ES2970587T3 - Excitación de fluorescencia con energía luminosa - Google Patents

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Abstract

En el presente documento se expone un excitador de energía luminosa que puede incluir una o más fuentes de luz. Un excitador de energía luminosa puede emitir luz de excitación dirigida hacia una superficie del detector que puede soportar muestras biológicas o químicas. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Excitación de fluorescencia con energía luminosa
Antecedentes
Varios protocolos en investigación biológica o química implican realizar reacciones controladas. Las reacciones designadas, a continuación, se pueden observar o detectar y el posterior análisis puede ayudar a identificar o revelar propiedades de productos químicos implicados en la reacción.
En algunos ensayos multiplex, un analito desconocido que tiene un marcador identificable (p. ej., marcador fluorescente) puede exponerse a miles de sondas conocidas en condiciones controladas. Cada sonda conocida puede depositarse en un pozo correspondiente de una microplaca. Observar cualesquiera reacciones químicas que se produzcan entre las sondas conocidas y el analito desconocido dentro de los pocillos puede ayudar a identificar o revelar propiedades del analito. Otros ejemplos de tales protocolos incluyen procesos de secuenciación de ADN conocidos, tales como secuenciación por síntesis (SBS) o secuenciación de matriz cíclica.
En algunos protocolos de detección fluorescente, se usa un sistema óptico para dirigir la luz de excitación sobre fluoróforos, por ejemplo, analitos marcados con fluorescencia y también para detectar la luz de señal de emisiones fluorescentes que se puede emitir a partir de los analitos que tienen fluoróforos unidos. Sin embargo, tales sistemas ópticos pueden ser relativamente costosos y requieren una superficie de sobremesa más grande. Por ejemplo, el sistema óptico puede incluir una disposición de lentes, filtros y fuentes de luz.
En otros sistemas de detección propuestos, las reacciones controladas en una celda de flujo definen una matriz de sensores de luz en estado sólido (por ejemplo, un detector de semiconductor complementario de óxido metálico (CMOS) o un detector de dispositivo de carga acoplada (CCD). Estos sistemas no implican un conjunto óptico grande para detectar las emisiones fluorescentes.
A partir del documento WO 2016/168996 A1, por ejemplo, se conoce un biosensor que comprende un sistema óptico con una pluralidad de colimadores y un sensor que comprende una pluralidad de píxeles configurados para detectar una señal generada a partir de una interacción entre sondas y un analito. Los colimadores se configuran para evitar esencialmente que la luz pase si una desviación de una dirección de propagación de la luz desde un eje óptico de los colimadores es mayor que un umbral.
El documento US-2017/0058343 A1 describe un sistema óptico de secuenciación que tiene una fuente de luz combinada con múltiples haces de excitación colineales que tienen diferentes longitudes de onda de excitación, en donde cada fuente de luz se selecciona para emitir luz a una longitud de onda de excitación seleccionada para excitar un marcador de nucleobase respectivo. Se recomienda en particular operar las fuentes de luz a o cerca de la longitud de onda más eficiente para excitar un marcador de nucleobase individual respectivo.
Breve descripción
En la presente memoria se describe un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-4.
En la presente memoria se describe un sistema que comprende un excitador de energía luminosa, según cualquiera de las reivindicaciones 5-14.
Figuras
Estas y otras características, aspectos y ventajas descritos en la presente memoria se entenderán mejor cuando se lea la siguiente descripción detallada con referencia a los dibujos adjuntos en los que caracteres idénticos representan partes idénticas en todos los dibujos, en donde:
la Figura 1 es un diagrama de bloques esquemático de un sistema para el rendimiento de pruebas biológicas o químicas, teniendo el sistema un excitador de energía luminosa y un conjunto de detector que tiene un detector según un ejemplo;
la Figura 2 es una vista lateral en corte de un excitador de energía luminosa según un ejemplo;
la Figura 3 es un diagrama de trazado de rayos que ilustra la propagación de rayos de luz en el excitador de energía luminosa de la Figura 2 según un ejemplo;
la Figura 4 representa un banco de fuentes de luz que incluye fuentes de luz proporcionadas por una pluralidad de LED dispuestos en una placa de circuito impreso según un ejemplo;
la Figura 5 es una vista lateral de las fuentes de luz proporcionadas por una pluralidad de superficies de LED acopladas a una superficie de entrada de luz de un tubo de luz según un ejemplo;
la Figura 6 es una vista esquemática en perspectiva de un excitador de energía luminosa según un ejemplo;
la Figura 7 es un diagrama esquemático de un excitador de energía luminosa según un ejemplo;
la Figura 8 es un diagrama de trazado de rayos que ilustra el funcionamiento de un excitador de energía luminosa que tiene un primer y un segundo tubo de luz según un ejemplo;
la Figura 9 es una vista lateral en corte en perspectiva que muestra un excitador de energía luminosa según un ejemplo; la Figura 10 es una vista en perspectiva de un sistema que tiene un excitador de energía luminosa acoplado con un conjunto de detector según un ejemplo;
la Figura 11 es una vista en perspectiva del conjunto de un marco de celda de flujo que define una celda de flujo según un ejemplo;
la Figura 12 es una vista interna de un cartucho del conjunto de detector que define características de coincidencia para la alineación de un excitador de energía luminosa que puede acoplarse y alinearse en el mismo según un ejemplo; la Figura 13 es una vista superior de la celda de flujo definida con respecto a un detector proporcionado por un circuito integrado según un ejemplo;
la Figura 14 es un excitador de energía luminosa proporcionado por una sola pieza de material que define un tubo de luz y una lente según un ejemplo;
la Figura 15 es una vista en perspectiva de un excitador de energía luminosa que tiene una sola pieza de material que define comúnmente un tubo de luz y una lente, en donde la lente es proporcionada por una lente de Fresnel según un ejemplo; la Figura 16 es una vista lateral en corte de una porción de un detector proporcionado por un circuito integrado que tiene una matriz de sensores de luz y una matriz de guía de luz alineada según un ejemplo;
la Figura 17 es una vista lateral en corte de una porción de un detector proporcionado por un circuito integrado que tiene un sensor de luz y una guía de luz alineada según un ejemplo;
la Figura 18 es un diagrama esquemático de un sistema de control de proceso según un ejemplo;
la Figura 19 es un diagrama de coordinación de perfil espectral que representa perfiles espectrales de una pluralidad de fuentes de luz del excitador de energía luminosa y una pluralidad de fluoróforos que pueden excitarse con el uso de las fuentes de luz de excitación; y
la Figura 20 es un diagrama de flujo que representa el proceso según las reivindicaciones, que puede usarse como soporte de un proceso de secuenciación de ADN para la reconstrucción de secuencias de ADN.
Descripción detallada
En la Figura 1 se representa un excitador 10 de energía luminosa para usar en un sistema 100. El sistema 100 se puede usar para realizar pruebas biológicas o químicas. El sistema 100 incluye un excitador 10 de energía luminosa y un conjunto 20 de detector. El conjunto 20 de detector puede incluir el detector 200 y una celda 282 de flujo. El detector 200 puede incluir una pluralidad de sensores 202 de luz y la superficie 206 de detector para soportar muestras 502, p. ej., analitos que pueden proporcionarse mediante fragmentos de ADN. La superficie 206 de detector según un ejemplo puede definir una pluralidad de cavidades 210 de reacción, y las muestras 502, tales como muestras biológicas o químicas, pueden apoyarse dentro de dichas cavidades 210 de reacción.
El detector 200 puede incluir una pluralidad de guías 214 de luz que reciben luz de excitación y luz de señal de emisiones desde la superficie 206 de detector resultante de la excitación por la luz de excitación. Las guías 214 de luz pueden guiar la luz desde la superficie 206 de detector. Las guías 214 de luz se extienden hacia los sensores 102 de luz respectivos y pueden incluir material de filtrado que bloquea la luz de excitación y permite que la luz de señal de emisiones se propague hacia los sensores de luz respectivos,
Según un ejemplo, el detector 200 puede ser proporcionado por un detector de circuito integrado en estado sólido, tal como un detector de circuito integrado de semiconductor complementario de óxido metálico (CMOS) o un detector de circuito integrado de dispositivo de carga acoplada (CCD).
Según un ejemplo, cada sensor 202 de luz puede alinearse con una guía 214 de luz respectiva y una cavidad 210 de reacción respectiva de modo que el eje 268 longitudinal se extiende a través de un centro geométrico en sección transversal de un sensor 202 de luz, guía 214 de luz y cavidad 210 de reacción. La celda 282 de flujo puede estar definida por la superficie 206 de detector, las paredes 284 laterales y la cubierta 288 de flujo. La cubierta 288 de flujo puede ser una cubierta de transmisión de luz para transmitir luz de excitación proporcionada por el excitador 10 de energía luminosa.
En otro aspecto, el detector 200 puede incluir áreas 218 de apilamiento dieléctrico, intermedias de las guías 214 de luz. Las áreas 218 de apilamiento dieléctrico pueden haber formado circuitos en el mismo, por ejemplo, para leer señales de sensores 202 de luz, digitalización, almacenamiento y procesamiento.
El sistema 100 puede incluir un portal 289 de entrada a través del cual el fluido puede entrar en la celda 282 de flujo y el portal 290 de salida a través del cual el fluido puede salir de la celda 282 de flujo. El portal 289 de entrada y el portal 290 de salida pueden estar definidos por la cubierta 288 de flujo.
Según un ejemplo, el sistema 100 puede usarse para realizar análisis biológicos o químicos con el uso de fluoróforos. En este ejemplo, se puede hacer que un fluido que tenga al menos tres fluoróforos fluya dentro y fuera de la celda 282 de flujo a través del puerto de entrada usando el portal 289 de entrada y el portal 290 de salida. Los fluoróforos pueden atraer varias muestras 502 y, por lo tanto, por sus fluoróforos de detección pueden actuar como marcadores para las muestras 502, por ejemplo, analitos biológicos o químicos a los que atraen.
Para detectar la presencia de un fluoróforo dentro de la celda 282 de flujo, el excitador 10 de energía luminosa puede energizarse de modo que la luz 101 de excitación en un rango de longitud de onda de excitación sea emitida por el excitador 10 de energía luminosa. Al recibir luz de excitación, los fluoróforos unidos a las muestras 502 pueden irradiar luz 501 de señal de emisiones, que es la señal de interés para la detección por parte de los sensores 202 de luz. Las luz 501 de señal de emisiones debida a la fluorescencia de un fluoróforo unido a una muestra 502 tendrá un rango de longitud de onda desplazado hacia el rojo con respecto a un rango de longitud de onda de luz 101 de excitación.
El excitador 10 de energía luminosa puede activarse para emitir luz 101 de excitación para excitar los fluoróforos que están unidos a las muestras 502. Al ser excitados por la luz 101 de excitación, los fluoróforos unidos a las muestras 5102 pueden emitir fluorescencia para irradiar luz 501 de señal de emisiones en un intervalo de longitud de onda que tiene longitudes de onda más largas que las de un intervalo de longitud de onda de la luz 101 de excitación. La presencia o ausencia de luz 501 de señal de emisiones puede indicar una característica de una muestra 502. Las guías 214 de luz según un ejemplo pueden filtrar luz en el intervalo de longitud de onda de la luz 101 de excitación transmitida por el excitador 10 de energía luminosa de modo que los sensores 202 de luz no detecten la luz 101 de excitación como la luz 501 de señal de emisiones.
