+

WO2007135091A2 - Module for reading from a biochip - Google Patents

Module for reading from a biochip Download PDF

Info

Publication number
WO2007135091A2
WO2007135091A2 PCT/EP2007/054823 EP2007054823W WO2007135091A2 WO 2007135091 A2 WO2007135091 A2 WO 2007135091A2 EP 2007054823 W EP2007054823 W EP 2007054823W WO 2007135091 A2 WO2007135091 A2 WO 2007135091A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
biochip
module according
dichroic mirror
camera
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/054823
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
WO2007135091A3 (en
Inventor
Reiner Spolaczyk
Jürgen Bauer
Original Assignee
Zenteris Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zenteris Gmbh filed Critical Zenteris Gmbh
Publication of WO2007135091A2 publication Critical patent/WO2007135091A2/en
Publication of WO2007135091A3 publication Critical patent/WO2007135091A3/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/6452—Individual samples arranged in a regular 2D-array, e.g. multiwell plates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/6456—Spatial resolved fluorescence measurements; Imaging

Definitions

  • the invention relates to a module for reading a biochip.
  • a biochip has a generally planar substrate with different capture molecules, which are arranged on predetermined on the surface of the substrate points, the spots.
  • a labeled with a marker substance reacts with certain capture molecules according to the key-lock principle.
  • the capture molecules are DNA sequences (see, e.g., EP 373 203 B1) or proteins.
  • Such biochips are also called arrays or DNA arrays.
  • the labels are often fluorescent markers.
  • An optical reader captures the fluorescence intensity of the individual spots. This intensity correlates with the number of labeled probe molecules immobilized with the capture molecules.
  • Fluorescence is a faint process.
  • the intensity of the fluorescence radiation depends on the number of dye molecules bound on the spot, on the type of dyes, on the wavelength of the illumination ⁇ E and on the illumination intensity I. If a planar detector is used, eg a camera chip with R x C pixels, then the entire biochip with the fluorescent spots is imaged on the camera chip.
  • DE 102 15 319 A1 discloses a device for illuminating such a biochip.
  • This device has an array of LEDs as a light source.
  • An optical system consisting of two converging lenses and a semi-transparent mirror directs this
  • a sample plate which may be a biochip.
  • Sample plate contains fluorescent markers, which are excited by the light and
  • Emitting fluorescent light of a different wavelength than the light of the light source This fluorescent light passes through the semitransparent mirror and is detected and evaluated by a CCD camera arranged behind it. Instead of a
  • Arrays of light-emitting diodes can also be used for a large-area OLED light-emitting diode.
  • the sample plate is evenly illuminated, with light from adjacent LEDs is superimposed due to the aperture-related opening angle.
  • Devices for reading biochips usually use a microlens array in order to be able to focus the light of the light source on each individual spot of the biochip.
  • Corresponding readers are known from EP 1 223 421 A2, EP 1 283 416 A2, WO 01/0112 A1 and DE 197 48 211 A1.
  • the advantage of these devices is that in each spot a high light intensity is achieved because the light is focused locally on the spots.
  • the disadvantage is that the biochip must be aligned very accurately with respect to the light source and the optical elements, so that correct illumination takes place.
  • Such readers for biochips are very well suited for laboratory applications because of their high light intensity at each spot.
  • micro-lens array for a module for reading a biochip, which is to be designed to be portable and to serve at any location for fast, easy and reliable readout of the fluorescence signals of a biochip, due to the high adjustment requirements less suitable.
  • a microlens array requires a specific spot arrangement on the biochip. It is not possible to use biochips in which the spots are arranged with a different grid.
  • the arrayWoRx biochip reader by Applied Precision is known.
  • the light of a halogen lamp is coupled into several optical fibers.
  • the design of a fiber ring with this fiber bundle a homogeneous illumination of a small (1, 4mm 2 ) surface can be done. Since the entire biochip is larger than the illuminated area, after the biochip has been mechanically positioned, a partial image is taken with a CCD camera. The individual images are later assembled into a complete picture.
  • a filter wheel separates the fluorescence wavelength.
  • the disadvantage of this method and arrangement is in particular in the bulky halogen lamp with a short life. In addition, it has to do with an elaborate mechanical movement system and the subsequent composition of the images.
  • Cepheid's GeneXpert and Smart Cycler detect biological molecules in a disposable tube. These devices use multiple LEDs (max 4 LEDs) for multispectral excitation.
  • the LED radiation should not be homogeneously displayed on a surface, but should illuminate a volume (disposable tube).
  • optical reflectors are mounted opposite the LED which make a certain optical mixing in the volume.
  • the detectors used are photodiodes with corresponding upstream bandpass filters. These do not detect a fluorescence image but evaluate the whole sample volume in terms of fluorescence. This is also the decisive disadvantage of this method. In the sample volume, only a single type of molecule can be detected. A quadrupling can be achieved if the four color channels detect different biomolecules.
  • laser diodes are used. These are available in a wide frequency spectrum, have a high optical performance, are small, inexpensive and develop little heat.
  • a high optical power density can be generated on small areas.
  • the homogeneous illumination of a biochip is difficult to achieve with lasers.
  • Lasers have a Gaussian or Gaussian radiation characteristic, so that the illumination also has a Gaussian profile (Fig.8). If only the portion with a homogeneity of 5% is cut out of the Gaussian profile, then only 20% of the total intensity is used for illumination.
  • To transform the Gaussian profile into a homogeneous distribution complex optical beam transformations with beam transducers are necessary. These mostly diffractive beam transducers have to be specially adapted to the laser design.
  • an elliptical beam profile is added to make it more difficult to use multi-stage beamformers.
  • illumination of lasers often interferes with the coherence of the laser source with reflections on glass surfaces, resulting in interference phenomena and "speckle" noise in the illumination of the object with the help of optical fibers.
  • US Pat. No. 6,620,623 B1 discloses a homogeneous illumination of a biochip with laterally attached fiber arrays.
  • the light from a light source (LED or laser) is coupled into fiber bundles.
  • the ends of the fibers are arranged in a lens array.
  • This fiber array is attached to the side surface of the biochip. After a very short optical path in the biochip, a good mixing and thus a good homogenization of the illumination takes place.
  • the disadvantages are, in particular, that the adjustment of the biochip to be inserted into the fiber array is very complicated. In addition, the outsides of the biochip must be freely accessible.
  • an illumination with an LED matrix and a microlens array is known.
  • An LED matrix consisting of NM single LED is used to illuminate NM spots on the biochip.
  • the radiation of the LEDs is controlled by a lens Senarrays, consisting of NM single lenses imaged on the biochip.
  • the fluorescent light emanating from the NM spots is imaged onto a detector (PMT, APD, pin-PD) with a second lens array consisting of NM single lenses.
  • the LEDs are controlled serially: LED1 on spot 1, then LED2 on spot 2, .... etc.
  • the detector detects the temporal intensity curve l (t) and a computer assigns the intensities to the spots, which is why no real picture of the spot made and there is only one overall intensity of the spot.
  • Object of the present invention is to provide a robust, compact, durable and cost-effective module for reading biochips on which are fluorescent spots with biological information, which is suitable for use outside a laboratory and still allows reliable reading of the biochip ,
  • the module according to the invention for reading out a biochip on which fluorescent spots with biological information are located comprises: - a light source as a single point emitting light emitting diode, an optical illumination channel is directed in the light emitted by the light emitting diode by means of one or more optical imaging elements on the biochip, to evenly illuminate the biochip in a predetermined range, - an optical readout channel with which the fluorescent light of the spots from the biochip is imaged onto a camera by means of one or more optical imaging elements, a dichroic mirror for separating the optical illumination channel from the optical readout channel, - a filter for Spectral selecting the light of the light emitting diode in the optical illumination channel, a filter for spectrally separating the fluorescent light to be detected in the readout channel of the excitation light, and a diaphragm in the readout channel in the range between n the dichroic mirror and the camera to minimize the optical aberrations.
  • optical imaging elements are provided for the uniform illumination of a predetermined region of the biochip. hereby
  • the module differs from most known diode-equipped biochip readers because most of the time the light is locally focused on the individual spots to obtain maximum light intensity. Since a portion of the biochip is uniformly illuminated in the invention, the requirement for biochip adjustment is low, so that the module can be easily and reliably used for any location and is not limited to a laboratory application. In addition, biochips can be used with any spot arrangements.
  • a single approximately punctiform radiating LED is provided.
  • a plurality of light-emitting diodes or large-area light-emitting diodes are always used in order to achieve a high light intensity of the excitation light.
  • Such a reading device is e.g. from the above-mentioned DE 102 15 319 A1.
  • the restriction to a single point emitting LED seems to run counter to the requirement of high intensity illumination of a biochip reader and is contrary to current practice.
  • NA numerical apertures
  • the module is a portable assembly in which the light emitting diode, all optical imaging elements, the dichroic mirror and the camera are arranged stationary.
  • the optimal setting of the optics for illuminating the biochip and for imaging the fluorescent light is fixed on the camera and anywhere a biochip can be reliably read, the results are always traceable and comparable, since there is always an identical illumination.
  • FIG. 5 the illumination of a biochip with the module according to the invention
  • FIG. 6 LED emission characteristics
  • Fig. 7 shows an inventive module with 2-lens systems
  • Fig. 8 the Gaussian profile of a laser.
  • An inventive module (FIG. 2) for reading out a biochip 6 comprises: an LED 1 with molded plastic optics (preferably Lambert LED) - an LED optic 2 an illumination optics 5 an excitation filter 3 - a dichroic mirror 4 a NA 7, an emission filter 8, a readout optics 9, a camera 10
  • High-performance light-emitting diodes are light-emitting diodes with a luminous flux of at least Preferably, light-emitting diodes with a luminous flux of at least 40 Im, at least 50 Im or at least 100 Im are used. In the present embodiment, the light emitting diode Luxeon Star (red, 1 W electrical power consumption, 42 in the luminous flux) is used. Light-emitting diodes with a luminous flux of about 100 Im have an electrical power consumption of about 3 W. Light-emitting diodes with a luminous flux of 200 Im are in trial and have an electrical power consumption of about 5 W.
