生物分析装置和系统的制作方法

本发明涉及生物样品的分析。更具体地，本申请涉及用于同时分析多个生物样品的设备、系统和方法。

背景技术

荧光是由化合物响应于其由较高能量电磁辐射的激发而发射的光，通常在可见范围内。当受激化合物返回到正常或基线激发态时，多余能量通常以比用于激发的波长能量更小的波长以光的形式释放。在应用中，在荧光期间产生的发射光信号可以告知样品内某些化合物的身份和/或浓度。荧光计是使用激发和发射光谱以及强度来分析生物样品的分析仪器的一个实例。使用荧光计，可以确定化合物如核酸和一些蛋白质的存在和浓度，无论是直接确定还是作为DNA、RNA和蛋白质的分析工作流程的一部分。示例应用包括克隆、测序、转染，qPCR和蛋白质测定。

在传统荧光计中，紫外激发光由激发光源(例如，氙灯或汞灯)产生，激发光源可以提供强烈且持续的辐射源，从而允许可以激发化合物的饱和。激发光可以被准直以提高激发效率，然后被导向感兴趣的生物样品。荧光样品或结合到非荧光样品的荧光试剂通过暴露于激发光而被活化，导致样品发荧光。这种荧光发射光在光电检测器处被接收，并且光的量、强度和/或分布的这些测量可以用于识别和/或估计样品内分析物的浓度。

一些荧光计被配置成一次分析单个样品。装填、进行测量和重新装填样品的过程对于需要分析和收集关于许多样品的数据的用户来说是耗时的任务。在此类情况下，用户以单样品装置的便携性和较低的成本换取到了极低的吞吐量。然而，通过执行单样品分析可以看到附加的益处，包括促进激发光污染和噪声的减少以及发射光的更容易的分析。这些优点是由于光学系统组件配置的单一特性而实现的。在仅分析一个样品的情况下，仅需要一组光学组件来有效地激发并然后捕获和分析来自样品的发射光谱。激发光的杂散反射和与所需发射光混合的后续检测可以被最小化。

相反，对于多样品装置，随着样品的数量增加，杂散激发光变得更难以缓解。这是因为随着样品的数量增加，光学系统的配置变得更加复杂，从而增加了样品光路干扰和引起发射光与激发光交叉污染的机会。这种交叉污染可以降低活化荧光试剂的有效性，并且可以使光电检测器接收的光量失真，从而使每个样品中包括的分析物的对应实测浓度偏移。

实施多样品装置存在固有的困难。最常见的商业多样品格式是多孔板。市售孔板通常具有标准几何形状和尺寸，因此它们可以跨平台(例如，标准板读取器和离心机)使用，而无需定制的机器或适配器来促进使用。附带地，标准孔板的(基本上)预定义体积影响可以在每个孔中处理的样品的体积。传统地，板的内部体积被分成与最近的相邻孔等间距的等尺寸的孔；6孔、12孔、24孔、48孔、96孔、384孔和1536孔格式是常见的。

因为板的整个体积传统地被分成所需数量的孔，所以每个孔的工作体积与板上的孔的总数成反比。例如，在6孔板中，每孔的推荐工作体积为3mL至5mL，而在24孔板中，每孔的推荐工作体积更小—为约600μL。以类似的方式，96孔板的推荐工作体积为200μL/孔，384孔板和1536孔板的推荐工作体积分别为80μL/孔和8μL/孔。

如果用户选择放弃单样品荧光测定，而是希望进行多样品荧光测定，则缺乏利用与标准单样品荧光测定系统类似的小样品体积的多样品系统或格式。相反，用户将被迫使用工作体积足够小的多孔板(例如，96孔板)。虽然多孔板能够对数十到数百个样品进行自动的、连续的分析，但是大多数用户仅使用一部分可用的采样孔进行分析，从而使高吞吐量过大。在需要无菌设备的情况下，普遍接受的无菌技术需要在测定后丢弃部分使用过的板，并且丢弃的板上的大部分未使用的孔导致操作成本增加。

此外，尽管可以使用市售荧光计来分析多孔板(荧光计被配置成接受和处理这些类型的多样品板)，但是这些系统通常比单样品荧光计更笨重且更昂贵。单样品荧光计也通常比它们的多孔板读取对应物小得多，后者的体积可以是几立方英尺。在大多数实验室中的工作台空间通常有限的情况下，实验设备的占用空间是重要的因素。因此，需要更小的多样品荧光计，其可以分析多个小体积样品而无需专用的一次性用品(管、板等)。

因此，在用光学系统分析生物样品的领域中存在许多问题和缺点。因此，需要提供能够解决上述问题中的至少一些的生物分析装置，如荧光计。

技术实现要素：

本文所公开的各种实施例涉及用于被配置用于生物分析的光学系统的设备、方法和系统。此类实施例例如通过实现高效的多样品分析来有益地改进光学系统，特别是在荧光测定装置中使用的光学系统。

第一方面提供了包括(i)激发模块和(ii)发射模块的生物分析系统。激发模块包括：准直器元件，其被配置成接收来自至少一个激发光源的激发光并且在第一方向上沿激发光路传输准直激发光；以及沿激发光路排列的多个激发镜，其中，每个激发镜相对于第一方向以锐角安置并且被配置成沿激发光路的第二方向反射相应准直激发光束。发射模块被定位成接收沿激发光路的第二方向传输的激发光，并且发射模块包括样品区块和多个光电检测器。样品区块包括多个样品容座，每个样品容座被定位成接收沿激发光路的第二方向传输的相应准直激发光束，并且每个光电检测器被配置成从相应样品容座接收在第三方向上传输的发射光。在一个方面，第三方向横向于激发光路的第二方向。