El sistema 100, en el área 300 de sistemas de soporte de pruebas, incluye el sistema 310 de control de proceso, el sistema 320 de control de fluido, el sistema 330 de almacenamiento de fluido y puede incluir adicionalmente la interfaz 340 de usuario que permite que un operador ingrese entradas para el control del sistema 100. El sistema 310 de control de proceso según un ejemplo puede proporcionarse mediante un sistema basado en procesador. El sistema 310 de control de proceso puede ejecutar diversos procesos biológicos o químicos, tales como procesos de reconstrucción de secuencias de ADN. Según un ejemplo, para el funcionamiento de un proceso biológico o químico, el sistema 310 de control de proceso puede enviar señales de control coordinadas, p. ej., al excitador 10 de energía luminosa, al detector 200 y/o al sistema 320 de control de fluido. El sistema 330 de almacenamiento de fluidos se configura para almacenar fluidos que fluyen a través de la celda 282 de flujo.
El excitador 10 de energía luminosa incluye al menos dos fuentes de luz. Según un ejemplo, el excitador 10 de energía luminosa puede incluir uno o más elementos de formación de luz. El excitador 10 de energía luminosa puede incluir uno o más componentes ópticos para dar forma a las emisiones de luz, dirigiendo la luz emitida desde las al menos dos fuentes de luz. Las al menos dos fuentes de luz pueden incluir, p. ej., uno o más tubos de luz, lente, cuña, prisma, reflector, filtro, rejilla, colimador o cualquier combinación de los anteriores.
La Figura 2 ilustra un excitador 10 de energía luminosa según un ejemplo. El excitador 10 de energía luminosa puede incluir un banco 102 de fuentes de luz que tiene al menos dos fuentes de luz, p. ej., fuente 102A-102Z de luz y diversos elementos ópticos para dirigir la luz a lo largo del eje óptico 106, que en el ejemplo mostrado es un eje plegado.
El excitador 10 de energía luminosa puede incluir un tubo 110 de luz y una lente 114 para dar forma a los rayos de luz de excitación transmitidos a través del tubo 110 de luz. El tubo de luz 110 y la lente 114 pueden tener centros geométricos en sección transversal centrados en el eje óptico 106.
El tubo 110 de luz puede incluir una superficie 109 de entrada de luz y una superficie 111 de salida de luz. La luz 101 de excitación emitida desde el banco 102 de fuentes de luz puede entrar en la superficie 109 de entrada de luz y puede salir de la superficie 111 de salida de luz del tubo 110 de luz. El tubo 110 de luz, al tener un índice de refracción seleccionado para proporcionar reflejos internos, puede reflejar los rayos de luz recibidos desde el banco 102 de fuentes de luz en varias direcciones para homogeneizar la luz de modo que los rayos de luz de salida transmitidos a través del tubo 110 de luz sean homogéneos. Por lo tanto, incluso cuando una fuente de luz del banco 102 de fuentes de luz pueda tener “ puntos calientes” o se disponga asimétricamente con respecto al tubo 110 de luz o tenga otras irregularidades, puede producirse luz homogénea en la superficie 111 de salida de luz del tubo 110 de luz.
El tubo 110 de luz, al tener un índice de refracción seleccionado para proporcionar reflejos internos, puede confinar los rayos de luz de excitación que recibe y transmite al área volumétrica delimitada por las superficies de pared lateral que definen el tubo 110 de luz. El tubo 110 de luz puede formarse a partir de material transmisor de luz homogéneo, p. ej., policarbonato o vidrio de sílice.
Según un ejemplo, el tubo 110 de luz puede tener una construcción cónica definida por un diámetro creciente a lo largo de su longitud en una dirección desde la superficie 109 de entrada de luz hasta la superficie 111 de salida de luz del tubo 110 de luz. Según un ejemplo, el tubo 110 de luz puede tener una construcción cónica definida por un diámetro que aumenta linealmente a lo largo de su longitud en una dirección desde la superficie 109 de entrada de luz hasta la superficie 111 de salida de luz del tubo 110 de luz.
Según un ejemplo, el excitador 10 de energía luminosa puede configurarse de modo que la lente 114 pueda obtener imágenes de la superficie 111 de salida de luz del tubo 110 de luz en el plano 130 de imagen y, según un sistema ilustrativo 100, puede configurarse de modo que el plano 130 de imagen coincida con la superficie 206 de detector que puede configurarse para soportar una muestra 502, tal como un fragmento de ADN. La lente 114, al formar imágenes de un plano de objeto sobre un plano de imagen, puede proyectar una imagen de luz homogeneizada presente en la superficie 111 de salida de luz del tubo 110 de luz sobre la muestra que soporta la superficie 206 de detector del detector 200 (Figura 1).
Los ejemplos de la presente memoria reconocen que, si bien el banco 102 de fuentes de luz puede seleccionarse de modo que los rayos de luz de excitación emitidos desde el banco 102 de fuentes de luz no incluyan rayos de luz en el intervalo de fluorescencia, los rayos de luz en el intervalo de fluorescencia pueden, no obstante, irradiarse dentro del excitador 10 de energía luminosa como resultado de la autofluorescencia. En otro aspecto, el excitador 10 de energía luminosa puede incluir un filtro 122 de paso corto para filtrar las longitudes de onda del intervalo de fluorescencia que se irradian como resultado de la autofluorescencia desde dentro del excitador 10 de energía luminosa, p. ej., que se irradian desde la lente 114, el tubo 110 de luz y el reflector 118, así como otras superficies del excitador 10 de energía luminosa
El excitador 10 de energía luminosa puede incluir un reflector 118 de luz para plegar el eje 106 óptico de modo que el eje 106 óptico cambie la dirección desde una primera dirección en la que el eje 106 óptico se extiende paralelo al eje Y de referencia mostrado hasta una segunda dirección en la que el eje 106 óptico se extiende paralelo al eje Z de referencia mostrado. El excitador 10 de energía luminosa puede incluir una ventana 126 que tiene un centro en sección transversal centrado en el eje 106 óptico, así como un alojamiento 134 y otros componentes de soporte para soportar los diversos componentes ópticos en cierta relación espacial tal como la cierta relación espacial representada en la Figura 1.
En la Figura 3 se muestra un diagrama de trazado de rayos para el excitador 10 de energía luminosa del ejemplo de la Figura 2. Con referencia al diagrama de trazado de rayos de la Figura 3, la lente 114 puede formar imágenes de un plano 112 de objeto que puede definirse en la superficie 111 de salida de luz del tubo 110 de luz sobre un plano 130 de imagen que puede ubicarse en la superficie 206 de detector que puede adaptarse para soportar muestras biológicas o químicas. Como se observa en el diagrama de trazado de rayos de la Figura 3, los rayos de luz que salen de la superficie 111 de salida de luz del tubo 110 de luz pueden ser rayos de luz divergentes que divergen en un ángulo de divergencia que está suficientemente restringido para que la mayoría de los rayos de luz que salen de la superficie 111 de salida de luz del tubo 110 de luz se reciban en la superficie de entrada de luz de la lente 114. Los ejemplos de la presente memoria reconocen que, si bien los tubos de luz son útiles para fines de homogeneización de luz, son capaces de transmitir rayos de luz de salida que salen en grandes ángulos de divergencia máximos, p. ej., acercándose a 90°
Los ejemplos de la presente memoria reconocen, por ejemplo, que en el caso de que el tubo 110 de luz se construya alternativamente y que tenga un diámetro uniforme, es decir, un diámetro no cónico, un porcentaje sustancial de los rayos de luz de salida que salen del tubo 110 de luz puede salir de la superficie 111 de salida de luz en un ángulo de divergencia que es lo suficientemente grande como para que una superficie 113 de entrada de luz de la lente 114 pueda no recoger los rayos de luz de salida. Los ejemplos de la presente memoria reconocen que proporcionar un tubo 110 de luz que sea de construcción cónica, que se estreche a lo largo de su longitud y que tenga un centro en sección transversal geométrica centrado en el eje 106 óptico y que incluya un índice de refracción apropiado proporciona reflexiones dentro del tubo de luz 110 de modo que la luz que sale de los rayos de luz que salen de la superficie 111 de salida de luz del tubo 110 de luz salen de la superficie 111 de salida de luz del tubo 110 de luz en un ángulo que se reduce en relación con un ángulo de 90° de la divergencia máxima.
En el ejemplo descrito con referencia a las Figuras 2 y 3, los rayos de luz de salida que salen de la superficie 111 de salida de luz del tubo 110 de luz pueden definir un cono 1100 de luz divergente que tiene rayos de luz que divergen en ángulos que varían de cero grados hasta un ángulo de divergencia máximo con respecto a un rayo de luz de referencia que se extiende desde la superficie de salida de luz en una dirección paralela al eje 106 óptico. El cono 1100 de luz divergente definido puede divergir en el ángulo de divergencia máximo con respecto al eje 106 óptico. Según un ejemplo, el ángulo de divergencia máximo es un ángulo de divergencia diseñado de modo que la mayoría de los rayos de luz de salida que salen de la superficie 111 de salida de luz se recogen en una superficie de entrada de luz de la lente 114. Según un ejemplo, el excitador 10 de energía luminosa se configura de modo que los rayos de luz de excitación de luz que salen de la superficie 111 de salida divergen en un ángulo de divergencia máximo con respecto a un rayo de luz de referencia que se extiende desde la superficie de salida de luz en una dirección paralela al eje 106 óptico que es suficientemente pequeño como para garantizar la recogida en la superficie 113 de entrada de luz de la lente 114.
Según un ejemplo, el excitador 10 de energía luminosa puede configurarse de modo que los rayos de luz de salida que salen de la superficie 111 de salida de luz del tubo 110 de luz definen un cono 1100 de luz divergente que tiene rayos de luz que divergen en ángulos que van desde cero grados hasta un ángulo de divergencia máximo con respecto a un rayo de luz de referencia que se extiende desde la superficie de salida de luz en una dirección paralela al eje 106 óptico, en donde el tubo 110 de luz se configura de modo que el ángulo de divergencia máximo sea de aproximadamente 60 grados o menos. Según un ejemplo, el excitador 10 de energía luminosa se configura de modo que los rayos de luz de salida que salen de la superficie 111 de salida de luz del tubo 110 de luz definen un cono 1100 de luz divergente que tiene rayos de luz que divergen en ángulos que van desde cero grados hasta un ángulo de divergencia máximo con respecto a un rayo de luz de referencia que se extiende desde la superficie de salida de luz en una dirección paralela al eje 106 óptico, en donde el tubo 110 de luz se configura de modo que el ángulo de divergencia máximo sea de aproximadamente 50 grados o menos. Según un ejemplo, el excitador 10 de energía luminosa se configura de modo que los rayos de luz de salida que salen de la superficie 111 de salida de luz del tubo 110 de luz definen un cono 1100 de luz divergente que tiene rayos de luz que divergen en ángulos que van desde cero grados hasta un ángulo de divergencia máximo con respecto a un rayo de luz de referencia que se extiende desde la superficie de salida de luz en una dirección paralela al eje 106 óptico, en donde el tubo 110 de luz se configura de modo que el ángulo de divergencia máximo sea de aproximadamente 40 grados o menos. Según un ejemplo, el excitador 10 de energía luminosa se configura de modo que los rayos de luz de salida que salen de la superficie 111 de salida de luz del tubo 110 de luz definen un cono 1100 de luz divergente que tiene rayos de luz que divergen en ángulos que van desde cero grados hasta un ángulo de divergencia máximo con respecto a un rayo de luz de referencia que se extiende desde la superficie de salida de luz en una dirección paralela al eje 106 óptico, en donde el tubo 110 de luz se configura de modo que el ángulo de divergencia máximo sea de aproximadamente 35 grados o menos. Según un ejemplo, el excitador 10 de energía luminosa se configura de modo que los rayos de luz de salida que salen de la superficie 111 de salida de luz del tubo 110 de luz definen un cono 1100 de luz divergente que tiene rayos de luz que divergen en ángulos que van desde cero grados hasta un ángulo de divergencia máximo con respecto a un rayo de luz de referencia que se extiende desde la superficie de salida de luz en una dirección paralela al eje 106 óptico, en donde el tubo 110 de luz se configura de modo que el ángulo de divergencia máximo sea de aproximadamente 30 grados o menos.
