DE102005032104B4

DE102005032104B4 - Biochip-Lesegerät

Info

Publication number: DE102005032104B4
Application number: DE102005032104.6A
Authority: DE
Inventors: Takeo Tanaami; Yasunori Suzuki; Yumiko Sugiyama
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2004-07-09
Filing date: 2005-07-08
Publication date: 2018-06-28
Anticipated expiration: 2025-07-09
Also published as: CN1719234A; JP4500612B2; US20060050275A1; US7209236B2; JP2006023213A; DE102005032104A1; CN100520370C

Abstract

Ein Biochip-Lesegerät umfassend:eine Mikrolinsenplatte (8), auf welcher eine Vielzahl von Mikrolinsen (ML61, ML62, ML63), deren Ausfallswinkel an divergierendem Licht innerhalb von ±20° liegt, an zufälligen Positionen bereitgestellt wird, wobei jede der Vielzahl der Mikrolinsen (ML61, ML62, ML63) eine zufällige Größe aufweist;eine Lichtquelle, welche kohärentes Licht auf die Mikrolinsenplatte (8) als Anregungslicht (EL51) anwendet;einen dichroitischen Spiegel (10), welcher ausfallendes Licht von der Mikrolinsenplatte (8) transmittiert oder reflektiert und Fluoreszenzlicht auftretend auf einem Biochip (11) reflektiert oder transmittiert;eine Sammellinse (9), die zwischen der Mikrolinsenplatte (8) und dem dichroitischen Spiegel (10) angeordnet ist;eine fotografische Einheit (14);eine Linse (12), welche das Licht, reflektiert oder transmittiert auf dem dichroitischen Spiegel (10), auf die fotografische Einheit (14) fokussiert;einen Sperrfilter (13), bereitgestellt zwischen dem dichroitischen Spiegel (10) und der photografischen Einheit (14); undeine Steuereinheit (15), welche die Mikrolinsenplatte (8) steuert, wobei während die Steuereinheit (15) die Mikrolinsenplatte (8) steuert, das Anregungslicht, divergiert durch die Vielzahl der Mikrolinsen (ML61, ML62, ML63), eine Oberfläche des Biochips (11) abscannt, wobei die Steuereinheit (15) die Mikrolinsenplatte (8) rotiert,wobei ein Abstand zwischen einer fokalen Position der Sammellinse (9) und dem Biochip (11) verschiebbar ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft ein Biochip- Lesegerät eines DNA- Chips, eines Protein- Chips etc. und insbesondere ein Biochip- Lesegerät, welches sich flexibel mit Leistungsvariationen eines optischen Systems und säkularen Veränderungen in einem optischen System befasst und es möglich macht, Kosten zu sparen.
Beschreibung des Standes der Technik
Aus der EP 1 256 795 A2 ist ein Biochip-Lesegerät bekannt, bei welchem zwischen einem Anregungslicht generierenden Laser und dem Biochip eine rotierende Platte mit einer Vielzahl von Mikrolinsen angeordnet ist. Die Mikrolinsen sollen das Anregungslicht auf den Biochip fokussieren und sind gemäß einer festgelegten Anordnung an der rotierenden Platte vorgesehen. Ein weiteres Biochip-Lesegerät, welches aber keine rotierende Platte mit Mikrolinsen aufweist, ist aus der US 2002/01 23 132 A1 bekannt.
Die DE 21 55 653 A beschreibt eine rotierende optische Platte zur Reduktion von Interferenzeffekten.
Aus der WO 2004/027 495 A2 ist eine Mikrolinsenanordnung für Anwendungen zum optischen Strahlformen und zur Strahlhomogenisierung bekannt.
Aus der US 4 035 068 A ist ein optischer Diffuser zur Reduktion eines bei Bildprojektionen auf einen Schirm auftretenden Speckle-Effekts bekannt.
Ein Biochip weist ein Substrat auf, in welchem mehrere Tausend bis mehrere Zehntausend Typen von Stücken von bereits bekannter DNA wie in einem Array platziert sind. Unter Verwendung der Natur von bindenden DNA- Stücken des gleichen Typs, falls man ein Stück von unbekannter DNA in einen Chip einfließen lässt, wird bereits gebundene bekannte DNA untersucht unter Verwendung eines Biochip- Lesegeräts, wodurch eine unbekannte DNA-Sequenz bestimmt wird, etc..
17 ist eine schematische Darstellung, um ein Beispiel einer Hybridisierung auf solch einem Biochip zu zeigen. In 17 sind Stellen von sechs Typen von DNA- Stücken bezeichnet mit „DN01“, „DN02“, „DN03“, „DN04“, „DN05“ und „DN06“ als ein Array auf einem Substrat mit der Bezeichnung „SB01“ platziert, und erzeugen einen DNA- Chip.
Auf der anderen Seite ist „UN01“ in 17 ein unbekanntes DNA- Stück, an welches ein Fluoreszenz- Label zuvor angeheftet worden ist, wie mit „LM01“ in 17 bezeichnet Solch ein unbekanntes DNA- Stück wird hybridisiert mit dem oben beschriebenen DNA- Chip, wobei die DNA- Stücke mit komplementären Sequenzen gebunden werden.
Beispielsweise wird das unbekannte DNA- Stück von „UN01“ in 17 mit dem bereits bekannten DNA- Stück von „DN01“ in 17 als „CB01“ in 17 gebunden.
Unter Verwendung des Biochip- Lesegeräts wird Licht auf den DNA- Chip, der so hybridisiert worden ist, angewandt, und Fluoreszenz auftretend auf dem Fluoreszenz- Label wird nachgewiesen, wodurch dieses Stück der bereits bekannten DNA, an welche das unbekannte DNA- Stück gebunden ist, bestimmt werden kann.
