CN100587472C - 用于在具有重叠谱的材料之间进行辨别的方法和系统 - Google Patents

Abstract

提供了各种的计算机实施方法和系统。一种计算机实施方法包含确定通过探测在两个或多个探测窗口中的单个事件的谱而产生的输出信号之间的比率。该谱是不同材料的特征。至少一部分谱重叠在两个或多个探测窗口的至少一个中。该方法也包含确定不同材料中的哪一种与该比率相关联。系统的一个实施例包含配置成探测在两个或多个探测窗口中的单个事件的谱的一个或多个探测器。该谱包含如上所述的谱。一个或多个探测器也被配置成产生响应探测到的谱的输出信号。系统也包含配置成确定输出信号之间的比率和确定不同材料中的哪一种与该比率相关联的处理器。

Description

用于在具有重叠谱的材料之间进行辨别的方法和系统

技术领域

本发明大体涉及用于在具有重叠谱的材料之间进行辨别的方法和系统。某些实施例涉及包含确定哪种材料与通过探测在两个或多个探测窗中的单一事件的谱而产生的输出信号之间的比率相关联的计算机实施的方法。

背景技术

光谱技术广泛应用于化学和生物系统的分析中。这些技术大多涉及由感兴趣的材料吸收和发射的电磁辐射。在多数情况下，以低速扫描正在研究的谱的整个相关部分以提供对吸收和发射的最准确的测量。然而，在其它系统中，为了证明考虑的参数的合格或确定其数量仅需要检查谱的特定部分。例如，如果样品的数量相对多或样品必须被相对快速地检查可使用这种检查。在这种情况下，通过减少被处理和分析的原始数据的数量，使用小的谱的“瞬像”可增加样品的处理量。

一种此类应用是在微阵列(microarrays)领域中，这是一种由包括组合的的化学和生物测定工业的大量学科使用的技术。德克萨斯州奥斯汀的一个公司，Luminex有限公司已经开发了一种在各种着色的的荧光的微球体表面上进行生物测定的系统。在Chandler等人的第5,981,180号美国专利中示出了这种系统的一个例子。其引用犹如全部被给出而包括在此。当微球体以相对高的速度通过探测区域时，通过对每一单独的微球体的激光激发和荧光探测，这些微球体在流体流动设备中被询问。用每一微球体发射几个清楚的、可探测的信号，这样的系统一秒钟能够分析数千个微球体。显而易见，处理整个谱并对来自数千或数百万的微球体中的每一微球体的信号进行解释和解码将产生难以管理的数据量。然而，由Chandler等人描述的系统仅通过探测在特定“窗口”中的荧光实现了数据的管理，该窗口是从微球体发射的整个光谱中的相对短的(例如，约20nm到40nm)、连续的部分。因此，不是对每一微球体产生整个荧光谱，该系统仅对每一窗口产生单一值(其与信号的强度相互关联)。这些值可以容易地输出到数据库用于进一步的分析。

在上述系统中，荧光染料被吸收进微球体和/或粘合到微球体的表面。基于以选择的窗口的波长发射光的能力选择染料。此外，多个窗口被隔开，且染料被设计成使相邻多个窗口内的荧光信号的重叠最小化及最好是消除。通过使用两个窗口和两种染料，各自以10种不同的浓度，如此将有100种荧光可辨别的微球体组。

测定方法的另一个例子在Fulwyler的第4,717,655好美国专利中示出，其引用犹如全部被给出而包括在此。特别是，Fulwyler描述了一种用两种或多种标记试剂辨别包含标记粒子的细胞(cell)的多个亚群的方法。这些粒子以多种不同的预先选择的且每一试剂的范围在百分之零到百分之一百之间的试剂的比率标记。每一种这样的试剂具有显著的、可以计量的标记特征。换言之，每一种荧光染料在特定设计的色彩谱带中具有明显的发射和/或激发光谱。被不同标记的粒子与怀疑对不同标记的粒子具有特定受体的细胞相混和。分析每一细胞以确定与每一细胞相关联的任何两个可识别的标记特征的比率，以使如果它的标记特征比率与预选的标记试剂的比率相关则被分类在亚群种类中。因此，该方法通过检测来自两种染料的每一种的信号，利用比率辨别被不同标记的粒子。

在上述的任一种系统或方法中，有几种能够扩展可辨别的组的数量的方法。使用不同尺寸的微球体，该微球体能够基于光散射被辨别，将有效地使组的数量加倍。另一种方法是增加每种染料可辨别的强度的数量。例如，如果15种染料强度是可能的而不是在例子中的10中，那么将获得225组。第三种方法将增加第三个窗口，且随后是第三种染料，或甚至更多种，这将以指数增加组的数量。这些方法中的每一种已经被成功地测试并且被使用到不同的程度。但是，每个给系统增加一层复杂性，它会极大地增加产生平台的费用或困难。

