用于蛋白质印迹的高功率激光器的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年9月1日提交的美国临时申请第62/553,712号的权益，其完整公开出于所有目的通过引用结合于此。

背景技术：

电印迹是一种广泛使用的生物技术，它涉及在分布有带电分析物(诸如，dna、rna或蛋白质)的基质上施加电位差。电势差导致分析物从基质中迁移出来，并且变得沉积在基质附近的表面上或变为“印迹”，在该表面上它们被固定。随后可通过使用一个或多个可检测的结合配合物(partner)探测分析物，使用荧光、化学发光、放射性或其他现象来检测分析物。

本领域已知并且实践了各种类型的电印迹。当分析物是dna片段时，分析物从凝胶或其他基质转移出并转移至印迹上被称为southern印迹法，该southern印迹法是以其创始人英国生物学家edwinm.southern的名字命名。类似地，rna片段的转移被称为northern印迹法，并且蛋白质或多肽的转移被称为蛋白质印迹法(westernblotting)。

荧光检测是一种用于蛋白质印迹法以及其他电印迹应用的有用的方法。在蛋白质印迹膜的表面上固定的蛋白质通常使用用于特定抗体检测的荧光标记来标记。荧光标记能够通过激发源从上方被激发，并且荧光标记以稍微更长的波长发射光，该光被成像系统检测。

技术实现要素：

对于一些荧光成像应用，所期望的是减少用于检测的成像时间。某些成像过程可需要长达5-10分钟或更长的曝光时间。这些可包括由微弱发射强度、高背景信号或具有低敏感度的检测技术表征的应用。在降低最小曝光时间方面可取得的进展可以转化为更快的试验、更高的检测吞吐量、更高的成像设备效率和改进的数据稳健性。此外，一些成像处理技术(诸如高动态范围(hdr)方法)与更快的曝光时间一同实现可变得更为实际并且更具吸引力。

用于减少所需成像时间的一种技术是经由使用激发光源照明来提高激发强度。例如，能够向荧光标记递送10倍更大的光强度的激发源的使用可被预期将实现特定发射响应所需的曝光时间降低10倍。然而，照明强度和功率的增加可伴随着技术问题和挑战。例如，高功率激光器在成像方案(protocol)中的使用可引入与一般激光(尤其是高功率激光束)的相干和干涉属性相关的显著的照明不均匀性。

通常，本文提供了由使用高功率激光器以用于样本(诸如，蛋白质印迹)激发表征的设备和方法。发明人已发现通过特定的光学漫射器、多个激光器的配置或多个空间或时间激光器模态的使用，可以实现具有来自高功率激光器的基本均匀的照明的样本的落射照明(epi-illumination)。

一个所提供的用于样本的落射照明器包括具有被配置为支持样本的样本侧的平面平台以及激发光源。激发光源包括激光器和光学漫射器。光学漫射器被安装在平面平台上方并且沿着激光器的光学路径被定位在激光器和平面平台之间。激光器具有从5w至500w的范围内的功率。落射照明器进一步包括传感器，该传感器被配置为检测从样本发射的荧光发射光。荧光发射光具有荧光发射波长，并且激发光并不包括具有该荧光发射波长的激发光。

在一些实施例中，光学漫射器是具有从3度至70度的范围内的漫射半角的全息漫射器。在一些实施例中，光学漫射器是具有从5度至30度的范围内的漫射半角的全息漫射器。在一些实施例中，激光器具有从10w至80w的范围内的功率。在一些实施例中，光学漫射器是磨砂玻璃漫射器。在一些实施例中，光学漫射器是工程微透镜阵列。

在一些实施例中，激光器是半导体垂直腔面发射激光器(vcsel)阵列。在一些实施例中，激光器是边缘发射半导体激光器或激光器阵列。在一些实施例中，激光器具有两个或更多个空间模式或纵向模式。在一些实施例中，激发光具有从640nm至850nm的范围内的波长。在一些实施例中，激发光源包括两个或更多个激光器或激光器阵列，其中该两个或更多个激光器或激光器阵列中的每一个具有从5w至500w的范围内的功率。

在一些实施例中，平面平台的样本侧具有从10cm²至500cm²的范围内的区域。在一些实施例中，平面平台的样本侧具有从50cm²至200cm²的范围内的区域。在一些实施例中，样本是生物样本。在一些实施例中，样本是膜或凝胶。在一些实施例中，样本是蛋白质印迹。

