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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches System zum
Fokussieren von Licht auf eine oder mehrere Proben in einem System
zum biologischen Testen. Gemäß einem Aspekt bezieht
sich die Erfindung auf eine Linsenanordnung, welche die Funktionen
des Kollimierens und Fokussierens von Licht auf eine oder mehrere
Proben aufweist, welche in die Linsenanordnung integriert ist/sind.
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Beschreibung des Standes der
Technik
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Biologisches
Testen ist ein wichtiges Werkzeug beim Detektieren und Beobachten
von Krankheiten geworden. In der biologischen Testumgebung wird
das Thermozyklieren dazu verwendet, Nukleinsäuren zu vervielfältigen,
zum Beispiel mittels des Durchführens einer PCR und anderen
Reaktionen. Die PCR im Besonderen ist ein wertvolles Forschungswerkzeug
geworden und hat Anwendungen wie beispielsweise Klonen, Analysieren
einer genetischen Expression, DNA-Sequenzieren und die Entdeckung
von Wirkstoffen.
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Neuere
Entwicklungen in dem Gebiet haben das Wachstum der Anzahl der Tests,
welche durchgeführt werden, angestachelt. Ein Verfahren
zum Vergrößern des Durchsatzes eines solchen biologischen
Testens ist, eine Möglichkeit zum Detektieren in Echtzeit
während des Thermozyklierens bereitzustellen. Eine Echtzeitdetektion
erhöht die Effizienz des biologischen Testens, da die Charakteristika
der Proben detektiert werden können, während die
Probenvertiefungsschale (engl. sample well tray) in der Thermozykliervorrichtung
verbleibt.
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In
einem Echtzeitdetektionssystem kann ein Testen während
eines Zyklus der Testvorrichtung an mehreren Proben durchgeführt
werden. Mit diesem Systemtyp kann Licht von einer Lichtquelle emittiert werden,
so dass es von der/den biologischen Probe(n) zurück gestrahlt
wird, und schlussendlich durch eine Lichtdetektionsvorrichtung,
so wie beispielsweise eine Kamera oder ein CCD, detektiert oder
gesammelt werden kann. Um das Fokussieren des Lichts auf die Proben
und das Herausleiten des Lichts aus den Proben auf die Detektionsvorrichtung zu
unterstützen, können eine oder mehrere Linsen bereitgestellt
werden.
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Ein
Nachteil der herkömmlichen Vorrichtungen, welche Linsenanordnungen
in Verbindung mit Mehrfachprobentestvorrichtungen verwenden, ist
die Komplexität der Linsen. Es kann häufig wünschenswert
sein, eine Linse zum Kollimieren des Lichtes derart vorzusehen,
dass dieses richtig mit einer Reihe oder einer Spalte von Probenvertiefungen
in einer Probenvertiefungsschale ausgerichtet ist. Um weiterhin
den Testprozess zu verbessern, kann eine zusätzliche Linsenanordnung
zum präziseren Fokussieren von Licht in einer jeden der
Probenvertiefungen vorgesehen sein. Diese Fokussierungslinsenanordnungen
können häufig eine Mehrzahl von nicht-integralen
Komponenten umfassen.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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In Übereinstimmung
mit der Erfindung ist ein optisches Detektionssystem für
eine Thermozykliervorrichtung offenbart, umfassend zumindest eine Lichtquelle,
eine Lichtdetektionsvorrichtung zum Detektieren von Licht, welches
von einer Mehrzahl biologischer Proben empfangen wird, und eine
Linse, welche erste und zweite auf der Linse geformte Oberflächen
aufweist, wobei die zweite Oberfläche im Wesentlichen der
ersten Oberfläche gegenüberliegt. Die erste Oberfläche
kann so konfiguriert sein, dass sie Licht kollimiert, und die zweite
Oberfläche kann so konfiguriert sein, dass sie Licht auf
eine jede der Mehrzahl der biologischen Proben richtet.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt kann die zweite Oberfläche eine Matrix
von Linsen aufweisen, welche in die zweite Oberfläche eingeformt
sind, und die Matrix kann eine Mehrzahl von Fokussierlinsenabschnitten
umfassen.
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Gemäß noch
einem weiteren Aspekt kann die Mehrzahl der Fokussierlinsenabschnitte
mit einer Mehrzahl der biologischen Proben korrespondieren.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt kann die Matrix 4, 8, 12, 24, 48, 96, 384 oder 1536
Fokussierlinsenabschnitte umfassen.
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In
noch einem weiteren Aspekt kann das System weiterhin eine Probenblockanordnung
umfassen, welche dazu konfiguriert ist, eine Probenvertiefungsschale
aufzunehmen.
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In
einem weiteren Aspekt kann die Probenblockanordnung so konfiguriert
sein, dass sie die Linse aufnimmt.
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In
einem weiteren Aspekt kann die Probenblockanordnung eine geheizte
Abdeckung aufweisen, welche dazu ausgebildet ist, die Linse aufzunehmen.
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In
noch einem weiteren Aspekt kann die Linse an der Probenblockanordnung
mit zumindest einer Befestigungsvorrichtung befestigt sein.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt kann die Befestigungsvorrichtung entweder eine Clipbefestigungsvorrichtung,
eine Klammerbefestigungsvorrichtung oder eine Schraubbefestigungsvorrichtung umfassen.
