PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE202006000018U1 13.04.2006
Titel Modul zur Aufrüstung eines Druchlichtmikroskops zum Fluoreszenzmikroskop
Anmelder Hoyer, Maria, 82194 Gröbenzell, DE
DE-Aktenzeichen 202006000018
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 13.04.2006
Registration date 09.03.2006
Application date from patent application 03.01.2006
IPC-Hauptklasse G02B 21/06(2006.01)A, F, I, 20060103, B, H, DE

Beschreibung[de]
Titel und Neuheit der Erfindung

Beleuchtungseinrichtung, die zum Umschalten von bereits bestehenden, praktisch allen kommerziellen Durchlichtmikroskopen zu Fluoreszenzmikroskopen genutzt wird und eine LED als Lichtquelle verwendet und das Anregungslicht über einen Konzentrator auf die Probe gelenkt und nicht durch das Objektiv geleitet wird.

Stand der Technik

Die Fluoreszenzmikroskopie nutzt den physikalischen Effekt der Fluoreszenz bestimmter Stoffe, die auch als Fluorochrome bezeichnet werden, aus. Dabei können die einzelnen Zellbestandteile selektiv angefärbt und sichtbar gemacht werden. Bestimmte Zellorganellen können sogar nur durch Fluoreszenzmikroskopie lichtmikroskopisch untersucht werden. Für den Einsatz in der Schule sind diese Geräte aber zu teuer. Auf der anderen Seite stehen meist Durchlichtmikroskope in großer Anzahl bereit.

Durch Bestrahlung eines angefärbten (oder natürliche Farbstoffe enthaltenden) Präparates mit Licht wird diesem Energie zugeführt, die von den Farbstoffen absorbiert wird. Die zugeführte Energie versetzt die Substanz in einen energetisch höheren Zustand. Da dieser meist der Instabilere ist, fällt die Substanz nach kürzester Zeit unter Abgabe von Lichtenergie wieder in ihren ursprünglichen Zustand zurück.

Das Präparat wird mit Licht einer bestimmten Wellenlänge (Anregungswellenlänge) bestrahlt und gibt während der Bestrahlung Licht einer längeren Wellenlänge (Fluoreszenzwellenlänge) ab.

Bei handelsüblichen Fluoreszenzmikroskopen wird als Lichtquelle eine Xenon – oder Quecksilberdampflampe benutzt. Diese dürfen wegen der hohen Wärme – und UV-Strahlung nicht zu nah an das Auge des Betrachters gelangen und müssen besonders abgeschirmt werden.

Aus dem weißen Licht der Dampflampe wird durch einen Filter die für die Anregung des Fluorochroms geeignete Wellenlänge herausgefiltert. Im Innern des Mikroskops wird das Licht von einem dichroitischen Spiegel, der nur für größere Wellenlängen durchlässig ist, auf das Präparat reflektiert.

Für den Filter wird oft ein Bandkantenfilter verwendet.

Der Spiegel ist so gewählt, dass seine kritische Wellenlänge zwischen Anregungs- und Emissionsmaximum des Fluorochroms liegt. So wird das Anregungslicht zum Präparat gelenkt, während das vom Präparat ausgestrahlte längerwelligere Licht den Spiegel passiert und durch das Okular zum Auge des Betrachters geleitet wird.

Durch zusätzliche Aufsätze auf spezielle Durchlichtmikroskope können diese in Fluoreszenzmikroskope umgewandelt werden. Allerdings ist man dabei an den Hersteller der Mikroskope gebunden und es ist nicht möglich, auch ältere Binokulare, wie sie breit eingesetzt werden, auf diese Art umzufunktionieren.

Handelsübliche Durchlichtmikroskope mit der Möglichkeit Fluoreszenzaufsätze zu verwenden, sind zum einen mikroskopspezifisch und zum anderen sehr teuer und kommen so für Schulen oder Hobbybiologen nicht in Betracht.

