用于基本同時地監(jiān)測樣品陣列中的樣品的緊湊光學系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】用于基本同時地監(jiān)測樣品陣列中的樣品的緊湊光學系統(tǒng)
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請主張享有于2013年3月15日提交的、名稱為"Compact Optical System for Substantially Simultaneous Monitoring of Samples in a Sample Array (用于樣 品陣列中的樣品的基本同時監(jiān)測的緊湊光學系統(tǒng)）"的美國專利申請序列號13/834, 056的 優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，該申請通過援引由此而被總體并入。
【背景技術(shù)】
[0003] 生物學研究的發(fā)展已經(jīng)產(chǎn)生了若干化驗技術(shù)（諸如報道基因化驗、新藥化合物篩 選、高通量聚合酶鏈式反應(yīng)（"PCR"）、實時PCR以及相似的化驗），并造成了在同一時間處 理大量的測試樣品以便控制成本、以及有效地處理如此大量的樣品的需要。目前有若干分 析方法可用于這些樣品的高通量篩選。一種用于在高通量設(shè)置中監(jiān)測樣品的重要的方法是 使用來自焚光（fluorescent)染料等物質(zhì)的冷光（luminescence)。這樣的物質(zhì)可被用作標 記、報告基因或標準參照物，用于冷光量可被用作樣品槽中的選定性質(zhì)的直接或間接測量 值的各種試驗分析。
[0004] 在高通量化驗或?qū)崟r化驗中，大量的樣品典型地是在多槽樣品板（被稱為化驗微 孔板）中被一起處理和分析的（例如通過冷光發(fā)射）。這些微孔板設(shè)置有多個槽組成的陣 列，在典型的示例中通常有48或96個槽，但是384個槽和1536個槽的微孔板也正在變得 更加常見。目前最常見的構(gòu)造形式是96個槽（8乘12的結(jié)構(gòu)）。說明性地，無論槽的數(shù)目 是多少，所有板可具有大致相同的直徑。也有其他構(gòu)造和尺寸的板。
[0005] 在很多化驗中，化驗微孔板槽被試驗樣品所填充，且隨后被放置在儀器中，該儀器 可包括檢測器系統(tǒng)，檢測器系統(tǒng)例如為冷光微孔板讀取器，該冷光微孔板讀取器用于測量 每個試驗槽的相對的冷光發(fā)射量。因為用于微孔板化驗的不同的冷光材料產(chǎn)生不同程度的 光強，所以光強可用作試驗結(jié)果的直接或間接測量值，亦即光強越強，結(jié)果就越大。例如，一 些PCR熱循環(huán)儀包括光學系統(tǒng)，用于實時監(jiān)測經(jīng)受熱循環(huán)（熱循環(huán)用于核酸擴增或擴增后 熔解）的樣品的冷光發(fā)射量。在這些系統(tǒng)中，一個或多個樣品中所包含的一種或多種試劑 的熒光發(fā)射量可被用于監(jiān)測諸如像模板濃度、產(chǎn)物濃度、DNA熔點溫度、以及類似參數(shù)。
[0006] 盡管冷光微孔板、冷光微孔板讀取器以及相似的儀器在自動篩選中有巨大的實用 性，但是仍有些問題影響其使用。具體而言，除非光學裝置（例如數(shù)碼相機或模擬相機或其 他檢測器）被移動至足夠地遠離微孔板，否則光學裝置通常就不能同時地看到所有槽的底 部。這在圖1中示出（圖1示出了從相對近的距離觀察到的96槽板100)。如在圖1中可 見的，相機或其他類型的檢測器僅能一直看到板中的處于被標記為"110"的中心區(qū)域內(nèi)的 那些槽的底部。然而，因為槽壁的阻礙，相機不能看到處于區(qū)域110之外的區(qū)域中的那些槽 的底部。這在例如槽120a和120b處被示出。一些系統(tǒng)已被研發(fā)出來，為的是使微孔板讀 取器以及相似儀器能夠看到微孔板的所有槽的內(nèi)部。
