CN204832037U - 检测设备 - Google Patents

Abstract

一种检测设备，包括：(a)包括多个显微荧光计的支架，其中显微荧光计中的每一个具有被配置用于宽视场影像检测的物镜，其中多个显微荧光计被定位成同时获取在公共平面内的多个宽视场影像，并且其中宽视场影像中的每一个来自公共平面的不同区域；(b)平移平台，其被配置成在平行于公共平面的至少一个方向上移动支架；以及(c)样品平台，其被配置成保持基板在公共平面内。

Description

检测设备

本申请基于并要求2012年4月3日提交的编号为61/619,784的美国临时申请的权益，所述文献在此引入作为参考。

技术领域

本申请的实施例总体上涉及例如在核酸测序过程中用于样品的流体操作和光学检测的设备和方法。

背景技术

我们的基因组为预测我们的许多固有倾向性(如我们的偏好、才能、对疾病的易感性和对治疗药物的反应性)提供了蓝图。人类个体的基因组包含超过30亿个核苷酸的序列。只是那些核苷酸的一小部分的差异赋予许多我们独特的特性。研究团体在查明构成蓝图的特征以及利用所述特征更完整地理解在每个蓝图中信息如何与人类健康相关方面正取得令人印象深刻的进步。然而，我们的理解还远远不完整，并且这正在阻碍信息从研究实验室到临床的转化，希望有一天我们每一个人将拥有我们自己的个人基因组的备份，使得我们能够和我们的医生一同坐下来针对健康的生活方式或适当的治疗过程确定合适的选择。

目前的瓶颈是产量和规模的问题。查明任何给定个体的蓝图的基本组成部分是确定其基因组中的30亿个核苷酸的精确序列。可以使用各种技术来做到这一点，但是那些技术通常花费许多天以及成千上万美元来完成。此外，任何个体的基因组序列的临床相关性是将其基因组序列的独特特征(即，他们的基因型)和与已知特性(即，表型)相关的参考基因组进行比较的问题。当人们考虑到参考基因组是基于基因型和表型的相关性而创建时，规模和产量的问题就变得明显，所述相关性由通常使用数以千计的个体以便在统计上有效的研究学习得出。因此，针对成千上万的个体可以对几十亿的核苷酸进行最终测序，以识别任何临床相关的基因型和表型的相关性。进一步被疾病、药物反应以及其他临床相关特性的数目成倍扩展，对非常便宜和快速的测序技术的需要变得更加明显。

需要减少测序成本来驱使科研人员进行大规模的基因相关性研究，并且使得在用于做出改变个体患者的生活的决定的治疗的临床环境中可进行测序。

实用新型内容

本文所述的本申请的实施例满足上述需要并且还提供其他的优点。

本申请提供一种检测设备，其包括：(a)包括多个显微荧光计的支架(carriage)，其中显微荧光计中的每一个具有被配置用于宽视场影像检测的物镜，其中多个显微荧光计被定位成同时获取在公共平面内的多个宽视场影像，并且其中宽视场影像中的每一个来自公共平面的不同区域；(b)平移平台，其被配置成在平行于公共平面的至少一个方向上移动支架；以及(c)样品平台，其被配置成保持基板在公共平面内。

所述显微荧光计中的每一个还可包括专用自动聚焦模块。

所述自动聚焦模块可包括检测器和驱动器，其中所述驱动器可被配置成改变所述显微荧光计相对于所述公共平面的焦点，并且其中所述检测器可被配置成引导所述驱动器的运动。

所述检测器还可被配置成获取所述宽视场影像。

所述检测器还可被配置成向位于所述支架外部的处理单元输出影像数据。

所述检测器可专用于所述自动聚焦模块并且其中所述显微荧光计可包括第二检测器，该第二检测器可被配置成向位于所述支架外部的处理单元输出影像数据。

用于所述设备的第一显微荧光计的所述自动聚焦模块可被配置成整合来自用于所述设备的第二显微荧光计的自动聚焦模块的数据，由此所述自动聚焦模块基于所述第一显微荧光计的焦点位置和所述第二显微荧光计的焦点位置改变所述第一显微荧光计的焦点。

所述显微荧光计中的每一个还可包括分束器和检测器，其中所述分束器可被定位成将来自激励辐射源的激励辐射引导至所述物镜以及将来自所述物镜的发射辐射引导至所述检测器。

所述显微荧光计中的每一个还可包括所述激励辐射源。

所述激励辐射源可将所述激励辐射引导至所述多个显微荧光计中的单个显微荧光计的物镜，由此每个显微荧光计可包括单独的激励辐射源。

所述支架还可包括与所述激励辐射源热接触的散热器。

所述散热器可与所述支架中的单一辐射源热接触。

所述散热器可与所述支架中的多个辐射源热接触。

所述激励辐射源可将所述激励辐射引导至所述多个显微荧光计中的两个或更多个显微荧光计的物镜，由此两个或更多个显微荧光计可共享激励辐射源。

所述显微荧光计中的每一个还可包括至少两个激励辐射源。

所述激励辐射源可包括LED。

所述显微荧光计中的每一个的物镜可具有0.2和0.5之间的数值孔径。

所述显微荧光计中的每一个可被配置成以足以区分相隔小于50微米的特征的分辨率进行检测。

所述显微荧光计中的每一个的宽视场影像可具有至少1mm²的面积。

所述支架可阻止所述显微荧光计之间的横向移动。

所述显微荧光计可与所述支架共同模制。

所述支架可包括至少四个显微荧光计，其中所述至少四个显微荧光计的物镜可被布置成至少两排。

所述至少四个显微荧光计的物镜可以成六边形堆积排列。

所述基板可包括至少四个平行通道，并且其中所述物镜中的每一个可被定位成对所述四个平行通道中的唯一的一个通道进行成像。

所述物镜中的每一个可被定位成对所述唯一的一个通道的部分进行成像。

所述支架可包括至少六个显微荧光计，其中所述至少六个显微荧光计的物镜可被布置成至少两排，并且其中所述至少六个显微荧光计的物镜可成六边形堆积排列。

所述基板可包括至少六个平行通道，并且其中所述物镜中的每一个可被定位成对所述六个平行通道中的唯一的一个通道的至少一部分进行成像。

所述显微荧光计中的每一个还可包括激励辐射源、分束器和检测器，其中所述分束器可被定位成将来自所述激励辐射源的激励辐射引导至所述物镜以及将来自所述物镜的发射辐射引导至所述检测器，其中所述激励辐射和发射辐射可在相互正交的方向上被引导。

所述至少四个显微荧光计的所述激励辐射源可被布置在与所述公共平面相对的所述支架的第一侧上，其中所述检测器中的至少两个可被布置在与所述第一侧正交并且与所述公共平面正交的所述支架的第二侧上，并且其中所述检测器中的至少两个可被布置在与所述第一侧正交并且与所述公共平面正交的所述支架的第三侧上。

所述至少四个显微荧光计的所述检测器可被布置在与所述公共平面相对的所述支架的第一侧上，其中所述激励辐射源中的至少两个可被布置在与所述第一侧正交并且与所述公共平面正交的所述支架的第二侧上，并且其中所述激励辐射源中的至少两个可被布置在与所述第一侧正交并且与所述公共平面正交的所述支架的第三侧上。

所述支架可包括至少四个显微荧光计，其中所述至少四个显微荧光计的物镜可被布置成单排。

所述基板可包括至少四个平行通道，并且其中所述物镜中的每一个可被定位成对所述四个平行通道中的唯一的一个通道进行成像。

所述物镜中的每一个可被定位成对所述唯一的一个通道的一部分进行成像。

本申请还提供一种对基板进行成像的方法，包括以下步骤:(a)提供在表面上包括荧光特征的基板；(b)使用多个显微荧光计获取表面的第一部分的多个宽视场影像，其中显微荧光计中的每一个从表面的不同位置获取宽视场影像，其中所述多个显微荧光计被固定到支架；以及(c)在平行于表面的方向上平移支架并且针对表面的第二部分重复(b)。该方法可以使用本文其他地方所述的设备中的任何一种，但是无需在所有实施例中受此限制。

还提供了流体卡盘(fluidicscartridge)，其包括：(a)具有光学透明表面、入口和出口的流动池；和(b)由光学不透明且不可透过含水液体的材料制成的壳体，其中所述壳体保持:(i)样品贮存器；(ii)样品贮存器和流动池的入口之间的流体线路；(iii)经由流动池的入口与流动池流体连通的多个试剂贮存器；(iv)至少一个阀，其被配置成协调贮存器和流动池的入口之间的流体连通；以及(v)至少一个压力源，其被配置成将液体从样品贮存器或试剂贮存器经由流动池的入口移动到流动池，其中光学透明窗口中断壳体并且入口端口中断壳体，其中入口端口与样品贮存器流体连通，并且其中光学透明表面被定位在窗口中。

本申请还提供了一种测序方法，其包括以下步骤:(a)提供一种具有以下各项的流体卡盘：(i)具有光学透明表面的流动池，(ii)核酸样品，(iii)用于测序反应的多个试剂，以及(iv)用于将试剂输送到流动池的流体系统；(b)提供一种具有以下各项的检测设备：(i)多个显微荧光计，其中显微荧光计中的每一个包括被配置用于在x和y维度上在影像平面中的宽视场影像检测的物镜，以及(ii)样品平台；(c)将流体卡盘输送到样品平台，其中光学透明表面被置于影像平面中；以及(d)在流体卡盘中执行核酸测序过程的流体操作以及在检测设备中执行核酸测序过程的检测操作，其中(i)通过流体系统将试剂输送到流动池，以及(ii)通过多个显微荧光计检测核酸特征。

附图说明

图1示出了可用于核酸测序的光电检测装置(左)和流体卡盘(右)。

图2示出了用于具有正交激励和发射光束路径的单个显微荧光计的光学布局。

图3示出了用于显微荧光计的光学布局。

图4示出了与具有两个通道的流动池相关的四个显微荧光计的排列。

图5示出了可以被用在显微荧光计中的自动聚焦设备。

图6A示出了流动池中的四个通道的排列(左)和单排物镜的线性排列(右)的顶视图。

图6B示出了具有八个通道的流动池(左)和四个一排的两排共八个物镜的排列的顶视图。

图7示出了流动池中六个通道的排列(左)和两排物镜的六边形堆积排列(右)的顶视图。

图8示出了检测设备的八个显微荧光计的排列的透视图。

图9示出了检测设备的八个显微荧光计的排列的底部平面图。

图10示出了具有平行激励和发射光束路径的单个显微荧光计的光学布局。

图11示出了检测设备的Y平台的顶部透视图。

图12示出了检测设备的Y平台的底部透视图。

图13示出了支持八个显微荧光计的排列的Y平台的顶部透视图。

图14示出了检测设备的电气框图。

图15示出了带有流动池的流体卡盘的分解图。

图16示出了流体卡盘的流体学图。

图17示出了四个样品注射旋转阀。

图18示出了使用单向流动和两个阀的试剂重用系统的流体学图。

图19示出了使用往返流动和单个阀的试剂重用系统的流体学图。

具体实施方式

本申请提供用于平坦区域(如在基板表面上存在的那些平坦区域)的高分辨率检测的方法和设备。一种特别有用的应用是存在于表面上的生物样品的基于光学的成像。例如，本文所述的方法和设备可用于获取存在于核酸阵列(如用于核酸测序应用中的那些核酸阵列)中的核酸特征的影像。可以使用利用光学可检测的样品和/或试剂的多种核酸测序技术。这些技术特别好地适用于本申请的方法和设备，并因此强调针对本申请的特定实施例的各种优点。出于说明的目的以下阐述了这些优点中的一些，并且尽管例举了核酸测序应用，但是这些优点也可被扩展到其他应用。

关于本文所述的实例中的一些，许多核酸测序技术的显著特征是(1)多色检测的使用(例如，通常使用四种不同的荧光团，一个荧光团用于存在于核酸中的不同核苷酸类型A、C、G和T(或U)中的每一个)，(2)来自核酸样品的大量的不同片段(例如，来自基因组样品、RNA样品或其衍生物的片段)在阵列的表面上的分布以及(3)阵列的流体处理和成像的重复循环。本文所公开的方法和设备的实施例特别可用于核酸测序，因为它们可以提供具有多种颜色和多处重复的阵列表面的高分辨率成像的能力。例如，本文所述的实施例允许在几百、几十或者甚至单位数微米范围内的分辨率下获取表面的影像。同样地，可以分辨具有最近相邻的平均中心至中心间距低于100微米、50微米、10微米、5微米或更小的核酸特征。在特定的实施例中，可以获取表面的宽视场影像，包括例如覆盖阵列的1mm²或更大的面积的影像。可以同时或顺序地获取具有多种颜色的影像，例如，以识别唯一与不同的核苷酸类型相关联的荧光标记。此外，可以针对测序技术的多个循环顺序地获取影像。可以从每个循环可靠地比较来自阵列的给定区域的影像以确定针对阵列上的每一个核酸特征检测到的颜色变化的序列。颜色变化的序列可以依次用于推断在每个特征中核酸片段的序列。

在特定的实施例中，本申请的设备包括一个或多个显微荧光计。显微荧光计中的每一个可以包括激励辐射源、检测器以及物镜，以形成读取头的集成子单元。在每一个显微荧光计中可以存在其他光学部件。例如，可以存在分束器以提供紧凑的落射荧光(epifluorescent)检测配置，由此分束器被定位成将来自激励辐射源的激励辐射引导至物镜以及将来自物镜的发射辐射引导至检测器。