Aufgabe der Erfindung

Die Erfindung soll eine einfache Umfunktionierung von Durchlichtmikroskopen zu einfachen Fluoreszenzmikroskopen mit Hilfe von LEDs ermöglichen. Dabei kann die Erfindung als Zusatz zu bereits bestehenden Mikroskopen auch nachträglich angebracht werden.

Lösung der Aufgabe

Als Strahlquelle ist hier die Ausführung mit einer LED gezeigt, die bereits eine Strahlführungsoptik zur Fokussierung auf einen engen Winkelbereich integriert hat (wie z. B. Luxeon Star/O). Andere Ausführungen gelten entsprechend.

Das Anregungslicht wird von unten auf die Probe eingestrahlt. Als Möglichkeit zur besseren Konzentrierung des Anregungslichtes wird ein Konzentrator anstelle des üblichen Kondensors vor die LED gesetzt.

Ein Konzentrator ist ein Lichtwellenleiter, der das Licht der LED einsammelt und über die Geometrie des transparenten Konus fokussiert. Er ist aus transparenten Materialien oder aus Metall als Spiegel gestaltet, vorzugsweise aus PMMA oder Aluminium. PMMA ist für Wellenlängen > 380 nm transparent, darunter kann ein Konzentrator aus Metall als Spiegel benutzt werden. Dieser wird hinter LED und Anregungsfilter gesetzt, sodass das Licht auf einen kleineren Fleck als den ursprünglichen konzentriert wird. Diese Konzentratoren können durch ihre Geometrie so gestaltet werden, dass sie das Licht hinter dem Objektträger auf der Probe fokussieren, aber trotzdem hinter dem Objekt im flachen Winkel abstrahlen, sodass möglichst wenig Anregungslicht in das Objektiv gelangt. Die Spitze der Konzentratoren kann zu diesem Zweck als Mikrooptik ausgeführt werden, z. B. als Linse. Die LED strahlt Licht im kürzerwelligen Bereich des Spektrums (vorteilhafter Weise &lgr; < 600nm) ab und kann über eine Strahlführungsoptik verfügen. Das durch den Konzentrator auf die Probe gelangte Licht wird dort durch den Fluorochrom absorbiert und die ausgesandte Fluoreszenz entsprechend dem Öffnungswinkel des Objektivs eingesammelt. Dieses Licht kommt wird entweder durch den Betrachter beobachtet oder durch eine Kamera aufgenommen werden.

Werden mehrere LEDs unterschiedlicher Farbe eingesetzt, können entweder mehrere Konzentratoren verwendet werden, die direkt die Probe anregen oder das Licht der einzelnen Konzentratoren wird über einen Lichtwellenleiter in die optimale Anregungsposition gebracht. Hierbei kann schnell zwischen verschiedenen Anregungswellenlängen umgeschaltet werden.

Hinter diesen Konzentrator kann auch eine LED mit zwei oder mehreren verschiedenen Farben gesetzt werden.

Das Ausführungsbeispiel wird anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert.

Ausführungsbeispiel zu Variante 1

Eine blaue LED mit Strahlführungsoptik (1) wird vor eine Blaupass in Form eines Filters (2) in einen Tubus eingeführt. Hinter den Filter ist eine Streuscheibe gesetzt. Das Licht gelangt durch den Filter und die Streuscheibe (3) auf die Probe (4). Prismen (5) und Linsen (6) im Inneren des Mikroskops bestimmen den Weg des Lichtes.

Das von der Probe zurückgestrahlte Licht wird vor dem Austreten aus dem Okular durch einen Bandkantenfilter (7) geleitet, um störende Anteile abzublocken.

Eine Linse als weitere Strahlführungsoptik (8) ist zur besseren Fokussierung des Lichtes zusätzlich hinter die LED gesetzt.

