CN101421598B - 用于同时实时监控来自复合源的光信号的方法和系统 - Google Patents

用于同时实时监控来自复合源的光信号的方法和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN101421598B
CN101421598B CN2007800132507A CN200780013250A CN101421598B CN 101421598 B CN101421598 B CN 101421598B CN 2007800132507 A CN2007800132507 A CN 2007800132507A CN 200780013250 A CN200780013250 A CN 200780013250A CN 101421598 B CN101421598 B CN 101421598B
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
substrate
optical
source
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN2007800132507A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101421598A (zh
Inventor
P·伦奎斯特
D·扎卡里
Y·拉克鲁瓦
S·特纳
J·狄克逊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pacific Biosciences of California Inc
Original Assignee
Pacific Biosciences of California Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pacific Biosciences of California Inc filed Critical Pacific Biosciences of California Inc
Publication of CN101421598A publication Critical patent/CN101421598A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101421598B publication Critical patent/CN101421598B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/6452—Individual samples arranged in a regular 2D-array, e.g. multiwell plates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0224—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using polarising or depolarising elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/10—Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J3/14—Generating the spectrum; Monochromators using refracting elements, e.g. prisms
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/2803—Investigating the spectrum using photoelectric array detector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/6456—Spatial resolved fluorescence measurements; Imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/648—Specially adapted constructive features of fluorimeters using evanescent coupling or surface plasmon coupling for the excitation of fluorescence
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N2021/6417—Spectrofluorimetric devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • G01N2021/6439—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes" with indicators, stains, dyes, tags, labels, marks
    • G01N2021/6441—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes" with indicators, stains, dyes, tags, labels, marks with two or more labels
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6445—Measuring fluorescence polarisation

Abstract

用于实时监控来自信号源尤其是具有不同光谱信号分量的光信号源的阵列的光信号的方法和系统。系统包括与光学系列光通信的信号源阵列，其中该光学系列将激发辐射引导至这些阵列并且引导这些阵列发射的信号使其成像在检测器阵列上，在该检测器阵列上可以对这些信号进行另外的处理。

