專利名稱：用于對對象進行溫度和發(fā)光組合空間成像的成像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于對相關(guān)對象進行溫度和發(fā)光組合空間成像的成像設(shè) 備，該相關(guān)對象諸如用于檢測生物分子的生物陣列。本發(fā)明還涉及包括根 據(jù)本發(fā)明的成像設(shè)備的生物檢測系統(tǒng)。本發(fā)明進一步涉及用于進行溫度和 發(fā)光組合空間成像的方法。
背景技術(shù)：
用于檢測諸如核酸的特殊生物分子的方法有多種，并且技術(shù)人員目前 可用到許多不同的方法。檢測特異性核酸或核酸組具有多種重要的實際應(yīng) 用，包括為了診斷目的的基因鑒定。
通常，可以特別地在所謂的生物陣列(或微陣列)上進行諸如多核苷
酸、DNA、 RNA、細(xì)胞和抗體的生物樣品("靶")的檢測，在該生物陣列 上相應(yīng)的探針分子附著在測試陣列的不同位置上。靶探針例如DNA/RNA-寡核苷酸、抗體-抗原、細(xì)胞-抗體/蛋白質(zhì)、激素受體-激素等。當(dāng)靶與相應(yīng) 探針分子結(jié)合或雜交時，可以通過多種光學(xué)、電子甚至微機械方法進行靶 生物分子的檢測，例如參見5,846,708號美國專利?，F(xiàn)在這些生物陣列普遍 應(yīng)用于生物化學(xué)領(lǐng)域。
靶和探針分子之間的結(jié)合或雜交的一個重要參數(shù)是生物陣列上的局部 溫度。
首先，如果靶分子是雙鏈核酸，則需要分離兩個互補鏈的所謂的變性 過程。例如可以通過提高包含靶分子的樣品的溫度來實現(xiàn)變性。
其次，許多相關(guān)的生物分子表現(xiàn)出某種程度的非特異性結(jié)合或雜交， 從而限制了采用生物陣列進行的測定的特異性。通過將生物陣列上的局部 溫度設(shè)置為正好在特異性靶分子的熔解溫度之下以區(qū)別非靶分子，這種影 響可以被避免或降低。
第三，雜交過程本身由通常高度依賴溫度的結(jié)合動力學(xué)控制。因此雜交的正確解釋，具體來說是這些結(jié)合的定量評價需要精確控制生物陣列上 的溫度。
由于這些以及其他的原因，對生物陣列的精確和快速的溫度測量就非 常重要。然而，對生物陣列的溫度測量很少提供關(guān)于結(jié)合過程的充分信息， 盡管一些結(jié)合事件可能會放熱并且從而提高生物陣列上的局部溫度。例如
可參見美國專利申請2004/0180369，其中將紅外熱成像結(jié)合表面等離子體 應(yīng)用于附著到靶分子上的納米粒子。
用于檢測生物陣列上的分子結(jié)合的一個常用技術(shù)是對也被稱為"標(biāo)記 物"的熒光標(biāo)記探針的光學(xué)檢測。通常，標(biāo)記物可以是關(guān)于其物理分布和/ 或其向外發(fā)出信號的強度可檢測的任何試劑。雖然熒光劑被廣泛使用，但 是可替換物包括磷光劑、電致發(fā)光劑、化學(xué)發(fā)光劑、生物發(fā)光劑等。
典型地，對于DNA序列分析應(yīng)用，將堿基特異性熒光染料共價結(jié)合到 與DNA聚合酶一起使用的寡核苷酸引物或鏈終止雙脫氧核苷酸。適當(dāng)波長 的入射光激發(fā)染料，并且隨后觀測熒光發(fā)射以監(jiān)測熒光標(biāo)記受體。諸如例 如溴化乙啶的染料當(dāng)存在于雙鏈DNA或RNA中時可以進一步呈現(xiàn)顯著的 熒光增加。因此，這些染料可以用來指示生物陣列上的雜交。
然而，上述的熒光方法提供的光學(xué)圖像具有如下缺點在生物學(xué)上相 關(guān)溫度區(qū)間中難以組合熒光圖像和相關(guān)溫度數(shù)據(jù)，其中相關(guān)溫度數(shù)據(jù)由例 如紅外熱成像或其他種類的溫度成像來提供。在光學(xué)成像中這通常被稱為 "相關(guān)問題"。典型地，通過匹配來自這兩個來源的圖像而解決這一問題， 考慮到一些熒光和/或溫度圖像的微米級分辨率，和由于溫度圖像通常沒有 熒光分量的事實，以及反之亦然地，對象的熒光圖像不包含或包含非常有 限的關(guān)于對象溫度的信息的事實，這可能導(dǎo)致錯誤匹配。
因此，改進的發(fā)光和溫度成像設(shè)備是有利的，具體來說是更有效和/或 可靠的成像設(shè)備是有利的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明優(yōu)選地試圖單獨地或以任意組合的方式緩解、減輕或消 除一個或多個上述缺點。具體來說，可以看作本發(fā)明的目標(biāo)的是提供一種 解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題的對對象進行溫度和發(fā)光組合成像的成像設(shè)備。通過提供一種用于獲得相關(guān)對象的溫度和發(fā)光的組合空間圖像的成像 設(shè)備，在本發(fā)明的第一方面達(dá)到這個目標(biāo)和幾個其他目標(biāo)，所述設(shè)備包括
