CN101189505A

CN101189505A - 具有可移除光学模块的多重荧光检测装置

Info

Publication number: CN101189505A
Application number: CNA2006800192541A
Authority: CN
Inventors: 威廉姆·拜丁汉姆; 彼得·D·陆德外斯; 巴里·W·罗博莱
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: Soring Italian Ag
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2026-03-24
Also published as: CN101156059B; CN101189505B; CN101156059A; ZA200709381B; ZA200709382B

Abstract

描述了用于检测在实时PCR(聚合酶链反应)中的多个目标种的技术。例如，系统包括数据采集装置和耦合到该数据采集装置的检测装置。该检测装置包括具有多个处理腔的旋转盘，该处理腔具有在不同波长处发射的荧光的多个种。该装置进一步包括多个可移除光学模块。每个可移除光学模块被光学配置为激励种并且捕捉在不同波长处由种发射的荧光。耦合到多个可移除光学模块的光纤束将荧光从光学模块传输到单个检测器。

Description

具有可移除光学模块的多重荧光检测装置

技术领域

本发明涉及化验系统，以及更具体地涉及用于使用荧光染料来检测多个目标种的技术。

背景技术

经常使用光学盘系统来执行多种生物、化学或生物化学化验。在典型的系统中，使用可旋转盘作为用于存储和处理流体样本，例如血液、血浆、血清、尿或其他流体的介质。

分析的一种类型是聚合酶链反应(PCR)，该聚合酶链反应经常被用于核酸序列分析。特别地，PCR经常被用于DNA序列测定、克隆、遗传作图以及其他形式的核酸序列分析。

通常，PCR依赖DNA复制酶的能力，以在高温下保持稳定。在PCR中具有三个主要步骤：变性、退火和延伸。在变性期间，在大约94℃下对液体样品进行加热。在这个处理期间，双链DNA“熔解”成单链DNA，并且所有酶促反应停止。在退火期间，将单链DNA冷却到大约54℃。在这个温度，引物(primer)结合或“退火”到DNA链的端部。在延伸期间，将样品加热到75℃。在这个温度下，核苷酸添加到引物，并且最终形成DNA模板的互补副本。

设计了许多现有的PCR仪器来实时地在PCR期间确定特定DNA和RNA序列的水平。很多仪器是基于对于荧光染料的使用的。具体地，很多传统的实时PCR仪器检测在PCR产品的扩增期间按比例生成的荧光信号。

传统的实时PCR仪器使用用于检测不同荧光染料的不同方法。例如，一些传统的PCR仪器将白光源和滤光轮结合，用于在光谱上分辨每个染料。白光源是钨卤素灯泡，具有最多几千小时的寿命。滤光轮是容易磨损的典型复杂的机电部件。

发明内容

通常，本发明涉及用于在实时PCR(聚合酶链反应)期间检测多个目标种的技术，在这里指的是多重PCR。具体地，多重荧光检测装置被描述为包括多个光学模块。可以对每个光学模块进行优化，用于检测在分离波长带处的各个荧光染料。换句话说，光学模块可以被用来询问在不同波长处的多个平行反应。这些反应可以例如在旋转盘的单个处理腔(例如井)中发生。此外，可以移除每个光学模块来快速改变装置的检测性能。

利用多引脚光纤束，可以将多个光学模块光学耦合到单个检测器。以这种方式，通过使用多个光学模块和单个检测器可以获得复用，该单个检测器例如光电倍增管。在每个模块中的光学元件可以被选择为使得灵敏度最大以及使得光谱串扰的量最小，该光谱串扰也就是来自另一光学模块上的一种染料的信号。

在一个实施例中，装置包括用来旋转具有每个保持各个样品和多个荧光染料的多个处理腔的盘的电机、多个光学模块和壳体，以及具有适用于容纳光学模块的多个区域(location)的壳体，其中，每个光学模块包括被选择用于不同染料的光源以及用来捕捉从盘发射的荧光的透镜的光通道。

在另一实施例中，系统包括数据采集装置。该系统进一步包括耦合到数据采集装置的检测装置，其中，检测装置包括旋转盘的电机、多个光学模块以及壳体，该盘具有每个保持各个样品和多个荧光染料的多个处理腔，而壳体具有适用于容纳光学模块的多个区域，其中，每个光学模块包括具有被选择用于不同染料的的光源和用来捕捉从盘发射的荧光的透镜的光通道。

在附加的实施例中，一种方法包括：旋转具有多个处理腔的盘，每个处理腔具有多个种，这些种在不同波长处发射荧光；利用多个光束来激励盘，从而产生多个发射的荧光束；利用多个不同的光学模块来捕捉荧光束，其中，光学模块被光学配置用于不同波长，将多个不同模块包含在壳体内。

本发明可以提供一个或多个优点。例如，模块化设计可以允许本领域技术人员来根据正在执行的特定反应来快速和有效率地交换检测模块。此外，本领域技术人员可以选择被光学优化用于不同反应的检测模块。进一步地，可以在实时的、多重PCR装置中安装和利用检测模块的不同组合。

在装置能够执行实时PCR的同时，该装置还能够在发生任何类型的生物反应时对该生物反应进行分析。该装置能够独立地或作为选择的组地调节每个反应的温度，并且该装置能够通过在两个腔之间包括阀来支持反应的多个阶段。通过使用对阀传输能量脉冲的激光，从而在反应期间打开该阀。

在一些实施例中，该装置可以是便携式的，以允许在遥远区域或临时实验室中进行操作。该装置可以包括用于实时分析反应的数据采集计算机，或该装置可以通过有线或无线通信接口将数据通信到另一装置。

在附图和以下的描述中阐述本发明的一个或多个实施例的细节。根据描述和附图以及权利要求，本发明的其他特征、目标和优点是显而易见的。

附图说明

图1是示出多重荧光检测装置的示例性实施例的框图。

图2是示出示例性检测模块的示意图，该示例性检测模块与图1的荧光检测装置的多个检测模块的任一个相对应。

图3是示出在装置壳体中的可移除光学模块的示例性组的正视图的透视图。

图4是示出在装置壳体中的可移除光学模块的示例性组的透视图。

图5是示出已经移除一个模块以暴露模块连接器的可移除光学模块的示例性组的正侧视图的透视图。

图6A和图6B是示出在示例性主要可移除光学模块中的元件的透视图。

图7A和图7B是示出在示例性辅助可移除光学模块中的元件的透视图。

图8是更详细示出多重荧光检测装置的实施例的框图。

图9是耦合到光纤束的四个光纤的单个检测器的框图。

图10是示出多重荧光检测装置的示例性操作的流程图。

图11是示出如果从盘检测光和取样数据的示例性方法的流程图。

图12和图13示出可用于多重PCR的通用荧光染料的吸收和发射光谱。

图14A和图14B示出在PCR分析期间利用单个检测器从两个示例性检测模块获得的原始数据。

图15是示出一旦针对时间偏差进行调整后的数据的图。

图16A和图16B是示出用于从两个示例性光学模块接收到的数据的检测极限(LOD)。

图17是温度控制用户接口的示例性屏幕截图。

图18是光学控制用户接口的示例性屏幕截图。

图19是实时PCR用户接口的示例性屏幕截图。

具体实施方式

图1是示出多重荧光检测装置10的示例性实施例的框图。在示出的实例中，装置10具有四个光学模块16，该四个光学模块16为四种不同染料的光学检测提供四个“通道”。特别地，装置10具有四个光学模块16，该四个光学模块16在任何给定时间激励旋转盘13的不同区域，并且收集从染料发射的在不同波长处的荧光能量。结果，可以使用模块16来询问在样品22中发生的多重、平行反应。

多重反应可以例如在旋转盘13的单个腔中同时发生。每个光学模块16询问样品22，并在盘13旋转时收集不同波长处的荧光能量。例如，在模块16中的激励源可以被顺序地激活一些周期，该时期足以收集在相应的波长处的数据。也就是说，光学模块16A可以被激活一定周期，以收集在波长的下述第一范围处的数据，所述第一范围被选择用于与第一反应相对应的第一染料。然后可以去激活激励源，并且可以激活在模块16B中的激励源，以在波长的下述第二范围处询问样品22，所述第二范围被选择用于与第二反应相对应的第二染料。继续这个过程，直到已经捕捉到来自所有光学模块16的数据。在一个实施例中，在光学模块16中的每个激励源被激活大约2秒的初始周期，以达到继之以持续盘13的10-50圈(rotation)的询问周期的稳定状态。在其他实施例中，可以将激励源程序设计成更短(例如1或2毫秒)或更长的周期。在一些实施例中，对于样品22的并发的询问，可以同时激活多于一个的光学模块，而无须停止旋转盘13。样品

虽然描述了单个样品22，盘13可以包含多个保持样品的腔。光学模块16可以在不同波长处询问不同腔的一些或全部。在一个实施例中，盘13包括围绕盘13的圆周、间隔开的96个腔。利用一个96个腔的盘和四个光学模块16，装置10能够从384个不同的种采集数据。