Beispielsweise tritt die Fluoreszenz nur in dem Abschnitt auf, wo „CB01“ in 17 in dem Bild des Scan- Ergebnisses des DNA- Chips, wie er mit „Sl01“ in 17 bezeichnet wird, erscheint, auf und folglich wird Fluoreszenz nur aus dem Abschnitt angegeben durch „LD01“ in 17 nachgewiesen.
JP 2001-194 309 A , JP 2001-194 310 A , JP 2003-028 799 A , JP 2003-057 557 A und JP 2004-138 420 A beziehen sich auf Stand der Technik relevant für ein Biochip-Lesegerät, wie z.B. einen DNA- Chip oder einen Protein- Chip.
18 ist ein Blockdiagramm, welches ein Konfigurations- Beispiel eines Biochip-Lesegeräts im verwandten Stand der Technik zeigt. In 18 bezeichnet Nr. 1 eine Mikrolinsen- Platte, ausgebildet aus einer Vielzahl von Mikrolinsen auf einem zirkularem Substrat, Nr. 2 bezeichnet einen dichroitischen Spiegel zum Transmittieren oder Reflektieren von Licht als Antwort auf die Wellenlänge des Lichts, Nr. 3 bezeichnet einen Biochip mit einer Vielzahl von Stellen, angeordnet wie ein Array, Nr. 4 bezeichnet eine Linse, Nr. 5 bezeichnet einen Sperr- Filter zum Blockieren der Transmission von Licht in einem spezifischen Wellenlängen- Bereich, Nr. 6 bezeichnet eine photographierende Einheit, wie z.B. eine Kamera, Nr. 7 bezeichnet einen Steuerabschnitt, wie z.B. einen Motor zum Rotieren der Mikrolinsen- Platte 1.
Anregungslicht angegeben durch „EL11“ in 18, ausgehendes Licht aus einer Lichtquelle (nicht gezeigt), wie z.B. einer Laserlichtquelle zum Emitieren von koherentem Licht, wird auf die Mikrolinsen- Platte 1 angewandt, und das Anregungslicht, gesammelt auf den Mikrolinsen ausgebildet auf der Mikrolinsen- Platte 1 passiert den dichroitischen Spiegel und wird auf dem Biochip 3 eingesammelt
Fluoreszenz, welche auf dem Biochip 3 in Folge des Anregungslichts erscheint (genauer gesagt Fluoreszenz, welche auf der Stelle auftritt, wo eine Vielzahl von DNA- Stücken des gleichen Typs platziert sind) wird durch den dichroitischen Spiegel reflektiert und das reflektierte Licht wird durch den Sperrfilter 5 durch die Linse 4 geleitet und auf der photografierenden Einheit (Bildaufnahme) eingesammelt.
Auf der anderen Seite rotiert der Steuerabschnitt 7 die Mikrolinsen- Platte 1 um die zentrale Achse einer Scheibe, wodurch die Positionen der Mikrolinsen, ausgebildet auf der Mikrolinsen- Platte 1, sich bewegen und dementsprechend das Anregungslicht eingesammelt auf den Mikrolinsen über die Oberfläche des Biochips scannt
Beispielsweise ist 19 eine ebene Ansicht, um ein Beispiel einer Mikrolinsen- Platte 1 zu zeigen. Wie in 19 gezeigt, sind die Mikrolinsen, wie durch „ML21“ in 19 auf der Mikrolinsen- Platte 1 bezeichnet, spiralförmig angeordnet und die MikrolinsenPlatte 1, die so mit den Mikrolinsen ausgebildet wird, wird um die zentrale Achse rotiert, wodurch das Anregungslicht eingesammelt auf den Mikrolinsen über die Oberfläche auf dem Biochip 3 scannt. (ein Musterbeispiel wird in den japanischen Patentnummem JP 2 663 766 B2 und JP 2 692 416 B2 beschrieben).
Jedoch werden in dem Beispiel aus dem Stand der Technik, dargestellt in 18, die Mikrolinsen an den akkuraten Positionen der Mikrolinsen- Platte 1 ausgebildet und die Mittelachse wird akkurat bereitgestellt und die Exzentrität des Motors des Steuerabschnitts 7, die Rotations- Synchronisation mit einer Kamera der photografischen Einheit 6, etc. werden benötigt, wodurch die Kosten ansteigen; dies ist ein Problem.
Bei der Verwendung von ausgehendem Licht einer Laserlichtquelle als Anregungslicht treten Leistungsvariationen wie z.B. Lichtverteilungs- Unebenheiten des ausgehenden Lichts der Laserlichtquelle oder Verschmutzung und säkulare Veränderungen (Alterung) in dem optischen System der Linsen, des dichroitischen Spiegels, etc. auf, welche direkt das aufgenommene Bild der photografierenden Einheit 6 beeinträchtigen, und S/N verschlechtem; dies ist ein Problem.
Beispielsweise sind 20 und 21 schematische Darstellungen, um Beispiele eines photografischen Bildes und der Verteilungscharakteristik von irgend welchen axialen Lichtmengen zu zeigen, wenn eine Fluoreszenz- Platte zum einheitlichen Produzieren von Fluoreszenz als Antwort auf Anregungslicht anstelle des Biochips 3 verwendet wird.
Wie in 20 gezeigt, werden Muster wie Unebenheiten und Interferenz- Muster verursacht, durch Leistungsvariationen wie z.B. Lichtverteilungs- Unebenheit des ausgehenden Lichts der Laserlichtquelle oder Verschmutzung oder säkulare Veränderungen im optischen System aus dem photografischen Bild reflektiert, obwohl es ein Bild sein sollte mit einer einheitlichen Lichtmenge und es kann leicht gesehen werden, dass die charakteristische Kurve der Lichtmenge keine einheitliche Lichtmenge ist und sich S/N in „CH41“ in 21 verschlechtert, wobei die Lichtmengenverteilung aus der Linie angegeben durch „LN31“ in 20 angezeigt wird.