使用集成显微荧光计设计的优点在于：例如在扫描操作中，可以方便地移动显微荧光计，以允许比显微荧光计的视场大的基板的成像。在特定的实施例中，几个显微荧光计可以结合以形成读取头。下文阐述了用于读取头的结合的各种配置，并且可加以选择以适用于待成像的基板的特殊格式，同时对于整个读取头保持相对紧凑的尺寸。在本申请的几个实施例中，读取头相对较小的尺寸和较轻的质量导致相对低的惯性，使得读取头在被移动之后迅速地停止，从而有利于快速扫描核酸阵列或其他基板。在一些情况下，显微荧光计可以被固定到支架，使得它们在分析应用(如核酸测序运行)的过程中在至少一些维度上不可独立地移动。例如，多个显微荧光计可以是永久固定的，使得它们在x和y维度上(其中x或y中的至少一个是扫描的方向)相对于彼此不可独立地移动。然而，可以在z维度上独立地驱动显微荧光计，以提供独立的聚焦控制。本申请的设备的几个不同显微荧光计之间的自由度的减少提供了免于在设备的运输、操作和使用过程中造成的对准损失的保护。

在一些实施例中，存在于读取头或支架中的多个显微荧光计中的每一个可具有专用自动聚焦模块。因此，每个显微荧光计可以独立地聚焦。在一些实施例中，在读取头中的特定自动聚焦模块，尽管专用于特定的显微荧光计的驱动，但仍然可以从读取头中的至少一个其他自动聚焦模块接收信息，并且来自特定自动聚焦模块以及来自至少一个其他自动聚焦模块的信息可用于确定适当的驱动以实现特定显微荧光计的期望聚焦。这样，对于任何给定的显微荧光计的聚焦可以利用存在于相同的读取头或支架中的两个或多于两个显微荧光计之间的一致来确定。

在特定的实施例中，可以以卡盘格式提供将以本文所述的方法或设备进行检测的样品。例如，卡盘可包括沿着用来处理基板以进行检测的其他流体部件的待检测的基板。以核酸测序应用为更具体的实例，卡盘可包括能够向检测装置呈现核酸特征阵列的流动池，以及可选地用于保持测序试剂的贮存器、用于保持样品制备试剂的贮存器、用于保持测序过程中产生的废物产品的贮存器中的一个或多个，和/或能够将流体移动通过流动池的泵、阀和其他部件。流体卡盘同样可提供方便和紧凑的格式的优点，以便用于核酸测序的样品和试剂的存储和处理。

在特定的实施例中，流体卡盘可被配置成允许一种或多种试剂的重复使用。例如，流体卡盘可被配置成将试剂输送到流动池，然后从流动池移除试剂，并且然后重新将试剂引入流动池。重复使用试剂的优点是减少浪费以及降低利用昂贵的试剂和/或以高浓度(或以高的量)被输送的试剂的过程的成本。

本申请的流体卡盘可以提供模块化的优点，由此可以在第一模块(即流体卡盘)中对不同的样品进行流体处理，所述第一模块与第二模块(例如，显微荧光计、读取头或检测设备)光学连通。流体卡盘可以包含足够整个流体处理过程(例如，核酸测序过程)的一个或多个样品、试剂和流体器件，并且流体卡盘可以被输送到检测设备。一旦流体和检测过程完成，可以将流体卡盘移除，使得检测设备准备进行另一个过程。由于流体模块和检测模块是可分离的，本系统允许评估多个不同的样品，同时避免样品之间的交叉污染的危险。通过避免光学部件的不必要的维修、净化或处理，这为其中检测部件相对昂贵并且技术上很难组装的实施例提供了优点，其中当流体部件和光学部件不是模块化的时候可能需要所述的维修、净化或处理。

图1示出了示例性的光学扫描装置1，其利用通过本文所述的几个实施例提供的集成光电子学和基于卡盘的流体学的优点。示例性装置1包括壳体2，该壳体2包含各种固定部件，例如包括光学部件、计算部件、电源、风扇等。例如，存在于壳体2的正面上的屏幕3用作图形用户接口，其可以提供各种类型的信息，如工作状态、正在进行的分析过程(例如，测序运行)的状态、到达或来自装置1的数据传送的状态、用法说明、警告等。卡盘座4也存在于壳体2的正面上。如图所示，卡盘座4可被配置成具有保护门5的狭槽。在该实例中，存在在卡盘座的框架上为指示灯形式的状态指示器6，并且其可被配置成指示装置1中卡盘的存在或不存在。例如，指示灯6可以从开改变为关或从一种颜色改变为另一种颜色以指示卡盘的存在或不存在。在该实例中，电源控制按钮7存在于壳体2的正面上，识别标记8(如生产商或器械的名称)也存在于壳体2的正面上。

图1中还示出了示例性的流体卡盘10，其可用于向装置1提供样品和试剂。流体卡盘10包括壳体11，该壳体11保护各种流体部件，如贮存器、流体连接件、泵、阀等。流动池12被集成到流体卡盘中与壳体内的试剂流体连通的位置。壳体11具有开口13，通过该开口，流动池12的表面暴露，使得当流体卡盘10被置于卡盘座4中时其可以与光学扫描装置1光学交互。卡盘壳体11还包括样品端口14，用于引入目标核酸样品。条形码15或其他机器可读标记可以任选地存在于卡盘壳体11上，例如，以提供样品跟踪和管理。其他标记16也可存在于壳体上以方便人类用户鉴别，例如，以识别制造商、流体卡盘所支持的解析分析、批号、有效期、安全警告等。

图1中所示的设备是示例性的。下文更详细地阐述了可以可选地或另外地用于图1的实例的本申请的方法和设备的另外的示例性实施例。

本文提供了一种检测设备，其具有(a)支架，其包括多个显微荧光计，其中显微荧光计中的每一个包括被配置用于宽视场影像检测的物镜，其中所述多个显微荧光计被定位成同时获取公共平面内的多个宽视场影像，并且其中宽视场影像中的每一个来自公共平面的不同区域；(b)平移平台，其被配置成沿平行于公共平面的至少一个方向移动支架；以及(c)样品平台，其被配置成保持基板在公共平面内。

本申请的检测设备(或单个显微荧光计)可用于以足以区分微米级的特征的分辨率获取一个或多个影像。例如，在检测设备中使用的显微荧光计可以具有足以区分以至多为500μm、100μm、50μm、10μm、5μm、4μm、3μm、2μm或1μm间隔开的特征的分辨率。更低的分辨率也是可能的，例如，区分以大于500μm间隔开的特征的分辨率。

本申请的检测设备(或单个显微荧光计)非常适合于表面的高分辨率检测。因此，具有平均间隔在微米范围内的特征的阵列是特别有用的基板。在特定的实施例中，检测设备或显微荧光计可用于获取具有平均处于或低于500μm、100μm、50μm、10μm、5μm、4μm、3μm、2μm或1μm的最近相邻的中心至中心间距特征的阵列的一个或多个影像。在许多实施例中，阵列的特征以例如小于100μm、50μm、10μm、5μm、1μm或0.5μm非连续间隔开。然而，特征不一定间隔开。相反，阵列的一些或全部特征可以彼此相连。

可以使用本领域已知的多种阵列中的任一种(也称为“微阵列”)。典型的阵列包含特征，每一个特征具有单个探针或一群探针。在后一种情况下，在每一位点的探针群通常是均匀的，具有单一种类的探针。例如，在核酸阵列的情况下，每个特征可以具有多个核酸种类，每个核酸种类具有公共序列。然而，在一些实施例中，在阵列的每个特征处的群可以是不均匀的。类似地，蛋白质阵列通常可以具有单个蛋白质或一群蛋白质的特征，但不总是具有相同的氨基酸序列。探针可以例如经由探针到表面的共价连接或经由探针与表面的非共价相互作用被附接到阵列的表面。在一些实施例中，探针，如核酸分子，可以经由例如在US2011/0059865A1中所描述的凝胶层附接到表面，所述文献在此引入作为参考。

示例性的阵列包括但不限于，可从公司(圣地亚哥，加利福尼亚州)购得的微珠芯片阵列、或者例如其中探针被附接到存在于表面上的微珠(例如，在表面上的孔中的微珠)的其他阵列，如美国专利号6,266,459、6,355,431、6,770,441、6,859,570、或7,622,294、或PCT公开号WO00/63437中描述的那些，每一篇文献在此引入作为参考。可以使用的可商业购得的微阵列的其他实例包括，例如，根据有时称为VLSIPS^TM(甚大规模固定化聚合物合成)的技术合成的微阵列或其他微阵列。也可以在根据本申请的一些实施例的设备或系统中使用点样微阵列。一种示例性的点样微阵列为可从AmershamBiosciences购得的CodeLink^TM阵列。有用的另一个微阵列是使用喷墨印刷方法(如可从Agilent技术购得的SurePrint^TM技术)制造的微阵列。

其他有用的阵列包括用在核酸测序应用中的那些。例如，具有基因组片段的扩增子阵列(通常称为簇)是特别有用的，如在Bentley等人的Nature456:53-59(2008)、WO04/018497、US7,057,026、WO91/06678、WO07/123744、US7,329,492、US7,211,414、US7,315,019、US7,405,281或US2008/0108082中描述的那些，每一篇文献在此引入作为参考。用于核酸测序的另一种类型的阵列是从乳剂PCR技术产生的粒子阵列。在Dressman等人的Proc.Natl.Acad.Sci.USA100:8817-8822(2003)、WO05/010145、US2005/0130173或US2005/0064460中描述了实例，每一篇文献其全部内容在此引入作为参考。虽然在测序应用的背景下描述了上述阵列，但是应当理解，阵列可用于其他实施例中，包括例如不包括测序技术的那些实施例。

是否被配置用于检测阵列或其他样品，存在于检测设备中的一个或多个显微荧光计可被配置用于宽视场检测。对于单个显微荧光计的视场直径可以是例如至少0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm或更大。通过选择合适的光学部件，视场直径可以被限制到最大区域，而且同样地，视场直径可以是例如不大于5mm、4mm、3mm、2mm或1mm。因此，在一些实施例中，由单个显微荧光计获得的影像可以具有范围在0.25mm²到25mm²的面积。

除了被配置用于宽视场检测，显微荧光计可被配置成具有大于0.2的数值孔径(NA)。例如，用于本申请的显微荧光计中的物镜的NA可为至少0.2、0.3、0.4或0.5。可选地或另外地，可能需要将物镜的NA限制为不大于0.8、0.7、0.6或0.5。当通过具有在0.2和0.5之间的NA的物镜进行检测时，本文所述的方法和设备是特别有用的。

在阵列检测实施例中，检测设备(或单个显微荧光计)可被配置成获取阵列的数字影像。通常，数字检测设备(或单个显微荧光计)的每一个像素将收集来自任何给定的影像采集中的不多于一个特征的信号。这种配置将影像中的特征之间的不希望的“串扰”最小化。可以基于成像的特征的尺寸和形状以及基于数字检测设备(或单个显微荧光计)的配置调节检测来自每个特征的信号的像素的数量。例如，可以以不超过约16个像素、9个像素、4个像素或者1个像素作为在给定的影像中检测到的每个特征。在特定的实施例中，每个影像可以利用平均每个特征的6.5个像素、每个特征的4.7个像素或每个特征的1个像素。例如通过减少阵列的图案中的特征的位置中的变化性以及紧缩针对检测设备与阵列的对准的容差，可以减少每个特征使用的像素数量。以被配置成使用每个特征少于4个像素的数字检测器为例，可以通过使用有序的核酸特征阵列代替随机分布的核酸集群阵列来提高影像质量。

应当理解，具有多个显微荧光计的检测设备可以检测公共平面的区域，所述公共平面的区域面积粗略地等于显微荧光计的数量乘以由每个显微荧光计检测的宽视场区域面积。这些区域不必是连续的。例如，2个或多于2个显微荧光计可被定位成检测由未检测到的区域间隔开的公共平面的离散区域。然而，如果需要，多个显微荧光计可被定位成检测连续但不重叠的区域。在可选的实施例中，具有多个显微荧光计的检测设备可以检测基本小于显微荧光计的数量乘以由每个显微荧光计检测的宽视场区域面积的公共平面的区域面积。这可以例如在多个显微荧光计被定位成检测具有至少部分重叠的区域时实现。如本文其他地方进一步详细阐述的，不需要获取具有如下格式的多个影像：用于或者甚至支持已经检测到的阵列或其他公共平面的完整影像的重构。

图2中示出了用于显微荧光计100的示例性光学布局。显微荧光计100被引导至流动池170，该流动池170具有被流体填充通道175间隔开的上层171和下层173。在所示的配置中，上层171是光学透明的并且显微荧光计100聚焦到上层171的内表面172上的区域176。在可选配置中，显微荧光计100可以聚焦到下层173的内表面174。表面中的一个或两个可包括将由显微荧光计100进行检测的阵列特征。

显微荧光计100包括物镜101，该物镜101被配置成将来自辐射源102的激励辐射引导至流动池170以及将来自流动池170的发射引导至检测器108。在示例性的布局中，来自辐射源102的激励辐射在到流动池170的途中通过透镜105，然后通过分束器106，并且然后通过物镜。在所示的实施例中，辐射源包括两个发光二极管(LED)103和104，其以彼此不同的波长产生辐射。来自流动池170的发射辐射由物镜101所捕获并被分束器反射通过光学调节器件107且到达检测器108(例如，CMOS传感器)。分束器106用于沿正交于激励辐射的路径的方向引导发射辐射。可以在z维度上移动物镜的位置以改变显微荧光计的焦点。可以在y方向上来回地移动显微荧光计100以捕获流动池170的上层171的内表面172的几个区域的影像。