-光學(xué)分離裝置，用于將從對象接收到的光分離到第一和第二光路中， 將所述第一光路布置為引導(dǎo)從對象接收到的光的紅外(IR)部分，將所述 第二光路布置為引導(dǎo)從對象接收到的光的發(fā)光部分，
-圖像增強裝置，其能夠?qū)⒌谝还饴飞系墓獾募t外光部分轉(zhuǎn)換為增強
光，
-光電探測裝置，將其布置為對對象空間成像，將所述光電探測裝置 布置為交替接收來自第一和第二光路的光，以及
-處理裝置，其可操作地連接到光電探測裝置，所述處理裝置適于從 第一光路的增強光獲得對象的空間溫度圖像，所述處理裝置還適于至少部 分地空間組合所述溫度圖像和從第二光路獲得的對象發(fā)光圖像，以便獲得 對象的組合圖像。
由于可以從同一光電探測裝置獲得對象的溫度圖像和發(fā)光圖像這一事 實，本發(fā)明對于提供更簡單化的設(shè)備尤其有利，但不限于此。這又降低了 根據(jù)本發(fā)明的成像設(shè)備的成本。
此外，本發(fā)明促進了將同一對象的溫度圖像和相應(yīng)的發(fā)光圖像進行組 合的迄今未預(yù)見到的可能性。尤其對于生物陣列，這提供了涉及對其上定 位有許多探針分子的陣列組合成像的許多優(yōu)勢。
如果這些圖像的分辨率在微米或更小的數(shù)量級上，人工地或甚至用計 算機來組合或匹配這些圖像會非常地耗時和/或困難。然而這可以通過本發(fā) 明來避免。
在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語"紅外(IR)光"要在廣義上理解為從可 見光的紅光端到微波區(qū)域的電磁波譜部分。因此，光的紅外部分可以定義
為從0.65-1500微米(my)的波長范圍，優(yōu)選地為0.70-1200微米，并且更 為優(yōu)選地為0.75-1000微米。具體來說，光的紅外部分可以定義為具有1000、 1200和1500微米的較高波長的光?？商鎿Q地，光的紅外部分可以定義為具 有0.65、 0.70和0.75微米的較低波長的光。具體對于溫度測量，相關(guān)波長 區(qū)間可以是l-30微米，2-20微米和3-10微米。
優(yōu)選地，如果關(guān)于對象的發(fā)光數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)這兩者中的任一類型的析結(jié)果而丟棄，那么該對象的所述組合圖 像可以包括發(fā)光數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)這兩者。
從對象接收到的光的發(fā)光部分包括從包括以下光的組中選擇的光光 致發(fā)光、電致發(fā)光、化學(xué)發(fā)光和生物發(fā)光。具體來說，接收到的光的光致 發(fā)光部分可以是熒光或磷光。
在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語"熒光"要在廣義上理解為從以下過程產(chǎn) 生的發(fā)射光在該過程中，某一波長的光被分子或原子吸收，并且隨后在 稱作所述分子/原子的熒光壽命的短時間之后被以更長的波長發(fā)射。發(fā)射光 通常在可見光光譜(VIS)、紫外光譜(UV)和紅外光譜(IR)中，但不限 于此。
作為熒光的特殊類型，還要提到anti-Stokes位移。由于與發(fā)射分子的 振動相耦合，這種類型的熒光具有比吸收波長更短的發(fā)射波長(即更高的 能量)。
磷光與熒光的不同之處在于其具有毫秒到數(shù)百秒量級的相對長的熒光 壽命。這比納秒到數(shù)百納秒量級的熒光壽命要高出幾個數(shù)量級。這個短壽 命是Jabkmski能級圖中的直接能級躍遷和分子/原子中控制這種能級躍遷的 選擇規(guī)則的結(jié)果。
本發(fā)明可以在以下實施例中具有應(yīng)用其中化學(xué)反應(yīng)引起直接發(fā)光， 即化學(xué)發(fā)光。因此，可以沒有先前的光吸收。特別地，化學(xué)反應(yīng)可以通過 酶來催化，因此該發(fā)光被稱作生物發(fā)光。
有益地，光電探測裝置可以是單獨光電探測實體以提供從對象獲得的 溫度圖像和發(fā)光圖像之間的直接空間對應(yīng)。因此，光電探測裝置可以有利 地是單個電荷耦合器件(CCD)。其他備選方案可以包括鉑硅化物和銥硅化 物的紅外熱敏陣列，但是通?？梢允褂萌魏畏N類的光電導(dǎo)體、光電二極管 和雪崩光電二極管。