Der Grund ist, dass Indifferenz- Rauschen, wie z.B. Speckle- Rauschen, leicht auftritt, da koherentes Licht des Lasers, etc. als die Lichtquelle verwendet wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist ein Biochip- Lesegerät zur Verfügung zu stellen, welches sich flexibel mit Leistungsvariationen eines optischen Systems befassen kann und somit säkulare Veränderungen in einem optischen System um es einfach zu machen, Kosten zu reduzieren.
Die Erfindung stellt ein Biochip- Lesegerät bereit einschließend: eine Mikrolinsen- Platte, auf welcher eine Vielzahl von Mikrolinsen, deren Ausfallwinkel an divergierendem Licht innerhalb von ± 20° liegt, an zufälligen Positionen bereitgestellt wird, wobei jede der Vielzahl der Mikrolinsen eine zufällige Größe aufweist; eine Lichtquelle, welches kohärentes Licht auf die Mikrolinsen- Platte als Anregungslicht anwendet; einen dichroitischen Spiegel, welcher ausgehendes Licht von der Mikrolinsen- Platte transmittiert oder reflektiert und Fluoreszenz auftretend auf einem Biochip reflektiert oder transmittiert; eine Sammellinse, die zwischen der Mikrolinsenplatte und dem dichroitischen Spiegel angeordnet ist; eine photografierende Einheit; eine Linse, welche das Licht, reflektiert oder transmittiert auf dem dichroitischen Spiegel, auf die photografische Einheit fokussiert; einen Sperrfilter bereitgestellt zwischen dem dichroitischem Spiegel und der photografischen Einheit; und eine Steuereinheit, welche die Mikrolinsen- Platte steuert, wobei, während die Steuereinheit die Mikrolinsen- Platte steuert, Anregungslicht, divergiert durch die Vielzahl der Mikrolinsen, eine Oberfläche des Biochips scannt, wobei die Steuereinheit die Mikrolinsenplatte rotiert. Ein Abstand zwischen einer fokalen Position der Sammellinse und dem Biochip ist verschiebbar. Folglich können Leistungsvariationen des optischen Systems sowie säkulare Veränderungen in einem optischen System flexibel behandelt werden und es wird möglich, die Kosten des Biochip- Lesegeräts zu reduzieren.
In dem Biochip- Lesegerät kann die Vielzahl der Mikrolinsen durch die Bereitstellung von Erhöhungen (konvex) und Vertiefungen (konkav) auf einem Substrat auf der MikrolinsenPlatte ausgebildet werden. Folglich können Leistungsvariationen des optischen Systems sowie säkulare Veränderungen im optischen System flexibel gehandhabt werden, und es wird möglich, Kosten einzusparen.
In dem Biochip- Lesegerät kann die Vielzahl der Mikrolinsen durch Verteilungen von Flächen ausgebildet werden mit einem refraktiven Index verschieden von einem refraktiven Index eines Substrats der Mikrolinsen- Platte auf dem Substrat. Folglich können Leistungsvariationen des optischen Systems sowie säkulare Veränderung im optischen System flexibel gehandhabt werden und es wird möglich, Kosten zu einzusparen.
In dem Biochip- Lesegerät kann die Mikrolinsen- Platte aus Glas oder Harz sein. Folglich können Leistungsvariationen des optischen Systems sowie säkulare Veränderungen in dem optischen System flexibel gehandhabt werden, und es wird möglich, Kosten einzusparen.
In dem Biochip- Lesegerät kann die Steuereinheit die Mikrolinsen- Platte in einer eindimensionalen Richtung, einer zwei- dimensionalen Richtung oder einer drei- dimensionalen Richtung bewegen. Folglich können Leistungsvariationen des optischen Systems sowie säkulare Veränderungen in dem optischen System flexibel gehandhabt werden, und es wird möglich, Kosten einzusparen.
In dem Biochip- Lesegerät kann die Steuereinheit die Mikrolinsen- Platte vibrieren. Folglich können Leistungsvariationen des optischen Systems sowie säkulare Veränderungen in dem optischen System flexibel gehandhabt werden, und es wird möglich, Kosten einzusparen.
In dem Biochip- Lesegerät kann eine jede der Vielzahl der Mikrolinsen zirkular in ihrer Form sein. Folglich können Leistungsvariationen des optischen Systems sowie säkulare Veränderungen im optischen System flexibel gehandhabt werden, und es wird möglich, Kosten einzusparen.
In dem Biochip- Lesegerät kann die Vielzahl der Mikrolinsen wie ein Netzwerk angeordnet sein. Folglich können Leistungsvariationen des optischen Systems sowie säkulare Veränderungen in dem optischen System flexibel gehandhabt werden, und es wird möglich, Kosten einzusparen.
In dem Biochip- Lesegerät kann eine jede der Vielzahl der Mikrolinsen von irgendeiner gewünschten Form sein. Folglich können Leistungsvariationen des optischen Systems sowie säkulare Veränderungen in dem optischen System flexibel gehandhabt werden, und es wird möglich, Kosten einzusparen.
In dem Biochip- Lesegerät kann das Verhältnis eines Durchmessers der Mikrolinsen zu einer Krümmung der Mikrolinsen 0,1 oder weniger sein. Folglich können Leistungsvariationen des optischen Systems sowie säkulare Veränderungen in dem optischen System flexibel gehandhabt werden, und es wird möglich, Kosten einzusparen.
