DE69629794T2

DE69629794T2 - Kompakter abtastkopf mit mehrfachen abtastmodalitaeten

Info

Publication number: DE69629794T2
Application number: DE69629794T
Authority: DE
Inventors: F. Michael MILLER; Lars Majlof; C. Robert KAIN
Original assignee: Amersham Biosciences SV Corp; Amersham Biosciences SF Corp
Current assignee: Integenx Acquisition Corp
Priority date: 1995-07-24
Filing date: 1996-05-06
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2016-05-07
Also published as: EP0792475B1; WO1997004354A1; DE69629794D1; JP4141512B2; EP0792475A1; EP0792475A4; US5528050A; JPH0954035A

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft optische Abtaster mit beweglichem Kopf zum Anregen einer Zielprobe und zum Lesen der Reflexionssignalstrahlung vom Ziel.
Stand der Technik
Optische Abtaster zum Anregen von Zielproben und zum Erfassen der resultierenden Signalstrahlung, die von den Proben ausgeht, werden in vielen experimentellen Formaten verwendet. Optische Abtaster mit beweglichen Abtastköpfen sind für eine variable Feldgröße besonders nützlich. Viele existierenden Abtaster, einschließlich jenen mit beweglichen Abtastköpfen, sind jedoch aufgrund ihrer zahlreichen Komponenten und der hohen Masse ihrer optischen Anordnungen bezüglich der Abtastgeschwindigkeit begrenzt. Es ist erwünscht, die Abtastgeschwindigkeit zu erhöhen, ohne die Auflösung zu gefährden, um viele Proben in einem kurzen Zeitraum abzutasten.
Eine breite Vielfalt von Abtastformaten ist für viele Forschungs- und Diagnoseanwendungen erforderlich. Die entstehenden Formate umfassen beispielsweise das Abtasten von großen Gelen, die Fluoreszenzmarker enthalten, und das Abtasten von Miniaturchips oder Membranen, die winzige Proben tragen. Zusätzlich zur Variabilität, die bezüglich der Abtastformate erwünscht ist, ist die Vielseitigkeit bezüglich der Arten der optischen Analyse äußerst wichtig. Die Analyse von Proben auf der Basis von Speicherleuchtstoffemissions-, Fluoreszenz-, reflektiertem und durchgelassenem Licht kann erforderlich sein. Platz- und Kostenerwägungen geben die Verwendung von Instrumenten vor, die eine Analyse in mehr als einer dieser Modalitäten ermöglichen.
Da diese verschiedenen optischen Abtastmodalitäten im Allgemeinen Anregungs- oder Stimulationslicht mit einer einzigen Wellenlänge und eine Sammel- und Erfassungsoptik, die in der Lage ist, die verschiedenen Arten von zurückgeführten Signalen von der Zielprobe zu trennen, erfordern, war in der Vergangenheit die Kombination von vielen Abtastmodalitäten in einem optischen Abtaster schwierig. Das Vorsehen von mehreren gleichzeitigen einfallenden Wellenlängen und das anschließende Freitasten und Erfassen der zusammenfallenden Probenemission führt im Allgemeinen zu komplexen und teuren Instrumenten und einer schwierigen Analyse. Siehe beispielsweise US-Pat. Nr. 5 304 810, Rmos.
In WO 95/04263, die den nächsten Stand der Technik darstellt, ist eine einzelne Lichtquelle, ein einzelner gemeinsamer Lichtweg, ein einzelner Detektor und ein Filterrad zum Unterscheiden der verschiedenen verfügbaren Kanäle offenbart.
In US 5386112 ist eine einzelne Lichtquelle, gemeinsame Teile des Strahlengangs, ein einzelner Detektor und ein Strahlteiler, eine Halbwellenplatte und ein Analysator zum Unterscheiden von durchgelassenen und reflektierten Kanälen vorhanden.
Ferner ist in EP 0418928 eine einzelne Lichtquelle, ein gemeinsamer Strahlengang bis zu den Strahlteilern, der zu drei Detektoren für rote, grüne und blaue Kanäle führt, vorhanden.
