BRPI0711773A2 - aparelho de formação de imagens para obter uma imagem espacial combinada de temperatura e luminescência de um objeto associado, sistema de detecção biológico, e, método para obter uma imagem especial combinada de temperatura e luminescência de um objeto - Google Patents

Abstract

APARELHO DE FORMAçãO DE IMAGENS PARA OBTER UMA IMAGEM ESPACIAL COMBINADA DE TEMPERATURA E LUMINESCêNCIA DE UM OBJETO ASSOCIADO, SISTEMA DE DETECçãO BIOLóGICO, E, MéTODO PARA OBTER UMA IMAGEM ESPACIAL COMBINADA DE TEMPERATURA E LUMINESCENCIA DE UM OBJETO. é descrito um aparelho de formação de imagens para formação espacial de imagens combinada de temperatura e luminescência de um objeto (1), tal como um bio-arranjo para detecção de moléculas biológicas. A luz (5) é separada em um primeiro (10) e um segundo (20) trajeto óptico, onde o primeiro trajeto óptico (10) guia infravermelho (IR), e o segundo trajeto óptico (20) guia luz de luminescência, preferivelmente luz de fluorescência, a partir do objeto (1). Meio de intensificação de imagem (30) converte luz de infravermelho (1 Ga) no primeiro trajeto óptico em luz intensificada (10b), preferivelmente luzo visível. Meios de foto detecção (100) são arranjados para formação de imagens espaciais do objeto (1), os meios de foto detecção sendo arranjados para receber alternativamente luz do primeiro (10) e do segundo (20) trajeto óptico. Meios de processamento (200) são capazes de combinar uma imagem de temperatura (11) com uma imagem de luminescência (21) de modo a obter uma imagem combinada (25) do objeto, com uma correspondência espacial direta entre as duas imagens. Para bio-arranjos isto provê muitas vantagens em relação a formação de imagens combinada de um arranjo, onde numerosas moléculas de sonda estão localizadas.

Description

"APARELHO DE FORMAÇÃO DE IMAGENS PARA OBTER UMA IMAGEM ESPACIAL COMBINADA DE TEMPERATURA E LUMINESCÊNCIA DE UM OBJETO ASSOCIADO, SISTEMA DE DETECÇÃO BIOLÓGICO, E, MÉTODO PARA OBTER UMA IMAGEM ESPACIAL COMBINADA DE TEMPERATURA E LUMINESCÊNCIA DE UM OBJETO"

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção relaciona-se a um aparelho de formação de imagens para formação espacial de imagens combinada de temperatura e luminescência de um objeto, tal como um bio-arranjo para detecção de moléculas biológicas. A invenção também se relaciona a um sistema de detecção biológico compreendendo um aparelho de formação de imagens de acordo com a invenção, a presente invenção relaciona-se adicionalmente a um método para formação espacial de imagens combinada de temperatura e luminescência.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Métodos de detecção de moléculas biológicas particulares tais como ácidos nucléicos são múltiplos e muitas abordagens diferentes estão presentemente disponíveis a um especialista na técnica. A detecção de ácidos nucléicos específicos ou grupos de ácidos nucléicos tem uma faixa de aplicações praticas importantes, incluindo identificação de gene para fins de diagnóstico.

Em geral, a detecção de espécimes biológicos (o "alvo") tais como polinucleotídeos, DNA, RNA, células e anticorpos pode ser efetuado especificamente em um assim chamado bio-arranjo (ou micro-arranjo) onde moléculas de sonda correspondentes são anexadas em vários locais do arranjo de teste. Exemplos de sondas-alvo são DNA/RNA-oligonucleotídeo, anticorpo-antígeno, célula-anticorpo/proteína, hormônio hormônio-receptor, etc. Quando o alvo está vinculado ou hibridizado a uma molécula de sonda correspondente, a detecção da biomolécula alvo pode ser efetuada por uma variedade de métodos ópticos, eletrônicos e mesmo micromecânicos, ver por exemplo Patente U.S. No. 5.846.708. Tais bio-arranjos são agora comumente aplicados na área de bioquímica.

Um parâmetro importante para a vinculação ou hibridização entre o alvo e a molécula de sonda é a temperatura local do bio-arranjo.

Primeiramente, se a molécula alvo é um ácido nucléico bipartido, um assim chamado processo de desnaturação separando as duas partições opostas pode ser necessário. A desnaturação pode, por exemplo, ser obtida elevando a temperatura da amostra contendo a molécula alvo.

Em segundo lugar, muitas biomoléculas relevantes apresentam um certo grau de vinculação ou hibridização não específica que por sua vez limita a especificidade dos ensaios executados usando o bio-arranjo. Isto pode ser evitado ou reduzido ajustando a temperatura local o bio-arranjo logo abaixo da temperatura de fusão de uma molécula alvo específica, no sentido de discriminar moléculas não alvo.

Em terceiro lugar, o próprio processo de hibridização é controlado vinculando cinética que é tipicamente altamente dependente da temperatura. A interpretação correta da hibridização, em particular a avaliação quantitativa de tais vinculações, requer portanto, controle preciso da temperatura do bio-arranjo.

Por estas e outras razões, uma medição precisa e rápida da temperatura é altamente importante em um bio-arranjo. Entretanto, medições de temperatura no bio-arranjo freqüentemente proverão informação suficiente sobre os processos de vinculação, embora alguns eventos de vinculação possam envolver calor e por sua vez elevar a temperatura local do bio-arranjo. Ver por exemplo pedido de patente US 2004/0180369, onde a termografia de infravermelho é aplicada em combinação com plasmas de superfície em nano partículas anexadas a moléculas alvo. Uma técnica comumente usada para detecção de vinculação molecular em bio-arranjos é a detecção óptica de sondas rotuladas fluorescentes, também conhecidas como um "rótulo". Em geral, um rótulo pode ser qualquer agente que seja detectável com respeito a sua distribuição física ou a intensidade do sinal de saída que proporciona. Agentes fluorescentes são amplamente usados, porém alternativas que incluem agentes fosforescentes, agentes eletroluminescentes, agentes quimioluminescentes, agentes bioluminescentes, etc.

