CN105492890B - 校准用于执行生物分析的仪器的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于处理和/或测量生物过程的仪器，含有样品处理系统、激发源、激发光学系统、光学传感器以及发射光学系统。所述样品处理系统被配置成用于固持第一样品支架和第二样品支架，其中每一样品支架的样品槽的数量是不同的或所述第一样品槽的特征尺寸不同于所述第二样品支架的特征尺寸。所述仪器还包括激发源温度控制器，所述激发源温度控制器包含耦合到所述激发源的温度传感器。所述温度控制器被配置成用于在所述仪器固持所述第一样品支架时产生第一目标温度并且在所述仪器固持所述第二样品支架时产生第二目标温度。

Description

校准用于执行生物分析的仪器的方法
技术领域
本发明大体上涉及用于观察、测试和/或分析一个或多个生物样品的系统、装置以及方法，并且更具体来说涉及包含用于观察、测试和/或分析一个或多个生物样品的光学系统的系统、装置以及方法。
背景技术
用于生物反应和生化反应的光学系统已经用来实时监测、测量和/或分析此类反应。此类系统通常用于测序、基因分型、聚合酶链反应(PCR)以及其它用于监测进程并且提供定量数据的生化反应中。举例来说，可以在实时PCR(qPCR)反应中使用光学激发光束来照射杂交探针或分子信标，从而得到指示目标基因或其它核苷酸序列的量的荧光信号。对每次测试或实验提供更大反应数量的不断增加的需求已经促成了能够同时进行更高数量的反应的仪器。
测试或实验中的采样点数量的增加已经促成了微量滴定板以及提供更小样品体积的采样格式。另外，例如数字PCR(dPCR)等技术已经增长了对在大量测试样品的所有或大部分中容纳零个或一个目标核苷酸序列的更小样品体积的需求。小特征大小(例如，个别采样点或体积)和用于容纳大量测试样品的大视野的组合已经产生了对于在相对较小的样品信号下提供高光学性能的光学系统的需要。
样品体积的减小也已经产生了对于并入提供大量输出功率或强度的光源的需要。近年来，LED(发光二极管)技术的发展促成了具有显著较大输出的LED光源的可利用性。此外，现在可获得宽谱高功率LED光源，例如提供可见光谱范围内的显著输出功率的白光LED。宽谱或白光LED在例如PCR的生物应用方面也引人注目，因为其允许在单一样品或仪器中使用宽范围的染料或标志物。然而，高功率LED可以具有大功率和相对于标称规格的光谱变化。因此，各种具有相同器件编码或输出规格的LED可以产生不可接受地大的仪器-仪器变化，特别是将与其它系统容差变化(例如，在滤波器和分束器光学特征方面的变化)耦合。因此，在尝试将高功率宽谱LED并入生物仪器中时，存在对较佳的控制和校准系统、装置以及方法的需要。
附图说明
本发明的实施例可以在结合附图阅读时从以下详细描述中得到更好的理解。仅仅用于说明性目的的此类实施例描绘了本发明的新颖并且非显而易见的方面。附图包含以下图式：
图1是根据本发明实施例的系统的示意性图示。
图2是图1中所示的发射滤波器组件中所用的多个滤波器的滤波函数的表。
图3是图1中所示的激发滤波器组件中所用的多个滤波器的滤波函数的表。
图4是根据本发明实施例的样品支架和托架的俯视图。
图5是根据本发明的另一个实施例的样品支架的俯视图和放大视图。
图6是根据本发明的又另一个实施例的样品支架的透视图。
图7是根据本发明的另一个实施例的样品支架和托架的俯视图。
图8是示出了来自根据本发明实施例的激发源的光谱输出的图。
图9是根据本发明实施例的加热盖、样品支架以及托架的截面视图。
图10是根据本发明另一个实施例的加热盖、样品支架以及托架的截面视图。
图11是根据本发明实施例的计算机系统的框图。
图12是示出了相较于LED的不同环境和风扇状态的参考温度的图。
图13是示出了相较于LED的不同环境和风扇状态的参考温度的图。
图14是示出了相较于LED的不同环境和风扇状态的参考温度的图。
图15是根据本发明实施例的方法的流程图。
图16是根据本发明实施例的方法的流程图。
具体实施方式
如本文所用，术语“光”意指在可见波带内的电磁辐射，例如波长在真空中的电磁辐射，所述波长在390纳米到780纳米的范围内。如本文所用，术语“红外”意指波长在0.74微米到300微米范围内的电磁辐射。
如本文所用，术语“光功率”意指透镜或光学器件在安置在空气内时汇聚或发散光以得到焦点(真实的或虚拟的)的能力。如本文所用，术语“焦距”意指光功率的倒数。如本文所用，术语“衍射功率”或“衍射光功率”意指透镜或光学器件或其部分可归因于入射光衍射成一个或多个衍射级的功率。除了另外注明的地方，透镜、光学器件或光学元件的光功率来自与所述透镜或光学器件相关的参考平面(例如，光学器件的主平面)。
除非另外指出，否则如本文中所使用，术语“约零”或“近似零”意指在所提到的测量单位的0.1内。举例来说，如果尺寸仅可以适当地具有正值，那么“约零米”意指小于或等于0.1米；或如果尺寸可以具有或者正值或者负值，那么“约零米”意指在-0.1 米到+0.1米的范围内。
当关于以屈光度为单位的光功率使用时，如本文所用的术语“约”或“近似”意指在0.1屈光度内。如本文所用，短语“约零屈光度”或“近似零屈光度”意指在-0.1屈光度到+0.1屈光度范围内。
参看图1-3，用于生物分析的系统或仪器1000包含光学系统100。在某些实施例中，系统或仪器1000另外包含样品块或处理系统200和/或计算机系统、电子处理器、被配置成用于控制、监测和/或接收来自光学系统100和/或样品处理系统200的数据的控制器400。在不限制本发明的范围的情况下，系统或仪器1000可以是测序仪器、聚合酶链反应(PCR)仪器(例如，实时PCR(qPCR)仪器和/或数字PCR(dPCR)仪器)、用于提供基因分型信息的仪器等。
在某些实施例中，光学系统100包含提供一个或多个激发光束111的照射或激发源110以及被配置成用于接收来自一个或多个生物样品115的一个或多个发射光束119的光学传感器或检测器118。激发源110可以包含激发源温度控制器112或与其联合操作，所述激发源温度控制器可以用于维持激发源110的温度高于或低于预定温度和/或在预定温度范围内。光学系统100还包含激发光学系统120和发射光学系统125。激发光学系统120沿着激发光学路径126安置并且被配置成用于将来自激发源110的电磁辐射或光导引到含有一个或多个生物样品的样品支架。发射光学系统125沿着发射光学路径128 安置并且被配置成用于将来自生物样品115的电磁发射导引到光学传感器118，例如响应于一个或多个激发光束111在一个或多个波长下产生的一个或多个荧光信号。光学系统100可以进一步包含发射滤波器组件130，其包含多个滤波器、滤波器部件、元件或模块131，所述发射滤波器组件被配置成用于将滤波器模块131中的一个或多个可互换地定位或移动到发射光学路径128中。光学系统100可以另外包含激发滤波器组件132，其包含多个滤波器、滤波器部件、元件或模块133，其中激发滤波器组件132被配置成用于将滤波器模块133中的一个或多个可互换地定位或移动到激发光学路径126中。光学系统100可以进一步包含被配置成用于将光导引到光学传感器118的第一光学元件 152、被配置成用于将激发光导引到生物样品和/或导引来自生物样品的发射光的第二光学元件154、分束器160和/或一个或多个光学窗口162。
在某些实施例中，样品处理系统200包含被配置成用于接纳样品支架204的托架或支撑框架202。样品支架204包含多个或阵列槽205，其用于包含对应的多个或阵列生物样品115，所述生物样品可以通过样品处理系统200和/或光学系统100处理。槽205 可以呈样品孔、空腔、通孔或适合包含和/或隔离多个生物样品115的任何其它腔室类型形式。举例来说，样品槽205可以呈流动槽中的样品珠粒或沉积在衬底表面的顶部上的离散样品形式，所述衬底表面例如玻璃或硅衬底表面。
另外参看图4，样品支架204包含96个样品槽205，其呈被配置成用于提供96个隔离的或截然不同的生物样品115的96个样品孔209形式。或者，样品支架204可以包含小于96个孔和样品，例如48个孔和样品，或可以含有超过96个孔，例如384个或更多个孔和样品。在某些实施例中，托架202被配置成用于接纳一个以上样品支架204 以便通过样品处理系统200和/或光学系统100同时处理。