Description

用于同时实时监控来自复合源的光信号的方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2006年2月13日提交的临时美国专利申请60/772,908和2006年7月5日提交的美国专利申请No.11/483,413的优先权，因此这些专利申请的每一个的全部公开通过引用通用地整体结合于此。
关于联邦政府资助研究的声明
本发明的某些部分在NHGRI Grant No.R01HG00371001下做出，政府对这些发明可以拥有权利。
发明背景
光学检测系统通常用于各种不同的分析操作。例如，简单的多孔板读出器已经普遍用于分析来自正在多孔板的各种孔中进行的基于流体的反应的光信号。这些读出器通常监控由在多孔板的96、384或者1536不同孔中的每一个的给定反应产生的反应液的荧光、发光或者显色响应。
其它光学检测系统也被发展并且广泛用于对其它结构中的分析物的分析中，诸如在流动系统中，即在分子种类的毛细管电泳分离中。通常，这些系统包括将例如激光或者激光二极管的激发光源对准毛细管的荧光检测系统，并且能够检测何时荧光的或者荧光标记的分析物流过检测区域(见，例如ABI3700序列测定系统、Agilent2100生物分析器以及ALP系统等等)。
还有其它的检测系统将扫描激光器对准表面结合的分析物以确定分析物在表面上的何处结合。这类系统广泛用于基于分子阵列的系统，其中在阵列上的给定的荧光标记分子的位置结合指示了该分子的特性，例如与给定分子的互补性或者结合亲和力(见，例如美国专利No.5,578,832)。
尽管有各种不同类型的光学检测系统可用，但是实时、高度多路复用、单分子分析的发展使得能够以相对高速检测大量不同事件并且能够展开可能复杂、多波长信号的卷积的检测系统成为需要。进一步地，这类系统通常需要增强灵敏度，从而需要增大信噪比但功率需要量较低。本发明满足这些以及各种其它需要。
发明概述
本发明一般地涉及用于监控许多不同的光信号的系统和方法，其中这些光信号来自这类信号的许多源，尤其是这类信号的许多不同的并且离散的源。该方法和系统尤其适用于监控来自在基片上的反应区域阵列的感兴趣的化学和生化反应，其中这类反应在基片上发生。特别感兴趣的是将这些方法和系统用于涉及在例如核酸序列测定反应的单分子分析中发现的相对高速、低水平信号发生的这类分析操作中。
在第一方面，本发明提供包括基片的分析设备和设置在该基片上的多个信号源，这些信号源在该基片上排列成多个基本上平行的行，该多个平行的行各自包括多个信号源。在这类基片内或者上，同一行中的两个邻近信号源由第一距离间隔开，并且信号源的两个邻近行由第二距离间隔开，其中第二距离比第一距离大至少三倍。
本发明还提供一种分析系统。该系统包括：基片，其上设有多个离散信号源；激发光源；光学系列，安置该光学系列用于将激发光从激发光源传送到基片以照明第一多个受照明的信号源和第二多个受照明的信号源，并且将图像信号从该多个受照明的信号源传送到阵列检测器上。在这种环境中，一个或者多个基片及光学系列被配置为第一多个受照明的信号源和第二多个受照明的信号源由第一距离相互间隔，该第一距离是来自在阵列检测器上成像的信号源的信号的图像的截面尺寸的至少三倍。
本发明还提供一种分析多个信号源的方法。该方法通常包括提供其上设有多个离散信号源的基片。然后照明第一多个信号源和第二多个信号源，其中第一多个受照明的信号源与第二多个受照明的信号源由比在检测器阵列上成像的信号源的图像的截面尺寸的三倍还大的距离间隔开。然后信号源在检测器阵列上成像。
本发明还提供一种分析系统，其包括：基片，其上设有多个信号源；激发光源；以及光学系列，该光学系列被配置为从激发光源接收激发光，将其以基本上平行的至少第一线性照明轮廓和第二线性照明轮廓引导至基片上，其中第一线性照明轮廓和第二线性照明轮廓在基片上由至少两倍于第一线性照明轮廓宽度的距离间隔开，并且从基片上接收光信号且使这些光信号在检测器阵列上成像。
在另一方面，本发明提供一种分析系统，包括其上设有多个离散信号源的基片，其中至少第一信号源子集以第一基本上线性的取向设置，并且第二信号源子集以与第一线性取向基本上上平行的第二基本上线性的取向设置。本发明的这一方面的系统还包括光源和光学系列，该光学系列用于将光以基本上平行的至少第一线性照明轮廓和第二线性照明轮廓从光源引导至基片。第一线性轮廓照明第一信号源子集，并且第二照明轮廓照明第二信号源子集。
相关地，本发明提供一种检测来自基片上多个信号源的荧光信号的方法，包括将激发辐射引导至基片的被基片上多个信号源占据的部分而并不将激发辐射引导至基片的未被信号源占据的部分。
在又一方面，本发明提供一种系统，其包括基片，该基片包括多个离散信号源。该系统还包括激发光源和光学系列，该光学系列被安置为从激发光源接收激发光并且将该激发光引导至基片。该光学系列被配置为将激发光以实质上线性的照明轮廓同时引导至多个信号源，并同时从该多个信号源接收光信号并且将这些光信号引导在成像检测器上，以检测来自多个信号源的光信号。
本发明还提供一种系统，包括其上设有至少第一行信号源和第二行信号源的基片。还包括激发光源和光学系列，该光学系列被安置为从激发光源接收激发光并且将该激发光引导至基片，其中该光学系列被配置为将激发光分成至少第一离散束和第二离散束，并且将该至少第一离散束和第二离散束各自以实质上线性的照明轮廓引导至基片，其中第一束同时照明第一行信号源中的多个信号源，并且第二束同时照明第二行信号源中的多个信号源。
在一个相关的方面，还提供一种系统，包括激发光源和光学系列，该光学系列被安置为从激发光源接收激发光并且将激发光引导至基片。该光学系列包括将激发光分裂为至少第一偏振分量束和第二偏振分量束的偏振光束分光器，和用于将第一偏振分量束和第二偏振分量束各自引导至基片上不同位置的光学组件。
在又一方面，本发明提供一种分析在基片上的多个信号源的方法。该方法包括在基片上提供相邻近的至少第一信号源和第二信号源，并且选择性地将激发辐射引导至第一信号源和第二信号源而不基本上照明第一信号源和第二信号源之间的空间。
附图简述
图1是本发明整个系统的示意图；
图2提供基片上的诸如零模波导之类的信号源阵列的示意图；
图3A和图3B示出符合本发明的信号检测系统的信号源的替换配置；
图4示意地示出来源于图3A所示出的基片的分开的成像信号，提供该基片的信号源在成像信号上的覆盖；
图5示意地示出包括光学元件部分的本发明的系统的基片和光学系列，其中光学元件部分用于分离和检测光谱解析的信号分量；
图6提供包括光学元件部分的本发明的一个系统的示意图，其中光学元件部分用于同时照明基片上的大量信号源；
图7提供使用偏转元件将一个照明束分成多束的光学系列的一个示例；
图8提供使用偏转元件分割照明束的一个替换示例；
图9示意地示出使用传统光束分裂光学器件产生多个照明束以便随后线性化的光学系列；
图10示意地示出利用偏振光束分光器产生多个照明束和/或线的光学系列；
图11示意地示出用于分裂和引导照明束的不同偏振束分量的许多替换光学配置；
图12示意地示出多路复用例如图11和图12所示的光学系列的光束分裂功能的光学系列；
图13提供泛光照明和多线照明入射在基片上的照明轮廓的比较图；
图14提供用于将基片和本发明的系统相结合的安装台的一个示例的示意图；
图15示意地示出用于与本发明相结合的一个机器人系统；
图16示意地示出具有替换照明策略的一个系统。
发明详述
1.介绍
本发明一般地涉及光学检测或者监控系统、由这类系统所实现的方法以及这类系统的组件，这些组件用于同时照明分析基片上的多个离散的疑问点或者例如带荧光的材料多个离散的光信号源，并且从而同时实时监控从光信号的多个离散源发射的这些光信号。特别地，本发明的光学检测和监控系统一般能够照明和/或监控来自可能极多不同信号源的离散信号，可选择地将这类信号分离和/或解卷积为组成的信号事件，并且实时完成这些，尽管这类信号可能随着时间迅速改变。
根据本发明的优选方面，本发明的系统和方法提供增强的光信噪比，并且与使用选择性较少的照明轮廓的系统相比能够利用实质上更低的照明功率。这通常是通过将照明实质上引导至分析基片上的感兴趣区域完成的，而避免将任何照明引导至基片上除感兴趣区域之外的其它区域。通过实质上仅在所需之处提供照明，可以降低又照在在基片上的整体照明功率，并且也显著减少诸如反射照明或者“激光渗漏”、自身荧光、散射等等的光信号噪声源。由于这类噪声源的降低，光信噪比显著地增加并且检测保真度被改进。
本发明的系统因而包括不同功能元件集合的全部或者部分。这些元件包括多个离散源，该多个离散源包括产生光信号的能力。在优选的方面中，这类源包括化学、生化和/或生物反应物，或者这类反应物的能够产生表现其存在、反应或者转换的光信号的拟态。尽管这些源能够独立地产生光信号，但是在优选的情形下，也提供激发辐射源以激发这些源内的例如荧光的光信号。
本发明的系统通常也包括引导、分离和/或以其它方式改变来自这些源的光信号(以及引导至这类源的激发辐射)的光学元件，以便当最终检测到这类信号时从这类信号最终获得最佳信息量。因此，本发明的系统通常包括用于检测可能大量的信号的光学检测系统，其中这些信号从这些源引导出并且由光学元件可选地分离和/或以其它方式改变。
由光学检测系统检测的信号随后由适当的处理系统和数据管理过程记录并且处理以便以用户准备好的格式提供系统输出。
如前面所提到的，本发明的系统优选地应用于监控诸如显色反应、发光或发光性(luminogenic)反应或者荧光或荧光团(fluorogenic)反应之类的在空间上离散的化学、生化和/或生物反应的阵列或者集合，其中这些反应产生可光学检测的信号。优选反应的几个示例包括那些在制药、生物工艺学和保健诊断领域中经常进行的反应，即免疫测定、酶测定、受体测定、核酸杂交测定、核酸合成反应、细胞测定以及很多其它的。
通常，在此处所述的系统的应用中使用的反应的进行导致材料的消耗、产生和/或转换中的一个或者多个，其中该材料能够独立地或者响应于例如激发辐射的外部刺激产生可光学检测的信号。作为示例，某些反应物一和另一反应物反应就可以变为发荧光的，或者一发生这种反应就可以改变或者降低其荧光性。如此，从响应于激发辐射的反应发射出的荧光将随着反应的进行而改变。本发明的系统提供这类信号的源，例如可选地包括反应物和/或产品的发生反应的区域，用于收集、引导和可选地分离和/或改变来自这类源的这类信号的光学元件，和对这类信号的最终检测，以及对结果数据的操作以便为用户产生最佳数据和信息。
本发明的系统通常包括基片的全部或者子集，光学激发光源，包括用于收集、引导和/或操纵光信号和光学激发光的各种光学元件的光学系列，用于接收、检测和记录(或者使其采取用于记录的形式)光信号的光学检测器，以及用于处理从光学检测器获得的数据的处理器，其中该基片包括光信号的源的全部或者子集。
图1示出如上所述的系统的一般示意性表示。如图所示，系统100包括基片102，该基片102包括光信号的多个离散源，例如反应孔或者光学围区(optical confinement)104。例如激光器106的激发光源可选地提供在系统中并且被放置为将激发辐射引导至各个信号源。这通常是通过将激发辐射引导至或者穿过适当的光学组件例如二向色镜(dichroic)108和物镜110完成的，，其中这些光学组件将激发辐射引导至基片102尤其是信号源104。从源104发射的信号随后由光学组件收集，例如物镜110，并且穿过附加的光学元件，例如两向色镜108、棱镜112和透镜114，直至它们被引导至并且照射在光学检测系统上，例如检测器阵列116。随后这些信号由检测器阵列116检测，并且来自该检测的数据被传送到适当的数据处理单元，例如计算机118，在该数据处理单元中数据受到解释、分析并且最终以用户准备好的格式呈现，例如呈现在显示器120上或者从打印机124打印输出122。
下面更详细地阐述本发明的系统的各种功能、应用和组件。
2.基片
A.基片
如前面所提到的，一般地，本发明的基片提供光信号的多个离散源。在用于监控反应的系统的情况下，这类信号源通常包括若干离散区域，在该离散区域中发生反应并且离散光信号可以从该离散区域中发出。在广义上，这类不同区域可以包括通过若干不同机制中的任何机制与其它区域保持离散的反应凹处、孔或者区，其中这些机制包括化学或者物理围区。仅仅作为示例，这类区域可以包括基片表面上的固定分子的离散片或者区，诸如在其中所监控的反应是与这类固定分子相关的分析物的核酸、蛋白质、抗体或者其它免疫阵列中，它们可以包括基片内的沟道，例如微流体沟道区域、毛细管集合或者单个毛细管内的多个区域等等。
作为替换或者附加，这类区域可以包括将反应组分保持在离散区域内的结构围区。这类结构围区可以包括保持反应组分的孔、凹处、沟道或者其它结构。这类围区也可以包括有效提供结构围区的其它屏障，例如化学屏障的使用，例如基片上亲水区域周围的用于保持亲水区域内的含水反应组分的疏水区域。
在其它方面，这类区域可以包括以上的结合，例如包括结构围区内的固定反应物。除结构围区之外，反应区域可以包括起基片上的结构围区作用或者作为该结构围区附加的光学围区，这些光学围区通过对激发照明和/或从反应区域相对小的区域或者体积发射的光信号的集合进行围区来最小化基片上的观测体积。这类光学围区可以包括，例如诸如零模波导、光栅、光学涂层等等的波导，这可以产生基片上的反应区域上所需的激发或者观测体积。
通常，基片将包括其上设有提供光信号离散源的反应区域的光学透明层。该光学透明层通常可以包括若干透明固体材料中的任何材料，这取决于基片的其它组分。这类材料包括诸如玻璃、石英、熔融石英等等的无机材料。作为替换，这类材料可以包括诸如聚合基片之类的有机材料，例如聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等等，其中PMMA因其具有相对较低的自身荧光而在荧光或者荧光团反应中尤其有用。
在优选的方面，基片包括作为光学围区的零模波导以限定基片上的离散反应区域。零模波导已在例如美国专利No.6,917,726中描述，该专利的全部公开通过引用通用地整体结合于此。简言之，这类波导包括设置为穿过镀层的核心，在应用于反应的情况下，这类波导包括设置为穿过镀层的孔，该孔可以接收待监控的反应物。通常，该孔具有至少一个横截面尺寸，例如直径，其足够小以致进入波导的光在一定程度上被阻止传播穿过该核心，有效导致该核心的很小一部分及其内容被照明，和/或发射射出该核心的光信号。在光信号(和激发辐射)的情况下，波导核心的直径通常将在1纳米和200纳米之间，并且优选地是在大约10纳米和100纳米之间，并且更优选地是在大约30纳米到大约100纳米之间。
通常在阵列格式中的基片上提供光学围区，在该阵列格式中多个围区被提供在基片上。根据本发明，围区阵列，例如零模波导，被提供在单个基片上的100以上、1000以上、10,000以上或者甚至100,000以上的分离波导的阵列中。另外，波导阵列通常包括在基片表面上的波导的相对高密度。这类高密度通常包括以大于每平方毫米10个零模波导的密度呈现的波导，优选地是大于每平方毫米基片表面区域100个波导，并且更优选地是大于每平方毫米500或者甚至1000个波导并且在很多情况下高达或者大于每平方毫米100,000个波导。尽管在很多情况下，阵列中的波导以规则模式间隔开，例如在给定阵列中以2，5，10，25，50，100，1000或者更多行和/或列(每行或者每列具有2，5，10，25，50，100，1000或者更多波导)规则地间隔开的波导，但是在某些优选情况下，提供脱离标准行和/或列格式的阵列中的波导的组织是有优点的。例如，在某些优选方面，基片上的信号源被排列成多个实质上平行的线，其中给定线中的源以第一距离实质上规则地间隔开，但是其中源的邻近的平行线以大于第一距离的第二距离间隔开。如此处所使用的，术语实质上平行意指限定或者接触对第一行中的多个信号源进行的定位的线与限定或者接触第二行中的多个信号源的线之间的夹角在10°之内，优选地是在5°之内并且更优选地是在1°之内。
图2和图3示出排列在基片上的光信号源的替换安排。图2示出光信号源(示为基片202中的零模波导204的阵列)的阵列200，该光信号源包括间隔规则并且大小一致的光信号源。如上所述，信号源也可以为了光学操纵从其发出的信号的考虑而被间隔开。例如，如下面更详细地讨论，在一些情况下，光信号在空间上分离成表现不同信号元素的组成元素，例如具有不同波长范围的光，即具有不同发射光谱的荧光试剂。在这种情况下，如下所述，当从基片上的邻近信号源获得的空间上分离的信号入射到检测器上时，需要在这些源之间提供足够的间距以防止这些分离信号的重叠。在这一情况下，可以仅在一个维度中需要增大的间距，例如在信号源的行与行之间提供足够的间距，但是没有必要在阵列中的信号源的列与列之间提供。作为替换，这种附加的间距可以在两维中提供。在信号在检测之前受到空间分离的信号源阵列的情况下，在邻近信号源之间的这种间距通常可以在从大约0.1微米到大约10微米或者更多的范围内，并且优选地是从大约0.8微米到大约3微米或者更多。
