專利名稱：化學(xué)發(fā)光檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)發(fā)光檢測裝置，例如涉及為了解析核酸分析和遺
背景技術(shù)：
在DNA堿基排列確定中，廣泛應(yīng)用使用了凝膠電泳和熒光檢測 的方法。在此方法中，首先，制作許多要進(jìn)行排列解析的DNA片段 的拷貝。將DNA的5，末端作為始點(diǎn)制作各種長度的熒光標(biāo)識片段。 此外，根據(jù)這些DNA片段的3，末端的堿基種類附加波長不同的熒光 標(biāo)識?？磕z電泳作用以1個(gè)堿基的差異識別長度的不同，檢測各個(gè) 片段組發(fā)出的光。根據(jù)發(fā)光波長色得知測定中的DNA片段組的DNA 末端堿基種類。因?yàn)镈NA從短的片段組順序通過熒光檢測部，所以 通過測量熒光色能夠從短的DNA中順序得知末端堿基種類。由此， 確定排列。這種熒光式DNA定序器廣泛地普及，此外，在人類基因 組解析中也很活躍。在該方法中公開了，使用多條內(nèi)徑50nm左右的 玻璃細(xì)管，進(jìn)一步利用末端檢測等的方法，增加每l臺(tái)的解析處理數(shù) 的技術(shù)(例如，參照非專利文獻(xiàn)l)。
另一方面，以焦磷酸測序?yàn)榇淼牟捎梅蛛A段化學(xué)反應(yīng)的排列決 定法(例如，參照專利文獻(xiàn)l以及2)從使用簡便性方面受到關(guān)注。 概略如下。在作為標(biāo)靶的DNA鏈上使引物雜交，將4種互補(bǔ)鏈合成 核酸基質(zhì)(dATP、 dCTP、 dGTP、 dTTP) —種一種地順序加到反應(yīng) 液中進(jìn)行互補(bǔ)鏈合成反應(yīng)。如果發(fā)生互補(bǔ)鏈合成反應(yīng)，則DNA互補(bǔ) 鏈伸長，作為副產(chǎn)物生成吡咯啉酸(PPi)。吡咯啉酸由于共存的酶 的作用變換為ATP，在熒光素和熒光素酶的共存下反應(yīng)并發(fā)生發(fā)光。 通過檢測該光可知將所添加的互補(bǔ)鏈合成基質(zhì)取入到了 DNA鏈中，并可知互補(bǔ)鏈的排列信息，因而可知變成標(biāo)靶的DNA鏈的排列信息。 該方法報(bào)告了通過使用具備有許多反應(yīng)槽的流動(dòng)單元可以高產(chǎn) 量化，應(yīng)用上述方法特別地增加解析處理數(shù)的例子(例如，參照非專 利文獻(xiàn)2)。在該應(yīng)用例子中，將在一個(gè)面上具有許多微小反應(yīng)槽的 流動(dòng)單元作為反應(yīng)板使用。準(zhǔn)備許多將標(biāo)靶DNA鏈逐個(gè)種類地固定 在直徑約35nm的瓊脂糖制小珠上的板，在各瓊脂糖小珠上固定約108 個(gè)同樣種類的DNA。在這些DNA上使引物雜交后，在各微小反應(yīng)槽 中裝入一個(gè)小珠。此外，將固定有生物發(fā)光用酶(熒光素酶)等的直 徑0.8nm的微粒子(microparticle )填充到反應(yīng)槽中。這些小珠的填 充通過將含小珠的溶液導(dǎo)入流動(dòng)單元并用離心機(jī)沉降來實(shí)施。DNA 堿基排列解析雖然是從流動(dòng)單元上游逐次導(dǎo)入伸長反應(yīng)用的4種互補(bǔ) 鏈合成核酸基質(zhì)(dATP、 dCTP、 dGTP、 dTTP)來進(jìn)行互補(bǔ)鏈合成 反應(yīng)，但在互補(bǔ)鏈合成反應(yīng)進(jìn)行中產(chǎn)生吡咯酸。把它變換為ATP進(jìn) 行熒光素酶反應(yīng)，觀測此時(shí)產(chǎn)生的生物發(fā)光。使用許多這種微小反應(yīng) 槽，檢測化學(xué)發(fā)光和熒光的裝置已報(bào)告有幾種。例如，代替在小珠上 固定DNA，有在光纖板的一端面上固定錨定探針，并與環(huán)形核酸模板 (Circular nucleic acid templates )結(jié)合，根據(jù)生物發(fā)光進(jìn)行排列的確 定和多型解析的例子(例如，參照專利文獻(xiàn)2);此外，有對上述光 纖板進(jìn)行蝕刻以去除纖維中心部來制作反應(yīng)槽，構(gòu)成微型微量滴定板 (以下，簡稱為"板")，在流動(dòng)單元的一部分中利用的例子(例如， 參照非專利文獻(xiàn)3)。進(jìn)而，例如在專利文獻(xiàn)4中公開了為了謀求減 少因在這種板內(nèi)的各個(gè)微小反應(yīng)槽內(nèi)附加生成的物質(zhì)、具體地說吡咯 酸等在橫方向上擴(kuò)散引起的污染的薄膜等的板。的受光強(qiáng)度，Max是在與Qj對應(yīng)的區(qū)域 Ri中改變了[k， 1時(shí)的最大值。在此，區(qū)域Ri在本實(shí)施例的情況下， 是在

