CN113138179A - 用于热循环生物样本的装置、包括该装置的监测仪器以及使用该装置热循环生物样本的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于扫描装置的光学测量单元、一种扫描装置以及一种用于操作扫描装置、实现生物样本的高通量样本分析的方法，其中照明系统用于发射至少两个不同照明波长范围的光，并且其中成像系统用于检测至少两个不同检测波长范围的光，以便检测视野内的电磁辐射，从而确定样本在所述视野内的定位。

Description

用于热循环生物样本的装置、包括该装置的监测仪器以及使 用该装置热循环生物样本的方法

技术领域

本发明整体涉及样本分析诸如生物样本分析技术领域，并且进一步涉及生物样本的高通量分析技术领域。特别地，本发明涉及一种用于扫描装置的光学测量单元、一种扫描装置以及一种用于操作扫描装置的方法。

换言之，本发明涉及一种光学测量单元，该光学测量单元布置成测量光的强度。更详细地讲，光学测量单元涉及DNA分析领域，其中光学测量单元布置成测量或检测生物样本所发射的光的强度。生物样本可以是聚合酶链反应(PCR)的产物，特别是在数字PCR(dPCR)过程中生成的产物。检测或测量的光可以是生物样本由于激发而发射的荧光。光学测量单元通常包括照明系统和成像系统。照明系统布置成发射光并且照亮所关注区域。成像系统布置成检测所关注区域内的光。例如，光学测量单元为扫描装置的组成部分。扫描装置可以是酶标仪，其布置成承载具有多个孔的板，在这些孔中布置有生物样本。

背景技术

生物样本通常由医院或私人执业的医务人员从患者身上采集，以实施实验室分析，例如测定所采集样本中不同成分的浓度水平。因此，术语“样本”和“生物样本”是指可能包含所关注分析物的一种或多种材料，其中生物样本可源自任何生物来源，诸如生理体液，包括血液、唾液、眼球晶状体液、脑脊髓液、汗液、尿液、粪便、精液、母乳、腹水液、粘液、滑膜液、腹膜液、羊水、组织、培养的细胞等，并且其中样本可疑似包含某些抗原或核酸。

对于许多生物、生化、诊断或治疗应用，能够准确测定反应混合物中包含的生物样本中某种物质或化合物(诸如上述某些抗原或核酸)的含量或浓度至关重要。为准确地实现这一目标，近年来开发出多种方法，诸如众所周知的聚合酶链反应(PCR)，其例如呈实时PCR、数字PCR(dPCR)或多重PCR的形式，能够在体外合成生物样本中的核酸，由此可特异性地复制DNA片段，即该方法是一种复制或扩增样本中DNA或RNA小片段的经济有效的方法。这些扩增DNA或RNA片段的方法的发展已在基因分析以及许多遗传疾病的诊断或病毒载量的检测中带来了巨大的益处。

在典型的PCR实施过程中，通过重复一系列步骤的循环来扩增特定的靶核酸，在这些步骤中，反应混合物中存在的核酸(a)在相对较高的温度(例如在高于90℃并且通常为94-95℃的变性温度)下变性，以分离双链DNA；然后(b)将反应混合物冷却至短寡核苷酸引物与单链靶核酸结合的温度(例如在约52-56℃的退火温度)，使引物结合至分离的DNA链，以便提供模板(退火)，然后(c)使用聚合酶延伸/延长引物，例如在约72℃的延伸温度下延伸，以形成新的DNA链，使得原始核酸序列得到复制。重复的变性、退火和延伸循环(通常约25至30次重复循环)导致样本中存在的靶核酸数量呈指数增加，其中加热和冷却样本的时间对总处理时间具有重要的影响。

数字聚合酶链反应(数字PCR、DigitalPCR、dPCR或dePCR)是对常规聚合酶链反应方法的生物技术改进，可用于直接定量并且克隆扩增包括DNA、cDNA或RNA的核酸链。dPCR与PCR之间的主要区别在于测量核酸量的方法，其中前一种方法比PCR更精确，但经验不足的使用者也更容易出错。“数字”测量定量且离散地测量某个变量，而“模拟”测量则基于测量模式外推某些测量结果。PCR对单个样本进行一次反应。dPCR也在样本内进行一次反应，但是样本被分为多个分区，并且反应在每个分区中单独进行。这种分离能够更可靠地收集核酸并且实现灵敏的核酸量测量。已经证明，该方法可用于研究基因序列的变异，诸如拷贝数变异或点突变，并且通常用于样本的克隆扩增，即所谓的“新一代测序”。

通常，dPCR用于检测生物样本中浓度特别低的成分。在dPCR中，通过荧光信号强度检测生物样本中存在的成分。如果所关注成分实际上存在于生物样本中，则在每次PCR循环后，荧光信号的强度有所增加。因此，同时检测微弱荧光信号的能力使其仅在几次PCR循环后即可检测低浓度的成分。因此，提高光学测量单元的灵敏度能够更高效地检测生物样本中的成分。结果，为实现高效可靠的dPCR，非常期望具有高信噪比的高灵敏度光学测量单元。因此，需要提高光学测量单元的灵敏度，以在dPCR中实现经济高效且精确的分析结果。

作为本技术领域中已知的现有技术，US 2005/133724A1公开了一种用于对一系列样本进行聚合酶链反应(PCR)测定的系统，其中PCR测定通过吸收检测来进行。其中系统包括一系列光电探测器以及相应数量的光源，这些光源定位成使得从各个相应光源发射的光穿过保留在多孔板中的相应孔并且到达相应的光电探测器。该系统还包括用于分析来自光电探测器的输出信号的处理器或其他装置。

作为另一种已知的现有技术，韩国专利公开号20160029748 A提供了一种用于处理多个生物样本的系统，该系统具有支撑部分和温度控制器，其中支撑部分构造为将内腔和内室保持在壳体内，该壳体包括基底，该基底包括多个离散的反应位点，在这些反应位点中容纳一个或多个生物样本。温度控制器构造用于生物样本的至少一次分析或反应，以便保持或控制支撑部分、壳体或生物样本的温度中的一种或多种或至少一种。支撑部分进一步构造为在测定或反应期间保持基底的至少一个表面相对于水平面呈正角。

公知用于dPCR应用的光学测量单元通常布置成检测多个生物样本的荧光，这些样本放置在单独的孔中。根据第一种已知方法，分别照亮生物样本，并且连续测量多个生物样本的荧光强度。该方法需要针对每个生物样本单独调整生物样本与光学测量单元之间的相对位置。因此，该第一种已知方法相当耗时。根据第二种已知方法，并行照亮多个生物样本，并且并行捕获荧光信号强度。其中并行捕获荧光信号强度存在以下问题，即多个生物样本相对于光学测量单元处于不同的位置。因此，所述多个生物样本需要多次照亮所有样本，并且在光学测量单元的不同焦点位置捕获荧光信号强度。但是，样本的多次照明导致漂白，引起生物样本中的荧光分子降解，从而出现荧光强度下降的现象。因此，第一种已知方法和第二种已知方法均存在明显的缺点。由于这些及其他问题，如上所述的现有技术建议无法满足当今用户的需求，因此无法提供令人满意的解决方案。因此，目前本技术领域中普遍需要提供一种具有进一步改善的光学性能的用于检测荧光信号的光学测量单元，以便加快荧光信号的检测速度并由此降低其成本，同时保持或甚至提高灵敏度以及效率。