Tipicamente, para aplicações de análise de seqüência de DNA, um corante fluorescente específico base é vinculado de modo covalente ao iniciador de oligonucleotídeo ou aos dideoxinucleotideos usados em conjunto com polimerase de DNA. O corante é excitado pela luz incidente de um comprimento de onda apropriado e subseqüentemente a emissão de luz fluorescente é observada para monitorar os receptores rotulados fluorescentes. Moldes tais como por exemplo brometo de etídio podem adicionalmente apresentar um aumento significativo de fluorescente quando presentes em DNA ou RNA duplexados. Então, tais corantes podem ser usados para indicar hibridização do bio-arranjo.

Entretanto, a imagem óptica provida pelo método de fluorescência acima mencionado tem a desvantagem de que é difícil combinar uma imagem de fluorescência com dados de temperatura relevantes providos, por exemplo, por termografia de infravermelho ou outras espécies de formação de imagens de temperatura como o problema de correlação. Tipicamente, isto é feito coincidindo imagens das duas fontes, o que pode conduzir a coincidência incorreta, considerando a escala micrométrica de resolução para algumas imagens de fluorescência e/ou temperatura, e devido ao fato de que freqüentemente a imagem de temperatura não possui componentes de fluorescência, e vice-versa, que a imagem do objeto contenha nenhuma ou informação muito limitada relacionada à temperatura do objeto. Daí, um aparelho de formação de imagem de luminescência e temperatura melhorada seria vantajoso, e em particular um aparelho de formação de imagens mais eficiente e/ou confiável seria vantajoso.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Conseqüentemente, a invenção preferivelmente busca mitigar, aliviar ou eliminar uma ou mais das desvantagens acima mencionadas, isoladamente ou em qualquer combinação. Em particular, pode ser visto como um objetivo da presente invenção prover um aparelho de formação de imagens que resolva os problemas acima mencionados da técnica anterior com formação de imagens combinada de temperatura e luminescência de um objeto.

Este objetivo e vários outros objetivos são obtidos em um primeiro aspecto da invenção, provendo um aparelho de formação de imagens para obter uma imagem espacial combinada de temperatura e luminescência de um objeto associado, o aparelho compreendendo:

- meio de separação óptica para separar luz recebida do objeto em um primeiro e segundo trajeto óptico, citado primeiro trajeto óptico arranjado para guiar porções de infravermelho (IR) da luz recebida do objeto, segundo trajeto óptico sendo arranjado para guiar porções de luminescência da luz recebida do objeto,

- meio de intensificação de imagem capaz de converter porções de luz de infravermelho da luz no primeiro trajeto óptico em luz intensificada,

- meio de foto-detecção arranjado para formação de imagens espaciais do objeto, citado meio de foto-detecção sendo arranjado para receber alternativamente luz do primeiro e do segundo trajeto óptico, e

- meio de processamento operavelmente conectado ao meio de foto-detecção, citado meio de processamento sendo adaptado para obter uma imagem de temperatura espacial do objeto, a partir da luz intensificada do primeiro trajeto óptico, citado meio de processamento sendo adicionalmente adaptado para combinar espacialmente pelo menos parcialmente a citada imagem de temperatura com uma imagem de luminescência do objeto, obtida a partir do segundo trajeto óptico, de modo a obter uma imagem combinada do objeto.

A invenção é particularmente, porém não exclusivamente, vantajosa para prover um aparelho mais simplificado, devido ao fato de que a imagem de temperatura e imagens de luminescência do objeto são obteníveis a partir do mesmo meio de foto-detecção. Isto por sua vez reduz o custo de um aparelho de formação de imagens de acordo com a presente invenção.

Adicionalmente, a presente invenção pode facilitar possibilidades até então não previstas para combinação de imagens de temperatura com imagens de luminescência correspondentes do mesmo objeto. Particularmente, para bio-arranjos isto provê muitas vantagens em relação à formação de imagens combinada de um arranjo, onde numerosas moléculas de sondas estão localizadas.

Se a resolução de tais imagens está na ordem de micrometros ou menos, pode ser algo que consuma tempo e/ou aborrecido combinar ou coincidir tais imagens manualmente ou mesmo com computadores. Isto é entretanto, evitado com a presente invenção.

No contexto da presente invenção, o termo "luz de infravermelho (IR)" deve ser entendido em um sentido amplo como a porção do espectro eletromagnético a partir da extremidade vermelha da faixa de luz visível até a região de microondas. Então, a porção de infravermelho da luz pode ser definida como a faixa de comprimento de onda de 0,65-1500 micrometros (my), preferivelmente 0,70-1200 micrometros, e mais preferivelmente 0,75-1000 micrometros. Em particular, a porção de infravermelho da luz pode ser definida como a luz tendo um comprimento de onda superior de 1000, 1200 ou 1500 micrometros. Alternativamente, a porção de infravermelho da luz pode ser definida como a luz possuindo um comprimento de onda inferior de 0,65, 0,70 ou 0,75 micrometros. Para medições de temperatura em particular, intervalos de comprimento de onda relevantes podem ser de 1-30 micrometros, 2-20 micrometros e 3-10 micrometros.

Preferivelmente, citada imagem combinada do objeto pode compreender ambos dados de luminescência e dados de temperatura sobre o objeto, se os dados de qualquer dos dois tipos não tiverem sido descartados como resultado, por exemplo, da análise dos citados dados.

