專利名稱：包括使用磁粒子和應(yīng)用磁場的用于執(zhí)行一種或多種分析物的測量系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及用于執(zhí)行一種或多種材料的測量的系統(tǒng)和方法。特 別地，本發(fā)明涉及配置的以從一個或多個存儲容器轉(zhuǎn)移一種或多種材料到 測量裝置的成象空間中，以對成象空間中的一種或多種材料成象，以實質(zhì) 上固定成象空間中的一種或多種材料，或者一些其組合的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
下面的描述和例子不能因為其包括在本部分中而被認為是現(xiàn)有技術(shù)。
典型地應(yīng)用于流動血細胞計數(shù)(flow cytometry)中的儀器提供用于測量 (或者"查詢")耦合有熒光染料、熒光基團或者熒光標(biāo)識的內(nèi)染微球體(或者其 它粒子)的一個或多個特征的可行系統(tǒng)。耦合到微球體的熒光染料、熒光基 團或者熒光標(biāo)識可表明已經(jīng)在微球體表面上發(fā)生的生物反應(yīng)和/或與其大致 成比例。這樣的儀器的例子描述在Chandler等人的美國專利No.5,981，180 中，其內(nèi)容在此全文引用作為參考。Luminexl001ine儀器，其可以從Texas 的Austin的Luminex公司商購，實質(zhì)上是能夠獲得實質(zhì)上高靈敏度和特異 性的流動血細胞計數(shù)器。
流動血細胞計數(shù)器典型地包括數(shù)個相對精密和昂貴的裝置，例如半導(dǎo) 體激光器、精確針管泵、光電倍增管(PMT)和雪崩光電二極管。盡管這樣的 系統(tǒng)的性能是實質(zhì)上高的，但是儀器的成本對于一些市場是不容許的。此 外，流動血細胞計數(shù)器是物理上大、重和相對易碎的，并且典型地訓(xùn)練過 的技術(shù)人員必須在安裝現(xiàn)場以進行流動血細胞計數(shù)的對齊。流動血細胞計 數(shù)同樣利用相對大體積的鞘(sheath)流體以流體動力地集中粒子流到相對窄 的核心中。
利用檢測器例如電荷耦合器件(CCD)檢測器的成象被應(yīng)用在數(shù)種當(dāng)前 可用的用于生物技術(shù)應(yīng)用中的儀器。許多可商購的系統(tǒng)配置的以對目標(biāo)人 體(或其它動物)細胞進行成象。這樣的系統(tǒng)并沒有被利用以通過使用不同波 長的光產(chǎn)生圖象以確定細胞或者細胞屬于的子類的身份(identity)。對于其中CCD檢測器用于測量細胞的熒光發(fā)射的多重應(yīng)用，細胞或者其它粒子的子
類或者類是基于在圖象內(nèi)的熒光發(fā)射的絕對位置，而不是熒光發(fā)射特征例
如波長組分。
相應(yīng)地，期望開發(fā)一種用于執(zhí)行一種或多種材料的測量的系統(tǒng)和方法， 其比當(dāng)前用的系統(tǒng)便宜，具有更簡單的光學(xué)構(gòu)型，比當(dāng)前用的系統(tǒng)更機械 穩(wěn)定從而使得系統(tǒng)的裝運和安裝更容易，比當(dāng)前用的系統(tǒng)更小，比當(dāng)前用 的系統(tǒng)更加靈敏，具有比當(dāng)前用的系統(tǒng)更短的采集時間和更高的處理能力
(throughput),使用比當(dāng)前用的系統(tǒng)更少的易耗品例如鞘液，使得能夠進行 待執(zhí)行測量的一種或多種材料的后期洗滌，或者其一些組合。

發(fā)明內(nèi)容
上面概述的問題通過本發(fā)明的系統(tǒng)和方法大大地得以解決。所述系統(tǒng) 包括用于從裝置裝載和去除樣品并用于清潔所述裝置或者樣品的流體處理 子系統(tǒng)。光學(xué)子系統(tǒng)包括照射構(gòu)型例如多個LED,以及采集構(gòu)型例如一個 或多個成象傳感器。最后，固定子系統(tǒng)用于在測量期間保持樣品。在優(yōu)選 的形式中，固定子系統(tǒng)包括磁體，樣品包括磁珠，其中磁體可以選擇性地 操作以在成象過程中固定磁珠。在另一形式中，在成象過程中，與樣品有 關(guān)的采集構(gòu)型和照射構(gòu)型的位置被最優(yōu)化。
以下的系統(tǒng)和方法的各實施例的描述不能以任何方式理解為對本發(fā)明 的權(quán)利要求的主題的限定。
一實施例涉及配置的以從一個或多個存儲容器轉(zhuǎn)移一種或多種材料到 測量裝置的成象空間(imaging volume)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以進一步如在此所 述地配置。另一實施例涉及用于從一個或多個存儲容器轉(zhuǎn)移一種或多種材 料到測量裝置的成象空間中的方法。在該方法中，轉(zhuǎn)移一種或多種材料可 以如在此進一步描述地執(zhí)行。此外，該方法可以包括在此所述的任何其它 步驟。而且，該方法可以通過在此所述的任4可系統(tǒng)執(zhí)行。
另一實施例涉及配置的以對測量裝置的成象空間中的一種或多種材料 成象的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可進一步如在此所述地配置。還有一實施例涉及用于 對測量裝置的成象空間中的 一種或多種材料成象的方法。對一種或多種材 料成象可以如在此所述地執(zhí)行。此外，該方法可包括在此所述的任何其它 步驟。而且，該方法可以通過在此所述的任何系統(tǒng)執(zhí)行。又另一實施例涉及配置的以實質(zhì)上固定測量裝置的成象空間中的一種 或多種材料的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可進一步如在此所述地布置。又還一實施例涉 及用于實質(zhì)上固定測量裝置的成象空間中的 一種或多種材料的方法。實質(zhì) 上固定一種或多種材料可以如在此進一步所述地執(zhí)行。此外，該方法可以 包括在此所述的任何其它步驟。而且，該方法可以通過在此所述的任何系 統(tǒng)執(zhí)行。
另 一 實施例涉及一 系統(tǒng)，其配置的以從一個或多個存儲容器轉(zhuǎn)移一種 或多種材料到測量裝置的成象空間，以對成象空間中的 一種或多種材料成 象，以實質(zhì)上固定成象空間中的一種或多種材料，或者其一些組合。該系 統(tǒng)可進一步如在此所述地布置。又一實施例涉及一方法，其用于/人一個或 多個存儲容器轉(zhuǎn)移一種或多種材料到測量裝置的成象空間，以對成象空間 中的 一種或多種材料成象，以實質(zhì)上固定成象空間中的 一種或多種材料， 或者其一些組合。轉(zhuǎn)移、成象和實質(zhì)上固定一種或多種材料可以如在此進 一步描述地執(zhí)行。此外，該方法可以包括在此所述的任何其它方法。而且， 該方法可以通過在此所述的任何系統(tǒng)執(zhí)行。


本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點將通過閱讀下面的詳細的描述以及通過參照
附圖而變得明顯，其中
圖1是本發(fā)明的流體處理子系統(tǒng)的方框圖2是示出本發(fā)明的裝置的光學(xué)構(gòu)型的方框圖3是示出圖2的方框圖的一種形式的本發(fā)明的裝置的部分去除的垂 直剖面圖4是圖3的裝置的透視圖5-7是示出配置的以從一個或多個存儲容器轉(zhuǎn)移一種或多種材料到 測量裝置的成象空間的系統(tǒng)的各實施例的方框圖的示意圖8是示出配置的以對測量裝置的成象空間中的一種或多種材料成象 的系統(tǒng)的一個實施例的等角側(cè)視圖的示意圖9-15是示出配置的以對測量裝置的成象空間中的 一種或多種材料成 象的系統(tǒng)的各實施例的側(cè)視圖的示意圖16-17是示出可以包括在配置的以對在此所述的測量裝置的成象空間中的一種或多種材料成象的系統(tǒng)的實施例中的照射子系統(tǒng)的各實施例的
側(cè)-〖見圖的示意圖18-20是示出可以包括在配置的以對在此所述的測量裝置的成象空 間中的一種或多種材料成象的系統(tǒng)的實施例中的照射子系統(tǒng)的各實施例的 頂部視圖的示意圖21是示出配置的以對測量裝置的成象空間中的 一種或多種材料成象 以及實質(zhì)上固定成象空間中的 一 種或多種材^f牛的系統(tǒng)的另 一 個實施例的側(cè) -現(xiàn)圖的示意圖22-23是示出在其上一種或多種材料能夠?qū)嵸|(zhì)上固定在測量裝置的 成象空間中的基底的各實施例的頂部視圖的示意圖24-25是示出在其上一種或多種材料能夠?qū)嵸|(zhì)上固定在測量裝置的 成象空間中的基底的各實施例的側(cè)視圖的示意圖26是示出采集和照射角空間的示意圖；以及
圖27是根據(jù)本發(fā)明的裝置的優(yōu)選實施例的照射模塊的垂直剖面視圖。
盡管本發(fā)明可以進行各種修改和形式替換，但是通過附圖中的例子示 出其特定實施例并且在此將詳細描述。但是，應(yīng)當(dāng)理解，附圖以及對其的 詳細描述并不意在限制本發(fā)明到所公開的特定形式，相反，其意圖是包括 落在本發(fā)明的權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)的所有的修改、等價物和替 換物。
具體實施例方式
雖然一些實施例在此是關(guān)于粒子、珠子和微球體進行描述，但是，應(yīng) 當(dāng)理解，在此所述的所有系統(tǒng)和方法可以用于粒子、微球體、聚苯乙烯珠 子、微粒子、金納粒子(goldnanoparticle)、量子點、納點、納粒子、納殼、 珠子、微珠子、乳膠粒子、乳膠珠子、焚光珠子、萸光粒子、有色粒子、 有色珠子、組織、細胞、微有機體、有機物、無機物或者本領(lǐng)域已知的其 它任何離散的物質(zhì)。所述粒子可以用作用于分子反應(yīng)的媒介。適合的粒子 的例子示出在Fulton的美國專利No.5,736,330、 Chandler等人的5,981,180、 Fulton的6,057,107、 Chandler等人的6,268,222、 Chandler等人的6,449,562、 Chandler等人的6,514,295、 Chandler等人的6,524,793和Chandler的 6,528,165中，其內(nèi)容在此被全文引用作為參考。在此所述的系統(tǒng)和方法可以用于這些專利中描述的任何粒子。此外，用于在此所述的方法和系統(tǒng)的
實施例中的粒子可以從商家例如Texas的Austin的Luminex公司獲得。術(shù) 語"粒子"、"微球體，，和"珠子，，在此可以互換地使用。