在本發(fā)明的一個實施例中，光學(xué)分離裝置可以包括可移位反射鏡，可 能是多個可移位反射鏡。反射鏡可以是旋轉(zhuǎn)式可移位反射鏡和線性可移位 反射鏡，和其任何組合。
優(yōu)選地，可移位反射鏡可以移位到第一位置以將從對象接收到的光導(dǎo) 入第一光路，并且可以移位到第二位置以將從對象接收到的光導(dǎo)入第二光路。因此，可以操作設(shè)備在第一和第二位置之間切換以獲得溫度圖像和發(fā) 光圖像。
在另一實施例中，光學(xué)分離裝置可以包括至少一個光學(xué)部件，該至少 一個光學(xué)部件能夠?qū)膶ο蠼邮盏降墓夥殖杉t外(IR)部分和發(fā)光部分， 并且將這兩部分分別重定向到第一和第二光路中。這個部件可以是諸如棱 鏡、光柵、二向色鏡等光學(xué)部件。
圖像增強裝置能夠?qū)t外(IR)光進行波長下變頻，即提高光的能量。 優(yōu)選地，圖像增強裝置能夠?qū)⒓t外(IR)光轉(zhuǎn)換為可見光(VIS)，這是由 于在光學(xué)上可見光比IR光更易于探測。
在一個實施例中，第一光路可以包括一個或多個光學(xué)帶通濾波器，從 而能夠?qū)ο筮M行局部溫度測量。這可以通過了解、估計或測量對象的發(fā) 射率并隨后測量在一波長上通過所述光學(xué)濾波器的輻射來完成。 一些相關(guān) 通帶范圍區(qū)間可包括1-12微米，優(yōu)選地包括l-ll微米，或更為優(yōu)選地包括 3-7微米。
在替代實施例中，第一光路可以至少包括第一和第二光學(xué)帶通濾波器， 其中所述第一和第二帶通濾波器具有不同的通帶范圍。
優(yōu)選地，通過將從已通過所述第一光學(xué)帶通濾波器的光獲得的數(shù)據(jù)和 從已通過所述第二光學(xué)帶通濾波器的光獲得的數(shù)據(jù)相組合，可以獲得溫度 空間圖像。優(yōu)選地，第一和第二光學(xué)帶通濾波器沒有重疊的通帶范圍，以 便促進獲得對象溫度圖像的雙波長途徑。
優(yōu)選地，進行組合成像的對象可以是生物陣列。優(yōu)選地，可以將生物 陣列布置為分析諸如多核苷酸、DNA、 RNA、細(xì)胞和抗體的生物靶。典型 地，生物陣列可以包括其中固定有探針分子的多個陣點(spot)。在該上下 文中，應(yīng)將陣點理解為具有一定延伸的區(qū)域。如果陣列具有非平面表面， 陣點甚至可能具有三維構(gòu)造。在后面的情況中，當(dāng)提及例如陣列上的陣點 密度時可以定義投影區(qū)域。生物陣列可以包括硅晶片、玻璃平板或多孔膜。
在第二方面，本發(fā)明涉及一種生物檢測系統(tǒng)，其用于檢測一個或多個 生物靶的存在并且任選地檢測其數(shù)量，其中該系統(tǒng)包括根據(jù)本發(fā)明的第一 方面的成像設(shè)備。該系統(tǒng)可以檢測的耙包括但不限于多核苷酸、DNA、RNA、 細(xì)胞和抗體。生物檢測系統(tǒng)通常非常復(fù)雜，而由于從本發(fā)明獲得的更簡單和/或更快速的數(shù)據(jù)分析，本發(fā)明利于提供簡化的生物檢測系統(tǒng)。
在第三方面，本發(fā)明涉及一種獲得對象的溫度和發(fā)光的組合空間圖像
的方法，該方法包括以下步驟-
-將從對象接收到的光分離到第一光路和第二光路中，將所述第一光
路布置為引導(dǎo)從對象接收到的光的紅外(IR)部分，將所述第二光路布置
為引導(dǎo)從對象接收到的光的發(fā)光部分，
-通過圖像增強裝置將第一光路中的光的紅外光部分轉(zhuǎn)換為增強光，
-提供光電探測裝置，將其布置為對對象空間成像，將所述光電探測 裝置布置為交替接收來自第一和第二光路的光，
-提供處理裝置，其可操作地連接到光電探測裝置，所述處理裝置適 合于從第一光路的增強光獲得對象的空間溫度圖像，并且
-至少部分地組合所述溫度圖像和從第二光路獲得的對象的發(fā)光圖 像，以便獲得對象的組合圖像。
本發(fā)明的第一、第二和第三方面每個都可以與任何其他方面進行組合。 根據(jù)下述實施例，本發(fā)明的這些和其他方面將顯而易見，并且通過參考下 述實施例予以闡述。


現(xiàn)在僅通過示例方式參考附圖來說明本發(fā)明，其中 圖1為根據(jù)本發(fā)明的成像設(shè)備的示意圖； 圖2是光、經(jīng)處理的光和其結(jié)果圖像的流程圖； 圖3顯示了如何組合溫度圖像和發(fā)光圖像的圖解； 圖4為具有可移位反射鏡的實施例的示意圖5為具有用于將第一和第二光路分離的光學(xué)部件的實施例的示意圖； 圖6為從生物陣列獲得的熒光圖像的示例； 圖7為差分強度相對于絕對溫度的曲線繪圖； 圖8為根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。
具體實施例方式
