在图案化衬底上执行结构化照明显微术的制作方法

在图案化衬底上执行结构化照明显微术
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2021年3月19日提交的题为“performing structured illumination microscopy on a patterned substrate,”的美国临时申请号63/200,639的优先权，其内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本技术涉及在图案化衬底上执行结构化照明显微术。


背景技术：

4.结构化照明显微术(structured illumination microscopy(sim))已用于增加从样品获得的图像的分辨率。sim利用具有不同条纹图案(pattern)的样品的若干图像，使得样品上的不同位置暴露于一定范围的照明强度。在一些情况下，可以通过以单独的角度围绕光轴旋转图案取向来重复该过程。捕获的图像可以被组装成具有扩展的空间频率带宽的单个图像，其可以被重新变换到真实空间中以生成具有比由常规显微镜捕获的图像更高的分辨率的图像。现有的sim方法可能具有增加系统的复杂性、尺寸、制造成本和/或操作成本的一个或多个特性。


技术实现要素：

5.在第一方面，一种结构化照明显微术(sim)系统包括：光源；光结构化部件，该光结构化部件用于为来自所述光源的光提供sim图案，用于在具有衬底图案的衬底处执行样品的照明，其中所述sim图案的间距(pitch)基于所述衬底图案的特性；以及图像传感器，该图像传感器用于检测所述样品响应于所述照明而生成的发射。
6.实施方式可以包括以下特征中的任何一个或全部。衬底图案包括周期性图案，并且sim图案的间距基于周期性图案的间距。sim图案的间距大于周期性图案的间距。sim图案的间距在周期性图案的间距的约1.5倍和约2倍之间。光结构化部件包括用于生成sim图案的光栅，该光栅对应于周期性图案的间距。衬底图案包括在衬底处形成的纳米阱(nanowell)。衬底图案包括纳米阱以正方形阵列布置。正方形阵列具有以线性行和线性列布置的纳米阱，其中线性行基本上垂直于线性列。第一线性行或线性列被sim图案照明，其中第二线性行或线性列与第一线性行或线性列平行并相邻，并且其中当第一线性行或线性列被sim图案照明时，第二线性行或线性列不被sim图案照明。光源包括激光器或发光二极管中的至少一种。所述样品包括生物材料，并且其中所述图像传感器用于感测由所述样品响应于所述照明而发射的荧光。sim系统被配置为围绕光轴将sim图案旋转到调制角，其中，在sim图案的每个调制角处执行照明中的至少一个照明。所述衬底图案是周期性图案，并且其中所述sim系统被配置为向所述sim图案的每个调制角提供偏移以形成偏移调制角，所述偏移调制角都不对应于所述周期性图案的对称轴的角度，其中在所述sim图案的每个偏移调制角处执行所述照明中的至少一个照明。衬底图案包括随机图案，并且其中sim图案的间
距基于与随机图案相关的分辨率。sim图案的间距与涉及随机图案的分辨率大约是相同的数量级。
7.在第二方面，一种方法包括：配置结构化照明显微术(sim)系统，用于在具有衬底图案的衬底处执行样品的照明；基于所述衬底图案的特性选择所述sim系统的sim图案的间距；利用所述sim图案在所述衬底处执行对所述样品的照明；以及检测所述样品响应于所述照明而生成的发射。
8.实施方式可以包括以下特征中的任何一个或全部。衬底图案包括周期性图案。基于周期性图案的间距来选择sim图案的间距。选择所述sim图案的间距包括配置具有用于生成所述sim图案的光栅的所述sim系统，所述光栅对应于所述周期性图案的间距。所述光栅具有介于所述周期性图案的间距的约1.5倍和约2倍之间的间距。所述样品包括生物材料，并且其中检测所述发射包括检测由所述样品响应于所述照明而发射的荧光。
9.在第三方面，一种结构化照明显微术(sim)系统包括：光源；光结构化部件，该光结构化部件为来自光源的光提供sim图案，用于在具有周期性图案的衬底上执行样品的照明，所述光结构化部件被配置为用于将所述sim图案围绕光轴旋转成调制角，并且用于提供对所述sim系统的每个所述调制角的偏移以形成偏移调制角，所述偏移调制角都不对应于所述周期性图案的对称轴的角度；以及图像传感器，用于检测所述样品响应于所述照明而生成的发射。
10.实施方式可以包括以下特征中的任何一个或全部。提供偏移使得偏移调制角中的每一个小于对应的调制角。提供偏移使得偏移调制角中的每一个大于对应的调制角。该偏移约为10-30度。该偏移约为20度。所述调制角中的一个调制角为约45度，并且其中对应于所述调制角中的一个调制角的偏移调制角为约25度。周期性图案包括形成在衬底处的纳米阱。周期性图案包括纳米阱以正方形阵列布置。正方形阵列具有以线性行和线性列布置的纳米阱，其中线性行基本上垂直于线性列。第一纳米阱被sim图案照明，其中第二纳米阱与第一纳米阱相邻，并且其中当第一纳米阱被sim图案照明时，第二纳米阱不被sim图案照明。光源包括激光器或发光二极管中的至少一种。sim图案的间距基于周期性图案的间距。sim图案的间距在周期性图案的间距的约1.5倍和约2倍之间。
11.在第四方面，一种方法包括：配置结构化照明显微术(sim)系统，用于将sim图案围绕光轴旋转成调制角，所述sim系统被配置为用于在具有周期性图案的衬底处执行样品的照明；向所述sim系统的每个调制角提供偏移以形成偏移调制角，所述偏移调制角都不对应于所述周期性图案的对称轴的角度；以所述偏移调制角利用所述sim图案在所述衬底处执行对所述样品的照明；以及检测所述样品响应于所述照明而产生的发射。
附图说明
12.本专利或申请文件包含至少一幅彩色附图。具有彩色附图的本专利或专利申请公开的副本将在请求并支付必要费用后由专利局提供。
13.图1是可以促进结构化照明显微术(sim)的示例系统的示意图，并且其中相位(phase)选择器放置在反射部件之后；
14.图2示出了sim图案的示例；
15.图3示出了具有周期性图案的衬底的示例；
16.图4示出了图2的sim图案和图3的衬底的组合的示例；
17.图5示出了sim图案和图3的衬底的组合的示例，其中已经基于衬底的周期性图案的间距来选择sim图案的间距；
18.图6示出了具有sim图案间距对测序误差的影响的示例的图；
19.图7示出了使用sim图案将sim条纹的激发照明光投射到图3的衬底上的示例，其中sim图案的调制角已经相对于衬底的周期性图案的角度偏移；
20.图8a-8c示出了向sim图案的调制角提供偏移以形成偏移调制角的示例；
21.图9a-9b示出了在没有(图9a)和具有(图9b)调制角偏移的情况下捕获的图像的示例；
22.图10a-10b示出了在没有(图10a)和具有(图10b)调制角偏移的情况下捕获的图像的其他示例；
23.图11示出了方法的示例；
24.图12是可以促进sim的示例系统的示意图，并且其中相位选择器放置在反射部件之前；
25.图13是可用于生物和/或化学分析的示例系统的示意图；图1的系统可以是图13中的系统的一部分；
26.图14示出了具有随机图案的衬底的示例；
27.图15示出了具有可旋转镜的旋转直列光栅系统(rigs)的示例，该旋转直列光栅系统(rigs)可以被实现为图1的系统的一部分。
具体实施方式
28.本文描述了可以改善结构化照明的系统和技术的示例，包括但不限于通过提供具有增加的分辨率和/或增加的可靠性的结构化照明显微术(sim)。这样的系统/技术可以提供优于现有方法的一个或多个优点，例如，如下面将描述的。除非另有说明，否则本文描述的示例是基于模拟的。
29.可以执行sim以实现衬底的增加的分辨率(有时称为“超分辨率”)。可以分析许多不同类型的样品中的一种或多种。对于其他类型的分析，无论是生物的还是非生物的，可以周期性地图案化衬底。然而，通常考虑光学系统(例如，数值孔径、像素尺寸等)而不是衬底是否具有周期性图案，特别是这种周期性图案的任何特性来选择光学方面，例如sim图案的间距及其角度。
