DE3623601C2 - Meßgerät für Bio- und Chemilumineszenz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solches Meßgerät ist aus US 4 366 118 bekannt.

Die Bio- und Chemilumineszenz hat eine immer weitere Verbreitung in der medizinischen Anwendung zur Untersuchung unterschiedlichster Proben gefunden. Dazu hat auch beigetragen, daß hierbei unter Verzicht auf radioaktive Materialien gearbeitet werden kann, deren Handhabung und Lagerung für viele Anwender unbequem und aufwendig ist.

Bei der Bio- und Chemilumineszenz wird der zu untersuchenden Probe ein spezieller Stoff beigegeben, insbesondere injiziert (Aktivator), nach dessen Zugabe eine relativ rasch ablaufende Reaktion eintritt, die mit der Emission von Licht einhergeht. Diese Lichtemission kann von einem geeigneten Lichtdetektor, beispielsweise einem Fotomultiplier, erfaßt und in ein elektrisches Signal umgewandelt werden, so daß dann aus der Intensität und dem zeitlichen Verlauf des Lichtsignals Rückschlüsse auf die Beschaffenheit der Probe, insbesondere die Anwesenheit spezifischer Substanzen, geschlossen werden kann.

Ein wesentliches Merkmal dieses Verfahrens ist, daß wegen der relativ schnell ablaufenden Lichtreaktion die Injektion des Aktivators erst dann erfolgen kann, wenn die Probe bereits die Meßstelle vor der Lichteintrittsöffnung des Lichtdetektors erreicht hat.

Es versteht sich von selbst, daß die Meßstelle, also der Bereich vor der lichtempfindlichen Öffnung des Lichtdetektors, gegen Fremdlicht zumindest während des Meßvorganges vollständig abgeschirmt sein muß, um zuverlässige Meßergebnisse zu erzielen. Die vollständige Abdichtung der Meßstelle erfordert bei handelsüblichen Geräten einen gewissen konstruktiven Aufwand, wie dies beispielsweise die DE 32 39 866 A1 zeigt, die eine abdunkelbare Meßstation eines Fotometers betrifft.

Eine andere Forderung an derartige Meßgeräte besteht darin, daß sie möglichst rationell, das heißt möglichst automatisch, eine möglichst große Anzahl von Proben messen können, das heißt, daß das Probengefäß mit der zu messenden Substanz an die Meßstelle gebracht, dort der (oder die) Aktivator (Aktivatoren) injiziert wird (werden), und das Probengefäß bis zum Abklingen der Lichtreaktion an der Meßstelle verbleibt.

Das Meßgerät gemäß US 4 366 118 weist einen spezifisch für die Durchführung der Messung konzipierten Aluminiumblock (member 10) auf, das heißt in der Regel, daß die einzelnen Probengefäße aus anderen Behältnissen in die Aufnahmebohrungen (pockets) dieses Aluminiumblockes eingestellt und nach Durchführung der Messung wieder entnommen und in anderen Halterungselementen abgesetzt werden müssen.

US 3 713 771 zeigt flexible Halterungsvorrichtungen für Probengefäße, die kettenartig aneinandergereiht sind. Diese Halterungsvorrichtungen dienen aber lediglich zur Aufnahme einer bestimmten Anzahl von Probenröhrchen in einem Ständer (rack), weisen aber keinerlei Öffnungen oder sonstige Vorrichtungen für die Durchführung von Bio- oder Chemilumineszenzmessungen auf, wenngleich die einzelnen Probengefäßketten beispielsweise in kreisförmigen Analysegeräten auch unmittelbar eingesetzt werden können.