In US 5266803 ist eine einzelne Lichtquelle, ein einzelner Detektor und nur ein Kanal offenbart.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen kompakten, vielseitigen optischen Abtaster mit einfacher, leichtgewichtiger und kostengünstiger Konstruktion für das schnelle Abtasten von Zielproben gemäß irgendeiner von einer Vielzahl von Abtastmodalitäten bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung ist in Anspruch 1 definiert. Spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt. Insbesondere wurde die obige Aufgabe mit einem beweglichen, kompakten Abtastkopf mit mehreren Abtastmodalitäten erreicht. Der Abtastkopf trägt zwei oder mehrere optische Systeme innerhalb eines kleinen Raums. Die optischen Systeme können übereinstimmen oder nicht, wobei jedes für eine spezielle Anregungs- und Erfassungsmodalität ausgelegt ist. Mögliche Modalitäten umfassen die Anregung und Erfassung von Speicherleuchtstoffemission, Fluoreszenz, einschließlich Chemifluoreszenz, Reflexion und Durchlass. Ein optisches System kann eine Laserdiode oder eine andere kompakte, leichtgewichtige Laservorrichtungs-Lichtquelle umfassen und einen ersten Kanal für die Speicherleuchtstoffemission und einen zweiten Kanal für die Fluoreszenz aufweisen. Ein separates optisches System kann eine Leuchtdioden- (LED) Lichtquelle und einen dritten Kanal für Reflexionssignale oder eine Fluoreszenzemission durch eine Probe, die mit einer anderen Wellenlänge als jener des zweiten Kanals angeregt wird, aufweisen. Mehrere Kombinationen von Lichtquellen mit verschiedenen Eigenschaften können verwendet werden.
Wie hier verwendet, umfasst "Laserdiode" andere kompakte, leichtgewichtige Laservorrichtungen. Der Begriff "entfernt angeordnet" bedeutet, dass sich das Element nicht am Abtastkopf befindet. Der Begriff "Wellenlänge" kann ein Wellenlängenband, insbesondere bezüglich der Probenemission, bedeuten. Der Begriff "Emission" umfasst Speicherleuchtstoff-, Fluoreszenz-, reflektierte und durchgelassene Signale von der Probe.
Typischerweise trägt eine erste Seite des Abtastkopfs eine Laserdioden-Lichtquelle zum Anregen einer Probe mit einer ersten Wellenlänge. Von der Probe emittiertes Licht mit sowohl niedrigeren als auch höheren Wellenlängen als die Anregungswellenlänge kann gesammelt werden. Dies ist durch einen Spektralstrahlteiler vom Interferenztyp möglich, der die Laserdioden-Wellenlänge durchlässt und Licht unterhalb und oberhalb dieser Wellenlänge in Richtung der Erfassungsoptik reflektiert. Eine rote Laserdiode stellt beispielsweise eine Anregungswellenlänge von ungefähr 635 nm bereit. Die Speicherleuchtstoffemission, die sich aus dieser Anregung ergibt, liegt im Allgemeinen bei 390 nm und die Fluoreszenzemission liegt im Allgemeinen bei 650 nm oder mehr. Somit werden diese zwei Arten von Signalen von der Probe oder den Proben durch den Strahlteiler reflektiert. Eine einstellbare Filterwechselanordnung, die die Filter bereitstellt, die zum Isolieren der interessierenden Signale erforderlich sind, kann im Erfassungsweg auf dieser ersten Seite des Abtastkopfs verwendet werden. Mindestens ein Filter ist im Allgemeinen zum Durchlassen von Licht mit einer niedrigeren Wellenlänge als der Anregungswellenlänge zweckorientiert und mindestens ein Filter ist im Allgemeinen zum Durchlassen von Licht mit einer höheren Wellenlänge als der Anregungswellenlänge zweckorientiert. Ein Detektor, der direkt am Abtastkopf oder an einer entfernten Stelle montiert und über eine optische Faser mit dem Abtastkopf verbunden ist, wird zum Sammeln der gefilterten Signale verwendet.
Eine zweite Seite des Abtastkopfs kann ein LED-Punktabtastsystem tragen, wie in der gemeinsam übertragenen US-Patentanmeldung Seriennr. 08/438 416 offenbart. Die LED-Lichtquelle auf dieser zweiten Seite des Abtastkopfs stellt eine andere Anregungswellenlänge bereit als die erste Seite des kompakten Abtastkopfs der vorliegenden Erfindung. Mit dieser zweiten Wellenlänge können eine Fluoreszenz- und Reflexionsanalyse der Zielproben durchgeführt werden. Die LED-Punktabtastung wird vorzugsweise durch die Verwendung eines räumlichen Filters mit einer Lochblendenöffnung oder einer optischen Faser im Anregungslichtweg durchgeführt. Der Anregungsstrahl wird in die Lochblende oder die Faser fokussiert. Diese Einschränkung des Durchmessers des Anregungsstrahls stellt eine scheinbare Punktlichtquelle bereit und ermöglicht eine schnelle Abtastung mit hoher Auflösung.