因此，如图3A所示，提供源302的阵列300，其中邻近源之间的间距在一个维度中保持相对较小，并且在另一个维度中保持相对较大。通常，这导致排列成平行行或者列的源阵列的行内间距小于行间间距。因而，源304和306之间的距离小于源304和308之间的距离。通过在一个维度中提供更大的间距使得信号分量的光谱分离集中到同一维度上的检测器阵列，而不与来自其它邻近信号源的成像信号重叠。通常，因为信号分量分离通常在一个维度中执行，例如行间维度，所以当来自诸如ZMW之类的每个信号源的分别解析的信号分量在检测器阵列上成像时这些信号源的邻近行之间的间距将是足够的，来自邻近行的信号之间没有重叠。因而，如果假设ZMW在阵列上成像，并且希望在该阵列上包括两个、三个或者优选地是四个或者更多的图像分量，那么行与行之间的间距将相当于解析单个分量所需间距的至少一倍、两倍或者三倍或者更多，其大约等于成像信号分量的大小。这使得有足够的行间距来使2、3、4或者更多的信号分量成像而没有信号重叠。在它的最简单的形式中，这意味着行间距通常将是同一行中的信号源之间的间距的至少两倍、三倍或者四倍或者更多。作为替换，不同行中的邻近信号源之间的间距可以基于照明斑点的大小，或者在线性照明的情况下基于照明线的宽度。特别地，为了保证照明的信号源之间的足够间距，信号源的邻近行之间的间距可以是照明斑点或者线的宽度的两倍，或者甚至是照明斑点或者线的宽度的三倍、照明斑点或者线的宽度的四倍或者甚至更多倍。在某些方面，给定行内的信号源的间距，例如从中心到中心测量，可以在从大约100纳米到大约1毫米的范围内，而在优选的一些方面，它将在从大约100纳米到大约1微米或者甚至从大约200纳米到大约500纳米的范围内。相反，邻近行之间的间距通常将是行内间距的大约两倍到大约十倍，并且通常是至少三倍。如此，信号源的行间距通常将在从大约200纳米到大约10毫米的范围内，其中某些优选的基片的行间距是大约200纳米到大约1500纳米到大约3微米。将会认识到，间距(行内和行间)可以落入优选方面中的范围内的任何地方并且在很多情况下也可以落在这些范围之外。
图4示意性地示出本发明的这一方面的优点。如图所示，信号源阵列的间距覆盖在从这些信号源发出的信号的光谱解析图像的示意图上。特别地，每个信号源402产生多个信号分量(通常具有不同的波长范围)的图像，这些信号分量在空间上分离并且在检测器阵列的不同区域上成像(如图像450-456)。通过在信号源402和信号源406之间以及信号源404和信号源408之间提供足够的间距，可以在检测器阵列上提供图像间隔以容纳来自每个信号源的成像信号分量的全部范围，例如图像450-456以及图像460-466。
本发明的前述方面在对来自单个信号源的多个不同光谱信号分量进行解析中特别有用。例如，在对反应进行监控中使用的荧光化合物的情况下，本发明的前述方面在允许对来自荧光化合物的混合物的信号进行解析中是有用的，其中该混合物响应于特定激发辐射提供至少2、3、4或者更多不同的荧光发射光谱。例如，可以光学解析并且从而分辨来自单个信号源的至少2、3、4或者更多不同光谱的荧光发射轮廓。将会认识到，这类系统在解析无论是基于荧光或者另外的其它的不同光谱信号分量中也有用，例如发光、比色等等。
附加或者作为替换，可以安排源间距来调节整个光学系统中的光学像差或者完成其它目标。图3B示意性地示出本发明的这一方面。如前所述，在一些情况下阵列周边的源，例如图2中的源206和208，可能并未被很好地光学解析，例如与源210和212相比。在一些情况下，像差可能足以阻止对周边的源的解析，例如源206和208。因此，如图3B所示，提供源352的阵列350，其中邻近源的间距随着邻近源到物象中心的距离的增大而增大。例如，如图所示，更靠近由阵列350表示的物场的中心的信号源，例如源354和356与更远离物场中心的两个源相比，例如源358和360，在至少一个维度上相互靠得更近，其中后者与更中心的信号源相比在至少一个维度上具有更宽的间距。因而，在离光学系统的物场的中心第一距离的两个源之间的在至少一个维度上的间距将比在离物场中心第二即更大距离的两个源之间的同样在至少一个维度上的间距更小。邻近信号源之间的间距可以仅在一个维度中改变，例如从左到右改变而不是从上到下，或者可以在两个维度中均改变。间距在两个维度中均改变的情况下，将会认识到，物场中心处的任何两个信号源之间的距离，要比例如更远离该物场中心的亦即在物场周边的任何两个信号源之间的间距更小。前述允许对诸如ZMW之类的信号源的阵列进行更有效的多元分析。
可以具体设计阵列元件的附加排列以适合特定光学系统的特定像差。例如，如果主要的光学像差形成依赖于场位置的结果图像斑点大小或者形状，则该大小或者形状可以通过例如适当对源进行间隔以避免邻近源的图像重叠等等而在源阵列的设计中予以调节。类似地，如果成像源的形状在一个维度中扭曲以致可能与附近的源的图像重叠，可以使该源形成所需尺寸以还原该维度并且避免重叠，例如提供椭圆或者矩形源。
前述允许对诸如ZMW之类的信号源的阵列进行更有效的多元分析。
B.基片接口
本发明的基片通常通过适当的安装台与整个系统相接，该安装台固定基片，向基片提供平移能力，例如相对于光学系统，并且可选地提供附加的功能性，例如流体接口，例如加热或者冷却的温度调节，位置配准，等等。安装台通常也将包括保证将基片正确定位和/或定向到该台上以供随后分析的定位元件。这类定位系统可以包括在基片上的键控结构，该结构是安装台上的相应结构的互补。这些可以包括简单结构，例如齿/凹口结构、削圆的转角结构或者其它独特并且互补的结构。作为替换，键控元件可以包括诸如金属接点以及基片和安装台上的相关电子元件之类的电子开关，该电子开关指示何时基片被正确放置并且正确定向以便随后分析。可以提供这类键控元件使其编码用于每个基片，例如通过基片上已含的存储元件或者通过电触点的位置和方向，以便指示具体的基片，例如批号等等。这类识别系统可以提供确定之前是否已经使用了给定基片以及使用到什么效果的能力。通常，安装台包括孔或者凹入组件，该孔或者凹入组件被配置为容纳基片或者含有基片的封装结构，例如多孔板格式，以及偏置机构，例如弹簧、夹子或者其它机构，以便将基片强制保留在台上的固定位置。各种不同的安装台、键控元件和平移系统可以在本发明的范围内使用。例如，安装台可以从带有将基片保留在适当位置上的基于夹子的偏置组件的简单平台到更复杂的安装台，例如可以包括槽，该槽被配置为使得基片可插入其内并且保持在相对于系统其它组件的适当位置，例如靠近视频或者盒式磁带系统的磁带容纳机构。这类系统可以包括安装台周围的外壳，以便在使用时提供基片周围的受控环境。通常，安装台将包括保证基片被适当定向在安装台上的键控元件，并且可以包括用于对基片或者使用基片的应用进行识别的接口组件，例如通过安装台上的条形码读出器和应用在基片上的条形码，或者通过电子编码元件，例如RFID元件。
图14示出相对简单的安装台的一个示例。如图所示，安装台1400包括平台1402，平台1402具有容纳基片(未示出)的安装区域1404。安装区域通常设置在平台1402中的孔1406的上方，从而允许从下面观测基片。同样如图所示，安装台包括便于定位和对齐平台上的基片的结构。这些可以包括，用于定位基片的例如脊1406、凹入或者孔，以及诸如插销、齿轮结构、挂钩等等的对齐结构1408，该对齐结构1408对应于基片上的互补结构，例如洞或者凹口。如上所述，也可以提供诸如偏置机构1410之类的固定机构以便将基片锁在适当的位置，该偏置机构1410示为夹子或者可关闭的覆盖元件，并且以侧视图示出。可以在安装台上提供诸如加热或者冷却元件、附加的光学组件以及其它接口元件之类的附加组件。
安装台通常也与用于将该台相对于光学系统在两个或者三个维度上移动的平移系统相耦合。平移系统允许对基片上的信号源的整个阵列进行扫描，也提供使基片移向或者远离光学系统的能力以便例如调焦、移除基片、向基片增加组件等等。有多种x-y-z平移系统现成可用。另外，机器人系统可以根据预编程序的指令容易地用于安装台的平移功能的自动化。图15示出包括与安装台1504相耦合的示意性表示的平移系统502的整个系统1500的略图，其中安装台1504支承光学系列1508上方的基片1506。如图所示，机器人系统包括将基片在x、y或者z维度中的任一个上移动的能力。
机器人系统也可以包括将基片放置在安装台上的组件、将试剂施加于基片的组件等等。可以应用于本发明的各种这样的机器人系统通常可在市场上购得，例如从Tecan，Inc.，Caliper Life Sciences，Inc.，Beckman，Inc.，等等。
3.激发源
如上所述，在优选的应用中，本发明的系统用于监控从多个离散信号源发出的发光或者发荧光的信号。如此，在很多情况下，本发明的系统包括激发辐射的源。激发光源通常依赖于为特定应用所需的激发辐射的性质，例如由给定分析的试剂和配置所指示的。举例来说，光源可以包括灯，例如卤素、汞、氙等等，LED，激光器，激光二极管，或者能够将具有所期望的激发波长或者波长范围的电磁辐射引导至基片上的信号源的任何其它光源。在优选的方面，由于激光器在期望的激发波长范围内产生的辐射的窄带宽和强度，它们作为激发辐射的源是较佳的。各种不同类型的激光器通常用于这些应用，并且包括，例如离子激光器、固态直接二极管激光器、二极管泵浦固态激光器(DPSS)、固态变频晶体激光器等等。在一些情况下可以使用多个源以便提供多个不同的激发波长。作为示例，在信号源包括荧光化合物的情况下，例如用荧光染料标记的化合物，可以针对这类化合物的各种不同激发光谱提供多个不同的激发源。例如，在用Alexa648染料标记的化合物的情况下，通常期望提供至少一个激发源，其中该激发源提供包括648纳米光的激发辐射范围(这些染料各自的激发波长)。作为替换，如果在染料吸收曲线的额定峰值不提供，那么激光器针对诸如Alexa546之类的所用染料将包括足够的吸收效率，其中Alexa546的峰值吸收效率接近561纳米。在多个不同染料的情况下，可以使用不同的激光器，例如具有不同波长范围的激光器。
4.光学系列
如上所述，本发明的整个系统通常包括光学系列，该光学系列用于将激发辐射引导至基片以及基片上的多个信号源，和/或用于将这些源发射的信号引导至量化并且记录来自每个信号源的信号的检测系统。在此处所述的整个系统中使用的光学系列通常包括许多不同的光学组件，这些光学组件用于聚焦、引导、分光、分离、起偏和/或校准激发辐射和/或从离散信号源发出的信号。
图5示出一个光学系列的示意图。如图所示，光学系列包括与基片504最接近的物镜502，该物镜502将例如来自激光器506的激发辐射聚焦在基片的期望位置上并且收集从基片发射的光信号。光学系列通常也将包括一个或者多个二向色镜/滤光片508，该二向色镜/滤光片508选择性地反射或者通过激发光和发射的光信号以便有效地将信号辐射与反射的激发辐射分离开。
光学系列也可以可选地包括信号分离光学器件，例如将不同波长的光信号分离或者将它们引导至检测系统上的不同位置。例如，光学系列可以包括接收来自信号源的光信号的棱镜510，其中该信号源可以包括若干不同的主要波长的信号。作为替换，二向色滤光片组可以用于级联排列以便选择性地将每个不同光谱的信号分量引导至不同检测器或者检测器区域。
在棱镜作为分离元件的情况下，不同波长的信号一通过棱镜510就被衍射到不同的角度，并且从而被引导，可选地穿过附加的光学组件，即成像透镜512，以不同角度朝向检测系统，例如允许对它们进行分离检测和定量的检测器阵列514。
分离这类信号的能力在监控包括多个不同试剂的信号源中具有特殊价值，其中每个试剂具有不同的荧光发射光谱，该荧光发射光谱指示不同的具体试剂、反应和/或相互作用。各种其它的光学组件可以用于光谱分离光信号，包括截止滤光片组、二向色镜、光栅等等。这类组件通常将被安排为将每个光信号的不同部分引导至不同的检测器，或者优选地是同一检测器或者检测器阵列上的不同位置。根据本发明，不同的信号可以通过将这类信号分量不同地成像在例如检测器阵列514的检测器上而被光谱解析。这种不同的成像可以是空间上的不同，例如通过被引导至不同的检测器或者同一检测器上的不同位置，或者它们可以是结构上的不同，例如提供具有不同形状的成像信号而不是不同信号分量的图像，这样就可以将其解析。
分离光信号各部分的其它组件也可选地包括在光学系列中，这取决于系统所做的应用，其包括例如限制被引导至检测器的光信号的空间滤光片，使处于一个偏振光学平面中的信号通过的偏振滤光片，等等。例如，除分离不同波长的信号之外，光学系列也可以包括分裂器，例如光束分裂器，光栅，透镜或者微透镜阵列，等等，这些用来分割激发辐射和/或发射的信号以将其引导至不同的位置，或者改变激发辐射空间结构的其它光学组件，例如可选光栅516。在一些情况下，可以在激光器之后增加附加的滤光片以便通过移除或者减少在激光中固有的任何光杂波来过滤主激光线，以及在检测器的前面增加附加的滤光片以便减少或者移除任何不需要的环境光或者从整个系统产生或反射的杂散光。
特别地，在某些方面，一个或者多个光学系列和/或激发辐射源可以被配置为同时提供在基片上的大量离散信号源的激发照明，然而可选地阻止或者减少在信号源外部的基片空间上的照明。特别地，非相关照明，例如引导在基片的不包括信号源的各部分上的照明，可以产生降低系统的光信噪比的大量光杂波，从而降低系统的灵敏度。特别地，来自过量辐射的光散射、通过光学系列的反射激光照明(“激光渗滤”)和基片材料的自身荧光是荧光系统中光杂波的很大组分。过量照明的缺点也在系统中出现，包括为激发光源提供增加的功率需要量以保证漫射照明模式在所有期望位置提供足够的照明功率。这导致成本和功耗需要的增加，归因于具有更高功率的激光器的引入。另外，过量的照明可以通过在相关信号之间的空间内提供不相关的数据而影响数据处理参数。进一步地，热效应，例如发热，随引导在化学和生物样本上的激光功率的量变化，并且可以显著地消极地影响这些系统的应用。
在零模波导阵列的范围内，例如，光学系列和/或激发辐射源同时向大量零模波导提供照明。如下所述，光学系列通常也能够从相同或者类似大量信号源或者在这一示例中是零模波导收集和检测信号。系统通常同时照明至少2个信号源，优选地，同时照明多于10个信号源，并且更优选地，同时照明多于100个信号源。在一些情况下，为了激发1000、10,000或者更多离散信号源可能需要使用此处所述的系统。分裂激发光束或者使用多个激发源(两者均有或者均无光束分裂)的系统对于将激发辐射引导至更大量的信号源特别有用。
如上所述，用激发辐射对大量信号源同时照明通常可以通过各种不同装置完成。例如，可以在信号源的大型阵列上聚焦相对大的斑点大小。但是，将会认识到，因为激光功率受到限制，并且无差别的照明可以导致某些不良影响，例如发热、自身荧光，并且从而降低光信噪比(SNR)，所以需要避免对基片的无信号产生的部分进行照明。例如，在使用薄膜金属包覆层的零模波导阵列的情况下，产生信号的区域之间的空间是高度反射的。这种反射激活辐射导致系统的噪声水平升高。另外，基片材料响应于照明也可以自身发荧光，导致系统光杂波的源的增加。如此需要降低来自基片不相关部分的噪声成分。
在一些情况下，可以通过将多个不同激发源对准给定基片来提供较大的激发区域以便提供对例如激光器506和可选附加激光器(未示出)的更大量信号源的照明。遗憾的是，对多个不同源的使用可能出现关于单个源之间差异的问题，例如可能影响其所产生的信号的照明的波长、频率或者强度，例如造成稍微不同的信号轮廓。另外，这类多个激发源系统还可能引起整个基片的过量照明的问题。类似地，如本文其它部分所述，可以使用例如光束分裂器、光栅或者其它光学组件将激发光束分成多个光束以将多个离散激发照明斑点对准基片的不同位置，并且从而照明其上更大量的信号源。在一个相关的方面，可以提供将束斑伸展成椭圆或者伸长斑点或者线形的透镜。
在某些优选的安排中，可以操纵单个或者多个激发辐射源以在基片的信号源上提供优选的照明，并且减少或者消除对基片上未被信号源占据的区域的照明。许多方法可用于调节激发光源的照明轮廓以便对基片上的信号源优选地提供激发照明，并且在特别优选的方面，对未被这类信号源占据的空间照明较少。通常，这通过使用在光学系列的物面上(例如基片)提供照明轮廓的光学元件来完成，该照明轮廓在该物面中的至少部分与基片上的信号源的位置相对应的各个位置达到强度峰值。各种不同光学元件可用于实现该照明轮廓。例如，当低频照明对分析信号源不成问题时，可以简单地使用往复光束，例如通过使用配有电流计的激光系统。在低频照明是或者可能是问题的情况下，可以使用全息或者衍射光学元件来实现期望照明轮廓，例如排列成行的线、网格等等。
在特别优选的方面，将照明轮廓应用于采用线性格式的信号源，例如使用线性照明轮廓或者“线照明”，以同时照明多个信号源的行或者列，而减少对这类行或者列之间的无信号源的空间的照明。线照明或者线性照明轮廓涉及基片的细长的区域或者线的照明。通常，线照明通常将具有显著比其宽度尺寸大的长度尺寸，例如具有至少为5的纵横比(长度：宽度)，优选地是大于10，更优选地是大于100。
