用于大分析物阵列的图像捕获的制作方法
【专利说明】用于大分析物阵列的图像捕获
[0001] 相关申请的交互参照
[0002] 本申请要求享有标题为"用于大分析物阵列的图像捕获"且于2012年10月17日 提交的美国临时专利申请号61/715, 103以及标题为"用于大分析物阵列的图像捕获"且于 2013年4月24日提交的美国临时专利申请号61/815, 456的优先权。每一优先权申请为了 所有的目的通过参照全部并入本文中。
【背景技术】
[0003] 在生化实验室中进行的许多过程涉及对分布在二维区域上的多个样品或物质的 分析。这些过程的实例是在物质上进行的筛选研宄，物质被放置在诸如标准96孔微量滴定 板的多孔板或更大板的各个孔内，或者是在分子物种上进行的筛选研宄，物种作为微观尺 寸的或较大的液滴或者作为有规律地彼此间隔开的点而被应用在固体表面上。另外的实例 是板型电泳凝胶，其中已进行多个平行样品的二维电泳分离或一维分离。更另外的实例是 印迹膜，点或带形式的电泳分离物种已从平板凝胶转移至印迹膜。对于熟练的生物化学家 而言，很容易得到其它实例。在所有的这些实例中，对二维阵列中各位点的检测和分析经常 通过与每个位点相关联的光能实现，并且可以简单地由测定是否存在特定物种组成，或者 也可以包括在绝对基础上的或者作为不同位点间的对比的定量测定。光能可以是透射的、 吸收的、反射的，或者由物质本身在位点处产生。例如，一旦物种在整个二维阵列被分离，则 作为物种在位点处的内在特征或者作为物种的处理结果，电泳凝胶或印迹膜中的物种通常 通过荧光、化学发光或生物发光被检测。所述处理可以包括其中能量发射标记物被附接到 物种的键合反应，或者利用激发能量照射物种或者标记物，这将使它们大多数经常在不同 的波长处发射光能。
[0004] 二维阵列或者支撑阵列的平面基质可以相当大，例如在长度、宽度或二者中超过 大约5cm、10cm、2〇Cm或者甚至30cm。在范围方面，长度、宽度或者二者可以例如为从大约 3cm到大约100cm，从大约10cm到大约75cm，从大约5cm到大约50cm，或者从大约5cm到大 约25cm。在一些情况下，大的二维阵列被分为许多窄条，以进行独立的分析。在这些情况 下，可以期望分析单个条、两个或少于全部条的多个条，或者阵列的全部条。当由包括数字 照相机的照相机拍摄这些图像中的任何图像时，阵列大到足以需要将照相机放置到离阵列 相当大的距离处。将照相机远离阵列放置的一个结果是较少的光被捕获。通过将照相机或 图像获取装置更接近阵列放置，可捕获更多的光，但这经常需要使用多个透镜和其它光学 部件以获得完整图像。一些透镜使图像畸变，并且几何分辨率可以具有有限的质量。强度 下降进一步使图像畸变。通常用于在生物化学应用中成像的一类照相机是电荷耦合器件 (CCD)照相机，但是即使采用这种照相机及其透镜和其它光学部件，传感器也必须被很好地 放置在物体平面上方，导致整个装置耗费实验室内的大量空间。
【发明内容】
[0005] 现已发现，分布在横向尺寸太大的平面阵列内的分析物不能采用距离阵列小于大 约5cm的照相机进行无畸变成像，但这些分析物实际上是可以在5cm或更小的距离处被准 确地成像的。这可以通过形成分析物阵列的段的子图像且利用图像拼接技术将子图像组合 为整个分析物阵列的图像而得以实现。可替换地，可通过利用光敏元件的薄膜阵列来获得 整个分析物阵列的单幅图像。待成像的物体可以是分析物阵列本身或者分析物阵列所处的 平面区域，且所述平面区域典型地延伸超出分析物阵列的末端。所述平面区域可以是用于 分析物阵列的平面支撑基质，并且所述基质可以是多孔板、凝胶、印迹膜或者其上已分布有 阵列的任何表面。当使用分析物阵列或支撑平面基质的段的子图像时，可以由设置在二维 阵列中的固态图像传感器形成所述子图像。可以相对于支撑基质移动或重新定位一个或多 个所述图像传感器，以获取多个子图像。当将形成单幅图像时，可通过与分析物阵列或平面 基质同延的（coextensive)或者更大的光敏元件的薄膜阵列与薄膜寻址和信号处理电路 组合在一起实现，所述薄膜寻址和信号处理电路访问每个光敏元件并且将由每个元件累积 的能量引导至图像存储器或显示设备，在那里根据每个元件相对于阵列的位置而被储存或 显示以形成图像。可以在图像传感器或薄膜阵列和分析物阵列之间放置诸如纤维光学面板 或纤维光锥的透明面板。所述透明面板可以提供对分析物阵列的机械支撑，并防止图像传 感器或薄膜阵列受损坏，诸如当分析物阵列湿润时可能发生的损坏。
