專利名稱：照明檢測系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照明檢測系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
用于檢測系統(tǒng)中照明的一個示例是熒光，并且使用熒光檢測使示例是核酸檢驗 (NAT)。這是用于檢測疾病遺傳傾向性的分子診斷中的核心元件，用于測定RNA發(fā)現(xiàn)量或者病原體識別，諸如引起感染的細菌和病毒。熒光檢測可以用于特定的目標(biāo)DNA樣品存在的定性測定，以及在樣品中存在的 DNA數(shù)量的定量測定。本發(fā)明涉及用于檢測熒光的儀器以及使用方法。在典型的分子診斷試驗中，篩選生物樣品用于某些生物組分(“目標(biāo)”)的檢測，諸如基因或者蛋白質(zhì)。這通過檢測所述目標(biāo)與捕獲探針的選擇性鍵聯(lián)(稱作雜交)來完成， 所述捕獲探針附著于固體表面。所述雜交步驟的后面典型地是清洗步驟，其中所有游離的目標(biāo)分子被沖去，以及最后執(zhí)行檢測步驟。所述檢測基于附著于所述目標(biāo)分子的熒光標(biāo)簽的熒光檢測。理想地，所述熒光檢測需要能夠?qū)崿F(xiàn)單個熒光標(biāo)簽檢測，同時所述過程保持時間有效。所述熒光由激勵光信號誘發(fā)，并且光傳感器用于熒光檢測。DE10228309 Al 公開了一種包括半導(dǎo)體光電池(semiconductor photo element) 的光敏元件，所述半導(dǎo)體光電池具有兩個連續(xù)設(shè)置的接收區(qū)域，用于區(qū)分接收光的不同光譜分布。在圖1中示出了一種傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。所述激勵光源10產(chǎn)生第一波長λ i的激勵光， 并且激發(fā)來自熒光標(biāo)記(fluoromarker)的第二波長λ2的熒光發(fā)射。第一濾波器12以λ工為中心，并且這意味著所述激勵光源不需要具有非常窄的頻率帶寬。所述已濾波激勵光進入其中存在用箭頭表示的熒光標(biāo)記流的通道。第二濾波器14 以λ 2為中心，并且因此阻止所述激勵光到達所述光敏元件16。在所述激勵光和所述熒光發(fā)射之間相對較小的頻率差意味著需要高質(zhì)量的光學(xué)濾波器，增加了所述系統(tǒng)的成本。在熒光計中的典型濾波器具有IOnm的FWHM(半高全寬)，而商用濾波器典型地具有40至45nm 的FWHM。這些高質(zhì)量濾波器還需要集成在所述結(jié)構(gòu)中并且聚焦于所述光敏元件。因此，需要一種無需高質(zhì)量濾波器就可以區(qū)分所述激勵和發(fā)射頻率的光學(xué)分析系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種照明檢測系統(tǒng)，包括第一頻率的激勵輻射源；以及檢測器，用于檢測從樣品的分析區(qū)域收集的由激勵引起的第二頻率的光，其中所述檢測器用于產(chǎn)生第一和第二檢測器信號，所述第一和第二檢測器信號響應(yīng)于在不同深度上檢測器內(nèi)吸收的入射光，并且其中所述系統(tǒng)還包括
用于處理所述第一和第二檢測器信號的裝置，以區(qū)分第一和第二頻率的入射光并且從而確定所述第二頻率的光的強度。這種結(jié)構(gòu)使用響應(yīng)于兩個不同的入射光外形(profile)的獨立的檢測器測量)。 通過檢測在不同深度范圍上已經(jīng)被吸收的光，所述兩個檢測器元件測量對于不同的入射頻率將是不同的。這樣使得能夠?qū)⑺鰞蓚€不同頻率成分相分離，實質(zhì)上通過解聯(lián)立方程。這樣可以避免需要任何光學(xué)濾波。所述檢測器可以包括第一和第二半導(dǎo)體檢測器元件，設(shè)置具有不同的半導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)。這些不同的層結(jié)構(gòu)可以使所述檢測器元件對在不同深度(或者深度范圍)被吸收的光敏感。替代地，所述檢測器可以包括檢測器元件和偏置裝置，所述偏置裝置用于設(shè)置檢測器元件的不同操作條件以改變所述檢測器所響應(yīng)的吸收深度。所述檢測器可以包括一個或者多個p-n結(jié)，使得所述結(jié)耗盡區(qū)定義了其上檢測到入射光的深度。