发明内容

本发明通过一种用于扫描装置的改善的光学测量单元、通过此类扫描装置以及用于操作此类扫描装置的方法解决了上述问题。根据本发明的第一方面，改善的光学测量单元包括布置成发射至少两个不同照明波长范围的光的照明系统和布置成检测至少两个不同检测波长范围的光的成像系统。每个检测波长范围均分配给所述照明波长范围之一。照明系统适于在明场模式和暗场模式下透照。此外，照明系统具有第一数值孔径，成像系统具有第二数值孔径，并且该第一数值孔径大于该第二数值孔径。

本发明的照明系统可布置成利用两个不同检测波长范围的光来照亮所关注区域。此外，本发明的照明系统布置成使得由照明系统发射的光能够激发荧光材料，使荧光材料发射荧光。特别地，照明系统发射的光选择为使得光的强度和波长适于激发预定荧光材料。其中，将生物样本布置在所关注区域内。因此，本发明的照明系统布置成照亮生物样本，并且特别地，照明系统布置成同时照亮多个生物样本。

生物样本或多个生物样本可布置在呈微流体芯片或dPCR芯片形式的微流体装置内。微流体dPCR芯片通常提供微型通道，以接收呈可流动液体形式的微升或纳升级样本，并且微升级试剂通常保存在微流体芯片上设置为反应室的小孔阵列中，其中芯片还可包括其他类型的呈凹槽、通道或其他结构形式的反应室，其用于保留生物样本和试剂。其中试剂可放置为接触反应流通道中的样本液流，其中各种类型的测定取决于装载到孔阵列中的试剂以及反应通道和检测器的配置。因此，芯片适于在PCR过程中容纳多个生物样本和/或试剂。此外，芯片可为一次性或单次使用的装置，并且可包含透明材料。有利地，芯片配置为不仅在PCR过程中容纳样本，而且在通过光学测量单元测量激发的荧光材料所发射的荧光期间容纳样本。

激发的荧光材料所产生的荧光包括在检测波长范围中的至少一个内的光。将荧光材料分配给相应的检测波长范围和相应的照明波长范围。在此上下文中，检测波长范围可偏离照明波长范围。特别地，照明波长范围和分配的检测波长范围可选择为彼此不重叠。另外，成像系统布置成检测或测量来自所关注区域的光。特别地，成像系统可适于以例如机械方式检测或测量由生物样本发射的光。在这方面，生物样本可发射荧光，该荧光特别地处于检测波长范围内。

此外，成像系统能够在明场模式和暗场模式之间切换。在明场模式下，由照明系统发射的光通过生物样本透射，即穿过生物样本，并且样本中的对比度由透射光在样本的光学密集区域中的衰减引起。特别地，照明系统在明场模式下发射的光包括照明波长范围中的至少一个范围的光。此外，在明场模式下，由照明系统发射的光的波长范围与成像系统检测的光的波长范围之间存在至少部分重叠。在暗场模式下，调整照明系统，使得成像系统仅检测散射在照明系统和成像系统之间的光。此外，成像系统可布置成仅在暗场模式下检测荧光。此外，在暗场模式下，检测波长范围可能偏离照明波长范围。特别地，在暗场模式下，检测波长范围与照明波长范围不重叠。有利地，在暗场模式下，检测到的光的信噪比变得非常高。

对于本发明的照明系统，第一数值孔径用于描述照明系统的发射锥，并且第二数值孔径用于描述成像系统的接受锥。特别地，成像系统的数值孔径越大，接受锥的孔径角就越大。例如，成像系统仅捕获由照明系统发射的光的一部分。有利地，该第一数值孔径与第二数值孔径的比率能够实现暗场模式。

根据光学测量单元的一个实施例，成像系统为两侧远心系统，并且照明系统为两侧远心系统。如果系统的入射光瞳和出射光瞳在无穷远处，则该系统为两侧远心或双远心系统。成像系统在无穷远处的入射光瞳使成像系统的物空间成为远心物空间。有利地，成像系统的远心物空间导致放大倍率与所关注区域内生物样本的距离或位置无关。成像系统在无穷远处的出射光瞳使成像系统的像空间成为远心像空间。有利地，远心像空间使检测到的光的角度范围最小化。从而使阴影问题最小化，其中阴影问题由数字图像传感器(例如CMOS传感器)中包含的用于检测光的微光学器件引起。照明系统在无穷远处的入射光瞳有利于均匀发光。另外，照明系统可以包括均化棒，该均化棒在其输出面上发射具有均匀强度的光。远心照明系统的相对恒定的高照度能够保持样本平面内的均匀性。照明系统的远心度支持均匀照明，因为远心镜头在设计上具有恒定的相对照明，这对于产生暗场模式特别有利。特别地，由照明系统发射的光以最大17°的角度入射到样本平面上。例如，照明系统具有0.3的数值孔径。有利地，调整照明系统，以具有均匀强度的光照亮整个所关注区域。

根据一个实施例，在暗场模式下，照明系统布置成在第一角度范围内发射光，并且在明场模式下，照明系统布置成在第二角度范围内发射光。第一角度范围包含大于成像系统的最大接受角的角度，并且第二角度范围包含小于成像系统的最大接受角的角度。特别地，第一角度范围仅包含大于成像系统的最大接受角的角度。因此，在暗场模式下，除非光发生散射，否则成像系统检测不到由照明系统发射的辐射。第二角度范围可同时包含大于成像系统的最大接受角的角度和小于成像系统的最大接受角的角度。

例如，照明系统包括圆形光阑。该圆形光阑可布置成在第一状态和第二状态之间切换。在第一状态下，圆形光阑阻挡光，导致在第一角度范围内发射光；在第二状态下，圆形光阑比在第一状态下阻挡较少的光，导致在第二角度范围内发射光。更详细地讲，圆形光阑在第二状态下不阻挡任何光线。在第一状态下，圆形光阑可布置成阻挡照明系统的孔径光阑的中心的光。特别地，圆形光阑布置成阻挡照明系统的输出侧数值孔径在0.1以内的光。更确切地说，暗场模式通过圆形光阑实现，就像对使用数值孔径为0.083的远心透镜成像一样。有利地，在圆形光阑的第一状态和第二状态之间进行切换使得能够在明场模式和暗场模式之间轻松切换。

