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WO2019008461A1 - Apparatus and method for obtaining at least 2d analyte information and detection element designed therefor - Google Patents

Apparatus and method for obtaining at least 2d analyte information and detection element designed therefor Download PDF

Info

Publication number
WO2019008461A1
WO2019008461A1 PCT/IB2018/054575 IB2018054575W WO2019008461A1 WO 2019008461 A1 WO2019008461 A1 WO 2019008461A1 IB 2018054575 W IB2018054575 W IB 2018054575W WO 2019008461 A1 WO2019008461 A1 WO 2019008461A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
detection element
sensor film
dimensional sensor
light
detection
Prior art date
Application number
PCT/IB2018/054575
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Daniela OBERMAIER
Gregor Liebsch
Robert J MEIER
Achim Stangelmayer
Original Assignee
Presens Precision Sensing 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 Presens Precision Sensing Gmbh filed Critical Presens Precision Sensing Gmbh
Publication of WO2019008461A1 publication Critical patent/WO2019008461A1/en

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G01N21/78Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator producing a change of colour
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • GPHYSICS
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    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • G01N2021/6434Optrodes
    • GPHYSICS
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    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • G01N2021/6439Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes" with indicators, stains, dyes, tags, labels, marks

Definitions

  • the present invention relates to a device for obtaining at least 2D analyte information of a sample.
  • the invention relates to a method for obtaining at least 2D analyte information of a sample, wherein the sample can be designed to be versatile.
  • the invention relates to a detection element with which it is possible to obtain at least 2D analyte information within a sample by means of a single measurement.
  • a detection element with which it is possible to obtain at least 2D analyte information within a sample by means of a single measurement.
  • Measurement method also a time-resolved information about the 3D analyte distribution in the sample can be obtained (advantage).
  • German patent application DE 101 01 576 A1 discloses an optical sensor for determining at least one parameter in a sample.
  • the optical sensor includes a short-decay indicia responsive to the parameter and a long-decay non-responsive reference material for sensing a measurement signal indicative of the parameter to be determined.
  • the indicator and reference materials are immobilized on a common support.
  • the sample facing layer of the optical sensor includes a short-decay indicia responsive to the parameter and a long-decay non-responsive reference material for sensing a measurement signal indicative of the parameter to be determined.
  • the indicator and reference materials are immobilized on a common support.
  • Indicator material and the reference material is covered by a layer that allows contact between the indicator material and the sample, but for the light used in the excitation of the indicator and reference material
  • German laid-open specification DE 198 38 085 A1 discloses a method for examining a floor. The method is characterized by the fact that electromagnetic radiation at different locations in the measuring range coupled and / or decoupled from the measuring range at various points.
  • US Patent Application US 201 1/0086418 A1 discloses oxygen sensors provided in a multiwell plate.
  • the oxygen sensors are illuminated with visible light.
  • the emission from the oxygen sensors is recorded with a camera.
  • the images are analyzed with appropriate software.
  • US Pat. No. 5,604,582 discloses an apparatus for determining depth profiles in water-covered sediments.
  • the device does not provide analyte information. Only a pure image acquisition in the z-direction is obtained by deflection over a mirror.
  • Microsensors (optochemical and potentiometric) provided. Over a
  • a device for determining the distribution of an analyte in a sample according to the prior art comprises a sensor film which is attached to a wall of a
  • a Container is glued.
  • a camera which also includes a lighting device, illuminates the sensor film through the wall of the vessel. The light coming back from the sensor foil is detected by a sensor chip of the camera.
  • MuFO multi-fiber optode
  • the invention has for its object to provide a device for obtaining at least 2D property information that can be performed or used in a quick and easy way.
  • Gain analyte information regarding the multi-dimensional distribution of an analyte in a sample This object is achieved by a device for obtaining at least 2D property information according to the features of claim 1.
  • the invention has for its object to provide a method for obtaining 2D analty information that can be performed or used in a quick and easy manner, so that by means of the measurement without effort for the user at least 2D analyte information for the distribution of an analyte in a sample can be obtained.
  • This object is achieved by a method for obtaining at least 2D property information according to the features of claim 9.
  • a detection element for obtaining at least 2D analyte information comprising the features of claim 14.
  • a possible embodiment of the device for obtaining at least 2D analyte information comprises a camera with a two-dimensional sensor chip.
  • a lighting device for generating an illumination light is provided.
  • at least one detection element is provided which has a first end and a second end. A second surface is formed in the region of a second end of the at least one detection element and provided with a 2-dimensional sensor film.
  • at least one container is provided with a sample, wherein the detection element can be accommodated in the container. The 2-dimensional sensor film is completely covered by the sample.
  • An evaluation system is communicatively connected to the sensor chip of the camera, which takes a picture of the 2-dimensional sensor film. If the detection element is inserted into the container provided for it, one differentiates between two possible embodiments. According to the first
  • Embodiment remains open even after the insertion of the detection element in the container upwards, so that a gas exchange can take place from the interior of the container with the environment.
  • Embodiment is after insertion of the detection element in the container, this closed at the top. This prevents a gas exchange from the interior of the container with the environment.
  • the device has the advantage that with suitable alignment of the sensor film from the recorded 2-dimensional image of the sensor film information about a spatial distribution of the analyte in the sample can be obtained. Similarly, one can obtain information about the temporal evolution of the analytes in the sample.
  • the 2-dimensional sensor film can be mounted on a holding means in the region of the second end of the detection element
  • Light guide disposed in the detection element between the first end and the second end.
  • the light guide element has at the first end a first surface for coupling illumination light and for coupling out detection light.
  • a second surface is formed, which is provided with the 2-dimensional sensor film.
  • the second surface may be aligned at the second end of the light-guiding element of the detection element parallel to a horizontal. According to another embodiment, the second surface may be aligned at the second end of the light-guiding element of the detection element at an angle to a horizontal.
  • the camera is arranged together with the sensor chip such that the 2-dimensional sensor film defines an image window on the sensor chip in the region of the second end of the at least one detection element.
  • the at least one container is a well.
  • Several wells are arranged in a corrugated plate, wherein one of the detector elements is inserted in at least one of the wells.
  • An analyte consumption does not take place during the measurement. This allows you to monitor for a long time hypoxic states without them at
  • a computer is provided for communicating with the sensor chip of the camera, and an evaluation unit directly connected to the camera's sensor chip, such as a mobile phone, can be used or
  • the term computer means any device with which an evaluation can be carried out. Suitable devices are e.g. Laptop, PC, tablet, mobile phone, etc.
  • the method according to the invention for obtaining at least 2D analyte information initially comprises the step that at least one
  • Detection element is introduced into a sample having at least one analyte to be detected, wherein the at least one detection element has a first end, a second end and a light element, which extends from the first end to the second end.
  • the second end of the light guide carries on the two-dimensional surface or surface structure (not necessarily is a
  • Surface structure may have steps, corners or edges (ie several edges
  • the size, shape and topography of the sensor may vary to detect at least one of the analytes present in the sample. After that at least one
  • the at least one detection element can be illuminated so that illumination light passes over a first surface in the region of the first end of the detection element to the provided on the second surface of the second end sensor film.
  • the detection light returning from the sensor film via the light-guiding element arrives at a sensor chip of a camera.
  • the detection light, which emerges via the second area in the region of the first end of the light-guiding element, is detected by the sensor chip. From the detection one thus obtains a representation of the at least two-dimensional distribution of an analyte within a sample. This can be achieved without the use of technically complex SD acquisition methods, such as confocal imaging systems.
  • the at least one container may be a well, wherein a plurality of wells are arranged in a corrugated plate.
  • one of the detector elements is used.
  • the corrugated plate is illuminated as a whole.
  • the corrugated plate is imaged with the at least one detector element on the sensor chip, wherein an image area is defined for each 2-dimensional sensor film on the sensor chip. The data from the respective image area are fed to an evaluation unit,
  • the detection element according to the invention for obtaining at least 2D analyte information is designed accordingly.
  • the detection element comprises a first end and a second end.
  • a 2-dimensional sensor film is provided in the region of the second end of the detection element.
  • the 2-dimensional sensor film is applied to a holding means in the region of the second end of the detection element.
  • the detection element has an opening at the first end.
  • the holding means is a ramp opposite to a
  • Horizontal is inclined at an angle.
  • the detection element may comprise a solid light-guiding element which is arranged between the first end and the second end.
  • the Light guide element has at the first end a first surface for coupling
  • Illumination light and designed for coupling out detection light.
  • a second surface is formed, which is provided with the 2-dimensional sensor film.
  • the second surface is aligned with the 2-dimensional sensor film parallel to a horizontal
  • the second surface is aligned with the 2-dimensional sensor film at an angle to a horizontal.
  • the second surface has a sensor film or has glued them.
  • the sensor film is capable of micrometer resolution the
  • non-homogeneity 1: 1 reflects a present analyte gradient or an analyte distribution.
  • the second area may be in the region of the second end at least partially to a vertical of the two-dimensional Areas of the first end to be inclined at an angle.
  • a key advantage of the present invention is that you do not have to move the detection element for profiling. This is exactly the same as with the microsensors of the prior art. It also follows that there is no puncture channel, which is mechanically changed in the measurement and because of the non existing due to the invention movement of the detection element, there is also no mixing of the sample during the measurement process. In addition, the invention enables a "projection of 3D information onto a 2D detector", thereby achieving a combination with the unique advantages of the opto-chemical sensors .. Embodiments of the present invention will be more apparent from the following detailed description of the invention and its advantages The size relationships in the figures do not always correspond to the actual size ratios, since some shapes simplified and other forms are shown enlarged in relation to other elements for ease of illustration. Showing:
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a cell culture provided in a well of a microtiter plate and the expected cell culture thereof
  • Figure 2 is a schematic representation of the use of a cell crown and the resulting distribution of oxygen above and below the cell crown;
  • Figure 3 is a perspective view of a first part of a special
  • Figure 4 is a perspective view of a ramp, which at the bottom of the in FIG.
  • FIG. 5 is a graph of the distribution of oxygen (answer of the
  • Figure 6 is a schematic representation of the oxygen gradient in the Z direction after the cell crown has been inserted
  • Figure 7 is a schematic representation of the oxygen gradient in the Z direction in
  • Figure 8 is a plan view of a microtiter plate, the 4x6 in a regular
  • Figure 10 is a side view of the detection element shown in Figure 9;
  • Figure 1 1 is a plan view of another possible embodiment of the
  • Figure 12 is a side view of the detection element shown in Figure 1 1;
  • Figure 13 is a schematic representation of an apparatus for detecting the
  • Figure 14 is a schematic plan view of a microtiter plate, wherein the second
  • Row of microtiter plate are filled with detection elements according to an embodiment of the invention.
  • Figure 15 is a schematic plan view of the sensor chip, which is used in the camera, wherein according to the position of the detection elements used in Figure 14 in the microtiter plate for detection on the sensor chip corresponding image windows are designed by software.
  • FIG. 1 shows a culture of cells 29 deposited on the bottom 23 of a well 22.
  • the invention it is possible to determine the oxygen concentration (analyte) not only in one plane (two-dimensional), but also in the associated Z-direction Z (height) of the sample 17.
  • the Z gradient of oxygen (analyte) can thus be determined.
