CN107548453A - 用于评价生物样本的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

用于评价生物样本的系统和方法。一种用于生物分析的仪器(100)包括一个基座(300)、一个激发源(402)、一个光学传感器(408)、一个激发光学系统(400)和一个发射光学系统(400)。所述基座被构造成能接纳一个样本固持器(305)，所述样本固持器(305)包括多个生物样本(310)。所述光学传感器被构造成能接收来自所述生物样本响应于所述激发源的发射。另外，所述仪器能够包括一个被透镜壳体包封的传感器透镜以及一个包括接合所述透镜罩的一个齿轮(455)的对焦装置，所述对焦装置能够从所述包封件之外触及以调整焦点。所述仪器还可能包括沿发射光路设置的一个传感器孔(478)以及设置用于接合所述传感器孔的一个阻挡结构，所述阻挡结构使得所述光学传感器无法接收到来自所述样本固持器附近的受照表面(432)的所述反射的辐射，而且不反射出所述仪器的另一个表面。

Description

用于评价生物样本的系统和方法
发明背景
发明领域
本发明整体涉及用于观察、测试和/或分析一个或多个生物样本的系统、装置和方法，并且更具体地涉及用于观察、测试和/或分析一个或多个生物样本的包括光学系统的系统、装置和方法。
相关技术说明
附图简略说明
结合附图阅读下文详细说明可以更好地理解本发明的实施例。此类仅为进行例示性的说明的实施例示出本发明的新颖且非显而易知的方面。附图包括下图：
图1为根据本发明的一个实施例的系统的示意图。
图2为根据本发明的一个实施例的激发源的示意图。
图3为各种光源的归一化光谱图，其中包括根据本发明的一个实施例的光源。
图4为图3所示的光源光谱在各种波长范围内的光谱积分图。
图5和图6为根据本发明的一个实施例的仪器外壳的透视图。
图7为根据本发明的一个实施例的光学和样本处理系统的实体模型图示。
图8为图7所示的光学系统的放大实体模型图示。
图9为图7所示的样本处理系统的一部分的分解图。
图10为图7所示的光学系统的一部分的剖视图。
图11为根据本发明的一个实施例的成像单元的顶部透视图。
图12为图11所示的成像单元的剖面图。
图13和图14为图11所示的成像单元的底部透视图。
图15-17为图11所示的成像单元的部分放大图。
图18为图6和图8所示的系统的剖视图。
图19和图20为根据本发明的一个实施例的系统的示意图。
附图详细说明
如本文所用，术语“辐射”或“电磁辐射”意指由某些电磁过程释放的辐射能，其可能包括一种或多种可见光(例如，辐射能的特征在于介于400纳米和700纳米之间或介于380纳米和800纳米之间的一个或多个波长)或不可见的电磁辐射(例如，红外线、近红外线、紫外线(UV)、X射线或γ射线辐射)。
如本文所用的“激发源”意指电磁辐射的来源，其可能朝向至少一个包含一种或多种化合物的样本，使得电磁辐射与所述至少一个样本相互作用，以产生指示所述至少一个样本之状况的发射电磁辐射。激发源可包括光源。如本文所用，术语“光源”是指包含一段具有一个峰值或最大输出(例如，功率、能量或强度)之电磁波谱的电磁辐射的来源，该峰值或最大输出在所述电磁波谱(例如范围在400纳米至700纳米或380纳米和800纳米之波长范围内的电磁辐射)的可见光波段范围内。除此之外或另选地，激发源可包含处于电磁波谱的红外(近红外、中红外和/或远红外)或紫外线(近紫外和/或极紫外)部分的至少一部分内的电磁辐射。除此之外或另选地，激发源可包含电磁波谱其他波段中的电磁辐射，例如在电磁波谱的X射线和/或无线电波部分中。激发源可包括单个光源，例如白炽灯、气体放电灯(例如，卤素灯、氙灯、氩灯、氪灯等)、发光二极管(LED)、有机LED(OLED)、激光，诸如此类。激发源可包括多个单个光源(例如，多个LED或激光器)。激发源还可包括一个或多个激发滤光器，例如高通滤光器、低通滤光器或带通滤光器。例如，激发滤光器可包括滤色器和/或二向色滤光器。激发源包括在空间上和/或时间上分离的单一束流或多个束流。
如本文所用，“发射”意指由于来自激发源的辐射与包含或被认为包含一种或多种化学和/或生物分子或目标化合物的一个或多个样本的相互作用而产生的电磁辐射。发射可能起因于样本对激发源的辐射所产生的反射、折射、偏振、吸收和/或其他光学效应。例如，发射可包含通过一个或多个样本吸收激发电磁辐射而诱发的发光或荧光。如本文所用，“发射光”意指包含一段具有一个峰值或最大输出(例如，功率、能量或强度)之电磁波谱的一次发射，该峰值或最大输出在所述电磁波谱(例如范围在420纳米至700纳米之波长范围内的电磁辐射)的可见光波段范围内。
如本文所用，“透镜”意指被构造成能够引导或聚焦入射的电磁辐射以便会聚或发散此类辐射的光学元件，例如用于在有限的距离或在光学无限远处提供真实或虚拟的图像。透镜可包含具有由入射电磁辐射的折射、反射和/或衍射提供的光焦度的单个光学元件。另选地，透镜可包括由多个光学元件组成的复合系统，例如，包括但不限于消色差透镜、双透镜、三合透镜或相机透镜。透镜可至少部分地容纳在透镜罩或透镜支架中，或至少部分地被透镜罩或透镜支架包围。
如本文所用，术语“光功率”意指透镜或光学器件置于空气中时会聚或发散光以提供焦点(实际或虚拟)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一部分的功率，归因于入射光衍射成一个或多个衍射级。除非另外注明，否则透镜、光学器件或光学元件的光功率来源于与透镜或光学器件相关联的参考平面(例如，光学器件的主平面)。
如本文所用，术语“生物样本”意指包含本文所描述或暗示的本发明各种实施例之用户、制造商或经销商任何类型的目标生物化学品或组分和/或任何靶分子的样本或溶液，以及包含用于执行生物测定、实验或测试目的的相关化学品或化合物的任何样本或溶液。这些生物化学品、组分或靶分子可能包括但不限于DNA序列(包括无细胞DNA)、RNA序列、基因、寡核苷酸、分子、蛋白质、生物标志物、细胞(例如，循环肿瘤细胞)或任何其他合适的靶生物分子。生物样本可包含至少一种靶核酸序列、至少一种引物、至少一种缓冲液、至少一种核苷酸、至少一种酶、至少一种洗涤剂、至少一种封闭剂、或至少一种适用于检测靶标或参比核酸序列的染料、标志物和/或探针中的至少一者或多者。在各个实施例中，此类生物组分可与一种或多种PCR方法和系统结合使用，诸如胎儿诊断、多重dPCR、病毒检测，以及量化标准物、基因分型、测序分析、实验，或方案、测序验证、突变检测、转基因生物检测、罕见等位基因检测，和/或拷贝数变异。
根据本发明的实施例，包含至少一种目标生物靶标的一种或多种样品或溶液可以包含于、分散介于或分配介于多个较小的样品体积或反应区(例如，小于或等于10纳升、小于或等于1纳升，或者小于或等于100皮升的体积或区域)中。本文所公开的反应区通常示出为包含在位于基板材料中的孔中；然而，根据本发明的实施例之其他形式的反应区可以包括位于形成于基板中的通孔或凹痕内的反应区、分布于基板表面上的溶液斑点、位于毛细管或微流体系统的测试位点或体积内，或位于多个微珠或微球上的样本或溶液。
虽然根据本发明的实施例所述的装置、仪器、系统和方法通常涉及dPCR和qPCR，但本发明的实施例可适用于任何PCR过程、实验、测定或方案，其中对大量反应区进行处理、观察和/或测量。在根据本发明的实施例所述的dPCR测定或实验中，将包含至少一种靶标多核苷酸或核苷酸序列的稀释溶液细分为多个反应区，使得这些反应区中的至少一部分包含靶标核苷酸序列的一个分子或不含靶标核苷酸序列。当反应区随后在PCR方案、程序、测定、过程或实验中进行热循环时，包含所述靶标核苷酸序列的一个或多个分子的反应区被大量扩增并且产生正的可检出的检测信号，而那些不含任何所述靶标核苷酸序列的反应区将不被扩增并且不产生检测信号，或产生低于预定阈值或噪声水平的信号。使用泊松统计，可将分布在反应区之间的原溶液中靶标核苷酸序列的数量与产生正检测信号的反应区的数量关联起来。在一些实施例中，检测到的信号可用于测定原溶液中包含的靶分子的数量或数量范围。例如，检测系统可以被构造成区分包含一个靶分子的反应区与包含两个或至少两个靶分子的反应区。除此之外或另选地，所述检测系统可被配置为区分包含多个等于或低于预定量的靶分子的反应区与包含超过预定量的靶分子之反应区。在某些实施例中，qPCR和dPCR两者的过程、测定或方案使用单一相同的装置、仪器或系统和方法加以实施。