30.如本文所公开的，如果衬底具有周期性图案，则可以选择sim图案的一个或多个特性，以便产生有利的净组合效应。例如，sim图案的间距和/或sim图案的角度的特定实例或范围可以显著增强所实现的分辨率。因而，周期性图案化衬底(例如，图案化流动池)的低效sim分辨率增强的问题可以通过选择用于照明样品的sim图案的间距和/或角度来解决。在一些实施方式中，sim图案可以被选择为与衬底的周期性图案不同(例如，具有与其不相同的至少一个特性)。例如，sim图案的调制角可以被选择为不同于(例如，不重合于)周期性图案的对称轴，和/或sim图案的间距可以被选择为不同于(例如，大于)衬底的周期性图案的间距。当衬底具有随机图案时，sim图案的间距可以选择为与衬底图案的精细结构分辨率大约相同的数量级。
31.可以执行成像(例如，使用sim)以分析多种材料中的任何一种的样品。在一些实施方式中，sim成像或另一类型的成像可以作为生物材料的生物分析或任何材料的化学分析的一部分来执行。例如，可以执行对遗传物质进行测序的过程。在一个示例中，该过程可以是dna测序过程，例如合成测序或下一代测序(也称为高通量测序)。在另一示例中，所述过程可用于实现基因分型。基因分型涉及通过使用生物测定检查个体的dna序列并将其与另一个体的序列或参考序列进行比较来确定个体的遗传组成(基因型)的差异。这样的过程可以涉及荧光成像，其中遗传物质的样品经受激发光(例如，激光束)以通过与遗传物质相关联的一种或多种标记触发荧光发射响应。一些核苷酸可具有与核苷酸相关联的荧光标签，以响应于暴露于激发能量源而发荧光。荧光发射响应的波长光谱可用于确定相应核苷酸的存在。可以在测序过程中检测荧光发射响应，并用于构建样品中核苷酸的记录。
32.sim成像基于空间结构化光。例如，该结构可以由照明光中的图案组成或包括照明光中的图案，该图案促进增加所获得的图像的分辨率。在一些实施方式中，所述结构可包含条纹图案。可以通过将光束照射在衍射光栅(为简单起见称为光栅)上使得发生反射或透射衍射来产生光条纹。结构化光可以照射在与样品相关联的荧光标签上，根据可以根据一些周期性发生的相应条纹照明与样品相关联的荧光标签。例如，来自与样品相关联的荧光标签的荧光发射的图像可以在结构化光中的条纹的不同相位(有时被称为图像的相应图案相位)处获取。这可以允许与样品相关联的荧光标签的各个位置暴露于多种照明强度。结构化光的图案可以相对于样品旋转，并且可以针对每个旋转角度捕获刚刚提到的图像。sim系统可以给光提供一个或多个sim图案，用于照射在与样品或衬底相关联的荧光标签上。sim图案可以在间距方面彼此不同，间距意味着sim图案的相邻条纹之间的距离。sim系统可以与一个或多个激发光源一起使用。仅举一些示例，可以使用单模激光器、发光二极管(led)或多模激光器。
33.成像可以作为分析样品材料的过程的一部分来执行。这可以涉及荧光成像，例如当遗传物质的样品经受光(例如，激光束)以通过与遗传物质相关联的一种或多种标记触发荧光响应时。一些核苷酸可以具有应用于它们的荧光标签，并且其与样品遗传物质的互补核苷酸配对，这允许通过将激发光照射到样品上并寻找来自样品的荧光响应来确定样品遗传物质的核苷酸的存在。可以通过检测波长发射光谱在分析过程中检测荧光响应，并将荧光响应用于构建样品中核苷酸的记录。
34.本文的示例涉及衬底。衬底可以指提供基本上刚性结构的任何材料，或者指保持其形状而不是呈现与其接触的容器的形状的结构。该材料可以具有另一种材料可以附接到其上的表面，包括例如光滑支撑件(例如，金属、玻璃、塑料、硅和陶瓷表面)以及纹理化和/或多孔材料。可能的衬底包括但不限于玻璃和改性或官能化玻璃、塑料(包括丙烯酸树脂、聚苯乙烯和苯乙烯与其他材料的共聚物、聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯、聚氨酯、特氟隆
tm
等)、多糖、尼龙或硝化纤维素、树脂、二氧化硅或基于二氧化硅的材料(包括硅和改性硅)、碳、金属、无机玻璃、塑料、光纤束和各种其他聚合物。通常，衬底允许光学检测并且本身不明显发荧光。
35.本文的示例是指具有周期性图案的衬底。周期性图案包括重复至少一次的一种或多种类型的结构。重复结构之间的距离可以被称为周期性图案的间距。在一些实施方式中，周期性图案包括形成于衬底中的纳米阱。纳米阱可以以行和/或列周期性地布置。周期性图
案可以形成一个或多个阵列。阵列可以包括六边形阵列、正方形阵列或根据涉及周期性的笛卡尔系统的另一阵列。
36.本文的示例是指具有随机图案的衬底。在随机图案中，从衬底表面的另一区域中的阱(或其它结构)的子集的位置不知道或不可预测衬底表面的一个区域中的阱(或其它结构)的子集的相对位置。随机图案通常不包括任何子图案的多次重复。
37.本文描述的示例涉及流动池。流动池是可用于在分析过程的至少一个阶段中制备和容纳或携带一个或多个样品的衬底。流动池由可与样品遗传物质以及其将暴露于的照明和化学反应两者一起使用的材料制成。衬底可以具有一个或多个通道，其中可以沉积样品遗传物质。物质(例如，液体)可以流过存在样品遗传物质的通道，以触发一种或多种化学反应和/或移除不需要的材料。流动池可以通过促进流动池通道中的样品可以经受照明激发光并且可以检测来自样品的任何荧光发射响应来实现成像。系统的一些实施方式可以被设计成与至少一个流动池一起使用，但是在一个或多个阶段期间(诸如在运输期间或在递送给客户时)可以不包括流动池。例如，流动池可以安装到客户房屋处的实施方式中，以便执行分析。
38.在一些实施方式中，可以使用不同类型的光栅来提供sim图案。光栅可以包括一种或多种形式的周期性结构。在一些实施方式中，可以通过从衬底移除或省略物理材料来形成光栅。在其他实施方式中，可以实现光学滤波器或其他非物理材料以形成光栅。例如，衬底可以在其中设置有一组狭缝和/或凹槽以形成光栅。在一些实施方式中，可以通过向衬底添加材料来形成光栅。例如，可以通过相同或不同的材料在衬底上形成周期性间隔的结构。
39.与先前方法相比，本文描述的示例可以提供优点。在一些实施方式中，可以改善sim系统的图像质量。在一些实施方式中，可以改进sim的样品分析。在一些实施方式中，可以提高sim系统的分辨率。在一些实施方式中，可以增加用于样品分析的sim系统的吞吐量。在一些实施方式中，可以减少或消除相邻纳米阱之间或纳米阱的相邻行或列之间的串扰。在一些实施方式中，用于在sim分析中保持样品的衬底可以设置有空间上更密集的图案。在一些实施方式中，可以减少或消除sim系统中的混叠(alias)。
40.图1示意性地示出了可以促进sim成像的系统100的示例。系统100可以与本文描述的一个或多个其他示例结合使用。该示例和其他示例中的一些部件在概念上被示出为块或其他通用部件；这样的(一个或多个)部件可以以一个或多个单独或集成部件的形式实现，以便执行所指示的(一个或多个)功能。
41.系统100包括光源102。光源102可以基于样品的类型、相干性和/或系统100要实现的功率输出来选择。例如，多模激光器可以用作光源102。作为另一示例，单模激光器可以用作光源102。作为另一示例，led或若干led可以用作光源102。
42.系统100包括接收来自光源102的光的光结构化部件104。在一些实施方式中，光结构化部件104促进所接收的光照射在一个或多个光栅上，以便产生光条纹图案。光结构化部件104可包括光栅。可以使用一个或多个反射部件将光引导到适当的光栅上。在一些实施方式中，光结构化部件104可以选择或可以用于选择系统100应该应用于样品的sim图案的间距。在一些实施方式中，光结构化部件104可提供或可用于提供对调制角的偏移，从而影响sim图案围绕系统100的光轴的旋转。在光源102和光结构化部件104之间延伸的光束106示意性地示出了光的传播。光结构化部件104可以产生结构化光并将结构化光提供给系统100
中的后续部件。光结构化部件104可包括诸如光栅的结构，以实现本文所述的sim图案200、502、702中的任一个。
