DE202011003570U1

DE202011003570U1 - Systeme und Vorrichtungen zum Detektieren optischer Signale aus einer Probe

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Publication number: DE202011003570U1
Application number: DE202011003570U
Authority: DE
Original assignee: Illumina Inc
Current assignee: Illumina Inc
Priority date: 2010-03-06
Filing date: 2011-03-04
Publication date: 2012-01-30
Anticipated expiration: 2021-03-05
Also published as: US8481903B2; US20110220775A1; CN202281746U; US20140228225A1; WO2011112465A1; US20130261028A1; US8748789B2; US9139875B2

Abstract

Ein optisches System, welches zur Detektion optischer Signale von einem Probentisch ausgelegt ist, welcher zur Aufnahme von mindestens zwei Arten von Proben ausgelegt ist, wobei das optische System umfasst: eine Objektivlinse, welche ein Sammelende aufweist, welches zum Empfangen optischer Signale von den mindestens zwei Arten von Proben ausgelegt ist; und einen Strahlengangkompensator, welcher ausgelegt ist, entfernbar an einer Abbildungsposition zwischen der Objektivlinse und dem Probentisch angeordnet zu sein, wobei der Strahlengangkompensator eine fokale Region, welche mit der Objektivlinse verbunden ist, justiert, wenn dieser sich in der Abbildungsposition befindet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich allgemein auf biologische oder chemische Analysen und insbesondere auf Systeme, welche ausgelegt sind, optische Signale aus einer oder mehreren Proben von Interesse zu detektieren.
Verschiedene Assayprotokolle, welche in der biologischen oder chemischen Forschung verwendet werden, betreffen die Durchführung einer großen Anzahl kontrollierter Reaktionen. In einigen Fällen werden die kontrollierten Reaktionen auf Trägeroberflächen oder innerhalb vordefinierter Reaktionsvolumina durchgeführt. Die erwünschten Reaktionen können dann beobachtet und analysiert werden, um die Eigenschaften oder Charakteristika der an der gewünschten Reaktion beteiligten Chemikalien zu identifizieren. Beispielsweise kann in manchen Protokollen eine chemische Einheit, welche ein identifizierbares Label (z. B. fluoreszierendes Label) beinhaltet, selektiv an eine andere chemische Einheit unter kontrollierten Bedingungen binden. Diese chemischen Reaktionen können durch Anregen der Label mit Strahlung und Detektion der Lichtemissionen aus den Labels beobachtet werden.
Beispiele solcher Protokolle beinhalten DNA-Sequenzierungen und multiplexe Array-basierte Essays. In einem ”sequencing-by-synthesis”(SBS)-Protokoll werden Cluster von klonalen Ampliconen durch Brücken-PCR auf einer Oberfläche eines Flusszellenkanals gebildet. Nach Erzeugen der Cluster klonaler Amplicone können die Ampliconen ”linearisiert” werden, um einsträngige DNA (sstDNA) herzustellen. Eine Reihe von Reagenzien wird in die Flusszelle geströmt, um einen Sequenzierungszyklus auszuführen. Jeder Sequenzierungszyklus prolongiert die sstDNA um ein einzelnes Nukleotid (z. B. A, T, G, C), welches ein eindeutiges Fluoreszenzlabel aufweist. Jedes Nukleotid weist einen reversiblen Terminator auf, welcher lediglich einen Einzelbaseneinbau in einem Zyklus gestattet. Nachdem Nukleotide an die sstDNA-Cluster hinzugefügt worden sind, wird eine Abbildung in vier Kanälen aufgenommen (d. h. eines für jedes Fluoreszenzlabel). Nach dem Abbilden werden das Fluoreszenzlabel und der Terminator chemisch von der sstDNA abgespalten und der wachsende DNA-Strang ist für einen weiteren Zyklus bereit. Einige Zyklen von Reagenzienzufuhr und optischer Detektion können wiederholt werden, um die Sequenzen der klonalen Amplicone zu bestimmen.
In einigen Multiplex-Array-basierten Assayprotokollen werden Populationen verschiedener Sondenmoleküle auf einer Substratoberfläche immobilisiert. Die Sonden können basierend auf der jeweiligen Sondenadresse auf der Substratoberfläche differenziert werden. Beispielsweise kann jede Population von Sondenmolekülen einen bekannten Ort (z. B. Koordinaten auf einem Grid) auf der Substratoberfläche aufweisen. Die Sondenmoleküle werden den Targetanalyten unter kontrollierten Bedingungen ausgesetzt, sodass eine detektierbare Änderung an einer oder mehreren Adressen durch eine spezifische Interaktion zwischen einem Targetanalyt und der Sonde statt findet. Beispielsweise kann ein fluoreszenzmarkierter Targetanalyt, welcher an eine spezifische Sonde bindet, basierend auf dem Rekruitment des Fluoreszenzlabels mit der Adresse der Sonde identifiziert werden. Die Adressen auf dem Array können durch eine optische Vorrichtung detektiert werden, um zu identifizieren, welche Populationen mit den Analyten reagiert haben. Durch Kenntnis der chemischen Struktur der Sondenmoleküle, welche mit den Analyten reagiert haben, können die Eigenschaften der Analyten bestimmt werden. In anderen Multiplex-Assays werden erwünschte Reaktionen auf Oberflächen von individuell identifizierbaren Mikropartikeln, welche auch gescannt und analysiert werden können, durchgeführt. Typischerweise erfordern multiplexe Array-basierte Assays keine wiederholte Zufuhr von Fluiden und daher kann die Detektion auf einem oben offenen Substrat ohne Flusszelle ausgeführt werden.
Verschiedene Assayprotokolle, wie die oben beschriebenen, können bestimmte Merkmale enthalten oder bestimmte Schritte beinhalten, welche nicht in anderen Assayprotokollen vorkommen. Beispielsweise können verschiedene Assayprotokolle verschiedene Arten von Reagenzien oder Reagenzien, welche einzigartige Modifikationen aufweisen, Labels mit verschiedenen Emissionsspektren, Arten optischer Substrate zum Tragen der Proben (z. B. Flusszellen, offene Substrate, Mikroarrays, Wells, Mikropartikel), Lichtquellen mit verschiedenen Anregungsspektren, verschiedene optische Komponenten (z. B. Objektivlinsen), thermische Bedingungen und Software verwenden. Des weiteren arbeiten die Vorrichtungen üblicherweise mit einem hohen Maß an Präzision, da die Detektion mit einer Auflösung von wenigen Mikrometern oder weniger stattfindet. Im Ergebnis betreffen Forschungsplattformen, wie sie heute existieren, im allgemeinen lediglich die Durchführung einer Art von Assayprotokollen.
Dementsprechend besteht ein Bedarf an Systemen, welche zur Durchführung von mehr als einem Assayprotokoll geeignet sind. Ebenso besteht ein Bedarf an optischen Komponenten, welche die Durchführung von mehr als einem Essayprotokoll erleichtern. Es besteht ebenso ein allgemeiner Bedarf nach alternativen Systemen und optischen Komponenten, welche in der Durchführung eines oder mehrerer Assayprotokolle verwendet werden können.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einer Ausführungform wird ein optisches System bereitgestellt, welches ausgelegt ist, optische Signale während Abbildungssitzungen zu detektieren. Das optische System beinhaltet eine Objektivlinse, welche ein Sammel-Ende aufweist, welches benachbart zu einer Probe angeordnet und ausgelegt ist, optische Signale daraus zu empfangen. Das optische System beinhaltet auch einen entfernbaren Strahlengang-Kompensator, welcher ausgelegt ist, an einer Abbildungsposition zwischen dem Sammel-Ende der Objektivlinse und der Probe angeordnet zu sein. Der Strahlengang-Kompensator justiert einen Strahlengang der Lichtemissionen, wenn dieser sich in der Abbildungsposition befindet. Das optische System beinhaltet auch eine Transfer-Vorrichtung, welche ausgelegt ist, den Strahlengang-Kompensator zu bewegen. Die Transfer-Vorrichtung ordnet den Strahlengang-Kompensator in der Abbildungsposition für eine erste Abbildungssitzung an und entfernt den Strahlengang-Kompensator aus der Abbildungsposition für eine zweite Abbildungssitzung.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein optisches System bereitgestellt, welches ausgelegt ist, optische Signale aus einer Probe zu detektieren. Das optische System beinhaltet einen optischen Zug, enthaltend eine Objektivlinse, welche ausgelegt ist, die optischen Signale zu empfangen. Das optische System enthält auch einen Probendetektor, welcher ausgelegt ist, die optischen Signale zu detektieren. Die optischen Signale werden durch den optischen Zug entlang eines Strahlengangs zwischen dem Probendetektor und der Objektivlinse geleitet. Das optische System enthält auch eine optische Vorrichtung, welche eine Drehachse aufweist und erste und zweite Bandpass-Filter umfasst. Die ersten und zweiten Bandpass-Filter weisen feste Orientierungen bezüglich der Drehachse auf. Die optische Vorrichtung rotiert wahlweise um die Drehachse, um zumindest einen der ersten und zweiten Bandpass-Filter innerhalb des Strahlengangs anzuordnen.
In einer weiteren Ausführung wird ein optisches System bereitgestellt, welches ausgelegt ist, optische Signale von einer Probe zu detektieren. Das optische System beinhaltet einen optischen Zug, enthaltend eine Objektivlinse, welche zum Empfangen von Proben-Lichtemissionen ausgelegt ist. Das optische System enthält auch eine Detektoranordnung, welche ausgelegt ist, die optischen Signale zu detektieren. Anteile der optischen Signale werden durch den optischen Zug entlang erster und zweiter Strahlengänge zwischen der Detektoranordnung und der Objektivlinse geführt. Das optische System beinhaltet auch erste und zweite optische Vorrichtungen, welche jeweils benachbart zu den ersten und zweiten Strahlengängen angeordnet sind. Jede der ersten und zweiten optischen Vorrichtungen weist eine Drehachse auf und beinhaltet eine Vielzahl von Bandpass-Filtern. Die Bandpass-Filter weisen feste Orientierungen bezüglich der entsprechenden Drehachse auf. Jede der ersten und zweiten optischen Vorrichtungen rotiert wahlweise um die entsprechende Drehachse, um zumindest einen der ersten und zweiten Bandpass-Filter innerhalb des entsprechenden Strahlenganges anzuordnen.
In einer weiteren Ausführung wird eine optische Vorrichtung bereitgestellt, welche ausgelegt ist, optische Signale, welche sich entlang eines Strahlenganges ausbreiten, zumindest umzuleiten oder zu filtern. Die optische Vorrichtung beinhaltet einen Vorrichtungskörper, welcher eine Drehachse aufweist. Der Vorrichtungskörper ist um die Drehachse rotierbar. Die optische Vorrichtung beinhaltet auch erste und zweite optische Komponenten, welche an den Vorrichtungskörper gekoppelt sind. Die ersten und zweiten optischen Komponenten weisen feste Orientierungen bezüglich einer Drehachse auf. Die optische Vorrichtung beinhaltet auch einen Motor, welcher wirkungsmäßig an den Vorrichtungskörper gekoppelt ist. Der Motor rotiert wahlweise die ersten und zweiten optischen Komponenten um die Drehachse, um zumindest eine der ersten und zweiten optischen Komponenten innerhalb des Strahlenganges anzuordnen.
In einer weiteren Ausführung wird ein optisches System bereitgestellt, welches einen Probendetektor beinhaltet, welcher ausgelegt ist, optische Signale aus einer Probe zu detektieren. Die optischen Signale beinhalten erste und zweite optische Signale, welche verschiedene Emissionsspektren aufweisen. Das optische System beinhaltet auch einen optischen Zug, enthaltend eine Objektivlinse, welche benachbart zu der Probe angeordnet ist, und einen entfernbaren optischen Keil. Der optische Zug leitet die Lichtemissionen entlang eines Strahlenganges zu dem Probendetektor. Das optische System beinhaltet auch eine Transfer-Vorrichtung, welche ausgelegt ist, den optischen Keil in dem Strahlengang anzuordnen, um die ersten optischen Signale zu detektieren und den optischen Keil aus dem Strahlengang zu entfernen, um die zweiten optischen Signale zu detektieren. Der optische Keil, wenn im Strahlengang angeordnet, leitet die ersten optischen Signale derart, dass die ersten optischen Signale auf den Probendetektor fallen. Die zweiten optischen Signale fallen auf den Probendetektor, wenn der optische Keil aus dem Strahlengang entfernt wird.
In einer weiteren Ausführung wird ein optisches System bereitgestellt, welches eine Anregungslichtquellenanordnung beinhaltet, umfassend erste und zweite Anregungslichtquellen. Die ersten und zweiten Anregungslichtquellen regen eine Probe während jeweils separater erster und zweiter Abbildungssitzungen an. Die Probe erzeugt entsprechende Lichtemissionen, wenn sie durch die jeweils erste und zweite Lichtanregungsquellen angeregt wird. Das optische System beinhaltet auch einen Strahlteiler, der die entsprechenden Lichtemissionen jeweils der ersten und zweiten Anregungslichtquellen in reflektierte und durchfallende Anteile separiert. Die durchfallenden Anteile der ersten und zweiten Anregungslichtquellen werden entlang eines gemeinsam durchlaufenen Strahlenganges geleitet. Die reflektierten Anteile der ersten und zweiten Lichtanregungsquellen werden entlang eines gemeinsam reflektierten Strahlenganges geleitet. Das optische System beinhaltet auch eine Vielzahl optischer Keile. Jeder der durchlaufenen und reflektierten Strahlengänge weist einen optischen Keil auf, welcher wahlweise bewegbar ist. Der optische Keil des reflektierten Strahlenganges leitet die reflektierten Anteile während der ersten Abbildungssitzung um und der optische Keil des durchlaufenen Strahlenganges leitet die durchfallenden Anteile während der zweiten Abbildungssitzung um.
In einer weiteren Ausführung wird ein Arbeitsplatzsystem bereitgestellt, welches ausgelegt ist, optische Signale von Proben zu detektieren. Die Proben beinhalten erste und zweite Arten von Proben. Das Arbeitsplatzsystem beinhaltet eine Detektoranordnung, welche ausgelegt ist, die optischen Signale zu detektieren und eine optische Anordnung, welche ausgelegt ist, die optischen Signale zu empfangen und zu der Detektoranordnung zu leiten. Die optische Anordnung beinhaltet eine Vielzahl von wahlweise bewegbaren optischen Komponenten. Die Arbeitsplatzstation beinhaltet auch eine Anregungslichtquellenanordnung, welche zwei Anregungslichtquellen aufweist, welche verschiedene Anregungsspektren aufweisen. Des weiteren beinhaltet die Arbeitsplatzstation ein Protokollmodul, welches ausgelegt ist, die ersten und zweiten Arten von Proben jeweils ersten und zweiten Abbildungsprotokollen zu unterziehen. Jede der ersten und zweiten Abbildungsprotokolle beinhaltet das Beleuchten der entsprechenden Probe mit den beiden Anregungslichtquellen und das Detektieren der entsprechenden Lichtemissionen. Die Arbeitsplatzstation beinhaltet auch ein optisches Justiersystem, welches ausgelegt ist, die optischen Komponenten der optischen Anordnung wahlweise zu bewegen. Das optische Justiersystem bewegt wahlweise die optischen Komponenten zu einer ersten gemeinsamen Anordnung für das erste Abbildungsprotokoll und eine verschiedene zweite gemeinsame Anordnung für das zweite Abbildungsprotokoll.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems zur biologischen oder chemischen Analyse, welches gemäß einer Ausführungsform ausgebildet ist.
2 zeigt eine exponierte Vorderansicht einer Arbeitsplatzstation zur biologischen oder chemischen Analyse, welche gemäß einer Ausführungsform ausgebildet ist.
3 zeigt die Draufsicht der Arbeitsplatzstation nach 3, zur Veranschaulichung eines optischen Systems, welches gemäß einer Ausführungsform ausgebildet ist.
4 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der verschiedenen optischen Komponenten des optischen Systems nach 3.
5 zeigt in perspektivischer Ansicht ein Docking-System, welches mit der Arbeitsplatzstation nach 2 verwendet werden kann.
6 zeigt ein Diagramm, welches in perspektivischer Ansicht das Abbilden einer Probe gemäß einer Ausführungsform darstellt.
7 zeigt einen Seitenquerschnitt des Diagramms in 6.
8 veranschaulicht verschiedene optische Konfigurationen, welche für verschiedene Abbildungssitzungen verwendet werden können.
9 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Transfer-Vorrichtung zur entfernbaren Kopplung eines Strahlengang-Kompensators an eine Objektivlinse gemäß einer Ausführungsform.
10 zeigt eine Draufsicht der Transfer-Vorrichtung nach 9, wenn sich die Transfer-Vorrichtung in einer zurückgezogenen Position befindet.
11 zeigt eine isolierte perspektivische Ansicht des Strahlengang-Kompensators.
12 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Sammelendes der Objektivlinse, welches den Strahlengang-Kompensator damit entfernbar gekoppelt aufweist.
13 zeigt eine Querschnittsansicht des Strahlengang-Kompensators entlang der Linien 14-14, gezeigt in 14.
14 zeigt eine Draufsicht eines Kragens, der verwendet werden kann, den Strahlengang-Kompensator entfernbar an die Objektivlinse zu koppeln.
15 zeigt eine Vorderansicht, welche eine bewegbare Plattform der Transfer-Vorrichtung in eingelegter Position bezüglich des Strahlengang-Kompensators darstellt.
16 zeigt eine perspektivische Ansicht der Transfer-Vorrichtung, bevor der Strahlengang-Kompensator entfernbar an die Objektivlinse gekoppelt wird.
17 zeigt eine perspektivische Ansicht der Transfer-Vorrichtung, wenn der Strahlengang-Kompensator entfernbar an die Objektivlinse gekoppelt ist.
18 zeigt eine perspektivische Ansicht der Transfer-Vorrichtung in einer bezüglich des Strahlengang-Kompensators zurückgezogenen Position.
19 zeigt eine perspektivische Ansicht der Transfer-Vorrichtung und veranschaulicht einen Mechanismus zur Bestätigung, dass der Strahlengang-Kompensator entfernbar an die Objektivlinse gekoppelt worden ist.
20–22 veranschaulichen eine Transfer-Vorrichtung, welche gemäß einer alternativen Ausführungsform ausgebildet ist.
23–24 veranschaulichen eine weitere Transfer-Vorrichtung, welche gemäß einer alternativen Ausführungsform ausgebildet ist.
25–27 veranschaulichen eine weitere Transfer-Vorrichtung, welche in einer alternativen Ausführungsform ausgebildet ist, welche pneumatische Kräfte verwendet.
28 veranschaulicht eine weitere Transfer-Vorrichtung, welche gemäß einer alternativen Ausführungsform ausgebildet ist, welche einen Elektromagnet verwendet.
29 veranschaulicht eine weitere Transfer-Vorrichtung, welche gemäß einer alternativen Ausführungsform ausgebildet ist, welche permanente Gegenmagnete verwendet.
30 zeigt eine Seitenansicht einer optischen Vorrichtung, welche gemäß einer Ausführungsform ausgebildet ist.
31 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Motoranordnung, welche mit der optischen Vorrichtung nach 30 verwendet werden kann.
32 und 33 veranschaulichen eine perspektivische Unteransicht und eine Seitenansicht eines Vorrichtungskörpers, der mit der optischen Vorrichtung nach 31 verwendet werden kann.
34 zeigt eine Draufsicht, zur Veranschaulichung der Rotationspositionen der optischen Vorrichtungen nach 30.
35 veranschaulicht verschiedene optische Konfigurationen, welche mit verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden können.
36 und 37 veranschaulichen jeweils eine Draufsicht und ein Diagramm einer optischen Anordnung, welche gemäß einer Ausführungsform ausgebildet sind.
38 veranschaulicht optische Signale, welche durch verschiedene optische Komponenten der optischen Anordnung nach 38 reflektiert und durchlaufen werden.
39 veranschaulicht verschiedene optische Konfigurationen, welche mit den hierin beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden können.
40 veranschaulicht auch verschiedene optische Konfigurationen, welche mit den hierin beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden können.
41 zeigt eine exponierte perspektivische Ansicht einer Arbeitsplatzstation, welche gemäß einer weiteren Ausführungsform ausgebildet ist.
42 zeigt eine exponierte Vorderansicht der Arbeitsplatzstation nach 47.
43 zeigt eine exponierte Draufsicht der Arbeitsplatzstation nach 47.
44 zeigt eine exponierte Seitenansicht der Arbeitsplatzstation nach 47.
45 zeigt die Außenseite eines beispielhaften Assay-Systems, welches als HiScan SQ Assay-System bekannt ist.
46 zeigt ein beispielhaftes Sequenzprotokoll.
47 zeigt verschiedene Merkmale des HiScan SQ Assay-Systems, mit denen ein Nutzer interagieren kann.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Hierin beschriebene Ausführungsformen beinhalten verschiedene Systeme, Anordnungen und Vorrichtungen, welche verwendet werden, um optische Signale zu detektieren, welche aus Proben von Interesse bereit gestellt werden. Die optischen Signale können Lichtemissionen von Labeln sein oder Transmissionslicht, welches von der Probe reflektiert oder gebrochen wurde. Besondere Ausführungsformen beinhalten Systeme oder Komponenten von Systemen, welche in der Durchführung von mehr als einer Art von Assay-Protokollen verwendet werden können. Beispielsweise können Ausführungen verwendet werden, um ein Sequenzprotokoll, in welchem sstDNA in einer Flusszelle sequenziert wird und ein Scan-Protokoll, in welchem Mikroarrays gescannt werden, um unbekannte Analyte zu untersuchen, durchzuführen. Jedoch sind die hierin beschriebenen Ausführungen nicht auf die Durchführung von mehr als einem Assay-Protokoll begrenzt und können in manchen Ausführungen verwendet werden, um lediglich eine Art von Assay-Protokoll durchzuführen.
In besonderen Ausführungen beinhalten die optischen Systeme wahlweise bewegbare optische Komponenten. Durch Bewegung einer oder mehrerer optischer Komponenten kann das optische System justiert oder modifiziert werden, was aus verschiedenen Gründen wünschenswert sein kann. Beispielsweise kann ein Strahlengang von optischen Signalen der Probe justiert werden, um optische Signale von verschiedenen Teilen (z. B. Tiefe) derselben Probe zu detektieren oder um das System zu kalibrieren. Als weiteres Beispiel kann der Strahlengang justiert werden, um eine andere Probe aufzunehmen. Beispielsweise können verschiedene Trägerstrukturen, welche das biologische Material halten, verschiedene Effekte auf die optischen Signale, welche von dem biologischen Material ausgehen, ausüben. Weiterhin kann der Strahlengang durch Hinzufügen oder Austauschen von Filtern justiert werden, so dass verschiedene Lichtemissionen detektiert werden können. In einem weiteren Beispiel können optische Systeme umkonfiguriert werden, um die Abbildung der Proben durch Einführung einer optischen Komponente oder durch Pixelzusammenfassung vergrößert werden. Dementsprechend können die optischen Komponenten eines optischen Systems oder Anordnung umkonfiguriert werden, um verschiedene gemeinsame Anordnungen für verschiedene Abbildungssitzungen aufzuweisen.
Die hierin verwendeten Ausdrücke ”Modifizierung eines Strahlenganges”, ”Justierung eines Strahlenganges” und ähnliche Ausdrücke beinhalten zumindest das Umleiten der optischen Signale durch Reflektion und/oder Refraktion, Filtern der optischen Signale, Einstellen einer Intensität der optischen Signale, Justieren einer fokalen Region der optischen Anordnung und Modifizieren der Strahlform der optischen Signale.
Der hierin verwendete Ausdruck ”optische Komponenten” beinhaltet verschiedene Elemente, welche die Ausbreitung von optischen Signalen beeinflussen. Beispielsweise können die optischen Komponenten zumindest jeweils umleiten, filtern, formen, vergrößern oder die optischen Signale konzentrieren. Die optischen Signale, welche beeinflusst werden können, beinhalten die optischen Signale, welche der Probe nachgeschaltet und vorgeschaltet sind. In einem Fluoreszenz-Detektionssystem beinhalten vorgeschaltete Komponenten jene, die Anregungsstrahlung zur Probe leiten und nachgeschaltete Komponenten beinhalten jene, welche Emissionsstrahlung von der Probe fortleiten. Optische Komponenten können beispielsweise Reflektoren, Dichroite, Strahlteiler, Kollimatoren, Linsen, Filter, Keile, Prismen, Spiegel, Detektoren und dergleichen sein. Optische Komponenten beinhalten auch Bandpass-Filter, optische Keile und optische Vorrichtungen, welche den hierin beschriebenen vergleichbar sind.
Der hierin verwendete Ausdruck ”optische Signale” beinhaltet elektromagnetische Energie, welche detektierbar ist. Der Ausdruck beinhaltet Lichtemissionen von markierten biologischen oder chemischen Substanzen und beinhaltet auch durchfallendes Licht, welches durch optische Substrate gebrochen oder reflektiert wird. Proben können beispielsweise codierte Mikropartikel beinhalten, welche das einfallende Licht in optische Signale transformieren, die den Mikropartikel identifizieren (oder Substanzen, welche auf den Mikropartikeln immobilisiert sind). Die transformierten optischen Signale können ein detektierbares Muster bilden, welches einen Code des beleuchteten Mikropartikel darstellt. Optische Signale können auch einfallendes Licht beinhalten, welches auf die Probe geleitet wird, um Labels anzuregen oder um von der Probe reflektiert/gebrochen zu werden.
Optische Signale, einschließlich Anregungsstrahlung, welche auf die Probe fällt und Lichtemissionen, welche von der Probe erbracht werden, können ein oder mehrere Spektralmuster aufweisen. Beispielsweise kann in einer Abbildungssitzung mehr als eine Art von Label angeregt werden. In solchen Fällen können die verschiedenen Arten von Labeln durch eine gemeinsame Anregungslichtquelle angeregt werden oder durch verschiedene Anregungslichtquellen, welche gleichzeitig einfallendes Licht bereitstellen, angeregt werden. Jede Art Label kann optische Signale emittieren, welche ein Spektralmuster aufweisen, das von den Spektralmustern anderer Label verschieden ist. Beispielsweise können die Spektralmuster verschiedene Emissionsspektren aufweisen. Die Lichtemissionen können gefiltert werden, um die optischen Signale von anderen Emissionsspektren separat zu detektieren. Der hierin verwendete Ausdruck ”verschieden” wird unter Bezug auf die Emissionsspektren verwendet, wobei die Emissionsspektren Wellenlängenbereiche aufweisen können, die zumindest so lange überlagern, dass zumindest ein Anteil eines Emissionsspektrums nicht vollständig das andere Emissionsspektrum überlagert. Verschiedene Emissionsspektren können andere Charakteristika aufweisen, die nicht überlagern, wie beispielsweise Emissions-Anisotropie oder Fluoreszenzlebenszeit. Wenn die Lichtemissionen gefiltert werden, können die Wellenlängenbereiche der Emissionsspektren eingeengt werden.
Wie oben beschrieben, können die optischen Komponenten wahlweise bewegbar sein. Wie hierin verwendet, wird der Ausdruck ”wahlweise” in Verbindung mit ”bewegbar” und ähnlichen Ausdrücken derart verwendet, dass der Ausdruck bedeutet, dass die Position der optischen Komponente in einer gewünschten Weise geändert werden kann. Beispielsweise kann zumindest entweder der Ort oder die Orientierung in der optischen Komponente geändert werden. Der Ausdruck ”wahlweise bewegen” beinhaltet das Entfernen der optischen Komponente aus dem Strahlengang, Justieren einer Orientierung der optischen Komponente in dem Strahlengang (z. B. Drehung der optischen Komponente), oder Bewegen der optischen Komponente derart, dass sich die Orientierung nicht ändert, sich jedoch der Ort der optischen Komponente ändert. In besonderen Ausführungsformen werden die optischen Komponenten wahlweise zwischen Abbildungssitzungen bewegt. Jedoch können in anderen Ausführungsformen die optischen Komponenten während einer Abbildungssitzung wahlweise bewegt werden.
Verschiedene Elemente und Komponenten können entfernbar gekoppelt sein. Wie hierin verwendet, sind zwei oder mehr Elemente oder Komponenten ”entfernbar gekoppelt” (oder ”entfernbar eingesetzt”), wenn die Elemente unmittelbar trennbar sind, ohne die gekoppelten Komponenten zu zerstören. Elemente sind leicht trennbar, wenn die Elemente ohne weiteren Aufwand oder signifikanten Zeitaufwand zur Trennung der Komponenten diese voneinander getrennt werden können. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen ein Strahlengang-Kompensator mehrmals während der Bedienung entfernbar an eine Objektivlinse gekoppelt werden. Sind der Strahlengang-Kompensator und die Objektivlinse entfernbar aneinander gekoppelt, können sie in geeigneter Weise zur Abbildung einer Probe betrieben werden. In besonderen Ausführungsformen sind die Elemente automatisch durch eine Maschine oder ein System entfernbar gekoppelt. Des Weiteren können in einigen Ausführungsformen die entfernbar gekoppelten Elemente direkt aneinander gebracht werden, so dass zwischen den gekoppelten Elementen Kontakt besteht. In anderen Ausführungsformen weisen die entfernbar gekoppelten Elemente eingreifende Elemente auf, die die entfernbare Kopplung befördern. Beispielsweise kann der Strahlengang-Kompensator direkt an einem Kragen befestigt sein, der direkt an der Objektivlinse befestigt ist. In diesem Fall brauchen sich der Strahlengang-Kompensator und die Objektivlinse einander nicht zu kontaktieren. Beispielhafte Arten für entfernbar gekoppelte Komponenten beinhalten, sind aber nicht begrenzt auf Wechselwirkungen vermittelt durch Magnetismus, Vakuum, Ladung, schwache Adhäsive, mechanisches Klammern oder dergleichen.
Abbildungssitzungen beinhalten eine Zeitspanne, in der zumindest ein Teil der Probe abgebildet wird. Eine Probe kann mehrere Abbildungssitzungen durchlaufen. Beispielsweise kann eine Probe Gegenstand zweier Abbildungssitzungen sein, in denen die jeweilige Abbildungssitzung versucht, optische Signale von einem oder mehreren verschiedenen Labeln zu detektieren. Als spezifisches Beispiel kann ein erster Scan entlang zumindest eines Teils einer Nukleinsäure-Probe Label detektieren, die mit den Nukleotiden A und C verbunden sind, und ein zweiter Scan entlang zumindest eines Teils einer Probe kann Label detektieren, welche mit den Nukleotiden G und T verbunden sind. In anderen Ausführungsformen kann das Detektieren optischer Signale in verschiedenen Abbildungssitzungen das Scannen verschiedener Proben beinhalten. Verschiedene Proben können von der selben Art sein (z. B. zwei Mikroarray-Chips) oder von verschiedenen Arten (z. B. eine Flusszelle und ein Mikroarray-Chip).
Während einer Abbildungssitzung werden die durch die Probe bereitgestellten optischen Signale durch ein optisches System beobachtet. Verschiedene Arten des Abbildens können mit den hierin beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden. Beispielsweise können Ausführungen konfiguriert sein, um zumindest ein epifluoreszentes Abbilden und ein ”total-internal-reflectance-fluorescence”(TIRF)-Abbilden durchzuführen. In besonderen Ausführungen ist der Proben-Abbilder ein Linienscannen einer oder mehrerer Proben beinhalten, sodass eine linear fokale Region von Licht über die Probe(n) gescannt wird. Einige Verfahren des Linienscannens sind beispielsweise in US 7,329,860 und WO 2009/137435 beschrieben, deren Gegenstand hierin durch Referenz in seiner Gesamtheit aufgenommen ist. Abbildungssitzungen können ebenfalls die Bewegung einer punktfokalen Region von Licht in einem Rastermuster über die Probe beinhalten. Alternativ können eine oder mehrere Bereiche der Probe(n) in einer ”step and shoot”-Weise beleuchtet werden. In anderen Ausführungen können Abbildungssitzungen das Detektieren von Lichtemissionen, die erzeugt werden, ohne Beleuchtung beinhalten und basieren gänzlich auf den Emissionseigenschaften eines Labels innerhalb der Probe (z. B. eine radioaktive oder chemilumineszente Komponente in der Probe).
Der hierin verwendete Ausdruck ”Probe” beinhaltet verschiedene Materie von Interesse, welche einer Abbildungssitzung unterzogen wird, wo optische Signale von der Probe beobachtet werden. In besonderen Ausführungen kann eine Probe biologische oder chemische Substanzen von Interesse beinhalten und, optional, ein optisches Substrat oder Trägerstruktur aufweisen, welche die biologischen oder chemischen Substanzen trägt. Als solche kann eine Probe ein optisches Substrat oder Trägerstruktur beinhalten oder nicht. Der hierin verwendete Ausdruck ”biologische oder chemische Substanzen” kann eine Vielzahl von biologischen oder chemischen Substanzen beinhalten, welche zur Abbildung geeignet sind oder mit den hierin beschriebenen optischen Systemen untersucht werden können. Beispielsweise beinhalten biologische oder chemische Substanzen Biomoleküle wie Nukleoside, Nukleinsäuren, Polynukleotide, Oligonukleotide, Proteine, Enzyme, Polypeptide, Antikörper, Antigene, Liganden, Rezeptoren, Polysaccharide, Kohlenhydrate, Polyphosphate, Nanoporen, Organellen, Lipidschichten, Zellen, Gewebe, Organismen und biologisch aktive chemische Verbindungen wie Analoga oder mimetische Verbindungen der vorgenannten Spezies. Weitere chemische Substanzen beinhalten Label, die zur Identifizierung verwendet werden können, beispielsweise fluoreszente Label und andere, die im Folgenden genauer beschrieben werden.
Verschiedene Arten von Proben können verschiedene optische Substrate oder Trägerstrukturen beinhalten, die das einfallende Licht in verschiedener Weise beeinflussen. In besonderen Ausführungen können zu detektierende Proben auf eine oder mehrere Oberflächen eines Substrats oder einer Trägerstruktur aufgebracht werden. Beispielsweise können offene Substrate (wie beispielsweise einige Microarrays und Chips) biologische oder chemische Substanzen immobilisiert auf einer äußeren Oberfläche des offenen Substrates aufweisen. Als solche werden die zu detektierenden optische Signale von einer äußeren Oberfläche durch Luft und gegebenenfalls durch Flüssigkeit, welche verschiedene Brechungsindizes aufweisen, projiziert, wenn die optischen Signale von oben gesammelt werden. Jedoch können Flusszellen oder optische Kapillarflusssubstrate einen oder mehrere Flusskanäle beinhalten. In Flusszellen können die Flusskanäle von der Umgebung durch obere und untere Schichten der Flusszelle getrennt sein. Daher werden die zu detektierenden optischen Signale aus dem Inneren der Trägerstruktur projiziert und können durch mehrere Schichten von Material mit verschiedenen Brechungsindizes durchstrahlen. Wenn beispielsweise optische Signale von einer inneren Bodenoberfläche eines Flusskanals detektiert werden und wenn optische Signale von oberhalb des Flusskanals detektiert werden, können die optischen Signale, welche zu detektieren gewünscht sind, durch ein Fluid wandern, welches einen Brechungsindex aufweist, durch eine oder mehrere Schichten von den Flusszellen, welche verschiedene Brechungsindizes aufweisen und durch die Umgebung, welche einen anderen Brechungsindex aufweist. Dementsprechend können die von einem offenen Substrat übertragenen optischen Signale anders beeinflusst sein als die optischen Signale, welche von einer Oberfläche des Flusskanals übertragen werden. In solchen Fällen können die hierin beschriebenen Ausführungen das Justieren oder Modifizieren der optischen Anordnung (oder dem Zug), welche die optischen Signale von der Probe zu der Detektoranordnung leitet, erleichtern.
Verschiedene Arten von optischen Substraten oder festen Trägerstrukturen, welche in einem System oder einer Vorrichtung wie hierin beschreiben verwendet werden, können unterschiedliche Zusammensetzungen und Eigenschaften aufweisen. Substrate und Trägerstrukturen können sich voneinander beispielsweise bezüglich der Art des Materials (z. B. Glas, Kunststoff), einer Dicke des festen Materials, einem Abstand zwischen festen Materialschichten, der Anzahl von festen Materialschichten, in denen feste Materialschichten die gleichen oder verschiedene Materialien umfassen, Anzahl der Abstände zwischen festen Materialschichten, der chemischen Natur von Gasen oder Flüssigkeiten in Kontakt mit einer oder mehreren festen Materialschichten, dem Berechnungsindex des festen Materials, dem Brechungsindex einer Flüssigkeit in Kontakt mit einer festen Materialschicht und dergleichen unterscheiden. In einigen Ausführungen kann das optische Substrat ein Gel beinhalten, welches die biologischen Substanzen trägt und dadurch die Übertragung optischer Signale gestattet.
In einigen Ausführungen können verschiedene Arten von Proben auch die gleichen Trägerstrukturen und biologischen Substanzen beinhalten, aber Label aufweisen, die optische Signale mit verschiedenen Emissionsspektren emittieren. In solchen Fällen kann es besser sein, die optischen Komponenten der optischen Anordnung zu justieren oder modifizieren, um die Detektion der optischen Signale zu verbessern. Insbesondere können optische Signale, welche verschiedene Emissionsspektren aufweisen, durch chromatische Abberation unterschiedlich durch die optischen Komponenten geleitet werden.