图3示出了为了展示各种光学部件的功能布置的示例性显微荧光计的分解视图。示出了两个激励源，包括绿色发光二极管(LEDG)和红色发光二极管(LEDR)。来自它们每一个的激励光分别经过绿色发光二极管聚光透镜L6和红色发光二极管聚光透镜L7。发光二极管折叠镜M1将绿色激励辐射反射到组合器二色镜F5，该组合器二色镜F5将绿色激励辐射反射通过激励滤光器F2，然后通过激光二极管分束器F3，然后通过激励场阑(FS)，然后通过激励投影透镜组L2到达激励/发射二色镜F4，该激励/发射二色镜F4将绿色激励辐射反射通过固定物镜透镜组L3和平移物镜透镜组L4到达流动池(FC)的表面。红色激励辐射从红色发光二极管聚光透镜L7通过到达组合器二色镜F5，然后红色激励辐射沿着与绿色激励辐射相同的路径到达流动池(FC)的表面。如图所示，通过上下(即，沿z维度)移动平移物镜透镜组L4驱动聚焦。来自流动池(FC)表面的发射返回穿过平移物镜透镜组L4，并且然后通过固定物镜透镜组L3到达激励/发射二色镜F4，该激励/发射二色镜F4将发射辐射传递到发射投影透镜组L1，通过发射滤光器，并且然后到达CMOS影像传感器S1。激光二极管(LD)也经由激光二极管耦合透镜组L5被引导至激光二极管分束器F3，该激光二极管分束器F3将激光二极管辐射反射通过激励场阑(FS)、激励投影透镜组L2、激励/发射二色镜F4、固定物镜透镜组L3和平移物镜透镜组L4到达流动池(FC)。

如图2和图3的示例性实施例所展示的，显微荧光计中的每一个可以包括分束器和检测器，其中分束器被定位成将来自激励辐射源的激励辐射引导至物镜以及将来自物镜的发射辐射引导至检测器。如图所示，每个显微荧光计可任选地包括激励辐射源如发光二极管。在这种情况下，每个显微荧光计可包括专用辐射源，使得读取头包括几个辐射源，每个辐射源分离成单个显微荧光计。在一些实施例中，两个或多于两个显微荧光计可以从公共辐射源接收激励辐射。这样，两个或多于两个显微荧光计可以共用辐射源。在示例性配置中，单个辐射源可将辐射引导至分束器，所述分束器被定位成将激励辐射分离成两个或多于两个光束并将光束引导至两个或多于两个对应的显微荧光计。另外地或可选地，可以经由一个或多个光纤将激励辐射从辐射源引导至一个、两个或多于两个显微荧光计。

应当理解，图中所示的具体部件是示例性的，并且可以被类似功能的部件替换。例如，可以使用多种辐射源中的任一种来代替发光二极管。特别有用的辐射源是弧光灯、激光、半导体光源(SLS)或激光二极管。LED例如可以从Luminus(Billerica，Mass)购得。类似地，多种检测器是有用的，包括但不限于电荷耦合装置(CCD)传感器、光电倍增管(PMT)、或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。特别有用的检测器是可从AptinaImaging(SanJose，CA)购得的5-兆像素CMOS传感器(MT9P031)。

图2和图3提供了包括两个激励源的显微荧光计的示例性实施例。该配置可用于检测分别在不同的波长下被激励的至少两个荧光团。如果需要，显微荧光计可被配置成包括两个以上的激励源。例如，显微荧光计可以包括至少2、3、4或更多个不同的激励源(即产生彼此不同的波长的源)。可选地或另外地，分束器和滤光器可用于扩大来自单个辐射源的激励波长的范围。多个辐射源和/或分裂激励光束的滤光的类似使用可用于其中几个显微荧光计共享来自一个或多个辐射源的激励的实施例。如本文其他地方进一步详细所述的，多个激励波长的可用性尤其可用于利用几个不同的荧光团标记的测序应用。

图4示出了单个读取头150中的四个显微荧光计的示例性布置。四个显微荧光计被布置成相对于流动池160的通道161和162交错布局。在所示的布置中，显微荧光计中的两个(对应于检测器108a和108c)被配置成对第一通道161的单独区域进行成像，而另两个显微荧光计(对应于检测器108b和108d)被配置成对第二通道162的单独区域进行成像。如图所示，显微荧光计(对应于检测器108a和108c)在x维度上相对于显微荧光计(对应于检测器108b和108d)交错布置，使得两对显微荧光计可以分别检测相邻的通道161和162。每个显微荧光计具有正交的发射和激励路径(如图2所示)，同时辐射源102被定位在读取头的同一侧上，与流动池160相对。两个检测器108a和108c被定位在读取头的第一侧上，且另两个检测器108b和108d被定位在相对侧上，两侧均正交于激励源被定位的一侧。在图4所示的示例性实施例中，四个辐射源与单个大型散热器120热接触。单个大型散热器与针对每个辐射源使用单独的散热器的许多配置相比提供更大程度的散热。然而，如果需要，单独的辐射源可以被热耦合到单独的散热器(例如，参见下文的图8及相关说明)。图4所示的显微荧光计的布置的优点是提供了紧凑的读取头。对于交换在每个显微荧光计中的激励源和检测器的相对位置的实施例可以得出类似的优点(例如，参见下文的图8和相关说明)。

图4中所示的读取头150被定位成在y维度上进行扫描。y维度平行于流动池160的长度，使得在扫描操作中读取头150的运动将导致沿着流动池160的长度的区域的成像。检测器108a、108b、108c和108d被定位在读取头150的相对侧上，并且在流动池160的相对侧上，流动池的侧面沿着扫描方向延伸。扫描头150相对于流动池160和扫描方向的定向是示例性的。其他定向也是有用的，包括例如图13中所示的定向，其中检测器被定位在读取头的相对侧上，但是在相对于扫描方向的向前和向后位置中。

显微荧光计或具有几个显微荧光计的读取头可以被定位在如本文所述的几个实施例所示例的流动池的上方(相对于重力箭头)。然而，也可以将显微荧光计或读取头定位在流动池的下方。因此，相对于所使用的激励和发射辐射的波长，流动池可以在顶侧、底侧或两侧上是透明的。事实上，在一些实施例中，可能需要将显微荧光计定位在流动池的两侧上或将读取头定位在流动池的两侧上。相对于重力的其他定向也是可能的，包括例如流动池和显微荧光计(或读取头)之间的一侧对一侧的定向。

显微荧光计或读取头可被配置成从流动池的单个侧面检测流动池的两个相对的内表面。例如，显微荧光计或读取头可采用光学补偿器，该光学补偿器被插入和移除以检测流动池的替代表面。在US8,039,817中描述了用于检测流动池的相对内表面的示例性方法和设备，如光学补偿器的使用，所述文献其全部内容在此引入作为参考。补偿器是可选的，例如，取决于设备的NA和/或光学分辨率。

用于本文所述的设备或方法中的显微荧光计可以包括自动聚焦模块。因此，存在于读取头中的多个显微荧光计中的每一个可具有专用自动聚焦模块。图5中示出了示例性的自动聚焦模块1600。该模块包括用于显微荧光计的物镜(例如，图3中所示的平移物镜透镜)的容座1602。容座1602被固定到具有杠杆臂1604的滑动支撑件1603。杠杆臂1604功能上与电机1610相互作用，该电机1610被配置成将杠杆臂上下(沿z方向)移动。这样，电机1610驱动物镜在z方向上的运动来改变焦点。电机1610是使用导向螺杆的线性驱动器。内部导向螺杆在电机的旋转力下进行旋转使得导向螺母1613上下移动，导向螺杆拧入导向螺母1613。导向螺母1613被定位在两个轴承1611a和1611b之间。导向螺母的运动被偏置抵靠弹簧1608。导向螺母1613与杠杆臂1604物理接触，使得导向螺母的上下运动驱动滑动支撑件1603的上下运动，并因此驱动物镜的上下运动。传感器1609位于自动聚焦模块的下侧上，所述自动聚焦模块通过间隔件1612与驱动器分隔开。

图5所示的自动聚焦模块1600还包括具有侧体1607的结构支撑件，该侧体1607连接到背板1614以及连接到顶部挠曲件1606和底部挠曲件1605。可以通过侧体1607的箱形框架结构提供刚性。还通过侧体1607和背板1614之间的两个三角形支撑件1615a和1615b提供刚性。挠曲件1606和1605可以与滑动支撑件共同模制以提供滑动支撑件1603和侧体1607之间的高容差。

如图5的示例性实施例所示，用于显微荧光计中的自动聚焦模块可以包括检测器和驱动器，其中驱动器被配置成改变显微荧光计相对于公共平面的焦点，并且其中检测器被配置成引导驱动器的运动。这样，自动聚焦模块可以包括引导驱动器的运动的专用检测器。专用检测器可以与驱动器以闭环运行，而不需要将数据传送到显微荧光计的外部或检测头的外部，以便实现自动聚焦。可选地或另外地，自动聚焦模块的外部的检测器，如用于宽视场成像的成像检测器，可以引导驱动器的运动。因此，还可以使用相同的检测器来实现自动聚焦，所述相同的检测器用于宽视场成像以及用于向显微荧光计或读取头的外部的处理单元输出影像数据。

在特定的实施例中，用于读取头中的两个或多于两个显微荧光计的自动聚焦模块可被配置成彼此进行连通。例如，用于读取头的第一显微荧光计的自动聚焦模块可被配置成整合来自用于设备的第二显微荧光计的自动聚焦模块的数据。这样，用于第一显微荧光计的自动聚焦模块可以基于所感知的第一显微荧光计的焦点位置和所感知的第二显微荧光计的焦点位置改变第一显微荧光计的焦点。因此，用于自动聚焦模块的检测器可以以通常专用于在读取头上聚焦的这样一种方式被配置而不被配置成用于分析影像采集。来自两个不同的自动聚焦模块的信息可用于确定读取头的尖端倾斜。可以基于尖端倾斜信息通过一个或多个显微荧光计的补偿驱动纠正不希望的尖端倾斜。

尽管关于导向螺杆电机对自动聚焦进行了示例，应当理解，可以使用使用了其他驱动形式的自动聚焦模块，包括例如，使用压电电机或音圈电机代替上文所示例的导向螺杆电机的那些自动聚焦模块。

读取头可以包括例如被附接到支架上的两个或多于两个显微荧光计。对于利用多通道流动池的实施例，读取头可以包括对应于流动池中的通道的数量的多个显微荧光计。如前面由图4的实例所展示的，每个流动池通道可以存在一个以上的显微荧光计。在特定的实施例中，读取头可以对每个流动通道提供单个显微荧光计。在图6A所示的示例性布置中，流动池具有四个通道，并且读取头具有四个显微荧光计。该图示出了流动池和显微荧光计的物镜的顶部平面图。为了便于展示，除了物镜没有示出显微荧光计的部件；然而，那些部件可以被定位成实现紧凑的设计，例如，沿着本文其他地方所示例的连线。如图6A所示，四个物镜可以按线性关系进行布置，使得物镜被紧密地堆积并且一条假想直线穿过每个物镜的中心点。假想线可相对于y维度偏移一定角度，y维度对应于流动池的最长维度(或扫描的方向)。所述角度在x-y象限中可以在0°和90°之间，并且可以被选择以适应流动池中的通道的间隔(以及读取头中的物镜的间隔)。图6A示出了穿过密集堆积的物镜的连线的相对较低的角度偏移，其适应相对紧密堆积的通道。可以使用较高的角度偏移以适应彼此以较大距离间隔开的通道或较不密集堆积的物镜。

图6B示出了成两行的多个物镜的布置。这里流动池包括八个通道并且读取头具有八个显微荧光计。成两行的物镜的整体堆积近似为直线形。该布置适应密集堆积的物镜和两组密集堆积的通道(即，四个密集堆积的第一组通道和四个密集堆积的第二组通道)。在该实例中，两组密集堆积的通道以比将四个一组的每组中的单独的通道间隔开的间距更大的间距间隔开。应当理解，成两行的物镜的整体堆积可以偏离直线形，以适应不同的通道布置。此外，如所述的，相对于单行的物镜，可以改变穿过两行物镜的中心的假想线的偏移角度和/或可以改变物镜之间的距离以适应不同的通道布置。

图7展示了多个物镜的布置，其中穿过物镜的中心的假想线相对于流动池的最长维度(或扫描的方向)成90°的角度。假想线沿着x轴延伸。在该实例中，物镜为两排，并且它们是六边形堆积的。六边形堆积提供在x-y平面内最紧凑的优点。读取头显示为具有六个物镜，并且流动池具有六个通道。应当理解，类似的布置可用于仅具有四个物镜的读取头或用于具有多于六个物镜(例如，如图8、图9和图13中所示的八个物镜)的读取头。通过视觉比较显然可见，流动池通道在图7的布置中比在图6的布置中间隔地更开。然而，在两种情况下的通道的间隔在有用和方便的范围内，例如，用于核酸测序应用。

如图6和图7的实例所展示的，读取头中的每个物镜可被定位成对单个流动通道的至少一部分进行成像。每个物镜可被定位成对具有几个通道的流动池的唯一的一个通道进行成像。例如，当位于特定的y-平台位置时，单个物镜可被定位成对唯一的一个通道的一部分进行成像。在y维度上进行扫描可以允许通道的全部或部分通过物镜被成像。在一些情况下，例如当在物镜(或显微荧光计的其他限制性的光学部件)的视场直径比所述通道的宽度小时，还可以在x维度上扫描物镜以对通道的全部或部分进行成像。可以定位多个物镜和它们各自的显微荧光计，使得其中几个物镜被定位成各自获取唯一的一个通道的至少一部分的影像。当然，在y和/或x方向上可以发生包含多个物镜及其各自的显微荧光计的读取头的移动，以对每个相应的通道的全部或部分进行成像。这些特定的配置可用于如以上所示例的多通道流动池。然而，应当理解，以上所述的配置和基本原理可以应用于几个单独的流动池的适当布置，每个单独的流动池仅具有单个通道。此外，如通常对于本文所述的方法和设备的情况，所述布置可以应用于基板而不是流动池。