圖1為根據(jù)本發(fā)明用于獲得相關(guān)對象1的溫度和發(fā)光的組合空間圖像的成像設(shè)備的簡化示意圖。對象1位于圖1的下部，并且發(fā)射光5，光5由 光學(xué)分離裝置3接收。將分離裝置3布置為將從對象1接收到的光5分離 到第一光路10 (到圖1左側(cè))和第二光路20 (到圖1右側(cè))中。將第一光 路10布置為引導(dǎo)從對象1接收到的光5的紅外(IR)部分，而將第二光路 20布置為引導(dǎo)從對象1接收到的光5的發(fā)光部分。
在第一光路10上放置有圖像增強裝置30。圖像增強裝置30能夠?qū)⒌?一光路10上的光的紅外(IR)光部分10a轉(zhuǎn)換為增強光10b。
用作波長下變頻器的圖像增強器30將紅外光轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎衫鐚Ｓ?CCD攝像機所探測的光，該專用CCD攝像機在1989年的Prentice-Hall第 二版中J. Wilson禾口 J. F. B. Hawkes的"Optoelectronics: An introduction"中 有所描述?？赡艿臉?gòu)造包括將紅外輻射轉(zhuǎn)換為電子的光電陰極；將產(chǎn)生 的電子轉(zhuǎn)換為可見輻射的熒光屏(也作為陽極)；和一個或多個靜電聚焦元 件，所述靜電聚焦元件確保從光電陰極上的某個陣點釋放的電子聚焦在光 電陰極上的對應(yīng)陣點。最后，在光電陰極和陽極/熒光屏之間施加一個電位 差，以便朝向熒光屏加速電子。
此外，根據(jù)本發(fā)明的成像設(shè)備包括布置為對對象空間成像的光電探測 裝置100。將光電探測裝置100更特異性地布置為交替地接收來自第一光路 10和第二光路20的光。因此，從第一光路10或第二光路20接收每路光。 如圖1所示，這可以示意性地表示為通過虛線99阻止第二光路20并且允 許第一光路10的光10b通過。類似地，光電探測裝置100可以轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪?種構(gòu)造，從而允許第二光路20通過并進入探測裝置100并且相對于探測裝 置100阻止第一光路10。這由虛線99旁邊的雙箭頭98示出。
根據(jù)本發(fā)明的成像設(shè)備包括處理裝置200，該處理裝置200可操作地連 接到光電探測裝置100。處理裝置200適于從第一光路10的增強光10b獲 得對象1的空間溫度圖像11。處理裝置200還適于至少部分地空間組合所 述溫度圖像11和從第二光路20獲得的對象的1發(fā)光圖像21?？梢栽谂c處 理裝置200相連接的適當(dāng)?shù)钠聊?00上顯示所結(jié)合的圖像(圖1中未示出)。
圖2是從對象1發(fā)射的光5、經(jīng)處理的光10和20和其結(jié)果圖像11、 21和25的流程圖。對象1發(fā)射光5，光5被分離到10和20兩路中。第一 路10包括紅外部分10a，紅外部分10a由圖像增強裝置30 (圖2中未示出)處理為增強光10b，增強光10b進一步由光電探測裝置和處理裝置(都未在
圖2中示出)處理為對象1的空間溫度圖像11。在第二光路20中，從對象 1接收的光5的發(fā)光光部分被引導(dǎo)到光電探測裝置，以便獲得對象1的空間 發(fā)光圖像21。最后，對象1的空間溫度圖像11和對象1的空間熒光圖像 21被組合為圖像25。
圖3顯示了在本發(fā)明的一個實施例中如何組合溫度圖像11和發(fā)光圖像 21的圖解。將這兩個圖像11和21組合成新的圖像25，該新的圖像25包 含來自圖像11和21兩者的信息。圖像分析領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易想到這 可以通過許多不同的方法來實現(xiàn)。
在圖3所示的實施例中，用像素的二維陣列表示圖像ll、 21和25。對 于每個圖像11、 21或25，陣列上相同位置的像素分別包括源自于對象1的 相同空間位置的信息P一ll、 P—21或P一25。這是可能的，因為光電探測裝置 100交替接收來自第一光路10和第二光路20的光，這使得從對象1獲得的 圖像11和21之間固有地空間對應(yīng)。無需說明，這當(dāng)然需要第一10光路和 第二 20光路相對于對象1和光電探測裝置100的適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)對準(zhǔn)。因此本 發(fā)明以簡單和直接的方式促進了溫度和發(fā)光數(shù)據(jù)的分析和/或呈現(xiàn)。對于實 際的實現(xiàn)方式，可以由CCD的像素構(gòu)成像素陣列，并且相應(yīng)地像素的數(shù)量 可以在百萬或更高的量級上。