Optische Substrate oder Trägerstrukturen beinhalten Flusszellen, welche Flusskanäle aufweisen, in denen beispielsweise Nukleinsäuren sequenziert werden. In anderen Ausführungen können optische Substrate eine oder mehrere Gleitflächen, offene Substrate oder planare Chips (wie solche in Microarrays) oder Mikropartikel beinhalten. In den Fällen, wo das optische Substrat eine Vielzahl von Mikropartikeln beinhaltet, die die biologischen oder chemischen Substanzen tragen, können die Mikropartikel durch ein weiteres optisches Substrat gehalten werden, beispielsweise durch eine Gleitfläche, einer Anordnung von Gruben oder einer Rillenplatte. In besonderen Ausführungen beinhaltet das optische Substrat ein optisches Gitter, basierend auf codierten optischen Identifikationselementen, vergleichbar oder gleich denen in US-Patentanmeldung Nr. 10/661,234 beschriebenen, betitelt ”Diffraction Grating Based Optical Idendification Element”, angemeldet September 12, 2003, welche hierin durch Referenz vollständig aufgenommen ist und im Folgendem besprochen wird. Eine Perlenzelle oder Platte zum Halten der optischen Identifikationselemente kann ähnlich oder gleich sein wie in US-Patentanmeldung Nr. 10/661,836 beschrieben, betitelt ”Method and Apparatus for Aligning Microbeads in Order to Interrogate the Same”, angemeldet September 12, 2003 und US 7,164,533 , betitelt ”Hybrid Random Bead/Chip Based Microarray”, erteilt Januar 16, 2007 sowie in den US-Patentanmeldungen Nr. 60/609,583, betitelt ”Improved Method and Apparatus for Aligning Microbeads in Order to Interrogate the Same”, angemeldet September 13, 2004, und Nr. 60/610,910, betitelt ”Method and Apparatus for Aligning Microbeads in Order to Interrogate the Same”, angemeldet September 17, 2004, von denen jede hierein durch Referenz in Ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
Die hierin beschriebenen optischen Systeme können auch verwendet werden, um Proben zu scannen, welche Microarrays beinhalten. Ein Microarray kann eine Population von verschiedenen Sondenmolekülen beinhalten, welche an eines oder mehrere Substrate gebunden sind, sodass die verschiedenen Sondenmoleküle entsprechend der relativen Stelle voneinander unterschieden werden können. Ein Array kann verschiedene Sondenmoleküle beinhalten oder Populationen von Sondenmolekülen, die jeweils an verschiedenen adressierbaren Stellen auf einem Substrat angeordnet sind. Alternativ kann ein Microarray separate optische Substrate beinhalten, wie beispielsweise Perlen, die jeweils ein unterschiedliches Sondenmolekül tragen, oder eine Population von Sondenmolekülen, die entsprechend den Stellen der optischen Substrate auf einer Oberfläche, auf die die Substrate aufgebracht sind oder entsprechend den Stellen der Substrate in einer Flüssigkeit identifiziert werden können. Beispielhafte Arrays, in denen separate Substrate auf einer Oberfläche angeordnet sind, beinhalten, ohne Begrenzung, einen BeadChip Array, erhältlich von Illumina^®, Inc. (San Diego, CA) oder andere einschließlich Perlen in Wells, wie jene beschrieben in US 6,266,459 , US 6,355,431 , US 6,770,441 , US 6,859,570 und US 7,622,294 und WO 00/63437 , von denen jede hiermit durch Referenz aufgenommen ist. Weitere Arrays, welche Partikel auf einer Oberfläche aufweisen beinhalten jene beschrieben in US 2005/0227252 ; WO 05/033681 und WO 04/024328 , von denen jede hiermit durch Referenz aufgenommen ist.
Jede Auswahl von Microarrays aus dem Stand der Technik, welche beispielsweise die im Folgendem beschriebenen enthalten, kann verwendet werden. Ein typisches Mikroarray enthält Stellen, gelegentlich auch als Feature bezeichnet, wobei jedes eine Population von Sonden aufweist. Die Population von Sonden an jeder Stelle ist typischerweise homogen und weist eine einzelne Sondespezies auf, jedoch können in manchen Ausführungen die Populationen jeweils heterogen sein. Stellen oder Features eines Array sind typischerweise diskret und durch Zwischenräume voneinander getrennt. Die Größe der Sondenstellen und/oder die Abstände zwischen den Stellen können variieren, sodass es Arrays von hoher Dichte, mittlerer Dichte oder niederer Dichte sind. Arrays hoher Dichte sind dadurch gekennzeichnet, dass sie Stellen aufweisen, die durch weniger als 15 μm voneinander getrennt sind. Arrays mittlerer Dichte haben Stellen, die durch ungefähr 15–30 μm voneinander getrennt sind, während Arrays niederer Dichte Stellen aufweisen, die voneinander durch mehr als mehr als 30 μm getrennt sind. Ein in der Erfindung nützliches Array kann Stellen aufweisen, die weniger als 100 μm, 50 μm, 10 μm, 5 μm, 1 μm oder 0,5 μm voneinander getrennt sind. Eine Vorrichtung einer Ausführung der Erfindung kann verwendet werden, um ein Array in einer Auflösung abzubilden, die hinreichend ist, Stellen bei den oben genannten Dichten oder Dichtebereichen zu unterscheiden.
In besonderen Ausführungen können die hierin beschriebenen Verfahren und optischen Systeme zur Sequenzierung von Nukleinsäuren verwendet werden. Beispielsweise sind ”sequencing-by-synthesis”(SPS)-Protokolle besonders geeignet. In SPS wird eine Vielzahl von fluorescenzmarkierten modifizierten Nukleotiden verwendet, um dichte Cluster von verstärkter DNA (gegebenenfalls Millionen von Clustern) zu sequenzieren, welche auf der Oberfläche eines optischen Substrates (z. B. eine Oberfläche, die zumindest teilweise einen Kanal in einer Flusszelle definiert) vorhanden sind. Die Proben zur Sequenzierung können die Form einzelner Nukleinsäuremoleküle haben, welche voneinander so getrennt sind, dass sie individuell auflösbar sind, sowie verstärkte Populationen von Nukleinsäuremolekülen in Form von Clustern oder anderen Features oder Perlen, welche an eines oder mehrere Moleküle von Nukleinsäure gebunden sind. Die Nukleinsäuren können so hergestellt sein, dass sie einen Oligonukleotid-Primer umfassen, welcher einer unbekannten Targetsequenz benachbart ist. Um den ersten SPS Sequenzierungszyklus zu initiieren, werden eines oder mehrere verschieden markierter Nukleotide, DNA-Polymerase usw. in/durch die Flusszelle durch ein Fluid-Fluss-Subsystem geströmt (nicht gezeigt). Entweder kann eine einzelne Art von Nukleotid zu einer bestimmten Zeit zugefügt werden oder die in dem Sequenzierungsablauf verwendeten Nukleotide können speziell so gestaltet sein, dass sie eine reversible Terminationseigenschaft besitzen, um so jeden Zyklus der Sequenzierungsreaktion simultan in Gegenwart von verschiedenen Typen markierter Nukleotide (z. B. A, C, T, G) ablaufen zu lassen. Die Nukleotide können detektierbare Labeleinheiten wie beispielsweise Fluorophoren beinhalten. Werden die vier Nukleotide zusammengemischt, ist die Polymerase befähigt, die korrekte Base zum Einbau auszuwählen und jede Sequenz wird durch eine einzelne Base ausgedehnt. Nicht eingebaute Nukleotide können durch Durchfluss einer Waschlösung durch die Flusszelle ausgewaschen werden. Ein oder mehrere Laser können die Nukleinsäuren anregen und Fluoreszsenz induzieren. Die von den Nukleinsäuren emittierte Fluoreszenz basiert auf den Fluorophoren der eingebauten Base und unterschiedliche Fluorophore können verschiedene Wellenlängen von Emissionslicht emittieren. Ein Deblockierungsreagenz kann zu der Flusszelle hinzugefügt werden, um reversible Terminatorgruppen von den DNA-Strängen, die ausgedehnt und detektiert wurden, zu entfernen. Das Deblockierungsreagenz kann dann durch Durchfluss einer Waschlösung durch die Flusszelle ausgewaschen werden. Die Flusszelle ist dann für einen weiteren Zyklus der Sequenzierung bereit, beginnend mit der Einführung eines markierten Nukleotids, wie oben beschrieben. Die strömungstechnischen und detektierenden Schritte können mehrere Male wiederholt werden, um einen Sequenzierungsvorgang abzuschließen. Beispielhafte Sequenzierungsverfahren werden beschrieben in Bentley et al., Nature 456: 53–59 (2008), WO 04/018497 ; US 7,057,026 ; WO 91/06678 ; WO 07/123744 ; US 7,329,492 ; US 7,211,414 ; US 7,315,019 ; US 7,405,281 und US 2008/0108082 , von denen jede hierin durch Referenz aufgenommen ist.
Obwohl Ausführungen bezüglich der Detektion von Proben, die biologische oder chemische Substanzen beinhalten und durch ein optisches Substrat getragen werden, beispielhaft erläutert sind, ist zu verstehen, dass weitere Proben gemäß den hier beschriebenen Ausführungen abgebildet werden können. Weitere beispielhafte Proben beinhalten, sind aber nicht begrenzt auf biologische Spezies wie Zellen oder Gewebe, elektronische Chips, die in Computerprozessoren verwendet werden, und dergleichen. Beispiele einiger Anwendungen beinhalten Mikroskopie, Satellitenscanner, hochauflösende Reprographie, Fluoreszenzabbilden, Analysieren und Sequenzieren von Nukleinsäuren, DNA-Sequenzierung, ”sequencing-by-synthesis”-Abbilden von Microarrays, Abbilden von holographisch codierten Mikropartikeln und dergleichen.
1 zeigt ein Blockdiagramm eines Assay Systems 100 zur biologischen oder chemischen Analyse, welches gemäß einer Ausführung ausgebildet ist. In manchen Ausführungen ist das Assay System 100 eine Arbeitsplatzstation, welche vergleichbar einer Tischvorrichtung oder einem Desktopcomputer ist. Beispielsweise kann die Mehrheit von Systemen und Komponenten zur Durchführung der erwünschten Reaktionen innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses 116 des Assay Systems 100 angeordnet sein. In manchen Ausführungen beinhaltet das Assay System 100 eine oder mehrere Komponenten, Anordnungen oder Systeme, welche entfernt von dem Assay System 100 angeordnet sind. Weiterhin kann das Assay System 100 verschiedene Komponenten, Anordnungen und Systeme (oder Sub-Systeme) beinhalten, welche miteinander interagieren, um eine oder mehrere vorbestimmte Verfahren oder Assayprotokolle für biologische oder chemische Analysen durchzuführen.
Beispielsweise beinhaltet das Assay System 100 eine Systemsteuerung 102, welche mit den verschiedenen Komponenten, Anordnungen und Sub-Systemen des Assay Systems 100 kommuniziert. Wie dargestellt, weist das Assay System 100 eine optische Anordnung 104 auf, eine Anregungsquellenanordnung 106, eine Detektoranordnung 108, und eine Dockingstation oder Dockingsystem 110, welches eine oder mehrere Proben 112 trägt. In manchen Ausführungen ist die optische Anordnung 104 ausgelegt, das einfallende Licht von der Anregungsquellenanordnung 106 auf die Probe(n) 112 zu leiten. Die Anregungsquellenanordnung 106 kann eine oder mehrere Anregungslichtquellen beinhalten, die ausgelegt sind, mit den Proben 112 verbundene Label anzuregen. Die Anregungslichtquellenanordnung 106 kann auch ausgelegt sein, einfallendes Licht bereitzustellen, welches von den Proben 112 reflektiert und/oder gebrochen wird. Wie dargestellt, können die Proben 112 optische Signale bereitstellen, welche Lichtemissionen 116 und/oder Transmissionslicht 118 beinhalten. Das Dockingsystem 110 und die optische Anordnung 104 können relativ zueinander bewegt werden. In besonderen Ausführungen beinhaltet das Dockingsystem 110 einen Probentisch 130 und eine Motoranordnung 132, welche den Probentisch bezüglich der optischen Anordnung 104 bewegt. In anderen Ausführungen kann die optische Anordnung 104 zusätzlich oder alternativ zu dem Dockingsystem 110 bewegt werden.
Die optische Anordnung 104 kann auch ausgelegt sein, die Lichtemissionen 116 und/oder das Transmissionslicht 118 zu der Detektoranordnung 108 zu leiten. Die Detektoranordnung 108 kann einen oder mehrere Probendetektoren beinhalten. Die Probendetektoren können beispielsweise CCD-Kameras oder Photodioden sein. Die optische Anordnung 104 kann ein optisches Justiersystem (oder Sub-System) 120 beinhalten. Das optische Justiersystem 120 ist ausgelegt, wahlweise eine oder mehrere optische Komponenten der optischen Anordnung 104 zu bewegen. Beispielsweise kann das optische Justiersystem 120 wahlweise einen Strahlengangkompensator 122 und/oder eine optische Vorrichtung 124, welche oberseitig oder unterseitig von der Probe 112 angeordnet ist, bewegen. Die Komponenten können auch unter einem, zwei oder mehreren optischen Zügen aufgeteilt werden. Beispielsweise können eine oder mehrere Komponenten alternativ mit verschiedenen Strahlengängen (z. B. Emissionen von verschiedenen Proben) in Kontakt gebracht werden.
Wie dargestellt, kann das Assaysystem 100 ein Fluidsteuerungssystem 134 beinhalten, um den Fluss von Fluid durch ein Fluidnetzwerk 135 (dargestellt durch die durchgezogene Linie) des Assaysystems 100 zu steuern. Das Fluidsteuerungssystem 134 kann Reagenzien zu der Probe 112 liefern, beispielsweise während eines Sequenzprotokolls. Das Assaysystem 100 kann auch ein Fluidspeicherungssystem 136 beinhalten, welches ausgelegt ist, Fluide zu halten, welche von dem Assaysystem 100 verwendet werden, sowie ein Temperatursteuerungssystem 138, welches die Temperatur des Fluids reguliert. Das Temperatursteuerungssystem 138 kann im allgemeinen auch die Temperatur des Assaysystems 100 regulieren, beispielsweise unter Verwendung von Kühlkörpern oder Lüftern. Beispielhafte Temperatursteuerungssysteme sind beschrieben in US 12/565,606 , welche hierin durch Referenz aufgenommen ist.
Wie ebenfalls gezeigt kann das Assaysystem 100 ein Nutzer-Interface 140 beinhalten, welches mit dem Nutzer interagiert. Beispielsweise kann das Nutzer-Interface 140 ein Display 142 beinhalten, um Information darzustellen oder von einem Nutzer anzufordern, sowie eine Nutzer-Eingabevorrichtung 144, um Nutzer-Eingaben zu empfangen. In manchen Ausführungen sind das Display 142 und die Nutzer-Eingabevorrichtung 144 die gleiche Vorrichtung (z. B. ein Touchscreen). Wie im Folgenden genauer besprochen werden wird, kann das Assaysystem 100 mit verschiedenen Komponenten kommunizieren, um die gewünschten Reaktionen durchzuführen. Das Assaysystem 100 kann auch ausgelegt sein, um die Detektionsdaten zu analysieren und den Nutzer mit gewünschter Information zu versorgen.
Das Fluidsteuerungssystem 134 ist ausgelegt, den Fluss von einem oder mehreren Fluiden durch das Fluidnetzwerk 135 zu leiten und zu regulieren. Das Fluidnetzwerk 135 kann in Fluidverbindung mit wenigstens einer der Proben 112 und dem Fluidspeichersystem 136 stehen. Beispielsweise können ausgewählte Fluide aus dem Fluidspeichersystem 136 abgezogen und der Probe 112 in kontrollierter Weise zugeführt werden, oder die Fluide können von der Probe 112 abgezogen und beispielsweise einem Abfallreservoir in dem Fluidspeichersystem 136 zugeführt werden. Obwohl nicht dargestellt, kann das Fluidsteuerungssystem 134 Fluss-Sensoren beinhalten, die eine Flussrate oder einen Druck der Fluide innerhalb eines Fluidnetzwerkes detektieren. Die Sensoren können mit der Systemsteuerung 102 kommunizieren.
Das Temperatursteuerungssystem 138 ist ausgelegt, die Temperatur der Fluide in verschiedenen Bereichen des Fluidnetzwerks 135, des Fluidspeichersystems 136 und/oder der Probe 112 zu regulieren. Beispielsweise kann das Temperatursteuerungssystem 138 einen Thermocycler (nicht dargestellt) beinhalten, der an die Probe 112 ankoppelt und die Temperatur des Fluids, welches entlang der Probe 112 strömt, steuert. Das Temperatursteuerungssystem 138 kann ebenfalls die Temperatur fester Elemente oder Komponenten des Assaysystems 100 oder der Probe 112 regulieren. Obwohl nicht dargestellt, kann das Temperatursteuerungssystem 138 Sensoren beinhalten, um die Temperatur des Fluids oder anderer Komponenten zu detektieren. Die Sensoren können mit der Systemsteuerung 102 kommunizieren.
Das Fluidspeichersystem 136 steht in Fluidverbindung mit der Probe 112 und kann verschiedene Reaktionskomponenten oder Reaktanden speichern, welche zur Durchführung der gewünschten Reaktion verwendet werden. Das Fluidspeichersystem 136 kann Fluide zum Waschen oder Reinigen des Fluidnetzwerks 135 oder der Probe 112 speichern und auch zur Verdünnung der Reaktanden dienen. Beispielsweise kann das Fluidspeichersystem 136 verschiedene Reservoirs beinhalten, um Reagenzien, Enzyme, andere Biomoleküle, Pufferlösungen, wässerige und nicht-polare Lösungen und dergleichen zu bevorraten. Des Weiteren kann das Fluidspeichersystem 136 Abfallreservoirs beinhalten, um Abfallprodukte zu aufzunehmen.
Das Dockingsystem 110 ist ausgelegt, um eine oder mehrere Proben 112 in zumindest mechanischer, elektrischer oder fluidischer Weise aufzunehmen. Das Dockingsystem 110 kann die Probe(n) 112 in einer gewünschten Orientierung halten, um den Fluss von Fluid durch die Probe 112 und/oder das Abbilden der Probe 112 zu erleichtern. Dockingsysteme können ausgelegt sein, um Fluide zu einer Probe zu befördern, aber nicht zu einer anderen. Das System kann ausgelegt sein, um verschiedene Fluide zu verschiedenen Proben zu liefern. Alternativ oder zusätzlich können Fluide zu verschiedenen Proben in unterschiedlicher zeitlicher Sequenz, Menge, Flussrate oder Dauer zugeführt werden.
Die Systemsteuerung 102 kann jedes Prozessor-basierte oder Mikroprozessorbasierte System beinhalten, enthaltend Systeme, welche Mikrocontroller, ”reduced instruction set computers” (RISC), ”application specific integrated circuits” (ASICs), programmierbare Gate Arrays (FTGAs), Logikschaltkreise und jeden anderen Schaltkreis oder Prozessor umfassen, welcher zur Durchführung der hierin beschriebenen Funktionen geeignet ist. Die obigen Beispiele sind lediglich beispielhaft und beschränken damit nicht notwendigerweise die Definition und/oder Bedeutung des Ausdrucks Systemsteuerung. In der beispielhaften Ausführung führt die Systemsteuerung 102 ein Set von Anweisungen bzw. Instruktionen aus, welche in einem oder mehreren Speicherelementen, Speichern oder Modulen gespeichert sind, um Detektionsdaten zu erhalten oder zu analysieren. Speicherelemente können in Form von Informationsquellen oder physikalischen Speicherelementen innerhalb des Assaysystems 100 angeordnet sein.
Das Set an Instruktionen kann verschiedene Befehle beinhalten, welche das Assaysystem 100 instruieren, spezifische Operationen durchzuführen, wie beispielsweise die hierin beschriebenen Verfahren und Prozesse der verschiedenen Ausführungen. Das Set an Instruktionen kann ein Softwareprogramm sein. Wie hierin verwendet, sind die Ausdrücke ”Software” und „Firmware” austauschbar und beinhalten jedes Computerprogramm, welches in einem Speicher zur Ausführung durch einen Computer, einschließlich RAM Speicher, ROM Speicher, EP ROM Speicher, EEP ROM Speicher und nicht flüchtige RAM (NVRAM) Speicher, geeignet ist. Die obigen Speicherarten sind lediglich beispielhaft und beschränken daher nicht die Arten von Speicher, welche zum Speichern eines Computerprogramms verwendbar sind.
Die Software kann in verschiedenen Formen, beispielsweise als Systemsoftware oder Anwendungssoftware vorliegen. Des Weiteren kann die Software in Form einer Sammlung von getrennten Programmen oder als Programm-Modul mit einem größeren Programm oder als Teil eines Programm-Moduls vorliegen. Die Software kann auch modulare Programmierung in Form von Objekt-orientierter Programmierung beinhalten. Nach Erhalt der Detektionsdaten können die Detektionsdaten automatisch durch das Assaysystem 100 oder in Antwort auf Nutzereingaben verarbeitet werden, oder in Antwort auf eine Anfrage durch eine andere Verarbeitungsvorrichtung (z. B. eine Fernanfrage durch einen Kommunikations-Link) verarbeitet werden.
Die Systemsteuerung 102 kann mit anderen Komponenten oder Sub-Systemen des Essaysystems 100 über Kommunikations-Links (dargestellt durch gestrichelte Linien) verbunden sein. Die Systemsteuerung 102 kann kommunikativ auch mit externen Systemen oder Servern verbunden sein. Die Kommunikations-Links können fest verdrahtet oder drahtlos sein. Die Systemsteuerung 102 kann durch das Nutzer-Interface 140 Nutzereingaben oder Befehle empfangen. Die Nutzereingabevorrichtung 144 kann eine Tastatur, Maus, Touchscreen und/oder Spracherkennungssysteme und dergleichen beinhalten. Alternativ oder zusätzlich kann die Nutzereingabevorrichtung 144 das Display 142 sein.
In einigen Ausführungen kann das Assaysystem 100 austauschbare oder bewegliche Vorrichtungen (z. B. ”Plug-and-Play”) aufweisen. Beispielsweise können das Dockingsystem 110 oder der Probentisch 130 leicht durch ein anderes Dockingsystem 110 oder Probentisch 130 ersetzt werden. Dies kann geschehen, wenn eine unterschiedliche Art von Probe 112 zu verwenden erwünscht ist. In manchen Ausführungen kann die Probe 112 leicht am Probentisch 130 ausgetauscht werden. Weiterhin kann das Fluidspeichersystem 136 ein Behälter sein, welches leicht von dem Fluidnetzwerk getrennt und durch einen anderen Behälter ersetzt werden kann. Dies kann geschehen, wenn das Fluid in dem Behälter aufgebraucht oder abgelaufen ist oder ein anderer Behälter benötigt wird, weil ein Nutzer des Assaysystems 100 ein anderes Assayprotokoll auszuführen wünscht. Weiterhin kann die Systemsteuerung 102 austauschbare Vorrichtungen aufweisen (, wenn z. B. der Nutzer das Assaysystem 100 zur Durchführung eines anderen Assayprotokolls zu verwenden wünscht).
1 zeigt auch ein Blockdiagramm der Systemsteuerung 102. In einer Ausführung beinhaltet die Systemsteuerung 102 einen oder mehrere Prozessoren oder Module, die miteinander kommunizieren können. Die Systemsteuerung 102 ist konzeptionell als Kollektion von Modulen dargestellt, kann aber unter Nutzung jedweder Kombination von geeigneten Hardwarebaugruppen, DSPs, Prozessoren usw. implementiert werden. Alternativ kann die Systemsteuerung 102 unter Nutzung eines handelsüblichen PC's mit einem einzelnen Prozessor oder mehreren Prozessoren, wobei die funktionellen Operationen zwischen den Prozessoren aufgeteilt sind, implementiert werden. Als weitere Option können die unten beschriebenen Module unter Nutzung einer Hybrid-Konfiguration, in welcher bestimmte modulare Funktionen mit bestimmter Hardware ausgeführt werden, implementiert werden, während die übrigen modularen Funktionen mit einem handelsüblichen PC und dergleichen ausgeführt werden. Die Module können auch als Software-Module innerhalb einer Verarbeitungseinheit implementiert werden.
Die Systemsteuerung 102 kann eine Vielzahl von Modulen 151 bis 158 beinhalten, welche mit einem Systemsteuermodul 150 kommunizieren. Das Systemsteuermodul 150 kann mit dem Nutzer-Interface 140 kommunizieren. Obwohl die Module 151 bis 158 als mit dem Systemsteuermodul 150 direkt kommunizierend dargestellt sind, können die Module 151 bis 158 auch direkt miteinander, dem Nutzer-Interface 140 oder den anderen Systemen kommunizieren. Auch können die Module 151 bis 158 mit dem Systemsteuermodul 150 durch die anderen Module kommunizieren.
Die Vielzahl von Modulen 151 bis 158 beinhalten Systemmodule 151 bis 153, welche mit den Sub-Systemen kommunizieren. Das Fluidsteuerungsmodul 151 kann mit dem Fluidsteuerungssystem 134 kommunizieren, um die Ventile und Fluss-Sensoren des Fluidnetzwerks 135 zu steuern, um so den Fluss von einem oder mehreren Fluiden durch das Fluidnetzwerk 135 zu steuern. Das Fluidspeichermodul 152 kann den Nutzer benachrichtigen, wenn die Fluide niedrig sind oder das Abfallreservoir ersetzt werden muss. Das Fluidspeichermodul 152 kann auch mit dem Temperatursteuermodul 153 kommunizieren, so dass die Fluide bei einer gewünschten Temperatur gelagert werden können.
Die Vielzahl der Module 151 bis 158 kann auch ein optisches Justier-(oder Korrektur-)Modul 154 beinhalten, welches mit dem optischen Justiersystem 120 und dem Identifikationsmodul 155, welches die Identifikationsinformation bezüglich der Probe 112 bestimmt, kommuniziert. Beispielsweise kann die Probe 112 vor einer Abbildungssitzung oder vor der Platzierung auf dem Probentisch 130 gescannt werden, um die Probe 112 zu identifizieren. Das optische Justiermodul 154 kann mit den verschiedenen Vorrichtungen, welche zur wahlweisen Bewegung der optischen Komponenten wie beispielsweise einer Transfervorrichtung oder einer drehbaren optischen Einrichtung geeignet sind, kommunizieren. Die Vielzahl der Module 151 bis 158 kann auch ein Detektionsdaten-Analysemodul 158 beinhalten, welches die Detektionsdaten (z. B. Abbilddaten) aus der Detektoranordnung 108 empfängt und analysiert. Die verarbeiteten Detektionsdaten können für weitere Analysen gespeichert oder an das Nutzer-Interface 140 übertragen werden, um dem Nutzer gewünschte Information anzuzeigen. Weiterhin kann ein Probenmodul vorgesehen sein, welches mit der Probe (empfängt z. B. Signale bezüglich der Temperatur der Probe oder der Flussrate eines Fluids in der Probe) kommuniziert.
Die Protokollmodule 156 und 157 kommunizieren mit dem Systemsteuerungsmodul 150, um den Betrieb der Sub-Systeme, wenn diese vorbestimmte Assayprotokolle durchführen, zu steuern. Die Protokollmodule 156 und 157 können Sets von Instruktionen zur Instruktion des Assaysystems 100 beinhalten, um spezifische Operationen gemäß eines vorbestimmten Protokolls durchzuführen. Die Protokollmodule 156 und 157 beinhalten ein ”sequencing-by-synthesis”(SBS)-Modul 156, welches ausgelegt sein kann, um verschiedene Befehle zur Durchführung von ”sequencing-by-synthesis”-Prozessen auszugeben. In manchen Ausführungen kann das SBS-Modul 156 auch Detektionsdaten verarbeiten. Das Protokollmodul 157 kann ausgewählt sein, um Mikroarrays zu scannen oder um andere Assayprotokolle auszuführen.
Beispielsweise kann das SBS-Modul 156 ausgelegt sein, Befehle für den ”sequencing-by-synthesis”-Prozess auszugeben. Beispielsweise kann das SBS Modul 156 Befehle ausgeben, um Brücken-PCR durchzuführen, wo Cluster von klonalen Ampliconen auf lokalisierten Stellen innerhalb eines Kanals (oder Bahn) einer Flusszelle gebildet werden. Nach Erzeugen der Ampliconen durch Brücken-PCR kann das SPS-Modul 156 Instruktionen bereitstellen, um die Amplikonen zu linearisieren oder denaturieren, um so sstDNA herzustellen und einen Sequenzprimer hinzuzufügen, so dass der Sequenzprimer zu einer universalen Sequenz hybridisiert werden kann, welche eine interessierende Region flankiert. Jeder Sequenzzyklus dehnt die sstDNA um eine einzelne Base aus und wird durch modifizierte DNA-Polymerase und einer Mischung von vier Arten an Nukleotiden, deren Bereitstellung durch das SBS-Modul 156 instruiert werden kann, erreicht. Die verschiedenen Arten von Nukleotiden weisen eindeutige Fluoreszenzlabel auf, und jedes Nukleotiden besitzt einen reversiblen Terminator, der lediglich einen Einzelbasen-Einbau in jedem Zyklus erlaubt. Nachdem eine Einzelbase zu der sstDNA hinzugefügt wurde, kann das SBS-Modul 156 einen Wasch-Schritt instruieren, um nicht eingebaute Nukleotide durch Spülen einer Waschlösung durch die Flusszelle zu entfernen. Das SBS-Modul 156 kann weiterhin die Anregungsquellenanordnung und die Detektoranordnung instruieren, eine oder mehrere Abbildungssitzungen auszuführen, um die Fluoreszenz in jedem der vier Kanäle (d. h. einen für jedes Fluoresszenslabel) zu detektieren. Nach dem Abbilden kann das SBS-Modul 156 die Lieferung eines Deblockierungsreagenzes instruieren, um das Fluoreszenzlabel und den Terminator von der sstDNA chemisch abzuspalten. Das SBS-Modul 156 kann einen Wasch-Schritt instruieren, um das Deblockierungsreagenz und Produkte der Deblockierungsreaktion zu entfernen. Ein weiterer ähnlicher Sequenzierungszyklus kann folgen. In einem derartigen Sequenzierungsprotokoll kann das SBS-Modul 156 das Fluidsteuerungssystem 134 instruieren, einen Fluss von Reagenz- und Enzymlösungen durch die Probe 112 zu steuern.
Das Protokollmodul 157 kann ausgelegt sein, um Instruktionen zum Scannen eines Mikroarrays für einen unbekannten Analyten zu senden. Vor und nach Durchführung einer Abbildungssitzung kann das Protokollmodul 157 das optische Justiersystem 120 instruieren, eine optische Komponente innerhalb, in oder aus dem Strahlengang zu bewegen. Beispielsweise kann das Protokollmodul 157 anfordern, dass der Strahlengangkompensator 122 in den Strahlengang eingebracht oder aus ihm entfernt wird. Das Protokollmodul 157 kann auch anfordern, dass eine weitere optische Komponente neu positioniert wird. Jede Auswahl an bewegbaren oder justierbaren optischen Komponenten, wie hierin beschrieben, kann bewegt, justiert oder anderweitig manipuliert werden, in Antwort auf Instruktionen, welche von dem Protokollmodul 157 oder jedem anderen geeigneten Modul einer Systemsteuerung gesendet wurde. Wenn die gemeinsame Anordnung der optischen Komponenten wie gewünscht erstellt ist, kann das Protokollmodul 157 die Anregungsquellenanordnung instruieren, Licht auf die Proben zu strahlen, und die Detektoranordung instruieren, die durch die Probe 112 bereitgestellten optischen Signale zu detektieren.
In manchen Ausführungen kann der Nutzer durch das Nutzer-Interface 140 Eingaben machen, um ein Assayprotokoll auszuwählen, welches durch das Assaysystem 100 ausgeführt wird. In weiteren Ausführungen kann das Assaysystem 100 automatisch die Art der Probe 112 detektieren, welche in das Dockingsystem 110 eingeführt wurde und dem Nutzer die Ausführung des Assayprotokolls bestätigen. Alternativ kann das Assaysystem 100 eine begrenzte Anzahl an Assayprotokollen anbieten, welche mit der ermittelten Art von Probe 112 ausgeführt werden kann. Der Nutzer kann das gewünschte Assayprotokoll auswählen und das Assaysystem 100 kann dann das ausgewählte Assayprotokoll basierend auf vorprogrammierten Instruktionen durchführen.
Jedoch kann das Assaysystem 100 dem Nutzer gestatten, ein Assayprotokoll zu neu zu konfigurieren. Nach der Festlegung, dass Assayprotokoll auszuführen, kann das Assaysystem 100 den Nutzer über das Nutzer-Interface 140 Optionen anbieten, das festgelegte Protokoll zu modifizieren. Wenn beispielsweise festgelegt ist, dass die Probe 112 zur Verstärkung verwendet wird, kann das Assaysystem eine Temperatur für den Temperungs-Zyklus anfordern. Weiterhin kann das Essaysystem 100 Warnungen an den Nutzer ausgeben, wenn ein Nutzer Eingaben gemacht hat, die im allgemeinen nicht für das ausgewählte Assay-Protokoll zulässig sind. Ferner kann in weiteren Ausführungen das Assaysystem 100 Nutzereingaben erstellen oder anfordern, um einen Prioritätsstatus für jede Probe 112 in dem Assaysystem 100 zu erstellen. Das Assaysystem 100 kann dann entsprechend dem Prioritätsstatus der darin enthaltenen Proben 112 arbeiten. Beispielsweise können die Sequenzprotokolle eine höhere Priorität als die Scanprotokolle aufweisen. Entsprechend der gewählten Prioritäten kann das Essaysystem nach einem Ablaufplan arbeiten, der Proben mit niederer Priorität anhält, wenn Ablaufkonflikte entstehen. Wenn beispielsweise eine Sequenzierungsprobe eine höhere Priorität aufweist als eine Arrayprobe, kann das Scannen der Arrayprobe erfolgen, während Fluidmanipulationen für die Sequenzierungsprobe vorgenommen werden. Jedoch kann in diesem Prioritätsschema das Scannen des Array vor dem vollständigen Abbilden des Array angehalten werden, so dass das Scannen der Sequenzierungsprobe unmittelbar nach den Fluidmanipulationen initiiert werden kann.
2 zeigt eine Frontansicht einer Arbeitsplatzstation 200, welche entsprechend einer Ausführung zur biologischen oder chemischen Analyse ausgelegt ist. Die Arbeitsplatzstation 200 kann ähnliche Systeme und Komponenten aufweisen wie das Assaysystem 100. In besonderen Ausführungen ist die Arbeitsplatzstation 200 ein Einzelgerät, das alle (oder fast alle) der oben beschriebenen Komponenten bezüglich 1 innerhalb eines Arbeitsplatzstationsgehäuses (nicht gezeigt) enthalten kann. Die Arbeitsplatzstation 200 erlaubt dem Nutzer, ein oder mehrere Assayprotokolle auszuführen. Wie dargestellt, beinhaltet die Arbeitsplatzstation 200 ein optisches System 203, welches eine optische Anordnung 204 mit einer Objektivlinse 220, einer Detektoranordnung 208 und einer Anregungsquellenanordnung 206 enthält. Die Arbeitsplatzstation 200 beinhaltet auch ein Dockingsystem 210 und ein Fluidsteuerungssystem 238. Das Dockingsystem 210 beinhaltet einen Probentisch 230 und eine Motoranordnung 232, welche den Probentisch 230 in x-y-Richtung und auch entlang einer z-Richtung zu und von der Objektivlinse 220 bewegt. Die Arbeitsplatzstation 200 beinhaltet auch einen Stationsrahmen 222, welcher alle Komponenten mit Bezug aufeinander trägt. Beispielsweise kann das optische System 203 über dem Dockingsystem 210 angeordnet werden.
3 ist eine Draufsicht auf die Arbeitsplatzstation 200 (2) und veranschaulicht das optische System 203 im Detail. Das optische System 203 beinhaltet die Anregungsquellenanordnung 206, die Detektoranordnung 208 und die optische Anordnung 204. Die Anregungsquellenanordnung 206 beinhaltet erste und zweite Anregungslichtquellen 250 und 252. Die ersten und zweiten Anregungslichtquellen können beispielsweise Laser sein, welche einfallendes Licht von jeweils 660 nm und 532 nm bereitstellen. Die optische Anordnung 204 beinhaltet eine Vielzahl optischer Komponenten, wie beispielsweise die Objektivlinse 220 (2), welche die einfallende Strahlung auf die Proben 212 leitet. Die Probe 212A kann ein Mikroarray und die Probe 212B kann eine Flusszelle sein. Die Detektoranordnung 208 kann erste und zweite Probendetektoren 254 und 256 beinhalten. Die optische Anordnung 204 beinhaltet eine Vielzahl von optischen Komponenten, welche insgesamt angeordnet sind, um die optischen Signale von der Probe 212 zu den Probendetektoren 254 und 256 zu leiten. Beispielsweise kann die optische Anordnung 204 einen Strahlteiler 260, Reflektoren 261 bis 263, Projektionslinsen 264 und 265 und optische Einrichtungen 266 und 267 enthalten.
4 zeigt ein Diagramm, welches das optische System 203 der Arbeitsplatzstation 200 veranschaulicht. Die ersten und zweiten Anregungslichtquellen 250 und 252 können separat oder simultan optische Eingangssignale bereitstellen, welche durch die dargestellten optischen Komponenten (nicht nummeriert) zu der Objektivlinse 220 geleitet werden. Wie im Folgenden genauer beschrieben werden wird, kann ein Strahlengangkompensator 221 optional zwischen der Objektivlinse 220 und der Probe 212 angeordnet werden. Der Strahlengangkompensator 221 kann einen Strahlengang der optischen Signale 225 justieren, welche von der Probe 212 bereitgestellt werden. Wie dargestellt, werden die optischen Signale 225 dann zu der optischen Anordnung 204 geleitet, welche ausgelegt ist, die optischen Signale 225 zu der Detektoranordnung 208 zu leiten. Der Strahlteiler 260 kann die optischen Signale 225 durch Reflexion eines Anteils der optischen Signale 225A entlang eines ersten Strahlenganges zum Reflektor 261 und durch Fortleiten eines Anteils der optischen Signale 225B entlang eines zweiten Strahlenganges zum Reflektor 262 separieren.