43.在一些实施方式中，后续部件是系统100中的相位选择器108。相位选择器108可接收来自光结构化部件104的光。相位选择器108用于选择将捕获图像的图案相位。在一些实施方式中，相位选择器108可以促进根据样品的期望照明或所需的分辨率程度在多个候选图案相位中进行选择。在一些实施方式中，图案相位可以对应于sim图案和样品之间的相对位置。例如，相位选择器108可以将光栅平移到对应于相应图案相位的位置，其中在每个图案相位处照明样品。
44.系统100包括可以接收来自相位选择器108的光的投影透镜110。这种光可以被称为相位选择光，以指示光对应于已经完成的特定图案相位的选择，诸如通过相位选择器108。投影透镜110可以包括一个或多个光学元件，诸如在相位选择的光照射到系统100中的下一级之前调节相位选择的光的透镜。
45.系统100包括反射镜112，反射镜112将来自投影透镜110的光朝向物镜114至少部分地反射。在一些实施方式中，反射镜112提供选择性透射，诸如反射从投影透镜110到达的照明光的一些部分并且透射从物镜114到达反射镜112的成像光的至少一些部分。例如，反射镜112可以是二向色镜。
46.物镜114接收来自反射镜112的照明光。物镜114可以包括一个或多个光学元件，诸如在来自投影透镜110的光(如由反射镜112反射的)照射在系统100中的下一级上之前调节光的透镜。
47.物镜114将光引导到样品116上。在一些实施方式中，样品116包括待分析的一种或多种材料。例如，样品116可以包括待照明的生物材料(例如，遗传物质)，用于检测与样品116相关联的荧光标签的荧光响应。样品116可以保持在合适的衬底上，包括但不限于允许液体或其他流体相对于样品选择性地流动的流动池。例如，样品116可以在照明之前经受含有一种或多种具有相关荧光标签的核苷酸的一种或多种试剂，然后进行图像捕获和分析。衬底可以具有周期性图案。例如，可以在衬底上形成一个或多个纳米阱阵列。
48.样品116可由系统100中的载台(stage)118固持。载台118可提供相对于样品116的一或多种类型的操纵。在一些实施方式中，可以提供样品116的物理移动。例如，载台118可以相对于系统100的至少一个其他部件平移地和/或旋转地重新定位样品116。在一些实施方式中，可以提供样品116的热处理。举例来说，载台118可加热及/或冷却样品116。
49.载台118可以促进相位选择。在一些实施方式中，载台118可使样品116相对于静止光条纹平移一距离以完成相位选择(例如，使用载台118中的压电致动器)。例如，相位选择器108然后可以在系统100中被旁路或者从系统100中消除。
50.在所描述的部件中调节的源自光源102的光可以在传播通过物镜114之后被引导到与样品116相关联的荧光标签以用于照明。由与样品116相关联的荧光标签发射的任何光可以在相反方向上穿过物镜114并且部分地或完全地透射通过反射镜112。系统100可以包括通过反射镜112接收来自物镜114的光的滤光器部件120。滤光器部件120可以以一种或多种方式过滤这种光。例如，滤光器部件120可以通过高于或低于预定水平的一些特定波长光谱和/或阻挡(或反射)高于或低于预定水平的一些其他特定波长光谱。在一些实施方式中，反射镜112可以结合滤光器部件120作为反射镜的一部分，诸如通过将滤光器部件120定位
在反射镜112的后表面上。
51.穿过滤光器部件120的光可以进入系统100中的相机系统122。相机系统122可以包括能够检测与要执行的分析相关的种类的电磁辐射的一个或多个图像传感器。相机系统122和/或另一图像传感器可以检测与样品116相关联的荧光标签响应于照明而生成的发射。在一些实施方式中，相机系统122被配置为用于捕获由荧光标签响应于激发光而发射的荧光发射的图像。例如，相机系统122可以包括电荷联接器件、互补金属氧化物半导体器件或其他图像捕获设备。在一些实施方式中，相机系统122可以感测由与样品116相关联的荧光标签响应于一个或多个激发照明而发射的荧光。相机系统122可以生成数字和/或模拟形式的输出。例如，与由相机系统122捕获的图像相对应的数据可以由相机系统122存储，或者可以被发送到单独的部件(例如，计算机系统或其他设备)以进行存储和/或分析。在一些实施方式中，相机系统122可以由样品116所在的衬底内或衬底处的检测器补充或替换。例如，可以使用衬底处的传感器像素来执行片上显微术，以检测来自与样品116相关联的荧光标签的发射。
52.作为示例，系统100的使用可以涉及执行一方法，该方法包括：配置sim系统(例如，系统100)以用于在具有周期性图案的衬底处执行样品(例如，样品116)的照明；基于样品所位于的衬底的周期性图案的间距，为sim系统的sim图案选择间距(例如，在光结构化部件104处)；利用sim图案(例如，通过物镜114)执行与衬底处的样品相关联的荧光标签的照明；以及检测与样品相关联的荧光标签响应于照明而生成的发射(例如，使用相机系统122)。
53.作为另一示例，系统100的使用可以涉及执行一种方法，该方法包括：配置sim系统(例如，系统100)，用于将sim图案(例如，在光结构化部件104处)围绕光轴旋转到调制角，sim系统被配置为用于在具有周期性图案的衬底处执行样品(例如，样品116)的照明；向sim系统的每个调制角提供偏移(例如，在光结构化部件104处)以形成偏移调制角，使得没有偏移调制角对应于样品所在的衬底的周期性图案的对称轴的角度；以偏移调制角用sim图案执行与衬底处的样品相关联的荧光标签的照明(例如，通过物镜114)；以及检测与样品相关联的荧光标签响应于照明而生成的发射(例如，使用相机系统122)。
54.图2示出了sim图案200的示例。sim图案200可以与本文其他地方描述的一个或多个其他示例一起使用。sim图案200在这里被示出为相对于相对较暗区域的任意背景可见的相对较亮区域。sim图案200可以通过将光引导到一个或多个光栅来生成。sim图案200包括sim条纹200a，其在这里彼此平行并且由带202分开，其中激发照明光被阻挡而不能照明背景。可以形成带202和sim条纹200a，其中物理光栅阻挡激发照明光以形成带202并允许照明通过以形成sim条纹200a。sim图案200可以形成具有基于相邻sim条纹200a或带202之间的距离定义的特定间距的周期性图案。在一些实施方式中，sim图案200可以具有分布的sim条纹200a，以便形成光的正弦分布。例如，sim图案200的间距，即从sim条纹200a中的一个到相邻的一个的距离，可以是大约400纳米(nm)。在一些实施方式中，sim图案200的间距可以在大约200纳米和1600纳米之间，包含200纳米和1600纳米。可以使用更大或更小的间距值。
55.一个或多个方向可以用作描述sim图案200的取向的参考。在一些实施方式中，可以相对于参考轴204来定义sim图案200的取向，参考轴204在此在图示的平面中水平延伸。例如，参考轴204可以对应于相机像素方向(例如，竖直或水平)。sim图案200在此相对于参考轴204形成约45度的角度。在一些实施方式中，sim图案200的角度可以在约0度和90度之
间，包含0度和90度。可以使用更大或更小的角度值。
56.图3示出了具有周期性图案302的衬底300的示例。衬底300和/或周期性图案302可以是图1的样品116定位在其上的结构和/或与本文别处描述的一个或多个其他示例一起使用的结构。衬底300可以包括适合于保持或以其他方式容纳待分析的至少一个样品的一种或多种材料。样品可以分布在衬底300的一些或全部上。这里，使用第一色度示出样品304a，使用第二色度示出样品304b，并且使用第三色度示出样品304c。例如，样品304a-304c的不同色度可以表示样品304a-304c可以基于来自与样品相关联的荧光标签响应于激发照明的荧光发射被确定为特定核苷酸的事实。由于周期性图案302在衬底300处的存在，衬底300的样品(包括样品304a-304c)可以定位在离散位置中。在一些实施方式中，样品304a-304c可以是多克隆的(例如，具有超过一个遗传物质序列)。在一些实施方式中，周期性图案302可以包括形成在衬底300处的阱(例如，纳米阱)，其中可以容纳生物材料的阱/纳米阱。例如，遗传物质可以在衬底300的多个纳米阱中的每一个中沉积和/或扩增。分析的目的可以是要检测由与相应样品304a-304c相关联的荧光标签发射的荧光，从而确定作为相应样品304a-304c的一部分的至少一个核苷酸的身份。