圖10中Qp Q2、 Q3、 Q4各自來說指左上、右上、左下、右下四 分之一的區(qū)域。式l的括號中在區(qū)域中改變了k， l]時(shí)必須取最大值。 通過使取該最大值的位置與Qi的中心對應(yīng)，能夠?qū)崿F(xiàn)Pi、 Qi的對位。 此外，該最大值的值進(jìn)行Z等的調(diào)整， 一般能夠進(jìn)一步增大，通過執(zhí) 行針對這些參數(shù)的對比度函數(shù)的最大化，能夠進(jìn)行聚焦調(diào)整。
具體的調(diào)整順序根據(jù)圖11執(zhí)行。首先，使用設(shè)置在流動(dòng)單元101 上的凹凸構(gòu)造以及貫通孔等進(jìn)行板20的定位，使得板202上的微小 反應(yīng)槽和攝像元件103的像素大致一致(步驟1)。僅該步驟由操作 者進(jìn)行，其他的步驟自動(dòng)地根據(jù)存儲(chǔ)在未圖示的存儲(chǔ)部件中的處理程 序由未圖示的CPU執(zhí)行。
將對位用的光源90點(diǎn)亮(步驟2)。以下，驅(qū)動(dòng)位置調(diào)整機(jī)構(gòu)(驅(qū)動(dòng)部)105使流動(dòng)單元101在x以及y軸方向上移動(dòng)，使Qj和 Pi—致(步驟3)。接著，讓流動(dòng)單元101在z軸方向上移動(dòng)，使Qi 的對比度極大化(步驟4 )。如果讓流動(dòng)單元101在Z軸方向上移動(dòng)， 因?yàn)樵趚y軸方向上流動(dòng)單元101的位置偏離，所以再次執(zhí)行步驟3
(步驟5)。即，在步驟3至步驟5中，執(zhí)行以下的動(dòng)作。讓對比度 函數(shù)在將流動(dòng)單元的位置表示為圖7中的坐標(biāo)那樣的XYZ方向上移 動(dòng)。此外，通過改變流動(dòng)單元101中的板202的傾斜以及轉(zhuǎn)動(dòng)(w、伊、 60，使Pi的中心和Qi的中心一致，將與Qi對應(yīng)的對比度Contrast 1
(Qi)最大化，來執(zhí)行對位和聚焦調(diào)整。在此，在圖12中圖示了與 角度 7、伊、^對應(yīng)的角度。131是與板面對應(yīng)的面。i殳該面和YZ平 面的交叉線是Y，軸，面131和XZ平面的交叉線是X，軸，Y軸和Y， 軸所成的角是W、 X軸和X，軸所成的角度是伊。設(shè)0表示在微小反應(yīng) 槽的排列的面131內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
在本調(diào)整動(dòng)作中，利用4點(diǎn)的Qi的配置方式，能夠優(yōu)先實(shí)施w 和伊的調(diào)整(步驟6以及8)。假設(shè)在沒有該步驟的情況下，在應(yīng)該 進(jìn)行z/或者伊的調(diào)整時(shí)，要先行進(jìn)行用X、 Y、 Z和(9的組合調(diào)整的 步驟，不能達(dá)到真正的最大值，有對位、聚焦調(diào)整不能充分完成的可 能性。根據(jù)該多個(gè)發(fā)光點(diǎn)在CCD面上的像Qi的配置的形狀判斷是否 優(yōu)先執(zhí)行角度調(diào)整的步驟是為了達(dá)到對比度函數(shù)的真正的最大值、正 確結(jié)束調(diào)整所需的不能欠缺的步驟。
在步驟6后，直到Q3以及Q4的對比度不再改善為止重復(fù)步驟4 至6(步驟7)。此外，步驟8后，直到Q2以及Q4的對比度不再改 善為止重復(fù)步驟4、 5以及8 (步驟9 )。
而后，讓e只移動(dòng)d0，使Q2和P2接近(步驟IO)。然后，執(zhí) 行步驟6至9 (步驟11)。進(jìn)而，重復(fù)執(zhí)行步驟10以及11,使Q2
和P2—致(步驟12)。如果Q3和P3以及Q4和P4不一致，則再次設(shè)