Para proporcionar funcionalidad en la formación de imágenes, la lente 114 puede hacer converger rayos de luz de excitación recibidos transmitidos a través del tubo 110 de luz. En el ejemplo descrito con referencia a las Figuras 2 y 3, los rayos de luz de salida que salen de la superficie 115 de salida de luz de la lente 114 pueden definir un cono 1400 de luz convergente que tiene rayos de luz que convergen en ángulos que van desde cero grados hasta un ángulo de convergencia máximo con respecto a un rayo de luz de referencia que se extiende desde la superficie de salida de luz en una dirección paralela al eje 106 óptico, en donde la lente 114 se configura de modo que el ángulo de convergencia máximo sea de aproximadamente 60 grados o menos. El cono 1400 de luz convergente definido puede converger en el ángulo de convergencia máximo con respecto al eje 106 óptico. En el ejemplo descrito con referencia a las Figuras 2 y 3, los rayos de luz de salida que salen de la superficie 115 de salida de luz de la lente 114 pueden definir un cono 1400 de luz convergente que tiene rayos de luz que convergen en ángulos que van desde cero grados hasta un ángulo de convergencia máximo con respecto a un rayo de luz de referencia que se extiende desde la superficie de salida de luz en una dirección paralela al eje 106 óptico, en donde la lente 114 se configura de modo que el ángulo de convergencia máximo sea de aproximadamente 50 grados o menos. En el ejemplo descrito con referencia a las Figuras 2 y 3, los rayos de luz de salida que salen de la superficie 115 de salida de luz de la lente 114 pueden definir un cono 1400 de luz convergente que tiene rayos de luz que convergen en ángulos que van desde cero grados hasta un ángulo de convergencia máximo con respecto a un rayo de luz de referencia que se extiende desde la superficie de salida de luz en una dirección paralela al eje 106 óptico, en donde la lente 114 se configura de modo que el ángulo de convergencia máximo sea de aproximadamente 40 grados o menos. En el ejemplo descrito con referencia a las Figuras 2 y 3, los rayos de luz de salida que salen de la superficie 115 de salida de luz de la lente 114 pueden definir un cono 1400 de luz convergente que tiene rayos de luz que convergen en ángulos que van desde cero grados hasta un ángulo de convergencia máximo con respecto a un rayo de luz de referencia que se extiende desde la superficie de salida de luz en una dirección paralela al eje 106 óptico, en donde la lente 114 se configura de modo que el ángulo de convergencia máximo sea de aproximadamente 35 grados o menos. En el ejemplo descrito con referencia a las Figuras 2 y 3, los rayos de luz de salida que salen de la superficie 115 de salida de luz de la lente 114 pueden definir un cono 1400 de luz convergente que tiene rayos de luz que convergen en ángulos que van desde cero grados hasta un ángulo de convergencia máximo con respecto a un rayo de luz de referencia que se extiende desde la superficie de salida de luz en una dirección paralela al eje 106 óptico, en donde la lente 114 se configura de modo que el ángulo de convergencia máximo sea de aproximadamente 30 grados o menos.
La Figura 4 ilustra el banco 102 de fuentes de luz según un ejemplo. El banco 102 de fuentes de luz incluye al menos dos fuentes de luz. Según un ejemplo, las al menos dos fuentes de luz pueden proporcionarse mediante una o más fuentes de luz basadas en electroluminiscencia, p. ej., un diodo emisor de luz, una celda electroquímica emisora de luz, un cable electroluminiscente o un láser, o cualquier combinación de los anteriores. En el ejemplo descrito en la Figura 4, el banco 102 de fuentes de luz incluye una pluralidad de fuentes de luz 102A-102J proporcionadas por una pluralidad de diodos emisores de luz (LED). Las fuentes de luz 102A-102G en el ejemplo descrito son LED verdes que emiten rayos de luz de excitación en la banda de longitud de onda verde y las fuentes 102H-102J de luz son LED azules que emiten rayos de luz de excitación en la banda de longitud de onda azul. Las fuentes de luz 102A-102J proporcionadas por los LED pueden disponerse en la placa 1020 de circuito impreso según un ejemplo. En el funcionamiento del sistema 100, el sistema 310 de control de proceso puede controlar la energización de las fuentes de luz 102A-102J proporcionadas por los LED de modo que uno o más LED de una determinada banda de emisión se activen selectivamente en un momento determinado. Las fuentes de luz 102A-102J según un ejemplo pueden proporcionarse mediante LED de emisión de superficie. Los LED, tales como los LED de emisión de superficie, pueden tener patrones de emisiones que correlacionan ángulos de rayos con intensidad de luz. Los patrones de emisiones de LED pueden ser una función de dichos parámetros como la geometría de la matriz, la ventana de la matriz, los índices y la refracción de materiales que dan forma a la luz. Según un ejemplo, los patrones de emisiones pueden ser lambertianos, es decir, se especifica que la intensidad es proporcional al coseno del ángulo de emisión con respecto a la normal.
El sistema 310 de control de proceso energiza solo las fuentes de luz 102A-102G proporcionadas por los LED verdes durante un primer período de exposición del detector 200 en el que se exponen los sensores 202 de luz, y energiza solo las fuentes de luz 102H-102J proporcionadas por los LED azules durante un segundo período de exposición del detector 200 en el que se exponen los sensores 202 de luz (o viceversa). Proporcionar un banco 102 de fuentes de luz que emitan en dos longitudes de onda máximas seleccionables independientemente facilita un proceso de química del tinte que puede usar excitación tanto verde (532 nm) como azul (470 nm). Según un ejemplo, el banco 102 de fuentes de luz puede incluir una fuente de luz, p. ej., un LED rojo dispuesto en la placa 1020 de circuitos impresos que se emite en una longitud de onda central de banda roja (p. ej., roja: 630 nm). Proporcionar iluminación roja facilita los procedimientos adicionales de prueba y calibración según un ejemplo.
Se observa con referencia a la Figura 4 que las fuentes de luz que definen el banco 102 de fuentes de luz no necesitan disponerse simétricamente de manera uniforme o según cualquier configuración ordenada. Por ejemplo, se observa que, según la configuración particular mostrada en la Figura 4, en donde las fuentes de luz 102A-102G proporcionadas por los LED verdes se energizan selectivamente manteniendo las fuentes de luz 102H-102J proporcionadas los por LED azules en un estado desenergizado, un mayor porcentaje de rayos de luz de excitación entrará en el tubo 110 de luz a través de un lado izquierdo de la superficie 109 de entrada de luz del tubo 110 de luz, y cuando las fuentes de luz 102H-102J proporcionadas por los LED azules se energizan selectivamente manteniendo los LED verdes en un estado desenergizado, un mayor porcentaje de rayos de luz de excitación entrará en un el tubo de luz a través de un lado derecho de la superficie 109 de entrada de luz del tubo 110 de luz. No obstante, el tubo 110 de luz por sus propiedades de reflexión de luz homogeneiza la luz recibida entrante desequilibrada para producir luz homogeneizada en la superficie 111 de salida de luz del tubo 110 de luz independientemente de la disposición de las fuentes de luz del banco 102 de fuentes de luz. El índice de refracción del tubo 110 de luz se puede seleccionar de tal manera que los rayos de luz del banco 102 de fuentes de luz presenten una reflexión interna total (TIR) dentro del tubo 110 de luz, de manera que en la superficie 111 de salida de luz del tubo 110 de luz se logre una iluminación homogénea (uniforme).
Como se muestra en la Figura 5, el banco 102 de fuentes de luz puede acoplarse al tubo 110 de luz de una manera que garantice una pérdida de luz reducida. En la disposición representada en la Figura 5, hay una vista lateral de los LED que se muestran dispuestos en la placa 1020 de circuito impreso de la Figura 4. En la vista lateral representada en la Figura 5, se muestra que las fuentes de luz 102A, 102C y 102E proporcionadas por los LED corresponden a las fuentes de luz 102A, 102C y 102E, como se representa en la Figura 4. Las fuentes de luz 102A-102J pueden proporcionarse mediante LED que tienen caras de emisión de luz planas representadas como se representa en la Figura 5. Con referencia a la Figura 5, las caras planas de emisión de luz de las fuentes de luz 102A-102J proporcionadas por LED (de las cuales las fuentes de luz 102A, 102C y 102E se muestran en la vista lateral) se acoplan en superficie (acopladas a tope) sobre la superficie 109 de entrada de luz del tubo 110 de luz. La superficie 109 de entrada de luz, al igual que las superficies de emisión de las fuentes de luz 102A-102J proporcionadas por los LED, puede ser plana y llana para garantizar una baja pérdida de luz cuando las fuentes de luz 102A-102J proporcionadas por los LED se acoplan en superficie a la superficie 109 de entrada de luz. Con el uso del acoplamiento en superficie representado en la Figura 5, se puede lograr una eficiencia de acoplamiento que especifica la eficiencia de la transmisión de luz LED a través del tubo 110 de luz de 90 por ciento o mayor y, según un ejemplo, de 98 por ciento o mayor, que se compara favorablemente con la eficiencia de acoplamiento de las fuentes de luz en una lente donde la eficiencia de acoplamiento depende de la apertura numérica de la lente.
Además, en referencia a la Figura 5, se observa que la totalidad de la cara frontal de cada fuente de luz 102A-102J respectiva proporcionada por los LED se opone a la superficie 109 de entrada de luz del tubo 110 de luz, garantizando de este modo que la mayoría de los rayos de luz de excitación emitidos por las fuentes de luz 102A-102J proporcionadas por los LED se reciben en la superficie 109 de entrada de luz del tubo 110 de luz.
El excitador 10 de energía luminosa puede emitir luz 101 de excitación (Figura 1) a un primer intervalo de longitud de onda inferior, p. ej. por debajo de aproximadamente 560 nm, para excitar fluoróforos que, en respuesta a la luz de excitación, emiten fluorescencia para irradiar luz 501 de señal de emisiones a un segundo intervalo de longitud de onda que tiene longitudes de onda más largas, p. ej., que incluyen longitudes de onda más largas que aproximadamente 560 nm. El detector 200 puede configurarse de modo que estas emisiones de intervalo de longitud de onda a longitudes de onda más largas sean detectadas por los sensores 202 de luz. El detector 200 puede incluir guías 214 de luz que pueden formarse a partir de material de filtrado para bloquear la luz en el intervalo de longitud de onda de la luz 101 de excitación de modo que esa luz 501 de señal de emisiones atribuible a los fluoróforos fluorescentes sea recibida selectivamente por los sensores 202 de luz.
Los ejemplos de la presente memoria reconocen que si el excitador 10 de energía luminosa emite luz en una banda de emisión de fluorescencia (intervalo de fluorescencia) dicha luz emitida puede ser detectada de manera no deseada como luz de señal de emisiones por los sensores 202 de luz. Los ejemplos en la presente memoria incluyen características para reducir la emisión de longitudes de onda del intervalo de fluorescencia del excitador 10 de energía luminosa.