在一个方面，激发模块附加地包括多个激发透镜，其被排列成使得每个激发透镜被定位在激发光路的第二方向上，并且被配置成将相应反射准直光束聚焦成相应聚焦激发光束以在发射模块的相应样品容座处接收。在一个方面，每个光电检测器在第三方向上朝向相应样品容座定向。在一个方面，第三方向大体上正交于激发光路的第二方向。

在一个方面，发射模块附加地包括多个发射透镜，其被配置成将在第三方向上传输的发射光聚焦到多个光电检测器上。在一个方面，发射模块附加地包括对应于多个发射透镜的多个发射滤波器，多个发射滤波器被定位于对应多个发射透镜的下游并且被配置成允许发射光穿过发射滤波器并且大体上阻挡杂散激发光。在一个方面，多个发射滤波器包含双带通滤波器。在一个方面，每个发射透镜包含曲面透镜。

在一个方面，发射模块还包含多个发射窗口，每个发射窗口与相应样品容座相关联，并且限定发射光在第三方向上传输到下游组件的区域。

在一个方面，多个激发镜中的至少一个是可独立调节的。

在一个方面，多个激发镜以交错的对角线图案排列，交错的对角线图案由第一激发透镜的第一中心点与第二激发透镜的第二中心点竖直地和水平地偏移形成，并且交错的对角线图案中的每个激发镜的锐角相对于第一方向在50°和75°之间。

本公开的实施例附加地包括具有(i)激发模块和(ii)发射模块的生物分析系统。激发模块包括：被配置成在第一方向上发射激发光的激发光源；激发镜，其可以在多个预定义位置之间选择性地移动，每个预定义位置相对于第一方向形成锐角并且被配置成沿第二方向反射激发光；以及多个激发透镜，其被排列成使得每个激发透镜被定位在第二方向上，并且被配置成接收由被定位在相应预定义位置的激发镜引导到其上的反射激发光束。发射模块包括：多个样品容座，其被定位成从对应的多个激发透镜接收聚焦反射激发光束；以及至少一个光电检测器，其被配置成从多个样品容座接收在第三方向上传输的发射光。在一个方面，第三方向横向于第二方向。

在一个方面，发射模块附加地包括多个发射透镜和多个发射滤波器，它们被配置成将发射光聚焦并滤波到至少一个光电检测器上。在一个方面，该至少一个光电检测器包括多个光电检测器，每个光电检测器被配置成从相应样品容座接收发射光，发射光在每个光电检测器处被接收之前已经被相应发射透镜和相应发射滤波器聚焦和滤波。

在一个方面，该系统附加地包括样品装填系统，其被配置成将一个或多个样品容器可移除地固定在多个样品容座的对应样品容座内。在一个方面，样品装填系统包括闭合机构，其被配置成对对应样品容座内的一个或多个样品容器施加闭合力并将其定位地固定。

在一个方面，发射光包含来自一个或多个受激荧光标记的荧光辐射。

在一个方面，该系统附加地包括多个发射孔，其中，每个发射孔与多个发射透镜中的相应发射透镜相关联，并且其中，每个发射孔在第三方向上对齐并限定区域，发射光通过该区域由相应发射透镜从样品容座接收。在一个方面，发射孔的中心点与相应发射透镜的光学中心对齐。

本公开的实施例附加地包括生物分析系统，其具有(i)发射不同激发波长的至少两个激发光源；(ii)准直器元件，其被配置成接收来自至少两个激发光源的激发光并且在第一方向上沿激发光路传输准直激发光；(iii)多个激发镜，其沿激发光路以交错的对角线图案排列，其中，每个激发镜相对于第一方向以锐角安置，并且被配置成沿激发光路的第二方向反射相应准直激发光束；(iv)多个激发透镜，其被定位在激发光路的第二方向上并且被配置成将相应反射准直光束聚焦成对应聚焦激发光束；(v)样品区块，其形成多个样品容座，其中，该多个样品容座被定位成接收对应聚焦激发光束；以及(vi)对于每个相应样品容座，生物分析系统至少包括在第三方向上对齐的以下组件，该第三方向在一个方面横向于第二方向：(a)限定发射光在第三方向上传输通过的区域的发射窗口，(b)被配置成聚焦穿过发射窗口的发射光的曲面透镜，(c)用于大体上阻挡杂散激发光的双带通滤波器，以及(d)被配置成接收聚焦滤波发射光的光电检测器。

本发明内容的提供是为了以简化形式引入下文在具体实施方式中进一步描述的概念的选择。本发明内容不旨在识别所要求保护的主题的关键特征或本质特征，也不旨在用作对所要求保护的主题的范围的指示。

本公开的额外的特征和优势将在下面的说明书中阐述，且部分地在说明书中将是明显的，或可以通过本公开的实践被了解。本公开的特征和优势可以借助于所附权利要求书中特别指出的仪器和组合实现和获得。本公开的这些和其它特征将根据以下描述和所附权利要求书变得更为充分地明显，或者可以通过如下文阐述的本公开的实践被了解。