根据本发明的光学测量单元的一个实施例，各个照明波长范围设计成激发预定荧光材料以产生荧光。该荧光位于分配给相应的照明波长范围的检测波长范围内。特别地，照明波长范围包括短于相应分配的检测波长范围的波长。在这方面，下表“表1”列出了不同的照明波长范围、照明系统中产生的光的最低光功率以及照明系统在0.1至0.3的NA范围内发射的最低光功率：

表1

根据本发明的光学测量单元的另一实施例，成像系统包括针对每个检测波长范围的带通滤光片以及中性密度滤光片。可分别布置带通滤光片的带宽以定义检测波长范围。特别地，带通滤光片分别布置成将检测波长范围之外的光抑制至少三个数量级，优选抑制至少六个数量级。例如，带通滤光片为介电滤光片。有利地，带通滤光片减小了不同检测波长范围之间的串扰，并且增加了测量的信噪比。

本发明的光学测量单元的成像系统可包括滤光片切换机构，该滤光片切换机构布置成将带通滤光片之一或中性密度滤光片放置在成像系统的光路中。成像系统的光路也可以称为发射路径，因为成像系统检测由样本发射的荧光信号。特别地，切换机构包括滤光轮，该滤光轮允许在接近成像系统的孔径光阑的光路中放置多达7个不同的滤光片。成像系统可设计成使得透射滤光片的光线的角度小于6.8°。有利地，这使得介电带通滤光片中的蓝移效应最小化。带通滤光片用于荧光检测，而中性密度滤光片用于明场模式，以防止相机饱和。

例如，成像系统包括下表“表2”中列出的滤光片：

表2

光密度(OD)描述被滤光片阻挡或反射的能量。光密度高表示透射率低，光密度低则表示透射率高。6.0或更高的光密度用于需要极端光阻挡的应用，诸如拉曼光谱或荧光显微镜。3.0至4.0的光密度是分离或净化激光谱线、图像处理应用以及检测化学物质的理想选择，而2.0或更低的光密度(OD)则非常适合颜色分选和谱阶分离。以下公式描述了透射百分比(T)与光密度(OD)的关系：

OD＝-log(T/100％) (1)

根据本发明，进一步提供了一种扫描装置。特别地，下面描述的扫描装置包括本文所述的光学测量单元。即，针对光学测量单元所公开的所有特征也针对扫描装置公开，反之亦然。

本发明的扫描装置包括光学测量单元和物支座，其中成像系统适于检测视野内的电磁辐射，并且物支座适于确定样本在视野内沿x轴、y轴和z轴的定位。x轴、y轴和z轴是笛卡尔坐标系的假想轴。z轴沿照明系统的主辐射方向在视野中延伸。主辐射方向与光轴平行，该光轴连接照明系统的出射光瞳和成像系统的入射光瞳。x轴和y轴在视野中垂直于光轴延伸。特别地，样本、芯片或消耗品沿x轴、y轴和z轴的移动或定位描述了成像系统与样本、芯片或消耗品之间的相对移动或位置。因此，可移动样本、芯片或消耗品，或替代地/另外地，可移动成像系统，以便提供改善的定位。有利地，通过物支座沿x轴和y轴移动一个或多个样本使得所述一个或多个样本能够定位在成像系统的视野内。通过物支座沿z轴移动一个或多个样本使得能够将所述一个或多个样本的位置调整至成像系统的焦点。

通过物支座确定样本的位置，使得能够相对于本发明的照明系统和成像系统调整视野内的样本位置。特别地，样本沿x轴、y轴和z轴的定位使得能够将样本放置在成像系统的焦点内。有利地，在检测由样本发射的荧光时，通过物支座将样本以高精度定位在视野内带来了高信噪比。

物支座包括xyz载物台，该xyz载物台布置成承载样本。特别地，该xyz载物台可布置成承载消耗品。消耗品可包括一个芯片或多个芯片。特别地，消耗品包括芯片(特别是dPCR芯片)的化合物。

根据本发明的扫描装置的一个实施例，照明系统布置成从物支座的第一侧沿z轴照亮样本，并且成像系统布置成检测远离物支座的第二侧发射的荧光辐射，其中物支座的第一侧和第二侧彼此相对。特别地，物支座布置成沿z轴透光。例如，物支座包括凹槽，该凹槽沿z轴完全延伸穿过物支座。

根据本发明的扫描装置的另一实施例，样本容纳于消耗品中，并且物支座包括向下夹持器。向下夹持器布置成推动消耗品的主表面抵靠xyz载物台的平面表面，以便实现消耗品的压平固定。消耗品的主表面背离向下夹持器，并且消耗品支座的平面表面面向向下夹持器。特别地，通过沿z轴的压力将消耗品压平，该压力通过向下夹持器施加到消耗品上。向下夹持器可提供样本相对于xyz载物台的明确的位置。

另外，向下夹持器可设计成补偿消耗品的不均匀度或曲率。特别地，本发明的扫描装置的向下夹持器可具有框架状结构，优选地布置成仅与消耗品或芯片的外边缘接触。向下夹持器压迫消耗品或芯片的外边缘抵靠xyz载物台的平面表面，以便补偿消耗品的不均匀度或曲率。特别地，向下夹持器设计成不与通过成像系统检测的光相互作用。例如，向下夹持器具有粗糙表面光洁度和低反射率。有利地，粗糙面减少了使测量结果失真的杂散光。

此外，向下夹持器提供了无压力施加到消耗品上的打开状态，以及压力施加到消耗品上的关闭状态。特别地，在向下夹持器的打开状态下，消耗品可装载到xyz载物台中，并且可从xyz载物台中卸载。在向下夹持器的关闭状态下，消耗品固定在xyz载物台上。有利地，消耗品固定在xyz载物台上减少了消耗品的不期望的移动。

根据本发明的扫描装置的又一实施例，成像系统和照明系统经过良好的色差校正，使得对于所有检测波长范围，焦点基本相同。特别地，成像系统包括消色差透镜或复消色差透镜，其中具有不同色散的材料组装在一起以形成复合透镜。例如，成像系统包括消色差双合透镜，其元件由冕玻璃和火石玻璃制成。特别地，成像系统包括透镜，该透镜包括两个以上由不同材料组成的透镜。成像系统可包括由低色散玻璃制成的透镜。例如，低色散玻璃包含萤石。有利地，成像系统针对检测波长范围的色差经过特别好的校正。因此，对于所有检测波长范围，成像系统的焦点基本相同。

作为使用消色差透镜或复消色差透镜的替代方案，本发明的扫描装置的成像系统可包括衍射光学元件。衍射光学元件可布置成通过基本平坦的光学材料布置成产生任意复波。特别地，衍射光学元件具有负色散特性，与光学玻璃和塑料的正阿贝数互补。例如，衍射光学元件在可见光谱内的负阿贝数为-3.5。衍射光学元件可通过金刚石车削技术来制造。特别地，可定制衍射光学元件以补偿成像系统的其他光学元件的色散。有利地，可针对非色差优化其他光学元件，使得成像系统具有特别高的分辨率。

