DE102010048443B4 - METHOD FOR CARRYING OUT TIME-RELATED STUDIES ON CELL SAMPLES - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur zeitaufgelösten Bestimmung von biologischen und/oder chemischen Vorgängen in einer Zellprobe mit photosynthetisch aktiven oder phototaktischen Bakterien, umfassend die Schritte – Einbringen der Probe in Einzelbehältnisse einer Vorrichtung zur Durchführung von zeitaufgelösten Untersuchungen an Zellproben, wobei die Vorrichtung eine Aufnahmeeinrichtung mit wenigstens einem wenigstens zum Teil lichtdurchlässig ausgebildeten Einzelbehältnis zur Aufnahme der Probe aufweist und die Vorrichtung mit einer Messeinrichtung zur zeitaufgelösten Untersuchung der Probe koppelbar ist, so dass jedes Einzelbehältnis zeitaufgelöst durch eine Messeinrichtung untersucht werden kann, und in die Aufnahmeeinrichtung wenigstens eine Lichtquelle fest oder lösbar integriert ist, wobei jedem Einzelbehältnis der Aufnahmeeinrichtung jeweils wenigstens eine Lichtquelle zugeordnet und durch diese kontinuierlich oder diskontinuierlich ausleuchtbar ist und wobei die Lichtquelle mit der Messeinrichtung einzeln ansteuerbar ist und die Vorrichtung weiterhin eine autonomen Stromquelle aufweist, eine Steuerungseinheit in die Vorrichtung integriert ist und die Vorrichtung einen abnehmbaren Deckel, gegebenenfalls mit transmissionsverhindernden/-einschränkenden Mitteln, aufweist, wobei dieser Deckel Mittel zum Gasaustausch aufweist, – Koppeln dieser Vorrichtung mit Aufnahmeeinrichtung mit einer Messeinrichtung und Inkubieren der Probe unter vorgegebenen Hell-/Dunkel-Lichtbedingungen, – Messen mindestens eines vorbestimmten Parameters, der sich lichtabhängig durch biologische und/oder chemische Reaktion verändern kann.Method for the time-resolved determination of biological and / or chemical processes in a cell sample with photosynthetically active or phototactic bacteria, comprising the steps of introducing the sample into individual containers of a device for carrying out time-resolved examinations on cell samples, the device comprising a receiving device with at least one Part having translucently formed single container for receiving the sample and the device with a measuring device for time-resolved examination of the sample can be coupled, so that each individual container time-resolved by a measuring device can be examined, and in the receiving device at least one light source is permanently or detachably integrated, each Single container of the receiving device is assigned in each case at least one light source and is continuously or discontinuously illuminatable by this and wherein the light source with the Mess device is individually controllable and the device further comprises an autonomous power source, a control unit is integrated into the device and the device has a removable lid, optionally with transmission inhibiting / -limiting means, said cover having means for gas exchange, - coupling this device with Recording device with a measuring device and incubating the sample under predetermined light / dark light conditions, - Measuring at least one predetermined parameter, which can change light-dependent by biological and / or chemical reaction.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft in einem ersten Aspekt Verfahren zur Durchführung von zeitaufgelösten Untersuchungen an Proben, insbesondere Zellproben wie in Anspruch 1 definiert. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass Einzelbereiche der Aufnahmeeinrichtung dieser Vorrichtung, insbesondere jedes Einzelbehältnis geeignet zur Aufnahme einer Probe, mit jeweils wenigstens einer Lichtquelle ausleuchtbar ist und wobei diese Lichtquelle mit einer Messeinrichtung koppelbar ist. Das Verfahren eignet sich zur zeitaufgelösten Bestimmung von biologischen und/oder chemischen Vorgängen in einer Probe, insbesondere Zellprobe.The present invention relates, in a first aspect, to methods for performing time-resolved examinations on samples, in particular cell samples as defined in
Stand der TechnikState of the art
Inkubationen von Proben, insbesondere Zellproben, unter fluktuierenden Hell-/Dunkel-Bedingungen finden üblicherweise in klassischen Reaktionsgefäßen, wie Erlenmeyerkolben, Fermenter und entsprechenden Zellkulturplatten, wie Mikrotiterplatten, in entsprechend ausgebildeten Inkubatoren statt. Diese Inkubatoren stellen die notwendigen Bedingungen zur Kultivierung von Zellen bereit und erlauben die Einstellung gewünschter Hell- und Dunkel-Bedingungen zur Kultivierung von Zellen. Die Messung der Proben erfordert eine aufwendige Probenentnahme, die meist manuell erfolgt, oder eine manuelle oder durch Roboter vermittelte Umsetzung der Platte in einem Messgerät oder Instrument. Dadurch sind arbeitsintensive Schritte notwendig bzw. die Inkubationsbedingungen und die Hell-/Dunkel-Bedingungen müssen zur Messung unterbrochen werden. Hierdurch erhöht sich auch die Fehlerrate solcher Untersuchungen.Incubations of samples, in particular cell samples, under fluctuating light / dark conditions usually take place in conventional reaction vessels, such as Erlenmeyer flasks, fermenters and corresponding cell culture plates, such as microtiter plates, in appropriately designed incubators. These incubators provide the necessary conditions for cultivating cells and allow adjustment of desired light and dark conditions for culturing cells. The measurement of the samples requires a complex sampling, which usually takes place manually, or a manual or robot-mediated implementation of the plate in a measuring instrument or instrument. As a result, labor-intensive steps are necessary or the incubation conditions and the light / dark conditions must be interrupted for the measurement. This also increases the error rate of such investigations.
