专利名称：用于高速扫描的平衡装置的制作方法
用于高速扫描的平衡装置 关联申请的交叉引用
本申请要求提交于2006年4月7日的60/790， 068号美国临时专利申请的权 益，其内容被全篇包含援引于此。
背景技术：
1. 发明领域
本发明涉及在实时PCR中或例如核酸或蛋白质的生物物种的微阵列上所实施 的方法中用于在以规则二维阵列排列的大量单独位置处进行非常快的照明、观察和 /或检测的任何类型的方法或分析的扫描系统。
2. 现有技术的描述
本发明所涉及的扫描系统是在含一行或一系列行的扫描图案内以非常快的速 度来回移动扫描头的机械运送工具。已针对多种扫描头设计出扫描系统，包括那些 发出或接收或发出和接收光或其它电磁波或微粒或声音信号的扫描系统。在扫描中 获取的数据一般被送至信号处理器以存储、记录、比较和其它的普通的信号处理功 能。
可通过扫描系统扫描的对象包括射线照相图像、电子封装块和其它电子介质、 以及含多个生物样本阵列的多井片。在所有情形下，高效扫描的目标是高速和位置 精度。然而，由于扫描头的移动要求快速反向逆转和在这些反向逆转后的快速来回 加速，因此这些目标容易相互冲突。这些加速和反向逆转会在系统中造成不想要的 振动，这将导致测量误差并使系统部件受到足以导致变形和磨损的机械应力。与扫 描系统关联的这些和其它问题披露于1988年11月1日公告的4， 781， 067号美国专 利、(申请人Ciechanski. F. JSonoscan公司)；2005年6月23日公布的US 2005/0133749 Al号美国专利申请公开、(申请人Kerr， R. S.等Eastman Kodak 公司)；2005年11月17日公布的US 2005/0254932 Al号美国专利申请公开、(申请人Kellerman， P.L.等；1999年11月30日公告的5， 995， 264号美国专利、申请 人Melville C.D.华盛顿大学)；以及1970年11月17日公告的3， 541， 561号美 国专利、申请人Chubb C.F. (Dynell电子公司)。这些专利的内容被全篇援引包 含于此。
发明概述
本发明在于平衡补偿的扫描系统，其中在进行扫描时通过皮带和滑轮系统或 其任何机械等效结构实现平移运动，配重由同一皮带和滑动系统驱动但被设置成沿 与扫描方向相反的方向行进。本发明涵盖其中扫描头由皮带和滑轮系统带动而对象 处于静止或对象由皮带和滑轮系统带动而扫描头处于静止(即逆扫描操作)的所有 系统。为了涵盖这两种情况，在本文中采用术语"扫描对"来表示扫描头和对象， 它们各自被称为扫描对的"成员"。安装于皮带并由此随着皮带旋转而移动的成员 被称为"移动的扫描对成员"，而另一个则被称为"静止的扫描对成员"。在本发 明中，要扫描的对象是平面对象，它或者是要扫描的面积的直线阵列或者是该面积 的二维阵列。因此，当扫描头作为移动的扫描对成员时，扫描头通过横越对象而扫 描对象，而当对象作为移动的扫描对成员时，该对象越过扫描头。在每种情形下， 移动的扫描对成员可在静止扫描对成员的上方或下方。
当移动的扫描对成员是扫描头时，配重可以是相等或近乎相等重量的第二扫 描头，它可用于相同的平面对象或单独的平面对象。至于皮带和滑轮系统，在本文 中将它们称为"皮带装置"，并且它们涵盖移动的扫描对成员和配重在同一皮带上 的实施例以及各自安装在单独皮带上——两根皮带由共同的驱动系统以协调方式 驱动的实施例。在所有情形下，移动的扫描对成员和配重以同步直线运动而移动， 其中一个以与另一个相反的方向和相同的速度移动。
皮带系统相对于该对象的方向使所有移动部件——即移动的扫描对成员和配 重——保持在对象的同一侧，对置成一个在对象上方而另一个在对象下方。当该对 象是生物采样的阵列时，这尤为有利。在一些实施例中，这是通过将移动的扫描对 成员和配重设置在同一皮带上并使皮带滑轮的轴平行于对象平面，并通过操作该系 统以使移动的扫描对成员的运动限制在对象平面略上方的平面内并使配重的运动 限制在高于移动的扫描对成员的平面内来实现的。在其它实施例中，移动的扫描对成员和配重被设置在具有共同滑轮系统的单独皮带上，所述滑轮系统的滑轮轴垂直 于对象平面。移动的扫描对成员和配重可都在对象平面略上方的平面内移动，或者 其中的一个可比另一个更远离对象平面。
术语"扫描距离"用来表示扫描对的两成员之间的任何距离，该距离允许扫 描头进行扫描操作。对于作为发射器或接收器或光或其它电磁信号的扫描头而言， 扫描距离是在扫描对的一个成员处产生的信号可由另一成员接收的任何距离。
本发明的所有实施例中的配重明显减少或消除因快速反向逆转和加速造成的 扫描头的振动。
附图简述
图1是根据本发明的扫描系统的一个例子的侧视图。
图2是根据本发明的扫描系统的第二例子的侧视图。 图3是根据本发明的扫描系统的第三例子的侧视图。 图4是根据本发明的扫描系统的第四例子的立体图。 图5是根据本发明的扫描系统的第五例子的立体图。
本发明的详细说明和较佳实施例
尽管界定本发明的特征能以多种结构实现，然而通过对具体实施例的详细说 明能最好地从整体上理解本发明。这些实施例中的一些示出于附图中。
在图1所示结构中，扫描头11位于对象平面12上方并可滑动地结合于对象 平面上的导轨13。为了扫描对象平面12中的一个行，扫描头ll沿箭头14指示的 方向通过扫描头11固定于的皮带15沿导轨13移动。皮带15由包括电机驱动滑轮 16和惰轮17的滑轮系统驱动。配重18同样固定于皮带15并可滑动地结合于第二 导轨19以沿箭头20指示的方向移动。由于其在皮带15上的位置，配重18沿与扫 描头11相反的方向移动，平衡补偿皮带旋转时由扫描头产生的惯性力。
图2的实施例是图1实施例的相反形式。在图2中，平面对象21安装于皮带 22而扫描头23保持固定。随着皮带22旋转，平面对象21沿箭头24的方向被拉 过扫描头23的上方。配重25以与平面对象21相同的速度但相反的方向移动。这 种结构对于例如载玻片或在支承表面上具有例如薄膜之类的、固定在位的样本阵列 的其它小支承物的对象是有用的。在图1和图2的两实施例中，可通过在扫描头每
6次直线扫描后逐步地沿与皮带垂直的方向移动滑轮、皮带、扫描头和配重的整个系 统以连续扫描一系列行，从而扫描对象上的二维阵列位置。
在图3的实施例中，各自通过单独扫描头33、 34扫描两个对象31、 32。每个 扫描头33、 34作为对方的配重。尽管图中未示出，皮带35是双股皮带，而支承扫 描头33的导轨36和支承另一扫描头34的导轨37均为双导轨，其间都具有允许上 扫描头34完全访问到其对象32的开放空间。两扫描头位于同一皮带35上并将扫 描头在皮带上设置成使两扫描头永远不在滑轮38、 39的相同侧，任何一个扫描头 的移动仅当另一扫描头沿相反方向移动时才发生，效果与图1的结构中获得的效果 相同。在一变例中，图3的结构可用于单个对象，其中两个扫描头沿相反方向轮流 扫描对象的长度。这里同样，整个扫描装置可沿垂直于扫描头每次扫描之间的图平 面的方向移动，以连续扫描一系列行。在又一变例中，可使用两个不同的扫描头 31、 32，每个扫描头扫描对象上相同的整行位置，这两个扫描头采集来自各位置的 不同信息，由此增加通过皮带的单次旋转所获得的信息量。
图4示出又一实施例，这次采用由构共同滑轮系统驱动的两根皮带41、 42， 所述滑轮系统由单个调速滑轮43和单个惰轮44构成，所述单个调速滑轮43由电 机45驱动，所述电机45可以是交流或直流电机或步进电机。扫描头46固定于其 中一根皮带41并沿导轨47滑动，而配重48固定于另一根皮带42并沿第二导轨 49滑动。两皮带受同一滑轮系统作用并且扫描头和配重充分地隔开，扫描头和配 重将总是沿相反方向移动。在该结构和其它结构下，可为配重48省去导轨49而不 会造成平衡效果的明显损失。
在图5所示的结构中，扫描头51和在这里图示为第二扫描头的配重52在高 于对象平面53的共同平面内运动。扫描头安装于相同皮带54并且为两个扫描头配 备单独的导轨55、 56。调速滑轮57由电机58驱动并引入惰轮59，和前面附图的 实施例相同。这两个扫描头沿箭头60、 61指示的方向移动，并沿皮带隔开以保证 它们沿相反方向移动。
一般来说，配重的行程路径将限定其重心并且最好的结果是该重心尽可能地 靠近由扫描头的行程限定的重心，以最小化由运动质量引起的反作用力矩。另外在 所有实施例中，配重的质量越接近扫描头的质量，配重越有效，但近似等于、而不 是恰好等于扫描头质量的质量也就足够了。较佳地，配重质量在扫描头质量的约 10%内，更佳约5%。当配重不同于扫描头本身时，配重可以是模制、切割、铸造 或以其它方式制造出的任何实体。对于实时PCR (聚合酶链反应)方法以及需要以高位置精度快速移动扫描时 的任何场合，本发明是有价值的。这类应用例子是在扫描载玻片、微量滴定片和微 流体装置——即具有由非常小直径的流体管道网络连接的蓄液器的装置——上扫 描微粒阵列。
尽管前面的说明描述了附图所示部件的各种选择，然而其它的选择对本领域 内技术人员而言也是明显的并落在本发明的范围内。
术语"一"或"一个"旨在表示"一个或多个"。术语"包括"及其变化形 式，例如"包含"和"由……构成"，当引用在前的一个步骤或元件时，旨在表示 可选择和不排除其它步骤或元件。本说明书中涉及的所有专利、专利申请和其它公 布的参考文献都全篇地援引包含于此。引用于此的参考文献和本说明书的明确教义 之间的任何差异都能通过本说明书的教义取得解答。这包括业内对一个单词或短语 的定义和本说明中对同一单词或短语明确给予的定义之间的差异。
权利要求
1.一种用于扫描平面对象的扫描系统，其中所述平面对象和扫描头被定义为扫描对的成员，所述扫描系统包括皮带装置，其上安装有(i)所述扫描对中定义为移动的扫描对成员的一个成员以及(ii)处于一些位置的配重，藉此所述皮带装置的旋转造成所述扫描对成员和所述配重沿平行于所述扫描对中定义为静止的扫描对成员的另一成员并在其同侧上的直线路径以相反方向的同步运动；以及驱动装置，所述驱动装置旋转所述皮带装置以产生所述同步运动。
2. 如权利要求1所述的扫描系统，其特征在于，所述皮带装置是一根连续的 皮带。
3. 如权利要求1所述的扫描系统，其特征在于，所述皮带装置是一对连续的 皮带，所述移动的扫描对成员在所述一对皮带中的一根上而所述配重在所述一对皮 带的另一根上，且所述驱动装置由结合于两皮带的一个调速滑轮和结合于两皮带的 一个惰轮构成。
4. 如权利要求l所述的扫描系统，其特征在于，所述移动的扫描对成员的所 述直线运动路径处于所述配重和所述静止的扫描对成员的所述直线运动路径之间。
5. 如权利要求1所述的扫描系统，其特征在于，所述移动的扫描对成员的所 述直线运动路径和所述配重的所述直线运动路径处于同一平面内，所述平面平行于 所述静止的扫描对成员所在的第三平面。
6. 如权利要求1所述的扫描系统，其特征在于，所述移动的扫描对成员是所 述扫描头，而所述静止的扫描对成员是所述平面对象。
7. 如权利要求l所述的扫描系统，其特征在于，所述移动的扫描对成员是第 一扫描头，所述静止的扫描对成员是第一平面对象，所述第一扫描头被定位成扫描 所述第一平面对象，而所述配重是定位成扫描第二平面对象的第二扫描头。
8. 如权利要求l所述的扫描系统，其特征在于，所述平面对象是射线照相图像。
9. 如权利要求l所述的扫描系统，其特征在于，所述平面对象是PCR片。
10. 如权利要求1所述的扫描系统，其特征在于，所述平面对象是生物物种 的微阵列。
11. 如权利要求1所述的扫描系统，其特征在于，所述平面对象是微流体装置。
12. —种用扫描头扫描平面对象的方法，其中所述平面对象和所述扫描头被 定义为扫描对的成员，所述方法包括(a) 将所述扫描对的一个成员安装于皮带装置并指定一移动的扫描对成员， 将所述扫描对的另一成员指定为静止的扫描对成员并将所述静止的扫描对成员设 置在所述移动的扫描对成员的扫描距离内；以及(b) 将配重在相对于所述移动的扫描成员的位置进一步安装于所述皮带装 置，以使所述皮带装置的旋转造成所述移动的扫描成员和所述配重沿相反方向的同 步运动，使所述皮带装置旋转，以使所述移动的扫描成员越过所述静止的扫描成员， 同时将所述移动的扫描部分和所述配重保持在所述静止的扫描成员的同侧。
13. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述皮带是一根连续的皮带。
14. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述皮带装置是一对连续的皮 带，所述移动的扫描对成员在所述一对皮带中的一根上而所述配重在所述一对皮带 的另一根上，且(b)包括使所述一对连续的皮带通过共同的驱动装置旋转。
15. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述移动的扫描对成员是所述 扫描头，而所述静止的扫描对成员是所述平面对象。
16. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述移动的扫描对成员是所述 平面对象，而所述静止的扫描对成员是所述扫描头。
17. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述扫描头被定义为第一扫描 头而所述平面对象被定义为第一平面对象，所述移动的扫描对成员是所述第一扫描 头而所述静止的扫描对成员是所述第一平面对象，且所述第一扫描头被定位成越过 所述第一平面对象，而所述配重是定位成越过第二平面对象的第二扫描头。
18. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述平面对象是射线照相图像。
19. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述平面对象是PCR片。
20. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述平面对象是生物物种的微 阵列。
21. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述平面对象是微流体装置。
全文摘要
通过具有同样由皮带和滑轮系统以相同速度但沿与扫描头相反的方向驱动的配重的皮带和滑轮系统来实现扫描头相对于平面对象或平面对象相对于扫描头平移。皮带和滑动系统的部件被定位成使所有移动部件保持在对象的一侧并在它们的整个移动范围内保持这种状态。
文档编号A61N5/00GK101553278SQ200780011776
公开日2009年10月7日 申请日期2007年4月2日 优先权日2006年4月7日
发明者D·Y·楚, P·J·帕特 申请人:生物辐射实验室股份有限公司