專利名稱：用于同時在多個試樣中進行反應的實驗裝置的制作方法
用于同時在多個試樣中進行反應的實驗裝置 本發(fā)明涉及如權利要求1的前述部分所述的實驗裝置。 這種實驗裝置可以例如是一個用于進行核酸增強方法(以下稱為PCR反應)的裝置，其中增強產(chǎn)物(PCR產(chǎn)物)的定量組成在PCR 反應的同時用光學方法被測量。PCR的這種特殊方式稱為實時PCR 反應。在以下的說明中為了更好的理解主要針對這種PCR裝置來闡 述，然而本發(fā)明并不局限于此裝置。在實時PCR反應中通常測量試樣混合物，為了光學測量的目的， 它們含有熒光指示劑，所述熒光指示劑按照光的激勵給出適當波長的 熒光信號，其強度與所形成的PCR產(chǎn)物的量有關。通常在具有持續(xù)反 應時間的實時PCR反應的情況下，PCR產(chǎn)物的增加反映為被測熒光 信號強度的增加。然而也可以在傳輸中測量。實時PCR 4支術在Neusser, Transkrip Laborwelt 2000年第二期 的"Echtzeit國PCR-Verfahren zur Quantifizierung von PCR畫Produkten (用于PCR產(chǎn)物定量的實時PCR方法)，， 一文中詳細描述。此文被用作參考，因而對可能的熒光指示劑和這種方法的其它方面不必^:進一步說明。在這種實驗裝置中同時被處理(例如同時進行PCR增強循環(huán))的多個試樣通常被排成陣列。 一個熱循環(huán)裝置將這些試樣例如置于不同的PCR溫度等級上，例如在一個或多個等級中有一個溫度梯度。為 了觀察或測量所形成的PCR產(chǎn)物的量化進程，這種實驗裝置具有一個 發(fā)光裝置，它將適當波長的光照射到試樣上。此光源可以例如是藍色 或白色的發(fā)光二極管，也可以是諸如卣燈、氙燈、激光二極管、激光 器等其它替代光源。也可以有附加的光學成像元件，以例如對照明光 進行濾波或將其成像在試樣上。為了測量由PCR產(chǎn)物產(chǎn)生的光信號，它通常是一個熒光，設置 了一個檢測器，它根據(jù)測得的光強度產(chǎn)生測量值。也可以設置超過一 個的檢測器。檢測器可以例如是CCD芯片或光電倍增管，或者包含 一個CCD芯片或一個光電倍增器。光強度通常隨PCR產(chǎn)物的數(shù)目而 增長。然而還已知有其它方法，其中通過熒光的減弱來觀察PCR產(chǎn)物 的增長。此裝置通常還具有限定了從發(fā)光裝置到反應試樣以及從反應試 樣到檢測器的射線路徑的光學裝置。該光學裝置包括例如設置在照明 裝置與試樣之間的分色鏡，它可使由發(fā)光裝置射出的激勵光通向試樣， 并將由被光激勵的反應試樣發(fā)出的長波長熒光信號反射到例如設置在 側面的檢測器上。通常還具有一系列其它光學元件，例如連接在檢測 器前面的濾光器、透鏡等。但不是在所有試樣中都能觀察到熒光或熒光的變化。如果與PCR 一起增長的輸出產(chǎn)物例如完全沒有包含在試樣中，則也不會觀察到熒 光。在這種試樣的情況下不能判定熒光的缺失是否真的來源于輸出產(chǎn) 物的缺少，或者是否由于激勵光源故障使熒光完全沒有被激勵。這兩 種原因會導致相同的結果。能夠明確地確定為什么沒有觀察到熒光是 非常重要的，因為實時PCR測量例如會被應用在醫(yī)學診斷中。錯誤診 斷會引起致命的后果。US2003/0127609A1公開了一種這樣的裝置，它具有一個監(jiān)測裝 置，它可以監(jiān)測發(fā)光裝置的功能。這個監(jiān)測裝置由一個附帶的光檢測 器構成，所述光檢測器被如此安裝，使得它被發(fā)光裝置用照明光照射。 如果這個附加的光檢測器確定沒有照明光出現(xiàn)，則警告使用者發(fā)光光 源發(fā)生故障。