CN101589303B - 基于倏逝波检测的微阵列读取器和读取微阵列的方法 - Google Patents

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Abstract

一种微阵列读取器(100)，包括：光源(102)；接近光源(102)安置的光束整形元件(104)；移动台(124)，用于支撑所述光源(102)和光束整形元件(104)的一个或多个；光学基底(112)，用于支撑固定的微阵列；反应室(116)，其与所述光学基底(112)接触，并且密封缓冲溶液；加热/冷却部件(118)，其与所述反应室(116)接触；同步电路；滤光器(108)；以及，接近所述滤光器(108)安置的成像传感器(106)。

Description

基于倏逝波检测的微阵列读取器和读取微阵列的方法
技术领域
本发明的实施例涉及基于倏逝波检测的微阵列读取器。具体上，本发明的实施例涉及基于倏逝波检测的、用于实时PCR微阵列的微阵列读取器。
背景技术
传统上使用的微阵列读取器基于荧光标签、共焦显微术和倏逝场。示例包括荧光扫描共焦显微术和全内反射(TIR)荧光显微术。这些读取器具有小的视场，并且需要精确的移动部件来扫描阵列，这导致成本大并且慢的读取。一种方法包括：通过扩展具有均匀的强度分布的光源而激励整个探针阵列。但是，由于较低的激励，导致较低的敏感度。
具有波导结构的微阵列读取器可以产生高敏感度，并且没有移动部件。但是，因为波导制造的高成本和严格的对齐和耦接要求，这些读取器不适合于一次性的芯片应用。因为对温度控制和采样同步的独特要求，现有的微阵列读取器都不能满足实时PCR微阵列检测的需要。
发明内容
本发明的实施例涉及一种微阵列读取器，其包括：
光源；接近光源的光束整形元件；移动台，用于支撑所述光源和所述光束整形元件的一个或多个；光学基底，用于支撑固定的微阵列；反应室，其与所述光学基底接触，并且密封缓冲溶液；加热/冷却部件，其与所述反应室接触；同步电路；滤光器；以及，接近所述滤光器安置的成像传感器。
附图说明
在不必然按照比例绘制的附图内，类似的标号在几个附图内表示基本类似的部件。具有不同的字母下标的类似标号表示基本类似的部件的不同实例。附图通过示例而不是通过限制来一般图解了在本文内讨论的各个实施例。
图1图解根据一些实施例的、基于倏逝波检测的微阵列读取器100的横截面视图。
图2图解了根据一些实施例的光学基底200的透视图。
图3图解了根据一些实施例的线形输出光源的强度分布的图形。
图4图解了根据一些实施例的、读取微阵列的方法的方框流程图。
图5图解了根据一些实施例的、示例性的荧光标注的PCR信号曲线的图形。
具体实施方式
下面的详细说明包括对于附图的参照，所述附图形成详细说明的一部分。附图通过图示示出了其中可以实施本发明的具体实施例。在此也被称为“示例”的这些实施例被足够详细地说明，以使得本领域内的技术人员能够实施本发明。可以组合所述实施例，可以使用其他实施例，或者可以在不脱离本发明的范围的情况下作出结构和逻辑上的改变。因此，不以限制的含义理解下面的详细说明，并且通过所附的权利要求和它们的等同内容来限定本发明的范围。
在本文内，术语“一个”用于包括一个或多于一个，并且术语“或者”用于表示非独占的“或者”，除非另外说明。另外，应当明白，在此使用并且未另外限定的措辞或者术语仅仅用于说明，而不是限制。而且，在本文内引用的所有公布、专利和专利文件在此通过引用被整体并入在此，就好像通过引用而单独地被并入。在本文和通过引用被并入的那些文件之间的不一致的使用的情况下，在所并入的引用内的使用应当被认为是对于本文的使用的补充；对于不可调和的不一致，以在本文内的使用为主。
本发明的实施例涉及一种微阵列读取器，用于使用倏逝波检测来进行实时的PCR微阵列分析。所述微阵列读取器是低成本和可靠的，并且可以用于多种微阵列配置内。所述微阵列读取器也具有方便的控制、快速的读取和高的灵敏度。所述微阵列读取器包括温度控制以及采样同步电路。读取器通过行扫描模式来分析信号，并且使用强度校准和均匀性校准。光学基底可以不仅用于支撑微阵列，并且可以用作全内反射的介质。反射或者吸收涂层可以部分地被施加到基底，以减少散射噪声，并且也作为位置标记。
参见图1，其示出了根据一些实施例的基于倏逝波检测的微阵列读取器100的横截面视图。线性平移台124可以支撑线形输出光源102，诸如激光器。可以将光源102的波长选择在激活荧光标签的范围内。在接触基底112之前，可以通过柱面透镜104(光束整形元件)来将光源102重新整形。接触可以包括例如进入基底112。柱面透镜104可以例如是衍射光学元件或者漫射光学元件。
光源102、柱面透镜104和线性平移台124可以构成行扫描激励系统。基底112可以是光学基底，诸如玻璃或者聚合物。基底112可以很薄以减小热容量，并且满足快速温度控制的要求。基底112可以例如是大约1毫米到大约3毫米厚。基底112可以由在激励波长下低自动荧光的材料制造。
所述行扫描激励系统可以维持均匀的强度(如图3内所示)。例如，可以应用具有均匀性校准的均匀的行扫描，以克服点扫描的较低速度。为了获得灵活和方便的耦合，可以例如应用直接耦合。例如，可以通过反馈控制来调整激励的位置变化。例如，所述行扫描激励系统可以使用同步电路来同步采样。