57.纳米阱可以以周期性图案302布置成一个或多个阵列。这里，含有衬底300的样品(包括样品304a-304c)的纳米阱以正方形阵列布置。例如，这里的框306围绕四个样品以示出空间布置。周期性图案可以包括线性行和/或线性列。这里，线性行可以被定义为沿着由箭头308指示的方向定位的一系列样品。这里，线性列可以被定义为沿着由箭头310指示的方向定位的一系列样品。线性行在此基本上垂直于线性列。可以使用线性行和/或线性列的其他方向。周期性图案302的线性行和线性列在此都相对于参考轴204形成约45度的角度。在一些实施方式中，周期性图案302的角度可以在约0度和90度之间，包含0度和90度。可以使用更大或更小的角度值。此外，周期性图案302的间距可以被定义为从线性行中的一个线性行到相邻的线性行的距离，或者被定义为从线性列中的一个线性列到相邻的线性列的距离。例如，间距可以是约400nm。在一些实施方式中，周期性图案302的间距可介于约200纳米和1600纳米之间，包含200纳米和1600纳米。可以使用更大或更小的间距值。
58.在此示例中，衬底图案(例如，周期性图案302)与相机形成约45度角。可以使用相对于相机具有更大或更小角度的其他取向。例如，衬底图案(例如，周期性图案302)可以与相机的像素图案基本上对准。
59.图4示出了使用图2的sim图案200将sim条纹200a的激发照明光投射到图3的衬底300上的示例400。示例400示出了sim图案200和衬底300的周期性图案302都相对于参考轴204形成约45度的角度。示例400还示出了sim图案200和周期性图案302都具有约400nm的间距。因此，这里的激发照明光的sim条纹200a与周期性图案302的线性行在空间上相关并且基本上重叠。也就是说，当线性行或线性列中的一个被sim图案200的第一sim条纹200a照明时，与该线性行或线性列平行并相邻的线性行或线性列中的另一个也被sim图案200的第二相邻sim条纹200a照明。这种情况可能导致周期性图案302的相邻线性行和/或线性列之间的串扰增加。
60.在示例400中，结果是衬底300中的基本上所有的阱(例如，流动池中的纳米阱)被来自sim图案200的sim条纹200a照明。然后，来自与包含在阱中的样品相关联的荧光标签的发射的所得图像可以与使用宽视场照明获得的相同。也就是说，投影的sim条纹200a将不会
通过将一些激发照明投射在阱的子集或阱的部分上并阻挡来自其他阱的子集或阱的部分的激发照明来提供任何增强的分辨率。例如，如果使用两个调制角和每个调制角处的三个图案相位捕获来自与衬底300处的样品相关联的荧光标签的发射的六个图像，则六个图像中的一些或全部可能看起来像具有不同净强度的宽视场图像(取决于阱中心和照明峰值是否重叠)。所得到的sim重建对于区别或区分相邻阱可能不太有效。sim图案200与周期性图案302的一些线性行(或线性列)重叠的情况可以被称为混叠，其中sim图案200和周期性图案302的线性行(或线性列)彼此完全重叠可以被称为总混叠。本文描述的系统和技术可以减少或消除混叠和/或总混叠的不期望的发生。
61.图5示出了使用sim图案502将sim条纹的激发照明光投射到图3的衬底300上的示例500，其中已经至少部分地基于衬底300的周期性图案302的间距来选择sim图案502的间距。sim图案502可以与本文其他地方描述的一个或多个其他示例一起使用。
62.sim图案502的至少一个方面可以与周期性图案302的对应方面不同。这里，sim图案502和周期性图案302可以相对于参考轴204具有相同的角度。例如，该角度可以是约45度。然而，sim图案502的间距可以不同于周期性图案302的间距。这里，sim图案502包括sim条纹，其相对于衬底300的背景表现为相对较亮的带。sim条纹包括第一sim条纹502a和第二sim条纹502b，其中第一sim条纹502a与第二sim条纹502b相邻且平行。在一些实施方式中，可以至少部分地基于周期性图案302的间距来选择sim图案502的间距(在该示例中示出为第一sim条纹502a和第二sim条纹502b之间的距离)。例如，被展示为第一sim条纹502a和第二sim条纹502b之间的距离的sim图案502的间距可以被选择为大于周期性图案302的间距。作为另一示例，被展示为第一sim条纹502a和第二sim条纹502b之间的距离的sim图案502的间距可以被选择为小于周期性图案302的间距。在一些实施方式中，sim图案502的间距可以在约200纳米和1600纳米之间，包含200纳米和1600纳米。这里，sim图案502的间距为约479nm，其大于衬底300的周期性图案302的约400nm间距。在一些实施方式中，可以通过配置sim系统的光结构化部件来选择或改变sim图案502的间距。例如，可以为sim系统选择具有对应于sim图案的预期间距的特定间隔的光栅。
63.由于sim图案502的间距的选择，当与示例400中的相比时，示例500中的衬底300的照明可以导致减少的混叠。在一些实施方式中，周期性图案302的一个线性行可以被第一sim条纹502a照明。与刚刚提到的线性行平行并相邻的另一线性行当前可能不被照明或仅部分照明。例如，第二sim条纹502b可以不照明后一线性行或仅照明后一线性行的一部分。因此，可以减少或消除这些线性行中的样品的发射之间的串扰量。因此，可以改善来自若干sim图像的重建图像，诸如通过允许在减少混叠的情况下实现更大的分辨率。
64.图6示出了具有sim图案间距对测序误差的影响的示例的图示600。这些实施例涉及通过使用sim系统的荧光分析对遗传物质进行测序。图示600可以与本文其他地方描述的一个或多个其他示例一起使用。
65.图示600将参考竖直轴的误差率指示为参考水平轴指示的sim间距的函数(例如，以nm为单位)。误差率在此由数据602表示。误差率可以是指示测序中发生的误差率的任何指标(metric)，包括但不限于错配率(“mmr”)。在一些实施方式中，错配率是由提供测序分析的系统可用的预定义指标。例如，错配率可以定义为具有特定错配图案的比对读数(aligned reads)的数量除以比对读数的总数。图示600涉及当分析具有间隔开约400nm的
阱的衬底(例如，流动池)时发生的测序误差。
66.图示600中的数据602示出sim图案间距对测序误差有影响。当sim图案间距在约600nm和约800nm之间时，证明出现较低的误差率。例如，图案间距可以在约650nm和约750nm之间。该范围包括sim图案间距，其是衬底的周期性图案的间距的约1.5倍和约2倍之间。例如，图案间距可以在衬底的周期性图案的间距的约1.65倍和约1.85倍之间。相对较低的误差率至少部分是因为当一行线性阱被照明时，衬底上的下一行阱可能没有被照明，或者被照明得较少。因此，减少了来自未照明或较少照明的一行阱的荧光串扰。
67.图7示出了使用sim图案702将sim条纹的激发照明光投射到图3的衬底300上的示例700，其中sim图案702的调制角已经相对于衬底300的周期性图案302的角度偏移。sim图案702可以与本文其他地方描述的一个或多个其他示例一起使用。
