用于照射微流体装置的照明设备、具有照明设备的分析设备及用于照射微流体装置的方法与流程

本发明基于根据独立权利要求的前序部分的照明设备、具有照明设备的分析设备以及用于照射的方法。

背景技术：

1、为了分析样本材料，可以将带有样本的所谓芯片实验室盒插入分析设备中并进行处理。在此，可以在具有微流体网络的塑料盒上布置例如分子诊断检定。分析设备可以被设计成处理这样的盒，即，分析设备可以控制盒上的微流体过程并且例如加热或照射特定区域。

技术实现思路

1、在此背景下，利用这里提出的方案提出了根据主权利要求的照明设备、具有照明设备的分析设备以及用于照射的方法。通过从属权利要求中列出的措施可以实现独立权利要求中说明的设备的有利扩展和改进。

2、利用这里提出的照明设备，有利地可以用光照射例如在芯片实验室盒上的一个或多个连贯表面。这些表面的数量、形状和伸展在此可以在一定范围内自由选择，并通过电子方式灵活控制。光本身可以有利地满足分子诊断检定的荧光激发的要求，也可以具有多个颜色通道。这意味着在中心波长和宽度方面准确定义的一个光谱，或者多个这样的光谱，可以在多个这样的光谱之间切换。

3、提出了一种用于照射布置在分析设备的容纳区域中的微流体装置的照明设备。在此，该照明设备包括至少一个发荧光的光源，所述发荧光的光源被构造成由激发辐射激发地通过发荧光来发出荧光光束，以及用于聚焦所述荧光光束的聚焦装置，其中该聚焦装置被构造成将所述荧光光束转换为聚焦光束。另外，照明设备包括用于将聚焦光束偏转至微流体装置的镜子装置，其中所述镜子装置包括至少一个可移动的、特别是机械可移动的镜子元件。

4、例如，分析设备可以是用于执行诊断测试(例如pcr快速测试)的设备。在此，样本可以例如是具有样本材料的液体或固体样本，所述样本可以例如被插入到合适的微流体装置中，该微流体装置例如是具有用于处理样本的微流体网络的芯片实验室盒。可以例如手动地将带有样本的微流体装置插入分析设备的容纳区域中，以便在分析设备内加以处理。在此，分析设备可以包括这里描述的照明设备，该照明设备也可以称为激发光学器件，以便通过照射样本来激发样本。在此，利用这里提出的照明设备，可以有利地照射芯片实验室盒上的一个或多个表面。光源也可以理解为通道。待照射表面的数量、形状和伸展可以附加地或替代地通过电子方式灵活地加以控制。用于照射的光在此情况下可满足分子诊断检定的荧光激发的要求。诸如聚合酶链式反应(pcr)的许多分子诊断方法从测量角度来看依赖于荧光测量。在此，可能需要借助于发荧光或发磷光的发光物质来间接产生光。有利地，这可以利用这里提出的照明设备来实现，其方式是例如使用发荧光的光源来代替一个或多个激光二极管。发荧光的光源也可以称为基于磷光体的光源。在这种背景下建立的术语“磷光体”不是指同名的元素，而是一般指可以例如通过初级光源(例如激光二极管)激发而发射荧光的合适的发光物质。利用这样的源，可以有利地实现极小的光源，使得以这种方式产生的荧光然后又可以被很好地准直或聚焦，例如在本发明的意义上准直或聚焦到(微)镜上或经由(微)镜准直或聚焦。对于所提到的聚焦到镜子装置上而言，照明设备的聚焦装置可以包括例如透镜、凹面镜或类似的光学元件。照明分布本身可以借助于特别是机械可控的镜子元件(例如微机械镜子)来控制。例如，可以根据所谓的飞点(flying-spot)原理来进行照射，其中借助于镜子在所涉及的表面上扫描或引导光束。