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Gemäß noch
einem weiteren Aspekt kann die Probenblockanordnung so konfiguriert
sein, dass sie die biologischen Proben auf eine Temperatur von ungefähr
80°C oder höher aufheizt, und die Linse kann ein
Material umfassen, welches so konfiguriert ist, dass es bis zu einer
Temperatur von zumindest 80°C betriebsbereit ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt kann das Linsenmaterial ein nicht fluoreszierendes,
klares Polykarbonat umfassen.
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In
einem weiteren Aspekt kann die Probenblockanordnung dazu konfiguriert
sein, die Probenvertiefungsschale auf eine Temperatur von ungefähr 60°C
aufzuheizen, und die Linse kann ein Material umfassen, welches so
konfiguriert ist, dass es bis zu einer Temperatur von zumindest
60°C betriebsbereit ist.
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In
noch einem weiteren Aspekt kann das Linsenmaterial aus Acryl, Styren,
Polyethylen, Polykarbonaten und Polypropylenen ausgewählt
sein.
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In
einem weiteren Aspekt können die erste Linsenoberfläche
und die zweite Linsenoberfläche integral miteinander geformt
sein, zumindest entweder durch Spritzformen oder durch Druckguss.
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Gemäß noch
einem weiteren Aspekt kann eine Mehrzahl von Fokussierlinsenabschnitten
so konfiguriert sein, dass sie Licht einer nahezu gleichen Intensität
in eine Mehrzahl von biologischen Proben hereinrichten.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt können eine oder mehrere der Mehrzahl der
Fokussierlinsenabschnitte so konfiguriert sein, dass sie es einer
gegenüber zumindest einem anderen der Mehrzahl der Fokussierlinsenabschnitte
unterschiedlichen Lichtintensität ermöglichen,
hindurchzutreten.
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In
einem weiteren Aspekt umfassen eine oder mehrere der Mehrzahl der
Fokussierlinsenabschnitte einen kleineren Fokussierlinsenabschnitt
als zumindest ein anderer der Mehrzahl der Fokussierlinsenabschnitte.
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In
noch einem weiteren Aspekt können einer oder mehrere der
Mehrzahl der Fokussierlinsenabschnitte maskiert sein, um die Intensität
des Lichtes, welche durch eine oder mehrere der Mehrzahl der Fokussierlinsenabschnitte
hindurchtritt, zu differenzieren.
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In
einem weiteren Aspekt kann die erste Linsenoberfläche eine
Fresnel-Linse umfassen.
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In
noch einem weiteren Aspekt kann die zumindest eine Lichtquelle ein
Licht einer nicht gleichmäßigen Intensität über
die erste Oberfläche hinweg bereitstellen und die zweite
Oberfläche kann so konfiguriert sein, dass sie Licht einer
nahezu gleichen Intensität jeder der biologischen Proben
bereitstellt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt können die biologischen Proben zu diesen
korrespondierende Fokussierlinsenabschnitte aufweisen.
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In
einem weiteren Aspekt ist eine Linse für ein optisches
Detektionssystem einer Thermozykliervorrichtung offenbart. Die Linse
kann eine Kollimieroberfläche und eine Matrixoberfläche,
welche im Wesentlichen der ersten Linsenoberfläche gegenüberliegend
angeordnet ist, umfassen, und die Matrixoberfläche kann
eine Mehrzahl von Fokussierlinsensegmenten umfassen. Die Kollimieroberfläche
kann so konfiguriert sein, dass sie Licht einer Lichtquelle kollimiert,
und die Mehrzahl der Fokussierlinsensegmente können dazu
konfiguriert sein, Licht in eine Mehrzahl biologischer Proben hereinzurichten.
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In
noch einem weiteren Aspekt können die Kollimieroberfläche
und die Matrixoberfläche integral miteinander geformt sein,
zumindest entweder durch Spritzformen oder durch Druckguss.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt kann jedes der Mehrzahl der Fokussierlinsensegmente
so konfiguriert sein, dass es Licht in einer nahezu gleichen Intensität
richtet.
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Gemäß noch
einem weiteren Aspekt können die einen oder mehrere der
Mehrzahl der Fokussierlinsensegmente so konfiguriert sein, dass
sie eine sich unterscheidende Intensität von Licht gegenüber anderen
der Mehrzahl der Fokussierlinsensegmente ermöglichen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt können eine oder mehrere der Anzahl der
Fokussierlinsensegmente ein kleineres Fokussierlinsensegment aufweisen
als zumindest ein anderes der Mehrzahl der Fokussierlinsensegmente.
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In
noch einem weiteren Aspekt kann ein Abschnitt des einen oder mehrerer
Fokussierlinsensegmente maskiert sein, um die Intensität
von Licht, welches durch das eine oder die mehreren der Fokussierlinsensegmente
hindurchtritt, voneinander zu differenzieren.
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In
einem weiteren Aspekt kann die Linse 4, 8, 12, 24, 48, 96, 384 oder
1536 Fokussierlinsensegmente umfassen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt kann die Linse eine einstückige Linse umfassen.