Wie im folgenden genauer beschrieben werden wird, können die optischen Einrichtungen 266 und 267 die optischen Signale optional filtern oder umleiten. Beispielsweise können die optischen Signale 225A in eines der beiden optischen Signale 225A1 und 225A2 gefiltert werden und die optischen Signale 225B können in die optischen Signale 225B1 und 225B2 gefiltert werden. Die optischen Signale können dann durch die jeweiligen Projektionslinsen 264 und 265 geformt oder umgeleitet werden, sodass die entsprechenden optischen Signale auf die jeweiligen Reflektoren 261 und 263 fallen. Die optischen Signale werden dann durch die Reflektoren 261 und 263 einfallend auf die zweiten und ersten Probendetektoren 254 und 256 geleitet. Wie in 5 auch gezeigt, kann das optische System 203 ein Fokussteuerungssystem 270 beinhalten. Das Focussteuerungssystem 270 kann ähnlich dem Focussteuerungssystem sein, welches in US-Patentameldung 61/300,300 beschrieben wird, angemeldet am Februar 1, 2010, betitelt ”Focusing Methods and Optical Systems and Assemblies Using the Same”, welche durch Referenz in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist. Hierin beschriebene Ausführungsformen können auch ein dynamisches Autofocus-Verfahren, wie in US-Patentanmeldung 12/638,770 beschrieben ist, welche durch Referenz in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist, verwenden.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht des Dockingsystems 210. Wie oben beschrieben, kann das Dockingsystem 210 ausgelegt sein, eine Vielzahl von Proben 212A und 212B zu tragen, welche von der selben Art sein können oder nicht. Wie dargestellt, beinhaltet das Dockingsystem 210 den Probentisch 230, welcher einer Vielzahl von Probenaufnahmen oder Berührungsflächen 240A und 240B aufweist. Die Probenberührungsfläche 240A ist ausgelegt, die Probe 212A zu tragen und die Probenberührungsfläche 240B ist ausgelegt, eine Vielzahl der Proben 212B zu tragen. In den dargestellten Ausführungen ist die Probe 212A eine Flusszelle und die Proben 212B beinhalten Mikroarrays. Die Proben 212B können optische Substrate beinhalten, welche einen Array von Stellen oder Wells aufweisen, welche Mikrokugeln beinhalten.
Das Dockingsystem 210 beinhaltet einen Scanbereich 272, welcher sich entlang der Oberflächen des Probentisches 230 und der Probenberührungsflächen 240A und 240B erstreckt. Ein Sammelende 294 (dargestellt in 8) der Objektivlinse 220 kann relativ entlang dem Scanbereich 272 während einer Abbildungssitzung bewegt werden. Beispielsweise kann der Probentisch 230 durch die Arbeitsplatzstation 200 (3) bewegt werden und/oder das Sammelende 294 der Objektivlinse 220 kann bewegt werden. Obwohl nicht dargestellt, kann die Arbeitsplatzstation 200 ein Führungssystem beinhalten, welches die Positionsbeziehungen der Objektivlinse 220 und der Proben 212 zueinander verfolgt. Das Führungssystem kann mit dem Fokussteuerungssystem 270 (4) kommunizieren.
Die Proben 212 können entfernbar auf dem Probentisch 230 montiert sein. Weiterhin können die Probenberührungsflächen 240 an dem Probentisch 230 befestigt oder von diesem entfernbar sein. In der dargestellten Ausführung ist die Probenberührungsfläche 240A in den Probentisch 230 integriert oder an diesem befestigt, und als solches nicht leicht entfernbar oder ersetzbar. In diesen Fällen kann die Probe 212A entfernbar an die Probenberührungsfläche 240 gekoppelt sein. Wie ebenfalls dargestellt, kann die Probenberührungsfläche 240B entfernbar an den Probentisch 230 gekoppelt sein. In besonderen Ausführungsformen kann die Probenberührungsfläche 240B mit anderen Probenberührungsflächen ersetzt werden, welche eine Vielzahl von Proben darauf aufweisen.
6 und 7 zeigen in Diagrammen eine perspektivische Ansicht und jeweils einen Seitenquerschnitt des Abbildens einer Probe 316 gemäß einer Ausführung. In der dargestellten Ausführung beinhaltet die Probe 316 ein optisches Substrat 317, welches als Flusszelle dargestellt ist. Jedoch kann die Probe 316 in alternativen Ausführungen ein Mikroarray wie oben beschrieben beinhalten. Wie dargestellt, beinhaltet das optische Substrat 317 eine erste Platte oder Schicht 342 und eine zweite Platte oder Schicht 344 mit einem inneren Volumen oder Kanal 346, welche sich zwischen den ersten und zweiten Schichten 342 und 344 erstrecken. Der innere Kanal 346 kann ausgelegt sein, den Durchfluss von Reagenzien zu ermöglichen. Die ersten und zweiten Schichten 342 und 344 können aus einer Vielzahl von Substratmaterialien gebildet sein. Die Substratmaterialen können im wesentlichen transparent für Wellenlängen des einfallenden Lichts und die optischen Signale, welche von der Probe bereitgestellt werden, sein. Beispielsweise können die Substratmaterialien im wesentlichen transparent für die optischen Signale sein, welche bei einem oder mehreren Label in der Probe emittiert werden oder können im wesentlichen transparent für die optischen Signale sein, welche von der Probe reflektiert und/oder gebrochen werden. Die ersten und zweiten Schichten 342 und 344 können auf ihren entsprechenden inneren Oberflächen 318 und 320 jeweils biologische Komponenten 312 und 314 aufweisen.
In verschiedenen Ausführungen kann die Probe 316 durch die Anregungsstrahlung 348 entlang einer linear fokalen Region 350 (auch als Strahlungslinie bezeichnet) beleuchtet werden. Jedoch kann in anderen Ausführungen die fokale Region andere Konfigurationen (z. B. als Punkt, oval) aufweisen. Die fokale Region 350 kann durch die Anregungsstrahlung 348 aus einer oder mehrer Anregungslichtquellen durch die Objektivlinse 332 gebildet werden. Die Anregungslichtquellen können Lichtstrahlen erzeugen, welche verarbeitet und geformt eine fokale Region 350 auf der Probe 316 bilden. Die fokussierten Lichtstrahlen können optische Signale beinhalten, welche verschiedene Emissionsspektren aufweisen, welche entsprechende Fluorophore der biologischen Komponenten 312 und 314 anregen. Bei Anregung emittieren die Fluorophore optische Signale, welche verschiedene Emissionsspektren aufweisen können. In einigen Ausführungen kann das optische System zunächst die Anregungsstrahlung 348 auf die innere Oberfläche 318 des optischen Substrates 317 lenken, um die biologischen Komponenten 312 zu beleuchten. Zusätzlich können die optischen Substrate 317 und die Objektivlinse 332 in relativer Weise gegeneinander bewegt werden, sodass die Probe 316 in einer durch den Pfeil 352 angezeigten Richtung verschoben wird. Als solches kann die fokale Region 350 die biologischen Komponenten entlang der inneren Oberfläche 318 stufenweise beleuchten. Da sich die fokale Region 350 entlang der inneren Oberfläche 318 verschiebt, können die fokussierten Lichtstrahlen stufenweise die Regionen 354 scannen, womit die gesamte innere Oberfläche 318 des optischen Substrates 317 gescannt wird. Nach dem Scannen der inneren Oberfläche 318 können die Objektivlinsen 332 und die Probe 316 bezüglich einander bewegt werden und der gleiche Prozess kann wiederholt werden, um die innere Oberfläche 320 des optischen Substrates 317 zu scannen.
In besonderen Ausführungen kann die Vorrichtung Features auf einer Oberfläche mit einer Rate von mindestens ungefähr 0,01 mm/sec detektieren. In Abhängigkeit von der speziellen Anwendung können schnellere Raten verwendet werden, beispielsweise je nach Region, welche gescannt oder andernfalls detektiert wird, mit einer Rate von mindestens ungefähr 0,02 mm2/sec, 0,05 mm2/sec, 0,1 mm2/sec, 1 mm2/sec, 1,5 mm2/sec, 5 mm2/sec, 10 mm2/sec, 50 mm2/sec, 100 mm2/sec oder schneller. Um beispielsweise das Rauschen zu reduzieren, kann die Detektionsrate ein oberes Limit von ungefähr von 0,05 mm2/sec, 0,1 mm2/sec, 1 mm2/sec, 1,5 mm2/sec, 5 mm2/sec, 10 mm2/sec, 50 mm2/sec oder 100 mm2/sec aufweisen.
In einigen Ausführungen kann biologisches Material auf den Multiploberflächen des optischen Substrats 317 imobilisiert werden. Beispielsweise veranschaulicht 7 das optische Substrat 317, welches biologische Komponenten 312 und 314 aufweist, welche an die innere Oberflächen 318 und 320 gebunden sind. In der dargestellten Ausführung kann sich eine Bindungsschicht 356 auf beiden inneren Oberflächen 318 und 320 ausbilden. Die Bindungsschicht 356 kann die Immobilisierung der biologischen Komponenten 312 und 314 daran befördern. Wie dargestellt, kann eine Anregungsstrahlung 358 verwendet werden, um die biologischen Komponenten 312 auf der inneren Oberfläche 318 des optischen Substrates 317 zu beleuchten. Lichtemissionen 360 von den beleuchteten biologischen Komponenten 312 können durch die Schicht 342 zurückkehren. Simultan oder sequenziell kann eine zweite Anregungsstrahlung 362 verwendet werden, um die biologischen Komponenten 314 auf der inneren Oberflasche 320 des optischen Substrats 317 zu beleuchten. Lichtemissionen 364 können von den beleuchteten biologischen Komponenten 314 durch den Kanal 346 und die Schicht 342 zurückkehren.
In besonderen Ausführungen können Strahlengangkompensatoren verwendet werden, wenn das Abbilden der Proben durch Objektivlinsen erfolgt, welche hohe numerische Apertur(NA)-Werte aufweisen. Beispielsweise beinhalten hohe NA-Bereiche NA-Werte von mindestens ungefähr 0,6. Beispielsweise kann der NA-Wert zumindest ungefähr 0,65, 0,7, 0,75, 0,8, 0,85, 0,9, 0,95 oder höher sein. Der Fachmann wird anerkennen, dass NA, welche vom Brechungsindex des Mediums, in welchem die Linse arbeitet, abhängen, höher sein kann, einschließlich beispielsweise bis 1,0 für Luft, 1,33 für reines Wasser oder höher für andere Medien wie beispielsweise Öle. Der Kompensator kann auch in Objektiven Verwendung finden, welche niedrigere NA-Werte als die oben aufgelisteten Beispiele aufweisen. Im Allgemeinen ist der NA-Wert einer Objektivlinse ein Maß für die Winkelbreiten, in denen die Objektivlinse Licht empfangen kann. Je höher der NA-Wert, desto mehr Licht kann durch die Objektivlinse bei einer gegebenen festen Vergrößerung gesammelt werden. Im Ergebnis können zahlreiche Objekte schneller unterschieden werden, wenn Objektivlinsen mit höheren NA-Werten verwendet werden, weil eine größere Featuredichte möglich ist.
8 veranschaulicht verschiedene optische Konfigurationen 281–283 der optischen Anordnung 204, welche während verschiedener Abbildungssitzungen verwendet werden kann. Wie im folgenden genauer beschrieben werden wird, beinhalten die hier beschriebenen Ausführungen justierbare oder modifizierbare optische Systeme und Anordnungen. Beispielsweise kann eine kollektive Anordnung der optischen Komponenten, die das durch die Probe bereitgestellte optische Signal beeinflussen, für verschiedene Abbildungssitzungen geändert werden. Die Änderungen der kollektiven Anordnungen der optischen Komponenten verursacht eine Änderung in der Ausbreitung der optischen Signale von der Probe oder eine Änderung im Spektrum der detektierten optischen Signale. Die kollektiven Anordnungen können durch Entfernen oder neuem Positionieren einer oder mehrerer der optischen Komponenten modifiziert werden. Weiterhin können die kollektiven Anordnungen durch den Austausch von Filtern entlang des Strahlengangs modifiziert werden, sodass verschiedene optische Signale durch die Detektoranordnung 208 detektiert werden.
Wie dargestellt, kann zwischen der Probe 212A und dem Sammelende 294 der Objektivlinse 220 ein Arbeitsabstand WD bestehen. In manchen Ausführungen beträgt der Arbeitsabstand weniger als 5000 Mikron. In besonderen Ausführungen beträgt der Arbeitsabstand WD weniger als ungefähr 2000 Mikron und, insbesondere, weniger als ungefähr 1000 Mikron.
In 8 weisen die Proben 212A und 212B verschiedene Trägerstrukturen 213A und 213B auf. Die Trägerstruktur 213A beinhaltet eine Flusszelle, welche Flusskanäle aufweist, welche zumindest teilweise durch erste und zweite Schichten von Material definiert sind. Die optischen Signale breiten sich von Labeln innerhalb der Flusskanäle durch eine oder mehrere Schichten und gegebenenfalls Fluid zu der äußeren Oberfläche der Flusszelle aus. Die optischen Signale pflanzen sich dann von der äußeren Oberfläche zu der Objektivlinse fort. Jedoch sind die Trägerstrukturen 213B nach oben offene Substrate, sodass die Label benachbart zur entsprechenden Oberfläche der offenen Substrate angeordnet sind und von dort optische Signale bereitstellen. Daher werden die optischen Signale, welche von den Labeln der Proben 212A und 212B emittiert werden, unterschiedlich beeinflusst, bevor sie die Objektivlinse 220 erreichen. Dementsprechend können hierin beschriebene Ausführungen die kollektive Anordnung der optischen Anordnung ändern, sodass die optischen Signale in geeigneter Weise detektiert werden.
Die verschiedenen in 8 gezeigten optischen Konfigurationen 282–283 stellen spezifische Beispiele da, wie Strahlengangkompensatoren 293 und 212 wahlweise bewegt werden können, um verschiedene kollektive Anordnungen bereitzustellen. Die Strahlengangkompensatoren 293 und 221 justieren den Strahlengang der optischen Signale, welche durch die Probe 212 bereitgestellt werden. In verschiedenen Ausführungen können die optischen Komponenten wahlweise bewegt werden, sodass ein Strahlengangkompensator 221 zwischen der Probe 212 und der Objektivlinse 220 und/oder ein Strahlengangkompensator 293 in einer afokalen Position bezüglich der Objektivlinse angeordnet werden kann.
Wie dargestellt, beinhaltet die optische Konfiguration 281 die Objektivlinse 220 ohne optische Komponenten (z. B. Strahlengangkompensatoren), welche in der afokalen Position oder zwischen der Objektivlinse 220 und der Probe 212A angeordnet sind. Beispielsweise kann die optische Konfiguration 281 während Abbildungssitzungen verwendet werden, in denen es erwünscht ist, eine Bodenoberfläche eines Flusskanals in der Flusszelle gemäß 8 abzubilden. Beim Abbilden einer Bodenoberfläche eines Flusskanals werden die optischen Eingangssignale durch eine obere Schicht der Flusszelle und dann durch den Hohlraum, welcher zwischen den oberen und unteren Schichten definiert ist, übertragen. Nach Abbilden der Bodenoberfläche des Flusskanals kann sich das Assaysystem bewegen, um andere Oberflächen der Probe abzubilden (z. B. eine obere Oberfläche des Flusskanals oder eine äußere Oberfläche der Flusszelle oder eine andere Probe). In diesen Fällen werden die optischen Signale nicht mehr durch die obere Schicht und den Hohlraum übertragen. Wenn insbesondere das Assaysystem nacheinander Abbildungen einer oberen Oberfläche des Flusskanals oder einer äußeren Oberfläche einer anderen Probe aufnimmt, kann es wünschenswert sein, den Strahlengang oder die fokale Region zur Kompensation der reduzierten Schichten zu justieren.
Als solche beinhaltet die optische Konfiguration 282 den Strahlengangkompensator 293, welcher bezüglich der Objektivlinse 220 an der afokalen Position angeordnet ist. Der Strahlengangkompensator 293 kann durch eine Transfervorrichtung wahlweise zu der afokalen Position bewegt werden, beispielsweise durch Transfervorrichtungen, welche vergleichbar den hierin beschriebenen Transfervorrichtungen oder den in US2009/0272914 beschriebenen, welche hierin durch Referenz aufgenommen ist. Die optische Konfiguration 282 kann während Abbildungssitzungen verwendet werden, in denen es wünschenswert ist, eine obere Oberfläche eines Flusskanals in der Flusszelle abzubilden.
Die optische Konfiguration 283 beinhaltet den Strahlengangkompensator 221, welcher zwischen einem Sammelende 294 der Objektivlinse 220 und der Probe 212 an einer Abbildungsposition angeordnet ist. In der Abbildungsposition können der Strahlengangkompensator 221 und das Sammelende 294 voneinander durch eine feste Distanz beabstandet sein. Jedoch können der Strahlengangkompensator 221 und die Probe 212B durch eine einstellbare Distanz voneinander beabstandet sein. Insbesondere können die Probe 212B und die Objektivlinse 220 während Abbildungssitzungen zu- und von einander bewegbar sein.
Der Strahlengangkompensator 221 kann wahlweise zu der Abbildungsposition durch eine Transfervorrichtung bewegt werden (weiter unten besprochen). Der Strahlengangkompensator 221 kann eine feste Position bezüglich der Objektivlinse 220 während der Abbildungssitzungen aufweisen. In manchen Ausführungen ist der Strahlengangkompensator 221 wirkungsmäßig an die Objektivlinse 220 durch eine oder mehrere eingreifende Komponenten gekoppelt. In alternativen Ausführungen ist der Strahlengangkompensator 221 direkt an das Sammelende 294 der Objektivlinse 220 befestigt. Die optische Konfiguration 283 kann beispielsweise verwendet werden, um die äußere Oberfläche eines microarrays zu scannen.
9 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Transfervorrichtung 400 der Arbeitsplatzstation 200 (3), welche wirkungsmäßig an das Dockingsystem 210 gekoppelt oder eine Anordnung daraus ist. In der dargestellten Ausführung weist die Transfervorrichtung 400 eine feste Beziehung bezüglich des Probentisches 230 auf, sodass sich die Transfervorrichtung 400 mit dem Probentisch 230 bewegt. Die Transfervorrichtung 400 ist ausgelegt, einen Strahlengangkompensator 402 entfernbar an einer Objektivlinse 404 anzuordnen. Der Strahlengangkompensator 402 justiert den Strahlengang der optischen Signale, wenn der Strahlengangkompensator 402 in einer Abbildungsposition zwischen der Objektivlinse und der Probe 412 angeordnet ist. In der Abbildungsposition kann der Strahlengangkompensator 402 eine fokale Region, welche mit der Objektivlinse 404 verbunden ist, justieren.
Der Probentisch 230 und die Objektivlinse 404 können relativ zueinander bewegbar sein, sodass der Probentisch 230 und die Objektivlinse 404 verschiedene Positionsbeziehungen aufweisen. Als solches kann der Probentisch 230 von einer ersten Positionsbeziehung benachbart zu einem Sammelende der Objektivlinse 404 zu einer zweiten Positionsbeziehung (dargestellt in 9) bewegt werden, wo ein offener Raum benachbart zu dem Sammelende existiert. Der offene Raum kann Zugang zu der Objektivlinse gewähren, sodass die Transfervorrichtung 400 den Strahlengangkompensator 402 entfernbar anordnen kann.
In der gezeigten Ausführung beinhaltet die Transfer-Vorrichtung 400 eine Plattformanordnung 414, die Motoranordnung 232 (2) und ein Brückenelement 430, welches die Plattform 414 wirkungsmäßig an die Motoranordnung 232 koppelt. In manchen Ausführungen kann das Brückenelement 430 Teil einer Systemmotoranordnung (nicht gezeigt) oder wirkungsmäßig an diese gekoppelt sein, um das Dockingsystem und die Transfer-Vorrichtung entlang der Y-Achse zu bewegen. In der gezeigten Ausführung verbleibt die Objektivlinse 404 in einer im wesentlichen festen Position, während die Transfer-Vorrichtung 400 und das Dockingsystem 210 durch die Motoranordnung 232 bewegt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Objektivlinse 404 bezüglich der Transfer-Vorrichtung 400 und des Dockingsystems 210 bewegt werden.
Die Transfer-Vorrichtung 400 ist ausgelegt, um wahlweise den Strahlengang-Kompensator 402 zu und von der Abbildungsposition zu bewegen. In der Abbildungsposition ist der Strahlengangkompensator 402 derart angeordnet, dass die optischen Signale sich während der Abbildungssitzungen durch den Strahlengangkompensator fortpflanzen. In besonderen Ausführungen ist der Strahlengangkompensator 402 wirkungsmäßig an die Objektivlinse 404 in der Abbildungsposition gekoppelt, sodass der Strahlengangkompensator 402 eine feste Beziehung bezüglich der Objektivlinse 404 aufweist. Als solche kann die Transfer-Vorrichtung 400 den Strahlengangkompensator 402 bezüglich der Objektivlinse 404 anordnen. Die Transfer-Vorrichtung 400 kann den Strahlengangkompensator 402 an der Abbildungsposition für eine erste Abbildungssitzung anordnen und den Strahlengangkompensator 402 für eine zweite Abbildungssitzung aus der Abbildungsposition entfernen. Die Transfer-Vorrichtung 400 kann den Strahlengangkompensator 402 in der Abbildungsposition anordnen, um optische Signale von einer Art der Probe zu detektieren und den Strahlengangkompensator 402 aus der Abbildungsposition entfernen, um optische Signale von einer anderen Art Probe zu detektieren.
In der gezeigten Ausführung beinhaltet die Plattformanordnung 414 eine Basis 432, welche auf das Brückenelement 430 montiert ist, und einen bewegbaren Halter oder Plattform 434, welche durch die Basis 432 gestützt wird. Die Plattformanordnung 414 kann auch eine Aktuatoranordnung 436 beinhalten, welche wirkungsmäßig an die bewegbare Plattform 434 durch eine Stange oder einen Kolben 438 gekoppelt ist. Die Basis 432 beinhaltet eine Führungsschiene 440, welche verschiebbar in die bewegbare Plattform 434 eingreift. Wenn die Aktuatoranordnung 436 aktiviert ist, fährt die Aktuatoranordnung 436 die bewegbare Plattform 434 in eine Richtung entlang einer Z-Achse. Die bewegbare Plattform 434 gleitet entlang der Führungsschiene 440. Wie gezeigt, kann die Richtung entlang der Z-Achse parallel zu einer Sehachse 444 der Objektivlinse 404 sein. Als solche kann die Plattformanordnung 414 eine Höhe oder Elevation der bewegbaren Plattform 434 steuern. Wie unten genauer beschrieben werden wird, ist die Plattformanordnung 414 ausgelegt, den Strahlengangkompensator 402 entfernbar an die Objektivlinse 404 zu koppeln. Jedoch veranschaulicht die in 9 gezeigte Transfer-Vorrichtung 400 lediglich eine Ausführung zur entfernbaren Kopplung eines Strahlengangkompensators an die Objektivlinse. Verschiedene andere Konfigurationen, Vorrichtungen und mechanische Anordnungen können hergestellt werden, um die Anordnung des Strahlengangkompensators zu erleichtern.
Wie in 9 auch gezeigt, weist die Objektivlinse 404 ein Sammelende 406 auf, welches sich im wesentlichen an der Probe 412 ausrichtet. Das Sammelende 406 ist ausgelegt, die optischen Signale, welche von der Probe 412 während einer Abbildungssitzung bereitgestellt werden, zu empfangen. In der gezeigten Ausführung ist der Strahlengangkompensator 402 bezüglich dem Sammelende 406 angeordnet. Beispielsweise kann die Objektivlinse 404 einen Kragen 442 aufweisen, welcher direkt an den Strahlengangkompensator 402 angeschlossen ist, wenn der Strahlengangkompensator 402 entfernbar an die Objektivlinse 404 gekoppelt ist.
10 zeigt eine Draufsicht auf die Transfer-Vorrichtung 400. Die bewegbare Plattform 434 befindet sich in der zurückgezogenen oder eingefahrenen Position bezüglich des Strahlengangkompensators 402, welcher wirkungsmäßig an die Objektivlinse 404 gekoppelt ist. Die bewegbare Plattform 434 kann ein Paar von Armen 446 und 448 beinhalten, welche voneinander beabstandet sind und eine Komponentenaufnahmeregion 450 dazwischen definieren. Die Komponentenaufnahmeregion 450 ist bemessen und geformt, um den Strahlengangkompensator 402 aufzunehmen und zu halten. In manchen Ausführungen ist die Komponentenaufnahmeregion 450 bemessen und geformt, um dem Strahlengangkompensator 402 ein Gleiten oder freie Bewegung innerhalb eines durch die Komponentenaufnahmeregion 450 definierten Raumes zu gestatten.
Wie in 10 gezeigt, kann die bewegbare Plattform 434 ein Flügelelement 452 beinhalten, welches einen daran befestigten Bestätigungssensor 454 enthält. Der Bestätigungssensor 454 kann in alternativen Ausführungen andere Positionen aufweisen. In der gezeigten Ausführung beinhaltet das Flügelelement 452 eine Vielzahl von Bezugsmarkern 456, welche in einer festen Position bezüglich der bewegbaren Plattform 434 angeordnet sind, um die Bestimmung einer räumlichen Position der bewegbaren Plattform 434 bezüglich anderer Komponenten wie beispielsweise dem Strahlengangkompensator 402 zu erleichtern. Die Bezugsmarker 456 können in einer vorbestimmten Weise voneinander beabstandet und in einer sichtbaren Position angeordnet sein. Beispielsweise können die Bezugsmarker 456 durch Blicken entlang der Z-Achse von oberhalb der bewegbaren Plattform 434 betrachtet werden. In anderen Ausführungen können die Bezugsmarker 456 anderswo auf der bewegbaren Plattform 434 oder in einer festen Position bezüglich der bewegbaren Plattform angeordnet sein.
Die Bezugsmarker 456 können ein anorganisches Material umfassen, welches fluoresziert, wenn es durch Licht angeregt wird. In einer Ausführung beinhalten die Bezugsmarker 456 Rubine. In einer anderen Ausführung können die Bezugsmarker 456 ein Füllmaterial enthalten, welches ein anorganisches fluoreszierendes Pulver gemischt mit einem Haftmittel umfasst und ausgehärtet ist. Das Füllmaterial kann in Kavitäten oder Ätzgruben entlang einer Oberfläche beispielsweise der bewegbaren Pattform 434 aufgebracht sein. Zusätzlich können die Bezugsmarker 456 und eine Sichtvorrichtung ein Abgleichmechanismus bilden, welche die Steuerung der Bewegung der Transfer-Vorrichtung 400 erleichtert. Beispielsweise kann das optische System die Bezugsmarker 456 durch die Objektivlinse 404 oder eine separate Sichtvorrichtung erkennen.
Wie ebenfalls in 10 gezeigt, kann die Transfer-Vorrichtung 400 einen Retentionsmechanismus 443 enthalten, welcher eine Feder 445 und einen Magneten 447 umfasst. In der gezeigten Ausführung ist der Magnet zwischen den Armen 446 und 448 angeordnet und stellt eine magnetische Kraft F₂ in einer Richtung weg von der Objektivlinse 404 entlang der X-Achse bereit. Alternativ kann sich die magnetische Kraft F₂ in einer Richtung entlang der Y-Achse erstrecken und damit einer Bewegung entlang der X-Achse zu der Objektivlinse 404 und aus der Komponentenaufnahmeregion 450 widerstehen. Der Retentionsmechanismus 443 bewirkt ein Halten des Strahlengangkompensators 402 innerhalb der Komponentenaufnahmeregion 450, sodass sich der Strahlengangkompensator 402 nicht versehentlich aus einer gewünschten Position entfernt wird oder während der Bedienung der Arbeitsplatzstation verrutscht.
11 zeigt eine isolierte perspektivische Ansicht des Strahlengangkompensators 402. In der gezeigten Ausführungsform beinhaltet der Strahlengangkompensator 402 einen Elementrahmen 458, welcher eine Apertur 460 beinhaltet, wo ein optisches Element 460 angeordnet ist. Das optische Element 462 ist ausgelegt, die Fortpflanzung optischer Signale dorthin durch zu ermöglichen und ist gemessen und geformt, um einen gewünschten Einfluss auf die optischen Signale zu haben. Beispielsweise kann das optische Element 462 eine Dicke aufweisen, welche ausgelegt ist, den Strahlengang des optischen Signals zu justieren. In besonderen Ausführungen ist das optische Element 462 eine optische Planfläche, welche eine im wesentlichen einheitliche Dicke aufweist. Wie gezeigt, enthält der Elementrahmen 458 eine Ausnehmung 464, welche durch einen Grat 466 definiert wird, welcher ausgelegt ist, mit dem Sammelende 406 (9) der Objektivlinse 404 (9) zu koppeln oder einzugreifen. Der Grat 466 kann eine im wesentlichen ringförmige Form aufweisen, welche die Ausnehmung 464 umgibt. Die Ausnehmung 464 und der Grat 466 können bemessen und geformt sein, um das optische Element 462 in eine gewünschte Position bezüglich des Sammelendes 406 anzuordnen. Wie ebenfalls in 11 gezeigt, kann der Elementrahmen 458 radiale Projektionen oder Flügel 471 bis 474 aufweisen, die in einer radialen Weise aus dem Grat 466 herausragen.
12 zeigt eine perspektivische Ansicht des Sammelendes 406 mit der Objektivlinse 404, welche den Strahlengangkompensator 402 daran entfernbar gekoppelt aufweist. In der gezeigten Ausführung ist der Strahlengangkompensator 402 wirkungsmäßig an die Objektivlinse 404 gekoppelt, sodass der Strahlengangkompensator 402 eine feste Position bezüglich der Objektivlinse 404 aufweist. Beispielsweise kann die Objektivlinse 404 einen Kragen 476 beinhalten, welcher das Sammelende 406 umgibt. Der Strahlengangkompensator 402 kann direkt an dem Kragen 476 befestigt sein und damit wirkungsmäßig an die Objektivlinse 404 koppeln. Jedoch kann in alternativen Ausführungen der Strahlengangkompensator 402 direkt an die Objektivlinse 404 koppeln oder kann zusätzlich eingreifende Komponenten aufweisen, welche das Koppeln des Strahlengangkompensators 402 mit der Objektivlinse 404 erleichtern. Wie ebenfalls gezeigt, kann der Kragen 476 Befestigungsüberstände 478 enthalten, welche in einer radialen Weise aus der Sehachse 444 der Objektivlinse 404 herausragen.
Die 13 und 14 zeigen genauer die Wechselwirkung zwischen dem Kragen 476 und dem Strahlengangkompensator 402. 13 zeigt eine Querschnittsansicht des Strahlengangkompensators 402 und des Kragens 476 entlang der in 14 gezeigten Linien 14-14. 14 ist eine schematische Draufsicht auf den Kragen 476, wenn dieser an den Strahlengangkompensator 402 (nicht in 14 gezeigt) befestigt ist. In der gezeigten Ausführung kann der Kragen 476 einen Komponentenhohlraum 486 beinhalten, welcher ausgelegt ist, den Grat 466 des Strahlengangkompensators 402 aufzunehmen. Der Komponentenhohlraum 486 und der Grat 466 können zueinander bemessen und geformt sein, um die Orientierung des Strahlengangkompensators 402 in der gewünschten Abbildungsposition zu erleichtern.
In der gezeigten Ausführung umfasst der Strahlengangkompensator 402 ein magnetisches Material. Wie gezeigt, kann der Kragen 476 eine Vielzahl von Magneten 480 beinhalten, welche um die Sehachse 444 verteilt sind. In der beispielhaften Ausführung enthalten die Magnete 480 Permanentmagnete. Jedoch können in alternativen Ausführungen die Magneten Elektromagneten beinhalten. Die Magneten 480 können gleichmäßig um die Sehachse 444 verteilt sind, wie in 15 gezeigt. Wie unten genauer beschrieben werden wird, stellen die Magneten 480 eine Kopplungskraft F bereit, welche den Strahlengangkompensator 402 zum Sammelende 406 der Objektivlinse 404 (12) zieht. Des Weiteren kann die Kopplungskraft F genügen, ein Gewicht des Strahlengangkompensators 402 aufzunehmen, sodass der Strahlengangkompensator 402 wirkungsmäßig an die Objektivlinse 404 gekoppelt bleibt und sich nicht versehentlich von dem Kragen 476 entkoppelt oder sich aus der Abbildungsposition während einer Abbildungssitzung bewegt.
Wie in den 13 und 14 gezeigt, kann der Kragen 476 eine Vielzahl von stellbaren Orientierungselementen 482 beinhalten, welche als Stellschraube veranschaulicht sind. Zur Kalibrierung oder Instandsetzung der Arbeitsplatzstation 200 (2) können die stellbaren Orientierungselemente 482 bewegt werden, um die Abbildungsposition des Strahlengangkompensators 402 oder, insbesondere, des optischen Elementes 462 zu justieren. Beispielsweise können die Schrauben gedreht werden, um die Orientierung des Strahlengangkompensators 402 relativ zur Sehachse 444 der Objektivlinse 404 zu justieren. Als spezifisches Beispiel können eine oder mehrere der Schrauben gedreht werden, sodass das optische Element 462 senkrecht zur Sehachse 444 steht. Zusätzlich können die Schrauben gedreht werden, um einen Abstand zu vergrößern oder zu verringern, der die Schrauben von einer Bodenoberfläche des Kragens 476 herausragen lässt. Obwohl die stellbaren Orientierungselemente 482 als Stellschrauben dargestellt sind, können alternative Orientierungselemente 482 verwendet werden, welche untereinander zusammenwirken, um die Orientierung oder Lokalisierung des Strahlengangkompensators 402 zu justieren. In der gezeigten Ausführung sind die stellbaren Orientierungselemente 482 ausgelegt, um die Auskragung 471–473 einzunehmen.
15 veranschaulicht den Strahlengangkompensator 402, welcher wirkungsmäßig an die Objektivlinse 404 und die bewegbare Plattform 434 gekoppelt ist in einer bezüglich des Strahlengangkompensators 402 eingekoppelten Position. Wie gezeigt, beinhalten die Arme 446 und 448 entsprechende Gräben oder Kanäle 484, welche bemessen und geformt sind, um die Auskragungen 471 und 473 des Strahlengangkompensators 402 aufzunehmen. Die Kanäle 484 sind bemessen und geformt, um dem Strahlengangkompensator 402 ein Gleiten bezüglich der Arme 446 und 448 zu ermöglichen und zumindest teilweise die Komponentenaufnahmeregion 450 zu definieren. Insbesondere weisen die Kanäle 484 eine Höhe H und eine Tiefe T auf. Die Höhe H ist größer als die Dicke der Auskragungen 471 und 473, wodurch der Strahlengangkompensator 402 in einer vertikalen Weise entlang der z-Achse gleiten kann. Des Weiteren ist die Tiefe T bezüglich der Austragungen 471 und 473, welche sich von dem Grat 466 erstrecken (11) bemessen, dem Strahlengangkompensator 402 in horizontaler Weise entlang der y-Achse gleiten zu lassen.
Der Strahlengangkompensator 402 kann bezüglich der bewegbaren Plattform 434 (oder der Transfer-Vorrichtung 400) innerhalb eines begrenzten Raumes der Komponentenaufnahmeregion 450 gleitbar sein. Durch die Möglichkeit des Gleitens des Strahlengangkompensators 402 bezüglich der Transfer-Vorrichtung 400 kann die Transfer-Vorrichtung 400 kleine Fluchtfehler zwischen den Armen 446 und 448 und dem Strahlengangkompensator 402 tolerieren. Wenn daher der Strahlengangkompensator 402 bezüglich des Sammelendes 406 der Objektivlinse 404 falsch ausgerichtet ist, kann der Kragen 476 in den Strahlengangkompensator 402 eingreifen und diesen zentrieren, da diese ineinander greifen. Durch das Gleiten des Strahlengangkompensators 402 innerhalb der Komponentenaufnahmeregion 450 kann der Strahlengangkompensator 402 befähigt sein, dass Sammelende 406 durch magnetische Kräfte einzukoppeln, wie unten genauer beschrieben.
Die 16 bis 19 veranschaulichen die Transfer-Vorrichtung 400 in verschiedenen Schritten bezüglich der Objektivlinse 404. 16 zeigt eine perspektivische Ansicht der Transfer-Vorrichtung 400, bevor der Strahlengangkompensator 402 entfernbar an die Objektivlinse 404 gekoppelt wird. Wie gezeigt, weisen die Transfer-Vorrichtung 400 und das Dockingsystem 210 erste Positionen bezüglich einander auf. Wird die Transfer-Vorrichtung 400 bewegt, um entfernbar den Strahlengangkompensator 402 an die Objektivlinse 404 zu koppeln, werden das Dockingsystem 210 oder der Probentisch 230 ebenfalls von der Objektivlinse 404 fortbewegt und stellen damit Zugang für den Strahlengangkompensator 402 zu dem Sammelende 406 der Objektivlinse 404 bereit. Wie in 16 gezeigt, ist der Strahlengangkompensator 402 unterhalb des Sammelendes 406 angeordnet und mit der Sehachse 444 ausgerichtet. Die bewegbare Plattform 434 wurde zu einer Erhöhung in der Z-Achse bewegt, um zu verhindern, dass die Transfer-Vorrichtung 400 versehentlich die Objektivlinse 404 oder weitere Komponenten der Arbeitsplatzstation 200 schleift oder stößt. In manchen Ausführungen, wenn die bewegbare Plattform 434 den Strahlengangkompensator 402 trägt, wird der Strahlengangkompensator 402 frei durch die Arme 446 (15) und 448 der bewegbaren Plattform 434 gehalten. Insbesondere kann der Strahlengangkompensator 402 im wesentlichen durch Gravitationskraft und entstehender Reibung zwischen den Armen 446 und 448 und den Auskragungen 471 und 473 (10) des Strahlengangkompensators 402 in Position gehalten werden.
17 zeigt den Strahlengangkompensator 402, welcher entfernbar an die Objektivlinse 404 gekoppelt und direkt an dem Kragen 476 befestigt ist. Die Aktuatoranordnung 436 (9) kann die bewegbare Plattform 434 entlang der z-Achse (und der Sehachse 444) zur Objektivlinse 404 anheben, sodass der Strahlengangkompensator 402 durch die Komponentenkavität 486 (13) des Kragens 476 aufgenommen wird. Ist der Strahlengangkompensator 402 mit dem Sammelende 406 falsch ausgerichtet, wenn sich der Strahlengangkompensator 402 dem Kragen 476 annähert, kann der Kragen 476 in den Strahlengangkompensator 402 eingreifen und zentrieren, da der Strahlengangkompensator 402 und der Kragen 476 ineinander greifen. Des Weiteren nimmt in der gezeigten Ausführung die Kopplungskraft F zu, wenn sich der Strahlengangkompensator 402 dem Kragen 476 nähert. Wenn insbesondere eine Distanz zwischen den Magneten 480 (13) des Kragens 476 und dem magnetischen Material des Strahlengangkompensators 402 abnimmt, nimmt die Kopplungskraft F zu. Die Kopplungskraft F kann ausgelegt sein, das Gewicht W des Strahlengangkompensators 402 (oder die Gravitationskraft auf dem Strahlengangkompensator 402) zu übersteigen, wenn der Strahlengangkompensator 402 weniger als eine vorbestimmte Distanz vom Kragen 476 entfernt angeordnet ist. Wenn die Kopplungskraft F das Gewicht W des Strahlengangkompensators 402 übersteigt (oder die Gravitationskraft G), kann der Strahlengangkompensator 402 von der bewegbaren Plattform 434 abgehoben und dem Kragen 476 zugeführt werden.
In manchen Ausführungen ist die Kopplungskraft F die einzige Kraft, welche den Strahlengang-Kompensator 402 und den Kragen 476 aneinander koppelt. Dadurch werden negative Auswirkungen, welche durch den Strahlengang-Kompensator, der das Sammelende 406 erreicht, minimiert oder reduziert, da das gesamte Momentum, welches auf die Objektivlinse 404 auftrifft, im Wesentlichen auf die Masse des Strahlengang-Kompensators 402 und die Geschwindigkeit, mit der der Strahlengang-Kompensator 402 das Sammelende 406 erreicht, begrenzt ist. In solchen Ausführungen muss die Objektivlinse 404 keine wesentliche Kraft von der Transfervorrichtung 400 ertragen, welche die Objektivlinse 404 beschädigen oder anderweitig beeinträchtigen könnte. Jedoch drücken in anderen Ausführungen die Arme 446 und 448 den Strahlengang-Kompensator 402 gegen den Kragen 476.