样品处理系统200可以进一步包含用于接收样品支架204的区块或组件210以及用于控制和/或循环生物样品115的温度的样品热控制器或温度控制器211。在某些实施例中，样品支架204包括全部或一部分热控制器211。样品处理器系统200可以进一步包含围绕样品支架204安置的热控制盖或加热盖212。热控制盖212可以被配置成用于帮助控制生物样品115或样品支架204的热和/或湿度环境，例如用于帮助防止在样品支架 204的样品115或光学元件上形成冷凝。在某些实施例中，系统200包括一组不同类型或配置的区块210和/或不同类型或配置的热控制盖212，其中所述组的每一成员被配置成用于与不同类型或数量的样品支架204或托架202一起使用。样品温度控制器211可以包含全部或一部分加热盖212和/或用于控制加热盖212的温度或进入所述加热盖中的热流的硬件。
参看图5，系统1000可以另外地或可替代地被配置成用于容纳和处理样品支架304，其包含衬底306，包括多个通孔309。在所述实施例中，通孔309被配置成用于通过毛细管力维持隔离的或截然不同的生物样品315，例如通过形成具有恰当小的直径的通孔和/或通过使用亲水性和/或疏水性材料或涂层。衬底306可以进一步包含字母数字320、条形码322和/或出于鉴别或处理目的的类似符号。参看图6，样品支架304可以进一步包含用于保护或密封衬底306和通孔309中所含有的生物样品的外罩或外壳。外壳可以包含基底324和盖板328，其被配置成用于将衬底306密封在基底324与盖板328之间，例如用于减少或防止生物样品的蒸发。盖板328由透射材料制成并且包含顶表面330和相对的底表面332，用于提供衬底306的光学入口。一个或两个表面330、332可以包含抗反射涂层，例如用于减少来自激发光束111的光返回朝向光学传感器118的逆反射。另外地或可替代地，一个或两个表面330、332可以安置在相对于衬底306的前表面的角度，例如用于减少来自激发光束111返回朝向光学传感器118的逆反射。参看图7，一个或多个样品支架304可以通过托架302固持或被安装在所述托架上，所述托架被配置成用于通过样品处理系统200容纳。在图7中所示的所说明的实施例中，托架302被配置成用于固持四个或更少的样品支架304。为了清楚起见，不是所有通孔
在图5中所示的所说明的实施例中，每一通孔309具有约320微米的直径、300微米或约300微米的厚度以及33纳升或约33纳升的体积。在所说明的实施例中，通孔309 具有约500微米的中心-中心标称间隔。如下文更详细地论述，光学系统100可以被配置成用于允许具有在此范围内的通孔中所含有的生物样品的成像和处理。另外地或可替代地，系统1000和/或光学系统100被配置成用于容纳并且处理具有相比于图5所说明的实施例较小的通孔直径和/或较小的标称间隔的样品支架304。举例来说，光学系统100 可以被配置成用于允许系统1000容纳并且处理包含通孔的样品支架304，所述通孔具有小于或等于250微米的直径和/或小于或等于5纳升的体积。或者，光学系统100可以被配置成用于允许系统1000容纳并且处理包含通孔的样品支架304，所述通孔具有小于或等于150微米的直径和/或小于或等于一纳升的体积。在某些实施例中，用于样品支架、例如样品支架204、304的初始样品或溶液可以被分成数百、数千、数万、数十万或甚至数百万个反应位置，各自具有例如数纳升、约一纳升或小于一纳升(例如，数十或数百皮升或更小)的体积。
在图4和5中所示的所说明的实施例中，样品支架204、304具有矩形形状；然而，可以使用其它形状，例如正方形或圆形形状。在某些实施例中，例如样品支架304的样品支架具有正方形形状和15毫米×15毫米的总尺寸。在此类实施例中，样品支架可以具有尺寸为13毫米×13毫米的有效区域、有效区或有效带。如本文所用，术语“有效区域”、“有效区”或“有效带”意指样品支架、例如样品支架204或304的表面区域、表面区或表面带，其上容纳或分布着反应区、通孔或溶液体积。在某些实施例中，样品支架304的有效区域可以增加到14毫米×14毫米或更大，例如15毫米×15毫米的衬底尺寸。
在图5所说明的实施例中，通孔309可以具有320微米或约320微米的特征直径和500微米或约500微米的介于相邻通孔之间的间距。在其它实施例中，通孔309具有75 微米或约75微米的特征直径并且具有125微米或约125微米的介于相邻通孔之间的间距。在又其它实施例中，通孔309具有小于或等于75微米的特征直径，例如小于或等于60微米或小于或等于50微米的特征直径。在其它实施例中，通孔309具有小于或等于20微米、小于或等于10微米或小于或等于一微米的特征直径。通孔之间的间距可以小于或等于125微米，例如小于或等于100微米、小于或等于30微米或小于或等于10 微米。
在某些实施例中，样品支架304包含衬底，所述衬底在样品支架304的相对表面之间具有300微米或约300微米的厚度，其中每一通孔309可以具有1.3纳升、33纳升或介于1.3纳升与33纳升之间的体积。或者，例如通过减小通孔309的直径和/或样品支架304衬底的厚度，每一通孔309的体积可以小于或等于一纳升。举例来说，每一通孔 309可以具有小于或等于一纳升、小于或等于100皮升、小于或等于30皮升或小于或等于10皮升的体积。在其它实施例中，通孔309的一些或全部的体积在一纳升到20纳升的范围内。
在某些实施例中，通孔309的密度是每平方毫米至少100个通孔。也预期更高密度。举例来说，通孔309的密度可以是大于或等于每平方毫米150个通孔、大于或等于每平方毫米200个通孔、大于或等于每平方毫米500个通孔、大于或等于每平方毫米1,000 个通孔或大于或等于每平方毫米10,000个通孔。
有利地，具有有效区域的全部通孔309可以通过光学系统同时进行成像和分析。在某些实施例中，有效区域包含超过12,000个通孔309。在其它实施例中，有效区域包含至少25,000个、至少30,000个、至少100,000个或至少1,000,000个通孔。
在某些实施例中，通孔309包含以第一特征直径、厚度或体积为特征的第一多个通孔以及以不同于第一特征直径、厚度或体积的第二特征直径、厚度或体积为特征的第二多个通孔。在通孔大小或尺寸方面的此类变化可以用来例如同时分析两个或更多个可以具有不同浓度的不同核苷酸序列。另外地或可替代地，单个衬底304上的通孔104大小方面的变化可以用来增加过程或实验的动态范围。举例来说，样品支架304可以包括通孔309的两个或更多个子阵列，其中每一组以不同于另一组或其余组的通孔309的直径或厚度的直径或厚度为特征。每一组可以经设定大小以提供不同动态范围的计数的目标多核苷酸。子阵列可以定位在衬底304的不同部分上或可以经散布使得两个或更多个子阵列在样品支架304的整个有效区域上或在样品支架304的有效区域的共用部分上延伸。
在某些实施例中，通孔309中的至少一些在其壁的全部或一部分上成锥形或倒角。已经发现，倒角和/或锥形通孔的使用减小了相邻通孔309之间的平均距离或总面积，而不超出对溶液位置或测试样品之间的最小间隔的光学限制。这使得减少了在装载过程期间在衬底304的表面上留下的液体溶液的量。因此，可以获得更高装载效率，同时仍然维持在用于光学系统的相邻溶液位置或测试样品之间的较大有效间隔。
在某些实施例中，系统1000被配置成用于容纳并且处理不同类型或数量的区块210、托架202和/或样品支架204。举例来说，因此，系统1000可以被配置成用于容纳并且处理具有不同数量的孔209的不同样品支架204。因此，系统1000可以被配置成用于容纳并且处理包含96个样品的样品支架204和包含48个孔和/或384个孔或/或大于384 个孔的样品支架204。另外地或可替代地，系统1000可以被配置成用于容纳并且处理不同样品格式或容器配置。举例来说，除接收包含预定数量的孔的样品支架204以外，系统1000还可以被配置成用于容纳并且处理一个或多个包含多个通孔309的样品支架 304。在某些实施例中，系统1000被配置成用于容纳并且处理四种不同类型的样品支架。这四种样品支架中所用的孔或通孔的特征中的一些列出在下表1中。
样品支架 样品槽类型 槽数量 特征槽体积 特征槽直径
A 孔 96 200微升 5毫米
B 孔 384 50微升 3毫米
C 空腔 384 2微升 3毫米
D 通孔 4×3072 0.033微升 0.35毫米
表1.根据本发明实施例的四种样品支架的特征.