发明内容

本发明大体涉及在两个或多个唯一的但相似的谱之间进行辨别的方法。某些实施例包括探测在两个或多个不同的对两个或所有谱公用的探测窗口中的信号。描述在此的方法可用来在展示这些不同的谱的特性粒子群之间进行辨别和在将发现在包括临床生物测定的许多领域中的效用。

一个实施例涉及包括确定通过在两个或更多探测窗口中对单一事件探测谱产生的输出信号之间的比率的计算机实施的方法。如在此使用的，术语“事件”被定义为对其测量以产生包含有意义的信息的输出信号的样品或样品的部分。在临床生物测定的环境中，事件可以是微球体，粒子，或当其流经流体流量光学设备(例如，流量细胞计类型仪器)的测量窗口的细胞。显然，有能够用术语“事件”来描述的许多其它样品或样品部分，且用在这里的术语“事件”旨在包含所有可能的替换物。

用在这里的术语“探测窗口”通常涉及在该处能够产生输出信号的波长或1波长的范围。通过用来照射材料的照射源的波长和/或探测器能够探测的光的波长可以确定上述波长或波长的范围，该探测器配置成探测由材料发射、散射和透射的光。然而，更一般地，探测窗口的波长将依赖在它们间正在进行辨别的材料和它们各自的谱而变化。例如，该谱是不同材料的特性。此外，至少谱的一部分最好重叠在两个或更多检测窗口中的至少一个。该方法还包括确定不同材料中的哪一种与比率相关联。在一些实施例中，该方法可包括确定与该比率相关联的不同材料的浓度。

在一个实施例中，两个或多个探测窗口跨越不同材料的整个谱的不同连续部分。此外，输出信号中的每一个可以具有对应于在相应探测窗口中探测到的谱强度的单一值。

在一个实施例中，两个或多个探测窗口包括不同探测器的探测窗口。在一个替换实施例中，两个或多个探测窗口包括一个探测器的不同探测窗口。在一些实施例中，谱在大约相同的波长处具有峰值。或者，谱在不同波长处具有峰值。在任一个实施例中，两个或多个探测窗口中的一个可以全部位于两个或多个探测窗口中的另一个内。

作为由不同材料发射、吸收或透射的光的结果可以产生谱。在一些实施例中，作为由不同的材料发射的荧光的结果产生谱。在另一个实施例中，不同的材料包括与微球体相关联的材料。在这样的一个实施例中，谱可以包括该材料的不同的荧光发射谱。在再一个实施例中，不同材料可包括溶液中的多种材料。在这样的一个实施例中，该谱可包括材料的不同吸收、透射和发射。在又一个实施例中，谱可包括在溶液中两种或多种材料的谱的组合。在这个实施例中，该方法可包括确定溶液中两种或多种材料的单独的浓度的或比率。在一个实施例中，通过流体流量设备(例如，流量细胞计类型仪器)可产生输出信号。在其它实施例中，通过光谱技术可以产生输出信号。在上面描述的方法的每一个实施例可包括在此描述的任何其它步骤。

一个附加的实施例涉及另一种计算机实施方法。该方法包括确定通过探测在两个或多个探测窗口中的单个事件的谱而产生的输出信号之间的比率。该谱是不同材料的特征。至少一部分谱重叠在两个或多个探测窗口的至少一个中。该方法也包括通过把比率与不同材料中的个别材料的充分纯的样品的已知比率比较确定一种或多种不同材料的浓度。在一个实施例中，不同材料被混和。在另一个实施例中，谱实质上同时被地探测。

在一个实施例中，两个或多个探测窗口包括不同探测器的探测窗口。在不同的实施例中，两个或多个探测窗口包括一个探测器的不同探测窗口。两个或多个探测窗口跨越不同材料的整个谱的不同的连续的部分。在一些实施例中，谱在近似相同的波长处具有峰值。在其它实施例中，谱在不同的波长处具有峰值。在一个附加的实施例中，两个或多个探测窗口中的一个可以全部位于两个或多个探测窗口中的另一个内。

在一个实施例中，作为由不同材料发射的荧光的结果产生了谱。或者，作为不同材料发射、吸收或透射的结果可以产生谱。在一个实施例中，不同材料包括与微球体相关联的材料，且谱包括该材料的不同荧光发射谱。在另一个实施例中，不同材料可以包括溶液中的材料，且谱可以包括材料的不同的吸收、透射或发射谱。