参考图1，用于生物分析的系统、装置或仪器100包括电子处理器、计算机或控制器200，被构造成能够接纳和/或处理生物或生化样本的基座、安装架或样本块组件300，和/或光学系统、装置或仪器400中的一种或多种。不局限于本发明的范围，系统100可以包括测序仪器、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)、毛细管电泳仪、用于提供基因分型信息的仪器，诸如此类。
电子处理器200被如此构造成以控制、监测和/或接收来自光学系统400和/或基座300的数据。电子处理器200可被物理集成到光学系统400和/或基座300中。除此之外或另选地，电子处理器200可与光学系统400和基座300分开，例如，外部台式计算机、便携式计算机、笔记本计算机、平板计算机，诸如此类电子处理器200与光学系统400和/或基座300之间的通信可直接通过诸如USB电缆等物理连接，和/或间接通过无线或网络连接(例如，通过Wi-Fi连接、局域网、互联网连接、云连接等)来实现。电子处理器200可包括包含指令、例程、算法、测试和/或配置参数、测试和/或实验数据等的电子存储器。电子处理器200可被如此构造以例如操作光学系统400的各个部件或者获取和/或处理由基座300提供的数据。例如，电子处理器200可用于获取和/或处理由光学系统400的一个或多个光电检测器所提供的光学数据。
在某些实施例中，电子处理器200可集成到光学系统400和/或基座300中。电子处理器200可例如使用硬线连接、局域网、互联网连接、云计算系统等与外部计算机通信和/或将数据发送到外部计算机以供进一步处理。该外部计算机可能是位于系统100中或系统100附近的物理计算机，例如一台台式计算机、膝上型计算机、笔记本计算机、平板计算机，诸如此类。除此之外或另选地，所述外部计算机和电子处理器200中的任一者或两者可包含虚拟装置或系统，诸如云计算或存储系统。数据可以经由无线连接、云存储或计算系统等在两者之间进行传输。除此之外或另选地，来自电子处理器200(例如，来自光学系统400和/或基座300)的数据可被传输至外部存储器存储设备，例如外部硬盘驱动器、USB存储器模块、云存储系统等。
在某些实施例中，基座300被构造成接纳样本固持器或样本支架305。样本固持器305可包含多个或一系列空间上独立的反应区、位点或位置308，用于容纳对应的多个或一系列生物或生化样本310。反应区308可包括任何多个体积或位置，其隔离或被构造成隔离所述多个生物或生化样本310。例如，反应区308可包括基板或组件中的多个通孔或孔(例如，标准微量滴定板中的样本孔)、通道或腔室中的多个样本珠、微珠或微球、流通池中的多个不同的位置、基板表面上的多个样本斑点、或被构造成接纳样品固持器的孔或开孔(例如，被构造成接纳微量滴定板的样本块组件中的腔体)。
基座300可包含一个样本块组件，该样本块组件被构造成控制样本固持器305和/或生物样本310的温度。样本块组件300可包括一个或多个样本块、Peltier装置或用于控制或循环温度的其他装置和/或散热器(例如，用于辅助稳定温度)。基座300可包含热控制器或热循环仪，以例如提供或执行PCR测定。
反应装置300可包括样本固持器305。至少一部分反应区308可包括一个或多个生物样本310。生物或生化样本310可包括至少一种靶核酸序列、至少一种引物、至少一种缓冲液、至少一种核苷酸、至少一种酶、至少一种洗涤剂、至少一种封闭剂、或至少一种适用于检测靶标或参比核酸序列的染料、标志物和/或探针中的一者或多者。样本固持器305可被如此构造成以执行PCR测定、测序分析、或毛细管电泳测定、印迹测定中的至少一种。在某些实施例中，样本固持器305可包括微量滴定板、包括多个孔或通孔的基板、包括一个或多个通道或毛细管的基板、或包括含一种或多种生物样本的多个小珠或球的腔室中的一者或多者。反应区308可包括多个孔、基板中的多个通孔、一块基板或通道或毛细管内的多个不同位置、一个反应体积内的多个微珠或微球等中的一者或多者。样本固持器305可包含一块微量滴定板，例如其中反应区308可包含至少96个孔、至少384个孔，或至少1536个孔。
在某些实施例中，样本固持器305可包括一块基板，该基板包括一个第一表面、一个对向第二表面以及设置在所述表面之间的多个通孔，所述多个通孔被构造成容纳一个或多个生物样本，例如专利申请公开号US 2014-0242596和WO 2013/138706中所述，这些专利申请以引用方式并入本文，其如同被完整陈述。在此类实施例中，所述基板可包括至少3096个通孔或至少20,000个通孔。在某些实施例中，样本固持器305可包括一个毛细管阵列，该阵列被构造成通过一种或多种靶分子或分子序列。
在某些实施例中，系统100可任选地包括加热的或温控盖子102，该盖子可设置在样本固持器305和/或基座300上。加热的盖子102可用以例如防止在样本固持器305中所含样本上发生凝聚，其有助于保持光进入生物样本310。
在某些实施例中，光学系统400包括激发源、照明源、辐射源或光源402，其产生特征在于第一波长的至少第一激光光束405a以及特征在于不同于第一波长的第二波长的第二激光光束405b。光学系统400还包括光学传感器或光学检测器408，该光学传感器或光学检测器被构造成接收来自一个或多个生物样本响应于激发源410和/或激光光束405a、405b中的一者或多者的发射或辐射。光学系统400还包括激发光学系统410，该激发光学系统410沿激发光路412设置在激发源402和受照的一个或多个生物样本之间。光学系统400还包括发射光学系统415，该发射光学系统415沿发射光路417设置在受照的一个或多个样本和光学传感器408之间。在某些实施例中，光学系统400可包括分束器420。光学系统400可任选地包括光束收集器或辐射挡板422，该光束收集器或辐射挡板422被构造为减少或防止投射到分束器420上的辐射从激发源402反射到发射光路417中。
在图1所示的例示性实施例以及本文所公开的发明之其他实施例中，激发源402包括辐射源425。辐射源425可包含至少一个白炽灯、至少一个气体放电灯、至少一个发光二极管(LED)、至少一个有机发光二极管和/或至少一个激光器中的一者或多者。例如，辐射源425可包括至少一个卤素灯、氙灯、氩灯、氪灯、二极管激光器、氩激光器、氙激光器、准分子激光器、固态激光器、氦氖激光器、染料激光器，或它们的组合。辐射源425可包括一个特征在于最大波长或中心波长处于电磁波谱的可见光波段的光源。除此之外或另选地，辐射源425可包括一个紫外、红外或近红外光源，其对应的最大波长或中心波长处于电磁波谱的那些波段中的一者内。辐射源425可为宽带源，例如，具有至少100纳米、至少200纳米，或至少300纳米的光谱带宽，其中带宽被定义为强度、能量或功率输出大于预定量的范围(例如，其中预定量等于或约等于所述辐射源的最大波长或中心波长的约1％、5％或10％)。激发源402还可包括源透镜428，该源透镜被构造成调整辐射源425的发射，例如，用于增加样本固持器305和/或生物样本310中接收的激发辐射的量。源透镜428可包括单透镜或者可为包括两个或更多个元件的复合透镜。
在某些实施例中，激发源402还包括可移入和移出激发光路412的两个或更多个激发滤光器430，例如，与宽带激发源402结合地使用。在此类实施例中，可使用不同的激发滤光器430以选择适于诱导生物样本310内相应的染料或标志物产生荧光的不同波长范围或激发通道。激发滤光器430中的一者或多者可具有至少±10纳米或至少±15纳米的波长带宽。激发滤光器430可包括多个滤光器，后者共同提供适用于使一份染料或探针、一份FAMTM染料或探针、一份染料或探针、一份ROXTM染料或探针，或一份TAMRATM染料或探针中的一者或多者发荧光的多个带通。激发滤光器430可布置在可旋转滤光轮(未示出)中或其他使用激发源402提供不同激发通道的合适装置或设备上。在某些实施例中，激发滤光器430包括至少5个滤光器或至少6个滤光器。