此外，適用于在此所述的系統(tǒng)和方法的粒子的類型包括具有附著到粒 子的表面或者與其相關(guān)聯(lián)的熒光物質(zhì)的粒子。這些類型的粒子，其中熒光 染料或者熒光粒子直接耦合到粒子表面以提供分類熒光(classification)(也就 是，被測量和用于確定粒子或者粒子屬于的子類的身份的熒光發(fā)射)，示出 在Chandler等人的美國專利No.6,268,222、 Chandler等人的6,649,414中， 其內(nèi)容在此被全文引用作為參考?？捎糜谠诖怂龅姆椒ê拖到y(tǒng)的類型的 粒子還包括具有結(jié)合到粒子的核心的一個或多個熒光物或者熒光染料的粒 子。能夠用于在此所述的方法和系統(tǒng)的粒子還包括在暴露到一個或多個適 當(dāng)?shù)墓庠磿r其自身將呈現(xiàn)出一個或多個熒光信號的粒子。而且，粒子可以 制造的以使得通過激發(fā)粒子呈現(xiàn)出多個熒光信號，每一信號可以單獨或者 組合使用以確定粒子的身份。
在此所述的實施例能夠獲得實質(zhì)上與流動血細胞計數(shù)相等的或者更好 的性能，同時克服在以上"背景技術(shù)"部分中描述的問題。在此所述的實 施例包括數(shù)個構(gòu)型，其通過使用兩寬基礎(chǔ)(broadbased)的成象方法。對于焚 光檢測或者采集，可以采用每檢測波長一個傳感器例如光電倍增管(PMT) 或者雪崩光電二極管(APD)，如同通常用于流動血細胞計數(shù)中那樣。但是， 特別優(yōu)選的實施例采用(envision)—維或二維電荷耦合器件(CCD)或者其它 適當(dāng)?shù)年嚵袡z測器以進行熒光檢測。通過使用光源例如發(fā)光二極管(LED)發(fā) 出并直接或者通過光纖傳遞到測量裝置的成象空間中的一種或多種材料的 光，激勵源可以配置的以提供廣泛的照射(也就是，提供同時超過測量裝置 的成象空間的相對大的面積(例如測量裝置的整個成象空間)的照射)。或者， 激勵源可以配置的以在測量裝置的成象空間中提供相對小的點的照射，并 且系統(tǒng)可配置的以跨越成象空間掃描相對小的點。通過這種方式，照射可 配置為從一個或多個LED、 一個或多個激光器、 一個或多個其它的適當(dāng)?shù)?光源或者其一些組合產(chǎn)生的聚焦的相對"微小的飛點"光。
在此所述的實施例還提供超過用于執(zhí)行一種或多材料的測量的其它系 統(tǒng)和方法的許多優(yōu)點。例如，在此所述的實施例有利地比其它方法和系統(tǒng) 更便宜。特別地，在這里所述的數(shù)個構(gòu)型中，實施例可以包括相對便宜的
8CCD作為光子檢測器而不是PMT，相對簡單的LED代替激光器，相對便 宜的泵代替精確針管泵以傳送流體，或者其一些組合。這樣，在此所述的 實施例的總成本能夠減少大約一個數(shù)量級。此外，由于比典型的用于流動 血細胞計數(shù)的光學(xué)構(gòu)型實質(zhì)上更加簡單從而使得在此所述的實施例實質(zhì)上 更加機械穩(wěn)定，這是在此所述的實施例的有利點。該機械穩(wěn)定性使得能夠 通過標(biāo)準(zhǔn)的裝運服務(wù)(例如UPS類型的服務(wù))裝運在此所述的系統(tǒng)實施例。 而且，該機械穩(wěn)定性允許在此所述的系統(tǒng)的實施例可以由專業(yè)或者非專業(yè) 服務(wù)人員的用戶安裝。而且，因為系統(tǒng)實施例能夠?qū)嵸|(zhì)上小(例如，可以想 象地，袖珍攝象機的大小)，所以在此所述的實施例是有利的。
在此所述的實施例的另一個優(yōu)點是實施例提供在比典型地使用基于激 光的流動血細胞計數(shù)類型的系統(tǒng)的幾微秒長很多時間上積分光子的能力。 因此，在此所述的實施例比當(dāng)前用的系統(tǒng)和方法能夠4企測在其表面上或者 耦合到其上的具有更少的熒光分子的粒子。如此，在此所述的實施例可以 有利地具有比當(dāng)前所用的其它系統(tǒng)和方法更高的靈敏度。此外，在此所述 的實施例可以具有比當(dāng)前所用系統(tǒng)實質(zhì)上更短的測量采集時間以及因此更 高的處理能力。例如，在配置的以使用CCD/LED "血液照射"構(gòu)型的實施 例中，樣品測量的釆集更快，因為整個樣品或者整個粒子群能夠以兩張或 三張圖象或者"圖片，，地測量，而不是一個粒子接著一個粒子地順次進行。 在另 一例子中，對于要求相對高的處理能力解決方案的用戶，基于CCD/LED 的系統(tǒng)提供相對便宜的系統(tǒng)，并且，在數(shù)種情況中，能夠與快速處理單一 微量滴定板或者其它樣品并行地操作。
在此所述的實施例的又另一優(yōu)點是鞘液并不如在流動血細胞計數(shù)中用 以流體動力地集中粒子。在此所述的實施例的又還有一個優(yōu)點是待執(zhí)行測 量的一種或多種材料的最后的"洗滌"可能在系統(tǒng)內(nèi)以從圍繞粒子的液體 去除將影響測量的自由熒光染料或者其它的材料，從而降低由測量裝置檢 測的背景光(例如，通過測量裝置的成象傳感器)。
在此進一步提供的實施例的描述總體上分為三個子部分，其中描述不 同的系統(tǒng)的實施例。例如， 一個子部分涉及流體構(gòu)型，其可以包括在這里 所述的系統(tǒng)的實施例中。流體處理構(gòu)型能夠用于從一個或多個存儲容器引 入或者轉(zhuǎn)移一種或多種材料(例如，珠子和其它試劑或者珠子，在一個或多 個反應(yīng)已經(jīng)被允許在珠子的表面發(fā)生后)到測量裝置的成象空間。另一子部分涉及光學(xué)構(gòu)型，其可以包括在在此所述的系統(tǒng)的實施例中?？傊?，不同 的光學(xué)構(gòu)型包括激勵源和光子檢測器的不同組合，其在此有時稱為照射模 塊和采集模塊。其它子部分涉及粒子固定構(gòu)型和方法，其可以包括在在此 所述的系統(tǒng)的實施例中或者由其使用。在此所述的系統(tǒng)可以包括這樣的粒 子固定構(gòu)型，因為在成象系統(tǒng)中，在測量期間，粒子優(yōu)選地實質(zhì)上并不運 動。注意到，在上面的三個子部分中描述的系統(tǒng)構(gòu)型的任何組合可以組合 以產(chǎn)生最終的成象系統(tǒng)的實施例。
現(xiàn)轉(zhuǎn)到附圖，注意到，附圖并不是按比例畫出的。特別地，附圖的一 些要素的比例被大大擴大以強調(diào)該要素的特征。同樣注意到的是，附圖并 非畫出到相同的比例。在超過一個附圖中示出的可以類似地配置的要素已 經(jīng)通過使用相同的標(biāo)號而表明。
第一優(yōu)選實施例
圖1-4示出第一實施例。該實施例總體上涉及配置的以從一個或多個 存儲容器轉(zhuǎn)移一種或多種材料到測量裝置的成象空間的系統(tǒng)。如上所述，
該系統(tǒng)具有三個主要部分流體處理6、光學(xué)構(gòu)型8和粒子固定子系統(tǒng)(在 圖1中未示出)。圖1示出流體處理子系統(tǒng)的功能部件，而圖2示出光學(xué)子 系統(tǒng)的功能部件。
在圖1的流體處理子系統(tǒng)中，樣品從樣品存儲容器12轉(zhuǎn)移到測量裝置 的成象空間10中。成象空間可配置為成象室10，其可以具有現(xiàn)有技術(shù)中已 知的任何適當(dāng)?shù)臉?gòu)型。存儲容器12可配置為微量滴定板或者現(xiàn)有技術(shù)中已 知的其它任何適當(dāng)?shù)臉悠啡萜鳌?br> 所述系統(tǒng)還包括雙向泵14,其配置的以將流體抽進存儲池中并隨后將 流體從存儲池排出到成象空間室10中。泵14可以具有現(xiàn)有技術(shù)已知的任 何適當(dāng)?shù)臉?gòu)型。因為粒子在曝光期間是實質(zhì)上不動的，如在此進一步的描 述，所以在此所述的系統(tǒng)的實施例并不需要如同從昂貴的針管泵獲得的無 脈動流動。足夠的池能夠由在泵14和樣品閥18之間的一段導(dǎo)管16形成。 這樣的池共同稱作"樣品環(huán)路"。導(dǎo)管可以具有任何適當(dāng)?shù)臉?gòu)型。樣品閥18 的功能是當(dāng)從存儲容器12(例如，微量滴定板)吸取時連接樣品探針15到池 (樣品環(huán)路16)并且當(dāng)排出時連接池到成象室10。樣品閥18可包括本領(lǐng)域已 知的任何適當(dāng)?shù)拈y。存儲容器22流到成象室10的成象空間。洗滌閥20可包括現(xiàn)有技術(shù)已知的 任何適當(dāng)?shù)拈y。在替代的實施例中，樣品和洗滌閥可以組合為單一閥(未示 出)。泵14還可配置的以轉(zhuǎn)移成象空間10中的一種或多種材料和任何的其 它流體到廢物容器24中。廢物容器24可以具有現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何適 當(dāng)?shù)臉?gòu)型。
存在操作流體處理子系統(tǒng)6以在成象室10中裝載樣品的兩種主要模 式，也就是，具有樣品洗滌的裝載程序和沒有樣品洗滌的裝載程序。參照 圖1和2，沒有樣品的裝載程序基本如下發(fā)生
清潔系統(tǒng)
1) 泵閥20到位置a
2) 裝載驅(qū)動溶液
3) 泵閥20到位置c
4) 樣品閥18,從位置1移動到位置3
5) 向后移動石茲體262(遠離成象室10)
6) 推動驅(qū)動溶液通過室以清潔室10
7) 樣品閥18,從位置1到位置2
8) 推動驅(qū)動溶液通過探針15以清潔探針 裝載樣品
1) 泵閥20到位置a
2) 裝載驅(qū)動溶液
3) 泵閥20到位置c
4) ;〖羊品閥18， 乂人位置1到位置2
5) 降低探針15到樣品室12中
6) 裝載樣品到樣品環(huán)路16中
7) 升高探針15并拉動直到空氣處于樣品閥18處并且整個樣品處于樣 品環(huán)路16中
8) 樣品閥18，從位置1到位置3
9) 向前移動石茲體262(向著成象室10)
10) 推動樣品從樣品環(huán)路16進入捕獲》茲J朱的成象室10中
11) 樣品不動，采集圖象 清潔系統(tǒng)1) 泵閥20到位置a
2) 裝載驅(qū)動溶液
3) 泵閥20到位置c
4) 樣品閥18，從位置1到位置3
5) 向后移動磁體262(遠離成象室10)
6) 推動驅(qū)動溶液通過室IO以清潔室。
7) 樣品閥18，從位置1到位置2
8) 推動驅(qū)動溶液通過探針15以清潔〗笨針 具有樣品洗滌的裝載程序基本上如下地進行 清潔系統(tǒng)
1) 泵閥20到位置a
2) 裝載驅(qū)動溶液
3) 泵閥20到位置c
4) 樣品閥，,人1到3
5) 向后移動^茲體262(遠離室10)
6) 推動驅(qū)動溶液通過室10以清潔室
7) 樣品閥18, >(人位置1到位置2
8) 推動驅(qū)動溶液通過探針15以清潔探針 預(yù)裝載洗滌溶液
1) 泵閥20以到位置b
2) 裝載洗滌溶液
3) 泵閥20到位置c
4) 才羊品閥1到3
5) 推動洗滌溶液通過室
6〉樣品閥18，從位置1到位置2
7)推動洗液通過探針15(樣品環(huán)路16和探針15用洗液預(yù)裝載) 裝載樣品
1) 泵閥20到位置a