A porção de luminescência da luz recebida do objeto compreende luz que pode ser selecionada do grupo consistindo de fotoluminescência, eletroluminescência, quimioluminescência e bioluminescência. Em particular, a porção de fotoluminescência da luz recebida pode ser fluorescência ou fosforescência.

No contexto da presente invenção, o termo "fluorescência" deve ser entendido no sentido amplo como a luz emitida resultante de um processo onde a luz foi absorvida a um certo comprimento de onda por uma molécula ou átomo, e subseqüentemente emitida a um comprimento de onda mais longo após um tempo curto conhecido como o tempo de vida de fluorescência da molécula/átomo em questão. A luz emitida é freqüentemente, mas não precisa ser limitada ao espectro de luz visível (VIS), espectro ultravioleta (UV), e o espectro infravermelho (IR).

Um tipo especial de deslocamento anti-Stokes de luz fluorescente pode também ser mencionado. Esta espécie de fluorescência tem um comprimento de onda emitido mais curto (isto é, energia mais alta) do que o comprimento de onda absorvido, devido ao acoplamento com vibrações da molécula emissora.

A luz fosforosa difere da luminescentes fluorescente por um tempo de vida de fluorescência relativamente longo da ordem de milissegundos a centenas de segundos. Isto é, magnitudes acima do tempo de vida de fluorescência estando na ordem de nano-segundos a centenas de nano- segundos. O tempo de vida curto é um resultado da transição de energia direta no diagrama de energia de Jablonski e as regras de seleção governando tais transações de energia na molécula/átomo.

A presente invenção pode encontrar aplicação em realizações onde uma reação química resulta em luminescência direta, isto é, quimioluminescência. Então, pode não haver absorção prévia da luz. Especificamente, a reação química pode ser catalisada por uma enzima e conseqüentemente a luminescência é conhecida como bioluminescência.

Beneficamente, o meio de foto-detecção pode ser uma única entidade de foto-detecção de modo a prover uma correspondência espacial direta entre a imagem de temperatura e a imagem de luminescência obtida a partir do objeto. Então, o meio de foto-detecção pode vantajosamente ser um dispositivo acoplado de carga única (CCD). Outras alternativas podem incluir arranjos de infravermelho sensíveis ao calor de silicato de platina e silicato de irídio, mas em geral, qualquer espécie de fotocondutor, fotodiodo e fotodiodo de avalanche podem ser aplicados.

Em uma realização da invenção, o meio de separação óptica pode compreender um espelho deslocável, possivelmente mais espelhos deslocáveis. Os espelhos podem ser espelhos deslocáveis rotativos e espelhos deslocáveis linearmente, e qualquer combinação destes.

Preferivelmente, um espelho deslocável pode ser deslocável para uma primeira posição para guiar a luz recebida do objeto no primeiro trajeto óptico, e uma segunda posição para guiar a luz recebida do objeto no segundo trajeto óptico. Então, o aparelho pode ser operado comutando entre uma primeira e segunda posição para obter a imagem de temperatura e a imagem de luminescência.

Em uma outra realização, o meio de separação óptica pode compreender pelo menos um componente óptico capaz de dividir a luz recebida do objeto em uma porção infravermelho (IR) e uma porção de luminescência, e redirecionar as duas porções para o primeiro e segundo trajeto óptico, respectivamente. O componente pode ser constituídos de componentes ópticos tais como prismas, retículas, espelhos dicromáticos, etc.

O meio de intensificação de imagem pode ser capaz de converter descendentemente a luz de comprimento de onda infravermelho (IR), isto é, aumentar a energia da luz. Preferivelmente, o meio de intensificação de imagem pode ser capaz de converter a luz de infravermelho (IR) em luz visível (VIS), pois a luz visível é opticamente mais fácil de detectar que a luz IR.

Em uma realização, o primeiro trajeto óptico pode compreender um ou mais filtros de passa banda de modo a habilitar a medição da temperatura local no objeto. Isto pode ser feito conhecendo, estimando ou medindo a emissividade do objeto e então medindo a radiação a um comprimento de onda através do citado filtro. Alguns intervalos de faixa de passa banda relevantes podem incluir 1-12 micrometros, preferivelmente 1-11 micrometros ou mais preferivelmente 3-7 micrometros.

Em uma realização alternativa, o primeiro trajeto óptico pode compreender pelo menos um primeiro e um segundo filtro de passa banda óptico, onde citados primeiro e segundo filtros de passa banda possuem faixas de passa banda diferentes.

Preferivelmente, uma imagem espacial de temperatura pode ser obtida combinando dados obtidos da luz tendo passado pelo citado primeiro filtro de passa banda óptico com dados obtidos da luz tendo passado pelo citado segundo filtro de passa banda óptico. Preferivelmente, o primeiro e segundo filtros de passa banda ópticos não possuem faixas de passa banda superpostas de modo a facilitar uma abordagem de dois comprimentos de onda para obter uma imagem de temperatura do objeto. Preferivelmente, o objeto para formação de imagens combinada pode ser um bio-arranjo. Preferivelmente, o bio-arranjo pode ser arranjado para análise de alvos biológicos tais como polinucleotídeos, DNA, RNA, células e anticorpos. Tipicamente, o bio-arranjo pode compreender diversos focos, onde moléculas de sonda são imobilizadas. Neste contexto, um foco deve ser entendido como um área tendo uma certa extensão. O foco pode ainda ter uma configuração tridimensional se o arranjo tiver uma superfície não planar. No último caso, uma área projetada pode ser definida ao se referir por exemplo a densidade de foco no arranjo. O bio-arranjo pode compreender uma placa fina de silício, uma placa de vidro ou uma membrana porosa.