[0007] 在一個示例中，檢測器（例如像數(shù)碼相機之類的光學裝置）可被移動至足夠地遠 離微孔板，以允許檢測器看到所有槽的底部。然而，將光學裝置移動至足夠地遠離微孔板， 這樣就增大了板讀取器的形狀因數(shù)，并且通常導致板讀取器大而笨重。同樣，任意地增加光 學裝置與微孔板之間的距離會導致來自微孔板的光散射和信號損失，而且還會導致來自相 鄰樣品槽的信號之間產(chǎn)生串擾。
[0008] 在另一示例中，冷光微孔板讀取器可具有一系列的光學裝置，其中，每個裝置被定 位成對應(yīng)于保持試驗樣品的微孔板中的槽。光學裝置常常是光電二極管。
[0009] 在又一示例中，冷光微孔板讀取器可適配有單一一個光學裝置，其中，板、讀取裝 置、或板與讀取裝置兩者順序地移動到合適的讀取位置，以便檢測每個槽中的冷光。當所涉 及的一個或多個對準的部件在適當位置發(fā)生移位或被損壞時，對準可能會受到不利影響。 如果因為任何原因?qū)什徽_的話，槽將不會被恰當?shù)鼐又卸c光學讀取裝置對準，從而 導致不正確的冷光測量。
[0010] 在又一示例中，冷光微孔板讀取器可適配有單一一個光學裝置和一個或多個光學 透鏡，光學透鏡將來自槽中的信號聚焦到該光學裝置。然而，這樣的光學透鏡系統(tǒng)可能既昂 貴又笨重。此外，用于測量冷光的光學器件還必須在測量來自一個樣品槽的冷光時避免來 自鄰近槽的串擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 一般而言，本公開涉及被構(gòu)造用于能夠從公共參考點基本同時觀察和監(jiān)測陣列中 的多個興趣點的光學系統(tǒng)和設(shè)備。例如，陣列中的多個點可包括96槽板中的樣品槽。根據(jù) 本公開的一個實施例，若沒有諸如本文公開的那些光學系統(tǒng)和設(shè)備，只有少于所有多個點 的點能夠基本同時地從公共參考點被觀察到。
[0012] 在一個實施例中，公開了一種限定有光路的光學系統(tǒng)。該光學系統(tǒng)包括具有多個 興趣點的本體，該本體作為元件被包括在光路中；以及被設(shè)置在光路中工具，能夠基本同時 地觀察多個興趣點中的每個興趣點。被設(shè)置在光路中能夠基本同時地觀察多個興趣點中的 每個興趣點的工具的適合的示例包括但不限于：具有復合曲率的反射鏡；具有單一曲率軸 線的樣品塊，該樣品塊與具有單一曲率軸線的反射鏡配對，該反射鏡與樣品塊互補；以及具 有復合曲率的樣品塊。然而，應(yīng)注意的是，被設(shè)置在光路中的工具不同于聚焦透鏡。
[0013] 在一個方案中，被設(shè)置在光路中的工具被定位并構(gòu)造成，使得該工具基本同時地 提供每個興趣點的基本不受阻礙的視圖。在另一方案中，被設(shè)置在光路中的工具被構(gòu)造成， 使得該工具限定從每個興趣點到公共參考點的光線長度，從多個興趣點到公共參考點的距 離小于或等于預定距離。在另一方案中，從每個興趣點到公共參考點的那些光線長度中的 每個光線長度在長度上基本相等，而且對于至少一部分的路徑，上述光線長度具有基本彼 此平行的路徑。
[0014] 在另一實施例中公開的是一種設(shè)備。該設(shè)備可包括：熱循環(huán)系統(tǒng)，被構(gòu)造用于使被 容納在相應(yīng)的多個樣品容器中的多個生物樣品經(jīng)受熱循環(huán)；以及光學系統(tǒng)，限定與熱循環(huán) 系統(tǒng)在操作上相關(guān)的光路。該光學系統(tǒng)可被構(gòu)造和布置成用于基本同時監(jiān)測多個生物樣品 中的每個生物樣品的熒光。
[0015] 在一個實施例中，光學系統(tǒng)可包括：樣品塊，其為光路的元件，該樣品塊包括頂表 面和限定有多個下凹式底表面的多個樣品槽；共同地限定一個或多個曲面的一個或多個元 件，上述一個或多個曲面被設(shè)置在光路中。一個或多個曲面的合適的示例包括但不限于：具 有復合曲率的反射鏡；具有單一曲率軸線的樣品塊，該樣品塊與具有單一曲率軸線的反射 鏡配對，該反射鏡與樣品塊互補；以及具有復合曲率的樣品塊。一個或多個曲面被構(gòu)造成， 使得一個或多個曲面共同地限定從每個興趣點到公共參考點的光線長度，從這些興趣點到 公共參考點的距離小于或等于預定距離。這些由一個或多個曲面限定的光線長度可以基本 相同。
