CN206281782U - 检查设备及光学检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种检查设备及光学检测装置。提供一种检查设备，包括：(a)具有底面的半透明或透明板，底面的至少一部分具有其上按照具有至少一个透明或半透明部分的图案所印制的不透明材料；以及(b)室，设置在底面下方，由此从室或者经过室所发射的光能够经过至少一个透明或半透明部分。

Description

检查设备及光学检测装置

本申请基于2013年8月28日提交的美国临时申请No.60/871181并且要求其权益，通过引用将其完整地结合到本文中。

技术领域

本公开的实施例一般涉及可用于例如样本(例如核酸测序过程中检测的那些样本)的光学检测中使用的成像模块的对齐和验证的设备和方法。

背景技术

需要促进准确地校准光学检测系统的对齐和验证的工具。本文所提出的本发明的实施例满足这种需要，并且也提供其他优点。

实用新型内容

本公开提供一种检查设备，包括：(a)具有底面的半透明或透明板，底面的至少一部分具有其上按照具有至少一个透明或半透明部分的图案所印制的不透明材料；以及(b)室，设置在底面下方，由此从室或者经过室所发射的光能够经过至少一个透明或半透明部分。

该检查设备可选地能够包括：(c)填充沟道的至少一部分的流体，流体包含至少一个发光材料。发光材料能够包括一个或多个荧光或发光模块。例如，荧光模块能够是若丹明染料或恶嗪染料。

本公开的检查设备还能够包括与半透明或透明板相接触的第二板，其中沟道开口设置在半透明或透明板与第二板之间。能够在半透明或透明板的底面中或者在第二板的顶面中蚀刻沟道。在一些实施例中，沟道通过板之间的隔离片来形成。

在具体实施例中，处于板表面上的不透明材料的图案能够包括形成不透明区域中的基准元件的至少一个半透明或透明特征。

在具体实施例中，处于板表面上的不透明材料的图案能够包括形成半透明区域中的基准元件的至少一个不透明特征。

在具体实施例中，处于板表面上的不透明材料的图案能够包括按照原本不透明区域上的有序阵列的多个半透明或透明孔。

在具体实施例中，处于板表面上的不透明材料的图案能够包括按照原本半透明或透明区域上的有序阵列的多个不透明贴片。

本公开的检查设备能够配置成位于检测仪器的流动池盒中。

检查设备能够包括沟道，其形成经连接以形成单室的多个平行通道。可选地，多个平行通道能够包括检测通道，其与较窄的入口和出口通道相比是较宽的。入口和出口通道能够配置成将检测通道分别连接到入口和出口端口。

在一些实施例中，检查设备中存在的沟道能够具有：入口端口，其具有第一压力释放端口；以及出口端口，其具有第二压力释放端口。可选地，第一压力释放端口沿按照与入口通道的方向不同的方向延伸的通道来定位，以及入口端口位于入口通道以及按照与入口通道的方向不同的方向延伸的通道的相交处。例如，第一压力释放端口能够沿与入口通道的方向基本上正交延伸的通道来定位。

根据需要，第二压力释放端口能够沿按照与出口通道的方向不同的方向延伸的通道来定位，以及出口端口能够位于出口通道以及按照与出口通道的方向不同的方向延伸的通道的相交处。例如，第二压力释放端口能够沿与出口通道的方向基本上正交延伸的通道来定位。

在一些实施例中，阻塞材料能够存在，以防止液体流经压力释放端口、出口端口和/或入口端口。

检查设备的顶板上的底面能够包括其中包含不透明材料的至少一个图案层。作为替代或补充，底面还能够包括没有不透明材料的至少一个透明层。

可选地，图案层能够完全通过不透明材料来涂敷。备选地，不透明材料能够包括多个透明或半透明孔，其具有小于75平方微米的面积。

在一些实施例中，层上的不透明材料能够包括多个透明或半透明孔，其分隔至少10微米。在一个示例中，不透明材料能够包括多个透明或半透明孔(其具有小于75平方微米的面积)，并且不透明材料还能够包括透明或半透明窗口(其具有至少30000平方微米的面积)。

可选地，检查设备还能够包括至少一个基准层，其具有通过具有十字形状(plusshape)的透明基准所中断的不透明材料。根据需要，检查设备表面上的层能够设置在底面上的单元中，并且该单元能够重复六次，以形成底面上的图案。

本公开还提供一种用于验证成像模块的方法。该方法能够包括下列步骤：(a)将成像模块定位成与本文所述检查设备光学对齐；以及(b)检测经过透明或半透明部分的一个或多个所透射的光。

还提供的是一种用于对齐检测设备中的照相装置的检查方法。该方法能够包括下列步骤：(a)将照相装置定位成与本文所述检查设备光学对齐；以及(b)检测经过透明或半透明部分的一个或多个所透射的光。

在附图和以下描述中提出一个或多个实现的细节。通过描述和附图以及通过权利要求书，其他特征、目的和优点将是显而易见的。

附图说明

图1示出具有正交激发和发射束通路的单独测微荧光计的光学布局。

图2示出检测设备的八个测微荧光计的布置的透视图。

图3示出检测设备的Y台架的顶部透视图。

图4示出检测设备的Y台架的底部透视图。

图5示出保持八个测微荧光计的布置的Y台架的顶部透视图。

图6A示出相对具有四个沟道的流动池的四个测微荧光计的布置。

图6B示出相对具有八个沟道的流动池的八个测微荧光计的布置。

图7A示出Ubertarget设备的顶视图。

图7B示出Ubertarget设备的沟道的侧视图。

图8示出检查方法中使用的检查设备的背照明方案的简图。

图9示出检查方法中使用的检查设备的落射荧光(epifluorescence)方案的简图。

图10示出从在Ubertarget设备的金属层上方(面板A)、在金属层处(面板B)以及在金属层下方(面板C)所聚焦的成像模块所得到的图像。

图11A示出质量控制器具中的Ubertarget的图像。

图11B示出安装到测序器的盒中的Ubertarget的图像。

图12A示出具有多个沟道的检查设备(左)和具有带多个通道的单个沟道的检查设备。

图12B示出Ubertarget设备上的印制图案的位置连同成像模块的6个照相装置的图像区域。

图12C示出图12B所示Ubertarget设备的掩模F和掩模A区域的其他细节。

图13示出用于控制计算机可控成像装置上的检查方法的示范图形用户界面。

图14示出使用Ubertarget设备的测序器的检查的自动化过程流程。

图15示出具有基准的Ubertarget设备。

图16A示出用于确定定位基准中的滞后(hysteresis)的移动方向。

图16B示出在定位基准时得到的图像中的滞后。

图17示出Ubertarget设备的自动聚焦层的图像。

图18示出Ubertarget设备的图像质量层的图像。

具体实施方式

本公开提供一种用于例如样本(例如核酸测序过程中检测的那些样本)的光学检测中使用的成像模块的对齐(例如按照x、y和/或z维的光学对齐)和验证(例如光学性质的校准、量化或表征)的检查设备。本文提出的设备和方法例如在美国专利申请序号13/766413(2013年2月13日提交，作为US 2013/0260372 A1公开，以及标题为“INTEGRATEDOPTOELECTRONIC READ HEAD AND FLUIDIC CARTRIDGE USEFUL FOR NUCLEIC ACIDSEQUENCING”，通过引用将其内容完整地结合)中提出的成像模块的对齐和验证中特别有用。

成像模块和相关装置

美国专利申请公开No.2013/0260372 A1中公开的成像模块的示范实施例和特征如下所述。但是，将会理解，本文所提出的检查设备和检查方法能够用于任何其他适当成像模块的对齐和验证。

本公开提供用于平面区域、例如衬底表面存在的区域的高分辨率检测的方法和设备。特别有用的应用是存在于表面的生物样本的基于光学的成像。例如，本文所提出的方法和设备能够用来得到存在于核酸阵列中、例如核酸测序应用中使用的核酸特征的图像。能够使用多种核酸测序技术，其利用光学可检测样本和/或试剂。这些技术尤其完全适合本公开的方法和设备，并且因此突出本发明的具体实施例的各种优点。下面为了便于说明而提出那些优点的一部分，虽然示范核酸测序应用，但是优点也能够扩展到其他应用。

关于本文所提出示例的一部分，许多核酸测序技术的突出特性是：(1)多色检测(例如，常常使用四种不同的荧光团，不同核苷酸类型A、C、G和T(或U)的每个一种)的使用；(2)大量不同片段从核酸样本(例如片段从基因组样本、RNA样本或者其衍生物)分配到阵列的表面；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对核酸测序特别有用，因为它们能够按照多种颜色并且按照多次重复来提供阵列表面的高分辨率成像的能力。例如，本文所提出的实施例允许表面的图像以处于数百、数十或者甚至单位数微米的范围中的分辨率来得到。因此，能够解析具有最接近邻居、平均中心-中心间距(其低于100微米、50微米、10微米、5微米或以下)的核酸特征。在具体实施例中，能够获取表面的宽场图像，包括例如覆盖阵列的1mm²或以上的面积的图像。图像能够同时或依次地按照多种颜色来获取，例如以便识别与不同核苷酸类型唯一关联的荧光标记。此外，能够对测序技术的多个循环依次获取图像。来自阵列的给定区域的图像能够从各循环可靠地比较，以便确定对阵列上的各核酸特征所检测的颜色变化序列。颜色变化序列又能够用来推断各特征中的核酸片段序列。

