WO2023016776A1 - Microtiter plate - Google Patents

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WO2023016776A1
WO2023016776A1 PCT/EP2022/070608 EP2022070608W WO2023016776A1 WO 2023016776 A1 WO2023016776 A1 WO 2023016776A1 EP 2022070608 W EP2022070608 W EP 2022070608W WO 2023016776 A1 WO2023016776 A1 WO 2023016776A1
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samples
sensor component
cover
microtiter plate
base plate
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PCT/EP2022/070608
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Inventor
Thomas Moore
Daniel Weigel
Mohammad Sadegh Ebrahimi
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Analytik Jena Gmbh
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N24/00—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects
    • G01N24/08—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects by using nuclear magnetic resonance

Definitions

  • the invention relates to a microtiter plate and a measuring device for the analysis of a large number of liquid or pasty samples provided as drops using nuclear magnetic resonance.
  • Nuclear magnetic resonance spectroscopy allows the investigation of the electronic environment of individual atoms and their interactions with neighboring atoms.
  • the components of samples and the structures of molecules can be determined using NMR spectroscopy.
  • NMR spectroscopy also forms the basis of magnetic resonance tomography, which is often used in the medical or biological field to examine tissues and organs.
  • atomic nuclei have a non-zero nuclear spin and thus a magnetic moment as rotating charge carriers, such as 1 H or 13 C atoms.
  • the nuclear spins perform a precession movement, the so-called Larmor precession, around the axis of the constant magnetic field.
  • the atomic nuclei change the orientation of their nuclear spins to the magnetic field through the absorption or emission of alternating magnetic fields when these are resonant with the Larmor frequency. This effect is also known as nuclear magnetic resonance.
  • the possible magnetic angular momentum quantum states of the nuclear spins are equidistant and dependent on the Larmor frequency.
  • the frequency and duration of the Larmor precession depend on the respective nuclear spin and its spatial and chemical environment. The detection of the Larmor precessions based on the Larmor frequencies thus enables a very precise determination of the chemical composition of the sample and the spatial structure of the molecules contained in the sample.
  • the alternating magnetic field is usually generated by a magnetic coil.
  • inductive methods are often used to detect nuclear magnetic resonances.
  • the sample is often surrounded by an induction coil in which an electrical voltage is generated by the alternating magnetic fields emitted by the nuclear spins occurring.
  • strong static magnetic fields of up to 25 T are used to polarize the nuclear spins in order to obtain a preferred polarization of nuclear spins aligned in the same way and thus a magnetization that can be measured with conventional magnetic field sensors.
  • miniaturization of the NMR measuring devices is not possible.
  • the sample to be examined is usually placed in a long glass tube.
  • the required sample volume is a few milliliters.
  • this is a major disadvantage, particularly in the life sciences sector, since the available volumes of the Samples are often in the microhter range. For example, often only a few microliters of sample can be extracted from cell cultures or tissue points.
  • a newer generation of magnetic field sensors falls into the field of so-called quantum sensors, in which a wide variety of quantum effects are used to determine various physical and/or chemical measured variables.
  • quantum sensors in which a wide variety of quantum effects are used to determine various physical and/or chemical measured variables.
  • approaches are of particular interest with regard to the increasing efforts towards miniaturization while at the same time increasing the performance of the respective sensors.
  • Quantum sensors are based on the fact that certain quantum states of individual atoms can be very precisely controlled and read out. In this way, for example, precise and low-interference measurements of electric and/or magnetic fields and gravitational fields with resolutions in the nanometer range are possible.
  • various spin-based sensor arrangements have become known, for which atomic transitions in crystal bodies are used to detect changes in movements, electric and/or magnetic fields or gravitational fields.
  • various systems based on quantum-optical effects have also become known, such as quantum gravimeters or optically pumped magnetometers, the latter in particular being based on gas cells, among other things.
  • various devices which use atomic transitions, for example in various crystal bodies, in order to detect even small changes in movements, electric and/or magnetic fields or gravitational fields.
  • diamond with at least one silicon or nitrogen defect center, silicon carbide with at least one silicon defect or hexagonal boron nitride with at least one defect color center is used as the crystal body.
  • the crystal bodies can have one or more defects.
  • gas cells in which atomic transitions and spin states can be queried optically to determine magnetic and/or electrical properties, among other things.
  • a gaseous alkali metal and a buffer gas are usually present in the gas cell.
  • Magnetic properties of a surrounding medium can be determined by Rydberg states generated in the gas cell.
  • gas cells are used in quantum-based standards, which measure physical quantities with high precision provide. They have long been used in frequency standards or atomic clocks, as is known from EP 0 550 240 B1.
  • a microtiter plate for the analysis of a large number of liquid or pasty samples provided as drops using nuclear magnetic resonance of the samples comprising a base plate with a large number of depressions made in the base plate or a large number of first elevations for receiving the samples , a cover, which is designed in such a way that the samples can be enclosed between the depressions or the first elevations of the base plate and the cover, and at least one sensor component, which is designed to emit a light influenced by the nuclear magnetic resonances of the samples under an excitation light , wherein the at least one sensor component is at least partially in contact with the sample and forms at least part of the base plate and/or the cover, the base plate and/or the cover being at least in the region of the at least one sensor component for the excitation light and the emitted light are transparent.
  • the at least one sensor component When excited with an excitation light, the at least one sensor component emits a light which is influenced, in particular dependent, on the nuclear spin resonances of the respective sample.
  • the light is, for example, a fluorescent light.
  • the intensity of the light or a relative distance between two intensity peaks is influenced by the nuclear magnetic resonance of the respective sample.
  • the emitted light is detected outside of the microtiter plate, at least one chemical and/or physical property of the respective sample being determined on the basis of the detected light.
  • the at least one sensor component is part of the base plate and/or the cover.
  • the at least one sensor component can be configured in one piece or in multiple pieces; in both cases the at least one sensor component is in contact with each of the samples.
  • the at least one sensor component is at least one crystal body with at least one defect. With appropriate optical excitation, crystal bodies with at least one defect show a fluorescence signal which is dependent, among other things, on a magnetic field present on the crystal body.
  • the nuclear spin resonances of the respective sample influence the magnetic field applied to the at least one sensor component, so that at least one chemical and/or physical property of the respective sample can be determined using the fluorescence signal.
  • the crystal body with the at least one defect leads to an improvement in the measurement accuracy of the detection of the nuclear magnetic resonances of the respective sample and thus the at least one chemical and/or physical property of the respective sample due to its high sensitivity to magnetic fields.
  • the fluorescence signal in particular the intensity of the fluorescence signal, can be used to determine the magnetic flux density, the magnetic susceptibility, the magnetic permeability or another variable related to at least one of these variables.
  • the crystal body is a diamond with at least one silicon vacancy center or nitrogen vacancy center, silicon carbide with at least one silicon vacancy center or hexagonal boron nitride with at least one vacancy color center.
  • the at least one sensor component is preferably designed as a layer, with the layer being arranged in the area of the cover and/or in the area of the base plate.
  • the layer is applied using a CVD or PVD method.
  • the layer can be designed as a single, continuous layer which extends across all samples, or one layer can be applied in the respective areas of the samples.
  • the at least one sensor component is advantageously designed as a layer, with the crystal body being arranged in the area of the cover and/or in the area of the base plate, with the at least one defect being arranged in an area of the crystal body facing the samples. Since the at least one defect emits light that is influenced by the nuclear spin resonances of the respective sample, it must be arranged adjacent to the samples.
  • the cover is made of glass, with the at least one sensor component being applied as a layer to a surface of the cover facing the base plate.
  • the lid has a large number of second elevations, the second elevations being cup-like or dome-like, such that the second elevations can be inserted into the depressions in the base plate or such that the samples can be positioned between the first elevations and the second elevations .
  • very small volumes of the respective sample are thus clamped and held between the first elevations and the second elevations or between the depressions and the second elevations.
  • the depressions, the first elevations, the cover and/or the second elevations are designed in a defined area in such a way that the samples, due to their hydrophilicity or their hydrophobicity or lipophilicity/lipophobia and/or ultraphobia and/or their surface tension in the defined area can be positioned.
  • the defined area is equipped with a property, for example, which conflicts with a property of the cover and/or the base plate.
  • the respective sample is thus preferably retained in the defined area.
  • the bottom plate and its first elevations or depressions can have hydrophilic properties, whereas the defined area has lipophilic properties. A sample with more lipophilic properties will therefore preferentially arrange itself in the defined area.
  • a hydrophilic sample such as an aqueous sample
  • the properties of the bottom plate and the defined area could be reversed accordingly. Ultraphobic properties repel both hydrophilic and lipophilic samples.
  • At least one spacer is provided, with the at least one spacer being designed in such a way that a defined layer thickness of the samples can be set between the cover and the base plate.
  • the base plate can preferably be produced from a polymer resin by means of an injection molding process and/or an embossing process.
  • the at least one sensor component is usually arranged on the microtiter plate in a separate step.
  • the samples each have a volume of less than 100 pl, in particular less than 10 pl.
  • a measuring device for the analysis of a large number of liquid or pasty samples provided as drops using nuclear magnetic resonances of the samples, comprising a holder for receiving a microtiter plate according to at least one of the preceding claims, at least one excitation unit for exciting the at least one sensor component by means of the excitation light, at least one detection unit for detecting the light emitted by the at least one sensor component, and an evaluation unit which, based on the detected light determines at least one chemical and / or physical property of the samples.
  • the microtiter plate is placed in a holder which encompasses the microtiter plate, for example, on one or more of its side surfaces and/or its bottom surfaces.
  • the at least one excitation unit emits an excitation light, which is guided to the at least one sensor component.
  • the light emitted by the at least one sensor component is guided to the at least one detection unit.
  • at least one optical element can optionally be used, such as a mirror, a prism, a filter, or an optical fiber.
  • the emitted light which is influenced by the respective nuclear spin resonances of the sample, is detected separately.