US 3 587 676 zeigt eine Vorrichtung zur Probenbehandlung, bei der die Proben in kettenförmig aneinander hängenden, aufwendig gestalteten Probenhalterungen bestimmter Länge aufgenommen werden. Diese flexible Probenhalterungskette wird dann zwischen zwei Stationen im Gerät bewegt, wobei in einer ersten Station geeignete Reagenzien zu den Proben hinzugefügt werden, und die eigentliche Messung dann in einer zweiten, nachfolgenden Station durchgeführt wird, beispielsweise mittels eines photometrischen Systems und einer Licht-Absorptionsmessung. Der Weitertransport der Probenhalterungsketten wird von einer Art von Spindeltrieben bewerkstelligt, die in Zwischenräume zwischen den einzelnen Probenhalterungen eingreifen und bei Rotation eine Longitudinalverschiebung der Probenhalterungskette bewirken. Für die Durchführung von Bio- und Chemilumineszenzmessungen ist diese Vorrichtung nicht geeignet, da der Abstand zwischen erster und zweiter Station so groß ist, daß bei der Zugabe von entsprechenden Reagenzien die Lumineszenzreaktion schon längst abgelaufen wäre, bevor die Probenhalterungskette die zweite Station erreicht. Darüber hinaus sind keine Vorkehrungen getroffen, um an der Meßstelle störende Streustrahlungen von benachbarten Probengefäßen (crosstalk) zu verhindern.

US 4 121 465 zeigt eine endlose Kette von Halterungen, die über aufwendige Kettenglieder miteinander gekoppelt sind, und in die einzelne Probenröhrchen eingesetzt werden können. Die Probenhalterungskette ist hierbei so ausgebildet, daß in die zwischen den Kettengliedern verbleibenden Räume die Zähne von Zahnrädern eingreifen können, die den Weitertransport der Kette bewirken. Es handelt sich bei dieser Vorrichtung um eine Kette definierter Länge, die über mehrere Zahnräder geführt ist. Aus dem Aufbau dieser Vorrichtung läßt sich entnehmen, daß es hier um die Verarbeitung und den Transport von größeren Behältern geht, beispielsweise Glasflaschen, so daß hier auch eine sehr hohe mechanische Stabilität der Kette erforderlich ist, entsprechend aufwendig ist die konstruktive Gestaltung dieser Vorrichtung. Auch hier müssen die einzelnen Behälter zu Meßzwecken einzeln in die entsprechende Halterung eingesetzt und wieder entnommen werden, Einrichtungen zur Durchführung von Bio- und Chemilumineszenzmessungen sind bei dieser Vorrichtung nicht vorgesehen, insbesondere sind auch hier keine Ausgestaltungen an den Bauteilen zu entnehmen, mit denen eine ausreichende Lichtdichtigkeit bzw. eine ausreichende Sicherheit gegen crosstalk- Effekte bei Lumineszenzmessungen erzielbar wären.

Schließlich zeigt DE-OS 15 75 122 Halterungen für Probengefäße, die kettenförmig aneinandergereiht werden können, eine bestimmte Modifizierung solcher kettenartigen Haltevorrichtungen für Probengefäße für den Einsatz in Meßgeräten für Bio- oder Chemilumineszenz ist nicht erkennbar.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das gattungsgemäße Meßgerät so weiterzubilden, daß eine schnellere Reihenmessung und eine Vereinfachung der apparativen Einrichtungen erreicht wird, wobei insbesondere eine zuverlässige Minimierung von crosstalk-Effekten an der Meßstelle gewährleistet sein soll, und die Halterungen für die einzelnen Probengefäße so ausgebildet sein sollen, daß die einzelnen Probengefäße dort während unterschiedlicher Meßschritte, nicht nur während der eigentlichen Messung, verbleiben können.

Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Lösung, bei der die Probengefäße auch an der Meßstelle in ihren Halterungen verbleiben können, entfällt die zwangsweise Vereinzelung von Probengefäßen, wie sie beispielsweise bei der Einstellung einzelner Probengefäße in dem Aluminiumblock bei der Vorrichtung in der an erster Stelle genannten Druckschrift erforderlich ist. Dadurch können die Probengefäße gruppenweise zusammengefaßt werden und in die zugehörigen Halterungen geladen werden, ohne daß diese Zuordnung zur Durchführung der eigentlichen Messung aufgehoben werden muß.