D. h., dadurch werden unnötige Fehlerquellen z. B. bei der Probenentnahme oder bei dem Umsetzen der Gefäße in die Messeinrichtung generiert. Im Zuge der Miniaturisierung von Prozessen werden anstelle von Erlenmeyerkolben und großen Kulturgefäßen vermehrt Mikrotiterplatten mit einer Vielzahl von Einzelbehältnissen (Vertiefungen) eingesetzt. Das Handling dieser Platten bzw. die Probenentnahme ist ebenfalls sehr aufwendig und ein Umsetzen der Platten aus dem Inkubator in entsprechende Messeinrichtungen, wie sie kommerziell erhältlich sind, erfordert manuellen oder Robotereinsatz. Des Weiteren können in üblichen Inkubatoren bei solchen Mikrotiterplatten Einzelbereiche, insbesondere die Einzelbehältnisse, nicht einzelnd in Bezug auf die Lichteinstrahlung geregelt werden. D. h., die laufenden Inkubationen unter Hell-/Dunkel-Bedingungen müssen zur Entnahme der Probe bzw. zum Umsetzen der Platte unterbrochen werden und diese Proben werden ungewollt Licht ausgesetzt. Dadurch haben Probenentnahme und Messung einen nicht gewünschten Einfluss auf die Versuchsdurchführung.D. h., This unnecessary sources of error z. B. generated during sampling or in the implementation of the vessels in the measuring device. In the course of the miniaturization of processes instead of Erlenmeyer flasks and large culture vessels increasingly microtiter plates are used with a variety of individual containers (wells). The handling of these plates or the sampling is also very expensive and a conversion of the plates from the incubator into corresponding measuring devices, as they are commercially available, requires manual or robotic use. Furthermore, in conventional incubators in such microtiter plates, individual areas, in particular the individual containers, can not be regulated individually with respect to the light irradiation. That is, the current incubations under light / dark conditions must be interrupted to remove the sample or to convert the plate and these samples are unintentionally exposed to light. As a result, sampling and measurement have an undesirable influence on the experimental procedure.
Aus der
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Vorrichtungen für Verfahren bereitzustellen, die eine Inkubation unter fluktuierenden Hell-/Dunkel-Bedingungen erlauben und dabei individualisiert für Einzelbereiche, insbesondere für jedes Einzelbehältnis, diese Hell-/Dunkel-Bedingungen bereitstellt und gleichzeitig die Durchführung von optischen Messungen erlaubt, ohne mit den Versuchungsbedingungen in anderen Bereichen, insbesondere Einzelbehältnissen, zu interagieren.The object of the present invention is to provide apparatuses for methods which allow incubation under fluctuating light / dark conditions and thereby individualized for individual areas, in particular for each individual container, provides these light / dark conditions and at the same time the performance of optical measurements allowed to interact without the temptation conditions in other areas, in particular individual containers.
Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von Verfahren, die entsprechende zeitaufgelöste Untersuchungen erlauben.Another object of the present invention is to provide methods that permit corresponding time-resolved investigations.