  • a single excitation unit and a single detection unit can be used, for example, which individually excite the respective samples one after the other and detect the emitted light by making either the microtiter plate and/or the excitation unit and the detection unit movable.
  • a large number of excitation units and detection units can be used in order to be able to analyze a defined number of samples at the same time.
  • an alternating frequency source is provided for exciting the at least one sensor component and/or the samples.
  • the introduction of alternating fields can be used to carry out typical excitation-query sequences known from NMR spectroscopy, such as the spin-echo method or the so-called XY8N sequence, in which the magnetization of the nuclear spins is specifically adjusted and observed using the alternating field becomes.
  • NMR spectroscopy such as the spin-echo method or the so-called XY8N sequence
  • rapidly changing magnetic fields can also be precisely detected by different components of the respective sample that are present in the area of the at least one sensor component.
  • the respective sample can also be excited using the alternating field in order to increase the sensitivity of the analysis of the nuclear magnetic resonances.
  • the alternating frequency antenna can be a microwave antenna, for example.
  • an inductor is provided, which is designed to induce a preferential polarization of the nuclear spins of the samples.
  • the inductor is a magnetic field device that generates a magnetic field at least in a region of the samples and in a region of the at least one sensor component.
  • the magnetic field is in particular static.
  • the inductor can be based on other methods of hyperpolarization, for example in the form of para-hydrogen introduced into the samples.
  • the excitation unit can be used as the laser source.
  • the first and/or second microwave source can be used both to induce a preferred polarization of the nuclear spins of the samples and to excite the at least one sensor component.
  • FIGS. 1-6 show:
  • Fig. 1 A simplified energy scheme for a negatively charged NV center in diamond.
  • 3a-b a second embodiment of the microtiter plate according to the invention.
  • FIG. 1 A simplified energy scheme for a negatively charged nitrogen vacancy center (NV center) in a diamond is shown in FIG. 1 in order to exemplarily explain the excitation and the fluorescence of a vacancy in a crystal II body.
  • the following considerations can be transferred to other crystal bodies with corresponding defects.
  • each carbon atom is typically covalently bonded to four other carbon atoms.
  • a nitrogen vacancy center (NV center) consists of a defect in the diamond lattice, i.e. an unoccupied lattice site, and a nitrogen atom as one of the four neighboring atoms.
  • the negatively charged NV- centers are important for the excitation and evaluation of fluorescence signals.
  • Excitation light 1 from the green range of the visible spectrum e.g. excitation light 1 with a wavelength of 532 nm, excites an electron from the ground state 3 A into a vibrational state of the excited state 3 E, which emits a fluorescence photon 2 returns to the 3 A ground state with a wavelength of 630 nm.
  • This fluorescence signal is a measure of the zero field splitting A and can be used to determine and/or monitor the temperature T.
  • An applied magnetic field with a magnetic field strength B leads to a splitting (Zeeman splitting) of the magnetic sub-states, so that the ground state consists of three energetically separated sub-states, each of which can be excited.
  • the intensity of the fluorescence signal depends on the respective magnetic substate from which the excitation took place, so that the distance between the fluorescence minima can be used, for example, to calculate the magnetic field strength B using the Zeeman formula.
  • the magnetic field strength B is modified by the nuclear spins of the respective sample 4 or results from them.
  • evaluating the fluorescence signal are provided within the scope of the present invention, such as evaluating the intensity of the fluorescent light, which is also proportional to the applied magnetic field.
  • An electrical evaluation in turn, can be carried out, for example, via photocurrent detection of magnetic resonance (PDMR for short).
  • PDMR photocurrent detection of magnetic resonance
  • FIGS. 2a-b A first embodiment of the microtiter plate 3 according to the invention is shown in FIGS. 2a-b.
  • the bottom plate 5 has a Variety of first surveys 7 and the cover 8 has a plurality of second surveys 10 between which the samples 4 are added.
  • the samples each have a volume of less than 100 pl, in particular less than 10 pl.
  • the second elevations 10 are designed in the manner of a dome, for example, alternatively they are designed in the manner of a bowl.
  • at least one spacer 12 is arranged between the cover 8 and the base plate 5, which is designed in such a way that a defined layer thickness 13 of the samples 4 between the cover 8 and the base plate 5 can be set.
  • the base plate 5 is produced from a polymer resin, for example by means of an injection molding process and/or an embossing process.
  • the at least one sensor component 9 is configured as a multiplicity of sensor components 9, for example.
  • the sensor component 9 forms part of the second elevations 10 of the cover 8 and is at least partially in contact with the samples 4 when the microtiter plate is closed, i.e. when the cover 8 is placed on the base plate 5, so that the sensor components 9 are one of the Nuclear magnetic resonances of the respective sample 4 emit light influenced.
  • the at least one sensor component is, for example, at least one crystal II body with at least one defect, such as in particular a diamond with at least one silicon defect center or nitrogen defect center, silicon carbide with at least one silicon defect center or hexagonal boron nitride with at least one void color center.
  • the samples 4 are hatched in these and the following figures.
  • FIGS. 3a-b A second embodiment of the microtiter plate 3 according to the invention is shown in FIGS. 3a-b.
  • a layer 9a of the sensor component 9 is provided in the area of the cover 8 , which layer faces the samples 4 and the base plate 5 .
  • the cover 8 is made of glass.
  • the layer 9a is arranged in the area of the base plate 5 .
  • the first elevations 7 are configured in a defined area 11 in such a way that the samples 4 can be positioned in the defined area due to their hydrophilicity or their hydrophobicity or lipophilicity/lipophobicity or ultraphobicity or their surface tension.
  • a defined area 11 can also be arranged on the depressions 6 and/or the cover 8 and/or the second elevations 10 .
  • FIGS. 4a-b A third embodiment of the microtiter plate 3 according to the invention is shown in FIGS. 4a-b.
  • the base plate 5 has indentations 6 which are partially formed by the sensor components 9 .
  • the cover 8 also has second elevations 10 which can be inserted at least partially into the depressions 6 so that the samples 4 can be positioned between the depressions 6 and the second elevations 10 .
  • FIGS. 5a-b A fourth embodiment of the microtiter plate 3 according to the invention is shown in FIGS. 5a-b.
  • the at least one sensor component 9 is arranged both in the area of the cover 8 as a layer 9a and in the area of the base plate as part of the depressions 9 .
  • the samples 4 are in contact with two sensor components 9, as a result of which the sensitivity of the analysis of the samples 4 is increased.
  • the cover 8 is shown as an example with the layer 9a of the sensor component 9 .
  • the crystal body 9b is arranged in the area of the cover 8 and/or in the area of the base plate 5, the at least one defect 9c being arranged in an area of the crystal body 9b facing the samples 4.
  • the microtiter plate 3 is held in a holder 15 .
  • the base plate 5 and/or the cover 8 are transparent at least in the area of the at least one sensor component 9 for the excitation light of the excitation unit 16 and the light emitted by the at least one sensor component 9 .
  • the at least one excitation unit 16 is arranged above the microtiter plate 3 in order to excite the at least one sensor component 9 from above.
  • the detection unit 17 is designed to detect the light emitted by the at least one sensor component 9 and is arranged below the microtiter plate 3, for example.
  • the broken line indicates the path of the excitation light from the excitation unit 16 to the sensor component 9 and the path of the emitted light from the sensor component 9 to the detection unit 17 .
  • an excitation unit 16 and a detection unit 17 are provided, which can be moved relative to the microtiter plate, so that each of the samples 4 can be analyzed individually one after the other.
  • several excitation units 16 and several detection units 17 can also be provided in order to analyze several samples 4 simultaneously.
  • the measuring device 14 has an evaluation unit 18 which uses the light detected by the detection unit 17 to determine at least one chemical and/or physical property of the samples 4 .
  • An alternating frequency source 19 is optionally arranged in the measuring device 14, which is designed to excite the at least one sensor component 9 and/or the samples 4.
  • the measuring device 14 includes an example of an inductor 20, which is designed to induce a preferential polarization of the nuclear spins of the respective sample 4.
  • in the inductor 20 there is a magnetic field device which generates a magnetic field at least in a region of the samples 4 and in a region of the at least one sensor component 9 .

Abstract

The invention relates to a microtiter plate (3) for analyzing a plurality of liquid or pasty samples (4), which are provided in the form of drops, using nuclear magnetic resonances of the samples (4), comprising - a base (5) with a plurality of depressions (6) which are introduced into the base (5) or a plurality of first elevations (7) for receiving the samples (4), - a cover (8) which is designed such that the samples (4) can be enclosed between the depressions (6) or first elevations (7) of the base (5) and the cover (8), and - at least one sensor component (9) which is designed to emit light influenced by the nuclear magnetic resonances of the samples (4), wherein the at least one sensor component (9) at least partly contacts the samples (4) and forms at least one part of the base (5) and/or the cover (8), and the base (5) and/or the cover (8) is transparent to the excitation light and the emitted light at least in the region of the at least one sensor component (9).

Description

Mikrotiterplatte microplate
Die Erfindung betrifft eine Mikrotiterplatte und ein Messgerät für die Analyse einer Vielzahl von als Tropfen bereitgestellten flüssigen oder pastösen Proben anhand von Kernspinresonanzen. The invention relates to a microtiter plate and a measuring device for the analysis of a large number of liquid or pasty samples provided as drops using nuclear magnetic resonance.
Die Kernspinresonanzspektroskopie (NMR-Spektroskopie) erlaubt die Untersuchung der elektronischen Umgebung einzelner Atome sowie deren Wechselwirkungen mit den Nachbaratomen. So können mittels der NMR-Spektroskopie die Komponenten von Proben und die Strukturen von Molekülen bestimmt werden. Die NMR-Spektroskopie bildet auch die Basis der Magnetresonanztomographie, welche häufig im medizinischen oder biologischen Bereich zur Untersuchung von Geweben und Organen eingesetzt wird. Nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR spectroscopy) allows the investigation of the electronic environment of individual atoms and their interactions with neighboring atoms. The components of samples and the structures of molecules can be determined using NMR spectroscopy. NMR spectroscopy also forms the basis of magnetic resonance tomography, which is often used in the medical or biological field to examine tissues and organs.