  • the light-emitting diodes used in the invention radiate about punctiform. This is understood to be light-emitting diodes whose emission area is not greater than 1 mm ⁇ 1 mm. Preferably, the emission area is not larger than 0.5 mm ⁇ 0.5 mm. The smaller the emission area, the better the light can be concentrated and the individual light beams of the light beam can be aligned parallel to one another.
  • the emission characteristic of an LED is not designed for homogeneous illumination of a surface.
  • the problem is therefore the realization of a homogeneous illumination of a biochip with an LED.
  • the illuminated area should be about 3x3mm 2 and it should be achieved an irradiance of about> 0.2 mW / mm 2 .
  • the LED optic 2 is intended to "collect” as much light as possible from the radiation of the LED, whereby lenses with a NA> 0.5 are preferably provided.
  • the LED optic 2 may be formed from a single or several lenses.
  • the light emitting diode 1 is located at the focal point of the LED optics 2, so that the light beam emitted by the light emitting diode 1 is focused on the excitation filter 3 and the dichroic mirror 4, wherein the light beams of the light beam are approximately parallel.
  • a high filter efficiency is achieved both at the excitation filter 3 and at the dichroic mirror 4, since the filter effect at the excitation filter as well as the reflectivity at the dichroic mirror 4 depend on the angle of incidence, which is approximately constant over the entire light beam. If rays do not impinge on the excitation filter 3 perpendicularly, also rays with a longer wavelength than the cut-off wavelength will pass the filter.
  • the LED optic 2 has a lens with an annular lens frame (not shown).
  • the lens frame acts as an optical aperture, which is imaged onto the biochip with the illumination optics 5 arranged between the biochip 6 and the dichroic mirror 4 (FIG. 3).
  • This image of the lens frame on the biochip is slightly defocused, so that impurities or surface defects of the lens are not exactly imaged on the biochip and inhomogeneities are caused accordingly.
  • a further advantage of the defocusing is that the tolerances for the arrangement of the light-emitting diode 1 and the illumination optical unit 5 for optical devices is relatively large (a few 0.1 mm). This makes the adjustment of these elements very easy.
  • Fig. 6 illustrates the LED emission characteristic for Lambert and Batwing LED.
  • An advantage of a LED for illuminating biochips lies in the variability of the wavelength. LEDs are available throughout the visible spectrum with high efficiency.
  • a spectrally well adapted LED can be used as the light source.
  • a spectrally well adapted LED can be used as the light source.
  • LEDs are small, compact with high efficiency and have a long life.
  • the company Lumileds z. B. offers a range of LEDs of different types, powers and spectral ranges.
  • the camera 10 has a flat CCD element as a detector, so that a rectangular, in particular square image can be detected.
  • the camera is designed to allow exposure times of up to 20 seconds. Usually, the maximum exposure time of such cameras is limited to a few seconds. Typically, the camera is exposed for 5 to 10 seconds to capture the image of the biochip. The longer the exposure time, the weaker fluorescence signals can be detected. The strength of the fluorescence signals depends strongly on the number of PCR cycles performed on the biochip. A single PCR cycle takes about one to several minutes.
  • 5 shows the biochip illumination obtained with the module according to the invention with a LED with Lambert characteristic in cross-section. Over a length of slightly more than 4 mm, the intensity of the illumination is approximately constant. Hereby square surfaces with an edge length of about 3 mm can be evenly illuminated. The intensity fluctuations amount to only ⁇ 2%.
  • the illumination optics 2, 5 are separated from the readout optics 5, 9 by the dichroic mirror (FIG. 2).
  • the illumination optics is, as explained above, formed with a large numerical aperture.
  • the readout diaphragm 7 is arranged in the beam path of the readout optics 5, 9 (FIG. 4). This aperture reduces the numerical aperture of the readout optics, thereby achieving a high contrast image with minimal aberrations of the spots of the biochip on the camera 10.
  • the numerical aperture of the readout channel should not be greater than 0.25, and preferably not greater than 0.15.
  • Fig. 7 shows a further embodiment of the module according to the invention.
  • the LED optics 2 (2a, 2b), the illumination optics 5 (5a, 5b) and the readout optics 9 (9a, 9b) each comprise two lenses.
  • the readout optics are formed with four simple and inexpensive plano-convex lenses 5a, 5b and 9a, 9b (FIG. 6).
  • the lenses 5a, 5b and 9a, 9b are plano-convex and with the arched sides arranged to each other. Best form lenses show similar results.
  • 16 ⁇ m structures can be imaged with a NA ⁇ 0.15 with a contrast ratio> 0.6.
  • the NA of the readout optics can be selected smaller (eg ⁇ 0.10).
  • a small numerical aperture in the readout channel reduces optical aberrations. However, it also reduces the intensity of fluorescence radiation (I ⁇ NA 2 ).
  • I ⁇ NA 2 the intensity of fluorescence radiation
  • a correspondingly small numerical aperture is necessary. With a spot size of 16 ⁇ m x 16 ⁇ m, a numerical aperture of 0.11 makes sense. Spots with a size of 64 ⁇ m x 64 ⁇ m can be detected with high reliability with a numerical aperture of 0.2. There must always be a compromise between the illuminance and the contrast of the spot image on the detector. The illuminance depends on the light intensity of the LED, the numerical aperture and the exposure time.
  • the LED optics 2 has a lens 2b with the focal length f 2 and the diameter D 2 , which has a favorable influence on the emission characteristic of the LED and a lens 2a.
  • the illumination optics 5 and the lens 2a form the lens 2b with its holder in the bio - chip level off with a slight defocus.
  • the LED optic 2 illuminates in combination with the illumination optics 5 with the focal length f 5, the LED radiation homogeneously on the biochip.
  • the choice of the focal lengths f 2 and fs determines the magnification A for the illuminated area on the biochip.
  • the illumination optics 5, together with the readout optics 9, emit the fluorescent spots of the biochip onto the CCD camera. It turns out that the use of a lens combination of two plano-convex lenses for the illumination optics 5 (5a, 5b) and the readout optics 9 (9a, 9b), ensures both the homogeneous chip illumination and the high-contrast spot image.
  • Two plano-convex lenses or best-form lenses arranged opposite each other (FIG. 3) provide a simple possibility for a combination of illumination and readout optics.
  • Bestformlinsen are lenses in which the refractive power is uniformly distributed on the entrance surface and exit surface of the lens. The lens radii of both sides are usually in the ratio R1 / R2 ⁇ 0.15. The exact value of this ratio is dependent on the refractive index.
  • the lens pairs 5a, 5b and 9a, 9b may be identical. In the present embodiment, even all four lines sen 5a, 5b. 9a, 9b identical. The exact adjustment of the image scale then takes place via the lens spacings 5a-5b, or 9a-9b.
  • a lens combination consisting of a lens 2b (plano-convex or biconvex) after the LED and a plano-convex lens 2a is used as the LED optic 2, a homogeneity of the illumination of 3% is achieved with a numerical aperture of 0.5.
  • the homogeneity of the illumination is calculated from the deviation of the intensity of the individual pixels from the mean value of the intensity over the entire illuminated surface.
  • the read-out fluorescence signals often have a certain local inhomogeneity, which however is mostly caused by the locally fluctuating density of the hybrids at a spot.
  • the quality of the image (contrast and resolution) of the spots on the camera depends on the imaging optics used, the noise of the camera, the numerical aperture in the aiming beam and the size of the spots to be imaged on the biochip.
  • the maximum possible spot size A ma ⁇ can be determined. For example, spot sizes A of 16 ⁇ m-16 ⁇ m, 32 ⁇ m-32 ⁇ m and 64 ⁇ m-64 ⁇ m or other sizes are possible.
  • a maximum spot size of A 16 ⁇ m * 16 ⁇ m can be used.
  • the chip area F to be detected, the imaging optics in the readout channel, the size of the camera chip, the number of camera (CCD) pixels and the spot size A must be adapted to each other.
  • a biochip having an area up to about 10 mm 2 can be homogeneously illuminated with a light output of 1 mW / mm 2 and thus reliably read out.
  • a biochip with 1,000 to 4,000 spots can be analyzed.
  • biochips with a few tens or a maximum of a few 100 spots have conventionally been used.
  • the module according to the invention thus has some capacity to read in the future biochips with a larger number of spots.
  • LED with Lambert and Batwing radiation characteristics are offered. They differ by different plastic terminating lenses (Epoxy Dome Lens).
  • the LED with a plastic lens which produces a Lambert radiation characteristic proves to be very advantageous with regard to the homogeneous illumination of the surface to be illuminated and with respect to the light intensity which can be transmitted to the biochip with conventional optics.
  • An LED has decisive advantages over other light sources for homogeneous illumination of biochips.
  • the advantages of the module are: - LED as a light source: high optical power density, high efficiency, long life, small volume, small drive power, low power dissipation Illumination and imaging optics ensure an almost collimated beam path (interference filters can be used in the collimated beam path) NA in illumination and imaging channel can be varied independently
  • a glass filter 11 which blocks the light of the excitation light source and allows the fluorescent light to pass, for example, can be inserted into the readout channel (between dichroic mirror and detector).
  • B. RG665 Schott
  • This glass filter is independent of the angle of incidence of the radiation. It is a long-pass filter with a cut-off wavelength of 665 nm.
  • Disturbing affects also foreign fluorescence, fluorescent light that does not come from the biochip. This is based on all optically irradiated surfaces and the passage of optics and can not be subsequently separated from the actual signal. Care must therefore be taken when using the beam path in the illumination channel to use non-fluorescent materials. Thus, e.g. Glasses like BK7 minimal.
  • the optics 5 and for the dichroic mirror are used for the optics 5 and for the dichroic mirror as a non-fluorescent quartz glass material. Since the amount of light in the optics 9 are less than in the optic 5, the fluorescence effect in the optics 9 is much lower, so that here the use of quartz glass is not so advantageous.
  • the invention relates to a module for reading a biochip on which fluorescent spots with biological information are located.
  • the module according to the invention has a single approximately point-like emitting light emitting diode as the light source.
  • An illumination channel for illuminating the biochip and a readout channel for imaging the fluorescent spots on a camera are at least partially separated from one another by means of a dichroic mirror.
  • the numerical apertures of the illumination channel and the readout channel are formed differently by the provision of an aperture in the readout channel in the region between the dichroic mirror and the camera, wherein the numerical aperture in the readout channel is smaller than in the illumination channel.
  • a filter for spectral selecting the light of the light emitting diode is arranged in the illumination channel, so that the fluorescent spots are excited only with light that differs from the fluorescent light in wavelength and can be easily filtered out in the readout channel.
  • the module according to the invention for reading out a biochip is designed very simply and nevertheless allows a very efficient detection of the fluorescent spots.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