定為dr]=dii/2， d(p=dq>/2， de=de/2并再次執(zhí)行步驟3至12(步驟13 )。 如果最終求得Qt至Q4的對比度值，則把該值保存在存儲(chǔ)器中(步 驟14)。此夕卜，再次設(shè)定為dii=dt]/2, d(p=dcp/2， d0=d9/2，再次執(zhí)行步驟3值12，將Q,至Q4的對比度值保存在存儲(chǔ)器中(步驟15)。 最后，如果在步驟15執(zhí)行前后的Qi至Q4的對比度的差比事前^L定 的值大，則再次設(shè)定為dii=dTi/2， d(f>=d(p/2， de=de/2，再次執(zhí)行步驟 3至12。否則調(diào)整處理結(jié)束(步驟16 )。
另外，在圖11的流程圖中所示的調(diào)整處理中，通過測量QjQj 的距離，選擇處理順序，但此外也有各種各樣的可能性。另外，QiQj 的距離的計(jì)算使用根據(jù)對應(yīng)的坐標(biāo)和勾股定理導(dǎo)出的值。此外所謂大 致相等是表示其差小于等于二分之一像素。此外，記載于流程圖中的 事前設(shè)定的di]、 dcp、 de分別假設(shè)為0.01孤度，但不用說這是應(yīng)該修 正微小反應(yīng)槽的大小等。另外，在此假設(shè)發(fā)光點(diǎn)90為4點(diǎn)，但只要 大于等于3點(diǎn)則再多也行。
(6)發(fā)光點(diǎn)的構(gòu)成
在上述的對位處理中，在多個(gè)發(fā)光點(diǎn)90中，需要各自的發(fā)光強(qiáng) 度大致一致，在時(shí)間上沒有變化。為了實(shí)現(xiàn)這種發(fā)光，有以下幾種方 法，(i)將發(fā)光器件導(dǎo)入到微型微量滴定板內(nèi)的方法，(ii)相對于 微型微量滴定板在和攝像元件相反一側(cè)上配置照明，只是與微型微量 滴定板的發(fā)光點(diǎn)對應(yīng)的部分能夠用攝像元件觀測來自照明的光的方
法，(m)將照明相對于微型微量滴定板配置在和攝像元件相同一側(cè)
上，在與發(fā)光點(diǎn)對應(yīng)的位置上配置反射鏡，與微型微量滴定板上的其 他的區(qū)域相比照明光有效地進(jìn)入到攝像元件的方法。以下說明具體的方法。
圖13表示具備發(fā)光點(diǎn)的流動(dòng)單元中的微型微量滴定板的剖面 圖。在剖面上的位置是圖9中的直線AA，。另外，圖13 (a)至(c) 分別與上述的(i)至(iii)的方法對應(yīng)。
首先，表示(i)的情況的微型微量滴定板71的剖面(參照圖13 (a))。板材料使用聚碳酸酯。如圖中所示，在板71中將綠色的發(fā) 光二極管72配置在其背面以與發(fā)光點(diǎn)的位置對應(yīng)方式經(jīng)過整形的凹 部73上。使用發(fā)光二極管的理由是因?yàn)橄喔砷L度短發(fā)光效率高，所 以發(fā)熱少，不易使微小反應(yīng)槽的溫度上升的緣故。此外，使用綠色的理由是因?yàn)橥ㄟ^使用與生物發(fā)光同等程度的波長，降低聚焦調(diào)整時(shí)的 色差的影響的緣故。以在發(fā)光二極管上流過固定電流，發(fā)出固定強(qiáng)度
的光的方式連接恒流源。在凹部的適宜的位置上設(shè)置直徑lOpm左右 的貫通孔74，使得能夠得到從發(fā)光的位置是微型微量滴定板71的表 面附近的小的區(qū)域發(fā)出的各向同性的光。另外，為了防止從貫通孔74 漏液，用混入有直徑lnm的玻璃珠的透明樹脂粘接劑密封該孔。因?yàn)?光不會(huì)通過鋁蒸鍍層，所以拍攝透過貫通孔散射的光。因?yàn)樨炌?4 的大小成為發(fā)光點(diǎn)的大小，所以形成比像素尺寸20pm還小的直徑的 貫通孔74。在此，板材料可以使用聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙 烯等的樹脂。此外蒸鍍材料也可以使用其他的金屬材料。此外，板材 料也可以用不銹鋼等的金屬制作，此時(shí)不需要對凹部的蒸鍍層。
以下，表示(ii)的情況的微型微量滴定板75的剖面(參照圖 13 (b))。在圖13 (b)中，76是用熒光燈等構(gòu)成的背光源?，F(xiàn)在， 攝像元件夾著板75配置在相對一側(cè)上，對背面實(shí)施厚度2fim左右的 鋁蒸鍍，形成蒸鍍層77。在發(fā)光點(diǎn)的背面一側(cè)上形成凹部78，在發(fā) 光點(diǎn)的位置上形成直徑lOfim的貫通孔74。貫通孔用同樣混入小珠的 透明粘接劑84密封。在與發(fā)光點(diǎn)對應(yīng)的位置上配置使光透過的光纖 或者塑料纖維。作為其他的構(gòu)成可以將透明的樹脂材料(例如聚碳酸 酯)與凹部78—致地整形、粘接。