附图说明

通过以下仅作为实例并结合附图的书面描述，本领域的普通技术人员将更好地理解并易于明白本发明的实施例，在附图中：

图1示出了根据示例实施例的生物分析装置的示意图。

图2示出了根据示例实施例的图1的生物分析装置的激发模块的示意图。

图3示出了根据另一个示例实施例的图1的生物分析装置的激发模块的示意图。

图4A和图4B示出了用于与示例实施例进行比较的假想光学装置的示意图。

图5示出了根据示例实施例的激发透镜的示意图。

图6示出了绘示图5的激发透镜的操作的图1的装置的局部截面图。

图7示出了根据示例实施例的绘示发射模块的图1的装置的局部截面图。

图8示出了根据示例实施例的绘示样品装填系统的图1的装置的局部截面图。

图9示出了根据另一个示例实施例的生物分析装置的示意图。

图10示出了包括被配置成实施对应于所公开的实施例的方法的计算系统的示例计算机环境的示意图。

具体实施方式

如说明书中所使用的，除非以其它方式隐含或明确地理解或陈述，否则以单数形式出现的单词涵盖其复数形式，而以复数形式出现的单词涵盖其单数形式。此外，应当理解，对于本文描述的任何给定组件或实施例，除非以其它方式隐含或明确地理解或陈述，否则通常可以单独地或彼此组合地使用针对所述组件列出的任何可能的候选物或替代物。另外，将理解的是，除非以其它方式隐含或明确地理解或陈述，否则此类候选物或替代物的任何列表仅是说明性的，而非限制性的。另外，除非另外指明，否则在说明书和权利要求书中所使用的表达数量、构成、距离或其它度量的数字应被理解为由术语“约”修饰。

因此，除非有相反的指示，否则在说明书和所附权利要求书中所阐述的数值参数是可根据寻求通过本文提出的主题获得的期望性质而改变的近似值。最低限度地，并且不试图限制等效物原则应用于权利要求书的范围，至少应根据所报告的有效数字的数目并且通过应用一般四舍五入技术来解释每个数值参数。尽管阐述本文呈现的主题的广泛范围的数值范围和参数是近似值，但尽可能精确地报告特定实例中阐述的数值。然而，任何数值都固有地含有某些误差，所述误差必然由其各自的测试测量中发现的标准偏差引起。

此外，如在说明书和所附权利要求书中所使用的，方向性术语，如“顶部”、“底部”、“左”、“右”、“上”、“下”、“上部”、“下部”、“近侧”、“邻近”、“远侧”等仅用来指示相对的方向，而非旨在以其它方式限制说明书或权利要求书的范围。

如上所述，单样品荧光测定装置允许小的占用空间、低的一次性浪费，并且通常更容易配置用于精密、准确的测量。然而，由于低吞吐量，随着测量更多的样品，按顺序分析多个样品所需的时间变得越来越长。由于这点，许多用户选择被配置用于荧光测定的多孔板读取器。然而，这些装置大、昂贵、产生更多的一次性废物，并且需要外部缓解(即，具有不透光孔壁的专用板)以确保准确、精密的数据测量。此外，如在用户调研中所证实的，在市场上存在对荧光计的显著需求，该荧光计可以一次分析多于一个样品而无需与多孔样品板相关联的高体积。

本文提供的实施例克服了本领域中的一个或多个所述问题，并且涉及用于同时分析多个样品的生物分析系统。例如，本文所公开的系统包括独特设计的激发模块和对应发射模块，其显著地减少通常与多样品荧光计相关联的占用空间。此外，所公开的光学系统的组件可以是独立可调的，以容纳样品装填系统的各种和可变的配置，如不同数量的样品孔或样品孔相对于彼此的定向。附加地，所公开的系统被设计成减少由样品传感器观测到的杂散激发光的量，并且可以防止样品之间的光交叉污染，同时维持小的占用空间并且无需专用的一次性产品。实际上，所公开的系统可以使用与传统单样品荧光计相同的样品容器(例如，500μL薄壁聚丙烯管)来接收和分析生物样品。

图1示出了根据示范性实施例的生物分析系统100的示意图。图1的生物分析系统100被描绘为具有包括激发模块102和发射模块104的光学系统的荧光计。激发模块102激发一个或多个样品(或样品内的荧光标记)以生成发射光，并且发射模块104检测发射光以用于分析。

激发模块102包括：一个或多个激发光源(例如，LED 106和/或LED 108)；分束器110，其被配置成在第一方向(例如，方向114A)上引导由光源生成的一个或多个激发光束；准直器元件112；多个激发镜116，其被配置成将一个或多个激发光束在第二方向(例如，方向114B)上导向多个激发透镜118；以及多个样品容座120，其被配置成接收样品容器，样品容器的受激内容物在第三方向(例如，方向114C)上朝向多个发射透镜122、多个发射滤波器124和多个光电检测器126产生发射辐射。

激发模块102可以利用多个激发光源，如图1绘示的蓝色发光二极管(LED)106和红色LED 108，但是将理解，可以使用包括各种激发波长的其它类型或数量的激发光源。附加的或替代的激发光源包括例如激光器或汞/氙弧灯。激发光源可以包括基于与紫色、绿色、黄色或橙色可见光光谱相关联的波长范围和/或不可见光范围(如紫外光、近红外光或红外光)而被选择。在一些实施例中，基于生物样品内待分析的分析物的预期身份来选择激发模块中使用的一个或多个激发光源。

在一些实施例中，激发光源(例如，LED 106、108)被特别地调到预定荧光团的激发波长。在图1所绘示的实例中，基于在生物样品的分析中要使用的已知荧光团的激发波长来分别选择由蓝色LED 106和红色LED 108产生的激发光的波长。替代地，可以使用高强度光源，如氙/汞弧灯作为激发光源。此类灯生成紫外(UV)光和可见光，使得它们的实施对于确切的激发波长或波长范围未知的非特定分析更实用。产生单一激发波长或已知激发波长范围的光源可以有益地靶向已知荧光团，从而防止或减少样品内非靶向分子的无意激发。在一些实施例中，激发滤波器(例如，带通滤波器)可以根据需要安置在激发光源前方以缩小激发光的波长范围。

如图1所示，分束器110用于沿相同的光路(例如，方向114A)引导来自LED 106、108的两个激发光束，从而减少激发模块102所使用的组件数量和空间。替代地，可以使用光纤束组合器等来代替分束器110。因为减小了激发模块的尺寸，使得对应生物分析装置的总占用空间也减小了，所以所绘示的配置是非常有益的。此外，包括一个或多个激发光源的能力允许增加用于分析不同样品和/或各种类型荧光团的系统的通用性和定制配置，不同样品和/或各种类型荧光团可以对应于不同范围的激发光。