The invention relates to a module for reading from a biochip on which fluorescent spots with biological information are situated. The module has a single for instance point-type radiating light-emitting diode as light source. An illumination channel for illuminating the biochip and a read-out channel for imaging the fluorescent spots onto a camera are separated from one another at least in regions by means of a dichroic mirror. The numerical apertures of the illumination channel and of the read-out channel are formed differently by the provision of a diaphragm in the read-out channel in the region between the dichroic mirror and the camera, wherein the numerical aperture in the read-out channel is smaller than that in the illumination channel. Furthermore, a filter for spectrally selecting the light of the light-emitting diode is arranged in the illumination channel, such that the fluorescent spots are only excited with light that differs from the fluorescent light in terms of the wavelength and can be filtered out simply in the read-out channel.

Description

Modul zum Auslesen eines Biochips Module for reading a biochip
Die Erfindung betrifft ein Modul zum Auslesen eines Biochips.The invention relates to a module for reading a biochip.
Ein Biochip weist ein in der Regel ebenflächiges Substrat mit unterschiedlichen Fängermolekülen auf, die an auf der Oberfläche des Substrates vorbestimmten Punkten, den Spots, angeordnet sind. Eine mit einer Markierung versehene Probensubstanz rea- giert mit bestimmten Fängermolekülen nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip. Meistens bestehen die Fängermoleküle aus DNA-Sequenzen (siehe z.B. EP 373 203 B1 ) oder Proteinen. Derartige Biochips werden auch Arrays bzw. DNA-Arrays genannt. Die Markierungen sind oftmals Fluoreszenz-Marker. Mit einem optischen Lesegerät wird die Fluoreszenz-Intensität der einzelnen Spots erfasst. Diese Intensität korreliert mit der Anzahl der mit den Fängermolekülen immobilisierten markierten Probenmoleküle.A biochip has a generally planar substrate with different capture molecules, which are arranged on predetermined on the surface of the substrate points, the spots. A labeled with a marker substance reacts with certain capture molecules according to the key-lock principle. Most often, the capture molecules are DNA sequences (see, e.g., EP 373 203 B1) or proteins. Such biochips are also called arrays or DNA arrays. The labels are often fluorescent markers. An optical reader captures the fluorescence intensity of the individual spots. This intensity correlates with the number of labeled probe molecules immobilized with the capture molecules.
Bei der Fluoreszenz handelt es sich um einen lichtschwachen Prozess. Die Intensität der Fluoreszenzstrahlung ist abhängig von der Anzahl der auf dem Spot gebundenen Farbstoffmoleküle, von der Art der Farbstoffe, von der Wellenlänge der Beleuchtung λE und von der Beleuchtungsintensität I. Wird ein flächenhafter Detektor eingesetzt, z.B. ein Kamerachip mit R x C Pixeln, dann wird der gesamte Biochip mit den fluoreszierenden Spots auf den Kamerachip abgebildet.Fluorescence is a faint process. The intensity of the fluorescence radiation depends on the number of dye molecules bound on the spot, on the type of dyes, on the wavelength of the illumination λ E and on the illumination intensity I. If a planar detector is used, eg a camera chip with R x C pixels, then the entire biochip with the fluorescent spots is imaged on the camera chip.
Aus der DE 102 15 319 A1 geht ein Gerät zum Ausleuchten eines solchen Biochips hervor. Dieses Gerät weist als Lichtquelle ein Array von Leuchtdioden auf. Eine aus zwei Sammellinsen und einem halbdurchlässigen Spiegel bestehende Optik lenkt dasDE 102 15 319 A1 discloses a device for illuminating such a biochip. This device has an array of LEDs as a light source. An optical system consisting of two converging lenses and a semi-transparent mirror directs this
Licht des Leuchtdioden-Arrays auf eine Probenplatte, die ein Biochip sein kann. Auf derLight of the light-emitting diode array on a sample plate, which may be a biochip. On the
Probenplatte befinden sich Fluoreszenzmarker, die von dem Licht angeregt werden undSample plate contains fluorescent markers, which are excited by the light and
Fluoreszenzlicht einer anderen Wellenlänge als das Licht der Lichtquelle abstrahlen. Dieses Fluoreszenzlicht tritt durch den halbdurchlässigen Spiegel hindurch und wird von einer dahinter angeordneten CCD-Kamera detektiert und ausgewertet. Anstelle einesEmitting fluorescent light of a different wavelength than the light of the light source. This fluorescent light passes through the semitransparent mirror and is detected and evaluated by a CCD camera arranged behind it. Instead of a
Arrays von Leuchtdioden kann auch eine großflächige OLED-Leuchtdiode verwendet werden. Bei diesem Gerät wird die Probenplatte gleichmäßig ausgeleuchtet, wobei Licht benachbarter Leuchtdioden aufgrund des apertur-bedingten Öffnungswinkels überlagert wird.Arrays of light-emitting diodes can also be used for a large-area OLED light-emitting diode. In this device, the sample plate is evenly illuminated, with light from adjacent LEDs is superimposed due to the aperture-related opening angle.
Geräte zum Auslesen von Biochips verwenden üblicherweise ein Mikrolinsenarray, um das Licht der Lichtquelle auf jeden einzelnen Spot des Biochips bündeln zu können. Entsprechende Lesegeräte sind aus der EP 1 223 421 A2, EP 1 283 416 A2, WO 01/0112 A1 und der DE 197 48 211 A1 bekannt. Der Vorteil dieser Geräte liegt darin, dass in jedem Spot eine hohe Lichtintensität erzielt wird, da das Licht lokal auf die Spots gebündelt wird. Nachteilig ist jedoch, dass der Biochip bezüglich der Lichtquelle und den optischen Elementen sehr exakt ausgerichtet werden muss, damit eine korrekte Beleuchtung erfolgt. Derartige Lesegeräte für Biochips sind für Laboranwendungen aufgrund ihrer hohen Lichtintensität an jedem Spot sehr gut geeignet. Jedoch ist ein derartiges Mikrolinsenarray für ein Modul zum Auslesen eines Biochips, das tragbar ausgebildet sein soll und an beliebigen Orten zum schnellen, einfachen und zuverlässi- gen Auslesen der Fluoreszenzsignale eines Biochips dienen soll, aufgrund der hohen Justieranforderungen weniger geeignet. Weiterhin erfordert ein solches Mikrolinsenarray eine bestimmte Spotanordnung auf den Biochip. Es ist nicht möglich, Biochips zu verwenden, bei welchen die Spots mit einem unterschiedlichen Raster angeordnet sind.Devices for reading biochips usually use a microlens array in order to be able to focus the light of the light source on each individual spot of the biochip. Corresponding readers are known from EP 1 223 421 A2, EP 1 283 416 A2, WO 01/0112 A1 and DE 197 48 211 A1. The advantage of these devices is that in each spot a high light intensity is achieved because the light is focused locally on the spots. The disadvantage, however, is that the biochip must be aligned very accurately with respect to the light source and the optical elements, so that correct illumination takes place. Such readers for biochips are very well suited for laboratory applications because of their high light intensity at each spot. However, such a micro-lens array for a module for reading a biochip, which is to be designed to be portable and to serve at any location for fast, easy and reliable readout of the fluorescence signals of a biochip, due to the high adjustment requirements less suitable. Furthermore, such a microlens array requires a specific spot arrangement on the biochip. It is not possible to use biochips in which the spots are arranged with a different grid.
Bekannt ist in diesem Zusammenhang der arrayWoRx-Biochip Reader von Applied Precision. Das Licht einer Halogenlampe wird in mehrere optische Fasern eingekoppelt. Durch die Gestaltung eines Faserringes mit diesem Faserbündel kann eine homogene Ausleuchtung einer kleinen (1 ,4mm2) Fläche erfolgen. Da der gesamte Biochip größer als die beleuchtete Fläche ist, erfolgt nach der mechanische Positionierung des Bio- Chips die Aufnahme eines Teilbildes mit einer CCD-Kamera. Die Einzelbilder werden später zu einem Gesamtbild zusammengesetzt. Ein Filterrad separiert die Fluoreszenzwellenlänge. Der Nachteil dieses Verfahrens und Anordnung besteht insbesondere in der voluminösen Halogenlampe mit geringer Lebensdauer. Zudem hat man es hier mit einem aufwändigem mechanischen Verfahrsystem und dem anschließenden Zu- sammensetzen der Bilder zu tun.In this context, the arrayWoRx biochip reader by Applied Precision is known. The light of a halogen lamp is coupled into several optical fibers. The design of a fiber ring with this fiber bundle, a homogeneous illumination of a small (1, 4mm 2 ) surface can be done. Since the entire biochip is larger than the illuminated area, after the biochip has been mechanically positioned, a partial image is taken with a CCD camera. The individual images are later assembled into a complete picture. A filter wheel separates the fluorescence wavelength. The disadvantage of this method and arrangement is in particular in the bulky halogen lamp with a short life. In addition, it has to do with an elaborate mechanical movement system and the subsequent composition of the images.
Der GeneXpert und der Smart Cycler von Cepheid weisen biologische Moleküle in einem Probenraum (disposable tube) nach. Diese Geräte arbeiten mit mehreren LED (max. 4 LED) zur multispektralen Anregung. Dabei soll die LED-Strahlung nicht auf ei- ner Fläche homogen abgebildet werden sondern ein Volumen (disposable tube) ausleuchten. Dazu sind gegenüber der LED optische Reflektoren angebracht die eine gewisse optische Durchmischung im Volumen vornehmen. Als Detektoren werden Fotodioden mit entsprechend vorgeschalteten Bandpassfiltern verwendet. Diese detektieren kein Fluoreszenzbild sondern werten das ganze Probenvolumen bezüglich Fluoreszenz aus. Das ist auch der entscheidende Nachteil dieses Verfahrens. Im Probenvolumen kann nur eine einzige Molekülart detektiert werden. Eine Vervierfachung kann erreicht werden, wenn die 4 Farbkanäle unterschiedliche Biomoleküle detektieren. Mit einem Laser geeigneter Wellenlänge (passend zur Anregungswellenlänge des verwendeten Farbstoffes) können hohe optische Leistungsdichten auf dem Objekt erzielt werden. Vorzugsweise setzt man Laserdioden ein. Diese stehen in einem großen Frequenzspektrum zur Verfügung, haben eine hohe optische Leistung, sind klein, preiswert und entwickeln wenig Wärme.Cepheid's GeneXpert and Smart Cycler detect biological molecules in a disposable tube. These devices use multiple LEDs (max 4 LEDs) for multispectral excitation. The LED radiation should not be homogeneously displayed on a surface, but should illuminate a volume (disposable tube). For this purpose, optical reflectors are mounted opposite the LED which make a certain optical mixing in the volume. The detectors used are photodiodes with corresponding upstream bandpass filters. These do not detect a fluorescence image but evaluate the whole sample volume in terms of fluorescence. This is also the decisive disadvantage of this method. In the sample volume, only a single type of molecule can be detected. A quadrupling can be achieved if the four color channels detect different biomolecules. With a laser of suitable wavelength (matching the excitation wavelength of the dye used) high optical power densities can be achieved on the object. Preferably, laser diodes are used. These are available in a wide frequency spectrum, have a high optical performance, are small, inexpensive and develop little heat.
Mit einem Laser kann auf kleinen Flächen eine hohe optische Leistungsdichte erzeugt werden. Die homogene Ausleuchtung eines Biochips ist mit Lasern aber nur schwer zu erreichen. Laser haben eine Gauß- oder gaußähnliche Abstrahlcharakteristik, so dass die Ausleuchtung ebenfalls ein Gaußprofil aufweist (Abb.8). Wird aus dem Gaußprofil nur der Anteil mit einer Homogenität von 5% ausgeschnitten, dann werden nur 20% der Gesamtintensität zur Ausleuchtung verwendet. Zur Transformation des Gaußprofils in eine homogene Verteilung sind aufwändige optische Strahlumformungen mit Strahlwandlern notwendig. Diese meist diffraktiven Strahlwandler müssen speziell an das La- serdesign angepasst werden. Bei Laserdioden kommt noch ein elliptisches Strahlprofil erschwerend hinzu, so dass mehrstufige Strahlformer eingesetzt werden müssen .Außerdem stört bei der Ausleuchtung mit Lasern häufig die Kohärenz der Laserquelle bei Reflexionen an Glasflächen was zu Interferenzerscheinungen und zum „speckle"-Rauschen führt. Ähnliche Probleme gibt es bei der Beleuchtung des Objektes mit Hilfe optischer Fasern.With a laser, a high optical power density can be generated on small areas. The homogeneous illumination of a biochip is difficult to achieve with lasers. Lasers have a Gaussian or Gaussian radiation characteristic, so that the illumination also has a Gaussian profile (Fig.8). If only the portion with a homogeneity of 5% is cut out of the Gaussian profile, then only 20% of the total intensity is used for illumination. To transform the Gaussian profile into a homogeneous distribution, complex optical beam transformations with beam transducers are necessary. These mostly diffractive beam transducers have to be specially adapted to the laser design. In the case of laser diodes, an elliptical beam profile is added to make it more difficult to use multi-stage beamformers. In addition, illumination of lasers often interferes with the coherence of the laser source with reflections on glass surfaces, resulting in interference phenomena and "speckle" noise in the illumination of the object with the help of optical fibers.