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In
einem weiteren Aspekt ist ein optisches Detektionssystem für
eine Thermozykliervorrichtung offenbart, wobei das System zumindest
eine Lichtquelle, eine Lichtdetektionsvorrichtung zum Detektieren
des Lichtes, welches von einer Mehrzahl biologischer Proben empfangen
wird, einen Linsenkörper, welcher eine erste Oberfläche
aufweist, welche in den Linsenkörper eingeformt ist und
eine zweite Oberfläche, welche in der anderen Seite des
Körpers eingeformt ist, und eine Probenblockanordnung,
welche so konfiguriert ist, dass sie eine Probenvertiefungsschale
aufnimmt, umfasst. Die Probenvertiefungsschale kann so konfiguriert
sein, dass sie die Mehrzahl der biologischen Proben beinhaltet und
die Probenblockanordnung kann eine beheizte Abdeckung umfassen,
welche dazu konfiguriert ist, die Linse aufzunehmen. Weiterhin kann
die erste Oberfläche so konfiguriert sein, dass sie Licht
kollimiert und die zweite Oberfläche kann eine Linsenmatrix
umfassen, welche eine Mehrzahl von Fokussierlinsenabschnitten umfasst,
welche dazu konfiguriert sind, Licht in jede der Mehrzahl der biologischen
Proben hereinzuleiten.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Testen einer Mehrzahl biologischer
Proben offenbart. Das Verfahren kann das Bereitstellen von Licht
aus zumindest einer Lichtquelle umfassen, das Bereitstellen von
einer Lichtdetektionsvorrichtung zum Detektieren von Licht, welches
von der Mehrzahl der biologischen Proben empfangen wird, das Bereitstellen
einer Linse, welche einen Kollimierlinsenabschnitt umfasst, welcher
an einer ersten Oberfläche der Linse geformt ist, und eine
Matrix von Fokussierlinsenabschnitten, welche an einer zweiten Oberfläche
der Linse geformt ist, wobei die erste Oberfläche im Wesentlichen
der zweiten Oberfläche gegenüberliegt. Licht kann
durch die Kollimierungs- und Fokussierlinsenabschnitte in die Mehrzahl
der biologischen Proben eintreten und kann durch die Detektionsvorrichtung
detektiert werden.
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Andere
Aspekte werden aus der nachfolgenden Beschreibung klar werden. Es
sollte verstanden werden, dass die Erfindung ohne einen oder mehrere der
Aspekte, welche hierin beschrieben sind, in ihrem weitesten Sinne
praktiziert werden kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
beigefügten Zeichnungen, welche aufgenommen sind und einen
Teil dieser Beschreibung ausmachen, zeigen zumindest ein exemplarisches Ausführungsbeispiel
der Erfindung. In den Zeichnungen ist
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1 eine
partielle Schnittsansicht einer biologischen Testvorrichtung gemäß einem
beispielhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 eine
Draufsicht einer ersten Seite der einstückigen Linse, welche
in 1 gezeigt ist;
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3 eine
Draufsicht einer zweiten Seite der einstückigen Linse der 2;
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4 eine
Schnittansicht der einstückigen Linse der 2;
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4A eine
Nahansicht des in 4 eingekreisten Abschnittes;
und
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5 ein
Teilschnitt der Linse der 1 in Kombination
mit einer Mikrokartenprobenschale.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Es
wird nun detailliert auf beispielhafte Ausführungsbeispiele
der Erfindung Bezug genommen, wobei Beispiele derer in den beigefügten
Zeichnungen gezeigt sind. Wo immer möglich, werden die
gleichen Referenzzeichen in den Zeichnungen und in der Beschreibung
verwendet, um auf gleiche oder ähnliche Teile zu verweisen,
und die gleichen Referenzzeichen werden mit alphabetischen Suffixen
oder numerischen Präfixen werden verwendet, um auf ähnliche
Teile Bezug zu nehmen.
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In Übereinstimmung
mit bestimmten Ausführungsbeispielen wird eine biologische
Testvorrichtung bereitgestellt. Gemäß einem Aspekt
kann die biologische Testvorrichtung eine Nukleinsäure-Vervielfältigung
(engl. nucleic acid amplification) durchführen. In bestimmten
Ausführungsbeispielen umfasst die biologische Testvorrichtung
eine Lichtquelle, eine Lichtdetektionsvorrichtung und eine Linse.
In unterschiedlichen Ausführungsbeispielen kann die biologische
Testvorrichtung ebenso einen Probenblock, eine geheizte Abdeckung,
eine Probenvertiefungsschale, eine Abdichtung zur Abdeckung der
Probenvertiefungen in der Probenvertiefungsschale, einen Lichtrefraktor,
einen Lichtreflektor oder einen Filter, neben anderen Komponenten
umfassen.
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In
1 ist
eine allgemeine schematische Darstellung gezeigt, welche repräsentativ
für eine biologische Testvorrichtung
10 gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist. Die Testvorrichtung
10 kann
jeglicher Typus von Vorrichtung sein, welcher dazu konfiguriert
ist, eine Nukleinsäure-Vervielfältigung durchzuführen.
Ein bekanntes Verfahren des Durchführens einer Nukleinsäure-Vervielfältigung
von biologischen Proben ist die Polymerasekettenreaktion (PCR).