18 veranschaulicht die Transfervorrichtung 400 in einem bezüglich der Objektivlinse 404 und dem Strahlengang-Kompensator 402 zurückgezogenen Zustand. Wenn die bewegbare Plattform 434 zurückgezogen wird, bewegt sich die Transfervorrichtung 400 in einer axialen Richtung entlang der x-Achse von der Objektivlinse 404 weg. Insbesondere kann die Transfervorrichtung 400 in eine Richtung bewegt werden, welche im Wesentlichen senkrecht zu der Sehachse 444 ist, nachdem der Strahlengang-Kompensator 402 wirkungsmäßig an die Objektivlinse 404 gekoppelt ist. Der Strahlengang-Kompensator 402 bleibt durch die Kopplungskraft F an den Kragen 476 gekoppelt.
19 veranschaulicht einen Mechanismus zur Bestätigung, dass der Strahlengang-Kompensator 402 entfernbar an die Objektivlinse 404 gekoppelt und genau in die Abbildungsposition gebracht wurde. Nach dem entfernbaren Koppeln des Strahlengang-Kompensators 402 an den Kragen 476 kann die Transfervorrichtung 400 relativ entlang der x- und y-Achsen bewegt werden. Die Transfervorrichtung 400 kann bewegt werden, sodass die Auskragung 474 durch den Bestätigungssensor 454 detektiert wird. Nach erfolgter Bestätigung kann die Objektivlinse 404 dann die Probe 412 während einer Abbildungssitzung scannen.
Um den Strahlengang-Kompensator 402 zu entfernen, kann die Transfervorrichtung 400 in die nach 16 eingelegte Position bewegt werden. Die bewegbare Plattform 434 kann in einer axialen Richtung entlang der Sehachse 444 bewegt werden. Die Arme 446 und 448 können die Auskragungen 471 und 473 jeweils greifen und eine Trennkraft bereitstellen, die der Kopplungskraft F entgegengesetzt ist. Die Trennkraft übersteigt die Kopplungskraft F und zieht den Strahlengang-Kompensator 402 von dem Sammelende 406 der Objektivlinse 404 weg. Wenn das Gewicht W des Strahlengang-Kompensators 402 die Kopplungskraft F übersteigt, kann der Strahlengang-Kompensator 402 in die Komponentenaufnahmeregion 450 gleiten und wieder frei durch die Arme 446 und 448 gehalten werden.
Die 20 bis 29 stellen alternative Transfervorrichtungen eines Strahlengang-Kompensators zwischen einer Objektivlinse und einer Probe bereit. 20 bis 22 veranschaulichen eine Transfervorrichtung 500 (21), welche eine Schulteranordnung 502 und einen Strahlengang-Kompensator 504 beinhalten, welcher drehbar an die Schulteranordnung 502 gekoppelt ist. Die Schulteranordnung 502 ist ausgelegt, um direkt an die Objektivlinse 506 (22) befestigt zu werden. Die Schulteranordnung 502 kann einen Motor 503 beinhalten, welcher eine Drehbewegung für den Strahlengang-Kompensator 504 bereitstellt. Wie in 20 gezeigt, enthält der Strahlengang-Kompensator 504 einen drehbaren Arm 510, welcher sich zu einem Distalende erstreckt und einen Halter 512, welcher sich von dem Distalende des Armes 510 erstreckt. Der Halter 512 ist ausgelegt, ein optisches Element 514 des Strahlengang-Kompensators 504 zu halten. In der dargestellten Ausführung ist der Halter im Wesentlichen C-förmig. Das optische Element 514 kann beispielsweise eine optische Planfläche sein, welche im Wesentlichen eine einheitliche Dicke aufweist.
Wie in 22 gezeigt, kann der Strahlengang-Kompensator 504 um eine Achse 518 gedreht werden, welche sich im Wesentlichen parallel zu einer Sehachse 520 der Objektivlinse 506 erstreckt. In der dargestellten Ausführung bewegt sich das optische Element 514 in einer gemeinsamen Ebene, wenn der Strahlengang-Kompensator 504 gedreht wird. Der Halter 512 kann bemessen und geformt sein, um das Kontaktieren eines Sammelendes 522 der Objektivlinse 506 zu vermeiden. In 22 kann die Transfervorrichtung 500 direkt durch die Objektivlinse 506 gestützt werden. In solchen Ausführungen weist der Strahlengang-Kompensator 504 eine feste erhöhte Position bezüglich des Sammelendes 522 auf. Um den Strahlengang-Kompensator 504 wahlweise zu bewegen, wird der Strahlengang-Kompensator 504 um die Achse 518 gedreht.
Die 23 und 24 stellen eine Transfervorrichtung 524 bereit, welche der Transfervorrichtung 500 (21) vergleichbar ist. Die Transfervorrichtung 524 beinhaltet einen Strahlengang-Kompensator 526, welcher wirkungsmäßig an eine Schulteranordnung 528 gekoppelt ist, welche einen Motor 530 aufweist. Jedoch enthält die Schulteranordnung 528 auch ein Befestigungsteil 532, welches direkt an einem Rahmen der Arbeitsplatzstation befestigt ist. Der Strahlengang-Kompensator 526 kann eine feste Beziehung bezüglich der Objektivlinse 534 während einer Abbildungssitzung aufweisen.
Die 25 bis 27 veranschaulichen eine Transfervorrichtung 540 (27), welche gemäß einer alternativen Ausführung ausgebildet ist. Die Transfervorrichtung 540 anordnet und entfernt einen Strahlengang-Kompensator 542 bezüglich eines Sammelendes 544 einer Objektivlinse 546 unter Verwendung pneumatischer Kräfte. Der Strahlengang-Kompensator 542 ist ein optisches Element, welches beispielsweise gegenüberliegende Oberflächen aufweist, welche eine im Wesentlichen einheitliche Dicke des optischen Elements definieren. In der gezeigten Ausführung beinhaltet die Transfervorrichtung 540 einen Vakuumaufsatz 548 (25) und einen Halter 550 (26). Die gegenüberliegenden Oberflächen des optischen Elements können mit dem Vakuumaufsatz 542 (548) und dem Halter 550 ankoppeln. Der Vakuumhalter 542 (548) und der Halter 550 enthalten jeweils Kanäle, die zur Umgebung offen sind. Die Kanäle sind ausgelegt, um einen im Wesentlichen gleichmäßigen Luftstrom durchzuleiten. In Abhängigkeit von der Richtung des Luftstroms kann das optische Element von dem Halter 550 weggedrückt oder ihm angenähert werden, je nach Luftstrom. Der Vakuumaufsatz 542 und der Halter 550 können miteinander kooperieren, um den Strahlengang-Kompensator 542 in der Abbildungsposition benachbart dem Sammelende 544 der Objektivlinse 546 anzuordnen.
28 zeigt eine exponierte Ansicht einer Transfervorrichtung 556, welche gemäß einer alternativen Umgebung ausgebildet ist. Die Transfervorrichtung 556 verwendet entgegengesetzte magnetische Kräfte, um einen Strahlengang-Kompensator benachbart einem Sammelende (nicht gezeigt) einer Objektivlinse (nicht gezeigt) anzuordnen. Wie gezeigt, beinhaltet die Transfervorrichtung 556 einen elektromagnetischen Kragen 560 und einen elektromagnetischen Halter 562. Der elektromagnetische Kragen 560 ist ausgelegt, an dem Sammelende der Objektivlinse befestigt zu werden. Fließt ein Strom durch einen Elektromagnet, werden magnetische Kräfte erzeugt, welche eine Funktion einer Intensität und einer Richtung des durchfließenden Stromes sind. So können der elektromagnetische Kragen 560 und der elektromagnetische Halter 562 miteinander kooperieren, um den Strahlengang-Kompensator 558 in der Abbildungsposition benachbart dem Sammelende anzuordnen.
29 zeigt eine Reihe von Querschnittsansichten einer Transfervorrichtung 570, welche die Schritte I bis III zum Anordnen eines Strahlengang-Kompensators 575 bezüglich einer Objektivlinse 576 veranschaulichen. Die Transfervorrichtung 570 kann in die Nähe der Objektivlinse 576 in einer vergleichbaren Weise bewegt werden, wie die Transfervorrichtung 400 in die Nähe der Objektivlinse bewegt wird. Die Transfervorrichtung 570 beinhaltet einen Halter 572, welcher eine Kavität 577 definiert, welche sich entlang einer Sehachse 580 der Objektivlinse 576 erstreckt. Die Transfervorrichtung 570 beinhaltet auch einen bewegbaren Magneten 574, welcher entlang der Sehachse 580 bewegbar ist. Der bewegbare Magnet 574 ist wirkungsmäßig an eine Aktuatoranordnung (nicht gezeigt) durch eine Einbaustelle 579 in einer Wand des Halters 572 gekoppelt. Wie gezeigt, beinhaltet die Objektivlinse 576 einen Kragen 578, welcher die Objektivlinse 576 um die Sehachse 580 umgibt. Der Kragen 578 kann Permanentmagnete aufweisen.
Der Strahlengang-Kompensator 575 umfasst ein magnetisches Material. Dementsprechend verwendet die Transfervorrichtung 570 magnetische Kräfte, um den Strahlengang-Kompensator 575 entlang der Sehachse 580 zu bewegen und den Strahlengang-Kompensator 575 in einer Abbildungsposition bezüglich der Objektivlinse 576 anzuordnen. In der Abbildungsposition kann der Strahlengang-Kompensator 575 entfernbar an die Objektivlinse 576 gekoppelt sein. Bei Schritt I ist der Strahlengang-Kompensator 575 entfernbar an die Transfervorrichtung 570 gekoppelt. Insbesondere befindet sich der bewegbare Magnet 574 in einer ersten Position benachbart dem Strahlengang-Kompensator 575, so dass der bewegbare Magnet 574 den Strahlengang-Kompensator 575 von der Objektivlinse 576 in einer Richtung entlang der Sehachse 580 wegzieht.
Bei Schritt II wird der bewegbare Magnet 574 aus der ersten Position in eine zweite Position bewegt, welche von dem Strahlengang-Kompensator 575 weiter entfernt ist. Wenn sich der bewegbare Magnet 574 von dem Strahlengang-Kompensator 575 wegbewegt, nehmen die magnetischen Kräfte zwischen dem Strahlengang-Kompensator 575 und dem bewegbaren Magnet 574 ab. In einem Moment während des Übergangs von der ersten Position zu der zweiten Position überschreiten die magnetischen Kräfte, welche den Strahlengang-Kompensator 575 zu den Permanentmagneten 582 und der Objektivlinse 576 ziehen, ein Gewicht des Strahlengang-Kompensators und die magnetischen Kräfte, welche den Strahlengang-Kompensator 575 zu dem bewegbaren Magnet ziehen. Zu dieser Zeit kann sich der Strahlengang-Kompensator 575 von dem Halter 572 zu dem Sammelende der Objektivlinse 576 bewegen.
Bei Schritt III ist der bewegbare Magnet 574 in der zweiten Position und der Strahlengang-Kompensator ist entfernbar an die Objektivlinse 576 gekoppelt. Die Transfervorrichtung 570 kann von der Objektivlinse 576 wegbewegt werden, um der Objektivlinse das Abbilden der Proben zu ermöglichen (nicht gezeigt). Um den Strahlengang-Kompensator zu entfernen, kann die Transfervorrichtung 570 in Nähe der Objektivlinse 576 angeordnet werden und der bewegbare Magnet 574 kann sich zu der ersten Position wie in Schritt I gezeigt, bewegen. In einem Moment überschreiten die magnetischen Kräfte zwischen dem bewegbaren Magnet 574 und dem Strahlengang-Kompensator 575 die entgegengesetzten Kräfte und der Strahlengang-Kompensator 575 wird von der Objektivlinse 576 auf den Halter 572 entfernt.
Dementsprechend können die hierin beschriebenen Transfervorrichtungen negative Effekte reduzieren oder minimieren, welche durch eine durch Stoß belastete Objektivlinse verursacht werden. Die Transfervorrichtungen können die Begrenzung des gesamten Momentums erleichtern, welches durch die Objektivlinse zu der Masse des Strahlengang-Kompensators zu tragen ist und die Geschwindigkeit, mit der der Strahlengang-Kompensator die Objektivlinse kontaktiert. Jedoch ist es für die Arbeitsplatzstation 200 und andere Assay-Systeme nicht erforderlich, Transfervorrichtungen zu verwenden, die magnetische oder pneumatische Kräfte verwenden oder welche das gesamte Momentum, welches durch die Objektivlinse getragen wird, begrenzen. Hierin beschriebene Ausführungen können weitere Verfahren verwenden, um den Strahlengang-Kompensator entfernbar anzuordnen.
Obwohl die verschiedenen Transfervorrichtungen unter besonderem Bezug auf das entfernbare Anordnen eines Strahlengang-Kompensators bezüglich einer Objektivlinse beschrieben wurden, können die hierin beschriebenen Transfervorrichtungen auch verwendet werden, um eine erste optische Komponente entfernbar bezüglich einer zweiten optischen Komponente anzuordnen. Die erste optische Komponente kann ähnliche Merkmale zu einem oder mehreren der verschiedenen Strahlengang-Kompensatoren, wie oben beschrieben, aufweisen und die zweite optische Komponente kann ähnliche Merkmale wie die Objektivlinsen, wie oben beschrieben, zur entfernbaren Anordnung der ersten optischen Komponente bezüglich einer zweiten optischen Komponente aufweisen. Jedoch können die ersten und zweiten optischen Komponenten von einem Strahlengang-Kompensator und einer Objektivlinse verschieden sein. Beispielsweise kann die erste optische Komponenten einen Filter beinhalten und die zweite optische Komponente einen optischen Keil oder eine optische Linse. Die erste optische Komponente kann auch ein Spiegel sein. So können Transfervorrichtungen wirkungsmäßig erste und zweite optische Komponenten unter Verwendung von beispielsweise magnetischen Kräften, pneumatischen Kräften oder dem oben beschriebenen Schwenken/Drehen koppeln.
30 zeigt die Seitenansicht einer optischen Vorrichtung 600, welche in einer Ausführung ausgebildet ist, die in der optischen Anordnung 204 (2) verwendet werden kann. Die optische Vorrichtung 600 kann als Filtervorrichtung betrachtet werden, da die optische Vorrichtung 600 als Abschaltfilter oder Austauschfilter entlang eines Strahlenganges ausgelegt ist. Wie oben beschrieben, können die Ausführungen modifizierbare oder justierbare optische Systeme oder Anordnungen beinhalten. Die optische Vorrichtung 600 ist eine optische Komponente, welche die Änderung einer kollektiven Anordnung Von optischen Komponenten erleichtern kann. Wie gezeigt, beinhaltet die optische Vorrichtung 600 einen Vorrichtungskörper 602, welcher wirkungsmäßig mit einer Motoranordnung 604 gekoppelt ist. Die Motoranordnung 604 beinhaltet eine Einrichtungsplatte 612 und einen Motor 614, welche gegeneinander gesichert sind. Der Vorrichtungskörper 602 ist um eine Drehachse 606 drehbar, welche sich durch den Vorrichtungskörper 602 erstreckt. Beim Anordnen kann sich die Drehachse 606 in einer nicht-parallelen Weise bezüglich einer Ausbreitungsrichtung der optischen Signale erstrecken. Wenn sich der Vorrichtungskörper 602 um die Drehachse 606 dreht, kann die Einrichtungsplatte 612 ortsfest bleiben. Die optische Vorrichtung 600 kann auch einen Positionssensor 610 beinhalten, welcher ausgelegt ist, die Bestimmung einer Rotationsposition des Vorrichtungskörpers 602 zu erleichtern.
31 zeigt eine perspektivische Ansicht der Motoranordnung 604. Der Motor 614 beinhaltet eine Stange oder Achse 622, welche sich in einer axialen Richtung erstreckt. Wenn die optische Vorrichtung 600 (30) vollständig angeordnet ist, erstreckt sich die Achse 622 entlang der Drehachse 606 und rotiert um diese. In einer Ausführung ist der Motor 614 ein Schrittmotor, welcher sich um 1,8° pro Schritt dreht. Jedoch kann der Motor 614 auch von anderer Art Motor sein und/oder sich um einen unterschiedlichen Betrag an Grad/Schritt drehen. Wie gezeigt, weist die Einrichtungsplatte 612 eine Anschlussoberfläche auf und beinhaltet eine Bohrung 624, durch welche sich die Achse 622 erstreckt. Die Bohrung 624 kann gemessen und geformt sein, um einen Teil des Vorrichtungskörpers 602 aufzunehmen. Die Einrichtungsplatte 612 kann gegen den Motor 614 beispielsweise durch Befestigungsschrauben gesichert sein, so dass die Einrichtungsplatte 612 ortsfest bleibt, während der Vorrichtungskörper 602 um die Drehachse 606 (30) rotiert. Wie gezeigt, kann die Einrichtungsplatte 612 Ansatzstücke 628 aufweisen, welche Löcher zum Montieren der optischen Vorrichtung 600 zu ortsfesten Komponenten der Arbeitsplatzstation 200 beinhaltet. Desweiteren kann die Einrichtungsplatte 612 eine Öffnung enthalten, welche ausgelegt ist, den Positionssensor 610 aufzunehmen. In einer Ausführungsform ist der Positionssensor 610 ein Reed-Sensor (Meder LK 11).
Die 32 und 33 zeigen jeweils eine perspektivische Ansicht und eine Seitenansicht des Vorrichtungskörpers 602. Wie in 32 gezeigt, beinhaltet der Vorrichtungskörper 602 eine Einrichtungsfläche 640, welche ausgelegt ist, mit der Anschlussoberfläche 630 zu koppeln, wenn die optische Vorrichtung 600 vollständig angeordnet ist. Der Vorrichtungskörper 602 kann einen Mechanismus beinhalten, um die Achse 622 gegen den Vorrichtungskörper 602 zu sichern. Beispielsweise kann der Vorrichtungskörper 602 ein Paar Klemmeinrichtungen 642 aufweisen, welche zueinander gebracht werden, wenn die Achse 622 dazwischen eingefügt wird und so die Motoranordnung 604 gegen den Vorrichtungskörper 602 sichern. Wie gezeigt, kann der Vorrichtungskörper 602 ein magnetisches Element 644 beinhalten, welches an der Einrichtungsfläche 640 befestigt ist. Das magnetische Element 644 kann mit dem Positionssensor 610 wechselwirken, um einer Systemsteuerung der Arbeitsplatzstation 200 anzuzeigen, dass der Vorrichtungskörper 602 in einer vorbestimmten oder einer Ursprungsposition ist.
Wie in den beiden 32 und 33 gezeigt, kann der Vorrichtungskörper 602 eine Vielzahl von Fensterrahmen 651–654 aufweisen, welche an den entsprechenden optischen Komponenten 661–664 befestigt sind. Die Fensterrahmen 651–654 können eine kreuzähnliche Struktur bilden, sodass benachbarte Fensterrahmen sich senkrecht zueinander erstrecken. Die Fensterrahmen 651–654 sind ausgelegt, die optischen Komponenten 661–664 in festen Orientierungen bezüglich der Rotationsachse 606 zu halten. Die optischen Komponenten 661–664 können jede optische Komponente beinhalten, die geeignet ist, durch den Vorrichtungskörper 602 gehalten zu werden. Beispielsweise können die optischen Komponenten 661–664 Bandpassfilter, Reflektoren, Strahlteiler und/oder optische Keile enthalten. In besonderen Ausführungen beinhaltet der Vorrichtungskörper 602 zumindest einen Bandpassfilter und zumindest einen optischen Keil.
Wenn die optischen Komponenten 661–664 Bandpassfilter umfassen, können sich die Bandpassfilter entlang entsprechender Ebenen erstrecken. Die Ebenen können einander im wesentlichen in der Drehachse 606 schneiden. Die entsprechenden Ebenen können einander in einem Winkel von mindestens ungefähr 90° schneiden. Wenn eine optische Vorrichtung wahlweise um die Drehachse 606 zu einer Rotationsposition dreht, sodass zumindest ein Bandpassfilter im Strahlengang ist, dürfen die Ebenen des Bandpassfilters nicht genau orthogonal zu der Ausbreitungsrichtung der optischen Signale sein. Eine derartige Konfiguration kann die Reflexion von optischen Signalen zurück zu den Anregungslichtquellen reduzieren.
34 veranschaulicht die ersten und zweiten optische Vorrichtungen 670 und 672, welche ähnliche Merkmale und Komponenten wie die optischen Vorrichtungen 600 (30), wie oben beschrieben, aufweisen. Wie gezeigt, sind die optischen Vorrichtungen 670 und 672 benachbart zu verschiedenen Strahlengängen 674 und 676 angeordnet. Der Strahlengang 674 weist einen Anteilen von optischen Signalen auf, welcher sich dort entlang ausbreitet, wo sie von einem Strahlteiler 680 reflektiert wurden, und der Strahlengang 676 weist einen Anteil optischer Signale auf, welcher sich dort entlang ausbreitet, wo sie von dem Strahlteiler 680 durchgelassen wurden. Wie untern näher beschrieben werden wird, sind die ersten und zweiten optischen Vorrichtungen 670 und 672 ausgelegt, wahlweise um jeweilige Rotationsachsen zu vorbestimmten Rotationspositionen zu drehen. Die Rotationspositionen können auf einem ausgewählten Assayprotokoll basieren, welches die Arbeitsplatzstation 200 zu implementieren sucht. Beispielsweise kann die erste optische Einrichtung 670 eine Rotationsposition aufweisen, sodass die entsprechenden optischen Signale sich durch Bandpassfilter fortpflanzen, und die zweite optische Einrichtung 672 kann eine Rotationsposition aufweisen, sodass sich die entsprechenden optischen Signale durch einen optischen Keil und einen Bandpassfilter fortpflanzen. Wenn das Assayprotokoll geändert wird, kann eine oder beide der optischen Einrichtungen 670 und 672 wahlweise in eine Rotationsposition gedreht werden, wodurch sich die kollektive Ausrichtung der optischen Anordnung ändert.
35 veranschaulicht verschiedene Techniken 701–703 zur Bereitstellung von einstrahlendem Licht auf eine Probe 712. In manchen Ausführungen kann die Anregungsquellenanordnung zumindest zwei verschiedene Anregungslichtquellen beinhalten. Die verschiedenen Anregungslichtquellen können verschiedene Anregungsspektren aufweisen und ausgelegt sein, verschiedene Scanbereiche 704 und 706 der Probe 712 zu beleuchten. Die verschiedenen Scanbereiche 704 und 706 können räumlich voneinander mit einem Abstand entlang einer fokalen Ebene FP der Objektivlinse 715 versetzt sein. Räumliche Versetzung der Scanbereiche 704 und 706 kann unerwünschte Effekte durch Durchschlagen (”bleed-through”) oder Nebensignaleffekte (”crosstalk”) reduzieren. Die Probe 712 kann benachbart zur fokalen Ebene FP angeordnet sein. Wenn optische Signale durch die Probe 712 bereitgestellt (z. B. emittiert) werden, pflanzen sich die optischen Signale durch die Objektivlinse 715 und eine optische Anordnung 720 fort. Die optische Anordnung 720 kann eine Vielzahl von optischen Komponenten beinhalten, welche ausgelegt sind, die optischen Signale zur Detektionsebene DP zu lenken, wo die Probendetektoren (nicht gezeigt) die optischen Signale detektieren.
Wie in 35 gezeigt, beinhaltet die Abbildungstechnik 701 das simultane Beleuchten der Scanbereiche 704 und 706 während einer Abbildungssitzung. Die Abbildungstechnik kann beispielsweise verwendet werden, wenn die äußere Oberfläche einer Probe (z. B. Mikroarray) gescannt wird. In der dargestellten Ausführung sind die Scanbereiche 704 und 706 lineare Scanbereiche, welche Beleuchtungslinien 708 und 710 entlang der Probe 712 bereitstellen (zum Zwecke der Veranschaulichung werden die Linien und Scanbereiche durch gestrichelte und durchgezogene Linien unterschieden). In solchen Ausführungen können sich die nächsten linearen Scanbereiche über die Probe 712 bewegen, wie durch den Pfeil X angedeutet, sodass ein Scanbereich in einer vorbestimmten Zeitspanne einen Bereich der Probe beleuchtet, bevor der andere Scanbereich den gleichen Bereich beleuchtet. Durch die räumliche Versetzung ΔX₁ der Scanbereiche 704 und 706 weisen die durch die Detektoranordnung zu detektierenden optischen Signale ebenfalls eine räumliche Versetzung ΔX₂ in einer Detektionsebene DP auf. Durch die Verstärkung der optischen Signale kann jedoch die räumliche Versetzung ΔX₂ in der Detektionsebene DP der Detektoranordnung größer sein, als die räumliche Versetzung ΔX₁ in der fokalen Ebene FP. In manchen Ausführungen können verschiedene Probendetektoren verwendet werden, um die verschiedenen optischen Signale zu detektieren. Als solche können die Probendetektoren in einer vorbestimmten Weise voneinander beabstandet sein, sodass die Probendetektoren das räumlich versetzte Paar von optischen Signalen aus der Probe detektieren.
In manchen Ausführungen kann es jedoch erwünscht sein, die Probe 712 mit verschiedenen Lichtquellen separat zu beleuchten. Die Abbildungstechnik 702 veranschaulicht, wie die Probe 712 von einer ersten Anregungslichtquelle separat beleuchtet wird. Die erste Anregungslichtquelle kann beispielsweise eine Anregungswellenlänge von ungefähr 660 nm aufweisen. Die Abbildungstechnik 703 veranschaulicht, wie die Probe 712 separat von einer zweiten Anregungslichtquelle beleuchtet wird. Die zweite Anregungslichtquelle kann beispielsweise eine Anregungswellenlänge von ungefähr 532 nm aufweisen. In 35 strahlen die optischen Signale der Abbildungstechniken 702 und 703 lediglich an einem Ort auf die Detektionsebene ein. Jedoch können in weiteren Ausführungen die optischen Signale der Probe 712 erste und zweite optische Signale enthalten, welche verschiedene Emissionsspektren aufweisen. In diesen Fällen kann die optische Anordnung 720 ausgelegt sein, die ersten und zweiten optischen Signale entlang verschiedener Strahlengänge zu separieren und die ersten und zweiten optischen Signale zu verschiedenen Orten entlang der Detektionsebene DP zu leiten.
In manchen Ausführungen kann die erste Anregungslichtquelle einen Teil der Probe 712 von einer ersten Startposition bis zu einer zweiten Position oder einer Stopposition beleuchten. Nach dem Beleuchten des Teils mit der ersten Lichtquelle können sich die Objektivlinse und die Probe 712 relativ zueinander bewegen, sodass die zweite Anregungslichtquelle den Anteil der Probe 712 von der Startposition bis zur Stopposition beleuchten kann. In weiteren Ausführungen wird die gesamte Probe durch die erste Anregungslichtquelle beleuchtet und danach durch die zweite Anregungslichtquelle beleuchtet.
Wie in 35 gezeigt, pflanzen sich die optischen Signale von der Probe 712 in der Abbildungstechnik 702 entlang eines gemeinsamen Strahlenganges bezüglich der gleichen optischen Signale aus der Abbildungstechnik 701 fort. Jedoch werden die optischen Signale aus der Probe 712 mit der Abbildungstechnik 703 durch eine optische Komponente 722 umgeleitet, sodass der Strahlengang der optischen Signale justiert wird und die optischen Signale auf einen verschiedene Ort in der Detektionsebene DP einstrahlen. Die optische Komponente kann beispielsweise ein optischer Keil 722 sein. Wie unten genauer beschrieben, kann es wünschenswert sein, die durch die Probe 712 bereitgestellten optischen Signale umzuleiten, wie bezüglich der Abbildungstechnik 703 dargestellt.
Die 36 und 37 veranschaulichen eine Draufsicht einer optischen Anordnung 800 und ein Diagramm der optischen Anordnung 800, welche gemäß einer Ausführung ausgebildet sind. Die optische Anordnung 800 beinhaltet eine Vielzahl von optischen Komponenten 821 bis 832, welche unter Bezug zueinander angeordnet und orientiert sind, um eine Vielzahl von Strahlengängen von einer Probe 802 (37) zu einer Detektoranordnung 804 auszubilden. In manchen Ausführungen werden die durch die Probe 802 bereitgestellten optischen Signale in verschiedener Weise durch die kollektive Anordnung der optischen Komponenten 821 bis 832 beeinflusst. In besonderen Ausführungen können sich die durch Probe 802 bereitgestellten optischen Signale entlang verschiedener Strahlengänge zu der Detektoranordnung 804 basierend auf einer kollektiven Anordnung der optischen Komponenten 821 bis 832 fortpflanzen.
Wie in 37 gezeigt, können die sich durch die Probe 802 bereitgestellten optischen Signale optional durch einen Strahlengangkompensator 821 fortpflanzen, bevor sie von einer Objektivlinse 822 empfangen werden. Der Strahlengangkompensator 821 kann unter Verwendung der verschiedenen hierin beschriebenen Transfervorrichtungen zwischen der Probe 802 und der Objektivlinse 822 angeordnet sein. In der dargestellten Ausführung sind die optischen Signale Lichtemissionen von Labeln der Probe 802. Jedoch können in alternativen Ausführungen die optischen Signale Durchlicht sein, welches von der Probe 802 reflektiert und/oder gebrochen wurde. Optional können sich optische Signale, welche die Objektivlinse 822 verlassen, durch einen afokalen Kompensator 823 fortpflanzen. Die optischen Signale können sich dann durch einen dicroitischen Reflektor 824 zu einem Reflektor 825 fortpflanzen. Die Reflektor 825 leitet die optischen Signale zu einem Strahlteiler 826. Wie in den 36 und 37 gezeigt, kann der Strahlteiler 826 einen Teil der optischen Signale (hierin als erste optische Signale bezeichnet) entlang eines ersten optischen Strahlenganges 814 übertragen oder einen Teil der optischen Signale (hierin als zweite optische Signale bezeichnet) entlang eines zweiten Strahlenganges 816 reflektieren. Die übertragenen oder reflektierten Anteile (oder die ersten und zweiten optischen Signale) können verschiedene Emissionsspektren aufweisen.
Wie in den 36 und 37 gezeigt, können die ersten optischen Signale, welche sich entlang des ersten Strahlenganges 814 fortpflanzen, durch einen Reflektor 827 umgeleitet werden. Optional werden die ersten optischen Signale durch eine optische Vorrichtung 828 beeinflusst, welche benachbart zum ersten Strahlengang 814 angeordnet ist. Die optische Vorrichtung 828 kann vergleichbar der oben beschriebenen optischen Vorrichtung 600 sein. Die optische Vorrichtung 828 kann eine Vielzahl optischer Komponenten aufweisen, beispielsweise Bandpassfilter, Kompensatoren und optische Keile. Die ersten optischen Signale können sich dann zu einer Projektionslinse 829 fortpflanzen. Die Projektionslinse 829 ist ausgelegt, die ersten optischen Signale auf einen entsprechenden Probendetektor 838 der Detektoranordnung 804 zu fokussieren. Die ersten optischen Signale werden dann durch einen Reflektor 830 umgeleitet und auf den Probendetektor 838 projiziert.
Entsprechend können die zweiten optischen Signale, welche sich entlang des zweiten Strahlenganges 816 fortpflanzen, optional durch eine optische Vorrichtung 831 beeinflusst werden. Die optische Einrichtung 831 kann vergleichbar der optischen Einrichtung 828 sein. Jedoch können die optischen Vorrichtungen 831 und 828 verschiedene optische Komponenten und/oder Anordnungen der entsprechenden Komponenten aufweisen. Die zweiten optischen Signale pflanzen sich dann zu einer Projektionslinse 832 fort, welche die zweiten optischen Signale auf einen entsprechenden Probendetektor 836 der Detektoranordnung 804 fokussiert. Die zweiten optischen Signale können durch einen Reflektor 833 zu einem Probendetektor 836 umgeleitet werden. Optional kann eine optische Vorrichtung 834 die zweiten optischen Signale beeinflussen, bevor die zweiten optischen Signale auf den Probendetektor 836 fallen. Beispielsweise kann die optische Vorrichtung 834 eine oder mehrere parallele Platten 870 beinhalten, welche den Strahlengang der zweiten optischen Signale justieren. In der gezeigten Ausführung kann zu mindest eine der Platten 870 während der Abbildung eines offenen Substrates, wie beispielsweise eines Perlenchips, verwendet werden. Jedoch können die parallelen Platten 870 verwendet werden, um andere Arten von Proben abzubilden.
Weiterhin kann in manchen Ausführungen die optische Vorrichtung 834 eine Vielzahl von parallelen Platten 870A bis 870C beinhalten, wobei jede parallele Platte einen unterschiedlichen Wert für eine Qualität oder einen Parameter aufweist (z. B. Dicke). Während des Betriebes kann die Arbeitsplatzstation oder ein Nutzer bestimmen, welche Dicken der parallelen Platte 870 die optimalen Ergebnisse bereitstellt. Durch Bereitstellen einer Vielzahl einer Art optischer Komponenten, wobei jede optische Komponente zu der anderen etwas verschieden ist (z. B. in Dicke, Oberflächenwinkel oder einstrahlendem Licht), kann bestimmt werden, welche optische Komponente bezüglich der anderen optischen Komponenten in der optischen Anordnung am besten arbeitet. Daher kann die Toleranz des optischen Systems bezüglich der Anpassung an unerwünschte Abweichungen von erwünschten Merkmalen der optischen Komponenten erhöht werden.
38 veranschaulicht genauer, welche Strahlengänge von verschiedenen optischen Signalen genommen werden. In besonderen Ausführungen kann die optische Anordnung 800 (37) in Assayprotokollen verwendet werden, welche zahlreiche optische Signale detektieren. Beispielsweise kann die optische Anordnung 800 während eines Sequenzprotokolls verwendet werden, in dem optische Signale, welche jeweils einem Nukleotid entsprechen (z. B. A, T, C, G), detektiert werden. Wie in 38 gezeigt, kann die Probe 802 separat durch erste und zweite einfallende Lichtstrahlen 840 und 842 beleuchtet werden. Der einfallende Lichtstrahl 840 kann beispielsweise eine Anregungswellenlänge von 832 nm aufweisen.
Wenn die Probe 812 durch einen ersten einfallenden Lichtstrahl 840 beleuchtet wird, können die mit den Nukleotiden A und C verbundenen Label angeregt werden und damit Lichtemissionen bereitstellen, welche optische Signale aufweisen, die mit den Emissionsspektren der entsprechenden Label korrespondieren. Die Lichtemissionen pflanzen sich von der Probe 802 durch den Dichroit 824 fort. Der Strahlteiler 826 reflektiert die optischen Signale, welche durch das Label für das Nukleotid A bereitgestellt werden, und überträgt die optischen Signale, welche durch das Label für Nukleotid C bereitgestellt werden. Daher können die optischen Signale für A und C von verschiedenen Detektoren detektiert werden. Daraus folgt, das der zweite einfallende Lichtstrahl 842 die Probe 802 beleuchten kann, wodurch die mit den Nukleotiden G und T verbundenen Label angeregt werden. Die angeregten Label stellen Lichtemissionen bereit, welche optische Signale aufweisen, die mit den Emissionsspektren der entsprechenden Label verbunden sind. Der Strahlteiler 826 reflektiert die optischen Signale, welche durch das Label für Nukleotid G bereitgestellt werden und überträgt die optischen Signale, welche durch das Label für Nukleotid T bereitgestellt werden. In dieser Konfiguration können G- und T-Signale durch separate Detektoren detektiert werden.
In alternativen Ausführungen können die ersten und zweiten einfallenden Lichtstrahlen 840 und 842 die Probe 802 simultan beleuchten. Wenn die Probe 802 durch die ersten und zweiten Lichtstrahlen 840 und 842 simultan beleuchtet wird, stellen die Label, welche mit allen vier Nukleotiden G, T, A, C korrespondieren, entsprechende Lichtemissionen bereit. Die Lichtemissionen können danach durch die optische Anordnung 800 gefiltert werden.
Um verschiedene Assayprotokolle oder verschiedene Abbildungssitzungen durchzuführen, können die hierin beschriebenen Assaysysteme und Arbeitsplatzstationen wahlweise eine oder mehrere optische Komponenten der optischen Anordnung bewegen. Durch das wahlweise Bewegen zumindest einer optischen Komponente können die hierin beschriebenen Ausführungen die kollektive Ausrichtung der optischen Anordnung effizient verändern. Verschiedene kollektive Ausrichtungen können verschiedene Auswirkungen auf die optischen Signale, welche durch die Probe bereitgestellt werden, haben. Beispielsweise kann unter Bezug auf 38 die optische Vorrichtung 831 wahlweise gedreht werden, um den Filter, welcher die optischen Signale, die sich entlang des zweiten Strahlenganges 816 ausbreiten, zu verändern. In einem anderen Beispiel kann der Strahlengangkompensator 821 zwischen der Objektivlinse 822 und der Probe 802 angeordnet werden, um die fokale Region entlang der Probe 802 zu justieren. In einem weiteren Beispiel können die optischen Vorrichtungen 831 und/oder 828 wahlweise gedreht werden, sodass ein optischer Keil die optischen Signale, welche sich entlang des entsprechenden Strahlenganges fortpflanzen, umleitet. Somit ist die optische Anordnung 800 eine rekonfigurierbare optische Anordnung, welche geeignet ist, eine Vielzahl von erwünschten kollektiven Anordnungen auszubilden. Damit kann die optische Anordnung 800 verwendet werden, um verschiedene Assayprotokolle oder verschiedene Abbildungssitzungen durchzuführen.
Wie oben beschrieben kann in manchen Ausführungen die optische Anordnung 800 einen optischen Keil verwenden. Wie in 37 gezeigt, weisen die optischen Vorrichtungen 828 und 831 Fensterrahmen 1 bis 4 auf. Der Fensterrahmen 1 der optischen Vorrichtung 831 beinhaltet einen optischen Keil 850 und einen Bandpassfilter 852, welcher daran befestigt ist. Der Bandpassfilter 852 kann an den optischen Keil 850 montiert sein. Alternativ kann der Bandpassfilter 852 auf dem optischen Keil beschichtet sein. Die optische Vorrichtung 831 beinhaltet ebenfalls einen optischen Keil 854, welcher an dem Fensterrahmen 2 befestigt ist. In manchen Ausführungen ist der optische Keil 854 identisch mit dem optischen Keil 850 und kann zur Kalibrierung oder Ausrichtung verwendet werden. Der Fensterrahmen 3 der optischen Vorrichtung 831 beinhaltet einen Bandpassfilter 856. Bezüglich der optischen Vorrichtung 828 beinhalten die Fensterrahmen 1 und 4 jeweils die optischen Keile 860 und 862, welche daran befestigt sind. Der optische Keil 862 kann auch an einem Bandpassfilter 864 befestigt oder dieser darauf angeordnet sein. In manchen Ausführungen ist der optische Keil 860 identisch mit dem optischen Keil 862 und kann zur Kalibrierung oder Ausrichtung verwendet werden. Fensterrahmen 3 der optischen Vorrichtung 828 kann einen Bandpassfilter 866 aufweisen. Wie ebenfalls in 37 gezeigt, weist die optische Vorrichtung 834 lediglich die parallele Platte 870 auf.

