light source.
  • Detector 250 can be used for reading several wavelengths / light sources, eg. when they are driven sequentially. For example, when a UV light source at an angle of 180 ° and a fluorescent light source at an angle of 60 ° are read. A structure of such an arrangement is shown in detail in FIG.
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view of an analysis device 140 according to an exemplary embodiment of the present invention in plan view.
  • no first illumination unit 230a (and no first filter unit 235a) is provided for emitting light at the first predetermined wavelength and also no first reception filter unit 245a and no first detector unit 250a. Rather, instead of the first detector unit 250a as shown in FIG.
  • Embodiment is shown as shown in FIG. 2, a provided for example by the power supply unit 270 with electrical energy fluorescent light detector unit 300 is provided.
  • the power supply unit 270 with electrical energy fluorescent light detector unit 300 is provided.
  • Fluorescent light detector unit 300 which is preceded by a fluorescence filter 310 in a fluorescence beam path 320, is designed such that it can detect, for example, sequentially fluorescence signals emitted by the analysis material 210 in response to an excitation by the irradiation of
  • Fluorescence light detecting unit 300 also not arranged in the second beam path 235b or third beam path 235c, but in the above
  • both the second detector unit 250b and the third detector unit 250c are designed as detector units 250 sensitive to UV light.
  • the optical application or analysis device 140 can thus be used, for example due to the circular geometry, to detect a plurality of wavelength ranges, for example when they are driven sequentially.
  • an ultraviolet light source 230b by the second detector unit 250b
  • a fluorescent light source by the fluorescent light detector unit 300 at an angle of 60 ° (i.e.
  • Fluorescence beam path 320 Fluorescence beam path 320), as shown in FIG.
  • the light sources 230 may, for. As LEDs, lasers or lamps.
  • the filters 235 and 245 may, for. B. inexpensive theater light / plastic filters or higher quality microscopic filters.
  • the optical assembly may be incorporated either in the centrifuge rotor or as an insert in the rotor or centrifuge cup. This arrangement requires a retrofit or a custom-made centrifuge or rotor. Alternatively, the optical assembly may be incorporated into the sample holders of the centrifuge, as shown in FIG. In such a case, no retrofitting of the centrifuge 100 is necessary. Instead, a customer can buy optical sample holders 140 for his centrifuge 100 as needed. These can be designed, for example, such that the filters 235 or 245 and / or light sources 230 (or the measuring signals are read out) can be exchanged by the user as required for optical spectra.
  • the elements of the optical arrangement or the analysis device 140 can be electrically driven or operated by the energy supply unit 270 by various methods:
  • the power source can be a battery or a rechargeable battery. 2.
  • the centrifugation can be used by means of
  • the power can also be wired externally via, for example, the
  • Data transmission interface 260 are transmitted.
  • the optical arrangement, d. H. the analysis unit 140, in the centrifuge rotor 120 or centrifuge holder may be provided with other functionalities, such as e.g. heating or cooling. These can be z. B. be necessary for the running of certain assays and reactions. As temperature control various electrical, chemical and optical methods come into question, as they are exemplified in Figures 4A and 4B.
  • FIG. 4A shows a cross-sectional view of an analysis device according to an embodiment of the present invention in plan view.
  • a tempering unit 400 is provided, which in the arrangement shown in FIG.
  • the tempering unit 400 may be configured to radiate infrared light to the container 200 and to heat the container 200 therethrough. In this case, the heat of the container wall 200 is transferred to the analysis material 210, whereby it heats up. Furthermore, the temperature control unit 400 can be in the same plane as the illumination units 230, the detector units 250 and the filter units 235 and the
  • Reception filter units 245 may be arranged. This way you can have a structurally very simple analysis device 140 produce that brings the analysis material 210 as quickly as possible to the desired temperature, in particular at the intersection of the beam paths 235. To ensure that only the desired infrared radiation strikes the wall of the container 200, a tempering filter 410 may be provided, which is transparent only for the desired infrared radiation. It is also conceivable that the
  • Temperature control unit 400 has a Peltier element in order to cool the wall of the container 200 or the analysis material 210 and thus to achieve a desired temperature reduction of the analysis material.
  • an optical heat light source 400 with or without an upstream filter 410 can be incorporated into the system of FIG.
  • the heat-light source 400 may be formed, for example, as an optical light source, the light in
  • the sample 210 may be located in a container 200 made of a material (eg, a glass or plastic) that absorbs light in the heat wavelength range (eg, infrared) and at the same time the light emitted by the illumination units 230 Wavelength range of optical readout (eg, UV and fluorescence). It is also conceivable that in addition to the
  • Heat light source is still another temperature control unit 400 is provided, which is attached to an inner side of the shell of the fastening unit 220.
  • This tempering unit can be designed, for example, as a heat or cold-donating film and extend along the cylindrical jacket of the analysis device 140. This allows a particularly uniform heating or cooling (temperature) of the in the
  • Analytical material receiving unit 215 arranged analysis material and / or the container.
  • the present invention can also be implemented in an embodiment in which the analysis device does not have a mounting unit for
  • the analysis material and / or the container by means of the temperature control unit 400.
  • the container with the analysis material 200 should then be taken out of the centrifuge 100 and inserted into an analysis device separate from the centrifuge 100 become.
  • a very good and dynamic temperature control of the analysis material can then take place, for example because of a small available installation space for a highly effective (large) temperature control unit 400 in an arrangement of the analysis device in the centrifuge 100 or on the rotor 120 of the centrifuge 100 not possible.
  • FIG. 4B shows a cross-sectional view of an analysis device 410 according to a further exemplary embodiment of the present invention in plan view. In contrast to the embodiment of a shown in Fig. 4A
  • the temperature control unit 400 is now arranged at the bottom of the container 200, so that a direction of the one
  • Tempering unit 400 away or the tempering unit 400 towards leading heat flow would now out of the drawing level or into the drawing level into it.
  • a direction of one of such is arranged
  • Tempering unit 400 caused heat flow no longer in one
  • Arrangement level of other components 230,240, 245 and 250 of the analysis device 140 are located, in particular perpendicular to the
  • Arrangement level of the other components 230, 240, 245 and 250 of the analysis device 140 may be arranged. It is also conceivable that the
  • Tempering unit 400 according to the embodiment of Fig. 4B has a Peltier element for effecting cooling of the analysis material.
  • the tempering unit 400 which is here designed as an optical heat-light source, can therefore also be mounted below the sample container 200 instead of laterally. This results in a more even distribution of heat energy.
  • the temperature or the control of the temperature control unit 400 can be regulated, for example via the power supply unit 270 with a battery or other power source. Heat losses can be compensated by a heat insulating element 420, for example, as a
  • the temperature may also be chemically controlled by one or more corresponding activatable chemical temperature control elements optical data readout may be an infrared lamp or others recorded on the sample or from below, as shown in the embodiment corresponding to Fig. 4B.
  • Filter 410 may but need not be installed.
  • the lab tube can be made of a glass or other material (for example polymer,
  • Plastic, rubber which absorbs infrared / thermal light and transmits UV / fluorescent light, which is required for the optical measurement of the sample.
  • Analyzer 140 may be designed so that samples 210 can be placed in the temperature controlled optical readout array immediately after purification without pipetting. For example, for such an arrangement, a combination of elements of FIG. 2 with the
  • Isolation element of FIGS. 4A and 4B are used, as shown in the
  • Embodiment of the present invention is shown in plan view. Shown in FIG. 5 is thus an arrangement 140 for
  • analysis material 210 to be examined which is surrounded by light sources 230, detectors 250 and filters 235, 245.
  • the round geometry of the analyzer 140 allows the sample 210 to be illuminated simultaneously with more than one light source 230.
  • Sample or the material to be analyzed (i.e., the analysis material) is used as a stacked microfluidic device or BD tube in the analysis device 140 as a device for temperature-controlled, optical readout of data.
  • the optical arrangement of the analysis device 140 may also be compatible with other sample containers, such as glass or
  • Analyzer 140 Plastic cuvettes or centrifuge tubes.
  • the optical arrangement of Analyzer 140 is compatible with centrifuge tube 200 (or other removable container 200) containing purified sample 210 from the stacked microfluidic assembly. This means that the stacked microfluidic assembly 140 can either be placed in the read-out assembly 140 immediately after processing, or a removable container 200 can be inserted directly into the optical assembly without repumpaging from the stacked microfluidics.
  • FIG. 7 shows a flowchart of an embodiment of the present invention as analysis method 700 for optical analysis of a
  • the analysis method 700 comprises a step 710 of illuminating the analysis material with light of a predefined region of the optical light spectrum using the at least one illumination unit. Further, the analysis method 700 includes a step 720 of detecting the light emitted from the illumination unit using the detector unit, and a step 730 of outputting a signal to a device disposed outside the analysis device, which signal represents a property of the analysis material analyzed using the received light ,
  • an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Analysevorrichtung (140) zur optischen Analyse eines Analysematerials (210). Die Analysevorrichtung (140) umfasst eine Analysematerialaufnahmeeinheit (215) zur Aufnahme eines Behälter (200) mit Analysematerial (210) und zumindest eine Beleuchtungseinheit (230a, 230b, 230c), um ein in der Analysematerialaufnahmeeinheit (215) angeordnetes Analysematerial (210) mit zumindest einem Licht eines vordefinierten Bereichs des optischen Lichtspektrums zu beleuchten. Schließlich umfasst die Analysevorrichtung (140) zumindest eine Detektoreinheit (250a, 250b, 250c), um das von der Beleuchtungseinheit (230a, 230b, 230c) ausgestrahlte Licht zu empfangen, wobei die Detektoreinheit (250a, 250b, 250c) ausgebildet ist, um unter Verwendung des empfangenen Lichts eine Analyse des Analysematerials (210) durchzuführen oder vorzubereiten.

Description

Beschreibung
Titel
VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR OPTISCHEN ANALYSE EINES MATERIALS
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Analysevorrichtung und ein Analyseverfahren zur optischen Analyse eines Analysematerials, auf ein entsprechendes Steuergerät sowie auf ein entsprechendes
Computerprogrammprodukt.