在具体实施例中，本公开的设备包括一个或多个测微荧光计。测微荧光计的每个能够包括激发辐射源、检测器和物镜，以形成读取头的集成子单元。其他光学组件能够存在于各测微荧光计中。例如，分束器能够存在，以便提供紧凑落射荧光检测配置，由此分束器定位成把来自激发辐射源的激发辐射定向到物镜，并且把来自物镜的发射辐射定向到检测器。

使用集成测微荧光计设计的优点在于，测微荧光计能够例如在扫描操作中便利地移动，以便允许比测微荧光计的视场要大的衬底的成像。在具体实施例中，若干测微荧光计能够相组合，以形成读取头。读取头的组合的各种配置在下面提出，并且能够选择成适合待成像衬底的特定格式，同时保持总读取头的比较紧凑尺寸。在本公开的若干实施例中，读取头的较小尺寸和低质量产生较低惯性，使得读取头在被移动之后快速停住，由此促进核酸阵列或其他衬底的快速扫描。在一些情况下，测微荧光计能够附于托架，使得它们在分析应用过程、例如核酸测序运行期间沿至少一些维不是单独可移动的。例如，多个测微荧光计能够是永久固定的，使得它们相互之间沿x和y维(其中x或y的至少一个是扫描方向)不是单独可移动的。但是，测微荧光计可沿z维单独致动，以提供单独聚焦控制。降低本公开的设备的若干不同测微荧光计之间的自由度提供针对设备的装运、操控和使用期间的对齐丢失的保护。

在一些实施例中，读取头或托架中存在的多个测微荧光计各能够具有专用自动聚焦模块。相应地，各测微荧光计能够单独聚焦。在一些实施例中，读取头中的特定自动聚焦模块虽然专用于致动特定测微荧光计，然而能够接收来自读取头中的至少一个另一自动聚焦模块的信息，以及来自特定自动聚焦模块和来自至少一个另一自动聚焦模块的信息能够用来确定实现特定测微荧光计的预期焦点的适当致动。这样，任何给定测微荧光计的焦点能够通过同一读取头或托架中存在的两个或更多测微荧光计之间的一致意见来确定。

本文所提供的是一种检测设备，其具有：(a)托架，包括多个测微荧光计，其中每个测微荧光计包括配置用于宽场图像检测的物镜，多个测微荧光计定位成同时获取公共平面中的多个宽场图像，并且每个宽场图像来自公共平面的不同区域；(b)平移台架，配置成沿与公共平面平行的至少一个方向移动托架；以及(c)样本台架，配置成保持公共平面中的衬底。

本公开的检测设备(或者单独测微荧光计)能够用来以足以区分微米级的特征的分辨率来得到一个或多个图像。例如，检测设备中使用的测微荧光计能够具有一种分辨率，其足以区分通过最多500μm、100μm、50μm、10μm、5μm、4μm、3μm、2μm或1μm来分隔的特征。较低分辨率也是可能的，例如区分通过超过500μm来分隔的特征的分辨率。

本公开的检测设备(或者单独测微荧光计)完全适合于表面的高分辨率检测。相应地，具有带微米范围中的平均间距的特征的阵列是特别有用的衬底。在具体实施例中，检测设备或测微荧光计能够用来得到具有带平均处于或低于500μm、100μm、50μm、10μm、5μm、4μm、3μm、2μm或1μm的最近邻居的中心-中心间距的特征的阵列的一个或多个图像。在许多实施例中，阵列的特征是非毗连的，例如通过小于100μm、50μm、10μm、5μm、1μm或0.5μm所分隔。但是，特征无需分隔。阵列的特征的部分或全部而是能够相互毗连的。

能够使用本领域中已知的阵列(又称作“微阵列”)的任一种。典型阵列包含特征，其各具有单独探头或者探头群体。在后一种情况下，在各地点的探头群体通常是同质的，具有单一探头种类。例如，在核酸阵列的情况下，各特征能够具有多个核酸种类，其各具有共同序列。但是，在一些实施例中，在阵列的各特征的群体能够是异质的。类似地，蛋白质阵列能够具有带单个蛋白质或者蛋白质群体的特征，其通常但不一定具有相同氨基酸序列。探头能够例如经由探头到表面的共价联接或者经由探头与表面的(一个或多个)非共价相互作用来附连到阵列的表面。在一些实施例中，探头、例如核酸分子能够经由例如US 2011/0059865 A1(通过引用将其结合到本文中)所述的凝胶层来附连到表面。

无论是否配置用于阵列或其他样本的检测，检测设备中存在的一个或多个测微荧光计能够配置用于宽场检测。单独测微荧光计的场直径能够是例如至少0.5mm、1mm、2mm、3mm、5mm或以上。通过选择适当光学组件，场直径也能够限制到最大面积，并且因此场直径能够是例如不大于5mm、4mm、3mm、2mm或1mm。相应地，在一些实施例中，通过单独测微荧光计所得到的图像能够具有在0.25mm²至25mm²的范围中的面积。

除了配置用于宽场检测之外，测微荧光计能够配置成具有大于0.2的数值孔径(NA)。例如，本公开的测微荧光计中使用的物镜的NA能够是至少0.2、0.3、0.4或0.5。作为替代或补充，可期望将物镜的NA限制为不大于0.8、0.7、0.6或0.5。当检测经过具有0.2与0.5之间的NA的物镜发生时，本文所提出的方法和设备特别有用。

在阵列检测实施例中，检测设备(或单独测微荧光计)能够配置成得到阵列的数字图像。通常，数字检测设备(或单独测微荧光计)的各像素将在任何给定图像获取中从不超过单个特征中收集信号。这个配置使图像中的特征之间的不需要‘串扰’为最小。从各特征中检测信号的像素的数量能够基于被成像特征的尺寸和形状并且基于数字检测设备(或单独测微荧光计)的配置来调整。例如，各特征能够通过不超过大约16像素、9像素、4像素或1像素在给定图像中检测。在具体实施例中，各图像能够平均利用每特征6.5像素、每特征4.7像素或者每特征1像素。例如能够通过降低阵列图案中的特征的位置的可变性并且紧缩检测设备与阵列对齐的容差，来减少每特征所使用的像素的数量。以配置成使用每特征少于4像素的数字检测器为例，能够通过使用有序核酸特征阵列代替随机分布核酸聚类阵列，来改进图像质量。

将会理解，具有多个测微荧光计的检测设备能够检测大致相当于测微荧光计的数量乘以各测微荧光计所检测的宽场面积的公共平面的面积。面积无需是毗连的。例如，2个或更多测微荧光计能够定位成检测通过未检测面积所分隔的公共平面的分立区域。但是，根据需要，多个测微荧光计能够定位成检测毗连但是不重叠的面积。在备选实施例中，具有多个测微荧光计的检测设备能够检测基本上小于测微荧光计的数量乘以各测微荧光计所检测的宽场面积的公共平面的面积。例如当多个测微荧光计定位成检测具有至少部分重叠的面积时，这能够产生。如本文其他部分更详细所述，多个图像无需按照这样的格式来获取，其用来或者甚至支持已经检测的阵列或其他公共平面的完整图像的重建。

测微荧光计100的示范光学布局在图1中示出。将测微荧光计100定向到流动池170，其具有通过流体填充沟道175所分隔的上层171和下层173。在所示配置中，上层171是光学透明的，以及测微荧光计聚焦到上层171的内表面172上的区域176。在备选配置中，测微荧光计100能够聚焦在下层173的内表面174上。表面之一或两者能够包括将要由测微荧光计100来检测的阵列特征。检查设备能够用来代替流动池170。

测微荧光计100包括物镜101，其配置成把来自辐射源102的激发辐射定向到流动池170，并且把来自流动池170的发射定向到检测器108。在示范布局中，来自辐射源102的激发辐射在其到流动池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。在所示实施例中，辐射源包括两个发光二极管(LED)103和104，其产生相互不同波长的辐射。例如，能够使用绿色LED(LEDG)和红色LED(LEDR)。来自流动池170的发射辐射由物镜101来捕获，并且由分束器107经过调节光学器件107来反射到检测器108(例如CMOS传感器)。分束器106用来沿与激发辐射的路径正交的方向来定向发射辐射。物镜701的位置能够沿z维移动，以改变测微荧光计的焦点。测微荧光计100能够沿y方向来回移动，以捕获流动池170的上层171的内表面172的若干区域的图像。检查设备再次能够用来代替流动池170。

如图1的示范实施例所示，每个测微荧光计能够包括分束器和检测器，其中分束器定位成把来自激发辐射源的激发辐射定向到物镜，并且把来自物镜的发射辐射定向到检测器。如附图所示，各测微荧光计可选地能够包括激发辐射源、例如LED。在这种情况下，各测微荧光计能够包括专用辐射源，使得读取头包括各分离为单独测微荧光计的若干辐射源。在一些实施例中，两个或更多测微荧光计能够接收来自公共辐射源的激发辐射。因此，两个或更多测微荧光计能够共享辐射源。在示范配置中，单个辐射源能够将辐射定向到分束器，其定位成将激发辐射分离为两个或更多波束，并且将波束定向到两个或更多相应测微荧光计。作为补充或替代，激发辐射能够经由一个或多个光纤从辐射源定向到一个、两个或更多测微荧光计。