还提供了包括平面平台的落射照明器，该平面平台具有被配置为支持样本的样本侧，该落射照明器还包括被安装在平面平台上方的激发光源。激发光源包括五个或更多个激光器，并且具有大于5w的总功率。落射照明器进一步包括传感器，该传感器被配置为检测从样本发出的荧光发射光。荧光发射光具有荧光发射波长，并且激发光并不包括具有该荧光发射波长的激发光。

在一些实施例中，激励光源包括十个或更多个激光器。在一些实施例中，激光器中的每一个具有从5w至50w的范围内的功率。在一些实施例中，激光器中的每一个具有从10w至20w的范围内的功率。在一些实施例中，激发光源包括100个或更多个激光器，其中该100个或更多个激光器中的每一个具有小于100mw的功率。在一些实施例中，激发光源是半导体垂直腔面发射激光器(vcsel)阵列。在一些实施例中，激光器中的每一个是边缘发射半导体激光器。在一些实施例中，激光器中的每一个具有两个或更多个空间模式或纵向模式。在一些实施例中，激发光具有从640nm至850nm的范围内的波长。

在一些实施例中，平面平台的样本侧具有从10cm²至500cm²的范围内的区域。在一些实施例中，平面平台的样本侧具有从50cm²至200cm²的范围内的区域。在一些实施例中，样本是生物样本。在一些实施例中，样本是膜或凝胶。在一些实施例中，样本是蛋白质印迹。

还提供了用于样本成像的方法。该方法包括提供根据实施例的落射照明器，其中，该落射照明器包括平面平台、激发光源以及传感器。该方法进一步包括将样本放置在平面平台上。该方法进一步包括使用由激发光源产生的光照亮样本。该方法进一步包括使用传感器检测从样本发射的荧光发射光。

附图说明

图1是由led光源照亮的利用荧光染料标出斑点(spot)的聚偏二氟乙烯(pvdf)膜的图像。

图2是由两个高功率激光器和一个光学漫射器照亮的利用荧光染料标出斑点的pvdf膜的图像。

图3是由两个高功率激光不带光学漫射器照亮的蛋白质印迹的图像。

图4是根据实施例的落射照明器的图示。

图5a是由包括19个单独激光器的条形激光器照亮的蛋白质印迹的图像。

图5b是由包括19个单独激光器以及一个光学漫射器的条形激光器照亮的图5a的蛋白质印迹的图像。

图6a是由led光源照亮的印迹的图像，其中该图像是以10秒的曝光时间和2x2分箱(binning)水平获得的。

图6b是由高功率激光器以及熔融石英光学漫射器照亮的图6a的印迹的图像，其中该图像是以10秒的曝光时间和2x2的分箱水平获得的。

图6c是由led光源照亮的图6a的印迹的图像，其中该图像是以30秒的曝光时间和4x4分箱水平获得的。

图6d是由高功率激光器以及熔融石英光学漫射器照亮的图6a的印迹的图像，其中该图像是以30秒的曝光时间和4x4的分箱水平获得的。

图7a是由led光源照亮的印迹的图像，其中该图像是以15秒的曝光时间和4x4分箱水平获得的。

图7b是由高功率激光器以及具有50度的漫射半角的全息漫射器照亮的图7a的印迹的图像，其中该图像是以15秒的曝光时间和4x4的分箱水平获得的。

图8a是由led光源照亮的印迹的图像，其中该图像是以5秒的曝光时间和4x4分箱水平获得的。

图8b是由高功率激光器以及具有20度的漫射半角的全息漫射器照亮的图8a的印迹的图像，其中该图像是以5秒的曝光时间和4x4的分箱水平获得的。

具体实施方式

i.综述

本文公开总体上涉及各种配置的高功率激光器的使用，以用于均匀地照亮样本(诸如，蛋白质印迹)。如本文所使用，术语“高功率激光器”等被用于指代具有大于5w的输出功率的激光器。高强度光，诸如由高功率激光器产生的高强度光，可被用于产生能够从荧光标记生成强荧光发射的激发光。在缺乏强荧光发射的情况下，从荧光标记检测到的信号强度可较低，并且检测这些标记所需的曝光时间可较长。见图1示例，其示出了已被led灯照亮的点印迹的图像，并且见图2，其示出了已被高功率激光器照亮的点印迹的示例。可以从图2看出，高功率激光器照明提供了点印迹斑点相对于背景的高信号强度。然而，现有高功率激光器配置可能无法解决与激光的干涉和相干问题，这可导致样本照亮中的显著不均匀性。例如，如图3中所示，由高功率激光器照亮的荧光样本可展现与实际样本自身无关的可见带状图案。这些图案替代地是由激光以及它们相关的多模态的干涉和相干导致的，如下文更加详细地描述的。

