生物液体光度测量仪器的制造方法
【专利摘要】生物液体光度测量仪器(114)，包括透镜系统(120)，其光耦合系统位于光源(118)和多个样品区(116)之间，包括远心元件(134)和多个混光棒(136)，每个样品区有混光棒，远心元件(134)在光源和样品区之间，多个混光棒(136)为锥形，每个混光棒的细端(140)朝向样品区，多个混光棒(136)在远心元件和样品区之间。在样品区(116)和检测器(122)之间还有光学检测系统(124)，其包括所述远心元件和所述多个混光棒，光穿过远心元件和混光棒。同时测量被分析物在样品区中是否存在或其数量的方法，包括：使用光束照射样品区，光束穿过光耦合系统，其包括远心元件(134)和多个混光棒(136)，布置在光源(118)和样品区之间，使得光束被导入样品区；以及，在样品区被照射后，检测光束，光束被光学检测系统(124)聚焦到检测器(122)上。
【专利说明】生物液体光度测量仪器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种生物液体光度测量仪器，所述仪器包括光源、透镜系统和检测器。本发明还涉及一种包括上述仪器的被分析物测量分析装置。本发明还涉及一种包括这种分析装置的分析系统。而且，本发明还涉及同时测量被分析物在样品区中是否存在或其数量的方法。
【背景技术】
[0002]用于扩增仪器的透镜系统是业界熟知的。在US7, 906, 767中示出了这种透镜系统的一个例子。该透镜系统包括场透镜、场透镜阵列和光瞳透镜阵列。这种透镜系统可用于生物液体的光度测量。相应的仪器包括光源、检测器和这种透镜系统，其中，所述透镜系统包括场透镜阵列。
【发明内容】
[0003]本发明的一个目的是提供一种改良的生物液体光度测量仪器，所述仪器包括光源、透镜系统和检测器。本发明的另一个目的是提供一种改良的包括上述仪器的被分析物测量分析装置。本发明的另一个目的是提供一种改良的包括上述分析装置的分析系统。本发明的另一个目的是提供一种改良的同时测量被分析物在样品区中是否存在或其数量的方法。
[0004]本发明提供一种改良的生物液体光度测量方法和和装置，所述方法和装置具有在独立权利要求中限定的特征。在从属权利要求中列出了可按单独方式或任意组合方式实现的【具体实施方式】。
[0005]在下文中，“具有”、“包括”或“包含”等术语或其中的任意语法变化形式以非排他的方式使用。因此，这些术语可能指在此背景下所述的实体中不存在除了这些术语所述的特征之外的其它特征的情况，以及存在一个或多个其它特征的情况。例如，“A具有B”、“A包括B”和“A包含B”的表述方式可能指在实体A中除了 B之外不存在其它元素的情况(即，A完全并唯一地由B构成的情况)以及在实体A中除了 B之外还存在一个或多个其它元素(例如元素C、元素C和D、或更多元素)的情况。
[0006]本发明公开一种生物液体光度测量仪器，包括:
[0007]多个间隔布置的样品区；
[0008]适于发射包括至少一个频率的光的光源；
[0009]包括光耦合系统的透镜系统，其中，所述光耦合系统布置在光源和多个样品区之间，该光耦合系统包括至少一个远心元件和多个混光棒，其中，每个样品区分配有至少一个混光棒，远心兀件布置在光源和多个样品区之间，多个混光棒布置在远心兀件和多个样品区之间；
[0010]布置为接收源自于多个样品区的光束的检测器；
[0011]其中，在多个样品区和检测器之间还布置有光学检测系统，所述光学检测系统包括所述远心元件和所述多个混光棒，使得源自于所述多个样品区的光穿过该光学检测系统的所述远心元件和所述多个混光棒。
[0012]所述远心元件可从场透镜、折射场透镜、组合折射场透镜、菲涅耳场透镜、棱镜阵列、菲涅耳棱镜阵列、棱镜中独立选择。所述远心元件和多个混光棒可为物理上独立的装置。远心元件和多个混光棒可彼此直接接触。
[0013]多个混光棒应为锥形，每个混光棒的细端朝向多个样品区。使用多个锥形混光棒具有多种优点，这些优点将在下文中更详细地说明。
[0014]第一个优点是效率更高。具体而言，在激励方面，锥形混光棒的优点是能够汇集来自于光源的所有激励光，使激励光在场平面上均一分布，然后把激励光导入单独或联合的样品区中。而且，能够防止多个样品区之间边缘处的光发生浪费。由于锥形混光棒把来自于粗端的光汇聚到细端，因此虽然多个样品区之间有物理距离，所谓的照射填充系数也能提高至100%。在激励或照射光路径中，每个混光棒的输出端的横截面小于场平面上的输入端的横截面，从而使棒的细端处的照射光的数值孔径较大。这种较大的数值孔径还具有均匀地照射样品区中的样品的优点。在光发射方面，由样品区发射的光通过锥形混光棒的细端进入锥形混光棒，并被导向锥形混光棒的粗端。锥形混光棒的各个粗端构成另一个场平面。混光棒不会为光学系统增加任何光功率。光仅在棒中传导，不发生成像，因此这与由样品区组成的物体的移动类似。而且，由于横截面通过锥形棒扩大，因此在场平面上产生的数值孔径小于样品区的原数值孔径。换言之，由于光分布到较大横截面上会减小角度，光束还会发散，因此其数值孔径会减小。所以，减小场平面处的数值孔径是一大优点，由于较小的数值孔径能够提高光学检测装置的耦合效率，因而能捕获尽可能多的光。与发散角较大的光线相比，此时会有更多的光线与光学检测装置的孔径相匹配。