Em um segundo aspecto, a presente invenção relaciona-se a um sistema de detecção biológico para detectar a presença e opcionalmente quantidade, de um ou mais alvos biológicos, onde o sistema compreende um aparelho de formação de imagens de acordo com o primeiro aspecto da invenção. O sistema pode detectar alvos que incluam, porém não estão limitados a polinucleotídeos, DNA, RNA, células e anticorpos. Sistema de detecção biológicos são freqüentemente altamente complicados e a presente invenção é vantajosa em prover um sistema de detecção biológico simplificado devido a análise mais fácil e/ou mais rápida de dados obtida pela presente invenção.

Em um terceiro aspecto, a presente invenção relaciona-se a um método para obter uma imagem espacial combinada de temperatura e luminescência de um objeto, o método compreendendo as etapas de:

- separar luz recebida do objeto em um primeiro e segundo trajeto óptico, citado primeiro trajeto óptico arranjado para guiar porções de infravermelho (IR) da luz recebida do objeto, citado segundo trajeto óptico sendo arranjado para guiar porções de luminescência da luz recebida do objeto, - converter porções de luz de infravermelho da luz no primeiro trajeto óptico em luz intensificada, pelo meio de intensificação de imagem,

- prover meio de foto-detecção arranjado para formação de imagens espaciais do objeto, citado meio de foto-detecção sendo arranjado para receber alternativamente luz do primeiro e do segundo trajeto óptico,

- prover meio de processamento operavelmente conectado ao meio de foto-detecção, citado meio de processamento sendo adaptado para obter uma imagem de temperatura espacial do objeto, a partir da luz intensificada do primeiro trajeto óptico, e

- combinar, pelo menos parcialmente, citada imagem de temperatura com uma imagem de luminescência do objeto, obtida a partir do segundo trajeto óptico, de modo a obter uma imagem combinada do objeto.

O primeiro, segundo e terceiro aspectos da presente invenção podem ser cada um combinados com qualquer dos outros aspectos. Estes e outros aspectos da invenção serão aparentes e elucidados com referência às realizações posteriormente descritas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A presente invenção será agora explicada, somente a título de exemplo, com referência às figuras que a acompanham, onde

Figura 1 é um desenho esquemático do aparelho de formação de imagens de acordo com a presente invenção,

Figura 2 é um fluxograma da luz, luz processada e imagens resultantes desta,

Figura 3 é um diagrama de como a imagem de temperatura é combinada com uma imagem de luminescência,

Figura 4 é um desenho esquemático de uma realização com espelhos deslocáveis,

Figura 5 é um desenho esquemático de uma realização com um componente óptico para separar o primeiro e segundo trajeto óptico, Figura 6 é um exemplo de uma imagem de fluorescência obtida a partir de um bio-arranjo,

Figura 7 é um gráfico da intensidade diferencial versus temperatura absoluta, e

Figura 8 é um fluxograma de um método de acordo com a invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE UMA REALIZAÇÃO

Figura 1 é um desenho esquemático e simplificado do aparelho de formação de imagens para obter uma formação espacial de imagens combinada de temperatura e luminescência de um objeto associado, de acordo com a presente invenção. O objeto 1 está situado na parte inferior da Figura 1 e emite luz 5 que é recebida pelo meio de separação óptica 3. O meio de separação óptica 3 é arranjado para separar a luz 5 recebida do objeto 1 em um primeiro trajeto óptico 10 (à esquerda na Figura 1) e um segundo trajeto óptico 20 (à esquerda na Figura 1). O primeiro trajeto óptico 10 é arranjado para guiar porções infravermelho (IR) da luz recebida 5 a partir do objeto 1, ao passo que o segundo trajeto óptico 20 é arranjado para guiar porções de luminescência da luz recebida 5 a partir do objeto 1.

Dentro do primeiro trajeto óptico 10 são posicionados meios de intensificação de imagem 30. Os meios de intensificação de imagem 30 são capazes de converter porções de luz de infravermelho (IR) 10a da luz do primeiro trajeto óptico 10 em luz intensificada 10b.

Um intensificador de imagem 30 que serve como um subconversor de comprimento de onda, traduzindo luz de infravermelho em luz que pode ser detectada, por exemplo, por uma câmera CCD dedicada é descrito em J. Wilson, e J. F. B. Hawkes, "Optoelectronics: An introduction", Prentice-Hall, 2a edição, 1989. Uma possível configuração compreende um foto catodo que converte a radiação infravermelho em elétrons, uma tela de fósforo (que também atua como anodo) que converte os elétrons gerados em radiação visível, e um ou mais elementos de focalização eletrostática que asseguram que elétrons liberados de um certo foco no foto catodo estão focalizados em um foco correspondente no foto catodo. Finalmente, uma diferença de potencial entre o foto catodo e o anodo/tela de fósforo é aplicada no sentido de acelerar os elétrons da direção da tela de fósforo.

Ainda mais, o aparelho de formação de imagens de acordo com a invenção compreende meios de foto detecção 100 arranjado para formação de imagens espaciais do objeto. Os meios de foto detecção 100 são mais especificamente arranjados para receber alternadamente luz do primeiro trajeto óptico 10 e do segundo trajeto óptico 20. Então, qualquer luz é recebida do primeiro trajeto óptico 10 ou do segundo trajeto óptico 20. Isto é indicado esquematicamente pela linha tracejada 99 bloqueando, conforme mostrado na Figura 1, o segundo trajeto óptico 20 e permitindo que a luz 10b do primeiro trajeto óptico 10 passe. Similarmente, os meios de foto detecção 100 podem ser comutados para uma outra configuração, de tal modo que é permitido que o segundo trajeto óptico 20 passe pelos meios de foto detecção 100 e o primeiro trajeto óptico 10 seja bloqueado em relação aos meios de foto detecção 100. Isto é ilustrado pela seta dupla 98 próximo à linha tracejada 99.