Eine Trägerwand trennt vorzugsweise die erste Seite des Abtastkopfs von der zweiten Seite und stellt den physikalischen Träger für die verschiedenen Elemente bereit. Somit teilen sich die zwei Seiten keine optischen Elemente. Innerhalb der ersten Seite sind jedoch viele optischen Elemente für sowohl die Speicherleuchtstoffemissions- als auch die Fluoreszenzmodalitäten, d. h. den ersten und den zweiten Datenkanal, gemeinsam. Die Laserdioden-Lichtquelle und der Strahlteiler sind beispielsweise beiden Modalitäten gemeinsam. Der dritte Datenkanal der zweiten Seite des Abtastkopfs ist vom ersten und vom zweiten Datenkanal physikalisch und optisch separat.
Obwohl drei Datenkanäle besonders vorteilhaft sind, kann der kompakte, bewegliche Abtastkopf der vorliegenden Erfindung beliebige zwei der obigen Kanäle umfassen. Ferner können zusätzliche Kanäle, die zusätzliche Anregungsstrahlen vorsehen, in den Abtastkopf integriert sein.
Durch Integrieren der verschiedenen Elemente in einen kompakten Abtastkopf und Bewegen des Abtastkopfs im Gegensatz zum Bewegen eines Abtastmechanismus innerhalb des optischen Systems wird ein leichtgewichtiges und äußerst vielseitiges Abtastsystem mit hoher Geschwindigkeit erzielt. Die vorliegende Erfindung kann unter anderem für die Analyse von Speicherleuchtstofffiltern und Proben innerhalb Membranen, Elektrophoresegelen und Mikrotiter-Probenplatten verwendet werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Draufsicht auf eine erste Seite des Abtastkopfs der vorliegenden Erfindung mit einer Laserdioden-Lichtquelle.
2 ist eine Draufsicht auf eine zweite Seite des Abtastkopfs der vorliegenden Erfindung mit einer LED-Lichtquelle.
3 ist eine perspektivische Ansicht der optischen Elemente von 1 und der Trägerwand des Abtastkopfs.
4 ist eine perspektivische Ansicht der optischen Elemente von 2 und einer zweiten Seite der Trägerwand des Abtastkopfs.
5 ist eine Draufsicht auf einen Teil von 1, welche ein alternatives Ausführungsbeispiel der Detektoranordnung auf der ersten Seite des Abtastkopfs zeigt.
6 ist eine Draufsicht auf einen Teil von 2, welche ein alternatives Ausführungsbeispiel der Detektoranordnung auf der zweiten Seite des Abtastkopfs zeigt.
7 ist eine Draufsicht auf ein alternatives Ausführungsbeispiel der Anregungsstrahleinschränkung der zweiten Seite des Abtastkopfs.
8 ist ein Teil einer Draufsicht auf ein alternatives Ausführungsbeispiel des Abtastkopfs, welche mehrere Anregungsstrahlen auf einer einzelnen Seite des Abtastkopfs zeigt.
9 ist eine Draufsicht auf ein alternatives Ausführungsbeispiel des Abtastkopfs, welche das Liefern eines Anregungsstrahls durch eine optische Faser zum Abtastkopf von einer entfernt angeordneten Lichtquelle zeigt.
10 ist eine Draufsicht auf eine Datensammel- und Anzeigevorrichtung zur Verwendung mit dem Abtastkopf der vorliegenden Erfindung.
Beste Art zur Ausführung der Erfindung
Mit Bezug auf 1 ist eine Laserdiode 14 gezeigt, die einen Strahl mit einer ersten Wellenlänge λ_st1 bereitstellt. Dieser Anregungs- oder Stimulationsstrahl wird vorzugsweise durch eine Kollimationslinse 16 geleitet und tritt dann durch den Strahlteiler 18. Nach dem Durchtritt durch den Strahlteiler 18 tritt der Anregungsstrahl mit der Wellenlänge λ_st1 durch das Objektiv 22 und wird auf einen Punkt der Probe 20 fokussiert, um zu verursachen, dass eine Signalstrahlung von der Probe zurückgeführt wird. Die von der Probe 20 emittierte Signalstrahlung wird durch das Objektiv 22, das eine hohe numerische Apertur aufweist, in einen Emissionsstrahl gesammelt und wird in Richtung des Strahlteilers 18 zurückgeleitet.