Gemäß dem Biochip- Lesegerät scannt, da die Vielzahl der Mikrolinsen mit verschiedenen unterschiedlichen Größen an zufälligen Positionen zufällig bereitgestellt wird und der Ausfallswinkel als ein Ergebnis der Lichtdivergenz etc. aller Mikrolinsen auf einen engen Winkel limitiert wird und gesteuert wird, das Anregungslicht eingesammelt durch die Mikrolinsen die Oberfläche des Biochips. Folglich können Leistungsvariationen des optischen Systems sowie säkulare Veränderungen in dem optischen System flexibel gehandhabt werden, und es wird möglich, Kosten einzusparen.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, um die Konfiguration einer Ausführungsform eines Biochip- Lesegeräts gemäß der Erfindung zu zeigen;
2 ist eine ebene Ansicht, um ein Beispiel einer zufälligen Mikrolinsen- Platte zu zeigen;
3 ist eine schematische Darstellung, um die Begrenzung des Ausfallswinkels der Mikrolinsen zu beschreiben;
4 ist ein zweidimensionales Bild, um ein Beispiel der aktuellen zufälligen Mikrolinsen- Platte zu zeigen;
5 ist ein dreidimensionales Bild, um ein Beispiel der aktuellen zufälligen Mikrolinsen- Platte zu zeigen;
6 ist eine charakteristisch aufgenommene Kurve, um die Verteilungscharakteristik der gemessenen Ausfallswinkel der zufälligen Mikrolinsen- Platte zu zeigen;
7 ist eine schematische Zeichnung, um ein Ausfallswinkel limitiertes Verfahren zu beschreiben, wenn jede ausgebildete Mikrolinse wie ein Konus geformt ist;
8 ist eine schematische Zeichnung, um ein Ausfallswinkel limitiertes Verfahren zu beschreiben, wenn jede ausgebildete Mikrolinse sphärisch konvex ist;
9 ist eine schematische Zeichnung, um ein Ausfallswinkel imitierendes Verfahren zu beschreiben, wenn jede ausgebildete Mikrolinse sphärisch konkav ist;
10 ist eine schematische Darstellung, um ein Beispiel eines photografischen Bildes zu zeigen, wenn die zufällige Mikrolinsen- Platte rotiert wird und eine fluoreszente Platte zur einheitlichen Erzeugung von Fluoreszenz als Antwort auf Anregungslicht anstelle eines Biochips eingesetzt wird;
11 ist eine schematische Darstellung, um ein Beispiel der Verteilungscharakteristik in einer axialen Lichtmenge zu zeigen, wenn die zufällige Mikrolinsen- Platte rotiert wird und eine fluoreszierende Platte zur einheitlichen Erzeugung von Fluoreszenz als Antwort auf das Anregungslicht anstelle eines Biochips verwendet wird;
12 ist eine schematische Darstellung, um die Lichtmenge aufgenommen mit einer photografischen Einheit zu beschreiben, falls die Lichtquelle eine weiße Lichtquelle ist;
13 ist eine schematische Darstellung, um die Menge an Licht aufgenommen durch eine photografische Einheit zu beschreiben, falls die Lichtquelle eine Laserlichtquelle ist;
14 ist eine schematische Darstellung, um andere Beispiele der Form einer jeder Mikrolinse ausgebildet auf der zufälligen Mikrolinsen- Platte zu zeigen;
15 ist eine schematische Darstellung, um ein anderes Beispiel der Form einer jeden Mikrolinse ausgebildet auf der zufälligen Mikrolinsen- Platte zu zeigen;
16 ist eine schematische Darstellung, um den Fall zu zeigen, wo Licht, bereitgestellt durch einmaliges Konvergieren von Anregungslicht, eingesetzt wird;
17 ist eine schematische Darstellung, um ein Beispiel der Hybridisierung eines Biochips zu zeigen;
18 ist ein Blockdiagramm, um ein Konfigurationsbeispiel eines Biochip- Lesegeräts im Stand der Technik zu zeigen;
19 ist eine ebene Ansicht, um ein Beispiel einer Mikrolinsen- Platte zu zeigen;
20 ist eine schematische Darstellung, um ein Beispiel eines photografischen Bildes zu zeigen, wenn eine fluoreszierende Platte zur einheitlichen Erzeugung der Fluoreszenz als Antwort auf das Anregungslicht eingesetzt wird anstelle eines Biochips; und
21 ist eine schematische Darstellung, um ein Beispiel der Verteilungscharakteristik in einer axialen Lichtmenge zu zeigen, wenn eine fluoreszierende Platte zur einheitlichen Erzeugung von Fluoreszenz als Antwort auf Anregungslicht anstelle eines Biochips verwendet wird.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die Erfindung wird im Detail unter Verweis auf die beigefügten Zeichnungen diskutiert. 1 ist ein Blockdiagramm, um die Konfiguration einer Ausführungsform eines Biochip- Lesegeräts gemäß der vorliegenden Erfindung zu zeigen. In 1 bezeichnet die Nummer 8 eine Mikrolinsen- Platte ausgebildet aus einer Vielzahl von Mikrolinsen von irgendeiner gewünschten Größe an irgendwelchen gewünschten Positionen auf einem zirkularem Substrat, welche im folgenden hier als eine zufällige Mikrolinsen- Platte 8, aus Gründen der Einfachheit, bezeichnet wird; die Nummern 9 und 12 bezeichnen Linsen, die Nummer 10 bezeichnet einen dichroitischen Spiegel transmittierend oder reflektierend Licht in Antwort auf die Wellenlänge des Lichts, Nummer 11 bezeichnet einen Biochip mit einer Vielzahl von Stellen angeordnet wie ein Array, Nummer 13 bezeichnet einen Sperrfilter zum Blockieren der Transmission des Lichts in einer spezifischen Wellenlängenregion, Nummer 14 bezeichnet eine photografische Einheit wie z.B. eine Kamera, und Nummer 15 bezeichnet eine Steuereinheit wie z.B. einen Motor zum Rotieren der zufälligen Mikrolinsen- Platte 8.