O aparelho de formação de imagens de acordo com a invenção compreende meio de processamento 200 operavelmente conectados ao meios de foto detecção 100. O meio de processamento 200 é adaptado para obter uma imagem de temperatura espacial 11 do objeto 1, a partir da luz intensificada 10b do primeiro trajeto óptico 10. O meio de processamento 200 é adicionalmente adaptado para combinar espacialmente, pelo menos parcialmente, citada imagem de temperatura 11 com uma imagem de luminescência 21 do objeto 1, obtida do segundo trajeto óptico 20. A imagem combinada (não mostrada na Figura 1) pode ser exibida em uma tela apropriada 300 conectada ao meio de processamento 200. Figura 2 é um fluxograma da luz 5 emitida a partir do objeto 1, luz processada 10 e 20 e imagens resultantes 11, 21 e 25 desta. O objeto 1 emite luz 5 que é separada em dois trajetos 10 e 20. O primeiro trajeto óptico 10 compreende uma porção de infravermelho 10a que é processada pelos meios de intensificação de imagem 30 (não mostrada na Figura 2) em luz intensificada 10b que é adicionalmente processada pelos meios de foto detecção e meio de processamento (nenhum deles é mostrado na Figura 2) em uma imagem de temperatura espacial 11 do objeto 1. No segundo trajeto óptico 20, a porção de luz de luminescência da luz 5 recebida do objeto 1 é guiada para o meio de foto detecção de modo a obter uma imagem de luminescência espacial 21 do objeto 1. Finalmente, a imagem de temperatura espacial 11 do objeto 1 ea imagem fluorescente espacial 21 do objeto 1 são combinadas em uma imagem 25.

Figura 3 mostra um diagrama de como uma imagem de temperatura 11 e uma imagem de luminescência 21 são combinadas em uma realização da presente invenção. As duas imagens 11 e 21 são combinadas em uma nova imagem 25 contendo informação de ambas imagens 11 e 21. Isto pode ser feito de muitos modos diferentes como será prontamente verificado pelo especialista na técnica de análise de imagem.

Na realização mostrada na Figura 3, as imagens 11, 21 e 25 são ilustradas por arranjos bidimensionais de pixéis. Para cada imagem 11,21 ou 25, pixéis identicamente posicionados no arranjo compreendem informação P_11, P_21 ou P_25, respectivamente, originada da mesma posição espacial do objeto 1. Isto é possível porque os meios de foto detecção 100 recebem alternativamente luz do primeiro trajeto óptico 10 e só segundo trajeto óptico 20, habilitando correspondência espacial inerente entre as imagens 11 e 21 obtidas do objeto 1. E desnecessário dizer que isto requer naturalmente alinhamento óptico apropriado do primeiro trajeto óptico 10 e do segundo trajeto óptico 20 em relação ao objeto 1 e aos meios de foto Figura 4 é um desenho esquemático de uma realização do aparelho de formação de imagens com espelhos deslocáveis 9. Os espelhos deslocáveis 9a e 9b são deslocáveis para uma primeira posição mostrada na Figura 4B para guiar a luz recebida o objeto 1 no primeiro trajeto óptico 10, e uma segunda posição mostrada na Figura 4A para permitir a luz 5 recebida do objeto 1 no segundo trajeto óptico 20.

Na Figura 4A, a luz 5 a partir do objeto 1 é colimada por uma lente apropriada 2a. Similarmente, no segundo trajeto óptico 20, a luz é focalizada por uma lente de focalização 2b assegurando a formação de imagens correta do objeto 1. Medidas de otimização óptica bem conhecidas, tais como focalização, colimação, alinhamento, etc. podem ser implementadas no aparelho de formação de imagens. Espelhos 6 e 9, filtro de passa banda (BPF) 40, lente 8 e meios de intensificação de imagem 30 são mostrados na Figura 4A, porém não estão ativos nesta configuração pois os espelhos deslocáveis 9 estão dispostos em uma posição não ativa com respeito à luz 5 recebida do objeto 1.

Na Figura 4B, o par de espelhos deslocáveis 9a e 9b é deslocado para uma posição onde a luz 5 recebida do objeto 1 incide no espelho 9a. Os espelhos 9a e 9b podem ser dispostos rotativamente a partir da posição mostrada na Figura 4A até a posição mostrada na Figura 4B. Alternativamente, os espelhos 9a e 9b podem ser dispostos linearmente, e possivelmente uma combinação de translação linear e rotacional pode ser assegurada. O período entre as duas posições de espelhos mostradas na Figura 4A e na Figura 4B podem depender da resolução desejada e/ou precisão das imagens obtidas. O período citado é tipicamente da ordem de segundos (por exemplo, 2, 4, 6 segundos) porém períodos mais longos e mais curtos podem também ser implementados em um aparelho de formação de imagens de acordo com a presente invenção.