[0015]第二个优点是能够减少串扰。具体而言，使用这种锥形混光棒的另一个优点是，光路中存在的并被光束穿过的光学表面的数量较少。光学表面的数量少意味着能够减少光损失，并且减少光线每次通过表面时发生的反射。这种反射总是具有所谓的假信号和/或串扰的危险，这些危险会导致错误信号。在由各个混光棒的所有粗端面构成的场平面上直接整合场透镜或棱镜阵列是实现这种优点的最佳方式。此场透镜或棱镜阵列用于把信号从外槽孔直接导向光学检测装置的光孔中心。
[0016]第三个优点是能够降低对公差的依赖性。具体而言，使用这种锥形混光棒阵列还能降低如US7, 906，767中所述的使用光瞳透镜、接触透镜和场透镜阵列时对公差的依赖性。接触透镜和场透镜阵列为系统提供很高的光功率，这使得各个系统高度依赖于公差。混光棒根本不提供光功率。因此，它们对公差很不敏感。混光棒仅需对准样品区阵列。这种布置方式比对准多个透镜阵列要简单得多。而且，在光传播方向上，多个样品区与场透镜之间的距离仅由多个锥形混光棒的尺寸决定。在采用透镜阵列而不是混光棒的情况中，若所述公差变得过大，则检测到的信号会缺乏一致性。
[0017]理论上，多个锥形混光棒与场透镜或场透镜阵列组合能产生与US7, 906, 767中所述的光路相同的光路，但是能进一步提高光效率并降低串扰的可能性。而且，由于多个样品区和场透镜之间没有光功率，因而能够允许组件中有较大的公差，而不会造成不良作用。多个锥形混光棒中的每一个把光导向下一个光学平面，并进行转换，使光以最佳方式与后面的光学装置匹配。
[0018]远心元件和多个混光棒可至少部分地由玻璃或塑料制成。远心元件和多个混光棒可通过粘接、焊接或机械连接方式彼此结合起来。远心元件和多个混光棒可一体地形成。远心元件和多个混光棒可整体模制而成。在多个混光棒之间可布置防杂散光的护盖。该护盖可为栅板。多个混光棒可包括至少2个混光棒，优选包括至少96个混光棒，更优选包括96的倍数个混光棒。多个混光棒可包括矩形横截面。多个混光棒可包括布置在远心元件处的近端和朝向多个样品区的远端。多个混光棒中的每一个混光棒的远端可布置在一个公共平面上。多个混光棒可包括锐边，其中，锐边位于混光棒的远端。多个混光棒中的每一混光棒的远端可为平滑状、凸状、凹状、倾斜状或有角度。多个混光棒中的每一混光棒的近端的数值孔径可比远端的数值孔径大。多个混光棒的近端可彼此接触，或者彼此间隔开来。远心元件可以是第一远心元件，多个混光棒可以是第一多个混光棒，其中，该仪器还可包括多个光源、第二远心元件和直接连接至第二远心元件的第二多个光源，其中，第二远心元件可与第一远心兀件相邻布置,从而第二多个混光棒朝向多个光源。从光源发射的光可以是激励光。源自于样品区的光可以是发射光。或者，源自于样品区的光可为反光。这是不使用荧光标记并且检测染色剂等的反光的情况。
[0019]本发明公开一种用于测量被分析物的分析装置，该分析装置包括上述任何方案所述的仪器。该分析装置可为用于在扩增过程实时检测核酸的PCR仪。
[0020]本发明公开一种分析系统，该分析系统包括上述的分析装置。
[0021]本发明的仪器可用于生物液体的光度测量。
[0022]本发明还公开一种同时测量被分析物在样品区中是否存在或其数量的方法，该方法包括:
[0023]使用从光源发射的光束照射所述样品区，其中，所述光束通过光耦合系统，所述光耦合系统包括远心元件和多个混光棒，其中，光耦合系统布置在光源和样品区之间，使得光束导入样品区中；以及
[0024]在样品区被照射之后，检测源自于样品区的光束，其中，所述源自于样品区的光束被布置于样品区和检测器之间的光学检测系统聚焦到检测器上。
[0025]下面说明上述方法的【具体实施方式】。
[0026]本文中使用的术语“光源”可为能够用于激励在待分析的样品中产生的荧光的任何类型的照明装置。本发明的光源可为一次光源或二次光源，其中，一次光源把电能、电磁能、化学能、热能、动能或任何其它形式的能量(包括以荧光体为基础的发光二极管等)转化为适合于激励样品区中的标记分子的光。二次光源是把一个光束的形状、方向和均一性转化到另一个光束中的光源。它可以是白光光源，或者仅包含一个波长、多个波长、或一个或多个波长带或它们的组合。典型的光源有白炽灯、气体放电灯、或发光二极管(LED)，包括有机LED (OLED)。光源包括以单一频率或多个不同频率发光的发光体。另外，光源可为不只一个上述发光体的布置形式。
[0027]本文中使用的术语“检测器”指位于场平面的影像的像平面上的多个独立检测点的一种特定布置形式。每个独立的检测点是能够捕获光并把光强度转换为相应的电信号的装置。源自于包含在槽孔、瓶或样品区中的每个样品的荧光的影像与至少一个检测点重合。例如，检测器可包括适合于把由光束传递的光信号转换为显示器上的图形显示从而使用户能够分辨其测量结果的电荷耦合装置(CCD)芯片。
[0028]本文中使用的术语“发射光束”指源自于样品区的光束。这些光束可以是通过对包含在槽孔中或样品区中的样品的标记分子进行激励而产生的荧光，即发射光，或者，在不使用荧光标记的情况下，可以是反光。
[0029]本文中使用的术语“透镜系统”包括位于场平面与由多个独立检测点构成的构造之间的光路中的一个或多个透镜或透镜阵列以及可选的镜子或其它光学元件(例如反光镜)，它用于穿过概念上的或物理的光瞳在可能与由独立检测点构成的上述构造的表面重合或不重合的像平面上产生清晰的场平面影像。
