DE20321717U1 - Optisches Detektionssystem für einen Thermocycler - Google Patents

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Abstract

Optisches Detektionssystem (10) für eine Thermozykliervorrichtung, wobei das optische Detektionssystem dazu konfiguriert ist, die Charakteristika einer Mehrzahl biologischer Proben (60) während des Testens zu detektieren und zu überwachen, wobei das optische Detektionssystem umfasst:
zumindest eine Lichtquelle (16) in der Form einer LED zum Richten von Licht auf die biologischen Proben, wobei die Lichtquelle auf einen Strahlteiler gerichtet ist, welcher zumindest einen Teil des Lichtes in Richtung einer Probenvertiefungsschale (40) richtet;
wobei die Probenvertiefungsschale 96 Probenvertiefungen (44) aufweist, um darin die biologischen Proben anzuordnen, wobei die Probenvertiefungen einen oberen Abschnitt (44a) umfassen, welcher eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweist, und einen sich verjüngenden unteren Abschnitt (44b) umfassen, welcher in einem abgerundeten Bodenabschnitt (44c) endet;
eine Lichtdetektionsvorrichtung (12) zum Detektieren von Licht, welches von den biologischen Proben empfangen wird;
eine Linse (20), welche erste und zweite Oberflächen (22, 24) aufweist, welche an der Linse eingeformt sind, wobei die...

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • 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.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • 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.
  • 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.
  • Gemäß noch einem weiteren Aspekt kann die Mehrzahl der Fokussierlinsenabschnitte mit einer Mehrzahl der biologischen Proben korrespondieren.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt kann die Matrix 4, 8, 12, 24, 48, 96, 384 oder 1536 Fokussierlinsenabschnitte umfassen.
  • In noch einem weiteren Aspekt kann das System weiterhin eine Probenblockanordnung umfassen, welche dazu konfiguriert ist, eine Probenvertiefungsschale aufzunehmen.
  • In einem weiteren Aspekt kann die Probenblockanordnung so konfiguriert sein, dass sie die Linse aufnimmt.
  • In einem weiteren Aspekt kann die Probenblockanordnung eine geheizte Abdeckung aufweisen, welche dazu ausgebildet ist, die Linse aufzunehmen.
  • In noch einem weiteren Aspekt kann die Linse an der Probenblockanordnung mit zumindest einer Befestigungsvorrichtung befestigt sein.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt kann die Befestigungsvorrichtung entweder eine Clipbefestigungsvorrichtung, eine Klammerbefestigungsvorrichtung oder eine Schraubbefestigungsvorrichtung umfassen.
  • 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.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt kann das Linsenmaterial ein nicht fluoreszierendes, klares Polykarbonat umfassen.
  • 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.
  • In noch einem weiteren Aspekt kann das Linsenmaterial aus Acryl, Styren, Polyethylen, Polykarbonaten und Polypropylenen ausgewählt sein.
  • In einem weiteren Aspekt können die erste Linsenoberfläche und die zweite Linsenoberfläche integral miteinander geformt sein, zumindest entweder durch Spritzformen oder durch Druckguss.
  • 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.
  • 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.
  • In einem weiteren Aspekt umfassen eine oder mehrere der Mehrzahl der Fokussierlinsenabschnitte einen kleineren Fokussierlinsenabschnitt als zumindest ein anderer der Mehrzahl der Fokussierlinsenabschnitte.
  • 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.
  • In einem weiteren Aspekt kann die erste Linsenoberfläche eine Fresnel-Linse umfassen.
  • 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.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt können die biologischen Proben zu diesen korrespondierende Fokussierlinsenabschnitte aufweisen.
  • 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.
  • In noch einem weiteren Aspekt können die Kollimieroberfläche und die Matrixoberfläche integral miteinander geformt sein, zumindest entweder durch Spritzformen oder durch Druckguss.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt kann jedes der Mehrzahl der Fokussierlinsensegmente so konfiguriert sein, dass es Licht in einer nahezu gleichen Intensität richtet.
  • 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.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt können eine oder mehrere der Anzahl der Fokussierlinsensegmente ein kleineres Fokussierlinsensegment aufweisen als zumindest ein anderes der Mehrzahl der Fokussierlinsensegmente.
  • 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.
  • In einem weiteren Aspekt kann die Linse 4, 8, 12, 24, 48, 96, 384 oder 1536 Fokussierlinsensegmente umfassen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt kann die Linse eine einstückige Linse umfassen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die beigefügten Zeichnungen, welche aufgenommen sind und einen Teil dieser Beschreibung ausmachen, zeigen zumindest ein exemplarisches Ausführungsbeispiel der Erfindung. In den Zeichnungen ist
  • 1 eine partielle Schnittsansicht einer biologischen Testvorrichtung gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 2 eine Draufsicht einer ersten Seite der einstückigen Linse, welche in 1 gezeigt ist;
  • 3 eine Draufsicht einer zweiten Seite der einstückigen Linse der 2;
  • 4 eine Schnittansicht der einstückigen Linse der 2;
  • 4A eine Nahansicht des in 4 eingekreisten Abschnittes; und
  • 5 ein Teilschnitt der Linse der 1 in Kombination mit einer Mikrokartenprobenschale.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 14 gezeigt ist, dargestellt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 14 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.
  • 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.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (10)

