CN209570503U - 光能激励器和测试系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及光能激励器和测试系统。本文提出了一种光能激励器，其可以包括一个或更多个光源。光能激励器可以发射激发光，该激发光朝向可以支撑生物或化学样品的检测器表面被引导。

Description

光能激励器和测试系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年12月28日提交的标题为“Light Energy FluorescenceExcitation”的美国专利申请号62/611,448的优先权，该申请通过引用以其整体并入本文。本申请还要求2018年3月19日提交的标题为“Light Energy Fluorescence Excitation”的美国专利申请号62/644,805的优先权，该申请通过引用以其整体并入本文。本申请还要求2018年3月20日提交的标题为“Light Energy Fluorescence Excitation”的荷兰专利申请号 2020636的优先权，该申请通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本申请涉及，但不限于光能激励器和测试系统。
背景技术
生物或化学研究中的各种方案涉及进行受控反应。然后可以观察或检测指定的反应，并且随后的分析可以帮助识别或揭示参与反应的化学物质的性质。
在一些多重测定中，具有可识别标记(例如，荧光标记)的未知分析物可以在受控条件下暴露于数千个已知探针。每个已知探针可以被沉积到微孔板的相应阱中。观察阱内已知探针和未知分析物之间发生的任何化学反应能够帮助识别或揭示分析物的性质。这种方案的其他示例包括已知的 DNA测序过程，诸如合成测序(SBS)或循环芯片测序(cyclic-array sequencing)。
在一些荧光检测方案中，使用光学系统将激发光引导到荧光团(例如，荧光标记的分析物)上，并且还检测可以从附着有荧光团的分析物发出的荧光发射信号光。然而，这种光学系统可能相对昂贵，并且需要更大的台式占地面积。例如，光学系统可以包括透镜、滤光器、和光源的布置。
在其他提出的检测系统中，流动池中的受控反应由固态光传感器阵列 (例如，互补金属氧化物半导体(CMOS)检测器或电荷耦合器件(CCD) 检测器)确定。这些系统不涉及检测荧光发射的大型光学组件。
实用新型内容
本文提出了一种光能激励器，其可以包括一个或更多个光源。光能激励器可以发射指向检测器表面的激发光，该检测器表面可以支撑生物或化学样品。
本文提出了一种方法，包括：用光能激励器发射激发光，其中光能激励器包括第一光源和第二光源，该第一光源发射第一波长发射带中的激发光射线，第二光源发射第二波长发射带中的激发光射线；以及用检测器接收激发光和由激发光的激发产生的发射信号光，该检测器包括用于支撑生物或化学样品的检测器表面和与检测器表面间隔开的传感器阵列，该检测器阻挡激发光并允许发射信号光向传感器阵列中的光传感器进行传播；以及根据由传感器阵列中的光传感器感测到的光子，利用检测器的电路传输数据信号。
本文提出了一种光能激励器，包括：发射激发光射线的至少一个光源；以及光导管，其使激发光均匀化并向光能激励器的远端引导激发光，该光导管包括光入射表面和光出射表面，该光导管接收来自至少一个光源的激发光射线；其中，光能激励器的远端适于与检测器组件耦合，该检测器组件包括用于支撑生物或化学样品的检测器表面。
本文提出了一种系统，包括：光能激励器，其包括发射激发光射线的至少一个光源、以及使激发光射线均匀化并引导激发光射线的光导管，该光导管包括光入射表面，以接收来自至少一个光源的激发光射线；以及检测器，其包括用于支撑生物或化学样品的检测器表面和包括与检测器表面间隔开的光传感器的传感器阵列，其中检测器接收来自激励器的激发光并发射信号光，其中，检测器包括根据由传感器阵列的光传感器检测到的光子传输数据信号的电路，其中，检测器阻挡激发光并允许发射信号光向光传感器进行传播。
应该认识到，前述概念和以下更详细讨论的另外概念的所有组合(假设这些概念不相互矛盾)被认为是本文公开的实用新型主题的一部分。特别地，出现在本公开结尾处的要求保护的主题的所有组合被认为是本文公开的实用新型主题的一部分。
附图说明
当参考附图阅读下面的详细描述时，本文提出的这些和其它特征、方面、和优点将变得更好理解，在所有附图中，相似的字符表示相似的部分，其中：
图1是根据一个示例的用于执行生物或化学测试的系统的示意性框图，该系统具有光能激励器和具有检测器的检测器组件；
图2是根据一个示例的光能激励器的剖面侧视图；
图3是根据一个示例示出图2的光能激励器中的光射线传播的射线轨迹图；
图4描绘了根据一个示例的光源组，该光源组包括由设置在印刷电路板上的多个LED提供的光源；
图5是根据一个示例的由耦合到光导管的光入射表面上的多个LED表面提供的光源的侧视图；
图6是根据一个示例的光能激励器的透视示意图；
图7是根据一个示例的光能激励器的示意图；
图8是示出根据一个示例的具有第一光导管和第二光导管的光能激励器的操作的射线轨迹图；
图9是显示根据一个示例的光能激励器的透视剖面侧视图；
图10是根据一个示例的具有与检测器组件耦合的光能激励器的系统的透视图；
图11是根据一个示例的限定流动池的流动池框架的装配透视图；
图12是根据一个示例的检测器组件盒的内部视图，该检测器组件盒限定了用于可在其上耦合和对准的光能激励器的对准的配准特征 (registration features)；
图13是根据一个示例的相对于由集成电路提供的检测器所限定的流动池的顶视图；
图14是根据一个示例的由限定光导管和透镜的单片材料提供的光能激励器；
图15是根据一个示例的光能激励器的透视图，该光能激励器具有共同限定光导管和透镜的单片材料，其中，透镜是通过菲涅耳透镜提供的；
图16是根据一个示例的由具有光传感器阵列和对准光导阵列的集成电路提供的检测器的一部分的剖面侧视图；
图17是根据一个示例的由具有光传感器和对准光导的集成电路提供的检测器的一部分的剖面侧视图；
图18是根据一个示例的过程控制系统的示意图；
图19是描绘多个光能激励器光源和可以利用激发光源进行激发的多个荧光团的光谱轮廓的光谱轮廓协调图(spectral profile coordination diagram)；和
图20是描绘可在支持用于DNA序列重建的DNA测序过程中使用的过程的流程图。
具体实施方式
在图1中，提出了用于在系统100中使用的光能激励器10。系统100 可用于执行生物或化学测试。系统100可以包括光能激励器10和检测器组件20。检测器组件20可以包括检测器200和流动池282。检测器200 可以包括多个光传感器202和用于支撑样品502(例如，可以通过DNA片段提供的分析物)的检测器表面206。根据一个示例的检测器表面206可以限定多个反应凹部210，并且诸如生物或化学样品的样品502可以被支撑在这样的反应凹部210内。
检测器200可以包括多个光导214，其接收激发光和由于激发光的激发而导致的来自检测器表面206的发射信号光。光导214可以引导来自检测器表面206的光。光导214朝向相应的光传感器202延伸，并且可以包括阻挡激发光并允许发射信号光朝向相应的光传感器传播的过滤材料。
根据一个示例，检测器200可以通过固态集成电路检测器提供，诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)集成电路检测器或电荷耦合器件(CCD) 集成电路检测器。
根据一个示例，每个光传感器202可以与相应的光导214和相应的反应凹部210对准，使得纵轴268延伸穿过光传感器202、光导214和反应凹部210的横截面几何中心。流动池282可由检测器表面206、侧壁284、和流动盖288限定。流动盖288可以是透光盖，以透射由光能激励器10 提供的激发光。
在另一方面中，检测器200可以包括介于光导214之间的介质堆叠区域218。介质堆叠区域218可以具有在其中形成的电路，例如用于从光传感器202读出进行数字化存储和处理的信号。
系统100可以包括入口289和出口290，流体可以通过入口289进入流动池282，且流体可以通过出口290离开流动池282。入口289和出口 290可由流动盖288限定。
根据一个示例，系统100可用于使用荧光团进行生物或化学测试。例如，可以使用入口289和出口290使具有一个或更多个荧光团的流体通过入口流入和流出流动池282。荧光团可以吸引到各种样品502，且因此，通过它们的检测，荧光团可以充当对于样品502(例如它们吸引到的生物或化学分析物)的标记物。