[0030]本文中使用的术语“远心元件”指具有孔径光阑、并通过孔径光阑和物体之间的光学元件投射到无限远处的光学元件。换言之，远心镜片的主光线在物方是准并行的。术语“主光线”用于穿过孔径光阑的中心的所有光线。物体是由光源照射的样品区。所述远心元件对于激励路径和检测路径是远心的。垂直于光轴的平面中的每个物点与激励主光线和检测主光线对应。由于所有激励主光线和所有检测主光线都是准并行的，因此能保证物平面上的良好侧向均一性，并且位于组件中心的各个点与位于组件边缘的各个点是相当的。在本发明中，所述远心元件可从由场透镜、折射场透镜、组合折射场透镜、菲涅耳场透镜、场透镜阵列、棱镜阵列、菲涅耳棱镜阵列和棱镜构成的组中选择。
[0031 ] 在本文中使用的术语“场透镜阵列”指场透镜的二维阵列，其中，所有场透镜都布置在光学系统中的场平面上，或者靠近场平面。该阵列包括不只一个场透镜阵列元件。“场透镜阵列元件”可以是独立的场透镜。
[0032]在本文中使用的术语“棱镜阵列”指棱镜的二维阵列，其中，所有棱镜都布置在光学系统中的场平面上，或者靠近场平面。该阵列包括不只一个棱镜阵列元件。“棱镜阵列元件”可以是独立的棱镜。
[0033]在本文中使用的术语“菲涅耳透镜”指一种紧凑式透镜。这种设计无需常规设计的透镜所必要的材料量和体积即可实现大孔径和短焦距的透镜构造。菲涅耳透镜可做得比同等的常规透镜薄得多，在某些情况中，可采用平板的形式。菲涅耳透镜可捕获来自于光源的更多斜照光，从而使配有菲涅耳透镜的灯塔所发出的光能够在更长的距离内可见。
[0034]本文中使用的术语“场平面”指清晰成像到检测器上的平面。因此，场平面总是位于形成物平面的清晰影像的位置。一个光学系统可包括物平面的一个或多个清晰的中间像，因此可包括一个或多个场平面。而且，场平面是每个发光笔聚焦为一个点的位置。因此，位于场平面上的每个透镜相对于这些发光笔都没有折射力。因此，场透镜不聚焦光束，而是偏转光束。如果场透镜不是精确地位于场平面上而是位于场平面附近，但是如果它聚焦光功率的话，那么这个透镜可能仍是场透镜，这取决于该透镜的焦距和其踞场平面的距离是否比光束的直径小，从而使该透镜的主要作用是偏转光束而不是聚焦光束。
[0035]本文中使用的术语“锐边”指不圆滑的边缘形状，或者具有很小的曲率半径的圆滑边缘形状。
[0036]样品区可处于部件内的腔室中。样品区可为塑料容器。例如，样品区可以是构造并布置为允许该部件和包含在所述容器中的液体之间以最佳方式进行传热的塑料容器。这能实现热循环过程中的最佳条件，并确保核酸扩增的特定性和效率。所述液体包括可通过光束照射检测的反应物。例如，反应物可为与液体中的反应产物的形成相关联的荧光标签。反应的一个例子是扩增反应，例如TMA、NASBA或PCR。这种扩增反应在业界是熟知的。或者，样品区为多孔板，即，布置在微孔滴定板中的槽孔。
[0037]本发明的一个基本构思是使用远心元件最佳化多个样品区的照射，以进行光度测量，例如荧光标记的激励和检测。为此，在多个样品区和检测器之间布置一个光学检测系统，所述光学检测系统包括远心元件和多个混光棒，使得源自于多个样品区的光穿过该光学检测系统的所述远心元件和所述多个混光棒。因此，远心元件用于处于场平面内或场平面附近的激励光和发射光，或者反光。为了防止样品区之间发生串扰，提供了多个混光棒，由光源发射的光线和源自于样品区的光线穿过这些混光棒。相应地，与现有技术的透镜布置方式相比，在本发明中，由于混光棒分隔光的传播，并且远心元件和混光棒可简化为单个产品和单个透镜，因此本发明简化了场透镜阵列。
[0038]混光棒的锥形端优选朝向样品区，从而使得从光源发射的光被独立、均匀地分布到相应的样品区中。所述锥形端的数值孔径比耦合场平面内的数值孔径大。利用组装构造(即，使混光棒和远心元件组装在一起的构造)，混光棒的粗端可在一个区域中彼此接触，也可在一定程度上在空间上相互分隔。此平面以清晰的方式成像到检测器上。因此，最佳方式是在作为激励发射区域的粗端直接布置场透镜、场透镜阵列或棱镜阵列。例如，场透镜或场透镜阵列可与混光棒一体地形成，例如通过模制形成。这样，不论远心元件是单场透镜、矩形场透镜、菲涅耳透镜，还是场透镜阵列，例如很小的矩形或方形场透镜或菲涅耳透镜，都能避免混光棒和远心元件之间的物理过渡。
[0039]由于源自于每个样品区的发射光束的进入或入射平面以远心和清晰的方式成像到检测器上，因此不会发生串扰。利用布置在混光棒之间的防杂散光的防护装置、保护装置或护盖(例如栅板)，能够防止各个混光棒之间通过空气发生串扰。原则上，混光棒在发射侧平面上的侧向间距越大，防串扰的效果越好。优选通过在注模、切割过程中使各个混光棒之间形成尖锐过渡部分或随后通过磨出锐边来实现此效果。
[0040]因此,可在由光源发射的光的方向上以及源自于样品区的光的发射方向上使光的传播效率达到最佳。
[0041]混光棒的端面优选为平面，并且共同构成一个平面。或者，端面可为凸状、凹状、倾斜状或有角度，例如人字形或锥形，以便把光源发出的光导向样品区内的所需位置，或者以最佳方式耦合来自于预定点的光。例如，利用通过磁场固定至样品区中的预定位置的磁珠或利用凝固反应的光学测量(其中，凝结血液或血浆附着到样品区的壁上)，能够实现这种布置形式。
[0042]相同的光学结构件还可用在照射传播方向上(该方向通常与光源发射光的方向对应)，使各个混光棒布置在一系列LED或其它光源上，例如0LED、卤素灯或激光源。上部可设计为使发射的光耦合到具有所需特征的光学系统中。因此，利用以平凸方式布置的场透镜，能够实现最佳的远心照射。来自于多个LED的光可在一个区域上均化，但是通过预先或在更深的位置合并混光棒，利用预定的串扰裕量，能够实现各个LED的不同波长的混合。