发明人现已发现，高功率激光器的新配置意外地能够被用于提供荧光样本的均匀落射照亮。这些配置可使用特定的光学漫射器、各种数量和位置的激光器或所选择的空间或时间模态的组合。例如，图2和图3分别呈现了使用根据实施例的所提供的高功率激光配置捕获的图像以及使用替代对照配置捕获的图像。可以从图2和图3看出，根据实施例的图2的落射照明器比图3的对照落射照明器产生更为均匀的照明，图3的对照落射照明器产生由水平带表征的照明。有益地，高功率激光落射照明器产生高发射信号强度，同时降低所需的成像曝光时间。具体地，高功率激光并不会对所获取的图像的信号背景比产生负面影响，并且与可以其他方式完成的相比，允许更微弱的荧光特征的检测。

ii.落射照明器

如本文所使用，术语“落射照明器”指的是被用于从上方或侧面照亮样本的设备或系统，例如与传感器一样在样本的同一侧，由此使得可使用传感器检测反射光或荧光发射。这与来自样本下方的照明或与传感器在样本的相反侧的照明(其中能够使用传感器检测穿过样本的光)相反。落射照明器的照明光可被称为落射照明或反射照明，并且落射照明器中的荧光的使用可被称为落射荧光。

图4示出了根据实施例的落射照明器。落射照明器400包括具有样本侧的平面平台401，该样本侧401被配置为支持样本402。落射照明器还包括激发光源403，该激发光源403自身包括激光器404以及光学漫射器405。在图4的落射照明器中，激光器和光学漫射器二者被安装在平面平台上方。在优选的实施例中，至少光学漫射器被安装在平面平台上方。光学漫射器沿着激光器的光学路径406被定位在激光器与平面平台之间，由此使得由激光器投影的激光穿过光学漫射器并且照亮样本。落射照明器还包括传感器408，该传感器408被配置为检测从样本发射的荧光发射光409。

所提供的用于解决照明不均匀性(其可以是高功率激光的属性)的一个方法使用被定位在激光束与要被照亮的样本之间的光学漫射器。光学漫射器可以是例如但不限于：磨砂玻璃漫射器、teflon^tm漫射器、全息漫射器、乳白色玻璃漫射器、灰色玻璃漫射器或光纤漫射器。在一些实施例中，光学漫射器是多模式光纤。

在一些实施例中，光学漫射器是磨砂玻璃漫射器。磨砂玻璃漫射器是包括高容差且高质量玻璃的漫射器，该高容差且高质量玻璃已使用一种或多种具有各种不同粒度的抛光混合物进行磨砂。磨砂玻璃漫射器特别适合受益于高透光率的应用，并且适合在广泛范围的方向上的均匀漫射。

在一些实施例中，光学漫射器是全息漫射器。全息漫射器是在其表面材料(其可以是例如聚碳酸酯、聚酯纤维或其他光学聚合物)上嵌入工程全息图案的漫射器。全息漫射器的工程表面与磨砂玻璃漫射器的随机表面形成对比。全息漫射器可由它们的漫射半角表征，该漫射半角被限定为具有在0°角处(其中，光垂直入射)的漫射光的亮度值一半的亮度的观察角。落射照明器的全息漫射器可具有从3度到70度的范围内的漫射半角，例如，从3度到43度、从10度到50度、从16度到56度、从23度到63度或从30度到70度。全息漫射器可具有在5度和30度之间的范围内的漫射半角，例如，从5度到20度、从7.5度到22.5度、从10度到25度、从12.5度到27.5度或从15度到30度。