Como se ha indicado, el excitador 10 de energía luminosa puede incluir un filtro 122 de paso corto. El filtro 122 de paso corto permite la transmisión de rayos de luz de excitación en la banda de energía de emisión del banco 102 de fuentes de luz, pero bloquea la luz en un intervalo de fluorescencia dentro de la celda 282 de flujo atribuible a componentes autofluorescentes dentro del excitador 110 de energía luminosa. El filtro 122 de paso corto puede disponerse en un extremo distal del excitador 10 de energía luminosa, de modo que el filtro 122 de paso corto pueda rechazar longitudes de onda de intervalo de autofluorescencia atribuibles a materiales autofluorescentes dentro del excitador 10 de energía luminosa. Para facilitar el filtrado de la radiación en el intervalo de autofluorescencia irradiada desde la lente 112 y desde los componentes dispuestos antes de la lente 114 en la dirección de la propagación de la luz, el filtro 122 de paso corto se puede disponer después de la lente 114 en una dirección de propagación de la luz en un extremo distal del excitador 10 de energía luminosa. El filtro 122 de paso corto según un ejemplo puede incluir un sustrato que tenga depositadas sobre el mismo capas alternas de materiales que tengan índices de refracción más altos y más bajos. El índice más alto del material de refracción puede incluir, p. ej., dióxido de titanio (TiO2) o pentóxido de tantalio (TazO) y el índice más bajo de material de refracción pueden incluir, p. ej., dióxido de silicio (SiO2). Las capas de material pueden tener un recubrimiento duro, p. ej., usando pulverización catódica con haz de iones, según un ejemplo.
Para reducir aún más la luz del intervalo de fluorescencia, los materiales del excitador 10 de energía luminosa se pueden seleccionar para reducir la autofluorescencia. Los ejemplos de la presente memoria reconocen que el vidrio de silicato tiene menos autofluorescencia que el policarbonato, un material comúnmente utilizado en los sistemas ópticos. Según un ejemplo, uno o más componentes ópticos del excitador 10 de energía luminosa pueden seleccionarse para formarse a partir de vidrio de silicato. Los ejemplos de la presente memoria reconocen que el vidrio de silicato puede producir una autofluorescencia reducida en relación con un material alternativo para componentes ópticos y, en consecuencia, según un ejemplo, uno o más de los tubos 110 de luz, la lente 114, el filtro 122 de paso corto (sustrato del mismo) y la ventana 126 pueden seleccionarse para formarse a partir de vidrio de silicato para la reducción de la autofluorescencia. Según un ejemplo, uno o más de los tubos 110 de luz, la lente 114, el filtro 122 de paso corto (sustrato del mismo) y la ventana 126 se seleccionan para formarse a partir de vidrio de silicato homogéneo para la reducción de la autofluorescencia. Según un ejemplo, cada uno del tubo 110 de luz, la lente 114, el filtro 122 de paso corto (sustrato del mismo) y la ventana 126 se seleccionan para formarse a partir de vidrio de silicato homogéneo para la reducción de la autofluorescencia.
En la Figura 6 se muestra un diagrama esquemático tridimensional del excitador 10 de energía luminosa. Como se muestra en la Figura 6, una imagen del plano 112 de objeto puede obtenerse a través de la lente 114 sobre el plano 130 de imagen. Como se describe en la presente memoria, el plano 112 de objeto puede definirse en la superficie 111 de salida de luz del tubo 110 de luz, de modo que la imagen de la luz en la superficie 111 de salida de luz se proyecta sobre el plano 130 de imagen, que como se indica puede ubicarse en la superficie 206 de detector (Figura 1) del detector 200 para soportar una muestra. Se entenderá que, debido a que la lente 114 puede obtener imágenes de la superficie 111 de salida de luz del tubo 110 de luz, la forma de la superficie 111 de salida de luz puede captarse en imágenes y, en consecuencia, proyectarse sobre el plano 130 de imagen. Según un ejemplo, la forma de la superficie 111 de salida de luz se selecciona para que corresponda con la forma y el tamaño de la superficie 206 de detector, y el excitador 110 de energía luminosa se configura para obtener imágenes de la forma de la superficie 111 de salida de luz sobre el plano 130 de imagen de modo que la lente 114 proyecta un patrón 107 de iluminación (Figura 3) sobre la superficie 206 de detector que coincide con una forma y tamaño de la superficie 206 de detector.
La configuración del excitador 10 de energía luminosa para proyectar un patrón 107 de luz (Figura 3) sobre la superficie 206 de detector que coincide con una forma y tamaño de la superficie 206 de detector proporciona diversas ventajas. Mediante dicha configuración, el patrón de iluminación proyectado no iluminan áreas fuera de un perímetro del detector 200, lo que es un desperdicio de energía luminosa, y tampoco subilumina áreas que son áreas de interés.
En el ejemplo descrito con referencia a la Figura 6, tanto la superficie 111 de salida de luz como la superficie 206 de detector para soportar una muestra pueden ser de forma rectilínea. Como se observa en la Figura 6, el tubo 110 de luz puede incluir una sección transversal rectilínea (tomada a lo largo de 6-6 transversal al eje 106 óptico) a lo largo de su longitud. Además, como se ha indicado, el tubo 110 de luz puede tener una construcción cónica y puede tener un diámetro creciente a lo largo de su longitud desde la superficie 109 de entrada de luz hasta la superficie 111 de salida de luz del mismo. Cuando el tubo 110 de luz tiene una sección transversal rectilínea, se entenderá que el cono 1100 de luz divergente definido por los rayos de luz de excitación que salen de la superficie 111 de salida de luz del tubo 110 de luz puede tener una sección transversal rectilínea con las esquinas que se vuelven más suaves y más difusas en la dirección de propagación de la luz hacia la superficie 113 de entrada de luz de la lente 114.
Según un ejemplo, el excitador 10 de energía luminosa puede configurarse de modo que el tubo 110 de luz tenga una superficie 111 de salida de luz rectilínea, cuya imagen puede proyectarse mediante la lente 114 sobre la superficie 206 de detector para soportar una muestra, que puede tener un perímetro en forma rectilínea correspondiente a una forma de la superficie 111 de salida de luz.
La Figura 7 ilustra especificaciones para los componentes del excitador 10 de energía luminosa según un ejemplo, mostrando diversos valores de parámetros ópticos para el excitador 10 de energía luminosa según un ejemplo. En el ejemplo ilustrado en la Figura 7, la lente 114 tiene una ampliación 1:1 de modo que un tamaño de la imagen proyectada en el plano 130 de imagen es común con el tamaño del objeto (la superficie 111 de salida de luz) en el plano 112 de objeto. El excitador 10 de energía luminosa según un ejemplo puede producir intensidad de iluminación verde de aproximadamente 5W/cmA2 con una corriente de accionamiento de 2 A por matriz de LED e intensidad de iluminación azul de aproximadamente 7W/cmA2 con una corriente de accionamiento de 2A por matriz de LED. Una uniformidad de iluminación de aproximadamente >75 % puede lograrse dentro de toda el área de iluminación. Los materiales para usar en el excitador 10 de energía luminosa se exponen en la Tabla 1 a continuación.
Table 1
En otro ejemplo, el tubo 110 de luz se puede conformar de tal manera que una superficie 111 de salida de luz del tubo 110 de luz pueda tener una forma distinta de una forma rectilínea, p. ej., pueda tener una sección transversal circular tomada a lo largo de 6-6 transversal al eje 106 óptico). Dicho ejemplo puede ser ventajoso cuando la superficie 206 de detector que soporta la muestra tiene un perímetro que tiene una forma distinta de una forma rectilínea y se corresponde con la forma de la superficie 111 de salida de luz.
El diseño del excitador 10 de energía luminosa puede modificarse fácilmente para optimizarlo, con diferentes detectores según el detector 200 que tengan diferentes superficies 206 de detector con diferentes formas. Por ejemplo, un primer detector según el detector 200 puede tener una superficie 206 de detector de forma rectangular (desde una vista superior a lo largo del eje Z), un segundo detector según el detector 200 puede tener una superficie 206 de detector de forma cuadrada, y un tercer detector según el detector 200 puede tener una superficie 206 de detector en forma de círculo. Debido a que la lente 114 se configura para obtener imágenes del plano 112 de objeto que coincide con la superficie 111 de salida de luz sobre la superficie 206 de detector, el excitador 10 de energía luminosa puede optimizarse para usar con cualquiera de los detectores de forma diferente simplemente cambiando el tubo 110 de luz para que tenga una configuración diferente. Según un ejemplo, como se indica mediante la línea discontinua 132 de la Figura 2, que indica un soporte para sujetar un módulo intercambiable, el excitador 10 de energía luminosa puede tener una construcción modular con un módulo 133 de tubo de luz que puede intercambiarse de manera extraíble y un excitador 10 de energía luminosa puede estar provisto de múltiples de dichos módulos de bloques de tubos de luz, cada uno con uno o más tubos 110 de luz configurados de manera diferente. Optimizar el excitador 10 de energía luminosa para usar con un detector 200 de forma diferente que tiene una superficie 206 de detector de forma diferente puede incluir simplemente cambiar un primer módulo 133 de tubo de luz actualmente instalado que tiene un primer tubo 110 de luz y una primera superficie 111 de salida de luz de tubo de una primera forma con un segundo módulo 133 de tubo de luz que tiene un segundo tubo 110 de luz y una superficie 111 de salida de tubo de luz de una segunda forma que coincide con la forma del detector 200 de forma diferente que tiene una superficie 206 de detector de forma diferente. El excitador 10 de energía luminosa puede configurarse de modo que cuando un módulo diferente se instala en un soporte del alojamiento 114 como se indica mediante la línea discontinua 132, la superficie 111 de salida de luz de un tubo 110 de luz del módulo 133 recién instalado se ubica en el plano 112 de objeto de modo que se pueden obtener imágenes de la superficie 111 de salida de luz del tubo 110 de luz sobre el plano de imagen ubicado en la superficie 206 de detector.
En el ejemplo de la Figura 8, el excitador 10 de energía luminosa puede incluir un tubo 110 de luz como se describe en la presente memoria y un segundo tubo 10B de luz. El tubo 110 de luz puede acoplarse en superficie a una primera fuente de luz 102A, p. ej. proporcionada por un LED, y un tubo 110B de luz puede acoplarse en superficie a una segunda fuente de luz 102B, p. ej. proporcionada por un segundo LED. La fuente de luz 102A y la fuente de luz 102B pueden configurarse para emitir luz en la misma banda de longitud de onda o diferentes bandas de longitud de onda. La lente 114 puede configurarse para obtener imágenes del plano 112 de objeto definido en la superficie 111 de salida de luz del tubo 110 de luz y el segundo tubo 110B de luz sobre el plano 130 de imagen que puede definirse en la superficie 206 de detector. Por lo tanto, el excitador 10 de energía luminosa puede proyectar dos patrones 107A y 107B de iluminación separados sobre la superficie 206 de detector, lo que puede ser ventajoso en caso de que un diseñador de pruebas biológicas o químicas desee separar una superficie 206 de detector en áreas de prueba separadas. Según un ejemplo, un diseñador de pruebas puede especificar que se realizará una prueba usando un primer detector según el detector 200 y un segundo detector según el detector 200, y el sistema 100 puede configurarse de modo que el excitador 10 de energía luminosa proyecte las áreas 107 y 17B de iluminación sobre las superficies 206 de detector separadas respectivamente del primer y segundo detectores 200 diferentes.