将会理解，附图所示的具体组件是示范性的，并且能够采用类似功能的组件来替代。例如，多种辐射源的任一种能够用来代替LED。特别有用的辐射源是灯、激光器、半导体光源(SLS)或激光二极管。LED能够例如从Luminus(Billerica，Mass)购买。类似地，多种检测器是有用的，包括但不限于电荷耦合器件(CCD)传感器、光电倍增管(PMT)或者互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。特别有用的检测器是从Aptina Imaging(San Jose，CA)可得到的5兆像素CMOS传感器(MT9P031)。

具有八个测微荧光计的布置的读取头1000的透视图在图2中示出。各测微荧光计具有紧凑设计。为了便于示范，只有测微荧光计其中之一的组件在图2中标记并且将在这里描述。但是，如在图2中可见，每个测微荧光计具有类似组件和配置。两个激发源存在于各测微荧光计中，包括绿色LED 1040和红色LED 1030。来自LED的激发光分别通过绿色LED聚光透镜1075和红色LED聚光透镜1076。LED折叠镜1074将绿色激发辐射反射到组合分光镜1073，其经过激光二极管分束器1072、然后经过激发投影透镜1071将绿色激发辐射反射到激发/发射分光镜1060(其经过物镜1010反射绿色激发辐射)。红色激发辐射从红色LED聚光透镜1076传递给组合分光镜1073，此后红色激发辐射跟随与绿色激发辐射相同的通路。物镜1010定位成收集发射辐射，并且将它经过激发/发射分光镜1060来定向，激发/发射分光镜1060将发射辐射传递给CMOS图像传感器1080。激光二极管1301定位成经由激光二极管耦合透镜组1401将辐射定向到激光二极管分束器1072，其经过激发投影透镜1071、激发/发射分光镜1060和物镜1010来反射激光二极管辐射。自动聚焦模块1600耦合到物镜1010的至少部分，并且配置成上下(即，沿z维)平移物镜1010。自动聚焦模块能够但不一定包括本文先前所示的自动聚焦设备的组件。将会理解，附加光学组件能够存在于读取头1000中，包括但不限于图1所示的那些光学组件。此外，某些光学组件能够不存在于读取头1000中或者在读取头1000中经过修改，以适合特定应用。印刷电路板1701和1702能够配置成与检测器、自动聚焦模块和/或激发源进行通信。

如以上示范实施例所示，读取头能够包括多个物镜，各物镜专用于单个测微荧光计。因此，本公开的测微荧光计能够包括多个光学组件，例如一个或多个检测器、激发辐射源、分束器透镜、反射镜等，其形成经过单个物镜来定向激发辐射和/或经过单个物镜来接收发射辐射的光学系。在这类实施例中，物镜能够配置为具有宽视场的宏透镜。在备选实施例中，本公开的测微荧光计能够包括多种光学组件，其经过若干物镜来定向激发辐射和/或经过若干物镜来接收发射辐射。因此，单独测微荧光计能够包括若干光学系，其包括若干物镜。在每测微荧光计包括若干物镜的实施例中，物镜可选地能够配置为微透镜阵列。特定测微荧光计中若干物镜的各物镜(例如微透镜阵列中的每个微透镜)可选地能够配置用于单独聚焦，由此各物镜能够沿z维来移动，而与同一测微荧光计中的其他物镜无关。作为替代或补充，若干物镜能够配置用于全局聚焦，使得它们能够全部沿z维共同移动。

将会理解，本文所提出的读取头的各种组件能够按照各种方式来混合和匹配，以便实现与本文所示相似的功能。例如，如前一章节所述，读取头能够包括若干物镜，并且那些物镜的每个能够专用于单个测微荧光计，或者备选地，那些物镜的若干物镜能够由单个测微荧光计来共享。类似地，并且如先前所述，各测微荧光计能够包括至少一个专用激发源，或者备选地，两个或更多测微荧光计能够从共享辐射源接收激发辐射。因此，不需要存在特定读取头中的测微荧光计的数量与本文中对任何测微荧光计实施例所示的组件的数量的一一对应。本文示为在测微荧光计中有用的组件的一个或多个能够由特定读取头中的若干测微荧光计来共享。

本公开的读取头对于扫描方法和设备例如因其比较紧凑尺寸和低质量(其提供低惯性)而是特别有用的。降低惯性允许读取头在移动之后更快地停住，由此与读取头的残余移动会引起分辨率的模糊和损失的较高惯性读取头原本的情况相比，允许高分辨率图像更快地被得到。下面将更详细描述用于实现读取头的移动的配置。但是，首先应当注意，低惯性的优点并不是意在作为对本文所提出设备或方法的限制或要求。本公开的读取头而是对检测协议的全部或部分能够保持在静态位置。例如，测序方法、例如使用本文所述流体和成像步骤的那些方法能够使用读取头(其在测序方法的循环的至少一个以及也许全部期间是静态的)来执行。类似地，读取头在本文所述检查方法的一个或多个步骤期间能够是静态的。

作为静态读取头实施例的第一示例，读取头能够包括充分数量的测微荧光计，以便对表面或另一对象的预期部分进行检测或成像。因此，读取头无需沿x或y维移动。例如，若干测微荧光计能够线性设置成沿流动池沟道或检查设备沟道的全长度(或者至少沿有效靶长度)来捕获图像帧。类似地，使用诸如本文所所述之类的测微荧光计的若干行的适当封装布置，若干流动池沟道(存在于一个或多个流动池中)或者若干检查设备沟道能够沿其全长度(或者至少沿有效靶长度)来成像。如下文所提出，对单独沟道所得到的图像帧能够但不一定是毗连的。

作为静态读取头实施例的第二示例，读取头能够相对x和y维保持在固定位置，同时由读取头所检测的衬底沿x和/或y维平移。例如，能够提供一种设备，其具有配置成向读取头展示衬底的平移台架。平移台架能够按照分步照射或连续运动进行移动，以允许静态读取头对衬底的扫描。在具体实施例中，衬底是流动池，其能够附于平移台架。备选地，衬底能够是检查设备。

按照上述示例，扫描头(或测微荧光计)与衬底之间的相对运动能够通过扫描头(或测微荧光计)的物理移动、衬底的物理移动或者两者的物理移动来实现。将会理解，以上第一和第二示范实施例中所参阅的静态读取头相对沿z维的移动无需是静态的。静态读取头而是能够包括具有自动聚焦模块的一个或多个测微荧光计。作为替代或补充，读取头能够沿z维作为整体来移动，例如以便实现至少大致近似的全局焦点。

现在回到平移读取头的实施例，图3和图4分别示出读取头的示范y平移台架200的顶视图和底视图。在这个示范实施例中，y台架配置用于沿y维但不是沿x维的平移。因此，由y平移台架200所携带的读取头将能够沿y维移动，以及其中的读取头或单独测微荧光计可以能够沿z维移动(例如经由自动聚焦)，但是读取头将不能够沿x维移动。读取头能够附于托架201，其具有定位成支承读取头的底侧的基座区域241以及配置成阻止读取头侧向运动的框架240。托架201还包括法兰导杆243和套环导杆242。基座区域241中的开口244提供读取头与衬底之间的窗口，以便由读取头来检测。托架201的上述组件能够形成单片结构。

托架配置成经由第一轴203(套环导杆242沿其运行)和第二轴204(法兰导杆243沿其运行)沿y台架框架207移动。轴沿y轴来定向，使得托架201被引导经由导杆沿y维来回滑动。第一轴203通过插入到第一侧壁250的基准点(datum)215中并且插入到第二侧壁251的基准点218中来保持到y台架框架207。第一轴203通过支承构件252夹持到基准点215中并且通过支承构件253夹持到基准点218中。第二轴204通过插入到第一侧壁250的基准点214中并且插入到第二侧壁251的基准点217中来保持到y台架框架207。第一轴204通过轴夹具206夹持到基准点214中并且通过轴夹具205夹持到基准点217中。

托架201的移动通过导向螺杆202(其穿过导向螺母260，以及通过插入到第一侧壁250的基准点中并且插入第二侧壁251的基准点219中附于y台架框架207)的旋转来驱动。导向螺杆202由相同支承构件252和253(其夹持第一轴203)来夹持到位。导向螺杆202的旋转由电动机212(其安装到支承构件252)来驱动。编码器208配置成经由皮带210(其与编码器上的转子209和电动机212上的转子211进行交互)与电动机212进行交互。皮带伸张器220与皮带210进行交互。

开口230通过y台架框架207的基底216。开口230定位成当它穿过y台架框架时适应托架201的基座区域241中的开口244的轨迹。读取头定位在托架中，使得物镜经过开口244并且经过开口230沿托架所穿过的轨迹来定向。相应地，开口230经由附于托架的读取头的移动来适应沿y轴的延长区域的成像。

y平移台架200与读取头1000之间的结构和功能关系在图5中示出。例如，如US专利申请公开No.2013/0260372 A1中提出测微荧光计的备选布置与本文所述的检查设备和检查方法相组合也能够是有用的。