在一些实施例中，光学漫射器是工程微透镜阵列。此类阵列包括多个单独的微透镜单元，其中的每一个被配置为具有例如预先选择的凹陷(sag)轮廓和/或阵列内的位置。在一些实施例中，单独的微透镜单元在阵列内的分布被随机化以最小化衍射伪影。工程微透镜阵列可包括材料，该材料包括例如硅、二氧化硅、锗或它们的组合。在一些实施例中，工程微透镜阵列被配置为使得来自侧面安装位置的激发光平坦，从而以基本均匀的光强度照亮落射照明器平面平台的样本侧。

所提供的用于解决照明不均匀性的另一方法使用一个或多个特别设计的能够利用多个空间模式的激光器。空间模式中的每一个可具有：特定的束模式，该特定的束模式可包括任何数量或水平线、垂直线或曲线；或几何形状(诸如，圆形、方形、矩形或三角形)。所注意到的是，在一些情况下，如图3中所示，多个空间模式可彼此干涉并且导致非均匀照明。然而，在一些实施例中，不同的空间模式被特定地选择并且被配置为产生空间上不相干的组合的照明，由此在照亮的表面或对象上提供基本均匀的光强度。

如本文所使用，术语“基本均匀的光强度”可指代区域的照明，其中区域内的任何点处的照明强度与区域的所有点的平均照明强度相差小于20％。对于基本均匀的照明，任何点处的照明强度可例如低于平均照明强度20％、低于平均照明强度18％、低于平均照明强度16％、低于平均照明强度14％、低于平均照明强度12％、低于平均照明强度10％、低于平均照明强度8％、低于平均照明强度6％、低于平均照明强度4％、低于平均照明强度2％、与平均照明强度相同、高于平均照明强度2％、高于平均照明强度4％、高于平均照明强度6％、高于平均照明强度8％、高于平均照明强度10％、高于平均照明强度12％、高于平均照明强度14％、高于平均照明强度16％、高于平均照明强度18％或高于平均照明强度20％。

替代地，术语“基本均匀的光强度”可指代区域的照明，其中区域上的照明强度在区域内的随机位置处具有相等的强度。对于区域的基本均匀的照明，表面内的照明强度变化将具有白噪声的外观，并且区域内的一个位置处的强度与区域内的任何其他位置的强度不相关。在一些实施例中，基本均匀的光强度将具有有着正常分布的光强度，例如，高斯白噪声。具有基本均匀分布的区域的照明将不会产生与被照亮的区域的特征无关的可见结构(例如，图3的可见带状图案，或图2的斑驳背景)。

所提供的用于解决照明不均匀性的另一方法使用一个或多个特别设计的能够利用多个时间模式的激光器。用于引入多个时间模态的一个方法是使用动态移动的高功率光纤激光器照亮平面平台。光纤激光器的输出可通过随着时间周期地移动光纤而动态地变化。即使激光器仅输出单个空间模式，这也会对由激光器投影的光产生干扰效果。如果成像的曝光时间相对于光纤移动的时间尺度足够长，则可以有效地平滑被照亮区域内所有位置处的光强度，并使其在成像期间基本均匀。在一些实施例中，磨砂玻璃漫射器被用于通过绕着激光束的光轴旋转漫射器来引入时间漫射，以随着时间改变散射光的空间模式。

还提供了通过在激发光源中包括五个或更多个高功率激光器来解决照明不均匀性的落射照明器。已经发现，如果高功率激光器的数量被增加至五个或更多个，则激光器的组合照明能够提供足够的空间和时间不相干性，以在甚至缺少光学漫射器的情况下在平面平台的样本侧上产生基本均匀的光强度。激发光源中的激光器的数量可以至少为五个、至少为六个、至少为七个、至少为八个、至少为九个、至少为十个、至少为十五个、至少为二十个、至少为二十五个、至少为三十个。在一些实施例中，激发光源包括十个或更多个激光器。在一些实施例中，激发光源是具有大于1000个或大于10000个激光器的vcsel阵列，其中vcsel阵列中的每一个激光器具有相对较小的功率量。例如，vcsel阵列中的每一个激光器的功率可低于100mw、低于50mw、低于25mw、低于10mw或低于5mw。激发光源的多个激光器可被基本彼此接近地定位；以两个或更多个集群、群组或其他布置定位；或被定位在围绕平面平台的各种位置中。