基底112可以接触反应室116，反应室116密封缓冲溶液122，并且构成实时的PCR微阵列反应系统。基底112的折射率可以例如大于缓冲溶液122。基底可以例如被粘贴到反应室116。可以通过成像透镜110来在诸如冷却的CCD照像机106之类的成像传感器106内成像荧光标签。在基底112和图像透镜110之间的滤光器108可以用于阻挡激励光，并且通过荧光。与反应室116接触的、在台120上的加热/冷却元件118可以用于加热、冷却或者稳定反应系统。元件118可以例如是TEC温度控制板。可以通过诸如光电检测器之类的检测器114来监控任何光源强度的变化。
参见图2，其示出了根据一些实施例的光学基底200的透视图。为了防止由粘结剂引起的任何散射，可以在基底200的底侧上的粘结区域上覆盖多层反射或者吸收涂层202。涂层202也可以例如作为位置标记。全内反射可以在探针阵列206可以在表面上固定的位置朝向基底200的底侧发生。光学衬底200可以例如不仅作为微阵列的实体支撑，而且作为全内反射的光密介质。可以通过线形204倏逝场来激励与荧光标注的目标组合的一列阵列探针。为了减少在光学基底表面200处的散射，可以精细地抛光基底112的面。例如，可以精细地抛光四个面。例如，可以抛光左侧表面、右侧表面、上侧表面和底侧表面。光学衬底200的表面质量可以例如好于40-20划痕-麻点(scratch-dig)MIL-O-13830。
参见图4，其示出了根据一些实施例的用于读取微阵列的方法400的方框流程图。微阵列读取器系统可以被启动402，在成像捕获之前可以关闭光源404并且启动温度控制电路406。可以在整个读取过程期间监控实时温度控制408。返回来可以接通光源410。在温度达到预设的采样温度之后，可以执行图像捕获和分析412。然后可以关闭光源，并且扫描站移动414到下一个位置。可以重复步骤408到414，直到已经达到了预设循环数416。
系统启动402可以包括光源强度校准、行均匀性校准、光源定向、温度参数配置、图像建立或者其组合。例如，可以使用图像分析来用于校准。
参见图5，其示出了根据一些实施例的示例性的荧光标注的PCR信号曲线500的图形。绘制出荧光标注的PCR对PCR循环数的信号曲线。背景荧光基线504标注PCR循环的开始。在阈值循环506处，荧光信号相对于时间大大提高。初始目标物质数量的对数与阈值循环506成比例。可以从阈值循环分析推导出目标物质的数量。
本发明的实施例的微阵列可以用于下面的示例的微阵列过程，诸如在2004年10月22日提交的共同待审的美国专利申请No.10/972,033内。PCR缓冲包含被荧光标注的dNTP，即具有附着到dNTP的荧光染料分子的dNTP，以便在每个PCR循环完成时，所产生的扩增子(amplicon)被荧光标注。然后使用被称为oligoprobe的DNA探针绞股(strand)来局部化目标DNA的扩增子。所述oligoprobe具有作为目标DNA的互补的核苷酸序列。所述oligoprobe以已知的二维图案(pattern)的方式被束缚到基底表面，并且基底表面构成包含PCR成分的反应细胞的一部分。
在PCR过程的退火和扩展阶段期间，荧光标注的、目标扩增子杂交到它们的对应的oligoprobe。然后使用适当波长的光的倏逝波照亮所杂交的、荧光标注的扩增子，以激活被标注的dNTP的荧光染料分子。这个倏逝波在经由oligoprobe被束缚到的基底表面而进入反应细胞后在功率上指数地衰减，并且有效穿透范围为大约300nm。这表示倏逝波向反应细胞内穿透得足够深，以激活被杂交到那些oligoprobe的荧光标注的扩增子，但这表示倏逝波不激活在反应细胞的主体内的溶液内的荧光标注的dNTP。通过监控在基底表面上的各个位置的荧光的强度，可以确定对应的目标DNA的扩增子的当前分布量。这可以当PCR反应进行时实时地进行，并且结果被用于以与实时PCR计算类似的方式获得在原样(original sample)内的特定目标的分布量的定量测量。
摘要被提供来符合37C.F.R.§1.72(b)，以允许读者迅速地确定技术公开的特性和要旨。在摘要不用于解释或者限制权利要求的范围或者含义的理解下，提交所述摘要。

Claims (7)

1.一种微阵列读取器，包括：
光源；
接近光源安置的光束整形元件；
线性平移台，用于支撑所述光源和所述光束整形元件中的一个或多个；
光学基底，用于支撑固定的微阵列；
反应室，其与所述光学基底接触，并且密封缓冲溶液；
加热/冷却部件，其与所述反应室接触；
同步电路；
滤光器；以及，
接近所述滤光器布置的成像传感器，
其中来自光束整形元件的光直接照射所述光学基底，并且
所述光源、光束整形元件以及线性平移台构成行扫描激励系统以应用均匀的行扫描。
2.根据权利要求1的微阵列读取器，其中，所述缓冲溶液支持PCR反应。
3.根据权利要求1的微阵列读取器，其中，所述基底是光密介质。
4.根据权利要求1的微阵列读取器，其中，所述基底为1毫米到3毫米厚。
5.根据权利要求1的微阵列读取器，其中，所述基底至少部分地接触多层反射或者吸收涂层。
6.根据权利要求5的微阵列读取器，其中，所述多层反射或者吸收涂层作为位置标记。
7.根据权利要求1的微阵列读取器，其中，所述成像传感器包括CCD照像机。
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