2) 裝載驅(qū)動溶液
3) 泵閥20到位置c
4) 樣品閥18，從位置1到位置2
125) 降低探針15到室12
6) 裝載樣品到樣品環(huán)路16中
7) 升高探針15并拉動直到空氣處于樣品閥處并且整個樣品處于樣品 環(huán);洛16中
8) 樣品閥18, /人位置1到位置3
9) 向前移動^茲體262(向著室10)
10) 推動樣品從樣品環(huán)路16進入捕獲磁珠的室10中
11) 推動樣品后的樣品環(huán)路16中的洗液越過俘獲的磁珠以"洗滌，，珠
子
12) 樣品不動，采集圖象 清潔系統(tǒng)
1) 泵閥20到位置a
2) 裝載驅(qū)動溶液
3) 泵閥20到位置c
4) 樣品閥18，從位置1到位置3
5) 向后移動磁體262(遠離室10)
6) 推動驅(qū)動溶液通過室10以清潔室
7) 樣品閥18， ^M立置1到位置2
8) 推動驅(qū)動溶液通過探針15以清潔〗笨針
使用其中樣品被"洗滌"的第二裝載程序的優(yōu)點是去除沒有結(jié)合到珠 子表面的圍繞溶液萸光物。為了處理的方便， 一些試驗沒有執(zhí)行該最后洗 滌步驟，導(dǎo)致外來的熒光基團的激發(fā)，其在當(dāng)從珠子反應(yīng)的試驗被測量時 導(dǎo)致"背景，，信號。這樣，沒有洗滌試驗具有比洗滌試驗更差的測試限制。
不同于流動血細胞計數(shù)，本發(fā)明的系統(tǒng)本質(zhì)上提供去掉圍繞珠子的流 體的能力，從而洗掉自由的熒光物。這是可能的，因為(當(dāng)-茲體接觸到室的 后部時)珠子磁性地附著到基底，如果新的"新鮮"流體注入到室中將不會 移動，從而轉(zhuǎn)移載有熒光物的液體。
轉(zhuǎn)到圖2，光學(xué)子系統(tǒng)8被概括地示出。該子系統(tǒng)8包括定位在與系統(tǒng) 的光學(xué)元件相對的成象室10的側(cè)面上的磁性元件262。磁性元件262可包 括本領(lǐng)域已知的任何適當(dāng)?shù)拇判栽?，例如永久磁鐵或者電磁鐵，其可用 于產(chǎn)生適當(dāng)?shù)拇艌?。以這種方式，可以使用具有嵌入的磁體的染過的粒子例如珠子以使得粒子可以實質(zhì)上固定在成象室10中(例如，在室底部)，其
是通過使用在室側(cè)面上的磁性元件262產(chǎn)生的磁場。雖然在圖2中磁性元 件262示出為與成象室IO相鄰(同樣參見圖8，其中》茲性元件264在成象室 的與系統(tǒng)的光學(xué)元件相對的側(cè)面上接觸(耦合到)成象室10),磁性元件可以 選擇性地從成象室10間隔開，如圖21所示。/磁性元件262可以進一步如 上所述地配置。此外，雖然圖2、 8和21示出定位在成象室附近的一個-茲 性元件，但是，應(yīng)當(dāng)理解，該系統(tǒng)可以包括超過一個磁性元件，其每一個 定位在成象室的與系統(tǒng)的光學(xué)元件相對的側(cè)面附近。
在通過測量裝置進行信號采集之后，可以(例如通過使用螺線管以移動 永久磁鐵或者通過使用開關(guān)打開和關(guān)閉電磁鐵)去除磁場，粒子可以退出成 象室42,而來自下一樣品的新粒子被帶入到室42中。成象室10中的粒子
室。如圖2所示的系統(tǒng)可以進一步如在此所述地配置。
最簡單的成象室IO設(shè)計是這樣的成象室，其在成象室的靠近磁性元件 的側(cè)面上具有相對光滑的內(nèi)表面以使得當(dāng)磁體262將珠子向下拉動時珠子 隨機地分布在該內(nèi)表面中。但是，成象室10也可設(shè)計為當(dāng)f茲場如在此更加 詳細地描述地施加時"保持，，J朱子在特定的點。
圖3和4示出根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合圖1和2所述的功能部件的測量裝置 可以是什么樣的。
廣泛地說，圖1-4的測量裝置的操作方法包括將感興趣的分析物暴露 到珠子群以產(chǎn)生樣品，其存儲在樣品容器12中，如圖1所示。通過使用例 如上述的樣品處理步驟，樣品被裝載入成象室10中。通過磁體262的選擇 操作，樣品固定在成象室10中?？蛇x擇地，不動的樣品可以;波洗滌以去除 外面的熒光物。借助于固定在室10中的樣品，照射模塊(LED44， 46)被操 作以激發(fā)樣品。成象傳感器72(CCD)俘獲圖象并且圖象被處理(參見，例如， 于2005年9月21曰才是交的，Roth的名牙爾為"Methods and Systems for Image Data Processing"的美國專利申請No.60/719,010，其內(nèi)容在此被全文引用作 為參考)。磁體262釋放樣品，裝置被清潔。
相信，根據(jù)本發(fā)明，成象傳感器72關(guān)于LED44， 46、室10和》茲體262 的位置能夠被優(yōu)化以用于對珠子成象。珠子具有不同特征，也就是在珠子 內(nèi)的染料和在珠子上的報道分子(reporter molecule), 二者都在沒有優(yōu)選的方向(在所有的角度是一致的)吸收和再發(fā)射光子。LED44、 46的照射位置和成 象傳感器(CCD72)的位置被選擇以優(yōu)化任何珠子在成象傳感器的視域(FOV) 中的"角度空間"(能夠通過CCD72觀察到任何珠子)。因為磁體262位于 室IO的后部，所以用于照射和成象系統(tǒng)的可用角度空間是在磁體上面的半 球。這在圖26中示出，其中"釆集"310是通過成象傳感器72采集的立體 角，"照射角空間"312是照射模塊能夠占據(jù)的空間。照射光學(xué)元件(圖2中 的LED44, 46)覆蓋該照射角空間312越多，在成象過程中給予珠子的能量 越多。類似地，照射角空間312的采集角(數(shù)值孔徑)越高，成象透鏡52(圖 2)能夠采集和傳遞到成象傳感器72(CCD檢測器)的通量越多。必須在分配 給成象傳感器和照射系統(tǒng)的角度之間進行平衡。
為了可低成本制造，成象透鏡52對于數(shù)值孔徑的實際限定是對于4的 放大率在0.3左右。對于更高的放大率，成象透鏡52的數(shù)值孔徑可以增加， 同時保持相同的成本方針。其它影響透鏡52的成本的因素是視域和波帶寬 度。0.3的數(shù)值孔徑是大約35度的全角度。
對于照射模塊例如LED44， 46的定位，限制可以是LED的亮度以及激 發(fā)濾光器47的成本。LED的光學(xué)擴展量(etendue)將決定需要提供在視域 (FOV)的最大LED通量的珠子的角度空間。(光學(xué)擴展量是源的面積乘以源 的立體角其限定發(fā)出的通量的幾何特征。)如果FOV相對大，需要的角度 空間將降低，因此能夠使用更多的LED。但是，更多的LED將增加系統(tǒng)的 成本。再者，必須確定成本與性能之間的平衡。
比較圖2和27,第一實施例包括照射模塊，其包括透鏡、濾光器和一 個或多個LED44/46，如圖27所示。如圖27所示，與每個LED44相關(guān)聯(lián)的 是透鏡系統(tǒng)，其包括二個常規(guī)折射透鏡314。透鏡314用于從LED44釆集 盡可能多的光并且通過濾光器316將其偽準(zhǔn)直。雖然可以使用一個常規(guī)折 射透鏡314，但是采集的角度小很多，從而導(dǎo)致低效的照射系統(tǒng)，因而優(yōu)選 兩個或更多的透鏡314。
常規(guī)折射透鏡314用在濾光器316之前，因為在菲涅耳(fresnel)透鏡凹 槽的邊緣處存在內(nèi)在的散射。散射的光能夠以非優(yōu)化的角度通過濾光器316 并增加圖象上的帶外(out-of-band)的背景。這會導(dǎo)致增強的背景噪音。菲涅 耳透鏡318用在濾光器316之后以再聚焦光到室10上。 一些模糊可以是必 要的以保證在圖象平面上的一致性。由于成本以及物理程度，菲涅耳透鏡318被使用。菲涅耳透鏡318是相對薄的。圖27的照射模塊中的主要成本 部件是激發(fā)濾光器316。模制塑料折射透鏡314以及菲涅耳透鏡318是低成 本的。LED44也是〗更宜的。
亮度守恒決定光學(xué)擴展量必須保存在光學(xué)系統(tǒng)中以最大化效率。光學(xué) 擴展量(在空氣中一A(o，其中A是面積，co是立體角。結(jié)果是，圖象尺寸以 及成象光學(xué)放大率決定圖27的照射模塊的視域。通過應(yīng)用亮度方程，照射 模塊需要的角度空間能夠從光學(xué)元件的FOV計算。該角度空間允許確定提 供最大通量(能量)到FOV所需的LED的最小數(shù)量。更多的LED將不會增 加到FOV的能量。優(yōu)化照射和成象系統(tǒng)使用的角度空間可以通過應(yīng)用亮度 方程而獲得。但是，在圖2-4的系統(tǒng)中，同樣必須進行其它平衡，例如成本 和性能。
配置的以實質(zhì)上固定珠子在室10的成象空間中的圖2-4所示的第一實 施例示出在圖2中?！菲濗w元件262定位在成象室10的與系統(tǒng)的光學(xué)元件(照 射和采集模塊)相對的側(cè)面上。磁性元件262可包括本領(lǐng)域已知的任何適當(dāng) 的磁性元件，例如可用以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)拇艌龅挠谰么盆F或者電磁鐵。以這種 方式，具有嵌入的磁體的染過的珠子可以被使用以使得通過利用在室的后 側(cè)的磁性元件262產(chǎn)生的磁場，珠子能夠?qū)嵸|(zhì)上固定在成象室10中(例如在 室底部)。雖然在圖2中，磁性元件262示出為與成象室IO相鄰，但是，磁 性元件262可接觸(或者耦合到)成象室或者從成象室的與系統(tǒng)的光學(xué)元件相 對的側(cè)面上與成象室間隔開。
在通過測量裝置進行信號采集后，可以(例如通過使用螺線管以移動永 久磁鐵或者通過用開關(guān)打開和關(guān)閉電磁鐵)去除磁場，并且珠子可退出成象 室10，同時下一樣品的新的珠子帶到室10中。通過利用在此所述的任何實 施例，在成象室10中的玉朱子可以去除，珠子可以引入到成象室10中。
在圖2中的成象室10的設(shè)計是在成象室10的靠近磁性元件262的側(cè) 面上的相對光滑的內(nèi)表面以使得隨著磁體將珠子向下拉動，珠子隨機分布 在內(nèi)表面上。但是，當(dāng)磁場如在此的其它實施例中描述地施加時，成象室 IO也可設(shè)計的以"保持，，珠子在特定的點。
其它實施例
根據(jù)本發(fā)明的這樣的系統(tǒng)的另一實施例在圖5中示出。在該實施例中， 樣品從存儲容器12轉(zhuǎn)移到測量裝置的成象空間IO(在圖5中未示出)中。成
16象空間可配置為成象室，其可以具有本領(lǐng)域已知的任何適當(dāng)?shù)臉?gòu)型。存儲 容器12可配置為微量滴定板或者本領(lǐng)域已知的任何其它的適當(dāng)樣品容器。