落射照明器的平面平台可具有至少一个基本平面的侧并且被配置为保持样本。平面平台的样本侧可具有从10cm²到500cm²的范围内的区域，例如：从10cm²到150cm²、从50cm²到200cm²、从100cm²到250cm²、从150cm²到300cm²、从200cm²到350cm²、从250cm²到400cm²、从300cm²到450cm²、或从350cm²到500cm²。就上限而言，平面平台的样本侧可具有小于500cm²、小于450cm²、小于400cm²、小于350cm²、小于300cm²、小于250cm²、小于200cm²、小于150cm²、小于100cm²、或小于50cm²的区域，就下限而言，平面平台的样本侧可具有大于10cm²、大于50cm²、大于100cm²、大于150cm²、大于200cm²、大于250cm²、大于350cm²、大于350cm²、大于400cm²、大于450cm²的区域。平面平台样本侧的整个区域可被激发光源以基本一致的强度照亮。

在一些实施例中，样本是平面样本。平面样本可以是样本阵列。样本阵列可以是物理矩阵，其中从一个或多个其他样本得出的分析物被分离和/或分布。一些样本阵列是二维的，因为它们包含来自一个样本的在两个或更多个维度上分布的分析物；或包含来自多个样本的分析物，其中来自每一个样本的分析物在一个或多个维度上分布。样本阵列的示例是多孔板、微量滴定板、板状电泳凝胶、dna微阵列、膜和印迹膜。在一些实施例中，样本是蛋白质印迹。

在一些实施例中，样本是生物样本。术语“生物样本”包括从有机体获得的各种样本类型。该术语包括体液(诸如：血液、血液成分、唾液、血清、血浆、尿液和生物来源的其他液体样本)、固体组织活检、组织培养物或从培养细胞中提取的上清液。生物样本可在分析前被处理，例如，以去除细胞或细胞碎片。该术语包括在采购后已被操作的样本，诸如使用试剂、增溶、沉淀或浓缩某些成分来进行处理。生物样本的分析物可包括例如但不限于：蛋白质、核酸、抗体、抗原、酶、微生物或细胞器。

样本内的分析物可由传感器通过测量分析物固有的荧光发射或与荧光标记相关联的荧光来检测。例如，蛋白质和核酸吸收红外和紫外辐射并且还可展现荧光。相应地，这些分析物可通过将适当波长的光引导到阵列上并测量光与分析物之间的相互作用来检测。对于包含色氨酸残基的蛋白质分析物，可通过在紫外线照射下使分析物与若干卤代有机化合物(诸如，氯仿、2,2,2-三氯乙醇或2,2,2-三氯乙酸)中的任一个接触来增强荧光。如美国专利第7,569,13号和第8,007,646号以及其他地方所描述的，在此类情况下，色氨酸的吲哚部分和卤代有机化合物之间发生uv光诱导反应，从而产生以可见波长发射的荧光化合物。

样本中分析物的检测可使用直接或间接关联至分析物的任何荧光标记或染料。能够充当标记的荧光染料包括荧光素、罗丹明、香豆素、bodipy和氰蓝。可被使用的其他荧光染料在例如johnson和spence(编辑)，《分子探针手册——荧光探针和标记技术指南》(第11版)(molecularprobeshandbook-aguidetofluorescentprobesandlabelingtechnologies(11thed.))，eugene,oreg.：2010中被综述。荧光染料可如期望地使用酶添加、点击化学或施陶丁格连接等技术与分析物结合。除了有机染料之外，量子点(“q点”)和荧光聚合物纳米粒子(聚合物点或“p点”)可充当荧光标记。具有任何大小、颜色或成分的量子点可被使用，并且可如期望地被准备并且结合至分析物(方法在例如medintz等人的自然材料(naturematerials)4：435-446,2005中被综述)。相似地，任何聚合物点可被结合至分析物以供检测，诸如wu和chiu的应用化学(angewandtechemie)52：3086-3109,2013以及其他地方中所描述的那些聚合物点。通过将这些分析物附着至荧光蛋白质(其可充当标记)，诸如绿荧光蛋白质(gfp)或黄荧光蛋白质(yfp)，荧光也可被传递至分析物。在重组表达系统中，荧光蛋白质可以与蛋白质分析物作为相同的多肽的一部分一起被合成，由此使得荧光蛋白质和分析物被共价地连接在一起，并且一个使得另一个可检测。