En la presente memoria se describe un excitador 10 de energía luminosa que tiene una fuente de luz 102A y una segunda fuente de luz 102B, en donde el tubo 110 de luz recibe luz de excitación de la fuente de luz 102A, y en donde el excitador comprende un segundo tubo 110B de luz alojado en un alojamiento 134 común con el tubo 110 de luz, en donde el segundo tubo 110B de luz recibe la luz de excitación de la segunda fuente de luz 102B, en donde el tubo 110 de luz y el segundo tubo 110B de luz propagan la luz de excitación emitida desde la primera fuente de luz 102A y la segunda fuente de luz 102B, respectivamente, y en donde el excitador 10 de energía luminosa forma la luz de excitación que se propaga, respectivamente, a través del tubo 110 de luz y el segundo tubo 110B de luz para definir la primera y segunda áreas 107 y 107B de iluminación separadas.
La configuración como se muestra en la Figura 8 puede definir un eje 106 óptico y un segundo eje 106B óptico. En el sistema de un solo canal como se representa en las Figuras 2-7, el eje 106 óptico puede coubicarse con un eje 1060 central de la lente 114. En el ejemplo de la Figura 8, cada eje 106 óptico y el eje 106B óptico pueden desplazarse y estar en paralelo con respecto al eje 1060 central de la lente 114. Cada uno de los tubos 110 de luz y el tubo 110B de luz pueden definir un cono 1100 y 1100B de luz divergente respectivamente que tiene las características de ángulo de divergencia del cono 1100 de luz divergente descrito con referencia al diagrama de trazado de rayos (sistema de canal único) descrito con referencia a la Figura 3. La lente 114 puede definir conos 1400 y 1400B de luz convergente respectivos que tienen las características del ángulo de convergencia del cono 1400 de luz convergente descrito con referencia al diagrama de trazado de rayos (sistema de un solo canal) descrito con referencia a la Figura 3.
Según un ejemplo, el tubo 110 de luz y el tubo 110B de luz para definir el primer y segundo canal de iluminación pueden incluirse en un conjunto de módulos 133 intercambiables como se describe en la presente memoria que pueden instalarse de manera intercambiable en un soporte definido del alojamiento 134 del excitador 10 de energía luminosa, indicado por la línea 132 discontinua descrito en relación con la Figura 2.
La Figura 9 ilustra una vista en corte de la forma física del excitador 10 de energía luminosa. Como se muestra en la Figura 9, el excitador 10 de energía luminosa se puede montar en un disipador 702 de calor para extraer calor del excitador 10 de energía luminosa para mejorar el rendimiento del excitador 10 de energía luminosa. La Figura 10 es una vista en perspectiva de la forma física del sistema 100 que tiene un excitador 10 de energía luminosa acoplado al conjunto 20 de detector. Como se muestra en la Figura 10, el conjunto 20 de detector puede incluir un cartucho 802 que aloja la celda 282 de flujo. La celda 282 de flujo puede definirse mediante el marco 902 de celda de flujo, como se muestra en la Figura 11, que ilustra una vista en perspectiva de la forma física del conjunto del marco 902 de celda de flujo que define la celda 282 de flujo. El marco 902 de celda de flujo puede incluir, por ejemplo, paredes laterales 284 y una cubierta 288 de flujo como se representa en la vista esquemática de la Figura 1.
La Figura 12 muestra detalles constructivos que ilustran los componentes internos del cartucho 802 del conjunto 20 de detector. El cartucho 802 como se muestra en la Figura 12 puede configurarse para incluir características 806 de coincidencia física que facilitan la alineación del excitador 10 de energía luminosa con el detector 200. Como se muestra en la Figura 2, el detector 200 se muestra ubicado en una ubicación establecida por el marco 902 de celda de flujo que tiene el detector 200 y la celda 282 de flujo alojados en la ranura 814 del cartucho 802. Se pueden proporcionar características 806 de coincidencia física para capturar características correspondientes del excitador 10 de energía luminosa que se definen en una porción de extremo distal del alojamiento 134 del excitador 10 de energía luminosa. Para acoplar el excitador 10 de energía luminosa al conjunto 20 de detector y al detector 200, una porción de extremo distal del alojamiento 134 del excitador 10 de energía luminosa se puede insertar en el receptáculo 826 del cartucho 802 del conjunto 20 de detector y disponerse de modo que un extremo distal del alojamiento 134 del excitador 10 de energía luminosa coincida con las correspondientes características 806 de coincidencia como se muestra en la Figura 12, de modo que el excitador 10 de energía luminosa se alinee correctamente con la celda 282 de flujo y el detector 200 como se muestra en la Figura 1.
La Figura 13 ilustra una vista superior de una celda 282 de flujo dispuesta sobre el detector 200. Según un ejemplo, como se muestra en la Figura 13, la celda 282 de flujo puede incluir paredes laterales 283 que dan forma a la celda 282 de flujo de modo que menos de la totalidad de los sensores 202 de luz se activan durante una prueba biológica o química. El detector 200 según un ejemplo puede incluir una matriz de 14 M de sensores de luz que pueden considerarse píxeles y la celda 282 de flujo puede configurarse mediante paredes 283 de celda de flujo de modo que aproximadamente 8 M de los sensores 202 de luz se activan durante una prueba biológica o química.
Ejemplos alternativos del excitador 10 de energía luminosa se describen con referencia a las Figuras 14 y 15. Según un ejemplo como se muestra en la Figura 14, la lente 114 puede conformarse integralmente con el tubo 110 de luz. La Figura 14 ilustra el tubo 110 de luz y la lente 114 conformados integralmente en una sola pieza de material que define tanto el tubo 110 de luz como la lente 114. El excitador 10 de energía luminosa puede configurarse de modo que la lente 114 conformada integralmente con el tubo 110 de luz proyecte luz homogeneizada sobre un plano 130 de imagen que puede definirse en la superficie 206 de detector para soportar una muestra (Figura 1).
La Figura 15 ilustra otro ejemplo de excitador 10 de energía luminosa que tiene una lente 114 integrada que se conforma integralmente con el tubo 110 de luz y se define con una sola pieza de material que normalmente define tanto la lente 114 como el tubo 110 de luz. En el ejemplo de la Figura 15, la lente 114 se muestra proporcionada por una lente de Fresnel. Las lentes de Fresnel pueden producir rayos de luz convergentes con espesores de lente reducidos y, por lo tanto, pueden proporcionar ventajas de ahorro de espacio. La lente 114 en el ejemplo de la Figura 13 puede proyectar luz homogeneizada reflejada dentro del tubo 110 de luz sobre el plano 130 de imagen que puede definirse en la superficie 206 de detector que soporta la muestra. En cualquier ejemplo en la presente memoria, incluido el ejemplo de las Figuras 14 y 15, se puede depositar directamente un recubrimiento de filtro en la superficie 115 de salida de luz de la lente 114 para retirar un filtro discreto 22 del excitador 10 de energía luminosa.
Las Figuras 16 y 17 ilustran detalles adicionales del conjunto 20 de detector y el detector 200 según un ejemplo que puede usarse con el excitador 10 de energía luminosa.
En el ejemplo ilustrado que se muestra en la Figura 16, la celda 282 de flujo está definida por la superficie 206 de detector, la pared 284 lateral y una cubierta 288 de flujo soportada por la pared 284 lateral y otras paredes laterales (no mostradas). Las paredes laterales se acoplan a la superficie 206 de detector y se extienden entre la cubierta 288 de flujo y la superficie 206 de detector. En algunos ejemplos, las paredes laterales se forman a partir de una capa adhesiva curable que une la cubierta 288 de flujo al detector 200.
La celda 282 de flujo puede incluir una altura H1. Solo a manera de ejemplo, la altura H1 puede estar entre aproximadamente 50 |um y 400 |um, más particularmente, entre aproximadamente 80 |um y 200 |um. La cubierta 288 de flujo puede incluir un material que puede transmitir la luz a la luz 101 de excitación que se propaga desde un exterior del conjunto 20 detector hasta el interior de la celda 282 de flujo.
Como también se muestra, la cubierta 288 de flujo puede definir el portal 289 de entrada y el portal 290 de salida que se configuran para acoplarse fluídicamente a otros puertos (no mostrados). Por ejemplo, los otros portales pueden ser desde un cartucho (no mostrado) o una estación de trabajo (no mostrada).
El detector 200 puede incluir una matriz 201 de sensores de sensores 202 de luz, una matriz 213 de guías de guías 214 de luz, y una matriz 209 de reacción de las cavidades 210 de reacción. En determinados ejemplos, los componentes están dispuestos de manera que cada sensor 202 de luz se alinea con una única guía 214 de luz y una única cavidad 210 de reacción. Sin embargo, en otros ejemplos, un único sensor 202 de luz puede recibir fotones a través de más de una guía 214 de luz. En algunos ejemplos puede proporcionarse más de una guía de luz y/o una cavidad de reacción para cada sensor de luz de una matriz de sensores de luz.
En algunos ejemplos puede proporcionarse más de una guía de luz y/o sensores de luz alineados con una cavidad de reacción de una matriz de cavidades de reacción. El término “ matriz” no incluye necesariamente todos y cada uno de los elementos de un determinado tipo que pueda tener el detector 200. Por ejemplo, la matriz 201 de sensores de los sensores 202 de luz puede no incluir todos y cada uno de los sensores de luz del detector 200. Como otro ejemplo, la matriz 213 de guías puede no incluir todas y cada una de las guías 214 de luz del detector 200. Como otro ejemplo, la matriz 209 de reacción puede no incluir todas y cada una de las cavidades 210 de reacción del detector 200. Como tal, salvo que se indique explícitamente lo contrario, el término “matriz” puede incluir o no incluir todos esos elementos del detector 200.
El detector 200 tiene una superficie 206 de detector que puede funcionalizarse (p. ej., modificarse química o físicamente de una manera adecuada para realizar reacciones designadas). Por ejemplo, la superficie 206 de detector puede funcionalizarse y puede incluir una pluralidad de sitios de reacción que tienen una o más biomoléculas inmovilizadas en la misma. La superficie 206 de detector puede tener una matriz 209 de reacción de cavidades 210 de reacción. Cada una de las cavidades 210 de reacción puede incluir uno o más de los sitios de reacción. Las cavidades 210 de reacción pueden definirse, por ejemplo, mediante una hendidura o cambio en la profundidad a lo largo de la superficie 206 de detector. En otros ejemplos, la superficie 206 de detector puede ser sustancialmente plana.
La Figura 17 es una sección transversal ampliada del detector 200 que muestra varias características con mayor detalle. Más específicamente, la Figura 17 muestra un único sensor 202 de luz, una única guía 214 de luz para dirigir la luz 501 de señal de emisiones hacia el sensor 202 de luz, y circuitos 246 asociados para transmitir señales basados en la luz 501 de señal de emisiones (p. ej., fotones) detectados por el sensor 202 de luz. Se entiende que los otros sensores 202 de luz de la matriz 201 de sensores (Figura 16) y los componentes asociados pueden configurarse de manera idéntica o similar. Sin embargo, también se entiende que no es necesario que el detector 200 se fabrique de manera idéntica o completamente uniforme. En cambio, uno o más sensores 202 de luz y/o componentes asociados pueden fabricarse de manera diferente o tener diferentes relaciones entre sí.