系統(tǒng)還包括一個雙向泵14，其配置的以將流體抽進存儲池中并隨后將 流體從存儲池排出到室10的成象空間中。泵14可以具有現(xiàn)有技術(shù)已知的 任何適當(dāng)?shù)臉?gòu)型。因為粒子在曝光期間實質(zhì)上是不動的，如在此進一步描 述的，所以在此所述的系統(tǒng)的實施例并不需要如同從昂貴的針管泵獲得的 無脈動流動。足夠的池能夠由在泵14和樣品閥18之間的一段導(dǎo)管16形成。 這樣的池統(tǒng)一稱作"樣品環(huán)路"。導(dǎo)管可以具有任何適當(dāng)?shù)臉?gòu)型。樣品閥18 的功能是當(dāng)從存儲容器12(例如，微量滴定板)吸取時連接樣品探針15(未示 出)到池，并且當(dāng)排出時連接該池到成象室10。樣品閥18可包括本領(lǐng)域已 知的任何適當(dāng)?shù)拈y。
洗滌閥20用在存儲池的泵端以允許新鮮的水(或者其它的適當(dāng)?shù)脑噭? 從存儲容器22流到成象空間。洗滌閥20可包括現(xiàn)有技術(shù)已知的任何適當(dāng) 的閥。注意到，樣品和洗滌閥可以合并到單一閥(未示出)中。泵14還可配 置的以轉(zhuǎn)移成象空間10中的一種或多種材料和任何的其它的流體到廢物容 器24中。廢物容器24可以具有現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何適當(dāng)?shù)臉?gòu)型。圖5 所示的實施例可以進一步如在此所述的地配置。
圖6示出配置的以從一個或多個存儲容器轉(zhuǎn)移一種或多種材料到測量 裝置的成象空間中的系統(tǒng)的另一個實施例。在該構(gòu)型中，系統(tǒng)包括泵26, 其配置的以從存儲容器12(例如，樣品探針)直接抽取液體到成象空間10中， 然后排出到廢物容器24中。泵26可包括本領(lǐng)域已知的任何適當(dāng)?shù)谋美?蠕動泵。成象空間10、存儲容器12和廢物容器24可如上所述地配置。存 儲容器12和22(例如，微量滴定板或者另一個適當(dāng)?shù)臉悠啡萜?和成象空間 IO之間的可選擇的閥28可配置的以改變位置，其取決于樣品是否轉(zhuǎn)移到成 象空間或者洗滌流體是否轉(zhuǎn)移到成象空間(例如，洗滌功能是否執(zhí)行)。閥28 可包括本領(lǐng)域已知的任何適當(dāng)?shù)拈y。此外，存儲容器22可如上所述地配置。
圖6所示的實施例比圖5所示的實施例優(yōu)越，因為該實施例節(jié)省臨時 池的成本，包括少一個的閥，并利用配置的以僅在一個方向移動流體的泵。 圖6所述的實施例比圖5所示的實施例不利的是圖6所示的實施例不能用 洗滌流體清潔樣品探針，沒有其會導(dǎo)致從樣品到樣品的增加的"遞送(carry over)"。圖6所示的實施例可以進一步如此所述地配置。配置的以從一個或多個存儲容器轉(zhuǎn)移一種或多種材料到測量裝置的成 象空間的系統(tǒng)的其它的實施例在圖7中示出。該實施例具有類似于圖6所
示的實施例的構(gòu)型的構(gòu)型，除了圖6所示的實施例的樣品/洗滌閥28是由二 個閥30和32代替。閥30和32可包括本領(lǐng)域已知的任何適當(dāng)?shù)拈y。例如， 閥30和32可包括開/關(guān)類型的閥，其配置的以單獨地和同時地允許流體分 別從存儲容器12和22轉(zhuǎn)移到成象空間10中。存儲容器12和22和成象空 間IO可如在此所述地配置。
以這種方式提供單獨的洗滌和取樣路徑(也就是， 一個路徑從存儲容器 12到成象空間10,以及另一個單獨的路徑從存儲容器22到成象空間IO)使 得可能實現(xiàn)圖6所示的實施例的所有方面并隨著樣品轉(zhuǎn)移到成象空間10中 增加混合洗滌流體和/或一種或多種試劑到待測量的一種或多種材料(也就 是，樣品溶液)的能力。當(dāng)一種或多種材料轉(zhuǎn)移到成象空間時混合洗滌流體 和/或 一種或多種試劑到 一種或多種材料(例如，樣品)可以被執(zhí)行以稀釋樣 品以使得粒子在成象空間內(nèi)進一步分布開(例如，在成象室的底部進一步分 開)，從而使得粒子能更好地統(tǒng)計學(xué)地分離，其將導(dǎo)致各個粒子的更加精確 的測量。圖7所示的實施例可以進一步如在此所述地配置。
另一實施例涉及用于從一個或多個存儲容器轉(zhuǎn)移一種或多種材料到測 量裝置的成象空間的方法。轉(zhuǎn)移一種或多種材料可以如在此所述地執(zhí)行。 此外，該方法可以包括在此所述的任何其它步驟。例如，該方法可以包括 當(dāng) 一種或多種材料轉(zhuǎn)移到成象空間時混合洗滌流體和/或一種或多種試劑到 一種或多種材料。而且，該方法可以通過在此所述的任何系統(tǒng)執(zhí)行(例如， 通過圖5-7所示的實施例)。
圖8-9示出配置的以對測量裝置的成象空間中的一種或多種材料成象 的系統(tǒng)的實施例。該系統(tǒng)的實施例包括4企測器34, 36和38。 4企測器34， 36和38可以為CCD攝象機或者本領(lǐng)域已知的任何其它的適當(dāng)?shù)某上笱b置。 每一個檢測器可以具有相同的構(gòu)型或者不同的構(gòu)型。每一檢測器可配置的 以檢測不同波長或者波長帶的光(例如，從在由成象室42限定的成象空間中 的粒子40發(fā)出的熒光)。此外，每一檢測器可配置的以產(chǎn)生或者"俘獲"在 成象室10中的粒子40(例如，粒子位于成象室42的底部)的圖象或者"焚光 圖象"。成象室IO可以具有本領(lǐng)域已知的任何適當(dāng)?shù)臉?gòu)型。
系統(tǒng)還包括配置的以發(fā)出不同波長或者不同波長帶的光的光源44和46(例如， 一個光源可配置的以發(fā)出紅色光，另一個光源可配置的以發(fā)出綠
色的光)。由光源44和46發(fā)出的光可以包括例如可見光波長光譜的任何部 分中的光。光源44和46可包括LED或者本領(lǐng)域已知的^f壬何其它適當(dāng)?shù)墓?源。光源44和46安置在成象室42的周邊上面。此外，光源安置在成象室 上面以使得各個光源在不同方向?qū)⒐鈱?dǎo)向成象室10中的粒子40。
系統(tǒng)還包括分別耦合到光源44和46的濾光器48和50。濾光器48和 50可以是帶通濾光器或者本領(lǐng)域已知的任何其它適當(dāng)?shù)臑V光器。以這種方 式，系統(tǒng)可^:用光源44和46和濾光器48和50以連續(xù)地用不同波長或者 不同波長帶的光照射粒子。例如，紅色光可以用以激發(fā)可以在粒子內(nèi)部的 分級的染料(未示出)，而綠色光可以用以激發(fā)耦合到粒子表面的報道分子 (未示出)。因為分級照射在報告測量過程中是黑暗的(也就是，在上面的例 子中，當(dāng)綠色光指向粒子時紅色光并不指向粒子)，系統(tǒng)的分析物測量靈敏 度將不會由于來自帶外光的串?dāng)_而降低。
系統(tǒng)可還包括定位在照射"環(huán)"的中心(或者大致在中心)的單個透鏡 52。透鏡52可包括本領(lǐng)域已知的任何適當(dāng)?shù)恼凵涔鈱W(xué)元件。透鏡52配置 的以對從粒子經(jīng)由一個或多個光學(xué)元件散射和/或發(fā)焚光到一個或多個單色 CCD檢測器(例如，檢測器34, 36和38)的光成象，其可以包括一個或多個 二向色和一個或多個光學(xué)帶通濾光片。例如，光出射透鏡52指向二向色濾 光器54,其可以包括本領(lǐng)域已知的任何適當(dāng)?shù)亩蛏鈱W(xué)元件。二向色濾 光器54配置的以反射一個波長或者波長帶的光并透射其它波長或者波長帶 的光。通過二向色濾光器54反射的光指向濾光器56，其可以是帶通濾光器 或者其它適當(dāng)?shù)臑V光器。光出射濾光器56指向檢測器34。
通過二向色濾光器54透射的光指向二向色濾光器58,其可以包括本領(lǐng) 域已知的任何適當(dāng)?shù)亩蛏鈱W(xué)元件。二向色濾光器58可配置的以反射一 個波長或者波長帶的光并透射其它波長或者波長帶的光。通過二向色濾光 器58透射的光指向濾光器60，其可以是帶通濾光器或者其它適當(dāng)?shù)臑V光器。 光出射濾光器60指向檢測器36。通過二向色濾光器58反射的光指向濾光 器62,其可以是帶通濾光器或者其它適當(dāng)?shù)臑V光器。光出射濾光器62指向 檢測器38。
而且，盡管圖9所示的系統(tǒng)包括二個光源，但是應(yīng)當(dāng)理解，該系統(tǒng)可 以包括任何適當(dāng)數(shù)量的光源。例如，如圖8所示，系統(tǒng)可包括四個光源(例如，光源44, 45, 46和47),其安置在透4竟52的周邊附近。光源44， 45, 46和47可包括在此所述的任何光源。以這種方式，光源44, 45， 46和47 可配置的以提供圍繞透鏡52的照射"環(huán)"。
盡管圖8-9所示的系統(tǒng)包括三個檢測器，其配置的以對從粒子散射和/ 或發(fā)熒光的不同波長或者波長帶的光成象，但是，應(yīng)當(dāng)理解，該系統(tǒng)可以 包括兩個或更多檢測器。例如，系統(tǒng)可包括兩個或更多CCD檢測器(以及可 選擇的固定濾光器)，其能夠用于同時測量分級通道和報告通道，從而對于 用額外的硬件成本的測量提供更高的處理能力。
因此，圖8-9所示的系統(tǒng)配置的以用數(shù)個感興趣波長產(chǎn)生多個或者一 系列表示粒子40的熒光發(fā)射的圖象。此外，該系統(tǒng)可以配置的以供應(yīng)多個 或者一系列數(shù)字圖象，其表示粒子到處理器(也就是處理引擎)的熒光發(fā)射。 該系統(tǒng)可以包括或者可以不包括處理器(未示出)。處理器可以配置的以從才企 測器34, 36和38采集(例如，接收)圖象數(shù)據(jù)。例如，處理器可以以本領(lǐng)域 已知的任何適當(dāng)?shù)姆绞今詈系綑z測器34， 36和38(例如，通過傳輸介質(zhì)(未 示出)，每個耦合到一個檢測器到處理器，其經(jīng)由一個或多個電子元件(未示 出)例如模數(shù)轉(zhuǎn)換器，每一個耦合在一個檢測器和處理器之間，等。
優(yōu)選地，處理器配置的以處理和分析這些圖象以確定粒子40的一個或 多個特征例如粒子的分級和有關(guān)在粒子的表面上發(fā)生的反應(yīng)的信息。 一個 或多個特征可以由處理器以任何適當(dāng)?shù)男问捷敵?，例如具有用于每一波長 每一粒子的熒光大小的入口的數(shù)據(jù)陣列。具體地，處理器可配置的以執(zhí)行 用于處理和分析圖象的方法的一個或多個步驟。用于處理和分析例如圖8-9 所示的系統(tǒng)產(chǎn)生的圖象的方法的例子示出在Roth的于2005年9月21日提 交的名牙爾為"Methods and Systems for Image Data Processing"的美國專利申 請No.60/719,010中，其內(nèi)容在此被全文引用作為參考。在此所述的系統(tǒng)可 以進一步配置為如在該專利申請中描述的。此外，在此所述的方法可以包 括在該專利申請中描述的任何方法的任何步驟。
