DE3833064A1 - Leseeinheit fuer eine mikrotestplatte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Lesegerät für eine mit einer Vielzahl von Vertiefungen versehenen Mikrotestplatte, mit einer Transporteinrichtung zur Verschiebung der Mikrotestplatte, bei der eine Vertiefung der Mikrotestplatte von einem Lichtstrahl durchsetzt wird, welche aus einer Lichteinheit austritt und nach dem Durchtritt durch die Vertiefung der Mikrotestplatte in einer Detektoreinheit erfaßt wird, und bei der ein in einem Detektor der Detektoreinheit auftretender Impuls an eine Steuer- und Auswerteeinheit gelangt und zur Anzeige gebracht wird.

Derartige Lesegeräte sind bekannt. Die verwendeten Mikrotestplatten sind unter den Warenzeichen "Mikrotiter"-Platten oder "Micro-Elisa"-Platten bekannt.

Dies sind Platten, in die eine Konfiguration von Vertiefungen (z.B. 12 Spalten a 8 Vertiefungen) eingebracht ist, die wie verkleinerte Reagenzröhrchen zur Durchführung von Tests dienen. Gemessen wird dabei die Lichtabsorbtion bei einer bestimmten Wellenlänge durch die Vertiefungen der Platte hindurch. Man kann auch die Differenz der Messung bei zwei verschiedenen Wellenlängen messen. Man mißt dann nacheinander unter Zwischenschaltung zweier verschiedener Filter. Die Vertiefungen können dabei mit einer Testflüssigkeit gefüllt sein. Die Probe kann aber auch mit oder ohne Flüssigkeit in fester Form, z.B. Agglutinat, oder gebunden an die Wände und den Boden der Vertiefungen vorliegen. Die Hauptanwendungsgebiete der so benutzen Mikrotestplatten sind: Teste der klinischen Chemie, Haemagglutinatsteste, Haemagglutinat-Hemm-Teste, Komplement-Fixationsteste sowie ELISA (Enzym Linked Immuno Sorbent Assay)-Teste.

Bei den bekannten Lesegeräten wird die Mikrotestplatte von einer Transportvorrichtung gleichförmig verschoben und unter oder über einer Lichteinheit, welche orthogonal zur Bewegungsrichtung der Mikrotestplatte angeordnet ist, derart positioniert, daß jede Vertiefung einer Spalte der Mikrotestplatte gleichzeitig von je einem Lichtstrahl der Lichteinheit durchsetzt wird. Jeder Lichtstrahl wird nach dem Passieren der zugeordneten Vertiefung von einem separaten Detektor der ebenfalls orthogonal zur Bewegungsrichtung der Mikrotestplatte angeordneten Detektoreinheit erfaßt. Die der Extinktion entsprechenden elektrischen Impulse gelangen an einen Multiplexer, der jeweils einen Impuls an eine Auswertevorrichtung leitet. Auf diese Weise werden sequentiell alle einzelnen Meßsignale einer Spalte der Mikrotestplatte abgearbeitet. Die Geschwindigkeit des Plattenvorschubes muß auf die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Auswertevorrichtung derart abgestimmt sein, daß eine entsprechende Anzahl von Meßsignalen während der Durchgangszeit einer Spalte der Mikrotestplatte zwischen der aus der Licht- und Detektoreinheit gebildete Leseeinheit verarbeitet werden kann.

Diese bekannten Lesegeräte besitzen den Nachteil, daß die nächste Spalte der Mikrotestplatte erst in ihre Lesestellung gebracht werden muß, bevor die Messung der Extinktion der Vertiefungen dieser Spalte durchgeführt werden kann. Es tritt daher eine transportbedingte Totzeit auf, in der keine Meßsignale registriert und verarbeitet werden können. Die daraus resultierende diskontinuierliche Signalfolge verlängert die Lesezeit einer Mikrotestplatte beträchtlich. Die transportbedingte Totzeit kann je nach Plattengeometrie und der geforderten Meßmethode bis zu 50% der Gesamtlesezeit ausmachen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Lesegerät der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß eine Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeit und eine Reduzierung der transportbedingten Totzeit der Auswertevorrichtung und damit eine Verkleinerung der Lesezeit einer Mikrotestplatte erreicht wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die aus der Lichteinheit und der zugeordneten Detektoreinheit gebildete Leseeinheit zur Bewegungsrichtung der Mikrotestplatte schräggestellt angeordnet ist.

