Multibandpassfilter für die Fluoreszenz

Einführung

Die Fluoreszenzspektroskopie ist eine leistungsstarke Technologie, die in biowissenschaftlichen Instrumenten zur Messung chemischer Reaktionen in biologischen Materialien weit verbreitet ist. Beispiele für Anwendungen sind die DNA-Sequenzierung und das Virenscreening, z. B. mit Hilfe der Polymerase-Kettenreaktion (PCR). Zielmoleküle werden mit einem Fluorophor markiert, der, sobald er an das Ziel gebunden ist, Licht mit einer bestimmten Wellenlänge aussendet, wenn er mit Licht einer niedrigeren Wellenlänge angeregt wird. Optische Filter werden in der Regel verwendet, um sicherzustellen, dass die Probe mit der richtigen Wellenlänge angeregt wird und der Detektor nur bei der richtigen Emissionswellenlänge misst.

Weitere Informationen über die Verwendung optischer Filter in Fluoreszenzinstrumenten finden Sie in unserem Whitepaper.

Viele Gerätehersteller bieten kompakte Instrumente für einen bestimmten Anwendungsfall (und Fluorophor) mit einer festen Anregungs- und Emissionswellenlänge an. Endanwender in Labors, Kliniken und Krankenhäusern wünschen sich jedoch Mehrzweckinstrumente und nicht nur Instrumente für einen Anwendungsfall. Dies erfordert oft, dass ein und dasselbe Instrument mehrere Anregungs- und Emissionswellenlängen verarbeiten kann. Bei fortgeschrittenen Reaktionen, die zwei oder mehr verschiedene Zielmoleküle in derselben Probe beinhalten, wird jedes Zielmolekül mit einem anderen Fluorophor markiert. Die verschiedenen Fluorophore werden in der Regel mit unterschiedlichen Anregungs- und Emissionswellenlängen gewählt, so dass das Gerät in der Lage sein muss, dies zu verarbeiten. In dieser technischen Mitteilung wird beschrieben, wie mit Hilfe von Multibandpassfiltern kompakte, einfache und kostengünstige Instrumente geschaffen werden können, die mehrere Anregungs- und Emissionswellenlängenbereiche unterstützen.

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Messgeräte mit mehreren Anregungs- und Emissionswellenlängen

Ein übliches Design für mehrere Anregungs- und Emissionswellenlängen ist in Abbildung 1 dargestellt. Die Anregung erfolgt mit Leuchtdioden (LED), die jeweils einzeln eingeschaltet werden. Jede LED hat eine bestimmte Zentralwellenlänge, die der Spitzenabsorption eines bestimmten Fluorophors entspricht. Das Spektrum einer LED ist in der Regel recht breit, weshalb ein Anregungsfilter verwendet wird, um das Spektrum zu „bereinigen“, wie in Abbildung 2 dargestellt. Der Anregungsfilter hilft außerdem, unerwünschtes Umgebungslicht außerhalb des Anregungsbandes zu unterdrücken. Für jede LED-Wellenlänge wird ein spezifischer Anregungsfilter benötigt, und daher werden die Filter in der Regel auf einem Rad angebracht, das durch einen Motor oder von Hand gedreht werden kann. Auf diese Weise können Anregungsfilter und LED-Wellenlänge aufeinander abgestimmt werden. Ähnlich verhält es sich auf der Emissionsseite: Je nachdem, welche LED eingeschaltet ist, erwarten wir drei verschiedene Emissionsbänder. Aus diesem Grund wird auf der Emissionsseite ein zweites Filterrad mit drei Filtern verwendet. Die optischen Anforderungen an die Filter sind eine hohe Durchlassbandtransmission, eine tiefe Sperrung außerhalb des Durchlassbandes und ein enger Übergangswellenlängenbereich zwischen den beiden. Obwohl der gerade beschriebene Filterradansatz die Analyse mehrerer Fluorophore ermöglicht, hat er einige Einschränkungen und Nachteile. Erstens nimmt der Filterwechsel natürlich einige Zeit in Anspruch. Dies kann z. B. bei der Echtzeitanalyse der Reaktionskinetik, bei der mehrere Emissionsspitzen im Laufe der Zeit gemessen werden müssen, eine Einschränkung darstellen. Zweitens ist das Farbrad ein bewegliches mechanisches Element, das mehr Platz und – falls es motorisiert ist – mehr Energie benötigt als ein einzelner fester Filter. Außerdem unterliegt ein bewegliches Element mit der Zeit einem Verschleiß. Multibandpassfilter lösen viele der oben genannten Probleme, indem sie mehrere Durchlassbereiche in einen einzigen festen Filter integrieren. Dies führt zu einem viel einfacheren Gerätedesign, wie in Abbildung 3 dargestellt, und ist besonders vorteilhaft für kompakte Geräte sowie für Geräte für schnelle Reaktionskinetik. Die kosteneffiziente Herstellung von Multibandpassfiltern mit zwei bis fünf Durchlassbändern auf demselben Substrat wurde durch moderne optische Dünnfilm-Beschichtungstechniken ermöglicht. Dabei können Hunderte von Dünnfilmschichten auf ein Substrat aufgebracht werden, um genau das Filterprofil zu bilden, das für eine bestimmte Anwendung benötigt wird.

Figure 1: Illustration of instrument supporting three excitation wavelengths and three emission wavelength bands using a color-wheel with distinct filters and LEDs for excitation.
Figure 2: Spectra of three LEDs centered at λ1 (blue line), λ2 (green line), and λ3 (red line) as well as bandpass filters (black dotted lines) matching the center wavelength of the LEDs.
Figure 3: Illustration of instrument using single, fixed multi-bandpass filters for excitation and emission.

Multibandpassfilter von Delta Optical Thin Film

Delta Optical Thin Film stellt hochleistungsfähige, hartbeschichtete Multibandpassfilter her. Abbildung 4 zeigt ein Beispiel eines von uns hergestellten Filters mit drei Durchlassbändern. Die Transmission in den Durchlassbändern ist in der Regel besser als 95 % und die Sperrung zwischen den Bändern ist höher als OD6. Weitere Einzelheiten zu unseren Multibandpassfiltern. Wenn die aufgeführten Filter nicht genau Ihren Anforderungen entsprechen, können Sie sich jederzeit an Delta Optical Thin Film wenden, wenn Sie eine kundenspezifische Konstruktion benötigen.

Figure 4: Example of triple-bandpass filter manufactured by Delta Optical Thin Film.

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