Der Strahlteiler 18 ist ein Spektralstrahlteiler vom Interferenztyp, der dazu ausgelegt ist, Licht mit einer speziellen Wellenlänge, beispielsweise der Laserdioden-Wellenlänge λ_st1, durchzulassen und Licht mit einer niedrigeren oder höheren Wellenlänge als λ_st1 zu reflektieren. Wie vorher angegeben, umfasst "Wellenlänge" Wellenlängenbänder, da eine typische Emission für bestimmte Anwendungen vielmehr über Bereiche als diskrete Wellenlängen stattfindet. In 1 weist der Strahl, der die Licht- oder Signalstrahlung darstellt, die von der Probe emittiert wird, eine Wellenlänge λ_em auf und wird vom Strahlteiler 18 in Richtung eines Erfassungsweges reflektiert.
Da die Wellenlänge λ_em eine Wellenlänge sein kann, die niedriger oder höher ist als die Anregungswellenlänge λ_st1, ist ein Filtersystem im Erfassungsweg bevorzugt, um die gewünschte Probenemission zur Erfassung zu isolieren. Eine Filterwechselanordnung 24 ist im Erfassungsweg von 1 als Beispiel eines Filtersystems, das zur Isolierung der Emission nützlich ist, gezeigt. Die Filterwechselanordnung 24 enthält drei Filter 26a–c. Mindestens eines dieser Filter isoliert einen Strahl mit einer Wellenlänge λ_em, insbesondere λ_em/p, die niedriger oder kürzer ist als λ_st1, und mindestens eines dieser Filter isoliert einen Strahl mit der Wellenlänge λ_em, insbesondere λ_em/f, die höher oder länger ist als die Wellenlänge λ_st1. Die Filterwechselanordnung kann durch ein Verschiebungsmittel 70 bewegt werden, wie durch den Pfeil A gezeigt. Dies ermöglicht, dass das korrekte Filter im Weg des Emissionsstrahls angeordnet wird. 3 zeigt ein Mittel zum Verschieben von jedem der Filter innerhalb eines Schlitzes 68 in der Trägerwand 60 des Abtastkopfs. Das Mittel zum Verschieben 70 kann ein von einem Motor angetriebenes Stellglied sein. Alternativ kann die Filterwechselanordnung 24 eine Vielzahl von Filtern in irgendeiner anderen Anordnung aufweisen, z. B. können die Filter an einem Rad montiert und vorzugsweise von einem Motor gedreht werden.
Die gefilterte Emission wird dann durch die Fokussierlinse 28 und auf den Detektor 30 geleitet. Der Detektor kann am Abtastkopf montiert sein, wie durch den Detektor 30 von 1 gezeigt, oder er kann entfernt angeordnet sein, wie in 5 gezeigt. In diesem letzteren Fall fokussiert die Fokussierlinse 28 den Emissionsstrahl in eine optische Faser 58, die den Emissionsstrahl zum entfernt angeordneten Detektor 56 leitet.
Die Laserdiode oder die andere kompakte Laservorrichtung kann eine beliebige von einer Vielzahl von Farben und Wellenlängen aufweisen. Infrarot- und rote Laserdioden stehen beispielsweise zur Verfügung. Der Laser kann auch ein kompakter frequenzverdoppelter Festkörperdioden- oder frequenzverdoppelter diodengepumpter YAG-Laser sein. Die Verwendung einer roten Laserdiode ist besonders nützlich, da sie einen Anregungsstrahl mit einer Wellenlänge λ_st1 von ungefähr 635 nm bereitstellt. Die Anregung der Probe mit Licht dieser Wellenlänge kann eine Fluoreszenzemission mit einer höheren Wellenlänge, z. B. 650 bis 700 nm, und eine Emission von einem Speicherleuchtstofffilter mit einer niedrigeren Wellenlänge, z. B. ungefähr 390 nm, verursachen. Somit lässt der Strahlteiler 18 Licht mit 635 nm durch, aber reflektiert sowohl niedrigere als auch höhere Zahlen oder kürzere und längere Wellenlängen. "Ungefähr", wie hier verwendet, gibt einen Wert innerhalb ±10% des gegebenen Werts an.