再次参看图1-3，光学传感器118可以包含一个或多个光检测器或光传感器，例如一个或多个光电二极管、光电倍增管等。或者，光学传感器118可以包含一维或二维光检测器阵列164，例如电荷耦合装置(CCD)、互补型金属氧化物半导体(CMOS)等。在图1中所说明的实施例中，光检测器阵列164包含限定感光表面的感光像素的二维阵列，上面可以通过发射光学系统125形成光学图像或信号。
激发源110可以是产生电磁辐射的激发光源，所述电磁辐射主要或专门在电磁波谱的可见波带内。激发源110可以是卤素灯、氙气灯、高强度放电(HID)灯、一个或多个发光二极管(LED)、一个或多个激光器等。在某些实施例中，激发源110包含多个具有不同发射波长范围以在生物样品115中激发出不同荧光染料的光源，例如多个具有不同颜色或发射波长范围的LED光源。在所述实施例中，激发滤波器组件132可以省略或可以并入以与不同光源中的至少一些一起用于进一步限制到达样品115的光或辐射的波长范围。
在某些实施例中，激发源110包含一个或多个宽带或白光LED光源。举例来说，激发源110可以包含高功率宽带光源，其具有至少5瓦总输出光功率、至少10瓦输出光功率或至少25瓦输出光功率。在所述实施例中，可以并入激发滤波器组件132以限制或限定被样品115和/或样品支架204、304接收的辐射或光的光谱含量。宽带光源110 的光谱含量可以被配置成用于有利地提供在例如对应于样品115中的探针或染料分子的波长范围内的更多能量，相比于样品115中所含有的其它染料，所述探针或染料分子不太有效，通常发现浓度较低，或另外需要更多光子能量。
在非限制性实例中，在某些实施例中，激发源110包含单一宽带LED，其在通过LED产生的光谱范围内具有大于10瓦的总光功率。此类激发源的光谱输出特性通过图 8中所示的曲线中的实线所示。横轴对应于通过LED激发源110发射的辐射的波长，而纵轴是相对输出强度。关于图8中的曲线的“相对强度”是百分比值，其定义为100乘以在指定波长下测量的强度除以在通过LED产生的波长的范围内的任何波长下测量的最大强度。举例来说，根据图8中的曲线，所测量的出自LED的在450纳米波长下的强度是最大强度的约80％，其中所测量的最大强度出现在457纳米的输出波长下。通过比较，现有技术系统中所用的卤素灯的类似数据也以虚线形式示出在图8中。中间含有数字的双重线组指示图3中所示的激发滤波器的近似透射波长带。
关于表1中所示的所说明的实施例，样品支架D的特征槽直径和体积比样品支架A-C的特征槽直径和体积小得多。因此，当使用包含类似浓度的生物测试样品和/或荧光探针或参考染料的生物样品时，在类似条件下，通过样品支架D产生的典型荧光信号比通过样品支架A-C产生的典型荧光信号小得多。出于这些原因，图8中所示的卤素激发源可能无法为图3中的滤波器1-3所提供的波长范围内的光所激发的荧光探针或染料提供足够的强度或功率密度。
在某些实施例中，通过由图3中的激发滤波器1、2和4提供的波长范围内的光激发的荧光探针或染料相比于由滤波器3、5和/或6提供的波长范围、例如由滤波器5或 6提供的波长范围内的光激发的彼等荧光探针或染料来说，更常用或更重要。举例来说，在某些实施例中，使用染料FAMTM(荧光素酰胺)、
Figure BDA0000822062340000081
和ROXTM，所述染料可购自加利福尼亚州卡尔斯巴德的生命技术(Life Technologies in Carlsbad,CA)。在所述实施例中，激发滤波器1用于激发染料FAMTM，激发滤波器2可以用于激发染料
Figure BDA0000822062340000082
并且激发滤波器4可以用于激发染料ROXTM。另外地或可替代地，可以是，由滤波器3、5 和/或6提供的波长范围内的光所激发的荧光探针或染料不与所有类型的样品支架A-D 和/或所有类型的样品支架204、304一起使用，例如不与样品支架D和/或样品支架304 一起使用。在例如这些实施例的实施例中，包含具有与图8中所示的光谱特性相同或类似的光谱特性的LED光源的激发源110对于至少一些样品支架204、304(例如，对于表1中除了样品支架D以外的所有样品支架)具有来自所有或大多数滤波器1-6的出人意料的有利地可测量或有用的信号，尽管(1)针对由滤波器5和6提供的波长范围内的光所激发的荧光探针或染料的LED光源的光谱功率或强度小于针对图8中所示的卤素光源的光谱功率或强度；并且(2)针对由滤波器5和6提供的波长范围内的光所激发的荧光探针或染料的LED光源的光谱功率或强度小于针对由滤波器1、2和/或4提供的波长范围内的光所激发的荧光探针或染料的LED光源的光谱功率或强度。已发现，由于由表1中的样品支架A-C中的样品槽提供的相对较大的样品体积，所以例如图8中所特写的LED光源的LED光源能够提供对生物样品来说足够的激发能量，以使得系统 1000能够处理由光学传感器118所接收的信号或图像。
因此，已发现，仪器或系统1000可以使用宽带LED处理生物样品得到有用数据，所述宽带LED产生在小于600纳米和/或小于550纳米的波长下具有最大强度和/或功率密度的光或辐射。举例来说，仪器或系统1000可以使用此类宽带LED(例如图8中所展现的LED)，提供有用的PCR数据(例如，qPCR和/或dPCR数据)。结果是仪器可以提供关于大范围样品大小和样品支架或槽格式，例如表1中所列的所有样品大小和样品槽格式的数据，例如PCR数据。
在某些实施例中，系统1000包括包含LED的激发源110，所述LED的光谱剖面的特征为在小于第一预定波长或波长范围的波长下的最大强度或输出功率，和在第二波长或波长范围下小于50％最大值的强度或输出功率。举例来说，系统1000可以包括包含 LED的激发源110，所述LED的光谱剖面的特征为在小于550或600纳米的波长下的最大强度或输出功率，和在650纳米和/或670纳米的波长下小于50％最大值的强度或输出功率。在其它实施例中，系统1000包括包含LED的激发源110，所述LED的光谱剖面的特征为在小于550或600纳米的波长下的最大强度或输出功率，和在650纳米和/或 670纳米的波长下小于30％或小于20％最大值的强度或输出功率。在某些实施例中，系统1000进一步包含发射光学系统125，其能够提供关于直径小于500微米、小于200微米或小于100微米的含有在小于或等于560纳米的激发波长下发荧光的荧光探针或染料分子的样品槽的有用生物学数据(例如，PCR数据)，同时还能够提供关于直径大于2 毫米或大于3毫米的含有在大于或等于620纳米或大于或等于650纳米的激发波长下发荧光的荧光探针或染料分子的样品槽的有用生物学数据(例如，PCR数据)。
在某些实施例中，用于生物分析的仪器包含样品处理系统、激发源和对应的激发光学系统、光学传感器以及发射光学系统。举例来说，所述系统可以包含图1中所示的系统1000的全部或一部分，或类似的此类系统。样品处理系统可以被配置成用于固持包含一个或多个样品槽的样品支架。激发源可以被配置成用于产生一个或多个激发光束，所述激发光束通过激发光学系统导向被样品处理系统固持的多个样品。仪器光学传感器可以被配置成用于经由发射光学系统接收来自一个或多个样品槽的发射光束。在所述实施例中，激发源的特征可以在于激发源的光学输出功率或强度相较于输出功率或强度的波长的谱函数。谱函数的特征可以在于(a)对应于激发源的光学输出功率或强度的局部极小值的极小波长；(b)对应于激发源的光学输出功率或强度的第一局部极大值的第一极大波长；以及(c)对应于激发源的光学输出功率或强度的第二局部极大值的第二极大波长。在第一局部极大值下的光学输出功率或强度大于在小于极小波长的任何波长下的光学输出功率或强度，而在第二局部极大值下的光学输出功率或强度大于在大于极小波长的任何波长下的光学输出。所述极小波长所具有的值介于所述第一极大波长与所述第二极大波长之间。在某些实施例中，光学输出功率或强度是激发源的相对强度、激发源的相对功率、激发源的相对光通量或激发源的辐射通量。举例来说，再次参看图8 作为实例，展示出根据以上实施例的谱函数，其中(a)极小波长在480纳米或约480 纳米处并且对应于约25个单位的相对强度；(b)第一极大波长在460纳米或约460纳米处并且对应于约100个单位的相对强度；以及(c)第二极大波长在550纳米或约550 纳米处并且对应于约80个单位的相对强度。
当用于根据本发明实施例的系统1000中时，如上一段中所述的和/或如图8中所示的LED激发源110的另一个出人意料的益处是，来自激发源110的红外(IR)发射远低于例如卤素光源，如同或类似于图8中所示的卤素光源。因此，本发明实施例在不需要例如所谓的“热镜”的额外光学元件来阻挡IR发射的情况下提供降低的IR噪音。
在某些实施例中，激发源110的输出强度、功率或能量可以取决于条件或可变值而改变，例如取决于所用样品支架的类型、一个或多个反应区的大小、系统或仪器1000 的实验或运行条件、光学系统100的实验或运行条件、样品处理系统200的实验或运行条件等。举例来说，激发源110可以是LED光源，其中输出强度、功率或能量取决于所述条件和/或可变值中的一个或多个而改变。在所述实施例中，LED的输出强度、功率或能量可以通过调整或改变驱动LED的电流或电压和/或通过调整或改变LED的工作循环来改变。在某些实施例中，激发源110的输出强度、功率或能量取决于待用于系统1000 中的样品支架的类型而改变。举例来说，在某些实施例中，激发源110可以是当使用来自表1的样品支架D时，在全输出功率、强度或能量下或在较高功率设定输出功率、强度或能量下运行的LED。相比之下，当使用不同样品支架时，例如使用来自表1的样品支架A、B或C时，LED可以在较低输出功率、强度或能量下运行。此类配置允许系统 1000在使用样品支架A时，提供关于较小样品体积大小和/或较低样品浓度的发射数据；同时在使用其它较大样品体积和/或较高样品浓度时，还避免了光学传感器118的饱和。
再次参看图1，透镜152被配置成用于在光检测器阵列164上形成图像，例如通过将从特定方向进入的准直辐射聚焦到一个光点或点，例如聚焦到衍射极限光点或近衍射极限光点。透镜152可以是单透镜，例如平凸透镜、平凹透镜、双凸透镜、双凹透镜、凹凸透镜等。或者，透镜152可以包含复合透镜，例如双重透镜或三重透镜，其可以例如包含选择用于校正或减小色像差的不同透镜材料。在其它实施例中，透镜152包含透镜系统，例如照相机透镜系统或显微镜物镜，例如可商购的照相机透镜。照相机透镜系统可以是可商购的照相机透镜，其包含常规透镜系统设计，例如双高斯设计(double Gauss design)、库克三合透镜设计(Cooke triplet design)、逆焦式透镜设计(例如，迪斯塔贡透镜设计(Distagon lensdesign))、特沙尔透镜设计(Tessar lens design)等。
