DE3217258C2

DE3217258C2 - Vorrichtung zum Nachweis eines Agglutinationsmusters

Info

Publication number: DE3217258C2
Application number: DE3217258A
Authority: DE
Inventors: Tokio Akishima Tokyo Kano; Masahiko Akigawa Tokyo Kato
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1981-05-07
Filing date: 1982-05-07
Publication date: 1984-03-01
Also published as: JPS57182651A; GB2101301A; GB2101301B; FR2505500B1; US4465938A; DE3217258A1; FR2505500A1

Abstract

Eine Vorrichtung zum photoelektrischen Nachweis eines auf einer konischen Bodenfläche einer Küvette (11-1 bis 11-6) auftretenden Agglutinationsmusters mit einer Lampe (13-1 bis 13-3) und einer Streuscheibe (14), die oberhalb der Küvette (11-1 bis 11-6) zur Beleuchtung des Teilchenmusters, und einer Linse (15-1 bis 15-3) zur Abbildung des Teilchenmusters auf das lichtempfangende Element (16-1 bis 16-6) und einem lichtempfangenden Element (16-1 bis 16-6) des unterhalb der Küvette (11-1 bis 11-6) angeordnet sind. Um eine relativ scharfe Abbildung der Streuscheibe (14) auf das lichtempfangende Element (16-1 bis 16-6) zu vermeiden, ist ein optisches Korrekturelement (17) mit in seine untere Fläche eingebrachten Erhebungen (17-1 bis 17-6) direkt unterhalb der Küvette (11-1 bis 11-6) angeordnet. Das optische Korrekturelement (17) kann an einer unteren Fläche der Küvette (11-1 bis 11-6) befestigt werden oder kann einstückig mit der Unterseite der Küvette (11-1 bis 11-6) ausgebildet sein.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine aus der DE-OS 30 33 870 bekannte Vorrichtung zum photoelektrischen Nachweis eines Agglutinationsmusters weist eine Küvette mit teilweise geneigter Bodenfläche, eine Beleuchtungseinrichtung zur gleichmäßigen Ausleuchtung der Bodenfläche, eine Abbildungseinrichtung zum Abbilden des Agglutinationsmusters sowie eine photoelektrische Wandlereinrichtung zur Umwandlung des Agglutinationsmusterbildes in ein elektrisches Signal auf. Beim Auftreten einer Agglutinationsreaktion in der Küvette sedimentieren agglutinierte Teilchen auf die konische Bodenfläche und bilden ein einheitliches Muster. Tritt andererseits keine Agglutinationsreaktion ein, dann rollen die sedimentierten Teilchen entlang der konischen Bodenfläche zum untersten zentralen Teil des Bodens und bilden ein zentrales Sammelmuster. Daher kann durch Nachweis des Teilchenmusters, das auf der Bodenfläche gebildet wird, entschieden werden, ob die Agglutinationsreaktion aufgetreten ist oder nicht.

Bei den bekannten Geräten ist die Küvette aus einem Material gefertigt, das einen zur umgebenden Luft unterschiedlichen Brechungsindex hat, so daß die Bodenwand als konkave Linse wirkt.

Daher weist das auf ein lichtempfangendes Element geworfene Bild der Bodenfläche keine einheitliche Helligkeit auf, sondern ist im Zentrum heller als am Rand, so daß das Aggltinationsmuster nicht exakt

ι ο nachgewiesen und beurteilt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Vorrichtungen zum photoelektrischen Nachweis eines, auf einer abgeschrägten Bodenfläche einer Küvette gebildeten Agglutinationsmusters dahingehend weiterzuentwickeln, daß das Agglutinationsmuster exakter nachgewiesen werden kann.