Ein Ausführungsbeispiel der Meßstation wird nun anhand von Zeichnungen näher erläutert, es zeigen:

Fig. 1: Eine perspektivische Gesamtansicht des Meßgerätes mit geöffneter Abdeckplatte,

Fig. 2: eine Aufsicht auf die Aufnahmeebene für die Probenkette bei abgenommener Abdeckplatte,

Fig. 3: eine perspektivische Darstellung einer Halterung für ein Probengefäß für die Probenkette,

Fig. 4: eine Schnittdarstellung der Meßstation des Meßgerätes in der Ebene A-A der Fig. 2.

Das Meßgerät 10 weist eine horizontal verlaufende Aufnahmeebene 11 für eine Probenkette 20 auf, die aus Halterungen und Probengefäßen aufgebaut ist, wie dies weiter unten im einzelnen erläutert wird. In dieser Aufnahmeebene 11 und mit ihren Achsen senkrecht auf dieser Aufnahmeebene 11 stehend, sind drei Sternräder 16, 17, 18 gelagert, die von einem (nicht dargestellten) Motor gemeinsam derart angetrieben werden, daß ihre Drehgeschwindigkeit und ihr Drehsinn so aufeinander abgestimmt sind, daß sie gemeinsam den Transport der Probenkette 20 auf der Aufnahmeebene 11 bewerkstelligen. Die Lagerachse des mittleren Sternrades 17 liegt dabei in einer gemeinsamen Ebene mit der Längsachse eines Lichtdetektors 13, zum Beispiel eines Fotomultipliers, dessen Lichteintrittsöffnung die Meßstation 19A des Meßgerätes bildet. Angetrieben von den Sternrädern 16, 17 und 18 wird folglich die Probenkette 20 in Pfeilrichtung durch die Meßstation 19A, d. h. an der Lichteintrittsöffnung des Fotomultipliers, vorbeigeführt. Oberhalb des jeweiligen Elementes der Probenkette 20, das sich in der Meßstation 19A befindet, ist ein Injektor 15 vertikal verschiebbar angeordnet (Fig. 7), durch den die Nachweisflüssigkeit zum Start der Lumineszenz-Reaktion in das jeweilige Probengefäß injiziert wird. Die dabei entstehende Lumineszenz wird vom Fotomultiplier registriert und in bekannter Weise in einen elektrischen Impuls umgesetzt, dessen Verlauf bei der bekannten Auswertung dieser Signale dann Rückschlüsse auf Art und Zusammensetzung der im Probengefäß befindlichen Probe gestattet.

Zur einwandfreien Führung der Probenkette 20 sind seitliche Führungselemente 12A . . . 12D vorgesehen, die im folgenden näher erläutert werden, diese Führungselemente bestehen aus Kunststoffteilen, die auf die Aufnahmeebene 11 aufgesetzt sind und diese unterteilen.

Im Bereich der Meßstation 19A liegt ein Führungselement 12B, das an seiner rückwärtigen Seite eine halbkreisförmige Einbuchtung aufweist, in die das mittlere Sternrad 17 ragt. Beidseitig dieser halbkreisförmigen Ausbuchtung sind bogenförmige Fortsätze, die die beiden äußeren Stirnräder 16 und 18 teilweise umschließen.