透镜154可以是单场透镜，例如被配置成用于当与激发光学系统120和/或发射光学系统125的其余光学元件组合时提供远心光学系统。在所述实施例中，透镜154可以是单透镜，例如平凸透镜、平凹透镜、双凸透镜、双凹透镜、凹凸透镜等。或者，透镜152 可以包含双重透镜或三重透镜，例如包含用于校正色像差的不同透镜材料。另外地或可替代地，透镜154可以包含菲涅耳透镜(Fresnel lens)或衍射光学元件、表面或图案。在某些实施例中，透镜154可以包含透镜系统，例如与被配置成用于将光聚焦在样品支架204的样品孔内的附加透镜或小透镜阵列组合的场透镜。小透镜阵列可以包含菲涅耳透镜或衍射光学元件、表面或图案。此类透镜配置的实例在USPN 6,818,437中也有所描述，其以全文引用的方式并入本文中，如同在本文中完全阐述一般。
参看图9，在某些实施例中，加热盖212包含例如适用于样品支架204(例如，表1 中所列出的类似样品支架A-C)的小透镜阵列166，其用于将来自激发光束111的光聚焦到样品支架的孔或空腔中，所述样品支架例如在所说明的实施例中的样品支架204。再参看图10，加热盖212可以另外地或可替代地包含用于提供绝热或改进样品支架(例如在所说明的实施例中的样品支架304)中或围绕样品支架的热环境的热性能的光学窗口167。在某些实施例中，当窗口167不如图10中所示定位时，可以产生对流。已发现，此类对流热流在衬底306中、在样品支架304中和/或在样品315之间产生比一些应用可接受的温度高的温度或热不均匀性(TNU)。因此，窗口167在透镜154与样品支架304 之间的放置可以减小围绕样品支架304的对流的量并且引起TNU减小。
光学窗口167可以外加或代替图1中所示的光学窗口162使用。任一个或两个窗口162、167可以平行于样品支架304的表面和/或垂直于光轴170安置。或者，一个或两个窗口162、167可以安置在相对于样品支架304的表面的角度下和/或安置在与光轴170 成锐角，例如减少来自激发光束111的光返回朝向光学传感器118的逆反射。一个或两个窗口162、167可以包含抗反射涂层以减少来自激发光束111的光返回朝向光学传感器118的逆反射。抗反射涂层可以外加倾斜的一个或两个窗口162、167或作为其替代方案使用。因此，系统1000能够通过提供彼此具有不同光学特征和/或针对样品支架(例如样品支架204、304(例如，表1中所列的样品支架A-D)的不同热要求起作用的加热盖212，适应并且提供关于具有多种多样的光学要求的样品支架的有用生物学数据(例如，PCR数据)。
在某些实施例中，透镜或透镜系统152、154的组合经选择以提供预定光学结果或图像质量。举例来说，为了降低系统成本或简化发射光学系统125设计，透镜152可以包含可商购的照相机透镜。此类透镜可以在某些观测条件下提供非常高的图像质量(例如，具有低色像差和单色像差的图像)。然而，并入用于提供此类高图像质量的此类照相机透镜设计中的高阶像差的谨慎平衡在其它透镜引入到成像系统中的情况下会受到干扰。举例来说，在图1中所示的所说明的实施例中，向发射光学系统125中添加例如透镜154的场透镜。透镜154为激发光学系统111和发射光学系统125两者所共用，以得到通常较紧凑的光学系统和荧光能量从样品到检测系统的有效转移。
在现有技术系统中，已发现，具有平凸透镜形状或外形的场透镜可提供某些有利的特征，关于这方面，例如用于提供被配置成用于提供大视野内的平均照射的远心透镜系统。然而，为了得到可接受的低水平的光学像差，此类现有技术系统还并入了定制照相机透镜设计以便在与平凸场透镜组合使用时降低整个系统像差。确切地说，归因于用于使大量生物样品同时成像的扩展视野，照相机透镜被设计成用于提供低量像场弯曲。然而，已发现，平凸透镜与常规的或可商购的照相机透镜的组合可以产生不合需要的大量像场弯曲。已进一步发现，像场弯曲可以通过将双凸场透镜154与常规的或可商购的照相机透镜组合而显著减少，如图1中所示。此结果是出人意料的，因为通常预计双凸透镜会降低远心透镜系统中的整体图像质量。举例来说，已经发现，当透镜152包含具有逆焦式设计(例如，迪斯塔贡透镜设计)的可商购的照相机透镜时，当场透镜154是双凸透镜时产生的像场弯曲的量比当场透镜154是平凸透镜时产生的像场弯曲的量小得多。
发射滤波器组件130可以包含以第一光功率为特征的第一滤波器模块138和具有第一滤波函数或透射范围140a的第一滤波器140。在所说明的实施例中，第一滤波函数140a以图2的表中的滤波器编号6的形式示出并且其特征在于700纳米的第一低通波长140L和720nm的第一高通波长140H，以使得在此波长范围内的光透射或在很大程度上透射穿过第一滤波器140，而在此波长范围外的光或其它电磁辐射被第一滤波器140阻挡或实质上阻挡。图2和3中所列出的波长可以表示滤波器的透射是滤波器在透射波长范围内的最大透射的二分之一的波长。在这些情况下，高通波长与低通波长之间的差异限定了半峰全宽透射(FWHM)范围。
发射滤波器组件130还包括第二并且任选地第三滤波器组件、元件或模块142、143。第二和第三滤波器模块42、143的特征为具有第二和第三滤波函数或透射范围145a、146a 的第二和第三滤波器145、146。任一个或两个滤波器模块142、143可以具有与第一滤波器模块138的光功率相同或不同的光功率。滤波器模块142、143中的至少一个所具有的光功率可以是零，所述功率通常可以是正的或负的。关于图2的表中的滤波器编号 1和5，滤波函数145a、146a分别包含例如第二和第三低通波长145L、146L；第二和第三高通波长145H、146H。第二和第三低通波长145L、146L可以不同于低通波长140L 和/或可以彼此不同。类似地，第二和第三高通波长145H、146H可以不同于高通波长 140H和/或可以彼此不同。在所说明的实施例中，滤波器140、145、146的透射波长带 (波长140L到140H、145L到145H以及146L到146H)不重叠；然而，在其它实施例中，在发射滤波器组件130中的滤波器中的两个或更多个之间的波长带方面可以存在至少一些重叠。在某些实施例中，函数140a、145a、146a中的一个或多个可以包含不同于图2中所展示的简单带通配置的函数。
图3示出了可用于激发滤波器组件132的各种滤波器。在图1中，激发滤波器组件132包含三个滤波器，例如图3中的滤波器1、2和6，其在使用时可以对应于图2中关于发射滤波器组件130所示的滤波器1、2和6。激发滤波器组件132的滤波器模块133 中至少有一些可以具有非零的光功率，所述功率一般可以是正的或负的。或者，所有滤波器模块133都可以具有为零或大致为零的光功率。在某些实施例中，特定滤波器模块 133的选择与滤波器组件130中特定滤波器模块131相关。或者，滤波器模块133、131 可以彼此独立地选择。
在图1中所示的说明性实施例中，对于每一滤波器组件130、132，仅显示出三个滤波器模块；然而，任一个或两个滤波器组件可以包含超过三个或不到三个滤波器模块。举例来说，图2和3各自显示了总共6个滤波器，这些滤波器各自可以是相关的光功率 (未示出)。在某一实施例中，任一个或两个滤波器组件130、132分别含有图2和3中所示的表中所显示的全部六个滤波器。或者，任一个或两个滤波器组件130、132可以包含少于六个滤波器。
滤波函数145a、146a包含对应的第二低通波长145L、146L，其可以不同于第一低通波长140L并且可以彼此不同。发射滤波器组件130中或激发滤波器组件132中的滤波器中的每一滤波器可以包含与滤波器组件130或滤波器组件132的其余滤波器不同并且不重叠的电磁辐射或光透射范围。或者，滤波器组件130中或滤波器组件132中的两个或更多个滤波器可以包含彼此至少部分重叠的电磁辐射或光透射范围。
在某些实施例中，滤波器模块131中一个或多个或者每一滤波器模块133的光功率经过选择以补偿或减小发射光学系统125或激发光学系统120的其余光学元件在所使用的滤波器的波长范围内的光学像差。举例来说，为了使各种滤波器模块131在光学传感器118或发射光学系统125的图像平面上具有预定的图像分辨率或质量，滤波器模块131 中的一些或全部的光功率可以经过选择以补偿或减小发射光学系统125在不同滤波器波长范围内引入的色像差或色球差。另外地或可替代地，滤波器模块131或滤波器模块133 中的一个或多个可以包含被配置用于改变、调整或减小发射光学系统125或激发光学系统120的总体像差的单色像差，如球面像差、散光或彗星像差。
在某些实施例中，滤波器模块131中的一个或多个的光功率或单色像差被配置用于至少部分校正或调整在光学传感器118的检测表面处或其附近的图像平面中样品支架204和/或至少一些生物样品115的图像或焦点。举例来说，在所说明的实施例中，滤波器模块138、142、143的光功率彼此都不相同，其中第三滤波器模块143具有为零或大致为零的光功率。滤波器模块138、142的光功率可以经过选择以使得在每一滤波器138、 142的透射波长范围内调整发射光学系统125的有效焦距，使其与滤波器143位于发射光学系统125中时的有效焦距相同或大致相同。另外地或可替代地，滤波器模块138、 142的光功率可以经过选择以使得在将相应滤波器140、145插入发射光学系统125中时产生的图像质量与将滤波器146插入发射光学系统125中时产生的图像质量相同或类似。举例来说，每一滤波器模块131的光功率可以经过选择以使得生物样品115的图像对于每一滤波器模块138、142、143具有相同大小，或具有大致相同的大小。另外地或可替代地，每一滤波器模块131的光功率可以经过选择以使得生物样品115的图像的放大率和/或像差对于每一滤波器模块131相同，或大致相同。在某些实施例中，两种或更多种光功率可以彼此相等。一般来说，滤波器模块138和/或142可以具有大于零或小于零的光功率，以便对发射光学系统125和/或由其产生的图像提供所希望的校正或调整。