Die erste Seite 11 des Abtastkopfs 10 zeigt folglich einen ersten Datenkanal, der in der Lage ist, Speicherleuchtstofffilter durch Anregen mit der Wellenlänge λ_st1 und Erfassen der Emission durch die Verwendung des geeigneten Filters im Erfassungsweg zu lesen, und einen zweiten Datenkanal, der in der Lage ist, eine Fluoreszenzemission durch Anregen mit der Wellenlänge λ_st1 und Erfassen der Emission durch die Verwendung des geeigneten Filters im Erfassungsweg zu lesen. Der erste Kanal erfasst die Emission mit der Wellenlänge λ_em/p, wobei λ_em/p < λ_st1. Der zweite Kanal erfasst die Emission mit der Wellenlänge λ_em/f, wobei λ_em/f > λ_st1. Die Sammlung und Erfassung von durchgelassenen und reflektierten Signalen, die sich aus der Laserdiodenanregung ergeben, kann auch erzielt werden, wie durch die Durchlasssammel- und -erfassungsvorrichtung 78, die in 7 gezeigt ist, oder durch andere gut bekannte Erfassungswege.
Der kompakte Abtastkopf 10 kann in zwei Dimensionen über eine Probe bewegt werden, wie durch die Pfeile X und Y zu sehen, die senkrechte Achsen darstellen. Alternativ kann sich der Abtastkopf 10 in einer ersten Richtung relativ zur Probe 20 bewegen und die Probe kann in einer senkrechten Richtung wie durch einen motorisierten Tisch bewegt werden, oder die Abtastung kann gemäß irgendeinem anderen Abtastmuster stattfinden. Der Abtastkopf kann durch Verschieben desselben entlang einer Schiene mit einem Riemen und einer Riemenscheibe, einer Leitspindel oder einem anderen Betätigungsmittel bewegt werden. 4 zeigt ein Mittel 76 zum Bewegen des Abtastkopfs. Das Abtasten wird vorzugsweise in einer punktweisen Abbildungsweise durchgeführt, wobei eine Vielzahl von Punkten der Probe nacheinander einer Anregung und Erfassung der resultierenden Emission unterzogen werden.
2 zeigt eine zweite Seite 12 des Abtastkopfs 10 der vorliegende Erfindung. Die zweite Seite trägt ein LED- Punktabtastsystem wie z. B. das in der gemeinsam übertragenen Patentanmeldung US Seriennr. 08/438 416 offenbarte. Wie in 2 zu sehen, sieht die LED 32 einen Anregungsstrahl mit einer zweiten Wellenlänge λ_st2 vor, der durch die Fokussierlinse 34 in die Lochblendenöffnung 38 des räumlichen Filters 36 fokussiert wird. Dies schränkt den Durchmesser des Anregungsstrahls effektiv ein und legt die erforderliche Auflösung für die Anregung fest. Der Anregungsstrahl mit der Wellenlänge λ_st2 wirkt folglich als Punktlichtquelle. Dies ist ein wichtiger Vorteil, da eine LED eine inkohärente Lichtquelle ist und eine Einschränkung dieser Art eine Abtastung mit hoher Auflösung ermöglicht. Alternativ kann eine optische Faser die erforderliche Einschränkung des Anregungsstrahls bereitstellen.
7 zeigt dieses alternative Ausführungsbeispiel, wobei eine optische Faser 66 das räumliche Filter 36 ersetzt; die Fokussierlinse 34 dient dann zum Fokussieren des Anregungsstrahls mit der Wellenlänge λ_st2 in die optische Faser 66. Die Brennpunkte der Linsen 34 und 42 sind auch beabstandet, wobei sich die Faser 66 zwischen ihnen befindet. 7 zeigt auch einen Kollektor und Detektor 78 für durchgelassenes Licht. Dieses Durchlasssystem 78 kann, obwohl in 7 ein Ausführungsbeispiel der Deutlichkeit halber gezeigt ist, mit einer beliebigen der Lichtquellen auf beiden Seiten des Abtastkopfs verwendet werden.
Der eingeschränkte Anregungsstrahl wird durch die Kollimationslinse 42 gesammelt und durch ein Filter 44 geleitet und dann auf die Probe gerichtet. 2 zeigt einen Strahlteiler 46, der den Anregungsstrahl reflektiert und ihn in Richtung des Objektivs 40 richtet, wo er auf einen Punkt der Probe 20 fokussiert wird. Von der Probe emittiertes oder zurückgeführtes Licht, beispielsweise eine Fluoreszenz- oder Reflexionssignalstrahlung, wird dann durch das Objektiv 40 gesammelt und tritt durch den Strahlteiler 46, damit es in Richtung des Erfassungsweges dieses dritten Datenkanals gerichtet wird. Ein geeigneter Strahlteiler für Fluoreszenz- oder Reflexionsemission kann verwendet werden. Die von der Probe zurückgeführte Emission wird durch den Spiegel 48 in 2 reflektiert und durch ein zweites Filter 52 und dann durch eine zweite Fokussierlinse 54 gerichtet. Die Fokussierlinse 54 dient zum Fokussieren des Strahls auf den Detektor 50. Wie in 1 kann der Detektor am Abtastkopf 10 montiert sein oder er kann entfernt angeordnet sein und mit dem Abtastkopf über eine optische Faser verbunden sein. 6 zeigt diese Detektoranordnungsalternative, wobei die Fokussierlinse 54 zum Fokussieren der zurückgeführten Emission in die optische Faser 64 zum Leiten zum Detektor 62 dient, der abseits vom Abtastkopf 10 liegt.