Das erfindungsgemäße Gerät besitzt gegenüber den bekannten Lesegeräten mit einer orthogonal zur Bewegungsrichtung angeordneten Leseeinheit den Vorteil, daß eine verbesserte zeitliche Abfolge der Meßsignale erreicht wird. Die erfindungsgemäße Anordnung der Leseeinheit bewirkt eine beträchtliche Verminderung der Gesamtlesezeit aller Vertiefungen einer Mikrotestplatte durch eine höhere Vorschubgeschwindigkeit der Mikrotestplatte und eine fast vollständige Elimination der transportbedingten Totzeit der Auswertevorrichtung. Die einzelnen Vertiefungen einer Spalte erreichen zeitlich gestaffelt ihre Leseposition. Der von der Mikrotestplatte während der Messung einer Spalte zurückgelegte Weg wird durch schräggestellte Anordnung der Leseeinheit vergrößert, der von der Auswertevorrichtung zur Abarbeitung aller Meßsignale einer Spalte benötigte Zeitraum bleibt gleich, wodurch eine schnellere Vorwärtsbewegung der Mikrotestplatte ermöglicht wird. Die Messung der ersten Vertiefung der folgenden Spalte schließt unmittelbar an die Auswertung der letzten Vertiefung der vorigen Spalte an. Die Auswertevorrichtung kann die entsprechende Meßsignale kontinuierlich abarbeiten. Die schnellere Vorschubgeschwindigkeit und der hohe Auslastungsgrad der Auswertevorrichtung verkürzen die Lesezeit einer Mikrotestplatte beträchtlich. Während bekannte Lesegeräte der eingangs genannten Art für eine monochrome Messung aller Vertiefungen einer Mikrotestplatte unter Verwendung eines mittleren Personal Computers als Auswerteeinrichtung eine Lesezeit von 5-10 Sekunden benötigen, ermöglicht es das erfindungsgemäße Gerät, mit derselben rechnerischen Ausstellung dieselbe Messung und Auswertung in ca. 2 Sekunden auszuführen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der das erfindungsgemäße Gerät anhand der in der einzigen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert ist.

Das Lesegerät nach Fig. 1 dient zur Messung der Absorbtion eines Lichtstrahles 100 in den Vertiefungen einer Mikrotestplatte 1. Die Mikrotestplatte 1 weist eine genau bestimmte Plattenkonfiguration auf. Zum Beispiel können gemäß einer gebräuchlichen Handelsform zwölf Spalten 20 a bis 20 l mit je acht Vertiefungen 2 a bis 2 h vorgesehen sein. Die Mikrotestplatte 1′ befindet sich in ihrer Vorbereitungstellung. Die Mikrotestplatte 1 wird von der Transporteinrichtung, welche im wesentlichen durch die Stelleinrichtung 53 und durch Schienen 3 oder dgl. gebildet wird, in ihre Lesestellung bewegt. Die Stelleinrichtung 53 wird über die Leitung 52 von der Steuer- und Auswerteeinheit 45 gesteuert.

An einer unteren Platte 5 ist an der der Mikrotestplatte 1 zugewandten Seite eine Lichteinheit 6 mit Linsen 8, welche zu der Bewegungsrichtung 150 der Mikrotestplatte 1 um den Winkel geneigt angeordnet ist. Der Winkel α beträgt z.B. 85°, d.h. die Leseeinheit ist gegenüber einer Senkrechten zur Bewegungsrichtung 150 der Mikrotestplatte um 5° schräggestellt. Zur Verdeutlichung ist die Senkrechte zur Bewegungsrichtung 150 strichpunktiert eingezeichnet. Die Schrägstellung ist derart festgelegt, daß der aus der Linse 8 a austretende Lichtstrahl 100 a in dem Zeitpunkt die Vertiefung 2 a der Spalte 20 b erreicht, indem der aus der Linse 8 h austretende Lichststrahl 100 h die Vertiefung 2 h der Spalte 20 a verläßt.

Den Linsen 8 der Lichteinheit 6 werden von Lichtleitern 10 die Lichtstrahlen 100 der Lichtquelle 11 zugeführt. Die über die weitere Leitung 32 von der Steuer- und Auswerteeinheit 45 geregelten Lichtquelle 11 besteht vorzugsweise aus einer Lampe 31, einem die Infrarotstrahlung der Lampe 31 absorbierenden Schutzglas 33, einer aspherischen Linse 34, einem Filterschieber 35 mit auswechselbaren Filtern 36 zur Selektion der gewünschten Wellenlänge der Lichtstrahlen 100, und einem Lochscheibenunterbrecher 37 zur Zerhackung des Lichtstrahles 100. Die Zerhackung dient zum Nullsetzen der Auswertevorrichtung und zum Streulichtabgleich. Die Linsen 8 fokussieren, die Lichtstrahlen 100 der Lichtquelle 11 vor dem Eintritt in die Vertiefungen 2 und können ggf. durch eine entsprechende linsenartige Formgebung der Lichtleiterenden 10′ ersetzt werden.