用于成像的對象1可以是具有1、 5、 20、 50 或IOO微米尺寸的生物陣列，或可選地更高；1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8或 10mm。這樣的生物陣列上的具有獨特雜交特性的不同陣點的數(shù)量可以在當(dāng) 前陣列上每平方毫米從大約10變化到1000個，并且甚至更高，例如達(dá)到 每平方毫米10,000或100,000個。在陣列的陣點上固定相同的探針分子。 陣點上的探針分子密度可以在從10/(微米)2到10氣+10)/(微米)2的區(qū)間內(nèi)， 優(yōu)選地為10、+3)/(微米)2到10、+8)/(微米)2，或更為優(yōu)選地為10A(+5)/(微米)2 到10氣+7)/(微米)2。
在一個實施例中，對組合圖像25設(shè)置差別水平。例如可以僅將表示局 部溫度高于某個與特異性雜交或結(jié)合事件相關(guān)的水平的像素P—ll傳遞到圖 像25。可替換地或另外地，可以僅將表示發(fā)光水平高于某個與特異性雜交 或結(jié)合事件相對應(yīng)的水平的像素P一21傳遞到圖像25。在兩個圖像11和21 的組合中采用差別水平可以導(dǎo)致丟棄圖像11和21中的一個和/或兩個的所選擇部分，并且因此可以將這兩個圖像的組合理解為部分地落入本發(fā)明的 范圍。類似地，如果不期望來自圖像的部分的相關(guān)信息，可以預(yù)先丟棄圖 像11或21的這些部分。
圖4為具有可移位反射鏡9的成像設(shè)備的實施例的示意圖?？梢莆环?射鏡9a和9b可移位到圖4B所示的第一位置以便將從對象1接收到的光導(dǎo) 入第一光路10，可移位反射鏡9a和9b還可移位到圖4A所示的第二位置 以便將從對象1接收到的光導(dǎo)入第二光路20。
在圖4A中，通過適當(dāng)?shù)耐哥R2a準(zhǔn)直來自對象1的光5。類似地，在 第二光路20中，光通過聚焦透鏡2b聚焦以確保對對象1正確成像。眾所 周知，可以在成像設(shè)備中實現(xiàn)諸如聚焦、準(zhǔn)直、對準(zhǔn)等光學(xué)優(yōu)化測量。在 圖4A中顯示了反射鏡6和9、帶通濾波器(BPF) 40、透鏡8以及圖像增 強裝置30，但它們在這個構(gòu)造中不起作用，因為可移位反射鏡9移位到相 對于從對象1接收到的光5不起作用的位置。
在圖4B中，這對可位移反射鏡9a和9b移位到從對象1接收到的光5 射到反射鏡9a上的位置。反射鏡9a和9b可以從圖4A所示的位置可旋轉(zhuǎn) 地移位到圖4B所示的位置。可替換地，反射鏡9a和9b可以線性地移位， 并且可能采取線性和可旋轉(zhuǎn)平移的組合。圖4A和4B中所示的兩個反射鏡 位置之間的周期取決于所需的分辨率和/或所獲得圖像的精確度。所述周期 典型地在秒(例如2、 4、 6秒)的量級上，但是根據(jù)本發(fā)明也可以在成像 設(shè)備中實現(xiàn)更長或更短的周期。
將從反射鏡9a反射的光5引導(dǎo)到光學(xué)帶通濾波器(BPF) 40，其只允 許紅外(IR)光10a的所選擇的部分通過。濾波器40的通帶范圍可以為1-12 微米，優(yōu)選地為1-11微米或更優(yōu)選地為3-7微米。在下面進一步說明的實 施例中，兩個波長區(qū)間用來確定溫度。濾波器40于是可以具有可變的通帶 范圍，或可替換地，兩個或更多的濾波器可以可交換地放置在第一光路10 上。光學(xué)帶通濾波器(BPF)是本領(lǐng)域公知的，并且可以包括(例如彩色或 干涉)濾波器、單色儀、干涉儀(例如Fabry-Perot標(biāo)準(zhǔn)具)。
在通過濾波器40后，將紅外光10a經(jīng)過反射鏡7a和透鏡8a引導(dǎo)到圖 像增強裝置30。圖像增強裝置30能夠?qū)t外(IR)光10a進行波長下變頻。 優(yōu)選地，圖像增強裝置30能夠?qū)⒓t外(IR)光轉(zhuǎn)換為可見光10b。從圖像增強裝置30出來之后，光10b由透鏡8b準(zhǔn)直。經(jīng)過反射鏡7b和9b并且通 過透鏡2b，光10b被定向到光電探測裝置100。
圖5為具有兩個的光學(xué)部件lla和lib的成像設(shè)備的另一個實施例的示 意圖，光學(xué)部件lla和11b即用于將第一光路10和第二光路20分離的二向 色鏡。圖5的光學(xué)構(gòu)造與圖4的光學(xué)構(gòu)造類似，但代替使用可移位反射鏡， 光學(xué)部件11提供了第一光路10和第二光路20的分離而不需要任何光學(xué)部 件本身的顯著機械平移。可以通過一系列光學(xué)部件提供這個功能，這些光 學(xué)部件包括但不限于二向色鏡、光柵、棱鏡、全息圖等。在圖5的實施例 中提供光閘50 (shutter)以確保光電探測裝置100交替地暴露給來自第一 光路10和第二光路20的光。因此，當(dāng)?shù)诙饴?0上的光閘50關(guān)閉時， 第一光路10上的光閘50就打開，反之亦然。