例如，兩個檢測器元件的所述P-n結(jié)可以在所述檢測器結(jié)構(gòu)中的不同深度， 否則可以通過設(shè)置不同的偏置條件來控制有效P-n結(jié)深度。優(yōu)選地，所述檢測器提供代表一段時間段上入射光的積分的電流輸出。這是光電二極管輸出的特征?？梢蕴峁┟}沖調(diào)節(jié)裝置來對所述激勵源進行脈沖調(diào)節(jié)，使得不同的積分時間可以應(yīng)用于不同的激勵脈沖。然后提供計時裝置，用于相對于各個激勵源脈沖的結(jié)束，對所述檢測器提供入射光的積分的時間段進行計時，并且所述處理裝置用于針對一組不同的時間段來處理所述第一和第二檢測器信號。本發(fā)明所述系統(tǒng)可用于生物組分篩選系統(tǒng)。本發(fā)明還提供了一種利用照明檢測系統(tǒng)測量來自樣品的冷光的方法，所述方法包括產(chǎn)生第一頻率的激勵輻射；將所述激勵輻射提供給樣品的分析區(qū)；通過產(chǎn)生響應(yīng)于在不同深度上吸收的入射光的第一和第二檢測器信號，來檢測從樣品分析區(qū)收集的由激勵引起的第二頻率的光；以及處理所述第一和第二檢測器信號，以區(qū)分第一和第二頻率的入射光并且從而確定第二頻率的光的強度。該方法使得將信號處理而非光學(xué)處理能夠用于區(qū)分入射到所述檢測器上的光的不同頻率成分。


現(xiàn)在將參考附圖詳細描述本發(fā)明的示例，其中圖1以示意的形式示出了已知的熒光檢測器布局；圖2示出了熒光如何隨著時間指數(shù)地衰減；圖3用于解釋脈沖調(diào)節(jié)的激勵源如何用于對指數(shù)衰減函數(shù)建模；圖4示出了如何能夠在即使使用脈沖調(diào)節(jié)的激勵源時也存在所述激勵光和熒光的重疊；圖5示出了可用于實現(xiàn)本發(fā)明的檢測器結(jié)構(gòu)的示例；圖6示出了如何根據(jù)深度控制摻雜來給出突變結(jié)；
圖7示出了所述吸收深度如何隨著波長變化；圖8示出了本發(fā)明所述處理序列的示例；圖9示出了本發(fā)明所述器件。
具體實施例方式本發(fā)明涉及一種光學(xué)分析儀器和方法，其中檢測器基于在檢測器的不同深度吸收的入射光的響應(yīng)提供了兩個不同的信號。處理這些信號來區(qū)分兩個不同頻率的入射光，并且從而確定具有期望頻率的光的強度。在更詳細地描述本發(fā)明之前，將首先討論熒光發(fā)射所包含的基本過程。通過吸收光子來激勵分子使其移動至激發(fā)態(tài)，從所述激發(fā)態(tài)產(chǎn)生熒光發(fā)射以及熱發(fā)射。還可以導(dǎo)致光致褪色(熒光團的光化學(xué)破壞)。眾所周知是可以通過減少曝光強度或者時間間隔、通過增加熒光團的濃度或者通過采用不易褪色的更魯棒的熒光團來控制由光致褪色引起的信號強度損失。所述激發(fā)態(tài)具有1至IOns的壽命。熒光發(fā)射具有在所述吸收波長曲線的中心上方以(特定熒光團的)一個斯托克斯頻移為中心的波長曲線。這可以是IOOnm的數(shù)量級。 脈沖激勵的使用是已知的，并且如上所述，這樣可以降低光致褪色。所述熒光壽命是指分子在發(fā)射光子之前停留于其激發(fā)態(tài)的平均時間。熒光典型地遵循一階動力學(xué)，給出了如圖2所示的發(fā)射光子數(shù)的指數(shù)衰減。該壽命曲線是特定熒光標(biāo)記的識別特征(signature)。此外，原則上時間分解熒光測量(以便繪制圖2所示曲線)可被用于推導(dǎo)數(shù)值Ntl，該數(shù)值是已激發(fā)熒光團初始濃度的標(biāo)志ο圖3示出了時間分解測量如何用于對指數(shù)衰減建模。所述激勵光強度被表示為30，而所述熒光衰減被表示為32。所述光敏元件用作積分器，積累響應(yīng)于檢測到的光子的電荷。因此，它不能被用于瞬時強度測量。相反，在復(fù)位時間34，所述光敏元件開始對入射光進行積分，使得可以測量所述面積36。然而，通過執(zhí)行不同面積36的反復(fù)測量、通過選擇不同的復(fù)位時刻34，可以確定所述衰減特性。這種時間分解脈沖測量方法的一個問題是所述激光衰減時間可能與所述熒光信號重疊，如圖4所示。所述激勵曲線被表示為40，并且所述發(fā)射曲線被表示為42。本發(fā)明基于對于所述入射光的光敏元件響應(yīng)的分析。具體地，這種分析能夠區(qū)分來自所述激勵源的入射光與所述熒光。在硅光敏元件中產(chǎn)生的所述光致過剩載流子依賴于所述深度，并且由以下公式給出