Tabelle 1 stellt verschiedene kollektive Anordnungen zur Durchführung verschiedener Assayprotokolle oder Abbildungssitzungen bereit. Jede Reihe in Tabelle 1 entspricht einer unterschiedlichen kollektiven Anordnung. Tabelle 1 beschreibt die Position der optischen Komponenten 821, 823, 828, 831 und 834. (Dies sind der Strahlengangkompensator 821, der afokale Kompensator 823 und die optischen Vorrichtungen 828, 831 und 834). Wie oben beschrieben, weisen die optischen Vorrichtungen 831 und 828 eine Vielzahl von optischen Komponenten auf, die an die Fensterrahmen 1 bis 4 jeder optischen Vorrichtung befestigt sind. Tabelle 1 zeigt den Fensterrahmen, welcher orientiert ist, die optischen Signale für jede einzelne kollektive Anordnung zu filtern und/oder umzuleiten. Tabelle 1 zeigt auch, ob die Strahlengangkompensatoren und afokalen Kompensatoren 821 und 823 innerhalb des entsprechenden Strahlenganges angeordnet sind. In manchen Ausführungen können die Assayprotokolle eine oder mehrere kollektive Anordnungen während des Betriebs verwenden. Beispielsweise kann das Sequenzprotokoll vier verschiedene kollektive Anordnungen verwenden. Jede kollektive Anordnung entspricht einer separaten Abbildungssitzung. Tabelle 1