這種方案的缺點在于，需要一個附帶的昂貴的檢測器，檢測器還 需要占用一些位置。光學監(jiān)測也存在問題，例如，由于正確的監(jiān)測不 僅需要避免來自發(fā)光裝置以外的其它光源的干擾光，而且要求照明光 不受干擾地照射到檢測器上。缺點還在于，US2003/0127609A1采用單 個發(fā)光光源工作，它的故障將使整個設備不能使用。為了有選擇地對多個試樣中的某一個進行照明，需要在發(fā)光裝置和試樣之間實現(xiàn)昂貴 的相對機械運動。在所示的例子中一個微量滴定板被機械移動，在其 容納位置中含有試樣?，F(xiàn)有技術還已知了用多于一個的光源工作的實驗裝置。在WO03/002991A2中例如設置了發(fā)光二極管的排列作為發(fā)光裝置。其中 每個試樣被分配一個發(fā)光二極管。不對發(fā)光二極管進行嚴格功能上的 監(jiān)測，因此這里在缺失熒光時不能明確說出原因。本發(fā)明的目的在于，從現(xiàn)有技術出發(fā)給出一種對發(fā)光裝置的功能 具有簡單且可靠的監(jiān)測的實驗裝置。上迷任務由具有權利要求1所述特征的實驗裝置完成。從屬權利 要求給出了本發(fā)明的其它有利的實施例。按照本發(fā)明，發(fā)光裝置由多個分別分配給多個試樣中的各個試樣 的發(fā)光二極管組成，其中例如根據(jù)權利要求2所述，具有優(yōu)點地總是 在某個時刻只有一個發(fā)光二極管被控制發(fā)出照明光。監(jiān)測裝置不具有 光學裝置，而是具有電氣裝置，利用所述電氣裝置可以對發(fā)光二極管 進行電氣功能檢測，其中監(jiān)測裝置還被構造為用于在確定一個發(fā)光二 極管發(fā)生功能故障時產(chǎn)生一個信號。發(fā)光二極管這個概念應當也包括 激光二極管。本發(fā)明的優(yōu)點在于，電氣功能監(jiān)測可以用簡單的手段來實現(xiàn)，并 且有多種可能的替代方案進行其變換，例如，可以對每個發(fā)光二極管 測量例如是否有電流流過此二極管或者例如二極管上的電壓。也可以 根據(jù)其電氣特性監(jiān)測為發(fā)光二極管供電的裝置。此外，如權利要求7所述，具有優(yōu)點的是，實驗裝置還可具有一 個熱循環(huán)裝置，它可以受控制裝置控制，用于把多個試樣的溫度調節(jié) 到特定的反應溫度上。熱循環(huán)裝置可以具有優(yōu)點地例如根據(jù)權利要求 9所述那樣被控制，以形成溫度梯度。根據(jù)本發(fā)明的實驗裝置還可如 權利要求8所述那樣具有優(yōu)點地被構造成用于進行實時PCR反應。每個發(fā)光二極管可以有一個自己的電流源。然而具有優(yōu)點的是，如權利要求3所述那樣所有的發(fā)光二極管由同一個電流源供電。特別 具有優(yōu)點的是，如權利要求4所述，電流源被構造成恒流源，并且監(jiān) 測裝置測量這個如此構成的電流源的輸出電壓。所述恒流源具有下述 優(yōu)點二極管電流不再取決于輸入電壓和二極管上的電壓降。用于實 現(xiàn)恒流源的電路在現(xiàn)有技術中長久以來就是已知的。為了考慮到例如由于發(fā)光二極管的老化或漂移效應而產(chǎn)生的電 氣參量偏移，如權利要求5所述，監(jiān)測裝置最好具有比較裝置，用于 將測得的輸出電壓與一個預先給定的輸出電壓范圍進行比較。在最簡單的實施例中，監(jiān)測裝置的信號指示已確定發(fā)光裝置發(fā)生 故障，而不具體識別出發(fā)生故障的發(fā)光二極管。利用這種有限的信息， 所有的測量結果都有可能是錯誤的，因而應當被舍棄。