在某些实施例中，激发源402可包括多个单独的激发源，后者可使用一个或多个分束器或光束组合器加以组合，使得来自每个单个激发源的辐射沿一个共光路传输，例如沿着图1所示的激发光路412传输。另选地，单个激发源中的至少一部分可以被布置成提供沿不同的非重叠光路传播的激光光束，例如，以照亮所述多个反应区308的不同反应区。每个单个激发源可以被寻址、激活或选择以照亮反应区308，例如，单独地或成组地或全部同时进行。在某些实施例中，所述单个激发源可以被布置为一维或二维阵列，其中这些单个激发源中的一者或多者的特征在于最大波长或中心波长不同于所述阵列中其他单个激发源中的至少一者的最大波长或中心波长。
在某些实施例中，第一激发光束405a包括第一波长范围，第一激光光束405a的强度、功率或能量在该第一波长范围内高于第一预定值，并且第二激光光束405b包括第二波长范围，第二激光光束405b的强度、功率或能量在该第二波长范围内高于第二预定值。激光光束405a、405b的特征波长可为对应的波长范围的中心波长，或对应的波长范围内的最大电磁强度、功率或能量的波长。激发光束405中的至少一者的中心波长可为对应的波长范围内的平均波长。对于每条激发光束405(例如，激发光束405a、405b)，所述预定值可小于对应的最大强度、功率或能量的20％；小于对应的最大强度、功率或能量的10％；小于对应的最大强度、功率或能量的5％；或小于对应的最大强度、功率或能量的1％。所述预定值对于所有激发光束405(例如，对于激发光束405a、405b两者)可以相同，或者该预订值可彼此不同。在某些实施例中，第一激发光束405a和第二激发光束405b的波长范围不重叠，而在其他实施例中，波长范围中的至少一者至少部分地与其他波长范围重叠。在某些实施例中，第一中心波长和第二中心波长相隔至少20纳米。在某些实施例中，第一波长范围和第二波长范围中的至少一者具有至少20纳米或至少30纳米的值。
激发光学系统410被构造成将激发光束405a、405b引导至所述一个或多个生物样本。在适用情况下，本文引用的激发光束405a、405b可被应用于包括多于两条激发光束405的实施例。例如，激发源402可被构造成引导至少五条或六条激发光束405。激发光束405a、405b可被同时产生或提供，可在时间上分离，和/或可在空间上分离(例如，其中激光光束405a被引导至一个反应区308，并且激发光束405b被引导到不同的反应区308)。激发光束405可顺序地产生，例如，通过顺序打开和关闭以不同波长为特征的不同颜色的单个辐射源425，或者通过在单个辐射源425的前面顺序放置不同颜色的滤光器来实现。另选地，激发光束405a、405b可同时产生，例如通过使用多波段滤光器、分束器或反射镜，或者通过将不同的单个辐射源425诸如两个不同颜色的发光二极管(LED)耦合在一起来实现。在一些实施例中，激发源402产生多于两条激发光束405，其中激发光学系统410将每条激发光束引导至一个或多个生物样本310。
参考图2，激发源402可包括至少5个单个辐射源425a、425b、425c、425d、425e，这些辐射源结合以沿着共同的激发光路412传输。激发源402还可包括对应的源透镜428a、428b、428c、428d、428e。来自辐射源425a、425b、425c、425d、425e的辐射可使用多个组合器光学元件429a、429b、429c结合。组合器光学元件429a、429b、429c可包括中性密度过滤器、50/50分束器、二向色滤光器或反射镜、相叠分光器等中的一者或多者。组合器光学元件429a、429b、429c为组合各种单个辐射源425的一种实例，应当理解，单个辐射源425和组合器光学元件429的其他组合和几何布置方式也处于本发明的实施例的范围内。单个辐射源425a、425b、425c、425d、425e中的一者或多者的特征可在于与其他单个辐射源425a、425b、425c、425d、425e不同的中心波长和/或波长范围。
参考图3-4，辐射源425的光谱分布可以不明显的方式选择，以使不同颜色或激发通道的至少五条激发光束405能够与一个公共分束器420配合使用，同时保持所有激发通道在例如qPCR测定的每个循环过程中具有可接受或预先确定的数据通量。如本文所用，术语“激发通道”意指由一个被构造用于照亮一个或多个生物样本(例如，生物样本310)的激发源(例如，激发源402)所提供的若干不同电磁波段中的每个波段。如本文所用，术语“发射通道”意指允许电磁辐射传递到一个光学传感器或检测器(例如，光学传感器408)上的若干不同发射波段中的每个波段。
图3示出三种不同辐射源的波长谱的相对能量。虚线图为卤素灯(在本文中称为“光源1”)的光谱，其特征在于在可见光谱的蓝色波长范围内具有相对较低的能量水平，并且能量随波长增加而提高，在约670纳米处达到峰值。点划线光谱图为可商购获得的LED光源(在本文中称为“光源2”)的光谱，其在约450纳米处具有峰值能量，并且在约530纳米至约580纳米处具有较低的峰，然后逐渐降低能量至可见光谱的红色波长范围。实线图为根据本发明的一个实施例的另一种LED光源(在本文中称为“光源3”)的光谱(例如，激发源402的示例性光谱)。图4示出图3所示三种光源中每一种光源的各个激发通道内的积分能量，其中这些通道的光谱为qPCR领域中使用的典型激发滤光器的光谱。波长范围和激发滤光器名称如下表1所示，其中X1为激发通道1，X2为激发通道2，以此类推。
表1.图4中所用激发滤光器的光谱带宽。
在qPCR领域中，一个重要的性能参数是获得包含多种目标染料的样本的发射数据的总时间。例如，在一些情况下，期望在一个或多个发射通道上获得多种染料或探针的发射数据，其称作M1-M6，对应于用于照亮样本的各个激发通道(例如，M1-M6对应于X1、M2-M6对应于X2、M3-M6对应于X3、M4-M6对应于X4、M5-M6对应于X5、和/或M6对应于X6)。本发明人发现，在具有用于五个或六个激发/发射滤光器通道(例如，具有组合发射通道M1-M6的激发通道X1-X6)的单一宽带分束器的系统中使用光源2时，获取通道5和/或通道6之数据的时间量对于某些应用场合而言可能过长而无法接受。为了应对这种情况，对于激发通道1和/或2可以使用一个或多个窄带二向色分束器以增加样品接收的激发光的量和传感器接收的发射光的量(使得在这种情况下通过使用二向色分束器来提高总体光学效率)。然而，这排除了如图1所示的单分束器布置方式的使用，从而失去了单分束器配置所对应的优势(例如，缩减尺寸、成本、复杂性)。发现一种更佳解决方案是其中将光源诸如光源3与单分束器(诸如50/50分束器等宽带分束器)结合使用，诸如分束器420。已发现，激发通道X1、X5和/或X6的相对能量可用以鉴定适合与单分束器实施例一起使用的激发源402，以提供可接受的总积分时间，用于在五个或六个激发通道上采集发射数据。使用LED光源2和LED光源3作为实例，由图3和图4所示的数据可以导出下表2所示的下列数据。
比率 光源2 光源3
X1/X2 2.02 3.00
X2/X2 1.00 1.00
X3/X2 1.20 0.98
X4/X2 1.09 0.89
X5/X2 0.49 0.90
X6/X2 0.38 0.90
表2.每个滤光器通道归一化到通道2所得的归一化LED强度。