Zur Lösung der Aufgaben wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Durchführung von zeitaufgelösten Untersuchungen an Zellproben, wie in Anspruch 1 ausgeführt, bereitgestellt.To achieve the objects, a method for carrying out time-resolved investigations on cell samples, as set forth in
Die beim Verfahren genutzte Vorrichtung zur Durchführung von zeitaufgelösten Untersuchungen an Zellproben, ist eine, die eine Aufnahmeeinrichtung mit wenigstens einer, bevorzugt einer Vielzahl von, ggf. lösbaren Einzelbehältnissen zur Aufnahme der Probe aufweist. Die Vorrichtung ist dabei in der Art ausgebildet, dass sie mit einer Messeinrichtung zur zeitaufgelösten Untersuchung der Probe koppelbar ist. Die Einzelbehältnisse sind dabei zumindest teilweise lichtdurchlässig ausgebildet. Jedes Einzelbehältnis kann zeitaufgelöst durch eine Messeinrichtung untersucht werden, wobei diese Messung in einem Bereich, insbesondere eines Einzelbehältnisses, die Versuchungsbedingungen in einem anderen Bereich, insbesondere einem anderen Einzelbehältnis, nicht beeinflusst. Diese Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass jedem Einzelbehältnis jeweils wenigstens eine Lichtquelle zugeordnet und durch diese ausleuchtbar ist und diese Lichtquelle mit der Messeinrichtung einzeln ansteuerbar ist. Alternativ ist eine Steuerung der Lichtquelle und/oder der Messeinrichtung über eine separate Steuereinheit möglich.The device used in the method for performing time-resolved examinations on cell samples is one which has a receiving device with at least one, preferably a plurality of, possibly detachable individual containers for receiving the sample. The device is designed in such a way that it can be coupled with a measuring device for the time-resolved examination of the sample. The individual containers are at least partially translucent. Each individual container can be examined time-resolved by a measuring device, this measurement in one area, in particular a single container, not affecting the temptation conditions in another area, in particular another single container. This device is characterized in that each individual container is assigned at least one light source and can be illuminated by it and this light source can be controlled individually with the measuring device. Alternatively, a control of the light source and / or the measuring device via a separate control unit is possible.
Des Weiteren wird ein System bereitgestellt, umfassend eine hierin beschriebene Vorrichtung in Kombination mit einer Messeinrichtung, die zeitaufgelöste Untersuchungen der Proben, insbesondere optische Messungen der Proben erlauben. Dieses System umfasst bevorzugt weiterhin eine Steuereinheit zur Steuerung der Lichtquelle und/oder Messeinrichtung. Furthermore, a system is provided, comprising a device described herein in combination with a measuring device, which allow time-resolved examinations of the samples, in particular optical measurements of the samples. This system preferably further comprises a control unit for controlling the light source and / or measuring device.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur zeitaufgelösten Bestimmung von biologischen und/oder chemischen Vorgängen in einer Zellprobe bereit. Dieses Verfahren umfasst die Schritte des Einbringens der Probe in entsprechende Einzelbehältnisse einer Vorrichtung mit Aufnahmeeinrichtung, wobei jedes Einzelbehältnis der Aufnahmeeinrichtung mit wenigstens einer Lichtquelle ausleuchtbar ist und die Einzelbehältnisse, lichtundurchlässig voneinander angeordnet sind, Koppeln dieser Vorrichtung mit Aufnahmeeinrichtung mit einer Messeinrichtung und Inkubieren der Probe unter vorgegebenen Hell-/Dunkel-Lichtbedingungen und dabei zeitaufgelöst Messen mindestens eines vorbestimmten Parameters, der sich lichtabhängig durch biologische und/oder chemische Reaktionen verändert.The present invention provides a method for the time-resolved determination of biological and / or chemical processes in a cell sample. This method comprises the steps of introducing the sample into corresponding individual containers of a device with receiving device, wherein each individual container of the receiving device can be illuminated with at least one light source and the individual containers are arranged opaque to each other, coupling this device with recording device with a measuring device and incubating the sample under predetermined light / dark light conditions and thereby time-resolved measurement of at least one predetermined parameter, which changes depending on the light by biological and / or chemical reactions.
Unter „lichtundurchlässig” wird vorliegend verstanden, dass die Lichtstärke einer Lichtquelle zu mindestens 80%, bevorzugt mindestens 90%, wie mindestens 95%, mindestens 97%, mindestens 98%, mindestens 99% oder 100% verringert wird.By "opaque" is meant herein that the luminous intensity of a light source is reduced to at least 80%, preferably at least 90%, such as at least 95%, at least 97%, at least 98%, at least 99% or 100%.
