KR20200018791A - 대물 렌즈를 사용하는 형광 이미징을 위한 조명 - Google Patents

대물 렌즈를 사용하는 형광 이미징을 위한 조명 Download PDF

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스탠리 에스. 홍
프레드릭 이리
알렉스 네미로스키
엠. 셰인 보웬
엠. 셰인 보웬
다닐루 콘델로
디트릭 델링어
마르코 에이. 크룸뷔겔
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보얀 오브라도비치
마크 프랫
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Abstract

본 발명은: 대물 렌즈; 대물 렌즈를 통해 시스템에 설치된 (예: 상대적으로 얇은 필름 도파관이 있는) 플로우셀로 제1 조명광을 공급하는 제1 광원; 및 대물 렌즈를 사용하여 이미징 광을 캡처하는 제1 이미지 센서;를 포함하는 시스템으로서, 제1 조명광은 플로우셀 상의 제1 격자를 사용하여 공급되며, 제1 격자는 제1 이미지 센서의 시야 외부에 위치되는 시스템에 관한 것이다. 이중-표면 이미징이 수행될 수 있다. 격자에 의해서 경계되는 복수의 스와스가 있는 플로우셀이 사용될 수 있다. 자동-정렬 프로세스가 수행될 수 있다.

Description

대물 렌즈를 사용하는 형광 이미징을 위한 조명
본 특허출원은 2018년 3월 29일 출원된 미국 가출원 제62/649,999호에 대한 우선권을 주장한다. 상기 출원은 전체 내용이 본 명세서에 참조로 통합되어 있다.
고-처리 DNA 시퀀싱(High-throughput DNA sequencing)은 게놈 분석 및 다른 유전 연구의 기초가될 수 있다. 상기 그리고 다른 종류의 시퀀싱에서, 유전 물질의 샘플의 특성들은, 예를 들어 평면 도파관을 사용하는 샘플을 조명함으로써 결정된다. 일부 유형의 이미지 검출은 전체 샘플의 이미지를 생성하기 위해서 시퀀싱 시스템 상에 특정 요구를 둘 수 있다. 예를 들어, TDI(time-delay and integration)(시간 지연 적분 센서) 센서를 사용하면 슬라이드 갈이에 따른 스캔 작업을 수행하여 이미지가 한 번에 하나의 좁은 은색으로 캡처된다. 조명 광으로부터 샘플에 대한 광 손상을 감소시키기 위해, 이미지화되는 샘플 영역에 대한 조명을 한정하는 것이 종종 바람직하다. 경우에 따라, 이는 스캔 프로세스 전체에서 조명이 이미지 감지와 동기화되게 하는데 어려움이 있다.
본 명세서에 포함되어 있음.
제1 양태에서, 시스템은: 대물 렌즈; 대물 렌즈를 통해 시스템에 설치된 플로우셀로 제1 조명 광을 공급하는 제1 광원; 및 대물 렌즈를 사용하여 이미징 광을 캡처하는 제1 이미지 센서;를 포함하는 며, 제1 조명광은 플로우셀 상의 제1 격자를 사용하여 공급되며, 제1 격자는 제1 이미지 센서의 시야 외부에 위치된다.
구현 예들은 다음의 특징들 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 플로우셀은 시스템에 설치된다. 제1 격자 및 제2 격자는 플로우셀에 위치된다. 제1 격자 및 제2 격자는 다른 커플링 각도를 가진다. 제1 및 제2 격자는 다른 격자 주기를 가진다. 플로우셀은 제2 샘플 표면과 평행한 제1 샘플 표면을 포함하며, 제1 격자는 제1 샘플 표면을 조명하기 위해서 제1 조명 광의 제1 부분을 커플링하며, 제2 격자는 제2 샘플 표면을 조명하기 위해서 제1 조명 광의 제2 부분을 커플링한다. 시스템은 제1 격자가 제1 조명 광의 제1 부분을 커플링하는 제1 평면 도파관, 및 제2 격자가 제1 조명광의 제2 부분을 커플링하는 제2 평면 도파관을 더 포함한다. 제1 격자는 제1 조명 광의 제 1 부분의 이동 방향에서 제2 격자에 대하여 오프셋된다. 제1 격자 및 제2 격자는 플로우셀을 조명하는 평면 도파관의 양 측면들 상에 위치되며, 제1 격자는 평면 도파관에서 제1 조명 광을 커플링하며, 제2 격자는 평면 도파관 밖에 제1 조명 광을 커플링한다. 