根据本发明的一个特定实施例，消耗品为数字PCR芯片或dPCR芯片。dPCR芯片适于承载生物样本以及用于执行PCR的试剂。此外，dPCR芯片适于在芯片内执行PCR。例如，在样本容纳于dPCR芯片中的同时，可执行PCR并且对PCR过程中产生的荧光信号进行光学检测。在此更详细地讲，dPCR芯片适于对dPCR芯片内的样本进行热循环。

根据本发明，进一步提供了一种用于操作如本文所述的扫描装置的方法。特别地，在以下所述的操作方法中操作扫描装置。即，针对该方法所公开的所有特征也针对扫描装置公开，反之亦然。本发明的用于操作扫描装置的方法包括以下步骤：

a)生成针对特定消耗品的焦点图，其中

a1)将消耗品沿x轴和y轴移至多个焦点图位置，

a2)在每个焦点图位置，通过沿z轴的焦点堆叠生成图像集，

a3)确定每个焦点图位置的最佳z轴位置，以及

a4)将最佳z轴位置分配给焦点图位置，

b)扫描样本，其中

b1)将消耗品沿x轴和y轴移至扫描位置，

b2)将消耗品沿z轴移至焦点位置，其中焦点位置通过消耗品特定的焦点图确定，

b3)将照明系统设置为暗场模式，

b4)照明系统连续用不同照明波长范围照亮视野内的样本，并且成像系统针对每个分配的检测波长范围捕获视野内的样本的图像，以及

b5)在不同扫描位置重复方法步骤b1)至b4)，直至成像系统已捕获整个样本。

根据本发明的方法的一个实施例，该方法另外包括以下步骤：将消耗品布置在xyz载物台上，以及执行芯片或样本的压平固定，其中通过向下夹持器推动芯片或消耗品抵靠xyz载物台的平面表面。例如，该方法步骤在方法步骤a)之前执行。有利地，样本相对于xyz载物台处于固定位置。特别地，扫描装置可包括夹持器模块，该夹持器模块布置成自动地将样本装载到xyz载物台以及从xyz载物台上卸载。为装载和卸载消耗品，xyz载物台沿xy平面移至切换位置。消耗品由夹持器模块装载和卸载。此外，夹持器模块可包括储存单元，该储存单元可承载多个样本，特别是多个芯片或消耗品。储存单元可以是所谓“平板库”，其承载多个平板，其中各个平板均为消耗品。例如，夹持器模块布置成连续装载和卸载芯片或消耗品。装载样本后，向下夹持器关闭以固定并且压平芯片或消耗品。有利地，夹持器模块能够快速、精确地装载和卸载消耗品。

优选地，在样本装载到扫描装置的xyz载物台上之后执行方法步骤a)。特别地，在扫描装置初始化后，扫描装置执行方法步骤a)和b)。初始化包括将xyz载物台移至专用位置以装载和卸载样本。通过沿z轴移动物支座，通过焦点堆叠针对消耗品特定的焦点图。焦点图可在明场或暗场模式下生成。

方法步骤a)包括以下子步骤a1)至a4)，并且针对xy平面中限定数量的消耗品位置执行：

在作为步骤a)的子步骤的方法步骤a1)中，将消耗品沿xy平面移动。在此，特别地，选择焦点图以用于成像。

在作为步骤a)的子步骤的方法步骤a2)中，通过沿z轴在每个焦点图位置进行焦点堆叠来生成图像集。特别地，将照明系统切换为明场模式或暗场模式。如果将照明系统切换为明场模式，则圆形光阑将从照明系统的光路中移出，并且中性密度滤光片在成像系统的光路中移动。特别地，照明系统的光路可称为激发路径，因为样本中的荧光材料通过沿激发路径行进的光激发。如果将照明系统切换为暗场模式，则圆形光阑将移入照明系统的光路中，并且中性密度滤光片布置在成像系统的光路中。

针对预定数量的图像执行焦点堆叠。在焦点堆叠过程中，消耗品沿z轴移至预定位置之一，视野由照明系统以预定照明波长范围内的光照亮，并且通过成像系统捕获视野。之后，照明系统停止照明，消耗品沿z轴移至下一个位置。

消耗品沿x轴和y轴移至下一个焦点图位置。重复方法步骤a2)，以生成每个焦点图位置处的图像集。在焦点图位置之一捕获预定数量的图像后，消耗品沿xy平面移至下一个焦点图位置，并且捕获下一个图像集。

在作为步骤a)的子步骤的方法步骤a3)中，确定每个焦点图位置的最佳的z轴位置。在此处及下文中，z轴位置决定样本相对于成像系统沿z轴的位置。特别地，在步骤a3)中确定的最佳z轴位置由xyz载物台的z轴位置限定。例如，成像系统包括采用自动聚焦算法的软件模块。自动聚焦算法布置成从方法步骤a1)和a2)中生成的每个焦点图位置的图像集中分别选择在最佳z轴位置捕获的图像。通过在z轴位置上拟合聚焦得分来限定最佳z轴位置。因此，最佳z轴位置可确定为介于捕获图像集的图像的两个z轴位置之间。

在作为步骤a)的子步骤的方法步骤a4)中，将最佳z轴位置分别分配给焦点图位置。特别地，自动聚焦算法为每个焦点图位置分配xyz载物台的最佳z轴位置。因此，成像系统可在每个焦点图位置捕获具有最佳锐度的图像。

在方法步骤b)中，通过扫描样本对荧光辐射进行实际检测。在不同的照明和检测波长范围内扫描相关的消耗品区域或芯片区域。特别地，在沿消耗品或芯片的xy平面的不同扫描位置执行扫描。例如，针对一个消耗品或芯片可指定56个扫描位置。特别地，每个扫描位置对应于焦点图位置之一。另选地，扫描位置可能与焦点图位置不一致，其中方法步骤b)中沿z轴的位置通过根据方法步骤a)中确定的最佳z轴位置进行插值确定。在每个扫描位置，执行以下子步骤b1)至b5)：

在作为步骤b)的子步骤的方法步骤b1)中，将样本沿x轴和y轴移至扫描位置。特别地，扫描位置对应于焦点图位置之一。

在作为步骤b)的子步骤的方法步骤b2)中，将样本移至最佳z轴位置，其中z轴位置通过消耗品特定的焦点图确定。特别地，在步骤b2)中样本移至的z轴位置分别对应于在方法步骤a1)至a3)中在每个焦点图位置确定的最佳z轴位置。任选地，可在明场模式下控制消耗品的灰尘和污物。

在方法步骤b3)中，将照明系统设置为暗场模式。在暗场模式下，圆形光阑布置在照明系统的光路中。特别地，在步骤b3)中，将圆形光阑设置为第一状态，其中圆形光阑阻挡照明系统中产生的光的一部分。

在作为步骤b)的子步骤的方法步骤b4)中，照明系统以不同的照明波长范围连续照亮视野内的样本。例如，将带通滤光片之一布置在成像系统的光路中，并且通过照明系统在分配给所述带通滤光片的波长范围内照亮样本。成像系统捕获视野内样本的图像。在波长范围之一内捕获图像后，滤光片切换机构切换成像系统的光路中的带通滤光片，以将检测波长范围调整为照明波长范围。重复方法步骤b4)，直至在每个检测波长范围内捕获图像为止。