Viele Atomkerne weisen einen von Null verschiedenen Kernspin und damit als rotierende Ladungsträger ein magnetisches Moment auf, so wie beispielsweise 1H- oder 13C-Atome. Die Kernspins führen in einem statischen Magnetfeld eine präzidierende Bewegung, die sogenannten Larmorpräzession, um die Achse des konstanten Magnetfelds durch. Dabei ändern die Atomkerne die Orientierung ihrer Kernspins zum Magnetfeld durch die Absorption oder Emission von magnetischen Wechselfeldern, wenn diese resonant mit der Larmorfrequenz sind. Dieser Effekt ist auch als Kernspinresonanz bekannt. Die möglichen magnetischen Drehimpulsquantenzustände der Kernspins sind dabei äquidistant und abhängig von der Larmorfrequenz. Die Frequenz und die Dauer der Larmorpräzession sind abhängig von dem jeweiligen Kernspin, sowie seiner räumlichen und chemischen Umgebung. Die Detektion der Larmorpräzessionen anhand der Larmorfrequenzen ermöglicht somit eine sehr genaue Bestimmung der chemischen Zusammensetzung der Probe und der räumlichen Struktur der in der Probe enthaltenen Moleküle. Many atomic nuclei have a non-zero nuclear spin and thus a magnetic moment as rotating charge carriers, such as 1 H or 13 C atoms. In a static magnetic field, the nuclear spins perform a precession movement, the so-called Larmor precession, around the axis of the constant magnetic field. The atomic nuclei change the orientation of their nuclear spins to the magnetic field through the absorption or emission of alternating magnetic fields when these are resonant with the Larmor frequency. This effect is also known as nuclear magnetic resonance. The possible magnetic angular momentum quantum states of the nuclear spins are equidistant and dependent on the Larmor frequency. The frequency and duration of the Larmor precession depend on the respective nuclear spin and its spatial and chemical environment. The detection of the Larmor precessions based on the Larmor frequencies thus enables a very precise determination of the chemical composition of the sample and the spatial structure of the molecules contained in the sample.
Das magnetische Wechselfeld wird in der Regel durch eine Magnetspule erzeugt. In der konventionellen NMR-Spektroskopie werden häufig induktive Verfahren zur Detektion der Kernspinresonanzen verwendet. So ist die Probe häufig von einer Induktionsspule umgeben, in weicher eine elektrische Spannung durch die von den präzidierenden Kernspins emittierten magnetischen Wechselfelder erzeugt wird. Typischerweise werden starke statische Magnetfelder von bis zu 25 T zur Polarisierung der Kernspins eingesetzt, um eine Vorzugspolarisation von gleichartig ausgerichteten Kernspins und somit eine Magnetisierung zu erhalten, die mit herkömmlichen Magnetfeldsensoren messbar ist. Eine Miniaturisierung der NMR-Messgeräte ist damit in der Regel nicht möglich. Die zu untersuchende Probe wird in der Regel in langes Glasröhrchen eingebracht. Das benötigte Probenvolumen liegt bei wenigen Millilitern. Insbesondere im Life Science Bereich ist dies jedoch ein großer Nachteil, da die zur Verfügung stehenden Volumina der Proben häufig im Mikrohterbereich hegen. So können beispielsweise häufig nur wenige Mikroliter Probe aus Zellkulturen oder Gewebepunkten extrahiert werden. The alternating magnetic field is usually generated by a magnetic coil. In conventional NMR spectroscopy, inductive methods are often used to detect nuclear magnetic resonances. The sample is often surrounded by an induction coil in which an electrical voltage is generated by the alternating magnetic fields emitted by the nuclear spins occurring. Typically, strong static magnetic fields of up to 25 T are used to polarize the nuclear spins in order to obtain a preferred polarization of nuclear spins aligned in the same way and thus a magnetization that can be measured with conventional magnetic field sensors. As a rule, miniaturization of the NMR measuring devices is not possible. The sample to be examined is usually placed in a long glass tube. The required sample volume is a few milliliters. However, this is a major disadvantage, particularly in the life sciences sector, since the available volumes of the Samples are often in the microhter range. For example, often only a few microliters of sample can be extracted from cell cultures or tissue points.
Eine neuere Generation von Magnetfeldsensoren fällt in den Bereich der sogenannten Quantensensoren, bei welchen unterschiedlichste Quanteneffekte zur Bestimmung verschiedener physikalischer und/oder chemischer Messgrößen ausgenutzt werden. Im Bereich der industriellen Prozessautomatisierung sind solche Ansätze insbesondere mit Hinblick auf ein zunehmendes Bestreben zur Miniaturisierung bei gleichzeitiger Steigerung der Leistungsfähigkeit der jeweiligen Sensoren interessant. A newer generation of magnetic field sensors falls into the field of so-called quantum sensors, in which a wide variety of quantum effects are used to determine various physical and/or chemical measured variables. In the field of industrial process automation, such approaches are of particular interest with regard to the increasing efforts towards miniaturization while at the same time increasing the performance of the respective sensors.
Quantensensoren basieren darauf, dass bestimmte Quantenzustände einzelner Atome sehr genau kontrolliert und ausgelesen werden können. Auf diese Weise sind beispielsweise präzise und störungsarme Messungen von elektrischen und/oder magnetischen Feldern sowie Gravitationsfeldern mit Auflösungen im Nanometerbereich möglich. In diesem Zusammenhang sind verschiedene Spin-basierte Sensoranordnungen bekannt geworden, für welche atomare Übergänge in Krista II körpern zur Detektion von Änderungen von Bewegungen, elektrischen und/oder magnetischen Feldern oder auch Gravitationsfeldern eingesetzt werden. Darüber hinaus sind auch unterschiedliche auf quantenoptischen Effekten basierende Systeme bekannt geworden, wie beispielsweise Quantengravimeter oder optisch gepumpte Magnetometer, wobei insbesondere letztere u.a. auf Gaszellen basieren. Quantum sensors are based on the fact that certain quantum states of individual atoms can be very precisely controlled and read out. In this way, for example, precise and low-interference measurements of electric and/or magnetic fields and gravitational fields with resolutions in the nanometer range are possible. In this context, various spin-based sensor arrangements have become known, for which atomic transitions in crystal bodies are used to detect changes in movements, electric and/or magnetic fields or gravitational fields. In addition, various systems based on quantum-optical effects have also become known, such as quantum gravimeters or optically pumped magnetometers, the latter in particular being based on gas cells, among other things.
Beispielsweise sind im Bereich Spin-basierter Quantensensoren verschiedene Vorrichtungen bekannt geworden, welche atomare Übergänge, beispielsweise in verschiedenen Kristallkörpern, ausnutzen, um bereits geringe Änderungen von Bewegungen, elektrischen und/oder magnetischen Feldern oder auch Gravitationsfeldern zu erkennen. Typischerweise wird als Krista II körper Diamant mit zumindest einem Silizium- oder Stickstoff- Fe hlstellen-Zentrum, Siliziumcarbid mit zumindest einer Silizium- Fehlstelle oder hexagonales Bornitrid mit zumindest einem Fehlstellen-Farbzentrum verwendet. Die Kristallkörper können grundsätzlich ein oder mehrere Fehlstellen aufweisen. For example, in the field of spin-based quantum sensors, various devices have become known which use atomic transitions, for example in various crystal bodies, in order to detect even small changes in movements, electric and/or magnetic fields or gravitational fields. Typically, diamond with at least one silicon or nitrogen defect center, silicon carbide with at least one silicon defect or hexagonal boron nitride with at least one defect color center is used as the crystal body. In principle, the crystal bodies can have one or more defects.
Ein weiterer Teilbereich im Feld von Quantensensoren betrifft Gaszellen, in welchen atomare Übergänge sowie Spinzustände u.a. zur Bestimmung magnetischer und/elektrischer Eigenschaften optisch abgefragt werden können. In der Regel liegen in der Gaszelle ein gasförmiges Alkalimetall sowie ein Puffergas vor. Magnetische Eigenschaften eines umgebenden Mediums können durch in der Gaszelle erzeugte Rydbergzustände bestimmt werden. Beispielsweise werden Gaszellen in quantenbasierten Standards eingesetzt, welche physikalische Größen mit hoher Präzision bereitstellen. So werden sie seit langem in Frequenzstandards bzw. Atomuhren eingesetzt, wie aus der EP 0 550 240 B1 bekannt. Another sub-area in the field of quantum sensors relates to gas cells, in which atomic transitions and spin states can be queried optically to determine magnetic and/or electrical properties, among other things. A gaseous alkali metal and a buffer gas are usually present in the gas cell. Magnetic properties of a surrounding medium can be determined by Rydberg states generated in the gas cell. For example, gas cells are used in quantum-based standards, which measure physical quantities with high precision provide. They have long been used in frequency standards or atomic clocks, as is known from EP 0 550 240 B1.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, mittels welcher die Kernspinresonanzen kleiner Probenvolumina, z.B. unter 100 pl, auf einfache Weise detektiert werden können. It is therefore the object of the present invention to specify a device by means of which the nuclear spin resonances of small sample volumes, e.g. less than 100 pl, can be detected in a simple manner.