  1. Optisches Detektionssystem (10) für eine Thermozykliervorrichtung, wobei das optische Detektionssystem dazu konfiguriert ist, die Charakteristika einer Mehrzahl biologischer Proben (60) während des Testens zu detektieren und zu überwachen, wobei das optische Detektionssystem umfasst: zumindest eine Lichtquelle (16) in der Form einer LED zum Richten von Licht auf die biologischen Proben, wobei die Lichtquelle auf einen Strahlteiler gerichtet ist, welcher zumindest einen Teil des Lichtes in Richtung einer Probenvertiefungsschale (40) richtet; wobei die Probenvertiefungsschale 96 Probenvertiefungen (44) aufweist, um darin die biologischen Proben anzuordnen, wobei die Probenvertiefungen einen oberen Abschnitt (44a) umfassen, welcher eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweist, und einen sich verjüngenden unteren Abschnitt (44b) umfassen, welcher in einem abgerundeten Bodenabschnitt (44c) endet; eine Lichtdetektionsvorrichtung (12) zum Detektieren von Licht, welches von den biologischen Proben empfangen wird; eine Linse (20), welche erste und zweite Oberflächen (22, 24) aufweist, welche an der Linse eingeformt sind, wobei die zweite Oberfläche im Wesentlichen der ersten Oberfläche gegenüberliegt, wobei die zweite Oberfläche so konfiguriert ist, dass sie Licht in jede der biologischen Proben herein richtet, und wobei die zweite Oberfläche eine Matrix (25) von Linsen umfasst, welche in die zweite Oberfläche eingeformt sind, wobei die Matrix 24 oder 96 Fokussierlinsenabschnitte (26) umfasst; eine Probenblockanordnung, welche dazu konfiguriert ist, die Probenvertiefungsschale aufzunehmen, wobei die Probenblockanordnung eine beheizte Abdeckung (30) umfasst, welche dazu geeignet ist, die Linse aufzunehmen; wobei die beheizte Abdeckung und die Probenblockanordnung dazu konfiguriert sind, die biologischen Proben auf eine Temperatur von ungefähr 80°C oder höher aufheizen und die Linse ein Material umfasst, welches dazu konfiguriert ist, bis zu einer Temperatur von zumindest 80°C betrieben zu werden; wobei die beheizte Abdeckung auch eine Mehrzahl von Öffnungen (36) umfasst, wobei jede Öffnung über einer der Probenvertiefungen positioniert ist um es Licht zu ermöglichen, durch die beheizte Abdeckung hindurch, und in die biologischen Proben in den Probenvertiefungen herein zu treten; und wobei die Linse mit den Öffnungen der beheizten Abdeckung ausgerichtet ist.
  2. Optisches Detektionssystem gemäß Anspruch 1, wobei ein Filter (40) zum Filtern des Lichtes, welches von den Proben zurück gestrahlt wird, bereitgestellt ist, wobei es der Filter nur einen vorbestimmten Bereich von Lichtwellen ermöglicht, in die optische Detektionsvorrichtung einzutreten.
  3. Optisches Detektionssystem des Anspruchs 1 oder 2, wobei eine Abdichtung (42) für die Probenvertiefungsschale vorgesehen ist.
  4. Optisches Detektionssystem gemäß Anspruch 3, wobei die Probenvertiefungsschale durch einen Film (42) zum Abdichten der unterschiedlichen Probenvertiefungen und zur Unterstützung bei der Minimierung der Kontaminierung der biologischen Proben abgedeckt ist.
  5. Optisches Detektionssystem gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die. Linse benachbart zu der beheizten Abdeckung angeordnet ist.
  6. Optisches Detektionssystem gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die optische Detektionsvorrichtung eine CCD-Kamera umfasst.
  7. Optisches Detektionssystem gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die beheizte Abdeckung eine über die Oberfläche (34), auf welcher die Linse platziert wird, hinweg angehobene Lippe (32) um ihren Umfang herum umfasst, um so die Linse in einer gewünschten Position bezüglich der Abdeckung zu lokalisieren und zu halten.
  8. Optisches Detektionssystem gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Öffnungen der beheizten Abdeckung einen größeren Durchmesser an der oberen Kante (36a) aufweisen als an der unteren Kante (36b).
  9. Optisches Detektionssystem gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Abschnitt von ausgewählten Fokussierlinsenelementen maskiert ist, um die Menge von Licht, welches durch diese hindurch tritt, zu reduzieren.
  10. Optisches Detektionssystem gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Linse mit den Öffnungen mittels eines Clips, einer Klammer, einer Schraube und/oder eines Klebstoffes ausgerichtet ist.
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