  • the Wells 22 are usually in Microtiter plates or corrugated plates 26 formed.
  • the microtiter plates or corrugated plates 26 are formed black, so that illumination light is filtered away and thus no interference signals for recording the
  • Fluorescence signals result. Crosstalk of the fluorescence signals from one well 22 to adjacent wells is thus prevented.
  • FIG. 2 shows the use of cell crowns 27, one cell crown 27 being inserted into one well 22 in each case.
  • the cells 29 do not form on the bottom 23 of the respective well 22.
  • the cells 29 are thus accessible from all sides through the sample 17. This also makes it possible to determine the Z gradient of the oxygen distribution in the Z direction Z within the well.
  • FIG. 3 shows a first part 31 of an embodiment of a detection element 10 which, together with a second part 32 shown in FIG. 3
  • Container (Well) 22 can be used. It is for a professional
  • the container 22 need not be limited to the size of a well for a microtiter plate 26 alone.
  • the first part 31 is cylindrical and has an inner diameter Di, which is smaller than the diameter Dz (see Figure 2) of a cell crown (not shown here). With the second part 32, the first part 31 can be closed downwards. The second part 32 forms the bottom 23 of the detection element 10. On the bottom 23 is the cell crown 27 (see Figure 2).
  • the second part 32 has a ramp 24 which can be inserted at the bottom 23 of the detection element 10.
  • the ramp 24 serves as a holding means 13 and carries the required for the determination of the Z gradient of the analyte sensor film 18.
  • the cell crown 27 (not shown here) is on formations 25 of the bottom 23.
  • the sensor film 18 itself is under the
  • Cell crown 27 is provided. With the embodiment described in FIGS. 3 and 4, it is thus possible to determine three-dimensional information regarding the distribution of a specific substance (analyte) in the sample. The information becomes taken with a camera 2 and evaluated via a sensor chip 4 (see Fig.13).
  • the first part 31 of the detection element 10 has an opening 38, through which the camera 2 looks at the sensor film 18 in order to record an image of the light returning from the sensor film 18 (fluorescent light).
  • the format and the size of the sensor film 18 or the inclination of the ramp 24 can be individually adapted to the shape and size of the well or container 22.
  • the ramps 24 of the second part 32 of the detection element 10 can be printed accordingly with a 3D printer (not shown) or
  • FIG. 5 shows the evaluation of the oxygen distribution (analytes) on the bottom 23 of a well 22 and, in comparison, on the membrane of cells 29 formed by the cell crown 27 as a function of time. It can be clearly seen that with
  • Figure 6 shows a schematic representation of the distribution of
  • FIG. 7 shows the development of the distribution of the oxygen over time, wherein the ramp 24 with the sensor film (not shown here) has already been in the sample 22 (nutrient solution) in the well 22 for some time.
  • FIG. 8 shows a plan view of a corrugated plate 26 in which several different embodiments of a detection element 10 are used, which find use in the present invention. Depending on the type of detection (2- dinemsionale detection or 3-dimensional detection) of the user, the detection elements 10 can be selected and distributed in the microtiter plate 26. For the measurement, the corrugated plate 26 is aligned in the X-coordinate direction X and in the Y-coordinate direction Y. Each used in the corrugated sheet 26
  • Detection element 10 is open at the top, so that a gas exchange with the environment can take place. It is obvious to a person skilled in the art that according to another possible embodiment of the invention according to the
  • FIG. 9 shows a plan view of a further possible embodiment of the detection element 10.
  • FIG. 10 shows a side view of the detection element 10 of FIG. 9.
  • the detection element 10 extends centrally a light guide element 14, with which the illumination light 35 (see FIG first end 1 1 can be transported to a second end 12 of the light-guiding element 14.
  • the second end 12 sits in the sample (not shown here) and carries a sensor film 18.
  • the detection element 10 has a ring 28th
  • the light guide 14 is enclosed by the ring 28 and has a substantially rectangular cross-sectional shape. From the side view of
  • Detection element 10 can be seen that extends the light-guiding element 14 in the Z direction Z.
  • a first side 14i of the light element 14 is shorter than a second side 142 of the light guide element 14. This results in a ramp 24.
  • this ramp 24 it is thus possible to provide different information
  • the light-guiding element 14 is designed substantially as a trapezoidal quadrangle, wherein at the first end 1 1, a first surface 15 is formed and in the region of the second end 12, the light-guiding element 14 Ramp 24 and second surface 16 which extends at an angle to the Z-direction Z.
  • the angle can not be equal to 90 °.
  • FIG. 11 shows a plan view of a further embodiment of the invention
  • FIG. 12 shows a side view of the detection element on FIG. In the detection element 10 also extends centrally
  • Light guide 14 with which the illumination light 35 (see FIG. 13) can be transported from a first end 1 1 to a second end 12 of the light guide 14.
  • the second end 12 is surrounded by the sample (not shown here) and carries a sensor film 18.
  • a ring 28 at the first end 1 1 of the detection element 10 is provided.
  • Centrally in the detection element 10 extends the light-guiding element 14, which is held by a plurality of carriers 30 in the central position in the detection element 10.
  • a sensor film 18 is glued to the second end of the light-guiding element 14.
  • the light-guiding element 14 extends substantially in the Z-direction Z and may be conical. Thus, it is possible that space is also provided on the lateral wall 19 of the light-guiding element 14 in order to attach a sensor foil 18. This gives a 3D analyte information of the sample.
  • Detection element 10 should not be construed as limiting the invention. It is obvious to a person skilled in the art that different geometries can be formed for the second surfaces 16 (ramps) of the light-guiding elements 14, on which the sensor film 18 is applied. It is also conceivable that the second surface 16 is formed for the sensor film 18 as a continuously differentiable surface. With the embodiment of the device according to the invention or the detection elements 10 used for the device, it is possible to obtain statements of a multiplicity of systems by a two-dimensional image of optochemical sensor material which is applied to 3-D structures. Beyond the first surfaces 15 of the embodiments
  • Illumination light 35 on and detection light 36 coupled out.
  • Information in a two-dimensional plane In addition to the two-dimensional information in the XY plane, one also obtains a depth profile in the Z direction Z of the sample 17. In addition, one can measure the information with several analytes simultaneously. Furthermore, one can determine point measurements and additionally the time course of the change of the analyte. The duration of a recording for
  • Figure 13 shows a schematic structure of the device 1, according to a
  • Embodiment of the invention for obtaining 3D analyte information within a sample 17 are several of the invention.
  • Detection elements 10 are inserted into a respective well 22 of a corrugated plate 26.
  • a camera 2 which comprises a sensor chip 4 and a lighting device 6, the entire corrugated plate 26 is illuminated with illumination light 35.
  • the camera 2 has a suitable optical system (not shown here) with which the detection light 36 coming back from the detection elements 10 is imaged on the sensor chip 4.
  • the information obtained by means of the sensor chip 4 is transferred to a computer 8 for evaluation or further processing.
  • the camera 2 defines an optical axis 7, which is aligned substantially perpendicular to the corrugated plate 26.
  • FIG. 14 shows a plan view of the sensor chip 4 of the camera 2 according to an embodiment.
  • the entire corrugated plate 26 is shown here in dashed lines and is, in this embodiment, by the camera 2 and its optics as a whole on the Sensor chip 4 shown.
  • Figure 13 In the illustration shown in Figure 13 are
  • a plurality of image windows 20 are defined on the sensor chip 4 of the camera 2.
  • the image windows 20 always correspond in shape and arrangement of the light guide elements 14 at the first end 1 1 (see FIG. 14) of the detection element 10.
  • Image window 20 is shown, this should not be construed as a limitation of the invention. In terms of software, any desired orientation of the shape and arrangement of the image window 20 can be selected on the sensor chip 4 of the camera 2. Likewise, the application of the detection elements 10 is not limited to microtiter plates or corrugated plates 26. As already mentioned, these detection elements 10 according to the invention can also be introduced into the soil or into sediments in order thus to obtain a three-dimensional distribution of the analytes within the soil or in the sediments.

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Abstract

Disclosed are an apparatus (1), a method and a detection element (10) for obtaining at least 2D analyte information. A camera (2) is provided with a 2-dimensional sensor chip (4) and an illumination device (6) for producing illumination light (35). At least one detection element (10) is provided with a sensor film (18). The 2-dimensional sensor film (18) is illuminated via the detection element (10). The sensor film (18) is provided in the region of the second end (12) of the detection element (10). A camera (2) images the light from the sensor film (18) onto a sensor chip (4).

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Gewinnung von zumindest 2D- Analvtinformationen und hierfür gestaltetes Detektionselement  Apparatus and method for obtaining at least 2D analysis information and detection element designed therefor
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung von zumindest 2D-Analytinformationen einer Probe. The present invention relates to a device for obtaining at least 2D analyte information of a sample.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Gewinnung von zumindest 2D- Analytinformationen einer Probe, wobei die Probe vielseitig gestaltet sein kann. Furthermore, the invention relates to a method for obtaining at least 2D analyte information of a sample, wherein the sample can be designed to be versatile.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Detektionselement, mit dem es möglich ist, zumindest 2D-Analytinformationen innerhalb einer Probe mittels einer einzigen Messung zu gewinnen. Hinzu kommt, dass durch besondere Gestaltung desFurthermore, the invention relates to a detection element with which it is possible to obtain at least 2D analyte information within a sample by means of a single measurement. In addition, by special design of the
Messverfahrens auch eine zeitaufgelöste Information über die 3D-Analytverteilung in der Probe gewonnen werden kann (Vorteil). Measurement method also a time-resolved information about the 3D analyte distribution in the sample can be obtained (advantage).
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 101 01 576 A1 offenbart einen optischen Sensor zur Bestimmung zumindest eines Parameters in einer Probe. Der optische Sensor enthält ein auf den Parameter ansprechendes Indikatormaterial mit kurzer Abklingzeit und ein auf den Parameter nicht ansprechendes Referenzmaterial mit langer Abklingzeit und dient zur Erfassung eines den zu bestimmenden Parameter anzeigenden Messsignals. Das Indikator- und das Referenzmaterial sind auf einem gemeinsamen Träger immobilisiert. Die zur Probe weisende Schicht des German patent application DE 101 01 576 A1 discloses an optical sensor for determining at least one parameter in a sample. The optical sensor includes a short-decay indicia responsive to the parameter and a long-decay non-responsive reference material for sensing a measurement signal indicative of the parameter to be determined. The indicator and reference materials are immobilized on a common support. The sample facing layer of the
Indikatormaterials und des Referenzmaterials ist von einer Schicht abgedeckt, die einen Kontakt zwischen dem Indikatormaterial und der Probe erlaubt, jedoch für das zur Erregung des Indikator- und Referenzmaterials verwendete Licht im Indicator material and the reference material is covered by a layer that allows contact between the indicator material and the sample, but for the light used in the excitation of the indicator and reference material
Wesentlichen undurchlässig ist. Essentially impermeable.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 198 38 085 A1 offenbart ein Verfahren zur Untersuchung eines Bodens. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass elektromagnetische Strahlung an verschiedenen Stellen in den Messbereich eingekoppelt und/oder an verschiedenen Stellen aus dem Messbereich ausgekoppelt wird. German laid-open specification DE 198 38 085 A1 discloses a method for examining a floor. The method is characterized by the fact that electromagnetic radiation at different locations in the measuring range coupled and / or decoupled from the measuring range at various points.