Die Aufgabe wird zunächst erfindungsgemäß gelöst durch eine Mikrotiterplatte für die Analyse einer Vielzahl von als Tropfen bereitgestellten flüssigen oder pastösen Proben anhand von Kernspinresonanzen der Proben, umfassend eine Bodenplatte mit einer Vielzahl von in die Bodenplatte eingebrachten Vertiefungen oder einer Vielzahl von ersten Erhebungen zur Aufnahme der Proben, einen Deckel, welcher derart ausgestaltet ist, dass die Proben zwischen den Vertiefungen oder den ersten Erhebungen der Bodenplatte und dem Deckel einschließbar sind, und mindestens eine Sensorkomponente, welche dazu ausgestaltet ist, unter einem Anregungslicht ein von den Kernspinresonanzen der Proben beeinflusstes Licht zu emittieren, wobei die mindestens eine Sensorkomponente zumindest teilweise in Kontakt mit der Proben steht und zumindest einen T eil der Bodenplatte und/oder des Deckels bildet, wobei die Bodenplatte und/oder der Deckel zumindest im Bereich der mindestens einen Sensorkomponente für das Anregungslicht und das emittierte Licht transparent sind. The object is first achieved according to the invention by a microtiter plate for the analysis of a large number of liquid or pasty samples provided as drops using nuclear magnetic resonance of the samples, comprising a base plate with a large number of depressions made in the base plate or a large number of first elevations for receiving the samples , a cover, which is designed in such a way that the samples can be enclosed between the depressions or the first elevations of the base plate and the cover, and at least one sensor component, which is designed to emit a light influenced by the nuclear magnetic resonances of the samples under an excitation light , wherein the at least one sensor component is at least partially in contact with the sample and forms at least part of the base plate and/or the cover, the base plate and/or the cover being at least in the region of the at least one sensor component for the excitation light and the emitted light are transparent.
Mittels der erfindungsgemäßen Mikrotiterplatte kann auf einfache Weise eine Analyse einer Vielzahl von Proben anhand ihrer Kernspinresonanzen durchgeführt werden. Die mindestens eine Sensorkomponente emittiert bei Anregung mit einem Anregungslicht ein Licht, welches von des Kernspinresonanzen der jeweiligen Probe beeinflusst, insbesondere abhängig, ist. Das Licht ist beispielsweise ein Fluoreszenzlicht. Using the microtiter plate according to the invention, a large number of samples can be analyzed in a simple manner using their nuclear spin resonances. When excited with an excitation light, the at least one sensor component emits a light which is influenced, in particular dependent, on the nuclear spin resonances of the respective sample. The light is, for example, a fluorescent light.
Insbesondere wird die Intensität des Lichts oder ein relativer Abstand zwischen zwei Intensitätspeaks durch die Kernspinresonanzen der jeweiligen Probe beeinflusst. Das emittierte Licht wird außerhalb der Mikrotiterplatte detektiert, wobei anhand des detektierten Lichts mindestens eine chemische und/oder physikalische Eigenschaft der jeweiligen Probe bestimmt wird. Die mindestens eine Sensorkomponente ist Bestandteil der Bodenplatte und/oder des Deckels. Die mindestens eine Sensorkomponente kann dabei einteilig oder mehrteilig ausgestaltet sein; in beiden Fällen steht die mindestens eine Sensorkomponente mit jeder der Proben in Kontakt. In einer Ausgestaltung handelt es sich bei der mindestens einen Sensorkomponente um zumindest einen Krista II körper mit zumindest einer Fehlstelle. Kristallkörper mit zumindest einer Fehlstelle zeigen unter entsprechender optischer Anregung ein Fluoreszenzsignal, welches unter anderem von einem an dem Kristallkörper anliegenden Magnetfeld abhängig ist. Die Kernspinresonanzen der jeweiligen Probe beeinflussen das an der mindestens einen Sensorkomponente anliegende Magnetfeld, so dass mindestens eine chemische und/oder physikalische Eigenschaft der jeweiligen Probe anhand des Fluoreszenzsignals ermittelbar ist. Hierfür ist ein direkter Kontakt zwischen der jeweiligen Probe und der mindestens einen Sensorkomponente nötig. Der Kristallkörper mit der zumindest einen Fehlstelle führt zu einer Verbesserung der Messgenauigkeit der Detektion der Kernspinresonanzen der jeweiligen Probe und damit der mindestens einen chemischen und/oder physikalischen Eigenschaft der jeweiligen Probe aufgrund ihrer hohen Empfindlichkeit gegenüber magnetischen Feldern. Darüber hinaus kann anhand des Fluoreszenzsignals, insbesondere anhand der Intensität des Fluoreszenzsignals, eine Aussage über die magnetische Flussdichte, die magnetische Suszeptibilität, die magnetische Permeabilität oder eine weitere mit zumindest einer dieser Größen in Beziehung stehenden Größe ermittelt werden. In particular, the intensity of the light or a relative distance between two intensity peaks is influenced by the nuclear magnetic resonance of the respective sample. The emitted light is detected outside of the microtiter plate, at least one chemical and/or physical property of the respective sample being determined on the basis of the detected light. The at least one sensor component is part of the base plate and/or the cover. The at least one sensor component can be configured in one piece or in multiple pieces; in both cases the at least one sensor component is in contact with each of the samples. In one configuration, the at least one sensor component is at least one crystal body with at least one defect. With appropriate optical excitation, crystal bodies with at least one defect show a fluorescence signal which is dependent, among other things, on a magnetic field present on the crystal body. The nuclear spin resonances of the respective sample influence the magnetic field applied to the at least one sensor component, so that at least one chemical and/or physical property of the respective sample can be determined using the fluorescence signal. This requires direct contact between the respective sample and the at least one sensor component. The crystal body with the at least one defect leads to an improvement in the measurement accuracy of the detection of the nuclear magnetic resonances of the respective sample and thus the at least one chemical and/or physical property of the respective sample due to its high sensitivity to magnetic fields. In addition, the fluorescence signal, in particular the intensity of the fluorescence signal, can be used to determine the magnetic flux density, the magnetic susceptibility, the magnetic permeability or another variable related to at least one of these variables.
In einer Weiterbildung handelt sich bei dem Kristallkörper um einen Diamanten mit zumindest einem Silizium-Fehlstellen-Zentrum oder Stickstoff-Fehlstellen-Zentrum, um Siliziumcarbid mit zumindest einem Silizium-Fehlstellen-Zentrum oder um hexagonales Bornitrid mit zumindest einem Fehlstellen-Farbzentrum. In a further development, the crystal body is a diamond with at least one silicon vacancy center or nitrogen vacancy center, silicon carbide with at least one silicon vacancy center or hexagonal boron nitride with at least one vacancy color center.
Bevorzugterweise ist die mindestens eine Sensorkomponente als eine Schicht ausgebildet, wobei die Schicht im Bereich des Deckels und/oder im Bereich der Bodenplatte angeordnet ist. Beispielsweise ist die Schicht mittels eines CVD- oder PVD- Verfahrens aufgebracht. Die Schicht kann als eine einzelne, durchgängige Schicht ausgestaltet sein, welche sich über alle Proben hinweg erstreckt, öder es kann in den jeweiligen Bereichen der Proben jeweils eine Schicht aufgebracht sein. The at least one sensor component is preferably designed as a layer, with the layer being arranged in the area of the cover and/or in the area of the base plate. For example, the layer is applied using a CVD or PVD method. The layer can be designed as a single, continuous layer which extends across all samples, or one layer can be applied in the respective areas of the samples.
Vorteilhafterweise ist die mindestens eine Sensorkomponente als eine Schicht ausgebildet, wobei der Krista II körper im Bereich des Deckels und/oder im Bereich der Bodenplatte angeordnet ist, wobei die zumindest eine Fehlstelle in einem den Proben zugewandten Bereich des Kristallkörpers angeordnet ist. Da die zumindest eine Fehlstelle ein von den Kernspinresonanzen der jeweiligen Probe beeinflusstes Licht emittiert, muss diese benachbart zu den Proben angeordnet sein. The at least one sensor component is advantageously designed as a layer, with the crystal body being arranged in the area of the cover and/or in the area of the base plate, with the at least one defect being arranged in an area of the crystal body facing the samples. Since the at least one defect emits light that is influenced by the nuclear spin resonances of the respective sample, it must be arranged adjacent to the samples.
In einer Weiterentwicklung ist der Deckel aus Glas gefertigt, wobei die mindestens eine Sensorkomponente als eine Schicht auf eine der Bodenplatte zugewandten Fläche des Deckels aufgetragen ist. In einerweiteren Ausgestaltung weist der Deckel eine Vielzahl von zweiten Erhebungen auf, wobei die zweiten Erhebungen napfartig oder domartig ausgestaltet sind, derart dass die zweiten Erhebungen in die Vertiefungen der Bodenplatte einführbar sind oder derart dass die Proben zwischen den ersten Erhebungen und den zweiten Erhebungen positionierbar sind. Insbesondere sehr kleine Volumina an jeweiliger Probe werden somit zwischen den ersten Erhebungen und den zweiten Erhebungen oder zwischen den Vertiefungen und den zweiten Erhebungen eingespannt und festgehalten. In a further development, the cover is made of glass, with the at least one sensor component being applied as a layer to a surface of the cover facing the base plate. In another embodiment, the lid has a large number of second elevations, the second elevations being cup-like or dome-like, such that the second elevations can be inserted into the depressions in the base plate or such that the samples can be positioned between the first elevations and the second elevations . In particular, very small volumes of the respective sample are thus clamped and held between the first elevations and the second elevations or between the depressions and the second elevations.