Ein weiteres Führungselement 12C befindet sich auf dem hinteren und den beiden seitlichen Rändern der Aufnahmefläche 11, sein dem Führungselement 12B gegenüberliegender Teil ist so ausgebildet, daß er die drei Sternräder 16, 17 und 18 ebenfalls umfangsseitig zum Teil umschließt. Im Eingangsbereich zur Meßstation 19A, also unmittelbar vor dem ersten Sternrad 16 liegen die beiden Führungselemente 12B und 12C mit ihren vertikalen Seitenflächen einander gegenüber. In diesem Ausläufer des Führungselementes 12C ist eine Identifikationsstation 19C für die Probenkette 20 angeordnet, die einen Laser-Scanner beinhaltet. In ihren gegenüberliegenden Teilen definieren die beiden Führungselemente 12B und 12C somit unter Einbeziehung der drei Sternräder 16, 17 und 18 einen ersten Führungskanal für die Probenkette 20, durch den diese an der Meßstation 19A nacheinander vorbeigeführt werden.

In den vorderen Teil des Führungselementes 12B ragt das vordere Ende des Lichtdetektors 13, das mit einem Fenster 13A (Fig. 4) abgeschlossen ist, wodurch die optische Verbindung zwischen der Probenkette 20 im ersten Führungskanal einerseits und dem Lichtdetektor 13 andererseits hergestellt ist.

Der rückwärtige Teil des Lichtdetektors 13 wird von einem weiteren Führungselement 12A überdeckt, das etwa T-förmig ausgebildet ist, wobei dieses Führungselement 12A auf der der Meßstation 19A gegenüberliegenden Seite eine gerade Kante aufweist. Dieser geraden Kante des Führungselementes 12A liegt die gerade Kante eines weiteren Führungselementes 12D gegenüber, das auf dem vorderen Randbereich der Aufnahmeebene 11 aufgebracht ist. In dem Zwischenraum zwischen diesen beiden Führungselementen 12A und 12D entsteht somit ein zweiter Führungskanal, in dem die Probenkette linear ausgerichtet ist. Dieser Führungskanal dient als Be- und Entladestation 19B, in der die Proben eingesetzt bzw. nach der Messung entnommen werden.

Der verbleibende, nicht von den Führungselementen 12A . . . 12D überdeckte Raum der Aufnahmeebene 11 dient zur Aufnahme der Probenkette vor der Meßstation 19A (linke Hälfte) bzw. zur Aufnahme der in der Meßstation 19A gemessenen Proben (rechte Hälfte), bevor diese wieder in die Entladestation 19B einlaufen.

Eine weitere Funktion der Führungselemente 12B und 12C besteht in Verbindung mit den Lamellen 16A, 17A und 18A darin, die Meßstation 19A, also insbesondere die dort befindliche sehr lichtempfindliche Eintrittsöffnung des Lichtdetektors 13, durch eine gewisse Schattenwirkung vor dem Einfall von störendem Licht bei geöffneter Abdeckplatte 14 zu schützen, das durch die Aus- und Eingangsöffnung des Führungskanals einfällt.

Die Abdeckplatte 14 weist eine umlaufende Gummidichtung 14A auf, mit der sie auf den äußeren Rand des Meßgerätes 10 aufsetzbar ist. Beim Betrieb des Meßgerätes, also bei der Durchführung von Messungen in der Meßstation 19A, ist die Abdeckplatte 14 nach unten geklappt, so daß das aus der Aufnahmeebene 11 den Flächen der Führungselemente 12A . . . 12D und der Unterseite der Abdeckplatte 14 umschlossene Volumen, in dem sich die Probenkette befindet, absolut lichtdicht abgeschlossen ist und somit eine wesentliche Voraussetzung für die Durchführung einwandfreier Messungen in der Meßstation 19A geschaffen sind.

Ein Meßzyklus läuft dabei wie folgt ab:

Zunächst wird die Probenkette 20 mit Probengefäßen bestückt, die die jeweiligen zu untersuchenden Proben beinhalten. Ist dies abgeschlossen, wird die Abdeckplatte 19 geschlossen und somit das gesamte, oben definierte Aufnahmevolumen lichtdicht abgeschlossen. Die Sternräder 16, 17, 18 greifen nun mit ihren radial verlaufenden Lamellen in die Zwischenräume der Probenkette ein und transportieren diese taktweise derart weiter, daß sie nacheinander die Meßstation 19A passieren, dort wird die Spitze des Injektors 15 in das jeweilige Probengefäß abgesenkt, die Messung wird durchgeführt und die Kette rückt um eine Position weiter. Die Lamellen 16A, 17A, 18A bewirken außer dem Antrieb der Probenkette auch eine Abschirmwirkung des an der Meßstation 19A gerade befindlichen Probengefäßes gegenüber den benachbarten Probengefäßen, so daß Rest- oder Streustrahlung von den benachbarten Probengefäßen den Lichtdetektor 13 nicht erreichen können.