最后表示(iii )情況的微型微量滴定板80的剖面(參照圖13( c ))。 在圖13 (c)中，81是照明用光源。在光源中使用和化學(xué)發(fā)光波長同 等程度的綠色發(fā)光二極管。但是，也可以使用各種燈。在此為了提高 焦點(diǎn)對位精度，光源81使用了以波長發(fā)光的綠色發(fā)光二極管。攝像 元件對于板80配置在和燈81相同一側(cè)上。在與4個(gè)發(fā)光點(diǎn)對應(yīng)的位 置上將10jim的氧化硅小珠82作為散射體配置成超出板表面向上突出 數(shù)pm。實(shí)際上，將發(fā)光點(diǎn)的位置的微小反應(yīng)槽83將小珠配置成5nm, 用透明的粘接劑固定。
反射體材料可以用玻璃材料、金屬、樹脂材料制作，形狀也可以 不是球形，而可以是圓柱或正方體。為了提高發(fā)光點(diǎn)與其以外的對比度，用包含黑色的色素的樹脂材料制作板88，使得板能夠在發(fā)光點(diǎn)以 外的板表面上抑制光的反射。為了同樣的目的也可以進(jìn)行反射防止處 理。此外，同樣為了提高對比度，混合微小的半導(dǎo)體微粒子(被稱為 量子點(diǎn)(Quantum Dot)的、從數(shù)nm到數(shù)十nm的ZnSe等的半導(dǎo)體 微粒子)，在光源中使用激光將來自小珠的熒光作為發(fā)光點(diǎn)使用。半 導(dǎo)體微粒子不褪色，適合于長時(shí)間照射激光并調(diào)整。此時(shí)在使用激光 激勵(lì)波長比發(fā)光波長還短的波長的光源的同時(shí)，在攝像元件和板80 之間使用遮擋該波長的帶止濾波器。
以下說明在上述3種發(fā)光方式各自的系統(tǒng)中的配置。本實(shí)施方式 例子的裝置構(gòu)成如圖7所示，但這與(ii)的透過方式對應(yīng)。87是透 過背光源的光的、比像素尺寸直徑小的窗，與在圖13中用粘接劑84 密封的貫通孔74對應(yīng)。87也可以使用光纖。即使在(i)的發(fā)光方式 的情況下，只要在和攝像元件相反一側(cè)上配置發(fā)光二極管即可。構(gòu)成 因?yàn)楹蛨D7—樣所以省略圖示。
此外，圖14表示使用上述(m)的發(fā)光方式時(shí)的系統(tǒng)構(gòu)成。在 板202上配置反射體82，在透鏡104的周圍配置發(fā)光二極管81。照 明在不遮擋生物發(fā)光的同時(shí)，必須對反射體以均勻的光強(qiáng)度照射。因 此，在反射體的配置和照明用的發(fā)光二極管的配置之間， 一定的關(guān)系 必須成立。
如圖9所示，當(dāng)反射體配置成正方形的情況下，二極管也必須和 反射體的配置的對稱性一致地配置為4n次對稱(n是自然數(shù))。圖 15以及圖16表示n=l時(shí)的二極管配置的例子。圖中，1001是照明用 發(fā)光二極管。將二極管1001固定在透鏡104的外框1004上。各圖是 從連結(jié)攝像元件103的中心和透鏡104的中心的軸1002的延長線上 看的圖。
此外，在圖15中，Qi是反射點(diǎn)的像，表示正確地對位和聚焦調(diào) 整結(jié)束的狀態(tài)。發(fā)光二極管配置成4次對稱(對稱軸1005)。圖16 雖然表示同樣的4次對稱，但表示二極管數(shù)是8個(gè)的情況。同樣圖17 是8次對稱的情況，圖19使用環(huán)形的照明機(jī)1006實(shí)現(xiàn)n-oo的情況。只要能夠滿足上述對稱性條件則可以使用各種照明方法。如果配 置不滿足該對稱性的條件的發(fā)光二極管，則來自反射點(diǎn)的發(fā)光不能得
到同樣的強(qiáng)度的發(fā)光，在與Qi對應(yīng)的對比度上產(chǎn)生大的差異，ri和e 調(diào)整精度惡化。精度惡化還由于在對比度的最大化步驟中停止于極大 值而產(chǎn)生，也存在因動(dòng)作條件招致大幅度對位精度惡化的情況。
(7) 光學(xué)系統(tǒng)的特征
在本實(shí)施方式中的光學(xué)系統(tǒng)中必要的條件是將在微小反應(yīng)槽