Ausführungsbeispiel zu Variante 2
  • a) Eine blaue LED (1) wird hinter einen am Konzentrator (2) mit Mikrooptik (6) befestigten Anregungsfilter (3) gesetzt. Durch eine Halterung (4) wird der Konzentrator in die Halterung des ausgebauten Kondensors (5) eingefügt.
  • b) Die Mikrooptik des Konzentrators konzentriert das Licht noch einmal auf einen kleineren Fleck als der Konzentrator alleine. Blenden (1) hindern das Licht daran, an den Seiten auszutreten. Der Strahlengang wird bei 2 angedeutet.
Vorteile

Die Erfindung ermöglicht es, auf einfache und schnelle Weise ein Fluoreszenzmikroskop aus einem Durchlichtmikroskop herzustellen, welches vor allem Gruppen mit schwachem finanziellen Hintergrund anspricht. Schulen, insbesondere Gymnasien können so die Vorteile der Fluoreszenzmikroskopie nutzen und auch Hobbybiologen werden nicht abgeneigt sein, die Erfindung in Anspruch zu nehmen.

Da die Quecksilberdampflampe durch eine LED ersetzt wird, ist die Gefahr der hohen Wärme – und evtl. nicht benötigten UV-Strahlung gebannt und es ist kein Problem mehr, die Lichtquelle offen zu platzieren. Als Anregungsfilter können die günstigeren Absorptionsfilter verwendet werden. Ein dichroitischer Spiegel entfällt

Vor allem kann die Fluoreszenzmikroskopie dazu verwendet werden, verschiedene sonst nur schwer unterscheidbare Zellorganellen gezielt anzufärben und sichtbar zu machen, ein Effekt, der für Schulen und andere Einrichtungen aus Kostengründen sonst nicht genutzt werden kann, obwohl viele wesentliche Dinge nur durch die Fluoreszenzmikroskopie gezeigt werden können.

Bei Verwendung von einem oder mehreren Konzentratoren kann hinter die LED direkt der Anregungsfilter geschaltet werden. Dadurch ist bei Wechsel der Anregungswellenlänge nur noch der Filter zum Augenschutz anzupassen. Ein Wechsel des Anregungsfilters und des dichroitischen Filters im Strahlengang des Mikroskops entfällt.

Wenn LEDs mit variabler Wellenlänge genutzt werden, kann die Anregungsfrequenz mit einem Aufbau variiert werden.


Anspruch[de]
  1. Beleuchtungseinrichtung, die zum Umschalten von bereits bestehenden, praktisch allen kommerziellen Durchlichtmikroskopen zu Fluoreszenzmikroskopen genutzt wird dadurch gekennzeichnet, dass eine LED als Lichtquelle verwendet und das Anregungslicht über einen Konzentrator auf die Probe gelenkt und nicht durch das Objektiv geleitet wird.
  2. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht der LED durch den Konzentrator anstelle des Kondensors geführt wird.
  3. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Konzentrator am Rand der Spitze verspiegelt ist.
  4. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Konzentrator als Ersatz des Kondensors in der Höhe verstellt werden kann.
  5. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Konzentrator das Licht 1 mm über dem Ende des Konzentrators fokussiert.
  6. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze des Konzentrators über eine Mikrooptik zur Fokussierung des Lichtkegels ausgeführt ist.
  7. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrooptik an der Spitze des Konzentrators eine Öffnung zwischen 1 – 3 mm aufweist.
  8. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrooptik an der Spitze des Konzentrators als eine Streulinse mit f = –0,5 mm und –3 mm gegeben ist.
  9. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrooptik an der Spitze des Konzentrators eine Blende im Zentrum mit einem Durchmesser von 50 – 400 &mgr;m aufweist.
  10. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze des Konzentrators über eine diffraktive Optik fokussiert wird.
  11. Beleuchtungseinrichtung nach einem dervorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass kein dichroitischer Spiegel bei der Anregung verwendet wird.
  12. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anregungsfilter (falls benötigt) direkt hinter der LED angebracht wird.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com