Unter dem Ausdruck „Einzelbereich” wird vorliegend ein Teilbereich der Aufnahmeeinrichtung mit mindestens einem Einzelbehältnis verstanden. Jede Aufnahmeeinrichtung weist dabei wenigstens zwei Einzelbereiche auf.In the present case, the term "single area" is understood to mean a partial area of the receiving facility with at least one individual container. Each receiving device has at least two individual areas.
Das Messen bzw. Bestimmen dieses Parameters erfolgt üblicherweise durch optische Messung in der Messeinrichtung.Measuring or determining this parameter is usually carried out by optical measurement in the measuring device.
Es wird ein System, wie eine Apparatur oder ein Instrument, bereitgestellt, in dem die Hell-/Dunkel-Bedingungen und ggf. Kultivierungsbedingungen integriert sind und gleichzeitig eine automatisierte zeitaufgelöste Messung erlaubt. Dieses System vereint entsprechend die automatisierte Messung mit der Inkubation. Dadurch werden aufwendige Arbeitsschritte vermieden und Fehlerquellen verringert.A system, such as an apparatus or an instrument, is provided in which the light / dark conditions and, if necessary, culturing conditions are integrated, while at the same time allowing an automated time-resolved measurement. This system accordingly combines the automated measurement with the incubation. As a result, laborious steps are avoided and sources of error are reduced.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Vorrichtung ist insbesondere so ausgestaltet, dass sie in ihren Abmessungen denen einer Mikrotiterplatte identisch ist. D. h., diese Vorrichtungen entsprechen bevorzugt den räumlichen Abmessungen gemäß den in den chemischen und biologischen Forschungen vereinbarten Standards, z. B. ANSI/SBS1-2004, ANSI/SBS2-2004, ANSI/SBS3-2004 und ANSI/SBS4-2004. Dadurch ist diese erfindungsgemäße Vorrichtung zu vielen Messeinrichtungen kompatibel. Diese Vorrichtung ist somit bevorzugt mit einer Messeinrichtung zur zeitaufgelösten Untersuchung der Proben koppelbar. Des Weiteren zeichnet sich die Vorrichtung dadurch aus, dass sie derart ausgebildet ist, dass jedem Einzelbehältnis, wenigstens eine Lichtquelle zugeordnet und damit ausleuchtbar ist. Diese Lichtquelle ist mit einer Messeinrichtung einzeln steuerbar. Alternativ erfolgt die Steuerung über eine Steuereinheit.The device used in the method according to the invention is in particular designed so that its dimensions are identical to those of a microtiter plate. That is, these devices preferably conform to the dimensional dimensions according to the standards agreed in chemical and biological research, e.g. ANSI / SBS1-2004, ANSI / SBS2-2004, ANSI / SBS3-2004 and ANSI / SBS4-2004. As a result, this device according to the invention is compatible with many measuring devices. This device is thus preferably coupled with a measuring device for time-resolved examination of the samples. Furthermore, the device is characterized in that it is designed such that each individual container, at least one light source associated with and thus can be illuminated. This light source is individually controllable with a measuring device. Alternatively, the control is carried out via a control unit.
Die Lichtquelle kann dabei fest oder lösbar in die Aufnahmeeinrichtung integriert sein. In einer alternativen Ausführungsform wird die Lichtquelle in einer Weise bereitgestellt, dass sie Bestandteil der Messeinrichtung ist oder ein separates Element des erfindungsgemäßen Systems darstellt.The light source can be integrated firmly or detachably in the receiving device. In an alternative embodiment, the light source is provided in such a way that it is part of the measuring device or represents a separate element of the system according to the invention.