将会认识到，线照明的使用，特别当与例如空间滤光的光束成形技术相结合时，提供比标准的泛光照明轮廓跨越基片更大区域的更有效的分布式照明轮廓，并且特别减少了与照明基片不相关部分相关联的过量的噪音成分。例如，在将激发照明引导至信号源并且测量响应荧光的系统的情况下，这种噪声可以是渗滤过荧光收集光学器件的反射激发辐射、基片或者其它被照明的材料的自身荧光等等。另外，通过选择性地将激发辐射实质上引导至基片的相关区域，可以有效降低系统的激发功率需要量、改善系统成本并且减少发热效应以及其它过量照明问题。图13提供线照明与泛光照明相比的一些优点的图表。特别地，如图所示，泛光照明在基片的表面上提供在高斯分布曲线中变化的向很大比例的基片区域(例如包括大量可能的信号源)提供实质上较低功率的功率密度轮廓(示为宽峰)，并且仅在基片的很小部分提供最大功率(峰最大值)。
另一方面，多线照明轮廓(用多峰示出)提供跨越基片区域更宽部分的更均匀的照明，向更多信号源提供更均匀的照明，并且向这类信号源提供最佳的功率电平(多个峰最大值)。另外，通过保证线照明轮廓的峰与信号源阵列中的信号源的行或者列相对应，与泛光照明相比可以避免对基片不相关区域的大部分的照明。如本文其它部分所述，这种不相关照明造成浪费照明功率或者有问题的照明功率以及来源于例如照明渗滤、自身荧光等等的过量噪声电平的问题。除上述优点之外，将会认识到，多线照明策略的使用可以与图3A所示的不对称间隔的信号源阵列结合使用或者作为其替换。特别地，除提供信号源的更大行间间距(与信号源的行内间距相比)之外，或者作为其替换，可以将照明引导至用这种方式间隔的行，例如不管附加行是否落在照明的行之间。此外，如上所述，照明线可以间隔开以便允许对来自信号源每一行的各种信号分量进行解析。
在某些优选的方面，全息光学元件(HOE)，柱面透镜或者微透镜，或者柱面透镜或微透镜的阵列用于调节激发光以提供线性轮廓或者格式的照明以便优选地对包括信号源的区域进行照明，并且对基片上不包括信号源的区域不予照明。进一步地，这类光学元件可以在基片上产生多线激发照明轮廓，即平行的和/或正交方向的，例如网格等等。出于讨论的目的，并且关于向基片的引导以及包括信号源的阵列，“激光斑点”或者“激发辐射斑点”涉及入射到基片上的各种不同的光束形状、结构和定向中的任何一个，包括椭圆、线、网格等等。将会认识到，当选择性地将激发辐射引导至基片上的信号源时，可以用某些对准工具装备系统以便于利用基片上的信号源阵列对准激发辐射。这类工具可以包括在基片上的可由系统手动或者自动识别的基准位置，以便将系统适当地定向和/或聚焦在基片上的信号源阵列上。
图6示出本发明这一方面的示意图。如图所示，整个系统600的激发照明部分包括激发光源，例如激光602，其被引导穿过适当的光学元件，此处示为光束分裂光学组件和/或柱面透镜阵列和/或光学成像透镜(统一示为元件604)，至适当的二向色镜，例如二向色镜606，该二向色镜将激发辐射(示为实线箭头)引导穿过物镜620并且朝向基片610。如上所述，激发辐射的空间轮廓被配置为在基片610的各种信号源608上优选地提供更多的激发辐射，其中基片610在物镜620的焦平面上。基片610的替换视图将照明轮廓示为基片上的一系列平行照明区域(如虚线线条612所指示)。
如本文其它部分所述，从信号源发射的荧光或者其它光信号随后由物镜620收集，通过二向色镜606，并且可选地受到信号分量的光谱分离，例如经由棱镜614，并且最终被引导至检测器，例如检测器阵列618。除已讨论的各种光学组件之外，此处所述的系统的光学系列也可以包括一个或者多个成像透镜，例如透镜616，以将分离并且定向的光信号的解析图像提供在例如检测器阵列618的成像平面上。
除将照明轮廓线性化之外，例如使用柱面透镜，也可能需要提供入射到基片上时具有更均匀强度的线性光束或者斑点。特别地，在将照明斑点线性化时，没有消除斑点边缘处的强度减弱，而仅仅将这些减弱重新聚焦。如此，在照明线的末端，在没有附加操纵的情况下，预期可以看到光强度的减弱。根据本发明的至少一个方面，光学系列被配置为在基片上提供其后沿在简单的线性斑点上明显减弱的均匀线照明轮廓。通常，这通过使照明光束穿过阻挡照明斑点边缘的空间滤光片来完成，其中照明斑点将重新聚焦为照明线的末端。此外，HOE可用于受控光束成形应用。作为替换，空间滤光片可以适用于线性光束而不是原始照明光束。其它的空间滤光片另外可以适用于替代此处所述的那些照明光束的或者添加至此次的照明光束，包括例如共焦针孔滤光片等等。
线照明可以适用于单行或者单列信号源。然而，因为信号源阵列通常以共线源的行或者列提供，所以经常需要提供多个离散照明线以照明各种离散行或者列而避免照明这类行或者列之间的空间。线照明可以基于单行或者单列应用或者以多个分离线应用来照明信号源的多个不同的行和/或列。在优选的方面，例如，一条或者多条线可以应用于照明信号源，在一些情况下2线、4线、10线、20线、50线或者更多可用于照明信号源的行或者列。
多个照明线可以由许多装置提供，包括例如多个激发源的使用，如本文其它部分所述。然而，由于与诸如激光器之类的多个激发源相关联的成本、对更复杂的光学系列所需的空间量等等，在很多情况下更优选的是将来自一个或者仅仅少数激发源的照明光束分割。
提供入射在基片上的多个照明光束的一种方法是将原始光束引导穿过例如光栅的衍射元件以产生来自单个原始光束的多个照明光束。尽管可以有效产生多个照明光束，但是衍射元件通常不是与波长无关的，例如不同的照明线将具有不同的光谱特性或者波长范围。因为很多分析依赖于对激发波长的相对精确控制，所以在优选的系统中，光束分割实质上是与波长无关的，例如每个照明线将具有与其它照明线实质上相同的光谱特性。
在优选的方面，本发明提供许多不同的光学系列，这些光学系列提供来自激发光各单个原始光束的多个离散照明光束，并且这些是在成本与空间有效和与波长无关的情形下做出的。
在一个方面，本发明的系统的光学系列加入了部分插入到一单个照明光束中的偏转组件以偏转部分该光束并且从而产生两个结果光束。在一个方面，偏转组件可以包括半途(例如半波)插入到原始激光束中的棱镜。通过棱镜的该部分光束根据该棱镜的偏移角偏转。图7示意性地示出这一方法。如图所示，诸如棱镜702之类的偏转元件半途插入原始激发光束中(由箭头704示出)。由于部分光束通过棱镜702并且由该棱镜折射，该光束分裂为根据棱镜偏转角发散的两个分量。随后该两发散光束(如箭头706和708所指示)通常在通过诸如柱面透镜(未示出)、物镜712等等的附加光学元件之后，被引导至基片710上的不同位置。该两个光束或者其在基片上的线性斑点之间的间隔通常与棱镜的偏转角以及棱镜702与物镜712之间的距离有关。各种不同类型的偏转元件可以在本发明的各个系统中用于分裂光束，包括例如棱镜、光栅、角镜或者铰接镜等等。
在某些方面，对棱镜或者光栅的使用是较少优选的，因为它们可能造成在部分光束的偏转上的某些波长相关性，这可能在末端应用中出现问题。如此，在替换的安排中，将铰接镜用作偏转元件以将原始光束分裂成两个离散光束。因为它是反射元件，所以不会在该部分光束的偏转中造成任何依赖于波长的变化。这在图8中示意性地示出。如图所示，例如激光802的激发光源将原始光束(由箭头804示出)引导至铰接镜806。该光束以两个发散角偏转，导致两个离散光束，由箭头808和810指示。如同图7所示的分离光束一样，该光束随后通过例如柱面透镜812和物镜814的适当的光学器件聚焦在基片816上。将会认识到，在某些方面，铰接镜可以插入光学系列中沿着光程的不同位置，例如在柱面透镜和/或成像透镜之后。此外，对基片816上的照明斑点或者线的分离通常依赖于铰接镜的偏转角度以及铰接镜806和例如物镜814的其它光学组件之间的距离。
尽管对任何上述偏转元件的使用在提供多个光束时是有效的，但是它们的使用在某些方面可能具有受限的灵活性。特别地，如上所述，邻近光束之间的间距通常依赖于偏转元件的偏转角以及其到基片的距离。如此，对该间距的调节只能对全部离散光束同时做出，并且通常仅仅通过将偏转元件与具有不同偏转角度的偏转元件交换，或者通过调节离物镜的距离。然而，在一些情况下，引导单个光束必须利用的精度以及基片间或者单个基片上的信号源组间的易变性可以指示对单个光束相互位置的调节的需要。
图9一般地示出用于将此完成的一个光学系列。如图所示，来自例如单个激发源902的照明光束通过光束分裂器904以产生两个照明光束(由箭头906和908指示)。依赖于光束分裂器的定向，随后一个或者两个光束在通过诸如物镜914、柱面透镜912等等的附加光学元件之后，被重定向以在基片910的不同位置上提供照明光束。可以使用任意数量的不同的反射光学器件或者诸如镜916-918之类的镜来完成重定向。可选地，诸如光束分裂器920之类的附加的局部透光反射元件可用于将光束重定向到基片的间隔很窄的区域。
尽管可以在基片上有效提供多个照明光束，但是将会认识到对标准光束分裂器和反射光学器件的使用对于系统的更大规模的多路复用来说可能难以实现。特别地，每个分离光束所需的反射光学器件实质上增加了系统的光学系列的复杂性和成本，其中该系统试图提供引导在单个基片上的更多数量的离散照明光束，例如2、4、8、10、20、40、50或者更多离散光束。另外，因为每个光束与另外任一光束实质上相同，所以使用诸如光束分裂器之类的单个光学元件对光束进行重新结合以将它们引导至基片的间隔紧密的区域，将导致在其上所应用的能量的大量损耗(因为每个光束的仅仅一半光子将被引导至基片上)，如图9中箭头922和924所示。
因此，在另一方面，使用了在光束间距的调节中提供更多灵活性的光束分裂光学器件，该器件产生具有很少或者无波长变化的光束，但是这些光束保留足够的不同特性以允许它们甚至穿过共同光学元件的单独定向。
例如，在某些优选的方面，光束分割通过将光束分裂为它们的两个偏振分量(s和p分量)来完成。随后使用独立可调的光学系列将每个偏振分量分别引导至基片上的不同位置。图10示出了其示意图。如图所示，诸如激光器1002之类的激发光源将原始激发光束(由箭头1004示出)引导穿过偏振光束分光器1006，该偏振光束分光器1006将原始光束分离为它的两个偏振分量，s光束1008和p光束1010。该两个离散光束每个都被分别引导至基片1012上的不同位置，例如通过用镜1014和1016将它们反射。通过调节镜1014和1016中的一个或者两个的位置和/或角度，可以调节光束的方向，并且最终调节该光束在基片上的位置。这两个光束随后通过第二偏振光束分光器1018返回，该第二偏振光束分光器1018将允许这两个光束的共同线性化但是使其彼此稍微偏移，作为与镜1014和1016中的一个或者两个的调节间距的结果。偏移光束随后通过物镜1020以在基片1012的不同位置上聚焦。因为基于光束的偏振性用偏振光束分光器1018将它们重定向，所以与上面图9所示的仅仅部分光束在基片上重定向相比，实质上所有光束都在基片上重定向。
光学系列和单个组件的许多变化可用于实现与图10中所示出的相同的目标。例如，尽管示出的是偏振光束分光器立方体，但是将会认识到可以使用其它的偏振光束分光机构。例如，可以使用薄膜光束分裂器来替代光束分裂立方体。同样地，尽管示出的是使用光学系列中的光学组件的特定配置，但是将会认识到许多替换光学配置可以通过使用偏振光束分光器或者相当的元件来提供来自原始光束的离散的、偏移的光束，这可以以不同的定向和/或不同的空间需求完成。图11示出若干这类配置。
通过将附加的光束分裂和调节光学器件添加到每个新产生的光束中，上述系统可以被容易地多路复用。为了利用附加的偏振光束分光器，通常需要将半波片插入(例如，相对于光束分光器旋转45°)到光学系列每个光束的光线中以旋转每个光束的偏振，使得在其受到附加的分裂/调节之前可以使用偏振光束分光器将其进一步分裂。图12示出根据本发明这一方面的多路复用光学系统的示意图。如图所示，激发光源1202再次将激发光束引导穿过偏振光束分光器1204以将光束分割为它的偏振分量(例如，s光束1206和p光束1208)。每个光束随后分别经由镜1210和1212被引导穿过偏振光束分光器1214。光束分裂器1214用来将光束聚集回到一起使得它们可以被共同引导(例如，使这两个光束1206和1208实质上共同线性化或者平行)，但是该光束分裂器1214被放置为在这两个光束之间提供空间偏移量或者在某些优选的方面是偏移角度，使得在基片上最终成像的光束在空间上偏移。这两个偏振光束随后穿过相对于光束分裂光学器件的光轴定向旋转45°的半波片1216以提供对每个光束进行再次分裂的能力。这两个光束随后通过附加的偏振光束分光器1218以将每个光束进一步分割成分离的偏振分量，产生了4个光束，这些光束随后经由镜1220和1222以及偏振光束分光器1224聚集回到一起，但是这些装置被放置为使得所有四个光束在入射到基片上时如所期望的那样在空间上偏移。这四个离散光束随后通过例如物镜1226的光学元件并且聚焦在基片1228上。
作为替换，可以使用包括棱镜阵列的微透镜阵列提供多路复用，其中每个棱镜向原始入射光束提供不同的偏移角，从而在一个光学组件中产生多个分离的光束。类似地，微镜阵列可用作多路复用偏转元件，其中每个镜元件将入射光束偏转不同角度以提供多个分离光束。然而，此外，这类偏转元件一般不提供对单个光束相互偏转的完全控制。如此，在一些情况下，可能需要使用基于MEMS的微镜阵列，例如从德克萨斯仪器公司(Texas Instruments)可获得的
Figure G2007800132507D0021185628QIETU
系统中所建立的微镜阵列。这类微镜阵列提供具有相对较高精度的入射光的受控定向，并且可以产生来自单个原始光束的一定范围的离散光束。
光学系列的各种组件，例如透镜、光栅、滤光片、棱镜、光束分裂器等等，一般可从光学器件提供商处购得，包括例如Special Optics，Inc.，NewportCorporation，Thorlabs，Inc.，CVI Lasers，Lambda Research Optics，LambdaPhysics，以及Precision Optical，Inc。
在一些方面，在本发明的系统中使用的光学系列利用基于反射荧光滤光片的配置，其中反射荧光滤光片更容易允许实现多光源，例如激光、激发系统，该多光源可用于多荧光团系统，例如在产生信号时包括多个不同荧光团的信号源。
在传统荧光检测方案中，通常使用干涉滤光片，该干涉滤光片以大约90°的角度反射激发光使其入射到荧光样本上，并且传送该样本发射的荧光使其波前保持相对不受干扰。尽管在这类传送荧光几何形状中可以获得的衰减的激发光的程度足够用于大多数的一个或者两个激发带应用，但是当前这些方案不能有效延伸到三个或者四个激发带方案，因为使多个(例如2、3、4或者更多)不同荧光光谱的实质部分有效通过而将多个激发带反射的单个传送荧光滤光片用现有的技术并不能容易地制造。进一步地，尽管在多激光、多次发射波长系统中可以结合多个滤光片组件将其实现，但是制造更高性能的荧光传输滤光片系统所增加的传输损耗、增加的光学像差、增加的大小以及增加的成本使得这种解决方案更不值得。
相反，本发明的系统的某些优选配置的光学系列利用反射荧光滤光片，该反射荧光滤光片设置为选择性地将发射光引导至检测器上，而将从基片或者系统中的其它组件上反射的激发光阻塞。特别地，本发明的这一方面的光学系列通常包括至少一个滤光片组件，该滤光片组件反射来自基片的发射荧光以将其引导至检测器，而不是使这种光通过。本发明的系统包括多带反射二向色滤光片，该滤光片选择性地反射多个发射荧光波长范围，例如由具有不同发射光谱的多个不同荧光材料所发射。除它们的多带反射性之外，这些滤光片组件通常能够使激发光(具有期望激发波长的光)通过。由此，多带二向色镜被设计为传输具有多个不同波长的激发辐射，而一般地反射波长更长的发射荧光。该二向色镜被进一步设计为包括相对窄的反射范围，使得允许传输落在两个发射带之间或者更多发射带之中的激发带。与透射二向色镜相比，这类反射荧光系统受益于高性能的二向色镜，并且也具有成本低和简单的好处。
因为窄带选择性在反射对传输中应用，所以更多的反射激发辐射通过传过多带二向色镜而非为其所反射来过滤。到任何激发辐射由多带二向色镜反射的程度时，使用单独的窄带凹槽滤光片在分离单独激发光谱(也称为“分色”)之后可以将该激发辐射选择性地滤出，其中与适用于全色或者发射光谱相反，该单独的窄带凹槽滤光片适用于一个分离的色彩(例如，一个选定的发射光谱)。进一步地，使用现有技术单个多窄带反射滤光片的制造比窄的多带透射滤光片更容易地实现。
包括于本发明的系统中的光学系列也可以包括自动聚焦功能用于自动调节光学系统中的物镜或者其它透镜以将要分析的样本材料聚焦在光学系列的焦平面内。各种不同的自动聚焦系统一般可以结合到本发明的系统中。
如上面所提到的，噪声电平的一个组成部分是由基于荧光的光学分析系统产生的，其归因于例如基片的系统的光学组件中的自身荧光的产生。如上所述，减少这种来自基片的自身荧光的一个方法是将激发辐射仅仅引导至基片的那些与分析有关的部分，例如穿过线或者点照明。除这类方法之外，也可以通过提供穿过与用于收集荧光信号并且将其引导至检测器的光学系列完全或者部分不同的光学系列的激发方向来减少光学系列的组件的自身荧光。特别地，通过引导激发辐射至基片，其中穿过并不利用与收集和引导信号分量所用的相同的物镜、滤光片、聚焦光学器件等等的光学系列，可以通过这一自身荧光组件减少系统的噪声量。另外，可以减少或者除去所提供的用来将激发辐射与荧光信号分离的信号定向光学系列的组件，这进一步减少这些组件的任何噪声组成或者信号衰减。