根据该方法的一个实施例，对于所有照明波长范围，相对于照明系统的z轴位置基本相同，并且对于所有检测波长范围，成像系统的z轴位置基本相同。

在作为步骤b)的子步骤的方法步骤b5)中，在沿xy平面的不同扫描位置重复方法步骤b1)至b4)，直至成像系统已捕获整个样本或所有样本的全部。特别地，每个扫描位置对应于焦点图位置之一。

在每个扫描位置扫描样本后，向下夹持器打开。当向下夹持器打开时，向下夹持器不固定xyz载物台上的消耗品或芯片。因此，夹持器模块可触及消耗品，以从物支座上卸载消耗品。物支座移至切换位置，该切换位置专用于通过夹持器模块卸载和装载消耗品，并且夹持器模块卸载消耗品。

特别地，按照所述顺序执行方法步骤。

本发明的光学测量单元布置成提供透照。在此处及下文中，术语“透照”描述用于照亮所关注区域的特定布置。透照描述了以下布置，其中用于照明的光从第一侧进入所关注区域，并且通过成像系统检测的光朝向第二侧离开所关注区域，其中第一侧和第二侧在所关注区域的相对侧。在本例中，用于照明的光的波长范围可能不同于检测到的光。

所关注区域通常缩写为“ROI”，是二维(2D)或三维(3D)空间中的多边形选区。在本例中，所关注区域限定所考虑的生物样本或多个生物样本的边界。

光学系统的数值孔径通常缩写为“NA”，是一个无量纲的数字，表示系统可接受或发射光的角度范围。通过将折射率结合到其定义中，NA的特性在于，在光束从一种材料到达另一种材料时保持恒定，前提条件是界面处无折光力。

除非上下文另有明确指出，否则本文和所附权利要求书中使用的单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数指代。类似地，词语“包括”、“包含”和“涵盖”应解释为包含性而非排他性的；也就是说，应解释为“包括但不限于”。类似地，除非上下文另外明确指出，否则单词“或”旨在包括“和”。术语“多个”、“多”或“众多”是指两个或更多个，即2或＞2，具有整数倍，其中术语“单”或“单一”是指一个，即等于1。此外，术语“至少一个”应理解为一个或多个，即1或＞1，同样具有整数倍。因此，使用单数或复数的字词也分别包括复数和单数。此外，在本专利申请中使用的字词“本文”、“上文”、“前文”和“下文”以及类似意义的字词应当是指整个专利申请，而不是指本专利申请的任何特定部分。

此外，某些术语出于方便而使用，而非旨在限制本发明。术语“右”、“左”、“上”、“下”、“下方”和“上方”是指图中的方向。术语包括明确提及的术语及其派生词和具有相似含义的术语。另外，可使用空间相对术语诸如“在......下方”、“下方”、“下面”、“上方”、“上面”、“近侧”、“远侧”等来描述如图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。这些空间相对术语除了图中示出的位置和取向以外，还旨在涵盖装置在使用或操作中的不同位置和取向。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“在......下方”的元件将在其他元件或特征“上方”或“在......上方”。因此，示例性术语“下方”可涵盖上方和下方的位置和取向。可以其他方式定向装置(转动90°或以其他定向)，并且相应地解释本文所使用的空间相对描述语。同样，沿着和围绕各种轴线的运动的描述包括各种具体装置位置和取向。

为避免在附图和各个方面以及示例性实施例的描述中重复，应当理解，许多特征是许多方面和实施例所共有的。本公开的具体实施例的描述并非穷举性的或将本公开限制为所公开的精确形式。虽然本文出于例示性目的描述了本公开的具体实施例和实例，但是在本公开的范围内能够具有各种等同的修改，如相关领域的技术人员将认识到的。任何前述实施例的具体元件可组合或替代其他实施例中的元件。此外，尽管已经在这些实施例的上下文中描述了与本公开的某些实施例相关联的优点，但是其他实施例也可以表现出此类优点，并且并非所有实施例都必须表现出此类优点才能落入由所附权利要求书限定的本公开的范围内。在描述或附图中省略一个方面并非暗示该方面在包含该方面的实施例中缺失。相反，该方面可能为了清楚起见并且避免冗长的描述而省略。在此上下文中，以下描述适用于本说明书的其余部分：如果为了阐明附图而在图中包含在说明书的直接相关部分中未作解释的附图标记，则可以参考之前或之后的说明书部分。此外，出于清楚的原因，如果在附图的一部分中，并未提供某个部件的所有特征的附图标记，则可以参考同一附图的其他部分。两个或更多个附图中类似的标号表示相同或相似的元件。

以下实例旨在说明本发明的各种具体实施例。因此，后文讨论的具体修改不应解释为对本发明的范围的限制。对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可采用各种等同形式、改变和修改，并且因此应当理解，此类等同实施例包括在本文中。根据下文对附图中示出的特定实施例的描述，本发明的其他方面和优点将变得显而易见。

在整个说明书中，对不在所附权利要求书的范围内的“一个或多个实施例”的引用仅表示可能的示例性实施方式，因此并非本发明的组成部分。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的包括光学测量单元的扫描装置的分解图；

图2是根据本发明的一个实施例的光学测量单元的照明系统的概念图；

图3是根据本发明的一个实施例的光学测量单元的照明系统的概念图；

图4是根据本发明的一个实施例的光学测量单元的成像系统的概念图；

图5以示意性分解剖视图示出根据本发明的一个实施例的图1的扫描装置的实施例；

图6以示意性分解侧视图示出根据本发明的一个实施例的图1的扫描装置的实施例；

图7以示意性分解透视图示出根据本发明的一个实施例的图1的扫描装置的实施例；

图8以示意性分解透视图示出根据本发明的一个实施例的图1的扫描装置的实施例；

图9以示意性透视图示出根据本发明的一个实施例的图1的扫描装置的实施例；

图10以示意性剖视图示出根据本发明的一个实施例的图1的扫描装置的实施例；

图11以示意性流程图示出根据本发明的一个实施例的用于操作扫描装置的方法；

图12以示意性侧视图示出照明系统的照明物镜的一个替代实施例；并且

图13以示意性侧视图示出照明系统的照明物镜的另一个替代实施例。

附图标记列表

1 LED阵列

2 准直光学器件

3 介电滤光片

4 分色镜

5 耦合透镜

6 均化棒

7 视场光圈

8 第一透镜组

9 折叠式反射镜

10 照明系统的孔径光阑

11 第二透镜组

12 样本平面

13 圆形光阑

14 可调孔径光阑

15 切换机构

16 第四透镜组

17 相机传感器

18 带通滤光片/中性密度滤光片

19 扫描装置

20 光学测量单元

21 照明系统

22 成像系统

23 物支座

24 向下夹持器

25 芯片

26 消耗品

27 夹持器模块

28 储存单元

29 控制电子器件

30 样本

31 x轴

32 y轴

33 xyz载物台

34 z轴

35 光源

37 照明物镜

38 第二光学系统

39 第三透镜组

40 凹面镜

41 凸面镜

42 像平面

43 光纤

NA1 第一数值孔径

NA2 第二数值孔径

S0 方法开始步骤/装载步骤

a1-a4 方法步骤/针对特定样本的焦点图生成步骤

b1-b5 方法步骤/样本扫描步骤

具体实施方式

图1示出根据本发明的一个实施例的扫描装置19的分解图，该扫描装置具有根据本发明的一个实施例的光学测量单元20。光学测量单元20包括照明系统21和成像系统22。此外，扫描装置19包括物支座23，该物支座具有向下夹持器24。照明系统21包括照明物镜37和光源35。成像系统22包括相机传感器17和第二光学系统38。物支座23包括xyz载物台33和向下夹持器24。