测微荧光计或者具有若干测微荧光计的读取头能够定位在流动池或检查设备上方(相对重力箭头)上方，如对于本文所述的若干实施例所示。但是，还有可能将测微荧光计或读取头定位在流动池或检查设备下面。相应地，流动池或检查设备在顶侧、底侧或者两侧相对所使用的激发和发射辐射的波长能够是透明的。实际上，在一些实施例中，可期望将测微荧光计定位在流动池或检查设备的两侧，或者备选地将读取头定位在流动池或检查设备的两侧。相对重力的其他取向也是可能的，包括例如流动池与测微荧光计(或读取头)之间的侧向取向。

测微荧光计或读取头能够配置成从流动池(或检查设备)的单侧来检测流动池(或检查设备)的两个相对内表面。例如，测微荧光计或读取头能够采用光学补偿器，其被插入和移开以检测流动池或检查设备的备选表面。在US 8039817中描述用于检测沟道的相对内表面的示范方法和设备、例如光学补偿器的使用，通过引用将其完整地结合到本文中。例如取决于设备的NA和/或光学分辨率，补偿器是可选的。

本文所述设备或方法中使用的测微荧光计能够包括自动聚焦模块。相应地，读取头中存在的多个测微荧光计各能够具有专用自动聚焦模块。测微荧光计中使用的自动聚焦模块能够包括检测器和致动器，其中致动器配置成改变测微荧光计相对公共平面的焦点，并且检测器配置成引导致动器的移动。因此，自动聚焦模块能够包括专用检测器，其引导致动器的移动。专用检测器能够工作在具有致动器的闭环中，而无需在测微荧光计外部或检测头外部传递数据以便实现自动聚焦。作为替代或补充，自动聚焦模块外部的检测器、例如用于宽场成像的成像检测器能够引导致动器的移动。因此，用于宽场成像和用于向测微荧光计或读取头外部的处理单元输出图像数据的同一检测器也能够用来实现自动聚焦。

在具体实施例中，读取头中的两个或更多测微荧光计的自动聚焦模块能够配置成相互通信。例如，用于读取头的第一测微荧光计的自动聚焦模块能够配置成集合来自设备的第二测微荧光计的自动聚焦模块的数据。这样，用于第一测微荧光计的自动聚焦模块能够基于第一测微荧光计的所感知焦点位置和第二测微荧光计的所感知焦点位置来改变第一测微荧光计的焦点。因此，自动聚焦模块的检测器能够按照如下方式来配置：它专用于一般跨读取头进行聚焦，而没有配置用于分析图像获取。来自两个不同自动聚焦模块的信息在确定读取头的尖端倾斜(tip tilt)中能够是有用的。不合需要的尖端倾斜能够通过基于尖端倾斜信息的一个或多个测微荧光计的补偿致动来校正。

读取头能够包括例如附连到托架的两个或更多测微荧光计。对于利用多沟道流动池(或检查设备)的实施例，读取头能够包括多个测微荧光计，其对应于流动池(或检查设备)中的沟道的数量。每沟道一个以上测微荧光计能够存在。在具体实施例中，读取头能够提供单个测微荧光计沟道。在图6A所示的示范布置中，流动池具有四个沟道，并且读取头具有四个测微荧光计。该图示出测微荧光计的流动池和物镜的顶部平面图。为了便于示范，未示出除了物镜之外的测微荧光计的组件；但是，那些组件能够例如沿本文其他部分所示线条来实现紧凑设计。如图6A所示，四个物镜能够按照线性关系设置，使得物镜紧密封装，并且虚直线通过各物镜的中心点。虚线能够相对y维以某个角度偏移，y维对应于流动池的最长维(或扫描方向)。该角度在x-y象限中能够处于0°与90°之间，并且能够选择成适应流动池中的沟道的间距(以及读取头中的物镜的间距)。图6A示出通过紧密封装物镜(其适应较紧密封装的沟道)线条的较低偏移角。较高偏移角能够用来适应相互分隔更大距离的沟道或者不太紧密封装的物镜。

图6B示出两行中的多个物镜的布置。在这里，流动池包括八个沟道，以及读取头具有八个测微荧光计。两行中的物镜的总体封装大致为直线。该布置适应紧密封装物镜和两组紧密封装沟道(即，第一组四个紧密封装沟道和第二组四个紧密封装沟道)。在这个示例中，两组紧密封装沟道通过比分隔每组四个的单独沟道的间距要大的间距来分隔。将会理解，两行中的物镜的总体封装能够偏移直线，以适应不同的沟道布置。此外，如针对单行物镜所述，能够改变穿过两行物镜的中心的虚线的偏移角，和/或能够改变物镜之间的距离，以适应不同沟道布置。

如以上示例所示，读取头中的各物镜能够定位成对(流动池或检查设备的)单独沟道的至少一部分进行成像。各物镜能够定位成对具有若干沟道的流动池或检查设备的唯一的一个沟道进行成像。单独物镜能够定位成例如在位于特定y台架位置时对唯一的一个沟道的一部分进行成像。沿y维扫描能够允许沟道的全部或部分经过物镜来成像。在一些情况下，例如当物镜(或者测微荧光计的其他限制光学组件)的场直径小于沟道的宽度时，物镜也能够沿x维来扫描，以便对沟道的全部或部分进行成像。多个物镜及其相应测微荧光计能够定位成使得物镜的若干物镜定位成各得到一个并且是唯一的沟道的至少一部分的图像。当然，包含多个物镜及其测微荧光计的读取头的移动能够沿y和/或x方向发生，以便对各相应沟道的全部或部分进行成像。这些特定配置对多沟道流动池或者多沟道检查设备是有用的。但是，将会理解，上述配置和基本原理能够适用于若干单独流动池或检查设备(其各仅具有单个沟道)的适当布置。此外，正如一般对于本文所述方法和设备的情况，布置能够适用于除了流动池和检查设备之外的衬底。

如上所示，托架能够配置成例如在扫描操作中移动读取头。作为替代或补充，托架能够配置成防止读取头的单独测微荧光计之间沿x和y维的相对移动。例如，如果读取头包括防止单独测微荧光计之间的相对横向运动的其他结构元件，则托架无需提供这个功能。例如，读取头可由共模制组合件(例如单片组合件)来形成。共模制组合件又能够附于托架。然而，在一些实施例中，托架可在防止读取头的单独测微荧光计之间的相对横向运动中至少起辅助作用。此外，将会理解，由共模制组合件所形成的读取头能够用于没有采用托架的实施例。

在本文所述方法或设备中使用的y台架能够配置成经由不连续或连续运动进行扫描。常常称作分步照射扫描的不连续扫描一般涉及在测微荧光计或扫描头处于暂时静态的同时的测微荧光计或扫描头沿y(或x)方向的增量移动以及移动之间的检测(例如图像获取)。另一方面，连续扫描一般涉及在测微荧光计或扫描头正移动的同时的检测或图像获取。在具体实施例中，连续扫描能够按照时间延迟积分(TDI)模式来执行。相应地，由像素元件沿扫描维所得到的信号能够在公共接收器(bin)中收集，并且作为单个值来读出。TDI模式能够提供增加的信号处理速率和增加的精度的优点。例如在US 7329860中描述能够包含在测微荧光计或读取头中以适应TDI模式检测的示范光学布置，通过引用结合到本文中。

读出印刷电路板(PCB)能够存在于读取头中(参见例如图2的PCB 1701和1702)，并且能够连接到通常包含在检测设备壳体中的主PCB。在备选实施例中，主PCB能够位于仪器外部。数据能够向/从读出PCB和/或主PCB来传递，如美国专利申请公开No.2013/0260372A1中所述。在具体实施例中，主PCB还能够连接到外部主分析个人计算机(PC)。在一些实施例中，主分析计算机能够位于检测设备的壳体中。但是，仪器外放置主分析计算机允许多种计算机的可互换使用，以便在无需中断检测设备的活动的情况下通过更换来用于不同应用、主分析计算机的便利维护以及检测设备的小占用面积。能够使用多种计算机的任一种，包括例如台式计算机、膝上型计算机或服务器，其中包含与可访问存储器进行操作通信的处理器以及用于实现本文所述的计算机实现方法的指令。主PCB还能够连接到用户接口。

能够使用本公开的检查设备来评估的其他成像模块包括但不限于平台、平台、平台中的那些模块或者在PCT公开No.WO07/123744、美国专利申请公开No.2012/0270305 A1、No.2013/0023422 A1和No.2013/0260372 A1以及美国专利No.5528050、No.5719391、No.8158926和No.8241573中所述的那些模块，通过引用将其每个结合到本文中。

用于成像模块的对齐和验证的设备

以下描述及相关附图提出检查设备和方法的一个或多个实施例。在一些实施例中，检查设备能够用于以上所示成像模块的对齐和验证。此外，能够执行检查方法，以用于所示成像模块或者其光学组件的验证和对齐。将会理解，可对检查设备、检查方法和/或它们配合使用的成像模块进行各种修改。包括但不限于以上所述的成像设备的光学特性的一个或多个能够使用本文所述检查设备或方法来评估。此外，检查设备能够与分析衬底(例如流动池)结合使用。在一些实施例中，能够执行包括检查方法的步骤和分析方法(例如核酸测序方法)的步骤的方法。