Unterschiedliche PCR-Verfahren sind im Stand der Technik bekannt,
wie sie beispielsweise in den
US-Patenten
Nr. 5,928,907 und
6,015,674 an
Woudenberg et al beschrieben ist, wobei deren vollständige
Offenbarung hiermit unter Bezugnahme aufgenommen ist. Andere Verfahren
der Nukleinsäure-Vervielfältigung umfassen, zum
Beispiel, eine Ligasekettenreaktion, Oligonukleotidligationsuntersuchung
und Hybridisierungsuntersuchung. Diese und andere Verfahren sind in
detailierter in den
US Patenten
mit den Nummern 5,928,907 und
6,015,674 beschrieben.
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In
einem Ausführungsbeispiel führt die Thermozykliervorrichtung
eine Echtzeitdetektion der Nukleinsäure-Vervielfältigung
der Proben während des Thermozyklierens durch. Echtzeitdetektionssysteme sind
im Stand der Technik bekannt und sind ebenso detaillierter beispielsweise
in den
US Patenten Nr. 5,928,907 und
6,015,674 an Woudenberg
et al beschrieben, welche hierin wie oben beschrieben inkorporiert
sind. Während der Echtzeitdetektion werden unterschiedliche
Charakteristika der Proben während des Thermozyklierens
in einer Weise detektiert, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt
ist. Eine Echtzeitdetektion ermöglicht eine genauere und
effiziente Detektion und Überwachung der Proben während
der Nukleinsäure-Vervielfältigung.
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In Übereinstimmung
mit unterschiedlichen Ausführungsbeispielen kann die Testvorrichtung
eine Licht- oder Strahlungsquelle umfassen. Wie hierin genannt und
in 1 gezeigt, umfasst die Testvorrichtung eine Lichtquelle 16 zum
Richten von Licht auf eine Mehrzahl biologischer Proben. Die biologischen
Proben können in jeglichem Typus der bekannten Probenaufnahmeelemente
positioniert sein. In dem Ausführungsbeispiel, welches
in 1 gezeigt ist, sind die Proben 60 in
den Probenvertiefungen 44 der Probenvertiefungsschale 40 lokalisiert. Die
Lichtquelle 16 kann eine jegliche des herkömmlichen
Typus einer Lichtquelle sein, welche für das biologische
Testen geeignet ist, so wie beispielsweise eine Quarzglühbirne,
ein Laser (beispielweise ein Argon-Ion-Laser) oder eine LED. Licht,
welches aus der Lichtquelle 16 emittiert wird, kann direkt
auf die Probenvertiefungsschale 40 gerichtet sein, oder
die Lichtquelle 16 könnte auf einen Strahlteiler
(nicht gezeigt) gerichtet sein, welcher dann zumindest einen Teil
des Lichtes in Richtung der Probenvertiefungsschale 40 leitet.
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In Übereinstimmung
mit unterschiedlichen Ausführungsbeispielen kann die biologische
Testvorrichtung 10 ein optisches Detektionssystem umfassen.
Wie hierin beschrieben und in 1 gezeigt,
ist eine optische Detektionsvorrichtung 12 über
der Probenvertiefungsschale 40 positioniert. Das optische Detektionssystem 12 ist
so konfiguriert, dass es die Charakteristika der Proben in der Probenvertiefungsschale 40 während
des Testens detektiert und überwacht. Geeignete Strukturen
und Verfahren für die optische Detektionsvorrichtung 12 sind
aus dem Stand der Technik wohlbekannt. Die optische Detektionsvorrichtung
kann jegliche bekannte Struktur oder jegliches Verfahren verwenden.
In einem Beispiel könnte die optische Detektionsvorrichtung
eine CCD-Kamera auf eine Weise, wie sie im Stand der Technik bekannt
ist, umfassen. Ähnlich kann die optische Detektionsvorrichtung
jeglichen anderen Typ umfassen, welcher zur Verwendung mit der Thermozykliervorrichtung
der vorliegenden Erfindung geeignet ist.
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In
bestimmten Ausführungsbeispielen kann ein Filter 14 zum
Filtern des Lichtes, welches von der Probe zurück gestrahlt
wird, vorgesehen sein und es nur einem bestimmten Bereich von Lichtwellen
erlauben, die optische Detektionsvorrichtung 12 zu beaufschlagen.
Andere Elemente, welche dafür bekannt sind in Detektionsvorrichtungen
umfasst zu werden, können in der Testvorrichtung 10 umfasst
werden, so wie beispielsweise ein Prisma, ein Spiegel oder ein Spektrograph
oder anderes.
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In Übereinstimmung
mit unterschiedlichen Ausführungsbeispielen kann eine Abdichtung
für die Probenvertiefungsschale bereitgestellt sein. In
einem Ausführungsbeispiel, welches in 1 gezeigt
ist, ist die Probenvertiefungsschale 40 durch einen Film 42 abgedeckt,
um die unterschiedlichen Probenvertiefungen 44 abzudichten
und dabei zu helfen, eine Kontaminierung der biologischen Proben 60 zu
minimieren. Der Film 42 kann mit einem Klebstoff an der Seite,
welche zu der Probenvertiefungsschale 40 hin zeigt, versehen
sein, um ihn an seinem Ort zu befestigen. Der Film kann aus jeglichem
bekannten Material hergestellt sein, welches für eine Probenvertiefungsschale
geeignet ist.
