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_2

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其中,样品150内的成份是指如分子、颗粒、生物细胞、生物有机体、片段的DNA链、一种或多种蛋白质、及/或一种或多种核酸。步骤240后可跟随步骤250,其基于步骤240中样品成份的检测测定一个或多个检验结果。在一实例中,高通量荧光成像装置100是与分析模块180通讯耦合,其进行步骤240并可选择性地进行步骤250以得到结果185。在另一实例中,高通量荧光成像装置100可包括分析模块180。
[0036]应理解的是,方法200可包括进行一个或多个检验步骤,例如加入一开始未被包含在样品150中的反应试剂并将此试剂与样品150—起培养,而不脱离本发明的范围。例如,此检验步骤的执行是根据本领域已知的方法。
[0037]图3为高通量荧光成像装置100(图1)的更详细的侧面剖视图。下述讨论是关于高通量荧光成像装置100未显示于图1的特色。
[0038]图像传感器晶元110包括波长滤波器316。波长滤波器316抑制荧光激发光160使得图像传感器112选择性地检测来自样品150的荧光发射。为清楚说明,图3并未标示所有的图像传感器112。在一实施例中,波长滤波器316进一步配置成为图像传感器112提供感色灵敏度,以分辨不同波长的荧光发射。举例而言,图像传感器112的每一像素可与发射一定波长内的光的波长滤波器316连结,以一类似于拜耳排列样式(Bayer pattern)的配置。在另一实施例中,每一图像传感器112为具独立设置的波长滤波器316提供感色灵敏度的图像传感器。在又一实施例中,高通量荧光成像装置100是配置成获取单色的荧光图像170。
[0039]图像传感器112间隔开一定距离312。高通量荧光成像装置100的某些实施例最小化距离312以最佳化与图像传感器112相关连的光接收表面114的比例。在绘示于图3的一实施例中,流体通道122与多个图像传感器112光学通讯。这可有益于每单位面积的光接收表面114上感兴趣的样品成份的数目为低的应用。在另一实施例中,流体通道122只与单一图像传感器112光学通讯。高通量荧光成像装置100可包括以下的一组合(a)与多个图像传感器112光学通讯的一个或多个流体通道122,与(b)只与单一图像传感器112光学通讯的一个或多个流体通道122。
[0040]每一流体通道122包括流体端口口(f luidic port)343与326。流体埠口 324及/或流体埠口 326可接收样品150。
[0041 ]加热模块130包括热源334。热源334可位于加热模块130背对图像传感器晶元110的表面上、加热模块130与图像传感器晶元110间的接口上及/或加热模块130的内部。在一实施例中,热源334为包括一个或多个电阻的电阻加热器,例如一个或多个薄膜铂电阻。在另一实施例中,热源334为包括金属与用于感应加热金属的电线圈(electrical coil)的感应加热器。在又一实施例中,热源334为被位于高通量荧光成像装置100外部的电线圈感应加热的金属。
[0042]图4A绘示一高通量荧光成像装置100(图1)一示例性的局部截面,即装置局部100’与样品150的荧光标记样品成份450(1)与450(2)的无透镜荧光成像。图4B显示装置局部100’的一个次局部100〃,其包括荧光标记样品成份450( I)。图4A与4B—起检视为最佳。
[0043]装置局部100’包括图像传感器晶元110的图像传感器晶元局部110’、流体晶元120的流体晶元局部120’与加热模块130的加热模块局部130’。图像传感器晶元局部110’包括为光接收表面114的局部的光接收表面114’、波长滤波器316(图3)的波长滤波器局部316’以及与流体晶元局部120,的流体通道122光学通讯的多个感光像素(photosensitivepixel)418。图4A与4B所示的感光像素418可属于单一图像传感器112或多个图像传感器112。为清楚说明,图4A与4B并未标不所有的像素418。
[0044]流体晶元局部120’包括盖子430与腔壁420组成的一腔室(chamber)。盖子430与腔壁420是配置成在流体晶元局部120’内产生凹槽。所述凹槽与图像传感器晶元局部110’的光接收表面114’配合以形成流体通道122。在一实施例中,腔壁420与盖子430为一体成形。举例来说,与光接收表面114’配合以形成流体通道122的凹槽,其可藉由自一平面基板移除材料或藉由将材料模制成盖子430与腔壁420的形状而制成。在另一实施例中,腔壁420与盖子430为分开的组件组合而形成凹槽,其与光接收表面114’配合以生成流体通道122。在这实施例中,盖子430可至少为部分透光的,而腔壁420对荧光激发光160为不透明或几乎不透明的。
[0045]在一实施例中,盖子430与可选择的腔壁420屏蔽或部分屏蔽特定波长的光以减少荧光激发光160助长荧光图像170上的讯号。在一实例中,盖子430包括波长滤波涂层432,其过滤荧光激发光以遮蔽或减少被波长滤波器316’传送的波长的光。在另一实例中,盖子430与可选用的腔壁420是以一遮蔽或部分遮蔽特定波长的光的材料制成,例如那些被波长滤波器316’传送的光。
[0046]图像传感器晶元局部110’可选择性地包括位在腔壁420之下的感光像素416。为清楚说明,图4A并未标示所有的像素416。在使用的实例中,像素416是用以量测与像素416和像素418相关连的电子噪声的暗像素。可由像素418记录的讯号中消去此由像素416量测的电子噪声以生成一减噪的荧光图像170。当图像传感器晶元110或其的一部份处于温度升高致使热导致的电子噪声增加时,若像素418在被高通量荧光成像装置100获取的荧光图像中为有效的将会特别有帮助。
[0047]像素418获取流体通道122中的样品150的一个或多个荧光图像170的至少一部份。如与图2相关的讨论,荧光图像170是藉由将流体通道122暴露于荧光激发光160下而生成。于图4A所示的示例性情形下,荧光激发光160激发荧光于样品成份450(1)与450(2)之上及/或之内。回应荧光激发光160,样品成份450(1)与450(2)分别发射荧光发射光442(1)与442
(2)。样品成份450(3)未被荧光标记。因此,当以荧光激发光160照射,样品成份450(3)并不产生荧光发射光。荧光发射光442(1)与442(2)的至少一部份被波长滤波器316’发送至像素418。因此,像素418检测至少部分的荧光发射光442(1)与442(2),由此像素418检测荧光标记的样品成份450(1)与450(2)。既然样品成份450(3)并未荧光标记,样品成份450(3)不会被像素418检测到。因此,像素418产生显示荧光标记的样品成份450(1)与450(2)的一或多个荧光图像170的至少一部份。
[0048]次局部100"包括焚光标记的样品成份450(1)。每一像素418有一受光角(acceptance angle)419。为清楚说明,仅标示像素418的受光角。在一实施例中,受光角419与光接收表面114’到像素418的距离471是设定为只有位在荧光标记的样品成份450(1)附近的像素418能检测到源自荧光标记的样品成份450(1)的荧光发射光442(1)。这些像素在图4B中标示为418’。线443为像素418’勾勒出受光角的部分,其包括视线到荧光标记样品成份450( I)。其它像素418没有在受光角419内的视线到荧光标记样品成份450( I)。
[0049]在一实施例中,受光角419与距离471是设定为只有在光接收表面114’平行方向上在小于一个像素418位置上的像素418能侦测源自位于光接收面114’上的荧光标记样品成份的荧光发射光。在这个实施例中,像素418—起产生位于光接收面114’上的荧光标记样品成份的最小的模糊的荧光图像170或其一部分。在另一实施例中,受光角419与距离471配合以引起荧光重迭事件的发生速率,在一包含典型浓度低于期望临界值的感兴趣荧光标示样品成份的样品150的荧光图像170上。在又一实施例中,受光角419是够小以使包含在一典型浓度经均匀间隔荧光标记的感兴趣样品成份的样品150的荧光图像170免于荧光重迭事件。
[0050]对于样品150的成像,其中感兴趣的样品成份未必置于光接收表面114’上,当流体通道122的高度472为小时将使模糊最小化。因此,在高通量荧光成像装置100的某些实施例中,高度472为允许样品容置于流体通道122上的最小高度。
[0051]在一实施例中,高度172是小于10微米或小于I微米。高度472这样低的值最小化样品150以及相关检验试剂所需的体积。在另一实施例中,高度472大于10微米,例如数百微米或毫米大小。
[0052]在一实施例中,像素418的尺寸是显著小于流体通道122中感兴趣的荧光标记样品成份的尺寸,其中像素418的尺寸是由位于与光接收表面114’平行的表面上的像素418最大的尺寸所限定。这允许感兴趣的荧光标记样品成份的准确大小和形状的测定,并且根据荧光图像170中荧光侦测与荧光事件的大小可进一步允许感兴趣的荧光标记样品成份的识另IJ。例如,一感兴趣的荧光标记样品成份可被发现为一检测得的荧光事件的子集,其进一步满足指定的大小及/或形状标准。
[0053]图5A与5B绘示一示例性的高通量荧光成像装置500,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。高通量荧光成像装置500为高通量荧光成像装置100(图1)的一实施例,并且包括图像传感器晶元110、流体晶元120与加热模块530。图5A为图5B中高通量荧光成像装置500沿着线段5A—5A的侧面剖视图。图5B为高通量荧光成像装置500沿着图像传感器晶元110与加热模块530间的接口的横截面俯视图。图5A与图5B—起检视为最佳。
[0054]加热模块530为加热模块130的一实施例。加热模块530包括位在加热模块530背对图像传感器晶元110的表面上的电阻式热
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