g-(x)=料 S.X [a.exp(-ax)] he其中，φ是輻射強度，λ是波長，α是吸收系數(shù)，S是傳感器面積，q是元電荷，c是真空中的光速，以及h是普朗克常數(shù)。這些過剩載流子對所述測量電流有貢獻。具體地，過剩載流子是從χ = 0 (表面)到深度w收集到的，并且對以下公式給出的電流有貢獻
權(quán)利要求
1.一種照明檢測系統(tǒng)，包括第一頻率的激勵輻射源(10)；以及檢測器(16)，用于檢測從樣品的分析區(qū)域收集的由激勵引起的第二頻率的光，其中所述檢測器用于產(chǎn)生第一和第二檢測器信號，所述第一和第二檢測器信號響應(yīng)于在不同深度上檢測器內(nèi)吸收的入射光，并且其中所述系統(tǒng)還包括用于處理所述第一和第二檢測器信號的裝置(90)，以區(qū)分第一和第二頻率的入射光并且從而確定所述第二頻率的光的強度，其中所述檢測器(16)包括檢測器元件和偏置裝置(90)，所述偏置裝置用于設(shè)置檢測器元件的不同操作條件以改變所述檢測器所響應(yīng)的吸收深度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述檢測器(16)包括一個或者多個p-n結(jié)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述檢測器(16)提供代表一段時間段上入射光的積分(36)的電流輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，還包括用于脈沖調(diào)節(jié)(30)所述激勵源的脈沖調(diào)節(jié)裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，還包括計時裝置，用于相對于相應(yīng)激勵源脈沖(30)的結(jié)束，對所述檢測器提供入射光積分的所述時間段進行計時，并且其中所述處理裝置(90) 用于針對一組不同的時間段來處理所述第一和第二檢測器信號。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，包括生物組分篩選系統(tǒng)。
7.一種利用照明檢測系統(tǒng)測量來自樣品的冷光的方法，包括產(chǎn)生第一頻率的激勵輻射；將所述激勵輻射提供給樣品的分析區(qū)；通過產(chǎn)生響應(yīng)于在不同深度上吸收的入射光的第一和第二檢測器信號，來檢測從樣品分析區(qū)收集的由激勵引起的第二頻率的光；以及處理所述第一和第二檢測器信號，以區(qū)分第一和第二頻率的入射光并且從而確定第二頻率的光的強度，其中所述檢測器信號是從具有不同偏置條件的P-n結(jié)得到的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中產(chǎn)生第一和第二檢測器信號包括產(chǎn)生代表一段時間段上入射光的積分的電流輸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括對所述激勵源進行脈沖調(diào)節(jié)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括相對于相應(yīng)激勵源脈沖的結(jié)束，對所述檢測器元件提供入射光積分的所述時間段進行計時，并且其中所述處理包括針對一組不同的時間段，處理所述第一和第二檢測器元件信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一項所述的方法，其中檢測光包括從所述樣品中收集熒光照明。
全文摘要
一種光學(xué)分析儀器和方法，其中檢測器基于對不同深度的檢測器吸收的入射光的響應(yīng)提供了兩個不同的信號。處理這些信號來區(qū)分兩個不同頻率的入射光，并且從而確定一種具有期望頻率的光的強度。
文檔編號G01N21/64GK102472708SQ201080029236
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者代明·萊諾貝爾, 拉杜·蘇爾代亞努 申請人:Nxp股份有限公司