201中發(fā)出的光高效率地只導(dǎo)入特定的像素，而不導(dǎo)入到其余的像素。 實(shí)現(xiàn)它的最一般的方法如圖7所示，希望使用F值小的透鏡系統(tǒng)104 高效率地在攝像元件103上成像來自微小反應(yīng)槽的發(fā)光的像。使用F 值小的透鏡是因?yàn)榧词拱l(fā)光暗也能夠高效率地測量的緣故。
但是，在光學(xué)系統(tǒng)104中如果使用照相機(jī)鏡頭等的組合透鏡則產(chǎn) 生像的變形，用筒單的結(jié)構(gòu)使板上的全部的微小反應(yīng)槽和攝像元件上 的全部的像素的位置一致是不可能的。
因而，即使是第3種實(shí)施方式，也和第1以及第2種實(shí)施方式一 樣，可以使用自聚焦透鏡陣列或者微透鏡陣列以及光纖束。
這種情況下不需要進(jìn)行聚焦調(diào)整和角度cp、 ii調(diào)整。但是，面內(nèi) 的X、 Y以及e的調(diào)整使用上述步驟執(zhí)行。此外，可以使用多個(gè)這些 光纖束或者使用有分支的光纖束，用多個(gè)攝像元件測定1個(gè)流動(dòng)單元。
(8) 其他
作為變形例子，也可以在微型微量滴定板202上使用光纖板從板 202的背面測量來自微小反應(yīng)槽201的光。雖然在非專利文獻(xiàn)2中也 從板的背面測量光，但微小反應(yīng)槽和攝像元件并不一對一地對應(yīng)。
但是，即使從板202的背面測量光的情況下，如果具備本實(shí)施方 式的結(jié)構(gòu)(位置調(diào)整機(jī)構(gòu)105和位置調(diào)整動(dòng)作(圖11))，則相對攝 像元件103讓微型微量滴定板202只面內(nèi)移動(dòng)和e轉(zhuǎn)動(dòng)能夠讓像素和 反應(yīng)槽一對一地對應(yīng)。
圖19是表示在變形例子中用于實(shí)現(xiàn)一對一地對應(yīng)的位置調(diào)整的 構(gòu)成的剖面圖。這種情況下因?yàn)楣饫w板85是光透過性的，所以當(dāng)使用背光源86 (相當(dāng)于圖13 (b))的情況下，必然使光照到板85的 一部分。即，只在與對應(yīng)于發(fā)光點(diǎn)的特定的位置對應(yīng)的地方1202 (相 當(dāng)于光透過窗87)上，流動(dòng)單元1201的上板是光透過性的，而在其 他的區(qū)域(1201的涂黑的區(qū)域)上光反射或者吸收，使光不能透過。 在全部的微小反應(yīng)槽201的正下方有光纖束1102的光纖(芯)，和 化學(xué)發(fā)光一樣，來自背光源86的光也傳遞到攝像元件103。當(dāng)然也可 以使用發(fā)光二極管。
此外，通過在透鏡系統(tǒng)104的內(nèi)部插入光柵或者棱鏡改變通過發(fā) 光波長檢測的像素。這種情況下，在本實(shí)施方式中，在dATP、 dTTP、 dCTP、dTTP的發(fā)光波長不同的情況下能夠用檢測到發(fā)光的像素的位 置識別是由哪個(gè)堿基發(fā)的光。即，對于4種dNTP導(dǎo)入不同的波長的 熒光體，加入一次試劑，利用波長識別哪個(gè)堿基伸長了。與每個(gè)波長 不同的像素對應(yīng)地識別dNTP的種類。但是，在不進(jìn)行波長分解的情 況下，和l個(gè)反應(yīng)槽與l個(gè)像素對應(yīng)的情況一樣，在該變形例子的情 況下，即使是同樣的反應(yīng)槽，如果是另外的波長也必須用另一像素測 量，從而沒有交調(diào)失真。據(jù)此，可以以高吞吐量進(jìn)行高精度的堿排列 決定。如果更詳細(xì)地說，則在各加入l種dNTP進(jìn)行伸長反應(yīng)的情況 下，根據(jù)伸長反應(yīng)發(fā)生或者未發(fā)生，判定堿基的種類，另一方面，在 該變形例子中必須只伸長l個(gè)堿，能夠根據(jù)波長判別其種類是什么。 于是，因?yàn)闆]有加入試劑但未伸長這種步驟，所以解析時(shí)間變成一半 (在一種一種地投入情況下，如果排列是隨機(jī)的，則以約50%的概率 發(fā)生伸長反應(yīng))。這樣，試劑投入次數(shù)變成一半，解析時(shí)間變成一半， 吞吐量成倍提高。
〈第4種實(shí)施方式〉