示范性的检查设备在本文中称作“Ubertarget设备”。Ubertarget设备是光学对齐工具，其能够用于测序器成像模块测试。以下所示的Ubertarget设备的组成、制造和使用也能够扩展到其他检查装置。

在一些实施例中，Ubertarget设备能够：(1)用于全集成核酸测序器系统(例如测序器系统(Illumina Inc.，San Diego))中；(2)用在安装成像模块(IM)之后的测序器的制造过程中的任何点；(3)用作用于测序器系统的安装或服务的现场服务工具；(4)用于评估测序器的各种组件的制造的质量控制器具中；或者(5)用于独立照相装置模块测试台中。

Ubertarget设备例如在用来对齐或验证测序器时能够采用作为测序器的一部分的光源(例如测序器系统(Illumina Inc.，San Diego)的照相装置模块(又称作“测微荧光计”)中的绿色和/或红色LED)来照射。在这个示例中，LED照射将激发Ubertarget设备中的荧光染料。还有可能使用测序器外在的光源，例如定位成当Ubertarget设备位于测序器仪器中时经过Ubertarget设备发光的背光。

Ubertarget设备70的简图在图7A和图7B中示出。如图7A的顶视图所示，设计成供测序器中使用的Ubertarget设备70具有与测序器中使用的流动池相似的尺寸(100mm×40mm)。因此，Ubertarget设备70能够易于定位在测序器的台架上以用于对齐和验证过程。Ubertarget设备70的流体沟道73具有与流动池中的沟道相似的总尺寸。如这个示例所示，有益的是使检查设备(例如Ubertarget设备)具有位于与分析设备的使用期间由成像模块(例如测序器)以光学方式寻址的分析设备(例如流动池)的沟道相同的相对位置的通道。当然，沟道尺寸和形状的小差别能够适应，而无需引起检查设备的诊断能力的显著降低。例如，如下面更详细提出，具有流体入口和出口端口的Ubertarget沟道75的部分与具有入口和出口端口的流动池的部分有所不同。但是，这些差别没有直接影响Ubertarget设备被用于沿流动池的所检测部分的整体的测序器光学组件的对齐和验证的能力，因为入口和出口区域不是由测序器的成像模块来寻址的。Ubertarget设备还能够包括识别标记，例如序列号、部件号或条形码。

如从图7B的Ubertarget设备70的侧视图显而易见，顶部玻璃71的厚度(700μm+/-10μm)和底部玻璃72的厚度(800μm+/-15μm))与流动池的这些侧面的相应厚度相似。沟道开口73沿z维的厚度(100μm+/-10 μm)也与流动池中存在的相似。一般来说，有益的是使检查设备(光学检查经过其发生)的尺寸与分析设备(分析检测经过其发生)的那些尺寸相似。但是，如果预期或需要，则这些组件的一个或多个的尺寸在检查设备与相干分析设备之间能够有所不同。在这种情况下，理论或先验参数能够用来相互关连从检查设备和分析设备所得到的量度(measure)。Ubertarget设备还能够包括具有顶部玻璃的底侧上的金属垫片(例如50nm厚的铬垫片)的图案的至少一层。金属垫片能够用于光学分析，如下面更详细所述。

检查设备的内表面的整体能够包含金属垫片。但是，整个表面无需包含垫片。待成像的表面上的一个或多个层(或者其他部分)而是能够没有金属垫片。没有金属垫片的层跨视场提供均匀光，其例如使用下文对Ubertarget设备和测序器所示的方法来实现固定模式噪声校准或平坦场校正。这类校正能够单独对若干激发源来确定。作为替代或补充，检查设备的内表面的一个或多个部分能够包含基准。

检查方法能够使用如图8图解表示的检查设备的背照射。在本例中，Ubertarget设备放置在成像模块的流动池支架上，以及外部背光照射Ubertarget设备的下侧。能够使用来自灯的白光。光通过下玻璃、通过沟道开口并且传递到上玻璃的下表面。在这个表面，光将被金属垫片阻挡，或者它将经过上玻璃透射到被分析仪器的照相装置模块。金属垫片表现为照相装置所检测的光场中的暗阴影。光学组件能够聚焦在金属垫片上，以及焦点的精度能够从垫片所产生的阴影的锐度来确定。

备选检查方法在图9中图解表示，其中成像模块的LED用来代替外部背光。在这种情况下，Ubertarget设备的沟道开口填充有荧光染料，其由LED来激发以产生荧光发射。沟道开口能够填充有一种以上荧光染料的混合物。例如，Ubertarget设备能够填充有由红色LED所激发的第一染料以及由绿色LED所激发的第二染料。这将允许成像模块的红色和绿色沟道均被评估。如图9的简图所示，能够放置Ubertarget以用于落射荧光检测，使得激发光照射在顶部玻璃的顶侧并且透射到顶部玻璃的下表面。LED光能够传递到沟道开口中，以激发荧光染料，但是阻止照射金属垫片的LED光激发染料。来自染料的发射又通过上玻璃，并且传递到检测它的照相装置。所产生图像再次将表现为由金属垫片在荧光发射光场中投射的阴影图案。光学组件能够聚焦在金属垫片上，以及焦点能够从垫片所产生的阴影的锐度来确定。

在具体实施例中，Ubertarget设备能够填充有若丹明590染料和恶嗪750染料。若丹明590染料能够由绿色LED在532nm来激发，以及发射能够经过550-610nm带通滤波器来收集。恶嗪750染料能够由红色LED在660 nm来激发，以及发射能够经过695-730nm带通滤波器来收集。查找这些条件，以便在没有明显串扰的情况下分隔红色和绿色发射信号。

染料材料能够如下所述来引入Ubertarget沟道。甘醇涌过Ubertarget设备的沟道，以清除沟道。涌过的甘醇的容积为25mL，其是沟道容积的100倍。甘醇以150μL/min的速率来泵送。染料溶液然后泵入通道中。染料溶液包含每mL甘醇1.46μg激子若丹明590(绿色染料)以及每mL甘醇13μg激子恶嗪(红色染料)。1.25mL容积的染料混合以150μL/min的速率来泵送。然后密封沟道开口，并且Ubertarget设备在密封剂固化24小时之后准备好使用。有用密封剂是来自DAP(Baltimore，MD)的白硅酮(厨房和浴室)。

发现若丹明590和恶嗪750的混合物是极为光稳定的。光漂白实验表明，用来证明成像模块的Ubertarget设备在红色和绿色染料的荧光中仅遭受3％下降。各成像模块资格包括：(1)对于平坦场校正和固定模式噪声按照各颜色获取开放通道的300个图像，(2)获取用于确定沿通道的最佳焦点的基准的900个图像，(3)获取XY台架的XY位置的基准的120个图像，以及(4)获取光学对齐测量的图像质量层的30个图像。染料能够在整个沟道扩散，使得不存在定域漂白。因此，当使用多个照相装置时，预计每个照相装置查看染料的相同视在强度。相应地，Ubertarget设备中的染料溶液提供有用工具在与发射透射效率相组合的检测场的各区域来测量相对LED功率。染料的较高光稳定性还能够允许使用Ubertarget设备的LED校准。

发现若丹明590和恶嗪750的混合物是极为热稳定的。在65℃下烘焙5天之后观察到染料强度的零降级。染料的热稳定性指示Ubertarget设备经过在测序器的正常操作温度条件下的成像模块光学对齐测量(在流动池支架的60度)的过程是健壮的。

虽然若丹明590和恶嗪720提供特定优点，但是能够使用其他荧光种类。有用荧光种类的示例包括具有下列半族的种类：伞形酮、荧光素、荧光素异硫氰酸盐、若丹明、四甲基若丹明、曙红、绿色荧光蛋白质、藻红、香豆素、甲基香豆素、芘、孔雀绿、芪、萤光黄、CascadeBlue^TM、Texas Red^TM、dichlorotriazinylamine荧光素、丹磺酰氯、藻红蛋白、荧光镧系配合物(例如包括铕和铽、Cy3、Cy5、纳米晶体以及本领域已知的其他)，例如RichardP.Hoagland在“Principles of Fluorescence Spectroscopy”(Joseph R.Lakowicz(编者)，Plenum Pub Corp，第2版(1999年7月)和the Molecular Probes Handbook第6版)中所述。发光材料、例如鲁米那也能够是有用的。

图10示出从在Ubertarget设备的金属层上方(面板A)、在金属层处(面板B)以及在金属层下方(面板C)所聚焦的成像模块所得到的基准图像。如图像所示，金属区域看起来较暗，以及没有金属的基准区域看起来较白(例如在图像中形状像“+”)。与照相装置离焦的面板A和C中的金属的模糊边缘相反，金属的边缘因照相装置与垫片对焦而在面板B中看起来尖锐。“+”形对象较大，其提供允许它甚至在远离焦点时也是可见的优点。