Die variable Lichtquelle ist bevorzugt eine Leuchtdiode, insbesondere eine Subminiaturglühlampe, Subminiaturhalogenlampe, Elektrolumineszenzfolie, Leuchtdioden in allen Auführungsformen: LED, SMD-LED, Laser-LED, OLED. Die variable Lichtquelle kann dabei Licht eines bestimmten Wellenbereichs emittieren. D. h., die variable Lichtquelle kann eine sein, die im IR-(infraroten), sichtbaren oder UV-(unltravioletten)Bereich emittiert. Dabei kann das Licht eine einzelne Wellenlänge oder ein vorbestimmtes Spektrum umfassen oder das komplette Spektrum emittieren. Das Licht kann dabei kontinuierlich oder diskontinuierlich im Emissionsaspekt von UV- bis IR-Bereich emittieren.The variable light source is preferably a light-emitting diode, in particular a Subminiaturglühlampe, Subminiaturhalogenlampe, electroluminescent, light-emitting diodes in all Auführungsformen: LED, SMD LED, laser LED, OLED. The variable light source can emit light of a certain wavelength range. That is, the variable light source may be one emitting in the IR (infrared), visible, or UV (unltraviolet) region. In this case, the light may comprise a single wavelength or a predetermined spectrum or emit the complete spectrum. The light can emit continuously or discontinuously in the emission aspect from UV to IR range.
In einer Ausführungsform liegen mindestens zwei Lichtquellen vor, wobei diese Lichtquellen gegebenenfalls Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen emittieren.In one embodiment, at least two light sources are present, wherein these light sources optionally emit light with different wavelengths.
Bevorzugt sind die Einzelbehältnisse in den Vorrichtungen lösbar, d. h. die Vorrichtung mit der Aufnahmeeinrichtung kann mehrfach eingesetzt werden, während die Einzelbehältnisse mit den darin enthaltenen Proben austauschbar sind und als Einwegmaterial gearbeitet sein können. Die Einzelbehältnisse sind dabei zumindest teilweise lichtdurchlässig ausgebildet. Bevorzugt sind die Einzelbehältnisse mittels transmissionsverhindernden Mitteln lichtundurchlässig voneinander angeordnet, so dass ein in ein Einzelbehältnis eingebrachtes Licht nicht in ein weiteres Einzelbehältnis strahlt. Bevorzugte transmissionsverhindernde Mittel zur Ausbildung der Lichtundurchlässigkeit der Einzelbehältnisse sind unter anderem eine Beschichtung der Einzelbehältnisse in vorbestimmten Bereichen. Alternativ kann durch Materialauswahl der Einzelbehältnisse eine entsprechende Lichtundurchlässigkeit erreicht werden. Schließlich kann das transmissionverhindernde Mittel eines sein, das zwischen die Einzelbehältnisse eingebracht wird. Eine weitere Alternative stellt der Einsatz einer Aufnahmeeinrichtung dar, die selbst lichtundurchlässig ist. Solche können z. B. integraler Bestandteil einer Abdeckung der Aufnahmeeinrichtung sein.Preferably, the individual containers in the devices are detachable, ie the device with the receiving device can be used multiple times, while the individual containers are interchangeable with the samples contained therein and can be used as disposable material. The individual containers are at least partially translucent. The individual containers are preferably arranged so that they are opaque to one another by means of transmission-preventing means, so that light introduced into a single container does not radiate into another individual container. Preferred transmission-preventing means for forming the opacity of the individual containers include a coating of the individual containers in predetermined areas. Alternatively, by selecting the material of the individual containers a corresponding opacity can be achieved. Finally, the transmission-preventing means may be one that is inserted between the individual containers. Another alternative is the use of a recording device, which is itself opaque. Such can z. B. be an integral part of a cover of the receiving device.
Die Lichtquelle selbst kann fest oder lösbar in die Aufnahmeeinrichtung integriert sein.The light source itself can be permanently or detachably integrated into the receiving device.
Die Lichtquelle kann dabei von oben, seitlich oder bodenseitig in Bezug auf das Einzelbehältnis angeordnet sein.The light source can be arranged from the top, side or bottom side with respect to the single container.
Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Abdeckung in Form eines abnehmbaren Deckels, für die Aufnahmeeinrichtung. Dieser abnehmbare Deckel kann ggf. transmissionsverhindernde Mittel aufweisen, die bei Abdecken der Aufnahmeeinrichtung zwischen die Einzelbehältnisse angeordnet vorliegen, so dass eine Transmission von Wellenlängenbereiche der Lichtquellen ausgeschlossen werden. Der Deckel ist dabei so ausgebildet, dass ein Gasaustausch möglich ist, insbesondere ein Gastaustausch für jedes Einzelbehältnis. Dieser Gasaustausch kann durch entsprechende Öffnungen, Membranen, erfolgen oder durch Mittel, die aktiv einen Gasaustausch fördern, z. B. Begasungsvorrichtungen oder Ventile.The device further comprises a cover in the form of a removable lid, for the receiving device. This removable cover may optionally have transmission-preventing means, which are arranged when covering the receiving device between the individual containers, so that a transmission of wavelength ranges of the light sources are excluded. The lid is designed so that a gas exchange is possible, in particular a guest exchange for each individual container. This gas exchange can take place through appropriate openings, membranes, or by means which actively promote gas exchange, for. As gassing devices or valves.