Auf einer oberen Platte 4 ist eine um denselben Winkel α zur Bewegungsrichtung 150 der Mikrotestplatte 1 schräggestellte Detektoreinheit 7 mit den Detektoren 9 derart angeordnet, daß jeder Detektor 9 über einer entsprechenden Linse 8 liegt. Die Zahl der Linsen 8 und der Detektoren 9 entspricht der Zahl der Vertiefungen 2 einer Spalte 20 der Mikrotestplatte 1. Jeder aus einer Vertiefung 2 austretende Lichtstrahl 100 wird in dem entsprechenden Detektor 9 der Detektoreinheit 7 registiert. Die den optischen Signalen entsprechenden elektrischen Impulse werden über die Signalleitungen 41 an einem Multiplexer 42 gebracht, der jeweils ein Signal an einen Analog-Digital-Konverter 43 durchschaltet, welches in der Steuer- und Auswerteeinheit 45 in einer dem Fachmann bekannten Art und Weise weiterverarbeitet wird. Die Meßergebnisse können auf einem Monitor 61 abgelesen, auf einem Drucker 60 ausgegeben oder an einen Computer 62 weitergeleitet werden.

Die Lichteinheit 6 weist eine weitere Linse 18 auf, der über einem weiteren Lichtleiter 12 ein Lichtstrahl 110 zugeführt wird. Die weitere Linse 18 kann ebenfalls durch eine entsprechende linsenartige Formgebung des weiteren Lichtleiterendes 12′ ersetzt werden. Der Lichtstrahl 110 verläuft zwischen den Platten 4 und 5 außerhalb der Mikrotestplatte 1 und wird in einem weiteren Detektor 19 der Detektoreinheit 7 registriert. Das vom weiteren Detektor 19 gelieferte elektrische Signal wird über die weitere Signalleitung 44 an die Steuer- und Auswerteeinheit 45 geführt und ermöglicht eine ständige Überwachung und Kalibration der Lichtquelle 11.

Die Anordnung der Leseeinheit wird anhand der Meßprozedur näher erläuert. Die Mikrotestplatte 1 wird kontinuierlich oder in diskreten Schritten von der Transporteinrichtung 3 in Richtung der Leseeinheit verschoben. Die schräggestellte Anordnung der Leseeinheit bewirkt, daß die Vertiefung 2 a der Spalte 20 a als erstes ihre Leseposition erreicht. Der Lichtstrahl 100 a tritt durch die Vertiefung 2 a hindurch, wird im Detektor 9 a registriert und in einen elektrischen Impuls umgewandelt. Dieser gelangt über die Signalleitung 41 zum Multiplexer 42 und wird direkt an die Steuer- und Auswertevorrichtung 45 weitergegeben.

Zur Erhöhung der Meßgenauigkeit oder für besondere Anwendungsfälle kann eine mehrmalige Ausmessung der Vertiefung 2 a der Spalte 20 a vorgesehen sein.

Die Vertiefung 2 b der Spalte 20 a hat während des Auswertevorganges der Vertiefung 2 a ihre Leseposition erreicht und die von Detektor 9 b abgegebenen Impulse liegen bereits am Multiplexer 42 an. Unmittelbar nach dem Abschluß der Auswertung der Meßsignale der Vertiefung 2 a schaltet der Multiplexer 42 die entsprechenden Impulse des Detektors 9 b auf die Steuer- und Auswertevorrichtung 45 durch. Die weitere Auswertung der Vertiefung 2 b erfolgt analog wie bei der Vertiefung 2 a. Auf diese Weise werden sequentiell alle weiteren Vertiefungen 2 c bis 2 h der Spalte 20 a abgearbeitet.

Der von der Leseeinheit und der Bewegungsrichtung 150 der Mikrotestplatte 1 eingeschlossene Winkel α ist derart festgelegt, daß die Vertiefung 2 a der Spalte 20 b ihre Lesestellung in dem Zeitpunkt erreicht, in dem der Lichtstrahl 100 h die Vertiefung 2 h der Spalte 20 a verläßt. Dadurch kann dir Steuer- und Auswertevorrichtung 45 die Bearbeitung der Meßsignale der Vertiefung 2 a der Spalte 20 b unmittelbar nach der Bearbeitung der entsprechenden Signale der Vertiefung 2 h der Spalte 20 a beginnen.

Die Spalte 20 b und die weiteren Spalten 20 c bis 20 l der Mikrotestplatte 1 werden analog abgearbeitet.