图8中示出了具有八个显微荧光计的布置的读取头1000的透视图。每个显微荧光计具有类似于图3所示的紧凑的设计。为了便于展示，在图8中标记了仅一个显微荧光计的部件并且将在此进行描述。然而，如图8可见，显微荧光计中的每一个具有相似的部件和配置。在每个显微荧光计中存在两个激励源，包括绿色发光二极管1040和红色发光二极管1030。来自这些发光二极管的激励光分别穿过绿色发光二极管聚光透镜1075和红色发光二极管聚光透镜1076。发光二极管折叠镜1074将绿色激励辐射反射至组合器二色镜1073，该组合器二色镜1073将绿色激励辐射反射通过激光二极管分束器1072，然后通过激励投影透镜1071到达激励/发射二色镜1060，该激励/发射二色镜1060将绿色激励辐射反射通过物镜1010。红色激励辐射从红色发光二极管聚光透镜1076穿过到达组合器二色镜1073，然后红色激励辐射沿着与绿色激励辐射相同的路径。物镜1010被定位成收集发射辐射，并将其引导通过激励/发射二色镜1060，该激励/发射二色镜1060将发射辐射传送到CMOS影像传感器1080。激光二极管1301被定位成经由与透镜组1401耦合的激光二极管将辐射引导至激光二极管分束器1072，该激光二极管分束器1072将激光二极管辐射反射通过激励投影透镜1071、激励/发射二色镜1060和物镜1010。自动聚焦模块1600被耦合到物镜1010的至少部分并且被配置成上下(即沿z维度)平移物镜1010。自动聚焦模块可以但不需要包括图5中所示例的自动聚焦设备的部件。应当理解，附加的光学部件可以存在于读取头1000中，该读取头1000包括但不限于图8所示例的那些。此外，某些光学部件可以不存在于读取头1000中或者在读取头1000中被修改以适合特定应用。印刷电路板1701和1702可被配置成与检测器、自动聚焦模块和/或激励源连通。

图9示出了读取头1000的底部平面图。再次为了便于展示，在图9中标记了仅一个显微荧光计的部件并在此进行描述。红色发光二极管1030示出为与散热器1201热连通并且与红色发光二极管聚光透镜1076光学对准。在该图中，绿色发光二极管被红色发光二极管1030遮挡并且激励路径的大部分被自动聚焦模块1600遮挡。物镜1010作为CMOS影像传感器1080的一部分是可见的；然而，在该图中发射路径的大部分被遮挡。从图中明显可见，物镜被布置成两排并且成六边形堆积。

以上所描述的配置示例了读取头，其中显微荧光计中的每一个包括至少一个辐射源、分束器和检测器，其中分束器被定位成将来自激励辐射源的激励辐射引导至物镜，以及将来自物镜的发射辐射引导至检测器，其中激励辐射和发射辐射在互相正交的方向上被引导。在图8和图9所示例的实施例中，用于几个显微荧光计的检测器被布置在与物镜聚焦于其上的公共平面相对的读取头的第一侧上，辐射源的一个子集被布置在读取头的第二侧上(第二侧正交于第一侧并正交于公共平面)并且辐射源的第二子集被布置在读取头的第三侧上(第三侧与第二侧相对，正交于第一侧并正交于公共平面)。可选地，并且如图4中所示例的，用于几个显微荧光计的辐射源被布置在与物镜聚焦于其上的公共平面相对的读取头的第一侧上，检测器的第一子集被布置在读取头的第二侧上(第二侧正交于第一侧并正交于公共平面)并且检测器的第二子集被布置在支架的第三侧上(第三侧与第二侧相对，正交于第一侧并正交于公共平面)。

除了上述其中激励和发射路径是正交的实施例，其中发射和激励路径是平行的配置也是可用的。在这种情况下，一个或多个激励辐射源和检测器可以存在于读取头的同一侧上。图10中示出了一种用于显微荧光计800的示例性布局，其中来自激励源805的激励辐射穿过激励光学器件806到达棱镜表面807，该棱镜表面807将激励辐射反射到棱镜表面802，该棱镜表面802将激励辐射反射通过物镜801。发射穿过物镜801、然后通过分束器802到达投影透镜803，并且然后到达检测器804。发射路径平行于激励路径的大部分。检测器和激励辐射源位于显微荧光计的同一侧上，与检测平面相对且平行。引导件810被配置成与流动池或基板相互作用以对准物镜。在本文所述的其他显微荧光计中可以使用类似的引导件。用于显微荧光计800的布局是示例性的，用于展示激励和发射路径的平行布置的目的。可以包括其他部件，如本文其他图中所示的那些，包括但不限于自动聚焦模块。例如，用于自动聚焦模块的激励源809被示出并产生激励，该激励通过棱镜表面807并被棱镜表面802反射以穿过物镜801。几个显微荧光计800可以被布置成具有如图6和图7所示例的一行或多行的物镜。

如以上示例性的实施例所展示的，读取头可以包括多个物镜，每个物镜专用于单个显微荧光计。因此，本申请的显微荧光计可以包括多种光学部件，如一个或多个检测器、激励辐射源、分束器、透镜、反射镜等，其形成光具组，该光具组引导激励辐射通过单个物镜和/或接收通过单个物镜的发射辐射。在这样的实施例中，物镜可以被配置为具有宽视场的微距透镜。在可选的实施例中，本申请的显微荧光计可以包括多种光学部件，其引导通过几个物镜的激励辐射和/或接收通过几个物镜的发射辐射。因此，单个显微荧光计可以包括包含几个物镜的几个光具组。在每个显微荧光计包括几个物镜的实施例中，物镜可以可选地被配置为微距透镜阵列。在特定的显微荧光计中的几个物镜中的每一个物镜(例如，在微距透镜阵列中的每个微距透镜)可以可选地被配置用于独立聚焦，由此每一个物镜可以在z维度上独立于同一显微荧光计中的其他物镜而移动。可选地或另外地，几个物镜可以被配置用于全局聚焦，使得它们可以全都在z维度上一起移动。

应当理解，本文所述的读取头的各个部件可以以各种方式进行混合和匹配以实现与本文所示例的那些类似的功能。例如，如在前面段落中所述的，读取头可以包括几个物镜并且那些物镜中的每一个可专用于单个显微荧光计，或者可选地，那些物镜中的几个可以由单个显微荧光计共享。类似地，并且如本文前面所述的，每个显微荧光计可以包括至少一个专用激励源，或者可选地，两个或多于两个显微荧光计可以从共享的辐射源接收激励辐射。因此，在特定的读取头中的显微荧光计的数量和本文所示例的用于任何显微荧光计实施例的部件的数量之间不需要一一对应。相反，如用于显微荧光计中的本文所示例的部件中的一个或多个可被特定的读取头中的几个显微荧光计所共享。

本申请的读取头尤其可用于扫描方法和设备，例如，由于提供低惯性的其相对紧凑的尺寸和轻的质量。减小的惯性使得读取头在运动之后更快地停下，从而使得比更高惯性的读取头更快速地获得高分辨率影像，对于读取头的残余运动将造成模糊或分辨率的损失。将在下面进一步详细阐述用于实现读取头的运动的配置。然而，首先应当注意，低惯性的优点，并不意在对本文所述的设备或方法进行限定或要求。相反，本申请的读取头针对全部或部分的检测协议可以被保持在静止位置。例如，可以使用读取头进行测序方法(如使用本文所述的流体和成像步骤的那些测序方法)，所述读取头在测序方法的至少一个以及或许所有的循环期间是静态的。

如静态读取头实施例的第一个实例，读取头可包括足够数量的显微荧光计以对表面或其他对象的所需部分进行检测或成像。因此，读取头不需要在x或y维度上移动。例如，几个显微荧光计可以被线性地布置成沿着流动池通道的整个长度(或至少沿着有效目标长度)捕获影像帧。类似地，使用如本文所述的几排显微荧光计的适当的堆积布置，(存在于一个或多个流动池中的)几个流动池通道可以沿其整个长度(或至少沿着有效目标长度)进行成像。如本文之前所述，针对各个通道获得的影像帧可以是但并不必须是连续的。

如静态读取头实施例的第二个实例，读取头可相对于x和y维度维持在某一固定位置，同时在x和/或y维度上对正由读取头进行检测的基板进行平移。例如，可以提供一种具有平移平台的设备，所述平移平台被设置成将基板呈现给读取头。平移平台可以步进或连续运动进行移动以允许静态读取头扫描基板。在特定的实施例中，基板是可以被固定到平移平台的流动池。流动池可作为如下文所示例的那些流体卡盘的一部分被平移，或者流动池可以独立于任何流体卡盘被平移。因此，平移平台可被配置成固定流动池所附接的流体卡盘并沿着流动池移动流体卡盘或者平移平台可被配置成仅移动流动池同时流体卡盘保持在静态或固定位置中。

根据以上实例，可以通过扫描头(或显微荧光计)的实际运动、基板的实际运动，或两者的实际运动来实现扫描头(或显微荧光计)和基板之间的相对运动。应当理解，在以上第一和第二示例性实施例中所涉及的静态读取头相对于z维度上的运动不必是静态的。相反，静态读取头可以包括一个或多个具有自动聚焦模块的显微荧光计。可选地或另外地，读取头可以作为整体在z维度上移动，例如，以实现至少以粗略的估计的全局聚焦。

现在返回到读取头被平移的实施例中，图11和图12分别示出了用于读取头的示例性y平移平台200的顶视图和底视图。在该示例性实施例中，y平台被配置成用于在y维度上但不在x维度上的平移。因此，由y平移平台200携带的读取头将能够在y维度上运动并且其中的读取头或各个显微荧光计可能能够(例如，经由自动聚焦)在z维度上运动，但是读取头将不能够在x维度上运动。读取头可被固定到具有被定位以支撑读取头的底侧的基座区域241和被配置成限制读取头从一侧到另一侧运动的框架240的支架201。支架201还包括凸缘引导件243和项圈引导件242。在基座区域241中的开口244在读取头和将由读取头进行检测的基板之间提供窗口。支架201的上述部件可以形成整体结构。

支架被配置成经由第一轴203和第二轴204沿y平台框架207移动，项圈引导件242沿着第一轴203延伸且凸缘引导件243沿着第二轴204延伸。所述轴沿着y轴线定向，使得经由引导件引导支架201以沿着y维度来回滑动。通过插入到第一侧壁250中的基准215以及插入到第二侧壁251中的基准218将第一轴203保持到y平台框架207。第一轴203由支撑构件252夹紧到基准215中且由支撑构件253夹紧到基准218中。通过插入到第一侧壁250中的基准214以及插入到第二侧壁251中的基准217将第二轴204保持到y平台框架207。第二轴204由轴夹紧件206夹紧到基准214中以及由轴夹紧件205夹紧到基准217中。

支架201的运动由导向螺杆202的旋转所驱动，导向螺杆202通过导向螺母260拧入并且通过插入到第一侧壁250中的基准以及插入到在第二侧壁251中的基准219被固定到y平台框架207。导向螺杆202通过夹紧第一轴203的相同的支撑构件252和253被夹紧在位。导向螺杆202的旋转由电机212驱动，该电机212被安装到支撑构件252。编码器208被配置成经由皮带210与电机212相互作用，该皮带210与编码器上的转子209和电机212上的转子211相互作用。皮带张紧器220与皮带210相互作用。

开口230经过y平台框架207的底板216。开口230被定位成当支架201横过y平台框架时适应支架201的基座区域241中的开口244的轨迹。读取头被定位在支架中，使得通过开口244以及通过开口230沿着支架所横过的轨迹引导物镜。因此，开口230经由被固定到支架的读取头的运动适应沿着y轴线的细长区域的成像。

图13中示出了y平移平台200和读取头1000之间的结构和功能关系。相对于y平移平台200的扫描方向的物镜1010的定向类似于图7中所示例的(只是读取头1000具有附加的两个物镜)。流动池可以相对于如图7所示的y平移平台200来定向。

如上面所示例，支架可被配置成例如在扫描操作中移动读取头。可选地或另外地，支架可被配置成防止读取头的各个显微荧光计之间在x和y维度上的相对运动。例如如果读取头包括防止各个显微荧光计之间的相对横向运动的其他结构元件，支架不需要提供这一功能。例如，读取头可以由共同模塑的组件形成。共同模塑的组件也可被固定到支架。然而，在一些实施例中，支架在防止读取头的各个显微荧光计之间的相对横向运动中可以至少起到辅助作用。此外，应当理解，由共同模塑的组件形成的读取头可以用于没有采用支架的实施例中。

用于本文所述的方法或设备中的y平台可被配置成经由不连续或连续运动进行扫描。不连续的扫描，经常称为步进扫描，通常涉及显微荧光计或扫描头在y(或x)方向上的增量运动以及运动之间的检测(例如，影像获取)，同时显微荧光计或扫描头处于临时静止状态。另一方面，连续扫描通常涉及检测或影像获取，同时显微荧光计或扫描头在移动。在特定的实施例中，可以以时间延迟积分(TDI)模式进行连续扫描。因此，由像素元件沿扫描维度获得的信号可被收集在公共区段中，并作为单一的值来读出。TDI模式可提供增加的信号处理速率和增加的精确度的优点。例如在US7,329,860中描述了可被包括在显微荧光计或读取头中以适应TDI模式检测的示例性光学布置，所述文献在此引入作为参考。

编码器或其他装置可以控制显微荧光计或扫描头在x或y维度上的运动，例如以适应连续或非连续的扫描方式。在y-平台200的实例中，编码器208可以控制运动。如本文之前所述，扫描(无论通过连续或不连续技术)可导致从被检测的基板或其他对象获取连续或不连续的帧。因此，通过扫描进行成像的部分的总和可以是连续的(但不重叠)、不连续的或重叠的。系统不需要被配置成获取整个基板或对象(例如，阵列表面)的影像并且不需要以使得产生合成影像的方式来这样做。