		Optische Komp. 831	Optische Komp. 828	Optische Komp. 834	Optische Komp. 821	Optische Komp. 823
Sequenzprotokoll (obere Oberfläche)	Scan 1	4	4	Nicht anwendbar	Nein	Ja
	Scan 2	1	3	Nicht anwendbar	Nein	Ja
Sequenzprotokoll (untere Oberfläche)	Scan 1	4	4	Nicht anwendbar	Nein	Nein
	Scan 2	1	3	Nicht anwendbar		Nein
Mikroarray	-	4	3	ja	Ja	Nein
Aussrichtung	-	2	1	Ein/Aus	Ein/Aus	Ein/Aus

Beispielsweise und unter auf Bezug auf Tabelle 1 und 37 kann unter Verwendung der kollektiven Anordnungen nach Tabelle 1 ein Sequenzprotokoll ausgeführt werden. Insbesondere kann, nachdem das Assaysystem kalibriert und eine geeignete Probe an das Dockingsystem gekoppelt wurde, das Assayprotokollmodul das optische System anweisen, einen ersten Scan der Probe durchzuführen. Wenn die Probe eine Flusszelle beinhaltet, kann das Assayprotokoll das optische System anweisen, die obere Oberfläche des Flusskanals zu scannen. Der afokale Kompensator 823 kann innerhalb des Strahlenganges zwischen der Objektivlinse 822 und dem Dichroit 824 angeordnet werden. Während des ersten Scans kann ein erster einfallender Lichtstrahl auf die biologischen Komponenten der oberen Oberfläche fallen und damit optische Signale bereitstellen. Die optische Komponente 831 weist eine Rotationsposition auf, sodass der Bandpassfilter 856 des Fensterrahmens 4 die optischen Signale, welche sich entlang des Strahlenganges 816 fortpflanzen, filtert. Die optische Komponente 828 weist eine Rotationsposition auf, sodass der optische Keil 862 und der Bandpassfilter 864 die optischen Signale, welche sich entlang des Strahlenganges 814 fortpflanzen, umleitet und filtert. Während des ersten Scans werden die Lichtemissionen, welche mit den Nukleotiden A und C verbunden sind, detektiert. Die Label für die Nukleotide A und C können ausgelegt sein, die entsprechenden optischen Signale zu emittieren, wenn sie durch eine gemeinsame Anregungswellenlänge angeregt werden.
Für den zweiten Scan der oberen Oberfläche wird die optische Vorrichtung 831 wahlweise gedreht, sodass die optische Vorrichtung 831 eine Rotationsposition aufweist, in der der optische Keil 850 und der Bandpassfilter 852 die optischen Signale, welche sich dadurch fortpflanzen, umleiten und filtern. Die optische Vorrichtung 828 wird wahlweise gedreht, um eine Rotationsposition einzunehmen, in welcher der Bandpassfilter 866 die optischen Signale, welche sich darin fortpflanzen, zu filtern. Während des zweiten Scans kann ein zweiter einfallender Lichtstrahl auf die biologischen Komponenten der oberen Oberfläche fallen, um mit den Nukleotiden G und T verbundene optische Signale bereitzustellen, welche detektiert werden. Die Label für die Nukleotide G und T können ausgelegt sein, entsprechende optische Signale zu emittieren, wenn sie durch eine gemeinsame Anregungswellenlänge angeregt werden. Während des ersten und zweiten Scans der unteren Oberfläche können die optischen Komponenten vergleichbar der optischen Anordnung 800 angeordnet sein, mit der Ausnahme, dass der afokale Kompensator 823 wahlweise entfernt wird. Dementsprechend verwendet das Sequenzprotokoll vier verschiedene kollektive Anordnungen, um die Flusszelle abzubilden.
Wenn das Assaysystem einen Mikroarray, wie beispielsweise einen Perlenchip, abbildet, führt das Assaysystem einen einzelnen Scan des Mikroarrays aus, wobei der Strahlengangkompensator 821 innerhalb des Strahlenganges zwischen der Objektivlinse 822 und der Probe 802 angeordnet ist. Die weiteren optischen Komponenten können wie in Tabelle 1 gezeigt angeordnet sein.
Die 39A und 39B zeigen Diagramme, welche verschiedene optische Anordnungen darstellen, die, wie gezeigt, einen optischen Keil verwenden. Die 40A und 40B zeigen auch Diagramme, welche verschiedene optische Anordnungen darstellen, die in den hierin beschriebenen Ausführungen verwendet werden können. In besonderen Ausführungen, wie in den 39 und 40 gezeigt, kann die Probe Nukleotide G, T, A und C beinhalten, welche damit verbundene Label aufweisen. Wird die Probe mit einer Anregungslichtquelle bestrahlt, fluoresziert jedes Label optische Signale, welche das entsprechende Nukleotid anzeigen. Die optischen Signale pflanzen sich von der Probe entlang einer optischen Vorrichtung (oder Zug) zu einem der Sensoren fort. Die optische Anordnung kann in verschiedenen Arten ausgelegt sein, um die optischen Signale zu den Sensoren zu leiten. Wie in 39A gezeigt, kann ein optischer Keil 890 verwendet werden, um die optischen Signale, welche mit dem Nukleotid A verbunden sind, während eines ersten Scans umzuleiten, und der gleiche optische Keil 890 kann verwendet werden, um die optischen Signale, welche mit dem Nukleotid T verbunden sind, während eines zweiten Scans umzuleiten. Wie in 40B gezeigt, kann alternativ ein optischer Keil 891 verwendet werden, um die optischen Signale, welche mit dem Nukleotid C verbunden sind, während eines ersten Scans umzuleiten, und der gleiche optische Keil 891 kann verwendet werden, um die optischen Signale, welche mit dem Nukleotid G verbunden sind, während eines zweiten Scans umzuleiten.
40 veranschaulicht Ausführungen, in welchen optische Keile während eines ersten Scans verwendet und wahlweise für einem zweiten Scan entfernt werden. Insbesondere können die optischen Keile 892 bis 893 verwendet werden, um die optischen Signale, welche mit den Nukleotiden A und C verbunden sind, während eines ersten Scans umzuleiten, und die optischen Keile 892 bis 893 können von der optischen Anordnung entfernt werden, wenn diese die optischen Signale, welche mit den Nukleotiden G und T verbunden sind, in einem zweiten Scan detektiert. Bezüglich 41B können die optischen Keile 894 bis 895 verwendet werden, um die optischen Signale, welche mit den Nukleotiden G und T verbunden sind, während eines ersten Scans umzuleiten, und die optischen Keile 894 bis 895 können von der optischen Anordnung entfernt werden, wenn diese die optischen Signale, welche mit den Nukleotiden A und C verbunden sind, in einem zweiten Scan detektiert.
Die 41 bis 44 zeigen jeweils eine exponierte perspektivische Ansicht, eine Vorderansicht, eine Draufsicht und eine Seitenansicht einer Arbeitsplatzstation 1000, welche gemäß einer weiteren Ausführung ausgebildet ist. Die Arbeitsplatzstation 1000 kann vergleichbare Merkmale, Komponenten, Systeme und Anordnungen beinhalten, wie die oben beschriebenen. Wie gezeigt, beinhaltet die Arbeitsplatzstation 1000 ein optisches System 1003, welches eine optische Anordnung 1004 enthält, die eine Objektivlinse 1020, eine Detektoranordnung 1008 und eine Anregungsquellenanordnung 1006 aufweist. Die Arbeitsplatzstation 1000 beinhaltet weiterhin ein Dockingsystem 1010 und ein Fluidsteuerungssystem 1038. Das Dockingsystem 1010 beinhaltet einen Probentisch 1030 und eine Motoranordnung 1032, welche den Probentisch 1030 in x-y-Richtung und ebenso entlang einer z-Richtung zu und von der Objektivlinse 1020 bewegt. Die Arbeitsplatztstation 1000 beinhaltet weiterhin einen Stationsrahmen 1022, welcher alle Komponenten unter Bezug aufeinander trägt. Beispielsweise kann das optische System 1003 über dem Dockingsystem 1010 angeordnet sein.
43 ist eine Draufsicht auf die Arbeitsplatzstation 1000 und veranschaulicht das optische System 1003 genauer. Das optische System 1003 beinhaltet die Anregungsquellenanordnung 1006, die Detektoranordnung 1008 und die optische Anordnung 1004. Die Anregungsquellenanordung 1006 beinhaltet erste und zweite Anregungslichtquellen 1050 und 1052. Die ersten und zweiten Anregungslichtquellen können beispielsweise Laser sein, welche jeweils Licht von 660 nm und 532 nm bereitstellen. Die optische Anordnung 1004 beinhaltet eine Vielzahl optischer Komponenten wie beispielsweise die Objektivlinse 1020 (48), welche die einfallende Strahlung auf die Proben 1012 leitet. Die Probe 1012A kann ein Mikroarray und die Probe 1012B kann eine Flusszelle sein. Die Detektoranordnung 1008 kann eine Vielzahl von Probendetektoren enthalten. Die optische Anordnung 1004 beinhaltet eine Vielzahl optischer Komponenten, welche kollektiv angeordnet sind, um die optischen Signale von der Probe 1012 zu den Probendetektoren zu leiten. Beispielsweise kann die optische Anordnung 1004 einen Strahlteiler 1060, Reflektoren 1061 bis 1063, Projektionslinsen 1064 und 1065, sowie optische Vorrichtungen 1066 und 1067 beinhalten.
In der 44 gezeigten Ausführung ist das Dockingsystem 1010 entlang einer Ebene, welche durch die X- und Y-Achsen gebildet wird, unter der Objektivlinse 1020 bewegbar (48). Die Objektivlinse 1020 kann ortsfest an dem Rahmen 1022 befestigt sein. Wie gezeigt, kann das Dockingsystem 1010 eine Transfervorrichtung 1100 beinhalten, welche eine feste Beziehung bezüglich des Probentisches 1030 aufweist. Die Transfervorrichtung 1100 kann ausgelegt sein, um einen Strahlengangkompensator, wie oben beschrieben, bezüglich der Objektivlinse 1020 während des Betriebs der Arbeitsplatzstation 1000 entfernbar anzuordnen. Werden der Probentisch 1030 und die Transfervorrichtung 1100 durch die Motoranordnung 1032 bewegt, kann die Arbeitsplatzstation 1000 die Positionsbeziehung zwischen der Objektivlinse 1020 und dem Probentisch 1030 verändern. Die Motoranordnung 1032 kann den Probentisch bewegen, um Zugang zu dem Sammelende der Objektivlinse 1020 bereitzustellen, so dass die Transfervorrichtung 1100 den Strahlengangkompensator entfernbar anordnen kann.
Die 46 bis 47 zeigen ein Assaysystem (oder Instrument) 1200, welches zumindest einige der oben beschriebenen Systeme und Vorrichtungen verwendet. Jedoch sei angemerkt, dass das Essaysystem 1200 lediglich eine Ausführung veranschaulicht und dass zahlreiche weitere Ausführungen dem Fachmann aus obiger Beschreibung ersichtlich sind. Das in den 46 bis 47 gezeigte Assaysystem 1200 kann ausgelegt sein, um (a) Genotypisierung und Genexpressions-Arrays und (b) „sequencing-by-synthesis” durchzuführen. Das Assaysystem 1200 ist kommerziell als das HIScan SQ System von Illumina, Inc., San Diego, California, bekannt. Das Assaysystem 1200 kann einen Scanner (oder Laser) 1202 zum Scannen von Mikroarrays und auch eine Fluidvorrichtung 1204 beinhalten, welche das Sequenzieren ermöglicht. Beispielsweise kann der Scanner 1202 der HIScan Reader und die Fluidvorrichtung 1204 das SQ-Modul sein. Der Scanner 1202 kann ausgelegt sein, um unabhängig als Mikroarray-Scanner zu arbiten, welcher geeignet ist, um beispielsweise Illumina's BeadAarray^TM-Produkte zu scannen. Der Scanner 1202 ist weiterhin geeignet, Flusszellen zur Sequenzierung zu scannen. Mit der Fluidvorrichtung 1204 ist das Assaysystem 1200 geeignet, rasch zur Durchführung von „sequenzing-by-synthesis” zu wechseln. Die Fluidvorrichtung 1204 kann ausgelegt sein, um SBS-Reagenzien zu lagern und zu liefern.
Das Assaysystem 1200 erlaubt Forschern (A) zielorientierte Resequenzierung als die letzte Folge für genomweite Verbindungsstudien (GWAS); (B) Übergang zwischen arraybasierten und sequenzbasierten Genexpressionsanalysen; (C) Validierung arraybasierter Expressions- und Spleißvariantendaten; und (D) Identifizierung von Target-SNPs aus Sequenzierungsexperimenten, um handhabbare Genotypisierungspanels zu schaffen.
Wie oben beschrieben, kann der Scanner 1202 befähigt sein, unabhängige Mikroarrays, wie beispielsweise BeadArray^TM-Produkte zu scannen. Mikroarrays können arraybasierte Lösungen für Genotypisierungen, Genexpressionsprofile und Methylierungsanalysen bereitstellen. Derartige BeadArray^TM-Produkte beinhalten Golden Gate^® und Infinium^® Genotypisierungsassays, DASL^® und DirectHyb-Assays. Das Assaysystem 1200 kann ausgelegt sein, um mit diesen Assays verbundene BeadChips (Perlen Chips) zu scannen.