分束器160可以被配置用于选择性反射来自激发源110的大量发射光或辐射，所述发射光或辐射透射穿过选定的激发滤波器模块133，接着被导向样品支架204、304。举例来说，经过涂布的分束器160可以包含分色反射器，其被配置用于反射至少95％或至少99％的透射穿过激发滤波器模块133的入射光。分束器160的所述涂层可以另外被配置用于透射来自生物样品115的大量发射光或辐射，例如透射至少90％或至少95％的由生物样品115发射的光或辐射。在某些实施例中，例如通过将不同分束器160附接到激发滤波器组件132，不同分束器160与每一不同滤波器模块133相连。在某些实施例中，仅有一些分束器160是波长选择性或二色性分束器，而与一些激发滤波器模块133相连的其它分束器160不具有波长选择性，例如50/50分束器，其在较宽的波长谱带内反射 50％的入射辐射。在此类实施例中，未被分束器160反射，而是透射穿过分束器160的激发光或辐射可以被发射滤波器模块131截取并且以噪音形式导引到光学传感器118。
在某些实施例中，光学系统100包含多个光学模块，其中每一光学模块包含分束器160和激发滤波器或滤波器模块133和/或发射滤波器或滤波器模块131。每一光学模块可以插入激发光学路径126和/或发射光学路径128或从其移除。在一些实施例中，每一模块包含通常与一个激发滤波器或滤波器模块133一起安装的分束器160。在此类实施例中，分束器/激发滤波器对160，133可以插入激发光学路径126以及从其移除，而发射滤波器或滤波器模块131可以独立于分束器/激发滤波器对160，133插入发射光束路径128以及从其移除。
在某些实施例中，通过减小相应发射滤波器模块131的大小来减少来自透射穿过分束器160的激发光或辐射的噪音。然而，可以限制相应发射滤波器模块133的大小减小，以避免来自至少一些生物样品115、315的信号例如因位于更外围的样品的渐晕效应而丢失。已发现，激发辐射噪音的减少可以通过将发射滤波器配置成具有与样品支架204、 304中含有样品115、315的区域的形状相同或类似的形状来实现，同时不会大量损失发射辐射信号。举例来说，在图4、5或7中可以看出，矩形区域是由有效区域界定，在所述有效区域内，一个或多个样品支架204、304在光学传感器118的视场内含有样品或样品槽。在这些情况下，已发现矩形的发射滤波器140、145、146或发射滤波器模块 138、142、143提供减少的来自透射穿过分束器160的激发辐射的噪音，同时没有来自样品115、315的发射信号的大量损失，或来自样品支架204、304整个区域内的样品的不均匀照射。在某些实施例中，矩形发射滤波器140、145、146或发射滤波器模块138、 142、143具有与由样品支架204、304的有效区域、由托架202、302，或由在光学传感器118的视场或注视区内的样品115、315的区域所界定的纵横比相同或类似的纵横比。举例来说，矩形发射滤波器(例如滤波器140、145和/或146)或滤波器模块(例如滤波器模块138、142或143)的纵横比可以经过选择以在一个样品支架(例如样品支架 204或304)或一组样品支架(例如图7中所示的四个样品支架304)的有效区域的纵横比的1％、5％、10％或20％范围内。
在操作期间，生物样品115被安置在样品支架中，例如安置在样品支架204、样品支架304等中。生物样品115可以包括一个或多个核苷酸序列、氨基酸序列或其它生物大分子，包括但不限于，寡核苷酸、基因、DNA序列、RNA序列、多肽、蛋白质、酶等。此外，生物样品115可以包括用于控制或监测生物反应的其它分子，包括但不限于，引物、杂交探针、报告子探针、淬灭分子、分子信标、荧光染料、化学缓冲液、酶、清洁剂等。另外地或可替代地，生物样品115可以包括一个或多个基因组、细胞、细胞核等。
一旦装载生物样品，就将一个或多个样品支架装载或安装在系统1000内。在图1中所示的说明性实施例中，一个或多个样品支架被安装在托架202或302中，所述托架又被区块210系统1000所容纳，并且随后可以被加热盖212覆盖或紧固。如上文所论述，区块210和加热盖212可以按可移动方式安装或紧固在系统1000内，例如，由此任一者或两者可以用被配置用于特定样品支架或托架的另一区块或加热盖更换。一旦样品支架已被样品处理系统200容纳，就使用光学系统100监测或测量一个或多个生物反应或过程。
光学系统100的发射光学系统125包含光轴170。发射光束119的第一发射光束172是由位于光轴170处或其附近的第一生物样品发射。第一发射光束172穿过发射光学系统125，由此使来自样品的电磁辐射的至少一部分在光检测器阵列164处或其附近产生第一样品图像173，所述图像位于光轴170上或其附近。发射光束119的第二发射光束 174是由位于生物样品115的阵列的外缘位置处或其附近的第二生物样品同时发射。第二发射光束174也穿过发射光学系统125，由此使来自样品的电磁辐射的至少一部分在光学传感器118处或其附近产生第二样品图像175，所述图像偏移光轴170。发射光束 172、174可以是由两个对应样品中所包含的不同探针分子响应于激发光束111而产生的荧光束。取决于选择的特定激发滤波器模块133，发射光束172、174的波长或波长范围对应于由来自所选激发滤波器模块133透射的激发光束111的辐射所激发的特定探针分子。举例来说，当图3中的滤波器编号1可以用于过滤来自激发光束111的辐射并且与图2中的发射滤波器编号1(图1中滤波器模块143的滤波器146)组合使用以将来自发射光束172、174的辐射透射到光检测器阵列164上时。如上文所论述，透镜152、154 的组合可以经过选择以由具有低单色像差，并且具体地说具有少量像场弯曲的发射光束 172、174形成图像。可以将第一与第二样品之间的侧向距离(例如在垂直于光轴170的方向上)与由发射光学系统125产生的相应图像之间的侧向距离相比较，以确定当使用滤波器146时所述系统的横向放大率。
在某些实施例中，对于在发射滤波器146的透射范围内的辐射，第一和第二光束172、 174当离开透镜154并在光检测器阵列164处或其附近形成具有相对较低单色像差并确定基础系统放大率的图像时，所述光束是准直或接近准直的。在使用期间，可以随后移动(例如平移或旋转)发射滤波器组件130，以使得发射滤波器模块143和滤波器146 被发射滤波器模块138和滤波器140代替，因此，滤波器140(图2中的滤波器编号6) 现变成发射光学系统125的一部分，如图1中所示。任选地，图3中的激发滤波器编号 1也可以沿激发光束路径111被激发滤波器编号6代替。由于存在色像差，对于在发射滤波器140的透射范围内的辐射，第一和第二光束172、174在离开透镜154时不是准直的，而是发散的。因此，光束172、174在光检测器阵列164处或其附近形成图像173、 175，这些图像距透镜152的主平面比滤波器146存在于发射光学系统125中时形成的图像远。为了校正或补偿在滤波器140的透射波长范围内发射光学系统125的焦距的这一有效变化，滤波器模块138中包括具有净正光功率的透镜或光学器件178。
滤波器模块140和发射光学系统125光功率的增加可以由单业透镜178提供，如图1图解说明的实施例中所示。所述透镜可以是平凸透镜、平凹透镜、双凸透镜、双凹透镜、凹凸透镜等。或者，透镜178可以包含复合透镜，如双重透镜或三重透镜，其可以例如包含选择用于校正或减小色像差的不同透镜材料。光学器件178可以另外地或可替代地包含衍射光学元件。光学器件178可以是如图1中所示的独立光学元件，或可以与滤波器140组合形成单一元件。举例来说，光学器件178和滤波器140可以沿共有的光学面粘结在一起。或者，光学器件178和滤波器140是由单一衬底一起形成，例如由具有一个或两个弯曲和/或含有衍射光学图样的光学表面的滤波器材料形成。在某些实施例中，光学器件178是位于与图1中所示不同的发射光学系统125的部分中，例如在透镜 154、窗口162或分束器160上或其附近，或在分束器160与发射滤波器组件130之间的位置处。
除改变发射光学系统125的有效焦距外，滤波器140还会引起所述系统横向放大率的改变。举例来说，即使在滤波器模块138中包括透镜178时，图像173、175之间的侧向距离在使用滤波器模块138时也可以不同于在使用滤波器模块143时。此外，从滤波器模块143到滤波器模块140的变化可以引入或改变发射光学系统125的各种单色像差，例如球面像差和/或像场弯曲。因此，光学器件178或滤波器模块138可以被配置用于至少部分校正或补偿放大率和/或一个或多个单色像差相对于使用滤波器模块143时的此类差异或变化。在某些实施例中，系统1000或计算机系统400可以包括有关至少部分校正或补偿通过使用滤波器模块138而引入发射光学系统125中的放大率和/或一个或多个单色像差的变化的图像处理指令。所述图像处理指令可以组合或代替校正性光学器件178使用以至少部分校正或补偿通过使用滤波器140代替滤波器146而产生的变化，包括有效系统焦距、放大率、色像差和/或一个或多个单色像差(如离焦、球面像差或像场弯曲)的变化。
在某些实施例中，每一滤波器模块131是沿发射光学路径128依序安置在发射光束119或其某一部分发散或汇聚的位置处，由此滤波器模块138、142、143中的一个或多个改变发散或汇聚的量，以校正或调整发射光学系统125的有效焦距和/或在发射光学系统125的图像平面处的光斑大小。在此类实施例中，滤波器模块138、142、143中至少一个的光功率在至少相应滤波器138、142、143的透射波长范围或滤波函数内是非零的 (即，正值或负值)。
在某些实施例中，一个或多个滤波器模块131，或一个或多个滤波器模块133的光功率大于零并且小于一个屈光度。举例来说，一个或多个滤波器模块131，或一个或多个滤波器模块133的光功率大于零并且小于或等于一个屈光度的三分之一，小于或等于一个屈光度的四分之一，或者小于或等于一个屈光度的八分之一。因此，尽管大于零，但光功率调整可能相对较少，以使得对于滤波器140、145、146中的至少一些，仅对发射光学系统125的光学特征作视野调整。已经发现，对于不同滤波器来说，有关发射光学系统125的光功率的此类微小调整可提供重要的光学校正，从而使在光学传感器118 处产生的图像允许在不同激发和发射条件下图像数据之间的更佳比较。