[0016] 在一個實施例中，樣品塊可包括頂表面和限定有多個下凹式底表面的多個樣品容 置部，其中，多個下凹式底表面限定有第一多個興趣點。在另一實施例中，樣品塊的多個樣 品容置部中的每個樣品容置部被構(gòu)造成與多個樣品管或多槽槽板（多井井板）接觸。樣品 管包括外表面、內(nèi)表面和多個下凹式底表面，多個下凹式底表面限定第二多個興趣點。一個 或多個曲面可被構(gòu)造并布置成，從第二多個興趣點到公共參考點的光線長度基本相同。
[0017] 在另一實施例中，本公開描述了一種設(shè)備，該設(shè)備包括：熱循環(huán)系統(tǒng)，被構(gòu)造用于 使樣品經(jīng)受熱循環(huán)；以及光學系統(tǒng)，與熱循環(huán)系統(tǒng)在操作上相關(guān)，該光學系統(tǒng)被構(gòu)造并布置 用于監(jiān)測樣品中的熒光。該光學系統(tǒng)包括：照明光源（例如多色光源）和帶通濾光器，帶通 濾光器能夠透射來自照明光源的至少兩個不同譜帶的光，以從樣品中的兩個或更多個熒光 體中激發(fā)熒光；以及相機，被設(shè)置用于從樣品中的兩個或更多個熒光體中收集熒光。
[0018] 根據(jù)下文的描述及隨附的權(quán)利要求書，本發(fā)明的這些和其他目的和特征將變得更 加明顯，或可通過本發(fā)明下文闡述的實施獲知。
【附圖說明】
[0019] 為了進一步明確本發(fā)明上述的及其他的優(yōu)點和特征，以下將通過參考在附圖中示 出的具體的實施例來提供對本發(fā)明的更具體的描述。應(yīng)理解的是，這些附圖僅示出本發(fā)明 所描述的實施例，且因此不應(yīng)被認為是對本發(fā)明范圍的限制。以下將使用附圖，以附加特征 和細節(jié)來描述和說明本發(fā)明，附圖中：
[0020] 圖1示出一個96槽板；
[0021] 圖2A示出一個光學系統(tǒng)，其可用于基本同時地觀察由多個興趣點組成的陣列；
[0022] 圖2B示出圖2A的樣品塊（sample block)的單一樣品容置部；
[0023] 圖2C示出其中插入有樣品管的圖2A的樣品塊的單一樣品容置部；
[0024] 圖3A示出具有復合曲率的反射鏡的等距視圖；
[0025] 圖3B示出圖3A的反射鏡的側(cè)視圖；
[0026] 圖3C示出圖3A的反射鏡的另一側(cè)視圖；
[0027] 圖3D示出對于圖3A的反射鏡和樣品塊的光線追跡圖；
[0028] 圖4A不出具有復合曲率的反射鏡的另一實施例的等距視圖；
[0029] 圖4B示出圖4A的反射鏡的側(cè)視圖；
[0030] 圖4C示出圖4A的反射鏡的另一側(cè)視圖；
[0031] 圖4D示出圖4A的反射鏡的光線追跡圖；
[0032] 圖5A示出具有復合曲面的樣品塊的等距視圖，該樣品塊可在用于基本同時地觀 察由多個興趣點組成的陣列的的光學系統(tǒng)中使用；
[0033] 圖5B示出圖5A的樣品塊的側(cè)視圖；
[0034] 圖5C示出圖5A的樣品塊的另一側(cè)視圖；
[0035] 圖6A示出用于基本同時地觀察興趣點陣列的光學系統(tǒng)，包括具有單一曲率軸線 的樣品塊相對于具有單一正交曲率軸線的反射鏡的等距視圖；
[0036] 圖6B示出圖6A的樣品塊的等距視圖；
[0037] 圖6C示出圖6A的反射鏡的等距視圖；
[0038] 圖7是根據(jù)本公開的方案的熱循環(huán)系統(tǒng)的示例性實施例的框圖；
[0039] 圖8A示出熱循環(huán)系統(tǒng)的等距視圖，該熱循環(huán)系統(tǒng)包括光學系統(tǒng)，該光學系統(tǒng)可用 于基本同時地觀察經(jīng)受熱循環(huán)的樣品的陣列；以及
[0040] 圖8B不出圖8A的熱循環(huán)系統(tǒng)的局部剖視圖。
【具體實施方式】
[0041] I.序言和定義
[0042] 一般而言，本公開涉及光學系統(tǒng)和設(shè)備，其被構(gòu)造成能夠從一個公共參考點基本