基于此类数据，本发明人发现，在某些实施例中，当X1/X2大于2.02(例如，大于或等于3)时，可以获得改善的性能(例如，就较短的通道1积分时间而言)。除此之外或另选地，在其他实施例中，当X5/X2大于0.49(例如，大于或等于0.9)和/或当X6/X2大于0.38(例如，大于或等于0.9)时，可以获得改善的性能(例如，就较短的通道1积分时间而言)。|根据本文所述的标准，“X1”意指具有特征在于最大功率、能量或强度处于包括455-485纳米的波段内的光束输出的激发通道；“X2”意指具有特征在于最大功率、能量或强度处于包括510-530纳米的波段内的光束输出的激发通道；“X5”意指具有特征在于最大功率、能量或强度处于包括630.5-649.5纳米的波段内的光束输出的激发通道；“X6”意指具有特征在于最大功率、能量或强度处于包括650-674纳米的波段内的光束输出的激发通道。
再次参见图1，激发光束405在操作过程中沿激光光路412导向样本处理基座300，例如在存在样本固持器305时导向反应区308。当存在时，光源透镜428被构造成调整激发光束405，例如以捕获并且引导激发源402的大部分发射辐射。在某些实施例中，一个或多个反射镜432(例如，折叠式反射镜)可沿激发光路412结合，例如以使光学系统400更紧凑和/或提供预定的包装尺寸。图1示出一个反射镜432；然而，可使用另外的反射镜，例如以满足包装设计约束。如下文更详细地讨论，另外的透镜可被设置在样本固持器305附近，例如，以便进一步调整来自包含于一个或多个反应区中的生物样本的所述激发光束405和/或对应的发射。
发射光学系统415被构造成将来自所述一个或多个生物样本的发射引导至光学传感器408。这些发射中的至少一部分可能包含来自所述生物样本中至少一部分以响应激发光束405中至少一者的荧光发射。除此之外或另选地，所述发射中至少一部分包含来自激发光束405中至少一者的辐射，该辐射被所述生物样本中的至少一部分反射、折射、衍射、散射或偏振。在某些实施例中，发射光学系统415包含一个或多个发射滤光器435，所述一个或多个发射滤光器435被构造成能够例如阻止激发辐射反射或散射到发射光路417中。在某些实施例中，每个激发滤光器430均存在一个对应的发射滤光器435。参考图8,在某些实施例中，激发滤光器430被布置在激发滤光轮431中，和/或发射滤光器435被布置在发射滤光轮436中。
在某些实施例中，发射光学系统415包括传感器透镜438，该传感器透镜438被构造成将来自至少一部分所述生物样本中的发射引导至光学传感器408上。光学传感器408可包括单个传感器元件，例如光电二极管检测器或光电倍增管等。除此之外或另选地，光学传感器408可包括一个阵列传感器，该阵列传感器包括一个传感器或像素的阵列。阵列传感器408可以包括一个互补金属氧化物半导体传感器(CMOS)、一个电荷耦合装置(CCD)传感器、多个光电二极管检测器、多个光电倍增管等中的一者或多者。传感器透镜438可被构造成由来自所述多个生物样本310中一者或多者的发射形成图像。在某些实施例中，光学传感器408包含两个或更多个阵列传感器408，例如其中由来自所述多个生物样本310中一者或多者的发射形成两个或更多个图像。在此类实施例中，来自所述多个生物样本310中一者或多者的发射可以被划分以提供该多个生物样本310中一者或多者的两个信号。在某些实施例中，所述光学传感器包含至少两个阵列传感器。
分束器420沿激发光路412和发射光路417布置并且被构造成在操作过程中接纳第一激发光束405a和第二激发光束405b。在图1所示的例示性实施例中，分束器420被构造成传输激发光束405并且反射来自生物样本310的发射。或者，分束器420可能被构造成反射所述激发光束并且传输来自所述生物样本310的发射。在某些实施例中，分束器420包含一个宽带分束器，其对于由激发源402提供并且被引导到反应区308的激发光束405(例如，例示性实施例中的激光光束405a、405b)的全部或大部分具有相同或近似相同的反射率。例如，分束器420可为一个宽带分束器，其特征在于在至少为200纳米的波段、在至少200纳米的波段、或在所述电磁波谱的可见波段、在所述电磁波谱的可见光和近红外波段、或450纳米至680纳米的波段具有恒定或大约恒定的反射率。在某些实施例中，分束器420为一个中性密度滤光器，例如，一个在所述电磁波谱的可见波段具有约20％、50％、或80％的反射比的滤光器。在某些实施例中，分束器420为一个二向色分束器，后者在一个或多个选定的波长范围内透射或反射，例如，在中心位于激光光束405的峰值波长处或附近的多于一个波段透射和/或反射的多波段分束器。
在某些实施例中，分束器420为单个分束器，其构造为单独地或与单光束收集器422结合地接收所述多条激光光束405(例如，激光光束405a、405b)中的一部分或全部。每条激发光束可被称为一个激发通道，其可以单独使用或结合使用以激发生物样本310中的一者或多者中的不同荧光染料或探针分子。相比之下，许多现有技术的系统和仪器，例如，在qPCR领域中，通过针对所述系统或仪器的每个激发通道和/或每个发射通道使用单独的分束器和/或光束收集器来提供多条发射光束。在此类现有技术的系统和仪器中，通常在激发通道的至少一部分中使用色度选择性二向色滤光器，以增加样本处接收的辐射量。针对每个通道使用不同分束器和/或光束收集器的系统和仪器之缺点包括尺寸、成本、复杂性和响应时间增加(例如，由于在激发和/或发射通道之间改变时必须移动或旋转的质量增加)。本发明人发现，可以用单分束器420和/或单光束收集器422代替这些多个分束器和/或光束收集器，同时仍然提供可接受或预定的系统或仪器性能，例如通过适当选择激发源402的光谱分布和/或通过配置系统或仪器以减少由光学传感器408接收的杂散或多余辐射的量(如本文所作进一步讨论)。因此，与现有技术的系统和仪器相比，本发明的实施例可用以提供具有缩减的尺寸、成本、复杂性及响应时间的系统和仪器。
参考图5和图6，在某些实施例中，系统100包括仪器外壳105和样本固持器抽屉110，该样本固持器抽屉包括基座300并且在使用过程中被构造成接纳、固定或容纳样本固持器305并且定位样本固持器305以提供与光学系统400的光学耦合。在抽屉110关闭(图6)时，外壳105可被构造成容纳或包围样本处理系统300和光学系统400。在某些市水利中，外壳105可容纳或包围电子处理器200的全部或一部分。
参考图7-9，在某些实施例中，光学系统400还可包括透镜440和/或透镜阵列442，其可包括对应于样本固持器305的每个反应区308的多个透镜。透镜440可包括一个场透镜，其可被构造成为样本固持器305、反应区308、透镜阵列442或光学传感器408中的至少一者提供远心光学系统。如图7和图9中的例示性实施例所示，透镜440可包括一个菲涅尔透镜。
再次参见图7和图9，在某些实施例中，基座300包括样本块组件300，该样本块组件包括样本块302、温度控制器303诸如Peltier装置303和散热器304。样本块组件300可以被构造成提供热控制器或热循环(例如，提供PCR测定或温度曲线)，保持样本固持器305或生物样本310的温度，和/或保持、控制、调整或循环样本固持器305或生物样本310的热流或温度。
另外参见图10-14，在某些实施例中，光学系统400包括成像单元445，该成像单元包括光学传感器电路板448、传感器透镜438(其可以是一个复合透镜，如图10所示)、内透镜安装架449、外透镜安装架450、螺纹外壳452和聚焦齿轮455。光学传感器电路板448、螺纹外壳452和传感器透镜438可一起形成包围或包含光学传感器408的腔体458，并且可被构造成能够阻挡任何来自投射光学传感器408的未进入传感器透镜438的外部光。外透镜安装架450包括一个外表面，该外表面包含齿轮齿460，齿轮齿1460可经由弹性元件(未示出)例如弹簧以能够移动或能够滑动的方式接合聚焦齿轮455的齿。在某些实施例中，聚焦齿轮455沿板465的狭槽462滑动，如图14所示。内透镜安装架449包括螺纹部分468，该螺纹部分1468接合或配合螺纹外壳452的螺纹部分。