Die Durchführung biochemischer Prozesse basiert auf der Handhabung von Flüssigkeiten. Typischerweise wird diese Handhabung manuell mit Hilfsmitteln wie Pipetten, Reaktionsgefäßen, aktiven Sondenoberflächen oder Laborgeräten durchgeführt. Durch Pippetierroboter oder Spezialgeräte sind diese Prozesse zum Teil bereits automatisiert. Sogenannte Lab-on-a-Chip-Systeme (Westentaschenlabor oder Chiplabor) sind mikrofluidische Systeme, welche die gesamte Funktionalität eines
makroskopischen Labors auf einem nur plastikkartengroßen Kunststoffsubstrat unterbringt. Lab-on-a-Chip-Systeme bestehen typischerweise aus zwei
Hauptkomponenten. Ein Testträger oder eine Einwegkartusche beinhaltet Strukturen und Mechanismen für die Umsetzung der fluidischen
Grundoperationen (z. B. Mischer), welche aus passiven Komponenten wie Kanäle, Reaktionskammer, vorgelagerte Reagenzien oder auch aktiven
Komponenten wie Ventile oder Pumpen bestehen können. Die zweite
Hauptkomponente sind Aktuations-, Detektions- und Steuereinheiten. Das System ermöglicht es, biochemische Prozesse vollautomatisiert zu prozessieren.
Derzeit ist eine Vielzahl von Systemen zur Automatisierung biochemischer Prozesse realisiert. Prinzipiell lassen sich die Systeme in zwei Kategorien unterscheiden. Zum einen Pipettierroboter mit Hilfe derer die Flüssigkeiten mittels Pipetten präzise abgemessen und in verschiedene funktionale
Reaktionsgefäße überführt werden. Für die Prozessierung kommen eventuell noch weitere Komponenten wie z. B. eine Zentrifuge zum Einsatz. Zum anderen existieren kartuschenbasierte Systeme, wobei die Flüssigkeiten typischerweise in einem Spezialgerät in einer Kartusche prozessiert werden. Eine Übersicht über den derzeitigen Stand bezüglich Durchführung biochemischer Prozesse mittels Zentrifugensysteme ist in der Offenlegungsschrift DE 10 2010 003 223 A1 dargestellt.
In der Offenlegungsschrift DE10 2010 003 223 A1 ist bereits ein System beschrieben, wobei verschiedene Revolver im Format eines Standard- Zentrifugenröhrchens axial übereinander angeordnet werden und somit in eine Zentrifuge eingesetzt werden können. Die Revolver beinhalten Kanäle,
Reaktionskammern und weitere Strukturen für die Durchführung von fluidischen Einheitsoperationen. Über eine integrierte Kugelschreibermechanik können die Revolver bezüglich ihrer Positionen zueinander rotiert werden, wobei sich Kavitäten zueinander schalten lassen. Die Aktuation erfolgt über die Änderung der Drehzahl der Zentrifuge und damit der Zentrifugalkraft, welche auf das Mikrofluidiksystem wirkt und die Kugelschreibermechanik aktuiert. Die
Flüssigkeiten werden entlang dem Kraftvektor der Zentrifugalkraft vom radial innenliegenden Punkten zum radial außenliegenden Punkten transportiert.
Normalerweise werden Proben, die in einem Lab Tube, beispielsweise gemäß der Druckschrift DE 10 2010 003 223 A1 , aufgereinigt und präpariert werden, durch externe Ausleseeinheiten optisch ausgelesen. Dazu gehören
beispielsweise Spektrofotometer oder Fluorometer.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund wird vorliegend eine Analysevorrichtung, ein
Analyseverfahren, sowie schließlich ein entsprechendes
Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Vorliegend wird eine Analysevorrichtung zur optischen Analyse eines
Analysematerials vorgestellt, wobei die Analysevorrichtung die folgenden Merkmale aufweist: eine Analysematerialaufnahmeeinheit zur Aufnahme eines Behälter mit Analysematerial;
zumindest eine Beleuchtungseinheit, die ausgebildet ist, um ein in der Analysematerialaufnahmeeinheit angeordnetes Analysematerial mit zumindest einem Licht eines vordefinierten Bereichs des optischen
Lichtspektrums zu beleuchten; und
zumindest eine Detektoreinheit, die ausgebildet ist, um das von der
Beleuchtungseinheit ausgestrahlte Licht zu empfangen, wobei die
Detektoreinheit ausgebildet ist, um unter Verwendung des empfangenen Lichts eine Analyse des Analysematerials durchzuführen oder vorzubereiten.
Weiterhin wird ein Analyseverfahren zur optischen Analyse eines
Analysematerials unter Verwendung einer Analysevorrichtung gemäß einer hier beschriebenen Variante vorgestellt, wobei das Analyseverfahren die folgenden Schritte aufweist:
Beleuchten des Analysematerials mit Licht eines vordefinierten Bereichs des optischen Lichtspektrums unter Verwendung der zumindest einen
Beleuchtungseinheit;
Detektieren des von der Beleuchtungseinheit ausgesandten Lichts unter Verwendung der zumindest einen Detektoreinheit; und
Ausgeben eines Signals an eine außerhalb der Analysevorrichtung angeordneten Einrichtung, wobei das Signal eine Eigenschaft des unter Verwendung des detektierten Lichts analysierten Analysematerials repräsentiert.
Unter einer Analysevorrichtung kann eine Einheit verstanden werden, die zur Erkennung von Bestandteilen eines Analysematerials ausgebildet ist. Ein
Analysematerial kann dabei beispielsweise ein Fluid, Feststoff, Gas und/oder Gemische aus mehreren unterschiedlichen Bestandteilen, eine Suspension oder ein ähnliches Stoffgemisch sein, welches in einer Zentrifuge zentrifugiert wird, um es für die Analyse aufzubereiten. Als Beispiel für ein solches
Analysematerial, welches durch die vorstehend vorgestellte Analysevorrichtung als Assay prozessiert werden kann, lassen sich isothermale DNA oder RNA Amplifikation, PCR, Immunoassays (z.B. Antikörperreaktionen, ELISA), kinetische Assays (z. B. Enzymbasiert), Mg und Calcium Nachweise etc. nennen.
Außerdem können andere chemische Reaktionen auch außerhalb von biochemischen Anwendungen nachgewiesen werden, wie z. B. Nachweise von Giftstoffen oder Verunreinigungen oder Herstellung/Synthese von Stoffen im System - diese können alle entweder fluorszent, photometrisch, biolumineszent oder turbidimetrisch nachgewiesen werden.
Unter einer Analysematerialaufnahmeeinheit kann beispielsweise eine
Innenöffnung oder Innenausnehmung der Analysevorrichtung verstanden werden, in welche ein Behälter mit dem Analysematerial eingesetzt werden kann. Unter einem Behälter mit Analysematerial kann beispielsweise ein Laborrohrchen als Glas oder Kunststoff verstanden werden, in welches das Analysematerial eingefüllt ist und wobei der Behälter insbesondere für das Licht mit der vorbestimmten Wellenlänge transparent ist. Unter einer Beleuchtungseinheit kann eine Einheit verstanden werden, die Licht eines vordefinierten Bereichs des optischen Spektrums in Richtung des Analysematerials oder in Richtung des Behälters mit dem Analysematerial abstrahlt. Unter einem vordefinierten Bereich des optischen Lichtspektrums kann beispielsweise ein bestimmter
Spektralbereich des Lichts, beispielsweise rotes Licht, grünes Licht, blaues Licht oder ultraviolettes Licht, verstanden werden. Die Beleuchtungseinheit kann beispielsweise durch eine Lampe, eine Laserdiode, eine LED oder Ähnliches Licht-aussendendes Element gebildet sein. Unter einer Detektoreinheit kann eine
Einheit verstanden werden, die ausgebildet ist, um Licht, welches von der Beleuchtungseinheit ausgesandt wurde, zu empfangen. Dabei kann die
Detektoreinheit besonders empfindlich im Bereich des Lichts des vordefinierten Bereichs des optischen Lichtspektrums sein, um eine oder mehrere
Eigenschaften des Analysematerials aus dem empfangenen Licht extrahieren zu können. Die Detektoreinheit kann dabei ferner eine Auswertungseinheit umfassen, die das empfangene Licht analysiert und hieraus einen Rückschluss auf die Eigenschaft des Analysematerials bezieht. Beispielsweise kann die Detektoreinheit ausgebildet sein, um Spektrallinien aus dem das Analysematerial durchstrahlenden Licht zu erkennen und hieraus auf einen Bestandteil des
Analysematerials zu schließen. Denkbar ist weiterhin, dass die Detektoreinheit lediglich ausgebildet ist, um ein Signal auszugeben, dass das empfangene Licht repräsentiert, sodass eine Auswertung des empfangenen Lichts, das heißt, eine Analyse des Analysematerials außerhalb der Analysevorrichtung ermöglicht wird. Der hier vorgestellte Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass die Auswertung oder Analyse eines Analysematerials durch eine optische Auswertung von Licht erfolgen kann, welches das Analysematerial durchstrahlt. Hierdurch kann technisch sehr einfach und effizient eine (oder mehrere) Eigenschaft(en) des Analysematerials erkannt werden. Ferner kann gemäß einer besonderen
Ausführungsform der Erfindung auch bereits in der Zentrifuge bzw. im oder am Rotor der Zentrifuge eine solche Auswertung des Analysematerials erfolgen. Hierzu kann die Analysevorrichtung direkt am oder im Rotor oder zumindest im Innenraum der Zentrifuge befestigt sein oder werden, sodass die zu
analysierende Probe bzw. das Analysematerial zur Analyse nicht mehr aus dem Rotor der Zentrifuge oder einer Zentrifugenkammer der Zentrifuge
herausgenommen werden braucht. Zugleich kann auch eine Analyse oder Untersuchung des Analysematerials während einer Rotation des Rotors der Zentrifuge erfolgen. Hierdurch kann eine wesentlich detailliertere Analyse mit aussagekräftigeren Ergebnissen erhalten werden. Insbesondere ist es durch den hier vorgestellten Ansatz möglich, eine Echtzeitauslese bzw. ein Realtime Aassay zu ermöglichen, wodurch ein Informationsgewinn in Bezug auf eine Endzeitauslese (end-point assay) nach der Prozessierung erreicht werden kann. Denkbar ist es ferner, dass besonders genaue und schnelle Analyseergebnisse erhalten werden können, wenn alternativ oder zusätzlich zu der vorstehend genannten Anordnung der Analysevorrichtung das Analysematerial zur
Durchführung des Assays temperiert wird. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass für gewünschte Reaktionen des Analysematerials dieses schnell auf eine ausreichend hohe bzw. niedrige Temperatur gebracht werden kann, um die gewünschte Reaktion im Analysematerial ablaufen zu lassen.