为了检测流动池282内荧光团的存在，光能激励器10可以被激励，使得激发波长范围内的激发光101被光能激励器10发射。在接收到激发光时，附着在样品502上的荧光团可以辐射发射信号光501，发射信号光 501是光传感器202用于进行检测的感兴趣信号。由于附着在样品502上的荧光团的荧光，发射信号光501将具有相对于激发光101的波长范围红移的波长范围。
光能激励器10可以被激活以发射激发光101来激发已附着到样品502 上的荧光团。在被激发光101激发时，附着到样品502的荧光团可以发荧光，以辐射处于比激发光101的波长范围具有更长波长的波长范围的发射信号光501。发射信号光501的存在或不存在可以指示样品502的特性。根据一个示例的光导214可以过滤由光能激励器10传输的激发光101的波长范围中的光，使得光传感器202不将激发光101检测为发射信号光 501。
测试支持系统区域300中的系统100可以包括过程控制系统310、流体控制系统320、流体储存系统330、和用户界面340，该用户界面340允许操作员输入用于系统100的控制的输入。根据一个示例的过程控制系统 310可以通过基于处理器的系统提供。过程控制系统310可以运行各种生物或化学过程，诸如DNA序列重建过程。根据一个示例，为了运行生物或化学过程，过程控制系统310可以向例如光能激励器10、检测器200和 /或流体控制系统320发送协调控制信号。流体储存系统330可以存储流过流动池282的流体。
根据一个示例，光能激励器10可以包括一个或更多个光源。根据一个示例，光能激励器10可以包括一个或更多个光整形元件。光能激励器 10可以包括一个或更多个光学部件，以用于对引导从一个或更多个光源发射的光的光发射进行整形。一个或更多个光源可以包括例如一个或更多个光导管、透镜、光楔、棱镜、反射器、滤光器、光栅、准直仪、或上述的任意组合。
图2示出了根据一个示例的光能激励器10。光能激励器10可以包括具有一个或更多个光源(例如光源102A-102Z)的光源组102，以及用于沿着光轴106引导光的各种光学元件，在所示的示例中，光轴106是折叠轴(folded axis)。
光能激励器10可以包括光导管110和透镜114，以用于对通过光导管110传输的激发光射线进行整形。光导管110和透镜114可以具有以光轴 106为中心的横截面几何中心。
光导管110可以包括光入射表面109和光出射表面111。从光源组102 发射的激发光101可以进入光入射表面109，并且可以离开光导管110的光出射表面111。光导管110通过具有被选择用于提供内反射的折射率可以在各个方向上反射从光源组102接收的接收光射线以使光均匀化，从而传输通过光导管110的出射光射线是均匀的。因此，即使光源组102的光源可能具有“热点”或者相对于光导管110被不对称地设置或者具有其他不规则性，在光导管110的光出射表面111处也可以产生均匀的光。
光导管110通过具有被选择用于提供内反射的折射率，可以限制其接收并传输到由限定光导管110的侧壁表面界定的体积区域的激发光射线。光导管110可以由均匀的透光材料(例如聚碳酸酯或硅玻璃)形成。
根据一个示例，光导管110可以具有锥形结构，该锥形结构由在从光导管110的光入射表面109到光出射表面111的方向上贯穿其整个长度增加的直径来限定。根据一个示例，光导管110可以具有锥形结构，该锥形结构由在从光导管110的光入射表面109到光出射表面111的方向上贯穿其整个长度线性增加的直径来限定。
根据一个示例，光能激励器10可以被配置为使得透镜114将光导管 110的光出射表面111成像到像平面130上，并且根据一个示例，系统100 可以被配置为使得像平面130与检测器表面206重合，检测器表面206可以被配置为支撑样品502，诸如DNA片段。通过将物平面成像到像平面上，透镜114可以将光导管110的光出射表面111处存在的均匀光的图像投射到检测器200的样品支撑检测器表面206上(图1)。
本文的示例认识到，虽然光源组102可以被选择成使得从光源组102 发射的激发光射线不包括荧光范围光射线，但是荧光范围光射线仍然可以由于自发荧光而在光能激励器10内辐射。在另一方面中，光能激励器10 可以包括短波通滤光器(short pass filter)122，以对由于来自光能激励器 10内部的自发荧光而辐射(例如，从透镜114、光导管110、和反射器118 以及光能激励器10的其他表面辐射)的荧光范围波长进行过滤。
光能激励器10可以包括光反射器118，光反射器118用于折叠光轴106 使得光轴106将方向从其中光轴106平行于所示参考Y轴延伸的第一方向改变为其中光轴106平行于所示参考Z轴延伸的第二方向。光能激励器10 可以包括具有以光轴106为中心的横截面中心的窗口126，以及外壳134 和用于以特定空间关系(诸如图1中描绘的特定空间关系)支撑各种光学部件的其它支撑部件。
图3中示出了对于图2的示例中的光能激励器10的射线轨迹图。参照图3的射线轨迹图，透镜114可以将可以在光导管110的光出射表面111 处限定的物平面112成像到可以位于检测器表面206处的像平面130上，该检测器表面206可以适于支撑生物或化学样品。从图3的射线轨迹图中可以看出，离开光导管110的光出射表面111的光射线可以是发散光射线，该发散光射线以充分受限的发散角度发散，使得离开光导管110的光出射表面111的大部分光射线被透镜114的光入射表面接收。本文中的示例认识到，尽管光导管可用于均匀化光的目的，但是它们能够传输以大的最大发散角度(例如接近90°)出射的出射光射线。
本文中的示例认识到，例如，在光导管110被替代地构造成具有统一直径(即，非锥形直径)的情况下，离开光导管110的很大百分比的出射光射线可以以足够大的发散角度离开光出射表面111，以至于透镜114的光入射表面113可能不收集出射光射线。本文中的示例认识到，将光导管 110设置为具有沿其长度使一端逐渐变细的锥形结构和具有以光轴106为中心的几何横截面中心并且包括适当的折射率，在光导管110内提供了反射，使得从光导管110的光出射表面111离开的光出射光射线以相对于90°的最大发散角度减小的角度离开光导管110的光出射表面111。
在参考图2和图3描述的示例中，离开光导管110的光出射表面111 的出射光射线可以限定发散光锥1100，该发散光锥1100具有相对于参考光射线以从零度到最大发散角度范围内的角度发散的光射线，该参考光射线从光出射表面沿平行于光轴106的方向延伸。限定的发散光锥1100可以相对于光轴106以最大发散角度发散。根据一个示例，最大发散角度是被设计成使得离开光出射表面111的大部分出射光射线被透镜114的光入射表面收集的发散角度。根据一个示例，光能激励器10被配置成使得离开出射表面111的光激发光射线相对于从光出射表面沿平行于光轴106的方向延伸的参考光射线以最大发散角度发散，该最大发散角度足够小以确保由透镜114的光入射表面113收集。
根据一个示例，光能激励器10可以被配置为使得离开光导管110的光出射表面111的出射光射线限定发散光锥1100，该发散光锥1100具有相对于参考光射线以从零度到最大发散角度范围内的角度发散的光射线，该参考光射线从光出射表面沿平行于光轴106的方向延伸，其中光导管110 被配置为使得最大发散角度为大约60度或更小。根据一个示例，光能激励器10被配置为使得离开光导管110的光出射表面111的出射光射线限定发散光锥1100，该发散光锥1100具有相对于从光出射表面沿平行于光轴 106的方向延伸的参考光射线以从零度到最大发散角度范围内的角度发散的光射线，其中光导管110被配置为使得最大发散角度为大约50度或更小。根据一个示例，光能激励器10被配置为使得离开光导管110的光出射表面 111的出射光射线限定发散光锥1100，该发散光锥1100具有相对于从光出射表面沿平行于光轴106的方向延伸的参考光射线以从零度到最大发散角度范围内的角度发散的光射线，其中光导管110被配置为使得最大发散角度为大约40度或更小。根据一个示例，光能激励器10被配置为使得离开光导管110的光出射表面111的出射光射线限定发散光锥1100，该发散光锥1100具有相对于从光出射表面沿平行于光轴106的方向延伸的参考光射线以从零度到最大发散角度范围内的角度发散的光射线，其中光导管110 被配置为使得最大发散角度为大约35度或更小。根据一个示例，光能激励器10被配置为使得离开光导管110的光出射表面111的出射光射线限定发散光锥1100，该发散光锥1100具有相对于从光出射表面沿平行于光轴 106的方向延伸的参考光射线以从零度到最大发散角度范围内的角度发散的光射线，其中光导管110被配置为使得最大发散角度为大约30度或更小。