扫描装置19布置成在dPCR中以高通量分析消耗品26。特别地，扫描装置19布置成分析六个测量波长范围，具有最小的光谱串扰。扫描装置允许在明场模式和暗场模式下将荧光样本30定位在成像系统的视野内。特别地，扫描装置19能够定量分析荧光样本30的荧光信号并且分类为阳性和阴性结果。

图2以概念图示出光学测量单元20的照明系统21，其中光线由虚线表示。照明系统21包括作为光源35的一部分的发光二极管“LED”阵列1，该光源具有用于产生照明波长范围内的光的LED。特别地，光源35包括多个LED阵列1，其中每个LED阵列1布置成发射不同波长范围内的光。例如，照明系统21可布置成发射至少六个不同照明波长范围内的光，其中光源35包括六个不同的LED阵列1。有利地，利用LED阵列能够在每个照明波长范围内发射具有高光功率的光。

此外，照明系统21可以包括准直光学器件2和介电滤光片3，该介电滤光片可以是透射带通滤光片。介电滤光片3确保照明系统21仅发射所需照明波长范围内的光。特别地，介电滤光片3将所需照明波长之外的光发射抑制至少六个数量级。此外，照明系统21可包括分色镜4，以便与不同类型的LED发射出的光重叠，并且将光引导至锥形均化棒6中。均化棒6具有多种功能。首先，均化棒调整LED发射的光的数值孔径NA以用于后续光学部件。其次，均化棒6在均化棒6的输出面上产生均匀的亮度。均化棒6可由熔融石英制成以最大程度减少自体荧光量，自体荧光将导致背景噪音增加。均化棒6的输出面被视场光圈7覆盖。例如，视场光圈7的尺寸为14.5×7.6mm²。视场光圈7用作照明系统21中后续光路的视场光阑。

由不同类型的LED产生的光分别通过介电滤光片3。之后，通过分色镜4将不同类型的LED的光混合，并且引导至均化棒6。当离开均化棒6时，光穿过视场光圈7。在产生的光的光路中，照明单元21还包括照明物镜37。照明物镜37包括第一透镜组8、折叠式反射镜9、孔径光阑10和第二透镜组11。照明物镜37布置成引导光通过视场光阑光圈7。特别地，通过照明物镜引导光，以便照亮样本平面12的视野。

照明系统21具有第一数值孔径NA1。例如，第一数值孔径NA1对应于照明物镜37的数值孔径NA1。照明系统21的第一数值孔径NA1可以是至少0.2，优选至少0.3。例如，照明物镜37为两侧远心光学系统。照明物镜37可以是具有0.3的第一数值孔径和的两侧远心投影透镜。特别地，照明系统21布置成创建样本平面12中视场光圈7的图像。照明物镜37可另外包括折叠式反射镜9，该折叠式反射镜布置成调整照明物镜的空间范围。

在图2中，示出暗场模式下的照明系统21。因此，圆形光阑13布置在孔径光阑10的中心。特别地，圆形光阑13布置成在暗场模式和明场模式之间切换。圆形光阑13阻挡光，从而导致在第一角度范围内发射光。特别地，圆形光阑布置成阻挡照明系统的输出侧数值孔径在0.1以内的光。特别地，暗场模式通过圆形光阑13实现，就像对使用数值孔径为0.083的远心透镜的成像系统一样。

图3以概念图示出光学测量单元20的照明系统21。图3中的照明系统21与图2中所示的照明系统21的不同之处在于圆形光阑13。在图3中，圆形光阑13未布置在孔径光阑10中。因此，圆形光阑13不阻挡数值孔径在0.1以内的光。因此，在图3中，照明系统21处于明场模式下。特别地，照明系统21适于在明场模式和暗场模式下透照样本平面12。

图4以概念图示出光学测量单元20的成像系统22。成像系统22包括相机传感器17，该相机传感器布置成探测检测波长范围内的光。有利地，成像系统22在收集荧光光子方面非常高效，使得能够检测至少两个检测波长范围内的具有低强度的光。

成像系统22还包括滤光片18。这些滤光片18可布置在滤光片切换机构15上，该滤光片切换机构可以是可旋转的滤光轮。滤光片切换机构15适于选择性地将滤光片18中的一个放置在所关注区域(此处为样本平面12)与CMOS相机传感器17之间的光路中。特别地，切换机构可以是机动的，以便于滤光片的更换。滤光片18可以是具有透射频带的介电带通滤光片。具有在透射频带内的波长范围的光的至少90％通过带通滤光片透射。具有超出透射频带的波长范围的光的强度下降六个数量级。例如，带通滤光片可各自具有以下透射频带之一：481-496nm、516-536nm、562-579nm、602-612nm、650-670nm或709-745nm。特别地，带通滤光片用于在暗场模式下检测荧光。此外，滤光片18可包括中性密度滤光片。例如，中性密度滤光片使通过中性密度滤光片的光强度降低100倍。特别地，中性密度滤光片用于明场模式下，以防止相机传感器17饱和。

此外，当前所述的实施例的成像系统包括第二光学系统38，该第二光学系统布置成在相机传感器17上创建样本平面12的图像。第二光学系统38在光路中按该特定顺序包括第四透镜组16、孔径光阑14和第三透镜组39。第二光学系统38针对纵向色差和横向色差经过良好的校正。有利地，纵向色差和横向色差的校正使不同检测波长范围的重新聚焦变得多余。因此，可检测所有检测波长范围，而无需针对每个检测波长范围调整成像系统22的焦点。第二光学系统38可设计成使得透过成像系统22的滤光片18的光线的角度小于6.8°。有利地，这使得介电带通滤光片中的蓝移效应最小化。

例如，成像系统22具有第二数值孔径NA2，该第二数值孔径对应于第二光学系统38的数值孔径。成像系统22第二数值孔径NA2可以是至多0.1，优选至多0.083。

第二光学系统38可以是快速远心透镜。第二光学系统38可具有至多0.1、特别是至多0.083的数值孔径值。此外，第二光学系统38可具有至少0.4、特别是至少0.5的放大倍数。