在第3種實(shí)施方式中，表示了將l個(gè)發(fā)光點(diǎn)卯與l個(gè)像素對應(yīng) 進(jìn)行對位的例子。在本實(shí)施方式中，表示將1個(gè)發(fā)光點(diǎn)與4個(gè)像素對 應(yīng)進(jìn)行對位的例子。
圖20表示微小反應(yīng)槽201和發(fā)光點(diǎn)的配置以及攝像元件的像素 的配置的關(guān)系。將對位用發(fā)光點(diǎn)Si配置在4個(gè)微小反應(yīng)槽201的中央，如果正確地調(diào)整發(fā)光點(diǎn)的像Qi的中心(使4個(gè)像素的光強(qiáng)度相等)， 則與4個(gè)像素的邊界點(diǎn)Pi—致。這樣通過讓發(fā)光點(diǎn)位于與微小反應(yīng)槽 的位置偏離的位置，能夠定義以下那樣的對比度函數(shù)。 [式2
(c。一f 2(e'》|,〗十/["1，/卜|/["。+/["-1〗1
.....(2)
在此，該對比度函數(shù)因?yàn)樵谡_地調(diào)整時(shí)值發(fā)散，所以取倒數(shù)，
調(diào)整成使倒數(shù)接近最小化(即0)。因而在執(zhí)行圖11的流程圖所示的
處理時(shí)，將進(jìn)行對比度函數(shù)的最大化改讀為進(jìn)行對比度函數(shù)的倒數(shù)的
最小化并執(zhí)行。此外，在該式2中，Pi是[k-1/2， 1-1/2(k=3, M-l， N-l)，分別與4個(gè)像素的邊界點(diǎn)對應(yīng)。
能夠通過這樣將發(fā)光點(diǎn)配置在邊界點(diǎn)上定義的對比度函數(shù)如以 下說明的那樣表示優(yōu)異的特性。為了比較，在圖21中將式(1)的值 作為Qi相對Pi的面內(nèi)的偏離(角度調(diào)整后的情況下的X或者Y方向 的偏離)量和分辨率(如果焦點(diǎn)偏離、或發(fā)光點(diǎn)變大則接近O，在作 為焦點(diǎn)的、發(fā)光點(diǎn)的像的中心與像素的中心一致、像素的邊緣的光強(qiáng) 度變成1/e時(shí)，將分辨率定義為1的、與焦點(diǎn)對應(yīng)的參數(shù))的函數(shù)繪 制為曲線。在圖21中表示，有多個(gè)極大值，從圖中可知在進(jìn)行對位 和對焦時(shí)，最優(yōu)化有可能在局部的最大值上結(jié)束。
同樣，在圖22中繪制式(2)的值的曲線。這種情況下不是最大 化而是最小化，但極小值只有l(wèi)點(diǎn)，不存在最優(yōu)化在途中結(jié)束的可能 性。因而，可知這樣的發(fā)光點(diǎn)的配置可以進(jìn)行精度高的對位。
另外，圖25和26是與圖21和22相同的附圖(三維線框等高線 圖)，是為了易于觀察圖21和圖22所示的對比度的分辨率對于面內(nèi) 偏離量的曲線圖而追加的附圖。 〈第5種實(shí)施方式〉
在第5種實(shí)施方式中，表示發(fā)光點(diǎn)的數(shù)并不是4點(diǎn)，而是進(jìn)一步 增加的情況的例子。圖23以及圖24分別表示微小反應(yīng)槽201與發(fā)光點(diǎn)的配置關(guān)系。在圖23中，配置發(fā)光點(diǎn)S! Sw。此外，在圖24中配
置發(fā)光點(diǎn)S廣S20。
此外，在這些例子中，在發(fā)光點(diǎn)的周圍的一部分的微小反應(yīng)槽
201的位置上配置發(fā)光比周圍進(jìn)一步降低的點(diǎn)(涂黑的圓)，據(jù)此使
對比度函數(shù)值的精度提高，并使對位精度提高。圖23、 24中的涂黑 的部分與有意抑制光的發(fā)光、反射、透過的點(diǎn)對應(yīng)。
進(jìn)而，對比度函數(shù)與單獨(dú)定義各發(fā)光點(diǎn)相比，如以下那樣成組化 地定義對比度函數(shù)對于對位是有效的。 [式3
.....(3)
〈總結(jié)〉
在各種實(shí)施方式的化學(xué)發(fā)光檢測裝置中，使用核酸分析，特別使 用階段性互補(bǔ)鏈合成，檢測來自反應(yīng)槽的化學(xué)發(fā)光。使用該檢測結(jié)果 執(zhí)行遺傳因子排列解析。