鑒于對所有分 配給無干擾地工作的發(fā)光二極管的試樣存在可利用的結果，完全丟棄 所有的結果意味著所用的、通常也是很昂貴的試樣以及所花費時間的 浪費。因此具有優(yōu)點的是，如權利要求6所述，監(jiān)測裝置被構造成用 于產(chǎn)生一個識別發(fā)生功能故障的發(fā)光二極管的信號。例如，當對每個 發(fā)光二極管進行局部的功能監(jiān)測時，這個信息是可以直接獲得的。例 如當通過直流電流源的監(jiān)測進行非集中式的功能監(jiān)測時，這個信息也 是容易獲得的，例如通過分析以下信息而獲得哪個發(fā)光二極管何時 受到控制而發(fā)光以及何時確定的功能故障，或者例如通過在識別故障 時控制發(fā)光二極管的開關而獲得此信息。這種分析例如可以在一個分 析和控制裝置中完成，它不僅具有控制實驗裝置的控制智能，而且還 具有接收、記錄和分析來自檢測器的測量信號的分析智能。在識別發(fā) 生功能故障的發(fā)光二極管時，具有優(yōu)點的是，利用所有沒出現(xiàn)故障的 測量值，同時有選擇性地丟棄那些表明發(fā)生了功能故障的發(fā)光二極管 的測量值。此外，在以后應用這種實驗裝置時，留出分配給出現(xiàn)故障的發(fā)光 二極管的試樣位置，而可以使用所有其它試樣位置。例如如權利要求 IO所述，實驗裝置可具有一個指示器，在此指示器上例如通過指示發(fā) 生故障的二極管或通過指示陣列中相應的試樣位置而向使用者指示出不能使用的位置。實驗裝置在這種限制下可繼續(xù)使用，而不必例如立 即由服務技術人員維護，更換損壞的發(fā)光二極管。對于被確定為發(fā)生故障的發(fā)光二極管的這些考慮例如也可在設 備重新校準時或者在設備校準到一個新顏料時進行。例如對應于這個 發(fā)光二極管的測量結果在形成平均值時被剔除。下面借助附圖
詳細說明本發(fā)明，附圖示出一個實時PCR裝置， 作為本發(fā)明實驗裝置的實施例。裝置IO具有一個簡要示出的常見的熱循環(huán)裝置11，它具有容納 位置12，用于放置多個試樣。在工作時圖中未示出的反應容器被放入 容納位置12中，在反應容器中分別裝有含有熒光指示劑的PCR附著 物。在熱循環(huán)裝置11上安裝著一個遮蓋外殼13，它帶有具有多個發(fā) 光二極管14的發(fā)光裝置。 一個發(fā)光二極管14分別被分配給一個容納 位置12。發(fā)光二極管14最好如容納位置12那樣呈陣列狀排列。在測 量時發(fā)光二極管14最好由控制和分析裝置50分別接通和斷開，使得 在某一時刻總是分別只有一個相應的容納位置12被照射。用15， 15'來表示從發(fā)光二極管14至檢測器27的示例性光路。 光15由發(fā)光二極管14發(fā)出，并且接著可通過例如一個圖中未示出的 低通濾光器16，用它濾除長波長部分。此外光15可以由一個同樣在 圖中未示出的透鏡陣列聚焦到相應的容納位置12上。激勵光15通過 一個分光器17，所述分光器在此方向上最好盡可能完全通過。最好采用一個分色鏡作為分光器17，激勵光15以高效率穿過它， 然而發(fā)出的長波長的熒光信號15'以高效率被反射。由發(fā)光二極管14發(fā)出的光15應激勵位于容納位置12中PCR附 著物中的熒光指示劑。為此，激勵光必須具有適當?shù)牟ㄩL，以能夠激 發(fā)熒光。在激勵之后，熒光指示劑發(fā)出熒光信號15'。分光器17被如 此設置，使得在其上出現(xiàn)的熒光信號15'沿虛線反射到側面。所示光學 結構對應于一個典型的用于熒光測量的90。測量結構。被反射的熒光信號15'抵達一個獲取熒光強度的檢測器27。檢測器27前面接有不同 的光學裝置，用它們可將熒光信號15'成像在檢測器27上。