激发光在穿过分束器110之后通过准直器元件112(例如，准直器透镜或凹面/抛物面镜)准直。准直激发光束沿第一方向114A朝向多个激发镜116传输。第一方向114A通常平行于准直器元件112的光轴。激发光以多个单独反射光束的形式从镜116朝向对应多个激发透镜118反射。每个激发透镜118聚焦对应反射激发光束，生成聚焦光束(例如，线聚焦光束)以照射在发射模块104的样品容座120内接收的样品。每个样品内的荧光团被聚焦激发光束激发并生成发射光。

如图1所示，单独反射激发光束从每个对应激发镜反射并在第二方向(例如，方向114B)上传播。在一些实施例中，第二方向不相对于第一方向垂直，并且与第一方向形成锐角，从而使得反射激发光束在返回准直器元件112的方向上传播。相反，一些传统荧光计光学系统被配置成引导光路向下，垂直于光路，因此与所绘示的交错镜配置相比增加了整个光学系统的长度。附加地，一些传统荧光计光学系统不包括反射激发镜，该反射激发镜允许准直光在穿过任何滤波器并到达目标样品之前在其初始轨迹上继续前进。此类实施例导致比图1所绘示的大得多的系统。因此，如图1所示和所述的交错镜配置有益地减小了光学系统的尺寸。

如以上所提及的，多个激发透镜118生成从激发模块102传播到发射模块104的聚焦激发光束。发射模块104包括形成为样品区块的一系列生物样品容座120。如图所示，多个样品容座120被布置成一系列均匀间隔的容座，这些容座沿大约平行于准直光的第一方向114A的轴线对齐。

每个容座120与相应发射透镜122、发射滤波器124和光电检测器126(例如光电二极管、光电倍增管、CCD/CMOS传感器等)相关联。发射模块104相对于激发模块102被配置成使得由激发模块102生成的每个聚焦激发光束传播到布置在发射模块104的样品容座120内的单个样品容器并激发其内容物。

由容纳在容座120中的样品内的荧光标记或分子发射的发射光(例如，发射辐射、荧光辐射)由多个发射透镜122中的各个发射透镜收集，通过将发射光沿第三方向114C聚焦到相应光电检测器来确保防止或最小化来自邻近或多个样品的发射光的交叉污染。然后，聚焦发射光穿过多个发射滤波器124的相应发射滤波器，以后续由相应光电检测器126检测。在一些实施例中，每个光电检测器126有益地安置在由对应发射透镜122的焦距确定的距离处，使得当穿过发射透镜的发射光束最佳地聚焦为线光束时到达目标光电检测器。通过确保发射光到达光电检测器透镜的表面的至少一部分，这在一个或多个组件稍微未对齐的情况下是有益的。

由于激发模块102和发射模块104的光学组件的配置的促进，在与激发光不同的方向上有益地获得发射光。需要在入射到激发光的方向上获得发射光，以避免在发射光传感器(例如，光电检测器126)处接收直接激发光。发射辐射从受激样品在所有方向上发射，并且激发光的大部分保持在第二方向114B上的导向。通过在横向于(例如，正交于)第二方向114的方向上放置发射光学器件，可以在缺少激发光的大部分的情况下观察到发射光的大部分。在第三方向上反射的任何低能级激发光可以在到达光电检测器126之前被发射滤波器124(例如带通滤波器)滤除。

如以上所讨论的，本公开的实施例包括具有多个激发镜116的激发模块102，多个激发镜116以锐角朝向多个激发透镜118反射准直激发光。图2和图3示出了图1的生物分析系统100的激发模块102的各种替代实施例。在此类实施例中，激发镜中的每一个(例如，激发镜202a至202h和/或302a至302h)相对于从准直器元件212传输的准直激发光的方向以锐角安置。例如，在图2中，多个镜202a至202h相对于准直激发光的方向204以大约45°的角度安置。因此，图2的反射激发光束大约垂直于入射光束(即，准直激发光)。因此，在此类实施例中，多个样品容器226a至226h(其中样品容器226a对应于激发镜202a，样品容器226b对应于激发镜202b，等等)沿均匀轴线以一定间隔安置，该间隔将每个样品容器定位在从每个激发镜反射的每个反射激发光束的路径中。

在图3中，多个镜302a至302h相对于准直激发光的方向304以大约67.5°的角度安置(即，准直激发光与镜302a至302h的法线方向成大约22.5°)。因此，图3的实施例中的反射激发光束与入射光束(即，准直激发光)成大约45°。因此，反射激发光束从准直激发光在第二方向(也见图1的第二方向114B)上传播，该方向通常平行于准直器312的光轴。

图3还示出了包括对应于多个激发镜302a至302h的多个激发透镜318a至318h的光学系统。例如，激发镜302a对应于激发透镜318a，激发镜302b对应于激发透镜318b等等。如图所示，每个激发透镜318a至318h以一定角度安置，使得从每个激发镜302a至302h反射的反射激发光束与激发透镜318a至318h的光轴大约平行(并与其对齐)。

在一些实施例中，激发镜202a至202h和303a至302h中的至少一个是可独立调节的，以补偿由准直器引起的任何光学误差或者光源或分束器的定位误差。例如，与镜202b至202g相比，镜202a和202h可以以稍微不同的角度定位，因为与中心相比，由准直器传输的激发光束在外边缘处可以较少准直。