在一个实施例中，光学模块16包括激励源，该激励源是低廉高能的发光二极管(LED)，可以购买到多个波长且具有较长寿命(例如100,000小时或更多)的LED。在另一个实施例中，传统的卤素灯泡或水银灯可以被用作激励源。

如图1中所示，可以将每个光学模块16连接到光纤束14的一个引脚上。光纤束14提供用于从光学模块16收集荧光信号而不损失灵敏度的柔性机构。通常，光纤束包括并排放置并且在端部处结合到一起且封住在柔性保护套中的多个光纤。可选择地，光纤束14可以包括较小数量的分离、大直径多模式纤维，这些纤维是玻璃的或者塑料的，并具有公共的端部。例如，对于四个光学模块的装置，光纤束16可以包括四个分离的多模式纤维，每个纤维具有1mm的芯直径。束的公共端部包含绑到一起的四个纤维。在该实例中，检测器18的孔径可以是8mm，该孔径大于足够用来耦合到四个纤维的孔径。

在该实例中，光纤束14将光学模块16连接到单个检测器18。光纤承载由光学模块16收集的荧光并且有效地将捕捉的光传输到检测器18。在一个实施例中，检测器18是光电倍增管。在另一个实施例中，检测器可以包括多个光电倍增元件，在单个检测器中，一个元件用于每一光纤维。在其他实施例中，可以使用一个或多个固态检测器。

使用单个检测器18可以是有利的，因为这样允许使用高度灵敏的并且可能昂贵的检测器(例如光电倍增器)，同时维持仅仅需要使用单个检测器的最小成本。在此这里讨论单个检测器；然而，可以包括一个或多个检测器，用于检测更大数量的染料。例如，可以对系统添加四个另外的光学模块16和第二检测器，从而允许检测从一个盘发射的八个不同的波长。在2005年7月5日提交的名为“Multiplexfluorescence detection device having fiber bundle coupling multipleoptical modules to a common detector，”的美国专利申请序号No.11/174,755中，描述了耦合到用于和旋转盘13一起使用的单个检测器的示例性光纤维束。

光学模块16可以从装置被移除，并且可以容易地与其他光学模块进行交换，这些其他光学模块被优化用于在不同的波长处进行询问。例如，光学模块16可以被物理安装在模块壳体的区域内。沿着与光学模块的一个或多个标记(例如引导销)相匹配的引导件(例如凹进槽)，每个光学模块16可以容易地被插入在壳体的各个的区域内。每个光学模块包括光学输出端口(在图6A和7A中示出)，用于耦合到光纤束14的一个引脚。光学输出端口可以具有耦合到引脚的螺纹连接器的螺纹端。可选择地，可以使用“快速连接”的形式(例如，具有O形环和捕捉销的可滑动连接)，该“快速连接”形式允许将纤维束14可滑动地啮合到光学输出端口以及从光学输出端口脱出。此外，每个光学模块16可以具有一个或多个电触头，用于当完全插入时电耦合到控制单元23。

装置10的模块式结构允许装置容易地被适用于在给定分析环境中(例如多重PCR)使用的所有荧光染料。在装置10中可以使用的其他化学处理包括Invader(Wisconsin、Madiso、Third Wave、转录介导扩增(California，、San Diego、GenProbe)、荧光标记酶联免疫吸附试验(ELISA)或荧光原位杂交(FISH)。装置10的模块式结构可以提供另一个优点，也就是通过对用于波长的较小特定目标范围的相应的激励源(未示出)和激励及检测滤光器进行选择，能够优化每个光学模块16的灵敏度，从而选择性地激励和检测多重反应中的相应的染料。

为了实例的目标，装置10被示出为4色多重布置，但是或多或少的通道都可以与适当的光纤束14一起使用。通过向基座20简单地添加另一光学模块16并且将纤维束14的一个引脚插入到新光学模块中，该模块式设计允许用户来容易地升级领域中的装置10。光学模块16可以具有集成电子器件，该集成电子器件识别光学模块，并且将校准数据下载到装置10的内部控制光学模块或其他内部电子器件(例如控制单元23)中。

在图1的实例中，样品22被容纳在盘13的腔内，该盘13被安装在处于控制单元23的控制下的旋转平台上。狭槽传感器触发器(slotsensor trigger8)27提供由控制单元23和数据采集装置21利用的输出信号，用于在盘旋转期间将数据采集与腔位置进行同步。狭槽传感器触发器27可以是机械或光学传感器。例如，该传感器可以是发送光束到盘13的激光器，并且控制单元23使用传感器检测通过盘13中的狭槽的光，以定位在盘上的腔。在其他实施例中，除了狭槽之外或者代替狭槽，盘13可以包括突片、凸出或反射表面。狭槽传感器触发器27可以使用任何物理结构或机构以在盘13旋转的同时定位盘13的径向位置。在旋转平台25上，可以物理安装光学模块16。结果，在任一时间，光学模块16与不同的腔是交叠的。

检测装置10还包括用于调制盘13上的样品22的温度的加热元件(未示出)。该加热元件可以包括包含在反射外壳中的卤素灯泡。反射腔被成形为将来自灯泡的辐射聚焦到盘13的径向切面上。通常，盘13的加热区在盘13旋转时就像一个环。在该实施例中，反射外壳的形状可以是允许精确聚焦的椭圆形的和球形的几何形状的组合。在其他实施例中，反射外壳可以具有不同的形状，或者灯泡可以广泛地辐射较大的区域。在其他实施例中，反射外壳可以被成形为将来自灯泡的辐射聚焦到盘13的单个区域上，例如包含样品22的单个处理腔。

在一些实施例中，加热元件可以加热空气并且推动在一个或多个样品上方的热空气，从而调节温度。另外，可以利用盘对样品进行直接加热。在这种情况下，加热元件可以位于平台25中，并且被热耦合到盘13。在加热元件中的电阻可以如控制单元23控制的那样，加热盘的选择区域。例如，区域可以包含一个或多个腔，也可以包含整个盘。用于和旋转盘13一起使用的示例性加热元件在2005年7月5日提交的名为“HEATING ELEMENT FOR A ROTATING MULTIPLEXFLUORESCENCE DETECTION DEVICE”的美国专利申请序号No.11/174,691中进行了描述。

可选择地或者另外地，装置10还可以包括冷却元件(未示出)。在装置10中包括风扇以向盘13供应冷空气也就是室温空气。在完成实验之后，需要进行冷却来适当地调节样品的温度并存储样品。在其他实施例中，冷却元件可以包括在平台25和盘13之间的热耦合，并且平台25可以在需要时降低其温度。例如，一些生物样品可以在4摄氏度进行存储，以减少酶活性或蛋白质变性。

检测装置10还能够控制在处理腔中包含的反应种。例如，将一些种加载到处理腔中以生成第一反应并且稍后在第一反应终结之后向样品添加另一种可以是有利的。可以添加激光自动引导阀(laser homingvalve)，以控制将内部保持腔与处理腔分开的阀，从而在盘13的旋转期间控制种到腔的添加。该激光装置可以定位在一个光学模块16中或与光学模块分开。在盘13下面，直接在激光器下方可以是用于相对于盘13定位激光的激光传感器。

在一个实施例中，该激光器是具有至少两个功率设置的近红外(NIR)激光器。在低功率设置下，激光定位传感器可以通过识别通过盘13中的狭槽的NIR光来指示激光在腔阀上方的适当的位置处。一旦激光器处于适当的位置处，控制单元23指令激光器输出高功率能量的短脉冲从而加热阀并打开阀。然后，打开的阀可以允许内部流体样本从内腔向前流动到外处理腔，并进行第二反应。在一些实施例中，盘13可以包含多个阀，以按顺序地生成多个反应。当利用多个腔阀时，还可以使用多于一组激光器和激光传感器。用于和旋转盘13一起使用的示例性激光引导阀控制系统在2005年7月5日提交的名为“VALVECONTROL SYSTEM FOR A ROTATING MULTIPLEX FLUORESENCEDETECTION DEVICE”的美国专利申请序号No.11/174,957中进行了描述。

数据采集系统21可以为每个染料从装置10按顺序地或者并行地收集数据。在一个实施例中，数据采集系统21从光学模块16按顺序地收集数据，并且利用从狭槽传感器触发器27测量的每个光学模块的触发器延迟，来对空间交叠进行校正。

用于装置10的一个应用是实时PCR，但是在这里描述的技术可以被扩展到其他利用在多个波长处的荧光检测的平台。装置10可以结合快速热循环、利用加热元件，以及离心驱动的微流体，用于核酸的分离、扩增和检测。通过使用多重荧光检测，可以并行地检测和分析多种目标种。

对于实时的PCR，使用荧光来测量在三个通常技术的一个中的扩增量。第一种技术是使用染料，例如SybrGreen(Oregon、Eugene、Molecular Probes)，这种染料的荧光在结合到双链DNA上后得到增加。第二种技术使用荧光标记探针(杂交探针、发夹探针(hairpin probe)等)，该荧光标记探针的荧光当结合到扩增的目标序列后发生改变。这种技术类似于使用双链DNA结合染料，但是更特别的是因为该探针将仅仅结合到目标序列的某一部分。第三种技术是使用水解探针(TaqmanTM，Applied BioSystems，Foster City California)，其中聚合酶的核酸外切酶活性在PCR的延伸阶段从探针分裂(cleave)淬灭分子，使得其是荧光激活的。