图14中示出了一种用于检测设备的电气框图。读出印刷电路板(PCB)存在于读取头(参见，例如，图8中的PCB1701和1702)中并且被连接到通常包含在检测设备壳体内的主PCB。在可选的实施例中，主PCB可位于仪器的外部。可以经由LVDS线路在读出PCB和主PCB之间传送数据。例如，节距为0.5mm、电导率为36的扁平柔性电缆(FFC)可用于LVDS线路。LVDS线路可被配置成将影像数据从读出PCB传送到主PCB，以及将用于摄像机控制的指令从主PCB传送到读出PCB。这两个PCB也通过电源线(如铜背衬的、节距为1mm、电导率为30的FFC)连接，所述FFC经由主PCB传输来自24伏电源的电力。FFC连接被配置成具有足够的长度和柔性，以使得读出PCB随着读取头移动，同时主PCB保持静止。

在图14的实例中，主PCB也经由USB3.0SSI/F连接器连接到外部主要分析个人计算机(PC)。在一些实施例中，主要分析计算机可以位于检测设备的壳体内。然而，放置主要分析计算机脱离仪器允许用于不同应用的各种计算机的可互换使用、不必中断检测设备的活动而替换主要分析计算机的方便维护、以及检测设备的小的占地面积。可以使用多种计算机中的任一种，包括例如台式计算机、膝上型计算机或服务器，所述服务器包含与存取存储器可操作连通的处理器和用于本文所描述的计算机实现的方法的实现指令。主PCB还连接到液晶显示器(LCD)，用于与人类用户通信。同样可以使用其他用户接口。

在一些实施例中，用户接口可以包括显示或请求来自用户的信息的显示器(例如，LCD)以及接收用户输入的用户输入装置(例如，键盘)。在一些实施例中，显示器和用户输入装置是相同的装置。例如，用户接口可以包括触敏显示器，该触敏显示器被配置成检测个体的触摸的存在并识别显示器上的触摸的位置。然而，可以使用其他用户输入装置，如鼠标、触摸板、键盘、小键盘、手持扫描仪、语音识别系统、运动识别系统等。

读出PCB包括用于将数据从各个传感器(即检测器)传送到LVDS线路的八个DS90CR217发射机、3.3伏切换调节器、5伏切换调节器以及用于LED激励辐射源的LED降压驱动器。

主PCB包括被配置成接受来自LVDS的影像数据的FPGA+处理器。DDR3DIMM帧缓冲器电连接到FPGA+处理器。主PCB还包括用于各种驱动电机的热控制调节器和控制电路，如y轴电机，卡盘电机，阀电机以及泵电机。

本申请还提供一种对基板进行成像的方法，包括以下步骤：(a)提供在表面上包括荧光特征的基板；(b)使用多个显微荧光计获取表面的第一部分的多个宽视场影像，其中显微荧光计中的每一个从表面的不同位置获取宽视场影像，其中所述多个显微荧光计被固定到支架；以及(c)在平行于表面的方向上平移支架并针对表面的第二部分重复(b)。该方法可以使用本文其他地方所述的任何一种设备，但是不限于在所有实施例中。

可以发现本方法的实施例特别适用于核酸测序技术。例如，合成测序(SBS)协议是特别适用的。在SBS中，监测核酸引物沿核酸模板的延伸以确定模板中的核苷酸序列。潜在的化学过程可以是聚合(例如，如被聚合酶催化)或连接(例如，被连接酶催化)。在特定的基于聚合酶的SBS实施例中，以依赖于模板的方式将荧光标记的核苷酸加入到引物(从而延伸引物)，使得可以使用添加至引物的核苷酸的顺序和类型的检测来确定模板的序列。在可以区分不同模板发生的事件的条件下，多个不同的模板可以在表面上经受SBS技术。例如，模板可存在于阵列的表面上，使得不同模板在空间上可相互区分。通常模板出现在特征处，每个特征具有相同模板的多个拷贝(有时称为“簇”或“群落”)。然而，也可以在阵列上执行SBS，其中每个特征有单个模板分子存在，使得单个模板分子彼此可分辨(有时称为“单个分子阵列”)。

流动池提供用于容纳核酸阵列的便捷的基板。流动池便于测序技术，因为所述技术通常涉及反复循环输送试剂。例如，为了启动第一SBS循环，一个或多个标记的核苷酸、脱氧核糖核酸(DNA)聚合酶等可以流入/流经容纳核酸模板阵列的流动池。例如使用本文所述的方法或设备，可以检测到其中引物延伸使得标记的核苷酸掺入的那些特征。任选地，核苷酸还可以包括可逆终止性质，一旦核苷酸被添加至引物，其终止进一步的引物延伸。例如，可以将具有可逆终止子部分的核苷酸类似物加入到引物中，使得直到脱保护剂被输送以去除所述部分时才发生后续延伸。因此，对于利用可逆终止的实施例，脱保护剂可以(在检测发生之前或之后)被输送到流动池。在多种输送步骤之间可以进行清洗。然后可以重复该循环n次以由n个核苷酸来延伸引物，从而检测长度为n的序列。例如在Bentley等人的Nature456:53-59(2008)、WO04/018497、US7,057,026、WO91/06678、WO07/123744、US7,329,492、US7,211,414、US7,315,019、US7,405,281和US2008/0108082中描述了示例性的测序技术，所述文献在此引入作为参考。

对于SBS循环的核苷酸输送步骤，或者可以每次输送单一类型的核苷酸，或者可以输送多个不同的核苷酸类型(例如，A、C、T和G一起)。对于核苷酸输送配置，其中每次仅存在单一类型的核苷酸，不同的核苷酸不需要具有不同的标记，因为可以基于在个性化的输送中固有的时间间隔对它们进行区分。因此，测序方法或设备可使用单色检测。例如，显微荧光计或读取头仅需要提供单一波长处或在单一波长范围内的激励。因此，显微荧光计或读取头只需要具有单个激励源并且激励的多频带过滤不是必需的。对于核苷酸输送配置，其中输送导致多个不同的核苷酸同时存在于流动池中，可以基于被附接到混合物中的各自的核苷酸类型的不同的荧光标记区分结合不同的核苷酸类型的特征。例如，可以使用四个不同的核苷酸，每个具有四个不同的荧光团中的一个。在一个实施例中，可以使用光谱的四个不同区域中的激励区分四个不同的荧光团。例如，显微荧光计或读取头可以包括四个不同的激励辐射源。可选地，读取头可以包括少于四个不同的激励辐射源，但可利用来自单个源的激励辐射的光学过滤以在流动池中产生不同范围的激励辐射。

在一些实施例中，可以使用少于四个不同颜色检测样品(例如，核酸特征阵列)中的四个不同的核苷酸。作为第一个实例，可以在相同的波长处检测一对核苷酸类型，但基于这一对中的一个与另一个比较在亮度上的差异，或基于这一对中的一个的改变(例如，经由化学改性、光化学改性或物理改性)进行区分，所述改变使得视在信号与针对这一对的另一个检测到的信号相比出现或消失。作为第二个实例，在特定条件下可检测四个不同的核苷酸类型中的三个，同时第四个核苷酸类型缺少在那些条件下可检测的标记。在第二个实例的SBS实施例中，可以基于其各自信号的存在确定前三种核苷酸类型掺入核酸，并且可以基于任何信号的不存在确定第四种核苷酸类型掺入核酸。作为第三个实例，可以在两个不同的影像中或在两个不同的通道中(例如，可以使用具有相同基料但不同标记的两种物种的混合物，或者可以使用具有两个标记的单个物种或可以使用具有在两个通道中检测到的标记的单个物种)检测一种核苷酸类型，而在不超过一个的影像或通道中检测其他核苷酸类型。在该第三个实例中，两个影像或两个通道的比较用来区分不同的核苷酸类型。

上述段落中的三个示例性配置不是互相排斥的，并且可以以各种组合来使用。一个示例性的实施例是SBS方法，该SBS方法使用具有荧光标记的可逆地封闭(blocked)核苷酸(rbNTP)。以这种格式，四种不同的核苷酸类型可以被输送到待测序的核酸特征阵列并且由于可逆封闭基团，将在每个特征处发生唯一的一个掺入事件。在该实例中被输送到阵列的核苷酸可以包括在第一通道中检测到的第一核苷酸类型(例如，当由第一激励波长激励时，具有在第一通道中检测到的标记的rbATP)、在第二通道中检测到的第二核苷酸类型(例如，当由第二激励波长激励时，具有在第二通道中检测到的标记的rbCTP)、在第一和第二通道中检测到的第三核苷酸类型(例如，当由第一和/或第二激励波长激励时，具有在两个通道中检测到的至上一个标记的rbTTP)、以及缺少在任一通道中检测到的标记的第四核苷酸类型(例如，不具有外部标记的rbGTP)。

一旦四种核苷酸类型与上面实例中的阵列相接触，可以进行检测过程，例如以捕获阵列的两个影像。可以在独立的通道中获得影像，并且可以同时或顺序地获得影像。使用第一通道中的第一激励波长和发射获得的第一影像将显示掺入第一和/或第三核苷酸类型(例如，A和/或T)的特征。使用第二通道中的第二激励波长和发射获得的第二影像将显示掺入第二和/或第三核苷酸类型(例如，C和/或T)的特征。可通过比较两个影像确定在每个特征处掺入的核苷酸类型的明确识别以实现以下各项：仅在第一通道中出现的特征掺入第一核苷酸类型(例如，A)，仅在第二通道中出现的特征掺入第二核苷酸类型(例如，C)，在两个通道中出现的特征掺入第三核苷酸类型(例如，T)以及在任一个通道中都不出现的特征掺入第四核苷酸类型(例如，G)。注意，可以从其他循环(其中掺入了其他三种核苷酸类型中的至少一种)确定该实例中掺入G的特征的位置。例如在美国专利申请序列号61/538,294中描述了使用少于四种颜色的检测区分四个不同的核苷酸的示例性的设备和方法，所述文献在此引入作为参考。

在测序方法中，显微荧光计可以在每个循环期间获取表面的相同区域的至少两个宽视场影像，其中使用不同的激励波长或发射波长获取所述至少两个宽视场影像中的每一个。例如，显微荧光计可以在每个循环期间获取表面的相同区域的两个、三个或四个宽视场影像，其中两个宽视场影像中的每一个检测光谱的不同区域处的荧光。可选地或另外地，显微荧光计可在给定的测序循环期间获取表面的给定区域的宽视场影像，所述宽视场影像检测不超过两个、三个或四个不同的光谱区域处的荧光。例如，显微荧光计可以在给定的循环期间在不超过两个、三个或四个不同的光谱区域中利用辐射激励流动池表面的区域，和/或显微荧光计可以在给定的循环期间在不超过两个、三个或四个不同的光谱区域中从表面的给定区域获取宽视场影像。可以在不同时间(例如，依次)获得不同的宽视场影像或在一些实施例中，可以同时获得两个或多于两个宽视场影像。

在本申请的上下文中，“区域的不同的宽视场影像”是指在不同的激励和/或发射条件下获取的相同区域的两个或多于两个宽视场影像。可选地，可以在相同或至少相似的激励和发射条件下获取相同区域的两个或多于两个单独的宽视场影像。例如，可以在给定荧光检测条件下获得给定对象的区域的多个帧，并且帧可以叠加。相比于在相同的条件下获得单个帧，叠加可以提供增加信噪比的优点。又一个实例是，与在延长的时间段内样品的连续激励相比(其可以或不可以实现相似的信号强度或信噪比)，可以结合脉冲激励进行叠加以减小对样品的光损伤。

在一些实施例中，核酸可以在测序之前或期间被附着到表面上并被放大。例如，可以使用桥式扩增进行扩增以在表面上形成核酸簇。例如在US5,641,658、US2002/0055100、US7,115,400、US2004/0096853、US2004/0002090、US2007/0128624、或US2008/0009420中描述了有用的桥式扩增方法，所述文献的每一篇在此引入作为参考。在表面上扩增核酸的另一种有用的方法是滚环扩增(RCA)，例如，如在Lizardi等人的Nat.Genet.19:225-232(1998)和US2007/0099208A1中所描述的，所述文献的每一篇在此引入作为参考。也可以使用在微珠上的乳剂PCR，例如，如在Dressman等人的Proc.Natl.Acad.Sci.USA100:8817-8822(2003)、WO05/010145、US2005/0130173或US2005/0064460中所描述的，所述文献的每一篇在此引入作为参考。

如上所述，测序实施例是重复处理的实例。本申请的方法非常适于重复处理。下文阐述了一些实施例。

本申请提供了一种对基板进行成像的方法，包括以下步骤:(a)提供在表面上包括荧光特征的基板；(b)使用多个显微荧光计获取表面的第一部分的多个宽视场影像，其中显微荧光计中的每一个从表面的不同位置获取宽视场影像，其中所述多个显微荧光计被固定到支架；(c)在平行于表面的方向上平移支架并针对表面的第二部分重复(b)；以及(d)将支架返回到获取表面的第一部分的第二多个宽视场影像的位置。任选地，该方法可以进一步包括在(c)之后以及在(d)之前修改表面上的荧光特征的步骤，其中第二多个宽视场影像与第一多个宽视场影像不同。

在特定的实施例中，上述方法的步骤(a)至(c)对应于测序技术的(一个或多个)检测步骤。在相关的实施例中，由此支架被返回的步骤(d)对应于测序技术的第二循环。在该实例中，表面上的荧光特征的修改可以包括测序技术的生化步骤中的一个或多个。上面阐述了可用于该方法中的示例性的测序技术或者另外其在本领域中是已知的。