A luz 5 refletida do espelho 9a é guiada para um filtro de passa detecção 100. Deste modo, a presente invenção, de uma maneira fácil e direta, facilita que dados de temperatura e luminescência sejam analisados e/ou apresentados. Para implementação prática, os arranjos de pixéis poderiam ser constituídos pelos pixéis de uma CCD, e conseqüentemente o número de pixéis pode ser da ordem de milhões ou mesmo mais alto. O objeto 1 para formação de imagens pode ser um bio-arranjo tendo dimensões de 1,5, 20, 50 ou 100 micrometros, ou alternativamente mais altas: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 10 mm. O número de focos diferentes com características de hibridização distintas em tal bio-arranjo pode variar em torno de 10 a 1000 por mm em arranjos correntes, e mesmo mais alto, por exemplo, até 10000 ou 100000 focos por mm . Dentro de um foco no arranjo, moléculas de sonda idênticas são imobilizadas. A densidade de molécula de sonda dentro de um foco pode estar no intervalo de 10 a 10^(+10)/(micrometros)2 , preferivelmente 10Λ(+3) a 10^(+8)/(micrometros)2 ou mais preferivelmente 10^(+5) a 10^(+7)/(micrometros)2.

Em uma realização, níveis discriminativos podem ser configurados para a imagem combinada 25. Por exemplo, somente pixéis P_11 indicando que a temperatura local está acima de um certo nível associado a um evento específico de hibridização ou vinculação, podem ser transferidos para a imagem 25. Alternativamente ou adicionalmente, somente pixéis P_21 indicando que o nível de luminescência está acima de um certo nível correspondente a um evento específico de hibridização ou ligação podem ser transferidos para a imagem 25. Usar níveis discriminativos na combinação das duas imagens 11 e 21 pode resultar em descartar partes selecionadas de uma e/ou ambas imagens 11 e 21, e conseqüentemente a combinação das duas imagens pode ser entendida como parcialmente dentro do contexto da presente invenção. Similarmente, partes da imagem 11 ou 21 podem ser descartadas de antemão se nenhuma informação relevante é esperada destas partes de uma imagem. banda óptico (BPF) 40 permitindo que somente uma porção selecionada de luz de infravermelho (IR) IOa passe. A faixa de passa banda do filtro 40 poderia ser de 1-12 micrometros, preferivelmente 1-11 micrometros ou mais preferivelmente 3-7 micrometros. Em uma realização a ser adicionalmente explicada abaixo, dois intervalos de comprimento de onda são usados para determinar a temperatura. O filtro 40 pode então apresentar uma faixa de passa banda variável, ou alternativamente dois ou mais filtros podem ser intercambiavelmente posicionados no primeiro trajeto óptico 10. Filtros de passa banda ópticos (BPF) são bem conhecidos na técnica e podem incluir filtros (por exemplo, de cor ou interferência), monocromadores, interferômetros (por exemplo, etalons de Fabry-Perot).

Após passar o filtro 40, a luz de infravermelho 10a é guiada para os meios de intensificação de imagem 30 via espelho 7a e lente 8a. O meio de intensificação de imagem 30 é capaz de converter descendentemente o comprimento de onda da luz de infravermelho (IR) 10a. Preferivelmente, o meio de intensificação de imagem 30 é capaz de converter a luz de infravermelho (IR) em luz visível 10b. Ao sair do meio de intensificação de imagem 30, a luz 10b é colimada por uma lente 8b. Através dos espelhos 7b e 9b e através da lente 2b, a luz 10b é direcionada para os meios de foto detecção 100.

Figura 5 é um desenhos esquemático de uma outra realização do aparelho de formação de imagens com dois componentes ópticos lia e 11b, isto é, espelhos dicromáticos para separar o primeiro e segundo trajetos ópticos 10 e 20. A configuração óptica da Figura 5 é similar a configuração da Figura 4, mas ao invés de terem espelhos deslocáveis, os componentes ópticos 11 provêem a separação em um primeiro e segundo trajeto óptico 10 e 20, sem a necessidade de qualquer translação mecânica significativa do próprio componente óptico. Esta funcionalidade pode ser provida por uma faixa de componentes óptico, incluindo, porém não limitados a espelhos dicromáticos, retículas, prismas, hologramas, etc. Obturadores 50 são providos na realização da Figura 5 para assegurar que os meios de foto detecção 100 sejam alternadamente expostos à luz a partir do primeiro trajeto óptico 10 e do segundo trajeto óptico 20. Então, o obturador 50 no primeiro trajeto óptico 10 é aberto quando o obturador 50 no segundo trajeto óptico 20 é fechado, e vice-versa.

Figura 6 é um exemplo de imagem de fluorescência 21 obtida a partir de um bio-arranjo. Os diferentes focos são claramente visíveis, de tal modo que a identificação dos locais fluorescentes selecionados no arranjo é possível, e também diferenças relativas do nível de luz fluorescente emitidas são evidentes nesta imagem. Os focos são de aproximadamente 200 micrometros de diâmetro. Agentes ou rótulos fluorescentes têm obtido amplo uso para detecção de hibridização em bio-arranjos, devido a sua função confiável e condições de seguras de laboratório, se comparados, por exemplo, a marcação radioativa de moléculas biológicas. Grandes moléculas biológicas podem ser modificadas por um agente químico fluorescente tal como brometo de etídio. A fluorescência desta "marca" portanto provê uma detecção muito sensível da molécula desejada. Uma lâmpada apropriada funciona como fonte de excitação, por exemplo em UV.

Em um bio-arranjo típico, o número de eventos de vinculação por unidade de área é uma medida da concentração de moléculas alvo na solução de amostra de, por exemplo, uma amostra de sangue. Para a cinética de vinculação/hibridização, a temperatura é um parâmetro realmente importante. Controle preciso de temperatura pode aumentar a seletividade do evento de vinculação, e portanto aumentar a precisão de previsão da concentração da molécula alvo na amostra. Medição precisa e local da temperatura é, conseqüentemente, um parâmetro altamente importante para interpretação adequada do número de moléculas alvo em uma amostra de teste. A temperatura local do site de vinculação em um bio-arranjo poderia ser medida pela área de formação de imagens do bio-arranjo em uma câmera de infravermelho. Uma câmera de IR padrão mede intensidade de radiação integrada através de uma certa faixa de comprimento de onda. Uma aplicação de termografia IR para aquela finalidade na área de bio-arranjos pode ser encontrada no Pedido de Patente US 2004/0180369.