激发光源被用于照亮平面平台，并且因此照亮在其上被支持的样本，其中激发光具有适用于导致来自样本的荧光发射的一个或多个波长。例如，激发光可具有与蛋白质印迹、凝胶、膜或微阵列中使用的荧光标记或染料的激发波长匹配的波长。激发光可包括仅一个波长的光、具有多个离散波长的光或具有一个或多个波长频谱的光。激发光可具有例如从640nm至850nm的范围内的波长，例如，从640nm至770nm、从660nm至790nm、从680nm至810nm、从700nm至830nm或从720nm至850nm。激发光可具有从770nm至810nm的范围内的波长，例如，从770nm至790nm、从775nm至795nm、从780nm至800nm、从785nm至805nm或从790nm至810nm。

在一些实施例中，激发光具有宽波长频谱，诸如可见白光的波长频谱，但是没有与来自感兴趣的荧光标记的荧光发射相关联的特定波长的光。例如，滤波器可被用于消除来自激发光的具有荧光发射波长的光。作为另一示例，二色镜可被用于将具有荧光发射波长的激发光远离样本和传感器的光学路径传送，同时反射具有一个或多个其他波长的激发光以照亮样本并且激发样本中的荧光标记。替代地，荧光发射光可包括具有如下波长范围的光：不包括荧光发射光的波长。

在一些实施例中，一个或多个反射镜的光学系统被用于反射激发光，由此使得样本从上方被照亮。在一些实施例中，光学漫射器中的一个或两个以及一个或多个激光器可被定位在允许光学系统的反射镜反射激发光并且均匀地点亮样本的任何位置处。在一些实施例中，光学漫射器并未被安装在平面平台上方，而所传送的激发光是穿过光学漫射器至被安装在平面平台上方的发射镜被传送的。

在一些实施例中，光纤用于将从激光器投影的激光束路由至光学漫射器。在一些情况下，激光器或多个激光器不必被安装在平面平台上方，因为光纤用于以与落射照明技术一致的方式从上方递送照明光。例如，激光器可被定位至平面平台的侧面或下方。激光器可被定位在与平面平台分开的外壳或室中。在一些实施例中，使用一个或多个光纤以用于将激光从多个激光器传送至安装在平面平台上方的一个或多个位置使得可根据需要将多个激光器彼此紧密或远离地定位。例如，多个激光器可被相对紧密地间隔在一起，以通过允许外壳、电子、冷却设备或其他相关装备的共享来降低成本。替代地，多个激光器可彼此相对远离地间隔，由此使得不会超过局部热负荷，并且整体冷却需求可被降低。在任一个情况下，一个或多个光纤输出端的定位可独立于投影至光纤输入端的一个或多个激光器的定位。例如，通过使用具有围绕平面平台被间隔在不同位置处的输出端的光纤，被紧密间隔在一起的多个激光器可被用于从并不紧密间隔在一起的多个位置照亮平面平台。光纤可被用于允许彼此远离间隔的多个激光器从紧密间隔在一起的位置照亮平面平台。在一些实施例中，使用多个光纤允许单个高功率激光器从多个位置同时地照亮平面平台。

在一些实施例中，落射照明器的激发光源包括仅一个激光器。在一些实施例中，激发光源包括两个或更多个激光器。一个或多个激光器中的每一个可以是例如但不限于，分布式布拉格反射激光器(dbr)，诸如半导体垂直腔面发射激光器(vcsel)或边缘发射半导体激光器。vcsel是一种类型的半导体激光二极管，其激光束发射垂直于发射表面。vcsel的激光二极管包括谐振器，该谐振器由两个平行于晶圆表面的分布式布拉格反射dbr镜组成，该晶圆表面具有由一个或多个有源(active)区组成的用于在其中生成激光的有源(发光)区。vcsel的平面dbr镜由具有高折射率和低折射率交替的层组成。边缘发射半导体激光器是一种类型的半导体激光器，其中激光束发射在沿着半导体芯片的表面的方向上传播。

一个或多个激光器中的每一个可具有从5w至500w的范围内的输出功率，例如，从5w至300w、从50w至350w、从100w至400w、从150w至450w、或从200w至500w。一个或多个激光器中的每一个可具有从10w至80w的范围内的输出，例如，从10w至60w、从15w至65w、从20w至70w、从25w至75w或从30w至80w。就下限而言，每一个激光器可具有至少5w、至少10w、至少15w、至少20w、至少25w、至少25w、至少30w、至少50w、至少100w、至少150w、至少200w、至少250w、至少300w、至少350w、至少400w或至少450w的输出功率。在一些实施例中，一个或多个激光器中的每一个具有从5w至50w的范围内的输出功率。在一些实施例中，一个或多个激光器中的每一个具有从5w至20w的范围内的输出。