Wie in US Seriennr. 08/438 416 offenbart, sind andere Variationen des LED-Punktabtastsystems auf dieser zweiten Seite des kompakten Abtastkopfs der vorliegenden Erfindung möglich. Die LED stellt eine kostengünstige Alternative zur Laserdiode bereit und ist für bestimmte festgelegte Wellenlängen besonders nützlich. Eine blaue LED, die einen Anregungsstrahl mit einer Wellenlänge liefert, die bei ungefähr 450 nm zentriert ist, kann beispielsweise vorteilhaft verwendet werden, um Proben für Chemifluoreszenzanwendungen anzuregen. Grüne, gelbe, orange, rote und Infrarot-LEDs stehen auch zur Verfügung.
3 und 4 stellen die beschriebenen zwei Seiten des Abtastkopfs in der Perspektive dar. 3 und 4 stellen die Trägerwand 60 dar, die ein bevorzugter Träger innerhalb des Abtastkopfs 10 ist und als Träger dient, an dem die optischen Elemente aller Anordnungen montiert sind.
Der kompakte Abtastkopf der vorliegenden Erfindung enthält mehrere Abtastmodalitäten, die übereinstimmen können oder nicht. In 3 und 4 sind beispielsweise zwei Objektive 22 und 40 sichtbar. Das Objektiv 22 ist ein Teil des optischen Laserdiodensystems auf der ersten Seite 11 des Abtastkopfs und das Objektiv 40 ist ein Teil des LED-Punktabtastsystems der zweiten Seite 12 des Abtastkopfs. Die Trägerwand 60 trennt vollständig alle der optischen Elemente der zwei Seiten des Abtastkopfs und somit sind die Laserdiode und die optischen LED-Systeme separat. Der erste und der zweite Datenkanal teilen sich jedoch eine Laserdiode, eine Kollimationslinse, einen Strahlteiler und einen Detektor unter anderen optischen Elementen, und somit fallen diese Modalitäten zumindest teilweise zusammen. Die Probe kann relativ zum Abtastkopf so montiert sein, dass die Abtastung durch eine Seite und folglich eine optische Anordnung oder gemäß irgendeinem der drei Kanäle des Abtastkopfs möglich ist. Dies wird durch den beweglichen Abtastkopf und seine bevorzugte zweidimensionale Parallelverschiebung relativ zur Probe erleichtert.
8 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel des Abtastkopfs mit mehreren Anregungsstrahlen. Auf der ersten Seite 11 des Abtastkopfs ist eine zweite Laserdiode 15 gezeigt. Die Laserdiode 15 stellt einen Anregungsstrahl, der im optischen Anregungsweg der ersten Seite des Abtastkopfs enthalten sein kann, über den Strahlteiler 17 bereit. Diese zweite Quelle kann eine andere Anregungswellenlänge bereitstellen als die erste Quelle. Alternativ kann die zweite Quelle eine andere optische Eigenschaft bereitstellen als die erste Quelle. Die zwei Quellen können beispielsweise Impuls- und Dauerstrichstrahlen oder polarisierte und nichtpolarisierte Strahlen bereitstellen. In dieser Weise kann eine Vielzahl von Lichtquellen auf der erste Seite des Abtastkopfs verwendet werden. Die Anregung geschieht vorzugsweise in einer sequentiellen Weise. Die zweite Seite des Abtastkopfs kann auch mehr als eine Lichtquelle aufweisen. Eine zweite LED mit einem angegliederten Strahleinschränkungsmittel kann beispielsweise in den Strahlengang der zweiten Seite des Abtastkopfs eingefügt werden. Diese mehreren Quellen auf der zweiten Seite können auch eindeutige Wellenlängen oder andere Eigenschaften bereitstellen. Die verschiedenen Kanäle auf entgegengesetzten Seiten des Abtastkopfs können auch im Allgemeinen vielmehr Strahlen mit verschiedenen optischen Eigenschaften verwenden als einfach verschiedene Wellenlängen für die Anregung verwenden.