圖6為從生物陣列獲得的熒光圖像21的示例。不同的陣點清晰可見， 因此識別陣列上所選擇的熒光點是可能的，并且所發(fā)射的熒光水平的相對 差異在圖像上很明顯。陣點直徑大約為200微米。相比于例如生物分子的 放射性標(biāo)記，由于熒光劑或標(biāo)記物的可靠的功能和安全的實驗室條件，熒 光劑或標(biāo)記物已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生物陣列上的雜交檢測?？梢杂弥T如溴化乙 啶的熒光化學(xué)試劑對生物大分子進行修飾。因此這個"標(biāo)簽"的熒光性提 供了對預(yù)期分子的非常靈敏的檢測。適當(dāng)?shù)臒魧崿F(xiàn)激勵源的作用，例如在 UV中。
在典型的生物陣列中，每單位區(qū)域的結(jié)合事件的數(shù)量是在如血液樣品 的樣品溶液中靶分子的濃度的度量。對于結(jié)合/雜交動力學(xué)，溫度是一個非 常重要的參數(shù)。精確的溫度控制可以增強結(jié)合事件的選擇性，并且因此增 強樣品中靶分子濃度的預(yù)測精確度。溫度的精確和局部測量對于測試樣品 中靶分子數(shù)量的正確解釋也相應(yīng)地是一個非常重要的參數(shù)。
可以通過在紅外攝像機上對生物陣列的區(qū)域成像來測量生物陣列上結(jié) 合位點的局部溫度。標(biāo)準(zhǔn)的IR攝像機測量在某個波長范圍上積分的輻射強 度。生物陣列領(lǐng)域用于此目的的IR熱成像的應(yīng)用可以在美國專利申請 2004/0180369中找到。
雖然這個方法在一個圖像中提供了非常精確的相對溫度的測量(典型 地0.05 C。)，但它可能缺乏絕對溫度值的精確性(典型地+/-2 C。或值的+/-2 %)。絕對溫度值中的這個誤差主要通過對象的發(fā)射率和光學(xué)成像系統(tǒng)
中發(fā)生的損耗來確定。
令I(lǐng)ea(、,^hal(^，X2)為探測裝置100在波長范圍、和入2之間探測到的 總輻射。oc為合并對象l的發(fā)射率和成像系統(tǒng)中的損耗的系數(shù)。可以假設(shè)oc 不取決于波長。這是常見的近似，參見例如EP 0 387 682，其中采用了這個 近似。
因此，從兩個波長區(qū)域或區(qū)間探測輻射能量是有利的。技術(shù)上這可以 通過用兩個不同的帶通濾波器40測量能量來實現(xiàn)。
Ieffl (入1 ，A<2)=aI 1 (X i ，入2) leff2(入2，入3"al2(入2，入3)
從這兩個圖像中，發(fā)射曲線的斜率，即圖像ll的每個點上的差分強度 可以計算如下
<formula>formula see original document page 16</formula>
明顯地，該表達(dá)式不取決于對象i的發(fā)射率和光學(xué)系統(tǒng)中的損耗。由 于這個方法不需要對具有不同發(fā)射率和系統(tǒng)損耗的不同類型的材料進行校 準(zhǔn)，這具有優(yōu)勢。
圖7顯示了差分強度Idiff與絕對溫度(開爾文溫度)的關(guān)系。已發(fā)現(xiàn)波 長分別為3微米、5微米和7微米的、、^和X3產(chǎn)生了關(guān)于溫度的基本線 性的響應(yīng)。這根據(jù)圖7顯而易見，其中溫度響應(yīng)基本是線性的。由于系統(tǒng)的 校準(zhǔn)可以僅通過兩次測量執(zhí)行，這相比一些傳統(tǒng)的方法具有優(yōu)勢。可替換 地，、、、和^可以分別設(shè)置為2微米、4微米和6微米，或分別設(shè)置為4微 米、6微米和8微米。兩個選擇都產(chǎn)生接近或基本線性的響應(yīng)。兩個波長區(qū) 間的寬度也可以根據(jù)本發(fā)明的成像設(shè)備設(shè)置為0.5微米、1微米或1.5微米。
這個差分方法的溫度靈敏度是傳統(tǒng)方法的1/3。因此當(dāng)溫度變化0.1度 時，可獲得0.2"0A(-3)的差分信號。然而，這仍然在典型紅外圖像攝像機 的噪聲水平之上并且可以容易地探測。同樣，所測量的信號的絕對值大約 是傳統(tǒng)方法的1/5，這意味著積分時間應(yīng)該更長。由于在大多數(shù)生物陣列應(yīng) 用中溫度測量可以以低頻進行，所以這不成問題。圖8為根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。用于獲得對象1的溫度和發(fā)光的 組合空間圖像25的方法包括以下步驟
