具样品加热能力的高通量荧光成像系统与装置以及相关方法
【技术领域】
[0001]无。
【背景技术】
[0002]荧光成像是一常用于检测人或动物受试者的血液、尿液、或唾液样品等生物样品内成份的技术，以描述所述样品某方面的特征。使用经适当波长的光激发后发射荧光的荧光卷标标记感兴趣的样品成份。荧光成像是用于测定包括医疗诊断、食品安全与鉴识科学的各种应用中生物检验的结果。在一些案例中，必须于短时间内在单一样品上进行数个相异的检验，此相异的检验的其中一部分为互不兼容因此需要个别的处理。在其它案例中，必须在一短时间内处理多个样品。
[0003]脱氧核醣核酸(DNA)定序为受益于平行处理多个样品的应用以实时定序DNA的显著实例。一些比较流行、市售的DNA定序系统依序测定一股DNA上的核苷酸碱基的顺序。每一碱基的测定是经由生物检验接着用荧光成像以测定碱基类别，即腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)或胸腺嘧啶(T)。测定每一碱基的程序为耗时的且全部的定序程序可能偶有检验错误导致错误的定序。因此，DNA链通常切割成很多较短的片段并平行处理。
[0004]DNA定序与许多其它DNA或核醣核酸(RNA)检验苦于所调查的DNA或RNA物质可用的数量太少而无法产生可量测的结果。于此情况下，所述DNA/RNA物质可藉由聚合酶链锁反应(polymerase chain react1n，PCR)而扩增。PCR为一种热导检验(thermalIy mediatedassay)其产生DNA或RNA分子的许多复制品。绝大多数的PCR方法使用样本的热循环，其中每一循环加倍所述DNA或RNA物质，最终致使所述原始物质的显著增幅。恒温式核酸增幅法(isothermal amplificat1n)为PCR的一替代方法，其中所述增幅发生于恒定、升温的环境中。
【发明内容】
[0005]在一实施例中，一种具样品加热能力的高通量荧光成像系统包括图像传感器晶元，所述图像传感器晶元具有用来荧光成像放置于所述图像传感器晶元上的多个样品的多个图像传感器。所述高通量荧光成像系统进一步包括用来各自容置图像传感器晶元上的多个样品的多个流体通道，以及用来加热样品的与所述图像传感器晶元热耦合的加热模块。
[0006]在一实施例中，一种用于高通量检验处理的方法包括(a)藉由使用与所述图像传感器晶元热耦合的加热模块加热所述图像传感器晶元，以调控分别容置于所述图像传感器晶元上的多个流体通道内的多个样品的温度，以控制样品内的反应动力，以及(b)分别使用所述图像传感器晶元上的多个图像传感器获取样品的多个荧光图像，以检测所述多个样品内的一个或多个成份。
[0007]在一实施例中，一种用于制造具有样品加热能力的高通量荧光成像系统的方法，包括(a)将包含多个流体通道的流体晶元接合至包含多个图像传感器的图像传感器晶元，以及(b)将包含用以发热的加热器的加热模块接合至所述图像传感器晶元以使所述加热器与所述图像传感器晶元热耦合。
【附图说明】
[0008]图1为根据一实施例绘示具有样品加热能力的高通量荧光成像装置。
[0009]图2为根据一实施例绘示具有荧光成像读出并用以高通量热传导检验处理的方法。
[0010]图3为根据一实施例所显示的图1的高通量荧光成像装置的细部侧面剖视图。
[0011]图4A与4B为根据一实施例绘示图1的高通量荧光成像系统的局部与荧光标记样品成份的无透镜荧光成像。
[0012]图5A与5B为根据一实施例绘示高通量荧光成像装置，其具有位于加热模块背对图像传感器晶元的表面上的热源。
[0013]图6A与6B为根据一实施例绘示高通量荧光成像装置，其具有位于加热模块与图像传感器晶元两者间的接口的热源。
[0014]图7为根据一实施例绘示可分开加热图像传感器晶元的不同区域的加热模块。
[0015]图8为根据一实施例绘示高通量荧光成像系统，其接收图1的高通量荧光装置以执行图2的方法。
[0016]图9为根据一实施例绘示用于多个样品的高通量、PCR增幅与荧光成像读出的方法。
[0017]图10为根据一实施例绘示处理多个样品的方案。
[0018]图11为根据一实施例绘示处理多个样品的另一方案
[0019]图12为根据一实施例绘示用于多个样品的高通量、PCR增幅与荧光成像读出的方法，包括经增幅样品的后PCR检验处理。
[0020]图13为根据一实施例绘示用于制造图1的高通量荧光成像装置的方法。
[0021 ]图14为根据一实施例绘示盖子与通道层。
【具体实施方式】
[0022]图1绘示一示例性的具样品加热能力的高通量荧光成像装置100。图2绘示一示例性的用于高通量热传导检验处理的方法200，其具有荧光成像读出并使用高通量荧光成像装置100。图1与图2—起检视为最佳。