處理器可以是例如那些一般包括在典型的個人電腦、主計算機系統(tǒng)、 工作站等中的處理器。通常，術(shù)語"計算機系統(tǒng)"可以廣泛地限定到包括 具有一個或多個處理器的任何裝置，其執(zhí)行來自存儲介質(zhì)的指令。處理器 可以通過使用任何適當(dāng)?shù)墓δ苡布崿F(xiàn)。例如，處理器可以包括數(shù)字信號 處理器(DSP)，其具有固化在硬件中的程序、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或者
20其它采用時序邏輯用高級程序設(shè)計語言例如超高速集成電路(VHSIC)硬件
描述語言(VHDL)"寫"的可編程序邏輯裝置(PLD)。在另一個例子中，在上 面引用的專利申請中描述的可以在處理器上執(zhí)行以執(zhí)行計算機執(zhí)行方法的 一個或多個步驟的程序指令(未示出)可以根據(jù)需要用高級語言例如C#,根 才居需要可為C++ ， ActiveX控制、JavaBeans 、 Microsoft Foundation Classes( "MFC")或者其它的技術(shù)或者方法編碼。程序指令可以以任何不同 的方法執(zhí)行，其中包括基于程序的技術(shù)、基于部件的技術(shù)和/或面向?qū)ο蠹?術(shù)。
程序指令執(zhí)行方法例如上述專利申請中描述的那些，可以在載體介質(zhì) (未示出)上面?zhèn)鬏敾蛘叽鎯υ谄渖?。載體介質(zhì)可以包括傳輸介質(zhì)例如線纜、 電纜或者無線傳輸鏈路。載體介質(zhì)還可以是存儲介質(zhì)，例如只讀存儲器、 隨機存取存儲器、磁盤或者光盤或者》茲帶。
另 一個實施例涉及用于對測量裝置的成象空間中的一種或多種材料成 象的方法。對一種或多種材料成象可以如在此進一步所述地執(zhí)行。此外， 該方法可以包括在此所述的任何其它步驟。而且，該方法可以通過在此所 述的任何系統(tǒng)執(zhí)行。
配置的以對在測量裝置的成象空間中的 一種或多種材料成象的系統(tǒng)的 另一個實施例在圖IO中示出。該系統(tǒng)的實施例包括成象室42、光源44和 46、濾光器48和50和透鏡52，其可以如上面關(guān)于圖8-9所述地配置。但 是，在該實施例中，所述系統(tǒng)可以包括基底64，其包括濾光器66, 68和 70。濾光器66， 68和70可包括帶通濾光器或者本領(lǐng)域已知的任何其它適 當(dāng)?shù)臑V光器?；?4可包括本領(lǐng)域已知的任何適當(dāng)?shù)幕??；?4可耦 合到配置的以改變基底的位置因此改變出射透鏡52的光學(xué)路徑中的濾光器 的位置的一個或多個裝置。例如， 一個或多個裝置可配置的以通過轉(zhuǎn)動基 底而改變基底的位置。同樣地，基底以及在其上的濾光器可配置為圓形的 轉(zhuǎn)動濾光器"輪"。但是， 一個或多個裝置可配置的以本領(lǐng)域已知的任何其 它方式改變基底的位置。
每一個濾光器66， 68和70可配置的以透射不同波長或者不同波長帶 的光。同樣地，粒子40的圖象通過^f企測器72形成的波長或者波長帶可以 變化，其取決于基底的位置以及因此光出射透鏡52的光學(xué)路徑中的濾光器 的位置。以這種方式，粒子的多個圖象可以通過對粒子成象而連續(xù)地形成，從而改變基底以及因此濾光器的位置，并重復(fù)成象和改變步驟直到在感興
趣的每波長或者波帶的圖象已經(jīng)通過檢測器72采集。此外，盡管在圖10的基底64中示出三個濾光器，但是，應(yīng)當(dāng)理解，基底可包括任何適當(dāng)數(shù)量的濾光器。此外，系統(tǒng)可包括以任何其它適當(dāng)構(gòu)型安置的兩個或更多的這樣的濾光器以使得系統(tǒng)可以以本領(lǐng)域已知的任何其它方式改變光出射透鏡52的光學(xué)路徑中的濾光器。檢測器72可包括在此所述的任何檢測器，例如CCD陣列。
因此，圖IO所示的系統(tǒng)的實施例是有利的，因為該系統(tǒng)配置的以使用單一的檢測器(例如，單一CCD檢測器)，其具有安置在圓形的"濾光輪"上的專門針對感興趣的波長或者波長帶(例如，分級通道l(cll)、分級通道2(cl2)、報告通道l(rpl)等)的濾光器，其提供有成本效率的解決方案。但是，該系統(tǒng)由于用以形成多個圖象的非同時的順序曝光而比圖8-9所示的系統(tǒng)更慢(也就是，具有更低的處理能力)。圖10所示的系統(tǒng)可以進一步如在此所述地配置。
配置的以對測量裝置的成象空間中的 一 種或多種材料成象的系統(tǒng)的另一實施例在圖ll中示出。在該實施例中，系統(tǒng)配置的以具有大約兩倍于圖8-10所示的系統(tǒng)的成象面積，并使用可以移動到如上面進一步描述的光學(xué)路徑中或者從其中移出的單一的檢測器和多個濾光器。特別地，圖ll所示的系統(tǒng)包括第一套光源74和76，其可以包括在此所述的任何光源。光源74和76配置的以使得兩光源將光導(dǎo)向成象室42的幾乎相同的區(qū)域，其可以如在此所述地配置。該系統(tǒng)還包括第二套光源78和80,其可以包括在此所述的任何光源。光源78和80配置的以使得二光源將光指向成象室42的幾乎相同的區(qū)域，其與光源74和76將光導(dǎo)向到其上的成象室的區(qū)域間隔開。
圖11所示的系統(tǒng)還包括透鏡82。透鏡82配置的以從光源74和76將光導(dǎo)向到其上的成象室的區(qū)域采集光。由透鏡82采集的光可以包括從粒子或者耦合到其上的材料發(fā)出的焚光和/或散射光。透鏡82可進一步如在此所述地配置。該系統(tǒng)還包括透鏡84,其配置的以從光源78和80將光導(dǎo)向到其上的成象室的區(qū)域采集光。通過透鏡84采集的光可包括從粒子或者耦合到其上的材料發(fā)出的熒光和/或散射光。透鏡84可進一步如在此所述地配置。透鏡82和84可類似地或者不同地配置。通過透鏡82采集的光指向反射光學(xué)元件86,其可以是本領(lǐng)域已知的任何適當(dāng)?shù)姆瓷涔鈱W(xué)元件，例如鏡子。反射光學(xué)元件86的位置可以是相對固定的。通過透鏡84采集的光指向反射光學(xué)元件88,其可以是本領(lǐng)域已知的任何適當(dāng)?shù)姆瓷涔鈱W(xué)元件，例如鏡子。反射光學(xué)元件88的位置可以是相對固定的。反射的光學(xué)元件86和88可以都配置的以將光指向反射光學(xué)元件90，其可以包括本領(lǐng)域已知的任何適當(dāng)?shù)姆瓷涔鈱W(xué)元件，例如鏡子。反射光學(xué)元件90可耦合到一個或多個裝置(未示出)，其配置的以改變反射光學(xué)元件的位置，如箭頭92所示。 一個或多個裝置可以包括本領(lǐng)域已知的任何適當(dāng)?shù)难b置。以這種方式，反射光學(xué)元件90可配置為"翻轉(zhuǎn)鏡"，并且鏡子的位置可以取決于成象室的哪一個區(qū)域正在成象而改變。
特別地，取決于反射光學(xué)元件90的位置，來自反射光學(xué)元件86或者反射光學(xué)元件88的光將指向基底94。基底94可關(guān)于基底64如上所述地配置。特別地，基底94可包括兩個或更多濾光器(在圖11中未示出)，并且基底的位置以及因此兩個或更多濾光器關(guān)于反射光學(xué)元件90的位置可以改變，其取決于圖象正在形成的波長或者波長帶。通過兩個或更多濾光器透射的光指向檢測器96，其可以包括CCD檢測器或者在此所述的任何其它檢測器。
因此，圖11所示的系統(tǒng)是有利的，因為該構(gòu)型使得成象面積翻倍，并使用在轉(zhuǎn)輪上的單一檢測器(例如單一 CCD)和多個帶通濾光器。如上所述，反射光學(xué)元件90(例如鏡子)在將熒光從透鏡82和84指向檢測器96的位置之間以相繼曝光的方式翻轉(zhuǎn)。同樣地，圖11所示的光學(xué)系統(tǒng)的另一個優(yōu)點是與能夠帶到圖4-6所示的系統(tǒng)的成象室中的粒子數(shù)量相比，雙倍的粒子能夠立刻帶到成象室中，從而節(jié)省翻轉(zhuǎn)閥所需的時間等。圖ll所示的系統(tǒng)可以進一步如在此所述地配置。
配置的以對測量裝置的成象空間中的 一種或多種材料成象的系統(tǒng)的又一實施例在圖12中示出。系統(tǒng)的該實施例類似于圖11所示的，除了該實施例配置的以對分入兩個單獨的成象室的粒子成象之外。特別地，光源74和76配置的以將光指向成象室100中的粒子98，并且透鏡82配置的以采集來自成象室100中的粒子98的光。光源78和80配置的以將光指向成象室104中的粒子102，并且透4竟84配置的以采集來自成象室104中的粒子102的光。成象室100和104可如在此所述地配置。此外，成象室100和104可類似地或者不同地配置。該系統(tǒng)還可以有利地配置的以使得當(dāng)粒子裝載到成象室之一時，系統(tǒng)能夠?qū)碜粤?一成象室中的粒子的散射的光和/或
發(fā)出的熒光成象，從而節(jié)省采集時間。圖12所示的系統(tǒng)的實施例可以進一
步如在此所述地配置。
配置的以對測量裝置的成象空間中的 一 種或多種材料成象的系統(tǒng)的另
一個實施例在圖13中示出。該系統(tǒng)包括光源106和108,其可以包括在此所述的任何光源。光源106和108配置的以將光指向折射光學(xué)元件110，其可以包括本領(lǐng)域已知的任何適當(dāng)?shù)恼凵涔鈱W(xué)元件。光出射折射光學(xué)元件110指向二向色光學(xué)元件112,其配置的以從折射光學(xué)元件110反射光到折射光學(xué)元件114。 二向色光學(xué)元件112可包括本領(lǐng)域已知的任何適當(dāng)?shù)亩蛏鈱W(xué)元件例如二向色鏡。折射光學(xué)元件114可包括本領(lǐng)域已知的任何適當(dāng)?shù)恼凵涔鈱W(xué)元件例如透鏡。折射光學(xué)元件114配置的以將光從二向色光學(xué)元件112指向位于成象室42內(nèi)的粒子40,其可以如在此所述地配置。
從粒子40發(fā)出的熒光和/或散射光通過折射光學(xué)元件114采集，其將熒光和/或散射光指向二向色光學(xué)元件112。 二向色光學(xué)元件112配置的以透射熒光和/或散射光。因此，圖13所示的系統(tǒng)配置的以通過折射光學(xué)元件114(例如成象物鏡)經(jīng)由配置的以基于波長分離激發(fā)光和發(fā)射光的二向色光學(xué)元件112(例如二向色鏡)照射粒子。系統(tǒng)的這樣的構(gòu)型是有利的，因為其提供跨越系統(tǒng)的視域的更加均勻的照射。