应当理解，虽然图2至图3的实例中的每一个描绘了八个激发镜和八个对应激发透镜，在替代实施例中，镜和透镜的数量可以不同，这取决于整个光学系统及其激发和发射组件的设计、待由生物分析系统100同时分析的样品的数量，或其它因素。例如，被配置成同时分析多达二十个样品的类似装置可以采用二十组镜和透镜，这可以解决具有更高样品复用要求的用户的需要，同时仍然提供本文描述的益处，如减小装置的总尺寸和占用空间。在另一个实例中，类似的装置可以被配置成分析多达12个样品，其中，激发模块然后可以通过加宽准直光束来调节以确保附加样品的覆盖。替代地，可以使用附加的光学器件将准直光束分成一个或多个子光束，同时保持足够的光束强度用于所需的应用。

如上所述，许多传统多样品装置具有非常大的占用空间，这是光学组件和对应样品装填系统的相关联的配置的结果。例如，现在参考图4A，当样品容器(例如，样品容器426a至426h)被配置成接收微量离心管(或类似物)，并且管到管距离(即，邻近样品之间的距离)是9mm时，对应8个管的样品容器条带的整个长度(例如，长度402)是约70mm。如果准直激发光束要直接照射8个管的条带，则准直光束的尺寸(例如，长度402)需要大于70mm。因此，准直器和相关联的光学器件以及所需的空间将相当大，如图4A所绘示。

类似地，如果将单个激发镜(或者沿由单个激发镜示出的类似轴线对齐的多个激发镜)以与准直光束成45°的角度放置以将激发光反射到8个管的条带，则准直器和相关联的光学器件以及所需的空间将仍然很大，如图4B所绘示。当考虑到激发光束和发射辐射的分离(即，每级光传播的角度应当不平行，以促进减少由光电检测器接收的杂散激发光)时，进一步强调了所需增加的空间。杂散激发光将不利地影响光电检测器准确检测精密量的发射辐射的能力，并因此可以偏移对应于生物样品的浓度计算。因此，在此类情况下，将相应地定位任何后续的光学组件，从而增加光学系统的宽度和/或长度，并因此增加容纳光学系统的整个生物分析装置的宽度和/或长度。

相反，本公开的光学系统利用沿对角线轴以交错布置的多个单独的镜(例如，图1至图3中描绘的非限制性实例中的8个反射镜)(即，每个镜与邻近镜横向偏移)折叠光路，如图2至图3所示。

例如，参考图3，如果镜302a至303h相对于准直激发光的方向304的角度是67.5°，则来自镜302a至302h的反射光束向下(即，在远离激发镜302a至302h并朝向激发透镜318a至318h的方向上)和向左(在与从准直器312流出的激发光路的方向相对的方向上)传播。在图3中，如果邻近镜之间的竖直中心到中心距离是2.772mm，并且邻近镜之间的水平中心到中心距离是6.228mm，则邻近反射光束的水平中心到中心距离是9mm，这是管到管距离。利用此类布置，准直激发光束的宽度将仅为约2.772mm×8≈22.2mm，这远小于上述70mm。由于“Z”布局(见图1的光方向114A至114C)，整个光学器件也是紧凑的。在一个实施例中，与图4A所绘示的布置相比，这可以允许超过80％的总尺寸减小。

继续参考图2至图3，每个激发镜安置的锐角可以在约50°和75°之间以形成“Z”布局。例如，如果该角度接近90°，则入射光束与来自镜的反射光束之间的角度接近0°，那么所有镜将被定位成离准直器(例如，准直器212、312)远得多，以确保激发透镜(例如，激发透镜318a至318h)以及发射模块可以被放置在准直光束外部。另一方面，如果该角度接近45°，例如接近图2的布置，则由于管到管之间的非常有限的空间而难以在管条带方向上容纳发射模块，同时还确保激发光束的方向与发射检测之间的角度为90度以最小化发射检测方向上的激发光量，其有助于减小背景信号并增加检测灵敏度。

从准直器元件212到激发镜的激发光进入多个反射光束的路径遵循对应于反射定律的原理。例如，入射角(即，准直光撞击激发光的角度)等于反射角(即，激发光朝向样品容器反射的角度)。附加地，入射角部分地基于固定的准直光的方向(例如，方向204和/或第一方向114A)。当确定样品容器的位置时，距激发镜(例如，激发镜的中心点)的水平(“x”)距离和竖直(“y”)距离是已知的。应当理解，安置激发镜的锐角等于基于一条或多条平行线之间的一致内角的几何原理的准直激发光的入射角。假设激发镜的旋转对激发镜与样品容器之间的已知x和y距离的影响可以忽略不计，则旋转激发镜的锐角(θm)大约基于以下等式：

因此，对应于待分析的后续样品容器的后续激发镜应从先前激发镜偏移的量与后续样品容器从先前样品容器竖直和/或水平偏移的量成比例。然后，水平和竖直偏移表征激发镜的交错的对角线配置的图案。

替代地，因为可以精密地计算镜的确切角度和偏移，所以可以使用单个激发镜—而不是交错阵列—其能够旋转通过一系列对应入射角和反射角，使得反射激发光的方向(即，第二方向114B)在短的时间间隔内被连续地引导到各个激发透镜和/或样品容座。虽然包括多个激发镜的生物分析系统的实施例允许同时分析每个生物样品，但是单个可移动镜实施例不能同时分析每个样品。然而，考虑到所分析的样品数量较少，总分析时间的减少可以忽略不计。

激发透镜可以将任何形状的激发光束聚焦为线聚焦光束。图5示出了根据示例实施例的适于用作图1的系统100中的激发透镜118中的一个的激发透镜500的示意图，并且图6示出了绘示图5的激发透镜500的操作的图1的系统100的局部截面图。