[0006] 本文提供了 一种分析多个分析物的方法，所述分析物是可通过光发射检测的且被 设置在二维阵列中。所述阵列被其长度、宽度或长度和宽度两者具有大约3cm最小值的平 面基质支撑。所述方法包括将所述平面基质放置在检测器的5cm范围内。所述检测器可以 是：（1)多个固态图像传感器，所述固态图像传感器被设置在传感器阵列中且每个所述传 感器被定位以形成一段基质的子图像，从而使得这些段共同地覆盖整个基质，并且计算机 根据所述图像传感器在传感器阵列中的位置对每个所述图像传感器处形成的子图像进行 组装以形成所述平面基质的图像，所述图像整体上作为所述子图像的合成物；或者（2)多 个光敏元件，被设置在至少基本上与所述基质同延的阵列中，薄膜寻址电路控制光敏元件 累积能量并且控制从所述光敏元件释放能量，以及数据存储介质将从所述光敏元件释放的 能量与所述平面基质上的位点进行相关，并且整体上从如此释放的能量形成所述平面基质 的图像。
[0007] 所述方法也包括：以补偿或消除跨越平面基质图像的光强中的任何不规则的方式 整体上通过检测器产生平面基质图像，所述平面基质图像不代表二维的分析物阵列；并且 从如此生成的平面基质图像对所述分析物进行分析。
[0008] 在所述方法的一些实施例中，整体上产生所述平面基质图像包括应用平场校正来 补偿或消除所述不规则。
[0009] 在所述方法的一些实施例中，所述平面基质是板型凝胶，并且通过分析物在凝胶 内的电泳分离来产生所述二维阵列。在其它的实施例中，所述平面基质是印迹膜，且所述二 维阵列是从板型凝胶转移到印迹膜的溶质带阵列，通过分析物在所述凝胶内的电泳分离而 产生多个带。
[0010] 在所述方法的一些实施例中，所述检测器包括多个固态图像传感器，所述固态图 像传感器被设置在传感器阵列中且每个所述固态图像传感器被定位以形成一段基质的子 图像，从而使得这些段共同地覆盖整个基质，以及计算机，所述计算机用于根据所述图像传 感器在传感器阵列中的位置对在每个所述图像传感器处形成的子图像进行组装以形成所 述平面基质的图像，所述图像整体上作为所述子图像的合成物。在一种这样的实施例中，所 述固态图像传感器是CCD或CMOS传感器，并且所述计算机包括计算机可读指令，用于对准 所述子图像、用于校准所述子图像并且用于合并相邻子图像之间的重叠区域。
[0011] 在所述方法的其它实施例中，所述检测器包括多个光敏元件，所述光敏元件被设 置在至少基本上与所述基质同延的阵列中，薄膜寻址电路，所述薄膜寻址电路控制所述光 敏元件累积能量并控制从所述光敏元件释放能量，以及数据存储介质，所述数据存储介质 将从所述光敏元件释放的能量与所述平面基质上的位点进行相关，并且整体上从如此释放 的能量形成所述平面基质的图像。在一种这样的实施例中，所述光敏元件是光电二极管，并 且所述薄膜寻址电路包括薄膜场效应晶体管。
[0012] 在一些实施例中，所述检测器限定了一个平检测表面，并且所述方法还包括在分 析所述分析物之前产生每个子图像的暗信号模式并且从所述平面基质图像中减去所述暗 信号模式。在一些实施例中，所述检测器限定了一个平检测表面，并且所述方法还包括沿着 所述平检测表面在选定的位点处测量温度以确定温度模式，产生代表所述温度模式的暗信 号模式，并且从所述平面基质图像中减去所述暗信号模式。
[0013] 在所述方法的一些实施例中，所述检测器由像素组成，并且通过将光从所述平面 基质通过光管阵列至所述检测器而产生所述平面基质图像，从而使每个光管将光引导至单 个像素。
[0014] 在所述方法的一些实施例中，在所述平面基质和所述检测器之间放置透明面板。 所述透明面板可以是例如光纤面板或光纤锥。在一些这样的实施例中，所述透明面板的最 大厚度是大约〇? 1、1、2、5、10、20或50mm。
[0015] 也提供了一种用于分析多个分析物的另外方法，所述分析物是可通过光发射检测 的且被设置在由平面基质支撑的二维分析物阵列中。该方法包括：将所述平面基质放置在 包括一个或多个移动式固态图像传感器的检测器的5cm范围内；相对于所述平面基质移动 所述图像传感器并且获取所述平面基质的多个子图像；当获取了所述子图像时，根据由所 述图像传感器占据的位置将所述子图像组装成所述平面基质的一个完整图像；并且利用所 述平面基质的完整图像对所述分析物进行分析。
[0016] 在所述另外的方法的一些实施例中，所述平面基质的长度、宽度或长度和宽度具 有大约3cm的最小值。在一些实施例中，组装包括将所述子图像中的至少两幅拼接在一起。 在一些实施例中，组装包括将由同一图像传感器获取的子图像并置。
[0017] 另外的方法也可以包括补偿或消除跨越所述平面基质的整个图像的光强中的任 何不规则的步骤，在那里，所述不规则