专利名称：用于多个反应的光学系统的制作方法
技术领域：
本申请涉及光学系统，更具体地，涉及用于多个反应的光学系统。
背景技术：
在医学和生物学研究实验室中，PCR常规地实践用于各种任务，PCR通过利用热稳 定的DNA聚合酶和能够迅速地加热和冷却基因样本的通常被公知为热循环器的机器而实 现了自动化。热循环器中有用的光学装置可涉及荧光的测量。为了测量荧光，引导样本容 器中的样本上的激发光，并探测样本中的荧光团所发出的光。期望光从光源到阱的传输能 够有效且高效地进行。
实用新型内容为了使光能够有效且高效地从光源传输到阱，此处提供了这样一种系统，其包括 相对于热组件位于固定位置的光学组件，其中热组件被配置以支承包括一个或多个阱的样 板。光学组件包括同一平面内的至少一个激发光程和至少一个探测光程；多功能镜；包括 对应于样板上的每个阱的发光二极管(LED)的至少一个激发源组件；包括至少一个发射滤 波器的发射滤波器滑座；以及能够探测来自样板的荧光的探测器。根据本申请的系统，能够使得光从光源到阱的传输有效且高效地进行。
图1示出此处描述的包括位于同一平面内的探测光学器件和激发光学器件的光 学组件的一个视图。图2示出此处描述的包括位于同一平面内的探测光学器件和激发光学器件的光 学组件的另一视图。图3示出样板上方的光学系统的俯视图。图4示出此处描述的带有光学组件的热循环装置。图5示出此处描述的系统的热块和加压板。
具体实施方式
此处描述的是包括相对于热组件位于固定位置的光学组件的系统，其中热组件被 配置以支承包括一个或多个阱的样板。光学组件对于在无需从热循环元件移除样本的情况 下，在反应步骤和反应周期内以及在反应步骤和反应周期之间测量反应容器内的反应状态 是有利的。由于光学组件相对于热组件的位置固定，因而此处的系统具有最小的移动部件，并被配置为对于装运期间或操作过程中的冲击和振动是坚固的。此处描述的系统可用于疾 病诊断、药物筛选、个体基因分型、系谱分类、环境监测、双亲和法医鉴定等。具体地，此处的 系统可用于任何需要热循环或需要能精确地保持均勻温度的加热块的装置。因此，此处的 系统可用于PCR、RT-PCR、qPCR等等。在提供的系统中，光学组件包括在同一平面内的至少一个激发光程和至少一个测 量光程；将激发能量从激发光程引导到样板并将发射能量从样板引导到探测光程的多功能 镜；包括一个对应于样板上的每个阱的发光二极管(LED)的至少一个激发源组件；包括至 少一个发射滤波器的发射滤波器滑座；以及能够探测来自样板的荧光的探测器。图1和图2示出包括此处描述的光学组件802的系统，其中探测光学器件804和激 发光学器件806在同一个平面内。特别地，随着光被固定的探测光学器件804接收，固定的 激发源组件812引导光穿过同一平面内的激发光学器件806。如图1和2所示，两组激发源 组件812可产生与探测器820所接收的一个或多个光学信号位于同一平面内的光学信号。 此外，源组件812和探测器820在示出的实施方式中也处于同一平面内。如图1和2所示， 激发光程可包括两组激发光学器件806和两个激发源组件812。每个激发源组件812包括 一个LED阵列，样板上的每个阱对应于LED阵列中的一个LED。例如，LED阵列可包括用于 样板上的48个阱的48个LED。由计算机系统可分别控制每个LED，并可对每个LED编程从 而使其发出不同量的能量。例如，若一个阱发荧光多于其他阱，则来自对应于该阱的LED的 激发能量可降低，从而更容易比较每个阱之间的样本。在一种实施中，随着至少一个LED的 时间占空因子被调整以实现两个或多个阱的名义上相似的曝光，一个或多个LED的激发的 独立时间选通允许使用单个阵列探测器积分时间。另外，可使用预测算法决定对于每个新 测量采用什么样的LED占空因子，例如在士30%以内，而具有很少或没有过度曝光的风险。 另外，短的预曝光可被用于确定LED占空因子。LED阵列可安装在LED背板上。在某些情况下，LED背板包括铝。可选地，LED背 板是导热的并且可将热转移离开LED阵列。激发源组件812可包括允许冷却激发源的激发 源冷却入口。当激发是安装在背板上的LED阵列时，LED阵列可通过冷却入口被积极地冷 却。可选地，每个LED阵列发出不同颜色或波长的激发能量，例如，一个阵列发出蓝色的激 发能量而另一个阵列发出绿色的激发能量。