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Was ist ein ELISA-Lesegerät?
Ein Enzym-gebundener Immunadsorptionsassay-(ELISA)-Lesegerät, auch als ELISA-Detektor bekannt, ist ein spezialisiertes Instrument, das für den Einsatz in enzymgebundenen Immunadsorptionsassays entwickelt wurde. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um eine Art modifiziertes, spezialisiertes Spektralphotometer oder Colorimeter. Sein grundlegendes Funktionsprinzip und seine wichtigsten Bauteile entsprechen im Wesentlichen denen eines herkömmlichen Spektralphotometers. ELISA-Lesegeräte lassen sich grob in zwei Typen einteilen: halbautomatisch und vollautomatisch. Allerdings sind ihre zugrundeliegenden Arbeitsprinzipien im Wesentlichen identisch; im Kern befindet sich ein Colorimeter – ein Gerät, das mithilfe der kolorimetrischen Analyse die Konzentration von Antigenen oder Antikörpern bestimmt.
Was ist der enzymgekoppelte Immunadsorptionsassay?
Der enzymgekoppelte Immunadsorptionsassay, oft als ELISA abgekürzt, ist eine Art von Markierungstechnik, die sich aus der fluoreszierenden Antikörpertechnologie und dem isotopenbasierten Immunoassay entwickelt hat. Es handelt sich um eine moderne Technik, die empfindlich, spezifisch, schnell und automatisierbar ist.
Das Grundprinzip des enzymgekoppelten Immunadsorptionsassays (ELISA) besteht darin, ein Antigen oder einen Antikörper mittels eines Kopplungsmittels mit einem Enzym zu konjugieren und so ein enzymgekoppeltes Antigen oder Antikörper zu erzeugen. Dieses enzymgekoppelte Antigen oder Antikörper kann spezifisch mit dem entsprechenden Antigen oder Antikörper reagieren, das auf einem festphasengebundenen Träger immobilisiert ist oder in Geweben vorhanden ist, wodurch ein stabiler Immunkomplex entsteht, der seine biologische Aktivität beibehält. Wird ein geeigneter Substrat hinzugefügt, wird dieses durch das Enzym katalysiert, was zu einer charakteristischen Farbreaktion führt. Die Intensität der Farbe ist direkt proportional zur Konzentration des entsprechenden Antigens oder Antikörpers.
Da diese Technologie auf der Antigen-Antikörper-Reaktion und der hocheffizienten katalytischen Wirkung von Enzymen beruht, zeichnet sie sich durch hohe Empfindlichkeit und Spezifität aus und ist somit eine bemerkenswert robuste immunologische Assay-Technik.
Das Prinzip eines Enzym-gekoppelten Immunadsorptionsassays (ELISA)-Lesegeräts.
Ein Enzym-gebundener Immunadsorptionsassay (ELISA)-Lesegerät ist ein Instrument, das nach dem Prinzip der Enzymmarkierung arbeitet. Es ähnelt einem modifizierten Spektralphotometer oder Colorimeter; sein grundlegendes Funktionsprinzip sowie seine wichtigsten Bauteile entsprechen im Wesentlichen denen eines herkömmlichen Spektralphotometers.
Die von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtwellen werden durch einen Filter oder Monochromator gefiltert, um zu einem Strahl monochromatischen Licht zu werden, der anschließend in das Kunststoff-Mikroporen-Array eindringt, in dem die zu messende Probe enthalten ist. Ein Teil dieses monochromatischen Lichts wird von der Probe absorbiert, während der Rest die Probe durchdringt und auf einen photoelektrischen Detektor trifft. Der photoelektrische Detektor wandelt diese Lichtsignale unterschiedlicher Intensität von der Probe in entsprechende elektrische Signale um. Nach einer Signalverarbeitung – einschließlich Vorverstärkung, logarithmischer Verstärkung und Analog-Digital-Wandlung – werden die elektrischen Signale an einen Mikroprozessor zur Datenverarbeitung und -berechnung weitergeleitet. Schließlich werden die Ergebnisse auf einem Monitor angezeigt und von einem Drucker ausgedruckt.