Eine diese Aufgabe lösende Vorrichtung ist mit deren Ausgestaltungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Da gemäß der Erfindung unterhalb einer Küvette zur Korrektur einer ungleichmäßigen Helligkeit des abzubildenden Agglutinationsmusters ein lichtdurchlässiges Korrekturelement mit einer Erhebung angeordnet ist, deren Kontur identisch mit derjenigen der inneren Bodenfläche der Küvette ist, kann ein Bild der Bodenfläche der Küvette mit weitgehend gleichmäßiger Helligkeit auf das lichtempfangende Element geworfen werden. Daher hat das elektrische Signal ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis, so daß das Agglutinationsmuster auf der Bodenfläche sehr exakt nachgewiesen werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen dahingehend, daß durch eine Ausbildung der Kjivetten in einer Matrixanordnung in einer Küvettenplatte, unterhalb derer ein Korrekturelement mit einer Vielzahl von konischen Erhebungen angeordnet ist, mehrere Messungen gleichzeitig durchgeführt werden können. Durch Ausrichten der Scheitel der konischen Erhebungen mit den Scheiteln der konischen Bodenflächen wird ein gleichmäßiges Ausleuchten der Bodenflächen gewährleistet. Da zudem die Erhebungen als auch die Küvette und die Küvettenplatte aus demselben Werkstoff gefertigt sind, können keine Lichtverluste durch unterschiedliche Brechung des Meßlichts bei Durchgang durch Korrekturglied und Küvettenplatte bzw. Küvette auftreten. Vorteilhafterweise können Küvette und das optische Korrekturelement beispielsweise durch Formpressen auch einteilig hergestellt werden.

Bekannte und die erfindungsgemäße Vorrichtungen sind anhand einer Zeichnung näher erläutert, in der zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer bekannten Vorrichtung zum Nachweis eines Agglutinationsmusters;

F i g. 2 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines lichtempfangenden Elements der Vorrichtung von F i g. 1;

F i g. 3 und 4 schematische Ansichten zur Erläuterung der Bildung einer nichteinheitlichen Helligkeitsverteilung eines Bildes der Bodenfläche bei bekannten Nachweisvorrichtungen;

F i g. 5 eine schematische Ansicht zur Erläuterung der Bildung einer nicht einheitlichen Helligkeitsverteilung eines Bildes einer Bodenfläche bei einem anderen bekannten Nachweisgerät;

F i g. 6 eine schematische Ansicht einer erfindungsge-

Tiäßen Ausführungsform der Nachweisvorrichtung;

F i g. 7 eine Aufsicht eines optischen Korrekturelements der Fig. 6;

F i g. 8 eine schematische Ansicht zur Erläuterung der Bildung einer einheitlichen Helligkeitsverteilung einer Abbildung einer Bodenfläche einer Küvette gemäß der Erfindung;

F i g. 9 eine schematische Ansicht einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform der Nachweisvorrichtung;

Fig. 10 eine schematische Ansicht zur Erläuterung, wie eine gleichförmige Helligkeitsverteilung der Bodenfläche der Vorrichtung in F i g. 9 erhalten wird; und

F i g. 11 einen Querschnitt einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform der Nachweisvorrichtung.

F i g. 1 zeigt den Aufbau eines optischen Systems einer bekannten Vorrichtung zum Nachweis eines Agglutinationsmusters. Ein Teilchenmuster, das auf einer konischen Bodenfläche 1/4 einer lichtdurchlässigen Küvette 1 gebildet wird, wird mit Licht einer Lichtquelle 2 — beispielsweise einer Wolfram-Lampe — über eine Streuscheibe 3 belichtet, so daß das Teilchenmuster mittels einer Linse 4 auf das lichtempfangende Element 5 abgebildet wird. Wie aus F i g. 2 zu entnehmen ist, weist das lichtempfangende Element einen kreisflächenförmigen lichtempfangenden Abschnitt 5A und einen ringförmigen lichtempfangenden Abschnitt 5B auf, der konzentrisch zu dem Abschnitt 5A liegt. Die Abschnitte 5A und 5B sind so angeordnet, daß beim Auftreten der Agglutinationsreaktion und dem Entstehen des gleichförmigen Teilchenmusters auf der Bodenfläche \A von ihnen Signale mit weitgehend gleicher Amplitude abgegeben werden, während bei Bildung des zentralen Sammelmusters der Teilchen aufgrund fehlender Agglutinationsreaktion, der ringförmige lichtempfangende Abschnitt 5B ein Signal mit größerer Amplitude und der kreisförmige lichtempfangende Abschnitt 5A ein Signal mit kleinerer Amplitude abgibt. Daher kann durch Ermittlung der Differenz in den Ausgangs-Signalen der lichtempfangenden Abschnitte 5A und 5ß mit Hilfe eines Differentialverstärkers 6 festgestellt werden, ob die Agglutinationsreaktion in dem Reaktionsgefäß aufgetreten ist oder nicht. Das heißt, bei Bildung des einheitlichen Teilchenmusters aufgrund der Agglutinationsreaktion wird vom Differentialverstärker 6 ein Signal mit sehr kleiner Amplitude abgegeben, während bei Bildung des zentralen Sammelmusters der Teilchen der Verstärker 6 ein Ausgangs-Signal mit sehr großer Amplitude abgibt.