图11示出质量控制器具1102中(面板A)以及对测序器安装的盒1103中(面板B)的Ubertarget 1101的照片。盒1103具有与用于流动池的盒相同的尺寸。盒1103包括测序器的xy台架下侧上的z参考基准点销的接触点1104a、1104b和1104c。这提供z、θ-x和θ-y坐标的机械参考。Ubertarget 1101在盒1103中浮动，但是一旦盒1103放置在测序器的加热器板上，3个合销通过开口1105a、1105b和1105c，并且接触Ubertarget 1101以密封成像模块上的Ubertarget 1101。这提供x、y和θ-z的机械参考。

本公开提供一种检查设备，其避免沟道变干和气泡形成的问题。如上所示，Ubertarget设备使用甘醇，其不易产生气泡。其他高粘度溶剂也能够产生这个优点。除了高粘度之外，还能够有益的是使用具有高沸点的溶剂。例如，甘醇除了高粘性之外还具有高沸点(190℃)，其使在储存、运输和使用Ubertarget设备的温度下的蒸发为最小。此外，沟道密封能够使用注入沟道的入口和出口端口中的高顺应硅酮RTV(室温硫化)来实现。硅酮是特别有用的，因为它与Ubertarget设备兼容：(1)在固化时产生小于250nm的玻璃变形，(2)当浸入甘醇中时耐受降级(例如对于保存期中超过1个月)，(3)能够在与甘醇接触时进行固化以形成密封，(4)对染料分子是惰性的，以及(5)廉价、易于分发并且提供密封质量的可视指示。

在具体实施例中，检查设备能够包括结构元件，其最小化或者防止沟道变干和气泡形成。例如，Ubertarget设备70包含如图12A的简图所示的牺牲沟道区。左边是在与流动池相同的占用面积中具有四个独立沟道122a-122d的检查设备121。以沟道122d为例，入口123比较接近第一组检测层124。在入口123开始增长的气泡将在仅增长几毫米直径之后占用层124。相比之下，Ubertarget设备70包含扩展牺牲通道82，其形成入口端口80与沟道73的第一检测通道之间的入口通道。第一检测通道是较宽区域，其具有与检查设备121的沟道122c相互关连的占用面积和位置。在所示示例中，牺牲区域为大约100mm长，使得在入口80形成的气泡需要在对使用Ubertarget设备70的过程具有不利影响之前扩大到大容积。类似牺牲区域形成出口85与沟道73的第四检测通道之间的出口通道(即，与设备121的沟道122b对应的通道)。这防止来自沟道73的另一侧的气泡占用。如简图所示，Ubertarget设备70包含一个沟道，其中与流动池121的沟道122a-122d的成像窗口相互关连的宽段(section)按照蛇形方式连接。单个沟道配置提供填充Ubertarget设备70的简易性以及跨与流动池121的沟道122a-122d相互关连的全部四个区域的染料溶液的均匀性。

最小化或者防止沟道变干和气泡形成的Ubertarget设备70的附加结构元件是入口端口80附近的压力释放端口81的存在。压力释放端口81防止当密封出口端口85时对入口端口80的密封密封的损坏(即，损坏因密封流体引入因在沟道的相对端的密封而产生的封闭系统而能够发生)。对密封的损坏在Ubertarget设备70中能够通过使用下列技术来防止。在采用染料溶液填充沟道73之后，可拆卸胶带或其他密封放置在出口端口85和出口压力释放端口84之上。然后，密封剂注入入口端口80中，并且被允许流动，直到流出入口压力释放端口81。然后，胶带或其他可拆卸密封放置在入口端口80和入口压力释放端口81之上。一旦入口按照这种方式来密封，密封剂能够注入出口端口85并且被允许流动，直到流出出口压力释放端口84。这样，压力释放端口提供通风孔，以便避免对端口80与81之间的密封，由此防止以后使用期间的不需要的气泡形成和干燥。

检查设备无需包括压力释放端口。此外，沟道无需使用密封流体(例如硅酮)来密封。例如，在一些实施例中，存在单个入口端口和单个出口端口。端口能够使用柔性胶带、例如Kapton胶带来密封。胶带具有与隔膜相似地起作用的有利性质，其中它保持密封，但是能够根据内通道压力(例如，通常因温度变化引起的压力变化)膨胀远离端口或者收缩到端口中。胶带还具有例如在通道中随时间形成气泡时允许Ubertarget设备的再填充或手动通风的优点。

不需要的气泡形成还能够通过对加载到Ubertarget设备中的流体进行除气来避免。例如，温度变化可使气泡在通道中间形成。这通过来自溶液并且产生永久气泡的流体中的溶解气体来引起。通过就在将溶液泵入Ubertarget设备之前将甘醇-染料溶液放入真空室并且从溶液中拉取空气，来避免气泡形成。

在具体实施例中，检查设备将具有高度平坦性。特别有利的是对于待成像的表面、例如面向沟道内部的Ubertarget设备的顶部玻璃和底部玻璃的表面具有高程度的平坦性。跨检测区域的长度的具有小于12μm的平坦性方差的Mbertarget设备是特别有用的。发现具有+/-3μm的Ubertarget设备是特别有用的。

图12B示出Ubertarget设备上的印制图案的位置连同成像模块的6个照相装置的图像区域。对6个照相装置的每个印制相同图案。在图中指示各图像区域的各种区域。例如，采用交替实线和虚线加阴影的区域是透明的，没有任何金属涂层(例如没有铬)；示为掩模F的区域是图像质量层；以及示为掩模A的区域包括金属图案(例如铬)。图12C提供关于掩模F和掩模A的进一步细节。一般来说，掩模A和掩模F具有铬层(在上玻璃的内表面上)，其中具有如下所述的可选透明特征。又称作图像质量层的掩模F具有在铬层中间隔开15μm的1.0μm光斑网格。掩模A包括：图案1，其包括在5场点的MTF靶；图案2，其是自动聚焦层，具有在覆盖有中心的500微米正方形开口的15微米间距的5微米孔的铬层；图案3，其是全铬层；图案4，其是铬层，具有透明“+”形基准；图案5，其是铬层，具有在15微米间距的0.5微米孔。

成像设备能够包括用于运行各种检查方法的软件。测试能够由个体经由与图形用户界面(GUI)的交互来排序。GUI例如能够包括测试菜单，用户能够从其中选择部分或全部测试。示范GUI在图13中示出。在GUI中，用户点击复选框图标，以选择四个台架测试(“照相装置XY位置”、“XY可重复性”、“Z行程极限”和“Z台架步长和置位”)。用户尚未选择运行“沿通道的Z偏移”测试。通过点击“运行”按钮，用户能够发起四个测试。测试能够由成像设备运行，以及结果能够例如按照XML文件格式返回给用户。测试报告的结果能够导出到电子表供进一步评估和分析。

能够执行本文所述检查方法的系统(无论是否与检测能力相集成)能够包括系统控制器，其能够运行指令集以执行本文所述方法、技术或过程的一个或多个步骤。例如，指令能够指导用于对齐或验证光学成像设备的步骤的执行。有用系统控制器可包括任何基于处理器或者基于微处理器的系统，其中包括使用微控制器、简化指令集计算机(RISC)、专用集成电路(ASIC)、现在可编程门阵列(FPGA)、逻辑电路以及能够运行本文所述功能的任何其它电路或处理器的系统。系统控制器的指令集可采取软件程序的形式。本文所使用的术语“软件”和“固件”能够包括存储器中存储供计算机执行的任何计算机程序，其中存储器包括RAM存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器和非易失性RAM(NVRAM)存储器。软件可采取诸如系统软件或应用软件之类的各种形式。此外，软件可采取独立程序的集合或者较大程序中的程序模块或者程序模块的一部分的形式。软件还可包括采取面向对象编程的形式的模块编程。向Illumina(San Diego)购买的、特别是用于操作测序器的软件是特别有用的。

能够运行于测序器并且使用Ubertarget设备的示范自动化过程流程在图14中示出。当用户点击GUI上的运行按钮时，通过软件发起该过程。成像模块查找基准的xy位置，并且向固件发送xy位置偏移。这个步骤对图像亮度或焦点不敏感。xy偏移信息允许计算机确定Ubertarget设备上的所有特征的xy位置。检测区域然后移动到Ubertarget设备的开放区域(即，没有金属垫片的区域)，并且校准正确照射的LED电流。这个步骤对z位置不敏感。在下一个步骤，得到开放区域的图像，以确定图像均匀性、固定模式噪声和平坦场校正。这些确定对z位置不敏感。该过程然后转移到图像质量层，并且运行图像质量测试。在这个步骤，最佳z位置使用过程离焦栈(course through-focus stack)来查找。然后，成像窗口移动到自动聚焦层，其中运行自动聚焦测试。此后，获取具有金属垫片的Ubertarget设备的区域的图像，并且运行滤波穿透测试。然后运行xy台架测试。在已经运行测试之后，将结果输出到XML文件。

图像模块的多种特性的任一种能够使用本公开的检查设备来评估。下面在采用Ubertarget设备来测试测序器的上下文中提出若干示例。将会理解，类似测试能够使用不同检查设备对其他分析系统来执行。此外，在对备选分析系统和检查设备应用以下所示原理时，各测试的细节在所有应用中不一定是必要的，如本领域的技术人员将会清楚地知道。