在每种方法中，荧光与扩增目标浓度是线性成比例的。数据采集系统21在PCR反应期间测量来自检测器18的输出信号(或可选择地利用控制单元23来随意地取样和通信)，从而接近实时地观察扩增。在多重PCR中，利用独立测量的不同的染料来对多个目标进行标记。大体说来，每个染料将具有不同的吸收和发射光谱。为此，光学模块16可以具有激励源、透镜和相关的滤光器，这些激励源、透镜和相关的滤光器被任意地选择用于在不同波长处对样品22进行询问。

适用于结合本发明一起使用的适当的结构技术或材料的一些实例可以在例如名为“ENHANCED SAMPLE PROCESSING DEVICESSYSTEMS AND METHODS”(Bedingham等)的共同转让的美国专利No.6,734,401以及名为“SAMPLE PROCESSING DEVICES”的美国专利申请公开No.US 2002/0064885中进行了描述。其他可用的装置结构可以在例如2000年6月28日提交的名为“THERMAL PROCESSINGDEVICES AND METHODS”的美国临时专利申请序号No.60/214,508、2000年6月28日提交的名为“SAMPLE PROCESSING DEVICES，SYSTEMS AND METHODS”的美国临时专利申请序号No.60/214,642、2000年10月2日提交的名为“SAMPLE PROCESSING DEVICES，SYSTEMS AND METHODS”的美国临时专利申请序号No.60/237,072、2001年1月6日提交的名为“SAMPLE PROCESSING DEVICES，SYSTEMS AND METHODS”的美国临时专利申请序号No.60/260,063、2001年4月18日提交的名为“ENHANCED SAMPLE PROCESSINGDEVICES，SYSTEMS AND METHODS”的美国临时专利申请序号No.60/284,637以及名为“SAMPLE PROCESSING DEVICES ANDCARRIERS”的美国专利申请公开No.US 2002/0048533中找到。其他的潜在装置结构可以在例如名为“CENTRIFUGAL FILLING OFSAMPLE PROCESSING DEVICES”(Bedingham等)的美国专利No.6,627,159中找到。

图2是示出示例性光学模块16A的示意图，其可以与图1的光学模块16的任何一个相对应。在这个实例中，光学模块16A包括高功率激励源、LED 30、准直透镜32、激励滤光器34、二向色滤光器36、聚焦透镜38、检测滤光器40和透镜42，从而将荧光聚焦到光纤束14的一个引脚中。

因此，来自LED 30的激励光利用准直透镜32来进行校直、利用激励滤光器34来进行滤光、传输通过二向色滤光器36，并且利用聚焦透镜38聚焦到样品22内。由样品发射的所得到的荧光利用相同的聚焦透镜38来进行收集、利用二向色滤光器36来进行反射，并且在被聚焦到光纤束14的一个引脚中之前由检测滤光器40进行滤光。然后，光纤束14将光传输到检测器18。

基于多种染料的特定吸收和发射谱带，来选择LED 30、准直透镜32、激励滤光器34、二向色滤光器36、聚焦透镜38、检测滤光器40和透镜42，光学模块16A和该多种染料来一起使用。以这种方式，多个光学模块16可以被配置和加载到装置10中，从而把不同的染料作为目标。

表1列出了可以用在针对多种荧光染料的4通道多重荧光检测装置10中的示例性元件。FAM、HEX、JOE、VIC、TET、ROX是California、Norwalk、Applera的商标。Tamra是California、San Jose、AnaSpec的商标。Texas Red是Molecular Probes的商标。Cy 5是United Kingdom、Amersham、Buckinghamshire的商标。

表1

光学模块	LED	激励滤光器	检测滤光器	染料
光学模块	LED	激励滤光器	检测滤光器	染料	1	蓝	475nm	520nm	FAM、Sybr Green
2	绿	530nm	555nm	HEX、JOE、VIC、TET	1	蓝	475nm	520nm	FAM、Sybr Green
2	绿	530nm	555nm	HEX、JOE、VIC、TET	3	橙	580nm	610nm	TAMRA、ROX、Texas Red
4	红	630nm	670nm	Cy5	3	橙	580nm	610nm	TAMRA、ROX、Texas Red

所述的模块式、多重检测结构的一个优点是在广泛多种染料的优化检测中的适应性。可知用户可以具有几个不同光学模块的组(bank)，该几个不同的光学模块可以按照需要而插入到装置10中，任何时间可以使用这些模块中的N个，其中，N是装置支持的通道的最大数量。因此，装置10和光学模块16可以与任何荧光染料和PCR检测方法一起使用。可以使用较大的光纤束来支持较大数量的检测通道。此外，多个光纤束可以与多个检测器一起使用。例如，两个4引脚光纤束可以与八个光学模块16和两个检测器18一起使用。

图3是示出在装置壳体内的可移除光学模块的示例性组的前视图的透视图。在图3的实例中，装置10包括基臂44和模块壳体46。在模块壳体46中包含主光学模块48、辅助光学模块52和辅助光学模块56。光学模块48、52和56分别地产生光学输出束49、53和57，这些光学输出束顺序地激励盘13的不同处理腔。换句话说，输出束49、53和57顺着盘13的曲率从而使得每个输出束激励包含处理腔的盘的相同径向位置。狭槽传感器触发器27包括红外光源31，该红外光源31产生由检测器33检测的光35。

光学模块48、52和56的每个分别地包括用于啮合光学壳体46的各自的释放杆50、54或58。每个释放杆可以提供向上偏置(upward bias)来啮合在模块壳体46中形成的相应插销。本领域技术人员或其他用户分别压下杆50、54或58，从而从模块壳体46解锁和移除光学模块48、52或56。条形码读取器29包括用于识别盘13的激光器62。

基臂44从检测装置10延伸，并且为模块壳体46和光学模块48、52和56提供支持。可以将模块壳体46牢固地安装到基臂44上面。模块壳体46可以包含适用于容纳光学模块48、52和56的相应一个的区域。虽然为了示例性的目的相对于模块壳体46进行了描述，但是检测装置10的模块壳体46可以具有用于容纳光学模块48、52和56的多个区域。换句话说，对于光学模块48、52和56不需要使用分开的壳体。

模块壳体46的每个区域可以包含一个或多个轨道或引导件，帮助本领域技术人员或其他用户在插入光学模块时正确地在区域中定位相关的光学模块。沿着每个区域的顶部、底部和侧部，定位这些引导件。光学模块48、52和56的每个可以包括与模块壳体46的区域的引导件或轨道匹配的引导件或轨道。例如，模块壳体46可以具有凸出引导件，该凸出引导件与光学模块48、52和56中的凹进引导件匹配。

在一些实施例中，模块壳体46可以不完全封住光学模块48、52和56的每一个。例如，模块壳体46可以提供安装点来将光学模块48、52和56的每一个牢固到基臂44，但是可以暴露每个光学模块的部分或全部。在其他实施例中，模块壳体46可以完全封住光学模块48、52和56的每一个。例如，模块壳体46可以包括封闭光学模块48、52和56的单扇门，或者包括用于每个模块的各扇门。该实施例可以适用于其中很少移除模块或检测装置10经受极端环境条件的应用。

技术人员可以容易地移除光学模块48、52或56的任一个，并且可以通过仅仅使用一只手来完成移除。例如，技术人员可以将他或她的食指搁在位于光学模块52的释放杆54下的模制凸缘下。技术人员的拇指接着可以按下释放杆54来从模块壳体46释放光学模块52。在抓紧拇指和食指之间的光学模块52时，技术人员可以在光学模块上向后拉从而从检测装置10移除光学模块。可以使用其他方法来移除光学模块48、52或56的任何一个，该其他方法包括使用双手移除的方法。可以利用单手或双手以相反的方式来完成光学模块48、52或56的任何一个的插入。

在图3的实例中，组合两个光学模块的元件来形成主光学模块48。主光学模块48可以包含产生两个不同波长的光的光源和用于从盘13中的样品检测每个不同波长的荧光的检测器。因此，主光学模块48可以连接到光纤束14的两个引脚上。以这种方式，主光学模块48可以被视为具有两个独立光激励和收集通道的双通道光学模块。在一些实施例中，主光学模块48可以包含用于多于两个的光学模块的光学元件。在其他情况下，模块壳体46包含多个(例如两个或多个)单通道光学模块，例如辅助光学模块52和56。

如图3中所示，主光学模块48还可以包含用于激光阀控制系统51的元件(位于光学模块48内)。激光阀控制系统51通过位于盘13的外边缘附近的小狭槽来检测盘13位置。检测器(未示出)检测低功率激光55，以相对于转动盘的电机映射盘13的位置。控制单元23使用该映射来在盘13上定位阀(未示出)。