Bei den bekannten Nachweisgeräten gelingt es nicht, bei leerer Küvette die Bodenfläche IA der Küvette 1 auf das lichtempfangende Element 5 mit einheitlicher Helligkeitsverteilung abzubilden, sondern im Zentrum des Bodenbildes 8 ist ein hellerer Abschnitt 7 ausgebildet, wie aus F i g. 4 zu entnehmen ist. Dies soll im folgenden theoretisch erklärt werden. In F i g. 3 wird ein von einem beliebigen Punkt P₁ der Streuscheibe 3 auf einen Punkt P₂ auf der Bodenfläche \A der Küvette 1 abgestrahlte Lichtstrahl an der Bodenfläche \A und weiterhin an einer dahinterliegenden Fläche \B der Küvette 1 in eine Richtung R gebrochen. Aus diesem Grund scheint der Lichtstrahl von einem Punkt P₁', der näher der Bodenfläche \A gelegen ist, herzurühren. Andererseits scheint ein von einem beliebigen Punkt Q auf der Bodenfläche \A herrührender Lichtstrahl von einem Punkt Q' zu kommen, der um eine vom Brechungsindex des Küvettenmaterials abhängende Distanz tiefer liegt als Punkt Q. Auf diese Weise bildet die Bodenwand der Küvette 1, die durch die Bodenfläche \A und die dahinterliegende Fläche \B definiert ist, eine Art Konkavlinse, welche ein scheinbares Bild der Streuscheibe 3 auf eine Ebene, die den Punkt P₁' einschließt, abwirft und nahe der optischen Achse L-L eines scheinbaren Bildes der durch die konkave Linse erzeugten Bodenfläche in einer Ebene, die den Punkt Q'einschließt, liegt. Üblicherweise hat die Linse 4 eine große Brennweite zur Erzeugung

ίο eines scharfen Bildes des auf der abgeschrägten Bodenfläche \A entstandenen Musters, so daß das scheinbare Bild der Streuscheibe 3 ebenso wie das scheinbare Bild des Teilchenmusters weitgehend gleich auf das lichtempfangende Element 5 abgebildet wird. In

!5 diesem Fall dient ein kreisförmiger Rand der oberen Begrenzung IC der Küvette 1 als Begrenzung oder Diaphragma, so daß der hellere Teil 7 im Zentrum des Bodenbildes 8 erzeugt wird. Weiterhin kann das Zentrum des helleren Abschnitts 7 nicht immer mit dem Zentrum des lichtempfangenden Elements 5 abgestimmt werden, so daß das vom Differentialverstärker 6 herrührende Signal ein relativ kleines Signal-Rausch-Verhältnis aufweist und das Agglutinationsmuster nicht mit hoher Genauigkeit nachgewiesen werden kann.

Weiterhin ist auch bekannt, die Lichtquelle 2 und die Streuscheibe 3 unterhalb der Küvette 1 anzuordnen und die Linse 4 und das lichtempfangende Element 5 oberhalb der Küvette 1 vorzusehen, so daß die Küvette 1 von deren Unterseite her bestrahlt wird. Bei solch

jo einer Vorrichtung wird ein von einem beliebigen Punkt P der Streuscheibe 3 auf einen Punkt Q der äußeren Bodenfläche Iß der Küvette 1 abgestrahlte Lichtstrahl durch die Bodenfläche \B und die Bodenfläche \A gebrochen und scheint daher von einem Punkt P' der Streuscheibe 3 herzurühren, der näher an der optischen Achse L-L' als der Punkt P liegt. Daher wird auch in diesem Fall der innengelegene Abschnitt des lichtempfangenden Elements 5 mit intensiverem Licht bestrahlt, obwohl ein wesentlich hellerer Abschnitt 7 wie in F i g. 4 nicht erzeugt wird.