为了提供成像功能，透镜114可以会聚传输通过光导管110的接收激发光射线。在参考图2和图3描述的示例中，离开透镜114的光出射表面 115的出射光射线可以限定会聚光锥1400，该会聚光锥1400具有相对于从光出射表面沿平行于光轴106的方向延伸的参考光射线以从零度到最大会聚角度范围内的角度会聚的光射线，其中透镜114被配置成使得最大会聚角度为大约60度或更小。限定的会聚光锥1400可以相对于光轴106以最大会聚角度会聚。在参考图2和图3描述的示例中，离开透镜114的光出射表面115的出射光射线可以限定会聚光锥1400，该会聚光锥1400具有相对于从光出射表面沿平行于光轴106的方向延伸的参考光射线以从零度到最大会聚角度范围内的角度会聚的光射线，其中透镜114被配置成使得最大会聚角度为大约50度或更小。在参考图2和图3描述的示例中，离开透镜114的光出射表面115的出射光射线可以限定会聚光锥1400，该会聚光锥1400具有相对于从光出射表面沿平行于光轴106的方向延伸的参考光射线以从零度到最大会聚角度范围内的角度会聚的光射线，其中透镜 114被配置成使得最大会聚角度为大约40度或更小。在参考图2和图3描述的示例中，离开透镜114的光出射表面115的出射光射线可以限定会聚光锥1400，该会聚光锥1400具有相对于从光出射表面沿平行于光轴106 的方向延伸的参考光射线以从零度到最大会聚角度范围内的角度会聚的光射线，其中透镜114被配置成使得最大会聚角度为大约35度或更小。在参考图2和图3描述的示例中，离开透镜114的光出射表面115的出射光射线可以限定会聚光锥1400，该会聚光锥1400具有相对于从光出射表面沿平行于光轴106的方向延伸的参考光射线以从零度到最大会聚角度范围内的角度会聚的光射线，其中透镜114被配置成使得最大会聚角度为大约 30度或更小。
图4示出了根据一个示例的光源组102。光源组102可以包括一个或更多个光源。根据一个示例，一个或更多个光源可以由一个或更多个基于电致发光的光源(例如发光二极管、发光电化学电池、电致发光导线、或激光器，或者上述的任意组合)提供。在图4中描述的示例中，光源组102 可以包括由多个发光二极管(LED)提供的多个光源102A-102J。所描述的示例中的光源102A-102G可以是发射绿色波段中的激发光射线的绿色LED，以及光源102H-102J可以是发射蓝色波段中的激发光射线的蓝色 LED。根据一个示例，由LED提供的光源102A-102J可以设置在印刷电路板1020上。在系统100的操作中，过程控制系统310可以控制由LED提供的光源102A-102J的激励，使得特定发射带的一个或更多个LED在特定时间处被选择性地激活。根据一个示例的光源102A-102J可以由表面发射 LED提供。诸如表面发射LED的LED可以具有将射线角度与光强度相关联的发射模式。LED发射模式可以是诸如管芯几何形状、管芯窗口、光整形材料的指数和折射等参数的函数。根据一个示例，发射模式可以是朗伯特，即，指定强度与相对于法线的发射角度的余弦成比例。
过程控制系统310例如可以在其中光传感器202被曝光的检测器200 的第一曝光周期期间仅激励由绿色LED提供的光源102A-102G，并且可以在其中光传感器202被曝光的检测器200的第二曝光周期期间仅激励由蓝色LED提供的光源102H-102J。提供光源组102使在两个可独立选择的峰值波长下发射有助于染料化学过程，该染料化学过程可以使用绿色(532nm)和蓝色(470nm)激发。根据一个示例，光源组102可以包括光源，例如设置在印刷电路板1020上的红色LED，其在红波段中心波长 (例如，红色：630nm)下发射。根据一个示例，提供红色照射有助于额外的测试和校准程序。
参照图4可以看出，限定光源组102的光源不需要均匀对称地布置或者根据任何有序的配置来布置。例如，可以看出，根据图4中所示的特定配置，其中由绿色LED提供的光源102A-102G利用维持在失励状态 (deenergized state)中的蓝色LED提供的光源102H-102J选择性地激励，较大百分比的激发光射线将通过光导管110的光入射表面109的左侧进入光导管110，并且当由蓝色LED提供的光源102H-102J利用维持在失励状态中的绿色LED选择性地激励时，较大百分比的激发光射线将通过光导管 110的光入射表面109的右侧进入光导管。尽管如此，光导管110通过其光反射特性使不平衡的输入接收光均匀化，以在光导管110的光出射表面 111处产生均匀化的光，而与光源组102的光源的布置无关。光导管110 的折射率可以被选择成使得来自光源组102的光射线在光导管110内呈现全内反射(TIR)，从而在光导管110的光出射表面111处实现均匀(均匀化)照射。
如图5中所示，光源组102可以以确保减少光损耗的方式耦合到光导管110。在图5中所描绘的布置中，存在图4中被示出为设置在印刷电路板1020上的LED的侧视图。在图5中所描绘的侧视图中，由LED提供的光源102A、102C、和102E被显示为对应于如图4中所描绘的光源102A、 102C、和102E。光源102A-102J可以由具有如图5中所描绘的所示的平坦平面光发射面的LED提供。参照图5，由LED(其光源102A、102C、和 102E在侧视图中被示出)提供的光源102A-102J的平坦平面光发射面被表面耦合(对接耦合)到光导管110的光入射表面109上。像由LED提供的光源102A-102J的发射表面一样，光入射表面109可以是平坦且平面的，以确保当由LED提供的光源102A-102J被表面耦合到光入射表面109上时的低光损耗。在使用图5中所描绘的表面耦合的情况下，可以实现指定LED 光传输通过光导管110的效率的耦合效率，该效率为90％或更高且根据一个示例为98％或更高，这与其中耦合效率取决于透镜的数值孔径的光源到透镜中的耦合效率相比是有利的。
进一步参考图5，可以看出，由LED提供的每个相应光源102A-102J 的整个正面与光导管110的光入射表面109相对，从而确保由LED提供的光源102A-102J发射的大部分激发光射线被光导管110的光入射表面109 接收。
光能激励器10可以发射在第一较低波长范围(例如低于约560nm) 的激发光101(图1)以激发荧光团，该荧光团响应于激发光发荧光以辐射具有较长波长(例如，包括长于约560nm的波长)的第二波长范围的发射信号光501。检测器200可以被配置成使得光传感器202检测到较长波长处的这些波长范围发射。检测器200可以包括光导214，光导214可以由过滤材料形成以阻挡激发光101的波长范围中的光，从而由发荧光的荧光团引起的发射信号光501被光传感器202选择性地接收。
本文中的示例认识到，如果光能激励器10发射荧光发射带(荧光范围)中的光，那么光传感器202会不合需要地将这种发射光感测为发射信号光。本文中的示例包括减少光能激励器10发射荧光范围波长的特征。
如上所述，光能激励器10可以包括短波通滤光器122。短波通滤光器 122允许在光源组102的发射能带中的激发光射线的传输，但是其阻挡流动池282内的由于光能激励器10内的自发荧光成分的荧光范围的光。短波通滤光器122可以被设置在光能激励器10的远端处，使得短波通滤光器122可以不接受由光能激励器10内的自发荧光材料而引起的自发荧光范围波长。为了便于过滤从透镜114辐射的自发荧光范围辐射，以及从沿光传播方向设置在透镜114之前的部件辐射的自发荧光范围辐射，短波通滤光器122可以在光传播方向上在透镜114之后设置在光能激励器10的远端处。根据一个示例的短波通滤光器122可以包括其上沉积有具有较高和较低折射率的交替材料层的衬底。较高折射率材料可包括例如二氧化钛 (TiO2)或五氧化二钽(Ta2O5)，而较低折射率材料可包括例如二氧化硅 (SiO2)。根据一个示例，材料层可以例如使用离子束溅射被硬涂层。