Embora esta abordagem proveja medições de temperatura relativa muito precisas dentro de uma imagem (tipicamente 0,05 C°) pode faltar em precisão nos valores absolutos de temperatura (tipicamente +/- 2 C° ou +/- 2% do valor). Este erro no valor da temperatura absoluta é principalmente determinado pela emissividade de um objeto e as perdas que ocorrem no sistema óptico de formação de imagens.

Seja Ιeff(λ1, λ2)=αΙ(λ1, λ2) a radiação total detectada pelos meios de foto detecção 100 na faixa de onda entre λ1 e λ2. α é um coeficiente que incorpora emissividade do objeto 1 e perdas no sistema de formação de imagens. Pode ser suposto que α não depende do comprimento de onda. Esta é uma aproximação comum, ver por exemplo EP 0 387 682, onde esta aproximadamente é utilizada.

Conseqüentemente, pode ser vantajoso detectar a energia de radiação de duas regiões ou intervalos de comprimento de onda. Tecnicamente, isto é feito medindo a energia com dois filtros de passa banda 40 diferentes.

Ieff1(λ1, λ2)-αΙ1(λ1, λ2)

Ιeff2(λ2, λ3)=αΙ2(λ2, λ3)

A partir destas duas imagens, a inclinação da curva de emissão, isto é, a intensidade diferencial em cada ponto da imagem 11, pode ser calculada:

<formula>formula see original document page 19</formula> Como é evidente, esta expressão não depende da emissividade do objeto 1 e das perdas no sistema óptico. Isto acarreta uma vantagem, pois este método não requer calibração para tipos diferentes de materiais com emissividades e perdas diferentes no sistema.

Figura 7 mostra a dependência da temperatura absoluta (graus Kelvin) da intensidade diferencial Idiff. Para λ], X2 e λ3 tem sido encontrados comprimentos de onda de 3 micrometros, 5 micrometros e 7 micrometros, respectivamente, para produzir uma resposta substancialmente linear na temperatura. Isto é evidente da Figura 7, onde a resposta de temperatura é substancialmente linear. Isto é também vantajoso em relação a alguns métodos convencionais, pois a calibração do sistema poderia ser efetuada somente por duas medições. Alternativamente, λ], X2 e λ3 podem ser ajustados para 2 micrometros, 4 micrometros e 6 micrometros, respectivamente, ou 4 micrometros, 6 micrometros e 8 micrometros, respectivamente. Ambas opções produzem uma resposta próxima ou substancialmente linear. A largura dos dois intervalos de comprimento de onda pode também ser ajustada para 0,5 micrometros, 1 micrometro ou 1,5 micrometros, dependendo do aparelho de formação de imagens de acordo com a presente invenção.

A sensibilidade de temperatura deste método diferencial é tre vezes mais baixa que o convencional. Assim, na mudança de temperatura de 0,1 grau, um sinal diferencial de 0,2*10Λ(-3) é obtido. Entretanto, isto está ainda acima do nível de ruído de uma câmera de imagem IR típica e poderia ser facilmente detectado. Também, o valor absoluto dos sinais medidos é aproximadamente cinco vezes mais baixo, significando que o tempo de integração deveria ser mais longo. Isto não é um problema pois a medição de temperatura poderia ser efetuada com baixa freqüência na maioria das aplicações de bio-arranjo.

Figura 8 é um fluxograma de um método de acordo com a invenção. O método para obter uma imagem espacial combinada de temperatura e luminescência 25 de um objeto 1 compreende as etapas de:

S1: separar luz 5 recebida do objeto 1 em um primeiro trajeto óptico IOe segundo trajeto óptico 20, citado primeiro trajeto óptico 10 sendo arranjado para guiar porções de infravermelho (IR) da luz recebida do objeto, citado segundo trajeto óptico 20 sendo arranjado para guiar porções de luminescência da luz recebida 5 do objeto 1,

S2: converter porções de luz de infravermelho 10a da luz no primeiro trajeto óptico em luz intensificada 10b pelo meio de intensificação de imagem 30,

S3: prover meios de foto detecção 100 arranjados para formação espacial de imagens do objeto 1, citados meios de foto detecção sendo arranjados para receber alternadamente luz do primeiro trajeto óptico e do segundo trajeto óptico 20,

S4: prover meio de processamento 200 operavelmente conectado aos meios de foto detecção 100, citado meio de processamento sendo adaptado para obter uma imagem de temperatura espacial 11 do objeto, a partir da luz intensificada 10b do primeiro trajeto óptico 10, e

S5: combinar, pelo menos parcialmente, citada imagem de temperatura espacial 11 com uma imagem de luminescência 21 do objeto 1 obtida a partir do segundo trajeto óptico 20, de modo a obter uma imagem combinada do objeto.

Embora a presente invenção tenha sido descrita em conexão com as realizações especificadas, não é destinada a ser limitada à forma específica relatada aqui. Ao invés disso, o escopo da presente invenção é limitado somente pelas reivindicações que a acompanham. Nas reivindicações, o termo "compreendendo" não exclui a presença de outros elementos ou etapas. Adicionalmente, embora características individuais possam ser incluídas em diferentes reivindicações, estas podem possivelmente ser vantajosamente combinadas, e a inclusão em diferente reivindicações não implica em que uma combinação de características não seja factível e/ou vantajosa. Em adição, referências no singular não excluem uma pluralidade. Então, referências a "um", "uma", "primeiro", "segundo", etc., não impede uma pluralidade. Adicionalmente, sinais de referência nas reivindicações não devem ser considerados como limitando o escopo.