Aus US 6,620,623 B1 ist eine homogene Ausleuchtung eines Biochips mit seitlich angebrachten Faserarrays bekannt. Hierbei wird versucht das Problem der inhomogenen Ausleuchtung von Biochips zu umgehen. Dabei wird das Licht einer Lichtquelle (LED o- der Laser) in Faserbündel eingekoppelt. Die Enden der Fasern werden dabei in einem Linsenarray angeordnet. Dieses Faserarray wird an die Seitenfläche des Biochips angebracht. Nach sehr kurzem optischen Weg im Biochip erfolgt eine gute Durchmischung und damit eine gute Homogenisierung der Ausleuchtung. Die Nachteile bestehen insbesondere darin, dass die Justierung des einzulegenden Biochips zum Faserar- ray sehr aufwändig ist. Zudem müssen die Außenseiten des Biochips frei zugänglich sein.US Pat. No. 6,620,623 B1 discloses a homogeneous illumination of a biochip with laterally attached fiber arrays. Here, an attempt is made to circumvent the problem of inhomogeneous illumination of biochips. The light from a light source (LED or laser) is coupled into fiber bundles. The ends of the fibers are arranged in a lens array. This fiber array is attached to the side surface of the biochip. After a very short optical path in the biochip, a good mixing and thus a good homogenization of the illumination takes place. The disadvantages are, in particular, that the adjustment of the biochip to be inserted into the fiber array is very complicated. In addition, the outsides of the biochip must be freely accessible.
Deshalb können nur fertig prozessierte Biochips detektiert werden. Eine temperaturgesteuerte biologische Reaktion auf dem Biochip ist nicht möglich.Therefore only finished processed biochips can be detected. A temperature-controlled biological reaction on the biochip is not possible.
Aus US 6,403,970 B1 ist eine Beleuchtung mit LED-Matrix und Mikrolinsenarray bekannt. Es wird eine LED-Matrix, bestehend aus N M Einzel-LED zur Beleuchtung von N M Spots auf dem Biochip verwendet. Die Strahlung der LEDs wird mittels eines Lin- senarrays, bestehend aus N M Einzellinsen auf den Biochip abgebildet. Das von den N M Spots ausgehende Fluoreszenzlicht wird mit einem zweiten Linsenarray, bestehend aus N M Einzellinsen auf einen Detektor (PMT, APD, pin-PD) abgebildet. Die LED werden seriell angesteuert: LED1 auf Spot 1 , dann LED2 auf Spot 2, .... usw. Der Detektor detektiert den zeitlichen Intensitätsverlauf l(t) und ein Rechner ordnet die Intensitäten den Spots zu, weshalb kein echtes Bild vom Spot gemacht werden kann und es nur eine Gesamtintensität vom Spot gibt.From US Pat. No. 6,403,970 B1, an illumination with an LED matrix and a microlens array is known. An LED matrix consisting of NM single LED is used to illuminate NM spots on the biochip. The radiation of the LEDs is controlled by a lens Senarrays, consisting of NM single lenses imaged on the biochip. The fluorescent light emanating from the NM spots is imaged onto a detector (PMT, APD, pin-PD) with a second lens array consisting of NM single lenses. The LEDs are controlled serially: LED1 on spot 1, then LED2 on spot 2, .... etc. The detector detects the temporal intensity curve l (t) and a computer assigns the intensities to the spots, which is why no real picture of the spot made and there is only one overall intensity of the spot.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein robustes, kompaktes, langlebiges und kostengünstiges Modul zum Auslesen von Biochips zu schaffen, auf dem sich fluoreszierende Spots mit biologischen Informationen befinden, das für den Einsatz auch außerhalb eines Labors geeignet ist und dennoch ein zuverlässiges Auslesen des Biochips erlaubt.Object of the present invention is to provide a robust, compact, durable and cost-effective module for reading biochips on which are fluorescent spots with biological information, which is suitable for use outside a laboratory and still allows reliable reading of the biochip ,
Die Aufgabe wird durch ein Modul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved by a module having the features of claim 1. Advantageous embodiments are specified in the subclaims.
Das erfindungsgemäße Modul zum Auslesen eines Biochips auf dem sich fluoreszierende Spots mit biologischen Informationen befinden, umfasst - als Lichtquelle eine einzige etwa punktförmig abstrahlende Leuchtdiode, einen optischen Beleuchtungskanal in dem von der Leuchtdiode ausgesandtes Licht mittels einem oder mehrerer optischer Abbildungselemente auf den Biochip gelenkt wird, um den Biochip in einem vorbestimmten Bereich gleichmäßig auszuleuchten, - einen optischen Auslesekanal mit dem das Fluoreszenzlicht der Spots vom Biochip mittels einem oder mehrerer optischer Abbildungselemente auf eine Kamera abgebildet wird, einen dichroitischen Spiegel zur Separierung des optischen Beleuchtungskanals vom optischen Auslesekanal, - einen Filter zum spektralen Selektieren des Lichtes der Leuchtdiode im optischen Beleuchtungskanal, einen Filter zum spektralen Trennen des zu detektierende Fluoreszenzlichtes im Auslesekanal vom Anregungslicht, und eine Blende im Auslesekanal im Bereich zwischen dem dichroitischen Spiegel und der Kamera zur Minimierung der optischen Abbildungsfehler.The module according to the invention for reading out a biochip on which fluorescent spots with biological information are located comprises: - a light source as a single point emitting light emitting diode, an optical illumination channel is directed in the light emitted by the light emitting diode by means of one or more optical imaging elements on the biochip, to evenly illuminate the biochip in a predetermined range, - an optical readout channel with which the fluorescent light of the spots from the biochip is imaged onto a camera by means of one or more optical imaging elements, a dichroic mirror for separating the optical illumination channel from the optical readout channel, - a filter for Spectral selecting the light of the light emitting diode in the optical illumination channel, a filter for spectrally separating the fluorescent light to be detected in the readout channel of the excitation light, and a diaphragm in the readout channel in the range between n the dichroic mirror and the camera to minimize the optical aberrations.
Im erfindungsgemäßen Modul werden optische Abbildungselemente zum gleichmäßigen Ausleuchten eines vorbestimmten Bereichs des Biochips vorgesehen. Hierdurch unterscheidet sich das Modul von den meisten bekannten mit Leuchtdioden versehenen Leseeinrichtungen für Biochips, da meistens das Licht lokal auf die einzelnen Spots gebündelt wird, um eine maximale Lichtintensität zu erhalten. Da ein Bereich des Biochips bei der Erfindung gleichmäßig ausgeleuchtet wird, sind die Anforderung an die Justage des Biochips gering, so dass das Modul für an beliebigen Orten einfach und zuverlässig eingesetzt werden kann und nicht auf eine Laboranwendung beschränkt ist. Zudem können Biochips mit beliebigen Spotanordnungen verwendet werden.In the module according to the invention, optical imaging elements are provided for the uniform illumination of a predetermined region of the biochip. hereby The module differs from most known diode-equipped biochip readers because most of the time the light is locally focused on the individual spots to obtain maximum light intensity. Since a portion of the biochip is uniformly illuminated in the invention, the requirement for biochip adjustment is low, so that the module can be easily and reliably used for any location and is not limited to a laboratory application. In addition, biochips can be used with any spot arrangements.
Im erfindungsgemäßen Modul ist lediglich eine einzige etwa punktförmig abstrahlende Leuchtdiode vorgesehen. Bei bekannten mit Leuchtdioden ausgestatteten Leseeinrichtungen für Biochips werden immer mehrere Leuchtdioden oder großflächige Leuchtdioden (OLED) eingesetzt, um eine hohe Lichtintensität des Anregungslichtes zu erzielen. Eine solche Leseeinrichtung geht z.B. aus der eingangs erläuterten DE 102 15 319 A1 hervor. Die Beschränkung auf eine einzige punktförmige abstrahlende Leuchtdiode scheint der Anforderung einer lichtstarken Ausleuchtung einer Leseeinrichtung für Biochips zuwider zu laufen und widerspricht der gängigen Praxis. Jedoch ist es zweckmäßig den Beleuchtungskanal und den Auslesekanal mittels eines dichroitischen Spiegels zu trennen, damit in beiden Kanälen unterschiedliche numerische Aperturen (NA) vorgesehen werden können und Farbfilter vorzusehen, damit der Biochip nur mit Anre- gungslicht eines bestimmten Wellenlängenbereichs bestrahlt wird und die Kamera nur Fluoreszenzlicht empfängt. Diese Filter erhöhen das Signal-zu-Rausch-Verhältnis erheblich.In the module according to the invention, only a single approximately punctiform radiating LED is provided. In known reading devices for biochips equipped with light-emitting diodes, a plurality of light-emitting diodes or large-area light-emitting diodes (OLEDs) are always used in order to achieve a high light intensity of the excitation light. Such a reading device is e.g. from the above-mentioned DE 102 15 319 A1. The restriction to a single point emitting LED seems to run counter to the requirement of high intensity illumination of a biochip reader and is contrary to current practice. However, it is expedient to separate the illumination channel and the readout channel by means of a dichroic mirror, so that different numerical apertures (NA) can be provided in both channels and color filters provided so that the biochip is irradiated only with excitation light of a certain wavelength range and the camera only Fluorescent light is received. These filters significantly increase the signal-to-noise ratio.
Bei Verwendung mehrerer Leuchtdioden überlagern sich Lichtstrahlbündel benachbar- ter Leuchtdioden durch den apertur-bedingten Öffnungswinkel der von jeweils einer Leuchtdiode abgestrahlten Lichtstrahlbündel. Dies hat zur Folge, dass sich die Lichtstrahlen in dem sich hieraus ergebenden Gesamtlichtstrahlbündel kreuzen und nicht mehr parallel ausgerichtet werden können, wie es bei der Abbildung einer etwa punktförmigen Lichtquelle der Fall ist. Da sowohl die Filter als auch der dichroitische Spiegel in ihrer Wirkung von der Einfallsrichtung des Lichtes abhängen, führt dies bei Verwendung mehrerer Lichtquellen zu einer ungleichmäßigen Ausleuchtung bzgl. der Frequenz als auch der Intensität. Hierdurch werden die erhaltenen Signale erheblich verfälscht. Mit der Beschränkung auf eine einzige Leuchtdiode wird zwar eine Verminderung der maximal zur Verfügung stehende Lichtmenge in Kauf genommen, jedoch kann die Optik (Filter, dichroitischer Spiegel, Abbildungselemente) optimal eingestellt werden, so dass trotz der geringeren zur Verfügung stehenden Lichtmenge ein Biochip sehr zuverlässig ausgelesen werden kann. In der Praxis hat sich gezeigt, dass mit dem erfindungsgemäßen Modul Biochips auf einer Fläche bis zu 10 mm2 homogen bezüglich Frequenz und Intensität ausgeleuchtet und zuverlässig ausgelesen werden können.When using a plurality of light emitting diodes, light beam bundles of adjacent light emitting diodes are superimposed by the aperture angle of the light beam bundles emitted by one light emitting diode. This has the consequence that the light beams intersect in the resulting total light beam and can no longer be aligned in parallel, as is the case with the image of an approximately punctiform light source. Since both the filters and the dichroic mirror depend on the direction of incidence of the light in their effect, this results in uneven illumination with respect to the frequency as well as the intensity when using a plurality of light sources. As a result, the signals obtained are significantly distorted. With the restriction to a single LED while a reduction of the maximum available amount of light is accepted, but the optics (filters, dichroic mirror, imaging elements) can be optimally adjusted, so that despite the lower available amount of light a biochip very reliable can be read out. In practice it has been shown that with the module according to the invention biochips on a surface up to 10 mm 2 can be homogeneously illuminated with respect to frequency and intensity and read out reliably.