任何一个或多个方便的成像传感器可被包括在本设备中。合适的成像传感器的示例包括互补金属氧化物半导体(cmos)传感器或电荷耦合设备(ccd)传感器。ccd和cmos传感器两者都具有数千或数百万个小单元的二维阵列，该数千或数百万个小单元中的每一个能够将来自样本的荧光发射信号转换为电子。随后可使用控制板获取来自传感器的电子信号，该控制板可被放置在例如设备中的传感器附近或可被放置在外部。传感器可由此使用线缆或经由端口或无线连接被连接至板。控制板可随后与提供用户界面的外部设备通信。外部用户界面设备可包括触摸屏、处理器或存储设备。外部设备的示例包括手持设备(例如，智能电话或平板电脑)、笔记本计算机和台式计算机。可通过线缆或端口(例如，usb或以太网)或通过无线信号(例如，wifi或蓝牙)访问外部设备。

在一些实施例中，成像传感器可在曝光期间被冷却。冷却器温度能够降低数字传感器中的暗电流(潜在的噪声源)，并且延长曝光时间，从而能够提高灵敏度。传感器可配备适当的发射滤波器，以仅检测与感兴趣的发射荧光信号相关的那些波长。

iii.样本成像的方法

还提供了使用所提供的高功率激光落射照明器中的任一个进行样本成像的方法。方法包括提供落射照明器以及样本，并且将样本放置在落射照明器的平面平台上。样本可以是如上文所描述的，并且可以是例如凝胶(即，电泳凝胶)、膜(电印迹膜)或蛋白质印迹。方法进一步包括使用由落射照明器的激发光源产生的光照亮样本，并且使用传感器检测从样本发射的荧光发射光。

在一些实施例中，在样本被暴露至激发光源的同一时间获取样本的图像。这可以在从激发时从分析物以荧光形式重新发射的光形成图像时完成。当样本中的分析物的荧光寿命较短(毫秒级或更短)时，同时进行成像和曝光至激发光可以是必要的。此类寿命使得在光源已被关闭后获取图像是不实际的。

在一些实施例中，使用时间分辨荧光技术获取样本的图像。例如，可使用具有长寿命激发状态的荧光分子、具有光学选通的脉冲激光器、快速检测电子器件和/或具有纳秒或皮秒时间分辨率的成像传感器来获取图像。在这些实施例中，可在激发光源已被关闭之后从样本以荧光形式发射的光形成图像。

通过传感器以及任何连接的计算机硬件或软件获取图像可包括选择适用于产生期望的信号强度、信号选择性、信噪比、图像分辨率或成像时间的曝光时间和分箱。曝光时间可以是例如但不限于：短于60秒、短于50秒、短于40秒、短于30秒、短于20秒、短于15秒、短于10秒、短于5秒、短于4秒、短于3秒、短于2秒或短于1秒。分箱或组合来自相邻传感器像素的数据以形成单个更大像素的过程可被设置为例如但不限于：2x2、3x3、4x4、6x6、8x8或10x10。

所提供的方法可包括任何图像处理步骤，诸如将图像锐化算法应用至使用传感器获取的图像。这些算法能够整体或部分地补偿图像中降低的空间分辨率、从传感器上的错位位置或非理想位置接收到的图像、错误校准的样本或传感器、或模糊。标准图像锐化算法可被使用，例如使用airy圆盘点扩散函数进行去卷积。其他图像处理步骤可包括例如平场校正和其他规范化技术。

iv.示例

鉴于以下的非限制性示例，将更好地理解本发明。

示例1光学漫射对于高功率激光器落射照明的效果

使用具有1x19阵列的利用低噪声多模式技术的边缘发射激光器的条形激光器来成像印迹。图5a中所示的所得图像被表征为来自印迹的带中的每一个的通常较强的信号以及通常较低的背景。然而，在图像的中心可以看到宽的垂直带，指示由于激光束的干涉而造成的印迹样本的不均匀照明。随后使用具有光学漫射器的落射照明器使用相同的激光器来成像印迹。从图5b中所示的图像，可以看到光学漫射器成功地“平滑”了激光束，减少或消除了非均匀性，而没有负面地影响期望信号检测的强度。