Los circuitos 246 pueden incluir elementos conductores interconectados (p. ej., conductores, pistas, vías, interconexiones, etc.) que son capaces de conducir corriente eléctrica, tal como la transmisión de señales de datos que se basan en fotones detectados. El detector 200 comprende un circuito integrado que tiene una matriz plana de los sensores 202 de luz. Los circuitos 246 formados dentro del detector 200 pueden configurarse para al menos una de las señales de lectura de los sensores 202 de luz expuestos durante un período de exposición (período de integración) en el que se acumula carga en el sensor 202 de luz, en dependencia de la luz 501 de señal de emisión recibida por los sensores 202 de luz, amplificación de señal, digitalización, almacenamiento y procesamiento. Los circuitos 246 pueden recoger y analizar la luz 501 de señal de emisiones detectada y generar señales de datos para comunicar datos de detección a un sistema de bioensayo. Los circuitos 246 también pueden realizar un procesamiento adicional de señales analógicas y/o digitales en el detector 200. Los sensores 202 de luz pueden acoplarse eléctricamente a los circuitos 246 a través de las entradas 241-243.
El detector 200 según un ejemplo puede ser proporcionado por un detector de circuitos integrado en estado sólido tal como un detector de circuito integrado CMOS o un detector de circuito integrado CCD. El detector 200 según un ejemplo puede ser un chip de circuito integrado fabricado usando procesos de fabricación de circuitos integrados, tales como procesos de fabricación de semiconductores complementarios de óxido metálico (CMOS).
La resolución de la matriz 201 de sensores definida por los sensores 202 de luz puede ser mayor de aproximadamente 0,5 megapíxeles (Mpíxeles). En ejemplos más específicos, la resolución puede ser mayor de aproximadamente 5 Mpíxeles y, más particularmente, mayor de aproximadamente 14 Mpíxeles.
El detector 200 puede incluir una pluralidad de capas 231-237 apiladas que incluyen una capa 231 de sensor, cuya capa 231 de sensor puede ser una capa de silicio. Las capas apiladas pueden incluir una pluralidad de capas 232-237 dieléctricas. En el ejemplo ilustrado, cada una de las capas 232-237 dieléctricas incluye elementos metálicos (p. ej., W (tungsteno), Cu (cobre) o Al (aluminio)) y material dieléctrico, p. ej., SiO2. Se pueden usar diversos elementos metálicos y material dieléctrico, tales como los adecuados para la fabricación de circuitos integrados. Sin embargo, en otros ejemplos, una o más de las capas 232-237 dieléctricas pueden incluir solo material dieléctrico, tal como una o más capas de SiO2.
Con respecto al ejemplo específico de la Figura 17, las capas 232-237 dieléctricas pueden incluir capas de metalización que se marcan como capas M1-M5 en la Figura 17. Como se muestra, las capas de metalización, M1-M5 pueden configurarse para formar al menos una parte de los circuitos 246.
En algunos ejemplos, el detector 200 puede incluir una estructura 250 de blindaje que tiene una o más capas que se extienden a través de una zona por encima de la capa M5 de metalización. En el ejemplo ilustrado, la estructura 250 de blindaje puede incluir un material que se configura para bloquear las señales de luz que se propagan desde la celda 282 de flujo. Las señales de luz pueden ser la luz 101 de excitación y/o la luz 501 de señal de emisiones. A manera de ejemplo únicamente, la estructura 250 de blindaje puede comprender tungsteno (W). Solo a manera de ejemplo específico, la luz de excitación puede tener una longitud de onda máxima de aproximadamente 523 nm (luz verde) o 456 nm (luz azul) y la luz 501 de señal de emisiones puede incluir longitudes de onda de aproximadamente 570 nm y más largas (Figura 4).
Como se muestra en la Figura 17, la estructura 250 de blindaje puede incluir una abertura 252 a través de la misma. La estructura 250 de blindaje puede incluir una matriz de dichas aberturas 252. La abertura 252 puede dimensionarse para permitir que la luz de emisión de señales se propague hacia la guía 214 de luz. El detector 200 también puede incluir una capa 256 de pasivación que se extiende a lo largo de la estructura 250 de blindaje y a través de las aberturas 252. El detector 200 también puede incluir una capa 258 de pasivación que comprende la superficie 206 de detector que se extiende a lo largo de la capa 256 de pasivación y a través de las aberturas 252. La estructura 250 de blindaje puede extenderse sobre las aberturas 252, cubriendo de este modo directa o indirectamente las aberturas 252. La capa 256 de pasivación y la capa 258 de pasivación pueden configurarse para proteger las capas de menor elevación y la estructura 250 de blindaje frente al entorno fluídico de la celda 282 de flujo. Según un ejemplo, la capa 256 de pasivación está formada por SiN o similar. Según un ejemplo, la capa 258 de pasivación se forma a partir de pentóxido de tántalo (Ta2O5) o similar. La estructura 260 que tiene una capa 256 de pasivación y una capa 258 de pasivación pueden definir la superficie 206 de detector que tiene las cavidades 210 de reacción. La estructura 260 que define la superficie 206 de detector puede tener cualquier número de capas tales como una capa N.
La estructura 260 puede definir una superficie sólida (es decir, la superficie 206 de detector) que permite que las biomoléculas u otros analitos de interés se inmovilizen sobre la misma. Por ejemplo, cada uno de los sitios de reacción de una cavidad 210 de reacción puede incluir un agrupamiento de biomoléculas que se inmovilizan en la superficie 206 de detector de la capa 258 de pasivación. Por lo tanto, la capa 258 de pasivación puede formarse a partir de un material que permita que los sitios de reacción de las cavidades 210 de reacción se inmovilizen sobre el mismo. La capa 258 de pasivación también puede comprender un material que sea al menos transparente a una luz fluorescente deseada. La capa 258 de pasivación puede modificarse física o químicamente para facilitar la inmovilización de las biomoléculas y/o para facilitar la detección de la luz 501 de señal de emisiones.
En el ejemplo ilustrado, una parte de la capa 256 de pasivación se extiende a lo largo de la estructura 250 de blindaje y una parte de la capa 256 de pasivación se extiende directamente a lo largo del material de filtrado que define la guía 214 de luz. La cavidad 210 de reacción puede alinearse con y formarse directamente sobre la guía 214 de luz. Según un ejemplo, cada una de las cavidades 210 de reacción y la guía 214 de luz pueden tener centros geométricos en sección transversal centrados en el eje 268 longitudinal. El material de filtrado puede depositarse en una cavidad definida por las paredes laterales 254 formadas en un apilamiento dieléctrico que tiene capas 232-237 apiladas.
La guía 214 de luz puede configurarse con respecto al material circundante del apilamiento dieléctrico definido por las capas 231 -237 dieléctricas para formar una estructura de guiado de la luz. Por ejemplo, la guía 214 de luz puede tener un índice de refracción de al menos aproximadamente 1,6 según un ejemplo, de modo que la energía de luz que se propaga a través de la guía 214 de luz se refleja sustancialmente en una interfaz en las paredes 254 laterales entre la guía 214 de luz y el apilamiento dieléctrico circundante definido por las capas 231-237 dieléctricas. En determinados ejemplos, la guía 214 de luz se configura de tal manera que la densidad óptica (DO) o la absorbancia de la luz de excitación sea al menos aproximadamente 4 DO. Más específicamente, el material de filtrado se puede seleccionar y la guía 214 de luz se puede dimensionar para lograr al menos 4 DO. En ejemplos más particulares, la guía 214 de luz puede configurarse para lograr al menos aproximadamente 5 DO o al menos aproximadamente 6 DO. En ejemplos más particulares, la guía 214 de luz puede configurarse para lograr al menos aproximadamente 7 DO o al menos aproximadamente 8 DO. Otras características del detector 200 pueden configurarse para reducir la diafonía eléctrica y óptica.
En referencia a la Figura 18, se describen detalles adicionales del sistema 310 de control de proceso. El sistema 310 de control de proceso puede incluir según un ejemplo uno o más procesadores 3101, memoria 3102 y una o más interfaces 3103 de entrada/salida. Uno o más procesadores 3101, memoria 3102 y una o más interfaces de entrada/salida pueden conectarse a través del bus 3104 del sistema. Según un ejemplo, el sistema 3110 de control de proceso puede proporcionarse mediante un sistema informático como se representa en la Figura 18. La memoria 3102 puede incluir una combinación de memoria de sistema y memoria de almacenamiento. La memoria 3102 según un ejemplo puede almacenar uno o más programas para facilitar los procesos que se describen en la presente memoria. Uno o más procesadores 3101 pueden ejecutar uno o más programas almacenados en la memoria 3102 para facilitar los procesos como se describe en la presente memoria. La memoria 3102 puede definir un medio legible por ordenador.
Un proceso de secuenciación de ADN facilitado por el excitador 10 de energía luminosa se describe con referencia a las Figuras 19 y 20. Con referencia a la figura 19, se muestra un diagrama de coordinación de perfil espectral que ilustra aspectos del funcionamiento del sistema 100. Según un ejemplo, el banco 102 de fuentes de luz puede incluir fuentes de luz que emiten luz en una primera y una segunda longitudes de onda diferentes. Proporcionar un banco 102 de fuentes de luz que incluye fuentes de luz que emiten luz de excitación a un primer y segundo intervalos de longitud de onda diferentes facilita los procesos de reconstrucción de secuencia de ADN de química de tintes en los que los tintes primero y segundo pueden disponerse en el fluido dentro de la celda 282 de flujo.
El perfil espectral 1702 mostrado en la Figura 19 ilustra una banda de emisión de longitud de onda de excitación de una fuente de luz emisora de color verde del excitador 10 de energía luminosa, p. ej., tal como la fuente 102A de luz como se muestra en la Figura 4. El perfil espectral 1712 es la banda de emisión de longitud de onda de una fuente de luz emisora de color azul del excitador 10 de energía luminosa tal como la fuente 102H de luz como se muestra en la Figura 4. El perfil espectral 1704 es el perfil espectral de la banda de absorción de un primer fluoróforo sensible a la luz verde que puede disponerse con fluido en la celda 282 de flujo. El perfil espectral 1714 es el perfil espectral de la banda de absorción de un segundo fluoróforo sensible a la luz azul que puede disponerse con fluido en la celda 282 de flujo. El perfil espectral 1707 es el perfil espectral de la banda de absorción de un tercer fluoróforo sensible a la luz verde y luz azul que puede disponerse con fluido en la celda 282 de flujo.
El perfil espectral 1706 es el perfil espectral parcial de la luz 501 de señal de emisiones atribuible a la primera fluorescencia de fluoróforo cuando se excita con luz verde que tiene el perfil espectral 1702. El perfil espectral 1716 es el perfil espectral parcial de la luz 501 de señal de emisiones atribuible a la segunda fluorescencia de fluoróforo cuando se excita con luz azul que tiene un perfil espectral 1712. El perfil espectral 1708 es el perfil espectral parcial de la luz 501 de señal de emisiones atribuible a la tercera fluorescencia de fluoróforo cuando se excita con luz verde que tiene el perfil espectral 1702. El perfil espectral 1709 es el perfil espectral parcial de la luz 501 de señal de emisiones atribuible a la tercera fluorescencia de fluoróforo cuando se excita con luz azul que tiene el perfil espectral 1712.
El perfil espectral 1730 es el perfil espectral de transmisión de los sensores 202 de luz que definen la matriz 201 de sensores de luz, que indica la banda de detección de la matriz 201 de sensores de luz.