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In Übereinstimmung
mit unterschiedlichen Ausführungsbeispielen kann die biologische
Testvorrichtung eine geheizte Abdeckung umfassen. In dem Ausführungsbeispiel,
welches in 1 gezeigt ist, ist eine Abdeckung 30 oberhalb
des Films 42 angeordnet. Wie in 1 gezeigt,
umfasst die Abdeckung 30 eine Lippe 32 um ihren
Umfang herum. Die Lippe 32 kann kontinuierlich sein oder
kann auch diskontinuierlich sein. Die Lippe 32 ist über
die Oberfläche 34 angehoben, auf welcher eine
Linse 20 platziert werden kann. In Kombination können
die Lippe 32 und die Oberfläche 34 dazu
dienen, eine Linse 20 in einer gewünschten Position
bezüglich der Abdeckung 30 anzuordnen und zu halten.
Die Abdeckung 30 kann auch eine Mehrzahl von Öffnungen 36 umfassen,
wobei jede Öffnung über einer der Probenvertiefungen 44 positioniert
ist, um Licht durch die Abdeckung 30 hindurch, und in die
biologischen Proben 60 der Probenvertiefungen 44 hereintreten
zu lassen. Wie in 1 gezeigt, verjüngen
sich die Öffnungen 36 von einer oberen Kante 36a hin
zu einer unteren Kante 36b. In bestimmten Ausführungsbeispielen
kann die Abdeckung 30 beheizt sein, um ein Beheizen der
biologischen Proben 60, welche in einem Probenblock 70 vorgesehen
sind, zu unterstützen. Wenn sie als eine beheizte Abdeckung
dient, kann die Abdeckung 30 ebenso eine Funktion dahingehend
bereitstellen, die Kondensation innerhalb des Systems zu reduzieren.
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In
dem Ausführungsbeispiel, welches gezeigt ist, sitzt die
Abdeckung 30 auf dem Film 42, welcher seinerseits
an der Probenvertiefungsschale 40 sitzt oder angeklebt
ist. Die Probenvertiefungsschale 40 kann jegliches Element
sein, welches beim biologischen Testen verwendet wird, um eine oder mehrere
Proben zu halten. In dem Ausführungsbeispiel, welches in 1 gezeigt
ist, umfasst die Probenvertiefungsschale 40 eine Mehrzahl
von Probenvertiefungen 44. Die Probenvertiefungen 44 umfassen
einen oberen Abschnitt 44a, welcher eine im Wesentlichen
eine zylindrische Form aufweist, und einen sich verjüngenden
unteren Abschnitt 44b, welcher in einem abgerundeten Bodenabschnitt 44c endet.
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Die
biologische Testvorrichtung
10 kann zur Verwendung mit
jeglichem Typus von Probenvertiefungsschale konfiguriert sein, zum
Bespiel für Probenvertiefungsschalen mit 96 Vertiefungen,
Probenschalen mit 384 Vertiefungen und mit Mikrokartenprobenschalen.
Die Größe und Form dieser Probenvertiefungsschalen
sind im Stand der Technik wohlbekannt. Beispiele von Probenvertiefungsschalen
mit 96 Vertiefungen, welche zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung
geeignet sind, sind in der
WO 00/25922 an
Moring et al beschrieben, wobei diese komplette Offenbarung unter
Bezugnahme hierin aufgenommen ist. Beispiele von Probenvertiefungsschalen
des Mikrokartentypus, welche geeignet sind zur Verwendung in der
vorliegenden Erfindung, sind beschrieben in
WO 01/28684 an Frye et al, wobei
deren komplette Offenbarung hierin unter Bezugnahme aufgenommen
ist,
WO97/36681 an
Woudenberg et al, wobei diese komplette Offenbarung hierin unter Bezugnahme
aufgenommen ist, US-Anmeldungs-Serien Nr. 09/897,500, welche am
3. Juli 2001 eingereicht ist und welche für den Anmelder
der vorliegenden Erfindung eingetragen ist, wobei deren komplette
Offenbarung hierin unter Bezugnahme aufgenommen ist, und die US-Anmeldung
mit der Serien-Nr. 09/977,225, welche am 16. Oktober 2001 eingereicht
ist, welche auf den Anmelder der vorliegenden Erfindung angemeldet
ist und wobei deren vollständige Offenbarung unter Bezugnahme
hierin aufgenommen ist. Probenvertiefungsschalen, welche jegliche
Anzahl von Probenvertiefungen und Probenvertiefungsgrößen
aufweisen, können mit der Thermozykliervorrichtung der
vorliegenden Erfindung verwendet werden. In den Beispielen, welche
in den Figuren gezeigt sind, kann das Volumen der Probenvertiefungen
irgendwo von ungefähr 0,01 μl bis zu Tausenden
von Mikrolitern (μl) variieren, wobei ein Volumen zwischen
10 bis 500 μl typisch ist.
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In
dem Ausführungsbeispiel, welches in 1 gezeigt
ist, umfasst die Probenvertiefungsschale 40 eine Mehrzahl
von Probenvertiefungen 44 zum Halten biologischer Proben 60.