Weiterhin kann der Scanner 1202 geeignet sein, eine Sub-Micronauflösung unter Verwendung von Lasern, optischen Einrichtungen und Detektionssystemen zu erreichen (Tabelle 1(b)), welches zu verringerten Scandauern führt, während Qualität und Reproduzierbarkeit erhalten bleiben. Beispielhafte Perlenchips hoher Dichte, welche durch den Scanner 1202 analysiert werden können, sind in Tabelle 2 zusammengestellt. Tabelle 1(b): Scannerdurchführungsparameter

Laser	Ein Zwei-Lasersystem mit Wellenlängen von 532 und 660 nm
Optisches System	Zeitverschobenes Integrationslinienscanning (TDI) und zwei CCD-Sensoren zur hochauflösenden Ausführung bei schneller Datenrate
Scanner Auflösung	0.375 micron räumliche Auflösung mit Zwei-Kanal-Aufzeichnung

Tabelle 2: Scanner Array-Scan Zeiten

BeadChip	Scan Time (per sample)	Bestückung von Hand (Proben/pro Woche)	Automatisierte Bestückung (Proben/pro Woche)
HumanOmni1-Quad	12.5 Minuten	160	576
HumanOmniExpress	5 Minuten	480	1,440
Human660 W-Quad	9 Minuten	160	800
HumanCytoSNP-12	2.9 Minuten	480	1,1720
iSelect^®HD	1.7 Minuten	480	3,456
Universal-32*	0.3 Minuten	1,440	1,440

* für GoldenGate Indexing^TM

Das Assaysystem 1200 kann einen verbesserten Arbeitsablauf bereitstellen. Das Assaysystem 1200 kann den experimentellen Aufbau und die Verarbeitungsschritte automatisieren und beschleunigen. Ein Sequenzprotokoll ist in 45 veranschaulicht. Bibliotheken können aus Nukleinsäureproben erzeugt werden. Die Bibliotheken können in weniger als sechs Stunden mit standardisierten Kits erzeugt werden. Klonale Verstärkung kann unter Verwendung eines vollautomatisierten „cBot”-Clustererzeugungssystems erzielt werden. Die klonale Verstärkung kann in weniger als vier Stunden abgeschlossen werden, wobei weniger als zehn Minuten manuelle Arbeitszeit erforderlich sind. Das Protokoll erfordert keine Emulsions-PCR. Das Protokoll stellt ein sich selbst tragendes System bereit, welches Handhabungsfehler und Verunreinigungsprobleme minimiert und die Erfordernis von Robotern oder Reinräumen eliminiert.
46 zeigt verschiedene Merkmale eines Assaysystems 1200, welches die Arbeitszeit zur Nutzerbedienung vereinfacht und reduziert. En Touchscreen 1206 kann ein Interface zur Bereitstellung enthaltend Schritt für Schritt Anweisungen mit eingebetteter multimedialer Hilfe bereitstellen. Vorkonfigurierte „plug-and-play”-Reagenzien 1208 können in das Kühlfach des Instruments gegeben werden. Das Bestücken mit Reagenzien erfordert lediglich zwei Minuten manuelle Arbeitszeit. Echtzeit-Fortschrittsanzeiger erstellen einen Überblick-Statusreport und automatisierte Überwachung erlaubt Fortschrittskontrollen auf Mehrfachsystemen durch jedes internetbasierte Telefon oder Browser. Ein kombiniertes Schubfach 1210 enthält zweifach-Fächer für Array- und Flusszell-Beladung.

Die Fluidvorrichtung 1204 kann zu einem bestehenden Mikroarray-Scanner 1202 hinzugefügt werden, um Sequenzierungsfähigkeiten zu ermöglichen. In Tabelle 3 sind Seqzenzierungsdurchführungsparameter gemäß dem Assaysystem 1200 der 52–54 aufgelistet. Die Fluidvorrichtung 1204 kann die Komponenten zur Durchführung von SPS-Chemie, enthaltend ein integriertes Paarend-Fluidsystem, bereitstellen. Das integrierte Paarend-Fluidsystem erspart ein seperates externes Modul und stellt eine übergangslose Zweitlese-Sequenzierung bereit. Laboratorien, die an dem Hinzufügen des Sequenzierens zu ihrer Forschung interessiert sind, können größere Kontrolle über die Experimente und die Arbeitsabläufe haben, ohne auf große, zentralisierte Instrumente angewiesen zu sein. Tabelle 3: Durchführungsparameter zur Sequenzierung

	Durchführungspezifizierung
Datenerzeugung	> 50 Gb von Qualitätsdaten je Paired-Flusszelle
Laufzeiten	1.5 Tage für ein 36-bp Einfach-Lesedurchlauf 4 Tage für ein 2 × 50-bp Paarend-Durchlauf 8 Tage für ein 2 × 100-bp Paarend-Durchlauf
Täglicher Durchfluss	Mindestens 6 Gb an qualitätsgefilterten Basen pro Tag
Proben pro Flusszelle	1–12 Proben pro Flusszelllinie (8–96 Proben pro Flusszelle)
Cluster Dichte	260,000–347,000 Cluster/mm² 250M Cluster passieren Filter je Flusszelle

Das Assaysystem 1200 kann mehrere Array- und Sequenzierungs-basierte Anwendungen ermöglichen. Der Mikroarray-Scanner 1202 kann eine Vielzahl von Genotypisierungen, Genexpressionsprofilen und Methylierungsassays unterstützen. Die Kombination von sowohl kurz- als auch langeingeführten Paarend-Sequenzierungen, gekoppelt mit 2 × 100 bp Leselängen und SBS-Chemie erweitert den Rahmen von Sequenzierungsexperimenten (Tabelle 4). Geringe Eingabeerfordernisse für beide Technologien ermöglicht eine Vielzahl von Anwendungen, wo die Probe begrenzt ist. Tabelle 5 listet eine Anzahl von Anwendungen auf, die mit dem Assaysystem 1200 durchgeführt werden können. Tabelle 4: Beispiele für Sequenzierungsanwendungen

Leselänge	Kleingenom-Sequenzierung	Erzielte Resequenzierung	mRNA-Seq. (Ermittlung)	mRNA-Seq. (Profilieren)	ChIP-Seq.	Kleine RNA- RNA Sequenzierung
Beispiel	4 Mb Bacterium > 50 × Bedeckung	5 Mb Bereich > 75 × Bedeckung	40M* gelesen pro Probe	Durchschnittlich 5M Auslesungen pro Probe	Durchschnittlich 2M Auslesungen pro Probe	2.5M Auslesung pro Probe
Leselänge	2 × 50 bp	2 × 75 bp	2 × 75 bp	1 × 50 pb	1 × 35 bp	1 × 35 bp
Proben pro Durchgang	96	96	6	48	96	96
Proben pro Durchgang	≤ 4.5 Tage	≤ 6.5 Tage	≤ 6.5 Tage	≤ 4.5 Tage	≤ 2.5 Tage	≤ 2.5 Tage

*Auslesungen für Paarend-Durchgänge sind zu verdoppeln. Tabelle 5: Verschiedene Array und Sequenzierungsanwendungen

Forschungsgebiete	BeadArray-Anwendungen	Sequenzierungsanwendungen
Gesamt-Genom Analyse	Gesamt-Genom Genotypisierung	Gesamt-Genom Analyse
Kopierzahlvariation (CNV)	CNV Analyse	CNV Ermittlung
Gezielte Genom Analyse	Allgemeine und fokusierte Genotypisierung	Gezielte Resequenzierung
Genregulation und epigenetische Analyse	Gesamt-Genom-DNA Methylierungsprofilierung	ChIP-Seq., Klein-RNA Analyse und Methylierungsermittlung und Analyse
Genexpression	Gesamt-Genomexpression Profilierung und FFPE Probenanalyse	Transcriptome Ermittlung und Profilierung
zytogenetisch	zytogenetische Analyse	Digitale Karyotyerstellung

Das Assaysystem 1200 weist eine modulare Konfiguration auf, welche anpassbar ist. Das Assaysystem 1200 erlaubt Forschern, ein modulares System aufzubauen, so dass es an aufkommende Forschungserfordernisse angepasst werden kann. Beginnend mit dem Mikroarray Scanner 1202 können die Fluidvorrichtung 1204 und das Clustererzeugungssystem hinzugefügt werden, um Sequenzierung der nächsten Generation zu ermöglichen. Laboratorien, die den Probendurchsatz für arraybasierte Studien optimieren möchten, kann der Autoboarder2.x und Flüssigkeitshandhabungsroboter die Probenbestückung und -Vorbereitung automatisieren, um die Anzahl an Proben, welche in einem gegebenen Zeitrahmen verarbeitet werden können, zu maximieren.
Das Assaysystem 1200 beinhaltet Analysesoftware und Hardware. Die Analysesoftware und Hardware begünstigen eine umfängliche Lösung. Das Assaysystem 1200 ermöglicht Forschern, rasch von der Rohdatenerfassung zu biologischen, publizierbaren Resultaten zu gelangen. Die Analysesoftware (z. B. Illumina's GenomeStudio^®) stellt graphische Analyse und Interaktion mit DNA- und RNA-Daten bereit. Die Software beinhaltet analytische Werkzeuge sowohl zur Sequenzierung als auch für arraybasierte Experimente. Die Werkzeuge können in einer intuitiven Nutzerumgebung verwendet werden.
Für eine erste Sequenzierungsdatenanalyse kann Illumina's Sequenzierungskontrollsoftware (SCS) Echtzeit-Analysenverarbeitung anbieten, welche automatisch Abbildintensitäten und qualitätsbasierte Resultate direkt an den Vorrichtungscomputer sendet. Die Auslesungen können an eine Referenzsequenz angepasst werden und mittels der Analysesoftware unter Verwendung der ”Pipeline”-Analysesoftware analysiert werden. Zur sekundären Analyse ermöglicht die „Consensus Assessment of Sequence and Variation(CASAVA)”-Software die rasche Anpassung, Auszählung und Variantenaufdeckung. Sekundäre Datenanalysesoftware kann in eine bestehende IT-Infrastruktur installiert werden.
Dementsprechend stellt das Assaysystem 1200 der 45 und 46 ein integriertes System zur Mikroarrayanalyse- und Sequenzierung dar, wodurch eine Vielzahl von Anwendungen und eine Flexibilität der Experimente ermöglicht wird. Die modulare Gestaltung ermöglicht ein System, welche nach Nutzeranforderungen ausbaubar ist.
Es wird angenommen, dass die obige Beschreibung veranschaulichend und nicht beschränkend ist. Beispielsweise können die oben beschriebenen Ausführungen (und/oder Aspekte daraus) in Kombination miteinander verwendet werden. Zusätzlich können zahlreiche Modifikationen an den Ausführungen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, um bestimmte Situationen oder Materialien anzupassen. Während die hierin beschriebenen spezifischen Komponenten und Verfahren zur Definition der Parameter der verschiedenen Ausführungen beabsichtigt sind, sind sie nicht beschränkend und dienen als beispielhafte Ausführungen. Zahlreiche weitere Ausführungen werden dem Fachmann nach Studium der Beschreibung offensichtlich erscheinen. Der Umfang der Erfindung sollte daher unter Bezug auf die folgenden Ansprüche einschließlich dem Umfang aller Äquivalente bestimmt sein. In den anhängenden Ansprüchen werden die Ausdrücke ”beinhaltet” und ”in welchem” als Äquivalente der Ausdrücke ”umfasst” und ”wobei” verwendet. Darüber hinaus werden die Ausdrücke ”erste(r)”, ”zweite(r)” und ”dritte(r)” usw. lediglich als Kennzeichnung verwendet, ohne numerische Anforderungen an ihre Objekte zu richten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7329860 [0063]
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US 12/565606 [0076]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Bentley et al., Nature 456: 53–59 (2008) [0071]