Vorzugsweise ist das Modul eine tragbare Baueinheit, in dem die Leuchtdiode, alle optischen Abbildungselemente, der dichroitische Spiegel und die Kamera ortsfest angeordnet sind. Hierdurch ist die optimale Einstellung der Optik zur Ausleuchtung des Biochips und zur Abbildung des Fluoreszenzlichtes auf die Kamera fixiert und an beliebigen Orten kann ein Biochip zuverlässig ausgelesen werden, wobei die Ergebnisse immer nachvollziehbar und vergleichbar sind, da immer eine identische Ausleuchtung vorliegt.Preferably, the module is a portable assembly in which the light emitting diode, all optical imaging elements, the dichroic mirror and the camera are arranged stationary. As a result, the optimal setting of the optics for illuminating the biochip and for imaging the fluorescent light is fixed on the camera and anywhere a biochip can be reliably read, the results are always traceable and comparable, since there is always an identical illumination.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen zeigen schematisch:The invention will be explained below by way of example with reference to the drawings. The drawings show schematically:
Fig. 1 einen Biochip mit fluoreszierenden Spots,1 a biochip with fluorescent spots,
Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Modul mit Beleuchtungs- und Auslesekanal,2 shows an inventive module with illumination and readout channel,
Fig. 3 den Beleuchtungskanal des Moduls,3 shows the illumination channel of the module,
Fig. 4 den Auslesekanal des Moduls,4 shows the readout channel of the module,
Fig. 5 die Ausleuchtung eines Biochips mit dem erfindungsgemäßen Modul, Fig. 6 LED-Abstrahlcharakteristiken,5 the illumination of a biochip with the module according to the invention, FIG. 6 LED emission characteristics, FIG.
Fig. 7 ein erfindungsgemäßes Modul mit 2-Linsen-Systemen, undFig. 7 shows an inventive module with 2-lens systems, and
Fig. 8 das Gaußprofil eines Lasers.Fig. 8, the Gaussian profile of a laser.
Ein erfindungsgemäßes Modul (Fig. 2) zum Auslesen eines Biochips 6 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel umfasst: eine LED 1 mit angegossener Kunststoffoptik (vorzugsweise Lambert-LED) - eine LED-Optik 2 eine Beleuchtungsoptik 5 einen Anregungsfilter 3 - einen dichroitischen Spiegel 4 eine NA-Blende 7 einen Emissionsfilter 8 eine Ausleseoptik 9 eine Kamera 10An inventive module (FIG. 2) for reading out a biochip 6 according to a first embodiment comprises: an LED 1 with molded plastic optics (preferably Lambert LED) - an LED optic 2 an illumination optics 5 an excitation filter 3 - a dichroic mirror 4 a NA 7, an emission filter 8, a readout optics 9, a camera 10
Als Lichtquelle wird vorzugsweise eine einzige Hochleistungs-LED 1 mit hoher optischer Leistungsdichte und einer LED-Optik 2 mit hoher numerischer Apertur (NA) verwendet. Hochleistungsleuchtdioden sind Leuchtdioden mit einer Lichtstrom von zumindest 35 Im. Vorzugsweise werden Leuchtdioden mit einer Lichtstrom von mindestens 40 Im, mindestens 50 Im oder mindestens 100 Im verwendet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Leuchtdiode Luxeon Star (Rot, 1 W elektrische Leistungsaufnahme, 42 Im Lichtstrom) verwendet. Leuchtdioden mit einer Lichtstrom von etwa 100 Im weisen eine elektrische Leistungsaufnahme von etwa 3 W auf. Leuchtdioden mit einer Lichtstrom von 200 Im sind in Erprobung und besitzen eine elektrische Leistungsaufnahme von etwa 5 W.As the light source, preferably, a single high power LED 1 having high optical power density and a high numerical aperture (NA) LED optic 2 is used. High-performance light-emitting diodes are light-emitting diodes with a luminous flux of at least Preferably, light-emitting diodes with a luminous flux of at least 40 Im, at least 50 Im or at least 100 Im are used. In the present embodiment, the light emitting diode Luxeon Star (red, 1 W electrical power consumption, 42 in the luminous flux) is used. Light-emitting diodes with a luminous flux of about 100 Im have an electrical power consumption of about 3 W. Light-emitting diodes with a luminous flux of 200 Im are in trial and have an electrical power consumption of about 5 W.
Die bei der Erfindung verwendeten Leuchtdioden strahlen etwa punktförmig ab. Hier- unter versteht man Leuchtdioden, deren Abstrahlfläche nicht größer als 1 mm x 1 mm ist. Vorzugsweise ist die Abstrahlfläche nicht größer als 0,5 mm x 0,5 mm. Je kleiner die Abstrahlfläche ist, desto besser lässt sich das Licht bündeln und die einzelnen Lichtstrahlen des Lichtstrahlbündels parallel zueinander ausrichten.The light-emitting diodes used in the invention radiate about punctiform. This is understood to be light-emitting diodes whose emission area is not greater than 1 mm × 1 mm. Preferably, the emission area is not larger than 0.5 mm × 0.5 mm. The smaller the emission area, the better the light can be concentrated and the individual light beams of the light beam can be aligned parallel to one another.
Die Abstrahlcharakteristik einer LED ist aber für eine homogene Ausleuchtung einer Fläche nicht ausgebildet. Das Problem ist deshalb die Realisierung einer homogenen Ausleuchtung eines Biochips mit einer LED. Die ausgeleuchtete Fläche soll ca. 3x3mm2 betragen und es soll eine Bestrahlungsstärke von etwa >0,2 mW/mm2 erzielt werden.The emission characteristic of an LED is not designed for homogeneous illumination of a surface. The problem is therefore the realization of a homogeneous illumination of a biochip with an LED. The illuminated area should be about 3x3mm 2 and it should be achieved an irradiance of about> 0.2 mW / mm 2 .
Die LED-Optik 2 soll von der Strahlung der LED möglichst viel Licht „einsammeln". Dabei sind vorzugsweise Linsen mit einer NA>0,5 vorgesehen. Die LED-Optik 2 kann aus einer einzigen oder mehreren Linsen ausgebildet sein.The LED optic 2 is intended to "collect" as much light as possible from the radiation of the LED, whereby lenses with a NA> 0.5 are preferably provided. The LED optic 2 may be formed from a single or several lenses.
Die Leuchtdiode 1 befindet sich im Brennpunkt der LED-Optik 2, so dass das von der Leuchtdiode 1 abgestrahlte Lichtstrahlbündel auf den Anregungsfilter 3 und den dichroi- tischen Spiegel 4 gebündelt wird, wobei die Lichtstrahlen des Lichtstrahlbündels annähernd parallel verlaufen. Hierdurch wird sowohl am Anregungsfilter 3 eine hohe Filtereffizienz und am dichroitischen Spiegel 4 eine hohe Reflektivität erzielt, da die Filterwirkung am Anregungsfilter als auch die Reflektivität am dichroitischen Spiegel 4 vom Einfallswinkel abhängen, der über das gesamte Lichtstrahlbündel etwa konstant ist. Falls Strahlen auf den Anregungsfilter 3 nicht senkrecht auftreffen, werden auch Strahlen mit größerer Wellenlänge als die Grenzwellenlänge den Filters passieren. Strahlung mit größerer Wellenlänge liegt jedoch im Bereich der zu detektierenden Fluoreszenzstrahlung und kann mit dem nachfolgenden Emissionsfilter 8 nicht mehr von der Fluo- reszenzstrahlung getrennt werden. Hierdurch wird das Signal-zu-Rausch-Verhältnis beeinträchtigt. Die LED-Optik 2 weist eine Linse mit einer ringförmigen Linsenfassung (nicht dargestellt) auf. Die Linsenfassung wirkt als optische Blende, die mit der zwischen dem Biochip 6 und dem dichroitischen Spiegel 4 angeordneten Beleuchtungsoptik 5 auf den Biochip abgebildet wird (Figur 3). Diese Abbildung der Linsenfassung auf den Biochip ist geringfügig defokussiert, damit nicht Verunreinigungen oder Oberflächenfehler der Linse exakt auf den Biochip abgebildet werden und entsprechend Inhomogenitäten verursacht werden. Ein weiterer Vorteil der Defokussierung liegt darin, dass die Toleranzen, für die Anordnung der Leuchtdiode 1 und der Beleuchtungsoptik 5 für optische Geräte relativ groß (einige 0,1 mm) ist. Dies macht die Justage dieser Elemente sehr einfach.The light emitting diode 1 is located at the focal point of the LED optics 2, so that the light beam emitted by the light emitting diode 1 is focused on the excitation filter 3 and the dichroic mirror 4, wherein the light beams of the light beam are approximately parallel. As a result, a high filter efficiency is achieved both at the excitation filter 3 and at the dichroic mirror 4, since the filter effect at the excitation filter as well as the reflectivity at the dichroic mirror 4 depend on the angle of incidence, which is approximately constant over the entire light beam. If rays do not impinge on the excitation filter 3 perpendicularly, also rays with a longer wavelength than the cut-off wavelength will pass the filter. However, radiation with a longer wavelength is in the range of the fluorescence radiation to be detected and can no longer be separated from the fluorescence radiation by the following emission filter 8. This affects the signal-to-noise ratio. The LED optic 2 has a lens with an annular lens frame (not shown). The lens frame acts as an optical aperture, which is imaged onto the biochip with the illumination optics 5 arranged between the biochip 6 and the dichroic mirror 4 (FIG. 3). This image of the lens frame on the biochip is slightly defocused, so that impurities or surface defects of the lens are not exactly imaged on the biochip and inhomogeneities are caused accordingly. A further advantage of the defocusing is that the tolerances for the arrangement of the light-emitting diode 1 and the illumination optical unit 5 for optical devices is relatively large (a few 0.1 mm). This makes the adjustment of these elements very easy.
Eine LED mit einer Lambert-Abstrahlcharakteristik weist gegenüber einer mit Batwing- Abstrahlcharakteristik deutliche Vorteile bezüglich der homogenen Ausleuchtung und der Intensität auf. Fig. 6 stellt die LED-Abstrahlcharakteristik für Lambert und Batwing- LED dar.An LED with a Lambert radiation characteristic has clear advantages over a Batwing radiation characteristic in terms of homogeneous illumination and intensity. Fig. 6 illustrates the LED emission characteristic for Lambert and Batwing LED.
Ein Vorteil einer LED zur Ausleuchtung von Biochips liegt auch in der Variabilität der Wellenlänge. LEDs sind im gesamten sichtbaren Spektrum mit hoher Effizienz verfügbar.An advantage of a LED for illuminating biochips lies in the variability of the wavelength. LEDs are available throughout the visible spectrum with high efficiency.
Für die typischen nachzuweisenden Farbstoffe in den Spots auf dem Biochip kann eine spektral gut angepasste LED als Lichtquelle eingesetzt werden. Zum Beispiel:For the typical dyes to be detected in the spots on the biochip, a spectrally well adapted LED can be used as the light source. For example:
Farbstoff Cy5 Absorptionsmaximum bei 649nm - Anregen mit LED LUXEON LD3 (Farbe rot, max. bei 630nm) Farbstoff Cy3 Absorptionsmaximum bei 514nmDye Cy5 absorption maximum at 649nm - excitation with LED LUXEON LD3 (color red, max at 630nm) dye Cy3 absorption maximum at 514nm
Anregen mit LED LUXEON LM3 (Farbe grün, max. bei 530nm) Farbstoff Alexa Fluor 532 Absorptionsmaximum bei 532Stimulating with LED LUXEON LM3 (color green, max at 530nm) Dye Alexa Fluor 532 absorption maximum at 532
Anregen mit LED LUXEON LM3 (Farbe grün, max. bei 530nm)Excitation with LED LUXEON LM3 (color green, max at 530nm)
Die Auswahl einer LED erfolgt für einen Wellenlängenbereich ΔλE der für Fluoreszenzmessungen (z.B. für Farbstoffe Cy5, Cy3, Alexa, ...) benötigt wird. LEDs sind klein, kompakt mit hohem Wirkungsgrad und haben eine hohe Lebensdauer.The selection of an LED takes place for a wavelength range Δλ E which is required for fluorescence measurements (eg for dyes Cy5, Cy3, Alexa, etc.). LEDs are small, compact with high efficiency and have a long life.