In dem Beispiel, welches in 1 gezeigt
ist, umfasst jede Probenvertiefung einen oberen zylindrischen Abschnitt 44a und
einen sich verjüngenden Abschnitt 44b, welcher in
einem abgerundeten Bodenabschnitt 44c endet. Es wird wohl
verstanden werden, dass die Probenvertiefungen jegliche bekannte
Form, Größe oder Konfiguration aufweisen können.
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In Übereinstimmung
mit unterschiedlichen Ausführungsbeispielen kann die Testvorrichtung
einen Probenblock umfassen. Wie hierin beschrieben und in 1 gezeigt,
ist die Probenvertiefungsschale 40 so konfiguriert, dass
sie auf einen Probenblock 70 montiert werden kann. Der
Probenblock 70 kann jeglicher Probenblock, welcher im Stand
der Technik bekannt ist, sein, welcher dazu verwendet wird, eine Probenvertiefungsschale
aufzunehmen und eine Heizung und/oder Kühlung biologischer
Proben 60 bereitzustellen. Der Probenblock 70 kann
gefräst oder gegossen sein aus einem Material, welches dazu
geeignet ist, Hitze zu einer Probenschale 40 zu leiten
und umfasst eine Mehrzahl von Probenvertiefungsöffnungen 72,
welche gleich zu der Anzahl einer Anzahl der Probenvertiefungen 44 der
Probenschale 40 sind.
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Wie
oben erwähnt, kann die Linse 20 auf der Abdeckung 30 liegen
oder auf irgendeine andere Art und Weise benachbart zu dieser sein
und kann die Funktionen sowohl des Fokussierens und des Kollimierens
von Licht, welches emittiert wird von und/oder gerichtet auf die
Proben 60 durchführen. Die Linse 20 umfasst
zumindest zwei Oberflächen: Eine Oberfläche 22, welche
zu der Detektionsvorrichtung 12 hinzeigt, und eine zweite
Oberfläche 24, welche in Richtung der Probenvertiefungsschale 40 zeigt.
Der Begriff "Oberfläche", wie er hierin verwendet wird,
ist dazu gedacht, einen im Wesentlichen ebenen äußeren
Abschnitt der Linse breit zu definieren, welcher eine Mehrzahl von
Unteroberflächen aufweisen kann, welche in der Oberfläche
eingeformt sind, wobei die unterschiedlichen Unteroberflächen die
gewünschten Gesamtlinsencharakteristika bereitstellen.
Die erste Oberfläche 22 umfasst eine Fresnel-Linse
zum Kollimieren von Licht, und die zweite Oberfläche 24 umfasst
eine Matrix 25, welche eine Mehrzahl von Fokussierlinsenabschnitten
oder Segmenten 26 aufweist, welche gleich der Anzahl der Probenvertiefungen 44 ist.
Jeder Fokussierlinsenabschnitt oder jedes Segment 26 ist
definiert als der Abschnitt oder die Oberfläche 24,
welche dazu konfiguriert ist, Licht in eine individuelle Probe 60 herein
zu fokussieren. Die Linse 20 wird im größeren
Detail nachfolgend beschrieben werden.
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Wie
in 1 zu sehen ist, wird Licht aus der Lichtquelle
emittiert und beaufschlagt die erste Oberfläche 22 der
Linse. 2 zeigt die Konfiguration der ersten Oberfläche 22.
Diese Konfiguration kann eine Fresnel-Linse des Typus sein, welcher
durch Fresnel Technologies of Fort Worth Texas hergestellt ist.
Es gibt zumindest zwei Grundtypen von Fresnel-Linsen. Die erste
hat eine konstante Teilung (engl. pitch) mit einer sich vergrößernden
Tiefe in Richtung der äußeren Kanten, und die
zweite hat eine gleichmäßige Tiefe. Jegliche Konfiguration
kann verwendet werden, aber die Fresnel-Linse mit einer gleichmäßigen Tiefe
ist in dem Ausführungsbeispiel, welches in den 1–4 gezeigt
ist, dargestellt.
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In
dem Ausführungsbeispiel, welches gezeigt ist, wird die
erste Oberfläche 22 dazu verwendet, Lichtstrahlen 18 so
zu kollimieren, dass das Licht in Richtung jeder der Reihen oder
Spalten der Probenvertiefung 44 der Probenvertiefungsschale 20 gerichtet
ist. Die Lichtstrahlen 18 treten dann durch eine zweite
Oberfläche 24 der Linse 20 hindurch,
welche an deren Oberfläche eine Matrix 25 von
in 3 gezeigten Fokussierlinsen (oder Fokussierlinsensegmenten) 26 zum
Fokussieren von Licht in jede der biologischen Proben, welche in
den Probenvertiefungen 44 angeordnet sind, eingeformt aufweist.
Strahlung, zum Beispiel fluoreszente Strahlung, von den Proben 60 kann
dann durch die Linse 20 in einer Rückwärtsrichtung
hindurchtreten. Die Linse 20 dient dazu, das zurück
gestrahlte Licht zu sammeln und es in Richtung der Detektionsvorrichtung 12 zu
richten.