可选地，来自于LED阵列的激发能量传导经过 小透镜阵列，小透镜阵列包括用于每个LED的小透镜，例如，用于48个LED的48个小透镜。 因此，激发源组件812可包括LED阵列、LED背板、小透镜阵列和激发源冷却入口。在某些 情况下，激发源还包括允许在三维空间移动组件以定位激发源组件的调整组件。调整组件 可移动从而对准带有光学组件的激发光学器件的激发光程。激发光学器件可定位于激发源 组件和多功能镜之间。在穿过透镜阵列后，激发光程穿过例如可包括滤波器、透镜或光纤的 激发光学器件。可选地，激发光学器件806包括两个透镜810和一个滤波器808。接着激发 能量通过多功能镜822引导向包括样板的热组件。因此，多功能镜822将光从激发源(例 如LED阵列)引导到样板内的样本。如下文所述，多功能镜822还将光从样板内的样本引 导到探测器820。多功能镜822在激发路径内可具有至少两面，每一面对应一个LED阵列。 菲涅尔透镜或其它光学装置可安装在样板的加热盖上方或连接到该加热盖。在系统的探测光程中，发出发射能量，例如以荧光的方式从位于安装在热组件内 的样板的阱内的样本容器中的样本发出。发射能量传播到多功能镜822。如上所述，多功能5镜822允许激发光程和探测光程在光学组件内位于同一平面上。探测光程穿过可例如包括 透镜、光纤和光学滤波器的探测光学器件804。可选地，探测光程穿过带有多个滤波器828 的发射滤波器滑座816，该多个滤波器可在探测光程内移动从而过滤不同波长的能量。例 如，依赖于所使用的探测染料的波长，发射滤波器8 可改变以过滤掉不在染料的颜色范 围内的过量噪声。在一种实施中，一个探测透镜组件814位于发射滤波器滑座816和探测 器820之间。光学组件802可包括发射滤波器滑座816，该发射滤波器滑座816包括至少 一个发射滤波器828，以支持标准染料，包括例如STOR Green I、FAM、HEX、ROXjP CyS。发 射滤波器滑座816可由发射滤波器马达818移动，例如如图2所示。在某些情况下，发射滤 波器滑座816包括用于过滤4个不同波长的4个发射滤波器828。因此，在这种情况下，每 个发射滤波器拟8过滤不同的波长。在某些情况下，发射滤波器滑座816包括1、2、3、4、5、 6个或更多的发射滤波器828。可选地，发射滤波器滑座816包括2个或更多的过滤相同波 长的滤波器828。然后探测光程可经过至少一个探测透镜组件814，如图1所示。探测光程 结束于探测器820，在该处可探测到来自样板的发射能量，从而完成对此处描述的系统的测 定。可选地，探测器是CXD照相机。图3示出样板上方的光学系统的俯视图。在图3中，光学系统包括2个此处描述 的LED阵列1302，其可通过引导能量通过多功能镜1202同时或顺序地激发热块内的样本。 来自样块1306上的样板的发射向后穿过多功能镜1202，并从多功能镜1202穿过探测光学 器件到达探测器1310。如上所述，探测器1310位于同一平面内并如LED阵列1302那样附 接至同样的样板。如图1-3所示以及此处所述，在特别的实施方式中，提供了这样一种系统，其包括 相对于热组件位于固定位置的光学组件，所述热组件被配置以支承包括一个或多个阱的 样板，其中所述光学组件包括(i)同一平面内的至少一个激发光程和至少一个探测光程； ( )位于所述激发光程内的至少一个激发源组件，其中所述激发源组件包括对应于所述样 板上每个阱的一个发光二极管(LED) ；(iii)多功能镜，所述多功能镜在所述激发光程中被 定位成将激发能量从每个发光二极管引导到所述样板上对应的阱，其中所述多功能镜进一 步在所述探测光程中被定位成将荧光从所述样板引导到探测器；(iv)探测器，所述探测器 在所述探测光程中被定位成探测从所述多功能镜引导而来的所述荧光；以及(ν)发射滤波 器滑座，位于所述多功能镜和所述探测器之间的探测光程中，其中所述发射滤波器滑座包 括至少一个发射滤波器。可选地，激发光程包括两个激发源组件和两组激发光学器件。如 图1和2所示，激发源组件和激发光学器件可在激发光程中如下定位第一激发源组件，第 一组激发光学器件，多功能镜，第二组激发光学器件和第二激发源组件。因此，例如，一个激 发源组件和一组激发光学器件可位于多功能镜的一侧，而另一个激发源组件和另一组激发 光学器件可位于多功能镜的另一侧。可选地，每组激发光学器件包括激发滤波器和两个透 镜。