为了进一步减少荧光范围光，光能激励器10的材料可被选择用于减少自发荧光。本文中的示例认识到硅酸盐玻璃的自发荧光小于光学系统中常用的聚碳酸酯材料。根据一个示例，光能激励器10的一个或更多个光学部件可以被选择为由硅酸盐玻璃形成。本文中的示例认识到硅酸盐玻璃相对于用于光学部件的替代材料可以产生减少的自发荧光，且因此根据一个示例，光导管110、透镜114、短波通滤光器122(其衬底)、和窗口126 中的一个或更多个可以被选择为由硅酸盐玻璃形成，以减少自发荧光。根据一个示例，光导管110、透镜114、短波通滤光器122(其衬底)、和窗口126中的一个或更多个被选择为由均匀硅酸盐玻璃形成，以减少自发荧光。根据一个示例，光导管110、透镜114、短波通滤光器122(其衬底)、和窗口126中的每一个被选择为由均匀硅酸盐玻璃形成，以减少自发荧光。
在图6中，示出了光能激励器10的三维示意图。如图6所示，物平面112可以由透镜114成像到像平面130上。如本文所述，物平面112可以被限定在光导管110的光出射表面111处，使得光出射表面111处的光的图像被投射到像平面130上，如所述，像平面130可以位于检测器200 的用于支撑样品的检测器表面206(图1)处。应当理解，因为透镜114 可以对光导管110的光出射表面111成像，所以光出射表面111的形状可以被成像到像平面130上，并且相应地投射到像平面130上。根据一个示例，光出射表面111的形状被选择为对应于检测器表面206的形状和尺寸，并且光能激励器10被配置为将光出射表面111的形状成像到像平面130 上，使得透镜114将照射图案107(图3)投射到检测器表面206上，该照射图案与检测器表面206的形状和尺寸匹配。
配置光能激励器10以将与检测器表面206的形状和尺寸匹配的照射图案107(图3)投射到检测器表面206上提供了各种优点。通过这种配置，投射的照射图案不会浪费光能地照射检测器200周界之外的区域，并且也不会使感兴趣区域照射不足。
在参考图6描述的示例中，用于支撑样品的光出射表面111和检测器表面206都可以是直线构成的形状。如图6中所示，光导管110可以在其整个长度上包括直线构成的横截面(沿横向于光轴106的6-6截取)。此外，如所述，光导管110可以是锥形结构，并且可以在其从光入射表面109到光出射表面111的整个长度上具有增大的直径。在光导管110具有直线构成的横截面的情况下，将理解，由离开光导管110的光出射表面111的激发光射线限定的发散光锥1100可以具有直线构成的横截面，其中拐角在朝向透镜114的光入射表面113的光传播方向上变得更柔和更扩散。
根据一个示例，光能激励器10可以被配置成使得光导管110具有直线构成的光出射表面111，其图像可以被透镜114投射到用于支撑样品的检测器表面206上，该检测器表面可具有对应于光出射表面111的形状的直线构成的成形周界。
用于根据一个示例的光能激励器10的部件的规范在图7中阐述，图7 示出了根据一个示例的光能激励器10的各种光学参数值。在图7所示的示例中，透镜114具有1：1的放大率，使得像平面130处的投射图像的尺寸与物平面112处的物体(光出射表面111)的尺寸相同。根据一个示例的光能激励器10可以在每个LED管芯的2A驱动电流下产生大约5W/cm^2的绿色照射强度，并且在每个LED管芯的2A驱动电流下产生大约 7W/cm^2的蓝色照射强度。在整个照射区域内可以实现约>75％的照射均匀性。用于光能激励器10的材料在下面的表1中进行阐述。
表1
在另一示例中，光导管110可以被成形为使得光导管110的光出射表面111可以具有除直线构成的形状之外的形状，例如，可以具有沿横向于光轴106的6-6截取的圆形横截面)。在样品支撑检测器表面206具有不同于直线构成的形状并且对应于光出射表面111的形状的形状的周界的情况下，这种示例可能是有利的。
根据具有不同形状的不同检测器表面206的检测器200，可以容易地修改光能激励器10的设计，以利用不同的检测器进行优化。例如，根据检测器200的第一检测器可以(从沿着Z轴的顶视图看)具有矩形检测器表面206，根据检测器200的第二检测器可以具有方形检测器表面206，并且根据检测器200的第三检测器可以具有圆形检测器表面206。因为透镜114被配置成将与光出射表面111重合的物平面112成像到检测器表面 206上，所以光能激励器10可以被优化用于通过仅将光导管110改变为不同结构而与不同形状的检测器中的任一个一起使用。根据一个示例，如图2的虚线132所指示，该虚线指示用于保持可互换模块的保持器，光能激励器10可以是模块化结构，其中光导管模块133是可拆卸地互换的，并且光能激励器10可以设置有多个这样的光导管块模块，每个模块具有不同配置的一个或更多个光导管110。优化光能激励器10以用于与具有不同形状检测器表面206的不同形状检测器200一起使用可以包括简单地将具有第一光导管110和第一形状的第一光导管出射表面111的第一当前安装的第一光导管模块133更换为具有第二光导管110和第二形状的光导管出射表面111的第二光导管模块133，该第二形状匹配于具有不同形状检测器表面206的不同形状检测器200的形状。光能激励器10可以被配置成使得当不同模块被安装到壳体134的如虚线132所示的保持器中时，新安装的模块133的光导管110的光出射表面111位于物平面112上，使得光导管110的光出射表面111可以被成像到位于检测器表面206上的像平面上。
在图8的示例中，光能激励器10可以包括如本文所述的光导管110 和第二光导管110B。光导管110可以表面耦合到例如由LED提供的第一光源102A，并且光导管110B可以表面耦合到例如由第二LED提供的第二光源102B。光源102A和光源102B可以被配置成发射相同波段或不同波段中的光。透镜114可以被配置成将在光导管110和第二光导管110B 的光出射表面111处限定的物平面112成像到可以在检测器表面206上限定的像平面130上。因此，光能激励器10可以将两个分离的照射图案107 和107B投射到检测器表面206上，这在生物或化学测试设计者希望将检测器表面206分离成分离的测试区域的情况下是有利的。根据一个示例，测试设计者可以指定使用根据检测器200的第一检测器和根据检测器200 的第二检测器来执行测试，并且系统100可以被配置成使得光能激励器10 将照射区域107和107B分别投射到第一和不同的第二检测器200的分开的检测器表面206上。
本文提出了一种光能激励器10，其具有光源102A和第二光源102B，其中光导管110接收来自光源102A的激发光，并且其中激励器包括与光导管110一起容纳在公共壳体134中的第二光导管110B，其中第二光导管110B接收来自第二光源102B的激发光，其中光导管110和第二光导管 110B传播分别从第一光源102A和第二光源110B发射的激发光，并且其中，光能激励器10对分别传播通过光导管110和第二光导管110B的激发光整形，以限定第一照射区域107和分离的第二照射区域107B。
如图8中所示的配置可以限定光轴106和第二光轴106B。在如图2-7 中所示的单通道系统中，光轴106可以与透镜114的中心轴1060共同定位。在图8的示例中，光轴106和光轴106B中的每一个都可以偏移并平行于透镜114的中心轴1060。光导管110和光导管110B中的每一个可以分别限定具有关于参考图3描述的射线轨迹图(单通道系统)描述的发散光锥1100的发散角特性的发散光锥1100和1100B。透镜114可以限定相应的会聚光锥1400和1400B，其具有关于参考图3描述的射线轨迹图(单通道系统)描述的会聚光锥1400的会聚角特性。
根据一个示例，用于限定第一照明通道和第二照明通道的光导管110 和光导管110B可以被包括在如本文所述的一组可互换模块133中，该一组可互换模块133可以互换地被安装到结合图2描述的由虚线132指示的光能激励器10的壳体134的限定的保持器中。
图9示出了光能激励器10的剖面物理形态视图。如图9中所示，光能激励器10可以被安装在散热器702上，用于从光能激励器10吸取热量，以改善光能激励器10的性能。图10是具有耦合到检测器组件20的光能激励器10的系统100的透视物理形态视图。如图10中所示，检测器组件 20可以包括容纳流动池282的盒802。流动池282可由流动池框架902限定，如图11所示，示出了限定流动池282的流动池框架902的透视组件物理形态视图。流动池框架902例如可以包括侧壁284和流动盖288，如图 1的示意图所描绘。