Der hier vorgestellte Ansatz bietet somit den Vorteil, dass neben einer deutlichen Stärkung des Aussagegehalts der Ergebnisse einer hier vorgestellten
Analysevorrichtung auch noch eine Vereinfachung der Handhabung und des Ablaufs der Analyse möglich ist. Dies resultiert insbesondere daraus, dass zur
Ausführung der Analyse der Behälter mit dem Analysematerial nicht mehr aus dem Rotor der Zentrifuge herausgenommen werden braucht, sodass neben einer Analyse während des Betriebs der Zentrifuge beispielsweise auch eine
Verunreinigung oder ein Verlust eines durch die Zentrifuge aufbereiteten
Analysematerials weitestgehend vermieden werden kann. Ferner kann gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung durch die Temperierung auch erreicht werden, dass ohne Herausnahme des Behälters mit dem Analysematerial die Analyse schnell und kostengünstig durchgeführt werden kann. Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in
entsprechenden Einrichtungen durchzuführen bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des
Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem
Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programmprodukt auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die zumindest eine Detektoreinheit auf einer der zumindest einen
Beleuchtungseinheit gegenüberliegenden Seite Analysematerialaufnahmeeinheit angeordnet ist. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass das Analysematerial derart angeordnet ist, dass es von dem Licht der Beleuchtungseinheit durchstrahlt wird, ohne dass technische
Vorrichtungen zur Umleitung oder Spiegelung des Lichts der Beleuchtungseinheit erforderlich sind. Auch ermöglicht diese Anordnung eine platzsparende radiale Positionierung von mehreren für die Analyse des Analysematerials erforderlichen Komponenten um die Analysematerialaufnahmeeinheit herum. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann zumindest eine Filtereinheit vorgesehen sein, die für Licht des vordefinierten Bereichs des optischen Spektrums transparent ist und für Licht außerhalb des vordefinierten Spektrums intransparent ist, wobei die Filtereinheit in einem Strahlenweg oder Strahlengang zwischen der zumindest einen
Beleuchtungseinheit und der zumindest einen Detektoreinheit angeordnet ist.
Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass kostengünstige breitbandige Lichtquellen zum Verbau in der
Beleuchtungseinheit verwendet werden können, wobei die Filtereinheit einen bestimmten zur Analyse des Analysematerials benötigten spektralen Bereich des von der Beleuchtungseinheit bereitgestellten Lichts herausfiltert oder polarisiert.
Auf diese Weise lässt sich das Analysematerial mit technisch einfachen Mitteln einer sehr genauen optischen Analyse unterziehen, wobei die Eigenschaften des Analysematerials präzise erkannt werden können. Um möglichst viele Parameter oder Eigenschaften des Analysematerials erfassen zu können, kann gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine optische Analyse des Analysematerials unter Verwendung eines zweiten spektralen Bereichs von Licht durchgeführt werden. Hierzu kann gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Analysevorrichtung zumindest eine weitere Beleuchtungseinheit und zumindest eine weitere Detektoreinheit aufweisen, wobei die weitere Beleuchtungseinheit ausgebildet ist, um ein in der Analysematerialaufnahmeeinheit angeordnetes Analysematerial mit zumindest einem Licht eines zweiten vordefinierten Bereichs des optischen Lichtspektrums zu beleuchten, wobei sich der zweite vordefinierte Bereich des optischen Lichtspektrums von dem vordefinierten Bereich des optischen Lichtspektrums unterscheidet und wobei die zumindest eine weitere Detektoreinheit ausgebildet ist, um das von der weiteren Beleuchtungseinheit ausgestrahlte Licht zu empfangen, wobei die weitere Detektoreinheit ferner ausgebildet ist, um unter Verwendung des empfangenen Lichts eine Analyse des Analysematerials durchzuführen oder vorzubereiten. Bestimmte Eigenschaften des Analysematerials können dann besonders gut erkannt werden, wenn Fluoreszenzeffekte ausgewertet werden, die in dem Analysematerial durch eine Beleuchtung von Licht der Beleuchtungseinheit ausgelöst werden. In diesem Fall sollte jedoch sichergestellt sein, dass das tatsächlich nur die Fluoreszenzeffekte erfasst werden, nicht jedoch Anteile des von der Beleuchtungseinheit ausgesandten Lichts. Hierzu kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Analysevorrichtung zumindest eine Fluoreszenzlichtdetektoreinheit aufweisen, die außerhalb eines
Strahlenwegs von der Beleuchtungseinheit zur Detektoreinheit angeordnet ist und wobei die Fluoreszenzlichtdetektoreinheit ausgebildet ist, um zumindest durch Licht von der Beleuchtungseinheit ausgelöste Fluoreszenzeffekte in dem Analysematerial zu erfassen.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ferner eine Befestigungseinheit zur Befestigung der Analysevorrichtung an einer Zentrifuge, insbesondere an einem Rotor einer Zentrifuge, oder zum Einsetzen der Analysevorrichtung in einen Rotor der Zentrifuge vorgesehen ist. Unter einer Befestigungseinheit kann beispielsweise eine Außenform und/oder Außenabmessung der Analysevorrichtung verstanden werden, die ein Befestigen der Analysevorrichtung an einem Rotor der Zentrifuge ermöglicht. Beispielsweise kann die Befestigungseinheit durch eine im Querschnitt kreisrunde Außenform der Analysevorrichtung gebildet sein, sodass die Analysevorrichtung sich in ein Aufnahmeelement in den Rotor der Zentrifuge einsetzen lässt. Alternativ oder zusätzlich kann die Befestigungseinheit auch Befestigungselemente wie
Schrauben oder Innengewinde in Löchern aufweisen, um die Analysevorrichtung an einem Rotor der Zentrifuge zu fixieren, damit sich die Analysevorrichtung gemeinsam mit dem Rotor der Zentrifuge gemeinsam drehen kann. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil einer Möglichkeit zur besonders präzisen Analyse des Analysematerials, da die Analyse beispielsweise während des Zentrifugierens durchgeführt werden kann, sodass
Zwischenstadien der Reaktion auswertbar sind und andererseits kein
Herausnehmen des Analysematerials erforderlich ist, wodurch dieses kontaminiert werden könnte. Besonders günstig ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Möglichkeit besteht, die Temperatur des Analysematerials beispielsweise während des Betriebs der Zentrifuge verändern zu können. Auf diese Weise können bestimmte Reaktionen im Analysematerial ausgelöst werden, die ohne dass Temperieren während des Betriebs der Zentrifuge nicht möglich wären. Dies beinhaltet z. B. die Amplifikation von Nukleinsäuren oder andere
biochemische Reaktionen. Unter einem Temperieren kann beispielsweise ein
Erhitzen oder Abkühlen des Analysematerials verstanden werden. Gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Analysevorrichtung somit zumindest eine Temperierungseinheit aufweisen, die ausgebildet ist, um das Analysematerial oder einen in der Analysematerialaufnahmeeinheit
angeordneten Behälter mit dem Analysematerial zur erhitzen oder zu kühlen, insbesondere wobei die Temperierungseinheit eine
Wärmelichtbeleuchtungseinheit aufweist, die ausgebildet ist, um das
Analysematerial oder einen in der Analysematerialaufnahmeeinheit
angeordneten Behälter mit dem Analysematerial mit elektromagnetischer Strahlung zu bestrahlen, um das Analysematerial in dem Behälter zu erwärmen.
Unter einer Wärmelichtbeleuchtungseinheit kann beispielsweise eine Einheit verstanden werden, die Infrarotstrahlung ausstrahlt, um das Analysematerial zu erwärmen. Beispielsweise kann die Infrarotstrahlung auch dazu ausgebildet sein, um eine Wand oder ein Material des Behälters zu erwärmen, indem das
Analysematerial sich befindet, sodass durch die Erwärmung des Materials des
Behälters auch das darin befindliche Analysematerial erwärmt wird.
Besonders vorteilhaft ist ferner eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, bei der die Temperierungseinheit ausgebildet ist, um das in dem Behälter angeordnete Analysematerial aus einer Richtung zu temperieren, die nicht in einer Rotationsebene der Zentrifuge liegt. Unter einer Rotationsebene kann eine Ebene verstanden werden, in der die Drehrichtung der Zentrifuge liegt. Besonders günstig kann die Temperierungseinheit angeordnet werden, wenn sie beispielsweise nicht auf in der gleichen Ebene liegt, in der die zumindest eine Beleuchtungseinheit und die zumindest eine Detektoreinheit angeordnet sind, wobei diese Ebene, in der die Beleuchtungseinheit und die Detektoreinheit angeordnet sind, meist in einer Rotationsebene der Zentrifuge liegt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass das bei einer Anordnung von mehreren Beleuchtungseinheiten und Detektoreinheiten die Temperierungseinheit keinen Platz benötigt, der für eine (weitere) Detektoreinheit, eine
Fluoreszenzlichtdetektoreinheit und/oder eine (weitere) Beleuchtungseinheit benötigt würde. Hierbei wird ausgenutzt, dass eine Temperierung, insbesondere eine Erwärmung (oder Abkühlung) beispielsweise auch von einem Boden des Behälters mit dem Analysematerial erfolgen kann, wobei in diesem Fall eine sehr gleichmäßige Temperierung (Erwärmung oder Abkühlung) des Analysematerials möglich wird.