激发滤波器可位于两个透镜之间。如图1和2所示，每个激发源组件包括LED背板，包 括LED的LED阵列安装在背板上。激发源组件也可包括小透镜阵列，该阵列包括对应于LED 阵列中的每个LED的小透镜，其中小透镜阵列被定位成将激发能量从LED阵列上的LED传 导到多功能镜。激发源组件可进一步包括放置用于冷却LED背板的激发源冷却入口。在具 有两个激发源组件的系统中，一个激发源组件包括发射蓝色激发能量的LED阵列，而另一 个激发源组件包括发射绿色激发能量的LED阵列。[0019]如此处所述以及如图4所示，系统中的光学组件1901安装在热组件1902上方，热 组件1902容纳包括样板的热块。可选地，热组件进一步包括散热器。系统可包括放置用于 围绕光学组件移动的可移动的盖1906。可移动的盖1906包括配置用于配合样板的加热 盖1904。因此，当样板在装置内时为了接近样板，包括用于样板的加热盖1904的可移动的 盖1906可定位成在不移动光学组件1901或热组件1902的情况下进行移动从而接近样板。 加热盖1904可通过弹簧或其它材料附接至可移动的盖1906使得当可移动的盖1906关闭 时，加热盖1904压紧热块从而改善热接触。加热盖1904可包括孔阵列，穿过该孔阵列与样 板的阱对准。每个孔具有约与阱的顶端直径相同的直径。可选地，可移动的盖1906包括盖 加压板，其连接热组件上的加压板以提供连接加热盖和样品架的压力。图5示出热块2402 和此处描述的系统的加压板M04。所提供的系统中的热块或加热块可包括液体组合物从而在样板内的样本上提供 均勻的样本温度。液体组合物允许比固体金属加热块更快速的加热和冷却周期。可选地，控制组件操作地连接到所提供的系统。这样的控制组件，例如包括可编程 计算机，其包括计算机可执行的逻辑，运行以操作所提供的系统的任何方面。例如，控制组 件可打开/关闭或开动马达、风机、调节电路、连续流装置和光学组件。控制组件可被编程 以自动处理样本、运行多个PCR循环、获得测量结果、将测量结果数字化为数据、将数据转 换为图表/图形和报告。
权利要求1.一种系统，包括相对于热组件位于固定位置的光学组件，所述热组件被配置以支承 包括一个或多个阱的样板，其特征在于，所述光学组件包括(a)同一平面内的至少一个激发光程和至少一个探测光程；(b)位于所述激发光程内的至少一个激发源组件，其中所述激发源组件包括对应于所 述样板上每个阱的一个发光二极管；(c)多功能镜，所述多功能镜在所述激发光程中被定位成将激发能量从每个发光二极 管引导到所述样板上对应的阱，其中所述多功能镜进一步在所述探测光程中被定位成将荧 光从所述样板引导到探测器；(d)探测器，所述探测器在所述探测光程中被定位成探测从所述多功能镜引导而来的 所述荧光；以及(e)发射滤波器滑座，位于所述多功能镜和所述探测器之间的探测光程中，其中所述发 射滤波器滑座包括至少一个发射滤波器。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激发源组件包括发光二极管背板，包括 发光二极管的发光二极管阵列安装在所述背板上。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述激发源组件进一步包括小透镜阵列，所 述小透镜阵列包括对应于所述发光二极管阵列中的每个发光二极管的小透镜，其中所述小 透镜阵列被定位成将来自所述发光二极管阵列上的发光二极管的激发能量传导到所述多 功能镜。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述激发源组件进一步包括放置用于冷却 所述发光二极管背板的激发源冷却入口。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激发光程包括两个激发源组件和两组 激发光学器件。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述激发源组件和激发光学器件在所述激 发光程中如下定位第一激发源组件，第一组激发光学器件，所述多功能镜，第二组激发光 学器件和第二激发源组件。