Die US Patentanmeldung US 201 1/0086418 A1 offenbart Sauerstoffsensoren, die in einer Multiwellplatte vorgesehen sind. Die Sauerstoffsensoren werden mit sichtbaren Licht beleuchtet. Die Emission von den Sauerstoffsensoren wird mit einer Kamera aufgenommen. Die Bilder werden mit einer entsprechenden Software analysiert. US Patent Application US 201 1/0086418 A1 discloses oxygen sensors provided in a multiwell plate. The oxygen sensors are illuminated with visible light. The emission from the oxygen sensors is recorded with a camera. The images are analyzed with appropriate software.
Das US-Patent US-5,604,582 offenbart eine Vorrichtung zur Bestimmung von Tiefenprofilen bei von Wasser bedeckten Sedimenten. Die Vorrichtung liefert keine Analytinformation. Man erhält lediglich eine reine Bildaufnahme in der z-Richtung durch Umlenkung über einen Spiegel. US Pat. No. 5,604,582 discloses an apparatus for determining depth profiles in water-covered sediments. The device does not provide analyte information. Only a pure image acquisition in the z-direction is obtained by deflection over a mirror.
Gemäß dem Stand der Technik werden zur Aufnahme von Tiefenprofilen in Tierund Pflanzengewebe, Böden, Sedimenten, Interfaces oder Zellkulturen According to the prior art, for recording depth profiles in animal and plant tissues, soils, sediments, interfaces or cell cultures
Mikrosensoren (optochemisch und potentiometrisch) vorgesehen. Über eine Microsensors (optochemical and potentiometric) provided. Over a
Messsteuerung ist es möglich, diese Mikrosensoren in die Tiefe der zu Measurement control, it is possible to use these microsensors in the depth of
analysierenden Probe einzuführen. Als Ergebnis erhält man somit eine introduce the analyzing sample. The result is thus one
Analytkomposition bzw. Konzentration in der Tiefe der Probe. Die Punktmessungen werden mittels dünner Glasfasern durchgeführt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass es zeitaufwendig ist und sehr fragile Sensoren verwendet. Ein Beispiel für eine Optode ist im US-Patent US 5,273,716 beschrieben. Zur Überwachung des Sauerstoffgehalts und des ph-Werts in Zellkulturen, Böden oder Sedimenten kann gemäß dem Stand der Technik ein Sensor auf dem Boden eines Wells angeordnet werden. Die Sensoren sind Punktsensoren, auch„Dots" genannt, und rein optochemisch. Mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren bzw. mit der vorgeschlagenen Vorrichtung ist es möglich, Punktmessungen durchzuführen. Jedoch erhält man keine Information zu der zweidimensionalen Verteilung oder zu Gradienten bzw. Gradientenprofilen. Eine Vorrichtung zur Ermittlung der Verteilung eines Analyten in einer Probe umfasst gemäß dem Stand der Technik eine Sensorfolie, die an eine Wand eines Analytical composition or concentration in the depth of the sample. The point measurements are carried out by means of thin glass fibers. The disadvantage of this method is that it is time-consuming and uses very fragile sensors. An example of an optode is described in US Pat. No. 5,273,716. In order to monitor the oxygen content and the pH in cell cultures, soils or sediments, according to the prior art a sensor can be arranged on the bottom of a well. The sensors are point sensors, also called "dots", and purely optochemical.With the method proposed here or with the proposed device, it is possible to perform point measurements, however, no information is obtained on the two-dimensional distribution or on gradient profiles. A device for determining the distribution of an analyte in a sample according to the prior art comprises a sensor film which is attached to a wall of a
Behältnisses geklebt ist. Eine Kamera, welche auch eine Beleuchtungseinrichtung umfasst, beleuchtet die Sensorfolie durch die Wand des Gefäßes. Das von der Sensorfolie zurückkommende Licht wird von einem Sensorchip der Kamera erfasst. Mit der Vorrichtung des Standes der Technik ist es möglich, die Verteilung von Sauerstoff, den ph-Wert und die Kohlendioxidkonzentration zu messen. Dies ist z.B. in der europäischen Patentanmeldung EP 1 040 788 A1 offenbart. Container is glued. A camera, which also includes a lighting device, illuminates the sensor film through the wall of the vessel. The light coming back from the sensor foil is detected by a sensor chip of the camera. With the apparatus of the prior art, it is possible to measure the distribution of oxygen, the pH and the carbon dioxide concentration. This is e.g. in European Patent Application EP 1 040 788 A1.
Die Anwendung einer aus mehreren Fasern bestehenden Optode (MuFO) kann dem Link: www.mpi-bremen.de/en/Multi-Fiber-Qptode-MuFQ.html entnommen werden. Die MuFO erlaubt lediglich eine Kombination von Punktmessungen zur Erfassung der Information in z-Richtung. Eine kontinuierliche 2D-lnformation kann damit nicht erzielt werden. The application of a multi-fiber optode (MuFO) can be found in the link: www.mpi-bremen.de/en/Multi-Fiber-Qptode-MuFQ.html. The MuFO only allows a combination of point measurements to capture information in the z-direction. A continuous 2D information can not be achieved with it.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Gewinnung von zumindest 2D-Analtyinformationen zu schaffen, die auf schnelle und einfache Weise durchgeführt bzw. verwendet werden kann. Mittels der Vorrichtung kann der The invention has for its object to provide a device for obtaining at least 2D property information that can be performed or used in a quick and easy way. By means of the device, the
Benutzer die Messung ohne apparativen Aufwand durchführen und somit Users perform the measurement without any equipment and thus
Analytinformationen bezüglich der mehr-dimensionalen Verteilung eines Analyten in einer Probe gewinnen. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Gewinnung von zumindest 2D- Analtyinformationen gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Gain analyte information regarding the multi-dimensional distribution of an analyte in a sample. This object is achieved by a device for obtaining at least 2D property information according to the features of claim 1.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Gewinnung von 2D- Analtyinformationen zu schaffen, das auf schnelle und einfache Weise durchgeführt bzw. verwendet werden kann, so dass mittels der Messung ohne Aufwand für den Benutzer zumindest 2D-Analytinformationen zur Verteilung eines Analyten in einer Probe gewonnen werden können. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Gewinnung von zumindest 2D- Analtyinformationen gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. The invention has for its object to provide a method for obtaining 2D analty information that can be performed or used in a quick and easy manner, so that by means of the measurement without effort for the user at least 2D analyte information for the distribution of an analyte in a sample can be obtained. This object is achieved by a method for obtaining at least 2D property information according to the features of claim 9.
Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Detektionselement zur Gewinnung von zumindest 2D-Analytinformationen zu schaffen, das zur Verwendung der schnellen und einfachen Gewinnung von zumindest 2D-Analytinformationen bezüglich der Verteilung eines Analyten in einer Probe geeignet ist. It is a further object of the invention to provide a detection element for obtaining at least 2D analyte information suitable for use in rapidly and easily obtaining at least 2D analyte information regarding the distribution of an analyte in a sample.
Diese Aufgabe wird durch ein Detektionselement zur Gewinnung von zumindest 2D- Analytinformationen gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 14 umfasst. This object is achieved by a detection element for obtaining at least 2D analyte information comprising the features of claim 14.
Eine mögliche Ausführungsform der Vorrichtung zur Gewinnung von zumindest 2D- Analytinformationen umfasst eine Kamera mit einem zweidimensionalen Sensorchip. Ebenso ist eine Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung eines Beleuchtungslichts vorgesehen. Ferner ist mindestens ein Detektionselement vorgesehen, das ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist. Eine zweite Fläche ist im Bereich eines zweiten Endes des mindestens einen Detektionselements ausgeformt und mit einer 2-dimensionalen Sensorfolie versehen. Ferner ist mindestens ein Behältnis mit einer Probe versehen, wobei das Detektionselement in dem Behältnis aufgenommen werden kann. Die 2-dimensionale Sensorfolie ist dabei von der Probe vollkommen bedeckt. Ein Auswertesystem ist kommunikativ mit dem Sensorchip der Kamera verbunden, die ein Bild der 2-dimensionalen Sensorfolie aufnimmt. Wenn das Detektionselement in das dafür vorgesehene Behältnis eingesetzt ist, unterscheidet man zwei mögliche Ausführungsformen. Gemäß der ersten A possible embodiment of the device for obtaining at least 2D analyte information comprises a camera with a two-dimensional sensor chip. Likewise, a lighting device for generating an illumination light is provided. Furthermore, at least one detection element is provided which has a first end and a second end. A second surface is formed in the region of a second end of the at least one detection element and provided with a 2-dimensional sensor film. Furthermore, at least one container is provided with a sample, wherein the detection element can be accommodated in the container. The 2-dimensional sensor film is completely covered by the sample. An evaluation system is communicatively connected to the sensor chip of the camera, which takes a picture of the 2-dimensional sensor film. If the detection element is inserted into the container provided for it, one differentiates between two possible embodiments. According to the first
Ausführungsform bleibt auch nach dem Einsetzen des Detektionselements in das Behältnis nach oben hin offen, so dass eine Gasaustauch aus dem Inneren des Behältnisses mit der Umgebung stattfinden kann. Gemäß der zweiten Embodiment remains open even after the insertion of the detection element in the container upwards, so that a gas exchange can take place from the interior of the container with the environment. According to the second
Ausführungsform ist nach dem Einsetzen des Detektionselements in das Behältnis diese nach oben hin verschlossen. Damit ist eine Gasaustauch aus dem Inneren des Behältnisses mit der Umgebung unterbunden. Die Vorrichtung hat den Vorteil, dass bei geeigneter Ausrichtung der Sensorfolie aus dem aufgenommen 2-dimensionalen Bild der Sensorfolie auch Informationen über eine räumliche Verteilung der Analyten in der Probe gewonnen werden können. Ebenso kann man Informationen über die zeitliche Entwicklung der Analyten in der Probe erhalten. Embodiment is after insertion of the detection element in the container, this closed at the top. This prevents a gas exchange from the interior of the container with the environment. The device has the advantage that with suitable alignment of the sensor film from the recorded 2-dimensional image of the sensor film information about a spatial distribution of the analyte in the sample can be obtained. Similarly, one can obtain information about the temporal evolution of the analytes in the sample.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform kann die 2-dimensionale Sensorfolie auf einem Haltemittel im Bereich des zweiten Endes des Detektionselements According to a possible embodiment, the 2-dimensional sensor film can be mounted on a holding means in the region of the second end of the detection element
aufgebracht sein. be upset.
Das Haltemittel kann gemäß einer Ausführungsform eine Rampe sein, die The holding means may according to one embodiment be a ramp which
gegenüber einer Horizontalen um einen Winkel geneigt ist. is inclined by an angle relative to a horizontal.
Gemäß einer Ausführungsform des Detektionselements ist ein massives According to one embodiment of the detection element is a solid
Lichtleitelement im Detektionselement zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende angeordnet. Das Lichtleitelement besitzt am ersten Ende eine erste Fläche zur Einkopplung von Beleuchtungslicht und zur Auskopplung von Detektionslicht. Am zweiten Ende ist eine zweite Fläche ausgebildet, die mit der 2-dimensionalen Sensorfolie versehen ist. Light guide disposed in the detection element between the first end and the second end. The light guide element has at the first end a first surface for coupling illumination light and for coupling out detection light. At the second end, a second surface is formed, which is provided with the 2-dimensional sensor film.
Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform kann die zweite Fläche am zweiten Ende des Lichtleitelements des Detektionselements parallel zu einer Horizontalen ausgerichtet sein. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die zweite Fläche am zweiten Ende des Lichtleitelements des Detektionselements unter einem Winkel zu einer Horizontalen ausgerichtet sein. According to a further possible embodiment, the second surface may be aligned at the second end of the light-guiding element of the detection element parallel to a horizontal. According to another embodiment, the second surface may be aligned at the second end of the light-guiding element of the detection element at an angle to a horizontal.
Die Kamera ist zusammen mit dem Sensorchip derart angeordnet, dass die 2- dimensionale Sensorfolie im Bereich des zweiten Endes des mindestens einen Detektionselements ein Bildfenster auf dem Sensorchip definiert. Dies hat den Vorteil, dass damit nur das von der ersten Fläche am ersten Ende des The camera is arranged together with the sensor chip such that the 2-dimensional sensor film defines an image window on the sensor chip in the region of the second end of the at least one detection element. This has the advantage that only the first surface at the first end of the
Lichtleitelements des mindestens einen Detektionselements austretende Light-conducting element of the at least one detection element emerging
Detektionslicht erfassbar ist. Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das mindestens eine Behältnis ein Well. Mehrere Wells sind in einer Wellplatte angeordnet, wobei in mindestens einem der Wells eines der Detektorelemente eingesetzt ist. Ein Analytverbrauch findet dabei bei der Messung nicht statt. Dadurch kann man auch über längere Zeit hypoxische Zustände überwachen ohne sie beim Detection light is detected. According to one embodiment of the device according to the invention, the at least one container is a well. Several wells are arranged in a corrugated plate, wherein one of the detector elements is inserted in at least one of the wells. An analyte consumption does not take place during the measurement. This allows you to monitor for a long time hypoxic states without them at
Messvorgang„künstlich" anoxisch zu machen. Gleiches gilt auch für pH und CO2. Zur Auswertung der Messdaten ist ein Computer vorgesehen, der kommunikativ mit dem Sensorchip der Kamera verbunden ist. Ebenso kann eine mit dem Sensorchip der Kamera direkt verbundene Auswerteeinheit, wie z.B. Mobiltelefon oder The same applies to pH and CO2, and a computer is provided for communicating with the sensor chip of the camera, and an evaluation unit directly connected to the camera's sensor chip, such as a mobile phone, can be used or
Smartkamera, vorgesehen sein. Unter dem Begriff Computer ist jedes Gerät zu verstehen, mit dem eine Auswertung durchgeführt werden kann. Geeignete Geräte sind z.B. Laptop, PC, Tablet, Mobiltelefon, usw.  Smart camera, be provided. The term computer means any device with which an evaluation can be carried out. Suitable devices are e.g. Laptop, PC, tablet, mobile phone, etc.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Gewinnung von zumindest 2D- Analytinformationen umfasst zunächst den Schritt, dass mindestens ein The method according to the invention for obtaining at least 2D analyte information initially comprises the step that at least one
Detektionselement in eine Probe mit mindestens einem zu detektierenden Analyten eingebracht wird, wobei das mindestens eine Detektionselement ein erstes Ende, ein zweites Ende und ein Lichtelement aufweist, das sich vom ersten Ende zum zweiten Ende hin erstreckt. Das zweite Ende des Lichtleitelements trägt an der zweidimensionalen Fläche oder Flächenstruktur (nicht unbedingt ist eine  Detection element is introduced into a sample having at least one analyte to be detected, wherein the at least one detection element has a first end, a second end and a light element, which extends from the first end to the second end. The second end of the light guide carries on the two-dimensional surface or surface structure (not necessarily is a
kontinuierliche Rampe erforderlich) eine Sensorfolie. Die Fläche oder continuous ramp required) a sensor film. The area or
Flächenstruktur kann Stufen, Ecken oder Kanten haben (also mehrere Surface structure may have steps, corners or edges (ie several
unterschiedliche zweidimensionale Flächen). Auch kann die Größe, Form und Topographie des Sensors variieren, damit mindestens einer der in der Probe vorhandenen Analyten detektiert werden kann. Nachdem das mindestens einedifferent two-dimensional surfaces). Also, the size, shape and topography of the sensor may vary to detect at least one of the analytes present in the sample. After that at least one
Detektionselement zumindest in die Probe eingeführt bzw. eingesetzt ist, kann das mindestens eine Detektionselement beleuchtet werden, so dass Beleuchtungslicht über eine erste Fläche im Bereich des ersten Endes des Detektionselements zu der an der zweiten Fläche des zweiten Endes vorgesehenen Sensorfolie gelangt. Das von der Sensorfolie über das Lichtleitelement zurückkehrende Detektionslicht gelangt zu einem Sensorchip einer Kamera. Das Detektionslicht, welches über die zweite Fläche im Bereich des ersten Endes des Lichtleitelements austritt, wird von dem Sensorchip detektiert. Aus der Detektion erhält man somit eine Darstellung der zumindest zweidimensionalen Verteilung eines Analyten innerhalb einer Probe. Dies erreicht man ohne die Anwendung technischer aufwändiger SD- Erfassungsmethoden, wie beispielsweise konfokale Imaging-Systeme. Detection element is inserted or inserted at least into the sample, the at least one detection element can be illuminated so that illumination light passes over a first surface in the region of the first end of the detection element to the provided on the second surface of the second end sensor film. The detection light returning from the sensor film via the light-guiding element arrives at a sensor chip of a camera. The detection light, which emerges via the second area in the region of the first end of the light-guiding element, is detected by the sensor chip. From the detection one thus obtains a representation of the at least two-dimensional distribution of an analyte within a sample. This can be achieved without the use of technically complex SD acquisition methods, such as confocal imaging systems.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, somit With the method according to the invention, it is thus possible
Tiefenprofilinformationen über die Verteilung von Analyten im Tier- und Depth profile information on the distribution of analytes in animal and
Pflanzengewebe, in Böden, Sedimenten oder Zellkulturen zu erhalten. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das mindestens eine Behältnis ein Well sein, wobei mehrere Wells in einer Wellplatte angeordnet sind. In mindestens einem der Wells wird eines der Detektorelemente eingesetzt. Die Wellplatte wird als Ganzes beleuchtet. Mit der Kamera wird die Wellplatte mit dem mindestens einen Detektorelement auf den Sensorchip abgebildet, wobei für jede 2- dimensionale Sensorfolie auf dem Sensorchip ein Bildbereich festgelegt wird. Die Daten aus dem jeweiligen Bildbereich werden einer Auswerteeinheit zugeführt, Plant tissue, in soils, sediments or cell cultures. According to one embodiment of the invention, the at least one container may be a well, wherein a plurality of wells are arranged in a corrugated plate. In at least one of the wells, one of the detector elements is used. The corrugated plate is illuminated as a whole. With the camera, the corrugated plate is imaged with the at least one detector element on the sensor chip, wherein an image area is defined for each 2-dimensional sensor film on the sensor chip. The data from the respective image area are fed to an evaluation unit,
Das erfindungsgemäße Detektionselement zur Gewinnung von zumindest 2D- Analytinformationen ist entsprechend gestaltet. Das Detektionselement umfasst dabei ein erstes Ende und ein zweites Ende. Eine 2-dimensionale Sensorfolie ist im Bereich des zweiten Endes des Detektionselements vorgesehen. The detection element according to the invention for obtaining at least 2D analyte information is designed accordingly. The detection element comprises a first end and a second end. A 2-dimensional sensor film is provided in the region of the second end of the detection element.
Die 2-dimensionalen Sensorfolie ist auf einem Haltemittel im Bereich des zweiten Endes des Detektionselements aufgebracht. Das Detektionselement hat am ersten Ende eine Öffnung ausgebildet. Gemäß einer Ausgestaltung des The 2-dimensional sensor film is applied to a holding means in the region of the second end of the detection element. The detection element has an opening at the first end. According to one embodiment of the
Detektionselements ist das Haltemittel eine Rampe, die gegenüber einer Detection element, the holding means is a ramp opposite to a
Horizontalen um einen Winkel geneigt ist. Horizontal is inclined at an angle.
Ebenso kann das Detektionselement ein massives Lichtleitelement umfassen, das zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende angeordnet ist. Das Lichtleitelement hat am ersten Ende eine erste Fläche zur Einkopplung von Likewise, the detection element may comprise a solid light-guiding element which is arranged between the first end and the second end. The Light guide element has at the first end a first surface for coupling
Beleuchtungslicht und zur Auskopplung von Detektionslicht ausgebildet. Am zweiten Ende ist eine zweite Fläche ausgebildet, die mit der 2-dimensionalen Sensorfolie versehen ist. Gemäß einer Ausführungsform ist die zweite Fläche mit der 2-dimensionalen Sensorfolie parallel zu einer Horizontalen ausgerichtet Illumination light and designed for coupling out detection light. At the second end, a second surface is formed, which is provided with the 2-dimensional sensor film. According to one embodiment, the second surface is aligned with the 2-dimensional sensor film parallel to a horizontal
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Fläche mit der 2- dimensionalen Sensorfolie unter einem Winkel zu einer Horizontalen ausgerichtet. According to another embodiment, the second surface is aligned with the 2-dimensional sensor film at an angle to a horizontal.
Im Bereich des zweiten Endes besitzt die zweite Fläche eine Sensorfolie bzw. hat diese aufgeklebt. Die Sensorfolie ist in der Lage, mit Mikrometerauflösung dieIn the region of the second end, the second surface has a sensor film or has glued them. The sensor film is capable of micrometer resolution the
Analytunterschiede zu erfassen und in ein nicht-homogenes flächiges Lichtsignal zu übersetzen, wobei die„Nicht-Homogenität" 1 :1 einen anwesenden Analyt- Gradienten oder eine Analytverteilung widerspiegelt. Die zweite Fläche kann im Bereich des zweiten Endes zumindest teilweise zu einer Senkrechten der zweidimensionalen Flächen des ersten Endes unter einem Winkel geneigt sein. Analyte differences and to translate into a non-homogeneous areal light signal, wherein the "non-homogeneity" 1: 1 reflects a present analyte gradient or an analyte distribution.The second area may be in the region of the second end at least partially to a vertical of the two-dimensional Areas of the first end to be inclined at an angle.