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Wie
in 4A in einer Nahaufnahme von Licht, welches durch
eines der Fokussierlinsensegmente 26 hindurchtritt, zu
sehen ist, treten die Lichtstrahlen 18 durch die erste
Seite der Linse 22 hindurch und werden kollimiert. Wenn
die Strahlen 18 durch die zweite Oberfläche 24 hindurchtreten,
werden sie in Richtung des gewünschten Probenortes fokussiert.
Wie gezeigt, umfasst jedes Linsensegment 26 eine individuelle
Fresnel-Linse aus konzentrischen Ringen, um die Fokussierung zu
erreichen. Obwohl eine Fresnel-Fokussierlinse gezeigt ist, können
andere Fokussierlinsen, welche in die zweite Oberfläche
der Linse eingeformt sind, ebenso geeignet sein.
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In
dem Ausführungsbeispiel, welches in den 1-4 gezeigt
ist, integriert die Linse 20 sowohl die Kollimierungsfunktion
der Seite 22 als auch die Fokussierfunktion der Seite 24 in
die Linse. Zunächst können, wie in 4 zu
sehen ist, durch das Ausformen der Fokussierlinsensegmente 26 in
der zweiten Oberfläche 24 der Linse 20,
die Fokussierlinsensegmente 26 einen wesentlichen Abschnitt
des Bereiches über den damit verbundenem Probenvertiefungen 44 aufnehmen.
Diese ausgedehnte Linse ermöglicht es einer maximalen Menge
Licht in jede der Proben 20 hereinzutreten. Zusätzlich
sind die Fokussierlinsensegmente 26, welche in die zweite Oberfläche 24 eingeformt
sind, in ihrer Beziehung zueinander festgelegt, wodurch eine potentielle
Bewegung zwischen jeweiligen Fokussierlinsensegmenten minimiert
wird.
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Ebenso
kann durch das Integrieren der Fresnel-Linsenseite 22 und
der Fokussierlinsenseite 24 in gegenüberliegende
Oberflächen der Linse 20 ein potentielles Fehlausrichten
zwischen den Kollimierungs- und Fokussierungsfunktionen reduziert
oder gar eliminiert werden. Da die Fresnel-Linsenseite 22 und
die Fokussierlinsenseite 24 der Linse 20 in ihrer Beziehung
zueinander festgelegt sind, kann eine korrekte Ausrichtung bezüglich
derer wünschenswerter Weise aufrechterhalten werden.
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Wie
hierin beschrieben und in 1 gezeigt, kann
die beheizte Abdeckung 30 auch eine Montageoberfläche 34 für
die Linse 20 bereitstellen, welche beim Aufrechterhalten
einer richtigen Ausrichtung zwischen der Linse 20 und der
Probenvertiefungsschale 40 unterstützt. Um diese
Ausrichtung weiter zu verbessern, kann die Linse 20 optional
durch jegliches Befestigungsmittel, welches im Stand der Technik
bekannt ist (zum Beispiel eine mechanische Vorrichtung wie beispielsweise
Clips, Klammern, Schrauben, Klebstoffe, etc.), mit der beheizten
Abdeckung 30 befestigt sein, um weitere Bewegungen und Ausrichtungsprobleme
zwischen der Linse 20 und der beheizten Abdeckung 30 zu
reduzieren.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt kann die Linse 20 so konfiguriert sein,
dass eine oder mehrere der Linsensegmente 26 Licht einer
unterschiedlichen Intensität bereitstellen, verglichen
zu anderen Linsensegmenten 26. Wie oben erwähnt,
kann die Lichtquelle 16 ein Quarzlicht sein. Lichtquellen
wie diese emittieren häufig Licht einer fokussierten Intensität, welche
in einem zentralen Bereich der Linse 20 konzentriert ist.
Wenn man weiter in Richtung des Umfangs der Linsenanordnung schreitet,
kann das Licht, welches durch die Lichtquelle 16 emittiert
wird, abnehmen. Um dies zu kompensieren, können eines oder
mehrere der Fokussierlinsensegmente 26 auf eine solche
Weise konfiguriert sein, dass sie im Wesentlichen die Intensität
des Lichtes ausgleichen, welches in jede der Proben 60 hereinfokussiert
wird.
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In
bestimmten Ausführungsbeispielen können zum Beispiel
die Fokussierlinsen 20, welche in der Nähe des
Zentrums der Linse 20 angeordnet sind, auf eine Weise geformt
sein, bei der die Optik der individuellen Fokussierlinsensegmente
variiert werden kann, so dass sie es ermöglicht, dass weniger
Licht durch sie hindurchtritt als durch Fokussierlinsensegmente,
welche an der Außenseite der Linse 20 liegen.