通過二向色光學(xué)元件112透射的光指向基底116，其可以包括多個濾光器(在圖13中未示出)。基底116和多個濾光器可如在此所述地配置。光出射基底116可指向可選擇的折射光學(xué)元件118，其可包括本領(lǐng)域已知的任何適當(dāng)?shù)恼凵涔鈱W(xué)元件例如透鏡。光出射可選擇的折射光學(xué)元件118,或者如果折射光學(xué)元件118沒有包括在系統(tǒng)中則基底116指向檢測器120，其可包括在此所述的任何檢測器。圖13所述的系統(tǒng)可進一步如在此所述地配置。
配置的以對測量裝置的成象空間中的一種或多種材料成象的其它系統(tǒng)的實施例(未示出)包括配置的以發(fā)出系統(tǒng)配置的以跨越成象空間掃描的光的光源。例如，系統(tǒng)可包括配置的以改變來自光源的光的方向以使得光掃描整個成象室的光學(xué)元件。在這樣的系統(tǒng)中，光源和/或成象室可以是或者可以不是實質(zhì)上靜止的?；蛘撸到y(tǒng)可配置的以改變光源的位置(以及與光源有關(guān)聯(lián)的光學(xué)元件的位置)，而成象室是實質(zhì)上靜止的以使得光掃描整個
24成象室。在另一個替代實施例中，系統(tǒng)可配置的以任何方式改變成象室的位置，而光源(和與光源有關(guān)聯(lián)的光學(xué)元件)實質(zhì)上是靜止的以使得光掃描整個成象室。在又一替代實施例中，系統(tǒng)可以配置的以改變光源(和與光源有關(guān)聯(lián)的光學(xué)元件)和成象室的位置，以使得光掃描整個成象室。系統(tǒng)可以配置的以本領(lǐng)域已知的任何方式改變光源(和與光源有關(guān)聯(lián)的光學(xué)元件)和/或成象室的位置。
在一些這樣的實施例中，光源可包括激光器，其可包括本領(lǐng)域已知的任何的適當(dāng)?shù)募す馄鳌４送?，系統(tǒng)可包括單一檢測器和濾光器，并且系統(tǒng)可配置的以定位濾光器之一在檢測器的前面，其取決于正在形成圖象的波長或者波長帶。以這種方式，當(dāng)不同的濾光器定位在4全測器的前面時來自粒子的散射光和/或熒光的不同的圖象可以以不同的波長或者波長帶形成。檢測器可包括在此所述的任何檢測器。此外，濾光器可包括在此描述的任何濾光器。而且，系統(tǒng)可配置的以定位濾光器之一在4全測器的前面，如在此所述的。因此，該構(gòu)型可使用掃描激光器和具有專門針對感興趣的波長
或者波長帶(cll、 c12、分級通道3(c13)、 rpl等)的濾光器的單一^r測器。
因此，代替同時照射珠子的整個區(qū)域，系統(tǒng)可配置的以使得激光跨越成象平面掃描直徑上小于珠子的點，從而單獨照射每個粒子。該實施例比包括二維CCD陣列的構(gòu)型優(yōu)越的優(yōu)點是在任何時候確保測量的光為來源于單一珠子(假設(shè)珠子分開得足夠遠)。相反，在圖4-6所示的浸沒區(qū)域(也就是浸沒照射)系統(tǒng)中，檢測器(例如CCD)的每一個象素元件檢測出的光可以包括來自在意在通過每一個象素元件成象的區(qū)域外面的珠子的一些貢獻。系統(tǒng)的該實施例可以進一步如在此所述地配置。
配置的以對測量裝置的成象空間中的 一種或多種材料成象的系統(tǒng)的另一實施例(未示出)包括配置的以發(fā)出系統(tǒng)配置的以跨越成象空間掃描的光的光源。該系統(tǒng)可配置的以跨越成象空間掃描光，如在此所述的。如上面描述的系統(tǒng)的實施例，該構(gòu)型可以使用掃描激光器。因此，代替同時照射整個珠子區(qū)域，激光跨越成象平面掃描一個點，從而單獨照射每個粒子。但是，不同于上述系統(tǒng)的實施例，該系統(tǒng)可包括一個或多個PMT檢測器和單獨針對感興趣的波長帶(dl、 c12、 c13、 rpl等)的濾光器。濾光器可定位在一個或多個PMT檢測器前面，如上所述。如果包括在系統(tǒng)中的PMT的數(shù)量少于圖象將被釆集的波長或者波長帶的數(shù)量，用于一個或多個PMT的濾光器可以如在此所述地安置(例如，在圓形濾光輪上)，并且期望的濾光器可 以在掃描開始之前轉(zhuǎn)動到視域中。系統(tǒng)的該實施例可以進一步如在此所述 地配置。
配置的以對測量裝置的成象空間中的 一 種或多種材料成象的系統(tǒng)的其
它實施例在圖14中示出。如圖14所示的系統(tǒng)可如關(guān)于圖3所述地配置， 除了圖14包括不同于圖13的系統(tǒng)的折射光學(xué)元件114的折射光學(xué)元件和 不同于圖13的系統(tǒng)的成象室之外。特別地，圖14所示的系統(tǒng)包括折射光 學(xué)元件122,其耦合到成象室124。例如，折射光學(xué)元件122可定位在形成 在成象室124中的開口中以使得折射光學(xué)元件122和成象室124的靠近粒 子40的表面位于實質(zhì)上相同的平面中。此外，彼此接觸的折射光學(xué)元件122 和成象室124的表面可以以一些方式結(jié)合。折射光學(xué)元件122和成象室124 可進一步如在此所述地配置。
圖14所示的系統(tǒng)的實施例是有利的，因為該構(gòu)型采用嵌入在成象室中 的透鏡以允許最大的數(shù)值孔徑以及因此從樣品采集最多的光。如上面進一 步描述的，粒子通過折射光學(xué)元件122(例如成象物鏡)經(jīng)由分離激發(fā)和發(fā)射 波長的二向色光學(xué)元件112(例如二向色鏡)照射。圖14所示的系統(tǒng)的實施例 可進一步如在此所述地配置。
配置的以對測量裝置的成象空間中的 一種或多種材料成象的系統(tǒng)的其 它實施例在圖15中示出。在該系統(tǒng)中，成象室126配置為波導(dǎo)成象室。波 導(dǎo)成象室可以如在此所述地配置。如圖15所示，系統(tǒng)包4舌光源128和130。 光源128和130可包括在此所述的任何光源。光源128和130配置的以將 光導(dǎo)向與成象室126的頂面相對的成象室126的側(cè)面，如在上述的實施例 的構(gòu)型中的。在一些實施例中，系統(tǒng)包括分別定位在光源128和130之間 的濾光器132和134以及成象室。濾光器132和134可包括帶通濾光器或 者本領(lǐng)域已知的任何其它適當(dāng)?shù)臑V光器。
系統(tǒng)可還包括透鏡52、包括濾光器66, 68和70的基底64、和4企測器 72，其每一個如上面關(guān)于圖10所述地配置。但是，不同于圖IO所示的系 統(tǒng)，圖15所示的系統(tǒng)采用設(shè)計以照射粒子40的波導(dǎo)成象室。該照射構(gòu)型 允許圖15的系統(tǒng)中的透鏡52具有比圖10的系統(tǒng)相對更短的工作距離和更 大的數(shù)值孔徑。這樣的透鏡將采集更多來自珠子的光，從而降低曝光時間。 該照射構(gòu)型同樣可限制由透鏡采集的來自光源的入射光的量。圖15所示的系統(tǒng)的實施例可以進一步如在此所述地配置。
圖16-17示出照射子系統(tǒng)的各實施例，其可以包4舌在配置的以對在此 描述的測量裝置的成象空間中的一種或多種材料成象的系統(tǒng)的實施例中。
特別地，圖16-17所示的照射子系統(tǒng)包括以數(shù)種可能的方式耦合到波導(dǎo)成象 室的光源(例如，LED)。例如，照射子系統(tǒng)136包括光源138,其包括朗伯 (Lambertian) LED。照射子系統(tǒng)還包括反射光學(xué)元件140和折射光學(xué)元件 142，其配置的以聚焦來自光源138的光到波導(dǎo)成象室144。反射光學(xué)元件 140可包括本領(lǐng)域已知的任何的適當(dāng)?shù)姆瓷涔鈱W(xué)元件。折射光學(xué)元件142可 包括本領(lǐng)域已知的任何的適當(dāng)?shù)恼凵涔鈱W(xué)元件例如聚焦透鏡。照射子系統(tǒng)
可還包括濾光器146，其可以用作激發(fā)濾光器并可包括在此所述的或者本領(lǐng) 域已知的任何適當(dāng)?shù)臑V光器。以這種方式，照射子系統(tǒng)136可使用反射光 學(xué)元件和/或折射光學(xué)元件(例如透鏡)以俘獲光(例如，朗伯LED光)并聚焦 光到激發(fā)濾光器或者波導(dǎo)成象室的側(cè)面上。該照射子系統(tǒng)實施例可進一步 如在此所述地配置。
圖12所示的照射子系統(tǒng)148包括光源150，其可以包括朗伯LED。在 該照射子系統(tǒng)中，光源150耦合(例如對接耦合)到波導(dǎo)成象室152以使得光 源的表面接觸波導(dǎo)成象室152或者如果濾光器包括在照射子系統(tǒng)中則接觸 濾光器154。濾光器154可用作激發(fā)濾光器并可包括在此所述的或者本領(lǐng)域 已知的任何適當(dāng)?shù)臑V光器。在一些實施例中，折射率匹配(index matching) 的流體和/或環(huán)氧樹脂156可用于耦合光源150到波導(dǎo)成象室152或濾波器 154。折射率匹配的流體和/或環(huán)氧樹脂156可包括本領(lǐng)域已知的任何適當(dāng)?shù)?流體和/或環(huán)氧樹脂。折射率匹配流體和/或環(huán)氧樹脂可以用以改善從光源耦 合到波導(dǎo)中的光。該照射子系統(tǒng)實施例可進一步如在此所述地配置。
圖17所示的照射子系統(tǒng)158包括光源160，其包括側(cè)面發(fā)光LED。照 射子系統(tǒng)158還包括反射光學(xué)元件162和折射光學(xué)元件164，其配置的以聚 焦來自光源160的光到波導(dǎo)成象室166。反射光學(xué)元件162可包括本領(lǐng)域已 知的任何適當(dāng)?shù)姆瓷涔鈱W(xué)元件。折射光學(xué)元件164可包括本領(lǐng)域已知的任 何適當(dāng)?shù)恼凵涔鈱W(xué)元件例如聚焦透鏡。照射子系統(tǒng)可還包括濾光器168,其 可以用作激發(fā)濾光器并可包括在此所述的或者本領(lǐng)域已知的任何的適當(dāng)?shù)?濾光器。以這種方式，照射子系統(tǒng)158可使用反射光學(xué)元件和/或折射光學(xué) 元件(例如透鏡)以俘獲光(例如邊緣發(fā)光LED光)并聚焦光到激發(fā)濾光器或
27者波導(dǎo)成象室的側(cè)面上。該照射子系統(tǒng)實施例可進一步如在此所述地配置。
圖17所示的照射子系統(tǒng)170包括光源172,其可以是側(cè)面發(fā)光LED。 光源172布置在形成在波導(dǎo)成象176中的通孔174中。因此，該照射子系 統(tǒng)可通過使用波導(dǎo)成象室中的通孔耦合光源(例如，邊纟彖發(fā)光LED)到波導(dǎo)成 象室。照射子系統(tǒng)可還包括濾光器178和180，其可以用作激發(fā)濾光器并可 包括在此所述的或者本領(lǐng)域已知的任何適當(dāng)?shù)臑V光器。該照射子系統(tǒng)實施 例可進一步如在此所述地配置。