内透镜安装架449可固定安装于外透镜安装架450，同时螺纹外壳452被相对于光学传感器电路板448固定安装。内透镜安装架449被以能够移动或旋转的方式安装于螺纹外壳452。因此，聚焦齿轮455和外透镜安装架450可得以接合，使得聚焦齿轮455的旋转也旋转外透镜安装架450。这继而使得内透镜安装架449和传感器透镜438通过内透镜安装架449和螺纹外壳452中的螺纹沿传感器透镜438的一个光轴移动。通过这种方式，可调整传感器透镜438的焦点，而无需直接接合传感器透镜438或其相关联的安装架449、450，其内埋于非常紧凑的光学系统400内。与聚焦齿轮455的接合可手动或自动实现，例如使用电机(未示出)，该电机诸如步进电机或直流电机。
参考图11和图13-17，在某些实施例中，成像单元445还包括锁定装置或机构470。锁定装置470包括边缘或齿472，其可以可被滑动地接合在聚焦齿轮455的两个齿之间(参见图15-17)。如图15和图16所示，锁定装置470可具有第一位置(图15)和第二位置(图14)，其中在第一位置处，聚焦齿轮455自由旋转并且调整传感器透镜438的焦点，并且在第二位置处，聚焦齿轮455被锁定到位并且阻止或防止旋转。通过这种方式，传感器透镜438的焦点可被锁定，同时有利地避免直接锁定接触或接合内透镜安装架449的螺纹468，直接锁定接触或接合可能损坏螺纹并妨碍传感器透镜438在锁定到位后的后续重新聚焦。锁定装置470的操作可采用手动或自动方式。在某些实施例中，锁定机构470还包括一个诸如弹簧的弹性元件(未示出)，其中聚焦齿轮455的旋转可以通过克服由弹性元件产生的阈值力来实现。
参考图18，光学系统400还可包括光学器件外壳477。在某些实施例中，光学系统400包括辐射屏蔽件475，该辐射屏蔽件475包括沿发射光路417设置的传感器孔478以及设置为与传感器孔478结合的至少一种阻挡结构480，使得仅来自激发光束405并且被受照表面或区域482反射以穿过传感器孔478的辐射为同样在光学器件外壳477的至少一个其他表面或光学器件外壳477内的至少一个其他表面反射的辐射。换句话说，辐射屏蔽件475被配置为使得来自激发光束405的反射照射区域482的辐射被阻挡而不直接穿过孔478，并且由此阻挡其传入传感器透镜438并且到达光学检测器408。在某些实施例中，受照区域482包括由对应于所述多个反应区308的加热的盖子102的所有孔483限定的区域。
在图18的例示性实施例中，阻挡结构480包括架子480。虚线或射线484a和484b可用于示出阻挡结构480在防止由受照区域482直接反射的光通过传感器孔478并且到达透镜438和/或光学传感器408的效果。射线484a来自受照区域482的边缘并且恰好通过架子480，但不通过传感器孔478。射线484b是来自被架子480阻挡的受照区域482的相同边缘的另一条射线。从图中可以看到，当不存在架子480时，这条射线将进入传感器孔478。
继续参见图18，在某些实施例中，光学系统400还可包括一个能量或功率检测单元，该能量或功率检测单元包括光学耦合到光管492的一个端部的功率或能量传感器490。光管492的相对端493被构造成被激发光束405照亮。光管端部493可直接由激发光束405中包含的辐射照亮或间接地由例如漫射表面散射的辐射照亮。在某些实施例中，传感器490位于激发源402的激发光路412之外。除此之外或另选地，传感器490位于光学器件外壳477之外和/或位于仪器外壳105之外的远程位置。在图18所示的例示性实施例中，光管端部493设置在反射镜432附近或邻近，并且可被定向成使得光管的表面垂直或几乎垂直于反射激发光束405的反射镜432的表面。本发明人发现，在以这种方式取向时，由光管492拦截的能量或功率的量很少，其足以实现监测激发光束405的能量或功率的目的。有利地，通过将传感器490定位于激发光束的光路之外，可提供更紧凑的光学系统400。
在某些实施例中，光管492包括单纤维或纤维束。除此之外或另选地，光管492可包括由透明或透射材料制成的杆，所述材料诸如玻璃、树脂玻璃、聚合物类材料如丙烯酸等。
参考图19和图20，在某些实施例中，仪器100包括被构造成发出辐射502的位置源500以及对应的被构造成接收来自位置源500的辐射502的位置传感器505。位置源500和位置传感器505可被构造成产生位置信号，该位置信号指示沿光路设置的光学元件435的位置。在某些实施例中，仪器100还可包括辐射屏蔽件510，该辐射屏蔽件被构造成阻挡来自位置源505的至少一部分辐射502。
上文以完整、清楚、简洁和准确的方式呈现了设想的实施本发明的最佳模式以及制备和使用本发明的方式和过程的描述，使得本领域的任何技术人员均能够实现和使用本发明。然而，本发明易于采用与上文所述内容完全等价的修改和替代构造。因此，并非旨在将本发明限制于所公开的特定实施例。相反，其目的在于覆盖落入一般由以下权利要求表示的本发明的精神和范围内的修改和替代构造，所附权利要求特别指出本发明的主题并明确提出权利要求。
用于与本文所述的各种实施例相关的方法的示例性系统包括下列专利申请中所述的那些：
●美国外观设计专利申请号29/516,847，提交于2015年2月6日；和
●美国外观设计专利申请号29/516,883，提交于2015年2月6日；和
●美国临时专利申请号62/112,910，提交于2015年2月6日；和
·美国临时专利申请号62/113,006，提交于2015年2月6日；和
●美国临时专利申请号62/113,183，提交于2015年2月6日；和
●美国临时专利申请号62/113,077，提交于2015年2月6日；和
●美国临时专利申请号62/113,058，提交于2015年2月6日；和
●美国临时专利申请号62/112,964，提交于2015年2月6日；和
●美国临时专利申请号62/113,118，提交于2015年2月6日；和
●美国临时专利申请号62/113,212，提交于2015年2月6日；和
●美国专利申请号__(生命技术公司(Life Technologies)，案卷号LT01023)，提交于2016年2月5日；和
●美国专利申请号__(生命技术公司(Life Technologies)，案卷号LT01028)，提交于2016年2月5日；和
●美国专利申请号__(生命技术公司(Life Technologies)，案卷号LT01025)，提交于2016年2月5日；和
●美国专利申请号__(生命技术公司(Life Technologies)，案卷号LT01028)，提交于2016年2月5日；和
●美国专利申请号__(生命技术公司(Life Technologies)，案卷号LT01029)，提交于2016年2月5日；和
●美国专利申请号__(生命技术公司(Life Technologies)，案卷号LT01032)，提交于2016年2月5日；和
●美国专利申请号__(生命技术公司(Life Technologies)，案卷号LT01033)，提交于2016年2月5日，
所有这些专利申请全文也以引用方式并入本文中。

Claims (82)

1.一种用于生物分析的仪器，包括：
一个激发源；
一个光学传感器，所述光学传感器被构造成能接收来自所述生物样本响应于所述激发源的发射；
一个沿激发光路设置的激发光学系统；
一个沿发射光路设置的发射光学系统；
一个成像单元，所述成像单元包括：
一个第一表面和一个反的第二表面；
一个传感器透镜；
一个至少部分地围住所述传感器透镜的透镜罩；以及
一个包括被构造成能接合所述透镜壳体的齿轮的对焦装置；
其中所述第一表面包括所述传感器透镜的一个表面；
其中所述第二表面包括一个光学传感器电路板；并且
其中所述对焦装置被构造成能够从所述包封件外部触及以调整所述传感器透镜的一个焦点。
2.一种用于生物分析的仪器，包括：
一个激发源；
一个光学传感器，所述光学传感器被构造成能接收来自所述生物样本响应于所述激发源的发射；
一个沿激发光路设置的激发光学系统；
一个沿发射光路设置的发射光学系统；
一个传感器透镜，所述传感器透镜被构造成将来自生物样本的至少一部分的发射引导至所述光学传感器；