5、根据一种实施方式，聚焦装置可以包括至少一个全息光学元件。例如，荧光光束可以经由全息光学元件(hoe)偏转到镜子元件。这提供了同样能够经由hoe进行波长选择的优点，这替代地可以在其他位置进行，例如通过光路中的电介质干涉滤波器。另外，该实施方式提供了特别的优点，即它可以非常有效地处理可用光。其他投影仪方法，例如基于lcd、dlp、slm、lcos的投影仪方法，基于微机械调制器或以液晶为基础的调制器，这些调制器通过减法产生强度分布，即丢弃可用光以使特定区域变暗。相反，利用全息图可以有利地实现固有的波长选择的光束引导元件。这样的hoe可以例如具有多重全息图或多个彼此层叠的个体全息图。各个全息图可以被设置为，使得它们例如可以将具有期望波长的球面波从发荧光的光源偏转聚焦到镜子上。然后根据哪个磷光体或发荧光的发光物质正在被激发和发射，可以用期望波长来辐射镜子元件。

6、根据另一实施方式，镜子装置可以具有至少一个微机械镜子。作为可移动镜子元件，例如优选微机械镜子。例如，照射可以根据所谓的飞点原理进行，其中借助于镜子在所涉及表面上扫描或引导光束。根据应用要求，可以使用逐行扫描方法，即一行一行地扫描，或使用lissajous扫描仪。后者的优点是可以在这里获得更大的偏转角以及同时使用更大的镜子表面。有利地，这样的镜子装置因此可以被优化以满足要求并且还可以成本有利地实施。

7、根据另一实施方式，发荧光的光源可以被构造成发出窄带的荧光光束。窄带在此优选理解为小于100纳米(nm)、优选小于50nm、特别优选小于30nm的光谱半高宽，例如40nm或20nm。例如，特别窄带的磷光体可以用作发光装置，例如srga2s4:eu2+(在540nm处发射，fwhm约为45nm)或ba0.8sr0.2mg3sin4:eu(在635nm处发射，fwhm约为45nm)。如果相应的磷光体仅用于一个激发通道并且对于其他通道被切换，则这是特别有利的。除了现有技术已知的磷光体材料之外，也可以使用半导体量子点。

8、根据另一实施方式，发荧光的光源可被构造成发出具有至少一个宽波长带的荧光光束。如果磷光体用于多个激发通道并且通过波长选择光学器件(滤波器)进行切换，则诸如y3al3o12:ce(具有120nm的半高宽)的宽带磷光体或具有多个窄带发射体的混合物(例如2至4种或更多种发光物质，每种发光物质具有40-80nm的半高宽)可以是特别有利的。

9、根据另一实施方式，至少一个光学带通滤波器可以布置在荧光光束的光路中。该聚焦光学器件的任务是收集磷光体以大空间角发射的荧光并成束到镜子上。在此情况下，例如可以使用诸如折射或衍射透镜或凹面镜的常规部件。如果选择这样的解决方案，则根据荧光的带宽，可能需要波长选择设备(优选带通滤波器)作为该光学器件的一部分。这样做的优点是可以借助于带通滤波器去除光的不期望光谱分量。

10、另外，所述带通滤波器可以布置为可更换为具有另外的带通特性的带通滤波器。例如，磷光体的发射光谱可以具有优选半高宽大于100nm、特别优选大于150nm的宽带，或具有多个较窄的带，所有期望的激发波长都包含在其中。在这种情况下，带通滤波器可以是可以例如借助于机械切换单元(例如滤波器轮或滑块)更换的多个带通滤波器之一。根据特别的设计，照明设备因此包括至少两个可更换的带通滤波器。于是根据期望的激发通道，可以有利地将所涉及的滤波器引入光路中，从而可以经由镜子来分别引导所要求的光谱带。

11、根据另一实施方式，发荧光的光源可以布置为可更换为具有其他荧光特性的光源。例如，发荧光的光源可以被其他发荧光的光源替代，并且如果需要的话可以被具有例如与第一发射特性不同的发射特性的另外的光源替代。根据特别的设计，照明设备因此包括至少两个可更换的光源。这些光源可以例如彼此并排布置在切换元件或载体上。照明设备可以例如被构造成移动具有发光装置的载体，使得期望的发光装置落入激发光的焦点。有利地，由此特定的发荧光的光源可以仅用于一个激发通道并且对于其他通道可以被切换。