还提供的是流体卡盘，其包括(a)具有光学透明表面、入口和出口的流动池；以及(b)由光学不透明且不透过含水液体的材料制成的壳体，其中所述壳体保持:(i)样品贮存器；(ii)样品贮存器和流动池的入口之间的流体线路；(iii)经由流动池的入口与流动池流体连通的多个试剂贮存器；(iv)至少一个阀，其被配置成协调贮存器和流动池的入口之间的流体连通；以及(v)至少一个压力源，其被配置成将液体从样品贮存器或试剂贮存器经由流动池的入口移动到流动池，其中光学透明窗口中断壳体以及入口中断壳体，其中入口与样品贮存器流体连通，并且其中光学透明表面位于窗口中。

图1中示出并且上文描述了示例性的流体卡盘10的外部视图。图15示出了流体卡盘2000的分解视图。流体卡盘的壳体由与基座2002相配合的外壳2001形成。外壳在如图所示的流体卡盘的上侧并且包括用于流动池2020的接收区域2009。流动池经由窗口2010暴露到壳体的外部。外壳中的一个或多个端口2013允许样品或其他试剂被输送到流体卡盘2000的内部中的贮存器。基座2002包括被配置成容纳试剂托盘2003的开口2012。试剂托盘2003可以通过以某种方法插入到开口2012与流体卡盘接合，该方法为托盘中的各个试剂贮存器与用于将试剂输送到流动池的各个流体线路流体连通。壳体还包含与泵相接以使试剂移动通过流体线路的阀2005和2006。还包含在壳体内的是具有入口2011的废物袋2004，所述入口2011与来自流动池2020的流体线路相接。

流体卡盘的壳体(例如，流体卡盘2000的外壳2001和/或基座2002)可以由对光谱的特定部分中的辐射不透明的材料制成。例如，壳体对于UV、VIS和/或IR辐射可以是不透明的，以便保护试剂免受由于在这些波长处的辐射导致的光损伤。例如，对于UV辐射是不透明的材料有益于避免在测序反应中使用的其他试剂中对核酸的光损伤。作为另一个实例，可能希望使用对由在测序反应中作为标记使用的荧光团所吸收的波长范围内的辐射不透明的材料。

用于流体卡盘的壳体通常将对容纳在其中的液体是不可渗透的。因此，除了保持在其内的贮存器，壳体可提供二次阻挡。示例性的材料包括塑料，如聚碳酸酯或聚苯乙烯，或金属(如铝)或不锈钢。对容纳在流体卡盘中的试剂呈化学惰性的材料通常是合适的。在流体卡盘中的各个贮存器或其他流体部件将具有流体不渗透性的类似特性并且同样可选地为不透明的。材料可以是刚性的或柔性的。例如，本文所述的或者在流体卡盘中使用的多个试剂贮存器中的任一个可以是如废物贮存器2004的例子所示的柔性袋。

如图1和图15所示例的，流体卡盘可被配置成在壳体内包含各种部件。例如，在各个实施例中，本文所述的流体部件中的一个或多个可以被完全包含在壳体内。事实上，在特定的实施例中，特定实施例的所有流体部件可以被完全包含在流体卡盘中。例如，卡盘壳体可以包含一个或多个样品贮存器、一个或多个试剂贮存器、一个或多个废物贮存器、一个或多个混合物贮存器、被配置成协调贮存器和流动池之间的流体连通的一个或多个阀、被配置成将液体从贮存器移动到流动池的一个或多个压力源、或在贮存器和流动池之间的一个或多个流体线路。然而，应当理解，在一些实施例中，一些流体部件的至少一部分可存在于壳体的外部。例如，通过其进行检测的流动池的表面可在卡盘壳体的外部。

在特定的实施例中，流体卡盘可以包括接收区域，其大小例如通过压缩配合能够紧紧地保持住流动池。然而，在其他实施例中，接收区域可以比存在于或将存在于流体卡盘中的流动池的占地面积更大。因此，流动池可以占据壳体中的容放空间，所述壳体的大小与形状设计成可使流动池相对于壳体浮动。适应流动池的浮动的配置可以有利于在将流体卡盘放置在仪器中之后流动池与检测设备的光学部件的对准。例如当销被预对准到检测设备的读取头的显微荧光计时，可以通过由检测设备将一个或多个对准销插入到接收区域中实现对准。相应地，接收区域可以包括用于至少一个对准销或其他对准部件的配件。在美国序列号13/273,666(公布为US2012/0270305A1)中描述了用于对准可适合于本申请的流体卡盘的浮动流动池的示例性配置，所述文献在此引入作为参考。在利用流动池浮动的实施例中，从流动池到卡盘的其他流体部件的流体连接通常将是柔性的。例如，柔性管能够将流动池连接到卡盘的固定流体部件上。

本申请的流体卡盘不需要包括本文所述的检测装置或其他检测部件。例如，流体卡盘可被配置成排除如本文所述的或可用于本文所述的方法中的那些检测器、显微荧光计或读取头。在核酸测序实施例中，被用于检测流体卡盘的流动池(或其他基板)中的核酸的检测器、显微荧光计或读取头可以位于用于流体卡盘的壳体的外部。类似地，对于其他实施例，被用于检测基板的特定特性的检测器、显微荧光计或读取头可以从用于流体卡盘的壳体内排除，相反它们位于壳体之外。应当理解，在至少一些配置中，可以从流体卡盘排除一种类型的检测器，而可以存在其他类型的检测器。例如，流体卡盘可以排除用于检测流动池中的核酸的检测装置，但可以包括用于评估卡盘中的流体的特性或评估卡盘的部件的检测器。更具体地说，卡盘可以包括用于在卡盘中使用的流体的温度、压力、流速或其他特性的检测器。可以从流体卡盘排除的部件的其他实例包括但不限于，光学滤光器、透镜、物镜、摄像机(例如，CCD摄像机或CMOS摄像机)，激励辐射源(例如，LED)等。

图16中示出了一种用于示例性流体卡盘的流体图。流动池2020具有八个通道，每个通道与分别由入口阀2044驱动的八个单独的流体线路(共同标记为2047)中的一个流体连接。入口阀2044控制来自四个样品贮存器2030的流体通过2033的流动。入口阀2044还控制来自几个SBS试剂贮存器2035和来自几个扩增试剂贮存器2036的流体的流动。试剂选择阀2043控制来自SBS试剂贮存器2035的流体的分布和流动。位于试剂选择阀2043的上游的试剂选择阀2042控制来自扩增试剂贮存器2036的流体的分布和流动。因此，试剂选择阀2043被定位成控制来自SBS试剂贮存器2035和扩增试剂贮存器2036的试剂的分布和流动。

通过图16的系统的流体的流动由八个单独的注射泵2051至2058驱动。注射泵被定位成通过流体系统抽出流体并且每个泵可以单独地由阀2045驱动。因此，通过流动池的每个通道的流动可由专用压力源单独控制。阀2045还被配置成控制到废物贮存器2060的流体的流动。

图16示例了一种流体系统，其中流体通过下游注射泵的作用被抽出。应当理解，有用的流体系统可以使用其他类型的装置代替注射泵来驱动流体，包括例如正压或负压的蠕动泵、隔膜泵、活塞泵、齿轮泵或阿基米德螺旋。此外，这些和其他装置可被配置成将流体从相对于流动池的下游位置抽出或将流体从上游位置推送。

图16也示例了用于流动池的八个通道的八个注射泵的使用。因此，流体系统包括等同于使用中的通道的数量的多个泵。应当理解，可用于本申请的流体卡盘中的流体系统可具有比使用中的通道的数量更少的泵(或其他压力源)。例如，几个通道可以流体地连接到共用的泵并且阀可用于驱动通过单独的通道的流体流动。

图17中示出了示例性的旋转阀400。可以在如下面所述的测序过程的背景下理解旋转阀400的结构和功能。当然，应当理解，该阀可以以类似的方式用于其他应用。在四个不同样品将被流体地处理的测序方案中，旋转阀400可以充当使用45度节距的四个样品注射旋转阀，也可以充当用于对试剂进行测序的四比一歧管。在图17的顶部视图中，旋转阀400a被定位成允许从公共试剂贮存器401到流动池的四个通道的流动。更具体地，在该位置，流体可以从公共试剂401通过端口402(经由端口411)流到通道1、(经由端口412)流到通道2、(经由端口413)流到通道3以及(经由端口414)流到通道4。然而，因为端口421、422、423和424对于来自端口402的流闭合，所以在该位置，流体不从样品贮存器S1、S2、S3或S4流出。因为端口411、412、413和414对于分别来自端口421、422、423和424的流打开，所以45度将旋转阀400b转到图17的底部视图中所示的位置，从而允许注射样品S1、S2、S3和S4。然而，在该位置，来自端口402的流被闭合，从而阻止公共试剂到流动池的通道的流动。

在特定的实施例中，流体卡盘可被配置成允许一个或多个试剂的重复使用。例如，流体卡盘可被配置成将试剂输送到流动池，然后从流动池移除试剂，再然后将试剂重新导入流动池。在一种配置中，如图18所示例的，卡盘流体可被配置成使得试剂贮存器与流动池的入口端口流体连通以及流动池的出口端口也与试剂贮存器流体连通。可以在如图18所示的类似的试剂回路的歧管网络中重复使用试剂中的一个或多个。例如，阀522控制从清洗贮存器524、IMX贮存器525、SMX贮存器526、CLM贮存器527和切割贮存器528到流动池520的流动。泵521在流动池520的下游且在阀523的上游。阀523控制从流动池520到废物贮存器535、IMX贮存器525、SMX贮存器526、CLM贮存器527和切割贮存器528的流动。

在测序循环的背景下本文将描述与上面图18的部件连接的流体线路，其中试剂从贮存器被输送到流动池并且所使用的试剂从流动池被输送到各个贮存器。在下面所示例的循环的所有步骤中，在由泵521产生的压力的作用下移动流体。在循环的第一个步骤中，通过打开到线路501的阀522以及打开到线路505的阀523清洗流动池，使得流体经由穿越流动池520的阀522和阀523之间的路径从清洗贮存器524流到废物贮存器535。对于图18描述的所有步骤，阀522和阀523之间的路径从阀522通向线路502，到流动池520的入口530、通过流动池520的通道531、通过流动池520的出口532、通过线路503、到达泵521，并且然后通过线路504到达阀523。在循环的第二个步骤中，通过打开到线路506的阀522和打开到线路505的阀523将IMX引入到流动池，使得流体经由穿越流动池520的阀522和阀523之间的路径从IMX贮存器525流到废物贮存器535。在循环的第三个步骤中，通过打开到线路501的阀522和打开到线路510的阀523将使用的IMX从流动池520移动到IMX贮存器525，使得清洗流体从穿越流动池520的阀522和阀523之间的路径中替换IMX。在循环的第四个步骤中，通过打开到线路507的阀522和打开到线路505的阀523将SMX引入到流动池520，使得流体经由穿越流动池520的阀522和阀523之间的路径从SMX贮存器526流到废物贮存器535。在循环的第五个步骤中，通过打开到线路501的阀522和打开到线路511的阀523将使用的SMX从流动池520移动到SMX贮存器526，使得清洗流体从穿越流动池520的阀522和阀523之间的路径中替换SMX。可以重复类似的步骤对以(1)将CLM试剂引入到流动池并且将使用的CLM试剂返回到CLM贮存器，以及(2)将切割试剂引入到流动池并且将使用的切割试剂返回到切割贮存器。

图19中示出了提供试剂重复使用的流体配置的另一个实例。在该实例中，用于卡盘的流体被配置成使得每个试剂贮存器与流动池620的单个端口流体连通。往复流动允许每种试剂从贮存器流到流动池620以及从流动池620流回贮存器，其中试剂流入流动池620和试剂从流动池620流出通过流动池620的同一端口发生。图19中示例了四种试剂的重复使用，但是流体系统可被配置成以类似的往复格式重复使用更多或更少的试剂。如图19所示，阀622控制流动池620和以下各项中的每一项之间的流体的流动：清洗贮存器624、IMX贮存器625、SMX贮存器626、CLM贮存器627和切割贮存器628。在流动的第一方向上，泵621被配置成经由线路603将流体从流动池620中抽出以及经由线路605将流体推送到废物贮存器635。

在测序循环的背景下本文将描述与上面图19的部件连接的流体线路，其中试剂从贮存器被输送到流动池并且所使用的试剂从流动池被输送到各个贮存器。在循环的第一个步骤中，通过打开到线路601的阀622清洗流动池，使得流体从清洗贮存器624流到废物贮存器635。阀622和废物贮存器635之间的路径从阀622到线路602、到流动池620的端口630、通过流动池620的通道631、通过流动池620的端口632、通过线路603到达泵621，并且然后通过线路605到达废物贮存器635。在循环的第二个步骤中，通过打开到线路606的阀622将IMX引入到流动池，使得流体从IMX贮存器625通过阀622流到线路602、到达流动池620的端口630、通过流动池620的通道631、通过流动池620的端口632，并且部分通过线路603(从而将残余清洗溶液留在通过其到泵621的线路603的下游部分)。在循环的第三个步骤中，通过打开到线路606的阀622和反转泵621的方向将使用的IMX试剂从流动池620返回到IMX贮存器625，使得使用的IMX试剂从流动池620经由流动池620的端口630、到达流体线路602、通过阀622、然后通过到IMX贮存器625的流体线路606返回到IMX贮存器625。在步骤三期间，从泵621到IMX贮存器625的流动发生足够长时间，使得IMX试剂的一部分返回到IMX贮存器625，但是不足以长到引起大量的残余清洗溶液从线路603进入IMX贮存器625。在循环的第四个步骤中，如针对第一步骤所描述的那样清洗流动池。在循环的第五个步骤中，通过打开到线路607的阀622将SMX引入到流动池，使得流体从SMX贮存器626通过阀622流到线路602、到达流动池620的端口630、通过流动池620的通道631、通过流动池620的端口632，并且部分通过线路603(从而将残余清洗溶液留在通过其到达泵621的线路603的下游部分)。在循环的第六个步骤中，通过打开到线路607的阀622和反转泵621的方向将使用的SMX试剂从流动池620返回到SMX贮存器626，使得使用的SMX试剂从流动池620经由流动池620的端口630、到达流体线路602、通过阀622、然后通过到SMX贮存器626的流体线路607返回到SMX贮存器626。类似于步骤三，在步骤六期间的来自泵621的流动使得SMX试剂的部分返回到SMX贮存器626，但是很少乃至没有残余清洗溶液从线路603进入SMX贮存器626。可以重复类似的三组步骤以(1)将CLM试剂引入到流动池620，将使用的CLM试剂返回到CLM贮存器627并且清洗流动池620，以及(2)将切割试剂引入到流动池620，将使用的切割试剂返回到切割贮存器628以及清洗流动池620。