Anregungslicht bezeichnet durch „EL51“ in 1, ausgehendes Licht von einer Lichtquelle (nicht dargestellt) wie z.B. einer Laserlichtquelle zum Emitieren von koherentem Licht, wird auf die zufällige Mikrolinsen- Platte 8 angewandt, wird auf den Mikrolinsen ausgebildet auf der zufälligen Mikrolinsen- Platte 8 divergiert und fällt auf die Linse 9.
Die Linse 9 sammelt das divergierte Anregungslicht ein (Sammellinse), und das eingesammelte Anregungslicht wird durch den dichroitischen Spiegel 10 geführt und wird auf dem Biochip 11 eingesammelt
Fluoreszenz auftretend auf dem Biochip 11 in Folge des Anregungslichts (spezifisch, Fluoreszenz auftretend auf der Stelle wo eine Vielzahl von DNA- Stücken des gleichen Typs platziert ist) wird auf dem dichroitischen Spiegel 10 reflektiert und das reflektierte Licht wird durch den Sperrfilter 13 durch die Linse 12 geführt und auf der photografischen Einheit 14 eingesammelt.
Auf der anderen Seite rotiert die Steuereinheit 15 die zufällige Mikrolinsen- Platte 8 um die zentrale Achse auf einer Scheibe, wodurch die Positionen der Mikrolinsen ausgebildet auf der zufälligen Mikrolinsen- Platte 8 sich bewegen und dementsprechend scannt das Anregungslicht, divergiert auf den Mikrolinsen und eingesammelt durch die Linse 9, über die Oberfläche des Biochips.
Beispielsweise ist 2 eine ebene Ansicht, um ein Beispiel der zufälligen MikrolinsenPlatte 8 zu zeigen. Wie in 2 dargestellt, wird die zufällige Mikrolinsen- Platte 8 ausgebildet mit zirkularen Mikrolinsen von drei Größen von groß, mittel und klein, wie sie durch „ML61“, „ML62“ und „ML63“ in 2 zufällig an irgendwelchen gewünschten Positionen bezeichnet werden.
Die Mikrolinsen sind voneinander aus Gründen der Einfachheit der Zeichnung in 2 entfernt; Tatsächlich werden die Mikrolinsen jedoch in kontaktiertem Zustand miteinander platziert
Jedoch ist für alle der kreisrunden Mikrolinsen von drei Größen von groß, mittel und klein wie durch „ML61“, „ML62“ und „ML63“ in 2 angegeben, ausgebildet auf der zufälligen Mikrolinsen- Platte 8, der Ausfallswinkel, als ein Ergebnis der Divergenz, auf kleine Winkel limitiert, um die Menge des Lichts, welches auf die einsammelnde Linse 9 fällt, sicherzustellen.
Beispielsweise ist 3 eine schematische Darstellung, um die Begrenzung des Ausfallswinkels der Mikrolinse zu beschreiben. Das Anregungslicht angewandt auf die zufällige Mikrolinsen- Platte 8, angegeben durch „EL51“ in 3, wird so ausgebildet, dass es auf den Ausfallswinkel angegeben durch Θ in 3 limitiert ist.
Folglich fällt das ausfallende Licht mit dem Ausfallwinkel wie angegeben durch „OL71“, oder „OL72“ in 3 auf die lichteinsammelnde Linse 9 und Licht mit einem Ausfallswinkel wie durch „OL73“ oder „OL74“ in Figur angegeben, wird nicht emittiert.
4 und 5 stellen ein zweidimensionales Bild dar sowie ein dreidimensionales Bild, um ein Beispiel der aktuellen zufälligen Mikrolinsen- Platte zu zeigen. 5 ist eine charakteristische Kurvenzeichnung, um ein Beispiel der Verteilungscharakteristik der Ausfallswinkel gemessen, wenn kollimiertes Laserlicht auf eine solcher zufällige Mikrolinsen- Platte fällt, zu zeigen.
Beispielsweise wird die Verteilungscharakteristik der Ausfallswinkel gemessen, wie durch „CH81“ in 6 angezeigt, zu einer Verteilungscharakteristik der Ausfallswinkel, wie durch „CH82“ in 6 angegeben, bestimmt durch Regressionsanalyse. Aus der charakteristischen Kurve angegeben durch „CH82“ in 6, ist zu sehen, dass der Winkel bei 10° „1/e²“ zeigt und der ausfallende Winkel ist auf einen Winkel begrenzt.
Des weiteren wird ein spezifisches Verfahren zur Begrenzung des Ausfallwinkels im Detail anhand der 7, 8 und 9 diskutiert. 7 ist eine schematische Zeichnung, um das Ausfallwinkel- limitierende Verfahren zu beschreiben, wenn jede ausgebildete Mikrolinse sphärisch konvex ist. 8 ist eine schematische Zeichnung, um das Ausfallwinkel- limitierende Verfahren zu beschreiben, wenn jede Mikrolinse, die ausgebildet wird, sphärisch konvex ist. 9 ist eine schematische Zeichnung, um das Ausfallwinkel- beschränkende Verfahren zu beschreiben, wenn jede ausgebildete Mikrolinse eine konkave Kugel ist.