如果釆用各種實(shí)施方式的化學(xué)發(fā)光檢測裝置，則多個(gè)反應(yīng)槽和攝 像元件的像素一對一地對應(yīng)，并且在檢測到的像上沒有變形。因此， 在能夠?qū)⒁?guī)定解析能力的反應(yīng)槽的個(gè)數(shù)提高到極限的同時(shí)，能夠高精 度地解析。此外，因?yàn)槟軌驅(qū)⒁淮文軌蚪馕龅腄NA樣品數(shù)提高到檢 測元件的像素?cái)?shù)，所以還可以便宜地制作裝置。
權(quán)利要求
1、一種化學(xué)發(fā)光檢測裝置，檢測來自多個(gè)反應(yīng)槽的光，其特征在于包括具有1維或者2維地排列著多個(gè)反應(yīng)槽的板的流動(dòng)單元；具有多個(gè)像素的光檢測部件；和用于將多個(gè)反應(yīng)槽的像成像在上述光檢測部件上的光學(xué)系統(tǒng)，其中，上述光檢測部件的像素的間隔與上述板上的上述反應(yīng)槽的間隔大致一致，上述多個(gè)反應(yīng)槽的每個(gè)反應(yīng)槽的發(fā)光與上述光檢測部件中的不同的像素一對一地對應(yīng)地被檢測。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)發(fā)光檢測裝置，其特征在于上 述光學(xué)系統(tǒng)具備將上述反應(yīng)槽的像以l倍的正立像在上述光檢測部件 元件上成像的光學(xué)透鏡。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的化學(xué)發(fā)光檢測裝置，其特征在于上 述反應(yīng)槽的正立像的大小比上述光檢測部件的像素尺寸小。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的化學(xué)發(fā)光檢測裝置，其特征在于 上述反應(yīng)槽和上述光檢測部件在空間上分離， 上述光學(xué)系統(tǒng)由自聚焦透鏡陣列構(gòu)成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的化學(xué)發(fā)光檢測裝置，其特征在于上 述自聚焦鏡頭陣列的景深比上述反應(yīng)槽的深度還深。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的化學(xué)發(fā)光檢測裝置，其特征在于 上述反應(yīng)槽和上述光檢測部件在空間上分離， 上述光學(xué)系統(tǒng)由纖維束或者微透鏡陣列構(gòu)成。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)發(fā)光檢測裝置，其特征在于還 包括定位部件，該定位部件具有將上述流動(dòng)單元固定在上述光學(xué)系統(tǒng) 上的機(jī)構(gòu)，用于在讓上述板的反應(yīng)槽與上述光檢測部件中的像素一對 一地對應(yīng)時(shí)確定相對的位置關(guān)系。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)發(fā)光檢測裝置，其特征在于還 包括位置調(diào)整部件，根據(jù)上述光檢測部件的檢測結(jié)果調(diào)整上述板與上 述光檢測部件之間的相對位置關(guān)系。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的化學(xué)發(fā)光檢測裝置，其特征在于 上述板具有多個(gè)發(fā)光元件，上述位置調(diào)整部件根據(jù)來自上述多個(gè)發(fā)光元件的光的檢測結(jié)果 來調(diào)整上述位置關(guān)系。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的化學(xué)發(fā)光檢測裝置，其特征在于 上述板具有光反射率高的多個(gè)反射體，還包括對上述反射體照射光的照明部件，上述位置調(diào)整部件根據(jù)來自上述反射體的反射光的檢測結(jié)果來 調(diào)整上述位置關(guān)系。
11、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的化學(xué)發(fā)光檢測裝置，其特征在于 上述板具有透光部分， 還包括從上述板的背面照射光的照明部件， 上述位置調(diào)整部件根據(jù)來自上述透光部分的透射光的檢測結(jié)果來調(diào)整上述位置關(guān)系。