Wesentlich ist bei der vorbeschriebenen Anordnung, daß der Lichtdetektor 13 ebenfalls auf der Aufnahmeebene 11 angeordnet ist, daß sich also dessen Lichteintrittsöffnung in Höhe der Probenkette 20 befindet, so daß im Gegensatz zur vorbekannten Technik die Probengefäße nicht aus der Probenkette zur Messung entnommen werden müssen. Die Meßstation 19A ist integraler Bestandteil des Führungselementes 12B.

Um dies zu erreichen, bedient man sich eines speziellen Aufbaus der Probenkette 20, der im folgenden erläutert wird:

In Fig. 3 ist eine Halterung 30 für ein Probengefäß dargestellt, die aus einem zylindrischen Kunststoffröhrchen besteht, in das die Probengefäße von oben eingesetzt werden können. An gegenüberliegenden Seiten weisen diese Halterungen 30 Kopplungselemente auf, durch die eine beliebige Anzahl von Halterungen 30 um eine vertikale Achse schwenkbar miteinander verbunden werden können, so daß nach Einsetzen der Probengefäße die in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellte Probenkette 20 gebildet wird.

Die Kopplungselemente bestehen aus korrespondierenden oberen Kopplungselementen 31A, 31B und korrespondierenden unteren Kopplungselementen 32A, 32B. Das untere Kopplungselement 32A besteht aus einem nasenförmigen Ansatz an der Halterung 30 mit einer Bohrung. Auf der gegenüberliegenden Seite befindet sich höhenversetzt das zweite untere Kopplungselement 32B, das aus einem Ansatz besteht, der einen nach unten zeigenden Zapfen trägt, der in die Bohrung des benachbarten unteren Kopplungselementes 32A mit Spiel schwenkbar eingesetzt werden kann.

Das obere Kopplungselement 31A entspricht im wesentlichen dem unteren Kopplungselement 32A, jedoch mit dem Unterschied, daß ein seitlicher Längsschlitz in die Bohrung führt. Das obere Kopplungselement 31B weist einen nach oben zeigenden Zapfen auf, der elastisch in die Bohrung des oberen Koppelelementes 31A der benachbarten Halterung eingerastet werden kann. Zwei Halterungen 30 werden daher wie folgt aneinander gekoppelt: Zunächst wird der Zapfen des unteren Koppelelementes 32B in die entsprechende Bohrung des benachbarten unteren Koppelelementes 32A eingesetzt, danach wird der nach oben zeigende Zapfen des oberen Koppelelementes 31B von der Seite in die Bohrung des benachbarten oberen Koppelelementes 31A eingerastet. Dadurch entsteht eine flexible Kette, wobei zwischen den benachbarten Halterungen ein Zwischenraum verbleibt, in den die Lamellen der Sternräder 16, 17, 18 zum Transport der Kette eingreifen können.

Zur Unterscheidung von Vorder- und Rückseite weist die Halterung 30 in ihrem oberen Randbereich eine vertikal verlaufende Nut 33 auf.