图18和图19的实例示出了用于每个试剂的单独的贮存器。因此，使用的试剂与相同类型的未使用的试剂混合可以出现在整个流体过程中。在该实施例中，贮存器中重复使用的试剂的部分随着每个流体循环而增加。因此，可以提供足够大容量的初始试剂以适应可能出现的任何稀释或污染，同时保持总反应质量的理想水平。

作为每个试剂的单独的贮存器的使用的替换，流体系统可包括用于每种类型的试剂的几个贮存器。贮存器中的每一个可被配置成用于重复使用。然而，每个贮存器可以受到数量少于用于流动池的循环的数量的多个混合事件的影响。因此，可以提供适当数量的用于每种试剂类型的贮存器以适应所需数量的用于流动池的循环以及有限数量的每种试剂可接受的重复使用的循环。例如，对于特定的试剂可以提供十个贮存器，以便适应具有一百个循环以及将只被使用10次的试剂(即重复使用9次)的流体过程。在该实例中，一旦十个贮存器中的一个被抽出十次，系统可以切换到十个贮存器中的另外一个。例如，通过将附加贮存器接合到阀522和阀523或通过将每个子组的贮存器与阀522的上游和阀523的下游的专用阀接合，多个试剂贮存器可被配置用于在图18所示的示例性系统中重复使用。以图19为例，(在流动池的输入方向，其在流动池输出方向的阀622的下游)通过将附加贮存器接合到阀622或通过将每个子组的贮存器与阀622的上游的专用阀接合，多个试剂可被配置用于重复使用。

对于重复使用给定试剂的另一种有用的配置是利用一种与试剂贮存器相分离的补充贮存器。以图18的配置为例，线路510、511、512和513可以流到相应的补充贮存器，使得试剂在与流动池接触后不被引导回试剂贮存器525、526、527和528。然后，使用的试剂可以经由阀522中的不同端口或经由单独的阀从相应的补充贮存器被输送到流通池。以图19的流体系统为例，补充贮存器可以被添加到系统并且端口可以被添加到阀622，以将使用的试剂引导到补充贮存器。因此，试剂与流通池接触后，阀622的驱动可被用于将使用的试剂引导到补充贮存器来代替到试剂贮存器625、626、627和628。对于包括补充贮存器的各实施例，所述补充贮存器包括但不限于图18和图19所示例的那些，来自几个循环的(特定类型的)使用的试剂可以在重复使用之前在补充贮存器中进行混合。可选地，使用的试剂可以被连续重复使用，从而没有在补充贮存器中进行混合。无论使用的试剂是否被混合，一旦试剂被重复使用了预定的或者所希望的次数，那么使用的试剂可以被发送到废物贮存器，并且补充贮存器随着使用的试剂的随后的等分再次用于随后的循环。

图18图19所示的配置是示例性的。其他配置是可能的，同样用以实现在待定过程中使用的一个或多个试剂的重复使用。应当理解，在一些试剂重复使用的配置中，用于试剂重复使用的流体配置只被用于特定过程中使用的试剂的子组。例如，第一子组试剂可以是足够强以被重复使用，而第二子组在单次使用之后容易受到污染、降解或其他不希望的影响。因此，流体系统可以被配置用于第一子组试剂的重复使用，而第二组试剂的流体将被配置用于单次使用。

一种特定的试剂可以重复使用所希望的任意次以满足特定过程。例如，本文所示例的、在本文所引用的文献中描述的或已知的用于本文所述过程中的一个或多个试剂可以被重复使用至少2、3、4、5、10、25、50或更多次。事实上，多个所希望的试剂中的任一种可被重复使用至少多次。

尽管针对核酸测序过程进行了示例，但针对试剂重复使用的流体配置和方法可以被应用到其他过程，特别是涉及反复循环试剂输送的过程。示例性的过程包括聚合物(如多肽、多糖或合成聚合物)的测序，并且也包括这类聚合物的合成。

在用于流动池的单个通道的背景下，描述了关于针对试剂重复使用的方法和设备的图18和图19以及在此提供的其他实例。应当理解，类似的方法和设备可应用于具有多个通道的流动池。因此，本申请的流体卡盘可以包括具有多个通道的流动池，并且还可以包括被配置成为所有通道或子组通道提供试剂重复使用的流体系统。例如，单独的通道可被连接到被配置为如图18图19中所示或如本文其他地方描述的流体系统。

本申请的流体卡盘可包括输入输出(I/O)连接件，以使流体卡盘和容纳该流体卡盘的检测设备之间连通。I/O连接件可用于协调发生在流体卡盘中的流体操作和发生在检测设备中的检测操作。例如，在核酸测序过程中，测序试剂到流动池的流体输送可以与在测序过程的一个或多个循环中由检测设备进行的流动池的检测相协调。在图14中的实施例中，I/O连接器可以使流体卡盘和主PCB连通。

从本文所述的示例性核酸测序实施例将明显看出，本申请的流体卡盘中的贮存器可以包含可用于核酸测序过程的试剂。例如，可以存在可用于合成测序技术的试剂，包括例如聚合酶、荧光标记的核苷酸、或清洗溶液。几种不同的荧光标记的核苷酸可以作为混合物存在于单个贮存器中或各自存在于独立的贮存器中。标记的核苷酸可具有用于可逆终止子测序的可逆终止部分，在这种情况下，也可以存在包含脱保护剂的贮存器。可以包括在流体卡盘中的其他核酸测序试剂包括本文之前所述的那些，包括但不限于在Bentley等人的Nature456:53-59(2008)、WO04/018497、US7,057,026、WO91/06678、WO07/123744、US7,329,492、US7,211,414、US7,315,019、US7,405,281或US2008/0108082中所描述的那些，每一篇文献在此引入作为参考。具体地，在流体卡盘中可以包括可从Illumina购得的核酸测序试剂(如在试剂盒中提供的那些)。

流体卡盘的贮存器还可以包括待测序的核酸样品。几个样品可以各自存在于他们自己的贮存器中。在一些实施例中，几个样品可以在单个贮存器中进行混合，例如，当之前用已知的核酸标签标记了样品，并且然后将其混合在一起时。

流体卡盘还可以包括包含用于核酸扩增的试剂的贮存器。例如，可以包括用于桥式扩增(也称为簇扩增)的试剂，如在US5,641,658、US2002/0055100、US7,115,400、US2004/0096853、US2004/0002090、US2007/0128624、或US2008/0009420中描述的那些，每一篇文献在此引入作为参考。具体地，在流体卡盘中可以包括可从Illumina购得的桥式扩增试剂(如在或DNA扩增试剂盒中提供的那些)。在流体卡盘中也可存在可用于滚环扩增(RCA)的试剂，包括例如在Lizardi等人的Nat.Genet.19:225-232(1998)或US2007/0099208A1中描述的那些，每一篇文献在此引入作为参考。也可以使用乳剂PCR试剂，例如，在Dressman等人的Proc.Natl.Acad.Sci.USA100:8817-8822(2003)、WO05/010145或US2005/0130173或US2005/0064460中描述的那些，每一篇文献在此引入作为参考。

本申请的流体卡盘可以包括两个或多于两个含有不同试剂的子部件，子部件可以被配置用于例如用手以及不使用工具便捷地组合成流体卡盘。例如，可以使用压力配件、将互补公母配件卡扣在一起、插入适当尺寸的接收端口、夹紧等，将子部件组合成流体卡盘。如果需要，可以使用需要工具的连接件，例如使用螺丝刀连接螺杆、或使用扳手转动螺钉和/或螺母。

组成流体卡盘的子部件可以包含之前在不同条件下运输和/或储存的试剂。例如，第一子部件可以包括被储存在冷冻温度(例如，低于0℃、-20℃或-70℃)的试剂，而第二子部件可以包括被储存在更高温度(例如，常温或20℃、0℃、-20℃或-70℃以上)的试剂。因此，在一个子部件的贮存器中的试剂中的至少一些可以被冷冻成固体，而在另一个子部件的贮存器中的所有试剂可以为液体形式。在温度平衡至环境温度之前或之后(或其他常见温度)，可以将储存在不同温度下的两个或多于两个子部件组合成流体卡盘。

在流体卡盘的贮存器中可以提供可用于不是核酸测序过程的流体过程的试剂。例如，流体卡盘可以包含可用于其他聚合物(如多肽、多糖或合成聚合物)的测序的试剂。可选地或另外地，也可以存在可用于这类聚合物合成的试剂。

然而，回到涉及核酸测序的实施例，本申请还提供了一种测序方法，其包括以下步骤：(a)提供流体卡盘，该流体卡盘具有(i)具有光学透明表面的流动池，(ii)核酸样品，(iii)用于测序反应的多个试剂，以及(iv)用于将试剂输送到流动池的流体系统；(b)提供检测设备，该检测设备具有(i)多个显微荧光计，其中所述显微荧光计中的每一个包括被配置用于在影像平面中在x和y维度上的宽视场影像检测的物镜，以及(ii)样品平台；(c)将流体卡盘输送到样品平台，其中光学透明表面被置于影像平面中；以及(d)在流体卡盘中进行核酸测序过程的流体操作以及在检测设备中进行核酸测序过程的检测操作，其中(i)试剂被流体系统输送到流动池，以及(ii)通过多个显微荧光计检测核酸特征。

本文所描述的多种检测设备和/或流体卡盘中的任一种可用于上述方法中。本文所述的设备的一个特别优点在于模块化，其允许使用单个检测设备对不同的样品进行便捷测序。如本文前面所述，用于整个测序过程的样品、试剂和流体器件可以自包含在流体卡盘中，该流体卡盘可以被输送到检测设备，用于测序过程。一旦完成测序过程，流体卡盘可以被移除，使得检测设备为另一个测序运行做好准备。通过将检测设备和流体系统分离成独立的模块，本系统允许对多个不同的样品进行测序，同时避免检测设备和流体系统永久集成的现有系统中出现的样品之间的交叉污染的危险。此外，对于其中检测部件相对昂贵并且技术上很难组装的实施例，本文所述的模块化通过允许维持检测设备的重复使用提供了成本节约，而通过可能如按压弹出按钮一样简单的动作替换或丢弃通常较低价格和更容易组装的流体部件。

因此，测序方法可以包括以下步骤:(a)提供流体卡盘，该流体卡盘具有(i)具有光学透明表面的流动池，(ii)核酸样品，(iii)用于测序反应的多个试剂，以及(iv)用于将试剂输送到流动池的流体系统；(b)提供检测设备，该检测设备具有(i)多个显微荧光计，其中所述显微荧光计中的每一个包括被配置用于在影像平面中在x和y维度上的宽视场影像检测的物镜，以及(ii)样品平台；(c)将流体卡盘输送到样品平台，其中光学透明表面被置于影像平面中；(d)在流体卡盘中进行核酸测序过程的流体操作以及在检测设备中进行核酸测序过程的检测操作，其中(i)试剂被流体系统输送到流动池，以及(ii)通过所述多个显微荧光计检测核酸特征；(e)将流体卡盘从样品平台移除；(f)将第二个流体卡盘输送到样品平台；以及(g)在第二个流体卡盘中进行核酸测序过程的流体操作以及在检测设备中进行核酸测序过程的检测操作。

第二个流体卡盘一般将包括与第一个流体卡盘中的核酸样品不同的第二个核酸样品。然而，如果需要，两个流体卡盘可以包括双份样品，例如，用以提供统计分析或其他技术比较。本申请的测序系统或方法可被重复地用于多个流体卡盘。例如，可以设想，可以使用至少2、5、10、50、100或1000或更多个流体卡盘。

在特定的实施例中，可以以交错的方式对包含多个通道的流动池进行流体操作和光学检测。更具体地，可以在流动池中的第一子组通道上进行流体操作同时在第二子组通道进行光学检测。例如，在一种配置中，至少四个线性通道可以被设置成在流动池中彼此平行(例如，通道1至4可以以连续列进行排序)。可以在每隔一个的通道(例如，通道1和3)上进行流体操作同时在其他通道(例如，通道2和4)上进行检测。通过使用将几个显微荧光计固定到距离间隔配置中的读取头可以适应这种特定的配置，使得物镜被引导至流动池的每隔一个的通道。在这种情况下，读取头可以具有数量为流动池中的通道的数量的一半的多个显微荧光计。此外，可以对阀进行驱动，以将用于测序循环的试剂的流动引导至交替的通道，而正在被检测的通道维持在检测状态。在该实例中，第一组交替的通道可以进行第一测序循环的流体步骤以及第二组交替的通道进行第二测序循环的检测步骤。一旦完成第一循环的流体步骤以及完成第二循环的检测步骤，可以(例如，沿x维度)跨过读取头到第一组交替的通道，并且可以对阀进行驱动以将测序试剂输送到第二组通道。然后，(在第一组通道中)可以完成第一循环的检测步骤以及(在第二组通道中)可以进行第三循环的流体步骤。这些步骤可以以这种方式重复几次，直到执行完所需数量的循环或者直到测序过程完成。