激光阀控制系统51将激光55聚焦在阀上，该阀将向着盘13的中心的保持腔与盘13的外边缘附近的处理腔分开。当要将保持腔的内容移动到相关的处理腔时，激光阀控制系统51施加激光55来加热分开腔的阀，导致打开阀并提供两个腔之间的流体连通。特别地，一旦阀打开，在盘13旋转的同时，来自内部保持腔的内容紧着向着外部处理腔流动。然后，检测装置10可以监视在处理腔中的随后反应。在腔中的内容可以包括流体或固体状态的物质。

在一些实施例中，激光阀控制系统51可以被包含在单通道光学模块例如辅助光学模块54或辅助光学模块56中。在其他实施例中，可以与光学模块48、52或56的任何一个分开地将激光阀控制系统51安装到检测装置10。在这种情况下，激光阀控制系统51可以是可移除的，并且适用于啮合在模块壳体46或检测装置10的不同壳体中的区域内。

在图3的实例中，在盘13的任一侧上，在可移除模块附近定位狭槽传感器触发器27。在一个实施例中，狭槽传感器触发器27包含光源31来发射红外(IR)光35。当盘13中的狭槽允许光通过盘而到达检测器33时，检测器33检测IR光35。控制单元23可以使用该信息来在盘13旋转的同时将盘13定位与来自光学模块48、54和56的数据同步。在一些实施例中，在装置10的操作期间，狭槽传感器触发器27可以从基臂44延伸到达盘13的外部边缘。在其他实施例中，可以使用机械检测器来检测盘13的位置。

条形码读取器29使用激光器62来读取位于盘13的侧边缘上的条形码。该条形码识别盘13的类型以允许装置10的适当操作。在一些实施例中，条形码可以识别实际盘来协助技术人员跟踪数据到来自多个盘13的特定样品。

光学模块48、52和56的所有表面元件可以由聚合物、物或金属合金构造而成。例如，在形成表面元件方面，可以使用高分子量聚亚安酯。在其他情况中，可以创建铝合金或碳纤维结构。在任何情况下，材料可以抵抗热、疲劳、应力和侵蚀。因为检测装置10可能受到生物材料的感染，所以在腔内容漏出盘13的情况下，可以对结构进行消毒。

图4是示出在检测装置10的模块壳体46中的可移除光学模块48、52和56的示例性组的透视图。在图4的实例中，基臂44支持条形码读取器29以及附着在模块壳体46中的可移除光学模块48、52和56。盘13位于光学模块48、52和56下面，所具有的处理腔位于在不同时刻的每个模块的相应光学路径下。

在模块壳体46中，可以看到辅助模块56和主光学模块48的前部。辅助模块56包含模制边缘(molded lip)59和释放杆58。如前描述的，当移除模块或将模块插入到模块壳体46中时，可以使用模制边缘59来抓住模块56。所有光学模块48、52和56可以具有相应的模制边缘和释放杆，或者可以使用单个释放杆来移除所有光学模块。在一些实施例中，光学模块48、52和56可以包含用于抓住模块的不同元件。例如，光学模块48、52和56的每一个可以包含用于从模块壳体46垂直或水平地移除相应的模块的手柄。

可以固定光学模块48、52和56在模块壳体46中的位置，从而在任何特定时刻分开地激励盘13中的不同样品。例如，相比于辅助光学模块52和56，主光学模块48可以被定位为稍微更朝向基臂44，而辅助光学模块52和56被偏置到主模块的任一侧处的位置。此外，可以在水平方向(由图4中的箭头指示，其中X是外部光束从内部光束偏移的距离)上偏置光学模块48、52和56，从而使得由模块产生的激励光束沿着盘13的曲率。在这种配置中，在盘13旋转时，由光学模块48、52和56产生的光束横穿相同的路径，从而激励和收集来自沿着该路径布置的处理腔的光。在其他实施例中，调整光学模块48、52和56，从而使得激励光束横穿围绕旋转的盘13的不同路径。

在该实例中，基臂44包含延伸到模块壳体46中的电接触板66。在模块壳体46内部，电接触板66可以包含用于光学模块48、52和56的每个的电接触件。在一些实施例中，光学模块48、52和56的每个可以具有连接到控制单元23的分开的相关的电接触板。

光纤耦合器68将光纤束14的一个引脚耦合到光学模块56的光学输出端口。虽然未示出，但光学模块48、52和56的每个包括适用于啮合安装到模块壳体46的相应的光纤耦合器的光学输出端口。在光纤耦合器68和光纤束14的引脚之间的连接可以是螺纹螺钉锁定(threadedscrew lock)、咬住闭合(snap closure)或摩擦配合(friction fit)。

条形码读取器29产生用于读取盘13的条形码的激光64。激光64沿着与盘13的外边缘相交的直接路径。同时，光64可以展开而覆盖盘13的较大的面积。当盘以低速度旋转时，条形码读取器29读取盘13上的条形码。在其他实施例中，条形码读取器29可以在操作期间周期性地读取条形码，以确保新盘还没有被加载到装置10中。在其他实施例中，条形码读取器29可以检测盘13上的多于一个的条形码。

在一些实施例中，可以相对于盘13移动基臂44。在这种情况下，基臂44被配置，以检测在不同尺寸的盘上的样品或者位于盘13的内部中的样品。例如，通过将基臂44进一步远离盘13的中央，可以使用包含更多处理腔或较大处理腔的较大盘。模块壳体46还可以具有用于光学模块48、52或56的每个的可配置的位置，从而使得可以将每个模块移动到围绕盘13的处理腔的一个或多个圆形路径。

图5是示出可移除光学模块的示例性组的正侧视图的透视图，其中该可移除光学模块的一个模块被移除以暴露模块连接器。具体地，在图5中没有示出模块壳体46，并且已经移除光学模块56以暴露光学模块52和48连同用于移除模块56的连接件。

光学模块56的释放杆(图3)牢固地附着到安装到基臂44上的附着柱69。在该实例中，附着柱69延伸到光学模块56中并且耦合到释放杆58。在其他实施例中，可以使用其他附着机构来将光学模块56固定到基臂44，该附着机构例如螺钉或咬住(snap)固定装置。

基臂44提供在模块壳体46中的两个不同的操作连接，用于在插入光学模块56时容纳并啮合该光学模块56。具体地，基臂44提供电接触板66，该电接触板66包括用于耦合到光学模块56中包含的电接触件(未示出)的电连接件70。电连接件70允许控制单元23与模块56中的电元件进行通信。例如，模块56可以包括电路、硬件、固件或它们的任意组合。在一个实例中，内部电元件可以存储并向控制单元23输出独特的标识信息，例如序列号。可选择地，或另外，电元件可以提供描述可移除模块56中包含的光学元件的特定特性的信息。例如，电元件可包括可编程只读存储器(PROM)、闪存存储器或其他内部或可移除存储介质。其他实施例可以包括电阻器组、电路或用于将光学模块48、52或56的独特标记输出到控制单元23的嵌入处理器。在另一实例中，光学模块56可以包括激光源和形成激光阀控制系统的部分的其他元件，该激光阀控制系统也就是激光阀控制系统51。

可以移除并以与不同的可移除光学模块相关的另一形式来替换电接触板66。该选择可以支持装置性能的更新。在其他实施例中，连接件70可以包含或多或少的连接销。

此外，基臂44和模块壳体46在容纳光学模块56的区域中提供光学通道72。将光学通道72连接到光纤耦合器68(图4)，该光纤耦合器68与光纤束14的引脚对接。光学通道72插入到光学模块56中的区域中。可以将由光学模块56捕捉的光引导通过光学通道72、光纤耦合器68和光纤束15而到达检测器。这些连接件之间的配件可以是紧密的，以确保光不逃离或进入光学路径。

在一些实施例中，可以以不同结构来设置到光学模块56的连接件。例如，可以将连接件定位在另一位置处，用于容纳来自另一方向的光学模块56。在其他实施例中，电连接件可以位于光学模块56的一侧上，而光学连接件位于模块56的第二表面上。在任何情况下，位于模块壳体46的区域中的电连接件和光连接件容纳可移除光学模块，在这个实例中该可移除光学模块也就是光学模块56。

图5所示的模块56的光学和电连接件可以与任何包括光学模块48和52的模块一起使用。此外，用于每个光学模块的连接件可以是不同的。因为可以对连接件进行修改，用于与所期望的可移除光学模块耦合，所以可以在任何时候改变由插入在模块壳体46的特定区域中的任何特定光学模块使用的连接件。

图6A是示出示例性主可移除光学模块48A中的元件的透视图。在图6A的实例中，主光学模块48A包括释放杆50、枢轴销51和插销74。内部壳体78分开模块48A的每侧，并包含连接到带状物81的电接触焊盘80。光学元件包括LED 82、准直透镜84、激励滤光器86、二向色滤光器88、聚焦透镜90、检测滤光器92和透镜94。光学输出端口17耦合到光纤束14的引脚。用于第二光学通道的光学元件的独立组(未示出)位于内部壳体78的另一侧上。此外，主模块48A包括连接器96、激光二极管98和聚焦透镜100，作为由控制单元23控制的激光阀控制系统51的一部分。