In einer Weiterbildung sind die Vertiefungen, die ersten Erhebungen, der Deckel und/oder die zweiten Erhebungen in einem definierten Bereich derartig ausgestaltet, dass die Proben aufgrund ihrer Hydrophilie oder ihrer Hydrophobie oder Lipophilie/Lipophobie und/oder Ultraphobie und/oder ihrer Oberflächenspannung in dem definierten Bereich positionierbar sind. Der definierte Bereich ist beispielsweise mit einer Eigenschaft ausgestattet, welche einer Eigenschaft des Deckels und/oder der Bodenplatte entgegensteht. Die jeweilige Probe wird somit bevorzugt im definierten Bereich festgehalten. So können die Bodenplatte und ihre ersten Erhebungen oder Vertiefungen hydrophile Eigenschaften aufweisen, wohingegen der definierte Bereich lipophile Eigenschaften aufweist. Eine Probe mit eher lipophilen Eigenschaften wird sich daher bevorzugt im definierten Bereich anordnen. Für eine hydrophile Probe, wie eine wässrige Probe, könnten die Eigenschaften der Bodenplatte und des definierten Bereichs entsprechend umgekehrt ausgestaltet sein. Ultraphobe Eigenschaften stoßen sowohl hydrophile als auch lipophile Proben ab. In a further development, the depressions, the first elevations, the cover and/or the second elevations are designed in a defined area in such a way that the samples, due to their hydrophilicity or their hydrophobicity or lipophilicity/lipophobia and/or ultraphobia and/or their surface tension in the defined area can be positioned. The defined area is equipped with a property, for example, which conflicts with a property of the cover and/or the base plate. The respective sample is thus preferably retained in the defined area. Thus, the bottom plate and its first elevations or depressions can have hydrophilic properties, whereas the defined area has lipophilic properties. A sample with more lipophilic properties will therefore preferentially arrange itself in the defined area. For a hydrophilic sample, such as an aqueous sample, the properties of the bottom plate and the defined area could be reversed accordingly. Ultraphobic properties repel both hydrophilic and lipophilic samples.
In einer Weiterentwicklung ist mindestens ein Abstandshalter vorgesehen, wobei der mindestens eine Abstandshalter derart ausgestaltet sind, dass eine definierte Schichtdicke der Proben zwischen Deckel und Bodenplatte einstellbar ist. In a further development, at least one spacer is provided, with the at least one spacer being designed in such a way that a defined layer thickness of the samples can be set between the cover and the base plate.
Bevorzugterweise ist die Bodenplatte aus einem Polymerharz mittels eines Spritzgussverfahrens und/oder Prägeverfahren herstellbar ist. Die mindestens eine Sensorkomponente wird in der Regel in einem separaten Schritt an der Mikrotiterplatte angeordnet. The base plate can preferably be produced from a polymer resin by means of an injection molding process and/or an embossing process. The at least one sensor component is usually arranged on the microtiter plate in a separate step.
In einer Ausgestaltung weisen die Proben jeweils ein Volumen von unter 100 pl, insbesondere von unter 10 pl, auf. In one embodiment, the samples each have a volume of less than 100 pl, in particular less than 10 pl.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß gelöst durch ein Messgerät für die Analyse einer Vielzahl von als Tropfen bereitgestellten flüssigen oder pastösen Proben anhand von Kernspinresonanzen der Proben, umfassend eine Halterung für die Aufnahme einer Mikrotiterplatte nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, mindestens eine Anregungseinheit für die Anregung der mindestens einen Sensorkomponente mittels des Anregungslichts, mindestens eine Detektionseinheit für die Detektion des von der mindestens einen Sensorkomponente emittierten Lichts, und eine Auswerteeinheit, welche anhand des detektierten Lichts mindestens eine chemische und/oder physikalische Eigenschaft der Proben ermittelt. The object on which the present invention is based is furthermore achieved according to the invention by a measuring device for the analysis of a large number of liquid or pasty samples provided as drops using nuclear magnetic resonances of the samples, comprising a holder for receiving a microtiter plate according to at least one of the preceding claims, at least one excitation unit for exciting the at least one sensor component by means of the excitation light, at least one detection unit for detecting the light emitted by the at least one sensor component, and an evaluation unit which, based on the detected light determines at least one chemical and / or physical property of the samples.
Mittels des erfindungsgemäßen Messgeräts wird eine jeweilige Probe auf einfache Weise anhand ihrer Kernspinresonanzen analysiert. Die Mikrotiterplatte wird dazu in eine Halterung eingebracht, welche die Mikrotiterplatte beispielsweise an einer oder mehrerer ihrer Seitenflächen und/oder ihrer Bodenflächen umfasst. Die mindestens eine Anregungseinheit sendet ein Anregungslicht aus, welches zur mindestens einen Sensorkomponente geführt wird. Das von der mindestens einen Sensorkomponente emittierte Licht wird zur mindestens einen Detektionseinheit geführt. Bei der Führung des Anregungslichts und des emittieren Lichts kann optional mindestens ein optisches Element eingesetzt werden, wie beispielsweise ein Spiegel, ein Prisma, ein Filter, oder eine Lichtleitfaser. In der Regel wird das durch die jeweiligen Kernspinresonanzen der Probe beeinflusste, emittierte Licht separat detektiert. Um dies zu erreichen, kann beispielsweise eine einzelne Anregungseinheit und eine einzelne Detektionseinheit eingesetzt werden, welche die jeweiligen Proben jeweils nacheinander einzeln anregen und das emittierte Licht detektieren, indem entweder die Mikrotiterplatte und/oder die Anregungseinheit und die Detektionseinheit beweglich ausgestaltet sind. Alternativ kann beispielsweise eine Vielzahl an Anregungseinheiten und Detektionseinheiten eingesetzt werden, um eine definierte Anzahl an Proben gleichzeitig analysieren zu können. Using the measuring device according to the invention, a respective sample is analyzed in a simple manner on the basis of its nuclear spin resonance. For this purpose, the microtiter plate is placed in a holder which encompasses the microtiter plate, for example, on one or more of its side surfaces and/or its bottom surfaces. The at least one excitation unit emits an excitation light, which is guided to the at least one sensor component. The light emitted by the at least one sensor component is guided to the at least one detection unit. When guiding the excitation light and the emitted light, at least one optical element can optionally be used, such as a mirror, a prism, a filter, or an optical fiber. As a rule, the emitted light, which is influenced by the respective nuclear spin resonances of the sample, is detected separately. To achieve this, a single excitation unit and a single detection unit can be used, for example, which individually excite the respective samples one after the other and detect the emitted light by making either the microtiter plate and/or the excitation unit and the detection unit movable. Alternatively, for example, a large number of excitation units and detection units can be used in order to be able to analyze a defined number of samples at the same time.
In einer Ausgestaltung ist eine Wechselfrequenzquelle zur Anregung der mindestens einen Sensorkomponente und/oder der Proben vorgesehen. Das Einbringen von Wechselfeldern kann genutzt werden, um typische, aus der NMR-Spektroskopie bekannte Anrege-Abfragesequenzen durchzuführen, wie beispielsweise das Spin-Echo- Verfahren oder die sogenannte XY8N-Sequenz, bei denen die Magnetisierung der Kernspins mithilfe des Wechselfelds gezielt eingestellt und beobachtet wird. Mithilfe dieser Sequenzen können auch schnell wechselnde Magnetfelder durch verschiedene im Bereich der mindestens einen Sensorkomponente vorliegenden Komponenten der jeweiligen Probe präzise detektiert werden. Es kann aber auch die jeweilige Probe mithilfe des Wechselfelds angeregt werden, um die Sensitivität der Analyse der Kernspinresonanzen zu erhöhen. Die Wechselfrequenzantenne kann beispielsweise eine Mikrowellenantenne sein. In einer Weiterbildung ist em Induktor vorgesehen, welcher dazu ausgestaltet ist, eine Vorzugspolarisation der Kernspins der Proben zu induzieren. In one configuration, an alternating frequency source is provided for exciting the at least one sensor component and/or the samples. The introduction of alternating fields can be used to carry out typical excitation-query sequences known from NMR spectroscopy, such as the spin-echo method or the so-called XY8N sequence, in which the magnetization of the nuclear spins is specifically adjusted and observed using the alternating field becomes. With the help of these sequences, rapidly changing magnetic fields can also be precisely detected by different components of the respective sample that are present in the area of the at least one sensor component. However, the respective sample can also be excited using the alternating field in order to increase the sensitivity of the analysis of the nuclear magnetic resonances. The alternating frequency antenna can be a microwave antenna, for example. In a development, an inductor is provided, which is designed to induce a preferential polarization of the nuclear spins of the samples.
In einer Weiterentwicklung ist der Induktor eine Magnetfeldeinrichtung, welche ein Magnetfeld zumindest in einem Bereich der Proben und in einem Bereich der mindestens einen Sensorkomponente erzeugt. Das Magnetfeld ist insbesondere statisch ausgebildet. Anstelle einer Magnetfeldeinrichtung kann der Induktor auf anderen Methoden der Hyperpolarisierung beruhen, also z.B. in Form von in die Proben eingeführten para- Wasserstoff ausgestaltet sein. Es ist auch möglich, den Induktor als Laserquelle und/oder Mikrowellenquelle auszugestalten und somit eine Vorzugspolarisation in den Elektronspins der mindestens einen Sensorkomponente zu induzieren und diese Vorzugspolarisation der Elektronenspins anschließend auf die Kernspins der Proben zu übertragen. Als Laserquelle kann insbesondere die Anregungseinheit eingesetzt werden. Die erste und/oder zweite Mikrowellenquelle können/kann sowohl zur Induktion einer Vorzugspolarisation der Kernspins der Proben als auch zur Anregung der mindestens einen Sensorkomponente eingesetzt werden. In a further development, the inductor is a magnetic field device that generates a magnetic field at least in a region of the samples and in a region of the at least one sensor component. The magnetic field is in particular static. Instead of a magnetic field device, the inductor can be based on other methods of hyperpolarization, for example in the form of para-hydrogen introduced into the samples. It is also possible to configure the inductor as a laser source and/or microwave source and thus to induce a preferred polarization in the electron spins of the at least one sensor component and then to transfer this preferred polarization of the electron spins to the nuclear spins of the samples. In particular, the excitation unit can be used as the laser source. The first and/or second microwave source can be used both to induce a preferred polarization of the nuclear spins of the samples and to excite the at least one sensor component.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Figuren Fig. 1 - 6 näher erläutert werden. Sie zeigen: The invention is to be explained in more detail below with reference to FIGS. 1-6. They show:
Fig. 1 : ein vereinfachtes Energieschema für ein negativ geladenes NV-Zentrum im Diamant. Fig. 1: A simplified energy scheme for a negatively charged NV center in diamond.
Fig. 2a-b: eine erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Mikrotiterplatte. 2a-b: a first embodiment of the microtiter plate according to the invention.