68.sim图案702包括sim条纹，包括第一sim条纹702a和第二sim条纹702b。在此，衬底300包括样品，其包括样品704a、样品704b及样品704c。在一些实施方式中，样品704a-704c可以定位在构成衬底300的周期性图案302的阱处。例如，阱可以是纳米阱。周期性图案302的线性行和线性列相对于参考轴204形成一角度。例如，该角度可以是约45度。另一方面，sim图案702的sim条纹可以相对于参考轴204形成与周期性图案302的线性行和线性列不同的角度。例如，sim条纹的角度可以大于或小于周期性图案302的线性行和线性列的角度。在一些实施方式中，sim图案702的sim条纹的角度可以被选择为相对于周期性图案302相对于参考轴204的角度偏移+10度至+80度，包含+10度和+80度，或者sim图案702的sim条纹的角度可以被选择为相对于周期性图案302相对于参考轴204的角度偏移-10度至-80度，包含-10度和-80度。这里，sim图案的角度已经相对于周期性图案302相对于参考轴204的角度偏移约20度。例如，sim图案可以被选择为相对于参考轴204具有约25度的角度，而周期性图案302被选择为相对于参考轴204具有约45度的角度。
69.sim图案702可以具有多个值中的任何一个作为相邻的sim条纹之间的间距。在一些实施方式中，sim图案702的间距可以在约200纳米和1600纳米之间，包含200纳米和1600纳米。在一些实施方式中，sim图案702的间距可以被选择为与衬底300的周期性图案302的间距不同。例如，sim图案702可以具有约479nm的间距。周期性图案302可以具有作为相邻线性行或相邻线性列之间的间距的多个值中的任何一个。在一些实施方式中，周期性图案302的间距可介于约200纳米和1600纳米之间，包含200纳米和1600纳米。例如，周期性图案302可以具有约400nm的间距，而sim图案702的间距具有约479nm的间距。在一些实施方式中，可以为sim图案702选择的角度和间距两者可以被选择为与衬底300的周期性图案302的角度和间距不同。
70.示例700示出了可以通过sim图案702与周期性图案302的线性行或线性列之间的相对旋转来减少由与相邻样品(例如，在流动池的阱中)相关联的荧光标签的发射引起的串扰。这里，当一个中心阱被sim图案702相对良好地照明时，相邻的阱(例如，在相同的线性行或线性列中)不被照明或被较小程度地照明。这可以减少相邻阱之间的串扰。例如，样品704a被示出为由第一sim条纹702a照明。样品704b与样品704a相邻(例如，样品704a-704b位于相同线性列中的阱中)。另一方面，当样品704a被照明时，样品704b被sim图案702部分地照明(例如，样品704b比样品704a照明得更少)。作为另一示例，样品704c也邻近样品704a(例如，样品704a和704c位于同一线性行中的阱中)。另一方面，当样品704a被照明时，样品
704c也被sim图案702部分地照明(例如，样品704c比样品704a照明得更少)。结果，可以减少或消除基于来自与样品704b和704c相关联的荧光标签的发射针对来自与样品704a相关联的荧光标签的发射的串扰。
71.下面的表1示出了关于sim图案和周期性图案在具有周期性流动池图案的衬底上的相对旋转的结果的示例，其中衬底图案间距为约300nm。这里，流动池的周期性图案相对于任意参考轴形成约45度的角度。例如，任意参考轴可以对应于相机像素方向(例如，竖直或水平)。在一些实施方式中，流动池的周期性图案的角度可以在约0度和90度之间，包含0度和90度。表1中例示的sim角是相对于参考轴线测量的。sim图案的间距可以是约470-490nm(例如，约479nm)。在一些实施方式中，sim图案的间距可以在约200纳米和1600纳米之间，包含200纳米和1600纳米。
72.表1
73.衬底间距300nm％通过滤波器(％pf)误差率(150个周期)sim角45度74.7％0.69％sim角25度82.6％0.22％
74.表1包括可能受相对角度影响的两个指标。第一指标是在测序分析中通过滤波器的集群(cluster)的百分比，有时称为％pf。例如，通过滤波器百分比可以是提供测序分析的系统可用的预定义指标。这里，表1指示，与没有偏移的％pf(74.7％)相比，在sim图案的角度偏移为20度的情况下，更高比例的集群(82.6％)通过滤波器。也就是说，提供偏移可以增加通过滤波器的集群的百分比。
75.第二指标是误差率，其可以反映测序中发生的误差率。例如，误差率在此基于150个周期(cycle)来确定。这里，表1指示，在sim图案的角度中具有20度偏移的情况下，与没有偏移的误差率(0.69％)相比，在sim图案的角度偏移20度的情况下，具有偏移的情况下可以获得更低的误差率(0.22％)。也就是说，提供偏移可以降低误差率。
76.上文的一些示例已提及具有为正方形图案的周期性图案的衬底。在一些实施方式中，sim图案可以以一个或多个单独的角度(有时称为调制角)应用，并且在调制角处可以使用一个或多个图案相位。例如，可以使用两个调制角，并且在每个角度处可以应用三个图案相位。可以使用其他方法。任何这样的方法可以应用于另一种类型的衬底图案。例如，衬底图案可以包括六边形图案(例如，三个六边形在每个顶点处相遇的图案)。作为另一示例，可以使用三个或更多个调制角。
77.图8a-8c示出了向sim图案的调制角提供偏移以形成偏移调制角的示例800、800'和800”。示例800、800'和/或800”可以与本文其他地方描述的一个或多个其他示例一起使用。
78.相对于参考轴802示出了示例800、800'和800”。在一些实施方式中，参考轴802可以类似于参考轴204(图2-5和7)。例如，为了定义sim图案的角度，可以选择参考轴802作为任意参考。
79.示例800示出了相对于参考轴802指示调制角804。可以从参考轴802的最右端在逆时针方向上测量调制角804。在一些实施方式中，调制角804对应于当正在执行特定照明时sim图案围绕sim系统的光轴旋转多少。sim成像可以在捕获sim图像时使用两个或更多个这样的调制角。例如，在开发本主题之前，sim成像可以使用45度角作为调制角之一。因此，为
了说明的目的，在本示例中将调制角804示出为约45度。
80.示例800还示出了向调制角804提供偏移806以形成偏移调制角808。在示例800中，从调制角804在顺时针方向上限定偏移806。在一些实施方式中，提供偏移806可以对应于从使用sim图案502(图5)改变为使用sim图案702(图7)。作为提供偏移806的结果，偏移调制角808不对应于保持样品的衬底的周期性图案的任何对称轴。例如，图7中的sim图案702不对应于(例如，不平行于)作为周期性图案302的对称轴的周期性图案302的任何线性行或线性列。
81.偏移806可以是任何数值的角度。提供偏移可以包括使sim图案围绕其光轴在任一方向上旋转(例如，通过调节光栅或光结构化部件的另一部件)对应于该角度的量。sim图案的sim条纹的偏移806角度可以相对于衬底的周期性图案相对于参考轴802的角度被选择为
±
10度至
±
80度，包含
±
10度，
±
80度。例如，偏移806在此与调制角804的45度角成约20度，因此偏移调制角808为约25度。因此，示例800对应于上面参考表1描述的示例。
82.示例800'示出了相对于参考轴802指示调制角804'。可以从参考轴802的最右端在逆时针方向上测量调制角804'。在一些实施方式中，调制角804'对应于当正在执行特定照明时sim图案围绕sim系统的光轴旋转多少。sim成像可以在捕获sim图像时使用两个或更多个这样的调制角。这里，示例800'还示出了相对于参考轴802指示调制角804”。可以从参考轴802的最右端在逆时针方向上测量调制角804
″
。在一些实施方式中，调制角804”对应于当正在执行另一特定照明时sim图案围绕sim系统的光轴旋转多少。可以使用比所示更多或更少的调制角。