Wenn die Mikrolinse wie ein Konus geformt wird, wobei der Ausfallswinkel der Mikrolinse „Θ“ zeigt, und der Einfallswinkel der konusgeformten Mikrolinsen „Φ“ sei, der refraktive Index der Luft „n₀“ sei und der refraktive Index der zufälligen Mikrolinsen- Platte 8 „n“ sei, dann folgt aus dem Snell- Gesetz der Refraktion: $i' = Φ + Θ$
$sin i' = ({n/n}_{0}) sin Φ$
$Φ = {sin}^{- 1} ((n_{0} /n) \times sin i')$
Setzt man beispielsweise i' = 15°, n = 1,5 und n₀ = 1,0 und setzt man den Einfallswinkel der konusförmigen Mikrolinse, Φ, als $\begin{matrix} Φ = {sin}^{- 1} ((1 / 1,5)) \times sin 15° \\ = 9,9 ° \end{matrix}$
dann wird Θ = i' - Φ = 5,0° sein.
Der Ausfallswinkel „Θ“ kann auf einen engen Winkel begrenzt sein.
Wenn auf der anderen Seite die Mikrolinse eine sphärisch konvex oder konkav, wie in 8 und 9 ist, seien der Ausfallswinkel von der Mikrolinse „Θ“ der Durchmesser der sphärischen Mikrolinse „d“ der fokale Abstand der sphärischen Mikrolinse „f“, der Krümmungsradius der sphärischen Mikrolinse „R“, die numerische Apertur der sphärischen Mikrolinse „NA“, der refraktive Index der Luft „n₀“, und der refraktive Index der zufälligen Mikrolinsen- Platte 9 „n“, so dass $f = R/ (n - n_{0})$
$NA = f/ (d/2 = 2R/ (d \times (n - n_{0}))$
Hier ist beispielsweise, setzt man n = 1,5 und n₀ = 1,0, $NA = 4R/d$
$R/d = NA/4$
Folglich ist „R/d“ limitiert, wodurch der Ausfallswinkel „Θ“ auf einen engen Winkel begrenzt werden kann.
Es sei die Durchbiegung („Vorsprungmenge“, lug amount) der sphärischen Mikrolinse „S“ gleich $S = R - {(R^{2} - {(d/2)}^{2})}^{1/ 2}$
Des weiteren soll der durchschnittliche Einfallswinkel „Φ“ gleich „S/(d/2)‟ sein, so dass $\begin{matrix} Φ = S/ (d/2) \\ = R/ (d/2) - {(R/ {(d/2)}^{2} - 1)}^{1/2} \end{matrix}$
gilt.
„R/d“ ist begrenzt, wobei der durchschnittliche Einfallswinkel „Φ“ einzigartig bestimmt werden kann.
Beispielsweise ist, falls „NA“ innerhalb von 0,4 liegt (Θ = 24°), die lichteinsammelnde Linse leicht verfügbar. In diesem Fall gilt $R/d = NA/4= 0,1.$
Folglich scannt, wenn die Mikrolinsen- Platte 8 ausgebildet mit zirkularen Mikrolinsen von verschiedenen Größen zufällig an irgendwelchen gewünschten Positionen, wobei der Ausfallwinkel als ein Ergebnis der Lichtdivergenz aller Mikrolinsen auf einen engen Winkel begrenzt ist, rotiert wird, das Anregungslicht, eingesammelt auf der Mikrolinse, über die Oberfläche auf den Biochip 11, wodurch die Beleuchtung geglättet wird und eine ebene Lichtmenge zur Verfügung gestellt wird.
Beispielsweise sind 10 und 11 schematische Darstellungen, um Beispiele eines photografischen Bildes zu zeigen, sowie der Verteilungscharakteristik von irgend welchen axialen Lichtmengen, wenn die zufällige Mikrolinsen- Platte 8 rotiert wird und eine fluoreszierende Platte zur einheitlichen Erzeugung von Fluoreszenz als Antwort auf Anregungslicht anstelle des Biochips 11 verwendet wird.
Wie in 10 gezeigt, ist zu sehen, dass das photografische Bild ein Bild wird mit einer einheitlichen Lichtmenge, und Muster, die Unebenheiten und Indifferenz- Muster, erzeugt durch Leistungsvariationen, wie z.B. Lichtverteilungs- Unebenheiten des ausgehenden Lichtes der Laserlichtquelle oder Schmutz oder säkulare Veränderungen im optischen System werden nicht auf dem photografischen Bild reflektiert, wie dies in dem Bild dargestellt in 20 im Beispiel aus dem Stand der Technik der Fall ist.
Es ist auch zu sehen, dass die charakteristische Kurve der Lichtmenge einheitlich ist und dass Leistungsvariationen wie z.B. Lichtverteilungs- Unebenheiten der Lichtquelle oder säkulare Veränderungen im optischen System flexibel innerhalb von „CH101“ in 11 gehandhabt werden, welche die Lichtquantitäts- Verteilung auf der Linie angegeben durch „LN91“ in 10 zeigt.
Des weiteren werden für die Rotation der zufälligen Mikrolinsen- Platte 8, ausgebildet mit den zirkularen Mikrolinsen von verschiedenen Größen, zufällig an irgend welchen gewünschten Positionen, wo der Ausfallswinkel als ein Ergebnis der Lichtdivergenz aller Mikrolinsen auf einen engen Winkel begrenzt ist, die akkurate Registration der Ausbildungspositionen der Mikrolinsen sowie die Rotationsynchronisation unnötig, so dass die Kosten reduziert werden können.
Folglich scannt, wenn die zufällige Mikrolinsen- Platte 8, ausgebildet mit Mikrolinsen verschiedener Größen zufällig an irgend welchen gewünschten Positionen, wobei der Ausfallswinkel als ein Ergebnis der Lichtdivergenz aller Mikrolinsen auf einen engen Winkel limitiert ist, rotiert wird, dann Anregungslicht eingesammelt durch die Mikrolinse, über die Oberfläche des Biochips 11, wobei die Leistungsvariationen des optischen Systems sowie die säkularen Veränderungen im optischen System flexibel gehandhabt werden können, und es möglich wird, Kosten zu reduzieren.
Falls nicht- koherentes Licht an Stelle von weißem Licht verwendet wird, um einen Biochip zu messen, wird Rauschen wie bei einem Laser schwerlich auftreten, jedoch verschlechtert sich das Hintergrundrauschen wie unten gezeigt. In der Ausführungsform, dargestellt in 1, wird der Sperrfilter 13 vor der photografischen Einheit 14 platziert. Beispielsweise sind 12 und 13 schematische Darstellungen, um die Menge des Lichts zu beschreiben, welches von der photografischen Einheit 14 erfasst sein wird, falls die Lichtquelle eine weiße Lichtquelle bzw. eine Laser- Lichtquelle ist.
Falls die Transmissionscharakteristik des Sperrfilters eine Charakteristik, angegeben durch „CH111“ in 12 ist, und weißes Licht auf einen Biochip angewandt wird als Anregungslicht, weist das Anregungslicht eine Wellenlängenverteilung mit einer breiten Basis, wie durch „CH112“ in 12 dargestellt, auf, und folglich kann der Teil angegeben durch „BN111“ in 12 nicht hinreichend abgeschirmt werden, und Hintergrundrauschen tritt auf.
Im Gegensatz dazu weist, falls die Transmissions- Charakteristik des Sperrfilters 13 eine Charakteristik, angegeben durch „CH121“ in 13, ist, und Laserlicht angewandt wird auf einen Biochip als Anregungslicht, das Anregungslicht eine Wellenlängenverteilung mit einer extrem engen Basis, wie angegeben durch „CH122“ in 13, auf und folglich kann der Sperrfilter 13 hinreichend den Teil angegeben durch „BN111“ in 12 ausblenden, wodurch es möglich wird, Hintergrundrauschen zu reduzieren.
In der Ausführungsform, dargestellt in 1, ermöglicht der dichroitische Spiegel, dass Anregungslicht transmittiert und Fluoreszenz, welche auf einen Biochip auftritt; reflektiert wird; natürlich kann der dichroitische Spiegel das Anregungslicht reflektieren und ermöglichen, dass die Fluoreszenz, welche auf den Biochip auftritt, transmittiert wird.
In der Ausführungsform, dargestellt in 1, wird für die Form einer jeden Mikrolinse ausgebildet aus der zufälligen Mikrolinsen- Platte 8, dargestellt in 2, die Platte mit zirkularen Mikrolinsen als ein Beispiel aus Gründen der Einfachheit der Beschreibung gezeigt; natürlich ist die Form einer jeden Mikrolinse nicht auf die zirkulare Form begrenzt.
14 und 15 sind schematische Darstellungen, um andere Beispiele der Form einer jeden Mikrolinse, ausgebildet auf der zufälligen Mikrolinsen- Platte 8 zu zeigen. Die Form einer jeden Mikrolinse kann nicht nur eine zirkulare Form, wie durch „ML131“ in 14 angegeben, zeigen, sondern kann auch eine zylindrische Form, wie durch „ML132“ in 14 bezeichnet sein, eine polygonale Form, eine geschlossene freie Kurvenform, wie durch „ML133“ in 14 bezeichnet, eine netzwerkartige Form, wie durch „ML134“ in 14 gezeigt etc.. Mit anderen Worten kann irgende eine gewünschte Form angewandt werden.
Des weiteren kann die Mikrolinse eine Form anwenden, wie eine Anordnung einer großen Anzahl von Inseln, wie durch „ML141“ in 15 dargestellt. Falls jedoch irgend eine Form angewandt wird, besteht die Notwendigkeit, des Begrenzens des ausfallenden Lichts, als ein Ergebnis der Lichtdivergenz aller Mikrolinsen, auf einen Winkel. Die Mikrolinse mag nicht nur sphärisch in ihrer Form sein, sondern kann auch wie ein Prisma oder ein Keil in ihrer Form sein.
Glas, Harz etc., können als das Material der zufälligen Mikrolinsen- Platte 8 eingesetzt werden, wie abgebildet aus den zirkularen Mikrolinse von verschiedenen Größen, zufällig an irgendwelchen gewünschten Positionen, wo der Ausfallswinkel, als ein Ergebnis der Lichtdivergenz aller Mikrolinsen, auf einen engen Winkel limitiert ist.
Das Anregungslicht, einfallend auf die zufällige Mikrolinsen- Platte 8 kann nicht nur kollimiertes Licht sein, sondern kann auch konvergentes oder divergentes Licht sein, falls der Bereich ein Bereich ist, in welchem der Ausfallswinkel des ausfallenden Lichts auf einen engen Winkel begrenzt wird.
In der Ausführungsform dargestellt in 1, etc. werden Projektionen und Vertiefungen auf der zufälligen Mikrolinsen- Platte 8 (Substrat) ausgebildet, um Mikrolinsen auszubilden, jedoch kann auch eine Fläche mit einem unterschiedlichen refraktivem Index gegenüber dem essentiellen refraktiven Index der zufälligen Mikrolinsen- Platte 8 (Substrat) auf der zufälligen Mikrolinsen- Platte 8 (Substrat) verteilt werden, um die Mikrolinsen auszubilden.
In diesem Fall ist die Form der Fläche mit einem unterschiedlichen refraktiven Index gegenüber dem essentiellen refraktiven Index der zufälligen Mikrolinsen- Platte 8 (Substrat) nicht begrenzt auf eine zirkulare Form und irgend eine gewünschte Form in 14 und 15 dargestellt kann verwendet werden.