7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，在所述激发光程中，一个激发源组件和一组 激发光学器件位于所述多功能镜的一侧，而另一个激发源组件和另一组激发光学器件位于 所述多功能镜的另一侧。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述激发光学器件位于所述激发源组件和 所述多功能镜之间。
9.如权利要求5-8中任一项所述的系统，其特征在于，每一组激发光学器件包括激发 滤波器和两个透镜。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述激发滤波器位于两个所述透镜之间。
11.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述激发源组件包括发光二极管背板，包 括发光二极管的发光二极管阵列安装在所述背板上。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述激发源组件进一步包括小透镜阵列， 所述小透镜阵列包括对应于所述发光二极管阵列中的每个发光二极管的小透镜，其中所述 小透镜阵列被定位成将来自所述发光二极管阵列上的发光二极管的激发能量传导到所述 多功能镜。
13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述激发源组件进一步包括放置用于冷 却所述发光二极管背板的激发源冷却入口。
14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，一个发光二极管阵列发射蓝色激发能量 而另一个发光二极管阵列发射绿色激发能量。
15.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述发射滤波器滑座包括四个发射滤波。
16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，每个发射滤波器过滤不同的波长。
17.如权利要求15所述的系统，其特征在于，进一步包括用于移动所述发射滤波器滑 座的发射滤波器马达。
18.如权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括至少一个位于所述发射滤波器 滑座和探测器之间的探测透镜组件。
19.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述探测器是CCD照相机。
20.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括放置用于围绕所述光 学组件移动的可移动的盖，所述可移动的盖包括配置用于配合所述样板的加热盖。
21.如权利要求20所述的系统，其特征在于，所述可移动的盖被定位成在无需移动所 述光学组件或所述热组件的情况下接近所述样板。
22.如权利要求20所述的系统，其特征在于，所述加热盖通过弹簧附接至所述可移动 的盖。
23.如权利要求20所述的系统，其特征在于，所述加热盖包括与所述样板的阱对准的 孔阵列。
24.如权利要求23所述的系统，其特征在于，每个孔具有大约与所述阱的顶端直径相 同的直径。
25.如权利要求20所述的系统，其特征在于，所述可移动的盖进一步包括盖加压板，所 述热组件进一步包括加压板，其中所述盖加压板放置用于连接所述热组件上的加压板。
26.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热组件进一步包括散热器。
27.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热组件包括热块，所述热块包括所述 样板。
28.如权利要求27所述的系统，其特征在于，所述热块包括液体组合物。
29.如权利要求1所述的系统，其特征在于，至少一个发光二极管的时间占空因子被调 整以实现两个或多个阱的名义上相似地曝光。
专利摘要此处提供了一种包括相对于热组件位于固定位置的光学组件的系统，其中热组件被配置以支承包括一个或多个阱的样板。
文档编号G01N21/01GK201837588SQ20102026769
公开日2011年5月18日 申请日期2010年7月22日 优先权日2009年9月9日
发明者凯文·戴利·希蒙斯, 大卫·特蕾西, 艾德里安·法斯特 申请人:海利克斯公司