尽管以上的大部分论述都与发射光学系统125和相关滤波器模块131有关，但应了解，适当时，本发明的实施例还涵盖针对激发光学系统120和相关滤波器模块133的类似处理。
在图1中所示的说明性实施例中，滤波器模块131、133中有一些的非零光功率是由独立透镜提供。或者，滤波器模块131、133可以包含具有光功率和滤波器透射函数的单一光学元件。在某些实施例中，所述单一光学器件是由单一材料制成。或者，两种或更多种材料或元件可以粘附、接合或粘结在一起，形成滤波器模块。在某些实施例中，光功率可以由衍射或全息光学元件或表面提供。衍射或全息元件或表面可以被配置用于减小滤波器模块的大小或厚度。另外地或可替代地，衍射或全息元件或表面可以被配置用于引入色像差，以用于减少由光学系统125或120的其余元件产生的色像差。在又其它实施例中，一个或多个滤波器组件包含菲涅耳透镜或曲面镜。
在某些实施例中，滤波器组件130和/或132包含转盘配置(carrouselconfiguration)，其中不同的滤波器模块131或133分别在发射光学路径128或激发光学路径126中旋转进出。在某些实施例中，滤波器组件130和/或132包含具有不同光功率的可更换的光学元件和具有不同滤波函数的可更换的滤波器，其中所述光学元件和滤波器可彼此独立地选择。
第一光学元件152是安置在光学传感器附近并且被配置用于提供样品115和/或样品支架200的图像。第一光学器件元件152可以是一种简单透镜，如平凸透镜或双凸透镜，或是可商购的摄影透镜，如双高斯透镜(Double Gauss lens)、迪斯塔贡透镜(Distagonlens)、安琴逆焦式透镜(Angenieux retrofocus lens)、库克三合透镜(Cooke triplet)等。在所说明的实施例中，滤波器模块131是位于分束器160与光学元件152之间，靠近光学元件152。第二光学元件154可以位于样品支架200附近并且被配置用于提供远心光学系统以照射多个生物样品115。
参看图11，计算机系统400可以包含各种检测、数据/图像处理和/或控制操作或程序，适当时，其可以使用硬件、软件、固件或其组合实现。举例来说，一些操作或程序可以使用处理器或处于软件、固件或硬连线逻辑控制下的其它数字电路执行。(术语“逻辑”在本文中是指本领域的普通技术人员公认的用以执行所述功能的固定硬件、可编程逻辑和/或其适当组合。)软件和固件可以存储在非暂时性计算机可读媒体上。另外地或可替代地，至少一些操作或程序可以使用本领域的普通技术人员众所周知的模拟电路实现。另外，在本发明的实施例中，可以采用电子存储器或其它存储装置，以及通信部件。
在不限制本发明的范围的情况下，图11中的框图示出了根据系统1000的各种实施例，用于执行处理功能的计算机系统400的一个实施例。计算机系统400可以用于控制一个或多个聚合酶链反应(PCR)、测序和/或基因分型仪器等。计算系统400可以包括一个或多个处理器，如处理器404。处理器404可以使用通用或专用处理引擎(如微处理器、控制器或其它控制逻辑)实现。计算系统400可以包括用于传达信息的总线402 或其它通信媒体或机构，以及与总线402耦合以用于处理信息的处理器404。
另外，应了解，图11中示出的计算系统400可以体现为多种形式，如机架式计算机、大型主机、超级计算机、服务器、客户端、桌上型计算机、膝上型计算机、平板计算机、手持式计算装置(例如，PDA、手机、智能电话、掌上电脑等)、群集栅格、上网本、嵌入式系统、或可以合意地或适合用于给定应用或环境的任何其它类型的专用或通用计算装置。另外，计算系统400可以包括常规网络系统，包括客户端/服务器环境和一个或多个数据库服务器，或与LIS/LIMS基础设施整合。包括局域网(LAN)或广域网(WAN)并且包括无线和/或有线部件的多种常规网络系统是本领域中已知的。另外，客户端/服务器环境、数据库服务器和网络在本领域中是有据可查的。根据各种实施例，计算系统400可以被配置成连接到分布式网络中的一个或多个服务器。计算系统400可以从分布式网络接收信息或更新。计算系统400还可以传输待存储在分布式网络内的信息，这些信息可以被连接到分布式网络的其它客户存取。
计算系统400还包括存储器406，其可以是随机存取存储器(RAM)或其它动态存储器，所述存储器与总线402耦合以便存储打算通过处理器404执行的指令。存储器406 也可以用于在执行打算通过处理器404执行的指令期间存储临时变量或其它中间信息。计算系统400另外包括与总线402耦合以存储用于处理器404的静态信息和指令的只读存储器(ROM)408或其它静态存储装置。
计算系统400还可以包括存储装置410，如磁盘、光盘或固态驱动器(SSD)，其被提供并耦合到总线402上以用于存储信息和指令。存储装置410可以包括媒体驱动器和可移动的存储接口。媒体驱动器可以包括用以支持固定的或可移动的存储媒体的驱动器或其它机构，如硬盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、光盘驱动器、CD或DVD驱动器(R或RW)、闪存驱动器、或其它可移动的或固定的媒体驱动器。如这些实例所说明，存储媒体可以包括计算机可读存储媒体，其中存储了特定计算机软件、指令或数据。在某些实施例中，存储装置410包含存储器406或ROM 408中的一个或多个。
另外地或可替代地，存储装置410可以包括用于允许计算机程序或其它指令或数据加载到计算系统400中的其它类似工具。此类工具可以包括例如可移动的存储单元和接口(如程序盒带和盒带接口)、可移动的存储器(例如，闪存器或其它可移动的存储器模块)和存储器槽、以及允许软件和数据从存储装置410传递到计算系统400的其它可移动的存储单元和接口。
计算系统400还可以包括通信接口418。通信接口418可以用于允许软件和数据在计算系统400与外部装置之间传递。通信接口418的实例可以包括调制解调器、网络接口(如乙太网(Ethernet)或其它NIC卡)、通信端口(如例如USB端口、RS-232C串行端口)、PCMCIA插槽和卡、蓝牙等。经由通信接口418传递的软件和数据是呈信号的形式，这些信号可以是能够通过通信接口418接收的电子、电磁、光学或其它信号。这些信号可以经由信道通过通信接口418传输和接收，所述信道如无线媒体、电线或电缆、光纤、或其它通信媒体。信道的一些实例包括电话线、蜂窝式电话链路、RF链路、网络接口、局域网或广域网，以及其它通信信道。
计算系统400可以经由总线402耦合到显示器412，如阴极射线管(CRT)或液晶显示器(LCD)，以用于向计算机用户显示信息。包括字母数字和其它按键的输入装置 414耦合到总线402以用于例如将信息和命令选择传达给处理器404。输入装置还可以是配置有触摸屏输入功能的显示器，如LCD显示器。另一类型的用户输入装置是用于将方向信息和命令选择传达给处理器404并且用于控制显示器412上的光标移动的光标控制件416，如鼠标、轨迹球或光标方向键。这一输入装置通常具有在两个轴线(第一轴线(例如，x)和第二轴线(例如，y))上的两个自由度，其允许所述装置指定在平面中的位置。计算系统400提供数据处理并且提供关于此类数据的置信水平。与本发明教示的实施例的某些实现方式相符，计算系统400响应于执行存储器406中包含的一个或多个指令的一个或多个序列的处理器404提供数据处理以及置信度值。可以将此类指令从另一计算机可读媒体(如存储装置410)读取到存储器406中。存储器406中包含的指令序列的执行使得处理器404能执行本文所描述的过程状态。或者，可以使用硬连线电路代替或结合软件指令来实现本发明教示的实施例。因此，本发明教示的实施例的实现方式不限于硬件电路和软件的任何特定组合。
如本文所用的术语“计算机可读媒体”和“计算机程序产品”通常是指与向处理器404提供一个或多个序列或一个或多个指令以便执行有关的任何媒体。此类指令一般称为“计算机程序代码”(其可以呈计算机程序或其它分组的形式来分组)，当被执行时使得计算系统400能够执行本发明的实施例的特征或功能。这些和其它形式的非暂时性计算机可读媒体可以采用许多形式，包括但不限于，非易失性媒体、易失性媒体以及传输媒体。非易失性媒体包括例如固态盘、光盘或磁盘，如存储装置410。易失性媒体包括动态存储器，如存储器406。传输媒体包括同轴电缆、铜线和光纤，包括包含总线 402的电线。
计算机可读媒体的常见形式包括例如软盘、软磁盘、硬盘、磁带或任何其它磁性媒体、CD-ROM、任何其它光学媒体、穿孔卡片、纸带、具有孔洞图案的任何其它物理媒体、RAM、PROM和EPROM、FLASH-EEPROM、任何其它存储器芯片或盒带、如下文所描述的载波，或计算机可以从中进行读取的任何其它媒体。
各种形式的计算机可读媒体可以涉及将一个或多个指令的一个或多个序列载送到处理器404以便执行。举例来说，指令可以首先承载在远程计算机的磁盘上。远程计算机可以将指令加载到其动态存储器中，并使用调制解调器经由电话线发送指令。计算系统400本地的调制解调器可以接收电话线上的数据并使用红外发射器将数据转换成红外信号。耦合到总线402的红外检测器可以接收红外信号中所载送的数据并将数据放置于总线402上。总线402将数据载送到存储器406，处理器404从所述存储器检索并执行指令。由存储器406接收的指令可以任选地在通过处理器404执行之前或之后存储在存储装置410上。
应了解，为清楚起见，以上说明已经参考不同功能单元和处理器描述了本发明的实施例。然而，将显而易见的是，在不偏离本发明的情况下可以使用在不同功能单元、处理器或域之间的任何适合的功能分布。举例来说，将通过独立的处理器或控制器实现的图示功能可以通过同一处理器或控制器实现。因此，对特定功能单元的提及仅被视为提及用于提供所描述功能的适合装置，而非指示严格的逻辑或物理结构或组织。
计算系统400可以通过用户接口420，例如经由通信接口418供终端用户存取。另外，计算机系统400可以例如经由显示器412和/或一个或多个输入装置414提供数据处理、显示和报告准备功能。所有此类仪器控制功能可以是系统1000本地专用的并且可以提供对控制、分析和报告功能中的一部分或全部的远程控制。