시스템은 제2 격자에 의해서 평면 도파관의 밖에서 커플링된 제1 조명 광이 대물 렌즈로 들어가는 것을 차단하는 벽을 더 포함한다. 제1 조명 광은 제1 파장의 제1 광빔을 포함하며, 시스템은 대물 렌즈를 통하여 제2 조명 광을 공급하는 제2 광원을 더 포함하며, 제2 조명 광은 제2 파장의 제2 광빔을 포함한다. 제2 광원은 제1 격자를 통하여 플로우셀으로 대물 렌즈를 통하여 제2 조명 광을 공급하며, 제1 격자는 제1 및 제2 파장을 위한 대칭의 커플링 각도를 가진다. 1 광원은 대물 렌즈의 제1 측면으로 제1 광빔을 지향시키며, 제2 광원은 제1 측면의 반대편의 대물 렌즈의 제2 측면으로 제2 광빔을 지향시킨다. 제1 미러, 및 제1 및 제2 광원 앞에 대물 렌즈 뒤에 위치된 튜브 렌즈를 더 포함하며, 제1 미러로부터 튜브 렌즈로 전파하는 제1 및 제2 광빔의 각각의 각도는 제1 격자 상에 제1 및 제2 광빔의 상응하는 입사 각도를 반사시킨다. 시스템은 제1 광원 앞에 제1 미러 전에 위치된 제2 미러를 더 포함하며, 제2 미러는 제1 격자 상에 제1 및 제2 광빔의 공간적 분리를 제공한다. 플로우셀은 제1 격자를 포함하는 각각의 격자들에 의해서 경계되는 복수의 스와스를 가지며, 시스템은 입력 격자 및 출력 격자 둘 다로서 각각의 격자 중 하나 이상을 사용한다. 플로우셀의 도파관 재료는 Ta2O5를 포함한다. 제1 이미지 센서는 TDI 센서(시간 지연 적분 센서)를 포함하며, 시스템은 플로우셀을 고정하는 이동 가능한 스테이지를 더 포함한다. 시스템은 플로우셀을 고정하는 열 스테이지를 더 포함하며, 열 스테이지는 열 제어를 제공한다. 시스템은 플로우셀에서 평면 도파관 및 및 적어도 제1 격자의 이미지를 캡처하는 제2 이미지 센서를 더 포함하며, 시스템은 정렬 기준(alignment criterion)을 사용하여 이미지를 평가한다. 광빔은 플로우셀에서 샘플로부터 현광 반응을 유발시키는 파장을 갖는다.
제2 양태에서, 플로우셀은: 샘플을 고정하는 기판; 샘플로 제1 광을 인도하는 제1 평면 도파관; 제1 광을 커플링하는 제1 격자; 샘플로 제2 광을 인도하는 제2 평면 도파관; 및 제2 광을 커플링하는 제2 격자;를 포함한다.
구현 예들은 다음의 특징들 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 제1 격자는 제1 평면 도파관 상에 위치되며, 제2 격자는 제2 평면 도파관 상에 위치된다. 제1 및 제2 격자는 다른 커플링 각도를 가진다. 제1 및 제2 격자는 다른 격자 주기를 가진다. 플로우셀은 제2 샘플 표면과 평행한 제1 샘플 표면을 포함하며, 제1 격자는 제1 샘플 표면을 조명하기 위해서 제1 광을 커플링하며, 제2 격자는 제2 샘플 표면을 조명하기 위해서 제2 광을 커플링한다. 제1 격자는 제1 광의 이동 방향에서 제2 격자에 대하여 오프셋된다. 제1 격자는 제1 도파관에서 제1 광을 커플링하며, 제2 격자는 제2 도파관에서 제2 광을 커플링하며, 플로우셀은 제1 평면 도파관 밖에서 제1 광을 커플링하며, 플로우셀은 제1 평면 도파관 밖에서 제1 광을 커플링하는 제3 격자, 및 제2 평면 도파관의 밖에서 제2 광을 커플링하는 제4 격자를 더 포함한다.
제3 양태에서, 방법은 이미지 센서의 시야 밖에 위치된 제1 격자를 사용하여 플로우셀에 대물 렌저를 통하여 조명 광을 공급하는 단계; 및 대물 렌즈를 사용하여 이미징 광을 캡처하는 단계;를 포함한다.