Jedes oder alle der Fokussierlinsensegmente 26 können
auf eine gleiche Weise verändert werden, um auf die unterschiedlichen
Intensitäten des Lichtes, welche auf das Raster der Linse 20 gerichtet
ist, zu korrespondieren. Dieses könnte beispielsweise ebenso
durch das Maskieren eines Abschnittes ausgewählter Fokussierlinsensegmente
erreicht werden, um die Menge Licht, welche durch diese hindurchtritt,
zu reduzieren. Der Begriff "Maskieren", so wie er hierin verwendet
wird, soll ein Reduzieren oder ein komplettes Verhindern der Lichttransmissionsmöglichkeit
zumindest eines Abschnittes jeder der Fokussierlinsen meinen. Dies
könnte erreicht werden durch das Aufbringen einer Beschichtung, zum
Beispiel einer Farbe, welche zumindest einen Abschnitt der Fokussierlinsensegmente
verschließt. Maskieren könnte ebenso das Aufbringen
eines Klebstoffmaterials, wie beispielsweise eines Klebebandes,
auf einen Abschnitt des Fokussierlinsensegmentes bedeuten, um den
Betrag von Licht zu reduzieren, welcher durch die Linse hindurchtritt.
Dieses Maskieren könnte in unterschiedlichen Mengen durch
die Linsenmatrix hindurch erreicht werden, um die gewünschte
Intensität von Licht in jeder der Proben 60 zu
erreichen.
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Die
Linse 20 kann durch jedes geeignete Verfahren hergestellt
sein. Zum Beispiel wird erwogen, dass die Linse 20 durch
Spritzgießen oder Druckguss hergestellt wird. Die Linse 20 könnte
beispielsweise aus einem nicht-fluoreszierenden klaren Polykarbonat
hergestellt sein. Testvorrichtungen, welche eine beheizte Abdeckung
verwenden, so wie beispielsweise die beheizte Abdeckung 30,
werden häufig bei Temperaturen betrieben, welche 80°C
erreichen oder sogar überschreiten. Für solche
Hochtemperaturvorrichtungen ist ein Material wie beispielsweise
Lexan für die Linse 20 geeignet. Vorrichtungen,
welche bei niedrigen Temperaturen betrieben werden, zum Beispiel
bei oder nahe 60°C, können eine Linse umfassen,
welche aus einer Anzahl von Materialien hergestellt ist, so wie
beispielsweise Acryl, Styren, Polyethylen, Polykarbonat, Polypropylen
oder ein jegliches anderes transparentes Plastikmaterial, was dafür
geeignet sein kann. Andere Materialien können ebenso erwogen
werden, welche die gleichen oder ähnlichen Charakteristika
wie die hier beschriebenen bereitstellen würden.
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Obwohl
die Linse 20 in einer 12 × 8 Gitterkonfiguration
gezeigt ist, welche 96 Fokussierlinsensegmente umfasst, soll verstanden
werden, dass diese Linsenkonfiguration modifiziert werden könnte
in im Wesentlichen jegliche Konfiguration, um mit den unterschiedlichen
Probenvertiefungsschalenkonfigurationen oder -formen zu korrespondieren.
Zum Beispiel könnte die Linse 20 4, 8, 12, 24,
384 oder 1536 Fokussierlinsensegmente aufweisen. Die Linse 20 könnte
ebenso in unterschiedlichen Formen ausgeformt sein, welche sich
von einem Rechteck unterscheiden, um mit einer Form einer Probenvertiefungsschale
konform zu gehen.
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1–4 zeigen
die Linse 20 in Kombination mit einer beheizten Abdeckung 30 und
einer Probenvertiefungsschale 40 mit einer Mehrzahl von Probenvertiefungen 44.
In bestimmten Ausführungsbeispielen kann die Linse 20 zusammen
mit anderen Probentestvorrichtungen verwendet werden, welche eine
beheizte Abdeckung oder keine solche haben können. Zum
Beispiel zeigt 5 die Linse 20 in Verwendung
mit einer Probentestvorrichtung, welche keine beheizte Abdeckung
aufweist.
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In 5 wird
die Linse 20 in Kombination mit einer Mikrokartenprobenschale 140 verwendet.
Mikrokartenprobenschalen sind im Stand der Technik, so wie er oben
diskutiert wurde, bekannt. In dem Ausführungsbeispiel,
welches in 5 gezeigt ist, umfasst die Mikrokartenprobenschale 140 eine
Mehrzahl von Probenvertiefungen oder Kammern 144, welche
dazu konfiguriert sind, eine Probe zum Testen zu umfassen. Die Kammern 144 können
mit einer Matrix von Linsen in einer Art und Weise ähnlich
zu der der Probenvertiefungsschale 140 der 1 ausgerichtet
sein. Die Probenvertiefungsschale 140 kann eine jegliche
der unterschiedlichen Konfigurationen, Größen
und Formen, welche im Stand der Technik bekannt sind, aufweisen.
In dem Ausführungsbeispiel, welches in 5 gezeigt
ist, wird die Mikrokartenprobenschale ohne eine beheizte Abdeckung
verwendet. Die Mikrokartenprobenschale 140 kann ebenso
mit einer beheizten Abdeckung verwendet werden. Es wird den Fachleuten
klar sein, dass unterschiedliche Modifikationen und Variationen
dieser Struktur hergestellt werden können. Daher sollte verstanden
werden, dass die Erfindung nicht beschränkt ist auf die
Beispiele, welche in der Beschreibung diskutiert wurden. Die vorliegende
Erfindung ist eher dazu gedacht, Modifikationen und Variationen abzudecken.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 5928907 [0047, 0047, 0048]
- - US 6015674 [0047, 0047, 0048]
- - WO 00/25922 [0055]
- - WO 01/28684 [0055]
- - WO 97/36681 [0055]