83.示例800'还示出了向调制角804'提供偏移806'以形成偏移调制角808'。在示例800'中，从调制角804'在逆时针方向上限定偏移806'。在一些实施方式中，提供偏移806'可以对应于从使用sim图案502(图5)改变为替代地使用sim图案702(图7)。作为提供偏移806'的结果，偏移调制角808'不对应于保持样品的衬底的周期性图案的任何对称轴。例如，图7中的sim图案702不对应于(例如，不平行于)作为周期性图案302的对称轴的周期性图案302的任何线性行或线性列。
84.示例800'还示出了向调制角804”提供偏移806”以形成偏移调制角808”。在一些实施方式中，提供偏移806”可以对应于从使用sim图案502(图5)改变为替代地使用sim图案702(图7)。作为提供偏移806
″
的结果，偏移调制角808
″
不对应于保持样品的衬底的周期性图案的任何对称轴。例如，图7中的sim图案702不对应于(例如，不平行于)作为周期性图案302的对称轴的周期性图案302的任何线性行或线性列。
85.偏移806、806'和/或806”中的每一个可以是任何数值的角度。提供偏移806、806'和/或806”可以包括在任一方向上围绕其光轴旋转sim图案(例如，通过调节光栅或光结构化部件的另一部件)对应于该角度的量。
86.现在还参考图8c，示例800”示出了可以在包括小于调制角804”的角度的偏移范围810内形成偏移调制角。也就是说，偏移可以相对于调制角804
″
在顺时针方向或逆时针方向上定义，并且可以具有偏移范围810内的多个值中的任何一个。在一些实施方式中，偏移范围810可以包括从调制角804
″
偏移等于或大于约5-15度的角度。例如，偏移范围810内的最小偏移角可以与调制角804
″
成约10度。在一些实施方式中，偏移范围810可以包括从调制角804
″
偏移等于或小于约25-35度的角度。例如，偏移范围810内的最大偏移角可以与调制角
804
″
成约30度。
87.示例800”还示出了可以在包括大于调制角804”的角度的偏移范围810'内形成偏移调制角。在一些实施方式中，偏移范围810'可以包括从调制角804”偏移等于或大于约5-15度的角度。例如，偏移范围810'内的最小偏移角可以与调制角804”成约10度。在一些实施方式中，偏移范围810'可以包括从调制角804”偏移等于或小于约25-35度的角度。例如，偏移范围810'内的最大偏移角可以与调制角804”成约30度。
88.图9a-9b示出了在没有(图9a)和具有(图9b)调制角偏移的情况下捕获的图像900和910的示例。图像900和/或910可以与本文其他地方描述的一个或多个其他示例一起使用。该示例中的图像900和910是基于样品数据生成的模拟，样品数据在两个图像中是相同的。例如，可以使用除了sim角度之外的相同输入条件来单独生成图像900和910(例如，图像900和910的样品数据可以在统计上相同)。当衬底的周期性图案具有约275nm的间距时，可以捕获图像900和910。在一些实施方式中，可以利用相对于参考轴形成45度角的sim图案来捕获图像900。例如，图像900可以类似于上面表1中列出的第一场景(例如，不提供对调制角的偏移)。图像900可以是从样品捕获的荧光的多个图像的sim重建，并且包括各种相对较亮和较暗的区域，包括较亮图像部分902a和较暗图像部分902b。可以对其中的较亮图像部分902a和/或较暗图像部分902b等执行分析，以获得关于样品的信息。较亮图像部分902a和较暗图像部分902b中的每一个在这种分析中的有用性部分地取决于已经影响构成对应的较亮图像部分902a和较暗图像部分902b的图像内容(例如，荧光)的串扰的量。例如，上面的表1指示了可以与在没有本主题的益处的情况下生成的sim图像相关联的％pf和误差率。
89.在一些实施方式中，可以利用相对于参考轴形成25度角的sim图案来捕获图像910。例如，图像910可以类似于上面表1中列出的第二场景(例如，提供对调制角的偏移)。图像910可以是从样品捕获的荧光的多个图像的sim重建，并且包括各种相对较亮和较暗的区域，包括较亮图像部分904a和较暗图像部分904b。可以对其中的较亮图像部分904a和/或较暗图像部分904b等执行分析，以获得关于样品的信息。较亮图像部分904a和较暗图像部分904b中的每一个在这种分析中的有用性部分地取决于已经影响构成对应的较亮图像部分904a和较暗图像部分904b的图像内容(例如，荧光)的串扰的量。例如，上面的表1指示可以与sim图像相关联的％pf和误差率可以根据本主题改进。
90.下面的表2示出了与基于图像900和910的样品分析相关的结果的示例。
91.表2
92.指标45度(图像900)25度(图像910)％pf61.3083.54％比对97.8399.85mmr-1501.5240.266
93.表2包括可能受相对角度影响的三个指标。第一指标是通过滤波器百分比或％pf。第二指标是比对(align)百分比，有时称为％比对。例如，％比对可以反映与正在测序的基因组比对的通过滤波器的集群的百分比。第三指标是错配率(例如，mmr-150)。这里，表2指示，与没有偏移的％pf(61.30％)相比，在sim图案的角度偏移为20度的情况下，更高比例的集群(83.54％)通过所述滤波器。这里，表2还指示，与没有偏移的％比对(97.83％)相比，在sim图案的角度偏移20度的情况下，更高比例的集群(99.85％)被比对。这里，表2还指示，与
没有偏移的错配率(1.524)相比，在sim图案的角度中具有20度偏移的情况下，可以实现更低的错配率(0.266)。也就是说，提供偏移可以提高分析的质量。
94.图10a-10b示出了在没有(图10a)和具有(图10b)调制角偏移的情况下捕获的图像1000和1010的其他示例。图像1000和/或1010可以与本文其他地方描述的一个或多个其他示例一起使用。该示例中的图像1000和1010是基于样品数据生成的模拟，样品数据在两个图像中是相同的。例如，可以使用除了sim角度之外的相同输入条件来单独生成图像1000和1010(例如，图像1000和1010的样品数据可以在统计上相同)。当衬底的周期性图案具有约250nm的间距时，可以捕获图像1000和1010。例如，除了衬底间距(例如，约250nm相比于约275nm)，图像1000和1010的样品数据可以对应于图9a-9b中的图像900和910的样品数据。在一些实施方式中，可以利用相对于参考轴形成45度角的sim图案来捕获图像1000。例如，图像1000可以类似于上面表1中列出的第一场景(例如，不提供对调制角的偏移)。图像1000可以是从样品捕获的荧光的多个图像的sim重建，并且包括各种相对较亮和较暗的区域，包括较亮图像部分1002a和较暗图像部分1002b。可以对其中较亮图像部分1002a和/或较暗图像部分1002b等执行分析，以获得关于样品的信息。较亮图像部分1002a和较暗图像部分1002b中的每一个在这种分析中的有用性部分地取决于已经影响构成对应的较亮图像部分1002a和较暗图像部分1002b的图像内容(例如，荧光)的串扰的量。例如，上面的表1指示了可以与在没有本主题的益处的情况下生成的sim图像相关联的％pf和误差率。
95.在一些实施方式中，可以利用相对于参考轴形成25度角的sim图案来捕获图像1010。例如，图像1010可以类似于上面表1中列出的第二场景(例如，提供对调制角的偏移)。图像1010可以是从样品捕获的荧光的多个图像的sim重建，并且包括各种相对较亮和较暗的区域，包括较亮图像部分1004a和较暗图像部分1004b。可以对其中较亮图像部分1004a和/或较暗图像部分1004b等执行分析，以获得关于样品的信息。较亮图像部分1004a和较暗图像部分1004b中的每一个在这种分析中的有用性部分地取决于已经影响构成对应的较亮图像部分1004a和较暗图像部分1004b的图像内容(例如，荧光)的串扰的量。例如，上面的表1指示可以与sim图像相关联的％pf和误差率可以根据本主题改进。
96.下面的表3示出了与图像1000和1010相关的结果的示例。
97.表3
