Obwohl die Namen ähnlich sind, ist ein Luminometer von einem Photometer und einem Lichtmesser zu unterscheiden:

  • Photometer ist ein sehr weit gefasster Begriff, der jedes Gerät zur Messung von Licht umfasst, einschließlich Luminometer, Lichtmesser, Spektralphotometer und andere.
  • Lichtmesser ist ebenfalls ein weiter Begriff, bezieht sich aber normalerweise auf ein kleines Gerät, das in der Fotografie verwendet wird, um Umgebungslicht zu messen.

Das Funktionsprinzip eines Luminometers

Um selbst kleinste Lichtmengen messen zu können, verwenden Luminometer eine Photomultiplierröhre (PMT). Eine Photomultiplierröhre verstärkt eingehende Signale stark und macht so schwache Signale erkennbar. Das Funktionsprinzip eines PMT ist das folgende:

  1. Photonen, die auf eine Photokathode am Eingangsfenster des PMT treffen, erzeugen Elektronen, als Folge des photoelektrischen Effekts.
  2. Diese Elektronen werden dann durch ein Hochspannungsfeld beschleunigt und zahlenmäßig innerhalb einer Kette von Dynoden durch den Prozess der Sekundäremission multipliziert.
  3. Die verstärkten Elektronen erreichen schließlich die Anode, die mit einer Ausgangsverarbeitungsschaltung verbunden ist.
  4. Die Schaltung übersetzt das eingehende Signal in ein Ausgangssignal, das entweder ein Impuls (wenn das PMT im Photonenzählmodus arbeitet) oder ein analoger Strom (wenn das PMT im Analogmodus arbeitet, auch bekannt als Current-Modus) sein kann. Der Photonenzählmodus bietet die beste Empfindlichkeit und ist der beste Modus für die Lumineszenzmessung, während der Analogmodus bei hohen Lichtintensitäten besser funktioniert und für Fluoreszenzmessungen beliebt ist.

Um eine möglichst große Menge an Photonen zu erfassen, muss der PMT sehr nah an der Probe und in einer optimierten Position platziert werden, die den Verlust von Photonen aus der Probe reduziert, aber gleichzeitig (im Falle von Mikroplatten-Luminometern) Photonen aus benachbarten Wells fernhält  (Crosstalk).

Neben dem PMT sind weitere wichtige Bestandteile eines Luminometers:

  • Die Dunkelkammer: Der Bereich, in dem Proben gemessen werden, muss absolut vor Fremdlicht geschützt werden. Eine weitere Anforderung an die Dunkelkammer ist, dass sie für das zu messende Probenformat geeignet sein muss: Röhrchen, Platten oder andere Gefäße.
  • Injektoren: Sie werden nicht zwingend benötigt, aber da die Lumineszenz durch eine chemische Reaktion erzeugt wird, müssen der Probe einige Reagenzien zugesetzt werden. Wenn die Reaktionskinetik langsam ist, können Reagenzien manuell zugegeben werden, aber im Falle von schnellen Kinetiken können Reagenzieninjektoren von Vorteil sein (um den Zeitpunkt zwischen Reagenzienausgabe und Messung genau zu steuern) oder sogar erforderlich sein (wenn die Reaktion nur eine oder wenige Sekunden dauert, wie es bei Flash-Assays der Fall ist).

Die meisten Luminometer benötigen weder Filter noch einen Monochromator, da Licht aller Wellenlängen gebündelt und gemessen wird. Einige Assays wie BRET benötigen jedoch Filter, um die von verschiedenen Proteinen in der Probe emittierte Lumineszenz zu trennen.

Die verschiedenen Arten von Luminometern

Eine nützliche Methode zur Klassifizierung von Luminometern ist das von ihnen gemessene Probenformat, da dies Auswirkungen auf Durchsatz, Flexibilität, Zuverlässigkeit und Preis hat.