Boden und Deckel können dabei so ausgebildet sein, dass eine optische Messung, wie eine Transmissions- aber auch Fluoreszenz- oder Lumineszenzmessung möglich ist.The bottom and lid can be designed so that an optical measurement, such as a transmission but also fluorescence or luminescence measurement is possible.
Als Proben können photosynthetisch aktive oder phototaktische Bakterien, Organellen, Zellkompartimente oder allgemein Zellbestandteile bereitgestellt werden, die in Abhängigkeit von Licht biologische oder chemische Reaktionen durchführen. Hierbei kann es sich sowohl um lichtkatalysierte Reaktionen im chemischen und biologischen Bereich handeln als auch um Veränderungen der Proben im Allgemeinen.As samples, photosynthetically active or phototactic bacteria, organelles, cell compartments or in general cell components can be provided which perform biological or chemical reactions depending on light. These can be light-catalyzed chemical and biological reactions as well as changes in the samples in general.
Diese Vorrichtungen eignen sich insbesondere um Wachstumskurven von Zellen, die Entwicklung von Zellbestandteilen, z. B. Chlorophyll, aber auch um die Umsetzung einzelner Bestandteile durch Zellen oder zellfreie Systeme zu bestimmen. Des Weiteren können Wachstum, regulatorische Vorgänge, genotypische oder phänotypische Adaption, Stoffwechsel oder Populationsdynamik von Zellen, Entwicklung einzelner Zellbestandteile, -organellen oder -kompartimente, oder Umsetzungen durch zelluläre und zellfreie Systeme bestimmt werden.These devices are particularly suitable for growth curves of cells, the development of cell components, eg. As chlorophyll, but also to determine the implementation of individual components by cells or cell-free systems. Furthermore, growth, regulatory processes, genotypic or phenotypic adaptation, metabolism or population dynamics of cells, development of individual cell constituents, organelles or compartments, or reactions by cellular and cell-free systems can be determined.
Unter zeitaufgelösten Untersuchungen wird vorliegend verstanden, dass die Untersuchung, d. h. die Bestimmung von Parametern, zu mindestens zwei verschiedenen Zeitpunkten erfolgt, die von einem Inkubationszeitraum unterbrochen sind.Time-resolved examinations are understood herein to mean that the examination, i. H. the determination of parameters occurs at at least two different times, which are interrupted by an incubation period.
Vorliegend wird weiterhin ein System zur Durchführung von zeitaufgelösten Untersuchungen an Zellproben, umfassend eine hier beschriebene Vorrichtung sowie eine Messeinrichtung, beschrieben.In the present case, a system for carrying out time-resolved investigations on cell samples, comprising a device described here and a measuring device, is also described.
Die Messeinrichtung erlaubt insbesondere durch optische Messung Veränderungen in der Probe zu bestimmen. Solche Veränderungen können Veränderungen in der optischen Dichte bei bestimmten Wellenlängen beinhalten, hervorgerufen durch Trübung der Probe. Die Veränderungen können auch Veränderungen der Absorption, Fluoreszenz oder Lumineszenz beinhalten, hervorgerufen durch die Umsetzung bestimmte Zellbestandteile, morphologische oder strukturelle Änderung von Zellbestandteilen oder -kompartimenten oder Zellen und die Produktion oder der Verbrauch optisch aktiver Stoffwechselprodukte und -edukte oder artifizieller Reportersysteme. In einer Ausführungsform ist die Messeinrichtung oder die Steuereinheit so ausgelegt, dass diese die Lichtquellen der Einzelbehältnisse ansteuern kann, um diese zu bestimmten Zeitpunkten ein- oder auszuschalten oder die Intensität oder den Wellenlängenbereich der Lichtquelle zu ändern. Bevorzugt kann das Messgerät oder die Steuereinheit dabei jede Lichtquelle individuell ansteuern.The measuring device allows in particular by optical measurement to determine changes in the sample. Such changes may involve changes in optical density at certain wavelengths caused by turbidity of the sample. The changes may also include changes in absorbance, fluorescence or luminescence caused by the translation of certain cell constituents, morphological or structural alteration of cell constituents or compartments or cells, and the production or consumption of optically active metabolites and metabolites or artificial reporter systems. In one embodiment, the measuring device or the control unit is designed so that it can control the light sources of the individual containers in order to switch them on or off at specific times or to change the intensity or the wavelength range of the light source. Preferably, the measuring device or the control unit can control each light source individually.