圖18-19示出可以包括在配置的對在此所述的測量裝置的成象空間中 的一種或多種材料成象的系統(tǒng)的實施例中的照射子系統(tǒng)的各實施例。在這 些照射子系統(tǒng)中，波導(dǎo)成象室耦合到多個光源(例如LED)。圖18-19示出通 過使用圖16-17所示的波導(dǎo)耦合的這些設(shè)計的一些的由頂向下的視圖。例 如，如圖18所示的照射子系統(tǒng)182包括光源184,其可以是朗伯LED或者 邊緣發(fā)光LED。濾光器186可布置在各光源和波導(dǎo)成象室188之間。濾光 器186可包括在此所述的或者本領(lǐng)域已知的任何濾光器。因為照射子系統(tǒng) 182示出為包括安置在六邊形的波導(dǎo)成象室周圍的六個光源，照射子系統(tǒng) 182配置的以具有六邊形的設(shè)計，其具有上述的邊緣耦合。但是，波導(dǎo)成象 室的形狀可以從簡單的矩形變化到更加復(fù)雜的三角形、五邊形、六角形等 以結(jié)合更多的光源。該照射子系統(tǒng)是有利的，因為配置的以發(fā)出一種顏色 的三個光源和配置的以發(fā)出另一種顏色的光的三個光源(也就是，各波長或 者波長帶)可以耦合到波導(dǎo)成象室。這樣的照射子系統(tǒng)構(gòu)型增加指向樣品的 光的強度并提供實質(zhì)上均勻的照射。照射子系統(tǒng)182可進一步如在此所述 地配置。
圖18所示的照射子系統(tǒng)190包括光源192,其可以是朗伯LED或者邊 緣發(fā)光LED。濾光器194可布置在各光源和波導(dǎo)成象室196之間。濾光器 194可包括在此所述的或者本領(lǐng)域已知的任何濾光器。照射子系統(tǒng)可還包括 反射光學(xué)元件和/或折射光學(xué)元件198,其可以配置的以聚焦來自光源192 的光到濾光器194或者如果濾光器包括在照射子系統(tǒng)中則到波導(dǎo)成象室196 的表面。反射光學(xué)元件和/或折射光學(xué)元件可包括本領(lǐng)域已知的任何這樣的 適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)元件。珠子室200布置在波導(dǎo)成象室196內(nèi)。珠子室200可以 具有任何適當(dāng)?shù)臉?gòu)型。
因為照射子系統(tǒng)190示出為包括安置在六邊形的波導(dǎo)成象室周圍的六個光源，照射子系統(tǒng)l卯配置的以具有六邊形的設(shè)計，其具有上述的邊^(qū)彖 耦合。此外，照射子系統(tǒng)190配置的以跨越六邊形的波導(dǎo)成象室內(nèi)的三個
相交的矩形202將來自光源的光指向珠子室200以更好地限定光(例如，LED 光)到珠子室。但是，波導(dǎo)成象室的形狀可以從簡單的矩形變化到更加復(fù)雜 的三角形、五邊形、六角形等以結(jié)合更多的光源。該照射子系統(tǒng)同樣是有 利的，因為配置的以發(fā)出 一種顏色的三個光源和配置的以發(fā)出另 一種顏色 的光的三個光源(也就是，各波長或者波長帶)可以耦合到波導(dǎo)成象室。這樣 的照射子系統(tǒng)構(gòu)型增加指向樣品的光的強度并提供實質(zhì)上均勻的照射。照 射子系統(tǒng)190可進一步如在此所述地配置。
圖19所示的照射子系統(tǒng)204包括光源206，其可以是邊緣發(fā)光LED。 光源206布置在形成在波導(dǎo)成象室210中的通孔208中。濾光器212可布 置在各光源和波導(dǎo)成象室210之間。濾光器212可包括在此所述的或者本 領(lǐng)域已知的任何濾光器。因為照射子系統(tǒng)204示出為包括安置在六邊形的 波導(dǎo)成象室周圍的六個光源，照射子系統(tǒng)204配置的以具有六邊形的設(shè)計， 其具有耦合光源例如如上所述的邊緣發(fā)光LED的通孔。但是，波導(dǎo)成象室 的形狀可以從簡單的矩形變化到更加復(fù)雜的三角形、五邊形、六角形等以 結(jié)合更多的光源。該照射子系統(tǒng)是有利的，因為配置的以發(fā)出一種顏色的 三個光源和配置的以發(fā)出另一種顏色的光源(也就是，各波長或者波長帶) 可以耦合到波導(dǎo)成象室。這樣的照射子系統(tǒng)構(gòu)型增加指向樣品的光的強度 并提供實質(zhì)上均勻的照射。照射子系統(tǒng)204可進一步如在此所述地配置。
圖19所示的照射子系統(tǒng)214包括光源216,其可以是邊緣發(fā)光LED。 光源216布置在形成在波導(dǎo)成象室220中的通孔218中。濾光器222可布 置在各光源和波導(dǎo)成象室220之間。濾光器222可包括在此所述的或者本 領(lǐng)域已知的任何濾光器。珠子室224布置在波導(dǎo)成象室220內(nèi)。珠子室224 可以具有任何適當(dāng)?shù)臉?gòu)型。因為照射子系統(tǒng)214示出為包括安置在六邊形 的波導(dǎo)成象室周圍的六個光源，照射子系統(tǒng)214配置的以具有六邊形的i殳 計，其具有如上所述地耦合的邊緣。此外，照射子系統(tǒng)214配置的以跨越 六邊形的波導(dǎo)成象室內(nèi)的三個相交的矩形226將來自光源的光指向珠子室 224以更好地限定光(例如LED光)到珠子室。但是，波導(dǎo)成象室的形狀可以 從簡單的矩形變化到更加復(fù)雜的三角形、五邊形、六角形等以結(jié)合更多的 光源。該照射子系統(tǒng)也是有利的，因為配置的以發(fā)出一種顏色的三個光源和配置的以發(fā)出另一種顏色的光的三個光源(也就是，各波長或者波長帶) 可以耦合到波導(dǎo)成象室。這樣的照射子系統(tǒng)構(gòu)型增加指向樣品的光的強度
并提供實質(zhì)上均勻的照射。照射子系統(tǒng)214可進一步如在此所述地配置。
圖20示出可包括在配置的以對在此所述的測量裝置的成象空間中的一 種或多種材料成象的系統(tǒng)的實施例中的照射子系統(tǒng)的各實施例。在圖20所 示的實施例中，波導(dǎo)成象室配置的以允許各光子變得更多然后一個通過J朱 子室。例如，照射子系統(tǒng)228包括光源230,其可包括在此所述的任何光源。 光源230耦合到環(huán)波導(dǎo)成象室232以使得光源230發(fā)出的光進入波導(dǎo)成象 室232。通過使用環(huán)波導(dǎo)成象室設(shè)計，在第一次通過時沒有被^^子吸收的光 子將圍繞該環(huán)行進并再次回到樣品。這樣的波導(dǎo)成象室構(gòu)型能夠大大增強 珠子上的光的強度。此外，這樣的波導(dǎo)成象室構(gòu)型將允許更短的曝光時間 和使用更少的光源。照射子系統(tǒng)228可進一步如在此所述地配置。
包括在照射子系統(tǒng)228中的基本環(huán)波導(dǎo)成象室能夠展開為橢圓形通路 以允許一個或多個珠子室區(qū)域的插入。例如，如圖20所示，照射子系統(tǒng)234 包括光源236，其包括在此所述的任何光源。光源236耦合到橢圓形波導(dǎo)成 象室238以使得光源236發(fā)出的光進入波導(dǎo)成象室238。照射子系統(tǒng)228可 進一步如在此所述地配置。
多個光源同樣可以耦合到橢圓形波導(dǎo)成象室以允許來自兩個或更多的 激勵源的光耦合到波導(dǎo)成象室中。例如，如圖20所示，照射子系統(tǒng)240包 括光源242和244,其可以包括在此所述的任何光源。光源242和244耦合 到在波導(dǎo)成象室內(nèi)的不同位置處的橢圓形波導(dǎo)246以使得光源242和244 發(fā)出的光在不同位置進入波導(dǎo)成象室246。如在圖20中進一步示出，波導(dǎo) 成象室246包括珠子室248,其中珠子可以在測量過程中布置的以使得珠子 由耦合到波導(dǎo)成象室中的光源242和244的光照射。照射子系統(tǒng)240可進 一步如在此所述地配置。
橢圓形波導(dǎo)成象室同樣能夠展開為其它形狀，象三角形、正方形、五 邊形、六角形等。例如，如圖20所示，照射子系統(tǒng)250包括光源252, 254， 256和258,其可以包括在此所述的任何光源。光源252, 254, 256和258 在波導(dǎo)成象室內(nèi)的不同位置耦合到方形波導(dǎo)成象室260以使得光源252, 254， 256和258發(fā)出的光在不同的位置進入波導(dǎo)成象室260。照射子系統(tǒng) 250可進一步如在此所述地布置。
30配置的以實質(zhì)上固定在測量裝置的成象空間中的一種或多種材料的系 統(tǒng)的一個實施例在圖21中示出。系統(tǒng)的該實施例包括配置的以對圖10所 示的測量裝置的成象空間中的一種或多種材料成象的系統(tǒng)。此外，該系統(tǒng)
包括定位在與系統(tǒng)的光學(xué)元件相對的成象室10的側(cè)面上的磁性元件262。 f茲性元件262可包括本領(lǐng)域已知的任何適當(dāng)?shù)拇判栽缈捎糜诋a(chǎn)生適 當(dāng)?shù)拇艌龅挠谰么盆F或者電磁鐵。以這種方式，具有嵌入的磁體的染過的
(例如，在室的底部)，其是通過使用在室的后側(cè)的磁性元件262產(chǎn)生的磁場。 雖然磁性元件262在圖21中示出為與成象室10間隔開，如圖8所示，磁 性元件264可以在與系統(tǒng)的光學(xué)元件相對的成象室的側(cè)面上接觸(或者耦合 到)成象室10。 ^茲性元件264可以進一步如上所述地配置。此外，盡管圖8 和21示出定位在成象室附近的一個磁性元件，應(yīng)當(dāng)理解，系統(tǒng)可以包括超 過一個磁性元件，其每一個定位在與系統(tǒng)的光學(xué)元件相對的成象室的側(cè)面 附近。
在通過測量裝置進行信號釆集之后，可以(例如通過使用螺線管以移動 永久磁鐵或者通過使用開關(guān)打開和關(guān)閉電磁鐵)去除磁場，粒子可以退出成 象室，而來自下一樣品的新粒子被帶入到室中。成象室中的粒子可以被去 除，并且可以通過使用在此所述的任何實施例將粒子引入到成象室。如圖 21所示的系統(tǒng)可以進一步如在此所述地配置。
最簡單的成象室設(shè)計是在靠近磁性元件的成象室的側(cè)面上具有相對光 滑的內(nèi)表面的成象室以使得珠子在隨著磁體將其向下拉動時隨機分布在該 內(nèi)表面上。但是，成象室也能夠設(shè)計的以當(dāng)施加磁場時"保持，，珠子在特 定點。例如，圖22所示的成象室的內(nèi)表面266具有形成在那里的方形圖案 的蝕刻凹陷268以-使得J朱子270通過如上所述的》茲場的施加而布置在蝕刻 凹陷之一中。因此，蝕刻凹陷268有助于在當(dāng)施加》茲場時分離i朱子。此外， "蝕刻"凹陷可以通過蝕刻工藝或者本領(lǐng)域已知的任何其它適當(dāng)?shù)墓に囆?成。而且，蝕刻凹陷的構(gòu)型和安置可以變化，其取決于例如^K子的尺寸和 選擇的珠子之間的間隔。