在所绘示的实例中，激发透镜500是柱面透镜，其可以大体上减小一个方向上的光束宽度，同时维持另一个方向上的光束宽度。换句话说，激发透镜500可以操纵入射光束，使得产生聚焦线而不是聚焦光束。现在参考图6，例如，当激发透镜600(例如，图1的激发透镜500)竖直安装时，激发透镜600可以将激发光束聚焦成水平的线聚焦光束604，如图6所示。由于线聚焦光束，激发光束和样品容器602内的液体样品之间的相互作用体积对公差和组装误差较不敏感。换句话说，即使样品容器602稍微与其正常或预期位置偏移，线聚焦光束604仍然可以有效地激发含有在样品容器602中的样品。在能够分析多个荧光团的系统中，如图1的系统100中，不同激发透镜的焦距是可独立选择的，使得焦距可以在通道与通道之间不同，以便改进通道上的信号平衡。

在一些实施例中，如图所绘示，线聚焦光束604穿过激发窗口606，其促进减少杂散激发光，例如对应于一个或多个其它激发镜和/或透镜的激发光。在一些情况下，激发窗口由容座(例如，图8的容座804)中的开口限定。在一些情况下，激发窗口606与样品装填系统(例如，图8的样品装填系统800)的内部组件整体形成。在一些情况下，激发窗口606是安置在激发透镜600和样品容器602之间的附接组件(例如，可调孔径光阑)。

在穿过激发窗口606并在第二方向(例如，图1的第二方向114B)上传播之后，激发光照射生物样品(即，相应容座内的样品容器的内容物)。在一些实施例中，激发光的线焦光束604撞击被配置成吸收光和/或防止杂散激发光传播到样品容器602外部的屏障壁(例如，壁608)。

图7示出了根据示例实施例的绘示适合用作发射模块104的发射模块700的图1的系统100的局部截面图。发射模块700包括多组光学元件，包括：由发射凸缘720形成的发射窗口710、发射透镜702、发射滤波器704和光电检测器706。由受激荧光团发射的荧光辐射允许穿过发射窗口710，并从样品容座712通过由发射窗口710限制性限定的透明区域传输。在一些情况下，发射窗口710由容座(例如，图8的容座804)中的开口限定，该开口被配置成可移除地固定样品容器。在一些情况下，发射窗口710与样品装填系统(例如，图8的样品装填系统800)的内部组件整体形成。在一些情况下，发射窗口710是安置在发射透镜702和样品容座712之间的附接组件(例如，可调孔径光阑)。在一些实施例中，发射模块700不包括发射窗口710。

在一些实施例中，每个样品容座120有益地安置在由对应激发透镜118的焦距大约确定的距离处。替代地，每个样品容座120被布置成使得它接收与聚焦激发光束相关联的宽度和/或高度，其中该宽度和/或高度对应于激发窗口的宽度和/或高度。

在穿过发射窗口710之后，发射辐射被发射透镜702聚焦以提高信噪比。然后，聚焦荧光辐射穿过发射滤波器704，该发射滤波器704可以阻挡由发射透镜702传输的杂散光。在一个实施方案中，发射滤波器704是第一双带通滤波器704a和第二双带通滤波器704b的形式，它们被配置成阻挡对应于激发光的辐射。双带通滤波器704a、704b的使用可以在紧凑配置中提供对选定波长范围的光的阻挡。例如，如果激发光由红色或蓝色LED生成，则双带通滤波器704a、704b中的每一个可以阻挡红色和蓝色光以最小化杂散激发光。

在一些实施例中，发射透镜702配备有发射凸缘720，发射凸缘720被配置成防止来自非对应样品容器的杂散激发光和/或不合需要的发射辐射到达光电检测器706。例如，如图7所绘示，发射凸缘720可以形成发射孔，该发射孔被配置成限定允许由容纳在样品容座712中的一个生物样品生成的发射辐射穿过以到达发射透镜702的区域。在一些情况下，发射孔用作发射窗口710(即，没有独立的或嵌入的发射窗口)。发射凸缘720还可以包括被配置成围绕对应发射透镜702的圆周侧壁724，其中，该圆周侧壁延伸超过发射透镜702的厚度。发射凸缘720的侧壁724(或多个侧壁)在第三方向(例如，图1的第三方向114C)上朝向发射滤波器704a、704b和/或光电检测器706延伸，并且可以形成保护发射透镜不接收杂散光的通道。

在一些实施例中，发射凸缘720被有益地布置成使得发射孔/窗口的中心点与由发射透镜702的光学中心和光电检测器706的光学中心限定的轴线对齐。在一些情况下，发射凸缘720以一定角度安置，其中，形成发射孔的发射凸缘720的端部的外表面与样品容座712和/或发射窗口710的外表面齐平。在一些实施例中，发射凸缘720的圆周(例如，柱面)侧壁724延伸直到其与发射滤波器704的外周长和/或发射滤波器704的双带通滤波器(704a、704b)中的一个或多个相遇，以便产生封闭空间，发射辐射可通过该封闭空间传播而屏蔽来自邻近样品容器的杂散激发光和/或发射辐射。

在一些实施例中，样品容座712被布置成使得发射辐射被限制为通过发射窗口710传输，其中，发射辐射路径被安置在发射窗口710的相对侧上的发射壁708阻挡。以这种方式，光电检测器706“看见”发射辐射从样品容座712通过前述开口传播。在一些实施例中，发射壁708是发射模块700中的集成组件。

根据示例实施例的生物分析系统100还包括适用于多样品环境的样品装填系统。图8示出了示范性样品装填系统800(例如，其可以适用于与图1的系统100一起使用)的局部截面图。样品装填系统800包括具有多个容座804的样品区块802。容座804可以接收对应多个样品容器806，其中每个样品容器806含有相应样品。在非限制性实例中，八个容座以单个直行安置以接收八个样品容器的条带。可以理解，在其它实施例中，容座可以以不同的方式布置，例如交替或波状(见图9)。而且，容座的数量可以根据要同时分析的样品的数量而变化。