Röhrchen Luminometer

Röhrchen-Luminometer  können eine Probe messen, die in einem Lumineszenzröhrchen, Mikrozentrifugenröhrchen oder ähnlichem enthalten ist. Es handelt sich um einfache Instrumente, die Proben einzeln messen und die der Anwender manuell einsetzen muss. Einige Röhrchenluminometer können mit Injektoren ausgestattet werden, die zur Abgabe von Reagenzien in Flash-Assays (Lumineszenz-Assays mit schneller Kinetik) erforderlich sind.

Es gibt verschiedene Arten von Röhrchen-Luminometern:

Tischgerät Röhrchen-Luminometer

Sie sind die empfindlichste und zuverlässigste Variante, aber sie sind relativ sperrig und schwer und müssen an eine Steckdose angeschlossen werden. Sie sind das bevorzugte Instrument für Laboratorien mit geringer Probenanzahl. Der  Sirius 2 LB 9526 und der Lumat³ LB 9508 sind leistungsstarke Tisch-Röhrchen-Luminometer.

Sie sind leicht genug, damit man sie tragen kann, und können mit Akkustrom betrieben werden, um im Feld eingesetzt zu werden. Diese Geräte sind weniger empfindlich als Tischluminometer, bieten aber dennoch genügend Leistung auch für anspruchsvolle Anwendungen. Das  Junior LB 9509 ist ein hervorragendes tragbares Luminometer.

Handgehaltene Luminometer

Sie können als eine Unterklasse von tragbaren Luminometern betrachtet werden. Die Geräte sind noch kleiner und leichter, haben aber eine sehr geringe Leistung und werden normalerweise nur für qualitative Assays verwendet (z.B. um zu unterscheiden, ob eine Oberfläche kontaminiert ist oder nicht). Da die Hauptanwendung die Hygienekontrolle von Oberflächen ist, verwenden sie häufig spezielle Messtupfer, mit denen die Oberfläche abgestrichen und die zur Messung direkt in das Luminometer eingesetzt werden.

Mikroplatten-Luminometer

Mikroplatten-Luminometer messen Proben, die in den Vertiefungen von Mikroplatten, enthalten sind, typischerweise 96- oder 384-Well-Mikroplatten. Dies erhöht den Durchsatz erheblich, macht die Geräte aber auch komplexer, da ein System zum Verschieben der Messposition von Well zu Well implementiert werden muss, und Licht aus benachbarten Wells zu blockieren ist. Sie sind daher teurer als Röhrchenluminometer.

Obwohl die Empfindlichkeit von Plattenluminometern normalerweise geringer ist als die von Tischröhrchen-Luminometern, ist das Centro XS³ LB 960 das empfindlichste Plattenluminometer auf dem Markt und verfügt über eine vergleichbare Empfindlichkeit.

Multimode Reader

Multimode Mikroplatten-Reader sind Mikroplatten-Reader, die Lumineszenz messen können, aber auch andere Detektionstechnologien wie z.B. Fluoreszenz oder Absorption. Diese Zunahme der Komplexität macht einige Kompromisse notwendig, um die Performance aller Detektionsmethoden in Einklang zu bringen, bietet aber eine große Flexibilität, einschließlich der Möglichkeit, Filter oder in einigen Fällen Monochromatoren einzusetzen. Sie sind in der Regel teurer als Mikroplatten-Luminometer, aber modulare Multimode-Reader wie der Tristar² LB 942 können für jedes Budget konfiguriert werden.

In Vivo Imaging Systeme

Obwohl sich das Funktionsprinzip stark von dem eines Luminometers unterscheidet, sind In Vivo Imaging Systeme ebenfalls ein beliebtes Werkzeug zur Messung der Lumineszenz. Sie verwenden eine Kamera anstelle eines Photomultiplierrohres. Dies führt zu einer geringeren Empfindlichkeit, ermöglicht aber die räumliche Lokalisierung der Lichtemission und die Messung der Lumineszenz bei lebenden Tieren und Pflanzen.

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