Die erfindungsgemäße Ausführung solch einer Nachweisvorrichtung vermeidet oder verringert zumindest den Nachteil bekannter Vorrichtungen durch Einbau eines optischen Korrekturelements, das zur Kompensation der brechenden Wirkung der konkaven Linse dient.

F i g. 6 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Nachweisvorrichtung für ein Agglutinationsmuster gemäß der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird eine Küvettenplatte 12, in die in Matrixform eine Anzahl von Küvetten 11 eingebracht sind, verwendet, und die auf der konischen Bodenfläche der Küvetten 11-1 bis 11-6 auftretenden Agglutinationsmuster gleichzeitig in einer Reihe nachgewiesen. Die Küvetten 11-1 bis 11-6 werden mit Lichtquellen 13-1 bis 13-3, beispielsweise Wolframlampen, über eine Streuscheibe 14 beleuchtet und Bilder der auf der Bodenfläche der Küvette 11-1 bis 11-6 erzeugten Teilchenmuster werden mit Linsen 15-1 bis 15-3 auf lichtempfangende Elemente 16-1 bis 16-6 abgebildet. Jedes lichtempfangende Element weist einen kreisförmigen lichtempfangenden Abschnitt und einen ringförmigen lichtempfangenden Abschnitt, der koaxial zum kreisförmigen lichtempfangenden Abschnitt angeordnet ist. Das Muster kann durch Feststellung einer Differenz in den Ausgangs-Signalen der beiden Abschnitte entsprechend der F i g. 2 identifiziert werden. Gemäß der Erfindung ist unterhalb der Küvetten-

platte 12 ein optisches Korrekturelement 17 mit einer Reihe konischer Erhebungen 17-1 bis 17-6 vorgesehen. F i g. 7 zeigt eine Aufsicht des optischen Korrekturelements 17 von der Seite, an der die Erhebungen vorgesehen sind. Das Korrekturelement 17 ist im Hinblick auf die KQvettenplatte 12 so angeordnet, daß der Scheitel jeder konischen Erhebung mit der untersten Bodenmitte der entsprechenden Küvette fluchtet. Das optische Korrekturelement 17 kann aus verschiedenen Arten lichtdurchlässigen Materials gefertigt werden. Bevorzugterweise wird das Element 17 aus demselben Material wie die Küvettenplatte 12 hergestellt.

Durch Anordnung des optischen Korrekturelements direkt unterhalb der Küvettenplatte 12 gelingt es, ein Bild einheitlicher Dichteverteilung der Bodenfläche der Küvette auf das lichtempfangende Element zu projizieren. Dies wird im folgenden näher erläutert.

Gemäß F i g. 8 wird ein von einem beliebigen Punkt P der Streuscheibe 14 herrührender Lichtstrahl an der Bodenfläche der Küvette 11-1 gebrochen, trifft anschließend auf das Element 17 auf und wird an der Erhebung 17-1 in Richtung R abgelenkt. Daher scheint dieser Lichtstrahl von einem Punkt P', der etwas tiefer als die Streuscheibe 14 liegt, herzurühren. Dagegen wird ein von einem beliebigen Punkt Q der Bodenfläche herstammender Lichtstrahl an der konischen Erhebung 17-1 gebrochen und scheint daher von Punkt Q' herzurühren. Das bedeutet, daß ein scheinbares Bild der Streuscheibe 14 in Nähe der Streuscheibe und ein scheinbares Bild der Bodenfläche unterhalb der Bodenfläche erzeugt werden. Daher besteht in der optischen Achse L-L' gesehen ein sehr großer Abstand zwischen diesen scheinbaren Bildern, so daß selbst bei großer Brennweite der Linse 15-1 eine scharfe Abbildung der Streuscheibe 14 auf das lichtempfangende Element 16-1 nicht erfolgt. Auf diese erfindungsgemäße Weise werden die lichtempfangenden Elemente 16-1 bis 16-6 gleichförmig bestrahlt, wenn die Küvetten 11-1 bis 11-6 keine Testflüssigkeit enthalten, so daß ein elektrisches Signal mit sehr hohem Signal-Rausch-Verhältnis erhalten wird und die auf den Küvetten gebildeten Teilchenmuster mit hoher Genauigkeit nachgewiesen werden können, obwohl die Mitten der lichtempfangenden Elemente 16-1 bis 16-6 nicht mit den Mitten der Küvetten 11-1 bis 11-6 fluchten. In der oben ausgeführten Erklärung ist eine mögliche Lichtbrechung — verursacht an den gegenüberliegenden Oberflächen der Küvettenplatte 12 und dem optischen Korrekturelement 17 — vernachlässigt.