利用枢轴销61将释放杆50附着到光学模块48A。枢轴销61允许释放杆50围绕该销的轴旋转。当压下释放杆50时，臂63逆时针旋转以提升插销74。一旦提升插销74，可以释放光学模块48A用于从模块壳体46移除。还可以存在维持靠着释放杆50的偏置力的弹簧或其他机构，以将插销74维持在下部位置中。在一些实施例中，可以围绕枢轴销61包括弹簧，以提供将插销74保持在下部或锁定位置中的力矩臂。在其他实施例中，可以添加其他安装机构或替代所述杆而使用其他安装机构。例如，可以利用一个或多个螺钉或销将光学模块48A附着到模块壳体46。

可以将安装板76安置在光学模块48A中，用于附着通信带状物81和LED 82。带状物81连接到电接触焊盘80，并且提供在焊盘和光学模块48A中的电元件之间的连接。接触焊盘80和带状物81可以携载主光学模块48A的两侧所需要的信息，该主光学模块48A的两侧包括激光阀控制系统51和任何内部存储器或其他存储介质。带状物81可以是柔性的，用于编织在光学模块48A中。带状物81可以包含多个导电线，以在电元件和控制单元23之间通信信号，和/或向电元件传输功率。在一些实施例中，每个电元件可以具有将元件和控制单元23进行连接的独立电缆。当从壳体移除光学模块48A时，技术人员可能需要从模块壳体46断开电缆或弯曲电路。

在一些实施例中，光学模块48A可以包含用于检测来自盘13的光的检测器以及用于处理和存储数据的电子器件。该电子器件可以包含遥测电路，用于将表示检测到的光的数据无线传输到控制单元23。可以利用红外光、射频、蓝牙或其他遥测技术来执行无线通信。光学模块48A还可以包括电池以对电子器件供电，可以利用控制单元23对该电池进行充电。

LED 82被附着到安装板76并且被电耦合到带状物81。LED 82产生预定波长的激励光49，以激励样品22。在光49离开LED 82之后，在光进入激励滤光器86之前，利用准直透镜84来扩展光。一个波长带的光49通过二向色滤光器88并利用聚焦透镜90被聚焦在样品上。光49激励样品，利用聚焦透镜90来收集荧光，并且利用二向色滤光器88将荧光传输到检测滤光器92。得到的光的波长带利用透镜94收集并被传输到光学输出端口17，其中收集的荧光进入光纤束14的引脚，用于传输到检测器18。

内部壳体78可以支持样品的激励和针对所选择波长的由样品发射的荧光的检测中包括的所有元件。在内部壳体78的其他侧上，可以包括光学元件的相似配置，以产生不同波长的光并检测相应的不同荧光波长。每侧的分开可以消除从一侧进入另一侧的光学通道的光污染。

部分地容纳在模块48A的每侧中的可以是激光阀控制系统51的元件，包括连接器96、激光二极管98和聚焦透镜100。内部壳体78可以提供用于这些元件的物理支持。将带状物81连接到连接器96，用于将驱动信号和功率通信到激光源。激光二极管98被连接到连接器96，并且产生用来打开盘13上的阀的激光能量55。激光二极管98将该近红外(NIR)光传输到聚焦透镜100，用于将激光能量55引导到盘13上的特定阀上。NIR传感器可以位于盘13下方，用于定位需要打开的特定阀。在其他实施例中，可以与光学元件分开地容纳这些元件。

在一些实施例中，激光阀控制系统5 1的发射透镜98和聚焦透镜100可以被包含在单通道光学模块中，该单通道光学模块例如辅助光学模块52和56(图3)。

图6B是示出基本上类似于图6A的不同光学模块中的元件的透视图。光学模块48B包括很多与光学模块48A相同的元件。差异包括螺母85、挠曲电路(flex circuit)87和挠曲电路连接器89。

光学模块48B不需要用于附着到模块壳体46的锁定机构。可选择地，利用附着通过模块壳体46的匹配螺纹螺栓，螺母85被拧入并且被啮合。一旦变紧，则将光学模块48B牢固地附着到检测装置10。在其他实施例中，可以使用不同的固定装置。例如，销或轨道可以将光学模块48B锁定到适当的位置。

挠曲电路87利用控制单元23提供在光学模块48B的元件之间的电连接。挠曲电路87是柔性的，以在多个位置之间移动。挠曲电路连接器89耦合到挠曲电路87，并提供在光学模块48B之间的牢固连接。必需脱离挠曲电路连接器89以从模块壳体46完全地移除光学模块48B。

图7A是示出可以容易地从检测装置10移除或插入到检测装置10中的示例性辅助光学模块中的元件的透视图。在图7A的实例中，光学模块56A与主光学模块48A相似，包括释放杆58、枢轴销59和插销102。光学模块56A还包括连接到带状物107的电接触焊盘106。带状物107还可以连接到安装板104。与主光学模块48A相似，光学元件包括LED 108、准直透镜110、激励滤光器112、二向色滤光器114、聚焦透镜116、检测滤光器118和透镜120。光学输出端口19耦合到光纤束14的引脚。

利用枢轴销65将释放杆58附着到光学模块56A。枢轴销65允许释放杆围绕销的轴进行旋转。当压下释放杆58时，臂67逆时钟旋转以提升插销102。一旦提升了插销102，可以释放光学模块56A从而从模块壳体46移除。存在维持靠着释放杆58的偏置力的弹簧或其他机构，以将插销102维持在下部位置中。可选择地，弹簧可以位于插销102上方。在一些实施例中，弹簧可以被包括在枢轴销65周围，以提供将插销102维持在下部或锁定位置的力矩臂。在其他实施例中，可以添加其他安装机构或替代所述杆而使用其他安装机构。例如，可以利用一个或多个螺钉或销来将光学模块56A附着到模块壳体46。

可以在光学模块56A中安置安装板104，用于附着通信带状物107和LED 108。带状物107连接到电接触焊盘106并提供在该焊盘和光学模块56A中的电元件之间的连接。接触焊盘106和带状物107可以携载操作光学元件所需要的信息。带状物107可以是柔性的，用于在光学模块56A中进行编织。带状物107可以包含多个导电线，以在元件和控制单元23之间通信信号和/或将功率传输给电元件。在一些实施例中，每个电元件可以具有将元件与控制单元23进行连接的独立缆线。当从壳体移除光学模块56A时，技术人员可能需要从模块壳体46断开电缆或挠曲电路。

在一些实施例中，光学模块56A可以包含用于检测来自盘13的光的检测器以及用于处理和存储数据的电子器件。该电子器件可以包含用于将表示检测到的光的数据无线传输到控制单元23的遥测电路。可以利用红外光、射频、蓝牙或其他遥测技术来执行无线通信。光学模块56A还可以包括电池来对电子器件供电，可以利用控制单元23对该电池充电。

LED 108被附着到安装板104并且电耦合到带状物107。LED 108产生预定波长的激励光101以激励样品22。在光101离开LED 108之后，在光进入激励滤光器112之前，利用准直透镜110来扩展光。一个波长带的光101通过二向色滤光器114并利用聚焦透镜116被聚焦在样品上。光101激励样品，利用聚焦透镜116来收集荧光，并利用二向色滤光器114将荧光传输到检测滤光器118。得到的波长带的光利用透镜120被收集并且被传输到光学输出端口19，其中收集到的荧光进入光纤束14的引脚，用于传输到检测器18。

辅助光学模块56A还可以包含激光阀控制系统51的元件。激光阀控制系统51可以是在装置10中使用的唯一系统或者可以是多个激光阀控制系统的一个。用于该系统的元件可以与在图6A的光学模块48A中所述的元件相似。

辅助光学模块56A的元件可以与用来发射以及检测一个波长带的光的任何辅助光学模块或任何光学模块相似。在一些实施例中，可以改变元件的构造，以适应不同的实验应用。例如，可以对任何光学模块进行修改，以从不同方向插入该光学模块或者将光学模块布置在相对于盘13的不同位置处。在任何情况下，光学模块可以是可移除的，以向装置10提供修改灵活性。

图7B是示出在基本上类似于图7A的不同辅助光学模块中的元件的透视图。光学模块56B包括很多与光学模块56A相同的元件。差别包括螺母91、挠曲电路93和挠曲电路连接器95。

光学模块56B不需要用于附着到模块壳体46的锁定机构。可选择地，利用附着通过模块壳体46的匹配螺纹螺栓，螺母91被拧入并且被啮合。一旦变紧，光学模块56B被牢固地附着到检测装置10。在其他实施例中，可以使用不同的固定装置。例如，销或轨道可以将光学模块56B锁定到适当位置。

挠曲电路93利用控制单元23，提供在光学模块56B的元件之间的电连接。挠曲电路93是柔性的，以在多个位置之间移动。挠曲电路连接器95被耦合到挠曲电路93并提供在光学模块56B之间的牢固连接。必需脱离挠曲电路连接器95，以从模块壳体46完全地移除光学模块56B。