Mit Bezug auf 9 ist Optikfaserzuführung über die optische Faser 67 von der entfernt angeordneten LED 33 zum Abtastkopf gezeigt. Die LED 33 liefert einen Anregungsstrahl, der durch die Linse 35 in die Faser 67 fokussiert wird. Die Faser 67 dient in diesem Fall sowohl als Liefer- als auch als Einschränkungsmittel. Der eingeschränkte Strahl wird von der Linse 42 wie vorher empfangen und in Richtung der Probe gerichtet. Der Laserdioden-Anregungsstrahl der ersten Seite kann durch die Verwendung einer optischen Faser auch von einer entfernt angeordneten Quelle dem Abtastkopf zugeführt werden.
Obwohl separate Detektoren 30 und 50 am Kopf, die in 1–2 zu sehen sind, und Detektoren 56 und 62 abseits vom Kopf, die in 5–6 zu sehen sind, für die Laserdiodenund optischen LED-Systeme gezeigt und beschrieben sind, kann ein kombinierter Detektor für die verschiedenen Kanäle und Systeme verwendet werden. Ein einzelner Detektor kann besonders zweckmäßig sein, wenn er entfernt angeordnet und mit relevanten Stellen innerhalb des Abtastkopfs 10 durch optische Fasern verbunden ist. Ein Detektor vom Matrixtyp kann auch für die verschiedenen Kanäle verwendet werden. Außerdem kann ein räumliches Filter zum Erfassungsweg der Laserdioden- oder optischen LED-Systeme hinzugefügt werden, was die Signale begrenzt, die den Detektor erreichen, und in bestimmten Fällen konfokale Systeme erzeugt.
Jeder der drei Kanäle 81, 82 und 83 von 10 stellt Daten hinsichtlich der Emission innerhalb des Kanals bereit. Diese Daten werden von den verschiedenen Detektoren durch ein Datenanalyse- oder -verarbeitungsmittel 72 wie z. B. einen Computer gesammelt und angezeigt, wie z. B. auf einer Mehrkanal-Datenanzeige 74, oder in einem Speicher zur zukünftigen Analyse gespeichert. Der Videomonitor oder eine andere Anzeige kann Daten von irgendeinem oder allen der drei Kanäle anzeigen. Mehrkanalanzeigen sind auf dem Fachgebiet bekannt. Das Datenanalysemittel kann programmiert sein, um die Kanäle nacheinander an der Probe zu betreiben oder den Betrieb des geeigneten Kanals gemäß der Art der Probe zu leiten. Die speziellen Abmessungen eines Speicherleuchtstofffilters oder einer Mikrotiterplatte können beispielsweise bewirken, dass die Anregung und Erfassung der Emission des ersten oder dritten Datenkanals stattfinden, wobei das Aufsetzen des Probenhalters auf den Tisch den entsprechenden Kanal auslöst. Das gleichzeitige Lesen einer Probe gemäß mehr als einem Kanal kann auch stattfinden.
Die Kompaktheit des Abtastkopfs ermöglicht eine Abtastung mit hoher Geschwindigkeit und seine optischen Systeme ermöglichen eine Abtastung mit hoher Auflösung. Außerdem stellt der Abtastkopf der vorliegenden Erfindung Vielseitigkeit bezüglich Probenformaten und Arten von optischer Analyse bereit, was folglich zu verringerten Laborarbeitskosten beiträgt.

Claims

Beweglicher Abtastkopf, der optisch mit einem Anregungs- und Erfassungsmittel (14, 32, 30, 50) für eine Vielzahl der Gruppe, die Phosphoreszenz, Fluoreszenz, Reflexion und Durchlass umfasst, gekoppelt ist, um eine Probe zu analysieren, wobei der Abtastkopf (10) umfasst: (a) ein erstes Kanalmittel (81) zum Anregen der Probe (20) mit einem Strahl mit einer ersten Wellenlänge und zum Erfassen einer resultierenden Speicherleuchtstoffemission von der Probe, (b) ein zweites Kanalmittel (82) zum Anregen der Probe (20) mit einem Strahl mit der ersten Wellenlänge und zum Erfassen einer resultierenden Fluoreszenzemission von der Probe, wobei das erste Kanalmittel (81) und das zweite Kanalmittel (82) gemeinsame Teile ihrer jeweiligen Strahlengänge aufweisen, und einem Filtermittel (24) zum Unterscheiden der Emissionen von der Probe entsprechend dem ersten und dem zweiten Kanalmittel, (c) ein drittes Kanalmittel (83) zum Anregen der Probe (20) mit einem Strahl mit einer zweiten Wellenlänge und zum Erfassen einer resultierenden mit der zweiten Wellenlänge angeregten Emission von der Probe, und (d) ein Mittel (76) zum Bewegen des Abtastkopfs (10) relativ zur Probe (20) in einem Abtastmuster, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Kanalmittel (81, 82) auf einer ersten Seite (11) einer Trägerwand (60) des Abtastkopfs (10) angeordnet sind und das dritte Kanalmittel (83) auf der entgegengesetzten Seite (12) der Trägerwand (60) angeordnet ist.