Von besonderer Bedeutung ist, daß in eine Seitenfläche der Halterung 30 ein vorderes Fenster 34 eingebracht ist, und zwar in einer Höhe, die der Höhe des Eintrittsfensters des Lichtdetektors 13 entspricht (Fig. 4), so daß, wenn ein Probengefäß von oben in die Halterung 30 eingeführt ist, dessen unteres Ende mit der darin befindlichen Probe durch das vordere Fenster 34 sichtbar bleibt, d. h., daß die dort nach Injizierung des Aktivators ablaufende Lumineszenz-Reaktion von der Fotokathode 13B des Lichtdetektors 13 erfaßt werden kann.

Wie aus Fig. 4 ebenfalls ersichtlich, ist die Wandungsstärke der Halterung 30 in deren unterem Teil größer als in ihrem oberen Teil, so daß bei gleichem Außendurchmesser ein geringerer Innenquerschnitt im unteren Teil geschaffen wird. Dadurch entsteht praktisch eine ringförmige Auflagefläche für das halbkugelförmig ausgebildete untere Ende des Probengefäßes, in dem sich die Probe befindet, so daß ein definierter Sitz geschaffen wird, der gewährleistet, daß sich die Probe während der Lumineszenz-Messung im Fenster 34 und somit gegenüber der Fotokathode 13B befindet.

Auf der dem vorderen Fenster 34 gegenüberliegenden Wandung der Halterung 30 ist ein zweites Fenster 35 in gleicher Höhe eingebracht, so daß diese Halterung auch für Extinktionsmessungen verwendet werden kann, wenn anstelle der Lumineszenz-Messung ein durchgehender Strahlengang erforderlich ist.

In die aus einer größeren Anzahl von beschriebenen Halterungen 30 gebildeten Probenkette 20 werden Probengefäße mit der jeweils zu messenden Probe von oben eingeführt, die dann, wie beschrieben auf dem unteren Abschnitt der Halterung 30 aufsitzen.

Claims (2)

1. Meßgerät für Bio- und Chemilumineszenz mit einer in einer horizontalen Aufnahmeebene verschiebbaren Halterungsvorrichtung zur Aufnahme von Probengefäßen in Reihe, und mit einer Antriebsvorrichtung für die Halterungsvorrichtung zum aufeinanderfolgenden Zuführen der Probengefäße zu einer Meßstelle mit einer nach außen lichtdicht abgeschirmten Lichteintrittsöffnung eines Lichtdetektors, wobei die Halterungsvorrichtung seitliche Fenster aufweist, von denen jeweils eines einem Probengefäß zugeordnet ist, und die Lichteintrittsöffnung des Lichtdetektors in der Höhe dieses Fensters diesem gegenüber angeordnet ist, so daß das Probengefäß während des Meßvorgangs an der Meßstelle in der Halterungsvorrichtung verbleiben kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungsvorrichtung aus aneinander koppelbaren Halterungen (30) zur Aufnahme von jeweils einem Probengefäß besteht, daß jede Halterung (30) aus einem zylindrischen Kunststoffröhrchen gebildet ist, das zur Bildung einer flexiblen Transportkette beliebiger Länge an gegenüberliegenden Seiten Kopplungselemente (31A, B; 32A, B) zur lösbaren Verbindung mit den benachbarten Halterungen aufweist, und daß die Antriebsvorrichtung Förderelemente aufweist, die in den Zwischenraum zwischen jeweils zwei Halterungen (30) zu deren Transport eingreifen, und die ein Sternrad (17) beinhalten, dessen Achse vertikal gelagert ist, und das seitliche Lamellen (17A) aufweist, die in den horizontal an der Meßstation (19A) vorbeiführenden Führungskanal eingreifen und die außer dem Antrieb der Transportkette eine Abschirmwirkung des an der Meßstelle gerade befindlichen Probengefäßes gegenüber benachbarten Probengefäßen bewirken, so daß Rest- oder Streustrahlung von den benachbarten Probengefäßen den Lichtdetektor (13) nicht erreichen können.

2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungskanal an der Meßstation (19A) kreisbogenförmig vorbeiführt, und daß die Achse des Sternrades (17) im Mittelpunkt des Kreisbogens gelagert ist.