图8是多重荧光检测装置10的功能方框图。具体地，图8表示在装置元件之间的电连接以及光通过这些元件的大体路径。在图8的实例中，装置10包括至少一个处理器122或其他控制逻辑、存储器124、盘电机126、光源30、激励滤光器34、透镜38、检测滤光器40、收集透镜42、检测器18、狭槽传感器触发器27、通信接口130、加热元件134、激光器136和电源132。如图3所示，透镜38和收集透镜42不需要被电连接到另一元件。此外，光源30、滤光器34和40、透镜38和收集透镜42表示一个光学模块16。虽然在图8中未示出，但是如前所述，装置10可以包含附加光学模块16。在这种情况下，每个附加光学模块可以包括基本上与图8所示的元件相似地布置的元件。

光沿着一定路径通过图8中几个元件。一旦由光源30发射光，光进入激励滤光器34，并作为分离波长的光而离开。然后，光通过透镜38，其中光离开检测装置10并激励处理腔(未示出)中的样品22。样品22通过在不同波长处发荧光进行响应，此时该荧光进入透镜38并由检测滤光器40进行滤光。滤光器40移除来自样品22的期望荧光之外的波长的背景光。剩余的光被发送通过收集透镜42并且在被检测器18检测到之前进入光纤束14的引脚。检测器18接着对该接收到的光信号进行放大。

处理器122、存储器124和通信接口130可以是控制单元23的一部分。处理器122控制盘电机126来按照需要旋转或转动盘13，以收集荧光信息或移动流体通过盘13。处理器122可以使用从狭槽传感器触发器27接收到的盘位置信息，以在旋转期间识别腔在盘13上的位置并且使从盘接收到的荧光数据的采集同步。

处理器122还可以控制在光学模块16中的光源30何时通电和断电。在一些实施例中，处理器122控制激励滤光器34和检测滤光器40。根据正在被照明的样品，处理器122可以改变滤光器，以允许不同波长的激励光到达样品，或者允许不同波长的荧光到达收集透镜42。在一些实施例中，可以针对特定光学模块16的光源30来优化一个或两个滤光器，并且不能利用处理器122来改变滤光器。

收集透镜42被耦合到纤维束14的一个引脚，该纤维束14的一个引脚提供用于使得光从收集透镜传输到检测器18的光学路径。处理器122可以控制检测器18的操作。虽然检测器18可以不断地检测所有光，但是一些实施例可以利用其他采集模式。处理器122可以确定检测器18何时收集数据，并且可以编程设置检测器18的其他配置参数。在一个实施例中，检测器18是光电倍增管，捕捉来自由收集透镜42提供的光的荧光信息。作为响应，检测器18产生表示接收到的光的输出信号128(例如模拟输出信号)。虽然在图8中没有示出，检测器18可以同时地接收来自装置10的其他光学模块16的光。在这种情况下，输出信号128电表示从多个光学模块16由检测器18接收到的光学输入的组合。

处理器122还可以控制来自装置10的数据流。可以将例如来自检测器18的样品荧光、来自加热元件134和相关传感器的样品的温度以及盘旋转信息的数据存储到存储器124中，用于分析。处理器122可以包括微处理器、数字信号处理器(DSP)、特定用途集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列或其他数字逻辑电路的任何一个或多个。此外，处理器122提供用于存储在计算机可读介质例如存储器124上的固件、软件或它们的组合的操作环境。

存储器124可以包括用于存储多种信息的一个或多个存储器。例如，一个存储器可以包含特定配置参数、可执行指令，以及一个存储器可以包含收集的数据。因此，处理器122可以使用存储在存储器124中的数据用于控制装置操作和校准。存储器124可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦可编程序ROM(EEPROM)、闪存存储器等的一个或多个。

处理器122可以附加地控制加热元件134。基于存储器124中包含的指令，可以选择性地驱动加热元件134，以根据期望的加热廓线来控制一个或多个腔的温度。通常，在盘转动时，加热元件加热盘13的一个径向部分。加热元件134可以包括卤素灯泡和用于将加热能量聚焦到盘13的特定区域上的反射体。在其他实施例中，加热元件134可以按顺序地加热一个或多个腔。该实施例将需要盘13在加热腔的同时是固定的。在任何实施例中，加热元件134能够按照需要非常快速地接通或断开。

激光器136用于控制打开阀，该打开的阀允许保持腔的内容流到盘13上的另一个腔，例如反应井或处理腔。处理器122以及支持的硬件驱动激光器136来选择性地打开盘13中包含的特定阀。处理器122可以与盘13下面的激光传感器交互作用，用于确定激光器相对于期望阀的位置。当处于适当位置时，处理器122输出信号以引导激光器136瞄准阀而产生能量脉冲。在一些情况中，脉冲可以持续大约0.5秒，而其他实施例可以包括更短或更大的持续时间的打开时间。可以通过与激光器136的通信来利用处理器122控制激光能量和脉冲持续时间。

处理器122利用通信接口130以与数据采集系统21进行通信。通信接口130可以包括单个方法或方法组合以传输数据。一些方法可以包括用于以高数据传输速率进行硬件连接的通用串行总线(USB)端口或IEEE 1394端口。在一些实施例中，存储装置可以被直接附着到用于后处理的数据存储器的这些端口的一个。可以利用处理器122来对数据进行预处理，并使得数据准备好用于查看，或者在分析可以开始之前需要完全地处理原始数据。

也可以通过射频(RF)通信或局域网(LAN)连接来完成与检测装置10的通信。此外，可以利用直接连接或通过网络接入点来获得连通性，网络接入点例如网络集线器或路由器，该网络集线器或路由器可以支持有线或无线的通信。例如，检测装置10可以在一定RF频率上传输数据，用于通过目标数据采集装置21接收到该数据。数据采集装置21可以是通用计算机、笔记本式计算机、手持计算装置或特殊应用装置。此外，多个数据采集装置可以同时地接收数据。在其他实施例中，数据采集装置21可以与检测装置10一起被包括作为一个集成检测和采集系统。

另外，检测装置10可能能够经由网络例如因特网从远程装置下载更新的软件、固件和校准数据。通信接口130还可以使得处理器122能够监视盘存报告单的任何故障。如果发生操作问题，处理器122可以能够输出出错信息，以通过提供操作数据来协助用户解决该问题。例如，处理器122可以提供信息以帮助用户诊断故障加热元件或同步问题。

电源132向装置10的元件传送操作功率。电源132可以利用来自标准115伏特电源插座的电力或包括电池和发电电路来产生操作功率。在一些实施例中，电池是可充电以允许长期的操作。例如，装置10可以是便携式的，以检测在紧急情况下例如灾区中的生物样品。可以通过115伏特电源插座来完成充电。在其他实施例中，可以使用传统电池。

图9是耦合到光纤束的四个光纤的单个检测器18的功能框图。在该实施例中，检测器18是光电倍增管。光纤束14的每个引脚、光纤14A、光纤14B、光纤14C和光纤14D耦合到检测器18的光学输入接口138。以这种方式，将由任何光纤14携载的光提供到检测器18的单个光学输入接口138。光学输入接口138向电子倍增器140提供聚集光。阳极142收集电子并产生相应的模拟信号作为输出信号。

换句话说，如所示，光纤14安装在检测器18的输入光学孔径中。因此，可以使用检测器18来同时地检测来自光纤束14的每个引脚的光。光学输入接口138向电子倍增器140提供光。对于光电倍增管来说，来自光纤的光子首先撞击光电发射阴极，该光电发射阴极依次释放光电子。然后，通过撞击一系列倍增器电极来级联光电子，在与每个倍增器电极接触时发射更多的光电子。得到的电子组本质上已经倍增了由光纤14最初传输的小光信号。最终，最终利用阳极142来收集增加数量的电子。利用电流将来自阳极142的该电流作为模拟输出信号传输到电压放大器144，该模拟输出信号表示来自由多个光学模块16提供的样品的光学荧光信号。

控制单元23包括将模拟信号转换为取样的数字数据流(也就是数字信号)的模拟-数字(A/D)转换器146。处理器122接收该数字信号，并将取样的数据存储在存储器124中，用于通信到数据采集装置21，如上所述。在一些实施例中，可以将A/D转换器146包含在检测器18中来代替控制单元23。

以这种方式，可以利用单个检测器18来收集所有来自光纤束14的光并产生表示该光的信号。一旦利用放大器144对该信号进行了放大并且将信号转换为数字信号，则可以将信号数字地分离成为与由各个光学模块16收集地光相对应的数据。可以利用频率范围将整个(也就是聚合)信号分离为表示每个荧光的每个检测到的信号。可以利用由数据采集装置21应用的或者在装置10中的数字滤波器来分离这些频率。

在其他实施例中，可以使用模拟滤波器利用频率来分离放大的信号，并在A/D转换器146之前将信号发送到分开的通道。然后，每个通道可以被分开地数字化并被发送到数据采集装置。在任一种情况下，单个检测器能够捕捉来自每个光学模块16的所有荧光信息。数据采集装置21接着可以实时地绘制和分析从盘13的每个腔得到的信号，而不需要多个检测器。

在一些实施例中，检测器18可以不是光电倍增管。通常，检测器18可以是任何类型的模拟或数字检测装置，能够捕捉来自光学传输机构(也就是纤维束14)的多个引脚的光并且产生捕捉的光的可传输表示。