在一些实施例中，输出信号中的每一个具有对应于在相应探测窗口中探测到的谱的强度的单一值。在一个实施例中，通过流体流量光学设备产生输出信号。在不同的实施例中，通过光谱技术产生输出信号。在上面描述的方法的每一实施例可包括在此描述的任何其它步骤。

另一个实施例与不同的计算机实施的方法有关，该方法包括确定通过在两个或多个探测窗口中对单一事件探测谱产生的输出信号之间的比率。至少一部分谱重叠在两个或多个探测窗口中的至少一个中。该方法也包括在根据比率的谱之间进行辨别。该方法也包括在此描述的任何其它步骤。

在此描述的方法为待彼此分辨的两个或多个不同的但是相似的谱有利地提供了方法。因此，该方法也可在如上述的具有相似谱的不同材料之间进行辨别。照此，该方法增加了染料材料的数量，由于具有相似谱的染料材料使用在此描述的方法可以相互辨别，所述染料材料能够在测量方法中使用。根据阅读以下提供的详细说明，在此描述的方法和系统的附加的优点将是显然的。

一个附加的实施例涉及包括一个或多个探测器和处理器的系统。一个或多个探测器被配置成探测在两个或多个探测窗口中的单个事件的谱。该谱是不同材料的特征。至少一部分谱重叠在两个或多个探测窗口的至少一个中。一个或多个探测器也被配置成响应探测到的谱产生输出信号。处理器被配置成确定输出信号之间的比率。处理器也被配置成确定不同材料中的哪一种与该比率相关联。在一个实施例中，处理器进一步被配置成确定与该比率相关联的不同材料的浓度。

两个或多个探测窗口跨越不同材料的整个谱的不同的连续的部分。在一个实施例中，两个或多个探测窗口中的一个可以全部位于两个或多个探测窗口中的另一个内。此外，输出信号中的每一个可以具有对应于在相应探测窗口中探测到的谱强度的单一值。

在一个实施例中，两个或多个探测窗口可以包括不同探测器的探测窗口。在另一个实施例中，两个或多个探测窗口包括一个探测器的不同探测窗口。在一些实施例中，谱在大约相同的波长处具有峰值。在其它实施例中，谱在不同波长处具有峰值。

作为由不同材料发射、吸收或透射的光的结果可以产生谱。在一个实施例中，作为由不同的材料发射的荧光的结果产生谱。在另一个实施例中，不同的材料包括与微球体相关联的材料。在一个这样的实施例中，谱包括该材料的不同的荧光发射谱。在一个实施例中，系统被配置成流体流量设备。在另一个实施例中，系统被配置成执行光谱技术。系统可进一步如在此描述的这样被配置。

附图说明

当阅读下面的详细说明和当参照附图时，本发明的其它目的和优点将变得更加明显，其中：

图1是示出用来执行在此描述的方法的系统的一个例子。

虽然本发明可以有各种修改和变换形式，其特定实施例经由附图中的例子被示出并将在此详细描述。然而，应当理解，该处的附图和详细说明其意图不是将发明限制于揭示的特定形式，恰恰相反，旨在覆盖属于由附加的权利要求书定义的本发明的精神和范围之内的所有修改、等效物和替换物。

具体实施方式

注意，下面的说明大致描述了一种说明谱的技术。下面的说明将通常使用在流体流量光学设备中的荧光和荧光微球体作为原理的应用例子。然而，在此提供的例子其意图不在限制该技术的使用。例如，对本领域的那些技术人员来说将显而易见的是，这是一种不限于荧光、粒子或流体流量设备的技术。适当的微球体、小球和粒子在Fulton的第5,736,330号美国专利，Chandler等人的第5,981,180号美国专利，Fulton的第6,057,107号美国专利，Chandler等人的第6,268,222B1号美国专利，Chandler等人的第6,449,562B1号美国专利，Chandler等人的第6,514,295B1号美国专利，Chandler等人的第6,524,793B1号美国专利，Chandler等人的第6,528,165B2号美国专利，其引用犹如全部被给出而包括在此。在此描述的方法可以使用在这些专利中描述的任何微球体、小球和粒子。此外，在流量细胞计中使用的微球体可以从诸如德克萨斯州奥斯汀的Luminex有限公司的制造商处获得。

其中测量参数显示在一范围内的可重现分布的其它光谱技术也可使用诸如红外线、紫外线/可见光(UV/Vis)、拉曼(Raman)、核磁共振(NMR)、放射性的发射等。同样，可探测的参数可以是发射系数、吸收系数、透射系数等。通过任何适当的设备，包括但不限于，光电倍增管、雪崩光电二极管、电荷耦合器件、针孔二极管等，可以实现信号的探测。此外对粒子而言，介质可以是固体、液体、气体，或其中在此描述的信号类型的能够观察到的任何其它形式。