Ein entscheidender Vorteil der gegenwärtigen Erfindung ist, dass man für das Profiling das Detektionselement nicht bewegen muss. Das ist also genau anders als bei den Mikrosensoren des Standes der Technik. Daraus folgt auch, dass es keinen Einstichkanal gibt, der bei der Messung mechanisch verändert wird und wegen der aufgrund der Erfindung nicht vorhandenen Bewegung des Detektionselements gibt es auch keine Durchmischung der Probe beim Messvorgang. Hinzu kommt, dass die Erfindung eine„Projektion einer 3D-lnformation auf einen 2D-Detektor" ermöglicht, wobei hiermit eine Kombination mit den einzigartigen Vorteilen der optisch chemischen Sensoren erreicht wird. Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigen: A key advantage of the present invention is that you do not have to move the detection element for profiling. This is exactly the same as with the microsensors of the prior art. It also follows that there is no puncture channel, which is mechanically changed in the measurement and because of the non existing due to the invention movement of the detection element, there is also no mixing of the sample during the measurement process. In addition, the invention enables a "projection of 3D information onto a 2D detector", thereby achieving a combination with the unique advantages of the opto-chemical sensors .. Embodiments of the present invention will be more apparent from the following detailed description of the invention and its advantages The size relationships in the figures do not always correspond to the actual size ratios, since some shapes simplified and other forms are shown enlarged in relation to other elements for ease of illustration. Showing:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer in einem Well einer Mikrotiterplatte vorgesehenen Zellkultur und den daraus zu erwartenden FIG. 1 shows a schematic representation of a cell culture provided in a well of a microtiter plate and the expected cell culture thereof
Sauerstoffgradienten in Z-Richtung;  Oxygen gradients in the Z direction;
Figur 2 eine schematische Darstellung der Verwendung einer Zellkrone und der daraus resultierenden Verteilung des Sauerstoffs über und unter der Zellkrone; Figure 2 is a schematic representation of the use of a cell crown and the resulting distribution of oxygen above and below the cell crown;
Figur 3 eine perspektivische Darstellung eines ersten Teils einer speziellen Figure 3 is a perspective view of a first part of a special
Ausführungsform eines Behältnisses für die Gewinnung von  Embodiment of a container for the production of
Analytgradienten in Z-Richtung;  Analyte gradients in the Z direction;
Figur 4 eine perspektivische Darstellung einer Rampe, die am Boden des in Figur Figure 4 is a perspective view of a ramp, which at the bottom of the in FIG
3 gezeigten Teils eines Behältnisses angebracht werden kann;  3 part of a container can be attached;
Figur 5 eine graphische Darstellung der Verteilung von Sauerstoff (Antwort der FIG. 5 is a graph of the distribution of oxygen (answer of the
Sensorfolie) in Abhängigkeit der Zeit und an einem Ort am Boden des Sensor film) as a function of time and in a location at the bottom of the
Wells und an der Position der Membran auf der Zellkrone; Wells and at the position of the membrane on the cell crown;
Figur 6 eine schematische Darstellung des Sauerstoffgradienten in Z-Richtung, nachdem die Zellkrone eingesetzt worden ist; Figure 6 is a schematic representation of the oxygen gradient in the Z direction after the cell crown has been inserted;
Figur 7 eine schematische Darstellung des Sauerstoffgradienten in Z-Richtung im Figure 7 is a schematic representation of the oxygen gradient in the Z direction in
Well, nach einer vergangenen Zeitspanne;  Well, after a past period of time;
Figur 8 eine Draufsicht auf eine Mikrotiterplatte, die 4x6 in einem regelmäßigen Figure 8 is a plan view of a microtiter plate, the 4x6 in a regular
Raster angeordnete Wells besitzt und wobei in die Wells zum Teil verschiedene Ausführungsformen des Detektionselements eingesetzt sind; Figur 9 eine Draufsicht auf eine mögliche Ausführungsform des Raster arranged wells and wherein in the wells partly different embodiments of the detection element are used; Figure 9 is a plan view of a possible embodiment of the
Detektionselements;  Detection element;
Figur 10 eine Seitenansicht des in Figur 9 dargestellten Detektionselements; Figure 10 is a side view of the detection element shown in Figure 9;
Figur 1 1 eine Draufsicht auf eine weitere mögliche Ausführungsform des Figure 1 1 is a plan view of another possible embodiment of the
Detektionselements;  Detection element;
Figur 12 eine Seitenansicht des in Figur 1 1 dargestellten Detektionselements; Figure 12 is a side view of the detection element shown in Figure 1 1;
Figur 13 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Erfassen der Figure 13 is a schematic representation of an apparatus for detecting the
Analytkonzentration in Z-Richtung bei einer Vielzahl von Proben, die in mehreren Wells einer Mikrotiterplatte untergebracht sind; Figur 14 eine schematische Draufsicht auf eine Mikrotiterplatte, wobei die zweite  Z-direction analyte concentration on a variety of samples housed in multiple wells of a microtiter plate; Figure 14 is a schematic plan view of a microtiter plate, wherein the second
Reihe der Mikrotiterplatte mit Detektionselementen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gefüllt sind; und  Row of microtiter plate are filled with detection elements according to an embodiment of the invention; and
Figur 15 eine schematische Draufsicht auf den Sensorchip, der in der Kamera verwendet wird, wobei entsprechend der Lage der in Figur 14 in der Mikrotiterplatte eingesetzten Detektionselemente für die Detektion auf dem Sensorchip entsprechende Bildfenster softwaremäßig gestaltet sind. Figure 15 is a schematic plan view of the sensor chip, which is used in the camera, wherein according to the position of the detection elements used in Figure 14 in the microtiter plate for detection on the sensor chip corresponding image windows are designed by software.
Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Identical or equivalent elements of the invention will be identical
Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Reference numeral used. Furthermore, for the sake of clarity, only reference symbols are shown in the individual figures, which are required for the description of the respective figure.
Figur 1 zeigt eine Kultur aus Zellen 29, die sich auf dem Boden 23 eines Wells 22 abgesetzt hat. Mit der Erfindung ist es möglich, die Sauerstoffkonzentration (Analyt) nicht nur in einer Ebene (zweidimensional), sondern auch in der dazugehörigen Z- Richtung Z (Höhe) der Probe 17 zu bestimmen. Der Z-Gradient von Sauerstoff (Analyt) kann somit ermittelt werden. Die Wells 22 sind in der Regel in Mikrotiterplatten oder Wellplatten 26 ausgebildet. Vorteilhafter Weise sind die Mikrotiterplatten oder Wellplatten 26 schwarz ausgebildet, damit Beleuchtungslicht weggefiltert wird und somit keine Störsignale für die Aufnahme der FIG. 1 shows a culture of cells 29 deposited on the bottom 23 of a well 22. With the invention it is possible to determine the oxygen concentration (analyte) not only in one plane (two-dimensional), but also in the associated Z-direction Z (height) of the sample 17. The Z gradient of oxygen (analyte) can thus be determined. The Wells 22 are usually in Microtiter plates or corrugated plates 26 formed. Advantageously, the microtiter plates or corrugated plates 26 are formed black, so that illumination light is filtered away and thus no interference signals for recording the
Fluoreszenzsignale resultieren. Ein Übersprechen der Fluoreszenzsignale von einem Well 22 zu benachbarten Wells ist somit verhindert. Fluorescence signals result. Crosstalk of the fluorescence signals from one well 22 to adjacent wells is thus prevented.
Figur 2 zeigt die Verwendung von Zellkronen 27, wobei jeweils eine Zellkrone 27 in ein Well 22 eingesetzt ist. Mittels der Zellkrone 27, bilden sich die Zellen 29 nicht auf dem Boden 23 des jeweiligen Wells 22 aus. Die Zellen 29 sind somit von allen Seiten durch die Probe 17 zugänglich. Auch hiermit ist es möglich den Z-Gradienten der Sauerstoffverteilung in Z-Richtung Z innerhalb des Wells zu bestimmen. FIG. 2 shows the use of cell crowns 27, one cell crown 27 being inserted into one well 22 in each case. By means of the cell crown 27, the cells 29 do not form on the bottom 23 of the respective well 22. The cells 29 are thus accessible from all sides through the sample 17. This also makes it possible to determine the Z gradient of the oxygen distribution in the Z direction Z within the well.
Figur 3 zeigt einen ersten Teil 31 einer Ausführungsform eines Detektionselements 10, das zusammen mit einem in Figur 4 dargestellten zweiten Teil 32 in das FIG. 3 shows a first part 31 of an embodiment of a detection element 10 which, together with a second part 32 shown in FIG
Behältnis (Well) 22 eingesetzt werden kann. Es ist für einen Fachmann Container (Well) 22 can be used. It is for a professional
selbstverständlich, dass das das Behältnis 22 nicht alleine auf die Größe eines Wells für eine Mikrotiterplatte 26 begrenzt sein muss. Der erste Teil 31 ist zylinderförmig ausgebildet und besitzt einen inneren Durchmesser Di, der kleiner ist als der Durchmesser Dz (siehe Figur 2) einer Zellkrone (hier nicht dargestellt). Mit dem zweiten Teil 32 kann der erste Teil 31 nach unten hin abgeschlossen werden. Der zweite Teil 32 bildet den Boden 23 des Detektionselements 10. Auf dem Boden 23 steht die Zellkrone 27 (siehe Figur 2). of course, that the container 22 need not be limited to the size of a well for a microtiter plate 26 alone. The first part 31 is cylindrical and has an inner diameter Di, which is smaller than the diameter Dz (see Figure 2) of a cell crown (not shown here). With the second part 32, the first part 31 can be closed downwards. The second part 32 forms the bottom 23 of the detection element 10. On the bottom 23 is the cell crown 27 (see Figure 2).
Wie aus Figur 4 zu erkennen ist, hat der zweite Teil 32 eine Rampe 24 ausgebildet, die am Boden 23 des Detektionselements 10 eingesetzt werden kann. Die Rampe 24 dient als Haltemittel 13 und trägt die für die Ermittlung des Z-Gradienten des Analyten erforderliche Sensorfolie 18. Die Zellkrone 27 (hier nicht dargestellt) steht auf Ausformungen 25 des Bodens 23. Die Sensorfolie 18 selbst ist unter der As can be seen from FIG. 4, the second part 32 has a ramp 24 which can be inserted at the bottom 23 of the detection element 10. The ramp 24 serves as a holding means 13 and carries the required for the determination of the Z gradient of the analyte sensor film 18. The cell crown 27 (not shown here) is on formations 25 of the bottom 23. The sensor film 18 itself is under the
Zellkrone 27 vorgesehen. Mit der in Figur 3 und 4 beschriebenen Ausführungsform ist es somit möglich, eine dreidimensionale Information hinsichtlich der Verteilung eines bestimmten Stoffs (Analyten) in der Probe zu bestimmen. Die Information wird mit einer Kamera 2 aufgenommen und über eine Sensorchip 4 ausgewertet (siehe Fig.13). Cell crown 27 is provided. With the embodiment described in FIGS. 3 and 4, it is thus possible to determine three-dimensional information regarding the distribution of a specific substance (analyte) in the sample. The information becomes taken with a camera 2 and evaluated via a sensor chip 4 (see Fig.13).
Der erste Teil 31 des Detektionselements 10 besitzt eine Öffnung 38, durch die die Kamera 2 auf die Sensorfolie 18 blickt, um ein Abbild des von der Sensorfolie 18 zurückkommenden Lichts (Fluoreszenzlicht) aufzunehmen. Das Format und die Größe der Sensorfolie 18 bzw. die Neigung der Rampe 24 können an Form und Größe des Wells oder Behältnisses 22 individuell angepasst werden. Je nach Bedarf des Benutzers können die Rampen 24 des zweiten Teils 32 des Detektionselements 10 entsprechend mit einem 3D-Drucker (nicht dargestellt) ausgedruckt bzw. The first part 31 of the detection element 10 has an opening 38, through which the camera 2 looks at the sensor film 18 in order to record an image of the light returning from the sensor film 18 (fluorescent light). The format and the size of the sensor film 18 or the inclination of the ramp 24 can be individually adapted to the shape and size of the well or container 22. Depending on the needs of the user, the ramps 24 of the second part 32 of the detection element 10 can be printed accordingly with a 3D printer (not shown) or
hergestellt werden. getting produced.