Sl:將從對象1接收到的光5分離到第一光路10和第二光路20中， 將所述第一光路10布置為引導(dǎo)從對象接收到的光的紅外(IR)部分，將所 述第二光路20布置為引導(dǎo)從對象1接收到的光5的發(fā)光部分，
S2:通過圖像增強裝置30將第一光路中的光的紅外光部分10a轉(zhuǎn)換為 增強光10b，
S3:提供光電探測裝置100，將其布置為對對象1空間成像，將所述光 電探測裝置布置為交替接收來自第一光路10和第二光路20的光，
S4:提供處理裝置200，該處理裝置200可操作地連接到光電探測裝置 100，所述處理裝置適合于從第一光路10的增強光10b獲得對象的空間溫 度圖像ll，并且
S5:至少部分地組合溫度圖像11和從第二光路20獲得的對象1的發(fā) 光圖像21，以便獲得對象的組合圖像25。
盡管已經(jīng)結(jié)合特定實施例對本發(fā)明進行了描述，但并不意在將本發(fā)明 局限于本文所述的具體形式。而是僅由所附的權(quán)利要求來限制本發(fā)明的范 圍。在權(quán)利要求中，術(shù)語"包括"不排除其他元件或步驟的存在。此外， 盡管獨立特征可能被包括在不同的權(quán)利要求中，但這些特征可能有利地進 行組合，并且包括在不同的權(quán)利要求中并不意味著特征的組合是不可行和/ 或沒有優(yōu)勢的。此外，單數(shù)表述不排除復(fù)數(shù)形式。因此，"一"、"一個"、"第 一"、"第二"等表述不排除復(fù)數(shù)形式。而且，權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng) 被解釋為對權(quán)利要求范圍的限制。
權(quán)利要求
1、一種成像設(shè)備，用于獲得相關(guān)對象(1)的溫度和發(fā)光的組合空間圖像(25)，所述設(shè)備包括-光學(xué)分離裝置(3、9、11)，其用于將從所述對象接收到的光(5)分離到第一光路(10)和第二光路(20)中，將所述第一光路(10)布置為引導(dǎo)從所述對象所接收的光的紅外(IR)部分，將所述第二光路(20)布置為引導(dǎo)從所述對象所接收的光的發(fā)光部分，-圖像增強裝置(30)，其能夠?qū)⑺龅谝还饴飞系乃龉獾募t外光部分(10a)轉(zhuǎn)換為增強光(10b)，-光電探測裝置(100)，將其布置為對所述對象(1)空間成像，將所述光電探測裝置布置為交替接收來自所述第一光路(10)和所述第二光路(20)的光，以及-處理裝置(200)，其可操作地連接到所述光電探測裝置(100)，所述處理裝置適于從所述第一光路的所述增強光(10b)獲得所述對象的空間溫度圖像(11)，所述處理裝置還適于至少部分地空間組合所述溫度圖像(11)和從所述第二光路(20)獲得的所述對象的發(fā)光圖像(21)，以便獲得所述對象的組合圖像(25)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述對象的所述組合圖像(25) 包括關(guān)于所述對象(O的發(fā)光數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，從所述對象接收到的光(5) 的所述發(fā)光部分包括從包括以下光的組中選擇的光光致發(fā)光、電致發(fā)光、 化學(xué)發(fā)光和生物發(fā)光。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的設(shè)備，其中，從所述對象接收到的光(5) 的所述光致發(fā)光部分包括從包括以下光的組中選擇的光熒光和磷光。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述光電探測裝置(100)是單個光電探測實體(100)，以便提供從所述對象(1)獲得的所述溫度圖像 (11)和發(fā)光圖像(21)之間的直接空間對應(yīng)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的設(shè)備，其中，所述光電探測裝置(100) 包括電荷耦合器件(CCD)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述光學(xué)分離裝置(9)包括 至少一個可移位反射鏡。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，至少一個可移位反射鏡(9a， 9b)可移位到第一位置以便將從所述對象接收到的所述光(5)導(dǎo)入所述第 一光路(10)，并且可移位到第二位置以便將從所述對象接收到的所述光(5) 導(dǎo)入所述第二光路(20)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述光學(xué)分離裝置(11)包括 至少一個光學(xué)部件，所述至少一個光學(xué)部件能夠?qū)乃鰧ο蠼邮盏降乃?