所述光學 裝置分別包括多個具有光入射面21的光纖20，它們分別被分配給一 個容納位置12或由容納位置12發(fā)出且在分光器17上反射的熒光信號 15'。光入射面21最好也像發(fā)光二極管14和容納位置12那樣排列在 一個陣列中。光纖20在其輸出端被合成一束23。通過集合成束，來自所有容 納位置12的熒光信號相互相對密集地從各個光纖的輸出端射出，即在 檢測器27的光軸28附近射出。最好具有限制得很狹窄的出射面以校 準射出的熒光射線，使得在光纖到光纖之間熒光射線的傳播方向只有 很小的差別。特別具有優(yōu)點的是，跟在輸出端后面的濾光器是干涉濾 光器，其頻譜過濾特性取決于到該濾光器上的入射角。熒光信號15'從光纖束23輸出，然后經(jīng)由其它的光學裝置，例如 透鏡24、帶通濾光器25和另一個透鏡26,最后成像在檢測器27上。 濾光器也可以自動更換，以使所述裝置適配于各種不同的熒光指示劑。發(fā)光二極管14全部并聯(lián)連接到一個直流電流源30上，所述直流 電流源主要由一個供電電壓源32、例如電網(wǎng)組件構成，它通過常用的 電子電路34、例如負反饋的晶體管來穩(wěn)流。也可采用其它供電電壓源 和其它的電子電路來穩(wěn)流。到每個發(fā)光二極管14的電流分別由一個相應的開關39， 40來控 制，所述開關可處于接通和斷開位置。組合成開關單元38的多個開關 39， 40由控制和分析裝置50的控制信號接通或斷開。在所示例子中， 開關39接通，開關40斷開。在發(fā)光二極管14排列為一個陣列的情況下，對各個發(fā)光二極管 14的有的目的控制以優(yōu)選的方式通過開關來實現(xiàn)，它控制一列中的所 有發(fā)光二極管或一行中的所有發(fā)光二極管。通過接通一個列開關和一 個行開關，相應的發(fā)光二極管被施加電流，這個發(fā)光二極管不僅處于 所選擇的列中，而且也處于所選擇的行中。監(jiān)測裝置45監(jiān)測為發(fā)光二極管14供給電流的恒流源30的輸出電壓?？梢杂^察在電流經(jīng)過一個起作用的發(fā)光二極管時輸出電壓下降。 這個電壓下降在應用相同發(fā)光二極管時對于所有發(fā)光二極管是基本相 同的。考慮到老化和漂移效應，例如可以確定一個電壓范圍，當一個 起作用的發(fā)光二極管被施加電流時測得的輸出電壓應當在這個電壓范圍內(nèi)。監(jiān)測裝置45與控制和分析裝置50通信連接。在所示實施例中， 當一個發(fā)光二極管14被接上時，監(jiān)測裝置45得到控制信號。于是它 測量輸出電壓并將測得的電壓與一個允許的電壓范圍進行比較。在超 過或低于這個允許范圍時，將一個故障通知經(jīng)由信號線47給到控制和 分析裝置50，所述控制和分析裝置根據(jù)這個故障信號的出現(xiàn)時間或者 例如根據(jù)開關39， 40的位置確定哪個發(fā)光二極管14造成了這個有問 題的輸出電壓，并從而認定它發(fā)生了功能故障。在分析來自檢測器27 經(jīng)由信號線52得到的熒光強度值時，由對應于發(fā)生功能故障的發(fā)光二 極管24的試樣得到的結果不被考慮或指出它是錯誤的。此外，可以在 指示裝置55上利用一個指示來表明發(fā)生功能故障的發(fā)光二極管14， 對應于這個發(fā)光二極管的容納位置應不再使用。 一旦這個發(fā)生故障的 發(fā)光二極管14被更換掉，則這個故障通知被取消。故障通知例如可以 用圖形方式來指示發(fā)生故障的發(fā)光二極管14所對應的試樣在陣列中 的位置，這個試樣位置是不可用的。也可以為使用者顯示一個可讀的 相應指示。
權利要求
