用于化学分析和生物化学分析的光学技术的制作方法
【专利说明】用于化学分析和生物化学分析的光学技术
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2012年8月3日提交的编号为61/679，552的美国临时专利申请的权益，通过引用将该专利申请整体并入本文。本申请可能涉及于2010年6月21提交的编号为8，395，773、题目为“用于测量样品的光学装置和方法(Optical Devices and Methodsfor Measuring Samples) ”的美国专利，该专利将通过引用整体并入本文。
[0003]领域
[0004]本公开涉及化学样品、生物样品和/或物理样品的光学检测。
[0005]概要
[0006]根据第一方面，描述了用于光学检测的系统，该系统包括:具有第一侧面和第二侧面的光源；具有第一侧面和第二侧面的第一滤光片，第一滤光片的第一侧面实质上接近于光源的第二侧面；具有第一侧面和第二侧面的准直和/或导引光学器件，准直和/或导引光学器件的第一侧面实质上接近于第一滤光片的第二侧面；具有第一侧面和第二侧面的第二滤光片，第二滤光片的第一侧面实质上接近于准直和/或导引光学器件的第二侧面；具有第一侧面和第二侧面的杂散光控制光学器件，杂散光控制光学器件的第一侧面实质上接近于第二滤光片的第二侧面；附接到杂散光控制光学器件的一个或多个吸光层，其中一个或多个吸光层部分地覆盖杂散光控制光学器件的第二侧面，因此允许来自光源的光通过；包含要被照射的样品的腔室，腔室被包含在基座里，该基座包括附接到基座的第一侧面的反光器和附接到基座底部的反光层，其中由样品发出的光被反光层反射回样品并且被反光器导向基座的第二侧面；以及，具有第一侧面和第二侧面的检测器，检测器的第一侧面实质上接近于基座的第二侧面，其中检测器检测由样品发出的光。
【附图说明】
[0007]附图并入到本说明书中并且是构成说明书的一部分，【附图说明】了本公开的一个或多个实施例，并且连同示例性实施例的描述，用于解释本公开的原理和实现。
[0008]图1示出了使用顶部照射技术的光学检测结构的示例性布置的横截面视图。
[0009]图2示出了使用侧面检测的有角度的照射技术的示例性布置。
[0010]图3示出了穿透辐射的示例性布置。
[0011]图4示出了具有多个孔样品区的示例性布置。
[0012]详细说明
[0013]贯穿本公开的实施例和变形的描述是为了说明发明概念的用途和实现。说明性的描述应该作为提出的发明构思的例子来理解，而不是作为限制本文公开的构思的范围来理解。类似的参考数字指示各种图中的对应部分。
[0014]本公开的不同的实施例可以证明不同的光学技术，这些光学技术可以允许来自大量样品类型的各种类型的光学测量(即，吸光率、荧光性等)。此外，这些技术可以结合用于化学分析和生物化学分析的定量试验方法。例如，光学技术可以用来获得用于实时聚合酶链式反应(qPCR)和酶联免疫吸附测定(ELISA)的荧光测量。这种技术可以具有很多优点，例如，(但不局限于下列的优点):
[0015]1.小尺寸。
[0016]2.低成本。
[0017]3.合理的无透镜配置。
[0018]4.可以使光学器件可能无需机械接触和低校准要求。
[0019]5.泡沫的形成对光学器件没有影响。
[0020]6.可以允许查询大的表面区域和扁平样品的能力。
[0021]7.不要求精确的校准。
[0022]8.不要求严格的容忍度。
[0023]9.可以使复用成为可能。
[0024]10.高照度可以是可能的。
[0025]11.小的立体角，该小的立体角可以是非常敏感的。
[0026]12.可以集成在便携式仪器和定点护理(POC)仪器中。
[0027]13.可以用微流体、一次性的和许多其他基座类型仪器工作。
[0028]14.可以用许多不同的样品尺寸工作。