图12示出了构造细节，其示出了检测器组件20的盒802的内部部件。如图12中所示的盒802可以被配置成包括物理配准特征806，其有助于光能激励器10与检测器200的对准。如图2中所示，检测器200被示出为位于由流动池框架902确立的位置中，使检测器200和流动池282被容纳在盒802的槽814中。可以提供物理配准特征806以捕捉由光能激励器10 的壳体134的远端部分限定的光能激励器10的对应特征。为了将光能激励器10耦合到检测器组件20和检测器200，光能激励器10的壳体134的远端部分可以插入检测器组件20的盒802的插口826中，并且被布置成使得光能激励器10的壳体134的远端与如图12所示的对应的配准特征806 配准，使得如图1所示光能激励器10与流动池282和检测器200正确对准。
图13示出了设置在检测器200上方的流动池282的顶视图。根据图 13中所示的一个示例，流动池282可包括侧壁283，该侧壁283使流动池 282成形，使得在生物或化学测试期间，并非所有光传感器202都是活动的。根据一个示例的检测器200可以包括14M的光传感器的阵列，其可以被视为像素，并且流动池282可以由流动池壁283配置，使得大约8M的光传感器202在生物或化学测试期间是活动的。
参考图14和图15描述光能激励器10的替代示例。根据如图14所示的一个示例，透镜114可以与光导管110形成为一体。图14示出了由限定光导管110和透镜114的单片材料一体形成的光导管110和透镜114。光能激励器10可以被配置成使得与光导管110一体形成的透镜114将均匀化的光投射到像平面130上，该像平面130可以被限定在用于支撑样品的检测器表面206处(图1)。
图15示出了具有与光导管110一体地形成的集成的透镜114并且由共同限定透镜114和光导管110的单片材料限定的光能激励器10的另一示例。在图15的示例中，透镜114被示出为是通过菲涅耳透镜来提供的。菲涅耳透镜可以利用减小的透镜厚度产生会聚光射线，并且因此可以提供节省空间的优点。图13的示例中的透镜114可以将光导管110内反射的均匀化的光投射到像平面130上，该像平面130可以被限定在样品支撑检测器表面206处。在本文的任何示例(包括图14和图15的示例)中，过滤涂层可以直接被沉积在透镜114的光出射表面115处，以移除光能激励器10 的分立滤光器122。
图16和图17示出了根据一个示例的可与光能激励器10一起使用的检测器组件20和检测器200的进一步细节。
在图16中所示的示例中，流动池282由检测器表面206的侧壁284 和由侧壁284和其它侧壁(未示出)支撑的流动盖288限定。侧壁可以耦合到检测器表面206，并且可以在流动盖288和检测器表面206之间延伸。在一些示例中，侧壁由可固化粘合剂层形成，该可固化粘合剂层将流动盖 288粘合到检测器200。
流动池282可包括高度H1。仅作为示例，高度H1可以在约50μm至约400μm之间，或者更具体地，在约80μm至约200μm之间。流动盖288 可以包括对从检测器组件20的外部传播到流动池282中的激发光101透光的材料。
还示出了，流动盖288可以限定入口289和出口290，该入口289和出口290被配置成与其它端口(未示出)流体接合。例如，其他端口可以来自盒(未示出)或工作站(未示出)。
检测器200可以包括光传感器202的传感器阵列201、光导214的引导阵列213、和反应凹部210的反应阵列209。在某些示例中，这些部件被布置成使得每个光传感器202与单个光导214和单个反应凹部210对准。然而，在其他示例中，单个光传感器202可以通过多于一个光导214接收光子。在一些示例中，可以为光传感器阵列的每个光传感器提供多于一个的光导和/或反应凹部。
在一些示例中，可以提供与反应凹部阵列中的反应凹部对准的多于一个的光导和/或光传感器。术语“阵列”不一定包括检测器200可以具有的特定类型的每一项。例如，光传感器202的传感器阵列201可以不包括检测器200的每一个光传感器。作为另一示例，引导阵列213可以不包括检测器200的每一个光导214。作为另一示例，反应阵列209可以不包括检测器200的每一个反应凹部210。因此，除非另外明确陈述，否则术语“阵列”可以包括或不包括检测器200的所有这些项。
检测器200具有检测器表面206，其可以被官能化(例如，以用于进行指定反应的合适方式进行化学或物理改性)。例如，检测器表面206可以被官能化，并且可以包括一个或更多个生物分子被固定到其上的多个反应位点。检测器表面206可以具有反应凹部210的反应阵列209。每个反应凹部210可以包括一个或更多个反应位点。反应凹部210可以由例如沿着检测器表面206的深度的缩进或变化来限定。在其他示例中，检测器表面206可以基本上是平面的。
图17是检测器200的放大横截面，其更详细地示出了各种特征。更具体地，图17示出了单个光传感器202、用于将发射信号光501朝向光传感器202进行引导的单个光导214、以及用于基于由光传感器202检测到的发射信号光501(例如光子)传输信号的相关联电路246。应当理解，传感器阵列201(图16)的其它光传感器202和相关联的部件可以以相同或相似的方式进行配置。然而，还应当理解，检测器200不需要完全相同或均一化地进行制造。相反，一个或更多个光传感器202和/或相关联的部件可以不同地制造或者彼此具有不同的关系。
电路246可以包括互连的导电元件(例如，导体、迹线、通孔、互连件等)，该互连的导电元件能够传导电流，诸如基于检测到的光子的数据信号传输。检测器200包括具有光传感器202的平面阵列的集成电路。形成在检测器200内的电路246可以被配置用于从在曝光时段(积分时段) (其中电荷根据由光传感器202接收的发射信号光501累积在光传感器202上)期间曝光的光传感器202读出信号、信号放大、数字化、存储、和处理中的至少一个。电路246可以收集和分析检测到的发射信号光501，并生成用于将检测数据传送给生物测定系统的数据信号。电路246还可以在检测器200中执行附加的模拟和/或数字信号处理。光传感器202可以通过门241-243电耦合到电路246。
根据一个示例的检测器200可以由诸如CMOS集成电路检测器或 CCD集成电路检测器的固态集成电路检测器提供。根据一个示例的检测器 200可以是使用集成电路制造工艺(诸如互补金属氧化物半导体(CMOS) 制造工艺)制造的集成电路芯片。
由光传感器202限定的传感器阵列201的分辨率可以大于大约0.5百万像素(Mpixel)。在更具体的示例中，分辨率可以大于约5Mpixel，更具体地，大于约14Mpixel。
检测器200可以包括多个堆叠层231-237，其包括传感器层231，该传感器层231可以是硅层。堆叠层可以包括多个介质层232-237。在所示示例中，介质层232-237中的每一个介质层包括金属元素(例如W(钨)、 Cu(铜)或Al(铝))和介质材料，例如SiO2。可以使用各种金属元件和介质材料，诸如适合于集成电路制造的那些。然而，在其他示例中，一个或更多个介质层232-237可以仅包括介质材料，诸如一个或更多个SiO2层。
关于图17的具体示例，介质层232-237可以包括金属化层，在图17 中被标记为层M1-M5。如所示，金属化层M1-M5可以被配置成形成电路 246的至少一部分。
在一些示例中，检测器200可以包括具有一个或更多个层的屏蔽结构 250，该屏蔽结构250延伸穿过金属化层M5上方的区域。在图示的示例中，屏蔽结构250可以包括被配置为阻挡从流动池282传播的光信号的材料。光信号可以是激发光101和/或发射信号光501。仅作为示例，屏蔽结构250 可以包括钨(W)。仅作为特定示例，激发光可具有约523nm(绿色光) 或456nm(蓝色光)的峰值波长，并且发射信号光501可包括约570nm 及更长的波长(图4)。
如图17所示，屏蔽结构250可以包括穿过其中的孔252。屏蔽结构 250可以包括这样的孔252的阵列。孔252的尺寸可以被设计成允许信号发射光传播到光导214。检测器200还可以包括钝化层256，该钝化层256 沿着屏蔽结构250延伸并跨过孔252。检测器200还可以包括钝化层258，该钝化层258包括检测器表面206，检测器表面206沿着钝化层256延伸并跨过孔252。屏蔽结构250可以在孔252上方延伸，从而直接或间接地覆盖孔252。钝化层256和钝化层258可以被配置成保护较低高度层和屏蔽结构250免受流动池282的流体环境的影响。根据一个示例，钝化层256 由SiN或类似物形成。根据一个示例，钝化层258由五氧化二钽(Ta2O5) 或类似物形成。具有钝化层256和钝化层258的结构260可以限定具有反应凹部210的检测器表面206。限定检测器表面206的结构260可以具有任何数量的层，诸如一到N层。