以上所述的交错的流体步骤和检测步骤的优点在于提供一种更快速的整体测序运行。在上面的实例中，如果流体操作所需的时间与检测所需的时间大致相同，那么更快速的测序运行将由交错的配置引起(与在所有平行通道的检测之后进行流体地操作所有平行通道相比)。当然，在检测步骤的用时不同于流体步骤的用时的实施例中，交错配置可以从每个其他通道改变到更适当的模式以适应子组通道的平行扫描，同时另一子组通道经历流体步骤。

根据上述几个实施例，提供一种具有相对紧凑的形状因素的检测设备。在一些实施例中，检测设备可以具有大约1平方英尺的占地面积并且可以占据大约1立方英尺的体积。更小的面积和/或体积是可能的。略微更大的占地面积和/或体积也是有用的。如本文所示例的，当设备处于全功能状态时，例如，在内部安装了流体卡盘之后，该设备可以具有相对小的占地面积并且占据相对小的空间体积。在几个设备用作能够执行多个期望过程中的任一个的独立单元的背景下，本文对其作了示例。然而，这些实例并非意在限定，并且事实上以上所述的实施例的紧凑的形状因素允许几个设备被设置在小的空间中。例如，几个设备可以被堆叠和/或放置在机柜或机架上以便于方便放置。机柜或机架可以包括一个或多个搁板，每个搁板限定一个或多个容放空间，并且每个容放空间可被配置成容纳一个或多个检测设备。

因此，本申请的几个检测设备可一起用于较大的系统中，其中每个检测设备有效地用于系统的模块或节点。例如，几个检测设备可被物理地共同安置在机架上并且可被电子地联网。无论对于共同安置的设备还是对于安置在分散位置的设备，电子联网都可以允许仪器功能的全局数据分析和/或全局控制。对于核酸测序实施例，几个不同的检测设备可以用作测序系统，例如，以对相同样品(或相同样品的子部分)并行进行测序。核酸测序系统可包括控制计算机，该控制计算机为每个单独的检测设备提供指令。同样地，核酸测序系统中的检测设备的任何一个可采用来自物理上在那个检测设备的外部的控制计算机的指令。可以在控制计算机上和/或在单独的分析计算机上分析来自几个检测设备的核酸序列数据。因此，中央计算机可用于来自联网系统中的几个不同的检测设备的核酸序列数据的全局分析。

在形成较大系统中的模块的几个检测设备的控制中可以利用反馈机制。例如，可以使用质量控制反馈环路来观察确定或诊断核酸序列数据质量的参数，并且可以采取适当的响应行为。例如在US7,835,871中描述了可以容易地适用于本申请的模块化测序系统中的示例性的反馈环路，所述文献在此引入作为参考。控制计算机可以被编程以包括基于这些参数和响应的反馈环路以控制检测设备的网络的输出质量(例如，序列数据的质量)。

可以实时地分析从用作系统中的模块或节点的一个或多个检测设备获得的核酸序列数据。例如通过比较实时获取的核酸序列与标准序列，可以针对参数对该序列数据进行评估。基于比较的结果，可以做出是否在一个或多个检测设备处进行测序过程的决策。例如，可以使用测序系统中的几个模块对环境样品或病理样品进行测序，并且可以将来自模块的数据输出与可疑污染物或病原体的已知序列进行比较。一旦收集到足够的数据来确定特定污染物或病原体的存在或不存在，那么可以在一个或多个模块处停止测序。在US2011/0246084A1中描述了可适合于本申请的联网系统的用于实时分析的示例性协议，所述文献在此引入作为参考。可以以完全自动的方式而无需人工干预进行上面所示例的数据分析和决策过程。例如，可以在为本文所述的联网系统的一部分的控制计算机或其他计算机上进行所述过程。

对于电子联网，可选地或另外地，物理上共同位于机架上的几个检测设备可以关于样品和/或试剂的输送进行联网。例如，可以使用自动装载机或机器人装置将卡盘输送到适当的检测设备。具体地，可以将流体卡盘从储存位置自动移动到适当的检测装置。可以在被联网到测序系统的控制计算机或其他计算机的指令下进行自动输送。此外，在一些实施例中，并非用于核酸测序过程的所有试剂都需要被包含于测序系统中使用的流体卡盘中。相反，几个检测设备可与一个或多个包含大量试剂的贮存器流体连通。在这种情况下，例如使用中央流体输送系统，试剂从中央流体储存位置被输送到几个检测设备中。可以在被联网到中央流体输送系统或被联网到测序系统中的单个检测设备的控制计算机或其他计算机的指令下进行试剂的输送。

在核酸测序或使用核酸测序应用为例的背景下，本文阐述了本申请的几个实施例。然而，本文所述的设备和方法不限于核酸测序应用。其他应用也是有用的，包括但不限于其他类型的核酸分析，如利用光学检测的标记的那些。两个实例是在核酸阵列上进行的表达分析和在核酸阵列上进行的基因分型分析。在任一情况下，本文所述的显微荧光计、读取头或检测设备可以用于阵列的检测。此外，阵列可包括在流体卡盘中并通过本文所述的流体卡盘和方法的适当修改进行流体地操纵。能够利用本申请的设备和方法进行修改以供使用的示例性的基于阵列的方法包括例如在US2003/0108900、US2003/0215821或US2005/0181394中描述的那些，每一篇文献在此引入作为参考。

在阵列上或在多孔基板上进行的其他固相试验，如酶联免疫吸附试验(ELISA)，也可用于本文所述的方法和设备中。使用荧光标记的格式是特别有用的，因为可以使用上文所述的显微荧光计、读取头或检测设备检测这些标记。此外，可以在与本文所述的那些类似的流体卡盘中处理用于ELISA或其他固相试验的试剂。

本文所述的方法和设备还可以用于监测光学可检测的分子或使用光学可检测的试剂、中间体或副产物制备的分子的合成。经历循环反应的聚合物分子尤其适用。例如，核酸或多肽的合成都利用了光学可检测的保护基团或使用本文所述的显微荧光计、读取头或检测设备可检测到的中间体。合成协议中涉及的流体步骤可以在与本文所述的那些类似的流体卡盘中进行。

本文所述的方法和设备的另一种有用的应用是对象(如生物样品)的显微成像。尤其适合的样品是组织或细胞。样品可存在于基板上并且如同针对本文示例的核酸阵列一样进行检测。对象(如生物样品)的荧光特性的成像，尤其可应用于本文所述的方法和设备。显微荧光计可以用于这样的应用并且可以执行任选地流体操作，例如用以引入荧光标记的试剂(如目标分子的荧光标签)。

在整个本申请中，参考了各种出版物、专利和专利申请。这些出版物的公开内容全部引入本申请作为参考，以更完整地描述本申请所属领域的状态。

术语“包括”在本文意在是开放式的，不仅包括所列举的元素，而且还包含任意附加元素。

如本文所用，术语“每一个”，在用于指项目的集合时，意在识别集合中的个别项目，但不一定是指集合中的每个项目，除非上下文另有明确说明。

尽管参照以上提供的实例描述了本申请，但是应当理解，可以进行各种修改而不偏离本申请。因此，本申请仅由权利要求限定。

Claims (33)

1.一种检测设备，包括：

(a)支架，其包括多个显微荧光计，

其中所述显微荧光计中的每一个包括被配置用于宽视场影像检测的物镜，

其中所述多个显微荧光计被定位成同时获取在公共平面内的多个宽视场影像，并且

其中所述宽视场影像中的每一个来自所述公共平面的不同区域；

(b)平移平台，其被配置成在平行于所述公共平面的至少一个方向上移动所述支架；以及

(c)样品平台，其被配置成保持基板在所述公共平面内。

2.根据权利要求1所述的检测设备，其中，所述显微荧光计中的每一个还包括专用自动聚焦模块。

3.根据权利要求2所述的检测设备，其中，所述自动聚焦模块包括检测器和驱动器，其中所述驱动器被配置成改变所述显微荧光计相对于所述公共平面的焦点，并且其中所述检测器被配置成引导所述驱动器的运动。

4.根据权利要求3所述的检测设备，其中，所述检测器还被配置成获取所述宽视场影像。

5.根据权利要求4所述的检测设备，其中，所述检测器还被配置成向位于所述支架外部的处理单元输出影像数据。

6.根据权利要求3所述的检测设备，其中，所述检测器专用于所述自动聚焦模块并且其中所述显微荧光计包括第二检测器，该第二检测器被配置成向位于所述支架外部的处理单元输出影像数据。

7.根据权利要求2所述的检测设备，其中，用于所述设备的第一显微荧光计的所述自动聚焦模块被配置成整合来自用于所述设备的第二显微荧光计的自动聚焦模块的数据，由此所述自动聚焦模块基于所述第一显微荧光计的焦点位置和所述第二显微荧光计的焦点位置改变所述第一显微荧光计的焦点。

8.根据权利要求1或2所述的检测设备，其中，所述显微荧光计中的每一个还包括分束器和检测器，其中所述分束器被定位成将来自激励辐射源的激励辐射引导至所述物镜以及将来自所述物镜的发射辐射引导至所述检测器。

9.根据权利要求8所述的检测设备，其中，所述显微荧光计中的每一个还包括所述激励辐射源。

10.根据权利要求9所述的检测设备，其中，所述激励辐射源将所述激励辐射引导至所述多个显微荧光计中的单个显微荧光计的物镜，由此每个显微荧光计包括单独的激励辐射源。

11.根据权利要求9所述的检测设备，其中，所述支架还包括与所述激励辐射源热接触的散热器。

12.根据权利要求11所述的检测设备，其中，所述散热器与所述支架中的单一辐射源热接触。

13.根据权利要求11所述的检测设备，其中，所述散热器与所述支架中的多个辐射源热接触。

14.根据权利要求8所述的检测设备，其中，所述激励辐射源将所述激励辐射引导至所述多个显微荧光计中的两个或更多个显微荧光计的物镜，由此两个或更多个显微荧光计共享激励辐射源。

15.根据权利要求8所述的检测设备，其中，所述显微荧光计中的每一个还包括至少两个激励辐射源。

16.根据权利要求8所述的检测设备，其中，所述激励辐射源包括LED。

17.根据权利要求1或2所述的检测设备，其中，所述显微荧光计中的每一个的物镜具有0.2和0.5之间的数值孔径。

18.根据权利要求1或2所述的检测设备，其中，所述显微荧光计中的每一个被配置成以足以区分相隔小于50微米的特征的分辨率进行检测。

19.根据权利要求1或2所述的检测设备，其中，所述显微荧光计中的每一个的宽视场影像具有至少1mm²的面积。

20.根据权利要求1或2所述的检测设备，其中，所述支架阻止所述显微荧光计之间的横向移动。

21.根据权利要求20所述的检测设备，其中，所述显微荧光计与所述支架共同模制。

22.根据权利要求1或2所述的检测设备，其中，所述支架包括至少四个显微荧光计，其中所述至少四个显微荧光计的物镜被布置成至少两排。

23.根据权利要求22所述的检测设备，其中，所述至少四个显微荧光计的物镜成六边形堆积排列。

24.根据权利要求22所述的检测设备，其中，所述基板包括至少四个平行通道，并且其中所述物镜中的每一个被定位成对所述四个平行通道中的唯一的一个通道进行成像。

25.根据权利要求24所述的检测设备，其中，所述物镜中的每一个被定位成对所述唯一的一个通道的部分进行成像。

26.根据权利要求22所述的检测设备，其中，所述支架包括至少六个显微荧光计，其中所述至少六个显微荧光计的物镜被布置成至少两排，并且其中所述至少六个显微荧光计的物镜成六边形堆积排列。

27.根据权利要求26所述的检测设备，其中，所述基板包括至少六个平行通道，并且其中所述物镜中的每一个被定位成对所述六个平行通道中的唯一的一个通道的至少一部分进行成像。

28.根据权利要求22所述的检测设备，其中，所述显微荧光计中的每一个还包括激励辐射源、分束器和检测器，其中所述分束器被定位成将来自所述激励辐射源的激励辐射引导至所述物镜以及将来自所述物镜的发射辐射引导至所述检测器，其中所述激励辐射和发射辐射在相互正交的方向上被引导。

29.根据权利要求28所述的检测设备，其中，所述至少四个显微荧光计的所述激励辐射源被布置在与所述公共平面相对的所述支架的第一侧上，其中所述检测器中的至少两个被布置在与所述第一侧正交并且与所述公共平面正交的所述支架的第二侧上，并且其中所述检测器中的至少两个被布置在与所述第一侧正交并且与所述公共平面正交的所述支架的第三侧上。

30.根据权利要求28所述的检测设备，其中，所述至少四个显微荧光计的所述检测器被布置在与所述公共平面相对的所述支架的第一侧上，其中所述激励辐射源中的至少两个被布置在与所述第一侧正交并且与所述公共平面正交的所述支架的第二侧上，并且其中所述激励辐射源中的至少两个被布置在与所述第一侧正交并且与所述公共平面正交的所述支架的第三侧上。

31.根据权利要求1或2所述的检测设备，其中，所述支架包括至少四个显微荧光计，其中所述至少四个显微荧光计的物镜被布置成单排。

32.根据权利要求31所述的检测设备，其中，所述基板包括至少四个平行通道，并且其中所述物镜中的每一个被定位成对所述四个平行通道中的唯一的一个通道进行成像。

33.根据权利要求32所述的检测设备，其中，所述物镜中的每一个被定位成对所述唯一的一个通道的一部分进行成像。