Abtastkopf nach Anspruch 1, welcher ferner umfasst: ein Mittel (74) zum Anzeigen der Information hinsichtlich der Emission von irgendeinem des ersten, des zweiten und des dritten Kanalmittels.
Abtastkopf nach Anspruch 1, wobei das erste und das zweite Kanalmittel (81, 82) eine kompakte, leichtgewichtige Laservorrichtung (14) umfassen.
Abtastkopf nach Anspruch 3, wobei das erste und das zweite Kanalmittel (81, 82) eine Laserdiode (14) umfassen.
Abtastkopf nach Anspruch 1, wobei das erste und das zweite Kanalmittel (81, 82) einen Strahlteiler (18) zum Durchlassen des Anregungsstrahls mit der ersten Wellenlänge und zum Reflektieren der von der Probe empfangenen Emission, die eine niedrigere oder höhere Wellenlänge als die erste Wellenlänge aufweist, umfassen.
Abtastkopf nach Anspruch 5, wobei das erste und das zweite Kanalmittel (81, 82) eine Filterwechselanordnung (24) umfassen, die zum Empfangen der vom Strahlteiler (18) reflektierten Emission angeordnet ist, wobei die Filterwechselanordnung (24) mindestens ein Filter (26a; 26b; 26c) zum Durchlassen der von der Probe (20) empfangenen Emission, die eine niedrigere Wellenlänge als die erste Wellenlänge aufweist, und mindestens ein Filter (26a; 26b; 26c) zum Durchlassen der von der Probe (20) empfangenen Emission, die eine höhere Wellenlänge als die erste Wellenlänge aufweist, aufweist und ein Mittel (70) zum Verschieben von jedem der Filter in das erste und das zweite Kanalmittel aufweist.
Abtastkopf nach Anspruch 1, wobei das dritte Kanalmittel (83) eine LED (32) umfasst.
Abtastkopf nach Anspruch 1, wobei das dritte Kanalmittel (83) ein räumliches Filter (36) mit einer Lochblendenöffnung (38) und ein Mittel (34) zum Fokussieren des Anregungsstrahls mit der zweiten Wellenlänge in die Lochblendenöffnung (38) zur Einschränkung des Durchmessers des Anregungsstrahls mit der zweiten Wellenlänge auf eine Punktlichtquelle zur Anregung der Probe (20) umfasst.
Abtastkopf nach Anspruch 1, wobei das dritte Kanalmittel (83) eine optische Faser (66; 67) und ein Mittel (34; 35) zum Fokussieren des Anregungsstrahls mit der zweiten Wellenlänge in die optische Faser zur Einschränkung des Durchmessers des Anregungsstrahls mit der zweiten Wellenlänge auf eine Punktlichtquelle zur Anregung der Probe (20) umfasst.
Abtastkopf nach Anspruch 1, wobei das Erfassungsmittel (72) die Funktion des ersten, des zweiten und des dritten Kanalmittels nacheinander auf die Probe (20) richtet.
Abtastkopf nach Anspruch 1, welcher ferner umfasst: ein viertes Kanalmittel zum Anregen der Probe (20) mit einem Strahl mit einer dritten Wellenlänge und zum Erfassen der resultierenden mit der dritten Wellenlänge angeregten Emission von der Probe (20), wobei das Erfassungsmittel (72) zum Sammeln einer Information hinsichtlich der Emission vom ersten, vom zweiten und vom dritten Kanalmittel eine Information hinsichtlich der Emission vom vierten Kanalmittel sammelt.
Abtastkopf nach Anspruch 1, welcher ferner umfasst: ein fünftes Kanalmittel für Anregungslicht mit einem Strahl mit einer vierten Wellenlänge und zum Erfassen einer resultierenden mit der vierten Wellenlänge angeregten Emission von der Probe (20), wobei das Erfassungsmittel (72) zum Sammeln einer Information hinsichtlich der Emission vom ersten, vom zweiten und vom dritten Kanalmittel eine Information hinsichtlich der Emission vom fünften Kanalmittel sammelt.