成像系统22的物体侧的远心度和照明系统的远心度对于产生暗场模式至关重要。在暗场模式下，主光线的倾斜导致与照明系统21产生的空心照明锥重叠，并且导致暗场模式观察的信噪比降低。图4示出暗场配置，其中仅用光线角度大于成像系统22的接受角的光线照亮样本。第二光学系统22在相机传感器17一侧几乎是远心的。特别地，相机传感器17上的最大主光线角度为2°，以避免由于相机传感器17前面的微光学器件的接受角而导致效率下降。

在图5中，以示意性分解剖视图示出扫描装置19。物支座23布置在照明系统21与成像系统22之间的光路中。物支座23包括xyz载物台33和向下夹持器24。照明系统21和成像系统22可对应于图2、3和4所示的示例性实施例。

物支座23提供了集成式夹持器模块27，该夹持器模块用于自动定位并且制备用于测量的消耗品，其在图中未示出。xyz载物台33允许消耗品26在x方向31、y方向32和z方向34上定位，并且支持夹持器模块27与xyz载物台33之间的切换过程。xyz载物台33可以是具有三点轴承的三板楔形系统。xyz载物台33由直线丝杠步进电机致动。此外，xyz载物台33包括齿轮减速器，该齿轮减速器能够实现高分辨率以使样本平面12沿z轴精确移动。齿轮减速器由丝杠螺距、楔角和电机步进角限定。xyz载物台33具有三点轴承，该三点轴承避免系统结构过定，并且使其对机械公差具有高稳定性。不同类型的滚动轴承(例如导轨和滚珠轴承)用于确保三板楔形系统的板之间的相对运动摩擦力低。通过xyz载物台33将样本沿z方向精确定位，能够使成像系统22精确聚焦在样本平面12上。此外，沿x轴、y轴和z轴的定位还能够补偿光学器件、机械和消耗品的公差。

通过xyz载物台33，使消耗品水平转移，以扫描相关的消耗品区域。xyz载物台沿xy平面的移动基于三板技术。沿x轴和y轴的移动由具有丝杠驱动的步进电机致动。有利地，由于该结构，不同的板可彼此独立地工作。板之间的轴承由直线滚珠保持器制成，并且直线致动器上的旋转编码器确保沿x轴和y轴定位的过程控制。

xyz载物台33可沿着x轴、y轴和z轴单独或同时移动。照明系统和成像系统为靠近照明物镜37的实施提供了自由光圈，允许在涉及高数值孔径时采用小的照明工作距离。向下夹持器24的主要功能是在x方向、y方向和z方向上定位消耗品，并且补偿芯片不均匀度或曲率。向下夹持器24提供具有定位特征的接口板，用于在通过夹持器模块插入消耗品的过程中沿x方向和y方向被动对准消耗品。在通过夹持器模块将消耗品放置到xyz载物台上后，向下夹持器的弹簧座板沿z轴向下移动，从而对消耗品进行展平和固定。弹簧座板仅接触消耗品或芯片的外边缘附近。

具有高螺旋丝杠的直线致动器驱动向下夹持器24。为防止杂散光以及灰尘和污物，整个物支座的周围都覆盖有钣金部件。

向下夹持器24可以是扫描装置19与消耗品之间的唯一接口。有利地，扫描装置19与消耗品之间的小接触界面降低了扫描装置19受到污染的风险。向下夹持器24安装在xyz载物台33的顶部。夹持器模块可以是多轴夹持器机器人，其用于装载和卸载消耗品。出于切换的目的，向下夹持器24处于打开位置。

在图6中，以示意性分解侧视图示出图5的扫描装置19。在照明物镜37和成像系统19中，光路在成像系统的底盘、照明系统和物支座中行进。有利地，该底盘不透明，以阻挡来自周围的杂散光。

在图7中，以示意性分解透视图示出图5的扫描装置19。xyz载物台包括多个楔形物，这些楔形物允许调整样本在xyz载物台顶部的位置。有利地，通过xyz载物台定位样本具有高精度。

在图8中，以示意性分解透视图示出图5的扫描装置19。xyz载物台33包括框架式结构，该框架式结构有利地允许样本的透照。

在图9中，以示意性透视图示出图5的扫描装置19。图9中的图形表示与图6、7和8的图形表示的不同之处在于照明系统21、成像系统22与物支座23之间的距离。为了更好地理解和获得更好的可见性，未显示扫描装置19的底盘、夹持器模块27和储存单元28。底盘可包围照明系统21、成像系统22和物支座23。特别地，底盘可保护样本在测量过程中不受环境光的影响。此外，底盘可以为扫描装置19提供机械稳定性。

扫描装置19包括夹持器模块27，以将消耗品26装载到xyz载物台33上以及从该载物台上卸载。夹持器模块27可包括储存单元28，该储存单元可承载多个样本，特别是多个芯片25或消耗品26。例如，每个消耗品26由框架和两个具有八个通道和集成式微结构的微流体芯片25组成。在芯片25的通道中，可布置样本30。

图10以示意性剖视图示出图1的扫描装置的实施例。向下夹持器24推动消耗品抵靠xyz载物台33，以实现消耗品的压平固定。照明物镜37部分地伸入xyz载物台33内的凹槽中。有利地，在xyz载物台33与照明物镜37之间的过渡部分，无杂散光可能进入光路。

图11以示意性流程图示出用于操作扫描装置的方法。特别地，扫描装置19包括控制电子器件29，该控制电子器件可布置成通过扫描装置19执行以下方法步骤S0、a1)、a2)、a3)、a4)、b1)、b2)、b3)、b4)：

在方法步骤S0中，将待测样本、特别是消耗品或芯片装载到xyz载物台33上。如果在先前的测量中将样本布置在xyz载物台33上，则夹持器模块27将该样本从xyz载物台33上卸载。

在方法步骤a1)、a2)、a3)和a4)中，生成针对特定样本的焦点图。在方法步骤a1)中，将样本沿x轴和y轴移至多个焦点图位置。特别地，焦点图位置经过预定义，以便通过成像系统捕获所有样本的全部。在方法步骤a2)中，通过沿z轴在每个焦点图位置进行焦点堆叠来生成图像集。特别地，成像系统捕获多帧，其中在每一帧，样本处于沿z轴的不同位置。因此，在方法步骤a3)中，确定每个焦点图位置的最佳z轴位置。因此，根据预定义的标准选择方法步骤a2)中捕获的帧之一。该标准可能是样本的最高清晰度。在方法步骤a4)中，将最佳z轴位置分配给焦点图位置。