Um eine energieeffiziente, dynamische und schnelle Temperierung des
Analysematerials zu ermöglichen, kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Analysematerialaufnahmeeinheit, die
Befestigungseinheit und/oder der Behälter eine Isolationsschicht aufweisen, die ausgebildet ist, um das Analysematerial und/oder den Behälter von einem Bereich außerhalb der Analysevorrichtung thermisch zu isolieren.
Besonders günstig ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Temperierungseinheit ausgebildet ist, um eine Temperatur des
Analysematerials und/oder des Behälters zu erfassen und ansprechend auf die erfasste Temperatur das Analysematerial und/oder den Behälter zu temperieren. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, die tatsächliche Temperatur des Analysematerials zu erfassen und auf diese Weise sicherzustellen, dass die Rahmenbedingungen für eine gewünschte Reaktion des Analysematerials auch gewährleistet sind. Beispielsweise kann die
Temperatur des Analysematerials durch eine Auswertung einer vom
Analysematerial oder dem Behälter mit dem Analysematerial ausgesandten Infrarotstrahlung erfolgen.
Denkbar ist ferner eine Temperierung des Analysematerials oder des Behälters auch mittels eines oder mehrerer normaler Widerstandsheizer oder auch Luftströmungen (erwärmte oder kalte Luft ermöglicht schnelles Hoch und Runterheizen der Zentrifuge) in der Zentrifuge.
Um die Analysevorrichtung mit elektrischer Energie zu versorgen, damit sie auch im oder am Rotor der Zentrifuge eine optische Analyse oder eine Vorbereitung einer optischen Analyse des Analysematerials ausführen kann, kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zumindest eine Energieversorgungseinheit vorgesehen sein, die ausgebildet ist, um zumindest die Beleuchtungseinheit und/oder die Detektoreinheit mit elektrischer Energie zu versorgen, insbesondere wobei die Energieversorgungseinheit einen
elektrochemischen Energiespeicher, eine Induktionsspule und/oder einen Energieanschlusskontakt zur Befestigung einer Energieversorgungsleitung aufweist.
Denkbar ist ferner eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der zumindest eine Datenausgabeschnittstelle vorgesehen ist, die ausgebildet ist, um ein das von der Detektoreinheit empfangene Licht oder ein Ergebnis der Analyse repräsentierendes Signal an eine Einheit außerhalb der Zentrifuge zu übertragen, insbesondere wobei die Datenausgabeschnittstelle einen
Datenausgabeanschlusskontakt zum Anschluss eines elektrisch leitfähigen Datenübertragungskabels, einen Datenausgabeanschlusskontakt zum Anschluss einer Glasfaserleitung und/oder eine Funkschnittstelle aufweist. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, das Ergebnis der Analyse einfacher, schneller und sicher an eine Datenempfangseinheit zu übertragen, die außerhalb des Rotors der Zentrifuge angeordnet ist und somit eine Weiterverarbeitung des Analyseergebnisses der Analysevorrichtung ermöglicht.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen
beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung einer Zentrifuge zur Verwendung mit einer Analysevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Draufsicht;
Fig. 2 eine Querschnittsdarstellung einer Analysevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Draufsicht;
Fig. 3 eine Querschnittsdarstellung einer Analysevorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Draufsicht;
Fig. 4A und 4B Querschnittsdarstellungen einer von Analysevorrichtungen
gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung in Draufsicht; Fig. 5 eine Querschnittsdarstellung einer Analysevorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Draufsicht;
Fig. 6 eine Querschnittsdarstellung einer Analysevorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
perspektivischer Ansicht; und
Fig. 7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren
dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche
Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Fig. 1 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer Zentrifuge 100 zur Verwendung mit einer Analysevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Draufsicht. Die Zentrifuge 100 umfasst ein Zentrifugengehäuse 1 10, in dem sich ein Rotor 120 in eine Drehrichtung 130 (Zentrifugationsrichtung) bewegen oder drehen kann, wenn die Zentrifuge 100 in Betrieb ist. Der Rotor 120 umfasst vier integrierte oder herausnehmbare Zentrifugen-Röhrchenhalter 140, die als nachfolgend näher beschriebene Analysevorrichtung ausgebildet sind. Der Halter 140 bzw. die Analysevorrichtung 140 kann dabei in einem Aufnahmebecher 150 des Rotors 120 eingesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Analysevorrichtung 140 direkt mit dem Rotor 120 verschraubt oder anderes an den Rotor 120 befestigt werden, sodass sich die Analysevorrichtung 140 zusammen mit dem Rotor 120 beim Betrieb der
Zentrifuge 100 in die Drehrichtung 130 dreht. Es ist jedoch auch denkbar, dass weniger als vier Analysevorrichtungen 140 in Aufnahmebecher 150 des Rotors 120 eingesetzt werden, je nach dem welcher Anzahl von durchzuführenden Analysen oder welche Menge eines Analysematerials zu analysieren ist. Denkbar ist ferner, dass in jedem der Analysevorrichtung ein anderes Analysematerial beim Betrieb der Zentrifuge 100 analysiert wird, wobei dieses Analysieren durch die Anordnung von unterschiedlichen Analysevorrichtungen 140 unterschiedlichen Aufnahmebechern 150 der Zentrifuge 100 in einem einzigen Arbeitsschritt zeiteffizient erfolgt.
Die optische Anordnung der Elemente der Analysevorrichtungen 140 kann somit in den Zentrifugenrotor 120 eingebaut sein. Diese Anordnung benötigt ein
Nachrüsten oder eine Spezialanfertigung einer Zentrifuge. Alternativ dazu kann die optische Anordnung in die austauschbaren Probenhalter 150
(Aufnahmebecher) der Zentrifuge 100 eingebaut sein. In einem solchen Fall ist kein Nachrüsten der Zentrifuge 100 notwendig. Der Nutzer der Zentrifuge 100 kann vielmehr je nach Bedarf optische Probenhalter oder Analysevorrichtungen
140 für seine Zentrifuge 100 nachkaufen. Diese können beispielsweise so gestaltet werden, dass die mit Bezug zu nachfolgenden Figuren beschriebenen Filter und/oder Lichtquellen je nach Bedarf für optische Spektra vom Anwender ausgetauscht werden können.
Fig. 2 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer Analysevorrichtung 140 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Draufsicht. Diese Analysevorrichtung 140 bildet einen Zentrifugen-Röhrchenhalter, der ein
Zentrifugen-Röhrchen 200 (im weiteren auch einfach als Behälter bezeichnet) mit dem Analysematerial 210 in einer Öffnung als Analysematerialaufnahmeeinheit
215 im Inneren der Analyseeinheit 140 aufnehmen kann. Die Analysevorrichtung 140 umfasst dabei gebaut eine Befestigungseinheit 220, die beispielsweise als zylindrischer Mantel der Analysevorrichtung 140 ausgebildet ist. Dieser zylindrische Mantel als Befestigungseinheit 220 bietet somit die Möglichkeit, die Analysevorrichtung 140 in entsprechende Aufnahmebecher 150 in den Rotor 120 der Zentrifuge 100 einsetzen zu können. Alternativ kann die Befestigungseinheit 220 auch derart ausgebildet sein, dass sie fest mit dem Rotor 120 der Zentrifuge 100 verbunden werden kann (beispielsweise mittels eines Klebematerials oder unter Verwendung von Schrauben).
Die Analysevorrichtung 140 umfasst weiterhin eine erste Beleuchtungseinheit 230a, die ausgebildet ist, um Licht einer ersten vorbestimmten Wellenlänge (beispielsweise gelbes Licht) auszusenden. Die erste Beleuchtungseinheit 230a kann beispielsweise als Lampe zur Aussendung eines breitbandigen
Lichtspektrums, eine LED oder eine Laser-Lichtquelle ausgestaltet sein. In einem ersten Strahlengang 235a eines von der ersten Beleuchtungseinheit 230a ausgesandten Lichtstrahls ist eine erste Filtereinheit 240a angeordnet, die ausgebildet ist, um das von der ersten Beleuchtungseinheit 230a ausgesandte Licht derart zu filtern, das Licht mit der ersten vorbestimmten Wellenlänge die erste Filtereinheit 240a passieren kann und Licht mit einer von der ersten vorbestimmten Wellenlänge abweichenden Wellenlänge die erste Filtereinheit
240a nicht passieren kann. Dies ermöglicht, den (günstigerweise für das Licht mit der ersten vorbestimmten Wellenlänge transparenten) Behälter 200 mit dem Analysematerial 210 lediglich dem Licht der ersten vorbestimmten Wellenlänge auszusetzen, sodass die Eigenschaften des Analysematerials 210 in Reaktion auf das Licht mit der ersten vorbestimmten Wellenlänge besonders klar ausgewertet werden können. Auf einer der ersten Filtereinheit 240a und der ersten Beleuchtungseinheit 230a gegenüberliegenden Seite des Behälters 200 ist im ersten Strahlengang 235a zunächst eine erste Empfangsfiltereinheit 245a sowie eine erste Detektoreinheit 250a angeordnet. Die erste
Empfangsfiltereinheit 245a kann wiederum ausgebildet sein, um das Licht der ersten vorbestimmten Wellenlänge (beispielsweise gelbes Licht) passieren zu lassen und Licht mit einer von der ersten vorbestimmten Wellenlänge
abweichenden Wellenlänge nicht passieren zu lassen oder zu unterdrücken. Die erste Detektoreinheit 250a kann ausgebildet sein, um das Licht der ersten vorbestimmten Wellenlänge besonders empfindlich zu erfassen und
beispielsweise hinsichtlich einer empfangenen Lichtintensität auszuwerten.