[0043]可以附接一个透镜或一系列透镜，而不是使用单个远心场透镜，从而把光导致新的方向。具体而言，利用布置在发射平面之间的棱镜元件，可使发射平面呈一定角度。平凸透镜可形成相应的大光场的上端。在上方分别布置有一个透镜的一个或多个混光棒的各个区域可在其它方向或其它距离上成像，而这是具有多个检测器的系统所需的。例如，具有较高或不太高形状的透镜或不同曲率的透镜的一个混光棒的一个通道可成像到一个单独的检测器上，该检测器在光学上可位于比测量系统的检测器较近或较远的位置，从而使该通道可作为光参考通道。或者，不同位置的透明材料可具有不同的涂层或颜色，以适应相应的滤波特性。
[0044]而且，可以使处于深孔样品区或具有不同填充度的样品区的远心元件处的混光棒具有不同长度，或使混光棒的朝向不并行。利用有角度的混光棒，能够在测量荧光发射的同时使参考光源导向同一个检测器。或者，可垂直于多个样品区测量来自于干式探针阵列的信号。
[0045]在远心元件和混光棒的另一些可能的实施方式中，远心元件和混光棒形成为由塑料或玻璃制成的注模件，具有96个、384个、1536个(2至1600个)或其它数量的方尖形支腿。或者，可以使用由塑料制成的具有方尖形支腿的切削成形件或抛光件。由塑料或玻璃制成的锥形棒可附接至远心阵列上，从而形成一个阵列并结合在一起。所述的棒可通过粘接、焊接、机械耦合等方式(例如通过格网或夹装方式)附接至远心元件上。一个平凸透镜可附接至锥形腿的较粗上端。透镜可粘接、焊接、布置为一个整体或由一个整体而成形，例如通过模制或切削而成形。
[0046]总体而言，在本发明中说明以下特定实施方式:
[0047]实施方式1:一种生物液体光度测量仪器，包括:
[0048]多个间隔布置的样品区；
[0049]适于发射包括至少一个频率的光的光源；
[0050]包括光耦合系统的透镜系统，其中，所述光耦合系统布置在光源和多个样品区之间，该光耦合系统包括至少一个远心元件和多个混光棒，其中，每个样品区分配有至少一个混光棒，远心兀件布置在光源和多个样品区之间，多个混光棒为锥形，每个混光棒的细端朝向多个样品区，多个混光棒布置在远心元件和多个样品区之间；
[0051]布置为接收源自于多个样品区的光束的检测器；
[0052]其中，在多个样品区和检测器之间还布置有光学检测系统，所述光学检测系统包括远心元件和多个混光棒，源自于多个样品区的光穿过光学检测系统的远心元件和多个混光棒。
[0053]实施方式2:如实施方式I所述的仪器，其中，所述远心元件可从场透镜、折射场透镜、组合折射场透镜、菲涅耳场透镜、棱镜阵列、菲涅耳棱镜阵列、棱镜中独立选择。
[0054]实施方式3:如实施方式1-2中任何一个实施方式所述的仪器，其中，远心元件和多个混光棒是物理上分隔的装置。
[0055]实施方式4:如实施方式1-3中任何一个实施方式所述的仪器,其中，远心兀件和多个混光棒彼此物理接触。
[0056]实施方式5:如实施方式1-4中任何一个实施方式所述的仪器，其中，远心元件和多个混光棒至少部分地由玻璃或塑料制成。
[0057]实施方式6:如实施方式1-5中任何一个实施方式所述的仪器,其中，远心兀件和多个混光棒彼此粘接、焊接或机械连接到一起。
[0058]实施方式7:如实施方式1-6中任何一个实施方式所述的仪器，其中，远心元件和多个混光棒一体地形成。
[0059]实施方式8:如实施方式7所述的仪器，其中，远心元件和多个混光棒是整体模制--? 。
[0060]实施方式9:如实施方式1-8中任何一个实施方式所述的仪器，其中，在多个混光棒之间布置有防杂散光的护盖。
[0061]实施方式10:如实施方式9所述的仪器，其中，护盖为栅板。
[0062]实施方式11:如实施方式1-10中任何一个实施方式所述的仪器，其中，多个混光棒包括至少2个混光棒，优选包括至少96个混光棒，更优选包括96的倍数个混光棒。
[0063]实施方式12:如实施方式1-11中任何一个实施方式所述的仪器，其中，多个混光棒包括矩形横截面。
[0064]实施方式13:如实施方式1-12中任何一个实施方式所述的仪器，其中，多个混光棒包括布置在远心兀件处的近端和朝向多个样品区的远端，多个混光棒中的每一个混光棒的远端布置在一个公共平面上。
[0065]实施方式14:如实施方式13所述的仪器,其中，多个混光棒包括锐边,其中,锐边位于混光棒的远端。
[0066]实施方式15:如实施方式13或14所述的仪器,其中，多个混光棒中的每一混光棒的远端为平滑状、凸状、凹状、倾斜状或有角度。
[0067]实施方式16:如实施方式13-15中任何一个实施方式所述的仪器，其中，多个混光棒中的每一个混光棒的近端的数值孔径比远端的数值孔径大。
[0068]实施方式17:如实施方式13-16中任何一个实施方式所述的仪器，其中，多个混光棒的近端彼此接触，或者彼此间隔开来。
[0069]实施方式18:如实施方式1-17中任何一个实施方式所述的仪器，其中，远心元件是第一远心兀件，多个混光棒是第一多个混光棒，该仪器还包括多个光源、第二远心兀件和直接连接至第二远心元件的第二多个光源，其中，第二远心元件与第一远心元件相邻布置，从而第二多个混光棒朝向多个光源。
[0070]实施方式19:如实施方式1-18中任何一个实施方式所述的仪器,其中，从光源发射的光是激励光。
[0071]实施方式20:如实施方式1-19中任何一个实施方式所述的仪器，其中，源自于样品区的光是发射光。
[0072]实施方式21:—种用于测量被分析物的分析装置，包括如任何一个前述实施方式所述的仪器。