在传统的光谱学中，例如诸如荧光光谱学，源或探测器的波长在波长的范围内变化以产生正在检查材料的连续谱。在材料的特性是已知时，但是期望探测它的存在或浓度，一种替换方法是保持激发和探测波长不变并记录合成信号。这个步骤产生归因于那些特定条件的信号的单一值。这种分析方法的缺点是相似材料即使它们的全光谱是显然不同的，也可在被监控的光谱“窗口”中显示信号。

在光谱窗口中可以是相似的信号的一个例子是由若丹明(Rhodamine)B和若丹明6G发射的荧光信号。前者在543nm具有峰值发射，而后者在524nm具有峰值发射。如果探测窗口被设置成监控从520nm到550nm的光谱区域，在被适当的波长激发时，这两种染料将显示具有特殊意义的信号。如果已知哪一种染料在被观察，基于被观测的信号有可能确定染料在溶液中的浓度。然而，如果不知道哪一种染料在系统中，这个信号将不提供在它们之间进行辨别的方法。需要有更多的光谱信息做出这种区分。

使用附加的探测窗口将可区分两种相似谱。如上所述，探测窗口跨越不同材料的全部光谱的不同连续部分。然而，不像前面的方法和系统，在此描述的方法和系统中，多种材料的谱在两个或更多探测窗口中的至少一个中重叠。例如，回到前面的例子的引用中，添加配置成探测从约550nm到约560nm的谱的探测窗口将提供充分的信息以在染料间区分，并由此可确定浓度。由于每种染料发射广泛的信号，每一染料将有一部分该信号在这个新窗口中。计算第二个窗口(550nm到560nm)信号与第一个窗口(520nm到550nm)信号的比率R，将显示若丹明B的R比若丹明6G的R大。重要的是，观察到特定染料的比率将在很宽的染料浓度的范围内有点不变。该技术的有效性要求染料的谱有足够的不同，被观察到比率能够在浓度的工作范围内始终如一地被辨别。

因此，通常，作为不同材料的特性的谱的至少一部分，最好是在两个或多个探测窗口中的至少一个中重叠。探测窗口的输出信号可具有对应于在相应探测窗口中探测到的谱的强度的单一值。照这样，通过探测在两个或多个探测窗口中的单个事件的谱，而产生的输出信号之间的比率，能够用来确定不同材料的哪一种与该比率相关联。通过诸如在此描述的系统的流体流量光学设备可以产生该输出信号。或者，通过包括在现有技术中已知的任何这类技术的光谱技术可产生该输出信号。

此外，重要的是注意该系统不限于仅在两种染料(或其它吸收和反射材料)之间进行辨别。由一组两个窗口可辨别的染料的数量通过优化窗口的位置和宽度连同对染料的明智选择一起能够扩展。产生被观察信号之间的唯一比率的能力提供辨别不同的谱发射。同样，由于每种染料将产生唯一的比率，来自窗口的信号对一种染料可以是零，只要另一种染料在这个窗口中具有比零更大的信号。类似的，在此描述的方法不限于仅有两个信号探测窗口。尽管附加的窗口将增加被处理的数据的数量，通过使用附加的窗口可以实现提高的谱的辨别力。此外，探测窗口的谱的尺寸可以不同于作为例子给出的那些尺寸。例如，探测窗口的尺寸仅由探测系统的效率来限制以限定范围和可重现地测量在该范围中的信号。

同样具有重要意义的是注意两个或多个谱关于它们的峰(例如峰值强度)可以或不可以偏离。例如，如果两种荧光染料的发射谱在大约相同波长处显示峰，但是一个峰的宽度大于另一个，那么在谱中的这些不同可导致在两个探测窗口中的信号之间的唯一的强度比率。在这些或其它实施例中，两个或多个探测窗口中的一个可以或可以不全部位于两个或多个探测窗口中的另一个之内。

进一步的例子示出了在此描述的方法的应用。在前述荧光染色的微球体的情况下，通过用具有最小谱重叠的两种不同荧光染料(这里指定为A和B)对微球体的群染色能够产生微球体的100种光谱不同的组。一个此类例子在Chandler等人的第6,514,295号美国专利中示出，其引用犹如全部被给出而包括在此。如果两种溶液用两种染料中的每一中的10种不同浓度制备，那么可以产生100种不同的染色溶液和100种荧光不同的微球体群。使用能够用光谱询问单独的微球体或微球体组的流量细胞计或其它设备，可以用光谱辨别这些独特的微球体。

通过在窄波长谱带窗口中(例如，在两个窗口中，在此指定为窗口1和窗口2)探测发射信号，可以用光谱辨别微球体。此外，窗口1被选择成有效地探测来自染料A的信号，且窗口B被选择成对应于来自染料B的发射。如果添加了第三个窗口(即窗口3)，其在光谱上接近窗口2，那么可选择也发射由窗口2和窗口3可探测的信号的第三种染料(染料B’)，并导致窗口2和窗口3之间的唯一比率。然后，通过利用染料A和B’中的每一种的10种不同浓度建立100种新的染料溶液，可以建立100种新的荧光微球体群。可容易看出加入能够在来自窗口2和窗口3之间产生唯一的比率的另一种染料(染料B”)，使用染料A和B”将构成额外的100种唯一的小球群。额外的群能够以相似方式产生，只要能够发现将产生唯一比率的染料。此外，如果添加另一个窗口(窗口4)，其在光谱上靠近窗口1，则使用新的染料(染料A’，A”等)与染料B，B’，B”等组合能够构成相似的系列，以极大地扩大独特的荧光微球体组的潜在数量。

在另一实施例中，该方法能够用来对实质上同时被确定的重叠光谱去旋(deconvolute)，诸如在复合物的混和呈现时可以看见。例如，附于微球体上的材料能够如上所述被辨别。在一个这样的实施例中，该方法可包括通过将比率与被猜测构成不同材料的单独材料的充分纯的样品的已知比率比较确定一种或多种不同材料的浓度。然而，使用现有技术中的任何其它方法，该浓度可以根据比率被确定。照这样，在确定的染料浓度被用来确定微球体身份时，该方法可用来在球体表面使用两种或多种染料的多信息(multi-reporter)测定中识别微球体。这样的材料也可包括，例如，以某种方式附到核酸、酶、抗原等的荧光剂。另一个例子是两种或多种染料的溶液，它被期望用来检测或确定每种染料的浓度或浓度比率。特别是，谱可以包括在溶液中不同材料的谱。在这样一个实施例中，该谱可以包括该材料的不同吸收、透射和发射谱。此外，谱可包括在溶液中两种或多种材料的谱的组合。该方法也可包括对溶液中两种或多种材料确定单独的浓度或比率。

在如上所述的这样的例子中，使用作为一个例子的荧光染料，如果染料A通过自身产生在两个探测窗口之间的比率1，且染料B通过自身产生比率100，那么两种染料的混和将产生在1到100之间的比率。此外，如果混合物主要由染料A组成，则观察到的比率将更接近1；而如果有更多的染料B的时候，该比率将更接近100。因此，该比率将和染料混合物的组分相关，以致对特定的比率而言，将有可能计算由于每种染料组成所造成的观察到的信号的比例。因此在可归因于每种染料的该信号的部分是已知时，且信号对染料浓度的相关性是已知的，那么两种染料的浓度能够同时被确定。由染料之间相互作用诸如淬灭(quenching)和其它能量转移现象可能会引起新问题，但是这些问题通过使用已知的染料浓度的组合构建标准曲线能够得到解决。分析三种或多种重叠染料混合物的光谱的复杂性可能会显著地增加，可能产生几种潜在的解决方案。然而，通过其它手段有可能去除不正确的方案。

图1示出了可用在执行在此描述的方法的测量系统的一个例子。注意图1没有按比率绘制。特别是，图的某些元件的比例被极大地放大以强调元件的特征。

在图1中，沿着通过微球体10流经的试管12的横截面的平面示出了测量系统。在一个实施例中，试管可以是诸如在标准的流量细胞计中使用的标准石英试管。然而，任何其它适合类型的观察或传输室也可用来传输用于分析的样品。该测量系统包括光源14。光源14可以包括诸如激光的现有技术中已知的任何适当的光源。光源14可以配置成发射诸如蓝光或绿光的具有一个或多个波长的光。光源14可配置成当微球体流经试管时对其进行照射。该照射可以使微球体发射具有一种或多种波长或波长谱带的荧光。在一些实施例中，该系统可以包括配置成将来自光源的光聚焦到微球体或流程上的一个或多个透镜(未示出)。该系统也可包括一种以上的光源。在一个实施例中，光源可以被配置成用具有不同波长的光(例如，蓝光和绿光)照射微球体。在一些实施例中，光源可以被配置成以不同的方向照射微球体。

从微球体向前散射的光通过折叠式反射镜或另一种光定向部件可以指向探测系统16。或者，探测系统16可以直接放置在向前散射的光路中。照此，折叠式反射镜或其它光导向组件可不包括在此系统中。在一个实施例中，如图1中所示，向前散射的光可以是由微球体以从光源14照射的方向约180度角散射的光。向前散射的光的角度可以不是从光源14照射的方向正好180度，以使来自光源的入射光不入射在探测系统的感光表面上。例如，向前散射的光可以是由微球体以从光源14照射的方向小于或大于180度的角度散射的光(例如，在约170度、约175度、约185度或约190度角散射的光)。

由微球体以从光源14照射的方向约90度角散射和/或发射的光也可以被收集。在一个实施例中，这个散射光通过一个或多个分光镜或分色镜可以被分成一个以上的光束。例如，以从光源14照射的方向约90度角散射的光通过分光镜20可以被分成两束不同的光束。这两束不同的光束通过分光镜22和24又被分开以产生四束不同的光束。每束光束可以射向不同的探测系统，探测系统可包括一个或多个探测器。例如，四束光束中的一束可以射向探测系统26。探测系统26可配置成探测由微球体散射的光。

其它三束光可射向探测系统28、30和32。探测系统28、30和32可配置成探测由微球体发射出的荧光。每一个探测系统可以配置成探测不同波长或不同波长范围的荧光。例如，一种探测系统可以配置成探测绿荧光。另一种探测系统被配置成探测桔黄荧光。还一种探测系统配置成探测红荧光。在另一个实施例中，不同的探测器具有不同的探测窗口，在如上面进一步所述的探测窗口中的至少一个，不同材料的光谱的至少一部分重叠。在一个不同的实施例中，探测器中的一个可以具有不同的探测窗口，在探测窗口中的一个中，不同材料的光谱的至少一部分重叠。可以具有多个探测窗口的探测器的一个例子是多阳极光电倍增管，其中每个阳极可用作不同的探测窗口。

在一些实施例中，滤谱器34、36和38可以被分别耦合到探测系统28、30和32。滤谱器可被配置成阻挡除探测系统配置成探测的那些波长之外的荧光。此外，一个或多个透镜(未示出)可被光学地耦合到每一个探测系统。透镜可被配置成将散射光或发射的荧光聚焦到探测器的感光表面上。

探测器的输出电流正比于入射在它上面的荧光和导致电流脉冲。电流脉冲可转换成电压脉冲，低通滤波，然后由A/D转换器(未示出)进行数字化。诸如DSP的处理器40对脉冲下的区域求积分以提供代表荧光幅度的数值。此外，处理器可执行在此描述的其它功能(例如，确定输出信号之间的比率和确定不同材料的哪一种与该比率相关联)。如图1中示出，处理器40经由传输介质42可被耦合到探测器26。处理器40也可经由传输介质42和诸如A/D转换器的一个或多个其它部件(未示出)间接地耦合到探测器26。处理器可以用相似的方式耦合到系统的其它部件。

在一些实施例中，根据由微球体发射的荧光产生的输出信号可以被处理以确定微球体的身份和有关在微球体的表面发生的反应的信息。例如，来自两个或多个探测器的输出信号可被用来确定微球体的身份，其它输出信号可用来确定在微球体表面上发生的反应。基于在两个或多个不同窗口中产生的输出信号的比率可以确定微球体的身份。例如，如果探测系统30和32具有不同探测窗口，根据由探测系统30产生的输出信号对由探测系统32产生的输出信号的比率连同每个信号的强度，可以确定微球体的身份。因此，探测器和滤谱器的选择依赖包括在或粘合到微球体的染料和/或被测量的反应的类型(即，包括在或粘合到涉及该反应的反应物的染料)而不同。

在一个特定的实施例中，探测器和/或滤谱器的选择可以依赖包括在或粘合到微球体的染料的峰值。例如，如上所述，若丹明B具有在543nm的峰值发射，若丹明6G具有在524nm的峰值发射。如果用一种或这两种染料以不同的浓度对微球体染色，探测系统30可被配置成在从约520nm到约550nm的波长范围内探测光。此外，探测系统32可被配置成在从约550nm到约560nm的波长范围内探测光。

在另一个实施例中，如上所述，两种荧光染料的发射谱不可以偏离，而是在大约相同的波长处可以显示峰值发射。在这样一个例子中，在峰值发射的任一侧或两侧上的发射谱的特性可以不同。同样地，发射谱具有在两个探测窗口中信号之间唯一的强度比率。因此，在一个实施例中，尽管探测系统30和32具有不同的探测窗口，探测系统中的一个的探测窗口可以全部或部分位于另一个探测系统的探测窗口内。例如，如果两种染料的峰值发射在大约540nm，则探测系统30的探测窗口可以具有从约530nm到约550nm的波长范围，探测系统32的探测窗口可以具有从约510nm到约570nm的波长范围。注意上面的波长范围仅仅是例子并且根据例如微球体的染料而不同。

尽管图1的系统被示出包括具有用于在具有不同染料特性的微球体之间进行辨别的两个不同探测窗口的探测系统，应当理解系统可以包括多于两个的这样的检测窗口(即，3个检测窗口，4个检测窗口等)。在这样的实施例中，系统可包括具有其它探测窗口的附加的分光镜和附加的探测系统。用于多于两个探测系统的探测窗口可以如上所述被确定。此外，滤谱器或透镜可以耦合到每一个附加的探测系统。

在另一个实施例中，系统可以包括配置成在微球体的表面上反应的不同材料之间进行辨别的两个或多个探测系统。不同的反应物材料可以具有与微球体的染料特性不同的染料特性。然而，反应物材料可以具有这样的染料特性，以致它们具有相似的发射谱。例如，反应物材料的发射谱可以重叠。在一个实施例中，发射谱可以具有偏离峰值发射，但是在一个或多个相同的波长处也可显示强信号。在一个不同的实施例中，发射谱在峰值发射的任一侧或两侧上，发射谱可以具有大致相同的峰值发射但是不同的特征。因此，发射谱和反应物材料可以如上所述被辨别。

可用来执行在此描述的方法的测量系统的附加例子，在Chandler等人的第5,981,180号美国专利，Chandler的第6,046,867号美国专利，Chandler的第6,139,800号美国专利，Chandler的第6,366,354号美国专利，Chandler的第6,411,904号美国专利，Chandler等人的第6,449,562号美国专利，Chandler等人的第6,524,793号美国专利中示出，其引用犹如全部被给出而包括在此。在这些专利中描述的系统可以配置成具有如上所述的系统。在此描述的测量系统也可如在这些专利中所描述的那样被进一步配置。

诸如那些在此描述的程序指令实施方法可以在载体介质中发送或存储在载体介质中。载体介质可以是诸如导线、电缆、或无线传输线路的传输介质，或沿着这样的导线、电缆或线路传播的信号。载体介质也可以是诸如只读存储器、随机存储器、磁盘或光盘、或磁带的存储介质。

在一个实施例中，诸如图1的处理器40的处理器可以被配置成根据上面的实施例执行程序指令以执行计算机实施的方法。该处理器可以采用不同形式，包括DSP、个人计算机系统、主机计算机系统、工作站、网络设备、因特网设备、个人数字助理(“PDA”)、电视系统或其它设备。通常，术语“计算机系统”可以广义地定义成包括具有一个或多个处理器的任何设备，处理器能够执行来自存储介质的指令。

程序指令可以用任何不同的方式被执行，其中包括基于步骤的技术，基于部件的技术，和/或面向对象的技术。例如，使用ActiveX控件、C++对象、JavaBeans、微软基础类(“MFC”)或其它技术或方法，可以如期望的那样执行程序指令。

对那些由此公开受益的那些本领域技术人员来说应当理解，本发明旨在提供用于在相似的吸收、透射和发射谱之间进行辨别的方法。根据本说明书，本发明的各方面的修改和替换实施例对那些本领域技术人员将是显而易见的。因此，本说明书仅被解释为示例性的并且目的是用于以普通的方式教授本领域的那些技术人员执行本发明。要理解的是在此示出和描述的本发明的形式被认为作为目前较佳的实施例。对在此示出的和描述的元件和材料可以被替代，部件和过程可以被改变，本发明的某些特征可以被单独利用，所有这些对在从本发明的说明书受益之后的本领域的一个技术人员而言是显而易见的。在不背离如在后面的权利要求书中描述的本发明的精神和范围下，可以在在此描述的元件中做出改变。

Claims (46)

1.一种用于在具有重叠谱的材料之间进行辨别的计算机实施的方法，包括：

确定通过探测在两个或多个探测窗口中的单个事件的谱而产生的输出信号之间的比率，其中所述谱是不同材料的特征，且其中至少一部分的所述谱重叠在两个或多个探测窗口的至少一个中；以及