每个容座804还被设计成定位地固定相应接收的样品容器806。如图8所示，每个容座804的底面包括凹陷808，该凹陷被配置成接收相应样品容器806的底部尖端部分810。此外，每个容座804的容座开口812配备有垫片814(其也表示图7的垫片714)，该垫片814与相应样品容器806的盖818接合。垫片814可以包含任何合适的材料，例如，橡胶、硅树脂。当样品容器806完全插入容座804中时，样品容器806通过凹陷808和垫片814被有效地固定位置，其中样品容器806的壁不接触容座804的壁。

样品装填系统800还包括能够对多个样品容器806施加闭合力的闭合机构816。在一个实施方案中，闭合机构816被配置成按压在多个样品容器806的盖818上。例如，闭合机构816包括多个偏置构件，例如弹簧820，它们可以彼此独立地操作。在使用中，如果一个盖818没有完全闭合，则对应弹簧820可以作用在盖818上以压下它，从而防止邻近的样品容器被位置移位。弹簧820还有助于在竖直方向上进一步固定样品容器806。在一个替代实施方案中，闭合机构816可以包括密封构件，密封构件被配置成当闭合机构816作用在样品容器806上时闭合样品容器806。此外，偏置构件的替代形式包括由如橡胶等弹性材料制成的波纹管状结构。

如以上参考图1所述，生物分析系统的光学系统的一些实施例包括多个镜，这些镜彼此均匀地间隔开并相对于彼此均匀地成角度。然而，可以预期，在一些实施例中，多个激发镜中的每个激发镜是可独立调节的，以容纳样品容器的可变配置和尺寸。因此，通过调节光学系统的一个或多个激发镜，生物分析装置能够促进对待同时读取的样品容器的多样性的测量。

现在参考图9，提供了图1的生物分析系统100的示例实施例，其中，示出了类似的组件，并且其中，示出了多个激发镜916和样品容座920的替代构型。如图所绘示，多个样品容座920以交错、交替的图案安置。在一些实施例中，该交错、交替的模式形成一行或多行样品容座，这些样品容座被安置成彼此竖直和/或水平偏移。因此，多个激发镜916被配置成使得来自准直器元件912的激发光的光路作为聚焦激发光的离散光束到达多个样品容座920的样品容器中的每一个。如图所绘示，多个激发镜沿对角线轴以交错、交替的图案安置。在一些实施例中，该交错、交替的图案形成一行或多行(即，激发镜沿一个或多个平行的对角线轴安置，这些轴线与准直光的方向成锐角地安置)。每个激发镜916被安置在与一个或多个最接近激发镜916竖直和/或水平偏移处。应当理解，图1、图9和/或替代实施例的激发镜的交错图案以多个不同的配置形成，以容纳样品容器配置的变化。

虽然图9描绘了样品装填系统的可替换实施例和激发镜的对应配置，但是其它光学系统配置也是可能的，包括添加或省略某些光学组件。例如，在一些实施例中，光学系统可以包括激发镜、激发透镜、发射滤波器和光电检测器之间的1:1:1:1比率(例如，图1和图9)。在一些实施例中，使用单个发射滤波器和单个检测器阵列而无需集成激发镜或激发透镜。替代地，在一些实施例中，使用包括发射透镜、光发射滤波器和光电检测器的扫描检测头来扫描样品。

如上所述，所公开的针对生物分析装置的实施例包括光学系统的新颖配置，其实现了优于传统多样品荧光计的许多益处。除了光学系统和样品装填系统之外，该装置还可以被配置成计算机化装置。例如，现在参考图10，绘示了结合生物分析装置(例如图1的系统100和/或图9的系统900)的计算环境1000。在一些实施例中，生物分析系统1100包括如上所述的光学系统和/或计算系统1200。如图所示，计算系统1200包括一个或多个处理器1240和存储计算机可执行指令(例如，指令1220A至1220D)的一个或多个硬件存储装置1220，计算机可执行指令可由一个或多个处理器执行以使计算系统1200执行对应于本文所公开的实施例的各种动作。在一些实施例中，计算系统1200促进包括生物分析系统1100的用户界面1300a。

本文所公开或设想的实施例可以包含或利用专用或通用计算机(例如，计算系统1200)，该专用或通用计算机包括计算机硬件，如一个或多个处理器，如以下更详细讨论的。实施例还可以包含用于携带或存储计算机可执行指令和/或数据结构的物理介质和其它计算机可读介质。此类计算机可读介质可以是可由通用或专用计算机系统访问的任何可用介质。存储计算机可执行指令(例如，指令1220A至1220D)的计算机可读介质是物理存储介质。携带计算机可执行指令的计算机可读介质是传输介质。因此，作为实例而非限制，实施例可以包含至少两种截然不同类型的计算机可读介质：计算机存储介质(例如，硬件存储装置1220)和传输介质。

计算机存储介质包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁存储装置、或可用于以计算机可执行指令或数据结构的形式存储期望的程序代码装置并且可以由通用或专用计算机访问的任何其它介质。

“网络”(例如，网络1500)被定义为使得能够在计算机系统和/或模块和/或其它电子装置之间传送电子数据的一个或多个数据链路。当通过网络或其它通信连接(硬接线、无线或硬接线和无线的组合)将信息传输或提供给计算机时，所述计算机适当地将所述连接视为传输介质。传输介质可以包含网络和/或数据链路，所述链路可以用于以计算机可执行指令或数据结构的形式携带数据或期望的程序代码装置，并且可以由通用或专用计算机访问。上述各项的组合也应包含在计算机可读介质的范围内。