12、根据另一实施方式，照明设备可以具有另外的发荧光的光源，所述另外的发荧光的光源可被构造成由所述激发辐射或另外的激发辐射激发地通过发荧光来发出另外的荧光光束。例如，照明设备可以具有多个发荧光的光源，这些发荧光的光源可以例如特别是机械地切换并且附加地或替代地借助于控制装置加以操控。在此，例如这些光源中的一些可以是基于磷光体的，而其他光源可以被构造为例如激光二极管。在此，可以例如经由镜子元件来组合单独的光源。如果各个磷光体带足够窄而不会在未分配给它们的任何通道中发射光，则在该实施方式中可以有利地使用例如具有固定多带通滤波器的固定聚焦光学器件。

13、例如，照明设备可以具有至少三个另外的发荧光的光源，这些发荧光的光源可以被构造成通过所述激发辐射或至少一个另外的激发辐射激发地通过发荧光来发出另外的荧光光束。因此，照明设备例如可以具有总共四个、五个或更多个光源。

14、根据另一实施方式，照明设备可以具有初级光源，所述初级光源可以被构造成发出激发辐射以激发发荧光的光源。例如，照明设备可以包括至少一个初级光源和磷光体材料。例如，激光二极管或激光二极管阵列适合作为初级光源。在此，具有多个发荧光的光源的布置是可能的，在这些布置中每个发荧光的光源具有其自己的初级源，以及例如可为多个发荧光的光源提供激发光的一个初级光源也是可能的。有利地，可以通过使用可以根据要求选择的初级光源来优化照射过程。

15、根据另一实施方式，照明设备可以包括控制装置，所述控制装置可以被构造为提供用于将聚焦光束偏转到镜子装置的偏转信号，并且附加地或替代地提供用于接通和关闭光源的动作信号。

16、为此，控制装置可以具有用于处理信号或数据的至少一个计算单元，用于存储信号或数据的至少一个存储单元，与传感器或致动器的至少一个接口，用于从所述传感器读入传感器信号或用于将数据信号或控制信号输出到所述致动器，和/或用于读入或输出嵌入在通信协议中的数据的至少一个通信接口。计算单元例如可以是信号处理器、微控制器等，其中存储单元可以是闪存、eeprom或磁存储单元。通信接口可以被构造为无线地和/或有线地读入或输出数据，其中可以读入或输出有线数据的通信接口可以例如从对应的数据传输线路电地或光学地读入所述数据或将所述数据输出到对应的数据传输线路中。

17、在当前情况下，控制装置可以理解为处理传感器信号并且根据传感器信号输出控制信号和/或数据信号的电设备。控制装置可以具有能够以硬件形式和/或软件形式构造的接口。在以硬件形式构造的情况下，接口例如可以是所谓的系统asic的一部分，该系统asic包含控制装置的各种功能。然而，接口也可以是单独的集成电路或者至少部分地由分立部件组成。在以软件形式构造的情况下，接口可以是例如与其他软件模块一起存在于微控制器上的软件模块。

18、另外，提出了一种用于分析微流体装置中的样本的分析设备，其中所述分析设备包括用于容纳微流体装置的容纳区域和先前提出的照明设备的变体。例如，分析设备可被构造为将塑料盒上的分子诊断检定与微流体网络集成。实际的设备可以被设计成处理这样的盒，即，该设备可以例如控制盒上的微流体过程并加热特定区域以及附加地或替代地照射特定区域。在此，分析设备例如可以具有带有可切换带通滤波器的相机，所述相机可以观察盒的特定区域。这些区域可以有利地用照明设备照射，例如用限定波长范围的光，以便在那里激发荧光，所述荧光可以被诊断性地评估。

19、另外，提出了一种用于照射布置在分析设备的容纳区域中的微流体装置的方法，其中该方法包括响应于激发辐射而发出荧光光束的步骤以及将荧光光束转换为聚焦的聚焦光束的步骤。另外，该方法还包括将聚焦光束偏转到微流体装置上的步骤。

20、该方法可以例如以软件或硬件或者以软件和硬件的混合形式例如实现在控制设备中。