DE3006028C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Wirk­ samkeit von Antibiotika mittels photoelektrischer Trübungs­ messung. Eine solche Vorrichtung ist z. B. aus der DE- 25 11 068 A1 bekannt. Das Meßergebnis einer solchen Vorrich­ tung läßt sich leider schwierig ohne Mitwirkung der Erfahrung eines Laboranten in "wirksam" oder "unwirksam" einordnen, da die Trübung bei unterschiedlichen Mikrobenkulturen unter­ schiedlich ausfällt und da die (von der Lebensdauer abhängen­ de) Lichtintensität der Lichtquelle die Messung beeinflußt.

Es ist auch bekannt, zur Untersuchung der Wirksamkeit von Antibiotika bezüglich einer gegebenen Mikrobenkultur eine Kunststoffplatte mit einer Vielzahl von Vertiefungen zu ver­ wenden, in denen jeweils die Wirksamkeit eines besonderen Antibiotikums gegenüber der Kultur getestet wird; dabei wech­ selt das Antibiotikum von Vertiefung zu Vertiefung. Nach In­ kubation der gesamten Platte wird jede Vertiefung geprüft, und die Durchsichtigkeit bzw. Trübung gibt die jeweilige Wirk­ samkeit des entsprechenden Antibiotikums an.

Diese Prüfung erfolgt mit dem bloßen Auge, und die jeweiligen Ergebnisse werden in einer Tabelle festgehalten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine derartige Messung zu auto­ matisieren; die Prüfung der Vertiefungen in der Platte nach der Inkubation und das Eintragen der Ergebnisse sollen also nicht mehr mit dem bloßen Auge bzw. von Hand erfolgen, sondern mit einem elektronischen Schaltkreis zugeordneten optischen Mitteln sowie mit Schreibmitteln.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichnete Vorrichtung gelöst. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Aus­ führungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche ver­ wiesen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausfüh­ rungsbeispiels mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert.

Die Fig. 1 und 2 zeigen Querschnitte durch die Vorrichtung, wobei die Fig. 2 einen Schnitt entlang II-II in Fig. 1 zeigt.

Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm des elektrischen Teils der Vorrichtung.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung ist für die Messung mehrerer Antibiotika in je zwei verschie­ denen Konzentrationen C ₁ und C ₂ vorgesehen. Hierzu dient eine Platte 1 mit zwei Reihen 2 und 3 von Vertiefungen 4. Die Ver­ tiefungen 4 enthalten eine gelartige Masse mit einem Antibioti­ kum. In einer Reihe, beispielsweise in der Reihe 3, enthält jede Vertiefung ein anderes Antibiotikum mit einer Konzentra­ tion C ₁, während die benachbarte Reihe 2 in jeder Vertiefung jeweils dieselben Antibiotika wie in der Reihe 3, jedoch mit einer höheren Konzentration C ₂ enthalten. Zur Messung werden einige Tropfen einer bakterienhaltigen Substanz in jede Ver­ tiefung geschüttelt, worauf die Platte in einen Inkubator ge­ schoben wird. Am Ausgang des Inkubators wird die Platte 1 auf eine entsprechend geformte Halterung 5 gelegt.

Unter der Halterung 5 ist ein Photodiodenhalter 6 angeordnet.

Dieser Photodiodenhalter 6 weist zwei Gruppen von jeweils drei Öffnungen 7, 8, 9 auf, die der Aufnahme von Photo­ dioden zur Untersuchung des Vertiefungsinhalts der Reihen 2 und 3 dienen.

Fig. 2, die einen Schnitt gemäß II-II in Fig. 1 dar­ stellt, zeigt, daß die mittlere Öffnung 7 mit einer Photodiode 10 bestückt ist und daß die schrägverlaufenden Öffnungen 8 und 9 mit Photodioden 11 und 12 versehen sind. In gleicher Weise sind auch die Öffnungen 7, 8 und 9 des unter der Vertiefungs­ reihe 2 angeordneten Photodiodenhalters 6 mit Photodioden 10, 11 und 12 bestückt.

Senkrecht zur Oberfläche 14 des Vertiefungsinhalts wird ein paralleles Lichtbündel 13 ausgesandt. Durch eine Blende 15 wird dieses Lichtbündel in zwei Bündel 16 und 17 unterteilt, deren Durchmesser jeweils etwa der Bodenfläche 18 der Vertiefun­ gen 4 entspricht, wobei diese Bündel die Seitenwandung 19 der Vertiefungen bei deren genauer Zentrierung unter den Bündeln 16 und 17 nicht berühren.

Die Halterung 5 ist auf einem Gestell 20 befestigt, das in den beiden Richtungen des Pfeils 21 mit Hilfe von Füh­ rungsmitteln 22 und Steuerungsmitteln 23 in Bewegung versetzt werden kann.