12、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的化學(xué)發(fā)光檢測裝置，其特征在于上 述發(fā)光元件的發(fā)光中心配置在上述板上的多個(gè)反應(yīng)槽之間。
13、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的化學(xué)發(fā)光檢測裝置，其特征在于 上述反射體的中心配置在上述板上的多個(gè)反應(yīng)槽之間。
14、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的化學(xué)發(fā)光檢測裝置，其特征在于 上述透光部分的中心配置在上述板上的多個(gè)反應(yīng)槽之間。
15、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的化學(xué)發(fā)光檢測裝置，其特征在于上 述位置調(diào)整部件根據(jù)來自上述多個(gè)發(fā)光元件的光的檢測結(jié)果， 一邊判 斷是否應(yīng)該優(yōu)先地執(zhí)行上述板的角度調(diào)整， 一邊調(diào)整上述位置關(guān)系。
16、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的化學(xué)發(fā)光檢測裝置，其特征在于 上述位置調(diào)整部件根據(jù)來自上述多個(gè)反射體的光的檢測結(jié)果， 一邊判 斷是否應(yīng)該優(yōu)先地執(zhí)行上述板的角度調(diào)整， 一邊調(diào)整上述位置關(guān)系。
17、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的化學(xué)發(fā)光檢測裝置，其特征在于 上述位置調(diào)整部件根據(jù)來自上述透光部分的透射光的檢測結(jié)果， 一邊 判斷是否應(yīng)該優(yōu)先地執(zhí)行上述板的角度調(diào)整， 一邊調(diào)整上述位置關(guān) 系。
18、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)發(fā)光檢測裝置，其特征在于還 包括向上述多個(gè)反應(yīng)槽至少提供4種核酸和洗凈液的部件。
19、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的化學(xué)發(fā)光檢測裝置，其特征在于上 述光檢測部件是像素尺寸大于等于l微米小于等于30微米的CCD陣 列傳感器或MOS陣列傳感器、或者像素尺寸大于等于30微米小于等 于150微米的、在玻璃襯底上制成的平板傳感器。
20、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的化學(xué)發(fā)光檢測裝置，其特征在于在 上述多個(gè)反應(yīng)槽中具備能夠?qū)NA試料固定并保持在小珠中、并在 該狀態(tài)下進(jìn)行互補(bǔ)鏈合成反應(yīng)、接著進(jìn)行發(fā)光反應(yīng)的功能。
全文摘要
本發(fā)明是具備稱為許多反應(yīng)槽以1維或者2維排列的板的化學(xué)發(fā)光檢測裝置，其特征在于光檢測使用具有許多檢測像素的線或者平面?zhèn)鞲衅?，其特征在于光檢測像素的間隔和板上的反應(yīng)槽的間隔大致一致，在上述板上以來自反應(yīng)槽的光在檢測像素上最高效率地入射而不分散到其他的像素上的方式將微小反應(yīng)槽和像素一對一地對應(yīng)。為了使排列在板上的微小反應(yīng)槽和攝像元件的像素一對一地對應(yīng)，在板上改善發(fā)光體或者反射體或者光吸收體作為對準(zhǔn)標(biāo)記。本發(fā)明通過增加微小反應(yīng)槽的數(shù)來提高吞吐量。
文檔編號G01N21/76GK101294908SQ20081000586
公開日2008年10月29日 申請日期2008年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月23日
發(fā)明者梶山智晴, 白井正敬, 神原秀記 申請人:株式會(huì)社日立制作所