在第一示例性方面，激发辐射被引导至基片上，而不通过物镜和/或收集和传输来自基片的荧光信号的光学系列附加光学组件。在激发辐射绕过物镜(和/或其它光学组件)时，避免了这类组件中由激发辐射激发的自身荧光。激发辐射的与光信号的收集不同的方向可以由各种机构完成。作为示例，可以使用第二物镜，该第二物镜被放置为将激发辐射引导至基片上的信号源。尽管可以使用多个不同的物镜，但是这类系统可能具有灵活性上的限制。如此，一般可以使用改变激发辐射定向方案。
在一个示例中，可以将激发辐射引导至基片并且由基片自身完全或者部分传播。如此，可以从稍微与收集和传输荧光信号的方向(例如通常是与基片平面垂直的角度)正交的方向将激发辐射引导至基片上。图16示出这一系统的示意图。如图所示，设置用于收集、传输和检测荧光信号的光学系列与上面图5中示出的光学系列类似。特别地，在系统1600中，收集光学器件包括物镜1602，该物镜1602被放置为接收来自基片1604的荧光信号。一个或者多个二向色滤光片1608可选地提供以滤出可以通过物镜1602的任何外部光线，例如散射激发光。荧光信号的各种光谱分量被分离，例如使用棱镜1610，并且通过例如透镜1612的聚焦光学器件聚焦在检测器1614上。然而，与图5中示出的系统相反，来自例如激光器1606的辐射源的激发辐射被引导至基片上，而没有穿过收集光学器件，尤其是没有穿过物镜1602。相反，激发辐射以期望的均匀强度(由箭头1616示出)被引导至基片1604，并呈现给基片1604上的期望信号源。
用于将激发辐射以期望的均匀度提供给基片上的多个信号源的一个机构包括在基片内提供光栅元件以将激发辐射引入并且将其穿过或者沿着基片传播至信号源。将照明辐射与基片相耦合可以由将照明引导至光栅的各种机构中的任一种完成，包括简单的透镜光学器件、纤维光学器件等等。光栅可以被配置为通过例如设置沿基片表面(例如基片与沉积在该基片上的诸如零模波导阵列的镀层之类的另一材料层的接触面)的等离子波(Plasmon wave)使照明穿过基片传播。等离子波一旦与例如零模波导的镀层中的开口相互作用就耦合在零模波导内的渐逝场中，从而照明在零模波导的底部的非常小的体积。作为替换，通过将下面的基片用作波导，光栅可以全内反射模式引导激发辐射，其中在基片表面的光的逐渐衰减提供对该表面处或者附近(包括在该表面上的任何结构围区内，例如零模波导结构或者其它空间围区)的非常小的体积的照明。将会认识到，等离子波沿着基片与镀层的接触面传播的另外的好处是避免基片的大部分自身荧光，因为相对于基片的全部厚度，等离子波穿入基片仅仅大约1/2波长。可以选择光栅的几何形状和位置以便提供对零模波导阵列的均匀激发强度。
如本文其它部分所述，本发明的光学系列，无论基于荧光透射或者反射，通常将发射的并且优选地是分离的荧光信号引导至检测器。在尤其优选的方面，检测器包括诸如二极管阵列检测器或者电荷耦合器件(电荷耦合器件(CCD)、增强型电荷耦合器件(ICCD)或者电子倍增电荷耦合器件(EMCCD))之类的点型检测器阵列。在这类阵列检测器的情况下，可能需要光学系列将所引导的荧光在检测器上以特定的期望配置提供。例如，在一些情况下，需要将荧光信号成像在超出最小阈值电平的多个像素上。例如，可能需要提供来自至少2个像素、优选地是至少4个像素并且更优选地是至少10、20或者甚至100个像素的足够的信号数据以提供对数据的增强统计评估。
在具有多个、分离的光谱分量的信号的情况下，可能需要将每个不同的荧光信号分量(例如发射荧光的每个色彩不同的斑点)成像在阵列检测器的多个像素上，使得在数据分析中可以允许跨越单个信号斑点的强度变化，例如平均、丢弃等等。例如，在很多情况下，每个信号分量将在检测器阵列中的至少两个像素、优选地是在检测器阵列中的至少4个或者更多像素并且在一些情况下是在10、20或者50以上或者更多的像素上成像。
在信号源的情况下，例如包括离散信号源阵列的样本基片，涉及检测来自整个阵列的给定光谱信号的像素的总数通常将大致根据要被分析的源的倍数变化。例如，如果来自阵列上的每个离散信号源的每个分离色彩信号成像在检测器阵列中的4个像素上，并且使用同一阵列分析10个信号源，那么整个信号源阵列的该色彩的集合信号将成像在检测器阵列的大约40个像素上。在很多情况下，如本文其它部分所述，单个信号分量可以成像在阵列中的重叠像素上，并且根据其它特性予以区别，例如中心点、形状等等。在这些情况下，用于使许多信号源成像的像素数量将不是信号分量数量的简单倍数。尽管如前所述，使来自信号源的给定的一组不同信号成像所需的像素数量通常将比使没有分色的信号成像所需的像素数量的1倍大，并且优选的是比没有分色的图像大小的2倍、3倍或者甚至4倍大。如本文反复所述，在尤其优选的方面，成像信号通常将包括至少两个分离的光谱分量，并且优选的是3、4或者更多光谱分量，通过利用一定数量范围的像素将这些光谱分量引导至并且成像在检测器阵列上的不同检测器或者区域。
5.检测器
本发明的系统通常可以包括用于检测被引导至检测器的光信号的各种不同类型检测器中的任何一种。不同类型的检测器的示例包括光电二极管，雪崩光电二极管，光电倍增管，成像检测器，诸如电荷耦合器件、CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器或者成像器、CCD/CMOS合成成像器等等。在优选的方面，在本发明的系统中使用成像检测器，以便提供对基片的较大区域并且从而对更多数量的离散信号源的同时检测。基于电荷耦合器件的检测器(CCD)和CMOS图像传感器因其同时检测和/或监控来自基片上的大量离散信号源的信号的能力而尤其是优选的。因为从CCD获得的数据被分配给离散像素，所以入射在CCD不同位置上的来自离散源的信号可以被分别检测和量化。进一步地，在普遍相对高速并且相对低信号电平的应用中，例如在信号源包括单分子类型反应时，诸如电子倍增CCD(EMCCD)或者增强型CCD(ICCD)之类的高灵敏检测器通常是优选的。通常，EMCCD因其对低信号电平的灵敏度而是优选的。
如同信号源的照明一样，在优选的方面，本发明的系统中的检测系统通常能够同时检测和/或监控来自至少2个不同信号源的信号，优选的是至少10个离散信号源，并且在很多情况下，是多于100、多于1000以及甚至多于5000或者更多的离散信号源。进一步地，检测器同样能够监控或者检测来自每个这样的源的多个、空间上分离的信号或者信号分量。特别地，如上所述，来自每个离散源的信号优选地是在空间上至少部分分离为至少两个并且优选的是三个、四个或者甚至更多分离的信号分量，这些信号分量被引导在检测器阵列上并且能够解析并且最终被分别检测。在一些情况下，可以从一个给定信号源发射的两个不同信号可能不能在空间上完全分离到检测器阵列的不同区域上。然而，因为这类信号的发射波长光谱不同，所以将这类不同信号交给光学系列的波长分离组件，例如诸如图6中的棱镜610之类的棱镜，可以在检测器阵列上产生具有表示特定发射光谱特征的成像形状的成像信号，而并不与具有稍微不同的发射光谱的另一信号分量在空间上完全分离。在这类情况下，识别引起可检测事件的信号分量有时可以包括识别其上有这种信号入射的像素的集合的特征形状或者中心点。
6.数据管理
本发明的系统通常也包括与检测器耦合的数据处理系统用于处理和/或记录入射在检测器上并被其检测的信号，并且用于将该数据处理成对用户有用的信息。举例来说，在单分子分析的情况下，例如在信号源包括荧光反应物时，数据处理系统可以给在特定时刻在检测器给定位置上的信号入射分配数值，以指示出给定反应的发生。从每个信号获得的数据通常可以包括下列中的一个或者多个，(a)信号的强度，(b)其上有信号入射的像素，(c)检测信号的相对时间，等等。随后可以处理这种数据以指示反应物的相对速率或者活度、反应顺序、从其中获得信号的特定信号源，以及通过对该源的反应物的了解指示向这类反应物暴露的分析物的性质。
为方便讨论起见，在信号源包括在光学围区内使用荧光核苷酸类似物和DNA聚合酶的模板定向DNA合成时，信号可以指示核苷酸在合成中给定的相对位置的结合。进一步地，通过使用光学系列的光谱分离方面，以及全部附有染料或者标签的四个不同的核苷酸类似物，其中该染料或者标签具有可分辨的不同光谱特性，例如由于它们的光谱特性不同而由光学系列分离并且被引导至检测器上的不同位置(或者它们具有不同的成像形状)，在检测器上给定位置(或者具有给定形状)的信号可以指示具体类型的类似物的结合，并且这种信号的相对定时可以指示这种基在模板序列中的出现是早于还是晚于分别产生较早或者较晚的信号的另一基。最后，这种信号入射到的阵列上的位置指示该信号的信号源(例如，指示在大约同一位置(受到例如基于来自给定源的信号分量的光谱差异的空间分离)的随后信号很可能是同一反应的继续的结果)。多次重复这一检测以识别多个核苷酸的结合顺序。由于在模板定向DNA合成中的结合的互补性，随后可以确定模板序列中的核苷酸的下面的次序。
除改进分别监控来自离散源的信号的能力之外，对这类CCD或者其它阵列检测器的使用提供分析来自单个信号源的信号以及来自整个信号源阵列的信号集合的额外的好处。例如，在来自给定离散源的信号入射在多个像素上时，在像素基础上对数据的区分允许在给定成像信号中选择最佳像素用于数据分析，例如消除可能具有较高水平的噪声或者失真的边缘信号。作为替换或者附加，用于获取每个离散信号源的信号数据的像素可以单独设计用于各种不同目的，如本文其它部分所讨论。下面进一步对这种像素数据的管理更详细地描述。
此处所述的系统使用提供对相关信号更有效的处理的过程。在至少一个一般方面，这类过程包括对最相关信号的进一步处理，而丢弃或者结合较不相关信号。在这两种情况下，通过减少提供给全范围的进一步处理的信号数据量，可以加速该处理，减少例如计算能力的处理需求，减少成像数据管理所需的在阵列检测器上的占位，延长检测器组件的寿命以及实现各种其它的好处。这些过程通常可以在CCD芯片环境下实现，或者它们可以在随后的、芯片外的过程中执行，例如使用计算机。将会认识到，在很多情况下，优选的实现在检测器阵列自身上的成像数据处理步骤中实现。
如上面所提到的，在某些方面，本发明提供原始数据处理或者选择步骤以避免对由或者将由检测器系统产生的额外的不相关数据进行管理、存储和/或处理，以及对来自检测器上不同区域的某些数据进行结合处理。特别地，在一些情况下，通过在提取数据(例如，来自CCD芯片)之前或者之后选择性的跳过、移除或者结合像素数据可以获得重要的优点，例如在数据处理和管理的速度以及背景信号数据的有用性方面。换言之，通过忽略或者分别处理从某些不含有高相关数据的像素区域收集的数据，例如它们落在相关成像信号之外，通过从数据管理过程中移除大量不相关数据或者将所有背景或者较不相关信号数据结合成一个可处理的单元可以加速数据管理过程。作为替换或者附加，这种结合的较不相关像素数据可用于获取系统的更有意义的背景信号水平或者噪声。在这两种情况下，系统的速度和精确度应当受益。
作为示例，当将大量离散信号源或者从这类源获得的分离信号成像在例如CCD、ICCD或者EMCCD的单个检测器阵列上时，来自这类离散源的成像信号之间的空间产生很少或者没有用处的数据，因为它是“静”空间。尽管缺乏从检测器阵列的这些区域发射的有用的信号数据，但是来自这类位置的数据通常被记录，例如作为零或者一些其它低电平信号值或者其它不相关的值。尽管这类信号可以作为背景丢弃，但是对它们进行记录和处理直至丢弃仍需要用于存储的存储空间以及用于计算和最终丢弃的处理能力。因此，在某些方面，本发明提供用于滤出检测器阵列上的这类静位置并且从而阻止这些数据被记录的遮蔽过程。
在其它方面，来自相关阵列元件的数据可以在随后被处理之前结合或者“装箱(binned)”，以便使提交处理的分离数据元素的数量最小化。例如，关于上述提取的行数据，相应于特定信号源图像或者成像信号源之间的空间的每组行和/或列可以分别装箱用于随后的处理，从而减少提交处理的数据元素的数量。类似地，相应于来自单个信号源阵列元素的图像的像素可以被装在一起并且处理。在每个上述的情况下，无论单独或者结合，数据元素的总数与对每个单个像素元素进行提取和处理相比明显减少。
除提供数据管理的好处之外，对成像信号分量的像素进行选择性装箱可以提供数据分析的优点。例如，当使空间上分离的信号分量成像时，可以选择性地将从具有相似保真度的信号行获得的那些元素装箱成集合，从而允许随后识别低保真度的信号。如上所述，在某些实施方式中，每个信号的组分元素，例如从每个信号源发射的不同信号波长，受到空间分离并且成像在检测器阵列上的不同像素或者像素集合上。将会认识到，因为组分信号波长倾向于落在范围之外而不是落在精确的单个波长或者在一些情况下是波长范围之内，并且因为在信号源内增加更多的信号波长分量可能在各种应用和/或多路复用中出现，所以空间分离可以沿着每一行在不同信号组分之间产生不完全的分离，例如导致分离信号的光谱重叠。
根据本发明的某些方面，具有较高保真度的数据与具有较低保真度的数据相比被分别地处理，即使在成像信号内。在其最简单的意义上，仅仅相应于最高保真度数据的像素，例如相对于系统的噪声水平具有最高的强度，被作为相关信号予以处理。其它信号分量随后受到不同处理或者被丢弃。通常，将会认识到，这类信号分量是那些在成像信号的主要部分内而非在其外围的信号分量，例如朝向成像信号中心的。
通过装箱低保真度数据，例如包括过多级别的混合信号组分的数据，可以有效地丢弃或者同时处理所有这些信号，或者至少与相关像素数据分离开。根据本发明的某些方面，以结合包括相同级别光谱重叠(或者其缺失)的每组像素的方式装箱数据。如同前面所涉及的静检测器空间一样，来自落在具有最高保真度信号的像素之间的像素的数据可以与高保真度信号数据分别处理。例如，可以在随后的处理之前将其丢弃，或者可以将其装箱并且仅仅在与高保真度数据分开的处理操作中处理。作为替换，可以将其与所有其它低保真度数据结合以产生背景级别的光谱重叠信号，等等。
进一步地，任何这些信号数据操纵技术可以动态应用于针对每个正在执行的分析操作优化不同的参数，例如信噪比。特别地，可以调节排除在外的行和/或列的相对间距、分配到每个信号事件的像素的数量或者这些的任何组合以实现期望的信噪比，例如通过将标准信号与背景噪声相比较。进一步地，这可以使用适当的软件程序设计来执行以便能够优化许多不同区域或者成像在阵列上的许多区域或信号源中的任何一个。
在一些情况下，可能需要在阵列检测器上提供物理遮蔽以过滤从检测器阵列上的信号源空间之间的区域获得的任何信号，以便滤出从在邻接信号源/像素区域中的信号获得的任何噪声。物理遮蔽可以包括分离光学元件，例如具有光学缝隙的不透明基片，其中光学缝隙设置在与成像信号相对应的区域，例如与半导体制造中使用的光刻用掩模类似。作为替换，可以提供该掩模作为检测器阵列上的层，例如使用光吸收聚合物或者含有光吸收材料的聚合物、光致抗蚀剂等等。
将会认识到，来源于系统自身的噪声，以及在使用没有其它调节的掩模的情况下仍将出现的噪声，可以在上述任何方法中被考虑并且处理。在进一步的方面，可以使用例如通过检测器元件(例如CCD中的像素)的选择性放置而具体配置的检测器阵列以与信号将入射的阵列上的区域相对应，但是在相关信号不会入射的地方不放置检测器元件，从而排除一些背景信号事件，例如其否则会入射在相关成像信号事件之间的阵列上。
7.示例
以下示例示出线照明与泛光照明相比在询问荧光信号的许多阵列信号源时的许多好处。
两个光学装置用于将泛光照明与零模波导阵列的线照明相比较。使用了单个ZMW阵列芯片，其行行间距为7.55微米，行内ZMW间距为1.335微米。该芯片装载有10微摩尔的荧光染料的溶液，其中荧光染料包括Alexa488、Alexa532、Alexa594以及Alexa633，所有这些可从Invitrogen/MolecularProbes(或者Eugene)处获得。整个光学装置包括：488纳米和633纳米激光器，其在每个波长具有3毫瓦的总激光功率；Olympus60倍空气物镜；EMCCD照相机，其被设置为100赫兹帧频以及1000倍的EM增益。泛光照明是通过使激发光在穿过物镜之前先穿过球面透镜(焦距＝250)实现的，而线照明是通过使激发光在穿过物镜之前先穿过柱面透镜(焦距＝130)实现的。在每种情况下均通过接入和关掉0.D.2.0滤光片来调节激光功率以在ZMW基片上产生相同的激光功率密度，从而导致泛光照明装置中488纳米和633纳米激光器的3毫瓦应用激光功率，以及线照明装置中488纳米和633纳米激光器的0.03毫瓦应用激光功率。
对于泛光照明情形，ZMW荧光信号与自身荧光信号的比率是大约1：1，而在线照明情形下，该比率为大约50：1。与泛光照明情形相比较，除实质上改进光SNR之外，在线照明情形中使用所需激光功率的大约1％实现了相同或者相似的EMCCD信号水平。
尽管为了说明目的略为详细地描述，将容易认识到，由本领域技术人员知道或者认识到的许多变化可以在本发明的范围内实行。至于未并入本文表达中的那些本公开所涉及的所有出版参考和专利文件通过引用通用地整体结合于此。