Fig.9 zeigt eine schematische Ansicht einer anderen

ίο Ausführungsform der Nachweisvorrichtung gemäß der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind Lichtquellen 13-1 bis 13-3 und eine Streuscheibe 14 unterhalb eines optischen Korrekturelements 17 angeordnet, die direkt unter einer Küvettenplatte 12 mit Küvetten 11-1 bis 11-6 vorgesehen ist, während die Linsen 15-1 bis 15-3 und lichtempfangende Elemente 16-1 bis 16-6 oberhalb der Küvettenplatte 12 angeordnet sind. Bei solch einer in Fi g. 10 dargestellten Anordnung wird ein von einem beliebigen Punkt P der Streuscheibe 14 herrührender Lichtstrahl an einer konischen Erhebung 17-1 und einer Bodenfläche der Küvette 11-1 in eine Richtung R gebrochen. Daher scheint dieser Lichtstrahl von einem Punkt P', der sehr nahe bei dem ursprünglichen Punkt P liegt, herzustammen, so daß die Abbildung der Bodenfläche wesentlich einheitlicher als bei Verwendung bekannter Vorrichtungen gemäß F i g. 5 wird. Daher ist auch bei dieser Ausführungsart das Agglutinationsmuster mit hoher Genauigkeit nachzuweisen.
Während bei den obigen Ausführungsbeispielen das optische Korrekturglied unterhalb der Küvette befestigt ist, zeigt F i g. 11 eine Ausführungsform, bei der das optische Korrekturglied 22 mit einem konischen Zuschnitt 23 an einer hinteren Oberfläche einer Küvette 21 befestigt ist. Auf ähnliche Weise kann ein optisches Korrekturelement mit einer, in einer Matrixform darin eingebrachten Anzahl konischer Zuschnitte an einer hinteren Oberfläche einer Küvettenplatte befestigt werden, wobei eine Anzahl von Küvetten in einer Matrixform in die Küvettenplatte eingebracht sind.

Weiterhin kann die Küvette und das optische Korrekturelement beispielsweise durch Formpressen einteilig hergestellt werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum photoelektrischen Nachweis eines Agglutinationsmusters, mit einer Küvette, deren Bodenfläche wenigstens teilweise geneigt ist, einer Beleuchtungseinrichtung, die die Bodenfläche der Küvette gleichmäßig ausleuchtet, einer Abbildungseinrichtung zum Abbilden des Agglutinationsmusters und einer photoelektrischen Wandlereinrichtung zur Umwandlung des Bildes des Agglutinationsmusters in ein elektrisches Signal, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Küvette (11) zur Korrektur einer ungleichmäßigen Helligkeit des abgebildeten Agglutinationsmusters ein lichtdurchlässiges Korrekturelement (17) mit einer Erhebung angeordnet ist, deren Kontur identisch mit derjenigen der inneren Bodenfläche der Küvette ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrekturelement (17) eine Vielzahl von Erhebungen (17-1 bis 17-6) entsprechend einer Vielzahl von Küvetten(ll-1 bis 11-6), die in Matrixanordnung in einer Küvettenplatte (12) ausgebildet sind, aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Erhebung (17-1 bis 17-6) des Korrekturelements (17) konisch ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrekturelement (17) direkt an der Unterseite der Küvette (11) oder der Küvettenplatte (12) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Erhebung (23) mit der Bodenwand der Küvette (11) oder der Küvettenplatte (12) einstückig ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrekturelement (17) aus demselben Werkstoff wie die Küvette (11) oder die Küvettenplatte (12) gefertigt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrekturelement (17) so angeordnet ist, daß die Scheitel der konischen Erhebungen (17-1 bis 17-6) mit den untersten Mittelabschnitten der konischen Bodenfläche der Küvetten in der Reihe ausgerichtet sind.