Claims (18)

1. Aparelho de formação de imagens para obter uma imagem espacial combinada de temperatura e luminescência (25) de um objeto associado (1), caracterizado pelo fato de compreender: - meios de separação óptica (3, 9, 11) para separar luz (5) recebida do objeto em um primeiro (10) e um segundo (20) trajeto óptico, citado primeiro trajeto óptico (10) arranjado para guiar porções de infravermelho (IR) da luz recebida do objeto, citado segundo trajeto óptico (20) sendo arranjado para guiar porções de luminescência da luz recebida do objeto, - meio de intensificação de imagem (30) capaz de converter porções de luz de infravermelho da luz (10a) no primeiro trajeto óptico em luz intensificada (10b), - meio de foto-detecção (100) arranjado para formação de imagens espaciais do objeto (1), citado meio de foto-detecção sendo arranjado para receber alternativamente luz do primeiro (10) e do segundo (20) trajeto óptico, e - meio de processamento (200) operavelmente conectado ao meio de foto-detecção (100), citado meio de processamento sendo adaptado para obter uma imagem de temperatura espacial (11) do objeto, a partir da luz intensificada (10b) do primeiro trajeto óptico, citado meio de processamento sendo adicionalmente adaptado para combinar espacialmente pelo menos parcialmente citada imagem de temperatura (11) com uma imagem de luminescência (21) do objeto, obtida a partir do segundo trajeto óptico (20), de modo a obter uma imagem combinada (25) do objeto.

2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que citada imagem combinada (25) do objeto compreende dados de luminescência e dados de temperatura sobre o objeto (1)·

3. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a porção de luminescência da luz recebida (5) a partir do objeto, compreende luz selecionada do grupo consistindo de: fotoluminescência, eletroluminescência, quimioluminescência e bioluminescência.

4. Aparelho de acordo com a reivindicação 1 e 3, caracterizado pelo fato de que a porção de fotoluminescência da luz recebida (5) a partir do objeto, compreende luz selecionada do grupo consistindo de: fluorescência e fosforescência.

5. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o meio de foto detecção (100) é uma entidade de foto detecção única (100), de modo a prover uma correspondência espacial direta entre a imagem de temperatura (11) e uma imagem de luminescência (21) obtida do objeto (1).

6. Aparelho de acordo com a reivindicação 1 ou 5, caracterizado pelo fato de que o meio de foto detecção (100) compreende um dispositivo acoplado por carga (CCD).

7. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o meio de separação óptica (9) compreende pelo menos um espelho deslocável.

8. Aparelho de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que pelo menos um espelho deslocável (9a, 9b) é deslocável para uma primeira posição para guiar a luz (5) recebida do objeto no primeiro trajeto óptico (10), e uma segunda posição para guiar a luz (5) recebida do objeto no segundo trajeto óptico (20).

9. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o meio de separação óptica (11) compreende pelo menos um componente óptico capaz de dividir a luz recebida do objeto em uma porção infravermelho (IR) e uma porção de luminescência, e redirecionar as duas porções para o primeiro (10) e segundo (20) trajeto óptico, respectivamente.

10. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o meio de intensificação de imagem (30) é capaz de converter descendentemente comprimento de onda da luz de infravermelho (IR).

11. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o meio de intensificação de imagem (30) é capaz de converter a luz de infravermelho (IR) em luz visível (VIS).

12. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro trajeto óptico (10) compreende um ou mais filtros de passa banda (40).

13. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro trajeto óptico compreende pelo menos um primeiro e um segundo filtro de passa banda óptico (40), citados primeiro e segundo filtros de passa banda tendo diferentes faixas de passa banda, preferivelmente faixas de passa banda não superpostas.

14. Aparelho de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a imagem espacial de temperatura (11) é obtida combinando dados obtidos da luz tendo passado pelo citado primeiro filtro de passa banda óptico (40) com dados obtidos da luz tendo passado pelo citado segundo filtro de passa banda óptico (40).

15. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o objeto (1) para formação de imagens é um bio-arranjo.

16. Aparelho de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o bio-arranjo compreende diversos focos, onde moléculas de sonda são imobilizadas.

17. Sistema de detecção biológico para detectar a presença e opcionalmente quantidade, de um ou mais alvos biológicos, caracterizado pelo fato de que compreende um aparelho de formação de imagens como definido em qualquer das reivindicações precedentes 1-16.

18. Método para obter uma imagem espacial combinada de temperatura e luminescência de um objeto (1), caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: - separar luz (5) recebida do objeto em um primeiro (10) e um segundo (20) trajeto óptico, citado primeiro trajeto óptico (10) arranjado para guiar porções de infravermelho (IR) da luz recebida do objeto, citado segundo trajeto óptico (20) sendo arranjado para guiar porções de luminescência da luz recebida (5) do objeto (1), - converter porções de luz de infravermelho da luz (10a) no primeiro trajeto óptico em luz intensificada (10b), pelo meio de intensificação de imagem (30), - prover meio de foto-detecção (100) arranjado para formação de imagens espaciais do objeto (1), citado meio de foto-detecção sendo arranjado para receber alternativamente luz do primeiro (10) e do segundo (20) trajeto óptico, - prover meio de processamento (200) operavelmente conectado ao meio de foto-detecção (100), citado meio de processamento sendo adaptado para obter uma imagem de temperatura espacial (11) do objeto, a partir da luz intensificada (10b) do primeiro trajeto óptico (10), e - combinar, pelo menos parcialmente, citada imagem de temperatura (11) com uma imagem de luminescência (21) do objeto (1), obtida a partir do segundo trajeto óptico (20), de modo a obter uma imagem combinada (25) do objeto.