Der Abstand zwischen der fokalen Position der lichteinsammelnden Linse 9 und dem Biochip 11 kann verschoben werden; in anderen Worten, kann der geeignete Fokus verschoben werden, was den Randomisationseffekt der zufälligen Mikrolinsen- Platte 8 verbessert.
In der Ausführungsform, dargestellt in 1, scannt, wenn die zufällige MikrolinsenPlatte 8 rotiert wird, das Anregungslicht eingesammelt durch die Mikrolinse über die Oberfläche des Biochips 11, jedoch ist das Steuerverfahren nicht auf Rotation begrenzt. Licht kann über die Oberfläche auf dem Biochip scannen, wenn die zufällige MikrolinsenPlatte 8 in Form einer Parallelbewegung, etc., auf der Ebene parallel mit dem Biochip 11 bewegt wird.
Des weiteren kann die zufällige Mikrolinsen- Platte 8 nicht nur in der Ebene bewegt werden, sondern kann auch in irgend einer gewünschten Richtung bewegt werden, da die Verbindung zwischen der zufälligen Mikrolinsen- Platte 8 und dem Biochip 11 nicht starr ist. Die zufällige Mikrolinsen- Platte 8 kann vibriert werden.
In der Ausführungsform, dargestellt in 1, wird das Anregungslicht durch die Mikrolinsen ausgebildet auf der zufälligen Mikrolinsen- Platte 8 divergiert, jedoch kann Licht, bereitgestellt durch einmaliges Einsammeln des Anregungslichts verwendet werden.
16 ist eine schematische Darstellung, um den Fall zu zeigen, wo Licht bereitgestellt durch einmaliges Einsammeln von Anregungslicht verwendet wird. Die zufällige Mikrolinsen- Platte 8 kann mit einer großen Vielzahl an keilförmigen Erhöhungen ausgebildet werden, wie durch „RM151“ in 16 bezeichnet, und das Anregungslicht, bezeichnet durch „EL151“ in 16, wird gebündelt und ein Strahltaille, wie „BW151“ in 16 angegeben, wird ausgebildet und kann auf einen Biochip angewandt werden. In diesem Fall wird die lichteinsammelnde Linse 9 unnötig.

Claims

Ein Biochip-Lesegerät umfassend: eine Mikrolinsenplatte (8), auf welcher eine Vielzahl von Mikrolinsen (ML61, ML62, ML63), deren Ausfallswinkel an divergierendem Licht innerhalb von ±20° liegt, an zufälligen Positionen bereitgestellt wird, wobei jede der Vielzahl der Mikrolinsen (ML61, ML62, ML63) eine zufällige Größe aufweist; eine Lichtquelle, welche kohärentes Licht auf die Mikrolinsenplatte (8) als Anregungslicht (EL51) anwendet; einen dichroitischen Spiegel (10), welcher ausfallendes Licht von der Mikrolinsenplatte (8) transmittiert oder reflektiert und Fluoreszenzlicht auftretend auf einem Biochip (11) reflektiert oder transmittiert; eine Sammellinse (9), die zwischen der Mikrolinsenplatte (8) und dem dichroitischen Spiegel (10) angeordnet ist; eine fotografische Einheit (14); eine Linse (12), welche das Licht, reflektiert oder transmittiert auf dem dichroitischen Spiegel (10), auf die fotografische Einheit (14) fokussiert; einen Sperrfilter (13), bereitgestellt zwischen dem dichroitischen Spiegel (10) und der photografischen Einheit (14); und eine Steuereinheit (15), welche die Mikrolinsenplatte (8) steuert, wobei während die Steuereinheit (15) die Mikrolinsenplatte (8) steuert, das Anregungslicht, divergiert durch die Vielzahl der Mikrolinsen (ML61, ML62, ML63), eine Oberfläche des Biochips (11) abscannt, wobei die Steuereinheit (15) die Mikrolinsenplatte (8) rotiert, wobei ein Abstand zwischen einer fokalen Position der Sammellinse (9) und dem Biochip (11) verschiebbar ist.
Das Biochip-Lesegerät gemäß Anspruch 1, wobei die Vielzahl der Mikrolinsen (ML61, ML62, ML63) durch Bereitstellung von Erhöhungen und Vertiefungen auf einem Substrat der Mikrolinsenplatte (8) ausgebildet wird.
Das Biochip-Lesegerät gemäß Anspruch 1, wobei die Vielzahl der Mikrolinsen (ML61, ML62, ML63) ausgebildet wird durch das Verteilen von Flächen mit einem refraktiven Index verschieden von einem refraktiven Index eines Substrats der Mikrolinsenplatte (8) auf dem Substrat.
Das Biochip-Lesegerät gemäß Anspruch 1, wobei die Mikrolinsenplatte (8) aus Glas oder Harz ist.
Das Biochip-Lesegerät gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (15) die Mikrolinsenplatte (8) in einer eindimensionalen Richtung bewegt, in einer zweidimensionalen oder in einer dreidimensionalen Richtung.
Das Biochip-Lesegerät gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (15) die Mikrolinsenplatte (8) vibriert.
Das Biochip-Lesegerät gemäß Anspruch 1, wobei jede der Vielzahl der Mikrolinsen (ML61, ML62, ML63) zirkular in ihrer Form ist.
Das Biochip-Lesegerät gemäß Anspruch 1, wobei die Vielzahl der Mikrolinsen (ML61, ML62, ML63) wie ein Netzwerk angeordnet sind.
Das Biochip-Lesegerät gemäß Anspruch 7, wobei ein Verhältnis eines Durchmessers der Mikrolinsen (ML61, ML62, ML63) zu einer Krümmung der Mikrolinsen (ML61, ML62, ML63) 0,1 oder weniger ist.