Claims (11)

1.一种分析设备，包括：
基片；
设置在所述基片上的多个信号源，所述信号源在所述基片上排列成多个基本上平行的行，所述多个平行的行中的每个都包括多个信号源，并且其中同一行中的两个邻近信号源以第一距离间隔开，并且其中信号源的两个邻近行以第二距离间隔开，其中所述第二距离比所述第一距离至少大三倍；并且，其中所述第一距离从大约100纳米到大约1毫米。
2.如权利要求1所述的分析设备，其特征在于，在所述基片上的所述多个信号源的每一个均包括设置在所述基片的表面中的孔。
3.如权利要求2所述的分析设备，其特征在于，所述基片包括第一透明层和设置在所述透明层上的第二层，并且每个孔包括设置为穿过所述第二层至所述第一层的缝隙。
4.如权利要求3所述的分析设备，其特征在于，每个孔具有从大约1纳米到大约200纳米的截面直径。
5.如权利要求4所述的分析设备，其特征在于，所述第二层包括不透明层，并且每个孔包括零模波导。
6.如权利要求1所述的分析设备，其特征在于，所述基片包括信号源的至少10个基本上平行的行。
7.如权利要求1所述的分析设备，其特征在于，所述基片包括信号源的至少100个基本上平行的行。
8.如权利要求1所述的分析设备，其特征在于，所述多个信号源的每一个均包括荧光材料。
9.如权利要求8所述的分析设备，其特征在于，所述荧光材料包括具有不同荧光发射光谱的荧光化合物的混合物。
10.如权利要求9所述的分析设备，其特征在于，所述荧光化合物的混合物包括具有不同发射光谱的至少两个不同的荧光化合物。
11.如权利要求9所述的分析设备，其特征在于，所述荧光化合物的混合物包括具有不同发射光谱的至少四个不同的荧光化合物。
CN2007800132507A 2006-02-13 2007-02-09 用于同时实时监控来自复合源的光信号的方法和系统 Active CN101421598B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US77290806P 2006-02-13 2006-02-13
US60/772,908 2006-02-13
US11/483,413 US7692783B2 (en) 2006-02-13 2006-07-07 Methods and systems for simultaneous real-time monitoring of optical signals from multiple sources
US11/483,413 2006-07-07
PCT/US2007/003804 WO2007095235A2 (en) 2006-02-13 2007-02-09 Methods and systems for simultaneous real-time monitoring of optical signals from multiple sources