Insbesondere kann durch ein solches Vorgehen erkannt werden, dass während oder nach dem Zentrifugieren das Analysematerial eine Änderung des
Transparenzgrades für das Licht mit der ersten vorbestimmten Wellenlänge erfahren hat, was auf eine Veränderung der Zusammensetzung des
Analysematerials hindeuten kann. Zur technischen Implementierung einer solchen Erkennung kann die erste Detektoreinheit 250a beispielsweise eine Auswertungseinheit 255 aufweisen, die eine solche Auswertung als optische Analyse des Analysematerials durchführt, und ein Signal 257, welches das Ergebnis der optischen Analyse repräsentiert, an eine entsprechende
Übertragungseinheit 260 überträgt. Die Übertragungseinheit, die beispielsweise auch als Datenübertragungsschnittstelle bezeichnet werden kann, kann als Steckkontakt, als Funkschnittstelle oder als anderes Element ausgebildet sein, um das Signal 257 an eine Einheit außerhalb der Analysevorrichtung 140 übertragen. Um nun weitere Parameter oder Eigenschaften des Analysematerials zu erhalten, kann eine optische Analyse dieses Analysematerials mit Licht weiterer vorbestimmter Wellenlängen durchgeführt werden. Beispielsweise kann eine zweite Beleuchtungseinheit 230b vorgesehen sein, um blaues oder ultraviolettes Licht in einem (vom ersten Strahlengang 235a abweichenden) zweiten
Strahlengang 235b auf den (nun günstigerweise auch für das von der zweiten Beleuchtungseinheit 230b ausgesandte Licht mit einer zweiten vorbestimmten Wellenlänge transparenten) Behälter 200 mit dem Analysematerial 210 auszusenden. Dabei kann das von der zweiten Beleuchtungseinheit 230b ausgesandte Licht vor dem Eintritt in den Behälter 200 durch eine zweite
Filtereinheit 240b gefiltert werden. Die zweite Filtereinheit kann ausgebildet sein, um Licht mit der zweiten vorbestimmten Wellenlänge passieren zu lassen und Licht mit einer von der zweiten vorbestimmten Wellenlänge nicht passieren zu lassen. Im zweiten Strahlengang 235b ist auf einer in Bezug zum Behälter 200 gegenüberliegenden Seite zur zweiten Beleuchtungseinheit 230b eine zweite
Empfangsfiltereinheit 245b sowie eine zweite Detektoreinheit 250b angeordnet. Die zweite Empfangsfiltereinheit 245b kann ebenfalls wiederum dazu ausgebildet sein, um Licht mit der zweiten vorbestimmten Wellenlänge passieren zu lassen und Licht mit einer von der zweiten vorbestimmten Wellenlänge abweichenden Wellenlänge nicht passieren zu lassen. Die zweite Detektoreinheit 250b kann besonders empfindlich für die Erkennung von Licht mit der zweiten
vorbestimmten Wellenlänge (wie vorliegend blaues oder ultraviolettes Licht) sein. Für Auswertung des von der zweiten Detektoreinheit 250b empfangenen Lichts kann die zweite Detektoreinheit 250b ebenfalls wiederum eine Auswerteeinheit 255 aufweisen, die beispielsweise eine Intensitätsänderung des von der zweiten
Detektoreinheit 250b empfangenen Lichts mit der zweiten vorbestimmten Wellenlänge erkennt und hieraus ein Signal 257 ermittelt, welches ebenfalls mittels der Datenübertragungsschnittstelle 260 an eine Einheit außerhalb der Analysevorrichtung 140 übertragen werden kann. Dieses von der zweiten Detektoreinheit 250b gelieferte Signal kann somit einen Hinweis darauf geben, dass sich ein Transparenzgrad des Analysematerials während oder nach der Rotation des Rotors 120 der Zentrifuge in Bezug auf Licht der zweiten vorbestimmten Wellenlänge verändert hat. Hieraus kann ebenfalls eine
Veränderung der Zusammensetzung oder von bestimmten Eigenschaften des Analysematerials gezogen werden. Um weitere Parameter oder Eigenschaften des Analysematerials erkennen zu können, kann noch eine dritte Beleuchtungseinheit 230c vorgesehen sein, um grünes Licht in einem dritten Strahlengang 235c auf den (nun günstigerweise auch für das von der dritten Beleuchtungseinheit 230c ausgesandte Licht mit einer dritten vorbestimmten Wellenlänge transparenten) Behälter 200 mit dem
Analysematerial 210 auszusenden. Dabei kann das von der dritten
Beleuchtungseinheit 230c ausgesandte Licht vor dem Eintritt in den Behälter 200 durch eine dritte Filtereinheit 240c gefiltert werden. Die dritte Filtereinheit 240c kann ausgebildet sein, um Licht mit der dritten vorbestimmten Wellenlänge passieren zu lassen und Licht mit einer von der dritten vorbestimmten
Wellenlänge nicht passieren zu lassen. Im dritten Strahlengang 235c ist auf einer in Bezug zum Behälter 200 gegenüberliegenden Seite zur dritten
Beleuchtungseinheit 230c eine dritte Empfangsfiltereinheit 245c sowie eine dritte Detektoreinheit 250c angeordnet. Die dritte Empfangsfiltereinheit 245c kann ebenfalls wiederum dazu ausgebildet sein, um Licht mit der dritten
vorbestimmten Wellenlänge passieren zu lassen und Licht mit einer von der dritten vorbestimmten Wellenlänge abweichenden Wellenlänge nicht passieren zu lassen. Die dritte Detektoreinheit 250c kann besonders empfindlich für die Erkennung von Licht mit der dritten vorbestimmten Wellenlänge (wie vorliegend grünes Licht) sein. Für Auswertung des von der dritten Detektoreinheit 250c empfangenen Lichts kann die dritte Detektoreinheit 250c ebenfalls wiederum eine Auswerteeinheit 255 aufweisen, die beispielsweise eine Intensitätsänderung des von der dritten Detektoreinheit 250c empfangenen Lichts mit der dritten vorbestimmten Wellenlänge erkennt und hieraus ein Signal 257 ermittelt, welches ebenfalls mittels der Datenübertragungsschnittstelle 260 an eine Einheit außerhalb der Analysevorrichtung 140 übertragen werden kann. Dieses von der dritten Detektoreinheit 250c gelieferte Signal 257 kann somit einen Hinweis darauf geben, dass sich ein Transparenzgrad des Analysematerials während oder nach der Rotation des Rotors120 der Zentrifuge in Bezug auf Licht der dritten vorbestimmten Wellenlänge verändert hat. Hieraus kann ebenfalls eine
Veränderung der Zusammensetzung oder von bestimmten Eigenschaften des Analysematerials gezogen werden.
Besonders wenig Bauraum für die Anordnung der Beleuchtungseinheiten 230, der Filtereinheiten 240 der Empfangsfiltereinheit 245 sowie der Detektoreinheiten 250 ist dann aufzuwenden, wenn die vorstehend genannten Einheiten in einer Ebene angeordnet sind, insbesondere die im Wesentlichen parallel zu einer Ebene ist, in der die Rotation der Zentrifuge ausgeführt wird oder in der die Drehrichtung des Rotors 120 der Zentrifuge 100 liegt. Eine solche Anordnung ermöglicht ferner, das Analysematerial 210 in einer Mitte des Behälters 200 in mehreren Strahlengängen 235 liegt, sodass das gleiche Analysematerial in
Bezug auf seine Eigenschaften zu Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen hin untersucht oder optisch analysiert werden kann. Dies stellt sicher, dass dieses Analysematerial 210, welches in mehreren Strahlengängen 235 liegt, zugleich auf unterschiedliche Parameter oder Eigenschaften hin untersucht werden kann, die sich durch die Auswertung von Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen erfassen lässt.
Um zumindest die Beleuchtungseinheiten 230, die Detektoreinheiten 250, die Auswerteeinheit 255 und/oder die Datenübertragungsschnittstelle 260 mit elektrischer Energie zu versorgen, kann beispielsweise eine
Energieversorgungseinheit 270 vorgesehen sein. Diese
Energieversorgungseinheit 270 kann beispielsweise einen elektrochemischen Energiespeicher wie eine Batterie oder einen Akkumulator aufweisen, der die zuvor genannten Einheiten auch während des Betriebs der Zentrifuge, das heißt bei Rotation des Rotors 120, mit elektrischer Energie versorgt. Denkbar ist jedoch auch, dass die Energieversorgungseinheit 270 eine Induktionsspule aufweist, die mit einer außerhalb des Rotors 120 angeordneten (in der Fig. 2 nicht dargestellten) Gegeninduktionsspule in Wechselwirkung treten kann, um bei Rotation des Rotors 120 elektromagnetische Energie induktiv an die
Energieversorgungseinheit 270 oder die mit der Energieversorgungseinheit 270 verbundenen Komponenten zu übertragen. Denkbar ist auch, dass die
Energieversorgungseinheit 270 einen Steckkontakt aufweist, der mit einem Energieversorgungskabel elektrisch leitend verbunden ist, wobei das
Energieversorgungskabel durch den Rotor 120 oder am Rotor 120 entlang geführt ist und elektrische Energie von außerhalb des Rotors 120 an die
Energieversorgungseinheit 270 leiten kann.
Dargestellt ist in der Fig. 2 somit ein Zentrifugen-Röhrchen-Halter 140, der entweder fest in den Zentrifugen-Rotor 120 eingebaut oder aber von Hand austauschbar und befestigbar ist. In der Mitte befindet sich das Zentrifugen-
Röhrchen 200, welches von Lichtquellen 230, Detektoren 250 und Filtern 235, 245 umgeben ist. Die runde Geometrie erlaubt es, die Probe 210 mit mehr als einer Lichtquelle 230 simultan zu beleuchten.