Der Mikroprozessor steuert außerdem den mechanischen Antriebsmechanismus, um die Mikroplatte über Steuerschaltungen in X- und Y-Richtung zu bewegen; dadurch wird der Probenbeladungs- und Nachweisprozess automatisiert. Im Gegensatz dazu setzen einige andere ELISA-Lesegeräte auf eine manuelle Bewegung der Mikroplatte zur Detektion, wodurch mechanische Antriebsmechanismen und Steuerschaltungen in X- und Y-Richtung entfallen. Infolgedessen sind diese Geräte kompakter und haben eine einfachere Bauweise.
Eine Mikroplatte ist eine transparente Kunststoffplatte, die vorgestrichen und speziell dafür entwickelt wurde, Proben für die Analyse aufzunehmen. Die Platte verfügt über mehrere Reihen gleichgroßer, identischer kleiner Vertiefungen, von denen jede ein entsprechendes Antigen oder Antikörper enthält. Jede Vertiefung der Mikroplatte kann einige Zehntel Milliliter Lösung aufnehmen. Übliche Ausführungen umfassen 40-Vertiefungs-Platten, 55-Vertiefungs-Platten, 96-Vertiefungs-Platten und weitere Varianten. Verschiedene Geräte sind mit Mikroplatten unterschiedlicher Spezifikationen ausgestattet, sodass entweder Einzelvertiefungen oder zeilenweise Nachweise durchgeführt werden können.
Enzym-Reader messen die Extinktion des Analyten bei einer bestimmten Wellenlänge. Mit der Weiterentwicklung von Nachweismethoden werden Einzelgeräte für den Schreibtisch, die mit mehreren Nachweismodi ausgestattet sind, als multifunktionale Enzym-Reader bezeichnet. Diese Reader können die Extinktion (Abs), die Fluoreszenzintensität (FI), die zeitauflösende Fluoreszenz (TRF), die Fluoreszenzpolarisation (FP) sowie die Chemilumineszenz (Lum) nachweisen.
Aus prinzipieller Sicht lassen sich Mikroplattenleser in Mikroplattenleser vom Gittertyp und Mikroplattenleser vom Filtertyp einteilen. Mikroplattenleser vom Gittertyp können jede Wellenlänge innerhalb des Spektrums der Lichtquelle auswählen, während Mikroplattenleser vom Filtertyp je nach den gewählten Filtern nur bestimmte Wellenlängen erfassen können.
Aufbau eines Mikroplattenlesers
Das in Enzymmessgeräten verwendete monochromatische Licht kann entweder durch kohärente Filter oder mittels eines Monochromators gewonnen werden, der identisch mit dem in Spektralphotometern verwendeten ist. Bei Verwendung von Filtern als Filtereinrichtungen können diese – genau wie bei herkömmlichen Kolorimetern – entweder vor oder hinter der Mikroplatte platziert werden; in beiden Fällen ist der Effekt derselbe. Das von der Quellenlampe ausgesandte Licht durchläuft eine Kondensorlinse und eine Blende, bevor es auf einen Spiegel trifft. Nachdem das Licht vom Spiegel in einem Winkel von 90° reflektiert wurde, durchläuft es vertikal die kolorimetrische Lösung und passiert anschließend den Filter, bevor es schließlich die Phototube erreicht.
Mikroplattenleser können in zwei Typen eingeteilt werden: Einkanal- und Mehrkanalgeräte. Einkanalgeräte wiederum gibt es in zwei Ausführungen: automatisch und manuell. Automatische Modelle sind mit mechanischen Antriebssystemen in X- und Y-Richtung ausgestattet, die es ihnen ermöglichen, die winzigen Vertiefungen einer Mikroplatte nacheinander unter dem Lichtstrahl zu bewegen und so schrittweise zu testen. Manuelle Modelle hingegen setzen auf die manuelle Bewegung der Mikroplatte, um Messungen durchzuführen.
Aufbauend auf dem Einkanal-Mikroplattenleser wurden Mehrkanal-Mikroplattenleser entwickelt. Diese Mehrkanal-Leser sind in der Regel automatisiert. Sie sind mit mehreren Lichtstrahlen und mehreren Photodetektoren ausgestattet – ein 12-Kanal-Gerät verfügt beispielsweise über 12 Lichtstrahlen oder 12 optische Wege, 12 Detektoren und 12 Verstärker. Unter mechanischer Ansteuerung in X-Richtung werden die Proben nacheinander in Zeilen zu je 12 Proben abgetastet. Mehrkanal-Mikroplattenleser bieten schnelle Nachweisgeschwindigkeiten, doch ihre Konstruktion ist komplexer und sie haben einen höheren Preis.
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