[0029]15.可以允许低成本LED光学元件的使用。
[0030]16.不需要分束器，因为是共焦的设计。
[0031]17.在没有任何滤光片使用的情况下，可以具有做荧光检测的能力。
[0032]根据本公开的示例性实施例，图1示出了顶部照射技术的示例性布置，该顶部照射技术可以用来检测在基座(101)内的样品。图1的示例性实施例包括LED(发光二级管)源(102)、第一滤光片(103)、准直和/或导引光学器件或光导(104)、第二滤光片(105)、杂散光控制光学器件(106)、安装在杂散光控制光学器件(106)两端的两个吸光器(107)和
(108)、中空基座(101)、检测器(113)和反光器或光学器件(119) ο在图1的示例性实施例中，基座(101)包括附接到基座(101)的第一侧面的垂直反光器(115)、封闭在基座(101)内部的腔室(114)和附接到基座(101)底部的反射衬层(116)。检测器(113)可以被放置在距基座(101)的第二侧面的期望距离处并且光学器件(112)附接到检测器(113)的第一侧面，光学器件(112)还可以被附接到第三滤光片(111)。被附接到检测器(113)的第一侧面的光学器件(112)和第三滤光片(111)可以被放置在基座(101)的第二侧面和检测器
(113)的第一侧面之间。在图1的示例性实施例中，反光器或光学器件(119)可以放置在基座(101)的第二侧面和滤光片(111)的顶部以将来自基座(101)的第二侧面的光导引到检测器(113)。
[0033]在图1的示例性实施例所示的顶部照射技术的示例性布置中，LED(102)可以用来从顶部照射放置在腔室(114)的样品，其中腔室(114)被封闭在基座(101)的里面。在一些实施例中，例如LCD(液晶显示器)的其它光源也可以被使用。光导(104)(或者填充或者反射)放置在距LED(102) —定距离处以捕捉受限于特定角度的光线。光导(104)可以由各种形状组成以匹配在特定测量或应用中所需要的腔室(114)的形状。这可允许具有可以匹配腔室(114)形状的设计波束形状且均匀化的波束。还可以使用透镜来代替光导(104)。低成本的LED光学透镜和反光器可以在允许各种大小的波束和斑点的很宽范围内的形状和大小中是可用的。此外，在一些实施例中，也可以利用安装好的高亮度(HB)LED。在一些其他实施例中，多个LED也可以被附接在一起来形成阵列或用于复用。
[0034]如在图1的示例性实施例所示，为了限制激发低于截止点的波长，第一滤光片
(103)可以被放置在LED (102)源和光导(104)之间。第一滤光片(103)可以是吸光类型或者是干涉类型。第一滤光片(103)可以包括但不受限于塑料、树脂、玻璃等各种材料。为了降低光学装置的成本，也可以使用成本很低的塑料滤光片(例如，用在娱乐业和建筑业中的滤光片)。在一些实施例中，滤光片(103)也可以放在LED(102)本身上。在一些其他实施例中，染色LED可以被使用并且可被集成到类似于波导的光学器件中，这有助于杂散光的减少。在图1的示例性实施例中，其两端安装了两个吸光器(107)和(108)的杂散光控制光学器件(106)可以放置在基座(101)和光导(104)之间以控制杂散光。
[0035]在图1的示例性实施例中，当腔室(114)里面的样品被来自LED(102)的激发光线(118)照射时，发射光(117)可以从样品发出。该发射光波(117)中的一些可以从顶部泄露。然而，由于全内反射(TIR)，大部分的光可以保持在基座(101)里面，并从基座侧面发出。可使用更高折射率的材料(例如，塑料或另外的某种聚合物)来建造基座(101)，由于临界角改变，基座(101)将更多光保持在基座(101)的里面。因此，可以执行从侧面的测量。在图1的示例性实施例中，检测器(113)可以放置在距基座(101)的第二侧面期望的距离处，并且附接到检测器(113)的第