示例2led与具有熔融石英漫射器的高功率激光器落射照明的比较

使用led照明成像蛋白质印迹。使用10秒曝光时间以及2x2分箱获取并且处理图像。所得的图6a图像示出印迹中一个清晰可见的水平带以及一个微弱可见的水平带。由bio-radimagelab图像处理软件计算的该带的信号强度值为12175。随后使用相同的图像获取和处理参数，但是使用高功率激光器以及熔融石英漫射器替代led照明来成像印迹。图6b中呈现的所得图像示出印迹中两个清晰可见的带以及一个微弱可见的带。因此，从led照明到高功率激光器照明的切换允许在led灯下微弱可见的带在高功率激光器灯下变得更为清晰可见并且可被更为清晰地分析。额外地，使用高功率激光器灯也使得使用led灯并未检测到的新带变得可见。由图像处理软件计算的图6b的带的信号强度值为438621，表示了使用传统led落射照明实现的强度的36倍改进。

随后使用led照明成像蛋白质印迹，但使用30秒曝光时间以及4x4分箱。从图6c，可以看出增加的曝光时间和图像数据分箱允许led照明配置检测图6a的led图像中不可见但是在图6b的高功率激光器图像中可见的第三印迹带。然而，图6b与图6c的比较示出led照明的曝光时间需要增加三倍以检测能够使用高功率激光器照明以其他方式检测到的相同数量的带。进一步地，当使用高功率激光器代替led照明但使用相同增加的30秒曝光时间和4x4分箱时，带的信号强度进一步增加。如图6d中所示，使用该成像配置，印迹图像中第四带变得可见。由图像处理软件计算的图6c和图6d的信号强度值分别为56465和1653472，表示通过使用高功率激光器落射照明替代led落射照明的29倍改进。

示例3led与具有50度全息漫射器的高功率激光器落射照明的比较

使用对印迹的led照明来成像蛋白质印迹。图7a中所示的所得图像是使用15秒曝光时间和4x4分箱获取并且处理的。还使用高功率激光器照明、具有50度漫射半角的全息漫射器以及相同的图像获取以及处理参数来成像印迹。所得的高功率激光器图像在图7b中示出，展示了使用全息漫射器没有引入非期望的干涉效果。同样，由图像处理软件计算的图7a和图7b的信号强度值分别为22885和308792，表示通过使用高功率激光器落射照明替代led落射照明的13倍改进。

示例4led与具有20度全息漫射器的高功率激光落射照明的比较

使用对印迹的led照明来成像蛋白质印迹。图8a中所示的所得图像是使用5秒曝光时间和4x4分箱获取并且处理的。从图8a，在印迹中检测到一个清晰可见的带和一个微弱可见的带。同样，图像中可以看到显著程度的背景噪声，这至少部分地是短曝光时间所致。还使用高功率激光器照明、具有20度漫射半角的全息漫射器以及相同的图像获取以及处理参数来成像印迹。所得的高功率激光器图像在图8b中示出，展示了与图8a的led照明中所见相比显著降低的背景噪声水平。同样，由图像处理软件计算的图8a和图8b的信号强度值分别为16978和1218723，表示通过使用高功率激光器落射照明替代led落射照明的72倍改进。因为信号强度的这一大幅度改进，图8a的微弱第二带在图8b中变得更加明显，并且使用图8b的高功率激光器落射照明检测到了使用图8a的led落射照明不可见的额外第三带。此外，当具有20度漫射半角的全息漫射器与高功率激光器落射照明一同使用时，该配置产生将高功率激光器与熔融石英光学漫射器一同使用的落射照明系统的两倍信号强度。

还提供了包含该装置的系统。系统可包括例如计算机系统、冷却系统、透镜和反射镜的光学系统、电源、功率调节器以及使能该装置的操作的其他元件。所理解的是，本文描述的示例和实施例仅出于说明性目的，并且根据其的各种修改和改变将是本领域技术人员能够想到的，并且要被包括在本申请的精神和范围内以及随附权利要求的范围内。以上引用的所有出版物、专利、和专利申请、网站以及数据库出于所有目的通过引用整体纳入于此。若本申请与本文提供的参考文献之间存在冲突时，应以本申请为准。