98.指标45度(图像1000)25度(图像1010)％pf34.9773.25％比对91.2799.51mmr-1503.1340.784
99.表3包括可能受相对角度影响的三个指标。第一指标是通过滤波器百分比或％pf。第二指标是比对百分比，有时称为％比对。例如，％比对可以反映与正在测序的基因组比对的通过滤波器的集群的百分比。第三指标是错配率(例如，mmr-150)。这里，表3指示，与没有偏移的％pf(34.97％)相比，在sim图案的角度偏移为20度的情况下，更高比例的集群(73.25％)通过滤波器。这里，表3还指示，与没有偏移的％比对(91.27％)相比，在sim图案的角度偏移20度的情况下，更高比例的集群(99.51％)被比对。这里，表3还指示，与没有偏移的错配率(3.134)相比，在sim图案的角度中具有20度偏移的情况下，可以实现更低的错配率(0.784)。也就是说，提供偏移可以提高分析的质量。
100.也就是说，sim图案的角度的偏移可以在使用sim系统的分析中提供有用的改进。当衬底具有带有相对小的间距的周期性图案时，这可以是有益的。例如，当相机像素间隔相对较低(例如，大约220-230nm的量级)时，可能无法在视觉上观察sim图案。这可以发生在间距小于约300nm的周期性图案(例如，流动池)中，仅举一个示例。然而，由于荧光串扰的减少，仍然可以以可靠的方式执行sim重建以提供有用的结果。
101.图11示出了方法1100的示例。方法1100可以与本文其他地方描述的一个或多个其他示例一起使用。可以执行比所示更多或更少的操作。除非另有说明，否则可以以不同的顺序执行两个或更多个操作。
102.在操作1110处，方法1100可以涉及配置sim系统(例如，图1中的系统100)，用于在具有衬底图案(例如，图3中的周期性图案302或图14中的随机图案1401)的衬底(例如，图3中的衬底300)处执行样品的照明。例如，可以制备样品，其中样品材料与荧光标签相关联，所述荧光标签将响应于激发光的照明而产生荧光发射。
103.在操作1120处，方法1100可以涉及基于衬底图案的至少一个特性来选择sim系统的sim图案(例如，图5中的sim图案502或图7中的sim图案702)的间距。在一些实施方式中，sim图案的间距可以在约200纳米和1600纳米之间，包括200纳米和1600纳米。当衬底图案是周期性图案时，可以选择sim图案的间距大于或小于周期性图案的间距。作为另一示例，当衬底图案是随机图案时，可以基于衬底的随机图案的精细结构分辨率来选择sim图案的间距。
104.在操作1130处，方法1100可以涉及向sim系统的每个调制角提供偏移(例如，偏移806、806'和/或806”)以形成偏移调制角(例如，偏移调制角808、808'和/或808”)。在一些实施方式中，可以相对于调制角将偏移选择为至
±
10度，至
±
80度，包括
±
10度，
±
80度。例如，可以相对于参考轴定义调制角。可以相对于调制角在顺时针方向上或在逆时针方向上限定偏移。当衬底图案是周期性图案时，可以执行操作1130。偏移调制角中没有一个可以对应于周期性图案的对称轴的角度(例如，与其对准)。
105.在操作1140处，方法1100可以涉及在具有sim图案的衬底处执行样品的照明(例如，如图5和/或7所示)。例如，使用一个或多个激光器和/或一个或多个led来执行照明。
106.在操作1150处，方法1100可以涉及检测样品响应于照明而生成的发射(例如，图像910和/或1010)。例如，可以检测由与样品材料相关联的荧光标签产生的荧光发射。
107.图12示意性地示出了可以促进sim的系统1200的另一示例。系统1200可以与本文描述的一个或多个其他示例结合使用。该示例和其他示例中的一些部件在概念上被示出为块或其他通用部件；这样的(一个或多个)部件可以以一个或多个单独或集成部件的形式实现，以便执行所指示的(一个或多个)功能。与未明确提及的系统100(图1)的部件相对应的部件可以在系统1200中起相同或相似的作用。
108.系统1200包括位于光结构化部件104'之前的相位选择器108'。在一些实施方式中，相位选择器108'可以从光源102接收光束106。相位选择器108'可以向光结构化部件104'提供相位选择的光。光结构化部件104'可以产生结构化光并将结构化光提供给系统1200中的后续部件。在一些实施方式中，后续部件是投影透镜110。可以使用其他方法。
109.在一些实施方式中，载台118可使样品116相对于静止光条纹平移一距离以完成相位选择(例如，使用载台118中的压电致动器)。例如，相位选择器108’然后可以在系统1200
中被旁路或者从系统1200中消除。
110.图13是可用于生物和/或化学分析的示例系统1300的示意图。在一些实施方式中，本文描述的系统和/或技术，包括但不限于系统100(图1)、系统1200(图12)和/或方法1100(图11)，可以是系统1300的一部分。系统1300可以操作以获得与至少一种生物和/或化学物质有关的任何信息或数据。在一些实施方式中，载体1302供应待分析的材料。例如，载体1302可包括盒或保持材料的任何其他部件。在一些实施方式中，系统1300具有用于至少在分析期间接收载体1302的容器1304。容器1304可以在系统1300的壳体1306中形成开口。例如，系统1300的一些或所有部件可以在壳体1306内。
111.系统1300可包括用于载体1302的材料的生物和/或化学分析的光学系统1308。光学系统1308可以执行一个或多个光学操作，包括但不限于材料的照明和/或成像。例如，光学系统1308可包括本文其他地方描述的任何或所有系统。作为另一示例，光学系统1308可以执行本文其他地方描述的任何或所有操作。
112.系统1300可以包括用于提供与生物和/或化学分析相关的热处理的热系统1310。在一些实施方式中，热系统1310对待分析的材料和/或载体1302的至少一部分进行热调节。
113.系统1300可以包括用于管理与生物和/或化学分析相关的一种或多种流体的流体系统1312。在一些实施方式中，可以为载体1302或其材料提供流体。例如，可将流体添加到载体1302的材料和/或从载体1302的材料移除流体。
114.系统1300包括促进与生物和/或化学分析相关的输入和/或输出的用户界面1314。该用户界面可以用于指定用于系统1300的操作的一个或多个参数和/或输出生物和/或化学分析的结果，仅举几个示例。例如，用户界面1314可以包括一个或多个显示屏(例如，触摸屏)、键盘和/或定点设备(例如，鼠标或触控板)。
115.系统1300可以包括系统控制器1316，其可以控制系统1300的一个或多个方面以执行生物和/或化学分析。系统控制器1316可以控制容器1304、光学系统1308、热系统1310、流体系统1312和/或用户界面1314。系统控制器1316可以包括至少一个处理器和具有用于处理器的可执行指令的至少一个存储介质(例如，存储器)。
116.图14示出了具有随机图案1401的衬底1400的示例。衬底1400可以与本文其他地方描述的一个或多个其他示例一起使用。这里，衬底1400的随机图案1401由表面上的阱1402的随机或伪随机分布形成。阱1402在这里使用圆圈示意性地表示，并且可以具有任何形状。在一些实施方式中，阱1402可以是纳米阱或适合于容纳样品的另一结构。例如，样品可以是分布到随机图案1401的一些或所有阱1402的遗传物质(未示出)。
117.利用设置有随机图案1401的衬底1400，光学系统可以获得衬底1400的表面上的精细结构的特定分辨率。在一些实施方式中，可以限定或确定衬底1400上的随机图案1401的精细结构的分辨率1404。例如，分辨率1404可以表示为对应于衬底1400处的两个可区分特征之间的最小距离的长度。