Ein System nach der Offenlegungsschrift DE 10 2010 003 223 A1 weist bereits einzelne mechanische und fluidische Funktionalität auf. Zur Automatisierung komplexer biochemischer Prozesse und für die Detektion können jedoch noch weitere Funktionalitäten notwendig sein. Neben dem Schalten und dem
Transport von Flüssigkeiten ist auch die optische Auslese von Proben wichtig, vor allem wenn diese mit Assays gekoppelt sind. Hierzu ist es ferner denkbar, das System aus der DE 10 2010 003 223 A1 mit dem hier vorgeschlagenen
Ansatz zu kombinieren, um einerseits eine optimale Aufbereitung der Assays zu ermöglichen und andererseits sehr detaillierte Analyseergebnisse zu erhalten.
Normalerweise werden Proben, die im Lab Tube aufgereinigt und präpariert werden, durch externe Ausleseeinheiten optisch ausgelesen. Dazu gehören beispielsweise Spektrofotometer oder Fluorometer. Diese bestehen in der Regel aus preisintensiven Lichtquellen, die in der Lage sind verschiedene
Spektralbereiche von 300 - 900 nm zu erzeugen. Sie beinhalten außerdem teure Diffraktionsgradienten und Präzisionsbauteile. Dies alles macht die
standardmäßig genutzten Ausleseeinheiten teuer. Zusätzlich kann
standardmäßig nur ein Spektralbereich pro Zeiteinheit erzeugt und ausgelesen werden. Das Auslesen mehrerer Wellenlängen gleichzeitig ist standardmäßig nicht möglich. Der Informationsgehalt nur einer Wellenlänge ist limitiert, weshalb beispielweise Hintergrundsignale schlechter normalisiert/subtrahiert werden können und eine niedrigere Sensitivität erreichbar ist, als wenn man mehrere
Wellenlängen gleichzeitig anschauen kann. Letztlich bedeutet ein externes Auslesegerät auch immer, dass die Probe von der Zentrifuge in ein anderes Gerät transferiert werden muss. Dadurch können Verunreinigungen in die Probe gelangen. Zusätzlich kann man optische Informationen der Probe erst nach Ende der Zentrifugation erhalten, sobald die Probe ins Auslesegerät transferiert wurde.
Ein real-time-Assay während, vor oder direkt nach dem Zentrifugiervorgang ist deshalb nicht möglich.
In dem hier vorgestellten Ansatz wird eine optische Anordnung in einer
Zentrifuge 100 beschrieben, mit welcher eine Probe 210, die sich in einem Zentrifugenröhrchen 200 befinden, während, vor oder nach der Zentrifugation optisch ausgelesen werden können. Die runde Geometrie der optischen Anordnung erlaubt es, eine oder mehrere Wellenlängen-Bereiche gleichzeitig auszulesen. Durch das Auslesen von einem oder mehreren
Wellenlängenbereichen gleichzeitig, sowie durch das Auslesen von optischen Daten in Echtzeit kann die Sensitivität eines Assays im Vergleich zu Standard-
Methoden, wie z. B. Spektrofotometer oder Fluorometer, signifikant erhöht werden.
Durch das Datenauslesen in der Zentrifuge 120 ergeben sich folgende Vorteile:
Ein externes Auslesegerät braucht nicht gekauft werden, da die
Datenauslese direkt in der Zentrifuge 100 abläuft.
Die Probe 210 muss nach Prozessierung in der Zentrifuge 100 nicht in ein anderes Gerät transferiert werden, d. h. dass Zeit gespart und potentielle Kontaminationen verhindert werden können
Die Probe 210 braucht nach Prozessierung in der Zentrifuge 100 nicht in ein anderes Gerät transferiert werden, da die Probe direkt in der gestapelten mikrofluiden Anordnung ablaufen kann. Die Probe muss nicht aus der Anordnung heraus pipettiert und in ein anderes Gerät transferiert werden, d. h. dass Zeit gespart und potenzielle Kontaminationen verhindert werden können.
Die Daten können automatisiert ausgelesen und bspw. über Internet oder Mobiltelefon aufgezeichnet werden.
Die Temperaturprofile können individuell, auf den Assay spezifisch eingestellt werden und rapide hoch- und runtergefahren werden. Das schnelle Temperatur-Zyklieren ermöglicht chemische Assays, wie beispielsweise PCR.
Es können kinetische Assays in Echtzeit ablaufen (d. h., die Proben werden während der Reaktion ausgelesen) und somit können mehr Parameter aufgezeichnet und damit eine höhere Sensitivität und Qualität des Assays erreicht werden.
Im Vergleich zum Fluorometer oder UV/VIS Spektrofotometer kann man aufgrund der runden, optischen Konfiguration zwei oder mehrere
Wellenlängen gleichzeitig aufzeichnen. Dadurch kann ebenfalls eine neue Qualität und Sensitivität des Assays erreicht werden.
Durch Einsetzen von Wärmelichtquellen kann die optische Anordnung als Temperatursteuerung verwendet werden. Die Vorrichtung 140 zur optischen Datenauslese ist robust.
Der Preis der in der Zentrifuge integrierten Optik kann unter Umständen niedriger sein als der von Standardauslesegeräten.
Die Vorrichtung 140 zur optischen Datenauslese ist leicht zu handhaben (auch von nichtspezialisiertem Personal), da die Prozessschritte durch das
Zentrifugenprotokoll automatisiert sind.
In dem hier vorgeschlagenen Ansatz wird eine optische Anordnung in einer Zentrifuge 100 beschrieben, mit welcher Proben 210, die sich in einem
Zentrifugenröhrchen 200 befinden, während oder nach der Zentrifugation optisch ausgelesen werden können. Wie in Fig. 2 dargestellt, handelt es sich bei dem hier vorgestellten Ansatz um eine optische Anordnung beispielsweise mit runder Geometrie. Dabei besteht die Anordnung aus einer oder mehreren Lichtquellen 230, Filtern 235, 245 und Detektoren 250. Die runde Geometrie erlaubt es, die Probe mit mehr als einer Lichtquelle simultan zu beleuchten. Zudem kann ein
Detektor 250 zum Auslesen mehrerer Wellenlängen/Lichtquellen genutzt werden, z .B. wenn diese sequentiell angesteuert werden. Beispielsweise wenn eine UV- Lichtquelle im Winkel von 180° und eine Fluoreszenz-Lichtquelle im Winkel von 60° ausgelesen werden. Ein Aufbau einer solchen Anordnung ist in der Fig. 3 näher dargestellt.
Fig. 3 zeigt eine Querschnittansicht einer Analysevorrichtung 140 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Draufsicht. Dabei ist im Unterschied zu dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel nun keine erste Beleuchtungseinheit 230a (und keine erste Filtereinheit 235a) zum Abstrahlen von Licht mit der ersten vorbestimmten Wellenlänge und auch keine erste Empfangsfiltereinheit 245a und keine erste Detektoreinheit 250a vorgesehen. Vielmehr ist anstelle der ersten Detektoreinheit 250a, wie sie in dem
Ausführungsbeispiel gemäß der Darstellung aus Fig. 2 wiedergegeben ist, eine beispielsweise von der Energieversorgungseinheit 270 mit elektrischer Energie versorgbare Fluoreszenzlichtdetektoreinheit 300 vorgesehen. Die
Fluoreszenzlichtdetektoreinheit 300, der ein Fluoreszenzfilter 310 in einem Fluoreszenzstrahlengang 320 vorgeschaltet ist, ist so ausgelegt, dass sie beispielsweise sequenziell Fluoreszenz-Signale erfassen kann, die von dem Analysematerial 210 ansprechend auf eine Anregung durch die Bestrahlung von
Licht aus der zweiten Beleuchtungseinheit 230b und/oder der dritten Beleuchtungseinheit 230c abgestrahlt werden. Hierzu ist die
Fluoreszenzlichtdetektoreinheit 300 auch nicht im zweiten Strahlengang 235b oder dritten Strahlengang 235c angeordnet, sondern in dem zuvor
beschriebenen Winkel zu zumindest dem zweiten oder dritten Strahlengang. Auch ist es denkbar, dass sowohl die zweite Detektoreinheit 250b als auch die dritte Detektoreinheit 250c als für UV-Licht sensitive Detektoreinheiten 250 ausgebildet sind.
Die optische Anwendung bzw. Analysevorrichtung 140 kann somit beispielsweise aufgrund der runden Geometrie dazu genutzt werden, mehrere Wellenlängen- Bereiche zu detektieren, beispielsweise wenn diese sequenziell angesteuert werden. Beispielsweise kann eine UV-Lichtquelle 230b (durch die zweite Detektoreinheit 250b) im Winkel von 180° und eine Fluoreszenz-Lichtquelle durch die Fluoreszenzlichtdetektoreinheit 300 im Winkel von 60° (d. h. im
Fluoreszenzstrahlengang 320) auslesen, wie es in der Fig. 3 dargestellt.
Die Lichtquellen 230 können z. B. LEDs, Laser oder Lampen sein. Die Filter 235 bzw. 245 können z. B. preisgünstige Theaterlicht-/Plastikfilter oder hochwertigere mikroskopische Filter sein. Die optische Anordnung kann entweder in den Zentrifugenrotor oder als Einsatz in den Rotor bzw. Zentrifugenbecher eingebaut sein. Diese Anordnung benötigt ein Nachrüsten oder eine Spezialanfertigung einer Zentrifuge bzw. Rotor. Alternativ dazu kann die optische Anordnung in die Probenhalter der Zentrifuge eingebaut sein, wie dies in der Fig. 1 dargestellt ist. In einem solchen Fall ist kein Nachrüsten der Zentrifuge 100 notwendig. Ein Kunde kann vielmehr je nach Bedarf optische Probenhalter 140 für seine Zentrifuge 100 nachkaufen. Diese können beispielsweise so gestaltet werden, dass die Filter 235 bzw. 245 und/oder Lichtquellen 230 (bzw. die Messsignale ausgelesen werden) je nach Bedarf für optische Spektra vom Anwender ausgetauscht werden können.