Figur 5 zeigt die Auswertung der Sauerstoffverteilung (Analyten) am Boden 23 eines Wells 22 und im Vergleich dazu an der durch die Zellkrone 27 gebildeten Membran von Zellen 29 als Funktion der Zeit. Es ist deutlich zu erkennen, dass mit FIG. 5 shows the evaluation of the oxygen distribution (analytes) on the bottom 23 of a well 22 and, in comparison, on the membrane of cells 29 formed by the cell crown 27 as a function of time. It can be clearly seen that with
zunehmender Zeit die Sauerstoffkonzentration sowohl am Boden 23, als auch an der Position der Zellen 29 auf der Zellkrone 27 der Membran ansteigt. Der Sauerstoff nimmt ab. In dem Graphen ist die Antwort der Sensorfolie 18 in [a.u.] dargestellt. Je höher der Wert (Sauerstoffkonzentration) auf der Ordinate 52 ist, desto niedriger ist die Sauerstoffkonzentration. Der Anstieg der Sauerstoffkonzentration im Bereich der Membran aus Zellen 29 ist dabei deutlich größer, als der Anstieg am Boden 23 des Wells 22. increasing the time the oxygen concentration increases both at the bottom 23, as well as at the position of the cells 29 on the cell crown 27 of the membrane. The oxygen decreases. In the graph, the response of the sensor film 18 is shown in [a.u.]. The higher the value (oxygen concentration) on the ordinate 52, the lower the oxygen concentration. The increase in the oxygen concentration in the region of the membrane of cells 29 is significantly greater than the rise at the bottom 23 of the well 22.
Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung der Verteilung der Figure 6 shows a schematic representation of the distribution of
Sauerstoffkonzentration Z-Richtung Z in einem Well 22, in das eine Zellkrone 27 eingesetzt ist. Figur 7 zeigt dabei die Entwicklung der Verteilung des Sauerstoffs über die Zeit, wobei sich die Rampe 24 mit der Sensorfolie (hier nicht dargestellt) schon einige Zeit in der Probe 17 (Nährlösung) im Well 22 befunden hat. Um dieOxygen concentration Z direction Z in a well 22, in which a cell crown 27 is inserted. FIG. 7 shows the development of the distribution of the oxygen over time, wherein the ramp 24 with the sensor film (not shown here) has already been in the sample 22 (nutrient solution) in the well 22 for some time. To the
Zellen 29 auf der Zellkrone 27 entwickelt sich, wie aus Fig. 7 zu erkennen ist, mit der Zeit eine hohe Sauerstoffkonzentration in Z-Richtung Z. Figur 8 zeigt eine Draufsicht auf eine Wellplatte 26, in der mehrere verschiedene Ausführungsformen eines Detektionselements 10 eingesetzt sind, die bei der gegenwärtigen Erfindung Verwendung finden. Je nach Detektionsart (2- dinemsionale Erfassung oder 3-dimensionale Erfassung) des Benutzers können die Detektionselemente 10 gewählt und in der Mikrotiterplatte 26 verteilt werden. Für die Messung ist die Wellplatte 26 in X-Koordinatenrichtung X und in Y- Koordinatenrichtung Y ausgerichtet. Jeder in der Wellplatte 26 eingesetzte Cells 29 on the cell crown 27 develop, as can be seen from FIG. 7, with time a high oxygen concentration in the Z direction Z. Figure 8 shows a plan view of a corrugated plate 26 in which several different embodiments of a detection element 10 are used, which find use in the present invention. Depending on the type of detection (2- dinemsionale detection or 3-dimensional detection) of the user, the detection elements 10 can be selected and distributed in the microtiter plate 26. For the measurement, the corrugated plate 26 is aligned in the X-coordinate direction X and in the Y-coordinate direction Y. Each used in the corrugated sheet 26
Detektionselement 10 ist nach oben offen, so dass ein Gasaustausch mit der Umgebung stattfinden kann. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung nach dem Detection element 10 is open at the top, so that a gas exchange with the environment can take place. It is obvious to a person skilled in the art that according to another possible embodiment of the invention according to the
Einsetzen der Detektionselements 10 in die Wellplatte 26 ein Verschluss zu zur Umgebung hin erfolgt. Der Gasaustausch mit der Umgebung ist nicht möglich bzw. unterbunden.  Inserting the detection element 10 in the corrugated plate 26, a closure to the environment takes place. The gas exchange with the environment is not possible or prevented.
Figur 9 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere mögliche Ausführungsform des Detektionselements 10. Figur 10 zeigt eine Seitenansicht des Detektionselements 10 aus Fig. 9. Im Detektionselement 10 erstreckt sich zentral ein Lichtleitelement 14, mit dem das Beleuchtungslicht 35 (siehe Fig. 13) von einem ersten Ende 1 1 zu einem zweiten Ende 12 des Lichtleitelements 14 transportiert werden kann. Das zweite Ende 12 sitzt in der Probe (hier nicht dargestellt) und trägt eine Sensorfolie 18. An dem ersten Ende 1 1 hat das Detektionselement 10 einen Ring 28 FIG. 9 shows a plan view of a further possible embodiment of the detection element 10. FIG. 10 shows a side view of the detection element 10 of FIG. 9. In the detection element 10 extends centrally a light guide element 14, with which the illumination light 35 (see FIG first end 1 1 can be transported to a second end 12 of the light-guiding element 14. The second end 12 sits in the sample (not shown here) and carries a sensor film 18. At the first end 1 1, the detection element 10 has a ring 28th
ausgebildet. Das Lichtleitelement 14 wird von dem Ring 28 umschlossen und hat im Wesentlichen eine rechteckige Querschnittsform. Aus der Seitenansicht des educated. The light guide 14 is enclosed by the ring 28 and has a substantially rectangular cross-sectional shape. From the side view of
Detektionselements 10 ist ersichtlich, das sich das Lichtleitelement 14 dabei in Z- Richtung Z erstreckt. Eine erste Seite 14i des Lichtelements 14 ist kürzer als eine zweite Seite 142 des Lichtleitelements 14. Somit ergibt sich eine Rampe 24. Durch diese Rampe 24 ist es somit möglich, unterschiedliche Informationen aus Detection element 10 can be seen that extends the light-guiding element 14 in the Z direction Z. A first side 14i of the light element 14 is shorter than a second side 142 of the light guide element 14. This results in a ramp 24. By means of this ramp 24 it is thus possible to provide different information
unterschiedlichen Z-Positionen innerhalb der Probe zu erhalten. Die Rampe 24 trägt hierzu die Sensorfolie 18. Das Lichtleitelement 14 ist im Wesentlichen als ein trapezförmiges Viereck ausgebildet, wobei am ersten Ende 1 1 eine erste Fläche 15 ausgebildet ist und im Bereich des zweiten Endes 12 das Lichtleitelement 14 die Rampe 24 bzw. zweite Fläche 16 besitzt, die sich in einem Winkel zur Z-Richtung Z erstreckt. Der Winkel kann ungleich 90° sein. to obtain different Z positions within the sample. The light-guiding element 14 is designed substantially as a trapezoidal quadrangle, wherein at the first end 1 1, a first surface 15 is formed and in the region of the second end 12, the light-guiding element 14 Ramp 24 and second surface 16 which extends at an angle to the Z-direction Z. The angle can not be equal to 90 °.
Figur 11 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform des FIG. 11 shows a plan view of a further embodiment of the invention
Detektionselements 10. Figur 12 zeigt eine Seitenansicht des Detektionselements auf Fig. 1 1 . Im Detektionselement 10 erstreckt sich ebenfalls zentral ein Detection element 10. FIG. 12 shows a side view of the detection element on FIG. In the detection element 10 also extends centrally
Lichtleitelement 14, mit dem das Beleuchtungslicht 35 (siehe Fig. 13) von einem ersten Ende 1 1 zu einem zweiten Ende 12 des Lichtleitelements 14 transportiert werden kann. Das zweite Ende 12 ist von der Probe (hier nicht dargestellt) umgeben und trägt eine Sensorfolie 18. Hier ist ebenfalls ein Ring 28 am ersten Ende 1 1 des Detektionselements 10 vorgesehen. Zentral im Detektionselement 10 erstreckt sich das Lichtleitelement 14, das von mehreren Trägern 30 in der zentralen Position im Detektionselement 10 gehalten wird. Wie ebenfalls in der Beschreibung zu Fig. 10 erwähnt, ist am zweiten Ende des Lichtleitelements 14 eine Sensorfolie 18 aufgeklebt. Das Lichtleitelement 14 erstreckt sich im Wesentlichen in Z-Richtung Z und kann konisch ausgebildet sein. Somit ist es s möglich, dass an der seitlichen Wandung 19 des Lichtleitelements 14 ebenfalls Platz vorhanden ist, um eine Sensorfolie 18 anzubringen. Dadurch erhält man eine 3D-Analytinformation der Probe.  Light guide 14, with which the illumination light 35 (see FIG. 13) can be transported from a first end 1 1 to a second end 12 of the light guide 14. The second end 12 is surrounded by the sample (not shown here) and carries a sensor film 18. Here is also a ring 28 at the first end 1 1 of the detection element 10 is provided. Centrally in the detection element 10 extends the light-guiding element 14, which is held by a plurality of carriers 30 in the central position in the detection element 10. As also mentioned in the description of FIG. 10, a sensor film 18 is glued to the second end of the light-guiding element 14. The light-guiding element 14 extends substantially in the Z-direction Z and may be conical. Thus, it is possible that space is also provided on the lateral wall 19 of the light-guiding element 14 in order to attach a sensor foil 18. This gives a 3D analyte information of the sample.
Die in den Figuren 9 bis 12 dargestellten Ausführungsformen des The embodiments of the illustrated in Figures 9 to 12
Detektionselements 10 sollen nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass unterschiedliche Geometrien für die zweiten Flächen 16 (Rampen) der Lichtleitelemente 14 ausgebildet sein können, an denen die Sensorfolie 18 aufgebracht wird. Es ist ebenso vorstellbar, dass die zweite Fläche 16 für die Sensorfolie 18 als eine stetig differenzierbare Fläche ausgebildet ist. Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Vorrichtung bzw. der für die Vorrichtung verwendeten Detektionselemente 10 ist es möglich, Aussagen einer Vielzahl von Systemen durch eine zweidimensionale Abbildung von optochemischen Sensormaterial zu erhalten, das auf 3-D-Strukturen aufgebracht ist. Über die ersten Flächen 15 der Ausführungsformen wird Detection element 10 should not be construed as limiting the invention. It is obvious to a person skilled in the art that different geometries can be formed for the second surfaces 16 (ramps) of the light-guiding elements 14, on which the sensor film 18 is applied. It is also conceivable that the second surface 16 is formed for the sensor film 18 as a continuously differentiable surface. With the embodiment of the device according to the invention or the detection elements 10 used for the device, it is possible to obtain statements of a multiplicity of systems by a two-dimensional image of optochemical sensor material which is applied to 3-D structures. Beyond the first surfaces 15 of the embodiments
Beleuchtungslicht 35 ein- und Detektionslicht 36 ausgekoppelt. Mit der Erfindung erzielt man somit eine Projektion einer dreidimensionalen Illumination light 35 on and detection light 36 coupled out. With the invention thus obtained a projection of a three-dimensional
Information in eine zweidimensionale Ebene. Zusätzlich zu der zweidimensionalen Information in der XY-Ebene erhält man auch ein Tiefenprofil in Z-Richtung Z der Probe 17. Zusätzlich kann man die Information mit mehreren Analyten gleichzeitig messen. Ferner kann man Punktmessungen und zusätzlich den zeitlichen Verlauf der Veränderung des Analyten ermitteln. Die Zeitdauer einer Aufnahme zur Information in a two-dimensional plane. In addition to the two-dimensional information in the XY plane, one also obtains a depth profile in the Z direction Z of the sample 17. In addition, one can measure the information with several analytes simultaneously. Furthermore, one can determine point measurements and additionally the time course of the change of the analyte. The duration of a recording for
Gewinnung der Information entspricht der einer herkömmlichen Fotoaufnahme. Obtaining the information corresponds to that of a conventional photo shoot.