Die Fa. Lumileds z. B. bietet eine Palette von LEDs verschiedener Bauformen, Leistungen und Spektralbereiche an. Die Kamera 10 weist ein flächiges CCD-Element als Detektor auf, so dass ein recht- eckförmiges, insbesondere quadratisches Bild erfasst werden kann. Die Kamera ist derart ausgebildet, dass mit ihr Belichtungszeiten von bis zu 20 Sekunden ausgeführt werden können. Üblicherweise ist die maximale Belichtungszeit derartiger Kameras auf einige wenige Sekunden beschränkt. In der Regel wird die Kamera 5 bis 10 Sekunden zum Erfassen der Abbildung des Biochips belichtet. Je länger die Belichtungszeit ist, desto schwächere Fluoreszenzsignale können erfasst werden. Die Stärke der Fluoreszenzsignale hängt stark von der Anzahl der auf dem Biochip ausgeführten PCR-Zyklen ab. Ein einzelner PCR-Zyklus dauert etwa eine bis einige Minuten. Durch lange Belich- tungszeiten, die um einige wenige Sekunden verlängert werden, kann somit eine Bearbeitungszeit von einigen Minuten im Bereich der PCR-Zyklen eingespart und die gesamte Bearbeitungszeit kurz gehalten werden. Diese relativ langen Belichtungszeiten stellen auch einen Vorteil gegenüber herkömmlichen Scannern dar, die die einzelnen Spots der Reihe nach abtasten, da bei diesem Verfahren die Belichtungszeit nicht frei variierbar ist.The company Lumileds z. B. offers a range of LEDs of different types, powers and spectral ranges. The camera 10 has a flat CCD element as a detector, so that a rectangular, in particular square image can be detected. The camera is designed to allow exposure times of up to 20 seconds. Usually, the maximum exposure time of such cameras is limited to a few seconds. Typically, the camera is exposed for 5 to 10 seconds to capture the image of the biochip. The longer the exposure time, the weaker fluorescence signals can be detected. The strength of the fluorescence signals depends strongly on the number of PCR cycles performed on the biochip. A single PCR cycle takes about one to several minutes. Long exposure times, which are extended by a few seconds, can thus save a processing time of a few minutes in the range of the PCR cycles and keep the total processing time short. These relatively long exposure times also provide an advantage over conventional scanners, which scan the individual spots in turn, since in this method the exposure time is not freely variable.
Mit dem oben beschriebenen Beleuchtungskanal 1 , 2, 3, 4, 5 wird eine äußerst homogene Ausleuchtung des Biochips erzielt. Fig. 5 zeigt die mit dem erfindungsgemäßen Modul erzielte Biochipausleuchtung mit einer LED mit Lambert Charakteristik im Quer- schnitt. Über eine Länge von etwas mehr als 4 mm ist die Intensität der Ausleuchtung etwa konstant. Hiermit können quadratische Flächen mit einer Kantenlänge von etwa 3 mm gleichmäßig ausgeleuchtet werden. Die Intensitätsschwankungen betragen lediglich ± 2 %.With the illumination channel 1, 2, 3, 4, 5 described above, an extremely homogeneous illumination of the biochip is achieved. 5 shows the biochip illumination obtained with the module according to the invention with a LED with Lambert characteristic in cross-section. Over a length of slightly more than 4 mm, the intensity of the illumination is approximately constant. Hereby square surfaces with an edge length of about 3 mm can be evenly illuminated. The intensity fluctuations amount to only ± 2%.
Durch den dichroitischen Spiegel ist die Beleuchtungsoptik 2, 5 von der Ausleseoptik 5, 9 getrennt (Fig. 2). Die Beleuchtungsoptik ist, wie es oben erläutert ist, mit einer großen numerischen Apertur ausgebildet. Im Strahlengang der Ausleseoptik 5, 9 (Fig. 4) ist die Ausleseblende 7 angeordnet. Diese Blende verringert die numerische Apertur der Ausleseoptik, wodurch eine kontrastreiche Abbildung mit minimalen Abbildungsfehlern der Spots des Biochips auf der Kamera 10 erzielt wird. Die numerische Apertur des Auslesekanals sollte nicht größer als 0,25 und vorzugsweise nicht größer als 0,15 sein.The illumination optics 2, 5 are separated from the readout optics 5, 9 by the dichroic mirror (FIG. 2). The illumination optics is, as explained above, formed with a large numerical aperture. In the beam path of the readout optics 5, 9 (FIG. 4), the readout diaphragm 7 is arranged. This aperture reduces the numerical aperture of the readout optics, thereby achieving a high contrast image with minimal aberrations of the spots of the biochip on the camera 10. The numerical aperture of the readout channel should not be greater than 0.25, and preferably not greater than 0.15.
Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Moduls. Die LED- Optik 2 (2a, 2b), die Beleuchtungsoptik 5 (5a, 5b) und die Ausleseoptik 9 (9a, 9b) um- fassen jeweils zwei Linsen.Fig. 7 shows a further embodiment of the module according to the invention. The LED optics 2 (2a, 2b), the illumination optics 5 (5a, 5b) and the readout optics 9 (9a, 9b) each comprise two lenses.
Die Ausleseoptik ist mit vier einfachen und kostengünstigen Plankonvexlinsen 5a, 5b und 9a, 9b ausgebildet (Fig. 6). Die Linsen 5a, 5b und 9a, 9b sind plankonvex und mit den gewölbten Seiten zueinander angeordnet. Bestformlinsen zeigen ähnliche Ergebnisse. Hiermit können 16 μm-Strukturen bei einer NA < 0,15 mit einem Kontrastverhältnis > 0,6 abgebildet werden.The readout optics are formed with four simple and inexpensive plano-convex lenses 5a, 5b and 9a, 9b (FIG. 6). The lenses 5a, 5b and 9a, 9b are plano-convex and with the arched sides arranged to each other. Best form lenses show similar results. Hereby, 16 μm structures can be imaged with a NA <0.15 with a contrast ratio> 0.6.
Bei hohen Leuchtdichten auf dem Objekt kann die NA der Ausleseoptik kleiner (z.B. < 0,10) gewählt werden. Eine kleine numerische Apertur im Auslesekanal verringert die optischen Abbildungsfehler. Sie verringert jedoch auch die Intensität der Fluoreszenzstrahlung (I ~ NA2). Um kleine Spots zuverlässig detektieren zu können, ist eine entsprechend kleine numerische Apertur notwendig. Bei einer Spotgröße von 16 μm x 16 μm ist eine numerische Apertur von 0,11 sinnvoll. Spots mit einer Größe von 64 μm x 64 μm können mit hoher Zuverlässigkeit mit einer numerischen Apertur von 0,2 detek- tiert werden. Es muss immer ein Kompromiss zwischen der Beleuchtungsstärke und dem Kontrast des Spotbildes auf dem Detektor gefunden werden. Die Beleuchtungsstärke hängt hierbei von der Lichtintensität der Leuchtdiode, der numerischen Apertur und der Belichtungszeit ab.At high luminance levels on the object, the NA of the readout optics can be selected smaller (eg <0.10). A small numerical aperture in the readout channel reduces optical aberrations. However, it also reduces the intensity of fluorescence radiation (I ~ NA 2 ). In order to detect small spots reliably, a correspondingly small numerical aperture is necessary. With a spot size of 16 μm x 16 μm, a numerical aperture of 0.11 makes sense. Spots with a size of 64 μm x 64 μm can be detected with high reliability with a numerical aperture of 0.2. There must always be a compromise between the illuminance and the contrast of the spot image on the detector. The illuminance depends on the light intensity of the LED, the numerical aperture and the exposure time.
Die LED-Optik 2 weist eine Linse 2b mit der Brennweite f2 und dem Durchmesser D2, die die Abstrahlcharakteristik der LED günstig beeinflusst und einer Linse 2a auf.Die Beleuchtungsoptik 5 und die Linse 2a bilden die Linse 2b mit ihrer Fassung in die Bio- chipebene mit einer geringen Defokussierung ab. Die LED-Optik 2 leuchtet in Verbindung mit der Beleuchtungsoptik 5 mit der Brennweite f5 die LED-Strahlung homogen auf den Biochip. Die Wahl der Brennweiten f2 und fs bestimmt den Abbildungsmaßstab A für die ausgeleuchtete Fläche auf dem Biochip.The LED optics 2 has a lens 2b with the focal length f 2 and the diameter D 2 , which has a favorable influence on the emission characteristic of the LED and a lens 2a. The illumination optics 5 and the lens 2a form the lens 2b with its holder in the bio - chip level off with a slight defocus. The LED optic 2 illuminates in combination with the illumination optics 5 with the focal length f 5, the LED radiation homogeneously on the biochip. The choice of the focal lengths f 2 and fs determines the magnification A for the illuminated area on the biochip.
Die Beleuchtungsoptik 5 bildet gemeinsam mit der Ausleseoptik 9 die fluoreszierenden Spots des Biochip auf die CCD-Kamera ab. Dabei zeigt sich, dass die Verwendung einer Linsenkombination von zwei plankonvexen Linsen für die Beleuchtungsoptik 5 (5a, 5b) und die Ausleseoptik 9 (9a, 9b), sowohl die homogene Chipausleuchtung als auch die kontrastreiche Spotabbildung gewährleistet. Zwei plankonvexe Linsen oder Best- formlinsen gegeneinander angeordnet (Fig. 3), ergeben eine einfache Möglichkeit für eine Kombination aus Beleuchtungs- und Ausleseoptik. Bestformlinsen sind Linsen, bei welchen die Brechkraft auf die Eintrittsfläche und Austrittsfläche der Linse gleichmäßig verteilt ist. Die Linsenradien beider Seiten stehen in der Regel im Verhältnis R1 / R2 ~ 0,15. Der genaue Wert dieses Verhältnis ist brechzahlabhängig.The illumination optics 5, together with the readout optics 9, emit the fluorescent spots of the biochip onto the CCD camera. It turns out that the use of a lens combination of two plano-convex lenses for the illumination optics 5 (5a, 5b) and the readout optics 9 (9a, 9b), ensures both the homogeneous chip illumination and the high-contrast spot image. Two plano-convex lenses or best-form lenses arranged opposite each other (FIG. 3) provide a simple possibility for a combination of illumination and readout optics. Bestformlinsen are lenses in which the refractive power is uniformly distributed on the entrance surface and exit surface of the lens. The lens radii of both sides are usually in the ratio R1 / R2 ~ 0.15. The exact value of this ratio is dependent on the refractive index.
Da der Abbildungsmaßstab im Auslesekanal nahe 1 ist, können die Linsenpaare 5a, 5b und 9a, 9b identisch sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind sogar alle vier Lin- sen 5a, 5b. 9a, 9b identisch. Die genaue Abstimmung des Abbildungsmaßstabes erfolgt dann über die Linsenabstände 5a-5b, bzw. 9a-9b.Since the magnification in the readout channel is close to 1, the lens pairs 5a, 5b and 9a, 9b may be identical. In the present embodiment, even all four lines sen 5a, 5b. 9a, 9b identical. The exact adjustment of the image scale then takes place via the lens spacings 5a-5b, or 9a-9b.
Wird als LED-Optik 2 eine Linsenkombination bestehend aus einer Linse 2b (plan- konvex oder bikonvex) nach der LED und einer eine Plankonvexlinse 2a verwendet, erreicht man eine Homogenität der Ausleuchtung von 3 % bei einer numerischen Apertur von 0,5.If a lens combination consisting of a lens 2b (plano-convex or biconvex) after the LED and a plano-convex lens 2a is used as the LED optic 2, a homogeneity of the illumination of 3% is achieved with a numerical aperture of 0.5.
Die Homogenität der Ausleuchtung berechnet sich aus der Abweichung der Intensität der einzelnen Pixel vom Mittelwert der Intensität über die gesamte ausgeleuchtete Fläche.The homogeneity of the illumination is calculated from the deviation of the intensity of the individual pixels from the mean value of the intensity over the entire illuminated surface.
Mit dem erfindungsgemäßen Modul wird zwar eine sehr homogene Ausleuchtung erzielt, jedoch besitzen die ausgelesenen Fluoreszenzsignale oftmals eine gewisse lokale Inhomogenität, die jedoch meistens durch die lokal schwankende Dichte der Hybride an einem Spot verursacht wird. Durch eine Mittelwertbildung der einem Spot zugeordneten Pixel und durch einen Vergleich der Spots mit der Spotumgebung können diese Inhomogenitäten korrigiert werden.Although a very homogeneous illumination is achieved with the module according to the invention, the read-out fluorescence signals often have a certain local inhomogeneity, which however is mostly caused by the locally fluctuating density of the hybrids at a spot. By averaging the pixels associated with a spot and by comparing the spots with the spot environment, these inhomogeneities can be corrected.
Die Qualität der Abbildung (Kontrast und Auflösung) der Spots auf der Kamera ist abhängig von der verwendeten Abbildungsoptik, dem Rauschen der Kamera, der Numerischen Apertur im Ausesestrahlengang und von der Größe der abzubildenden Spots auf dem Biochip. Ausgehend von Anzahl N M der zu detektierenden Spots auf dem Biochip mit der Fläche F, kann die maximal mögliche Spotgröße Amaχ bestimmt werden. Möglich sind z.B. Spotgrößen A von 16μm-16μm, 32μm-32μm und 64μm-64μm oder auch andere Größen.The quality of the image (contrast and resolution) of the spots on the camera depends on the imaging optics used, the noise of the camera, the numerical aperture in the aiming beam and the size of the spots to be imaged on the biochip. Starting from the number NM of the spots to be detected on the biochip with the area F, the maximum possible spot size A ma χ can be determined. For example, spot sizes A of 16μm-16μm, 32μm-32μm and 64μm-64μm or other sizes are possible.
Wenn man annimmt, dass zwischen den Spots eine Spotbreite frei bleibt, ergibt sich:If one assumes that a spot width remains free between the spots, it follows:
Amax =F/(4*N*M)A max = F / (4 * N * M)
Bei einer Biochipgröße von F«2*2mm2 und einer Spotzahl von N*M=1000 kann eine maximale Spotgröße von A=32μm*32μm verwendet werden.With a biochip size of F «2 * 2mm 2 and a spot count of N * M = 1000, a maximum spot size of A = 32μm * 32μm can be used.
Bei einer Biochipgröße von F«2*2mm2 und einer Spotzahl von N*M=4000 kann eine maximale Spotgröße von A=16μm*16μm verwendet werden. Die zu detektierende Chipfläche F, die Abbildungsoptik im Auslesekanal, die Größe des Kamerachips, die Anzahl der Kamera (CCD)-Pixel und die Spotgröße A müssen aneinander angepasst werden.With a biochip size of F «2 * 2mm 2 and a spot count of N * M = 4000, a maximum spot size of A = 16μm * 16μm can be used. The chip area F to be detected, the imaging optics in the readout channel, the size of the camera chip, the number of camera (CCD) pixels and the spot size A must be adapted to each other.
Wie es oben gezeigt ist, kann mit dem sehr einfachen Modul ein Biochip mit einer Fläche bis zu ca. 10 mm2 homogen mit einer Lichtleistung von 1 mW/mm2 ausgeleuchtet und damit zuverlässig ausgelesen werden. Hiermit kann ein Biochip mit 1.000 bis 4.000 Spots analysiert werden. Bei mobilen Anwendungen zum Detektieren bestimmter Erreger vor Ort werden bisher üblicherweise Biochips mit einigen 10 oder maximal einigen 100 Spots verwendet. Das erfindungsgemäße Modul besitzt somit einige Kapazität, um in Zukunft auch Biochips mit einer größeren Anzahl von Spots auszulesen.As shown above, with the very simple module, a biochip having an area up to about 10 mm 2 can be homogeneously illuminated with a light output of 1 mW / mm 2 and thus reliably read out. Hereby a biochip with 1,000 to 4,000 spots can be analyzed. In mobile applications for detecting certain pathogens on site, biochips with a few tens or a maximum of a few 100 spots have conventionally been used. The module according to the invention thus has some capacity to read in the future biochips with a larger number of spots.
Die Verwendung einzelner Linsen in der Optik macht das Modul einfach und es kann stabil gebaut sein. Zudem ist die Qualität der Abbildung mittels einzelner Linsen we- sentlich besser als mit einem handelsüblichem Objektiv, welche mit erheblichem Aufwand farbkorrigiert sind, was sie kompliziert macht. Da das Auslesen von Biochips lediglich in kleinen Spektralbereichen stattfindet, ist eine solche Farbkorrektur nicht notwendig.The use of single lenses in the optics makes the module simple and it can be stably built. In addition, the quality of imaging by means of individual lenses is substantially better than with a commercial lens, which are color-corrected with considerable effort, which makes them complicated. Since the reading of biochips takes place only in small spectral ranges, such a color correction is not necessary.
Es werden LED mit Lambert- und Batwing-Abstrahlcharakteristika angeboten. Sie unterscheiden sich durch verschiedene Plastik-Abschlusslinsen (Epoxy Dome Lens). Dabei erweist sich die LED mit einer Plastiklinse, die eine Lambert-Abstrahlcharakteristik erzeugt, als sehr vorteilhaft bezüglich der homogenen Ausleuchtung der zu beleuchtenden Fläche als auch bezüglich der Lichtintensität, die mit klassischer Optik auf den Bio- chip übertragen werden kann.LED with Lambert and Batwing radiation characteristics are offered. They differ by different plastic terminating lenses (Epoxy Dome Lens). In this case, the LED with a plastic lens which produces a Lambert radiation characteristic proves to be very advantageous with regard to the homogeneous illumination of the surface to be illuminated and with respect to the light intensity which can be transmitted to the biochip with conventional optics.
Eine LED hat gegenüber anderen Lichtquellen entscheidende Vorteile zur homogenen Ausleuchtung von Biochips.An LED has decisive advantages over other light sources for homogeneous illumination of biochips.
- weites Spektrum an Anregungswellenlängen hohe optische Leistung (Lichtstrom >40 Im) bei niedriger elektrischer Ansteuerleistung (1W oder 3W) hohe optische Leistungsdichte auf dem Biochip (bis zu 5 mW/mm2) oder auf einem Chip mit 10 mm2 eine Gesamtleistung von 50 mW - sehr hohe Lebensdauer (50.000 h) hoher Wirkungsgrad, (geringe Wärmebelastung) geringe Kohärenz (keine Interferenzerscheinungen wie Speckle oder Newtonringe) sehr kleines Volumen sehr niedriger Preis (< 10 €)- wide range of excitation wavelengths high optical power (luminous flux> 40 Im) at low electrical drive power (1W or 3W) high optical power density on the biochip (up to 5 mW / mm 2 ) or on a chip with 10 mm 2 a total power of 50 mW - very long life (50,000 h) high efficiency, (low heat load) low coherence (no interference phenomena such as speckle or Newton rings) very small volume very low price (<10 €)
Die Vorteile des Moduls sind: - LED als Lichtquelle: hohe optische Leistungsdichte, hoher Wirkungsgrad, hohe Lebensdauer, kleines Volumen, kleine Ansteuerleistung, geringe Verlustleistung Beleuchtungs- und Abbildungsoptik gewährleisten einen fast kollimierten Strahlengang (Interferenzfilter können im kollimierten Strahlengang eingesetzt werden) NA im Beleuchtungs- und Abbildungskanal kann unabhängig voneinander variiert werdenThe advantages of the module are: - LED as a light source: high optical power density, high efficiency, long life, small volume, small drive power, low power dissipation Illumination and imaging optics ensure an almost collimated beam path (interference filters can be used in the collimated beam path) NA in illumination and imaging channel can be varied independently
Extrem kompakte Bauweise ist durch entsprechende Auswahl der Linsen möglich (eine Homogenität) der Ausleuchtung. Es kann mit einfachen Mitteln eine Homogenität von zumindest 3 % erreicht werden, Aufbau mit vier gleichen Linsen (kostengünstig)Extremely compact design is possible by appropriate selection of the lenses (a homogeneity) of the illumination. Homogeneity of at least 3% can be achieved with simple means, construction with four identical lenses (cost-effective)
Bei extrem kleinen Fluoreszenzsignalen stört der Teil des Anregungslichtes der trotz geringer Transmission des Anregungsfilters (10~6) diesen passiert und noch zur Kamera gelangt. Diese Anteile können herrühren von:In the case of extremely small fluorescence signals, the part of the excitation light which, despite the low transmission of the excitation filter (10 ~ 6 ), disturbs it and still reaches the camera. These shares may come from:
Streustrahlung von Gehäuseteilen und Fassungen - schrägen Lichtdurchgang durch die Filter Oberflächenfehler und Schmutz nicht ideal entspiegelter OptikenStray radiation of housing parts and sockets - oblique passage of light through the filters Surface defects and dirt not ideally anti-reflective optics
Wenn trotz aller Vorkehrungen noch ein Anteil des Anregungslichtes zum Detektor gelangt, kann in den Auslesekanal (zwischen dichroitischen Spiegel und Detektor) noch ein Glasfilter 11 , der das Licht der Anregungslichtquelle blockt und das Fluoreszenzlicht passieren lässt, z. B. RG665 (Firma Schott) unmittelbar vor der Kamera 10 angeordnet werden. Dieser Glasfilter wirkt unabhängig vom Einfallswinkel der Strahlung. Es ist ein Langpassfilter mit einer Grenzwellenlänge von 665 nm.If, despite all precautions, a proportion of the excitation light reaches the detector, a glass filter 11 which blocks the light of the excitation light source and allows the fluorescent light to pass, for example, can be inserted into the readout channel (between dichroic mirror and detector). B. RG665 (Schott) are placed directly in front of the camera 10. This glass filter is independent of the angle of incidence of the radiation. It is a long-pass filter with a cut-off wavelength of 665 nm.
Störend wirkt sich auch Fremdfluoreszenz aus, Fluoreszenzlicht das nicht vom Biochip stammt. Dieses geht von allen optisch bestrahlten Oberflächen und beim Durchgang von Optiken aus und kann nachträglich nicht mehr vom eigentlichen Signal separiert werden. Beim Strahlengang im Beleuchtungskanal muss deshalb darauf geachtet werden, dass nicht-fluoreszierende Materialien verwendet werden. So fluoreszieren z.B. Gläser wie BK7 minimal.Disturbing affects also foreign fluorescence, fluorescent light that does not come from the biochip. This is based on all optically irradiated surfaces and the passage of optics and can not be subsequently separated from the actual signal. Care must therefore be taken when using the beam path in the illumination channel to use non-fluorescent materials. Thus, e.g. Glasses like BK7 minimal.
Vorteilhafterweise verwendet man deshalb für die Optik 5 und für den dichroitischen Spiegel als Material nichtfluoreszierendes Quarzglas. Da die Lichtmengen in der Optik 9 geringer als in der Optik 5 sind, ist der Fluoreszenzeffekt in der Optik 9 wesentlich geringer, so dass hier der Einsatz von Quarzglas nicht derart vorteilhaft ist.Advantageously, it is therefore used for the optics 5 and for the dichroic mirror as a non-fluorescent quartz glass material. Since the amount of light in the optics 9 are less than in the optic 5, the fluorescence effect in the optics 9 is much lower, so that here the use of quartz glass is not so advantageous.
Die Erfindung kann folgendermaßen kurz zusammengefasst werden:The invention can be briefly summarized as follows:
Die Erfindung betrifft ein Modul zum Auslesen eines Biochips, auf dem sich fluoreszierende Spots mit biologischen Informationen befinden. Das erfindungsgemäße Modul weist eine einzige etwa punktförmige abstrahlende Leuchtdiode als Lichtquelle auf. Ein Beleuchtungskanal zum Beleuchten des Biochips und ein Auslesekanal zum Abbilden der fluoreszierenden Spots auf eine Kamera sind mittels eines dichroitischen Spiegels zumindest bereichsweise voneinander getrennt. Die numerischen Aperturen des Beleuchtungskanals und des Auslesekanals sind durch das Vorsehen einer Blende im Auslesekanal im Bereich zwischen dem dichroitischen Spiegel und der Kamera unterschiedlich ausgebildet, wobei die numerische Apertur im Auslesekanal kleiner als im Beleuchtungskanal ist. Weiterhin ist im Beleuchtungskanal ein Filter zum spektralen Selektieren des Lichtes der Leuchtdiode angeordnet, so dass die fluoreszierenden Spots nur mit Licht angeregt werden, dass sich vom fluoreszierenden Licht in der Wellenlänge unterscheidet und im Auslesekanal einfach ausgefiltert werden kann.The invention relates to a module for reading a biochip on which fluorescent spots with biological information are located. The module according to the invention has a single approximately point-like emitting light emitting diode as the light source. An illumination channel for illuminating the biochip and a readout channel for imaging the fluorescent spots on a camera are at least partially separated from one another by means of a dichroic mirror. The numerical apertures of the illumination channel and the readout channel are formed differently by the provision of an aperture in the readout channel in the region between the dichroic mirror and the camera, wherein the numerical aperture in the readout channel is smaller than in the illumination channel. Furthermore, a filter for spectral selecting the light of the light emitting diode is arranged in the illumination channel, so that the fluorescent spots are excited only with light that differs from the fluorescent light in wavelength and can be easily filtered out in the readout channel.
Das erfindungsgemäße Modul zum Auslesen eines Biochips ist sehr einfach ausgebildet und erlaubt trotzdem ein sehr effizientes Detektieren der fluoreszierenden Spots. The module according to the invention for reading out a biochip is designed very simply and nevertheless allows a very efficient detection of the fluorescent spots.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Leuchtdiode 2 Kollimationsoptik / LED-Optik1 LED 2 Collimation optics / LED optics
2b Bikonvexlinse mit großer NA2b biconvex lens with large NA
2a asphärische Linse2a aspheric lens
3 Emissionsfilter3 emission filters
4 dichroitischer Strahlteiler 5 Beleuchtungsoptik4 dichroic beam splitter 5 Illumination optics
5a plankonvexe Linse (Bestformlinse)5a plano-convex lens (Bestformlinse)
5b plankonvexe Linse (Bestformlinse)5b plano-convex lens (Bestformlinse)
6 Biochip6 biochip
7 Blende 8 Anregungsfilter7 aperture 8 excitation filter
9 Ausleseoptik9 readout optics
9a plankonvexe Linse (Bestformlinse)9a plano-convex lens (Bestformlinse)
9b plankonvexe Linse (Bestformlinse9b plano-convex lens (Bestformlinse
10 Kamera 11 Glasfilter10 camera 11 glass filter
12 Spots auf dem Biochip 12 spots on the biochip