Claims

Ein optisches System, welches zur Detektion optischer Signale von einem Probentisch ausgelegt ist, welcher zur Aufnahme von mindestens zwei Arten von Proben ausgelegt ist, wobei das optische System umfasst: eine Objektivlinse, welche ein Sammelende aufweist, welches zum Empfangen optischer Signale von den mindestens zwei Arten von Proben ausgelegt ist; und einen Strahlengangkompensator, welcher ausgelegt ist, entfernbar an einer Abbildungsposition zwischen der Objektivlinse und dem Probentisch angeordnet zu sein, wobei der Strahlengangkompensator eine fokale Region, welche mit der Objektivlinse verbunden ist, justiert, wenn dieser sich in der Abbildungsposition befindet.
Optisches System nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Transfer-Vorrichtung, welche ausgelegt ist, den Strahlengang-Kompensator zu bewegen, wobei die Transfer-Vorrichtung ausgelegt ist, den Strahlengangkompensator in der Abbildungsposition anzuordnen, um optische Signale von einer Art Probe zu detektieren und den Strahlengangkompensator aus der Abbildungsposition zu entfernen, um optische Signale von einer anderen Art Probe zu detektieren.
Optisches System nach Anspruch 2, wobei die Objektivlinse eine Sehachse aufweist, welche eine fokale Region schneidet, wobei die Transfer-Vorrichtung ausgelegt ist, den Strahlengangkompensator zu und von dem Sammelende der Objektivlinse in einer Richtung im Wesentlichen entlang der Sehachse zu bewegen.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1–3, wobei der Strahlengang-Kompensator wirkungsmäßig an die Objektivlinse gekoppelt ist, wenn diese in einer derartigen Abbildungsposition ist, dass der Strahlengangkompensator eine feste Beziehung mit Bezug auf die Objektivlinse aufweist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1–4, wobei der Strahlengang-Kompensator ein magnetisches Material beinhaltet und der Strahlengang-Kompensator ausgelegt ist, durch magnetische Kräfte wirkungsmäßig an die Objektivlinse zu koppeln.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1–4, wobei der Strahlengang-Kompensator ausgelegt ist, durch pneumatische Kräfte wirkungsmäßig an die Objektivlinse zu koppeln.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1–6, weiter umfassend einen Kragen, welcher sich um die Objektivlinse benachbart zum Sammelende erstreckt, wobei der Strahlengangkompensator durch den Kragen entfernbar an die Objektivlinse gekoppelt ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1–7, weiter umfassend den Probentisch, wobei der Probentisch mit Bezug auf die Objektivlinse bewegbar ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1–8, weiter umfassend den Probentisch, wobei der Probentisch und die Objektivlinse relativ zueinander zwischen ersten und zweiten Positionsbeziehungen bewegbar sind, wobei der Probentisch zu einer fokalen Region des optischen Systems in der ersten Positionsbeziehung benachbart ist und ein offener Raum benachbart zu der fokalen Region in der zweiten Positionsbeziehung existiert.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1–9, wobei die Objektivlinse und der Strahlengangkompensator voneinander durch eine feste Distanz beabstandet sind, wenn sie sich in der Abbildungsposition befinden, wobei der Strahlengang-Kompensator und die Objektivlinse ausgelegt sind, sich bezüglich des Probentisches in einer Richtung zu und von dem Probentisch zu bewegen.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1–10, wobei zwischen den mindestens zwei Arten von Proben und der Objektivlinse ein Arbeitsabstand existiert, und der Arbeitsabstand während der Abbildungssitzungen weniger als ungefähr 5000 Mikrometer beträgt.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1–11, wobei der Arbeitsabstand weniger als ungefähr 2000 Mikrometer während der Abbildungssitzungen beträgt.
Ein optisches System, welches ausgelegt ist, optische Signale von einer Probe während der Abbildungssitzungen zu detektieren, wobei das optische System umfasst: eine Objektivlinse, welche ein Sammelende aufweist, dass zu einem Probentisch benachbart angeordnet und ausgelegt ist, optische Signale davon zu empfangen; einen entfernbaren Strahlengangkompensator, welcher ausgelegt ist, an einer Abbildungsposition zwischen dem Sammelende der Objektivlinse und der Probe angeordnet zu sein, wobei der Strahlengangkompensator in der Abbildungsposition einen Strahlengang der optischen Signale justiert; und eine Transfer-Vorrichtung, welche ausgelegt ist, den Strahlengangkompensator zu bewegen, wobei die Transfer-Vorrichtung ausgelegt ist, den Strahlengang-Kompensator an der Abbildungsposition für eine erste Abbildungssitzung anzuordnen und den Strahlengangkompensator aus der Abbildungsposition für eine zweite Abbildungssitzung zu entfernen.
Optisches System nach Anspruch 13, wobei der Strahlengangkompensator wirkungsmäßig an die Objektivlinse in der Abbildungsposition derart gekoppelt ist, dass der Strahlengangkompensator eine feste Beziehung bezüglich der Objektivlinse aufweist.
Optisches System nach Anspruch 14, wobei der Strahlengangkompensator ein magnetisches Material beinhaltet, wobei der Strahlengangkompensator ausgelegt ist, wirkungsmäßig durch magnetische Kräfte an die Objektivlinse gekoppelt zu sein.
Optisches System nach Anspruch 14, wobei der Strahlengangkompensator ausgelegt ist, wirkungsmäßig durch pneumatische Kräfte an die Objektivlinse gekoppelt zu sein.
Optisches System nach einem der Ansprüche 13–16, wobei die Objektivlinse eine Sehachse aufweist, welche eine fokalen Region des optischen Systems schneidet, wobei die Transfer-Vorrichtung ausgelegt ist, sich in einer im Wesentlichen senkrechten Richtung zu und von der Sehachse zu bewegen, nachdem der Strahlengangkompensator wirkungsmäßig an die Objektivlinse gekoppelt ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 13–17, wobei ein Arbeitsabstand zwischen der Probe und der Objektivlinse existiert, wobei der Arbeitsabstand während der ersten und zweiten Abbildungssitzungen weniger als ungefähr 5000 Micron beträgt.
Optisches System nach einem der Ansprüche 13–18, wobei die Objektivlinse und der Strahlengangkompensator durch eine feste Distanz voneinander beabstandet sind und der Strahlengangkompensator und die Probe durch einen einstellbaren Abstand während der Abbildungssitzungen voneinander beabstandet sind.
Ein optisches System, welches zur Detektion von Lichtemissionen von einer Probe ausgelegt ist, wobei das optische System umfasst: eine optische Anordnung, enthaltend eine Objektivlinse, welche zum Empfangen der Lichtemissionen ausgelegt ist; ein Probendetektor, welcher ausgelegt ist, die Lichtemissionen zu detektieren, wenn die Lichtemissionen durch die optische Anordnung entlang eines Strahlenganges zwischen dem Probendetektor und der Objektivlinse gelenkt werden, wobei sich die Lichtemissionen in einer Strahlenrichtung ausbreiten; und eine optische Vorrichtung, welche eine Drehachse aufweist und erste und zweite Bandpass-Filter umfasst, wobei sich die Drehachse in einer nicht-parallelen Art bezüglich der Strahlrichtung erstreckt, und die ersten und zweiten Bandpass-Filter feste Orientierungen bezüglich der Drehachse aufweisen, und die optische Vorrichtung ausgelegt ist, wahlweise um die Drehachse zu rotieren, um zumindest einen der ersten und zweiten Bandpassfilter innerhalb des Strahlenganges anzuordnen.
Optisches System nach Anspruch 20, wobei sich die ersten und zweiten Bandpassfilter entlang zugehöriger Ebenen erstrecken, und die optische Vorrichtung ausgelegt ist, wahlweise die ersten und zweiten Bandpassfilter derart zu drehen, dass die zugehörigen Ebenen nicht gänzlich orthogonal zu der Strahlenrichtung sind.
Optisches System nach einem der Ansprüche 20–21, wobei die optische Vorrichtung wahlweise zwischen ersten und zweiten Rotationspositionen drehbar ist, wobei nur der erste Bandpassfilter die Lichtemissionen selektiv filtert, wenn die optische Vorrichtung in der ersten Rotationsposition ist und nur der zweiten Bandpassfilter die Lichtemissionen selektiv filtert, wenn die optische Vorrichtung in der zweiten Rotationsposition ist.
Optisches System nach Anspruch 22, wobei die optische Vorrichtung wahlweise in eine dritte Rotationsposition drehbar ist, in welcher die ersten und zweiten Bandpassfilter die Lichtemissionen nicht filtern.
Optisches System nach einem der Ansprüche 20–23, wobei sich die ersten und zweiten Bandpassfilter entlang zugehöriger Ebenen erstrecken, welche sich im Wesentlichen in der Drehachse schneiden.
Optisches System nach Anspruch 24, wobei sich die zugehörigen Ebenen der ersten und zweiten Bandpassfilter in einem Winkel von mindestens ungefähr 90° in Bezug aufeinander schneiden.
Optisches System nach einem der Ansprüche 20–25, wobei die optische Vorrichtung weiter eine optische Komponente umfasst, welche ausgelegt ist, die Lichtemissionen umzuleiten, wobei die optische Komponente eine feste Position bezüglich der Drehachse aufweist.
Optisches Systeme nach Anspruch 26, wobei die optische Komponente gegenüberliegende optische Oberflächen beinhaltet, welche dazwischen eine variierende Dicke aufweisen.
Optisches System nach Anspruch 26, wobei die optische Komponente einen optischen Keil umfasst.
Optisches System nach einem der Ansprüche 20–28, weiter umfassend eine Systemsteuerung, welche kommunikativ an die optische Vorrichtung gekoppelt ist, wobei die Systemsteuerung ausgelegt ist, die optische Vorrichtung zu steuern, um wahlweise die ersten und zweiten Bandpassfilter zu drehen, wobei der Probendetektor erste optische Signale detektiert, wenn der erste Bandpassfilter die Lichtemissionen filtert und der Probendetektor zweite optische Signale detektiert, wenn der zweite Bandpassfilter die Lichtemissionen filtert, wobei die ersten und zweiten optischen Signale verschiedene Emissionsspektren aufweisen.
Optisches System nach einem der Ansprüche 20–29, wobei die optische Vorrichtung weiterhin einen Motor zur wahlweisen Drehung der ersten und zweiten Bandpassfilter um die Drehachse umfasst.
Optisches System, welches zu Detektion von Lichtemissionen von einer Probe ausgelegt ist, wobei das optische System umfasst: einen optischen Zug enthaltend eine Objektivlinse, welche ausgelegt ist, Lichtemissionen zu empfangen; eine Detektoranordnung, welche ausgelegt ist, die Lichtemissionen zu detektieren, wobei Anteile der Lichtemissionen ausgelegt sind, um durch den optischen Zug entlang erster und zweiter Strahlengänge zwischen der Detektoranordnung und der Objektivlinse geleitet zu werden; und erste und zweite optische Einrichtungen, welche zu dem ersten bzw. dem zweiten Strahlengang benachbart angeordnet sind, wobei jede der ersten und zweiten optischen Einrichtungen eine Drehachse aufweist und eine Vielzahl von Bandpass-Filtern beinhaltet, wobei die Bandpass-Filter eine feste Orientierung mit Bezug auf die Drehachse aufweisen, wobei jede der ersten und zweiten optischen Einrichtungen wahlweise um die entsprechende Drehachse rotiert, um zumindest einen der Bandpass-Filter innerhalb des entsprechenden Strahlenganges zu anzuordnen.
Optisches System nach Anspruch 31, wobei die ersten und zweiten optischen Einrichtungen wahlweise die Lichtemissionen während einer ersten Abbildungssitzung in erste bzw. zweite optische Signale filtern, und wahlweise die Lichtemissionen während einer zweiten Abbildungssitzung in dritte und vierte optische Signale filtern, wobei die ersten, zweiten, dritten und vierten optischen Signale verschiedene Emissionsspektren aufweisen.
Optisches System nach einem der Ansprüche 31–32, wobei zumindest eine der ersten und zweiten optischen Einrichtungen eine optische Komponente umfasst, welche ausgelegt ist, die Lichtemissionen umzuleiten, wobei die optische Komponente eine feste Position bezüglich der entsprechenden Drehachse aufweist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 31–33, wobei die Detektoranordnung eine Vielzahl von Probendetektoren umfasst.
Optisches System nach einem der Ansprüche 31–34, weiter umfassend eine Systemsteuerung, welche kommunikativ an die ersten und zweiten optischen Einrichtungen gekoppelt ist, wobei die Systemsteuerung ausgelegt ist, die ersten und zweiten optischen Einrichtungen zu steuern, um die entsprechenden Bandpass-Filter wahlweise zu drehen.
Optische Einrichtung, welche ausgelegt ist, sich entlang eines Strahlenganges ausbreitende optische Signale zumindest umzuleiten und/oder zu filtern, wobei die optische Einrichtung umfasst: einen Einrichtungskörper, welcher eine Drehachse aufweist, wobei der Einrichtungskörper um die Drehachse drehbar ist; erste und zweite optische Komponenten, welche an den Einrichtungskörper gekoppelt sind, wobei die ersten und zweiten optischen Komponenten feste Orientierungen mit Bezug zu einer Drehachse aufweisen; einen Motor, welcher operativ an den Einrichtungskörper gekoppelt ist, wobei der Motor ausgelegt ist, wahlweise die ersten und zweiten optischen Komponenten um die Drehachse zu drehen, um zumindest eine der ersten und zweiten optischen Komponenten innerhalb des Strahlenganges anzuordnen.
Optische Einrichtung nach Anspruch 36, wobei der Einrichtungskörper eine Vielzahl von Fensterrahmen umfasst, wobei die ersten und zweiten optischen Komponenten an die jeweiligen Fensterrahmen gekoppelt sind.
Optische Einrichtung nach einem der Ansprüche 36–37, wobei der Einrichtungskörper wahlweise zwischen ersten und zweiten Rotationspositionen drehbar ist, wobei nur die erste optische Komponente die Lichtemissionen beeinflusst, wenn die optische Einrichtung in der ersten Drehposition ist und nur die zweite optische Komponente die Lichtemissionen beeinflusst, wenn die optische Einrichtung in der zweiten Rotationsposition ist.
Optische Einrichtung nach einem der Ansprüche 36–38, wobei die ersten und zweiten optischen Komponenten jeweils erste und zweite Bandpass-Filter beinhalten.
Optische Einrichtung nach Anspruch 39, wobei zumindest eine der ersten und zweiten optischen Komponenten einen optische Keil beinhalten.
Ein optisches System, umfassend: einen Probendetektor, welcher ausgelegt ist, um Lichtemissionen von einer Probe zu detektieren, wobei die Lichtemissionen erste und zweite optische Signale beinhalten, welche verschiedene Emissionsspektren aufweisen; einen optischen Zug, welcher eine Objektivlinse aufweist, welche benachbart zu der Probe und einem entfernbaren optischen Keil angeordnet ist, wobei der optische Zug ausgelegt ist, um die Lichtemissionen entlang eines Strahlenganges zu dem Probendetektor zu lenken; und eine optische Einrichtung, welche ausgelegt ist, den optischen Keil in dem Strahlengang zur Detektion der ersten optischen Signale anzuordnen und den optischen Keil aus dem Strahlengang zu entfernen, um zweite optische Signale zu detektieren, wobei der optische Keil, wenn dieser in dem Strahlengang positioniert ist, die ersten optischen Signale leitet, sodass die ersten optischen Signale auf den Probendetektor fallen und die zweiten optischen Signale auf den Probendetektor fallen, wenn der optische Keil aus dem Strahlengang entfernt wird.
Optisches System nach Anspruch 41, wobei die Objektivlinse eine fokale Ebene aufweist, und die ersten optischen Signale von einem ersten Scanbereich, welcher zu der fokalen Ebene benachbart ist, emittiert werden und die zweiten optischen Signale von einem zweiten Scanbereich, welcher zu der fokalen Ebene benachbart ist, emittiert werden, wobei die ersten und zweiten Scanbereiche jeweils räumlich zueinander versetzt sind.
Optisches System nach Anspruch 42, weiter umfassend erste und zweite Anregungslichtquellen, welche jeweils erste und zweite Anregungsspektren aufweisen, wobei die erste Anregungslichtquelle ausgelegt ist, den ersten Scanbereich zu beleuchten und die zweiten Anregungslichtquelle ausgelegt ist, den zweiten Scanbereich zu beleuchten.
Optisches System nach einem der Ansprüche 41–43, wobei der optische Zug einen Strahlteiler beinhaltet, welcher eine Vielzahl von Emissionsspektren reflektiert und eine Vielzahl von Emissionsspektren fortleitet.
Optisches System nach einem der Ansprüche 41–44, wobei die optische Einrichtung einen Einrichtungskörper beinhaltet, welcher eine Drehachse aufweist und der optische Keil an den Einrichtungskörper gekoppelt ist, wobei der Einrichtungskörper um die Drehachse drehbar ist, um den optischen Keil anzuordnen und zu entfernen.
Optisches System nach einem der Ansprüche 41–45, wobei die optische Einrichtung einen Gleitmechanismus beinhaltet, welcher ausgelegt ist, den optischen Keil gleitbar in dem Strahlengang anzuordnen und den optischen Keil aus dem Strahlengang zu entfernen.
Optisches System nach einem der Ansprüche 41–46, weiter umfassend ein Korrekturmodul, welches kommunikativ an die optische Einrichtung gekoppelt ist, wobei das Korrekturmodul ausgelegt ist, Anweisungen an die optische Einrichtung zu übermitteln, um den optischen Keil anzuordnen und zu entfernen.
Optisches System nach einem der Ansprüche 41–47, wobei der optische Keil an einem Bandpass-Filter angebracht ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 41–47, wobei der optische Keil mit einem Bandpass-Filter bedeckt ist.
Ein optisches System, umfassend: eine Anregungslichtquellenanordnung, umfassend erste und zweite Anregungslichtquellen, wobei die ersten und zweiten Anregungslichtquellen eine Probe während jeweils separater erster und zweiter Abbildungssitzungen anregen, wobei die Probe entsprechende Lichtemissionen erzeugt, wenn sie durch die jeweils ersten und zweiten Anregungslichtquellen angeregt wird; einen Strahlteiler zur Trennung der entsprechenden Lichtemissionen der jeweils ersten und zweiten Anregungslichtquellen in reflektierte und durchfallende Anteile, wobei die durchfallenden Anteile der Lichtemissionen entlang einem gemeinsamen übertragenen Strahlengang geleitet werden, und die reflektierten Emissionsanteile entlang einem gemeinsamen reflektierten Strahlengang geleitet werden; eine Vielzahl optischer Keile, wobei jeder der durchfallenden und reflektierten Strahlengänge einen optischen Keil aufweist, der wahlweise bewegbar ist, wobei der optische Keil des reflektierten Strahlenganges die reflektierten Anteile während der ersten Abbildungssitzung umleitet und der optische Keil des übertragenen Strahlenganges den übertragenen Anteil während der zweiten Abbildungssitzung umleitet.
Optisches System nach Anspruch 50, wobei der optische Keil des übertragenen Strahlengangs wahlweise bewegt wird, sodass die der übertragene Anteil während der ersten Abbildungssitzung nicht umgeleitet wird und der optische Keil des reflektierten Strahlengangs wahlweise bewegt wird, sodass der reflektierte Anteil während der zweiten Abbildungssitzung nicht umgeleitet wird.
Ein Arbeitsplatzsystem, welches ausgelegt ist, optische Signale aus Proben zu detektieren, wobei die Proben erste und zweite Arten von Proben beinhalten, wobei das optische System umfasst: eine Detektoranordnung, welche ausgelegt ist, die optischen Signale aus den Proben zu detektieren; eine optische Anordnung, welche ausgelegt ist, die optischen Signale zu empfangen und zu der Detektoranordnung zu leiten, wobei die optische Anordnung eine Vielzahl von wahlweise bewegbaren optischen Komponenten beinhaltet; eine Anregungslichtquellenanordnung, umfassend zwei Anregungslichtquellen, welche verschiedene Anregungsspektren aufweisen; ein Protokollmodul, welches ausgelegt ist, die ersten und zweiten Arten von Proben jeweils ersten und zweiten Abbildungsprotokollen zu unterziehen, wobei jedes der ersten und zweiten Abbildungsprotokolle das Beleuchten der entsprechende Probe mit den beiden Anregungslichtquellen und das Detektieren der entsprechenden optischen Signale beinhaltet; und ein optisches Ausrichtungssystem, welches ausgelegt ist, die optischen Komponenten der optischen Anordnung wahlweise zu bewegen, wobei das optische Ausrichtungssystem zur wahlweisen Bewegung der optischen Komponenten zu einer ersten gemeinsamen Anordnung für das erste Abbildungsprotokoll und einer verschiedenen zweiten gemeinsamen Anordnung für das zweite Abbildungsprotokoll ausgelegt ist.
Arbeitsplatzsystem nach Anspruch 52, wobei die beiden Anregungslichtquellen ausgelegt sind, zwei Scanbereiche zu beleuchten, welche dazwischen eine vorbestimmbare räumliche Versetzung aufweisen, wobei die ersten und zweiten gemeinsamen Anordnungen der optischen Komponenten die räumliche Versetzung bedingen, sodass die entsprechenden optischen Signale von den beiden Anregungslichtquellen detektiert werden.
Arbeitsplatzsystem nach Anspruch 53, wobei die optische Anordnung eine Objektivlinse beinhaltet, und die beiden Anregungslichtquellen ausgelegt sind, die beiden entsprechenden Scanbereiche durch die Objektivlinse zu beleuchten.
Arbeitsplatzsystem nach einem der Ansprüche 52–54, wobei die beiden Anregungslichtquellen ausgelegt sind, die Probe simultan oder sequenziell zu beleuchten.
Arbeitsplatzsystem nach einem der Ansprüche 52–55, wobei die erste Art von Probe eine Flusszelle beinhaltet, welche Flusskanäle aufweist und die zweite Art von Probe ein Chip-basiertes Substrat beinhaltet.
Arbeitsplatzsystem nach einem der Ansprüche 52–56, wobei das erste Abbildungsprotokoll ein ”sequencing-by-synthesis”-Protokoll und das zweite Abbildungsprotokoll ein Target/Analyt-Protokoll ist.
Arbeitsplatzsystem nach einem der Ansprüche 52–57, wobei die optischen Komponenten einen beweglichen optischen Keil beinhalten, wobei der optische Keil, wenn dieser innerhalb eines Strahlenganges positioniert ist, die optischen Signale umleitet.
Arbeitsplatzsystem nach einem der Ansprüche 52–58, wobei die optischen Komponenten einen beweglichen Bandpass-Filter beinhalten, wobei der Bandpass-Filter die optischen Signale filtert, wenn dieser innerhalb eines Strahlenganges positioniert ist.
Arbeitsplatzsystem nach einem der Ansprüche 52–59, wobei die optischen Komponenten einen bewegbaren Strahlengangkompensator beinhalten, welcher benachbart zu einer Objektivlinse der optischen Anordnung angeordnet ist.
Arbeitsplatzsystem nach einem der Ansprüche 52–60, wobei die ersten und zweiten Arten von Proben zumindest ein gemeinsames Label aufweisen, wobei die Detektoranordnung ausgelegt ist, optische Signale von dem gemeinsamen Label in den beiden ersten und zweiten Abbildungsprotokollen zu detektieren.
Ein Arbeitsplatzsystem, welches ausgelegt ist, optische Signale von Proben zu detektieren, wobei das Arbeitsplatzsystem umfasst: einen Probentisch, welcher verschiedene erste und zweite Berührungsflächen umfasst, wobei die erste Berührungsfläche ausgelegt ist, eine Chip-basierte Trägerstruktur zur Oberflächenabbildung zu orientieren und die zweite Berührungsfläche ausgelegt ist, um eine Fluidträgerstruktur strömungstechnisch an den Probentisch zu koppeln; eine Detektoranordnung, welche ausgelegt ist, optische Signale von den Chip-basierten Trägerstrukturen und den Fluidträgerstrukturen zu detektieren; eine optische Anordnung, welche ausgelegt ist, die optischen Signale zu der Detektoranordnung zu lenken, wobei die optische Anordnung eine Objektivlinse und eine Vielzahl von optischen Komponenten beinhaltet; und ein optisches Ausrichtungssystem, welches ausgelegt ist, zumindest eine optische Komponente wahlweise zu bewegen, um eine erste gemeinsame Anordnung und eine zweite gemeinsame Anordnung auszubilden, wobei die erste gemeinsame Anordnung zur Oberflächenabbildung der Chip-basierten Trägerstruktur ausgelegt ist und die zweite gemeinsame Anordnung zur Abbildung der Fluidträgerstruktur ausgelegt ist.
Eine Assay-Vorrichtung zur Detektion optischer Signale von Proben, umfassend: einen Probentisch, umfassend eine erste Berührungsfläche und eine zweite Berührungsfläche, wobei die erste Berührungsfläche eine Plattform zum Halten der Probe auf einem oben offenen Träger und zur Abbildung einer externen Oberfläche umfasst und die zweite Berührungsfläche eine Plattform zum Halten einer Probe in einer Flusszelle zur Abbildung zumindest einer internen Oberfläche umfasst, wobei der Probentisch mit der Flusszelle mit Fluidverbindungen gekoppelt ist; einen optischen Detektor zur Detektion optischer Signale von dem oben offenen Träger und der Flusszelle; und einen Bewegungsmechanismus zur wahlweise Bewegung einer oder mehrer optischer Komponenten, beinhaltend eine Objektivlinse in dem Strahlengang zwischen dem Probentisch und dem optischen Detektor, zu entweder einer ersten Konfiguration zur Oberflächenabbildung des oben offenen Trägers oder zu einer zweiten Konfiguration zur Abbildung der Flusszelle.
Assay-Vorrichtung nach Anspruch 63, weiter umfassend ein Fluidnetzwerk, welches mit der Flusszelle mit Fluidverbindungen gekoppelt ist, wobei das Fluidnetzwerk ein Fluidspeichersystem umfasst, welches Reagenzien zur Sequenzierung durch Synthese (”sequencing-by-synthesis”) enthält.
Assay-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 63–64, weiter umfassend ein Protokollmodul zum Anweisen der Assay-Vorrichtung, ein ”sequencing-by-synthesis”-Protokoll für die Flusszelle durchzuführen und zum Anweisen der Assay-Vorrichtung, ein ”Mikroarray-scanning”-Protokoll für den oben offenen Träger durchzuführen.
Assay-Vorrichtung nach Anspruch 65, wobei das Protokollmodul ausgelegt ist, um entsprechend des jeweiligen Prioritätsstatus der Proben zu arbeiten, wobei Proben niederer Priorität angehalten werden, wenn ein Ablaufplankonflikt entsteht und nach Lösen des Konfliktes im Ablaufplan fortgesetzt wird.
Assay-Vorrichtung nach Anspruch 66, wobei eine Probe in einer Flusszelle eine höhere Priorität aufweist als eine Probe auf einem oben offenen Träger.
Assay-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 63–67, wobei ein Arbeitsabstand zwischen dem Probentisch und der Objektivlinse besteht, und der Arbeitsabstand weniger als 1000 Mikron beträgt.
Assay-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 63–68, wobei die Auflösung der Assay-Vorrichtung hinreichend ist, um individuell Merkmale oder Stellen, welche bei einem Abstand von weniger als 15 μm liegen, aufzulösen.
Assay-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 63–69, wobei die Objektivlinse (i) ein Sammelende umfasst, welches benachbart zu einer Probenberührungsfläche auf einem Probentisch angeordnet ist und ausgelegt ist, optische Signale davon zu empfangen und (ii) ein afokales Ende, welches ausgelegt ist, die optischen Signale an einen Detektor zu übertragen, und wobei die eine oder mehreren optischen Komponenten weiter umfassen: einen ersten entfernbaren Strahlengangkompensator zur Justierung eines Strahlengangs der optischen Signale, wenn zwischen dem Sammelende der Objektivlinse und der Probe angeordnet ist, und einen zweiten entfernbaren Strahlengangkompensator zur Justierung eines Strahlengangs der optischen Signale, wenn dieser an einer afokalen Position bezüglich der Objektivlinse angeordnet ist.
Assay-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 63–70, weiter umfassend eine Übertragungsvorrichtung, welche an einer festen Position bezüglich des Probentisches angeordnet ist, um den ersten entfernbaren Strahlungsgangkompensator in und aus einer Abbildungsposition zwischen dem Sammelende der Objektivlinse und der Probenberührungsfläche auf dem Probentisch zu bewegen.
Assay-Vorrichtung nach Anspruch 71, wobei die Übertragungsvorrichtung eine Plattformanordnung umfasst, welche ausgelegt ist, den ersten Strahlengangkompensator entfernbar an die Objektivlinse zu koppeln, eine Motoranordnung, welche ausgelegt ist, den Probentisch in x-y-Richtung und ebenso entlang einer z-Richtung zu und von der Objektivlinse zu bewegen, sowie ein Brückenelement, welches ausgelegt ist, die Plattformanordnung an die Motoranordnung zu koppeln.
Assay-Vorrichtung nach Anspruch 70, wobei der erste entfernbare Strahlengangkompensator ausgelegt ist, den Strahlengang zwischen einer Konfiguration zur Abbildung der Flusszelle und einer Konfiguration zur Abbildung des oben offenen Trägers zu justieren.
Assay-Vorrichtung nach Anspruch 70, wobei der zweite Strahlengangkompensator ausgelegt ist, den Strahlengang zwischen einer Konfiguration zur Abbildung einer oberen Oberfläche der Flusszelle und einer Konfiguration zur Abbildung einer unteren Oberfläche der Flusszelle zu justieren.
Assay-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 63–70, weiter umfassend eine Anregungslichtquellenanordnung, umfassend erste und zweite Anregungslichtquellen, wobei die ersten und zweiten Anregungslichtquellen ausgelegt sind, die Probe während jeweils getrennter erster und zweiter Abbildungssitzungen anzuregen, wobei die Probe entsprechende Lichtemissionen erzeugt, wenn sie durch die jeweils ersten und zweiten Anregungslichtquellen angeregt wird; wobei die eine oder mehreren optischen Komponenten beinhalten: einen Strahlteiler, welcher die entsprechenden Lichtemissionen der ersten und zweiten Anregungslichtquellen in reflektierte und durchfallende Anteile aufspaltet, wobei die durchfallenden Anteile der ersten und zweiten Anregungslichtquellen entlang eines gemeinsamen übertragenen Strahlenganges geleitet werden und die reflektierten Anteile der ersten und zweiten Anregungslichtquellen entlang eines gemeinsamen reflektierten Strahlenganges geleitet werden; und eine Vielzahl optischer Keile, wobei jeweils die durchfallenden und reflektierten Strahlengänge einen optischen Keil aufweisen, welcher wahlweise beweglich ist, wobei der optische Keil des reflektierten Strahlenganges den reflektierten Anteil während der ersten Abbildungssitzung umleitet und der optische Keil des durchfallenden Strahlenganges den übertragenen Anteil während der zweiten Abbildungssitzung umleitet.
Optische Anordnung zur Verwendung in einer Assay-Vorrichtung, um die Detektion optischer Signale von einer Probe während Abbildungssitzungen zu unterstützen, umfassend: eine Objektivlinse, umfassend: (i) ein Sammelende, welches benachbart zu einer Probenberührungsfläche auf einem Probentisch angeordnet ist und ausgelegt ist, optische Signale davon zu empfangen und (ii) ein afokales Ende, welches ausgelegt ist, die optischen Signale zu einem Detektor zu übertragen; ein erster entfernbarer Strahlengangkompensator zur Justierung des Strahlengangs der optischen Signale, wenn dieser zwischen dem Sammelende der Objektivlinse und der Probe angeordnet ist; und ein zweiter entfernbarer Strahlengangkompensator zur Justierung des Strahlenganges der optischen Signale, wenn dieser an einer afokalen Position bezüglich der Objektivlinse angeordnet ist.
Optische Anordnung nach Anspruch 76, weiter umfassend eine Übertragungsvorrichtung, welche in einer festen Position bezüglich des Probentisches angeordnet ist, um den ersten Strahlengangkompensator in und aus einer Abbildungsposition zwischen dem Sammelende der Objektivlinse und der Probenberührungsfläche auf dem Probentisch zu bewegen.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 76–77, weiter umfassend eine Übertragungsvorrichtung, welche wirkungsmäßig an den zweiten Strahlengangkompensator gekoppelt ist, um den zweiten Strahlengangkompensator in und aus einer afokalen Position bezüglich der Objektivlinse zu bewegen.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 76–78, wobei der zweite Strahlengangkompensator ausgelegt ist, den Strahlengang zwischen einer Konfiguration zur Abbildung einer oberen Oberfläche der Flusszelle und einer Konfiguration zur Abbildung einer unteren Oberfläche der Flusszelle zu justieren.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 76–79, wobei ein Arbeitsabstand zwischen einer Probe an der Berührungsfläche und der Objektivlinse besteht, welcher weniger als 1000 Mikron beträgt.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 76–80, wobei die Auflösung des Systems hinreichend ist, Merkmale oder Stellen, welche in einem Abstand von weniger als 15 μm liegen, individuell aufzulösen.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 76–81, wobei die Übertragungsvorrichtung eine Plattformanordnung umfasst, welche ausgelegt ist, den ersten Strahlengangkompensator entfernbar an die Objektivlinse zu koppeln, eine Motoreinrichtung, welche ausgelegt ist, den Probentisch in x-y-Richtung und ebenso entlang einer z-Richtung zu und von der Objektivlinse zu bewegen, und ein Brückenelement, welches ausgelegt ist, die Plattformanordnung an die Motoranordnung zu koppeln.
Ein Arbeitsplatzsystem, welches ausgelegt ist, optische Signale von Proben zu detektieren, welche erste und zweite Arten von Proben beinhalten, wobei das optische System umfasst: eine Detektoranordnung, welche ausgelegt ist, optische Signale von ersten und zweiten Arten von Proben an verschiedenen Probenberührungsflächen auf einem Probentisch zu detektieren; eine optische Anordnung beinhaltend eine Objektivlinse, welche benachbart zu dem Probentisch angeordnet ist und ausgelegt ist, die optischen Signale zu empfangen und an die Detektoranordnung zu leiten, wobei die optische Anordnung eine Vielzahl von wahlweise bewegbaren optischen Komponenten beinhaltet; eine Anregungslichtquellenanordnung, welche zu der Objektivlinse benachbart angeordnet ist und zwei Anregungslichtquellen umfasst, welche verschiedene Anregungsspektren aufweisen; ein Protokollmodul, welches ausgelegt ist, die ersten und zweiten Arten von Proben ersten und zweiten Abbildungsprotokollen zu unterziehen, wobei jedes der ersten und zweiten Abbildungsprotokolle das Beleuchten der entsprechende Probe mit den beiden Anregungslichtquellen und das Detektieren der entsprechenden optischen Signale beinhaltet; und einen Bewegungsmechanismus zur wahlweisen Bewegung der optischen Komponenten der optischen Anordnung, wobei der Bewegungsmechanismus die optischen Komponenten wahlweise zu einer ersten Konfiguration für das erste Abbildungsprotokoll und zu einer verschiedenen zweiten Konfiguration für das zweite Abbildungsprotokoll bewegt.
Arbeitsplatzsystem nach Anspruch 83, wobei die Anregungslichtquellen ausgelegt sind, zwei Scanbereiche zu beleuchten, welche dazwischen eine vorbestimmte räumliche Versetzung aufweisen, wobei die ersten und zweiten Konfigurationen der optischen Komponenten die räumliche Versetzung bedingen, sodass die entsprechenden optischen Signale von den beiden Anregungslichtquellen detektiert werden.
Arbeitsplatzsystem nach den Ansprüchen 83 oder 84, wobei die erste Art von Probe eine Flusszelle und die zweite Art von Probe einen oben offenen Träger beinhaltet.
Arbeitsplatzsystem nach einem der Ansprüche 83–85, wobei das erste Abbildungsprotokoll ein ”sequencing-by-synthesis”-Protokoll und das zweite Abbildungsprotokoll ein ”array-scanning”-Protokoll ist.
Arbeitsplatzsystem nach einem der Ansprüche 83–86, wobei die optischen Komponenten einen bewegbaren optischen Keil beinhalten, welcher die optischen Signale umleitet, wenn dieser innerhalb des Strahlengangs angeordnet ist.
Arbeitsplatzsystem nach einem der Ansprüche 83–87, wobei die optischen Komponenten einen bewegbaren Bandpass-Filter beinhalten, welcher die optischen Signale filtert, wenn dieser innerhalb des Strahlengangs angeordnet ist.
Arbeitsplatzsystem nach einem der Ansprüche 83–88, wobei die optischen Komponenten einen bewegbaren Strahlengangkompensator beinhalten, welcher benachbart zur Objektivlinse der optischen Anordnung angeordnet ist.
Arbeitsplatzsystem nach einem der Ansprüche 83–89, wobei der Bewegungsmechanismus eine Vorrichtung umfasst, welche um eine Drehachse drehbar ist, um einen entsprechenden optischen Keil und/oder einen entsprechenden Bandpass-Filter in und aus einem entsprechenden Strahlengang anzuordnen.
Arbeitsplatzstation nach einem der Ansprüche 83–90, wobei der Bewegungsmechanismus eine Übertragungsvorrichtung umfasst, welche geeignet ist, den Strahlengangkompensator in und aus dem Strahlengang zu bewegen.
Arbeitsplatzstation nach einem der Ansprüche 83–91, wobei jedes der ersten und zweiten Abbildungsprotokolle das Beleuchten der entsprechenden Probe mit nicht weniger als zwei Anregungslichtquellen beinhaltet und das Detektieren der entsprechenden optischen Signale mit nicht weniger als zwei optischen Detektoren beinhaltet.
Arbeitsplatzstation nach einem der Ansprüche 83–92, wobei das erste Abbildungsprotokoll das simultane Unterscheiden von mindestens zwei Farben umfasst.
Arbeitsplatzstation nach einem der Ansprüche 83–93, wobei das zweite Abbildungsprotokoll das simultane Unterscheiden von mindestens zwei Farben umfasst.