此外，在到达各个计算机系统部件时，可以将计算机可执行指令或数据结构形式的程序代码装置自动地从传输介质转移到计算机存储介质(反之亦然)。例如，可以将通过网络或数据链路接收的计算机可执行指令或数据结构缓冲在网络接口模块(例如，“NIC”)内的RAM中，然后最终转移到计算机系统RAM和/或计算机系统上的易失性较小的计算机存储介质中。因此，应当理解，计算机存储介质可以被包含在计算机系统部件中，所述计算机系统部件也(或者甚至主要地)利用传输介质。

计算机可执行指令包括例如指令和数据，所述指令和数据使通用计算机、专用计算机或专用处理装置执行某一功能或一组功能。计算机可执行指令可以是例如二进制、中间格式指令(如汇编语言)或甚至源代码。尽管已经用特异于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，但是应当理解，所附权利要求书中定义的主题不必限于上述所描述的特征或动作。相反，所描述的特征和动作作为权利要求的实例形式被公开。

本领域技术人员将理解，可以在具有许多类型的计算机系统配置的网络计算环境(例如，计算环境1000)中实践实施例，计算机系统配置包含个人计算机、台式计算机、膝上型计算机、消息处理器、手持装置、多处理器系统、基于微处理器的或可编程消费电子产品、网络PC、小型计算机、大型计算机、平板计算机、智能手机、路由器、交换机等。可以在分布式系统环境中实践实施例，在所述分布式系统环境中，通过网络链接(通过有线数据链接、无线数据链接，或通过有线和无线数据链接的组合)的本地计算机系统和远程计算机系统均执行任务。在分布式系统环境中，程序模块可以定位在本地和远程存储器存储装置中。一个实体的程序模块可以位于和/或运行在另一个实体数据中心中或“云中”。在本说明书和所附权利要求中，计算机系统还被定义为包括图像系统(例如，图1的生物分析系统100)。

在一些实施例中，生物分析系统1100经由有线、无线和/或云网络1500与服务器和/或计算系统1400通信。例如，计算系统1400包括一个或多个处理器1440和存储一个或多个计算机可执行指令1420A、1420B、1420C的一个或多个硬件存储装置1420。附加地或替代地，计算系统包括数据库146，其被配置成存储一个或多个数据集(例如，数据类型1460A、1460B)。在一些情况下，计算系统1400还包括用户界面1300B。计算环境1000被配置成使得由生物分析系统1100收集的数据(例如，光电检测器信号数据和/或其它数据)能够经由计算系统1200被存储和/或处理。附加地或替代地，来自系统1100的数据经由网络被推送到计算系统1400，其中，数据可以被存储在数据库1460中和/或经由处理器1440被处理并被推送回计算系统1200以用于存储和/或进一步处理。

在一些实施例中，生物分析系统被配置成能够自动执行生物分析技术和数据处理的“智能”装置，并且可以与其它计算系统通信以自动报告和/或存储数据，包括原始和经处理的运行时信息、激发光和/或发射光波长和强度等。

所公开的实施例还涉及用于使用如本文所述的生物分析装置(例如，图1的系统100)分析生物样品的方法。在一些实施例中，用于分析多个生物样品的由计算机实施的方法包括以下步骤中的一个或多个：

1.检测可移除地固定在多样品装填设备(例如，图8的样品装填系统800)中的多个样品容器(例如，在图1的样品容座120内)。

2.响应于检测到该多个生物样品容器，计算系统活化激发光源，其中：由激发光源生成的激发光至少通过以交错的对角线图案安置的多个镜作为多个激发光束被导向多个样品容器，每个镜被配置成将多个激发光束中的一个激发光束导向多个样品容器中的一个对应样品容器，并且激发光被配置成使存储在多个生物样品容器中的生物样品产生发射辐射。

3.经由多个光电检测器检测来自生物样品中的每一个的发射辐射量。

4.至少部分地基于检测到的发射辐射的量，确定包括在多个样品容器的每一个样品容器中的一种或多种生物分析物的浓度。

在一些实施例中，生物分析装置的计算系统(例如，计算系统1200)被配置成执行以下附加和/或替代步骤中的一个或多个：

1.检测样品容器的特定布置并自动调节可独立调节的激发镜(例如，图1的激发镜116)以对应于检测到的样品容器的布置。

2.部分地基于检测到的发射辐射的量并且部分地基于以下变量中的一个或多个来确定一种或多种生物分析物的浓度：基于与一个或多个生物样品相关联的预期生物分析物身份的测定类型、从对应于标准样品集的数据集生成的计算校准曲线、存储在每个样品容器中的每个样品体积的量、测定试剂盒批号、标签或样品识别号，和/或忽略具有基于校准曲线确定为超出范围的测量值的样品。

3.经由用户界面(UI)(例如，UI 130a)以数字和/或图形格式显示所确定的生物分析物浓度。

4.执行摩尔浓度和其它转化和/或计算。

5.自动调节激发窗口(例如，图6的激发窗口606)、发射窗口(例如，图7的发射窗口710)和/或发射孔(例如，图7的发射孔722)的孔径尺寸。

6.自动地以各种格式和/或向另一个计算系统(例如，图10的计算系统1400)输出数据(例如，所确定的浓度、分析物身份、测定身份)。

在一些实施例中，用户能够输入如上所述的各个数据段，其中，除了存储和/或处理由计算系统经由生物分析装置收集的数据之外，计算系统还可以存储和/或处理数据。

如上所述，本公开的生物分析系统能够同时分析多个样品，同时具有紧凑形状因子。样品装填和卸载也被简化，同时确保样品容器被安全和正确地定位。

本领域技术人员将理解，在不脱离广泛描述的本发明的范围的情况下，可以对如特定实施例中所示的本发明进行多种变化和/或修改。