Fig. 3a-b: eine zweite Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Mikrotiterplatte. 3a-b: a second embodiment of the microtiter plate according to the invention.
Fig. 4a-b: eine dritte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Mikrotiterplatte. 4a-b: a third embodiment of the microtiter plate according to the invention.
Fig. 5a-c: eine vierte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Mikrotiterplatte. 5a-c: a fourth embodiment of the microtiter plate according to the invention.
Fig. 6: eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messgeräts. 6: a first embodiment of the measuring device according to the invention.
In Fig. 1 ist ein vereinfachtes Energieschema für ein negativ geladenes Stickstoff- Fehlstellen-Zentrum (NV-Zentrum) in einem Diamanten gezeigt, um die Anregung und die Fluoreszenz einer Fehlstelle in einem Krista II körper beispielhaft zu erläutern. Die folgenden Überlegungen lassen sich auf andere Kristallkörper mit entsprechenden Fehlstellen übertragen. Im Diamant ist typischerweise jedes Kohlenstoffatom mit vier weiteren Kohlenstoffatomen kovalent verbunden. Ein nitrogen vacancy-Zentrum (NV-Zentrum) besteht aus einer Fehlstelle im Diamantgitter, also einem unbesetzten Gitterplatz, und einem Stickstoffatom als einem der vier Nachbaratome. Insbesondere die negativ geladenen NV--Zentren sind für die Anregung und Auswertung von Fluoreszenzsignalen von Bedeutung. Im Energieschema eines negativ geladenen NV-Zentrums findet sich neben einem Triplett- Grundzustand 3A ein angeregter Triplett-Zustand 3E, welche jeweils drei magnetische Unterzustände ms=0,±1 aufweisen. Weiterhin befinden sich zwei metastabile Singulett- Zustände 1A und 1E zwischen dem Grundzustand 3A und dem angeregten Zustand 3E. In Abwesenheit eines externen Magnetfelds tritt eine Aufspaltung der beiden Zustände ms= +/-1 von dem Grundzustand ms=0 auf, welche als Nullfeldaufspaltung A bezeichnet wird und welche abhängig von der Temperatur T ist. A simplified energy scheme for a negatively charged nitrogen vacancy center (NV center) in a diamond is shown in FIG. 1 in order to exemplarily explain the excitation and the fluorescence of a vacancy in a crystal II body. The following considerations can be transferred to other crystal bodies with corresponding defects. In diamond, each carbon atom is typically covalently bonded to four other carbon atoms. A nitrogen vacancy center (NV center) consists of a defect in the diamond lattice, i.e. an unoccupied lattice site, and a nitrogen atom as one of the four neighboring atoms. In particular, the negatively charged NV- centers are important for the excitation and evaluation of fluorescence signals. In the energy scheme of a negatively charged NV center, in addition to a triplet ground state 3 A, there is an excited triplet state 3 E, each of which has three magnetic substates m s =0,±1. Furthermore, there are two metastable singlet states 1 A and 1 E between the ground state 3 A and the excited state 3 E. In the absence of an external magnetic field, a splitting of the two states m s = +/-1 from the ground state m s =0 occurs which is called the zero-field splitting A and which depends on the temperature T.
Durch Anregungslicht 1 aus dem grünen Bereich des sichtbaren Spektrums, also z.B. ein Anregungslicht 1 mit einer Wellenlänge von 532 nm, findet eine Anregung eines Elektrons aus dem Grundzustand 3A in einen Vibrationszustand des angeregten Zustand 3E statt, welches unter Aussenden eines Fluoreszenz-Photons 2 mit einer Wellenlänge von 630 nm in den Grundzustand 3A zurückkehrt. Dieses Fluoreszenzsignal ist ein Maß für die Nullfeldaufspaltung A und kann zur Bestimmung und/oder Überwachung der Temperatur T herangezogen werden. Excitation light 1 from the green range of the visible spectrum, e.g. excitation light 1 with a wavelength of 532 nm, excites an electron from the ground state 3 A into a vibrational state of the excited state 3 E, which emits a fluorescence photon 2 returns to the 3 A ground state with a wavelength of 630 nm. This fluorescence signal is a measure of the zero field splitting A and can be used to determine and/or monitor the temperature T.
Ein angelegtes Magnetfeld mit einer Magnetfeldstärke B führt zu einer Aufspaltung (Zeeman-Splitting) der magnetischen Unterzustände, so dass der Grundzustand aus drei energetisch separierten Unterzuständen besteht, von denen jeweils eine Anregung erfolgen kann. Die Intensität des Fluoreszenzsignals ist jedoch abhängig von dem jeweiligen magnetischen Unterzustand, von dem aus angeregt wurde, so dass anhand des Abstands der Fluoreszenzminima beispielsweise die Magnetfeldstärke B mithilfe der Zeeman-Formel berechnet werden kann. Die Magnetfeldstärke B wird durch die Kernspins der jeweiligen Probe 4 modifiziert oder ergibt sich aus diesen. An applied magnetic field with a magnetic field strength B leads to a splitting (Zeeman splitting) of the magnetic sub-states, so that the ground state consists of three energetically separated sub-states, each of which can be excited. However, the intensity of the fluorescence signal depends on the respective magnetic substate from which the excitation took place, so that the distance between the fluorescence minima can be used, for example, to calculate the magnetic field strength B using the Zeeman formula. The magnetic field strength B is modified by the nuclear spins of the respective sample 4 or results from them.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind weitere Möglichkeiten der Auswertung des Fluoreszenzsignals vorgesehen, wie beispielsweise die Auswertung der Intensität des Fluoreszenzlichts, welche dem angelegten Magnetfeld ebenfalls proportional ist. Eine elektrische Auswertung wiederum kann beispielsweise über eine Photocurrent Detection of Magnetic Resonance (engl. kurz PDMR) erfolgen. Neben diesen Beispielen zur Auswertung des Fluoreszenzsignals sind noch weitere Möglichkeiten vorhanden, welche ebenfalls unter die vorliegende Erfindung fallen. Further options for evaluating the fluorescence signal are provided within the scope of the present invention, such as evaluating the intensity of the fluorescent light, which is also proportional to the applied magnetic field. An electrical evaluation, in turn, can be carried out, for example, via photocurrent detection of magnetic resonance (PDMR for short). In addition to these examples of evaluating the fluorescence signal, there are other options which also fall within the scope of the present invention.
In den Figuren Fig. 2a-b ist eine erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Mikrotiterplatte 3 dargestellt. In dieser Ausführungsform weist die Bodenplatte 5 eine Vielzahl erster Erhebungen 7 und der Deckel 8 eine Vielzahl zweiter Erhebungen 10 auf, zwischen welche die Proben 4 aufgenommen werden. Die Proben weisen beispielsweise jeweils ein Volumen von unter 100 pl, insbesondere von unter 10 pl, auf. Die zweiten Erhebungen 10 sind beispielhaft domartig ausgestaltet, alternativ sind sie napfartig ausgeführt. Optional ist mindestens ein Abstandshalter 12 zwischen dem Deckel 8 und der Bodenplatte 5 angeordnet, welcher derart ausgestaltet ist, dass eine definierte Schichtdicke 13 der Proben 4 zwischen dem Deckel 8 und der Bodenplatte 5 einstellbar ist. Die Bodenplatte 5 ist beispielsweise mittels eines Spritzgussverfahrens und/oder Prägeverfahren aus einem Polymerharz hergestellt. A first embodiment of the microtiter plate 3 according to the invention is shown in FIGS. 2a-b. In this embodiment, the bottom plate 5 has a Variety of first surveys 7 and the cover 8 has a plurality of second surveys 10 between which the samples 4 are added. For example, the samples each have a volume of less than 100 pl, in particular less than 10 pl. The second elevations 10 are designed in the manner of a dome, for example, alternatively they are designed in the manner of a bowl. Optionally, at least one spacer 12 is arranged between the cover 8 and the base plate 5, which is designed in such a way that a defined layer thickness 13 of the samples 4 between the cover 8 and the base plate 5 can be set. The base plate 5 is produced from a polymer resin, for example by means of an injection molding process and/or an embossing process.
Die mindestens eine Sensorkomponente 9 ist beispielhaft als eine Vielzahl von Sensorkomponenten 9 ausgestaltet. Die Sensorkomponenten 9 bildet einen Teil der zweiten Erhebungen 10 des Deckels 8 und steht bei geschlossener Mikrotiterplatte, d.h. bei Auflegen des Deckels 8 auf die Bodenplatte 5, zumindest teilweise in Kontakt mit den Proben 4, so dass die Sensorkomponenten 9 unter einem Anregungslicht ein von den Kernspinresonanzen der jeweiligen Probe 4 beeinflusstes Licht emittieren. Die mindestens eine Sensorkomponente ist beispielsweise zumindest einen Krista II körper mit zumindest einer Fehlstelle, wie insbesondere ein Diamanten mit zumindest einem Silizium- Fehlstellen-Zentrum oder Stickstoff-Fehlstellen-Zentrum, Siliziumcarbid mit zumindest einem Silizium-Fehlstellen-Zentrum oder hexagonales Bornitrid mit zumindest einem Fehlstellen-Farbzentrum. Zur Übersichtlichkeit sind die Proben 4 in diesen und den folgenden Figuren schraffiert dargestellt. The at least one sensor component 9 is configured as a multiplicity of sensor components 9, for example. The sensor component 9 forms part of the second elevations 10 of the cover 8 and is at least partially in contact with the samples 4 when the microtiter plate is closed, i.e. when the cover 8 is placed on the base plate 5, so that the sensor components 9 are one of the Nuclear magnetic resonances of the respective sample 4 emit light influenced. The at least one sensor component is, for example, at least one crystal II body with at least one defect, such as in particular a diamond with at least one silicon defect center or nitrogen defect center, silicon carbide with at least one silicon defect center or hexagonal boron nitride with at least one void color center. For the sake of clarity, the samples 4 are hatched in these and the following figures.