El sistema 310 de control de proceso se configura para (a) determinar que el primer fluoróforo se une a una muestra 502 basado en que la fluorescencia es detectada por un sensor 202 de luz bajo excitación restringida a la excitación por una o más fuentes de luz emisoras de color verde, y que la fluorescencia no es detectada por el sensor 202 de luz bajo excitación restringida a la excitación por una o más fuentes de luz emisoras de color azul; (b) determinar que el segundo fluoróforo se une a una muestra 502 basado en que la fluorescencia es detectada por un sensor 202 de luz bajo excitación restringida a la excitación por una o más fuentes de luz emisoras de color azul, y que la fluorescencia no es detectada por el sensor 202 de luz bajo excitación restringida a la excitación por una o más fuentes de luz emisoras de color verde; y (c) determinar que el tercer fluoróforo se une a una muestra 502 basado en que la fluorescencia es detectada por un sensor 202 de luz bajo excitación restringida a la excitación por una o más fuentes de luz emisoras de color verde y que la fluorescencia también es detectada por un sensor 202 de luz bajo excitación restringida a la excitación por una o más fuentes de luz emisoras de color azul. Por lo tanto, el sistema 310 de control de proceso puede discriminar qué fluoróforos se han unido a las muestras, y puede determinar los tipos de nucleótidos, p. ej., A, C, T y G que están presentes en un fragmento de una cadena de ADN que proporciona una muestra 502, p. ej., usando una estructura de datos lógicos de decisión indicada por la tabla lógica de decisión de la Tabla 2 que mapea la presencia de fluoróforo en el tipo de nucleótido, donde los nucleótidos discriminados nucleótido-nucleótido4 son nucleótidos de los tipos de nucleótidos A, C, T y G (el mapeo particular se basa en los parámetros de configuración de prueba).
Table 2
El sistema 310 de control de proceso puede ejecutar un proceso que soporta la reconstrucción de secuencias de ADN en una pluralidad de ciclos. En cada ciclo, una porción diferente de un fragmento de ADN puede someterse a procesamiento de secuenciación para determinar un tipo de nucleótido, p. ej., A, C, T o G, asociado al fragmento, p. ej., usando una estructura de datos de decisión tal como una estructura de datos de decisión como se expone en la Tabla 2. En el diagrama de flujo de la Figura 20 se describen los aspectos de un proceso que se puede ejecutar mediante el sistema 310 de control de proceso para usar en la realización de la reconstrucción de secuencias de ADN usando el excitador 10 de energía luminosa.
En el bloque 1802, el sistema 310 de control de proceso limpia la celda 282 de flujo, lo que significa que el sistema 310 de control de proceso elimina el fluido de la celda 282 de flujo utilizado durante un ciclo anterior. En el bloque 1804, el sistema 310 de control de proceso introduce en la celda 282 de flujo un fluido que tiene al menos tres fluoróforos, p. ej., primer, segundo y tercer fluoróforos. El primer y segundo fluoróforos pueden incluir, p. ej., las características de absorción descritas con referencia al perfil espectral 1704 de banda de absorción y el perfil espectral 1714 de banda de absorción respectivamente como se describe en referencia al diagrama de perfil espectral de la Figura 19. El primer y tercer fluoróforos pueden incluir, p. ej., las características de absorción descritas con referencia al perfil espectral 1704 de banda de absorción y el perfil espectral 1714 de banda de absorción y el perfil espectral 1707 de banda de absorción respectivamente como se describe en referencia al diagrama de perfil espectral de la Figura 19.
En el bloque 1806, el sistema 310 de control de proceso lee señales de los sensores 202 de luz expuestos a una actividad de excitación a un primer intervalo de longitud de onda. En el bloque 1806, el sistema 310 de control de proceso puede controlar el excitador 10 de energía luminosa de modo que durante un período de exposición de los sensores de luz 202, el excitador 10 de energía luminosa emita luz de excitación restringida a la excitación por una o más fuentes de luz verde. En el bloque 1806, el sistema 310 de control de proceso puede, durante un período de exposición de los sensores 202 de luz, energizar cada una o más fuentes de luz emisoras de color verde del banco 102 de fuentes de luz, p. ej., fuentes de luz 102A-102G como se representa en la Figura 4, manteniendo en un estado desenergizado cada una o más fuentes de luz emisoras de color azul del banco de luz, p. ej., fuentes de luz 102H-102J como se representa en la Figura 4. Con el banco 102 de fuentes de luz controlado como se describe de manera que las fuentes de luz verde se enciendan y las fuentes de luz azul se apaguen durante un período de exposición de los sensores 202 de luz, el sistema 310 de control de proceso en el bloque 1806 puede leer las primeras señales de los sensores 202 de luz expuestos con excitación restringida a la excitación por una o más fuentes de luz verde como se describe en la presente memoria.
En el bloque 1808, el sistema 310 de control de proceso lee las señales de los sensores 202 de luz expuestos con una actividad de excitación a un segundo intervalo de longitud de onda. En el bloque 1808, el sistema 310 de control de proceso puede controlar el excitador 10 de energía luminosa de modo que durante un período de exposición de los sensores 202 de luz, el excitador 10 de energía luminosa emita luz de excitación restringida a la excitación por una o más fuentes de luz azul del excitador 10 de energía luminosa. En el bloque 1808, el sistema de control de proceso 310 puede, durante un período de exposición de los sensores de luz 202, energizar cada una de una o más fuentes de luz emisoras de color azul del banco de fuentes de luz 102, p. ej., fuentes de luz 102H-102J como se representa en la Figura 4, manteniendo en un estado desenergizado cada una o más fuentes de luz emisoras de color verde del banco de luz, p. ej., fuentes de luz 102A-102G como se representa en la Figura 4. Con el banco de fuentes de luz 102 controlado como se describe de manera que las fuentes de luz azul se encienden y las fuentes de luz verde se apagan durante un período de exposición de los sensores 202 de luz, el sistema 310 de control de proceso en el bloque 1808 lee las segundas señales de los sensores 202 de luz expuestos a la excitación restringida a la excitación por una o más fuentes de luz azul como se describe en la presente memoria.
En el bloque 1810, el sistema 310 de control del proceso para el ciclo actual procesa las primeras señales que se leen en el bloque 1806 y las segundas señales se leen en el bloque 1808 para determinar un tipo de nucleótido del fragmento de ADN que se somete a prueba durante el ciclo actual, p. ej., usando una estructura de datos de decisión como se expone en la Tabla 2 según un ejemplo. El sistema 310 de control de proceso puede realizar el proceso de identificación de nucleótidos descrito con referencia al diagrama de flujo de la Figura 20 para cada ciclo del proceso de secuenciación de ADN hasta que se realiza la identificación de nucleótidos para cada ciclo programado.
El sistema 310 de control de proceso puede configurarse para realizar una amplia gama de pruebas para analizar el funcionamiento del sistema 100. El sistema 310 de control de proceso puede realizar una prueba de calibración en la que se analiza el funcionamiento del excitador 10 de energía luminosa y el detector 200. En dicho ejemplo, el sistema 310 de control de proceso puede configurarse para energizar selectivamente diferentes fuentes de luz durante períodos de exposición de la matriz 201 de sensores y puede examinar las señales leídas de la matriz 201 de sensores durante los períodos de exposición. Un método puede incluir energizar selectivamente una primera fuente de luz (p. ej., emisora de color verde) durante un primer período de exposición de los sensores de luz mientras una segunda fuente de luz (emisora de color azul) y una tercera fuente de luz (p. ej., emisora de color rojo) se mantienen en un estado desenergizado, energizar selectivamente la segunda fuente de luz durante un segundo período de exposición de los sensores de luz mientras la primera y tercera fuentes de luz se mantienen en un estado desenergizado, y energizar selectivamente la tercera fuente de luz durante un tercer período de exposición de los sensores de luz mientras la primera y la segunda fuentes de luz se mantienen en un estado desenergizado.
Cabe señalar que a la terminología utilizada explícitamente en la presente memoria, que también puede aparecer en cualquier descripción, se le debe otorgar un significado más coherente con los conceptos particulares descritos en la presente memoria.
Esta descripción escrita utiliza ejemplos para describir el objeto, y también para permitir a cualquier persona experta en la técnica poner en práctica el objeto, incluida la fabricación y el uso de todos los dispositivos o sistema y realizar cualquier método incorporado. El alcance patentable del objeto queda definido por las reivindicaciones, y puede incluir otros ejemplos distintos a los descritos anteriormente que los expertos en la técnica puedan concebir.
Debe entenderse que la descripción anterior pretende ser ilustrativa y no restrictiva. Por ejemplo, los ejemplos (y/o aspectos de los mismos) descritos anteriormente pueden usarse en combinación entre sí. Además, se pueden realizar muchas modificaciones para adaptar una situación o material particular a las enseñanzas de los diversos ejemplos sin apartarse del alcance de las reivindicaciones. Aunque las dimensiones y tipos de materiales descritos en la presente memoria están destinados a definir los parámetros de los diversos ejemplos, no son limitantes en modo alguno y son simplemente ilustrativos. Muchos otros ejemplos resultarán evidentes para los expertos en la técnica tras revisar la descripción anterior. En las reivindicaciones adjuntas, las expresiones “que incluye” y “en el(la) que” se usan como equivalentes del lenguaje corriente de los términos respectivos “que comprende” y “en donde” . Además, en las siguientes reivindicaciones, los términos “ primero” , “ segundo” y “tercero” , etc., se usan simplemente como etiquetas, y no pretenden imponer requisitos numéricos sobre sus objetos. Las formas de expresión “ basado en” en la presente memoria abarcan relaciones en las que un elemento se fundamenta parcialmente, así como relaciones en las que un elemento se fundamenta completamente. Las formas del término “definido” abarcan relaciones en las que un elemento se define parcialmente, así como relaciones en las que un elemento se define completamente. Debe entenderse que no necesariamente todos los objetos o ventajas descritos anteriormente pueden lograrse de acuerdo con cualquier ejemplo particular. Así, por ejemplo, los expertos en la técnica reconocerán que los sistemas y técnicas descritos en la presente memoria pueden implementarse o llevarse a cabo de una manera que logre u optimice una ventaja o grupo de ventajas como se enseña en la presente memoria sin lograr necesariamente otros objetos o ventajas como se pueden enseñar o sugerir en la presente memoria.
Aunque el objeto se ha descrito en detalle en relación con solo un número limitado de ejemplos, debe entenderse fácilmente que el objeto no se limita a tales ejemplos descritos. Además, si bien se han descrito diversos ejemplos del objeto, debe entenderse que algunos aspectos de la descripción pueden incluir solo algunos de los ejemplos descritos. Además, aunque algunos ejemplos se describen como incluyentes de un determinado número de elementos, se entenderá que el objeto puede llevarse a la práctica con una cantidad menor o mayor que el determinado número de elementos. Por consiguiente, el objeto no debe considerarse como limitado por la descripción anterior, sino más bien limitado solo por el alcance de las reivindicaciones adjuntas. Los expertos en la técnica reconocerán que los sistemas y técnicas descritos en la presente memoria pueden implementarse o llevarse a cabo de una manera que logre u optimice una ventaja o grupo de ventajas como se enseña en la presente memoria sin lograr necesariamente otros objetos o ventajas como se puede enseñar o sugerir en la presente memoria.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    Un método que comprende:
    emitir con un excitador (10) de energía luminosa luz de excitación, en donde el excitador de energía luminosa comprende una primera fuente de luz y una segunda fuente de luz, la primera fuente de luz para emitir rayos de luz de excitación en una banda de emisión de longitud de onda verde, la segunda fuente de luz para emitir rayos de luz de excitación en una banda de emisión de longitud de onda azul;
    recibir con un detector (200) la luz de excitación y la luz de señal de emisiones resultantes de la excitación mediante la luz de excitación, comprendiendo el detector una superficie (206) de detector para soportar muestras (502) biológicas o químicas y una matriz de sensores separada de la superficie (206) de detector, bloqueando el detector (200) la luz de excitación y permitiendo que la luz de señal de emisiones se propague hacia los sensores (202) de la matriz de sensores; y
    transmitir con circuitos del detector (200) las señales de datos en dependencia de los fotones detectados por los sensores (202) de luz de la matriz de sensores;
    en donde el método comprende para cada uno de una pluralidad de ciclos que soportan un proceso de secuenciación de ADN:
    (a) la eliminación del fluido de una celda de flujo definida por la superficie (1802) de detector,
    (b) el llenado de la celda de flujo con un fluido que tenga al menos tres fluoróforos, (1804) (c) la lectura de las primeras señales de los sensores de luz expuestos a la luz de señal de emisiones estando la primera fuente de luz energizada, mientras la segunda fuente de luz se mantiene en un estado desenergizado (1806),
    (d) la lectura de segundas señales de los sensores de luz expuestos a la luz de señal de emisiones estando la segunda fuente de luz energizada, y la primera fuente de luz se mantiene en un estado desenergizado (1808), y
    (e) la identificación de un nucleótido de ADN usando las señales de las primeras señales y las señales de las segundas señales (1810), que comprende:
    determinar que un primer fluoróforo se une a una muestra basado en la fluorescencia que se detecta en la etapa (c) pero no en la etapa (d); determinar que un segundo fluoróforo se une a una muestra basado en la fluorescencia que se detecta en la etapa (d) pero no en la etapa (c); determinar que un tercer fluoróforo se une a una muestra basado en la fluorescencia que se detecta tanto en la etapa (c) como en la etapa (d).