[0073]实施方式22:如实施方式21所述的分析装置，其中，该分析装置是用于在扩增过程实时检测核酸的PCR仪。
[0074]实施方式23:—种分析系统，包括如实施方式21或22所述的分析装置。
[0075]实施方式24:—种同时测量被分析物在样品区中是否存在或其数量的方法，包括:
[0076]使用从光源发射的光束照射所述样品区，其中，所述光束通过光耦合系统，所述光耦合系统包括远心元件和多个混光棒，其中，光耦合系统布置在光源和样品区之间，使得光束导入样品区中；以及
[0077]在样品区被照射之后，检测源自于样品区的光束，其中，所述源自于样品区的光束被布置于样品区和检测器之间的光学检测系统聚焦到检测器上。
【专利附图】
【附图说明】
[0078]通过下述的【具体实施方式】的说明，优选结合从属实施方式的说明，能够更详细地披露本发明的更多可选细节和特征。在此，本领域技术人员能够理解，各个可选特征可按独立的方式实现，也可按任意可行的组合方式实现。本发明的范围不局限于所述的【具体实施方式】。这些实施方式在附图中示意性地示出。其中，附图中的相同标号代表相同或在功能上等效的元件。
[0079]在附图中:
[0080]图1是本发明的第一实施方式中的分析系统的透视图；
[0081]图2是与图1所示的分析系统结合使用的远心元件和多个混光棒的放大图；
[0082]图3是图1所示的分析系统在照射操作过程中的示意图；
[0083]图4是图1所示的分析系统在检测操作过程中的示意图；
[0084]图5是本发明的第二实施方式中的分析系统的透视图；
[0085]图6是本发明的第三实施方式中的分析系统的透视图；
[0086]图7是本发明的第四实施方式中的分析系统的透视图；
[0087]图8是本发明的第五实施方式中的分析系统的透视图；
[0088]图9是本发明的第六实施方式中的分析系统的透视图；以及
[0089]图10是适合于与本发明的生物液体光度测量仪器结合使用的防杂散光护盖的透视图。
[0090]标号列表
[0091]110 分析系统
[0092]112 分析装置
[0093]114 生物液体光度测量仪器
[0094]116 样品区
[0095]118 光源
[0096]120 透镜系统
[0097]122 检测器
[0098]124 光学检测系统
[0099]126 槽孔
[0100]128 支架
[0101]130 光稱合系统
[0102]132 透镜
[0103]134 远心元件
[0104]136 混光棒
[0105]138 表面
[0106]140 细端
[0107]142 近端
[0108]144 远端
[0109]146 平面
[0110]148边缘
[0111]150反光镜
[0112]152光束
[0113]154场透镜
[0114]156场平面
[0115]158光瞳光阑
[0116]160滤镜
[0117]162菲涅耳场透镜
[0118]164棱镜阵列
[0119]166棱镜
[0120]168倾斜表面
[0121]170中点
[0122]172菲涅耳棱镜阵列
[0123]174护盖
[0124]176梳状阵列
[0125]178栅板
[0126]180开口
【具体实施方式】
[0127]图1是本发明的第一实施方式中的分析系统110的透视图。分析系统110包括用于测量被分析物的分析装置112。分析装置112包括生物液体光度测量仪器114。分析装置112可以是在扩增过程中用于核酸实时检测的PCR(聚合酶链式反应)仪器，该仪器将在下文中更详细地说明。
[0128]仪器114包括多个间隔布置的样品区116、光源118、透镜系统120、检测器122和光学检测系统124。多个间隔布置的样品区116可布置在支架128 (例如微孔滴定板)的槽孔126中。光源118适合于发射包括至少一个频率的光。例如，光源118发射具有单一频率的光。在此情况中，光源118可为激光或LED。或者，光源118发射包括多个频率的光。在此情况中，光源优选是白光光源，最优选是气体放电灯光源118，例如氙气灯、水银灯或白炽灯，例如钨丝灯。
[0129]透镜系统120包括光耦合系统130。透镜系统120还包括至少一个透镜132。例如，透镜系统120包括多个透镜132。光耦合系统130布置在光源118和多个样品区116之间。光耦合系统130包括至少一个远心元件134和多个混光棒136。远心元件134可从由场透镜、折射场透镜、组合折射场透镜、菲涅耳场透镜、棱镜阵列、菲涅耳棱镜阵列和棱镜构成的组中选择，这将在下文中更详细地说明。每个样品区116配有至少一个混光棒136。远心兀件134布置在光源118和多个样品区116之间。而且,多个混光棒136布置在远心兀件134和多个样品区116之间。检测器122布置为接收源自于多个样品区116的光束。光学检测系统124布置在多个样品区116和检测器122之间。光学检测系统124包括远心元件134和多个混光棒136,源自于多个样品区116的光穿过光学检测系统124的远心兀件134和多个混光棒136。
[0130]远心元件134和多个混光棒136可为物理上独立的装置。远心元件134和多个混光棒136可彼此直接接触。或者，远心元件134和多个混光棒136可至少部分地由玻璃或塑料制成。远心元件134和多个混光棒136可通过粘接、焊接或机械连接方式彼此结合起来。远心兀件134和多个混光棒136可一体地形成。
[0131]图2是与图1所示的仪器114结合使用的远心元件134和多个混光棒136的放大图。在此实施方式中，远心元件134和多个混光棒136整体模制而成。此实施方式的远心元件134包括布置在远心元件134的与多个混光棒136远离的一侧的非球面138。在远心元件的平面图中(从正对混光棒136的一侧观察)，表面138表现为矩形或方形。如图2所示，多个混光棒136为锥形，每个混光棒136的细端140朝向多个样品区域116。更具体地说，每个混光棒136包括与远心元件134接触的上端或近端142以及朝向多个样品区116的下端或远端144。多个混光棒136中的每一个混光棒的远端144布置在一个公共平面146上。多个混光棒136包括矩形横截面。混光棒136还包括位于远端144的锐边148。或者，多个混光棒136中的每一个混光棒的远端144可为圆滑状、凸状、凹状、倾斜状或有角度。多个混光棒136可包括至少两个混光棒136，优选包括至少96个混光棒136，更优选包括96的倍数个混光棒136。在图1和图2所不的实施方式中，多个混光棒136包括96个混光棒。多个混光棒136中的每一个混光棒的近端142的数值孔径比远端144的数值孔径大。多个混光棒136的近端142可彼此接触，或者彼此间隔开来。
[0132]图3是图1所示的分析系统110在操作过程中的示意图。更具体地说，图3是图1所示的分析系统110在照射操作过程中的示意图。例如，仪器114可用于进行生物液体的光度测量。因此，仪器114可执行同时测量被分析物在样品区116中是否存在以及其数量的方法。该方法可包括使用由光源118发射的光束照射样品区116的步骤，其中，光束穿过光耦合系统134。在样品区116被照射后，对源自于样品区116的光束进行检测，其中，源自于样品区116的光束被光学检测系统124聚焦到检测器122上。
[0133]如上所述，分析装置112可为用于在扩增过程实时检测核酸的PCR仪。因此，从光源118发射的光是激励光。而且，源自于样品区116的光是发射光。而且，分析系统110包括用于把由光源发射的光反射并导引至样品区116并把源自于样品区的光导引至检测器122的一个或多个镜子或反光镜150。
[0134]更具体地说，仪器114是实时地同时分析在微孔滴定板型支架128的槽孔126中发生的多个PCR扩增反应的光学仪器，或者是对微阵列的荧光强度成像、把其作为与特定目标探针交互的手段的光学仪器。如果是在各个槽孔126中进行PCR扩增反应，那么所有荧光实体都可作为与双链核酸结合的荧光染料。在本发明的背景下，这些荧光染料称为荧光DNA结合物，而荧光DNA结合物若要与双链DNA结合，就必须是提供特征荧光的分子或分子对。在实时PCR监测领域中，以下检测形式是已知的:DNA结合染料形式(例如SybrGreenl)、TaqMan探针、分子信标、单标签探针(SLP)形式或FRET杂交探针。
[0135]原则上，有两个不同的策略可激励和监测样品区116的横向分布荧光，第一个策略是扫描样品区116的横向分布，此时，可依次对各个样品区116进行分析，每次分析一个样品区。第二个策略是同时照射样品区116的整体分布，并把相应的荧光成像到检测器122的CCD芯片等装置上。在此实施方式中，优选使用后一个策略。
[0136]具体而言，图3示出了从光源118发射的光的发射路径。从光源118发射的光束152被镜子150反射至光耦合系统130，并耦合到远心元件134中。由于远心元件134的非球面138，光束152在远心元件134内折射，从而光束152耦合到混光棒136中，变得彼此平行。这样，穿过混光棒136的光束152在远端144以平行方式离开混光棒136,并被导入样品区116中。由于每个样品区116都配有一个混光棒136,因此光均勻分布到样品区116。由于有96个混光棒136,因此样品区116被96条光线击中。
[0137]源自于样品区116的光束152在混光棒136的远端144稱合进混光棒136中。光束152穿过混光棒136，并在混光棒136的近端142离开混光棒136。然后，光束152耦合进远心元件134中。由于远心元件134的非球面138，光束152在远心元件134内折射，从而光束152朝检测器122汇聚，并且所有96条光线都击中与检测器122相关联的透镜132的中心。
[0138]从上述的操作说明可知，远心元件134用于激励光和发射光，或者用于处于场平面内或场平面附近的反光。为了防止样品区116之间发生串扰，提供了多个混光棒136，由光源118发射的光线和源自于样品区116的光线穿过这些混光棒136。由于来自于每个样品区116的发射光束152的入射平面以远心和清晰的方式成像到检测器122上，因此不会发生串扰。
[0139]图5是本发明的第二实施方式中的分析系统110的透视图。在下文中，仅说明与第一实施方式的差异，并且类似的结构件以相同的标号示出。
[0140]与图1、图3或图4相比，图5仅是一个示意图，并未示出分析系统110的所有结构件。例如，为了简化图示，省略了反光镜150。如图5所示，生物液体光度测量仪器114包括光率禹合系统130。光稱合系统130包括远心兀件134,该远心兀件是组合折射场透镜154。因此，场透镜154包括布置在与多个混光棒远离的一侧的非球面138。场透镜154提供一个场平面156，该场平面面向多个混光棒136。混光棒136在场平面156处附接至场透镜154，或者与场透镜154 —体地形成。而且，还有与检测器122配套的透镜132、光瞳光阑158和滤镜160。如图5所不,源自于多个样品区116的光束152在混光棒136的远端稱合进混光棒136中，彼此平行地穿过混光棒136，并被场透镜154折射，从而光束在透镜132的光瞳光阑158内聚焦，并在位于另一个场平面(未示出)上的检测器122上形成清晰的影像。具体而言，源自于某个样品区116的光束152稱合到与之相应的混光棒136中。需要明确说明的是，照射操作和检测操作可同时进行。