In den Figuren Fig. 3a-b ist eine zweite Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Mikrotiterplatte 3 dargestellt. In dieser Ausführungsform ist im Bereich des Deckels 8 eine Schicht 9a der Sensorkomponente 9 vorgesehen, welche den Proben 4 und der Bodenplatte 5 zugewandt ist. Beispielsweise ist der Deckel 8 aus Glas gefertigt. Alternativ ist die Schicht 9a im Bereich der Bodenplatte 5 angeordnet. Optional sind die ersten Erhebungen 7 in einem definierten Bereich 11 derartig ausgestaltet, dass die Proben 4 aufgrund ihrer Hydrophilie oder ihrer Hydrophobie oder Lipophilie/Lipophobie oder Ultraphobie oder ihrer Oberflächenspannung in dem definierten Bereich positionierbar sind. Entsprechend kann auch auf den Vertiefungen 6 und/oder dem Deckel 8 und/oder den zweiten Erhebungen 10 ein definierter Bereich 11 angeordnet sein. A second embodiment of the microtiter plate 3 according to the invention is shown in FIGS. 3a-b. In this embodiment, a layer 9a of the sensor component 9 is provided in the area of the cover 8 , which layer faces the samples 4 and the base plate 5 . For example, the cover 8 is made of glass. Alternatively, the layer 9a is arranged in the area of the base plate 5 . Optionally, the first elevations 7 are configured in a defined area 11 in such a way that the samples 4 can be positioned in the defined area due to their hydrophilicity or their hydrophobicity or lipophilicity/lipophobicity or ultraphobicity or their surface tension. Correspondingly, a defined area 11 can also be arranged on the depressions 6 and/or the cover 8 and/or the second elevations 10 .
In den Figuren Fig. 4a-b ist eine dritte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Mikrotiterplatte 3 dargestellt. In dieser Ausführungsform weist die Bodenplatte 5 Vertiefungen 6 auf, welche teilweise durch die Sensorkomponenten 9 gebildet sind. Der Deckel 8 weist zudem zweite Erhebungen 10 auf, welche in die Vertiefungen 6 zumindest teilweise einführbar sind, so dass die Proben 4 zwischen den Vertiefungen 6 und den zweiten Erhebungen 10 positionierbar sind. In den Figuren Fig. 5a-b ist eine vierte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Mikrotiterplatte 3 dargestellt. In dieser Ausführungsform ist die mindestens eine Sensorkomponente 9 sowohl im Bereich des Deckels 8 als Schicht 9a als auch im Bereich der Bodenplatte als Bestandteil der Vertiefungen 9 angeordnet. Die Proben 4 stehen mit zwei Sensorkomponenten 9 in Kontakt, wodurch die Sensitivität der Analyse der Proben 4 erhöht wird. In Fig. 5c ist der Deckel 8 beispielhaft mit der Schicht 9a der Sensorkomponente 9 dargestellt. Der Kristallkörper 9b ist dabei im Bereich des Deckels 8 und/oder im Bereich der Bodenplatte 5 angeordnet ist, wobei die zumindest eine Fehlstelle 9c in einem den Proben 4 zugewandten Bereich des Kristallkörpers 9b angeordnet ist. Je nach Herstellungsverfahren der Schicht 9a ist es möglich die Verteilung der zumindest einen Fehlstelle 9c im Kristallkörper 9b zu steuern und dafür zu sorgen, dass diese 9b bevorzugt in einem den Proben 4 zugewandten Bereich der Schicht 9a angeordnet sind. A third embodiment of the microtiter plate 3 according to the invention is shown in FIGS. 4a-b. In this embodiment, the base plate 5 has indentations 6 which are partially formed by the sensor components 9 . The cover 8 also has second elevations 10 which can be inserted at least partially into the depressions 6 so that the samples 4 can be positioned between the depressions 6 and the second elevations 10 . A fourth embodiment of the microtiter plate 3 according to the invention is shown in FIGS. 5a-b. In this embodiment, the at least one sensor component 9 is arranged both in the area of the cover 8 as a layer 9a and in the area of the base plate as part of the depressions 9 . The samples 4 are in contact with two sensor components 9, as a result of which the sensitivity of the analysis of the samples 4 is increased. In FIG. 5c the cover 8 is shown as an example with the layer 9a of the sensor component 9 . The crystal body 9b is arranged in the area of the cover 8 and/or in the area of the base plate 5, the at least one defect 9c being arranged in an area of the crystal body 9b facing the samples 4. Depending on the manufacturing method of the layer 9a, it is possible to control the distribution of the at least one defect 9c in the crystal body 9b and to ensure that these 9b are preferably arranged in a region of the layer 9a facing the samples 4.
In Fig. 6 ist eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messgeräts 14 für die Analyse einer Vielzahl von als Tropfen bereitgestellten flüssigen oder pastösen Proben 4 anhand ihrer Kernspinresonanzen gezeigt. Die Mikrotiterplatte 3 ist dabei in einer Halterung 15 aufgenommen. Die Bodenplatte 5 und/oder der Deckel 8 sind zumindest im Bereich der mindestens einen Sensorkomponente 9 für das Anregungslicht der Anregungseinheit 16 und das von der mindestens einen Sensorkomponente 9 emittierte Licht transparent. Beispielhaft ist die mindestens eine Anregungseinheit 16 oberhalb der Mikrotiterplatte 3 angeordnet, um die mindestens eine Sensorkomponente 9 von oben anzuregen. Die Detektionseinheit 17 ist dazu ausgestaltet, das von der mindestens einen Sensorkomponente 9 emittierte Licht zu detektieren und ist beispielhaft unterhalb der Mikrotiterplatte 3 angeordnet. Die gestrichelte Linie deutet den Weg des Anregungslichts von der Anregungseinheit 16 zur Sensorkomponente 9 und den Weg des emittierten Lichts von der Sensorkomponente 9 zur Detektionseinheit 17 an. 6 shows a first embodiment of the measuring device 14 according to the invention for the analysis of a large number of liquid or pasty samples 4 provided as drops using their nuclear magnetic resonances. The microtiter plate 3 is held in a holder 15 . The base plate 5 and/or the cover 8 are transparent at least in the area of the at least one sensor component 9 for the excitation light of the excitation unit 16 and the light emitted by the at least one sensor component 9 . For example, the at least one excitation unit 16 is arranged above the microtiter plate 3 in order to excite the at least one sensor component 9 from above. The detection unit 17 is designed to detect the light emitted by the at least one sensor component 9 and is arranged below the microtiter plate 3, for example. The broken line indicates the path of the excitation light from the excitation unit 16 to the sensor component 9 and the path of the emitted light from the sensor component 9 to the detection unit 17 .
In dieser Ausführungsform ist eine Anregungseinheit 16 und eine Detektionseinheit 17 vorgesehen, welche relativ zur Mikrotiterplatte bewegbar sind, so dass jede der Proben 4 nacheinander einzeln analysiert werden kann. Es können jedoch auch mehrere Anregungseinheiten 16 und mehrere Detektionseinheiten 17 vorgesehen sein, um mehrere Proben 4 gleichzeitig zu analysieren. Weiterhin weist das Messgerät 14 eine Auswerteeinheit 18 auf, welche anhand des von der Detektionseinheit 17 detektierten Lichts mindestens eine chemische und/oder physikalische Eigenschaft der Proben 4 ermittelt. In this embodiment, an excitation unit 16 and a detection unit 17 are provided, which can be moved relative to the microtiter plate, so that each of the samples 4 can be analyzed individually one after the other. However, several excitation units 16 and several detection units 17 can also be provided in order to analyze several samples 4 simultaneously. Furthermore, the measuring device 14 has an evaluation unit 18 which uses the light detected by the detection unit 17 to determine at least one chemical and/or physical property of the samples 4 .
Optional ist eine Wechselfrequenzquelle 19 im Messgerät 14 angeordnet, welches dazu ausgestaltet ist, die mindestens eine Sensorkomponente 9 und/oder die Proben 4 anzuregen. Weiterhin umfasst das Messgerät 14 beispielhaft einen Induktor 20, welcher dazu ausgestaltet ist, eine Vorzugspolarisation der Kernspins der jeweiligen Probe 4 zu induzieren. Beispielsweise in der Induktor 20 eine Magnetfeldeinrichtung, welche zumindest in einem Bereich der Proben 4 und in einem Bereich der mindestens einen Sensorkomponente 9 ein Magnetfeld erzeugt. An alternating frequency source 19 is optionally arranged in the measuring device 14, which is designed to excite the at least one sensor component 9 and/or the samples 4. Furthermore, the measuring device 14 includes an example of an inductor 20, which is designed to induce a preferential polarization of the nuclear spins of the respective sample 4. For example, in the inductor 20 there is a magnetic field device which generates a magnetic field at least in a region of the samples 4 and in a region of the at least one sensor component 9 .