    El método de la reivindicación 1, en donde la emisión con un excitador (10) de energía luminosa incluye la obtención de imágenes de una superficie de salida de luz del tubo (110) de luz del excitador (10) de energía luminosa para proyectar un patrón de iluminación que coincide con un tamaño y una forma de la superficie (206) de detector.
    El método de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde el método incluye la fabricación del detector (200) usando la tecnología de fabricación de circuitos integrados de semiconductor complementario de óxido metálico (CMOS).
    El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el excitador (10) de energía luminosa comprende una tercera fuente de luz para emitir luz en una tercera banda de emisión de longitud de onda, en donde la emisión incluye energizar selectivamente la primera fuente de luz durante un primer período de exposición de los sensores de luz mientras la segunda fuente de luz y la tercera fuente de luz se mantienen en un estado desenergizado, en donde la emisión comprende energizar selectivamente la segunda fuente de luz durante un segundo período de exposición de los sensores de luz mientras la primera fuente de luz y la tercera fuente de luz se mantiene en un estado desenergizado, en donde la emisión comprende energizar selectivamente la tercera fuente de luz durante un tercer período de exposición de los sensores de luz mientras la primera fuente de luz y la segunda fuente de luz se mantienen en un estado desenergizado.
    Un sistema que comprende:
    un excitador (10) de energía luminosa que comprende:
    una primera fuente de luz para emitir rayos de luz de excitación en una banda de emisión de longitud de onda verde; y
    una segunda fuente de luz para emitir rayos de luz de excitación en una banda de emisión de longitud de onda azul;
    un detector (200) que comprende una superficie de detector para soportar muestras biológicas o químicas y una matriz de sensores que comprende sensores de luz separados de la superficie de detector, en donde el detector recibe la luz de excitación del excitador y la luz de señal de emisiones, en donde el detector comprende circuitos para transmitir señales de datos en dependencia de fotones detectados por los sensores de luz de la matriz de sensores, en donde el detector bloquea la luz de excitación y permite que la luz de señal de emisiones se propague hacia los sensores de luz;
    un sistema (320) de control de fluido configurado para que en cada uno de una pluralidad de ciclos que soportan un proceso de secuenciación de ADN:
    (a) se retire el fluido de una celda de flujo definida por la superficie de detector;
    (b) se llene la celda de flujo con un fluido que tenga al menos tres fluoróforos;
    un sistema (330) de almacenamiento de fluido configurado para almacenar fluidos que fluyen a través de la celda de flujo;
    un sistema (310) de control de proceso configurado para que en cada uno de la pluralidad de ciclos:
    (c) se lean las primeras señales de los sensores de luz expuestos a la luz de señal de emisiones estando la primera fuente de luz energizada mientras la segunda fuente de luz se mantiene en un estado desenergizado (1806),
    (d) se lean las segundas señales de los sensores de luz expuestos a la luz de señal de emisiones estando la segunda fuente de luz energizada mientras la primera fuente de luz se mantiene en un estado desenergizado (1808), y
    (e) se identifique un nucleótido de ADN usando señales de las primeras señales y señales de las segundas señales (1810), que comprende:
    determinar que un primer fluoróforo se une a una muestra basado en la fluorescencia que se detecta en la etapa (c) pero no en la etapa (d); determinar que un segundo fluoróforo se une a una muestra basado en la fluorescencia que se detecta en la etapa (d) pero no en la etapa (c); determinar que un tercer fluoróforo se une a una muestra basado en la fluorescencia que se detecta tanto en la etapa (c) como en la etapa (d).
    El sistema de la reivindicación 5, en donde el excitador (10) de energía luminosa comprende además:
    Un tubo (110) de luz que homogeneiza la luz de excitación y que dirige la luz de excitación hacia un extremo distal del excitador (10) de energía luminosa, comprendiendo el tubo (110) de luz una superficie (109) de entrada de luz y una superficie (109) de salida de luz, recibiendo el tubo (110) de luz los rayos de luz de excitación de la primera y segunda fuentes de luz;
    en donde el extremo distal del excitador (10) de energía luminosa se adapta para acoplarse con el detector.
    El sistema de la reivindicación 6, en donde el extremo distal del excitador (10) de energía luminosa comprende una porción de alojamiento conformada y adaptada para encajar en una correspondientemente conformada porción de alojamiento del detector (200), y/o en donde el excitador (10) de energía luminosa comprende una lente que obtiene imágenes de un plano de objeto definido por la superficie de salida de luz sobre un plano de imagen definido por la superficie (206) de detector del detector (200) cuando el extremo distal del excitador (10) de energía luminosa se acopla al detector.
    El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 6-7, en donde la primera y segunda fuentes de luz comprenden un diodo emisor de luz que se acopla en superficie a la superficie (109) de entrada de luz del tubo (110) de luz, y/o en donde el detector (200) recibe rayos de luz de excitación de las fuentes de luz, y en donde el excitador (10) de energía luminosa comprende un segundo tubo (110B) de luz alojado en un alojamiento común (134) con el tubo (110) de luz, en donde el segundo tubo de luz recibe rayos de luz de excitación de la segunda fuente de luz, en donde el tubo de luz y el segundo tubo de luz propagan los rayos de luz de excitación emitidos desde la primera fuente de luz y la segunda fuente de luz, respectivamente, y en donde el excitador (10) de energía luminosa da forma a los rayos de luz de excitación que se propagan, respectivamente, a través del tubo de luz y el segundo tubo de luz para definir el primer (107) y el segundo (107B) patrones de iluminación separados.
    El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 6-8, en donde el tubo (110) de luz tiene una construcción cónica y comprende un diámetro creciente, en una dirección desde la superficie (109) de entrada de luz del tubo (110) de luz hasta la superficie (111) de salida de luz del tubo (110) de luz, a lo largo de una longitud del tubo de luz, reflejando el tubo de luz la luz de excitación de modo que los rayos de luz de salida del tubo de luz que salen de la superficie de salida de luz del tubo de luz definen un cono de luz divergente, en donde el cono de luz divergente preferiblemente diverge con respecto a un eje óptico del excitador (10) de energía luminosa, en donde los rayos de luz de salida divergen más preferiblemente en ángulos que van de cero grados hasta un ángulo de divergencia máximo con respecto a un rayo de luz de referencia que se extiende desde la superficie de salida de luz en una dirección paralela al eje óptico, en donde el ángulo de divergencia máximo es un ángulo de menos de aproximadamente 60 grados.
    El sistema de la reivindicación 9, en donde el cono de luz divergente forma un ángulo con respecto a un eje óptico que se reduce en relación con un ángulo de divergencia del cono de luz divergente formado sin la construcción cónica.
    El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 6-10, en donde el excitador (10) de energía luminosa comprende una lente que recibe la luz de excitación desde el tubo de luz y da forma a rayos de luz de la luz de excitación de modo que los rayos de luz de excitación de la luz de excitación, por ejemplo, que salen del extremo distal del excitador de energía luminosa, definen un cono de luz convergente que converge hacia un eje óptico del excitador de energía luminosa para, por ejemplo, proyectar un patrón de iluminación que coincide con un tamaño y una forma de la superficie de detector, en donde los rayos de luz de excitación salen preferiblemente de una superficie de salida de luz de la lente para definir el cono de luz convergente que converge hacia un eje óptico del excitador de energía luminosa, en donde los rayos de salida de luz que salen de la lente convergen más preferiblemente en ángulos que van de cero grados hasta un ángulo de convergencia máximo con respecto a un rayo de luz de referencia que se extiende desde la superficie de salida de luz en una dirección paralela al eje óptico, en donde el ángulo de divergencia máximo es un ángulo de menos de aproximadamente 60 grados.
    El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 6-11, en donde la al menos una fuente de luz comprende un diodo emisor de luz que se acopla en superficie a la superficie de entrada de luz del tubo de luz, en donde el tubo de luz comprende vidrio, en donde el tubo de luz tiene una construcción cónica y comprende un diámetro creciente, en una dirección desde la superficie de entrada de luz del tubo de luz hasta la superficie de salida de luz, a lo largo de una longitud del tubo de luz, reflejando el tubo de luz la luz de excitación de modo que los rayos de luz de salida del tubo de luz que salen de la superficie de salida de luz del tubo de luz definen un cono de luz divergente que diverge con respecto a un eje óptico del excitador de energía luminosa, en donde el excitador de energía luminosa comprende una lente que recibe la luz de excitación del tubo de luz y da forma a rayos de luz de la luz de excitación de modo que los rayos de luz de la luz de excitación que salen del extremo distal del excitador de energía luminosa definen un cono de luz convergente que converge con respecto al eje óptico del excitador de energía luminosa, en donde el excitador de energía luminosa comprende uno o más filtros para filtrar luz a longitudes de onda más largas que las longitudes de onda de la banda de emisión acumulada de la una o más fuentes de luz, y en donde el excitador de energía luminosa comprende componentes ópticos plegables que doblan el eje óptico.
    El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 5-12, en donde el excitador de energía luminosa comprende una lente que enfoca un plano de objeto definido por una superficie de salida de luz del tubo de luz sobre un plano de imagen definido por la superficie de detector.
    El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 6-13, en donde la al menos una fuente de luz comprende un diodo emisor de luz que se acopla en superficie a la superficie de entrada de luz del tubo de luz, en donde el tubo de luz comprende vidrio, en donde el tubo de luz tiene una construcción cónica y comprende un diámetro creciente, en una dirección desde la superficie de entrada de luz del tubo de luz hasta una superficie de salida de luz del tubo de luz, a lo largo de una longitud del tubo de luz, reflejando el tubo de luz, luz de excitación de modo que los rayos de luz de salida del tubo de luz que salen de la superficie de salida de luz del tubo de luz definen un cono de luz divergente que diverge con respecto a un eje óptico del excitador de energía luminosa, en donde el excitador de energía luminosa comprende una lente que recibe la luz de excitación del tubo de luz y da forma a rayos de luz de la luz de excitación de modo que los rayos de luz de salida de luz que salen de la lente definen un cono de luz convergente que converge con respecto a un eje óptico del excitador de energía luminosa, en donde el excitador de energía luminosa comprende uno o más filtros para filtrar luz a longitudes de onda más largas que las longitudes de onda de la banda de emisión acumulada de la una o más fuentes de luz.
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