在另一個例子中，圖23所示的成象室的內(nèi)表面272具有三角形圖案的 蝕刻凹陷274以使得珠子276在如上所述地施加磁場時布置在一個蝕刻凹 陷中。因此，蝕刻凹陷274有助于施加/F茲場時分離S朱子。此外，"蝕刻"凹陷可以通過蝕刻工藝或者本領(lǐng)域已知的任^可其它適當(dāng)?shù)墓に囆纬?。而且?蝕刻凹陷的構(gòu)型和排列可以變化，其取決于例如珠子的尺寸和選擇的珠子
之間的間隔。盡管分別在圖22和23中示出的蝕刻凹陷268和274在J朱子 在二個維度上由凹陷限定的意義上是二維的，但是，這些凹陷可以由配置 的以僅在 一個方向限制珠子的溝或者任何的其它的適當(dāng)?shù)陌枷荽妗?br> 如圖24所示，凹陷區(qū)域278的底部276在形成成象室的一個外壁的凹 陷區(qū)域278的底部276和基底280之間沒有開口的意義上可以是閉合的。 凹陷區(qū)域278可包括上面描述的任何凹陷區(qū)域。如在圖20中進一步示出， 當(dāng)磁場施加到成象室的側(cè)面284時珠子282變得限制在凹陷區(qū)域278中。 盡管圖24所示的閉合的凹陷區(qū)域是更加簡單的設(shè)計，如圖25所示，凹陷 區(qū)域286能夠通過形成凹陷區(qū)域的結(jié)構(gòu)290的底部和形成成象室的外壁的 基底292之間的開口 288形成。開口 288可配置的以允許洗滌流體/人后面 流動珠子(例如珠子294)以使得洗滌流體不能使得珠子從凹陷區(qū)域出去。
又另 一實施例涉及配置的以實質(zhì)上固定測量裝置的成象空間中的一種 或多種材料的方法。實質(zhì)上固定一種或多種材料可以如在此所述地執(zhí)行。 例如實質(zhì)上固定測量裝置的成象空間中的 一種或多種材料可以包括施加石茲 場到限定測量裝置的成象空間的成象室的一個側(cè)面。此外，該方法可以包 括在此所述的任何其它步驟。而且，該方法可通過在此所述的任何系統(tǒng)執(zhí) 行。
才艮據(jù)在此所述的實施例，在此所述的配置的以轉(zhuǎn)移一種或多種材料和/ 或?qū)σ环N或多種材料成象的系統(tǒng)的實施例可以配置的以或者可以不配置的 以實質(zhì)上固定一種或多種材料。例如，固定粒子在成象空間中也可以通過 使用如上所述的磁吸引、真空濾光器基底或者本領(lǐng)域已知的任何的其它的 適當(dāng)?shù)姆椒▓?zhí)行。用于定位微球體以成象的方法和系統(tǒng)的例子示出在 Pempsell的于2005年11月9日提交的美國專利No. 11/270,786中，其內(nèi)容 在此全文引用作為參考。不管粒子固定方法，粒子優(yōu)選地是實質(zhì)上不動的 以使得粒子在可以在數(shù)秒長的檢測器積分期間不明顯移動。
在此所述的兩個或更多系統(tǒng)實施例可以合并為單一的實施例以使得單 一的實施例提供兩個或更多系統(tǒng)實施例的所有優(yōu)點。例如，還有一實施例 涉及配置的以從一個或多個存儲容器轉(zhuǎn)移一種或多種材料到測量裝置的成 象空間的系統(tǒng)以對成象空間中的 一 種或多種材料成象，以實質(zhì)上固定成象空間中的一種或多種材料，或者其一些組合。該系統(tǒng)可以配置的以如在此 所述地轉(zhuǎn)移一種或多種材料，以如在此所述地對一種或多種材料成象，以 如在此所述地實質(zhì)上固定一種或多種材料，或者其一些組合。該系統(tǒng)可以 進一步地如在此所述地配置。
相應(yīng)地，另一個實施例涉及用于從一個或多個存儲容器轉(zhuǎn)移一種或多 種材料到測量裝置的成象空間，對成象空間中的一種或多種材料成象，實 質(zhì)上固定成象空間中的一種或多種材料，或者其一些組合的方法。轉(zhuǎn)移、 成象、和實質(zhì)上固定一種或多種材料可以如在此所述地執(zhí)行。此外，該方 法可以包括如在此所述的任何其它步驟。而且，該方法可以通過在此所述 的任何系統(tǒng)執(zhí)行。
在此所述的測量總體上包括用于分析粒子的一個或多個圖象以確定粒 子的一個或多個特征例如表示粒子在多個檢測波長的熒光發(fā)射的大小的數(shù) 值的圖象處理。粒子的一個或多個特征的隨后的處理，例如通過使用一個
或多個數(shù)值確定表示粒子屬于的多重子類的標(biāo)識ID，和/或表示存在和/或有 一定量的結(jié)合到粒子表面的一些分析物的報道值(reporter value),可以根據(jù) Fulton的美國專利的No.5,736,330， Chandler等人的5,981,180、 Chandler等 人的6,449,562、 Chandler等人的6,524,793 、 Chandler的6,592,822和Chandler 等人的6,939,720中描述的方法執(zhí)行，其內(nèi)容在此全文引用作為參考。在一 個例子中，在Chandler等人的美國專利No.5,981，180中描述的技術(shù)可以通 過在此所述的焚光測量用于多重(multiplexing)方案中，其中粒子分為用于單 一樣品中的多個分析物的分析的子類。
享受到具有本公開的益處的本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認識到，本發(fā)明被認 為提供用于執(zhí)行一種或多種材料的測量的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的各方面的 進一 步的修改和替代的實施例對于本領(lǐng)域技術(shù)人員基于該描述將是明顯 的。相應(yīng)地，該描述應(yīng)當(dāng)理解為僅僅是示例性的，是為了教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù) 人員實施本發(fā)明的一般方式。應(yīng)當(dāng)理解，在此示出和描述的本發(fā)明的形式 被認為是當(dāng)前優(yōu)選的實施例。在此所述的部件和材料可以被替換，部分和 過程可以顛倒，本發(fā)明的某些特征可以獨立使用，所有的這些對于本領(lǐng)域 技術(shù)人員在分享了本發(fā)明的該描述的益處后都是明顯的?？梢詫υ诖怂?的要素進行變化，其并不超出本發(fā)明的權(quán)利要求中描述的精神和范圍。
權(quán)利要求
1. 一種執(zhí)行生物測定的方法，其通過使用多個磁響應(yīng)粒子與一種或多種分析物接觸形成樣品，包括傳遞流體流中的所述樣品到樣品環(huán)路；裝載流體流中的所述樣品到成象室中以形成實質(zhì)上以單層分散在成象平面中的粒子陣列；通過施加磁場到所述成象室中的所述粒子陣列固定所述粒子陣列在所述成象平面中；通過使用與所述成象平面成銳角地定位的光源照射所述粒子陣列；以及在與成象平面的法線大致平行的采集源處從所述粒子陣列的照射采集圖象。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述照射是來自圓周地定位在所述粒子陣列周圍并與其間隔開的一個或多個LED。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述圖象采集是通過實質(zhì)上垂直于所述粒子陣列定位的一個或多個電荷耦合器件(CCD)進行。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述粒子包括具有耦合到其上的熒光染料的 一群磁性聚苯乙烯珠子。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述一群^K子包括兩個或更多子類的珠子，其通過照射呈現(xiàn)不同的熒光信號以識別所述珠子的子類。
6. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述照射源和采集相對于所述粒子陣列的位置優(yōu)化亮度。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，包括在照射之前洗滌所述固定的粒子。
8. —種用于執(zhí)行生物測定的系統(tǒng)，其中一種或多種分析物暴露到多個f茲響應(yīng)粒子以形成樣品，包括用于保持所述樣品的樣品容器；用于所述樣品的一部分從所述容器流體傳遞的樣品環(huán)路；配置的以從所述樣品環(huán)路接收所述部分的成象室和靠近其的可選擇用于在實質(zhì)上單層的粒子陣列中固定所述部分的磁體；圓周地定位并從所述粒子陣列間隔開的照射源；以及大致垂直于所述粒子陣列的所述平面定位的采集器以用于當(dāng)照射時對所述粒子成象。
9. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述照射源是安置在所述粒子陣列的采集側(cè)面上的 一環(huán)中多個LED。
10. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述采集器是垂直于所述粒子陣列的所述平面安置并實質(zhì)上在所述環(huán)中央的一個或多個CCD。
11. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述照射源包括透鏡和濾光器。
12. 如權(quán)利要求IO所述的系統(tǒng)，其中，所述采集器包括透鏡和濾光器。
13. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，包括用于洗滌所述粒子陣列以在照射之前去除不需要的熒光物的流體室。
14. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述成象室包括布置的以有助于保持所述粒子陣列在所述成象室中為單層的多個凹陷。
全文摘要
提供一種用于執(zhí)行一種或多種材料的測量的系統(tǒng)和方法。一系統(tǒng)配置的以從一個或多個存儲容器轉(zhuǎn)移一種或多種材料到測量裝置的成像空間。另一系統(tǒng)配置的以對測量裝置的成像空間中的一種或多種材料成像。又一系統(tǒng)配置的以實質(zhì)上固定測量裝置的成像空間中的一種或多種材料。還有一系統(tǒng)配置的以從一個或多個存儲容器轉(zhuǎn)移一種或多種材料到測量裝置的成像空間，以對成像空間中的一種或多種材料成像，以實質(zhì)上固定成像空間中的一種或多種材料，或者其一些組合。
文檔編號G01N33/543GK101479603SQ200780020449
公開日2009年7月8日 申請日期2007年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月2日
發(fā)明者查爾斯·J·柯林斯, 鄧格·都昂, 韋恩·D·羅思 申請人:盧米尼克斯股份有限公司