Bezugszeichenhste reference number
1 Anregungslicht 1 excitation light
2 Fluoreszenzlicht 2 fluorescent light
3 Mikrotiterplatte 3 microplate
4 Proben 4 samples
5 Bodenplatte 5 bottom plate
6 Vertiefungen 6 wells
7 erste Erhebungen 7 first surveys
8 Deckel 8 lids
9 Sensorkomponente9 sensor component
9a Schicht 9a layer
9b Krista II körper 9b Crystal II body
9c Fehlstelle 9c defect
10 zweite Erhebungen10 second surveys
11 definierter Bereich 11 defined area
12 Abstandshalter 12 spacers
13 Schichtdicke 13 layer thickness
14 Messgerät 14 meter
15 Halterung 15 bracket
16 Anregungseinheit 16 excitation unit
17 Detektionseinheit 17 detection unit
18 Auswerteeinheit 18 evaluation unit
19 Wechselfrequenzquelle19 AC frequency source
20 Induktor 20 inductor

Claims

Patentansprüche patent claims
1 . Mikrotiterplatte (3) für die Analyse einer Vielzahl von als T ropfen bereitgestellten flüssigen oder pastösen Proben (4) anhand von Kernspinresonanzen der Proben (4), umfassend eine Bodenplatte (5) mit einer Vielzahl von in die Bodenplatte (5) eingebrachten Vertiefungen (6) oder einer Vielzahl von ersten Erhebungen (7) zur Aufnahme der Proben (4), einen Deckel (8), welcher derart ausgestaltet ist, dass die Proben (4) zwischen den Vertiefungen (6) oder den ersten Erhebungen (7) der Bodenplatte (5) und dem Deckel (8) einschließbar sind, und mindestens eine Sensorkomponente (9), welche dazu ausgestaltet ist, unter einem Anregungslicht ein von den Kernspinresonanzen der Proben (4) beeinflusstes Licht zu emittieren, wobei die mindestens eine Sensorkomponente (9) zumindest teilweise in Kontakt mit den Proben (4) steht und zumindest einen Teil der Bodenplatte (5) und/oder des Deckels (8) bildet, wobei die Bodenplatte (5) und/oder der Deckel (8) zumindest im Bereich der mindestens einen Sensorkomponente (9) für das Anregungslicht und das emittierte Licht transparent sind. 1 . Microtiter plate (3) for the analysis of a large number of liquid or pasty samples (4) provided as droplets using nuclear spin resonances of the samples (4), comprising a base plate (5) with a large number of wells (6) made in the base plate (5). ) or a plurality of first elevations (7) for receiving the samples (4), a cover (8) which is designed such that the samples (4) between the depressions (6) or the first elevations (7) of the base plate (5) and the cover (8) can be enclosed, and at least one sensor component (9) which is designed to emit a light influenced by the nuclear spin resonances of the samples (4) under an excitation light, wherein the at least one sensor component (9) is at least partially in contact with the samples (4) and forms at least part of the base plate (5) and/or the cover (8), the base plate (5) and/or the cover (8) being at least in the region of the at least one sensor component (9) for the excitation light and the emitted light are transparent.
2. Mikrotiterplatte nach Anspruch 1 , wobei es sich bei der mindestens einen Sensorkomponente (9) um zumindest einen Krista II körper mit zumindest einer Fehlstelle handelt. 2. Microtiter plate according to claim 1, wherein the at least one sensor component (9) is at least one crystal body with at least one defect.
3. Mikrotiterplatte nach Anspruch 2, wobei es sich bei dem Kristallkörper um einen Diamanten mit zumindest einem Silizium- Fehlstellen-Zentrum oder Stickstoff-Fehlstellen-Zentrum, um Siliziumcarbid mit zumindest einem Silizium-Fehlstellen-Zentrum oder um hexagonales Bornitrid mit zumindest einem Fehlstellen-Farbzentrum handelt. 3. Microtiter plate according to claim 2, wherein the crystal body is a diamond with at least one silicon vacancy center or nitrogen vacancy center, silicon carbide with at least one silicon vacancy center or hexagonal boron nitride with at least one vacancy color center.
4. Mikrotiterplatte nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, wobei die mindestens eine Sensorkomponente (9) als eine Schicht (9a) ausgebildet ist, wobei die Schicht (9a) im Bereich des Deckels (8) und/oder im Bereich der Bodenplatte (5) angeordnet ist. 4. Microtiter plate according to at least one of claims 1-3, wherein the at least one sensor component (9) is designed as a layer (9a), the layer (9a) in the area of the cover (8) and/or in the area of the base plate ( 5) is arranged.
5. Mikrotiterplatte nach Anspruch 2, wobei die mindestens eine Sensorkomponente (9) als eine Schicht (9a) ausgebildet ist, wobei der Krista II körper (9b) im Bereich des Deckels (8) und/oder im Bereich der Bodenplatte (5) angeordnet ist, wobei die zumindest eine Fehlstelle (9c) in einem den Proben (4) zugewandten Bereich des Kn stall Körpers (9b) angeordnet ist. Mikrotiterplatte nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, wobei der Deckel (8) aus Glas gefertigt ist, wobei die mindestens eine Sensorkomponente (9) als eine Schicht (9a) auf eine der Bodenplatte (5) zugewandten Fläche des Deckels (8) aufgetragen ist. Mikrotiterplatte nach mindestens einem der Ansprüche 1-6, wobei der Deckel (8) eine Vielzahl von zweiten Erhebungen (10) aufweist, wobei die zweiten Erhebungen (10) napfartig oder domartig ausgestaltet sind, derart dass die zweiten Erhebungen (10) in die Vertiefungen (6) der Bodenplatte (5) einführbar sind oder derart dass die Proben (4) zwischen den ersten Erhebungen (7) und den zweiten Erhebungen (10) positionierbar sind. Mikrotiterplatte nach Anspruch 7, wobei die Vertiefungen (6), die ersten Erhebungen (7), der Deckel (8) und/oder die zweiten Erhebungen (10) in einem definierten Bereich (11) derartig ausgestaltet sind, dass die Proben (4) aufgrund ihrer Hydrophilie oder ihrer Hydrophobie oder Lipophilie/Lipophobie und/oder Ultraphobie und/oder ihrer Oberflächenspannung in dem definierten Bereich (11) positionierbar sind. Mikrotiterplatte nach mindestens einem der Ansprüche 1-8, wobei mindestens ein Abstandshalter (12) vorgesehen ist, wobei der mindestens eine Abstandshalter (12) derart ausgestaltet sind, dass eine definierte Schichtdicke (13) der Proben (4) zwischen Deckel (8) und Bodenplatte (5) einstellbar ist. Mikrotiterplatte nach mindestens einem der Ansprüche 1-9, wobei die Bodenplatte (5) aus einem Polymerharz mittels eines Spritzgussverfahrens und/oder Prägeverfahren herstellbar ist. Mikrotiterplatte nach mindestens einem der Ansprüche 1-10, wobei die Proben (4) jeweils ein Volumen von unter 100 pl, insbesondere von unter 10 pl, aufweisen. Messgerät (14) für die Analyse einer Vielzahl von als Tropfen bereitgestellten flüssigen oder pastösen Proben (4) anhand von Kernspinresonanzen der Proben (4), umfassend eine Halterung (15) für die Aufnahme einer Mikrotiterplatte (3) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, mindestens eine Anregungseinheit (16) für die Anregung der mindestens einen Sensorkomponente (9) mittels des Anregungslichts, mindestens eine Detektionseinheit (17) für die Detektion des von der mindestens einen Sensorkomponente (9) emittierten Lichts, und eine Auswerteeinheit (18), welche anhand des detektierten Lichts mindestens eine chemische und/oder physikalische Eigenschaft der Proben (4) ermittelt. 5. Microtiter plate according to claim 2, wherein the at least one sensor component (9) is designed as a layer (9a), the crystal body (9b) being arranged in the area of the cover (8) and/or in the area of the base plate (5). is, wherein the at least one Flaw (9c) is arranged in a region of the Kn stall body (9b) facing the samples (4). Microtiter plate according to at least one of claims 1-5, wherein the cover (8) is made of glass, the at least one sensor component (9) being applied as a layer (9a) to a surface of the cover (8) facing the base plate (5). is. Microtiter plate according to at least one of claims 1-6, wherein the cover (8) has a plurality of second elevations (10), the second elevations (10) being cup-like or dome-shaped, such that the second elevations (10) in the wells (6) of the base plate (5) can be inserted or in such a way that the samples (4) can be positioned between the first elevations (7) and the second elevations (10). Microtiter plate according to claim 7, wherein the depressions (6), the first elevations (7), the cover (8) and/or the second elevations (10) are designed in a defined area (11) in such a way that the samples (4) can be positioned in the defined area (11) due to their hydrophilicity or their hydrophobicity or lipophilicity/lipophobicity and/or ultraphobicity and/or their surface tension. Microtiter plate according to at least one of Claims 1-8, wherein at least one spacer (12) is provided, wherein the at least one spacer (12) is designed in such a way that a defined layer thickness (13) of the samples (4) between the cover (8) and Base plate (5) is adjustable. Microtiter plate according to at least one of claims 1-9, wherein the base plate (5) can be produced from a polymer resin by means of an injection molding process and/or an embossing process. Microtiter plate according to at least one of claims 1-10, wherein the samples (4) each have a volume of less than 100 pl, in particular less than 10 pl. Measuring device (14) for the analysis of a large number of liquid or pasty samples (4) provided as drops using nuclear spin resonances of the samples (4), comprising a holder (15) for receiving a microtiter plate (3) according to at least one of the preceding claims, at least one excitation unit (16) for exciting the at least one sensor component (9) by means of the excitation light, at least one detection unit (17) for detecting the light emitted by the at least one sensor component (9), and an evaluation unit (18) which uses the detected light to determine at least one chemical and/or physical property of the samples (4).
13. Messgerät nach Anspruch 12, wobei eine Wechselfrequenzquelle (19) zur Anregung der mindestens einen Sensorkomponente (9) und/oder der Proben (4) vorgesehen ist. 13. Measuring device according to claim 12, wherein an alternating frequency source (19) is provided for exciting the at least one sensor component (9) and/or the samples (4).
14. Messgerät nach mindestens einem der Ansprüche 12-13, wobei ein Induktor (20) vorgesehen ist, welcher dazu ausgestaltet ist, eine Vorzugspolarisation der Kernspins der Proben (4) zu induzieren. 14. Measuring device according to at least one of claims 12-13, wherein an inductor (20) is provided which is designed to induce a preferred polarization of the nuclear spins of the samples (4).
15. Messgerät nach Anspruch 14, wobei der Induktor (20) eine Magnetfeldeinrichtung ist, welche ein Magnetfeld zumindest in einem Bereich der Proben (4) und in einem Bereich der mindestens einen Sensorkomponente (9) erzeugt. 15. Measuring device according to claim 14, wherein the inductor (20) is a magnetic field device which generates a magnetic field at least in a region of the samples (4) and in a region of the at least one sensor component (9).
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