Die Elemente der optischen Anordnung bzw. der Analysevorrichtung 140 können über verschiedene Methoden durch die Energieversorgungseinheit 270 elektrisch angetrieben oder betrieben werden:
1 . Als Stromquelle kann eine Batterie oder ein Akku dienen. 2. Alternativ dazu kann die Zentrifugation dazu genutzt werden mittels
(magnetischer) Induktion oder energy harvesting (bspw. Induktion über eine Feder wie in Chen et al, Proceedings of PowerMEMS 2008+ beschrieben) Strom zu erzeugen.
3. Der Strom kann auch leitungsgebunden extern über beispielsweise den
Zentrifugendeckel oder Rotor eingespeist werden.
Für das Ansteuern der Optik und das Auslesen der Daten von der Zentrifuge können z. B. ein Computer, Tablet-PC oder Handy benutzt werden. Dabei können Daten z.B. mittels folgender Methoden über die
Datenübertragungsschnittstelle 260 übermittelt werden.
1 . Über Kabel in der Zentrifuge oder dem Zentrifugenhalter
2. Ansteuerung über wireless Internet
3. Ansteuerung über andere kabellose Methoden, wie beispielsweise radio- frequency Identification, RFID
Die optische Anordnung, d. h. die Analyseeinheit 140, im Zentrifugen rotor 120 oder Zentrifugenhalter kann mit anderen Funktionalitäten, wie z.B. einer Heizung oder einer Kühlung, verbunden werden. Diese können z. B. für das Ablaufen bestimmter Assays und Reaktionen notwendig sein. Als Temperaturkontrolle kommen diverse elektrische, chemische und optische Methoden infrage, wie sie beispielhaft in den Figuren 4A und 4B dargestellt sind.
Fig. 4A zeigt eine Querschnittsansicht einer Analysevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Draufsicht. Zusätzlich zu der in Fig. 2 dargestellten Anordnung von Komponenten der Analysevorrichtung 140, ist eine Temperierungseinheit 400 vorgesehen, die in dem in Fig. 4A
dargestellten Ausführungsbeispiel als Wärmelichtquelle (das heißt als Infrarot- Lichtquelle) ausgebildet ist. Die Temperierungseinheit 400 kann ausgebildet sein, um Infrarotlicht auf den Behälter 200 abzustrahlen, und den Behälter 200 hierdurch zu erwärmen. Dabei wird die Wärme der Behälterwand 200 an das Analysematerial 210 übertragen, wodurch sich dieses erhitzt. Ferner kann die Temperierungseinheit 400 in gleicher Ebene wie die Beleuchtungseinheiten 230, die Detektoreinheiten 250 sowie die Filtereinheiten 235 und die
Empfangsfiltereinheiten 245 angeordnet sein. Auf diese Weise lässt sich eine baulich sehr einfache Analysevorrichtung 140 herstellen, die insbesondere im Schnittpunkt der Strahlengänge 235 das Analysematerial 210 möglichst schnell auf die gewünschte Temperatur bringt. Um sicherzustellen, dass lediglich die gewünschte Infrarotstrahlung auf die Wand des Behälters 200 trifft, kann ein Temperierungsfilter 410 vorgesehen sein, der lediglich für die gewünschte Infrarotstrahlung transparent ist. Denkbar ist ferner, dass die
Temperierungseinheit 400 ein Peltierelement aufweist, um auch die Wand des Behälters 200 oder das Analysematerial 210 zu kühlen und somit eine gewünschte Temperaturreduzierung des Analysematerials zu erreichen.
Zusätzlich zu den für die optische Auslese notwendigen Lichtquellen 230 (z. B. für gelbes, blaues und/oder grünes Licht), kann eine optische Wärmelichtquelle 400 mit oder ohne vorgeschalteten Filter 410 in das System der
Analysevorrichtung 140 eingefügt werden. Die Wärmelichtquelle 400 kann beispielsweise als optische Lichtquelle ausgebildet sein, die Licht im
Infarotbereich abstrahlt. Die Probe 210 kann sich zusätzlich in einem Behälter 200 befinden, welcher aus einem Material (z. B. ein Glas oder Plastik) besteht, welches Licht im Wärmewellenlängenbereich absorbiert (z. B. Infrarot) und gleichzeitig das von den Beleuchtungseinheiten 230 ausgesandte Licht im Wellenlängenbereich der optischen Auslese (z. B. UV- und Fluoreszenz) durchläset. Es ist weiterhin auch denkbar, dass zusätzlich zu der
Wärmelichtquelle (Infrarotlichtquelle) noch eine weitere Temperierungseinheit 400 vorgesehen ist, die an einer Innenseite des Mantels der Befestigungseinheit 220 angebracht ist. Diese Temperierungseinheit kann beispielsweise als wärme- oder kältespendende Folie ausgestaltet sein und sich entlang des zylindrischen Mantels der Analysevorrichtung 140 erstrecken. Hierdurch kann eine besonders gleichmäßige Erwärmung oder Kühlung (Temperierung) des in der
Analysematerialaufnahmeeinheit 215 angeordneten Analysematerials und/oder des Behälters erreicht werden. Die vorliegende Erfindung kann auch in einem Ausführungsbeispiel realisiert werden, in dem die Analysevorrichtung keine Befestigungseinheit zum
Befestigen an einem Rotor oder der Innenwand der Zentrifuge 100 aufweist, sondern insbesondere zur Analyse das Analysematerial und/oder den Behälter mittels der Temperierungseinheit 400 temperiert. Hierbei sollte dann der Behälter mit dem Analysematerial 200 aus der Zentrifuge 100 herausgenommen werden und in eine als von der Zentrifuge 100 separate Analysevorrichtung eingesetzt werden. Durch eine solche separate Analysevorrichtung kann dann eine sehr gute und dynamische Temperierung des Analysematerials erfolgen, die bei einer Anordnung der Analysevorrichtung in der Zentrifuge 100 oder am Rotor 120 der Zentrifuge 100 beispielsweise wegen eines geringen zur Verfügung stehenden Bauraumes für eine hochwirksame (große) Temperierungseinheit 400 nicht möglich ist.
Fig. 4B zeigt eine Querschnittsansicht einer Analysevorrichtung 410 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Draufsicht. Im Unterschied zu dem in Fig. 4A dargestellten Ausführungsbeispiel einer
Analysevorrichtung 140 ist die Temperierungseinheit 400 nun am Boden des Behälters 200 angeordnet, sodass eine Richtung eines von der
Temperierungseinheit 400 weg oder zur Temperierungseinheit 400 hin führender Wärmestrom nun aus der Zeichenebene heraus oder in die Zeichenebene hinein resultieren würde. Somit wird eine Richtung eines von einer derart angeordneten
Temperierungseinheit 400 bewirkten Wärmestroms nicht mehr in einer
Anordnungsebene von weiteren Komponenten 230,240, 245 und 250 der Analysevorrichtung 140 liegen, insbesondere senkrecht zu der
Anordnungsebene der weiteren Komponenten 230, 240, 245 und 250 der Analysevorrichtung 140 angeordnet sein. Ebenfalls ist denkbar, dass die
Temperierungseinheit 400 gemäß dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 4B ein Peltier-Element zur Bewirkung einer Kühlung des Analysematerials aufweist. Die Temperierungseinheit 400, hier die als optische Wärmelichtquelle ausgebildet ist, kann somit auch unterhalb des Probebehälters 200, statt seitlich angebracht sein. Dadurch wird eine gleichmäßigere Verteilung der Wärmeenergie erzielt.
Elektrisch kann die Temperatur bzw. die Ansteuerung der Temperierungseinheit 400 beispielsweise über die Energieversorgungseinheit 270 mit einer Batterie oder andere Stromquelle geregelt werden. Wärmeverluste können durch ein Wärmeisolationselement 420 ausgeglichen werden, die beispielsweise als ein
Mantel, der um die Außenwand der Analysevorrichtung gelegt ist oder als thermisch isolierende Befestigungseinheit ausgebildet ist. Alternativ kann über exotherme und endotherme Reaktionen im„tube" (d. h. Behälter) die Temperatur auch chemisch durch ein oder mehrere entsprechende aktivierbare chemische Temperatursteuerungselemente gesteuert werden. Eine Beispielausführung für eine optische Heizung ist in der Fig. 4A beschrieben. Anstelle einer LED zur optischen Datenauslese kann eine Infrarotlampe oder andere aufgezeichnet auf die Probe scheinen oder aber von unten, wie dies in dem Ausführungsbeispiel entsprechend der Fig. 4B dargestellt ist. Filter 410 können, müssen aber nicht verbaut werden. Um ein gleichmäßigeres Aufheizen der Probe zu erreichen, kann das Lab Tube aus einem Glas oder anderem Material (bspw. Polymer,
Plastik, Gummi) hergestellt werden, welches Infrarot/Wärmelicht absorbiert und UV/Fluoreszenzlicht, welches zur optischen Messung der Probe benötigt wird, durchlässt. Die optische, temperaturgeregelte Anordnung von Elementen der
Analysevorrichtung 140 kann so konzipiert sein, dass Proben 210 direkt nach der Aufreinigung ohne Umpipettieren in die Anordnung zur temperaturkontrollierten, optischen Auslese gesetzt werden können. Beispielsweise kann für eine solche Anordnung auch eine Kombination von Elementen aus der Fig. 2 mit dem
Isolationselement aus Fig. 4A bzw. 4B verwendet werden, wie es in der
Querschnittdarstellung einer Analysevorrichtung 140 gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Draufsicht wiedergegeben ist. Dargestellt ist in der Fig. 5 somit eine Anordnung 140 zur
temperaturkontrollierten, optischen Auslese von Proben 210 aus der gestapelten, mikrofluiden Anordnung. In der Mitte befindet sich die gestapelte mikrofluide
Anordnung als zu untersuchendes Analysematerial 210, welche von Lichtquellen 230, Detektoren 250 und Filtern 235, 245 umgeben ist. Die runde Geometrie der Analysevorrichtung 140 erlaubt es, die Probe 210 mit mehr als einer Lichtquelle 230 simultan zu beleuchten. Außen um die Analysevorrichtung 140 herum und beispielsweise als Befestigungselement wirkend, befinden sich (zumindest) ein
Heizelement 410 und (zumindest) ein Isolationselement 420 zur
Temperatursteuerung. Dies bedeutet, es kann entweder eine gesamte gestapelte mikrofluide Anordnung in das System 140 eingesetzt werden oder aber ein herausnehmbares Behältnis 200, welches die aufgereinigte Probe beinhaltet. Eine Beispielausführung ist in Fig. 6 zu sehen, in der der Behälter 200 mit der
Probe bzw. dem zu analysierenden Material (d. h. dem Analysematerial) als gestapelte mikrofluidische Anordnung oder als BD tube in die Analysevorrichtung 140 als Gerät zum temperaturgesteuerten, optischen Auslesen von Daten eingesetzt wird. Die optische Anordnung der Analysevorrichtung 140 kann auch kompatibel mit anderen Probenbehältnissen sein, beispielsweise Glas- oder
Plastikkuvetten oder Zentrifugenröhrchen. Die optische Anordnung der Analysevorrichtung 140 ist kompatibel mit dem Zentrifugenröhrchen 200 (oder einem anderen herausnehmbaren Behälter 200), welches die aufgereinigte Probe 210 aus der gestapelten mikrofluiden Anordnung enthält. Dies bedeutet, dass die gestapelte mikrofluide Anordnung 140 entweder direkt nach der Prozessierung in die Anordnung 140 zum Auslesen gesetzt werden kann oder aber ein herausnehmbares Behältnis 200 direkt ohne Umpipettieren aus der gestapelten Mikrofluidik in die optische Anordnung eingesetzt werden kann.