在一些实施例中，能够确定光学对齐。能够评估的光学对齐的示范方面包括如D50/FWHM所判断的图像质量、可用场深度、可用视场、倾斜、场曲率、均匀性、色差(即，轴向颜色)、光学失真、相对照相装置位置和最佳焦点z位置。D50/FWHM由成像特征(例如Ubertarget设备的图像质量层上的1.0微米孔)来得到，以及测量像素的数量占用图像中的各特征的直径。例如，1微米孔在采用较高质量照相装置来成像时将表现为图像中的直径(FWHM)的1.70像素。如果照相装置的图像质量较差，则较大数量的像素(例如2.00或更多像素)将出现在图像中的1微米孔的直径中。能够评估的光学对齐的另一方面是活动台架中(例如测序器中)的编码器误差。

在一些实施例中，能够评估校准，例如以便确定固定模式噪声、平坦场校正或沟道居中。在一些实施例中，能够例如通过确定激光光斑z位置、自动聚焦增益、激光光斑xy位置、激光光斑xy分隔(在使用具有分隔激发光斑的两个激光器时)、激光光斑亮度、激光光斑识别码和自动聚焦误差，来评估自动聚焦。能够评估的其他检验步骤包括例如图像背景、有效视场、放大率、失真、沿沟道的z偏移、xy偏斜、图像强度稳定性、缺陷照相装置像素的识别、MTF衰变时间、xy移动的可重复性和xy移动的精度。

本公开的检查方法能够包括用于确定误码率的例程。测试经过成像模块的整个电数据通路从传感器向主板RAM发送已知数字模式，并且确认从RAM读回的模式是正确的。

例如基准查找也能够如下所述来执行。离焦测试采用xy位置上的25微米步长进行，其中软件预计看到在通道1/3、刈幅(swath)2、层1的基准。从图像得到过程最佳焦点Z。然后，基准的xy位置被确定，并且用来偏移Ubertarget层图，使得每层覆盖被测Ubertarget上的正确XY坐标。

本公开的检查方法能够包括用于设置正确图像强度的激发源电流的例程。例程能够包括下列依次步骤：将Ubertarget设备定位在成像模块中，使得检测沟道的开放区域(即，没有金属垫片)；将照相装置曝光设置成1ms并且将LED电流设置成30％；以1ms曝光并且没有接通LED来捕获暗图像；以1ms曝光来捕获红色和绿色光学沟道中的图像；计算图像的平均强度；以及调整LED电流，以便以1ms曝光命中2500计数的预期强度。LED电流对测试的其余部分保持在这些值。所有后续测试能够基于金属垫片图案的几何结构来使用不同曝光时间。例如，基准层和均匀性层(没有金属垫片)能够以1ms曝光来检测，自动聚焦层能够以4ms曝光来检测，图像质量层能够以150ms曝光来检测，以及滤波穿透层(在上玻璃的内表面上完全涂敷有金属)能够以500ms曝光来检测。

本公开的检查方法能够包括用于激发源校准的例程。例程能够执行如下。测序器的xy台架移动到在Ubertarget的通道1/3、刈幅3、层10的自动聚焦层。离焦栈在红色中生成，以及计算最佳焦点Z高度(步长为6微米，曝光时间为4ms，以及扫描范围为108微米)。然后，xy台架移动到在通道1/3、刈幅3、层9的相邻层，以收集所有激光图像。进行这个操作，以便缓解Ubertarget设备中的制造缺陷的风险，其中并非所有铬都从自动聚焦层的500微米正方形开口内部被去除。这个缺陷使激光光斑强度在自动聚焦层过亮。该过程然后收集激光离焦图像(使用焦点模型生成的标准设定)，并且检查激光光斑强度。这些测量期间的步长为2微米，其中具有+/-18微米的Z范围。然后，调整激光曝光时间，直到AF光斑对“最亮光斑”为2000+/-200计数(在红色最佳焦点的+/-18微米之内)。如果在用户界面上选择“保存校准”，则存储用于测序的激光曝光时间。

能够包含在检查方法中的另一例程是检测器校准测试。该测试能够执行如下。Ubertarget设备的图像在测序器上以4个不同的LED强度来得到：(1)暗(LED关断)，(2)中间低强度，(3)中间高强度，以及(4)亮强度(大约3000计数)。在获取这些图像时，xy台架在各图像之间移动。通道2/4中的所有层、所有刈幅和层4-11用来平均任何非均匀荧光(因Ubertarget之上的碎屑或指纹引起)。照相装置校正在GUI中被选择时被保存。照相装置校正无需应用于所选择的任何后续测试。

本公开的检查方法能够包括用于图像均匀性校正和平坦场校正的例程。在测序器上对没有金属垫片的Ubertarget层所获取的图像示出跨视场的光学器件的相对强度。例如，绿色LED的照射中的细微结构能够作为水平带来观察，以及对于红色LED作为外亮环来观察。例如通过校准各颜色的每一个像素的增益和偏移以使得图像跨视场是相等强度，这类图像能够用于基于LED定位来确定均匀性，确定检测装置中的固定模式噪声，并且确定平坦场校正。

检查设备能够包括待检测的区域中的一个或多个基准。例如，图15中的Ubertarget设备70具有表现为“+”形状的若干基准。基准150a位于在第一层152的第二刈幅151中的位置。基准150b也位于第二刈幅151中，但是位于第十层153中。基准相对成像模块的读取头中的测微荧光计来设置，使得各照相装置将在沟道的各通道中的层1和10的第二刈幅观察到基准(即，其中通道对应于流动池中的沟道的可检测区域)。基准位置容差相对于Ubertarget设备的参考边缘为+/-20μm。

检查设备中的基准层能够用于多种评估，包括例如确定沿x和y维的相对照相装置位置、沿x和y的偏斜以及沿正x方向、负x方向、正y方向和负y方向的再定位的可重复性。

成像模块表明用于查找Ubertarget设备的基准的高精度和可重复性。基准沿所需的xy台架运动没有变化地定位10次。成像模块产生具有高对比度的锐图像。背景(即，由金属区域所产生的阴影)产生190计数的平均数，同时基准的开放“+”形部分产生3000计数。

检查方法能够包括图像质量测试。该测试能够执行如下。测序器的台架移动到在Ubertarget设备的图像质量层(通道1/3、刈幅2、层4)。过程焦点(course-focus)使用红色激发来执行，以查找数微米之内的最佳焦点(步长设置为6微米，曝光时间设置为150ms，以及LED电流设置为在LED校准期间所计算的值)。细穿透焦点栈在红色和绿色中来收集(步长设置为1微米，曝光时间设置为150ms，以及LED电流设置为在LED校准期间所计算的值)。图像处理对细穿透焦点图像来执行，以确定红色沟道中的FWHM最佳焦点平均数、绿色沟道中的FWHM最佳焦点平均数、色差以及绿色沟道中的最佳焦点z顶部。

激光z偏置测试也能够例如执行如下。测序器的xy台架移动到在Ubertarget设备的通道1/3、刈幅3、层10的自动聚焦层。过程穿透焦点在红色通道中进行，以确定红色的适当最佳焦点。细穿透焦点在红色中进行，以确定红色的最佳焦点Z高度(步长为2微米，曝光时间为4ms，LED电流设置为在LED校准期间所确定的值)。激光穿透焦点作为5微米的步长来执行，其中曝光时间设置为在激光器校准期间所确定的值。分析激光图像，以确定z坐标，其中来自顶面的激光光斑处于最佳焦点。如果得到不合需要的结果，则激光穿透焦点栈在相邻层、在Ubertarget的通道1/3、刈幅3、层9重复进行。

本公开的检查方法能够包括用于测试照相装置-照相装置XY偏移的例程。成像模块包含单片读取头中的6个测微荧光计，各测微荧光计具有专用照相装置。这个例程的结果将指示在样本台架的照相装置检测区域的相对xy位置。例程能够执行如下。xy台架定位成使得所有照相装置正查看Ubertarget设备中的其第一通道、第一层基准。对所有照相装置来捕获基准图像。对各照相装置计算基准xy位置。照相装置2用作参考，以及所有其他照相装置的xy偏移相对于照相装置2来计算。查找这个例程的可重复性，以便沿x和y维产生小于1μm的方差。

能够包含在检查方法中的另一例程是xy台架位置可重复性和滞后的确定。测试结果将指示在从不同方向接近位置时能够如何重复地正确定位xy台架。这将指示滞后(溢液(slop))处于台架的移动中的程度。例程能够参照图16A执行如下。测试使用照相装置2、通道1进行，开始于刈幅2、层10，其具有如图16A中通过“+”符号所示的基准。xy台架从靶层10移动一个层，然后移回到靶层，以及记录基准的xy位置。这个测试重复进行30次，如图16A中的箭头所示从全部4个方向接近靶层。各台架位置的xy位置可重复性是移动之后的基准位置的标准偏差。滞后是在从正和负方向接近时的基准平均位置之间的差。图16B示出沿y维的滞后，其从因沿y维的xy台架的正和负方向的移动引起的图像的基准位置变化来识别。查找这个例程的可重复性，以便沿x和y维产生小于1μm的方差。