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101421598A CN101421598A (zh) 2009-04-29
CN101421598B true CN101421598B (zh) 2011-01-19

Family

ID=38368046

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2007800132507A Active CN101421598B (zh) 2006-02-13 2007-02-09 用于同时实时监控来自复合源的光信号的方法和系统

Country Status (7)

Country Link
US (1) US7692783B2 (zh)
EP (2) EP1984712B1 (zh)
JP (1) JP2009526997A (zh)
CN (1) CN101421598B (zh)
AU (2) AU2007215173B2 (zh)
CA (2) CA2642258C (zh)
WO (2) WO2007095235A2 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI472739B (zh) * 2011-03-29 2015-02-11 Univ Nat Cheng Kung 光學檢測裝置

Families Citing this family (90)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7538869B2 (en) * 2004-06-30 2009-05-26 Chemimage Corporation Multipoint method for identifying hazardous agents
EP1969153A2 (en) 2005-11-28 2008-09-17 Pacific Biosciences of California, Inc. Uniform surfaces for hybrid material substrates and methods for making and using same
US7715001B2 (en) * 2006-02-13 2010-05-11 Pacific Biosciences Of California, Inc. Methods and systems for simultaneous real-time monitoring of optical signals from multiple sources
US8207509B2 (en) 2006-09-01 2012-06-26 Pacific Biosciences Of California, Inc. Substrates, systems and methods for analyzing materials
AU2007289057C1 (en) * 2006-09-01 2014-01-16 Pacific Biosciences Of California, Inc. Substrates, systems and methods for analyzing materials
US20100167413A1 (en) * 2007-05-10 2010-07-01 Paul Lundquist Methods and systems for analyzing fluorescent materials with reduced autofluorescence
US20080277595A1 (en) * 2007-05-10 2008-11-13 Pacific Biosciences Of California, Inc. Highly multiplexed confocal detection systems and methods of using same
FR2922307B1 (fr) * 2007-10-10 2017-03-24 Centre Nat Rech Scient Procede et dispositif de caracterisation d'elements microscopiques
CN101946180B (zh) * 2007-12-19 2013-11-13 神谷来克斯公司 单分子检测用扫描分析器和使用方法
CN101939635B (zh) * 2008-02-04 2013-04-03 皇家飞利浦电子股份有限公司 基于倏逝照明和荧光的分子诊断系统
CA2715385A1 (en) * 2008-02-12 2009-08-20 Pacific Biosciences Of California, Inc. Compositions and methods for use in analytical reactions
US8652781B2 (en) 2008-02-12 2014-02-18 Pacific Biosciences Of California, Inc. Cognate sampling kinetics
EP2263087B1 (en) 2008-03-13 2017-08-09 Pacific Biosciences of California, Inc. Labeled reactants and their uses
US7973146B2 (en) * 2008-03-26 2011-07-05 Pacific Biosciences Of California, Inc. Engineered fluorescent dye labeled nucleotide analogs for DNA sequencing
US8420366B2 (en) * 2008-03-31 2013-04-16 Pacific Biosciences Of California, Inc. Generation of modified polymerases for improved accuracy in single molecule sequencing
ES2614078T3 (es) * 2008-03-31 2017-05-29 Pacific Biosciences Of California, Inc. Generación de polimerasas modificadas para precisión mejorada en secuenciación de una única molécula
US8999676B2 (en) 2008-03-31 2015-04-07 Pacific Biosciences Of California, Inc. Recombinant polymerases for improved single molecule sequencing
WO2009145828A2 (en) 2008-03-31 2009-12-03 Pacific Biosciences Of California, Inc. Two slow-step polymerase enzyme systems and methods
CN102084003A (zh) 2008-04-04 2011-06-01 生命科技公司 用于成像和测序的扫描系统和方法
EP2326733A2 (en) * 2008-09-05 2011-06-01 Pacific Biosciences of California, Inc. Engineering polymerases and reaction conditions for modified incorporation properties
EP4325209A2 (en) 2008-09-16 2024-02-21 Pacific Biosciences Of California, Inc. Integrated optical device
AU2009300369B2 (en) 2008-09-30 2014-08-14 Pacific Biosciences Of California, Inc. Ultra-high multiplex analytical systems and methods
CN102395874B (zh) 2009-04-15 2014-10-15 皇家飞利浦电子股份有限公司 时间控制荧光检测装置
CN102575991B (zh) 2009-10-23 2016-06-15 皇家飞利浦电子股份有限公司 检测荧光信号的检测器和监测多个分立荧光信号的设备
EP2537019B1 (en) 2010-02-19 2016-09-07 Pacific Biosciences Of California, Inc. Device for measuring analytical reactions
US8335029B2 (en) 2010-03-11 2012-12-18 Pacific Biosciences Of California, Inc. Micromirror arrays having self aligned features
US8986930B2 (en) 2010-07-12 2015-03-24 Pacific Biosciences Of California, Inc. Sequencing reactions with alkali metal cations for pulse width control
WO2012027623A2 (en) 2010-08-25 2012-03-01 Pacific Biosciences Of California, Inc. Cyanine dyes
US8729502B1 (en) 2010-10-28 2014-05-20 The Research Foundation For The State University Of New York Simultaneous, single-detector fluorescence detection of multiple analytes with frequency-specific lock-in detection
EP2658988B1 (en) 2010-12-27 2018-01-24 Ibis Biosciences, Inc. Nucleic acid sample preparation methods and compositions
CN103403533B (zh) * 2011-02-24 2017-02-15 简.探针公司 用于分辨光信号检测器中不同调制频率的光信号的系统和方法
WO2013022778A1 (en) 2011-08-05 2013-02-14 Ibis Biosciences, Inc. Nucleic acid sequencing by electrochemical detection
US9267917B2 (en) 2011-11-04 2016-02-23 Pacific Biosciences Of California, Inc. Nanopores in zero mode waveguides
US9222115B2 (en) 2011-12-30 2015-12-29 Abbott Molecular, Inc. Channels with cross-sectional thermal gradients
CN108611398A (zh) 2012-01-13 2018-10-02 Data生物有限公司 通过新一代测序进行基因分型
EP2814953B1 (en) 2012-02-15 2017-06-07 Pacific Biosciences Of California, Inc. Polymerase enzyme substrates with protein shield
ES2683707T3 (es) 2012-05-02 2018-09-27 Ibis Biosciences, Inc. Secuenciación de ADN
EP2844774B1 (en) 2012-05-02 2018-07-18 Ibis Biosciences, Inc. Dna sequencing
ES2683979T3 (es) 2012-05-02 2018-10-01 Ibis Biosciences, Inc. Secuenciación de ADN
US9315864B2 (en) 2012-05-18 2016-04-19 Pacific Biosciences Of California, Inc. Heteroarylcyanine dyes with sulfonic acid substituents
WO2013173844A1 (en) 2012-05-18 2013-11-21 Pacific Biosciences Of California, Inc. Heteroarylcyanine dyes
WO2013185137A1 (en) 2012-06-08 2013-12-12 Pacific Biosciences Of California, Inc. Modified base detection with nanopore sequencing
WO2013192106A1 (en) 2012-06-17 2013-12-27 Pacific Biosciences Of California, Inc. Filter architecture for analytical devices
EP2693252B1 (en) * 2012-08-02 2016-05-18 F. Hoffmann-La Roche AG Array optics
US9399766B2 (en) 2012-10-01 2016-07-26 Pacific Biosciences Of California, Inc. Recombinant polymerases for incorporation of protein shield nucleotide analogs
ES2701750T3 (es) 2012-10-16 2019-02-25 Abbott Molecular Inc Procedimientos para secuenciar un ácido nucleico
US9581554B2 (en) * 2013-05-30 2017-02-28 Seagate Technology Llc Photon emitter array
US20150051088A1 (en) 2013-08-19 2015-02-19 Abbott Molecular Inc. Next-generation sequencing libraries
JP6673843B2 (ja) 2013-11-17 2020-03-25 クアンタム−エスアイ インコーポレイテッドＱｕａｎｔｕｍ−Ｓｉ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 分子をプローブし、検出し、分析するための光学システム及びアッセイ・チップ
WO2015095355A2 (en) 2013-12-17 2015-06-25 The Brigham And Women's Hospital, Inc. Detection of an antibody against a pathogen
JP6731854B2 (ja) * 2014-01-10 2020-07-29 グノティス ホールディング アーゲー 高精度での単一分子解析
CN106164665A (zh) * 2014-03-07 2016-11-23 生命技术公司 用于毛细管电泳的光学系统
JP2017514131A (ja) * 2014-04-18 2017-06-01 ザ ジェネラル ホスピタル コーポレイション 被験体への光の送達および被験体からの光の送達を向上させるためのシステムおよび方法
EP3161157B1 (en) 2014-06-24 2024-03-27 Bio-Rad Laboratories, Inc. Digital pcr barcoding
BR112016030008A2 (pt) 2014-06-27 2017-10-24 Abbott Lab método para a detecção de infecção por pegivirus humano 2 em um indivíduo, para a detecção de ácido nucleico de pegivirus humano 2 e para a detecção de pegivirus humano 2 em uma amostra, e, composição
JP6707520B2 (ja) 2014-08-08 2020-06-10 クアンタム−エスアイ インコーポレイテッドＱｕａｎｔｕｍ−Ｓｉ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 受け取られた光子の時間ビニングのための集積デバイス
BR112017002489B1 (pt) 2014-08-08 2023-02-14 Quantum-Si Incorporated Instrumento configurado para fazer interface com um chip de teste, aparelho, método de análise de um espécime, método para sequenciar uma molécula-alvo de ácido nucleico e método para sequenciamento de ácido nucleico
CA2957546A1 (en) 2014-08-08 2016-02-11 Quantum-Si Incorporated Integrated device with external light source for probing, detecting, and analyzing molecules
ES2788692T3 (es) 2014-09-17 2020-10-22 Ibis Biosciences Inc Secuenciación por síntesis usando óptica de lectura por pulsos
US10302972B2 (en) 2015-01-23 2019-05-28 Pacific Biosciences Of California, Inc. Waveguide transmission
WO2016154345A1 (en) 2015-03-24 2016-09-29 Pacific Biosciences Of California, Inc. Methods and compositions for single molecule composition loading
CN104807782A (zh) * 2015-04-23 2015-07-29 天津大学 一种位置正弦波频率编码的线阵成像光测量系统
CN107615283B (zh) 2015-05-26 2022-07-05 加利福尼亚太平洋生物科学股份有限公司 用于二倍体基因组组装和单倍型序列重建的方法、软件和系统
CN108474862B (zh) * 2015-10-30 2022-06-07 皇家飞利浦有限公司 具有lu谱减除的能量校准
WO2017087696A1 (en) 2015-11-18 2017-05-26 Pacific Biosciences Of California, Inc. Methods and compositions for loading of polymerase complexes
EP3400298B1 (en) 2016-01-08 2024-03-06 Bio-Rad Laboratories, Inc. Multiple beads per droplet resolution
US10732113B2 (en) 2016-02-26 2020-08-04 Single Technologies Ab Method and device for high throughput imaging
CN112557360A (zh) * 2016-05-27 2021-03-26 威里利生命科学有限责任公司 用于高光谱成像的系统和方法
US10544457B2 (en) 2016-06-14 2020-01-28 Pacific Biosciences Of California, Inc. Methods and compositions for enriching compositions for polymerase enzyme complexes
US10711300B2 (en) 2016-07-22 2020-07-14 Pacific Biosciences Of California, Inc. Methods and compositions for delivery of molecules and complexes to reaction sites
US11543417B2 (en) 2016-08-29 2023-01-03 Oslo Universitetssykehus Hf ChIP-seq assays
US11280717B2 (en) 2016-11-07 2022-03-22 Applied Materials, Inc. Methods and apparatus for detection and analysis of nanoparticles from semiconductor chamber parts
JP2020514746A (ja) 2016-12-01 2020-05-21 ノーティラス バイオテクノロジー インコーポレイテッド タンパク質をアッセイする方法
WO2018118971A1 (en) 2016-12-19 2018-06-28 Bio-Rad Laboratories, Inc. Droplet tagging contiguity preserved tagmented dna
EP3642363A1 (en) 2017-06-20 2020-04-29 Bio-Rad Laboratories, Inc. Mda using bead oligonucleotide
CA3069974A1 (en) * 2017-07-24 2019-01-31 Quantum-Si Incorporated Optical rejection photonic structures
US11162138B2 (en) 2017-10-30 2021-11-02 Pacific Biosciences Of California, Inc. Multi-amplitude modular labeled compounds
EP4180534A1 (en) 2017-11-02 2023-05-17 Bio-Rad Laboratories, Inc. Transposase-based genomic analysis
US20190241944A1 (en) 2018-01-31 2019-08-08 Bio-Rad Laboratories, Inc. Methods and compositions for deconvoluting partition barcodes
CA3095762A1 (en) 2018-04-04 2019-10-10 Nautilus Biotechnology, Inc. Methods of generating nanoarrays and microarrays
US11512002B2 (en) 2018-04-18 2022-11-29 University Of Virginia Patent Foundation Silica materials and methods of making thereof
WO2020041293A1 (en) 2018-08-20 2020-02-27 Bio-Rad Laboratories, Inc. Nucleotide sequence generation by barcode bead-colocalization in partitions
AU2020266136A1 (en) * 2019-04-29 2021-11-25 Nautilus Subsidiary, Inc. Methods and systems for integrated on-chip single-molecule detection
CN113840902A (zh) * 2019-05-22 2021-12-24 株式会社日立高新技术 分析装置以及分析方法
CN110763657B (zh) * 2019-11-20 2022-05-13 江苏赛诺格兰医疗科技有限公司 用于反射材料反射率测试系统的光电数字转换系统
CN111220605B (zh) * 2019-12-08 2022-03-15 中国科学院新疆理化技术研究所 一种用于爆炸物和毒品智能分析的阵列式采样测试卡
WO2021152586A1 (en) 2020-01-30 2021-08-05 Yeda Research And Development Co. Ltd. Methods of analyzing microbiome, immunoglobulin profile and physiological state
WO2021214766A1 (en) 2020-04-21 2021-10-28 Yeda Research And Development Co. Ltd. Methods of diagnosing viral infections and vaccines thereto
DE102020128003A1 (de) * 2020-10-23 2020-12-31 Bmg Labtech Gmbh Mikroplatten-Lesegerät
CN114030640B (zh) * 2021-11-05 2023-10-27 中国航空无线电电子研究所 用于对飞机驾驶舱光环境进行评估的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4626684A (en) * 1983-07-13 1986-12-02 Landa Isaac J Rapid and automatic fluorescence immunoassay analyzer for multiple micro-samples
US20050135974A1 (en) * 2003-12-18 2005-06-23 Harvey Michael A. Device for preparing multiple assay samples using multiple array surfaces
US6917726B2 (en) * 2001-09-27 2005-07-12 Cornell Research Foundation, Inc. Zero-mode clad waveguides for performing spectroscopy with confined effective observation volumes
US20050206895A1 (en) * 2003-06-10 2005-09-22 Pauli Salmelainen Optical measuring method and laboratory measuring device