[0141]图6是本发明的第三实施方式中的分析系统110的透视图。在下文中，仅说明与前述实施方式的差异，并且类似的结构件以相同的标号示出。
[0142]与图1、图3或图4相比，图6仅是一个示意图，并未示出分析系统110的所有结构件。例如，为了简化图示，省略了反光镜150。如图6所示，生物液体光度测量仪器114包括光耦合系统130。光耦合系统130包括远心元件134，该远心元件是单菲涅耳场透镜162。菲涅耳场透镜162提供朝向多个混光棒136的场平面156。混光棒136在场平面156处附接至菲涅耳场透镜162，或者与菲涅耳场透镜162 —体地形成。而且，还有与检测器122配套的透镜132、光瞳光阑158和滤镜160。如图6所示，源自于多个样品区116的光束152在混光棒136的远端144稱合进混光棒136中，彼此平行地穿过混光棒136,并被场透镜162折射，从而光束在透镜132的光瞳光阑158中聚焦,并在位于另一个场平面(未不出)上的检测器122上形成清晰的影像。具体而言，源自于某个样品区116的光束152耦合到与之相应的混光棒136中。当然，上述的光透射方式也逆向地适用于仪器114的发射侧。
[0143]图7是本发明的第四实施方式中的分析系统110的透视图。在下文中，仅说明与前述实施方式的差异，并且类似的结构件以相同的标号示出。
[0144]与图1、图3或图4相比，图7仅是一个示意图，并未示出分析系统110的所有结构件。例如，为了简化图示，省略了反光镜150。如图7所示，生物液体光度测量仪器114包括光率禹合系统130。光稱合系统130包括远心兀件134,该远心兀件是棱镜阵列164。棱镜阵列164提供面向多个混光棒136的场平面156。混光棒136在场平面156出附接至棱镜阵列164，或者与棱镜阵列164—体地形成。而且，还有与检测器122配套的透镜132、光瞳光阑158和滤镜160。棱镜阵列164包括多个棱镜166。每个棱镜166配有一个混光棒136。棱镜166可布置为使棱镜166具有背离棱镜阵列164的中点170的倾斜表面168。例如，如图7所示，有六个棱镜166，其中，三个左侧棱镜166包括朝向图7中的左侧的倾斜表面168，而三个右侧棱镜166包括朝向图7中的右侧的倾斜表面168。
[0145]而且,如图7所不,源自于多个样品区116的光束152在混光棒136的远端144稱合进混光棒136,彼此平行地穿过混光棒136,并被棱镜166的倾斜表面168折射,从而光束在透镜132的光瞳光阑158中聚焦，并在位于另一个场平面(未示出)上的检测器122上形成清晰的影像。具体而言，源自于某个样品区116的光束152耦合到与之相应的混光棒136 中。
[0146]图8是本发明的第五实施方式中的分析系统110的透视图。在下文中，仅说明与前述实施方式的差异，并且类似的结构件以相同的标号示出。
[0147]与图1、图3或图4相比，图8仅是一个示意图，并未示出分析系统110的所有结构件。例如，为了简化图示，省略了反光镜150。如图8所示，生物液体光度测量仪器114包括光耦合系统130。光耦合系统130包括远心元件134，该远心元件是单菲涅耳棱镜阵列172。菲涅耳棱镜阵列172提供朝向多个混光棒136的场平面156。混光棒136在场平面156处附接至菲涅耳棱镜阵列172，或者与菲涅耳棱镜阵列172—体地形成。而且，还有与检测器122配套的透镜132、光瞳光阑158和滤镜160。如图8所不,源自于多个样品区116的光束152在混光棒136的远端144耦合进混光棒136中，彼此平行地穿过混光棒136，并被菲涅耳棱镜阵列172折射，从而光束在透镜132的光瞳光阑158中聚焦，并在位于另一个场平面(未示出)上的检测器122上形成清晰的影像。具体而言，源自于某个样品区116的光束152耦合到与之相应的混光棒136中。
[0148]图9是本发明的第六实施方式中的分析系统110的透视图。在下文中，仅说明与前述实施方式的差异，并且类似的结构件以相同的标号示出。
[0149]与图1、图3或图4相比，图9仅是一个示意图，并未示出分析系统110的所有结构件。例如，为了简化图不，省略了反光镜150。第六实施方式基本上与第二实施方式相同。因此，生物液体光度测量仪器114包括光稱合系统130。光稱合系统130包括远心兀件134,该远心元件是组合折射场透镜154。因此，场透镜154包括布置在与多个混光棒远离的一侧的非球面138。场透镜154提供一个场平面156,该场平面面向多个混光棒136。混光棒136在场平面156处附接至场透镜154，或者与场透镜154—体地形成。而且，还有与检测器122配套的透镜132、光瞳光阑158和滤镜160。根据第六实施方式，在多个混光棒136之间布置有防杂散光的护盖174。护盖174可为梳形阵列176。
[0150]如图9所示，源自于多个样品区116的光束152在混光棒136的远端144耦合进混光棒136，彼此平行地穿过混光棒136，并被场透镜154折射，从而光束在透镜132的光瞳光阑158中聚焦，并在位于另一个场平面(未示出)上的检测器122上形成清晰的影像。具体而言，源自于某个样品区116的光束152稱合到与之相应的混光棒136中。护盖174把各个光束152遮蔽开来，从而防止各个混光棒136之间通过空气发生串扰。