图10是示出多重荧光检测装置10的操作的流程图。最初，用户在数据采集装置21上或经由与控制单元23的接口来指定程序参数(148)。例如，这些参数可以包括旋转盘13的速度和时间周期，限定反应的温度廓线以及盘13上的样品位置。

接下来，用户将盘13加载到检测装置10中(150)。在使装置10固定之后，用户起动程序(152)，导致控制单元开始以特定的速率转动盘(154)。在盘开始转动之后，可能发生两个并发的处理。

首先，检测装置10开始检测由一个或多个样品中的一个或多个反应产生的来自激励光的荧光(156)。检测器18放大来自每个样品的荧光信号，将这些荧光信号与每个各自的样品以及发射荧光的时间同步(158)。在这个处理期间，处理器122将捕捉的数据保存到存储器124中，并且将实时地将数据通信到数据采集装置10，以监视运行的进程以及用于附加的处理(160)。可选择地，处理器122可以将数据保存在装置10中直到完成程序。处理器122继续检测样品的荧光并且保存数据直到程序完成(162)。一旦运行完成，控制单元23就停止盘的转动(164)。

在该处理期间，控制单元23监视盘温度(166)并且调节盘或每个样品的温度以获得此时的目标温度(168)。控制单元23继续监视和控制温度直到程序完成(170)。一旦运行完成，控制单元23将样品的温度保持到目标存储温度，通常是4摄氏度(172)。

装置10的操作可以从图10的实例进行变化。例如，可以在整个程序中修改每分钟的盘转数，并且可以利用激光器136来打开盘上的腔之间的阀，以允许多个反应。这些步骤可以根据用户限定的程序在操作中以任何次序发生。

图11是示出如果从盘检测光和取样数据的示例性方法的流程图。最初，用户指定哪些模块将检测来自盘13的荧光，并且控制单元23接通模块的LED(149)。一旦将LED加热到稳定状态，则控制单元23以大约每分钟1470转数的速度将盘13转动一圈。在该旋转期间，模块收集从盘13的处理腔发出的荧光(153)，并且控制单元23将来自每个处理腔的16个样品放置在与每个处理腔相关的存储器BIN中(155)。

如果需要将盘13转动另一圈(157)，则控制单元23执行盘13的另一转(another revolution)(151)。如果已经取样了16转，则模块利用LED已经完成了检测。因此，对每个处理腔取样总共256次，并且数据采集装置21对取样进行积分以创建每个处理腔的直方图。控制单元23断开LED(159)。如果必需使用另一模块来继续检测(161)，则控制单元23接通下一个模块LED(149)。如果不要其他模块来收集数据，控制单元23中断从盘13的数据收集。

在一些实施例中，可以对每个处理腔取样更多或更少的次数。控制单元23可以以较快速度来转动盘13以提供较快的结果，或者可以较慢地转动盘13以获得更多的取样。在其他实施例中，可以接通来自两个或多个模块的LED，以同时地检测在多个波长中的荧光。

实例

图12和图13示出可以与用于多重PCR的装置10一起利用的通用荧光染料的吸收和发射光谱。在这些实例中，染料的吸收最大值在480-620nm之间变化，而得到的发射最大值在520-670nm中变化。在图12中的每个染料的信号被编号为FAM 174、Sybr 176、JOE 178、TET180、HEX 182、ROX 184、Tx Red 186以及Cy5 188。在图13中的信号是FAM 190、Sybr 192、TET 194、JOE 196、HEX 198、ROX 200、Tx Red 202和Cy5 204。FAM、HEX、JOE、VIC、TET、ROX是California、Norwalk的Applera的商标。Tamra是California、San Jose的AnaSpec的商标。Texas Red是Molecular Probes的商标。Cy5是United Kingdom、Buckinghamshire的Amersham的商标。

在一个实例中，96个腔的盘被填满稀释在标准PCR反应缓冲剂中的不同浓度的FAM和ROX染料。从200nM FAM和2000nM ROX开始，将每种染料的四份复制品添加在2x倍系列稀释中。每个样品的体积为10μL。腔82具有5μL的200nM FAM和5μL的2000nM ROX的混合物。装置10被构造为具有用于检测染料的两个光学模块16的二通道多重PCR检测装置。

第一光学模块(FAM模块)包含蓝色LED、475nm激励滤光器和520nm检测滤光器。第二光学模块(ROX模块)包含绿色LED、560nm激励滤光器和610nm检测滤光器。另一选择是结合橙色Led和580nm处的激励滤光器，以对ROX检测进行优化。

执行PCR分析，并且将来自样品的荧光信号多路传输到分支的光纤束中。光纤束与单个检测器尤其是光电倍增管(PMT)对接。利用与在通用计算机上执行的Visual Basic数据采集程序对接的国家仪器数据采集(DAQ)板，来收集数据。在盘以每分钟1000转(标称)进行转动的同时，获得数据。按顺序地使用FAM模块和ROX模块来询问取样。每个扫描包括50转的平均值。在图14A和14B中示出来自两个光学模块的原始数据。

通过对在FAM模块中的LED通电而获得图14A中的图，以及通过对在ROX模块中的LED通电而获得图14B中的图。

在分析期间，收集的数据清楚地示出：在任何时间具有与物理定位在不同腔室上方的光学模块相关的时间偏差。在这种情况下，通过确定针对特定腔室(即，在这种情况下为腔82)的在光学模块1和2之间的时间偏差，来计算偏差值。换句话说，时间偏差表示针对相同腔室的在由FAM模块捕捉的数据和由ROX模块捕捉的数据之间的时间延迟量。

图15是示出每个腔室的减去偏差的集成数据。由虚线条表示FAN，由实线条表示ROX，以及将ROX数据布置在FAM数据上面。数据示出：没有来自光学模块1上的ROX染料的信号，并且没有来自光学模块2上的FAM染料的信号。在光学模块1上具有较高的背景，可以通过使用优化的滤光器组来矫正该背景。分析数据以确定检测的极限(LOD)，其被描述为与基线噪声电平相等的信号。基线噪声电平被定义为空闲腔的十次扫描的平均值加上标准偏差的3倍。

利用对照FAM和ROX标准的浓度绘制的集成信号的线性最小二乘法拟合来确定LOD。FAM和ROX模块的LOD分别计算为1和4nM，如图16A和16B中所示。

图17是温度控制用户接口的示例性屏幕截图。高亮显示温度控制屏幕250，并且温度控制屏幕250示出温度控制252。在状态指示器256显示通常信息的同时，温度曲线图254输出温度读数。当运行检测装置10时，消息窗258显示命令。

技术人员可以选择温度控制屏幕250以查看来自装置10的温度信息。温度控制屏幕250是可以被选择以显示与控制单元23或数据采集装置21的操作相关的信息的多个屏幕之一。屏幕250包括向技术人员显示数字信息的温度控制252。温度曲线图254将图形温度信息显示为作为时间的函数的温度的曲线图。在一些实施例中，技术人员可手动地改变位于温度控制252中的值。

状态指示器256对于技术人员总是可见的。状态指示器256显示有关的操作时间、循环数、温度和其他重要信息。消息窗258向控制单元23显示当前命令。窗258包括用于在装置10的操作期间定位传输给控制单元23的任何命令的滚动条。在一些实施例中，消息窗258可以向技术人员显示出错消息或其他重要消息。

图18是光学控制用户接口的示例性屏幕截图。高亮显示光学控制屏幕260，并且光学控制屏幕260显示信号曲线图262。直方图264示出每个处理腔的集成信号。屏幕260还包括消息窗266和偏差控制268。

信号曲线图262显示由检测装置10检测到的原始光学数据。在曲线图262上显示的信号是来自光学模块48、52和56的原始信号，并且包括与在处理腔之间的信号改变相对应的循环。技术人员可以改变偏差控制268，以利用信号波形将信号的分级(binning)匹配到表示每个处理腔的适当的箱(bin)中。在每个峰值之间的信号损失表示在每个处理器之间从盘13检测到的信号。将相应的信号集成，以产生直方图264，该直方图264显示从96个处理腔的每一个检测到的信号。控制单元23在盘13的16圈的每一个中，集成来自处理腔的16个取样。因此，直方图264包含在每个取样处理器腔中的内容的256个取样。在一些实施例中，软件可以通过识别原始信号波形的成分来自动地调整偏差控制268。消息窗266显示与光学控制和光检测关联的命令信息和出错消息。

图19是实时PCR用户接口的示例性屏幕截图。数据屏幕270被高亮显示并示出直方图272和乘积图274。屏幕270示出正从盘13的处理腔进行收集的实时数据。在乘积图274将放大的乘积的量显示为循环数的函数的同时，直方图272显示每个处理腔的集成信号。在其他实施例中，处理腔的结果可以在不同应用条件下发生变化。