Auf der Platte 1 ist in Verlängerung der Mittelpunkte jedes Vertiefungspaars (ein Vertiefungspaar besteht aus einer Vertiefung 4 der Reihe 2 und einer direkt benachbarten Vertie­ fung 4 der Reihe 3) eine Markierung 24 angebracht. Im Platten­ halter 5 ist unter jeder Markierung 24 eine Öffnung 25 vorge­ sehen.

Eine opto-elektrische Vorrichtung bestehend aus einer Lichtquelle 26 und einer lichtempfindlichen Zelle 27 ist derart angeordnet, daß der Lichtstrahl 28 in der durch die Achsen der Lichtbündel 16 und 17 verlaufenden Ebene liegt.

Die Messung erfolgt folgendermaßen: Wenn ein in einer Vertiefung 4 enthaltenes Antibiotikum gegenüber einer gegebenen Bakterie wirksam ist, so bleibt der Inhalt der Ver­ tiefung nach der Inkubation klar und das Lichtbündel läuft durch die aus dem Inhalt der Vertiefung bestehende Schicht ohne Diffusion hindurch, so daß die zentrale Photodiode 10 eine Lichtintensität X ₁ und die schräg angeordneten Photodioden 11 und 12 eine Lichtintensität X ₂ empfangen, wobei X ₂ praktisch null ist. Wenn sich hingegen bei unwirksamem Antibiotikum die Bakterien stark entwickelt haben, ist der Vertiefungsinhalt trübe, und das Licht wird in alle Richtungen zerstreut; dann ist die von den schräg liegenden Photodioden 11 und 12 empfan­ gene Lichtstärke in etwa gleich der von der zentral liegenden Photodiode 10 empfangenen Lichtstärke. Es wird dann das Verhält­ nis der von den schräg liegenden Photodioden aufgefangenen Licht­ stärke und der von der zentral liegenden Photodiode empfangenen Lichtstärke errechnet. Dieses Verhältnis ist variabel; es wird ein Schwellwert festgelegt, unterhalb dessen man das Antibio­ tikum als wirksam und oberhalb dessen man es als unwirksam be­ trachtet. Für jedes Antibiotikum wird die Messung für zwei ver­ schiedene Konzentrationen C ₁ und C ₂ < C ₁ durchgeführt; deshalb werden zwei Vertiefungsreihen vorgesehen. Das Ergebnis für jedes Vertiefungspaar wird dann ausgedruckt.

Das Gesamtergebnis kann sein

• - mit Sicherheit positiv, wenn das Antibiotikum sowohl in der Vertiefung der Konzentration C ₁ als auch in der Vertie­ fung der Konzentration C ₂ wirksam ist;
• - sicherlich negativ, wenn das Antibiotikum in beiden Konzentrationen unwirksam ist;
• - dazwischenliegend, wenn das Antibiotikum bei der Konzentration C ₁ wirksam und bei der Konzentration C ₁ < C ₂ unwirksam ist;
• - fehlerhaft, wenn das Antibiotikum bei der Konzen­ tration C ₁ wirksam und bei der Konzentration C ₂ unwirksam zu sein scheint.

Das Verhältnis der Lichtstärken und der Vergleich mit einem Schwellwert werden in bekannter Weise mit einer elektro­ nischen Vorrichtung durchgeführt.

Außerdem ist es mit Hilfe einer Logikvorrichtung mög­ lich, je nach Ergebnis ein positives, negatives, Zwischen- oder Fehlersignal zu erarbeiten. Dieses Signal wird automatisch mit Hilfe eines kleinen Druckers ausgedruckt oder in einen Rechner eingegeben oder auf irgendein anderes Auswertungsmittel über­ tragen.

Die opto-elektrische Vorrichtung 26, 27 dient zur Synchronisation, damit eine Messung erst dann berücksichtigt wird, wenn eine Markierung 24 den Lichtstrahl 28 unterbricht, da die Antriebsvorrichtung für die Platte 1 diese kontinuierlich weiterschiebt.

Es ist vorteilhaft, die beiden schräg liegenden Photo­ dioden wie beispielsweise 11 und 12 senkrecht zur maximalen Streurichtung der Kunststoffplatte 1 auszurichten, denn diese Platte, die durch Heißprägen einer meistens durch Ziehen oder Walzen erhaltenen Folie hergestellt wird, besitzt fast stets eine bevorzugte optische Streurichtung.

Andererseits werden durch die Verwendung zweier schräg liegender Photodioden 11 und 12, deren Signale kombiniert werden, die Folgen eines eventuellen kleinen Synchronisations- oder Zentrierfehlers verringert.