[0151]图10是适合于与如上述任何一个实施方式所述的生物液体光度测量仪器114结合使用的防杂散光护盖174的透视图。图10所示的护盖可视为图9所示的护盖174的另一种形式。如图10所示，护盖174可以是栅板178，该栅板包括均匀分布的方形或矩形开口180。栅板178可附接至光耦合系统130，从而使混光棒136穿过开口 180。
[0152]应明确说明的是，根据上述任何一个实施方式，远心元件134可为第一远心元件，多个混光棒136可为第一多个混光棒。仪器114还可包括多个光源118、第二远心元件以及与第二远心元件直接连接的第二多个光源(未示出)。第二远心元件可与第一远心元件相邻布置，使得第二多个混光棒朝向多个光源。因此，第一和第二远心元件以及第一和第二多个混光棒以镜面对称的方式布置。这种布置方式可进一步防止任何串扰。
[0153]应明确说明的是，在说明书和/或权利要求书中披露的所有特征是出于原始公开以及限制所要求发明之目的而彼此分离、独立地披露的，这些特征不受限于实施方式和/或权利要求书中的特征组合。应明确说明的是，所有的数值范围或实体组的表示是出于原始公开以及限制所要求发明之目的而披露了每个可能的范围中间值或中间实体，例如数值范围的限值。
【权利要求】
1.一种生物液体光度测量仪器(114)，包括: 间隔布置的多个样品区(116)； 适于发射包括至少一个频率的光的光源(118)； 包括光耦合系统(130)的透镜系统(120)，其中，所述光耦合系统(130)布置在光源(118)和所述多个样品区(116)之间，所述光耦合系统(130)包括至少一个远心元件(134)和多个混光棒(136)，其中，每个样品区(116)分配有至少一个混光棒(136)，远心元件(134)布置在光源(118)和所述多个样品区(116)之间，所述多个混光棒(136)为锥形，每个混光棒(136)的细端(140)朝向所述多个样品区(116),所述多个混光棒(136)布置在远心元件(134)和所述多个样品区(116)之间；以及 布置为接收源自于所述多个样品区(116)的光束(152)的检测器(122)； 其中，在所述多个样品区(116)和所述检测器(122)之间还布置有光学检测系统(124)，所述光学检测系统(124)包括所述远心元件(134)和所述多个混光棒(136)，使得源自于所述多个样品区(116)的光穿过该光学检测系统(124)的所述远心元件(134)和所述多个混光棒(136)。
2.如权利要求1所述的仪器(114)，其中，所述远心元件(134)可从场透镜、折射场透镜、组合折射场透镜(154)、菲涅耳场透镜(162)、棱镜阵列(164)、菲涅耳棱镜阵列(172)、棱镜(166)中独立选择。
3.如权利要求1所述的仪器(114)，其中，所述远心元件(134)和所述多个混光棒(136)是一体地形成的。
4.如权利要求1权利要求所述的仪器(114)，其中，在所述多个混光棒(136)之间布置有防杂散光的护盖(174)。
5.如权利要求1-4中任一项所述的仪器(114)，其中，所述多个混光棒(136)包括矩形横截面。
6.如权利要求1-4中任一项所述的仪器(114)，其中，多个混光棒(136)包括至少2个混光棒(136)，优选包括至少96个混光棒(136)，更优选包括96的倍数个混光棒(136)。
7.如权利要求1-4中任一项所述的仪器(114)，其中，所述多个混光棒(136)包括布置在所述远心元件(134)处的近端(142)和朝向所述多个样品区(116)的远端(144)，其中，所述多个混光棒(136)中的每一个混光棒的远端(144)布置在一个公共平面(146)上。
8.如权利要求7所述的仪器(114)，其中，所述多个混光棒(136)包括锐边(148)，所述锐边(148)位于混光棒(136)的远端(144)。
9.如权利要求7所述的仪器(114)，其中，所述多个混光棒(136)中的每一个混光棒的远端(144)的数值孔径比近端(142)的数值孔径大。
10.一种用于测量被分析物的分析装置(112)，包括如权利要求1-9中任一项所述的仪器(114)。
11.如权利要求10所述的分析装置(112)，其中，该分析装置(112)是用于在扩增过程实时检测核酸的PCR仪。
12.—种分析系统(110)，包括如权利要求10或11所述的分析装置(112)。
13.—种同时测量被分析物在样品区中是否存在或其数量的方法，包括: 使用从光源(118)发射的光束(152)照射所述样品区，其中，所述光束通过光耦合系统，所述光耦合系统包括远心元件(134)和多个混光棒(136)，其中，所述光耦合系统布置在光源(118)和样品区之间，使得所述光束(152)导入样品区中；以及在样品区被照射之后，检测源自于样品区的光束(152)，其中，所述源自于样品区的光束(152)被布置于样品区和检测器(122)之间的光学检测系统(124)聚焦到检测器(122)上。
【文档编号】G01N21/64GK104422678SQ201410443195
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年9月2日 优先权日:2013年9月2日
【发明者】J.维尔特佐里克 申请人:霍夫曼-拉罗奇有限公司