一个沿所述激发光路设置的受照表面，所述受照表面被构造成产生反射的辐射，所述反射的辐射包括由所述受照表面反射的来自所述激发源的辐射；
一个辐射屏蔽件，所述辐射屏蔽件包括：
一个沿所述发射光路设置的传感器孔；以及
一个阻挡结构，所述阻挡结构被构造成与所述传感器孔结合，使得所述光学传感器无法接收到反射的辐射，而且所述反射的辐射无法反射出所述仪器的另一个表面。
3.一种用于生物分析的仪器，包括：
一个激发源；
一个光学传感器，所述光学传感器被构造成能接收来自所述生物样本响应于所述激发源的发射；
一个沿激发光路设置的激发光学系统；
一个沿发射光路设置的发射光学系统；
一个能量或功率检测单元，所述能量或功率检测单元包括：
一个位于所述光路之外的能量或功率传感器；和
一个邻近所述分束器设置并且被构造成将来自所述分束器的辐射传输至所述功率传感器的光管。
4.一种用于生物分析的仪器，包括：
一个激发源；
一个光学传感器，所述光学传感器被构造成能接收来自所述生物样本响应于所述激发源的发射；
一个沿激发光路设置的激发光学系统；
一个沿发射光路设置的发射光学系统；
一个被构造成发出辐射的位置源以及一个对应的被构造成接收来自所述位置源的辐射的位置传感器，所述位置源和所述位置传感器被构造成产生位置信号，所述位置信号表示沿所述光路中的至少一条设置的一个光学元件的位置；
一个辐射屏蔽件，所述辐射屏蔽件被构造成能阻挡来自所述位置源的至少一部分辐射。
5.一种用于生物分析的仪器，包括：
一个激发源；
一个光学传感器，所述光学传感器被构造成能接收来自所述生物样本响应于所述激发源的发射；
一个沿激发光路设置的激发光学系统；
一个沿发射光路设置的发射光学系统；
一个包封所述光路的光学包封件，所述包封件包括分割线护孔环，所述分割线护孔环被构造成能使线材或线缆穿过所述包封件外部的位置和所述包封件内部的位置之间，同时阻挡所述包封件之外的光进入所述包封件；
一个透镜孔盖，所述透镜孔盖被构造成能允许对所述传感器透镜进行三维调整，同时阻挡所述包封件之外的光进入所述包封件。
6.一种用于生物分析的仪器，包括：
一个基座，所述基座被构造成能接纳一个样本固持器，所述样本固持器包括用于处理一个或多个生物样本的多个空间上分离的反应区；
一个光学传感器，所述光学传感器被构造成能接收来自所述生物样本响应于所述激发源的发射；
一个沿激发光路设置的激发光学系统；
一个沿发射光路设置的发射光学系统；
其中所述光学传感器为一个互补金属氧化物半导体传感器。
7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的仪器，还包括一个沿所述激发光路并且沿所述发射光路两者设置的分束器。
8.一种用于生物分析的仪器，包括：
一个基座，所述基座被构造成能接纳一个样本固持器，所述样本固持器包括用于处理一个或多个生物样本的多个空间上分离的反应区，并且所述基座包括被构造成能对所述单独的生物样本进行聚合酶链反应测定的一个热循环仪；
一个激发源，所述激发源被构造成能产生特征在于一个第一波长的一个第一激发光束以及特征在于不同于所述第一波长的一个第二波长的一个第二激发光束；
一个光学传感器，所述光学传感器被构造成能接收来自所述生物样本响应于所述激发源的发射；
一个沿激发光路设置在所述激发源和所述基座之间的激发光学系统，所述激发光学系统包括被构造成能将所述激发光束导向所述样本固持器的一个样本透镜；
一个沿发射光路设置在所述基座和所述光学传感器之间的发射光学系统，所述发射光学系统能被构造成将来自所述生物样本的所述发射导向所述光学传感器；
一个沿所述激发光路并且沿所述发射光路两者设置的分束器，所述分束器设置用于接收所述第一激发光束并且接收所述第二激发光束，所述样本透镜沿所述激发光路设置在所述分束器和所述基座之间；
一个光束收集器，所述光束收集器被构造成能接收来自所述分束器的激发光束辐射并且将所述激发光束辐射的不到10％反射回所述分束器；
一个成像单元，所述成像单元包括：
一个第一表面和一个反向第二表面；
一个传感器透镜；
一个至少部分地包住所述传感器透镜的透镜罩；以及
一个包括被构造成能接合所述透镜壳体的齿轮的对焦装置；
其中所述第一表面包括所述传感器透镜的一个表面；
其中所述第二表面包括一个光学传感器电路板；并且
其中所述对焦装置被构造成能够从所述包封件外部触及以调整所述传感器透镜的一个焦点；
一个沿所述激发光路设置在所述分束器和所述基座之间的受照表面，所述受照表面被构造成能产生反射的辐射，所述反射的辐射包括由所述受照表面反射的来自所述激发源的辐射；
一个辐射屏蔽件，所述辐射屏蔽件包括：
一个传感器孔，所述传感器孔沿所述发射光路设置在所述分束器和所述传感器透镜之间；以及
一个阻挡结构，所述阻挡结构被构造成与所述传感器孔结合，使得所述光学传感器无法接收到反射的辐射，而且所述反射的辐射无法反射出所述仪器的另一个表面；
一个能量或功率检测单元，所述能量或功率检测单元包括：
一个位于所述光路之外的能量或功率传感器；和
一个邻近所述分束器设置并且被构造成能将来自所述分束器的辐射传输至所述功率传感器的光管；
一个被构造成发出辐射的位置源以及一个对应的被构造成能接收来自所述位置源的辐射的位置传感器，所述位置源和所述位置传感器被构造成产生位置信号，所述位置信号表示沿所述光路中的至少一条设置的光学元件的位置；
一个辐射屏蔽件，所述辐射屏蔽件被构造成能阻挡来自所述位置源的至少一部分辐射；
一个包封所述光路的光学包封件，所述包封件包括分割线护孔环，所述分割线护孔环被构造成使线材或线缆穿过所述包封件外部的位置和所述包封件内部的位置之间，同时阻挡所述包封件之外的光进入所述包封件；
一个透镜孔盖，所述透镜孔盖被构造成能允许对所述传感器透镜进行三维调整，同时阻挡所述包封件之外的光进入所述包封件；
其中所述光学传感器为一个互补金属氧化物半导体传感器。
9.根据权利要求8所述的仪器，所述阻挡结构被构造成能与所述传感器孔结合，
使得无反射的辐射投射到所述传感器透镜上，而且无辐射反射出所述仪器的另一个表面。
10.一种用于生物分析的仪器，包括：
一个基座，所述基座被构造成能接纳一个样本固持器，所述样本固持器包括用于处理一个或多个生物样本的多个空间上分离的反应区；
一个激发源，所述激发源被构造成能产生特征在于一个第一波长的一个第一激发光束以及特征在于不同于所述第一波长的一个第二波长的一个第二激发光束；
一个光学传感器，所述光学传感器被构造成能接收来自所述生物样本响应于所述激发源的发射；
一个沿激发光路设置在所述激发源和所述基座之间的激发光学系统；
一个沿发射光路设置在所述基座和所述光学传感器之间的发射光学系统，所述发射光学系统被构造成能将来自所述生物样本的所述发射导向所述光学传感器；
一个成像单元，所述成像单元包括：
一个第一表面和一个反向第二表面；
一个传感器透镜；
一个至少部分地包住所述传感器透镜的透镜罩；以及
一个包括被构造成能接合所述透镜壳体的齿轮的对焦装置；
其中所述第一表面包括所述传感器透镜的一个表面；
其中所述第二表面包括一个光学传感器电路板；并且
其中所述对焦装置被构造成能够从所述包封件外部触及以调整所述传感器透镜的焦点。
11.一种用于生物分析的仪器，包括：
一个基座，所述基座被构造成接纳一个样本固持器，所述样本固持器包括用于处理一个或多个生物样本的多个空间上分离的反应区；
一个激发源，所述激发源被构造成能产生特征在于一个第一波长的一个第一激发光束以及特征在于不同于所述第一波长的一个第二波长的一个第二激发光束；
一个光学传感器，所述光学传感器被构造成能接收来自所述生物样本响应于所述激发源的发射；
一个沿激发光路设置在所述激发源和所述样本固持器之间的激发光学系统；
一个沿发射光路设置在所述样本固持器和所述光学传感器之间的发射光学系统，所述发射光学系统被构造成能将来自所述生物样本的所述发射导向所述光学传感器；
一个传感器透镜，所述传感器透镜被构造成能将来自生物样本的至少一部分的发射引导至所述光学传感器；
一个沿所述激发光路设置在所述分束器和所述基座之间的受照表面，所述受照表面被构造成能产生反射的辐射，所述反射的辐射包括由所述受照表面反射的来自所述激发源的辐射；
一个辐射屏蔽件，所述辐射屏蔽件包括：
一个传感器孔，所述传感器孔沿所述发射光路设置在所述分束器和所述传感器透镜之间；以及
一个阻挡结构，所述阻挡结构被构造成能与所述传感器孔结合，使得所述光学传感器无法接收到反射的辐射，而且所述反射的辐射无法反射出所述仪器的另一个表面。
12.一种用于生物分析的仪器，包括：
一个基座，所述基座被构造成能接纳一个样本固持器，所述样本固持器包括用于处理一个或多个生物样本的多个空间上分离的反应区；
一个激发源，所述激发源被构造成能产生特征在于一个第一波长的一个第一激发光束以及特征在于不同于所述第一波长的一个第二波长的一个第二激发光束；
一个光学传感器，所述光学传感器被构造成能接收来自所述生物样本响应于所述激发源的发射；
一个沿激发光路设置在所述激发源和所述基座之间的激发光学系统；
一个沿发射光路设置在所述基座和所述光学传感器之间的发射光学系统，所述发射光学系统被构造成能将来自所述生物样本的所述发射导向所述光学传感器；
一个能量或功率检测单元，所述能量或功率检测单元包括：
一个位于所述光路之外的能量或功率传感器；和
一个邻近所述分束器设置并且被构造成能将来自所述分束器的辐射传输至所述功率传感器的光管。
13.一种用于生物分析的仪器，包括：
一个基座，所述基座被构造成能接纳一个样本固持器，所述样本固持器包括用于处理一个或多个生物样本的多个空间上分离的反应区；
一个激发源，所述激发源被构造成能产生特征在于一个第一波长的一个第一激发光束以及特征在于不同于所述第一波长的一个第二波长的一个第二激发光束；
一个光学传感器，所述光学传感器被构造成能接收来自所述生物样本响应于所述激发源的发射；
一个沿激发光路设置在所述激发源和所述基座之间的激发光学系统；
一个沿发射光路设置在所述基座和所述光学传感器之间的发射光学系统，所述发射光学系统被构造成能将来自所述生物样本的所述发射导向所述光学传感器；
一个被构造成发出辐射的位置源以及一个对应的被构造成能接收来自所述位置源的辐射的位置传感器，所述位置源和所述位置传感器被构造成能产生位置信号，所述位置信号表示沿所述光路中的至少一条设置的一个光学元件的位置；
一个辐射屏蔽件，所述辐射屏蔽件被构造成能阻挡来自所述位置源的至少一部分辐射。
14.一种用于生物分析的仪器，包括：
一个基座，所述基座被构造成能接纳一个样本固持器，所述样本固持器包括用于处理一个或多个生物样本的多个空间上分离的反应区；
一个激发源，所述激发源被构造成能产生特征在于一个第一波长的一个第一激发光束以及特征在于不同于所述第一波长的一个第二波长的一个第二激发光束；
一个光学传感器，所述光学传感器被构造成能接收来自所述生物样本响应于所述激发源的发射；
一个沿激发光路设置在所述激发源和所述基座之间的激发光学系统；
一个沿发射光路设置在所述基座和所述光学传感器之间的发射光学系统，所述发射光学系统被构造成能将来自所述生物样本的所述发射导向所述光学传感器；
一个沿所述激发光路并且沿所述发射光路两者设置的分束器，所述分束器设置用于接收所述第一激发光束并且接收所述所述第二激发光束；
一个包封所述光路的光学包封件，所述包封件包括分割线护孔环，所述分割线护孔环被构造成能使线材或线缆穿过所述包封件外部的位置和所述包封件内部的位置之间，同时阻挡所述包封件之外的光进入所述包封件；
一个透镜孔盖，所述透镜孔盖被构造成能允许对所述传感器透镜进行三维调整，同时阻挡所述包封件之外的光进入所述包封件。
15.一种用于生物分析的仪器，包括：
一个基座，所述基座被构造成能接纳一个样本固持器，所述样本固持器包括用于处理一个或多个生物样本的多个空间上分离的反应区；
一个激发源，所述激发源被构造成能产生特征在于一个第一波长的一个第一激发光束以及特征在于不同于所述第一波长的一个第二波长的一个第二激发光束；
一个光学传感器，所述光学传感器被构造成能接收来自所述生物样本响应于所述激发源的发射；
一个沿激发光路设置在所述激发源和所述基座之间的激发光学系统；
一个沿发射光路设置在所述基座和所述光学传感器之间的发射光学系统，所述发射光学系统被构造成能将来自所述生物样本的所述发射导向所述光学传感器；
一个沿所述激发光路并且沿所述发射光路两者设置的分束器，所述分束器设置用于接收所述第一激发光束并且接收所述所述第二激发光束，
其中所述光学传感器为一个互补金属氧化物半导体传感器。
16.根据权利要求7、8、10、11、12、13、14或15所述的仪器，还包括沿所述发射光路设置的一个或多个发射滤光器。
17.根据权利要求1、2、3、4、5、6、8、10、11、12、13、14或15所述的仪器，其中所述发射中的至少一部分包括来自所述生物样本中的至少一部分响应于所述激发光束中的至少一者而产生的荧光发射。
18.根据权利要求1、2、3、4、5、6、8、10、11、12、13、14或15所述的仪器，其中所述发射中的至少一部分包括来自所述生物样本中的至少一部分响应于所述激发光束中的至少一者而产生的荧光发射。
19.根据权利要求1、2、3、4、5、6、8、10、11、12、13、14或15所述的仪器，其中所述发射中的至少一部分包括来自所述激发光束中的至少一者的辐射，所述辐射被所述生物样本中的至少一部分反射、折射、衍射、散射或偏振。
20.根据权利要求1、2、3、4、5、6、8、11、12、13、14或15所述的仪器，还包括沿所述激发光路设置在所述基座和所述分束器之间的温控盖子。
21.根据权利要求20所述的仪器，还包括沿所述激发光路设置在所述基座和所述分束器之间的反射镜。
22.根据权利要求7、8、11、12、13、14或15所述的仪器，还包括沿所述激发光路设置在所述基座和所述分束器之间的反射镜。
23.根据权利要求1、2、3、4、5、6、8、10、11、12、13、14或15所述的仪器，其中所述基座包括一个样本块组件，所述样本块组件被构造成控制所述样本固持器或生物样本的所述温度。
24.根据权利要求23所述的仪器，其中样本块组件包括一个样本块、一个Peltier装置或一台散热器中的一者或多者。
25.根据权利要求1、2、3、4、5、6、10、11、12、13、14或15所述的仪器，其中所述基座包括一个热控制器。
26.根据权利要求25所述的仪器，其中热控制器被构造成能控制所述基座、所述样本固持器或所述单独的生物样本中的至少一者的温度。
27.根据权利要求25所述的仪器，其中所述热控制器包括被构造成能执行PCR测定的热循环仪。
28.根据权利要求1、2、3、4、5、6、8、10、11、12、13、14或15所述的仪器，其中所述仪器包括所述样本固持器。
29.根据权利要求28所述的仪器，其中所述样本固持器305包括一块微量滴定板、一块包含多个孔或通孔的基板、一块包含一个或多个通道的基板，或包括含一种或多种生物样本的多个小珠或小球的腔室中的一者或多者。
30.根据权利要求28所述的仪器，其中所述空间上分离的反应区包括多个孔、一块基板上的多个通孔、一块基板上或一个通道内多个不同的位置，或反应体积内多个小珠或小球中的一者或多者。
31.根据权利要求28所述的仪器，其中所述空间上分离的反应区中的至少一部分包括所述一个或多个生物样本。
32.根据权利要求31所述的仪器，其中所述一个或多个生物样本包括至少一种靶核酸序列、至少一种引物、至少一种缓冲液、至少一种核苷酸、至少一种酶、至少一种洗涤剂、至少一种封闭剂、或至少一种适用于检测靶标或参比核酸序列的染料、标志物和/或探针中的一者或多者。
33.根据权利要求28所述的仪器，其中所述样本固持器包括一块微量滴定板并且所述反应区包括至少96个孔、至少384个孔、或至少1536个孔。
34.根据权利要求28所述的仪器，其中所述样本固持器包括一块基板，所述基板包括一个第一表面、一个反向第二表面以及设置在所述表面之间的多个通孔，所述多个通孔被构造成能容纳所述一个或多个生物样本。
35.根据权利要求34所述的仪器，其中所述基板包括至少3096个通孔或至少20,000个通孔。
36.根据权利要求28所述的仪器，其中所述样本固持器包括一个毛细管阵列，该阵列被构造成通过一种或多种靶分子或分子序列。
37.根据权利要求28所述的仪器，其中所述样本固持器被构造成能执行聚合酶链反应、测序分析、或毛细管电泳测定、印迹测定中的至少一种。
38.根据权利要求1、2、3、4、5、6、10、11、12、13、14或15所述的仪器，其中激发光学系统包括一个样本透镜，所述样本透镜被构造成能将所述激发光束导向所述基座。
39.根据权利要求38所述的仪器，其中所述样本透镜包括一个场透镜，所述场透镜被构造成能延伸超出所述多个空间上分离的区域。
40.根据权利要求8、38或39所述的仪器，还包括多个透镜，所述多个透镜设置在所述多个反应区的相应的一个反应区上。
41.根据权利要求8、38或39所述的仪器,其中所述样本透镜包括一个复合透镜、一个曲面镜、一个衍射光学元件或一个全息光学元件中的至少一者。
42.根据权利要求8、38或39所述的仪器，其中所述样本透镜被构造成能为所述样本固持器、所述空间上分离的反应区或所述光学传感器中的至少一者提供远心光学系统。
43.根据权利要求8、38或39所述的仪器，其中所述样本透镜包括一个菲涅尔透镜。
44.根据权利要求8、38或39所述的仪器，其中所述样本透镜包括多个透镜，所述多个透镜对应于所述多个反应区。
45.根据权利要求7、8、11、12、13、14或15所述的仪器，其中所述分束器被构造成能传输所述激发光束或被构造成能反射所述激发光束。
46.根据权利要求7、8、11、12、13、14或15所述的仪器，其中所述分束器包括一个宽带分束器，所述宽带分束器的特征在于反射率在至少100纳米的波段内保持恒定。
47.根据权利要求7、8、11、12、13、14或15所述的仪器，其中所述分束器的特征是能在反射率在450纳米至680纳米的波段内保持恒定。
48.根据权利要求7、8、11、12、13、14或15所述的仪器，其中所述分束器的特征是能在反射率在所述电磁波谱的所述可见光波段保持恒定。
49.根据权利要求7、8、11、12、13、14或15所述的仪器，其中所述分束器包括一个中性密度滤光器。
50.根据权利要求7、8、11、12、13、14或15所述的仪器，其中所述分束器包括一个50/50分束器。
51.根据权利要求7、8、11、12、13、14或15所述的仪器，其中所述分束器包括一个二向色分束器。
52.根据权利要求7、8、11、12、13、14或15所述的仪器，其中所述分束器包括一个多波段分束器。
53.根据权利要求8、10、11、12、13、14或15所述的仪器，其中所述第一激发光束和所述第二激发光束在时间上分离和/或在空间上分离。
54.根据权利要求1、2、3、4、5、6、8、10、11、12、13、14或15所述的仪器，其中所述第一激发光束和所述第二激发光束同时产生。
55.根据权利要求1、2、3、4、5、6、8、10、11、12、13、14或15所述的仪器，其中所述激发光源可包括至少一个白炽灯、至少一个气体放电灯、至少一个发光二极管、至少一个有机发光二极管和/或至少一个激光器中的一者或多者。
56.根据权利要求55所述的仪器，其中所述的至少一个气体放电灯包括一个卤素灯、一个氙灯、一个氩灯、或一个氪灯中的一者或多者。
57.根据权利要求55所述的仪器，其中所述的至少一个激光器包括一个二极管激光器、一个氩激光器、一个氙激光器、一个准分子激光器、一个固态激光器、一个氦氖激光器、或一个染料激光器中的一者或多者。
58.根据权利要求1、2、3、4、5、6、8、10、11、12、13、14或15所述的仪器，其中所述第一激发光束包括第一波长范围，在所述第一波长范围内，所述第一激发光束的强度、功率或能量高于第一预定值，所述第二激发光束包括第二波长范围，在所述第二波长范围内，所述第二激发光束的强度、功率或能量高于第二预定值，所述第一波长为(1)所述第一波长范围内的中心波长或(2)所述第一波长范围内最大电磁强度、功率或能量的波长中的至少一者，并且所述第二波长为(1)所述第二波长范围内的中心波长或(2)所述第二波长范围内最大电磁强度、功率或能量的波长中的至少一者。
59.根据权利要求58所述的仪器，其中所述中心波长中的至少一者为对应的波长范围内的平均波长。
60.根据权利要求58所述的仪器，其中所述预定值中的至少一者小于对应的波长范围内对应的最大强度、功率或能量的20％。
61.根据权利要求58所述的仪器，其中所述第二预定值等于所述第一预定值。
62.根据权利要求58所述的仪器，其中所述第一波长范围与所述第二波长范围不重叠或所述第一波长范围与所述第二波长范围仅部分重叠。
63.根据权利要求58所述的仪器，其中所述第二波长与所述第一波长相差至少20纳米。
64.根据权利要求58所述的仪器，其中所述第一波长范围和所述第二波长范围中的至少一者具有至少20纳米的值。
65.根据权利要求1、2、3、4、5、6、8、10、11、12、13、14或15所述的仪器，其中所述第二波长与所述第一波长相差至少20纳米。
66.根据权利要求1、2、3、4、5、6、8、10、11、12、13、14或15所述的仪器，其中所述激发源包括一个光源，并且所述第一波长和所述第二波长处于所述电磁波谱的所述可见光波段。
67.根据权利要求1、2、3、4、5、6、8、10、11、12、13、14或15所述的仪器，其中所述激发源包括一个具有至少100纳米带宽的光源。
68.根据权利要求1、2、3、4、5、6、8、10、11、12、13、14或15所述的仪器，其中所述激发源包括多个能够移入和移出所述激发光路的激发滤光器。
69.根据权利要求68所述的仪器，其中所述激发滤光器中的至少一个具有至少±10纳米的波段。
70.根据权利要求68所述的仪器，其中所述激发滤光器包括至少5个激发滤光器。
71.根据权利要求68所述的仪器，其中所述激发滤光器包括多个滤光器，所述多个滤光器共同提供适于使一份染料或探针、一份FAMTM染料或探针、一份染料或探针、一份ROXTM染料或探针，或一份TAMRATM染料或探针中的一者或多者发荧光的多个带通。
72.根据权利要求68所述的仪器，其中所述激发滤光器安装于一个能够旋转的滤光轮上，所述滤光轮被配置为使所述滤光器中的每个移入和移出所述激发光路。
73.根据权利要求1、2、3、4、5、6、8、10、11、12、13、14或15所述的仪器，其中所述激发源包括多个单个激发源。
74.根据权利要求73所述的仪器，其中所述多个单个激发源形成单个激发源的二维阵列。
75.根据权利要求1、2、3、4、5、6、8、10、11、12、13、14或15所述的仪器，其中所述光学传感器包括一个阵列传感器。
76.根据权利要求75所述的仪器，其中所述阵列传感器包括一个互补金属氧化物半导体传感器或一个电荷耦合器件传感器中的至少一者。
77.根据权利要求1、2、3、4、5、6、8、10、11、12、13、14或15所述的仪器，其中所述光学传感器包括至少两个阵列传感器。
78.根据权利要求2、3、4、6、11、12、13或15所述的仪器，还包括一个传感器透镜，所述传感器透镜被构造成将来自生物样本的至少一部分的发射引导至所述光学传感器。
79.根据权利要求1、2、3、4、5、6、10、11、12、13、14或15所述的仪器，其中所述光学传感器为一个互补金属氧化物半导体传感器。
80.根据权利要求2或11所述的仪器，所述阻挡结构被构造成能与所述传感器孔结合，使得无反射的辐射投射到所述传感器透镜上，而且不反射出所述仪器的另一个表面。
81.根据权利要求2、8或11所述的仪器，还包括一个加热的盖子，所述加热的盖子包括多个孔，其中所述受照区域包括由所述加热的盖子的所有孔限定的区域。
82.根据权利要求1、2、3、4、5、6、8、10、11、12、13、14或15所述的仪器，还包括一个邻近所述基座设置并且包括多个孔的加热的盖子，所述多个孔被构造成能对应于所述多个反应区。
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