Alternativ kann die Lichtquelle für die Hell-/Dunkelbedingungen verändert werden, so dass ein bestimmtes Emissionsspektrum ausgeblendet wird, oder bestimmte Emissionsspektren verbleiben, um die Messung der Probe zu erlauben.Alternatively, the light source may be changed for the light / dark conditions so that a particular emission spectrum is blanked or certain emission spectra remain to allow the measurement of the sample.
Die Ansteuerung kann dabei drahtlos, z. B. über Funk, erfolgen oder über entsprechende Kontakte. Die Messeinrichtung kann dabei eine optische Messung jedes Einzelbehältnisses unabhängig voneinander vornehmen. Dabei kann die Messeinrichtung Sensoren für jedes einzelne Behältnis aufweisen.The control can be wireless, z. B. via radio, done or via appropriate contacts. The measuring device can make an optical measurement of each individual container independently. In this case, the measuring device may have sensors for each individual container.
Das System weist bevorzugt weiterhin Mittel zur Kultivierung von Zellen auf, insbesondere Mittel zur Bereitstellung von geeigneten Kulturbedingungen der Zellen in der Probe. D. h., das System beinhaltet Einrichtungen, die geeignete Kulturbedingungen bereitstellen, wie eine ausreichende Luftfeuchtigkeit, einstellbaren Kohlendioxidgehalt, einstellbare Temperatur einstellbare Gasphasenzusammensetzung, einstellbare Temperatur usw.The system preferably further comprises means for culturing cells, in particular means for providing suitable culture conditions of the cells in the sample. That is, the system includes devices that provide suitable culture conditions, such as sufficient humidity, adjustable carbon dioxide, adjustable temperature adjustable gas phase composition, adjustable temperature, etc.
Mit dem System ist es möglich, die gewünschte Hell-/Dunkel-Bedingungen bzw. Belichtungsbedingungen von Proben, insbesondere Zellproben, durchzuführen und gleichzeitig im selben System die gewünschten Messungen durchzuführen. Bevorzugt sind dabei die Messeinrichtung und die Lichtquellen so steuerbar, dass bei Messung die Lichtquelle kurzfristig abgeschaltet wird, um die Messung durchzuführen. Durch die wenigstens teilweise Lichtundurchlässigkeit der Einzelbehältnisse, findet sowohl keine Beeinflussung der in diesen Einzelbehältnissen, vorhandenen Proben durch Lichtquellen, gestreutes Licht oder Messungen von benachbarten Proben in den Behältnissen statt. Ein Eingriff von außen und manuelle Bearbeitung der Proben, z. B. Probenentnahme und Umsetzung der Vorrichtungen in Messeinrichtungen, entfallen. D. h., es wird in keinster Weise in die Versuchsbedingungen eingegriffen und die Fehlerquellen werden minimiert. Bevorzugt handelt es sich bei der Vorrichtung um Mikrotiterplatten mit bekannten Maßen. Die Einrichtungen weisen eine autonome Stromquelle auf, die eine autonome Beleuchtung der Proben erlauben. Alternativ kann die Stromzufuhr über Kontakte durch die Messeinrichtung erfolgen.The system makes it possible to perform the desired light / dark conditions or exposure conditions of samples, in particular cell samples, and at the same time to carry out the desired measurements in the same system. In this case, the measuring device and the light sources are preferably controllable in such a way that, when measuring, the light source is switched off at short notice in order to prevent the Measure. Due to the at least partially opaque nature of the individual containers, there is no influence on the samples present in these individual containers by light sources, scattered light or measurements of adjacent samples in the containers. External intervention and manual processing of samples, eg. B. sampling and implementation of the devices in measuring devices omitted. That is, it is in no way interfered with the experimental conditions and sources of error are minimized. Preferably, the device is microtiter plates of known dimensions. The facilities have an autonomous power source allowing autonomous illumination of the samples. Alternatively, the power can be supplied via contacts through the measuring device.