Family Cites Families (79)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4994373A (en) 1983-01-27 1991-02-19 Enzo Biochem, Inc. Method and structures employing chemically-labelled polynucleotide probes
US5821058A (en) 1984-01-16 1998-10-13 California Institute Of Technology Automated DNA sequencing technique
US6919211B1 (en) 1989-06-07 2005-07-19 Affymetrix, Inc. Polypeptide arrays
US5547839A (en) 1989-06-07 1996-08-20 Affymax Technologies N.V. Sequencing of surface immobilized polymers utilizing microflourescence detection
US5744101A (en) 1989-06-07 1998-04-28 Affymax Technologies N.V. Photolabile nucleoside protecting groups
WO1991006678A1 (en) 1989-10-26 1991-05-16 Sri International Dna sequencing
US5239178A (en) 1990-11-10 1993-08-24 Carl Zeiss Optical device with an illuminating grid and detector grid arranged confocally to an object
US5677196A (en) 1993-05-18 1997-10-14 University Of Utah Research Foundation Apparatus and methods for multi-analyte homogeneous fluoro-immunoassays
US5470710A (en) 1993-10-22 1995-11-28 University Of Utah Automated hybridization/imaging device for fluorescent multiplex DNA sequencing
US5578832A (en) 1994-09-02 1996-11-26 Affymetrix, Inc. Method and apparatus for imaging a sample on a device
US5631734A (en) 1994-02-10 1997-05-20 Affymetrix, Inc. Method and apparatus for detection of fluorescently labeled materials
US5695934A (en) 1994-10-13 1997-12-09 Lynx Therapeutics, Inc. Massively parallel sequencing of sorted polynucleotides
AU5171696A (en) 1995-02-27 1996-09-18 Ely Michael Rabani Device, compounds, algorithms, and methods of molecular characterization and manipulation with molecular parallelism
US6017434A (en) 1995-05-09 2000-01-25 Curagen Corporation Apparatus and method for the generation, separation, detection, and recognition of biopolymer fragments
US5545531A (en) * 1995-06-07 1996-08-13 Affymax Technologies N.V. Methods for making a device for concurrently processing multiple biological chip assays
CA2291853C (en) 1997-05-23 2013-01-15 Bioarray Solutions Llc Color-encoding and in-situ interrogation of matrix-coupled chemical compounds
US6071748A (en) 1997-07-16 2000-06-06 Ljl Biosystems, Inc. Light detection device
RU2198221C2 (ru) 1997-07-28 2003-02-10 Медикал Биосистемз Лтд. Способ секвенирования полинуклеотида и устройство для его осуществления
US6388788B1 (en) 1998-03-16 2002-05-14 Praelux, Inc. Method and apparatus for screening chemical compounds
US6160618A (en) * 1998-06-19 2000-12-12 Board Of Regents, The University Of Texas System Hyperspectral slide reader
IL141148A0 (en) 1998-07-30 2002-02-10 Solexa Ltd Arrayed biomolecules and their use in sequencing
US6263286B1 (en) 1998-08-13 2001-07-17 U.S. Genomics, Inc. Methods of analyzing polymers using a spatial network of fluorophores and fluorescence resonance energy transfer
US6210896B1 (en) 1998-08-13 2001-04-03 Us Genomics Molecular motors
EP1121582A4 (en) 1998-08-21 2002-10-23 Surromed Inc NEW OPTICAL ARCHITECTURES FOR LASER SCANNING MICROVOLUMENCYTOMETERS
US6157449A (en) * 1998-10-19 2000-12-05 Symyx Technologies Depolarized light scattering array apparatus and method of using same
US6455861B1 (en) * 1998-11-24 2002-09-24 Cambridge Research & Instrumentation, Inc. Fluorescence polarization assay system and method
CA2355816C (en) 1998-12-14 2007-10-30 Li-Cor, Inc. A system and methods for nucleic acid sequencing of single molecules by polymerase synthesis
ATE556149T1 (de) 1999-02-23 2012-05-15 Caliper Life Sciences Inc Manipulation von mikropartikeln in mikrofluidischen systemen
US7056661B2 (en) 1999-05-19 2006-06-06 Cornell Research Foundation, Inc. Method for sequencing nucleic acid molecules
US6287774B1 (en) 1999-05-21 2001-09-11 Caliper Technologies Corp. Assay methods and system
EP1983331B1 (en) * 1999-05-28 2011-07-13 Yokogawa Electric Corporation Optical system for reading a biochip
US6818395B1 (en) 1999-06-28 2004-11-16 California Institute Of Technology Methods and apparatus for analyzing polynucleotide sequences
US7209836B1 (en) 1999-07-16 2007-04-24 Perkinelmer Las, Inc. Method and system for automatically creating crosstalk-corrected data of a microarray
US6982146B1 (en) 1999-08-30 2006-01-03 The United States Of America As Represented By The Department Of Health And Human Services High speed parallel molecular nucleic acid sequencing
AU7086800A (en) 1999-08-30 2001-03-26 Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Department Of Health And Human Services, The High speed parallel molecular nucleic acid sequencing
US6867851B2 (en) 1999-11-04 2005-03-15 Regents Of The University Of Minnesota Scanning of biological samples
US6784982B1 (en) 1999-11-04 2004-08-31 Regents Of The University Of Minnesota Direct mapping of DNA chips to detector arrays
JP2001185796A (ja) * 1999-12-27 2001-07-06 Hitachi Metals Ltd レーザ装置、その応用装置並びにその使用方法
AU2001249237A1 (en) 2000-03-16 2001-09-24 Spectrumedix Corporation Multi-wavelength array reader for biological assay
US6358387B1 (en) * 2000-03-27 2002-03-19 Caliper Technologies Corporation Ultra high throughput microfluidic analytical systems and methods
US6759235B2 (en) * 2000-04-06 2004-07-06 Quantum Dot Corporation Two-dimensional spectral imaging system
US6690467B1 (en) 2000-05-05 2004-02-10 Pe Corporation Optical system and method for optically analyzing light from a sample
US6869764B2 (en) 2000-06-07 2005-03-22 L--Cor, Inc. Nucleic acid sequencing using charge-switch nucleotides
GB0016472D0 (en) 2000-07-05 2000-08-23 Amersham Pharm Biotech Uk Ltd Sequencing method and apparatus
GB0016473D0 (en) 2000-07-05 2000-08-23 Amersham Pharm Biotech Uk Ltd Sequencing method
JP2002050778A (ja) 2000-08-02 2002-02-15 Nippon Sheet Glass Co Ltd 受光素子アレイおよびそれを用いた光通信モニタモジュール
US6545758B1 (en) 2000-08-17 2003-04-08 Perry Sandstrom Microarray detector and synthesizer
US20020115224A1 (en) * 2001-02-16 2002-08-22 Ulrich Rudel Method for the preparation of optical (bio)chemical sensor devices
US6870613B1 (en) * 2001-03-07 2005-03-22 Carolyn Tisone Simultaneous recording of multispectral fluorescence signatures
JP3695340B2 (ja) * 2001-03-30 2005-09-14 株式会社日立製作所 Ｄｎａ検査方法及びその装置並びに蛍光検出方法
JP2003004897A (ja) * 2001-06-25 2003-01-08 Fuji Photo Film Co Ltd 生化学解析用データの生成方法および装置
US7052839B2 (en) 2001-08-29 2006-05-30 Amersham Biosciences Corp Terminal-phosphate-labeled nucleotides and methods of use
US7244566B2 (en) 2001-08-29 2007-07-17 Ge Healthcare Bio-Sciences Corp. Analyte detection
US7560254B2 (en) 2001-08-29 2009-07-14 Ge Healthcare Bio-Sciences Corp. Allele specific primer extension
US7033762B2 (en) 2001-08-29 2006-04-25 Amersham Biosciences Corp Single nucleotide amplification and detection by polymerase
EP2302363A2 (en) * 2001-09-05 2011-03-30 Life Technologies Corporation Method for normalization of assay data
US7189361B2 (en) 2001-12-19 2007-03-13 3M Innovative Properties Company Analytical device with lightguide Illumination of capillary and microgrooves arrays
DE10164309A1 (de) * 2001-12-28 2003-07-10 Fraunhofer Ges Forschung Verbesserte strukturiert-funktionale Bindematrices für Biomoleküle
DE10222779A1 (de) * 2002-05-16 2004-03-04 Carl Zeiss Jena Gmbh Verfahren und Anordnung zur Untersuchung von Proben
US6970240B2 (en) 2003-03-10 2005-11-29 Applera Corporation Combination reader
US7269518B2 (en) * 2003-04-30 2007-09-11 Agilent Technologies, Inc. Chemical array reading
WO2004100068A2 (en) 2003-05-05 2004-11-18 D3D, L.P. Optical coherence tomography imaging
US7075059B2 (en) 2003-09-11 2006-07-11 Applera Corporation Image enhancement by sub-pixel imaging
US7323681B1 (en) 2003-09-11 2008-01-29 Applera Corporation Image enhancement by sub-pixel imaging
US7233393B2 (en) 2004-08-05 2007-06-19 Applera Corporation Signal noise reduction for imaging in biological analysis
US7302348B2 (en) 2004-06-02 2007-11-27 Agilent Technologies, Inc. Method and system for quantifying and removing spatial-intensity trends in microarray data
EP1790202A4 (en) * 2004-09-17 2013-02-20 Pacific Biosciences California APPARATUS AND METHOD FOR ANALYZING MOLECULES
US20070048748A1 (en) 2004-09-24 2007-03-01 Li-Cor, Inc. Mutant polymerases for sequencing and genotyping
US7130041B2 (en) 2005-03-02 2006-10-31 Li-Cor, Inc. On-chip spectral filtering using CCD array for imaging and spectroscopy
US20060252070A1 (en) 2005-04-28 2006-11-09 Applera Corporation Multi-Color Light Detection With Imaging Detectors
US9410889B2 (en) 2005-06-10 2016-08-09 Applied Biosystem, Llc Method and system for multiplex genetic analysis
US20060291706A1 (en) 2005-06-23 2006-12-28 Applera Corporation Method of extracting intensity data from digitized image
WO2007011549A1 (en) 2005-06-30 2007-01-25 Applera Corporation Two-dimensional spectral imaging system
US7227128B2 (en) 2005-06-30 2007-06-05 Applera Corporation System and methods for improving signal/noise ratio for signal detectors
EP1915607A1 (en) * 2005-07-19 2008-04-30 Physical Sciences, Inc. Side view imaging microwell array
CA2616433A1 (en) 2005-07-28 2007-02-01 Helicos Biosciences Corporation Consecutive base single molecule sequencing
US7715001B2 (en) * 2006-02-13 2010-05-11 Pacific Biosciences Of California, Inc. Methods and systems for simultaneous real-time monitoring of optical signals from multiple sources
US20080033677A1 (en) 2006-06-27 2008-02-07 Applera Corporation Methods And System For Compensating For Spatial Cross-Talk
US7803609B2 (en) 2006-07-21 2010-09-28 Affymetrix, Inc. System, method, and product for generating patterned illumination

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4626684A (en) * 1983-07-13 1986-12-02 Landa Isaac J Rapid and automatic fluorescence immunoassay analyzer for multiple micro-samples
US6917726B2 (en) * 2001-09-27 2005-07-12 Cornell Research Foundation, Inc. Zero-mode clad waveguides for performing spectroscopy with confined effective observation volumes
US20050206895A1 (en) * 2003-06-10 2005-09-22 Pauli Salmelainen Optical measuring method and laboratory measuring device
US20050135974A1 (en) * 2003-12-18 2005-06-23 Harvey Michael A. Device for preparing multiple assay samples using multiple array surfaces

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI472739B (zh) * 2011-03-29 2015-02-11 Univ Nat Cheng Kung 光學檢測裝置

Also Published As

Publication number Publication date
CA2642258C (en) 2015-10-06
WO2007095119A2 (en) 2007-08-23
EP1984712B1 (en) 2016-02-03
US7692783B2 (en) 2010-04-06
AU2007215173B2 (en) 2011-04-28
EP1984670A4 (en) 2013-03-06
EP1984712A2 (en) 2008-10-29
JP2009526997A (ja) 2009-07-23
EP1984670B1 (en) 2014-07-30
AU2007215242B2 (en) 2012-10-18
CA2642258A1 (en) 2007-08-23
WO2007095235A2 (en) 2007-08-23
WO2007095235A3 (en) 2008-06-19
AU2007215242A1 (en) 2007-08-23
CN101421598A (zh) 2009-04-29
AU2007215173A1 (en) 2007-08-23
US20070188750A1 (en) 2007-08-16
EP1984670A2 (en) 2008-10-29
WO2007095119A3 (en) 2008-04-17
EP1984712A4 (en) 2013-02-20
CA2642261A1 (en) 2007-08-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101421598B (zh) 用于同时实时监控来自复合源的光信号的方法和系统
US8149399B2 (en) Methods and systems for simultaneous real-time monitoring of optical signals from multiple sources
US11092548B2 (en) Scanning system and method for imaging and sequencing
US6750457B2 (en) System for high throughput analysis
US7626704B2 (en) Methods and systems for simultaneous real-time monitoring of optical signals from multiple sources
EP1650554B1 (en) Biochip reader
US7330264B2 (en) Optical detection device
US6441379B1 (en) Imaging system for an optical scanner
EP1055925B1 (en) Biochip reader
US20130170024A1 (en) Oblique-illumination systems and methods
CN101868752B (zh) 用于利用线束照射样本的光学照射装置
CN101072993A (zh) 用于生物试样化学成像的装置和方法
EP1157268B1 (en) Imaging system for an optical scanner
CN111349553A (zh) 一种基因测序仪光学系统
KR20070045720A (ko) 다채널 바이오 칩 스캐너
AU2011202922A1 (en) Methods and systems for simultaneous real-time monitoring of optical signals from multiple sources

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant