专利名称：微阵列成像系统和相关的方法
微阵列成像系统和相关的方法 交叉参考相关申请本申请要求美国临时申请No. 60/780,616的较早申请日权益，该 美国临时申请的申请日为2006年3月9日，名称为"Simple Imaging System for Applications of Microarrays at Points of Use", 其全部内 容合并在此以供参考。
背景技术：
矩形微阵列格式和基本原理的显著变化是施加悬浮的微 球。在这种配置中，每个球的唯一标记是用一个或多个焚光标记，并 提供唯一的探针实体用于微球表面上的相互作用分析。作为例子， Luminex Corporation of Austin, Texas提供这种悬浮的微球系统。0006利用探针与特定目标实体的相互作用，这些实体具有二次 结合到受处理表面的亲和标志，可以分离悬浮的复用混合物微球。此 外，探针可以分离顺磁珠。作为例子，Invitrogen Corporation of Calsbad， California提供商标名称为Dynabeads⑧的顺磁珠。区分与 混合物隔离的顺磁珠是基于埋入在顺磁珠中的染料标记的荧光签名， 它借助于扫描在排列或随机表面上停留的顺磁珠，或悬浮物中各个顺 磁珠的直接流量血细胞计数。
图2是点扩展函数(PSF)的图像；
图5表示一个典型实施例的完整成像系统100。作为例子， 如图5所示，有CCD成像平面116和检测器116a的典型CCD照相 机用作成像装置，在照相机的表面上有针孔孔径(代替安装的透镜系 统)。作为例子，从孔径到CCD平面116的典型距离约为50 mm， 可比较的工作距离包含从微阵列到孔径的光程。
在检测器144上形成的图像是传输通过编码孔径阵列的巻 积图像。形成的图像是模糊的，因为检测器是从多个针孔接收光。任 何理想的图像去巻积技术可用于去模糊形成的图像。例如，令/(R) 代表在传输通过编码孔径阵列之后巻积图像的傅里叶变换，而M代 表编码孔径阵列的反演掩模和/(M)代表反演掩模的傅里叶变换。 若I等于去巻积图像，则(3)如以上公式所说明的，不知道编码孔径阵列的具体反演掩模，就 不能去巻积(即，去模糊)图像。因此，编码孔径阵列的反演掩模可 以作为加密图像的瞬时光学加密密钥。
在本发明以及其他的应用中，这可以看成是生产这些元件 在经济上可行和质量得到保证的途径。还注意到，在制造具体微阵列 中使用的光刻掩模与本发明范围内编码孔径阵列的设计基本上具有 类似的规模和复杂性。原始图像数据转换成判定质量信息
如
图10所示，给标准的黑色塑料主体盖240的正面拍照。 Microsoft Powerpoint中的数字图《象被放大，画出的叠加圆与主体盖 图像有相同的直径。在打印的复制品上，圆的几何中心是由两条割线
的交点确定。尖锐的钢穿孔器用于指引在主体盖中钻孔的中心。针孔孔径是用240a表示。把主体盖夹紧到木制的工作面上，低速设置以 防止熔化的Dremel手工工具钻透主体盖并以1/16英寸和1/32英寸的 增量逐渐扩大中心孔。选取的最终直径略大于需要安装的MURA元 件的对角线。利用锥形石或1/8，，导向镂铣刀具以及Dremel手工工具， 把孔径的前边缘切割成斜面。专业人员知道，标准的照相机主体盖是 不需要的，而是为了便于描述。[0072在另 一个实施例中，CCD装置是被有针孔孔径或编码孔径 阵列的任何理想表面掩蔽，例如，它们分别是图5所示的元件112和 图9所示的元件212。有针孔孔径的任何表面称之为针孔挡板。[0073一个典型实施例利用Mathematica ( v5.2 )程序以构造和 代表正方形MURA孔径阵列作为数字图像，按照Gottesman和 Fenimore ( 1987)提供的显式算法描述(以上引用)。导数图像是利 用黑白反转构成的，且这个图像的中心是在4英寸x 6英寸的白色矩 形内。在大矩形的中心有正方形MURA，其尺寸通常被调整到代表阵 列中每个正方形孔径元件为0.01英寸，0.02英寸或0.(B英寸。在把 复合的矩形和中心MURA图像拍摄到黑白负片上时(见以下描述)， 约4倍缩小的矩形尺寸分别在60|a， 120|1和240n的薄膜上形成孔径元 件尺寸。[0074图11表示37x37单元MURA正阵列250。该阵列包含黑 色背景250a和有白色背景的对应负阵列250b。负图像正方形的尺寸 分别;故缩小到约为2.22 mm， 4.44 mm和8.88mm的边长。因此，这 些正方形MURA图像的对角线分别约为3.14 mm ，6.28 mm和12.56 mm。然后，给这些薄膜负片图像确定中心位置，并被安装到开孔直 径分别约为l/8英寸，1/4英寸和1/2英寸的主体盖上。MURA孔径阵列的薄膜图像[0075利用60 mm Nikkor MICRO镜头，以及慢速Ilford Delta 100 (ISO 100 ) 35 mm黑白负片，拍摄反演MURA图像的黑白图像 (Nikon N80照相机)。在离照相机约为40 cm的复制台上有四个5200K照相散光灯泡照明打印的MURA反演图像，且镜头孔径f8的 曝光速度设置是围绕灰板计量速度约为1/120秒进行分组。利用黑白 D71过程对胶片进行人工方法显影，延长搅拌时间以提高对比度。得 到黑色不透明度和白色透明度的最佳结果，曝光时间通常是大于灰板 计量的二至三倍，即，在f8下约l/60秒。较长的膝光时间增大黑色 不透明度，但是也导致增大灰色调和损失白色孔径的透明度。[0076图12表示在HP OfficeJet 5500v上以9600 dpi扫描的负片 图像。上部方框260a分别表示在1/180秒，1/120秒和1/90秒的分组 曝光。下部方框260b详细地展示在1/120秒下放大的灰板计量膝光。 圆形代表在安装MURA图像的Nikon主体中的1/2英寸开孔。[0077jMURA孔径阵列的选取负片图像是在幻灯片的四角进行 修整，使它适合于Nikon BF-1A主体盖的背上37.5mm直径内平面圆 的中心。40 mm的安装圆盘是从黑色聚苯乙烯薄片上切下的 (Evergreen Scale Models, Woodinville， VA;薄片厚度为0.25至0.5 mm)，从该薄片上切下中心孔，并使它与主体盖上的中心孔匹配。 修整的薄膜负片的中心是在主体盖上，并用聚苯乙烯圆盘覆盖，然后， 再在它的周边用少量塑料粘合剂固定。[0078在另一个实施例中，利用任何理想的计算积3殳计(CAD) 程序，实施通过Mathematica程序设计的编码孔径阵列。利用在CAD 程序中实施的设计，把编码孔径阵列蚀刻到光刻掩模。然后，把光刻 掩;f莫放置在照相机的主体盖上。在一个典型实施例中，光刻胶掩^f莫是 面积为10112的光刻胶晶片。在光刻胶晶片中心的3 mn^面积上蚀刻 编码孔径阵列，其针孔的直径为100 nm。[00791图13是说明产生微阵列图像的典型方法流程图。步骤300 是从光源发射光。步骤302过滤射出的光进入第一频带。步骤304反 射第一频带的光到微阵列上，从而使微阵列发射电磁能。步骤306过 滤第二频带内的电磁能。步骤307引导光通过针孔挡板掩模。在另一 个实施例中，步骤307引导光通过有编码孔径阵列的表面。步骤308 是在CCD上形成微阵列的图像。 [0080流程图中的任何过程描述或方框应当理解为代表模块，程 序段，部分代码，它包含一个或多个可执行的指令，用于实施特定的 逻辑功能或过程中的步骤，而其他的实施方案包含在本发明典型实施 例的范围内，其中功能的执行是与所示或讨论的顺序不同，包括基本 同时进行或沿相反的顺序，因为专业人员明白，它取决于所涉及的功 能。[0081显然，根据以上的内容，对本发明的各种改动和变化是容 易的。所以，应当明白，在所附权利要求书的范围内，实践本发明可 以不同于此处具体的描述。例如，利用软件和硬件交互式协作所描述 的内容，可以想象，此处描述的系统完全可能利用软件实现。软件可 以体现在载体上，例如，磁盘或光盘，或射频或音频载波。[0082因此，以上的讨论仅仅公开和描述本发明的典型实施例。 专业人员应当明白，在不偏离本发明精神或重要特征的条件下，本发 明可以有其他的特定形式。因此，本发明的公开内容是说明性的，而 不是限制本发明的范围，以及其他的申请内容。包括此处能够容易识 别的变化的公开内容部分地限定以上申请术语的范围，因此，没有专 用于公众的本发明主题。
权利要求
1. 一种用于产生微阵列的图像的设备，包括至少一个光源，配置成向有寻址探针的微阵列引导光，该探针至少是在被目标激励的标记上；激励滤波器，配置成过滤光进入第一频带；二向色反射镜，配置成反射第一频带的光到微阵列上，从而使微阵列从被目标激励的标记上发射电磁能，其频率范围是传输通过二向色反射镜的频率范围；发射滤波器，配置成过滤第二频带内的电磁能；和含电荷耦合器件(CCD)的成像单元，CCD有被针孔挡板掩蔽的成像面，因此，当针孔挡板从发射滤波器接收电磁能时，产生整个微阵列的图像。
2. 按照权利要求1的设备，还包括数据处理器，配置成接收整个微阵列的图像，并且通过把整个微 阵列图像的傅里叶变换与点扩展函数的傅里叶变换相乘完成图像去 巻积，点扩展函数是阵列平面上的点光源通过针孔挡板扩展到CCD 成像平面上的模型。
3. 按照权利要求1的设备，还包括位于该至少 一 个发光二极管与激励滤波器之间的全息漫射器；和 全息漫射器配置成增大从该至少一个光源发射的光的照明强度 的均匀性。
4. 按照权利要求l的设备，其中在产生微阵列的图像时，CCD 成像面与针孔挡板之间的第 一距离等于微阵列平面与针孔孔径之间 的第二距离。
5. 按照权利要求1的设备，其中针孔挡板是有针孔孔径的透镜盖。
6. 按照权利要求1的设备，其中CCD还配置成接收电子信号， 因此，CCD充满电荷累积。
7. 按照权利要求1的设备，其中CCD还包含多于微阵列中多 个特征的多个成^^阱。
8. 按照权利要求5的设备，其中CCD的成像阱数目与微阵列 的特征数目之比至少是25:1。
9. 一种用于产生微阵列的图像的设备，包括 至少一个光源，配置成向有寻址探针的微阵列引导光，该探针至少是在被目标激励的标记上；激励滤波器，配置成过滤光进入第一频带；二向色反射镜，配置成反射第一频带的光到微阵列上，从而使微 阵列从被目标激励的标记上发射电磁能，其频率范围是传输通过二向 色反射镜的频率范围；发射滤波器，配置成过滤第二频带内的电磁能；和含电荷耦合器件(CCD)的成像单元，CCD有被有编码孔径的 表面掩蔽的成像面，因此，当编码孔径阵列从发射滤波器接收电磁能 时，产生整个微阵列的图像。
10. 按照权利要求9的设备，其中该附件还包括 数据处理器，配置成接收整个微阵列的图像，并且通过把整个微阵列图像的傅里叶变换与编码孔径阵列反演的傅里叶变换相乘，完成 图像去巻积。
11. 按照权利要求9的设备，其中编码孔径阵列是修正的均匀 冗余阵列(MURA)。
12. 按照权利要求11的设备，其中MURA的尺寸至少是211 x 211个单元。
13. 按照权利要求9的设备，其中编码孔径阵列配置成包含其 本身的反演。
14. 按照权利要求9的设备，还包括位于该至少 一个发光二极管与激励滤波器之间的全息漫射器；和 全息漫射器配置成增大从该至少一个光源发射的光的照明强度 的均匀性。
15. 按照权利要求9的设备，其中在产生微阵列的图像时， CCD成像面与编码孔径阵列之间的第一距离等于微阵列平面与编码 孔径阵列之间的第二距离。
16. 按照权利要求9的设备，其中CCD还配置成接收电子信 号，因此，CCD充满电荷累积。
17. 按照权利要求9的设备，其中CCD还包含多于微阵列中 多个特征的多个成像阱。
18. 按照权利要求17的设备，其中CCD的成像阱数目与微 阵列的特征数目之比至少是25:1。
19. 一种发光单元，包括 至少一个光源，配置成向目标引导光；全息漫射器，配置成增大该至少一个光源发射的光的照明强度的 均匀性；和激励滤波器，配置成过滤光进入第一频带。
20. —种用于产生微阵列图像的方法，包括 向有寻址探针的微阵列引导光，该探针至少是在被目标激励的标记上；过滤光进入第一频带；反射第 一 频带的光到微阵列上，从而使微阵列从被目标激励的标 记上发射电磁能，其频率范围是传输通过二向色反射镜的频率范围； 过滤第二频带内的电磁能；和在CCD上形成整个微阵列的图像，该CCD有被针孔挡板掩蔽 的成^f象面。
21. —种用于产生微阵列图像的方法，包括向有寻址探针的微阵列引导光，该探针至少是在被目标激励的标记上；过滤光进入第一频带；反射第 一 频带的光到微阵列上，从而使微阵列从被目标激励的标 记上发射电磁能，其频率范围是传输通过二向色反射镜的频率范围； 过滤第二频带内的电磁能；和在CCD上形成整个微阵列的图像，该CCD有被有编码孔径阵列的表面掩蔽的成像面。
22. —种用于光学加密的方法，包括 通过被编码孔径阵列掩蔽的表面从目标上接收光；和 在有成像面的CCD上形成该目标的图像，编码孔径阵列配置成加密在CCD成像面上的图像。
全文摘要
提供一种用于产生微阵列图像的设备和方法。该设备包括至少一个光源，配置成向微阵列引导光。该设备包括激励滤波器，配置成过滤光进入第一频带到二向色反射镜。二向色反射镜反射该光到微阵列上，从而使微阵列发射电磁能。该设备包括发射滤波器，配置成过滤第二频带内的电磁能。该设备还包括有电荷耦合器件(CCD)的成像单元，CCD有被针孔挡板掩蔽的成像面，因此，当针孔挡板从发射滤波器接收电磁能时，产生整个微阵列的图像。
文档编号G01J1/20GK101400974SQ200780008502
公开日2009年4月1日 申请日期2007年3月9日 优先权日2006年3月9日
发明者C·蒂贝茨 申请人:泰萨莱有限责任公司