[0023]高通量荧光成像装置100在相对简洁与节约成本的套装下，为平行处理多个样品150提供一整合性的解决方案。由高通量荧光成像装置100处理样品150包括调控样品150的温度以及所述样品150的荧光成像，以测定检验的一产物至少部分为导热的。高通量荧光成像装置100可用互补式金属氧化物半导体(CMOS)制造技术来制造。CMOS制造以低成本产生高产量。因此，与现有的PCR与DNA定序装置相比，高通量荧光装置100可用较低成本制造。此外，CMOS制造容许对非常小的特征的精确制造，例如微米或次微米尺寸的特征。因此，与现有PCR和DNA定序装置相比，高通量荧光成像装置100可操作于较小量的样品150，从而降低操作成本，同时达到高性能与高通量。
[0024]方法200同时平行处理多个样品，例如将样品进行PCR或恒温式核酸增幅法且/或同时定序多重DNA片段。荧光成像装置100包括具有多个图像传感器112的图像传感器晶元110、与图像传感器晶元110配合以产生多个流体通道122的流体晶元120以及加热模块130。为清楚说明，图1上并未标示所有的图像传感器112。流体晶元120是置于图像传感器晶元110的光接收表面(light receiving surface)114上，使得流体通道122与光接收表面114接触且与多个图像传感器112光学通讯。在一实施例中，光接收表面114为平面或大致上为平面。这消除了反的可能昂贵的成像光件的需求。个别的图像传感器112合作产生一大的表面，因此高通量荧光成像装置100特别适用于表面型检验的处理和读出。加热模块130是与图像传感器晶元110上相反于光接收表面114的表面热耦合。在某些实施例中，加热模块130是与图像传感器晶元110直接接触。
[0025]图像传感器112可为一电耦合装置(CXD)图像传感器、前照式CMOS图像传感器或一背照式CMOS图像传感器。图像传感器112可有百万像素分辨率且可有表面积在约I到约50平方毫米的范围内。
[0026]尽管图1中显示五个流体通道122，高通量荧光成像装置100可包括任何大于一的数量的流体通道122，而不脱离本发明的范围。例如，高通量荧光成像装置100可包括大约数十、数百、数千或数万个流体通道122。同样地，图像传感器晶元110可包括任何大于一的数量的图像传感器112，例如数十、数百、数千或数万个图像传感器112。
[0027]流体通道122可具有与图1所示相异的形状，而不脱离本发明的范围。例如流体通道122可为直的，相对于图1所示的蛇形。流体通道122可覆盖比图1所示的光接收表面114更大的部分，而不脱离本发明的范围。例如流体通道122可被紧密地间隔以减少光接收表面114位于流体通道122间的部分的面积。
[0028]尽管图1所示为圆形，图像传感器晶元110、流体晶元120与加热模块130可为其它形状，例如正方形或长方形，而不脱离本发明的范围。
[0029]在方法200的步骤202中，流体通道122接收样品150。
[0030]在方法200的步骤210中，加热模块130藉由加热图像传感器晶元110而调控分别容置于流体通道122中的多个样品150的温度。方法200因此控制样品内的反应动力。多个样品150可为相异、相同或其组合，使得部分样品150为不同而其它样品150为相同的。加热模块130加热图像传感器晶元110可为持续地、暂时地或重复地。在一实施例中，步骤210包括一步骤212在较高与较低的温度范围内循环图像传感器晶元110的温度，藉此循环样品150的温度。方法200可利用步骤212进行PCR以扩增样品150中的一或多个成份。
[0031]在方法200的步骤220中，样品150暴露于荧光激发光160中。高通量荧光成像装置100可选择性地与提供荧光激发光160的光源165耦合或将其包含在内。
[0032]例如，光源165包括发光二极管、雷射光及/或白光光源。光源165可进一步包括波长滤波器以生成具所需波长的荧光激发光160。荧光激发光160可包括在红外光、近红外光、可见光及/或紫外线的波长范围的光。此外，光源165可具有选择不同波长的发射光的能力以促进多彩与多任务的荧光成像。
[0033]在方法200的步骤230中，其与步骤220平行进行，经由样品150的无透镜成像，每一图像传感器112获取样品150的荧光图像170。在一实施例中，步骤230包括在图像传感器晶元110处于较低的温度范围时获取荧光图像170的步骤232。与在图像传感器晶元110处于较高的温度范围时获取的荧光图像170相比，步骤232可提供具较少热致噪声的荧光图像170。在本说明中，荧光图像170可包括分别与步骤220中的多个荧光激发光的波长相关连而获取的多组的荧光图像170。
[0034]步骤210是与步骤220和步骤230平行进行、序列进行及/或交替进行。
[0035]方法200可选择性地进一步包括处理荧光图像170的步骤240以检测样品150内的至少一成份。