计算机系统400可以另外地或可替代地包含用于与一个或多个程序、系统，或者系统或仪器1000的子系统通信和/或对其进行控制的功能或能力。举例来说，计算机系统 400可以包含与激发源110、激发源温度控制器112、样品热控制器211、光学系统100 和/或一个或多个温度传感器(例如，LED温度传感器422)的一个或多个接口或通信。与光学系统100的一个或多个接口或通信可以包括但不限于，光检测器118(例如用于调整位置，控制增益、帧率、数据采集速率，分格等)、滤波器组件130、132(例如，用于将不同滤波器移入或移出激发或发射光束路径)、分束器160(例如，用于将不同分束器移入或移出激发和/或发射光束路径)、光学元件152(例如用于调整图像焦点和/或透镜位置)等。
实例
在不限制本发明的范围的情况下，构建包括激发源110的根据示例性实施例的仪器 1000，所述激发源包含宽谱带LED，其在大部分可见光谱中产生相当大量的输出功率或强度。所述示例性实施例的仪器1000还被配置用于从多个样品支架204、304接收和获得图像数据，所述样品支架包括表1中所列的样品支架A、B、C及D。所述示例性实施例的仪器1000还包含根据图11中所示的计算机系统400。所述示例性实施例的仪器 1000的光学阅读机一般是根据图1中所示的系统布置。光学传感器118是CCD阵列检测器。多个根据本发明的示例性实施例的仪器1000被构建和操作用于获得下文论述的数据。因此，提及仪器1000的示例性实施例可以提及用于提供所得仪器设计的个别仪器或多个仪器。
示例性实施例的LED 110是标称50W LED，其在可见光波段内提供约2000流明的输出。LED 110具有如图8中所示的相对强度，包含在电磁波谱的可见光范围内的波长处的最大功率输出，并且在450纳米到600纳米的波长范围内的功率输出是最大功率输出的至少10％。使用具有所述特征的滤波器，如图1和2中所示的那些，仪器1000被配置用于为测量至少表2中所示的染料的荧光水平提供以下“信道”。
Figure BDA0000822062340000221
Figure BDA0000822062340000231
表2.在示例性实施例中仪器1000的染料信道
当将样品支架D安装在系统1000中时，LED 110产生足够的输出功率以提供表2 的信道1、2和4的qPCR数据。然而，已发现，当将样品支架A、B或C安装在系统 1000中时，在一些条件下，CCD检测器118饱和，由此使至少一些数据不可用。为了解决这一问题，开发出用于调整LED 110的操作的校准程序。在某些实施例中，所述校准程序包含：
·提供校准目标放置在所述仪器的内部。
·在LED 110的第一预定工作周期(例如在示例性实施例中20％和40％的工作周期)内，由光学传感器，例如使用光学传感器118测量输出(例如在示例性实施例中90％的图像强度)。
·执行内插法和/或外推法并计算工作周期以产生预定的标称光学传感器输出(例如在示例性实施例中2900个单元的ADU值)。
·调整LED工作周期以产生工作周期的计算值。
·由光学传感器测量输出。
·如果测量值在预定的标称光学传感器输出的预定容差(例如在示例性实施例中加 /减5％)内，那么完成校准并存储校准数据。
·如果测量值不在所述预定容差内，那么在LED 110的第二预定工作周期(例如在示例性实施例中30％和50％的工作周期)内由光学传感器测量输出(例如在示例性实施例中90％的图像强度)。
·执行内插法和/或外推法并计算工作周期以产生预定的标称光学传感器输出。
·调整LED工作周期以产生新的工作周期计算值。
·由光学传感器测量输出。
·如果测量值在所述预定的标称光学传感器输出的预定容差内，那么完成校准并存储校准数据。
·如果测量值不在预定容差内，那么在LED 110的第二预定工作周期(例如在示例性实施例中40％和60％的工作周期)内由光学传感器测量输出(例如在示例性实施例中90％的图像强度)。
·执行内插法和/或外推法并计算工作周期以产生预定的标称光学传感器输出。
·调整LED工作周期以产生新的工作周期计算值。
·由光学传感器测量输出。
·如果测量值在所述预定的标称光学传感器输出的预定容差内，那么完成校准并存储校准数据。
·如果测量值不在所述预定容差内，那么报告校准失败。
对于表1的样品支架A、B和C执行以上校准程序，从而对于每一个提供LED 110 的工作周期和/或驱动电流值。校准程序解决了来自相同制造商并且以相同型号或器件编码出售的不同个别LED 110之间存在的功率输出和光谱特征的随机变化。LED校准程序在CCD检测器118处提供的图像信号在具有相同设计和构造的各种仪器1000间大致相同，不管用于个别仪器1000中的特定LED 110的LED亮度和光谱特征如何。
基于校准程序，将表1中所示的A、B和C型样品支架各自的LED工作周期或驱动电流值存储在仪器1000的存储器406中。一般来说，已发现，A、B和C型样品支架各自的工作周期或驱动电流值可以不同；然而，在其它实施例中，两种或更多种样品支架类型的工作周期或驱动电流值可以相同。还发现，样品支架D可以使用100％的工作周期；然而，在其它实施例中，由样品支架D可以存储不到100％的工作周期。此外，已发现，对于仪器1000，所存储的样品支架A、B和C以及任选地D各自的工作周期或驱动电流可以用于配置与示例性实施例的仪器1000相同或基本上相同的所有类似仪器。或者，可以对个别仪器1000执行校准程序，以使得所存储的样品支架A、B和C 及任选地D各自的工作周期或驱动电流是针对所述特定仪器定制的。
由于LED 110的光谱特征，已发现，可以通过基于使用表2中的信道2收集的校准数据进行校准程序，来减少平均样品荧光测量时间。举例来说，当基于使用信道1收集的校准数据进行校准程序时，已发现在运行期间，其它五个滤波器信道一般需要更长的曝光时间，从而引起更长的运行时间。当校准程序是基于信道2时，在信道2、3、4、5 和6上收集的数据仅需要2种不同曝光时间，并且仅信道1需要3种曝光时间。使用超过一种曝光时间来增加针对特定信道(激发/发射波长谱带)得到的数据测量值的动态范围。
关于对信道1-6使用超过一种曝光时间，当终端用户例如运行实时PCR时，样品体积可以随用户以及随运行而不同；样品浓度类似。因此，需要设计仪器1000'以提供有关样品体积和样品浓度的一系列条件。如果提供单一曝光时间，那么对于较高样品体积和/或较高样品浓度，检测器118图像可能被饱和。相反，对于较低样品体积和/或较低样品浓度，检测器118图像相对于噪音水平可能过少。因此，可以使用多种曝光时间来扩大所述系统的动态范围。
关于使用信道2校准LED 110，有可能使用任何滤波器信道用于此目的。在示例性实施例中，校准目标在信道1和2的谱带内的波长下发出较强烈的荧光。因此，优选信道1或2执行LED 110的校准。在确定使用信道1和2中的哪一个进行LED 110校准时，表3显示了对于样品支架B，用于具有相同设计和构造的不同仪器中的不同LED的平均定量强度(来自检测器118图像)。
平均值 Ch1 Ch2 Ch3 Ch4 Ch5 Ch6
Instr 16 1078744 906267 845201 212568 918702 908710
21 1002208 509389 440369 123634 480315 470166
22 1020165 504365 366718 111163 538647 523789
28 1062476 360443 269899 72708 333860 305083
29 1148692 304511 272999 70278 273376 287532
30 1217466 402402 299384 80078 367132 369524
表3.
如果使用信道1校准LED 110，那么所有仪器对于信道1都将具有大致相同的图像信号，不过在使用信道2到6各自的激发滤波器时产生的图像信号存在较大变化。举例来说，参看表4，使用信道1进行校准，信道2将具有0.238的最小Ch2/Ch1比率和0.84 的最大Ch2/Ch1比率。因此，表4中最大Ch2/Ch1比率与最小Ch2/Ch1比率的比率是3.17。这一较大变化表明，基于用Ch1进行校准，将需要三种曝光时间来提供对于Ch1 使用两种曝光时间所覆盖的动态范围。类似地，信道3到6将需要三种曝光时间。因此，当使用全部六个信道(即，全部六个激发/发射滤波器范围)来测量样品支架204中所包含的样品时，需要总共3×5+2＝17种曝光时间。提供全部六个信道的发射数据的总时间与曝光时间的总数直接相关。
仪器 Ch1/Ch1 Ch2/Ch1 Ch3/Ch1 Ch4/Ch1 Ch5/Ch1 Ch6/Ch1
16 1.000 0.840 0.784 0.197 0.852 0.842
24 1.000 0.672 0.525 0.148 0.645 0.692
19 1.000 0.531 0.486 0.136 0.506 0.507
21 1.000 0.508 0.439 0.123 0.479 0.469
22 1.000 0.494 0.359 0.109 0.528 0.513
28 1.000 0.339 0.254 0.068 0.314 0.287
30 1.000 0.331 0.246 0.066 0.302 0.304
29 1.000 0.265 0.238 0.061 0.238 0.250
最大值/最小值的比率 1.000 3.169 3.297 3.221 3.578 3.365
表4.
如果使用信道2来执行LED 110的校准，那么基于表3中所示的相同仪器和LED 组，结果示于表5中。
仪器 Ch1/Ch2 Ch2/Ch2 Ch3/Ch2 Ch4/Ch2 Ch5/Ch2 Ch6/Ch2
16 1.190 1.000 0.933 0.235 1.014 1.003
24 1.487 1.000 0.781 0.220 0.959 1.028
19 1.883 1.000 0.916 0.256 0.953 0.955
21 1.967 1.000 0.865 0.243 0.943 0.923
22 2.023 1.000 0.727 0.220 1.068 1.039
28 2.948 1.000 0.749 0.202 0.926 0.846
30 3.025 1.000 0.744 0.199 0.912 0.918
29 3.772 1.000 0.897 0.231 0.898 0.944
最大值/最小值的比率 3.169 1.000 1.283 1.285 1.190 1.227
表5.