在方法步骤b1)、b2)、b3)、b4)和b5)中，通过扫描装置19扫描样本。在方法步骤b1)中，将样本沿x轴和y轴移至扫描位置。特别地，将样本移至焦点图位置之一。在方法步骤b2)中，将样本沿z轴移至焦点位置。特别地，焦点位置是最佳z轴位置，该位置在方法步骤a3)中通过针对物的焦点图来确定。在方法步骤b3)中，通过将圆孔光阑13布置在光路内，将照明系统设置为暗场模式。在方法步骤b4)中，照明系统在暗场模式下以不同的照明波长范围连续照亮视野内的物体。对于每个分配的检测波长范围，成像系统捕获视野内样本的图像。在方法步骤b5)中，在不同扫描位置重复方法步骤b1)至b4)，直至成像系统已捕获整个样本或所有样本的全部。特别地，照明系统可保持在暗场模式下，直至方法步骤b5)完成。

方法步骤b5)完成后，通过将xyz载物台33移至切换位置来执行方法步骤S0，在该位置，夹持器模块27卸载样本。特别地，方法步骤S0、a1)、a2)、a3)、a4)、b1)、b2)、b3)、b4)和b5)可重复多次，以测量多个样本、芯片或消耗品。

在图12中，示意性地示出呈成像物镜形式的第二光学系统38的一个替代实施例。根据该替代方案，可以像奥夫纳中继器系统一样将其实现为反射镜系统。此处奥夫纳中继器系统由两个同心反射镜(即凹面镜40和凸面镜41)组成。通过这两个反射镜，样本平面12以单位放大倍数成像至像平面42。奥夫纳中继器具有近衍射极限成像性能，其为两侧远心的，并且由于其对称设置而不存在失真。由于成像仅通过反射完成，因此在设计上色差为零。

在图13中，示意性地示出照明物镜37的另一替代实施例。根据该替代方案，照明系统包括光纤43，该光纤布置成以一定角度照亮样本平面12。光纤43产生照明点，这些照明点在样本平面12中重叠，以实现样本平面的均匀照明。图13仅示出两个光纤43，但是更多光纤可改善照明的均匀性。熟悉本领域的技术人员将理解，可从样本平面的上方或下方实现光纤照明，以产生透射照明或反射照明。

尽管已经结合具体实施例描述了本发明，但是应当理解，该描述仅用于例示性目的。因此，本发明旨在仅受所附权利要求书的范围的限制。

Claims (15)

1.一种用于扫描装置(19)的光学测量单元(20)，所述光学测量单元包括布置成发射至少两个不同照明波长范围的光的照明系统(21)和布置成检测至少两个不同检测波长范围的光的成像系统(22)，其中每个检测波长范围分配给所述照明波长范围之一；

所述照明系统(21)适于在明场模式和在暗场模式下透照；

所述照明系统(21)具有第一数值孔径(NA1)；

所述成像系统(22)具有第二数值孔径(NA2)，并且

所述第一数值孔径(NA1)大于所述第二数值孔径(NA2)。

2.根据权利要求1所述的光学测量单元(20)，其中所述成像系统(22)为两侧远心系统并且所述照明系统(21)为两侧远心系统。

3.根据权利要求1或2所述的光学测量单元(20)，其中在所述暗场模式下，所述照明系统(21)布置成相对于所述成像系统(22)的入射光瞳在第一角度范围内发射光，并且在所述明场模式下，所述照明系统(21)布置成相对于所述成像系统(22)的入射光瞳在第二角度范围内发射光，其中

所述第一角度范围包含大于所述成像系统(22)的最大接受角的角度，并且

所述第二角度范围包含小于所述成像系统(22)的最大接受角的角度。

4.根据前述权利要求中任一项所述的光学测量单元(20)，其中每个照明波长范围设计成激发预定荧光材料以产生荧光辐射，并且其中所述荧光辐射在分配给相应照明波长范围的所述检测波长范围内。

5.根据前述权利要求中任一项所述的光学测量单元(20)，其中所述成像系统(22)包括针对每个检测波长范围的带通滤光片，并且其中所述成像系统(22)包括中性密度滤光片。

6.一种扫描装置(19)，其包括根据前述权利要求中任一项所述的光学测量单元(20)以及物支座(23)，其中

所述成像系统(22)适于检测视野内的电磁辐射，并且

所述物支座(23)适于检测样本(30)在所述视野内沿x轴(31)、y轴(32)和z轴(34)的定位。

7.根据权利要求6所述的扫描装置(19)，其中所述照明系统(21)布置成从所述物支座(23)的第一侧沿所述z轴照亮样本(30)，并且所述成像系统(22)布置成检测远离所述物支座(23)的第二侧发射的荧光辐射，其中所述物支座(23)的所述第一侧和所述第二侧彼此相对。

8.根据权利要求6或7所述的扫描装置(19)，其中所述样本(30)容纳于消耗品(26)中，并且所述物支座(23)包括向下夹持器(24)，所述向下夹持器布置成推动所述消耗品(26)的主表面抵靠所述物支座(23)的平面表面以实现所述消耗品(26)的压平固定。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的扫描装置(19)，其中所述成像系统(22)和所述照明系统(21)经过良好的色差校正，使得对于所有检测波长范围，焦点基本相同，并且对于所有照明波长范围，所述焦点基本相同。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的扫描装置(19)，其中所述样本(30)为数字PCR芯片。

11.一种用于操作根据权利要求5至10中任一项所述的扫描装置(19)的方法，所述方法包括以下步骤：

a)生成消耗品特定的焦点图，其中

a1)将所述消耗品(26)沿所述x轴和所述y轴移至多个焦点图位置，

a2)在每个焦点图位置，通过沿所述z轴的焦点堆叠生成图像集，

a3)确定每个焦点图位置的最佳z轴位置，以及

a4)分别将所述最佳z轴位置分配给所述焦点图位置，

b)扫描所述样本(30)，其中

b1)将所述消耗品(26)沿所述x轴和所述y轴移至扫描位置，

b2)将所述消耗品(26)沿所述z轴移至焦点位置，其中所述焦点位置通过所述消耗品特定的焦点图确定，

b3)将所述照明系统(21)设置为暗场模式，

b4)所述照明系统(21)连续用所述不同照明波长范围照亮所述视野内的所述样本，并且所述成像系统(22)针对每个分配的检测波长范围捕获所述视野内的所述样本(30)的图像，以及

b5)在不同扫描位置重复方法步骤b1)至b4)，直至所述成像系统已捕获整个样本(30)。

12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括以下步骤：将所述消耗品(26)布置在xyz载物台(33)上，以及执行所述消耗品(26)的压平固定，其中通过所述向下夹持器(24)推动所述消耗品(26)抵靠所述xyz载物台(33)的平面表面。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中在方法步骤b4)期间，在所有照明波长范围内，沿所述照明系统(21)的所述z轴的所述焦点位置基本相同，并且在所有检测波长范围内，沿所述成像系统(22)的所述z轴的所述焦点位置基本相同。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中所述消耗品特定的焦点图包括沿所述成像系统(22)和所述照明系统(21)的所述z轴的最佳焦点位置。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中在方法步骤a)期间，插入所述成像系统(22)的所述中性密度滤光片。

Images