118.光学系统可以对衬底1400处的(一个或多个)样品执行sim分析。在这样做时，光学系统可以用一个或多个sim图案照明衬底1400。在一些实施方式中，可以生成sim图案1406。sim图案1406在此示意性地表示为入射在衬底1400的表面上的四个平行的光带。可以使用其他方法。例如，sim图案1406可以具有更多或更少的光带，和/或可以相对于衬底1400在一个或多个其他方向上取向。sim图案1406的带之间的距离可以被称为sim图案1406的间距。
在一些实施方式中，可以基于衬底1400的随机图案1401的特性来选择sim图案1406的间距。例如，可以基于衬底1400的随机图案1401的精细结构分辨率来选择sim图案1406的间距。在一些实施方式中，sim图案1406的间距可以是与分辨率1404大约相同的数量级。例如，sim图案1406的间距可以大于分辨率1404(例如，大约是分辨率1404的几倍)(例如，当分辨率1404是大约100nm时，sim图案1406的间距可以是大约几百nm)。如果sim图案1406的间距相对于分辨率1404太大，则光学系统可能无法分辨衬底1400的精细结构。
119.图15示出了具有可旋转镜1502的系统1500的示例。系统1500可以与本文描述的一个或多个其他示例结合使用。在一些实施方式中，本文描述的任何系统或技术可以被实施为系统1500的一部分。例如，可以将sim图案200、502、702中的一个或多个sim图案的布置实施为系统1500的一部分。系统1500的单个部件可以执行与参考本说明书中的另一示例描述的对应部件类似或相同的功能。
120.系统1500包括光源1504。在一些实施方式中，光源1504提供光，该光又通过至少一个光缆1506接收。例如，光源1504和光缆1506可以共同被认为是光纤发射模块。
121.系统1500包括光栅1508和光栅1510。在一些实施方式中，光栅1508和/或1510可以用作关于来自光源1504的光的衍射部件。例如，光栅1508和/或1510可以包括具有周期性结构的衬底，该衬底与棱镜组合。光栅1508和1510可以根据一个或多个布置相对于彼此定位。这里，光栅1508和1510在系统1500中彼此面对。光栅1508和1510可以彼此基本相同或者可以具有一个或多个差异。光栅1508和1510中的一个的尺寸、周期性或其他空间方面可以与另一个的尺寸、周期性或其他空间方面不同。光栅1508和1510中的一个的光栅取向(即，周期性结构的空间取向)可以与另一个的光栅取向不同。在一些实施方式中，光栅1508和1510(这些光栅本身面向彼此)的相应光栅取向可以基本上彼此垂直或相对于彼此成任何其他角度。在一些实施方式中，光栅1508和1510可以相对于可旋转镜1502处于偏移位置。在一些实施方式中，光栅1508和/或1510可以相对于光源1504处于固定位置。
122.系统1500可包含一或多个部件(例如，作为图1的相位选择器108)以促进关于应施加到样品(例如，施加到图1中的样品116)的光的相位选择。这里，系统1500包括压电条纹移位器1512。在一些实施方式中，压电条纹移位器1512可接收来自光栅1508和/或1510的光，并且可关于该光中的一些或全部执行相位选择。例如，压电条纹移位器1512可用于控制应当使用其捕获特定图像的结构化光的图案相位。压电条纹移位器1512可包括压电致动器。例如，压电活塞系统可用于实现相位选择。可以使用其他方法。例如，倾斜光学板可以用于相位选择。例如，系统1500在这里实现在板1514上，并且板1514的一个或多个区域可以倾斜以完成相位选择。作为另一示例，可以移动(例如，平移)光栅1508和1510中的一个或多个以用于相位选择，诸如通过压电致动器。从压电条纹移位器1512发出的光有时被称为相位选择的光，以指示光已经根据特定的相位选择进行了调节。在一些实施方式中，光栅1508和/或1510可以相对于光源1504处于固定位置。
123.该系统包括投影透镜1516，投影透镜1516可包括一个或多个光学部件(例如，透镜)以调节从压电条纹移位器1512接收的光。例如，投影透镜1516可以在光进入物镜(例如，图1中的物镜114)之前控制光的特性。
124.可旋转镜1502可用于将至少一个光束重定向朝向光栅1508或1510中的一个或多个和/或从光栅1508或1510中的一个或多个到达。可旋转镜1502可以包括一种或多种材料，
以便充分反射样品将被照明的电磁波。在一些实施方式中，来自光源1504的光包含一或多个波长的激光束。例如，可以使用金属涂覆的反射镜和/或电介质反射镜。可旋转镜1502可以是双面的。例如，如果可旋转镜1502能够在其两侧的至少一部分上执行反射(例如，对于第一光束路径在第一端处反射，并且对于第二光束路径在与第一端相对的第二端处反射)，则可旋转镜1502可以被认为是双面的。
125.可旋转镜1502可以包括细长构件。可旋转镜1502可以具有各种形状因子或其他形状特性中的任何一种。可旋转镜1502可以具有大致平坦的配置。可旋转镜1502可以具有基本上正方形或其他矩形形状。可旋转镜1502可以具有圆角。可旋转镜1502可以具有基本恒定的厚度。可旋转镜1502的反射表面可以是基本上平面的。
126.可旋转镜1502可以由系统1500的轴1518支撑。轴1518可以允许可旋转镜1502在任一方向或两个方向上围绕轴1518旋转。轴1518可以由具有足够刚性以保持和操纵可旋转镜1502的材料制成，这种材料包括但不限于金属。轴1518可以基本上联接在可旋转镜1502的中心处。例如，可旋转镜1502可以在中心处具有开口，或者从一侧到达中心的切口，以便于与轴1518联接。作为另一示例，轴1518可以包括单独的轴部分，其联接到可旋转镜1502的相应面，而不需要可旋转镜1502中的任何开口。轴1518可以具有至少一个悬架1520。这里，悬架1520位于可旋转镜1502两侧的轴1518的端部处。悬架1520可以包括促进低摩擦操作的轴承或其他特征。
127.可旋转镜1502可以被致动以呈现一个或多个位置。可以使用任何形式的马达或其他致动器来控制可旋转镜1502。在一些实施方式中，使用步进电机1522。步进电机1522可以联接到轴1518并且用于使轴1518并且由此使可旋转镜1502旋转并呈现期望的位置。在一些实施方式中，可旋转镜1502在朝向新位置的相同方向上旋转(例如，围绕轴1518的旋转轴线总是顺时针或总是逆时针)。在一些实施方式中，可旋转镜1502在两个或更多个位置之间往复运动(例如，围绕轴1518的旋转轴线交替地顺时针或逆时针)。
128.在整个说明书中使用的术语“基本上”和“约”用于描述和说明小的波动，例如由于加工中的变化。例如，它们可以指小于或等于
±
5％，例如小于或等于
±
2％，例如小于或等于
±
1％，例如小于或等于
±
0.5％，例如小于或等于
±
0.2％，例如小于或等于
±
0.1％，例如小于或等于
±
0.05％。此外，当在本文中使用时，诸如“一”或“一个”的不定冠词意指“至少一个”。
129.应当理解，前述概念和下面更详细讨论的附加概念的所有组合(假设这些概念不相互不一致)被认为是本文公开的发明主题的一部分。特别地，出现在本公开结尾处的所要求保护的主题的所有组合被认为是本文公开的发明主题的一部分。
130.已经描述了许多实施方式。然而，应当理解，在不脱离本说明书的精神和范围的情况下，可以进行各种修改。
131.另外，附图中描绘的逻辑流程不需要所示的特定顺序或相继顺序来实现期望的结果。另外，可以提供其他过程，或者可以从所描述的流程中消除过程，并且可以将其他部件添加到所描述的系统或从所描述的系统中移除。因此，其他实施方式在所附权利要求的范围内。
132.虽然已经如本文所述示出了所描述的实施方式的某些特征，但是本领域技术人员现在将想到许多修改、替换、改变和等同物。因此，应当理解，所附技术方案旨在覆盖落入实
施方式的范围内的所有这些修改和改变。应当理解，它们仅通过示例而非限制的方式呈现，并且可以进行形式和细节上的各种改变。除了相互排斥的组合之外，本文描述的装置和/或方法的任何部分可以以任何组合方式进行组合。本文描述的实施方式可以包括所描述的不同实施方式的功能、部件和/或特征的各种组合和/或子组合。