Es ist auch möglich, die Detektoren 9 der Detektoreinheit 7 und dementsprechend die Linsen 8 der Lichteinheit 6 derart anzuordnen, daß anstelle einer der Spalten 20 a bis 20 l mindestens eine der Reihen 21 a bis 21 h oder eine Gruppe von Vertiefungen 2 a-2 h der Mikrotestplatte 1 von den Lichtstrahlen 100 der Lichteinheit 6 erfaßt werden. Die Detektoren 9 und die Linsen 8 können z.B. einzeln oder in Gruppen gegeneinander versetzt in der Detektoreinheit 7 und in der Lichteinheit 6 angeordnet sein, wobei ein sequentielles, zeitlich gestaffeltes Auftreten der von der Detektoreinheit 7 gelieferten Meßsignale am Multiplexer 42 gewährleistet sein muß.

An Stelle der Lichtleiter 10 können auch Prismenanordnungen dazu dienen, einzelne Lichtstrahlen aus einer Lichtquelle 31 zu gewinnen und durch die einzelnen Vertiefungen hindurchzuführen.

Claims (7)

1. Lesegerät für eine mit einer Vielzahl von Vertiefungen (2) versehenen Mikrotestplatte (1), mit einer Transporteinrichtung zur Verschiebung der Mikrotestplatte (1), bei der eine Vertiefung (2 a-2 h) der Mikrotestplatte (1) von einem Lichtstrahl (100) durchsetzt wird, welcher aus einer Lichteinheit (6) austritt und nach dem Durchtritt durch eine Vertiefung (2) der Mikrotestplatte (1) in einer Detektoreinheit (7) erfaßt wird, und bei der ein in einem Detektor (9) der Detektoreinheit (7) auftretender Impuls an eine Steuer- und Auswerteeinheit (45) gelangt und zur Anzeige gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Lichteinheit (6) und der Detektoreinheit (7) gebildete Leseeinheit zur Bewegungsrichtung (150) der Mikrotestplatte (1) schräggestellt angeordnet ist.

2. Lesegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Linsen (8) der Lichteinheit (6) und die Zahl der Detektoren (9) der Detektoreinheit (7) gleich der Zahl einer Gruppe von Vertiefungen (2 a-2 h) der Mikrotestplatte (1) ist und die Längsausrichtung von Lichteinheit (6) und Detektoreinheit (7) gegenüber der Längsausrichtung der Vertiefungen (2 a-2 h) der Mikrotestplatte derart schräggestellt ist, daß der in Bewegungsrichtung (150) der Mikrotestplatte (1) zuerst eine Vertiefung (2 a) der Gruppe von Vertiefungen (2 a-2 h) erreichende Lichtstrahl (100 a) der Lichteinheit (6) diese Vertiefung (2 a) in dem Zeitpunkt erreicht, in dem der zuletzt eine Vertiefung (2 h) einer Gruppe von Vertiefungen (2 a-2 h) erreichende Lichtstrahl die zugeordnete Vertiefung (2 h) der in Bewegungsrichtung (150) vorher angeordneten Gruppe von Vertiefungen (2 a-2 h) verläßt.

3. Lesegerät nach Anspruch 2, bei der eine an sich bekannte Mikrotestplatte (1) verwendet wird, bei der die Vertiefungen (2) in Reihen und Spalten angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichteinheit (6) und die Detektoreinheit (7) gegenüber der Richtung der Spalte (2 a-2 h) schräggestellt sind.

4. Lesegerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Linse (8) der Lichteinheit (6) ein Lichtstrahl (100) der Lichtquelle (11) über einen Lichtleiter (10) zugeführt wird.

5. Lesegerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichteinheit (6) eine weitere Linse (18) enthält, der über einen weiteren Lichtleiter (12) von der Lichtquelle (11) ein weiterer Lichtstrahl (110) geführt wird, und daß der Lichtstrahl (110) zwischen Lichteinheit (6) und Detektoreinheit (7) außerhalb der Mikrotestplatte (1) verläuft, und daß dieser Lichtstrahl (110) in einem weiteren Detektor (19) der Detektoreinheit (7) registriert wird.

6. Lesegerät nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen (8) und die weitere Linse (18) durch eine entsprechende linsenartige Formgebung der Lichtleiterenden (10′) und (12′) ersetzt werden.

7. Lesegerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachung und Kalibration der Lichtquelle (11) von der Steuer- und Auswerteinheit (45) entsprechend der im weiteren Detektor (19) der Detektoreinheit (7) auftretenden lmpulse, welche über die Signalleitung (44) an die Steuer­ und Auswertevorrichtung (45) gelangen, durchgeführt wird.