Somit ist es auch möglich, Videos über die Veränderung der Verteilung der Analyten innerhalb einer Probe in drei Dimensionen aufzuzeichnen. Figur 13 zeigt einen schematischen Aufbau der Vorrichtung 1 , gemäß einer Thus, it is also possible to record videos about the change in the distribution of analytes within a sample in three dimensions. Figure 13 shows a schematic structure of the device 1, according to a
Ausführungsform der Erfindung, zur Gewinnung von 3D-Analytinformationen innerhalb einer Probe 17. Hier sind mehrere der erfindungsgemäßen Embodiment of the invention for obtaining 3D analyte information within a sample 17. Here are several of the invention
Detektionselemente 10 in jeweils ein Well 22 einer Wellplatte 26 eingesetzt. Mit einer Kamera 2, die einen Sensorchip 4 und eine Beleuchtungseinrichtung 6 umfasst, wird die gesamte Wellplatte 26 mit Beleuchtungslicht 35 beleuchtet. Ferner hat die Kamera 2 eine geeignete Optik (hier nicht dargestellt), mit der das von den Detektionselementen 10 zurückkommende Detektionslicht 36 auf dem Sensorchip 4 abgebildet wird. Die mittels des Sensorchips 4 erhaltene Information wird an einen Computer 8 zur Auswertung bzw. Weiterverarbeitung übergeben. Die Kamera 2 definiert eine optische Achse 7, die im Wesentlichen senkrecht zur Wellplatte 26 ausgerichtet ist. Detection elements 10 are inserted into a respective well 22 of a corrugated plate 26. With a camera 2, which comprises a sensor chip 4 and a lighting device 6, the entire corrugated plate 26 is illuminated with illumination light 35. Furthermore, the camera 2 has a suitable optical system (not shown here) with which the detection light 36 coming back from the detection elements 10 is imaged on the sensor chip 4. The information obtained by means of the sensor chip 4 is transferred to a computer 8 for evaluation or further processing. The camera 2 defines an optical axis 7, which is aligned substantially perpendicular to the corrugated plate 26.
Obwohl bei den in den Figuren 9 bis 13 dargestellten Ausführungsformen das in das Behältnis oder Well 22 eingesetzte Detektionselemente 10 einen Gasaustausch mit der Umgebung ermöglicht, soll dies nicht als Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden. Wie bereits oben erwähnt ist auch eine Ausführungsform möglich, die einen Gasaustausch mit der Umgebung unterbindet Although in the embodiments shown in FIGS. 9 to 13, the detection element 10 inserted in the container or well 22 allows gas exchange with the environment, this should not be construed as limiting the invention. As already mentioned above, an embodiment is possible which prevents gas exchange with the environment
Figur 14 zeigt eine Draufsicht auf den Sensorchip 4 der Kamera 2 gemäß einer Ausführungsform. Die gesamte Wellplatte 26 ist hier gestrichelt dargestellt und wird, in dieser Ausführungsform, durch die Kamera 2 und deren Optik als Ganzes auf den Sensorchip 4 abgebildet. Bei der in Figur 13 gezeigten Darstellung sind FIG. 14 shows a plan view of the sensor chip 4 of the camera 2 according to an embodiment. The entire corrugated plate 26 is shown here in dashed lines and is, in this embodiment, by the camera 2 and its optics as a whole on the Sensor chip 4 shown. In the illustration shown in Figure 13 are
beispielsweise sechs Detektionselemente 10 in Reihe in der Wellplatte 26 angeordnet. Wie aus der Darstellung dieser Figur ersichtlich ist, wird hier eine Wellplatte 26 mit vier Zeilen und sechs Spalten verwendet. Somit ergeben sich 24 Wells 22 in der Wellplatte 26. For example, six detection elements 10 arranged in series in the corrugated plate 26. As can be seen from the illustration of this figure, here a corrugated plate 26 having four rows and six columns is used. Thus, 24 wells 22 result in the corrugated plate 26th
Für das Auslesen der Information der Detektionselemente 10 werden auf dem Sensorchip 4 der Kamera 2 mehrere Bildfenster 20 definiert. Die Bildfenster 20 entsprechen dabei immer in Form und Anordnung der Lichtleitelemente 14 am ersten Ende 1 1 (siehe Fig. 14) des Detektionselementes 10. Obwohl in der in Figur 15 gezeigten Darstellung eine Reihenanordnung derFor reading out the information of the detection elements 10, a plurality of image windows 20 are defined on the sensor chip 4 of the camera 2. The image windows 20 always correspond in shape and arrangement of the light guide elements 14 at the first end 1 1 (see FIG. 14) of the detection element 10. Although in the representation shown in Figure 15, a series arrangement of
Bildfenster 20 dargestellt ist, soll dies nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden. Softwaremäßig kann auf dem Sensorchip 4 der Kamera 2 jede beliebige Orientierung der Form und Anordnung des Bildfensters 20 gewählt werden. Ebenso ist die Anwendung der Detektionselemente 10 nicht nur auf Mikrotiterplatten oder Wellplatten 26 beschränkt. Wie bereits eingangs erwähnt, können diese erfindungsgemäßen Detektionselemente 10 auch in den Boden oder in Sedimente eingeführt werden, um somit eine dreidimensionale Verteilung der Analyten innerhalb des Bodens oder in den Sedimenten zu bekommen. Image window 20 is shown, this should not be construed as a limitation of the invention. In terms of software, any desired orientation of the shape and arrangement of the image window 20 can be selected on the sensor chip 4 of the camera 2. Likewise, the application of the detection elements 10 is not limited to microtiter plates or corrugated plates 26. As already mentioned, these detection elements 10 according to the invention can also be introduced into the soil or into sediments in order thus to obtain a three-dimensional distribution of the analytes within the soil or in the sediments.
Die Erfindung wurde in Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, die in keinster Weise als eine Beschränkung der Erfindung aufzufassen sind. Es ist für einen Fachmann jedoch selbstverständlich, dass Änderungen und Abwandlungen gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen. Ub.Ub.i.U1 ö The invention has been described in terms of preferred embodiments, which are in no way to be construed as limiting the invention. However, it will be understood by those skilled in the art that changes and modifications may be made without departing from the scope of the following claims. Ub.Ub.i.U1 ö
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Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Vorrichtung 1 device
2 Kamera  2 camera
4 Sensorchip  4 sensor chip
6 Beleuchtungseinrichtung  6 lighting device
7 optische Achse  7 optical axis
8 Computer  8 computers
10 Detektionselement  10 detection element
1 1 erstes Ende  1 1 first end
12 zweites Ende  12 second end
13 Haltemittel  13 holding means
14 Lichtleitelement  14 light guide
14i erste Seite  14i first page
142 zweite Seite 14 2 second page
15 erste Fläche  15 first area
16 zweite Fläche  16 second area
17 Probe  17 sample
18 Sensorfolie  18 sensor film
19 seitliche Wandung  19 lateral wall
20 Bildfenster  20 picture windows
22 Behältnis, Well  22 container, well
23 Boden  23 floor
24 Rampe  24 ramp
25 Ausformung  25 shape
26 Wellplatte, Mikrotiterplatte  26 well plate, microtiter plate
27 Zellkrone  27 cell crown
28 Ring  28 ring
29 Zellen  29 cells
30 Träger UÖ.UÖ.-.U1 Ö 30 carriers UÖ.UÖ .-. U1 Ö
- 18 - - 18 -
31 erster Teil 31 first part
32 zweiter Teil  32 second part
35 Beleuchtungslicht  35 illumination light
36 Detektionslicht  36 detection light
38 Öffnung  38 opening
52 Ordinate  52 ordinates
Di innerer Durchmesser  Di inner diameter
Dz Durchmesser Zellkrone  Dz diameter cell crown
H Horizontale  H horizontal
X X-Koordinatenrichtung  X X coordinate direction
Y Y-Koordinatenrichtung  Y Y coordinate direction
Z Z-Koordinatenrichtung  Z Z coordinate direction

Claims

Patentansprüche claims
Vorrichtung (1 ) zur Gewinnung von zumindest 2D-Analytinformationen, umfassend: Device (1) for obtaining at least 2D analyte information, comprising:
• eine Kamera (2) mit einem 2-dimensionalen Sensorchip (4), die gegenüber einem ersten Ende (1 1 ) von mindestens einem Detektionselement (10) angeordnet ist; • A camera (2) with a 2-dimensional sensor chip (4), which is arranged opposite a first end (1 1) of at least one detection element (10);
• eine Beleuchtungseinrichtung (6) zur Erzeugung eines Beleuchtungslichts; A lighting device (6) for generating an illumination light;
• eine zweite Fläche (16) im Bereich eines zweiten Endes (12) des A second surface (16) in the region of a second end (12) of the
mindestens einen Detektionselements (10), die mit einer 2-dimensionalen Sensorfolie (18) versehen ist;  at least one detection element (10) provided with a 2-dimensional sensor film (18);
• mindestens ein Behältnis (22) mit einer Probe (17), die das • at least one container (22) with a sample (17) containing the
Detektionselement (10) aufnimmt, wobei die 2-dimensionale Sensorfolie (18) von dem Analyten vollkommen bedeckt ist; und  Detection element (10) receives, wherein the 2-dimensional sensor film (18) is completely covered by the analyte; and
• einen Computer (8), das kommunikativ mit dem Sensorchip (4) der Kamera (2) verbunden ist, wobei der Sensorchip (4) ein Bild der 2-dimensionalen Sensorfolie (18) aufnimmt. A computer (8) communicatively connected to the sensor chip (4) of the camera (2), the sensor chip (4) receiving an image of the 2-dimensional sensor film (18).
Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die 2-dimensionalen Sensorfolie (18) auf einem Haltemittel (13) im Bereich des zweiten Endes (12) des Device (1) according to claim 1, wherein the 2-dimensional sensor film (18) on a holding means (13) in the region of the second end (12) of the
Detektionselements (10) aufgebracht ist. Detection element (10) is applied.
Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 2, wobei das Haltemittel (13) eine Rampe (24) ist, die gegenüber eine Horizontale (H) um einen Winkel (a) geneigt ist. Device (1) according to claim 2, wherein the holding means (13) is a ramp (24) which is inclined relative to a horizontal (H) by an angle (a).
Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , wobei ein massives Lichtleitelement (14) im Detektionselement (10) zwischen dem ersten Ende (1 1 ) und dem zweiten Ende (12) angeordnet ist, wobei das Lichtleitelement (14) am ersten Ende (1 1 ) eine erste Fläche (15) zur Einkopplung von Beleuchtungslicht (35) und zur Device (1) according to claim 1, wherein a solid light guide element (14) in the detection element (10) between the first end (1 1) and the second end (12) is arranged, wherein the light guide element (14) at the first end (1 1 ) a first surface (15) for coupling of illumination light (35) and to
Auskopplung von Detektionslicht (36) und am zweiten Ende (12) eine zweite Fläche (16), die mit der 2-dimensionalen Sensorfolie (18) versehen ist, aufweist. Coupling of detection light (36) and at the second end (12) has a second surface (16) which is provided with the 2-dimensional sensor film (18).
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die zweite Fläche (16) am zweiten Ende (12) des Lichtleitelements (14) des Detektionselements (10) parallel zu einer Horizontalen (H) ausgerichtet ist. 5. Apparatus according to claim 4, wherein the second surface (16) at the second end (12) of the light-guiding element (14) of the detection element (10) is aligned parallel to a horizontal (H).
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die zweite 2-dimensionale Fläche (16) am zweiten Ende (12) des Lichtleitelements (14) des Detektionselements (10) unter einem Winkel (oc) zu einer Horizontalen (H) ausgerichtet ist. 6. Apparatus according to claim 4, wherein the second 2-dimensional surface (16) at the second end (12) of the light-guiding element (14) of the detection element (10) at an angle (oc) to a horizontal (H) is aligned.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kamera (2) mit dem Sensorchip (4) derart angeordnet ist, dass die 2-dimensionale 7. Device according to one of the preceding claims, wherein the camera (2) with the sensor chip (4) is arranged such that the 2-dimensional
Sensorfolie (18) im Bereich des zweiten Endes (12) des mindestens einen Detektionselements (10) ein Bildfenster (20) auf dem Sensorchip (4) definiert, damit nur das von der ersten Fläche (15) am ersten Ende (1 1 ) des  Sensor film (18) in the region of the second end (12) of the at least one detection element (10) an image window (20) on the sensor chip (4) defined so that only the first surface (15) at the first end (1 1) of the
Lichtleitelements (14) des mindestens einen Detektionselements (10) austretende Detektionslicht (36) erfassbar ist.  Light-guiding element (14) of the at least one detection element (10) emerging detection light (36) can be detected.
8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Behältnis ein Well (22) ist und mehrere Wells (22) in einer Wellplatte (26) angeordnet sind, und wobei in mindestens einem der Wells (22) eines der Detektionselemente (10) eingesetzt ist. 8. Device according to one of the preceding claims, wherein the at least one container is a well (22) and a plurality of wells (22) in a corrugated plate (26) are arranged, and wherein in at least one of the wells (22) one of the detection elements (10 ) is used.
9. Verfahren zur Gewinnung von zumindest 2D-Analytinformationen, umfassend die folgenden Schritte: 9. A method for obtaining at least 2D analyte information, comprising the following steps:
• Einbringen von mindestens einem Detektionselement (10) in ein Behältnis (22) mit einem Analyten, wobei das Detektionselement (10) ein erstes Ende• introducing at least one detection element (10) into a container (22) with an analyte, wherein the detection element (10) has a first end
(1 1 ) und ein zweites Ende (12) aufweist, und im Bereich des zweiten Endes(1 1) and a second end (12), and in the region of the second end
(12) eine 2-dimensionalen Sensorfolie (18) vorgesehen ist, die vom zu detektierenden Analyten umgeben wird; (12) a 2-dimensional sensor film (18) is provided, which is surrounded by the analyte to be detected;
• Einstrahlen von Beleuchtungslicht (35) auf die 2-dimensionale Sensorfolie (18) des mindestens einen Detektionselements (10), und Irradiating illumination light (35) onto the 2-dimensional sensor film (18) of the at least one detection element (10), and
• Detektieren mit einem Sensorchip (4) einer Kamera (2) des von der • Detecting with a sensor chip (4) of a camera (2) of the camera
mindestens einen 2-dimensionalen Sensorfolie (18) aufgrund der Reaktion mit dem mindestens einen Analyten der Probe zurückkommenden Detektionslichts (36), wobei auf dem Sensorchip (4) der Kamera (2) ein entsprechendes Bildfenster (20) definiert wird. at least one 2-dimensional sensor film (18) due to the reaction with the at least one analyte of the sample coming back Detection light (36), wherein on the sensor chip (4) of the camera (2) a corresponding image window (20) is defined.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die 2-dimensionale Sensorfolie (18) auf einem Haltemittel (13) im Bereich des zweiten Endes (12) des 10. The method according to claim 9, wherein the 2-dimensional sensor film (18) on a holding means (13) in the region of the second end (12) of the
Detektionselements (10) aufgebracht und die 2-dimensionale Sensorfolie (18) durch den Analyten hindurch beleuchtet wird und das Detektionslicht (36) von der 2-dimensionale Sensorfolie (18) durch den Analyten auf den Sensorchip (4) der Kamera (2) gelangt.  Detection element (10) is applied and the 2-dimensional sensor film (18) is illuminated through the analyte and the detection light (36) from the 2-dimensional sensor film (18) passes through the analyte on the sensor chip (4) of the camera (2) ,
1 1 . Verfahren nach Anspruch 9, wobei die 2-dimensionale Sensorfolie (18) an einer zweiten 2-dimensionale Fläche (16) eines massiven Lichtleitelements (14) angeordnet ist, das im Detektionselement (10) zwischen dem ersten Ende (1 1 ) und dem zweiten Ende (12) vorgesehen ist, wobei das Beleuchtungslicht über eine erste Fläche (15) des Lichtleitelements (14) eingekoppelt wird, über die zweite Fläche (16) zur 2-dimensionale Sensorfolie (18) gelangt und über die erste Fläche (15) als Detektionslicht (36) ausgekoppelt wird und durch die1 1. The method of claim 9, wherein the 2-dimensional sensor film (18) on a second 2-dimensional surface (16) of a solid Lichtleitelements (14) is arranged in the detection element (10) between the first end (1 1) and the second End (12) is provided, wherein the illumination light is coupled via a first surface (15) of the light guide element (14) passes over the second surface (16) to the 2-dimensional sensor film (18) and over the first surface (15) as Detection light (36) is coupled out and through the
Kamera (2) auf den 2-dimensionalen Sensorchip (4) abgebildet wird. Camera (2) on the 2-dimensional sensor chip (4) is displayed.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 9 - 1 1 , wobei das 12. The method according to any one of the preceding claims 9 - 1 1, wherein the
mindestens eine Behältnis ein Well (22) ist und mehrere Wells (22) in einer Wellplatte (26) angeordnet sind, und wobei in mindestens einem der Wells (22) eines der Detektorelemente (10) eingesetzt wird.  at least one container is a well (22) and a plurality of wells (22) in a corrugated plate (26) are arranged, and wherein in at least one of the wells (22) one of the detector elements (10) is used.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Wellplatte (26) als Ganzes beleuchtet und mit der Kamera (2) die Wellplatte (26) mit dem mindestens einen 13. The method of claim 12, wherein the corrugated plate (26) illuminates as a whole and with the camera (2) the corrugated plate (26) with the at least one
Detektorelement (10) auf den Sensorchip (4) abgebildet wird, wobei für jede 2- dimensionale Sensorfolie (18) auf dem Sensorchip (4) ein Bildbereich festgelegt wird und die Daten aus dem jeweiligen Bildbereich einer Auswerteeinheit zugeführt werden.  Detector element (10) is imaged on the sensor chip (4), wherein for each 2-dimensional sensor film (18) on the sensor chip (4) an image area is set and the data from the respective image area are fed to an evaluation unit.
14. Detektionselement (10) zur Gewinnung von zumindest 2D-Analytinformationen, wobei das Detektionselement (10) umfasst: 14. A detection element (10) for obtaining at least 2D analyte information, wherein the detection element (10) comprises:
• ein erstes Ende (1 1 ) und ein zweites Ende (12); und • eine 2-dimensionale Sensorfolie (18), die im Bereich des zweiten Endes (12) des Detektionselements (10) vorgesehen ist. • a first end (11) and a second end (12); and A 2-dimensional sensor film (18), which is provided in the region of the second end (12) of the detection element (10).
15. Detektionselement (10) nach Anspruch 14, wobei die 2-dimensionale Sensorfolie (18) auf einem Haltemittel (13) im Bereich des zweiten Endes (12) des 15. Detection element (10) according to claim 14, wherein the 2-dimensional sensor film (18) on a holding means (13) in the region of the second end (12) of the
Detektionselements (10) aufgebracht ist und das Detektionselement (10) am ersten Ende (1 1 ) eine Öffnung (38) ausgebildet hat.  Detection element (10) is applied and the detection element (10) at the first end (1 1) has formed an opening (38).
16. Detektionselement (10) nach Anspruch 15, wobei das Haltemittel (13) eine 16. detection element (10) according to claim 15, wherein the holding means (13) a
Rampe (24) ist, die gegenüber einer Horizontalen (H) um einen Winkel (oc) geneigt ist. 17. Detektionselement (10) nach Anspruch 14, wobei ein massives Lichtleitelement (14) im Detektionselement (10) zwischen dem ersten Ende (1 1 ) und dem zweiten Ende (12) angeordnet ist, wobei das Lichtleitelement (14) am ersten Ende (1 1 ) eine erste Fläche (15) zur Einkopplung von Beleuchtungslicht (35) und zur Auskopplung von Detektionslicht (36) und am zweiten Ende (12) eine zweite 2-dimensionale Fläche (16), die mit der 2-dimensionalen Sensorfolie (18) versehen ist, aufweist.  Ramp (24) which is inclined relative to a horizontal (H) by an angle (oc). 17. Detection element (10) according to claim 14, wherein a solid light guide element (14) in the detection element (10) between the first end (1 1) and the second end (12) is arranged, wherein the light guide element (14) at the first end ( 1 1) a first surface (15) for coupling illumination light (35) and for coupling out detection light (36) and at the second end (12) has a second 2-dimensional surface (16) connected to the 2-dimensional sensor film (18 ) is provided.
18. Detektionselement (10) nach Anspruch 14, wobei die zweite Fläche (16) mit der 2-dimensionalen Sensorfolie (18) parallel zu einer Horizontalen (H) ausgerichtet ist. 19. Detektionselement (10) nach Anspruch 14, wobei die zweite Fläche (16) mit der 2-dimensionalen Sensorfolie (18) unter einem Winkel (oc) zu einer Horizontalen (H) ausgerichtet ist. 18. detection element (10) according to claim 14, wherein the second surface (16) with the 2-dimensional sensor film (18) is aligned parallel to a horizontal (H). 19. detection element (10) according to claim 14, wherein the second surface (16) with the 2-dimensional sensor film (18) at an angle (oc) to a horizontal (H) is aligned.
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