Fig. 7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Analyseverfahren 700 zur optischen Analyse eines
Analysematerials unter Verwendung einer Analysevorrichtung gemäß einer vorstehend vorgestellten Variante. Das Analyseverfahren 700 umfasst einen Schritt 710 des Beleuchtens des Analysematerials mit Licht eines vordefinierten Bereichs des optischen Lichtspektrums unter Verwendung der zumindest einen Beleuchtungseinheit. Ferner umfasst das Analyseverfahren 700 einen Schritt 720 des Detektierens des von der Beleuchtungseinheit ausgesandten Lichts unter Verwendung der Detektoreinheit und einen Schritt 730 des Ausgebens eines Signals an eine außerhalb der Analysevorrichtung angeordneten Einrichtung, wobei das Signal eine Eigenschaft des unter Verwendung des empfangenen Lichts analysierten Analysematerials repräsentiert.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder"-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.

Claims

Ansprüche
1 . Analysevorrichtung (140) zur optischen Analyse eines Analysematerials (210), wobei die Analysevorrichtung (140) die folgenden Merkmale aufweist: eine Analysematerialaufnahmeeinheit (215) zur Aufnahme eines Behälter (200) mit Analysematerial (210);
zumindest eine Beleuchtungseinheit (230a, 230b, 230c), um ein in der Analysematerialaufnahmeeinheit (215) angeordnetes Analysematerial (210) mit zumindest einem Licht eines vordefinierten Bereichs des optischen Lichtspektrums zu beleuchten; und
zumindest eine Detektoreinheit (250a, 250b, 250c), um das von der Beleuchtungseinheit (230a, 230b, 230c) ausgestrahlte Licht zu empfangen, wobei die Detektoreinheit (250a, 250b, 250c) ausgebildet ist, um unter Verwendung des empfangenen Lichts eine Analyse des Analysematerials (210) durchzuführen oder vorzubereiten.
2. Analysevorrichtung (140) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Detektoreinheit (250a, 250b, 250c) auf einer der zumindest einen Beleuchtungseinheit (230a, 230b, 230c)
gegenüberliegenden Seite der Analysematerialaufnahmeeinheit (215) angeordnet ist.
3. Analysevorrichtung (140) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet, durch zumindest eine Filtereinheit (240a, 240b, 240c, 245a, 245b, 245c), die für Licht des vordefinierten Bereichs des optischen Spektrums transparent ist und für Licht außerhalb des vordefinierten Spektrums intransparent ist, wobei die Filtereinheit (240a, 240b, 240c, 245a, 245b, 245c) in einem Strahlenweg (235a, 235b, 235c) zwischen der Beleuchtungseinheit (230a, 230b, 230c) und der Detektoreinheit (250a, 250b, 250c) angeordnet ist. Analysevorrichtung (140) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet, durch zumindest eine weitere Beleuchtungseinheit (230b, 230c) und zumindest eine weitere Detektoreinheit (250b, 250c), wobei die weitere Beleuchtungseinheit (230b, 230c) ausgebildet ist, um ein in der Analysematerialaufnahmeeinheit (215) angeordnetes Analysematerial (210) mit zumindest einem Licht eines zweiten vordefinierten Bereichs des optischen Lichtspektrums zu beleuchten, wobei sich der zweite vordefinierte Bereich des optischen Lichtspektrums von dem vordefinierten Bereich des optischen Lichtspektrums unterscheidet und wobei die zumindest eine weitere Detektoreinheit (250b, 250c) ausgebildet ist, um das von der weiteren Beleuchtungseinheit (230b, 230c) ausgestrahlte Licht zu empfangen, wobei die weitere Detektoreinheit (250b, 250c) ferner ausgebildet ist, um unter Verwendung des empfangenen Lichts eine Analyse des Analysematerials (210) durchzuführen oder vorzubereiten.
Analysevorrichtung (140) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet, durch zumindest Fluoreszenzlichtdetektoreinheit (300), die außerhalb eines Strahlenwegs (235b, 235c) von der Beleuchtungseinheit (230b, 230c) zur Detektoreinheit (250b, 250c) angeordnet ist und wobei die Fluoreszenzlichtdetektoreinheit (300) ausgebildet ist, um zumindest durch Licht von der Beleuchtungseinheit (230b, 230c) ausgelöste
Fluoreszenzeffekte in dem Analysematerial (210) zu erfassen.
Analysevorrichtung (140) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet, durch eine Befestigungseinheit (220) zur Befestigung der Analysevorrichtung (140) an einer Zentrifuge (100) oder an einem Rotor (120) einer Zentrifuge (100) oder zum Einsetzen der Analysevorrichtung (140) in einen Rotor (120) der Zentrifuge (100).
Analysevorrichtung (140) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet, durch zumindest eine Temperierungseinheit (400) die ausgebildet ist, um das Analysematerial (210) oder einen in der
Analysematerialaufnahmeeinheit (215) angeordneten Behälter (200) mit dem Analysematerial (210) zur erhitzen oder zu kühlen, insbesondere wobei die Temperierungseinheit (400) eine Wärmelichtbeleuchtungseinheit aufweist, die ausgebildet ist, um das Analysematerial (210) oder einen in der
Analysematerialaufnahmeeinheit (215) angeordneten Behälter (200) mit dem Analysematerial (210) mit elektromagnetischer Strahlung zu bestrahlen, um das Analysematerial (210) in dem Behälter (200) zu erwärmen.
8. Analysevorrichtung (140) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierungseinheit (400) ausgebildet ist, um die das in dem
Behälter (200) angeordnete Analysematerial (210) aus einer Richtung zu temperieren, die nicht in einer Ebene der Rotationsrichtung der Zentrifuge (100) liegt. 9. Analysevorrichtung (140) gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, dass die Analysematerialaufnahmeeinheit (215), die Befestigungseinheit (220) und/oder der Behälter (200) eine Isolationsschicht (420) aufweist, die ausgebildet ist, um das Analysematerial (210) und/oder den Behälter (200) von einem Bereich außerhalb der Analysevorrichtung (140) thermisch zu isolieren.
10. Analysevorrichtung (140) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierungseinheit (400) ausgebildet ist, um eine Temperatur des Analysematerials (210) und/oder des Behälters (200) zu erfassen und ansprechend auf die erfasste Temperatur das
Analysematerial (210) und/oder den Behälter (200) zu temperieren.
1 1 . Analysevorrichtung (140) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet, durch zumindest eine Energieversorgungseinheit (270), die ausgebildet ist, um zumindest die Beleuchtungseinheit (230a, 230b,
230c) und/oder die Detektoreinheit (250a, 250b, 250c) mit elektrischer Energie zu versorgen, insbesondere wobei die Energieversorgungseinheit (270) einen elektrochemischen Energiespeicher, eine Induktionsspule und/oder einen Energieanschlusskontakt zur Befestigung einer
Energieversorgungsleitung aufweist.
12. Analysevorrichtung (140) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet, durch zumindest eine Datenausgabeschnittstelle (260), die ausgebildet ist, um ein das von der Detektoreinheit (250a, 250b, 250c) empfangene Licht oder ein Ergebnis der Analyse repräsentierendes Signal (257) an eine Einheit außerhalb des Rotors (120) und/oder außerhalb der Zentrifuge (100) zu übertragen, insbesondere wobei die Datenausgabeschnittstelle (260) einen Datenausgabeanschlusskontakt zum Anschluss eines elektrisch leitfähigen Datenübertragungskabels, einen Datenausgabeanschlusskontakt zum Anschluss einer Glasfaserleitung und/oder eine Funkschnittstelle aufweist.
13. Analyseverfahren (700) zur optischen Analyse eines Analysematerials unter Verwendung einer Analysevorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Analyseverfahren die folgenden Schritte aufweist:
Beleuchten (710) des Analysematerials mit Licht eines vordefinierten Bereichs des optischen Lichtspektrums unter Verwendung der zumindest einen Beleuchtungseinheit;
Detektieren (720) des von der Beleuchtungseinheit ausgesandten Lichts unter Verwendung der Detektoreinheit; und
Ausgeben (730) eines Signals an eine außerhalb der Analysevorrichtung angeordneten Einrichtung, wobei das Signal eine Eigenschaft des unter Verwendung des empfangenen Lichts analysierten Analysematerials repräsentiert.
14. Computer-Programmprodukt mit Programmcode zur Durchführung des Analyseverfahrens nach Anspruch 13, wenn das Programmprodukt auf einem Steuergerät ausgeführt wird.
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