Fig. 3 zeigt ein elektrisches Prinzipschaltbild, in dem die Zeilen 10 einerseits und 11 und 12 andererseits über Verbindungen a und b an Verstärker 30, 31 angeschlossen sind, deren Verstärkungsfaktor zum Ausgleich der den Zellen eigenen Empfindlichkeitsunterschiede verstellbar ist. Ein Schaltkreis 32 bekannter Art liefert ein analoges Signal, das dem Verhältnis der von den Verstärkern 30 und 31 gelieferten Signale propor­ tional ist. Ein für die anfängliche Feineinstellung des Geräts verstellbarer Schwellkreis 33 liefert ein logisches Signal, dessen Wert angibt, ob das vom Schaltkreis 32 gelieferte Signal größer oder kleiner als ein vorgegebener Wert ist.

Die Zelle 27 ist über eine Verbindung C mit einer Schwellwertvorrichtung 35 verbunden, die ein logisches Signal liefert, wenn die Vertiefungen 4 unter den Lichtbündeln 16, 17 zentriert sind. Das Ausgangssignal dieses Schaltkreises 35 steuert das Einspeichern des Ausgangssignals des Schwellwert­ kreises 33 in einem Speicher 34 und löst dann die Ausgangs­ vorrichtung 36 aus, bei der es sich je nach Einzelfall um einen Drucker, einen Rechner, eine Fernübertragungsvorrichtung oder ein anderes Organ handeln kann.

Bei Verwendung zweier Vertiefungsreihen 2, 3, wie in Fig. 1 dargestellt, die Antibiotika in verschiedenen Kon­ zentrationen enthalten, werden die Meßketten verdoppelt und an einen hier nicht dargestellten Schaltkreis angeschlossen, der entweder zwischen den Schaltkreisen 33 und 34 oder zwischen den Schaltkreisen 34 und 36 liegt und an die Ausgangsvorrichtung 36 ein Signal liefert, das von den beiden von den beiden Ketten gelieferten logischen Signalen abhängig ist. Alternativ kann diese Funktion auch von der Ausgangsvorrichtung 36 vorgenommen werden.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Messen der Wirksamkeit von Antibiotika mittels photoelektrischer Trübungsmessung, mit einer durch­ sichtigen Kunststoffplatte, die mindestens eine Reihe von Vertiefungen zur Aufnahme je einer Bakterienkultur aufweist, wobei auf jede Vertiefung ein anderes Antibiotikum angewandt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung Mittel zur Erzeugung eines senkrecht zur Oberfläche (14) des Vertiefungs­ inhalts verlaufenden parallelen Lichtbündels (16, 17) auf­ weist, dessen Querschnitt in etwa gleich der Bodenfläche der Vertiefung (4) ist und das die Seitenwandung (19) dieser Ver­ tiefung nicht berührt, einen Photodiodenhalter (6), der in bezug auf die Mittel zur Erzeugung des Lichtbündels auf der anderen Seite der durchsichtigen Platte (1) liegt und mit zwei Photodioden (10, 11) so bestückt ist, daß in ihnen die Lichtstärke des Lichtstrahls nach Durchlaufen der Vertiefungen in zwei verschiedenen Richtungen gemessen wird, von denen die erste Richtung in axialer Flucht des zentralen Lichtstrahls des einfallenden Lichtbündels verläuft, während die zweite Richtung schräg dazu verläuft, ferner Mittel (22, 23), mit denen die Platte (1) gehalten und in bezug auf das Lichtbündel verschoben wird, Synchronisiermittel (26, 27), mit denen das Messen der Lichtintensitäten jedesmal dann erfolgt, wenn der Mittelpunkt der Vertiefung (4) mit der Mitte des Lichtbündels zusammenfällt, sowie Mittel (30, 31, 32, 33), mit denen das Verhältnis der beiden Lichtstärken errechnet wird und die eine Schwellwertvorrichtung (35) aufweisen, die Ausgangsmit­ teln (34, 36) zugeordnet ist, die für jede Vertiefung (4) eine Information liefert, die je nachdem, ob der Schwellwert erreicht ist oder nicht, unterschiedlich ist und die Wirksam­ keit bzw. Wirkungslosigkeit des entsprechenden Antibiotikums angibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei in bezug auf den zentralen Lichtstrahl symmetrisch an­ geordnete Photodioden (11, 12) zur Messung in der zweiten Richtung vorgesehen sind, deren Ausgangssignale miteinander kombiniert werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden schräg liegenden Photodioden (11, 12) senkrecht zur Richtung maximaler Eigenlichtstreuung des Vertiefungsbo­ dens ausgerichtet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisiermittel eine opto-elek­ trische Vorrichtung (26, 27) umfassen, die mit dem Mittelpunkt jeder Vertiefung zugeordneten lichtundurchlässigen Markierun­ gen (24) auf der Platte (1) zusammenwirkt.