结构260可以限定固体表面(即，检测器表面206)，其允许生物分子或其他感兴趣的分析物固定在其上。例如，反应凹部210的每个反应位点可以包括固定到钝化层258的检测器表面206的生物分子簇。因此，钝化层258可以由允许反应凹部210的反应位点固定到其上的材料形成。钝化层258还可以包括至少对期望的荧光透明的材料。钝化层258可以被物理或化学改性，以便于固定生物分子和/或便于检测发射信号光501。
在所示示例中，钝化层256的一部分沿着屏蔽结构250延伸，钝化层 256的一部分直接沿着限定光导214的过滤材料延伸。反应凹部210可以与光导214对准并直接形成在光导214上方。根据一个示例，反应凹部210 和光导214中的每一个可以具有以纵轴268为中心的横截面几何中心。过滤材料可以被沉积在由侧壁254限定的空腔中，侧壁254形成在具有堆叠层232-237的介质堆叠中。
光导214可以相对于由介质层231-237限定的介质堆叠的周围材料进行配置，以形成光导结构。例如，根据一个示例，光导214可以具有至少约1.6的折射率，使得通过光导214传播的光能在光导214和由介质层 231-237限定的周围介质堆叠之间的侧壁254处的界面处大体上被反射。在某些示例中，光导214可以被配置成使得激发光的光密度(OD)或吸光度至少约为4OD。更具体地，过滤材料可以被选择，并且光导214的尺寸可以被设计为实现至少4OD。在更具体的示例中，光导214可被配置成实现至少约5OD或至少约6OD。在更具体的示例中，光导214可被配置成实现至少约7OD或至少约8OD。检测器200的其它特征可以被配置成减少电和光串扰。
参考图18，描述了过程控制系统310的进一步细节。根据一个示例，过程控制系统310可以包括一个或更多个处理器3101、存储器3102、和一个或更多个输入/输出接口3103。一个或更多个处理器3101、存储器3102 和一个或更多个输入/输出接口可以经由系统总线3104连接。根据一个示例，过程控制系统310可以由如图18中所示的计算机系统提供。存储器 3102可以包括系统存储器和储存存储器的组合。根据一个示例的存储器 3102可以存储一个或更多个程序，以用于促进本文中阐述的过程。一个或更多个处理器3101可以运行存储在存储器3102中的一个或更多个程序，以促进如本文所阐述的过程。存储器3102可以定义计算机可读介质。
参考图19和图20描述了由光能激励器10促进的DNA测序过程。参考图19，显示了示出系统100的操作的各方面的光谱轮廓协调图。根据一个示例，光源组102可以包括发射第一波长和第二不同波长的光的光源。提供光源组102以包括发射第一波长范围和第二不同波长范围的激发光的光源有助于染料化学DNA序列重建过程，其中第一染料和第二染料可以被布置在流动池282内的流体中。
图19中所示的光谱轮廓1702示出了光能激励器10的绿色发射光源 (例如，诸如图4中所示的光源102A)的激发波长发射带。光谱轮廓1712 是光能激励器10的蓝色发射光源(诸如图4中所示的光源102H)的波长发射带。光谱轮廓1704是对绿色光敏感的第一荧光团的吸收带光谱轮廓，该第一荧光团可以与流体一起布置到流动池282中。光谱轮廓1714是对蓝色光敏感的第二荧光团的吸收带光谱轮廓，该第二荧光团可以与流体一起布置到流动池282中。光谱轮廓1707是对绿色光和蓝色光敏感的第三荧光团的吸收带光谱轮廓，该第三荧光团可以与流体一起布置到流动池 282中。
光谱轮廓1706是发射信号光501的部分光谱轮廓，其归因于当被具有光谱轮廓1702的绿色光激发时的第一荧光团发荧光。光谱轮廓1716是发射信号光501的部分光谱轮廓，其归因于当被具有光谱轮廓1712的蓝色光激发时的第二荧光团发荧光。光谱轮廓1708是发射信号光501的部分光谱轮廓，其归因于当被具有光谱轮廓1702的绿色光激发时的第三荧光团发荧光。光谱轮廓1709是发射信号光501的部分光谱轮廓，其归因于当被具有光谱轮廓1712的蓝色光激发时的第三荧光团发荧光。
光谱轮廓1730是限定光传感器阵列201的光传感器202的透射光谱轮廓，其指示了光传感器阵列201的检测带。
本文中的示例参考图19的光谱轮廓协调图认识到，过程控制系统310 可以被配置成：(a)基于光传感器202在限于由一个或更多个绿色发射光源进行激发的激发下感测到荧光和光传感器202在限于由一个或更多个蓝色发射光源进行激发的激发下未感测到荧光，确定第一荧光团被附着到样品502；(b)基于光传感器202在限于由一个或更多个蓝色发射光源进行激发的激发下感测到荧光和光传感器202在限于由一个或更多个绿色发射光源进行激发的激发下未感测到荧光，确定第二荧光团被附着到样品502；以及(c)基于光传感器202在限于由一个或更多个绿色发射光源进行激发的激发下感测到荧光和光传感器202在限于由一个或更多个蓝色发射光源进行激发的激发下也感测到荧光，确定第三荧光团被附着到样品502。过程控制系统310可以鉴别哪些荧光团已经被附着到样品上，并且例如使用由表2的决策逻辑表指示的将荧光团的存在映射到核苷酸类型的决策逻辑数据结构，可以确定存在于提供样品502的DNA链的片段中的核苷酸类型(例如A、C、T、和G)，其中鉴别的核苷酸，核苷酸-核苷酸4 (Nucleotide-Nucleotide4)是核苷酸类型A、C、T和G的核苷酸(基于测试设置参数的特定映射)。
表2
过程控制系统310可以在多周期中运行支持DNA序列重建的过程。在每个周期中，DNA片段的不同部分可以经受测序处理，以例如使用诸如表2中所示的决策数据结构的决策数据结构，确定与片段相关联的核苷酸类型，例如A、C、T、或G。在图20的流程图中描述了可由过程控制系统310运行的用于使用光能激励器10执行DNA序列重建的过程的各个方面。
在块1802处，过程控制系统310可以清除流动池282，这意味着过程控制系统310可以从流动池282中移除在前一个周期中使用的流体。在块 1804处，过程控制系统310可以将具有多个荧光团(例如，第一荧光团和第二荧光团，或者第一荧光团、第二荧光团和第三荧光团)的流体输入到流动池282中。第一荧光团和第二荧光团可以包括例如分别关于参照图19 的光谱轮廓图描述的吸收带光谱轮廓1704和吸收带光谱轮廓1714描述的吸收特性。第一荧光团、第二荧光团和第三荧光团可以包括例如分别关于参照图19的光谱轮廓图描述的吸收带光谱轮廓1704和吸收带光谱轮廓 1714以及吸收带光谱轮廓1707描述的吸收特性。
在块1806处，过程控制系统310可以从在第一波长范围激发有效的情况下曝光的光传感器202读出信号。在块1806处，过程控制系统310 可以控制光能激励器10，使得在光传感器202的曝光时段期间，光能激励器10发射受限于由一个或更多个绿色光源进行激发的激发光。在块1806 处，过程控制系统310可以在光传感器202的曝光时段期间激励光源组102 中的一个或更多个绿色发射光源中的每一个绿色发射光源(例如图4中阐述的光源102A-102G)，同时保持光源组中的一个或更多个蓝色发射光源中的每一个蓝色发射光源(例如图4中阐述的光源102H-102J)处于失励状态。随着光源组102如所述进行控制，使得在光传感器202的曝光时段期间绿色光源接通而蓝色光源关断，过程控制系统310在块1806处可以从利用受限于由如本文所述的一个或更多个绿色光源进行激发的激发而被曝光的光传感器202读出第一信号。
在块1808处，过程控制系统310可以从在第二波长范围激发有效的情况下曝光的光传感器202读出信号。在块1808处，过程控制系统310 可以控制光能激励器10，使得在光传感器202的曝光时段期间，光能激励器10发射受限于由光能激励器10的一个或更多个蓝色光源进行激发的激发光。在块1808处，过程控制系统310可以在光传感器202的曝光时段期间激励光源组102中的一个或更多个蓝色发射光源中的每一个蓝色发射光源(例如图4中所阐述的光源102H-102J)，同时保持光源组中的一个或更多个绿色发射光源中的每一个绿色发射光源(例如图4中所阐述的光源 102A-102G)处于失励状态。随着光源组102如所描述的那样被控制，使得在光传感器202的曝光时段期间，蓝色光源接通而绿色光源关断，过程控制系统310在块1808处可以从利用受限于由如本文所述的一个或更多个蓝色光源进行激发的激发而被曝光的光传感器202读出第二信号。
在块1810处，根据一个示例，对于当前周期，过程控制系统310可以处理在块1806处读出的第一信号和在块1808处读出的第二信号，以例如使用如表2中所阐述的决策数据结构来确定在当前周期期间正在经受测试的DNA片段的核苷酸类型。过程控制系统310可以针对DNA测序过程的每个周期执行参照图20的流程图描述的所述核苷酸识别过程，直到针对每个预定周期执行核苷酸识别为止。