确定所述不同材料中的哪一种与所述比率相关联。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，两个或多个探测窗口包括不同探测器的探测窗口。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，两个或多个探测窗口包括一个探测器的不同探测窗口。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述谱在大约相同的波长处具有峰值。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述谱在不同波长处具有峰值。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，作为由不同材料发射荧光的结果产生所述谱。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两个或多个探测窗口跨越不同材料的整个谱的不同的连续的部分。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输出信号中的每一个具有对应于在相应探测窗口中探测到的谱强度的单一值。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两个或多个探测窗口中的一个全部位于所述两个或多个探测窗口中的另一个内。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不同材料包括与微球体相关联的材料，以及，所述谱包括所述材料的不同荧光发射谱。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不同材料包括在溶液中的材料，以及，所述谱包括所述材料的不同吸收、透射或发射谱。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述谱包括在溶液中的两种或多种材料的谱的组合，所述方法还包括确定溶液中的两种或多种材料的各个浓度或比率。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输出信号由流体流量光学设备产生。

14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，输出信号由光谱技术产生。

15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，作为由不同材料发射、吸收或透射光的结果产生所述谱。

16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括确定与所述比率相关联的不同材料的浓度。

17.一种用于在具有重叠谱的材料之间进行辨别的计算机实施的方法，包括：

确定通过探测在两个或多个探测窗口中的单个事件的谱而产生的输出信号之间的比率，其中所述谱是不同材料的特征，且其中至少一部分的所述谱重叠在两个或多个探测窗口的至少一个中；以及

通过把所述比率与不同材料中的各个材料的充分纯的样品的已知比率比较确定一种或多种不同材料的浓度。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述不同材料是混和的。

19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述谱同时被探测。

20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述两个或多个探测窗口包括不同探测器的探测窗口。

21.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述两个或多个探测窗口包括一个探测器的不同探测窗口。

22.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述谱在大约相同的波长处具有峰值。

23.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述谱在不同波长处具有峰值。

24.如权利要求17所述的方法，其特征在于，作为由不同材料发射荧光的结果产生所述谱。

25.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述两个或多个探测窗口跨越不同材料的整个谱的不同的连续的部分。

26.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述输出信号中的每一个具有对应于在相应探测窗口中探测到的谱强度的单一值。

27.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述两个或多个探测窗口中的一个全部位于所述两个或多个探测窗口中的另一个内。

28.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述不同材料包括与微球体相关联的材料，以及，所述谱包括所述材料的不同荧光发射谱。

29.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述不同材料包括在溶液中的材料，以及，所述谱包括所述材料的不同吸收、透射或发射谱。

30.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述输出信号由流体流量光学设备产生。

31.如权利要求17所述的方法，其特征在于，输出信号由光谱技术产生。

32.如权利要求17所述的方法，其特征在于，作为由不同材料发射、吸收或透射光的结果产生所述谱。

33.一种用于在具有重叠谱的材料之间进行辨别的系统，包括：

配置成探测在两个或多个探测窗口中的单个事件的谱的一个或多个探测器，其中所述谱是不同材料的特征，其中至少一部分的所述谱重叠在两个或多个探测窗口的至少一个中，且其中一个或多个探测器还被配置成产生响应探测到的谱的输出信号；以及

配置成确定输出信号之间的比率和确定不同材料中的哪一种与所述比率相关联的处理器。

34.如权利要求34所述的系统，其特征在于，所述两个或多个探测窗口包括不同探测器的探测窗口。

35.如权利要求34所述的系统，其特征在于，所述两个或多个探测窗口包括一个探测器的不同探测窗口。

36.如权利要求34所述的系统，其特征在于，所述谱在大约相同的波长处具有峰值。

37.如权利要求34所述的系统，其特征在于，所述谱在不同波长处具有峰值。

38.如权利要求34所述的系统，其特征在于，作为由不同材料发射荧光的结果产生所述谱。

39.如权利要求34所述的系统，其特征在于，所述两个或多个探测窗口跨越不同材料的整个谱的不同的连续的部分。

40.如权利要求34所述的系统，其特征在于，所述输出信号中的每一个具有对应于在相应探测窗口中探测到的谱强度的单一值。

41.如权利要求34所述的系统，其特征在于，所述两个或多个探测窗口中的一个全部位于所述两个或多个探测窗口中的另一个内。

42.如权利要求34所述的系统，其特征在于，所述不同材料包括与微球体相关联的材料，以及，所述谱包括所述材料的不同荧光发射谱。

43.如权利要求34所述的系统，其特征在于，所述系统被配置成流体流量光学设备产生。

44.如权利要求34所述的系统，其特征在于，所述系统被配置成执行光谱技术。

45.如权利要求34所述的系统，其特征在于，作为由不同材料发射、吸收或透射光的结果产生所述谱。

46.如权利要求34所述的系统，其特征在于，所述处理器还被配置成确定与所述比率相关联的所述不同材料的浓度。

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