Claims

Patentansprüche claims
1. Modul zum Auslesen eines Biochips, auf dem sich fluoreszierende Spots mit bio- logischen Informationen befinden, umfassend1. module for reading a biochip, on which are fluorescent spots with biological information, comprising
- eine einzige etwa punktförmig abstrahlende Leuchtdiode,a single approximately punctiform radiating LED,
- einen optischen Beleuchtungskanal in dem von der Leuchtdiode ausgesandtes Licht mittels einem oder mehrerer optischer Abbildungselemente (2, 5) auf den Biochip (6) gelenkt wird, um den Biochip in einem vorbestimmten Bereich gleichmäßig auszuleuchten,an optical illumination channel is directed in the light emitted by the light-emitting diode by means of one or more optical imaging elements (2, 5) onto the biochip (6) in order to illuminate the biochip uniformly in a predetermined region,
- einen optischen Auslesekanal, mit dem das Fluoreszenzlicht der Spots vom Biochip (6) mittels einem oder mehrerer optischer Abbildungselemente (5, 9) auf eine Kamera (10) abgebildet wird,an optical readout channel with which the fluorescent light of the spots from the biochip (6) is imaged onto a camera (10) by means of one or more optical imaging elements (5, 9),
- einen dichroitischen Spiegel (4) zur Separierung des optischen Beleuchtungs- kanals vom optischen Auslesekanal,a dichroic mirror (4) for separating the optical illumination channel from the optical readout channel,
- einen Filter (3) zum spektralen Selektieren des Lichtes der Leuchtdiode im optischen Beleuchtungskanal,a filter (3) for spectrally selecting the light of the light-emitting diode in the optical illumination channel,
- einen Filter zum spektralen Trennen des zu detektierende Fluoreszenzlichtes im Auslesekanal vom Anregungslicht, - eine Blende (7) im Auslesekanal im Bereich zwischen den dichroitischen Spiegel (4) und der Kamera (10) zur Minimierung der optischen Abbildungsfehler.a filter for the spectral separation of the fluorescent light to be detected in the readout channel from the excitation light, an aperture in the readout channel in the region between the dichroic mirror and the camera for minimizing the optical aberrations.
2. Modul nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte gleichmäßig ausgeleuchtete Bereich nicht größer als2. Module according to claim 1, characterized in that the predetermined uniformly illuminated area is not greater than
10 mm2 und vorzugsweise nicht größer als 9 mm2 und insbesondere nicht größer als 5 mm2 ist.10 mm 2 and preferably not greater than 9 mm 2 and in particular not greater than 5 mm 2 .
3. Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul eine tragbare Baueinheit ist, in dem die Leuchtdiode (1 ), alle optischen Abbildungselemente (2, 5, 9), der dichroitische Spiegel (4) und die Kamera (10) ortsfest angeordnet sind.3. Module according to claim 1 or 2, characterized in that the module is a portable unit in which the light emitting diode (1), all the optical imaging elements (2, 5, 9), the dichroic mirror (4) and the camera (10 ) are arranged stationary.
4. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdiode einen optischen Lichtstrom von zumindestens 35 Im aufweist. 4. Module according to one of claims 1 to 3, characterized in that the light-emitting diode has an optical luminous flux of at least 35 Im.
5. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 4; dadurch gekennzeichnet, dass im Auslesekanal im Bereich zwischen dem dichroitischen Spiegel (4) und der Kamera (10) zumindest ein optisches Abbildungselement (9) insbesondere, eine Linse, zum Abbilden der Spots des Biochips 6 auf die Kamera (10) vorgesehen ist.5. Module according to one of claims 1 to 4; characterized in that in the readout channel in the region between the dichroic mirror (4) and the camera (10) at least one optical imaging element (9) in particular, a lens, for imaging the spots of the biochip 6 on the camera (10) is provided.
6. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Beleuchtungskanal im Bereich zwischen der Leuchtdiode (1 ) und dem dichroitischen Spiegel (4) als optische Abbildungselemente zwei Linsen vorgesehen sind.6. Module according to one of claims 1 to 5, characterized in that two lenses are provided in the illumination channel in the region between the light-emitting diode (1) and the dichroic mirror (4) as optical imaging elements.
7. Modul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass benachbart zur Leuchtdiode (1 ) eine bikonvexe Linse (2b) angeordnet ist und die weitere Linse eine plankonvexe Linse (2a) ist.7. Module according to claim 6, characterized in that adjacent to the light emitting diode (1) a biconvex lens (2b) is arranged and the further lens is a plano-convex lens (2a).
8. Optikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich zwischen dem dichroitischen Spiegel und dem Biochip (6) als optische Abbildungselemente zwei plankonvexe Linsen (5a, 5b) angeordnet sind, die mit ihren konvexen Flächen zueinander weisend angeordnet sind.8. optical module according to one of claims 1 to 7, characterized in that in the region between the dichroic mirror and the biochip (6) as optical imaging elements two plano-convex lenses (5a, 5b) are arranged, which are arranged facing each other with their convex surfaces ,
9. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich zwischen dem dichroitischen Spiegel (4) und der Kamera (10) zwei plankonvexe Linsen (9a, 9b) angeordnet sind, die mit ihren konvexen Flä- chen zueinander weisend angeordnet sind.9. Module according to one of claims 1 to 8, characterized in that in the region between the dichroic mirror (4) and the camera (10) two plano-convex lenses (9a, 9b) are arranged, the surfaces facing each other with their convex surfaces are arranged.
10. Modul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsen im Bereich zwischen dem dichroitischen Spiegel (4) und der Kamera (10) und die Linsen zwischen dem dichroitischen Spiegel (4) und dem10. Module according to claim 9, characterized in that the lenses in the region between the dichroic mirror (4) and the camera (10) and the lenses between the dichroic mirror (4) and the
Biochip (6) jeweils identisch zueinander sind. Biochip (6) are identical to each other.
11. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich zwischen dem dichroitischen Spiegel (4) und dem Biochip (6) als optische Abbildungselemente zwei Bestformlinsen angeordnet sind.11. Module according to one of claims 1 to 6, characterized in that in the region between the dichroic mirror (4) and the biochip (6) are arranged as optical imaging elements two Bestformlinsen.
12. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die numerische Apertur des Auslesekanals kleiner als die numerische A- pertur des Beleuchtungskanals ist.12. Module according to one of claims 1 to 11, characterized in that the numerical aperture of the read-out channel is smaller than the numerical A- pertur of the illumination channel.
13. Modul nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die numerische Apertur des Auslesekanals nicht größer als 0,25 und die numerische Apertur des Beleuchtungskanal nicht kleiner als 0,5 ist.13. Module according to claim 12, characterized in that the numerical aperture of the read-out channel is not greater than 0.25 and the numerical aperture of the illumination channel is not less than 0.5.
14. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich zwischen dem dichroitischen Spiegel (4) und der Kamera (10) als optische Abbildungselemente zwei Bestformlinsen angeordnet sind.14. Module according to one of claims 1 to 6 or 11, characterized in that in the region between the dichroic mirror (4) and the camera (10) are arranged as optical imaging elements two Bestformlinsen.
15. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die optischen Abbildungselemente im Bereich zwischen dem dichroitischen Spiegel (4) und dem Biochip (6) und der dichroitische Spiegel (4) aus Quarzglas ausgebildet sind.15. Module according to one of claims 1 to 14, characterized in that at least the optical imaging elements in the region between the dichroic mirror (4) and the biochip (6) and the dichroic mirror (4) are formed of quartz glass.
16. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich zwischen der Leuchtdiode (1 ) und dem dichroitischen Spiegel (4) eine Linsenfassung als Blende angeordnet ist.16. Module according to one of claims 1 to 15, characterized in that in the region between the light-emitting diode (1) and the dichroic mirror (4) a lens frame is arranged as a diaphragm.
17. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich zwischen dem dichroitischen Spiegel (4) und der Kamera (10) eine planparallele transparente Platte derart angeordnet ist, dass ein durch den dichroitischen Spiegel (4) verursachter Strahlenversatz korrigiert wird. 17. Module according to one of claims 1 to 16, characterized in that in the area between the dichroic mirror (4) and the camera (10) a plane-parallel transparent plate is arranged such that corrects a caused by the dichroic mirror (4) beam offset becomes.
18. Modul nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die planparallele Platte eine Glasplatte ist.18. Module according to claim 17, characterized in that the plane-parallel plate is a glass plate.
19. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 18 dadurch gekennzeichnet, dass ein Langpassglasfilter im Bereich zwischen dem dichroitischen Spiegel (4) und der Kamera (10) angeordnet ist, wobei der Langpassglasfilter eine Grenzwell enlänge aufweist, die im Bereich zwischen den Wellenlängen des Anregungs- lichtes und des Fluoreszenzlichtes liegt.19. Module according to one of claims 1 to 18, characterized in that a long pass glass filter in the region between the dichroic mirror (4) and the camera (10) is arranged, wherein the long pass glass filter has a Grenzwell enlänge which in the region between the wavelengths of the excitation - Light and the fluorescent light is.
20. Modul nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Langpassglasfilter unmittelbar vor der Kamera (10) angeordnet ist. 20. Module according to claim 19, characterized in that the long pass glass filter is arranged directly in front of the camera (10).
PCT/EP2007/054823 2006-05-18 2007-05-18 Module for reading from a biochip WO2007135091A2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006023945A DE102006023945A1 (en) 2006-05-18 2006-05-18 Method and optical module for reading biochips
DE102006023945.8 2006-05-18

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2007135091A2 true WO2007135091A2 (en) 2007-11-29
WO2007135091A3 WO2007135091A3 (en) 2008-04-17

Family

ID=38608111

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2007/054823 WO2007135091A2 (en) 2006-05-18 2007-05-18 Module for reading from a biochip

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102006023945A1 (en)
WO (1) WO2007135091A2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008054313A1 (en) 2008-11-03 2010-05-12 Zenteris Gmbh Cartridge and apparatus for assaying biological samples with temperature-controlled biological responses
US8246912B2 (en) 2008-10-20 2012-08-21 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical detecting apparatus for a bio-chip
US9229000B2 (en) 2007-11-02 2016-01-05 Zenteris Gmbh Single-step multiplex immunoassay
CN111487233A (en) * 2020-05-27 2020-08-04 安徽皖仪科技股份有限公司 PCR light path system based on fly-eye lens
CN115753698A (en) * 2021-09-02 2023-03-07 安徽皖仪科技股份有限公司 An optical system for PCR fluorescence detection scanning head

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017124786B4 (en) * 2017-10-24 2021-08-12 Asphericon Gmbh Illumination device with beam shaper for transcutaneous fluorometry
DE102019107146B4 (en) * 2019-01-30 2021-02-25 Jenoptik Optical Systems Gmbh Athermal laser optics made of plastic

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003038413A1 (en) * 2001-11-01 2003-05-08 Diachip Co., Ltd. Apparatus for analyzing florescent image of biochip
US20040066511A1 (en) * 2001-05-10 2004-04-08 Yokogawa Electric Corporation Biochip reader
GB2395267A (en) * 1999-06-26 2004-05-19 Packard Instrument Co Inc Assay analysis
US20050140980A1 (en) * 2003-12-25 2005-06-30 Hei-Tong Ching Optical measurement apparatus

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2395267A (en) * 1999-06-26 2004-05-19 Packard Instrument Co Inc Assay analysis
US20040066511A1 (en) * 2001-05-10 2004-04-08 Yokogawa Electric Corporation Biochip reader
EP1650551A2 (en) * 2001-05-10 2006-04-26 Yokogawa Electric Corporation Biochip Reader
WO2003038413A1 (en) * 2001-11-01 2003-05-08 Diachip Co., Ltd. Apparatus for analyzing florescent image of biochip
US20050140980A1 (en) * 2003-12-25 2005-06-30 Hei-Tong Ching Optical measurement apparatus

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9229000B2 (en) 2007-11-02 2016-01-05 Zenteris Gmbh Single-step multiplex immunoassay
US8246912B2 (en) 2008-10-20 2012-08-21 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical detecting apparatus for a bio-chip
DE102008054313A1 (en) 2008-11-03 2010-05-12 Zenteris Gmbh Cartridge and apparatus for assaying biological samples with temperature-controlled biological responses
CN111487233A (en) * 2020-05-27 2020-08-04 安徽皖仪科技股份有限公司 PCR light path system based on fly-eye lens
CN115753698A (en) * 2021-09-02 2023-03-07 安徽皖仪科技股份有限公司 An optical system for PCR fluorescence detection scanning head

Also Published As

Publication number Publication date
DE102006023945A1 (en) 2007-11-22
WO2007135091A3 (en) 2008-04-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE602005000749T2 (en) Fluorescence imaging by means of telecentric excitation and imaging optics
DE10004191B4 (en) Fluorescence scanning microscope
EP1650551B1 (en) Biochip Reader
DE19914279C1 (en) Sensor for optical examination of stimulated sample pixels on e.g. nano-titration screening plates or bio-chips for gene analysis, employs e.g. a liquid crystal matrix shutter and fiber optics with photomultiplier detection
DE602005000877T2 (en) Fluorescence imaging by telecentricity
DE102018124129A1 (en) Microscope system and method for microscopic imaging with such a microscope system
DE69634963T2 (en) fluorometer
WO2007135091A2 (en) Module for reading from a biochip
DE102016119730A1 (en) Optical group for detection light for a microscope, method for microscopy and microscope
US6987259B2 (en) Imaging system with an integrated source and detector array
US20080204766A1 (en) Method and microscope device for observing a moving specimen
US20070019198A1 (en) Hyperspectral visible absorption imaging of molecular probes and dyes in biomaterials
WO2017190919A1 (en) Illumination module for angle-selective illumination
JP2022107604A (en) High-throughput hyperspectral imaging system
WO2004090604A2 (en) Microscope arrangement
DE19936999C2 (en) Arrangement for detecting the fluorescence radiation from matrix-shaped sample carriers
DE60205406T2 (en) OPTICAL TWO-WAVELENGTH FLUORESCENT ANALYZER
DE102004016361A1 (en) Optical analyzer for fluorescence measurements on multiprobe carriers
DE19701703A1 (en) Microscope system for determining emission distribution of light emitting samples e.g. in semiconductor ICs
DE10017824B4 (en) Device for parallel photometric fluorescence or luminescence analysis of several separate sample areas on an object
EP1929277A2 (en) Hyperspectral visible absorption imaging of molecular probes and dyes in biomaterials
WO2003069391A1 (en) Device for confocal, optical microanalysis
DE102010016382B4 (en) Fluorescence microscope and method for carrying out multi-positioning in a screening application
DE102005036149B4 (en) Arrangement for a fast, spatially and spectrally resolving fluorescence analysis of biochips
DE102020108117B4 (en) Microscope and method of operating a microscope

Legal Events

Date Code Title Description
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 07765271

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

点击 这是indexloc提供的php浏览器服务，不要输入任何密码和下载