对于所测试的各种LED，基于信道2-6来校准LED 110全部具有大致相同的变化(表5的最后一行)。对于所测试的各种LED，只有信道1具有相对较大的变化(最大值与最小值的比率是3.772/1.19＝3.17)。因此，信道1需要3种曝光时间来提供与对于信道 2-6使用两种曝光时间所提供相同的动态范围。结果是，如与使用信道2校准LED 110 时的17种曝光时间相比较，需要总共2×5+3＝13种曝光时间。因此，已发现，可以通过使用信道2代替信道1校准LED 110，来减少提供全部六个信道的发射数据的总时间。参看图8中所示的LED 110的谱函数，已认识到，信道2到6随LED以大致相同的比率变化的原因是其落入较宽的光谱峰中。相比之下，信道1处于较窄的峰中，并且随LED 显示不同于其它信道的变化率。已发现，这就是使用信道2校准LED 110引起较小数量的图像积分时间而对全部六个信道1-6提供大致相同的动态范围的原因。
已发现取决于使用样品支架A、B、C或D中的哪一个，LED 110的热性能、功率输出和光谱特征在仪器1000中可能不同。由于来自相同制造商并且以相同型号或器件编码出售的不同个别LED 110之间LED特征的随机变化，还发现不同仪器之间的这些参数存在变化。为了减小在单一仪器1000中样品支架类型之间、具有相同设计和构造的不同仪器1000之间和/或同一仪器中不同LED之间的LED性能变化，开发出LED热校准程序。
参看图12-14，在不同条件下运行根据示例性实施例的各种仪器1000以确定标称目标温度、低温限值和高温限值。激发源温度控制112包含风扇，其被配置用于将LED 110维持在恒定温度或在预定温度范围内。仪器1000被配置成在一系列环境条件内操作，其中仪器操作的环境温度可以在15摄氏度与30摄氏度之间。应了解，本发明的实施例可以被配置成在其它温度范围内，例如在10摄氏度与30摄氏度之间，在15摄氏度与 35摄氏度之间，在20摄氏度与25摄氏度之间等操作。还应了解，在其它实施例中，激发源温度控制112可以包含控制LED温度的其它来源，例如使用匹尔特装置(Peltier device)或液体温度控制器。
在当前实施例中，仪器1000是通过使用不同条件，包括使用不同样品支架类型(表1中的样品支架A、B、C或D)、不同仪器环境温度(15摄氏度和30摄氏度)及不同风扇条件(风扇关闭(风扇DC＝0)或90％的最大风扇驱动电压(风扇DC＝900)操作 LED来运行。具有不同LED 110的不同仪器1000的性能示于图12-14中。图12表示使用样品支架A获得的数据。图13表示使用样品支架B或C获得的数据。图14表示使用样品支架D获得的数据。在每个图的右侧上的数据点表示在15摄氏度环境中用仪器 1000获得的数据，而在每个图的左侧上的数据点表示在30摄氏度环境中用仪器1000获得的数据。在连接线右侧上的数据点是针对风扇关闭条件，而在连接线左侧上的数据点是针对最大值的90％的风扇驱动电压。
基于图12-14中所示的数据，不同样品支架A、B、C、D的标称目标温度、低温限值和高温限值的适合值示于表6中。这些值被用于控制以减少系统性能变化并在希望的一系列环境操作条件内维持更一致的性能的方式使用的各种样品支架204的LED的温度。
样品支架 标称目标温度 低温限值 高温限值
A 30.5℃ 23℃ 38℃
B/C 36℃ 30℃ 42℃
D 50℃ 35℃ 65℃
表6.仪器1000的示例性实施例的相关温度值。
LED温度控制
基于以上实例，在某些实施例中，系统或仪器1000被配置成使得样品处理系统200可以接收、固持或保持包含被配置用于保持生物样品的第一多个样品槽或单元的第一样品支架204(例如表1中的样品支架A、B、C或D)。样品处理系统200还被配置用于接收、固持或保持包含第二多个样品槽或单元的第二样品支架204(例如与表1中的样品支架A、B、C或D不同的样品支架)。为清楚起见，系统或仪器1000的当前实施例将被称作系统或仪器1000'，其中应了解，适当时，上文关于系统或仪器1000所论述的元件、特征和/或实施例可以并入系统或仪器1000'中，或反之亦然。系统1000'被配置用于一次仅固持一个样品支架或一次固持全部具有相同类型和构造的一组样品支架。第一和第二样品支架204在至少一个物理方面彼此不同。举例来说，第一样品支架204的样品槽的数量、大小、尺寸或体积可以不同于样品支架204的样品槽。另外地或可替代地，第一样品支架204的样品槽的形式或结构可以不同于第二样品支架204的样品槽(例如各自可以由不同材料制成，或一个样品支架可以包含经由毛细力保持液体样品的通孔，而另一样品支架可以包括含多个孔的微量滴定板或含多个经由液流通道网络装载的样品室的微流体卡)。样品处理系统200可以被配置用于同时固持一个或多个另外的样品支架204(或数组相同的样品支架204)，其各自包含多个样品槽，其中所述另外的样品支架中样品槽的数量或所述另外的样品支架中样品槽的特征尺寸不同于第一样品支架 204或第二样品支架204。
系统1000'另外包含激发源110和包括激发温度传感器422的激发源温度控制器112，其中激发温度传感器422热耦合到激发源110，由此允许测量或测定激发源110的温度。系统1000'还包括电子处理器404和存储器406和/或存储装置410，所述存储器和/或存储装置包括含第一样品支架204的第一目标温度以及不同于或不等于第一目标温度值的第二样品支架204的第二目标温度的数据。存储器或存储装置406、410还可以包含用于通过处理器404执行以在所述仪器固持第一样品支架时将系统温度控制在第一目标温度以及在所述仪器固持第一样品支架时将系统温度控制在第二目标温度的指令。
激发源110可以是LED，例如，如以上在示例性实施例中所揭示。
存储器或存储装置406、410还可以包含用于通过处理器404执行以确定所固持的样品支架204(例如上文所论述的第一或第二样品支架204)是否能维持激发源的目标温度(例如上文所论述的第一或第二目标温度)的指令。参看图15，根据本发明的实施例的方法500包括模块505，其包含选择或确定目标温度。方法500还包括模块510，其包含操作激发源110预定时间段T。方法500还包括模块515，其包含在时间T期间从温度传感器422读取一个或多个温度。方法500还包括模块520，其包含确定一个或多个所感测的温度是否符合预定标准。方法500还包括模块525，其包含在不符合预定标准时采取第一行动；以及模块530，其包含在符合预定标准时采取第二行动。图16是方法500的具体实施例的示例性流程图500'。
以上以完整、清晰、简明并且准确的术语展示了有关执行本发明所涵盖的最佳模式，以及制造并使用本发明的方式和方法的说明，由此使本发明所属领域的技术人员能够制造并使用本发明。然而，本发明容许与上文的论述完全等效的修改和替代性构造。因此，并不意图将本发明限制于所揭示的具体实施例。相反，意图涵盖在大体上由所附权利要求书表示的本发明的精神和范围内的所有修改和替代性构造，所附权利要求书具体地指出并清楚要求本发明的主题。
以下共同待决的美国申请清单是以全文引用的方式并入本文中，其引用程度就如同在本文中完整阐述一般：
·2012年9月28日提交的国际专利申请号PCT/US2012/058107。
·2011年9月30日提交的美国临时专利申请号61/541,453。
·2011年9月30日提交的美国临时专利申请号61/541,515。
·2011年9月30日提交的美国临时专利申请号61/541,342。
·2011年9月30日提交的美国设计专利申请号29/403,049。
·2011年9月30日提交的美国设计专利申请号29/403,059。
·2011年9月30日提交的美国临时专利申请号61/541,495。
·2011年9月30日提交的美国临时专利申请号61/541,366。
·2011年9月30日提交的美国临时专利申请号61/541,371。
·2011年11月28日提交的美国临时专利申请号61/564,027。
·2012年6月15日提交的美国临时专利申请号61/660,343。
·2013年2月22日提交的美国临时专利申请号61/768,367。

Claims (4)

1.一种校准用于执行生物分析的仪器的方法，所述仪器包含发光二极管激发源、光学传感器和样品处理系统，所述样品处理系统配置成固持包含一个或多个样品槽的样品支架，其中，校准目标安置在所述仪器内；
所述方法包括：
对于多个不同的样品支架格式中的每个样品支架格式：
从多个滤波器信道中选择用于校准所述仪器的滤波器信道，其中，当所有所述滤波器信道用于测量容纳在所述样品支架格式中的样本时，所选择的滤波器信道减少用于所有所述滤波器信道的曝光时间的总次数，
使用所述发光二极管激发源的第一预定工作循环测量来自所述光学传感器的输出；
执行内插法或外推法中的至少一种；
计算足以产生预定标称光学传感器输出的第一计算的工作循环；
使用所述发光二极管激发源的所述第一计算的工作循环测量来自所述光学传感器的输出；
确定使用所述发光二极管激发源的所述第一计算的工作循环测量的来自所述光学传感器的输出处于所述预定标称光学传感器输出的预定容差内；以及
将对应于所述样品支架格式的所述计算的工作循环存储在所述仪器中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中响应于使用所述第一计算的工作循环测量的来自所述光学传感器的输出不在所述预定容差内，那么使用所述发光二极管激发源的第二预定工作循环测量来自所述光学传感器的输出，
基于使用所述发光二极管激发源的所述第二预定工作循环测量的来自所述光学传感器的输出，执行内插法或外推法中的至少一种并计算足以产生所述预定标称光学传感器输出的第二计算的工作循环，以及
调整所述发光二极管激发源的工作循环以产生所述第二计算的工作循环。
3.根据权利要求1所述的方法，其中响应于确定使用所述第一计算的工作循环测量的来自所述光学传感器的输出不在所述预定容差内，那么报告校准失败。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述光学传感器感测从所述校准目标发射的荧光辐射。
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