Claims

1.一种检测装置，包括：

电机，用于旋转具有多个处理腔的盘，每个所述处理腔保持各自的样品和一个或多个荧光染料；

多个光学模块；以及

壳体，具有适于容纳所述光学模块的多个区域；

其中，所述每个光学模块包括具有被选择用于染料的不同一个染料的光源以及捕捉从所述盘发射的荧光的透镜的光通道。

2.根据权利要求1所述的检测装置，进一步包括：

检测器；以及

光纤束，被耦合到所述多个光学模块以将所述荧光从所述多个光学模块传输到检测器。

3.根据权利要求2所述的检测装置，其中，所述多个光学模块的每一个包括用于耦合到所述光纤束的引脚的光学输出端口，所述引脚被附着到所述检测器。

4.根据权利要求1所述的检测装置，其中，从所述壳体的所述区域移除所述多个光学模块的每一个。

5.根据权利要求4所述的检测装置，其中，所述多个光学模块的每一个包括多个引导件，所述引导件被配合到适用于容纳所述光学模块的所述壳体的所述多个区域的每个中的多个轨道。

6.根据权利要求4所述的检测装置，进一步包括用来将每个光学模块附着到所述壳体的附着机构。

7.根据权利要求4所述的检测装置，其中，所述附着机构包括杆、枢轴销、弹簧、插销或螺钉。

8.根据权利要求4所述的检测装置，其中，所述区域的每个包括一组一个或多个电接触件，以及其中，每个光学模块具有用于在插入到所述壳体中时电耦合到所述区域的所述电接触件的一组一个或多个电接触件。

9.根据权利要求8所述的检测装置，进一步包括控制单元，其中，所述控制单元经由所述电接触件来控制在每个所述光学模块中的所述光源。

10.根据权利要求9所述的检测装置，其中，所述光学模块的每个包括经由所述电接触件与所述控制单元通信的电元件。

11.根据权利要求9所述的检测装置，其中，所述电接触件包括挠曲电路连接件。

12.根据权利要求10所述的检测装置，其中，所述光学模块的每个的所述电元件输出用于各自的所述光学模块的独特标识信息。

13.根据权利要求10所述的检测装置，其中，所述光学模块的每个的所述电元件输出描述在所述光学模块中包含的光学元件的至少一个光学特性的信息。

14.根据权利要求10所述的检测装置，其中，所述电元件包括可编程只读存储器PROM、闪存存储器、内部存储介质或可移除存储介质。

15.根据权利要求10所述的检测装置，其中，所述电元件包括激光源，所述激光源发射激光以打开阀，该阀将所述盘上的处理腔与保持腔分开。

16.根据权利要求10所述的检测装置，其中，所述光学模块的一个或多个包括微处理器。

17.根据权利要求1所述的检测装置，其中，所述多个光学模块的每一个进一步包括激励滤光器和检测滤光器。

18.根据权利要求1所述的检测装置，其中，可以将一个或多个光学模块组合以形成一个较大的光学模块。

19.根据权利要求1所述的检测装置，进一步包括电耦合到所述多个光学模块的一个的激光阀控制系统。

20.根据权利要求19所述的检测装置，其中，所述激光阀控制系统控制在所述光学模块的一个中的激光器，以选择性地打开将所述盘上的处理腔与保持腔分开的阀。

21.根据权利要求1所述的检测装置，其中，所述光学模块的所述光源包括发光二极管或激光二极管。

22.根据权利要求1所述的检测装置，其中，选择所述光源用于利用在多个波长处的荧光检测来检测聚合酶链反应PCR的不同种。

23.根据权利要求1所述的检测装置，其中，所述装置包括至少两个光学模块。

24.根据权利要求1所述的检测装置，其中，所述多个光学模块的一个是可移除双光学通道模块，所述模块包括：

第一光学通道，具有被选择用于第一荧光染料的光源和用来捕捉从盘发射的第一波长的荧光的透镜；

第二光学通道，具有被选择用于第二荧光染料的光源和用来捕捉从所述盘发射的第二波长的荧光的透镜；

一组一个或多个光学模块电接触件，用于电耦合到壳体内的一组一个或多个壳体电接触件；以及

附着机构，用来将所述光学模块附着到所述壳体。

25.根据权利要求24所述的检测装置，其中，所述可移除双光学通道模块进一步包括：第一激励滤光器、第一检测滤光器、第二激励滤光器和第二检测滤光器。

26.根据权利要求24所述的检测装置，其中，所述可移除双光学通道模块进一步包括：第一光学输出端口，用于耦合到附着于检测器上的光纤束的第一引脚；以及第二光学输出端口，用于耦合到附着于所述检测器上的光纤束的第二引脚。

27.根据权利要求1所述的检测装置，其中，所述多个光学模块被排列在所述盘周围，以按顺序地询问一个或多个处理腔。

28.根据权利要求1所述的检测装置，其中，两个或多个光学模块询问一个或多个处理腔而不停止所述盘的旋转。

29.根据权利要求1所述的检测装置，其中，所述多个光学模块被布置以致于所述每个光学模块检测在所述盘上的与其相关的径向位置处的样品。

30.根据权利要求29所述的检测装置，其中，所述多个光学模块的至少两个被定位在所述盘的不同径向位置的上方。

31.一种检测系统，包括：

数据采集装置；以及

耦合到所述数据采集装置的检测装置，其中，所述检测装置包括：

旋转具有多个处理腔的盘的电机，所述每个处理腔保持各自的样品以及一个或多个荧光染料；

多个光学模块，以及

具有适用于容纳所述光学模块的多个区域的壳体；

其中，所述每个光学模块包括光通道，所述光通道具有被选择用于所述染料的不同一个的光源和用来捕捉从所述盘发射的荧光的透镜。

32.根据权利要求31所述的系统，进一步包括：

检测器；以及

光纤束，耦合到所述多个光学模块以将所述荧光从所述多个光学模块传输到所述检测器。

33.根据权利要求31所述的系统，其中，所述多个光学模块的每一个从所述壳体的所述区域移除。

34.根据权利要求33所述的系统，其中，所述每个区域包括一组一个或多个电接触件，以及其中，每个光学模块具有用于在插入到所述壳体中时电耦合到所述区域的所述电接触件的一组一个或多个电接触件。

35.根据权利要求33所述的系统，其中，每个光学模块包括用于耦合到所述光纤束的引脚的光学输出端口。

36.根据权利要求35所述的系统，其中，所述光学输出端口具有可滑动连接件，所述可滑动连接件允许将所述光纤束的引脚可滑动地与所述光学模块的所述光学输出端口啮合以及可滑动地从所述光学模块的所述光学输出端口脱离。

37.根据权利要求36所述的系统，进一步包括与所述可滑动连接件相关的偏置构件以迫使所述光纤束紧靠所述光学输出端口。

38.根据权利要求35所述的系统，其中，所述光学输出端口具有用于啮合所述光纤束的所述引脚的螺纹连接器的螺纹端。

39.根据权利要求31所述的系统，进一步包括狭槽传感器触发器，以提供用于将所述盘的旋转与所述捕捉到从盘发射的荧光进行同步的输出信号。

40.根据权利要求39所述的系统，进一步包括控制单元，所述控制单元使用所述狭槽传感器触发器输出信号来计算在所述模块之间的时间偏差、控制在每个所述光学模块中的所述光源、以及基于所述时间偏差处理来自所述捕捉到从所述盘发射的荧光的数据。

41.根据权利要求31所述的系统，进一步包括电耦合到所述多个光学模块的一个的激光阀控制系统。

42.根据权利要求41所述的系统，其中，所述激光阀控制系统控制在所述光学模块的一个中的激光器，以选择性地打开将所述盘上的处理腔与保持腔分开的阀。

43.一种方法，包括：

旋转具有多个处理腔的盘，所述每个处理腔具有一个或多个在不同波长处发射荧光的种；

利用多个光束来激励所述盘，以产生多个发射的荧光束；以及

利用多个不同的可移除光学模块来捕捉所述荧光束，其中，所述可移除光学模块被光学配置用于所述不同波长并且被包含在壳体内。

44.根据权利要求43所述的方法，进一步包括：

利用光纤束，将所述荧光束从所述多个模块传输到单个检测器；以及

从所述检测器输出表示所述荧光束的信号。

45.根据权利要求44所述的方法，其中，所述壳体包括适用于容纳所述光学模块的多个区域。

46.根据权利要求44所述的方法，进一步包括将所述多个可移除光学模块的一个或多个插入到所述壳体中。

47.根据权利要求44所述的方法，进一步包括从所述壳体移除所述多个模块的一个或多个。

48.根据权利要求44所述的方法，进一步包括将所述多个模块的每一个电耦合到一个或多个电接触件，所述一个或多个电接触件连接到控制单元。

49.根据权利要求44所述的方法，其中，利用多个光束激励所述盘可以通过将所述光束发送通过激励滤光器来完成，以及捕捉所述荧光束可以通过将所述荧光束发送通过检测滤光器来完成。

50.根据权利要求44所述的方法，进一步包括：从狭槽传感器触发器提供用于将所述盘的转动与捕捉的荧光进行同步的输出信号。

51.根据权利要求44所述的方法，进一步包括利用激光阀控制系统打开将处理腔与保持腔分开的阀。

52.根据权利要求44所述的方法，进一步包括为所述多个光束的每一个选择波长，用于使用在多个波长处的荧光检测来激励聚合酶链反应PCR的不同种。