Die erfindungsgemäß verwendbaren Vorrichtungen und Systeme finden Anwendung in vielfältigen Bereichen. Die umwelt- und energiebiologische Bedeutung phototropher Organismen und deren Komponenten und das wachsende Interesse an deren ökologischen und physiologischen Eigenschaften verdeutlicht die Notwendigkeit, Experimente unter definierten Hell-/Dunkel-Bedingungen durchzuführen. In der chemischen und medizinischen Hochdurchsatzanalytik bestehen ebenfalls Anforderungen Inkubationen mit Helligkeitseinfluss durchzuführen. Mit Hilfe der erfindungsgemäß verwendbaren Vorrichtung und des Systems können entsprechende Inkubationen unter gleichzeitiger Messung erfolgen.The devices and systems which can be used according to the invention are used in a variety of fields. The environmental and energetic importance of phototrophic organisms and their components and the growing interest in their ecological and physiological properties illustrate the need to perform experiments under defined light / dark conditions. In chemical and medical high-throughput analysis, there are also requirements to carry out incubations with influence of brightness. By means of the device and the system which can be used according to the invention, corresponding incubations can take place with simultaneous measurement.
In einem weiteren Aspekt richtet sich die vorliegende Anmeldung schließlich auf ein Verfahren zur zeitaufgelösten Bestimmung von biologischen und/oder chemischen Vorgängen in einer Zellprobe wie in Anspruch 1 ausgeführt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei die Schritte des Einbringens der Probe in Einzelbehältnisse einer Vorrichtung mit Aufnahmeeinrichtung. Jedes Einzelbehältnis ist dabei mit wenigstens einer Lichtquelle ausleuchtbar und die Einzelbehältnisse, sind ggf. lichtundurchlässig voneinander angeordnet. Anschließend wird die Vorrichtung mit Aufnahmeeinrichtung mit einer Messeinrichtung gekoppelt und die Probe unter vorgegebenen Lichtbedingungen inkubiert. Zur Bestimmung der biologischen und/oder chemischen Vorgänge in der Probe wird mindestens ein vorbestimmter Parameter, der sich bevorzugt lichtabhängig durch biologische und/oder chemische Reaktion verändert, gemessen.Finally, in a further aspect, the present application is directed to a method for the time-resolved determination of biological and / or chemical processes in a cell sample as set out in
Solche Verfahren eignen sich insbesondere zur Bestimmung von Wachstumskurven von Zellen, insbesondere prokaryotischen Zellen, zur Messung von Zellbestandteilen oder zur Bestimmung von lichtkatalysierten biologischen und chemischen Reaktionen. Entsprechend finden erfindungsgemäße Vorrichtungen und Systeme Anwendung zur Kultivierung von photosynthetisch aktiven oder phototaktischen Bakterien.Such methods are particularly suitable for the determination of growth curves of cells, in particular prokaryotic cells, for the measurement of cell constituents or for the determination of light-catalyzed biological and chemical reactions. Accordingly, devices and systems according to the invention find application for the cultivation of photosynthetically active or phototactic bacteria.
Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Messung der vorbestimmten Parameter die Lichtquelle ausgeschaltet oder das Emissionsspektrum hinsichtlich der Intensität oder die Wellenlänge verändert, um die Messung des Parameters durchzuführen.Preferably, in the method according to the invention for measuring the predetermined parameters, the light source is switched off or the emission spectrum is changed with regard to the intensity or the wavelength in order to carry out the measurement of the parameter.
Mit Hilfe der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform sowie dem beigefügten Beispiel wird die Erfindung näher erläutert:
In der
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Die in der
Beispiel 1example 1
Dargestellt sind jeweils die Wachstumskurven eines marinen α-Prroteobacteriums Dinoroseobacter shibae DFL-12(T) in 1400 μL SWM-Medium (Wagner-Döbler, et. al., ISME J, 2010 Jan; 4(1): 61–77) über 36 Stunden. Das Wachstum fand in einer der erfindungsgemäß verwendbaren Vorrichtung entsprechenden Konstruktion statt. Als Leuchtmittel kam eine Subminiaturglühlampe (12 V, 30 mA) zum Einsatz. Die Zelldichte der planktonisch wachsenden Kultur wurde halbstündlich durch Absorptionsmessung bei 650 nm gemessen und hintergrundnormiert. Grau unterlegt ist der zeitliche Abschnitt, in dem die wachsende Kultur beleuchtet wurde (10 h–22 h). Die
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