还能够执行沿通道以及通道之间的z楔的xy台架测试。测试结果指示沿通道长度进行的以及从通道1到通道2(即，从与流动池的第一通道对应的Ubertarget设备的区域到与流动池的第二通道对应的区域)进行的最佳焦点z位置的变化。测试过程使用照相装置2。穿透焦点对基准进行，以及最佳焦点z在下列层计算：通道1、刈幅2、层1和10，以及通道2、刈幅2、层1。沿通道的z楔是层1与层10之间的最佳焦点z的变化。从通道到通道的z楔是通道1与通道2之间的最佳焦点z的变化。发现使用成像模块上的Ubertarget设备的测量可重复性对于在各位置的最佳焦点z位置为16nm(1σ)。

能够执行自动聚焦误差的测试。例如，测试能够通过将测序器的xy台架移动到在Ubertarget设备的通道1/3、刈幅3、层1的自动聚焦层进行。过程穿透焦点在红色沟道中进行，以确定近似最佳z。焦点模型使用缺省设定(步长为2微米，以及z范围为+/-18微米)来生成。沿z维的200随机移动在从最佳焦点的+/-20微米的范围中执行。在各移动之后，捕获激光图像，以及从最佳焦点的距离使用焦点模型来计算。要移动的所计算距离与执行的已知随机移动进行比较。z台架从最佳焦点移动所计算距离。得到另一个激光图像，以及从最佳焦点的距离使用焦点模型来计算。从最佳焦点的所计算距离与实际最佳焦点位置进行比较。

焦点模型可重复性能够例如在例程中如下所述来测试。测序器的xy台架移动到在Ubertarget设备的通道1/3、刈幅3、层1的自动聚焦层。过程穿透焦点在红色沟道中进行，以确定近似最佳z。焦点模型使用缺省设定(步长为2微米，以及z范围为+/-18微米)来生成。xy台架沿两个维移动到行程极端，并且然后回到在通道1/3、刈幅3、层1的自动聚焦层。这意在模拟相同领地中的光学器件的振动，其在分析过程(例如核酸测序)期间可发生。生成焦点模型并且将xy台架移动到行程极端的步骤重复进行20次。在最佳焦点的y光斑位置和焦点模型增益与生成的每个焦点模型进行比较。

图17示出Ubertarget设备的自动聚焦层的图像。层包括铬覆盖区域，其中具有在15微米间距的5微米孔。所产生图案能够用来确定最佳焦点。图像的中间示出铬图案的较大开口。开口允许成像模块中的各测微荧光计的自动聚焦激光器通过，并且生成通道顶部和通道底部反射。所产生图像的形状和锐度用来确定焦点。

图像质量层的照片在图18中示出。较大视场在左图像中连同在右边的较高放大率图像一起示出。图像从具有铬涂层的层来产生，其中具有间隔开15微米的1微米孔。在具体实施例中，孔尺寸变化的容差为+/-50nm，其允许校准测量中的预期精度等级。所产生的对象的正方形网格对于揭示成像系统中的桶形失真是有用的。孔产生图像中的光斑，其在成像系统上产生大约3300计数，而背景(空隙)区域产生400计数。

简单对象检测和分析使用Ubertarget图像质量穿透焦点测试是成功的。Ubertarget图像质量层中的对象间距和对象尺寸的一致性实现以更精细细节来分析图像。图像在18×24网格上分析。这引起每个子层大约30个对象的检测。

Ubertarget设备上的铬层的光学密度使用聚焦到滤波穿透层上的成像模块的绿色激光器来测量。经过没有铬的层所测量的功率为4.10mW。经过滤波穿透层(全铬)所测量的功率在0.020mW低许多。从这个测试，确定500中的1部分的辐射密度使它经过铬(即，2.3的光学密度)。

本公开的检查方法能够包括用于确定自动荧光和滤波穿透的例程。测试能够用来确定激发光(例如来自成像模块的LED)使它到检测器(例如成像模块的照相装置)的程度。测试还能够指示Ubertarget 设备玻璃自动发荧光的程度。测试能够在成像模块上按如下所述来执行。采用LED在50％电流和999ms的曝光时间来获取测量。得到图像，其中LED关断，以提供暗读取。然后，对于在滤波穿透层(固体铬层)所提供的镜像表面之上得到图像。这个测量指示LED光到达传感器的程度。然后，在没有铬的通道的开放区域之上得到图像。这个测量指示Ubertarget设备玻璃自动发荧光的程度。然后，能够得到图像，其中Ubertarget设备被移开。这个测量指示所检测信号的多少归因于图像模块的器具。所产生测量在表I中示出。

表I：自动荧光和滤波穿透实验结果

表I的结果指示Ubertarget设备玻璃的自动荧光为400计数(绿色沟道)和200计数(红色沟道)。从铬反射并且照射传感器的LED光的量为700计数(绿色沟道)和700计数(红色沟道)。

使用Ubertarget设备在成像模块上进行的几乎所有测量是极大地可重复的，指示用于调查图像系统性能的健壮工具。

在本申请中，通篇引用各种公开物、专利和专利申请。在本申请中，通过引用将其公开完整地结合于此，以便更全面描述本发明所涉及的现有技术。

术语“包括”在本文中预计是开端的，不仅包括所述元件，而且还包含任何附加元件。

虽然参照以上提供的示例描述了本发明，但是应当理解，能够进行各种修改，而没有背离本发明。相应地，本发明仅由权利要求书来限制。

Claims (27)

1.一种检查设备，包括：

(a)半透明或透明板，具有底面，所述底面的至少一部分具有在其上按照具有至少一个透明或半透明部分的图案所印制的不透明材料，其中所述图案包括有序阵列中的多个半透明或透明孔；

(b)设置在所述底面下面的沟道，其中所述沟道包括多个平行通道，其经连接以形成单个室，由此从所述沟道或经过所述沟道所发射的光能够通过所述至少一个透明或半透明部分。

2.如权利要求1所述的设备，还包括：

(c)填充所述沟道的至少一部分的流体，所述流体包含至少一个发光材料。

3.如权利要求1-2中的任一项所述的设备，还包括与所述半透明或透明板相接触的第二板，其中所述沟道开口设置在所述半透明或透明板与所述第二板之间。

4.如权利要求1-2中的任一项所述的设备，其中，所述图案包括形成基准元件的至少一个半透明或透明特征。

5.如权利要求1-2中的任一项所述的设备，其中，所述图案包括半透明或透明孔的所述有序阵列中的较大开口。

6.如权利要求1-2中的任一项所述的设备，包括罩住所述检查设备的盒。

7.如权利要求1所述的设备，其中，所述底面包括至少一个图案层，其包括所述不透明材料。

8.如权利要求7所述的设备，其中，所述底面还包括至少一个透明层，其没有所述不透明材料。

9.如权利要求7所述的设备，其中，所述至少一个图案层通过所述不透明材料完全涂敷。

10.如权利要求7所述的设备，其中，所述不透明材料包括具有小于75平方微米的面积的多个透明或半透明孔。

11.如权利要求7所述的设备，其中，所述不透明材料包括分隔至少10微米的多个透明或半透明孔。

12.如权利要求7所述的设备，其中，所述不透明材料包括具有小于75平方微米的面积的多个透明或半透明孔，并且所述不透明材料包括具有至少30000平方微米的面积的透明或半透明窗口。

13.如权利要求7所述的设备，其中，所述底面还包括其中包含所述不透明材料至少一个基准层和具有十字形状的基准。

14.如权利要求7所述的设备，其中，所述至少一个图案层设置在所述底面上的单元中，并且所述单元重复进行六次，以形成所述底面上的图案。

15.如权利要求1-2中的任一项所述的设备，其中，所述沟道包括四个平行通道，其经连接以形成单个室。

16.如权利要求1-2中的任一项所述的设备，其中，所述多个平行通道包括检测通道，其与较窄的入口通道和出口通道相比是比较宽的。

17.如权利要求16所述的设备，其中，所述入口和出口通道将所述检测通道分别连接到入口和出口端口。

18.一种光学检测装置，包括：

(a)如权利要求1所述的检查设备，以及

(b)一个或多个检测器，设置在所述板上方，以接收从所述沟道或者经过所述沟道所发射的光。

19.如权利要求18所述的光学检测装置，其中，所述一个或多个检测器包括多个测微荧光计。

20.如权利要求19所述的光学检测装置，其中，所述多个测微荧光计包含在单片读取头中。

21.如权利要求19所述的光学检测装置，其中，所述一个或多个检测器包括六个测微荧光计，并且所述检查设备包括四个通道。

22.如权利要求21所述的光学检测装置，其中，所述六个测微荧光计定位成检测所述四个通道。

23.如权利要求21所述的光学检测装置，其中，所述检查设备的所述底面包括至少一个图案层，其包括所述不透明材料，并且所述六个测微荧光计定位成检测所述图案层的至少一个。

24.如权利要求23所述的光学检测装置，其中，所述至少一个图案层通过所述不透明材料完全涂敷。

25.如权利要求23所述的光学检测装置，其中，所述不透明材料包括具有小于75平方微米的面积的多个透明或半透明孔。

26.如权利要求25所述的光学检测装置，其中，所述透明或半透明孔分隔至少10微米。

27.如权利要求25所述的光学检测装置，其中，所述不透明材料包括具有至少30000平方微米的面积的透明或半透明窗口。