过程控制系统310可以被配置为执行用于测试系统100的操作的大范围测试。过程控制系统310可以执行其中测试光能激励器10和检测器200 的操作的校准测试。在这样的示例中，过程控制系统310可以被配置成在传感器阵列201的曝光时段期间选择性地激励不同的光源，并且可以检查在曝光时段期间从传感器阵列201读出的信号。一种方法可以包括在光传感器的第一曝光时段期间在第二(蓝色发射)光源和第三(例如红色发射) 光源保持失励状态的情况下选择性地激励第一光源(例如绿色发射)，在光传感器的第二曝光时段期间在第一光源和第三光源保持失励状态的情况下选择性地激励第二光源，以及在光传感器的第三曝光时段期间在第一光源和第二光源保持在失励状态的情况下选择性地激励第三光源。
应该认识到，前述概念和以下更详细讨论的附加概念的所有组合(假设这些概念不相互矛盾)被认为是本文公开的主题内容的一部分。特别地，出现在本公开结尾处的要求保护的主题内容的所有组合被认为是本文公开的主题内容的一部分。还应当认识到，也可以出现在通过引用并入的任何公开中的在本文中明确使用的术语应当被赋予与在本文中公开的特定概念最一致的含义。
该书面描述使用示例来公开主题内容，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践主题内容，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。主题内容的专利性范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其它示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元素，则这些其它示例将在权利要求的范围内。
将理解，以上的描述旨在是例证性的，并且不是限制性的。例如，上述示例(或其各方面)可以彼此结合使用。另外，在不脱离其范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应各种示例的教导。虽然本文描述的材料的尺寸和类型旨在定义各种示例的参数，但它们决不是意味着限制性的，而仅仅是示例性的。许多其他示例对于在查阅以上描述后的本领域的技术人员将是明显的。因此，各个示例的范围应参考所附权利要求连同这些权利要求有权要求的等效物的整个范围来确定。在所附权利要求中，术语“包括(including)”和“其中(in which)”用作相应术语“包括 (comprising)”和“其中(wherein)”的简明英语等效物。另外，在随附的权利要求中，术语“第一”、“第二”、和“第三”等被仅用于标签，并不旨在对它们的对象强加数值要求。本文中的术语“基于”的形式包括其中元素部分地基于的关系以及其中元素完全地基于的关系。术语“限定的”的形式包括其中部分地限定元素的关系以及其中完全地限定元素的关系。此外，随附权利要求的限制不是以装置加功能的形式写的，且也不打算基于35 U.S.C.§112第6款进行解释，除非且直到这些权利要求的限制明确使用短语“用于……的装置”，后面是功能声明，没有进一步的结构。应当理解，根据任何特定示例，不一定可以实现上述所有这些目的或优点。因此，例如，本领域技术人员将认识到，本文描述的系统和技术可以以实现或优化如本文教导的一个优点或一组优点的方式来实现或执行，而不必实现本文中可被教导或建议的其他目的或优点。
虽然仅结合有限数量的示例详细描述了主题内容，但是应当容易理解，主题内容不限于这样公开的示例。相反，本主题内容可以被修改以结合迄今未描述的任何数量的变化、变更、替换或等同布置，但是这些变化、变更、替换或等同布置与本主题内容的精神和范围相称。另外，虽然已经描述了主题内容的各种示例，但是应当理解，本公开的各方面可以仅包括所描述的示例中的一些。此外，虽然一些示例被描述为具有一定数量的元件，但是应当理解，主题内容可以用小于或大于一定数量的元素来实践。因此，主题内容不应被视为受前述描述的限制，而仅受所附权利要求的范围限制。
在下文的一个或更多个实施方式中可实现本公开的各方面：
1)一种光能激励器，包括：
至少一个光源，所述至少一个光源发射激发光射线；和
光导管，所述光导管使所述激发光射线均匀化并朝向所述光能激励器的远端引导所述激发光射线，所述光导管包括光入射表面和光出射表面，所述光导管接收来自所述至少一个光源的所述激发光射线；
其中，所述光能激励器的远端适于与检测器组件耦合，所述检测器组件包括用于支撑生物或化学样品的检测器表面。
2)根据1)所述的光能激励器，其中，所述光能激励器的远端包括适于装配到所述检测器组件的对应成形的壳体部分中的成形的壳体部分。
3)根据1)所述的光能激励器，其中，所述光能激励器包括透镜，当所述光能激励器的远端耦合到所述检测器组件时，所述透镜将由所述光出射表面限定的物平面成像到由所述检测器组件的检测器表面限定的像平面上。
4)根据1)所述的光能激励器，其中，所述至少一个光源包括表面耦合到所述光导管的光入射表面的发光二极管。
5)根据1)所述的光能激励器，其中，所述至少一个光源包括第一光源和第二光源，其中，所述光导管接收来自所述第一光源的激发光射线，并且其中，所述光能激励器包括与所述光导管一起容纳在公共壳体中的第二光导管，其中，所述第二光导管接收来自所述第二光源的激发光射线，其中，所述光导管和所述第二光导管分别传播从所述第一光源和所述第二光源发射的激发光射线，并且其中，所述光能激励器对分别传播通过所述光导管和所述第二光导管的激发光射线进行整形，以限定第一照射图案和分离的第二照射图案。
6)根据1)所述的光能激励器，其中，所述至少一个光源包括表面耦合到所述光导管的光入射表面的第一发光二极管，以及表面耦合到所述光导管的光入射表面的第二发光二极管，所述第一发光二极管发射第一波段中的光，所述第二发光二极管发射第二波段中的光。
7)根据1)所述的光能激励器，其中，所述光导管具有锥形结构，并且包括在从所述光导管的光入射表面到所述光导管的光出射表面的方向上、在所述光导管的整个长度上增加的直径，所述光导管反射所述激发光射线，使得离开所述光导管的光出射表面的光导管出射光射线限定了相对于所述光能激励器的光轴发散的发散光锥。
8)根据1)所述的光能激励器，其中，所述光导管具有锥形结构，并且包括在从所述光导管的光入射表面到所述光导管的光出射表面的方向上、在所述光导管的整个长度上增加的直径，所述光导管反射所述激发光射线，使得离开所述光导管的光出射表面的出射光射线限定相对于所述光能激励器的光轴发散的发散光锥，其中，所述出射光射线相对于参考光射线以从零度到最大发散角度范围内的角度发散，所述参考光射线在平行于所述光轴的方向上从所述光出射表面延伸，其中，所述最大发散角度是小于约60度的角度。
9)根据1)所述的光能激励器，其中，所述光导管具有锥形结构，并且包括在从所述光导管的光入射表面到所述光出射表面的方向上在所述光导管的整个长度上增加的直径，所述光导管反射所述激发光射线，使得离开所述光导管的光出射表面的光导管出射光射线限定相对于光轴形成角度的发散光锥，所述发散光锥相对于没有所述锥形结构形成的发散角度的发散光锥减小。
10)根据1)所述的光能激励器，其中，所述光能激励器包括透镜，所述透镜接收来自所述光导管的激发光，并对所述激发光的光射线进行整形，使得离开所述光能激励器的远端的所述激发光的激发光射线限定会聚光锥，所述会聚光锥朝向所述光能激励器的光轴会聚，以投射与所述检测器表面的尺寸和形状匹配的照射图案。
11)根据1)所述的光能激励器，其中，所述光能激励器包括透镜，所述透镜接收来自所述光导管的激发光，并对所述激发光的光射线进行整形，使得离开所述透镜的光出射表面的激发光射线限定朝向所述光能激励器的光轴会聚的会聚光锥，其中，离开所述透镜的光出射射线相对于参考光射线以从零度到最大会聚角度范围内的角度会聚，所述参考光射线从所述透镜的所述光出射表面沿平行于所述光轴的方向延伸，其中，所述最大会聚角度是小于约60度的角度。
12)根据1)所述的光能激励器，其中，所述至少一个光源包括表面耦合到所述光导管的光入射表面的发光二极管，其中，所述光导管包括玻璃，其中，所述光导管具有锥形结构，并且包括在从所述光导管的光入射表面到所述光出射表面的方向上、在所述光导管的整个长度上增加的直径，所述光导管反射所述激发光射线，使得离开所述光导管的光出射表面的光导管出射光射线限定了相对于所述光能激励器的光轴发散的发散光锥，其中，所述光能激励器包括透镜，所述透镜从所述光导管接收激发光并且对所述激发光的光射线整形，使得离开所述光能激励器的远端的所述激发光的光射线限定相对于所述光能激励器的光轴会聚的会聚光锥，其中，所述光能激励器包括一个或更多个滤光器以对长于所述至少一个光源的累积发射波段的波长的光进行过滤，并且其中，所述光能激励器包括折叠所述光轴的折叠光学器件。
13)一种系统，包括：
光能激励器，所述光能激励器包括发射激发光射线的至少一个光源以及使所述激发光射线均匀化并引导所述激发光射线的光导管，所述光导管包括光入射表面，以接收来自所述至少一个光源的所述激发光射线；和
检测器，所述检测器包括用于支撑生物或化学样品的检测器表面和包括与所述检测器表面间隔开的光传感器的传感器阵列，其中，所述检测器接收来自所述光能激励器的激发光和发射信号光，其中，所述检测器包括根据由所述传感器阵列的光传感器检测到的光子来传输数据信号的电路，其中，所述检测器阻挡所述激发光并允许所述发射信号光向所述光传感器传播。
14)根据13)所述的系统，其中，所述光能激励器包括透镜，所述透镜将由所述光导管的光出射表面限定的物平面聚焦到由所述检测器表面限定的像平面上。
15)根据13)所述的系统，其中，所述至少一个光源包括表面耦合到所述光导管的光入射表面的发光二极管，其中，所述光导管包括玻璃，其中，所述光导管具有锥形结构，并且包括在从所述光导管的光入射表面到所述光导管的光出射表面的方向上、在所述光导管的整个长度上增加的直径，所述光导管反射激发光，使得离开所述光导管的光出射表面的光导管出射光射线限定了相对于所述光能激励器的光轴发散的发散光锥，其中，所述光能激励器包括透镜，所述透镜从所述光导管接收所述激发光并且对所述激发光的光射线整形，使得离开所述透镜的光出射光射线限定相对于所述光能激励器的光轴会聚的会聚光锥，其中，所述光能激励器包括一个或更多个滤光器以对长于所述至少一个光源的累积发射波段的波长的光进行过滤。

Claims (15)

1.一种光能激励器，包括：
至少一个光源，所述至少一个光源发射激发光射线；和
光导管，所述光导管使所述激发光射线均匀化并朝向所述光能激励器的远端引导所述激发光射线，所述光导管包括光入射表面和光出射表面，所述光导管接收来自所述至少一个光源的所述激发光射线；
其中，所述光能激励器的远端适于与检测器组件耦合，所述检测器组件包括用于支撑生物或化学样品的检测器表面。
2.根据权利要求1所述的光能激励器，其中，所述光能激励器的远端包括适于装配到所述检测器组件的对应成形的壳体部分中的成形的壳体部分。
3.根据权利要求1所述的光能激励器，其中，所述光能激励器包括透镜，当所述光能激励器的远端耦合到所述检测器组件时，所述透镜将由所述光出射表面限定的物平面成像到由所述检测器组件的检测器表面限定的像平面上。
4.根据权利要求1所述的光能激励器，其中，所述至少一个光源包括表面耦合到所述光导管的光入射表面的发光二极管。
5.根据权利要求1所述的光能激励器，其中，所述至少一个光源包括第一光源和第二光源，其中，所述光导管接收来自所述第一光源的激发光射线，并且其中，所述光能激励器包括与所述光导管一起容纳在公共壳体中的第二光导管，其中，所述第二光导管接收来自所述第二光源的激发光射线，其中，所述光导管和所述第二光导管分别传播从所述第一光源和所述第二光源发射的激发光射线，并且其中，所述光能激励器对分别传播通过所述光导管和所述第二光导管的激发光射线进行整形，以限定第一照射图案和分离的第二照射图案。
6.根据权利要求1所述的光能激励器，其中，所述至少一个光源包括表面耦合到所述光导管的光入射表面的第一发光二极管，以及表面耦合到所述光导管的光入射表面的第二发光二极管，所述第一发光二极管发射第一波段中的光，所述第二发光二极管发射第二波段中的光。
7.根据权利要求1所述的光能激励器，其中，所述光导管具有锥形结构，并且包括在从所述光导管的光入射表面到所述光导管的光出射表面的方向上、在所述光导管的整个长度上增加的直径，所述光导管反射所述激发光射线，使得离开所述光导管的光出射表面的光导管出射光射线限定了相对于所述光能激励器的光轴发散的发散光锥。
8.根据权利要求1所述的光能激励器，其中，所述光导管具有锥形结构，并且包括在从所述光导管的光入射表面到所述光导管的光出射表面的方向上、在所述光导管的整个长度上增加的直径，所述光导管反射所述激发光射线，使得离开所述光导管的光出射表面的出射光射线限定相对于所述光能激励器的光轴发散的发散光锥，其中，所述出射光射线相对于参考光射线以从零度到最大发散角度范围内的角度发散，所述参考光射线在平行于所述光轴的方向上从所述光出射表面延伸，其中，所述最大发散角度是小于60度的角度。
9.根据权利要求1所述的光能激励器，其中，所述光导管具有锥形结构，并且包括在从所述光导管的光入射表面到所述光出射表面的方向上在所述光导管的整个长度上增加的直径，所述光导管反射所述激发光射线，使得离开所述光导管的光出射表面的光导管出射光射线限定相对于光轴形成角度的发散光锥，所述发散光锥相对于没有所述锥形结构形成的发散角度的发散光锥减小。
10.根据权利要求1所述的光能激励器，其中，所述光能激励器包括透镜，所述透镜接收来自所述光导管的激发光，并对所述激发光的光射线进行整形，使得离开所述光能激励器的远端的所述激发光的激发光射线限定会聚光锥，所述会聚光锥朝向所述光能激励器的光轴会聚，以投射与所述检测器表面的尺寸和形状匹配的照射图案。
11.根据权利要求1所述的光能激励器，其中，所述光能激励器包括透镜，所述透镜接收来自所述光导管的激发光，并对所述激发光的光射线进行整形，使得离开所述透镜的光出射表面的激发光射线限定朝向所述光能激励器的光轴会聚的会聚光锥，其中，离开所述透镜的光出射射线相对于参考光射线以从零度到最大会聚角度范围内的角度会聚，所述参考光射线从所述透镜的所述光出射表面沿平行于所述光轴的方向延伸，其中，所述最大会聚角度是小于60度的角度。
12.根据权利要求1所述的光能激励器，其中，所述至少一个光源包括表面耦合到所述光导管的光入射表面的发光二极管，其中，所述光导管包括玻璃，其中，所述光导管具有锥形结构，并且包括在从所述光导管的光入射表面到所述光出射表面的方向上、在所述光导管的整个长度上增加的直径，所述光导管反射所述激发光射线，使得离开所述光导管的光出射表面的光导管出射光射线限定了相对于所述光能激励器的光轴发散的发散光锥，其中，所述光能激励器包括透镜，所述透镜从所述光导管接收激发光并且对所述激发光的光射线整形，使得离开所述光能激励器的远端的所述激发光的光射线限定相对于所述光能激励器的光轴会聚的会聚光锥，其中，所述光能激励器包括一个或更多个滤光器以对长于所述至少一个光源的累积发射波段的波长的光进行过滤，并且其中，所述光能激励器包括折叠所述光轴的折叠光学器件。
13.一种测试系统，包括：
光能激励器，所述光能激励器包括发射激发光射线的至少一个光源以及使所述激发光射线均匀化并引导所述激发光射线的光导管，所述光导管包括光入射表面，以接收来自所述至少一个光源的所述激发光射线；和
检测器，所述检测器包括用于支撑生物或化学样品的检测器表面和包括与所述检测器表面间隔开的光传感器的传感器阵列，其中，所述检测器接收来自所述光能激励器的激发光和发射信号光，其中，所述检测器包括根据由所述传感器阵列的光传感器检测到的光子来传输数据信号的电路，其中，所述检测器阻挡所述激发光并允许所述发射信号光向所述光传感器传播。
14.根据权利要求13所述的测试系统，其中，所述光能激励器包括透镜，所述透镜将由所述光导管的光出射表面限定的物平面聚焦到由所述检测器表面限定的像平面上。
15.根据权利要求13所述的测试系统，其中，所述至少一个光源包括表面耦合到所述光导管的光入射表面的发光二极管，其中，所述光导管包括玻璃，其中，所述光导管具有锥形结构，并且包括在从所述光导管的光入射表面到所述光导管的光出射表面的方向上、在所述光导管的整个长度上增加的直径，所述光导管反射激发光，使得离开所述光导管的光出射表面的光导管出射光射线限定了相对于所述光能激励器的光轴发散的发散光锥，其中，所述光能激励器包括透镜，所述透镜从所述光导管接收所述激发光并且对所述激发光的光射线整形，使得离开所述透镜的光出射光射线限定相对于所述光能激励器的光轴会聚的会聚光锥，其中，所述光能激励器包括一个或更多个滤光器以对长于所述至少一个光源的累积发射波段的波长的光进行过滤。
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