述光分成紅外(IR)部分和發(fā)光部分，并且將所述兩部分分別重定向到所 述第一光路(10)和所述第二光路(20)中。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中 夠?qū)⑺黾t外(IR)光進行波長下變頻。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中 夠?qū)⑺黾t外(IR)光轉(zhuǎn)換為可見光(VIS)。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中 個或多個光學(xué)帶通濾波器(40)。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中 和第二光學(xué)帶通濾波器(40)，所述第一和第，所述圖像增強裝置(30)能，所述圖像增強裝置(30)能，所述第一光路(10)包括一，所述第一光路至少包括第一 二帶通濾波器具有不同的通帶范圍，優(yōu)選地具有沒有重疊的通帶范圍。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中，通過將從已通過所述第一光 學(xué)帶通濾波器(40)的光獲得的數(shù)據(jù)和從己通過所述第二光學(xué)帶通濾波器(40)的光獲得的數(shù)據(jù)相組合，來獲得所述溫度空間圖像(11)。
15、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，用于成像的所述對象(1)是 生物陣列。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中，所述生物陣列包括多個陣點， 在所述陣點上固定有探針分子。
17、 一種生物檢測系統(tǒng)，其用于檢測一個或多個生物耙的存在，并且 任選地檢測其數(shù)量，所述系統(tǒng)包括根據(jù)前述權(quán)利要求1-16中任一項所述的 成像設(shè)備。
18、 一種用于獲得對象(1)的溫度和發(fā)光的組合空間圖像的方法，所 述方法包括以下步驟-將從所述對象(1)接收到的光(5)分離到第一光路(10)和第二 光路(20)中，將所述第一光路(10)布置為引導(dǎo)從所述對象所接收的光 的紅外(IR)部分，將所述第二光路(20)布置為引導(dǎo)從所述對象(1)所 接收的光(5)的發(fā)光部分，-通過圖像增強裝置(30)將所述第一光路中的所述光的紅外光部分 (10a)轉(zhuǎn)換為增強光(10b)，-提供光電探測裝置(100)，將其布置為對所述對象(1)空間成像， 將所述光電探測裝置布置為交替接收來自所述第一光路(10)和所述第二 光路(20)的光，-提供處理裝置(200)，其可操作地連接到所述光電探測裝置(100)， 所述處理裝置適于從所述第一光路(10)的所述增強光(10b)獲得所述對 象的空間溫度圖像(11)，并且-至少部分地組合所述溫度圖像(11)和從所述第二光路(20)獲得的所述對象(1)的發(fā)光圖像(21)，以便獲得所述對象的組合圖像(25)。
全文摘要
公開了一種成像設(shè)備，其用于對對象(1)進行溫度和發(fā)光組合空間成像，該對象(1)諸如用于檢測生物分子的生物陣列。光(5)被分離到第一光路(10)和第二光路(20)中，其中第一光路(10)引導(dǎo)來自對象(1)的紅外(IR)光而第二光路(20)引導(dǎo)來自對象(1)的發(fā)光，優(yōu)選地為熒光。圖像增強裝置(30)將第一光路上的紅外光(10a)轉(zhuǎn)換為增強光(10b)，優(yōu)選地為可見光。布置光電探測裝置(100)以對對象(1)空間成像，還將光電探測裝置布置為交替接收來自第一光路(10)和第二光路(20)的光。處理裝置(200)能夠組合溫度圖像(11)和發(fā)光圖像(21)以便獲得具有這兩個圖像之間的直接空間對應(yīng)的對象組合圖像(25)。對于生物陣列，這提供了涉及對其上定位有大量探針分子的陣列組合成像的許多優(yōu)勢。
文檔編號G01N21/64GK101449145SQ200780018613
公開日2009年6月3日 申請日期2007年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月24日
發(fā)明者A·科列斯尼琴科, D·J·W·克隆德 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司