1.用于同時在多個試樣中進行反應的實驗裝置(10)，其中這些試樣被排列成一個陣列，所述實驗裝置具有發(fā)光裝置(14)，所述發(fā)光裝置發(fā)出照明光(15)到試樣上，所述實驗裝置還具有檢測裝置(27)，所述檢測裝置產(chǎn)生一個與來自試樣的光(15′)的光強度有關的信號，其中所述檢測裝置(27)將所述信號進一步給到一個分析裝置(50)，所述實驗裝置還具有監(jiān)測裝置(45)，用于對發(fā)光裝置(14)進行功能檢測，其特征在于，所述發(fā)光裝置具有多個分別分配給各個試樣的發(fā)光二極管(14)，并且所述監(jiān)測裝置(45)具有電氣裝置，利用這些電氣裝置可以實現(xiàn)對發(fā)光二極管(14)的電氣功能檢測，其中所述監(jiān)測裝置(45)還被構造為用于在確定一個發(fā)光二極管(14)發(fā)生功能故障時產(chǎn)生一個信號。
2. 如權利要求1所述的實驗裝置(10)，其特征在于，在某個 時刻總是只有一個發(fā)光二極管(14)受到控制而發(fā)出照明光(15)。
3. 如權利要求1或2所述的實驗裝置(10)，其特征在于，所 有發(fā)光二極管(14)由同一個電流源(30)供電。
4. 如以上權利要求中任一項所述的實驗裝置(10)，其特征在 于，所述監(jiān)測裝置(45 )測量被構造為用于提供恒定電流的電流源(30 ) 的輸出電壓。
5. 如權利要求4所述的實驗裝置(10)，其特征在于，所述監(jiān) 測裝置(45)具有比較裝置，用于將測得的輸出電壓與一個預先確定 的輸出電壓范圍進行比較。
6. 如以上權利要求中任一項所述的實驗裝置(10)，其特征在 于，所述監(jiān)測裝置(45)被構造成用于產(chǎn)生一個識別發(fā)生功能故障的 發(fā)光二極管的信號。
7. 如以上權利要求中任一項所述的實驗裝置(10)，其特征在 于，該實驗裝置具有熱循環(huán)裝置(11)，所述熱循環(huán)裝置可受控制裝 置(50)的控制，以將多個試樣的溫度調節(jié)到特定的反應溫度。
8. 如權利要求7所述的實驗裝置(10),其特征在于，該實驗 裝置被構造為進行實時PCR反應。
9. 如權利要求7或8所述的實驗裝置(10)，其特征在于，所 述熱循環(huán)裝置(11)可被控制以產(chǎn)生溫度梯度。
10. 如權利要求6至9中任一項所述的實驗裝置(10)，其特征 在于，設置有指示裝置(55)，在這個指示裝置上可指示發(fā)生故障的 發(fā)光二極管(14)或其對應的試樣位置(12)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于同時在多個試樣中進行反應的實驗裝置，其中這些試樣被排列為一個陣列，該實驗裝置具有發(fā)出照明光到試樣上的發(fā)光裝置，用于產(chǎn)生一個與來自試樣的光的光強度有關的信號并將此信號給到一個分析裝置的檢測裝置，以及用于對發(fā)光裝置進行功能檢測的監(jiān)測裝置，所述實驗裝置的特征在于，所述發(fā)光裝置具有多個分別分配給各個試樣的發(fā)光二極管，并且所述監(jiān)測裝置具有電氣裝置，用這些電氣裝置可以實現(xiàn)對發(fā)光二極管的電氣功能檢測，其中所述監(jiān)測裝置還被構造為用于在確定一個發(fā)光二極管發(fā)生功能故障時產(chǎn)生一個信號。
文檔編號G01N21/64GK101273263SQ200680035373
公開日2008年9月24日 申請日期2006年9月1日 優(yōu)先權日2005年9月28日
發(fā)明者安德烈亞斯·什爾, 格爾德·艾科特, 馬庫斯·萊普克茲納 申請人:埃佩多夫股份公司