구현 예들은 다음의 특징들 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 플로우셀은 제2 샘플 표면과 평행한 제1 샘플 표면을 포함하며, 상기 방법은 제1 샘플 표면과 정렬된 제1 격자로 조명 광의 제1 구성 요소를 지향시키는 단계, 및 제2 샘플 표면과 정렬된 제2 격자로 조명 광의 제2 구성 요소를 지향시키는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 제1 격자로 조명 광의 제1 구성 요소를 지향시키는 것과 관련하여 제1 샘플 표면에 포커싱을 맞추도록 대물 렌즈를 조정하는 단계, 및 제2 격자로 조명 광의 제2 구성 요소를 지향시키는 것과 관련하여 제2 샘플 표면에 포커싱을 맞추도록 대물 렌즈를 조정하는 단계를 더 포함한다. 조명 광은 제1 파장의 제1 광빔, 및 제2 파장의 제2 광빔을 포함하며, 상기 방법은 대물 렌즈의 제1 측면에 제1 광빔을 지향시키는 단계, 및 제1 측면 맞은편 대물 렌즈의 제2 측면에 제2 광빔을 지향시키는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 플로우셀을 빠져나가는 조명 광이 상기 대물렌즈로 들어가지 않도록 조명 광을 차단하는 단계를 더 포함한다. 열 스테이지는 플로우셀을 고정하며, 상기 방법은 플로우셀을 사용하여 플로우셀의 열 제어를 제공하는 단계를 더 포함한다. 플로우셀은 제1 격자를 포함하는 각각의 격자들에 의해서 경계되는 복수의 스위스를 가지며, 상기 방법은 각각의 격자 중 적어도 하나를 입력 격자 및 출력 격자 모두로서 사용하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 제1 격자에 의한 커플링 품질을 평가하는 정렬 프로세스를 수행하는 단계를 더 포함한다.
이하에서 더 상세히 논의되는(이러한 개념이 서로 일치하지 않는 경우) 전술한 개념 및 추가 개념의 모든 조합은 본 명세서에 개시된 본 발명의 주제의 일부인 것으로 고려된다는 것이 이해되어야 한다. 특히, 본 명세서의 마지막의 청구항의 모든 조합은 본 명세서에 개시된 본 발명의 주제의 일부인 것으로 고려된다.
본 명세서에 포함되어 있음.
도 1은 평면 도파관 조명을 위한 광학 레이아웃의 예를 도시한다.
도 2는 대물 렌즈의 예를 도시한다.
도 3은 도파관 및 격자(granting)를 갖는 플로우셀(flowcell)의 예를 도시한다.
도 4는 격자를 사용하여 평면 도파관 내외부로 레이저 빔의 커플링 예를 도시한다.
도 5는 커플링 각도 대 격자 주기의 예시적인 그래프를 도시한다.
도 6은 복수의 파장에 대한 커플링 각도 공차 대 빔 직경의 예시적인 그래프를 도시한다.
도 7은 빔 웨이스트 대 시뮬레이션된 각도 공차의 예시적인 그래프를 도시한다.
도 8은 도파관에 걸친 강도의 예시적인 그래프를 도시한다.
도 9는 라인 스캔으로 구성된 예시적인 이미지를 도시한다.
도 10은 형광 염료 분자의 예시적인 이미지를 도시한다.
도 11은 도파관 내의 레이저 빔 형상의 예시적인 이미지를 도시한다.
도 12 내지도 15는 유전 물질 클러스터의 예시적인 이미지를 도시한다.
도 16은 레이저 조명 및 형광 이미징을 위한 시스템의 예를 개략적으로 도시한다.
도 17은 플로우셀을 이용한 이중 표면 이미징의 예를 도시한다.
도 18 내지도 19는 플로우셀을 이용한 이중 표면 이미징의 다른 예를 도시한다.
도 20은 플로우셀 조명의 예시적인 이미지를 도시한다.
도 21a 내지도 21b는 프로세스의 예시적인 흐름도를 도시한다.
도 22는 레이저 조명 및 형광 이미징을 위한 시스템의 예를 개략적으로 도시한다.
도 23은 정렬 프로세스의 예시적인 흐름도를 도시한다.
도 24는 복수의 스와스(swath)를 가진 플로우셀의 예를 도시한다.
본 발명은 대물 렌즈를 사용한 형광 이미징을 위한 조명의 예를 설명한다. 일부 구현 예에서, 광학 아키텍처는 고속 스캔 이미징을 위해 저전력, 저 백그라운드 조명을 이용하게 할 수 있다. 본 발명은 마이크로스코픽 대물 렌즈를 통한 탐지와 조명을 동기화하는 것이 포함될 수 있다. 종래의 평면 도파관 조명의 신호-대-잡음 비율(SNR)에서, 이러한 접근법을 사용하여 약 70배까지 레이저 전력 감소를 얻을 수 있다.
일부 구현들에서, 레이저 빔들은 이미징 광학 및 조명을 서로 동기화하기 위해서 대물 렌즈를 통하여 이동할 수 있다. 도파관 및 하나 이상의 격자는 대물 렌즈의 개구수(numerical aperture) 및 레이저의 파장에 의해 요구되는 커플링 각도로 설계될 수 있다. 레이저 빔 성형 광학은 커플링 효율과 공차를 보장하기 위해 적절한 빔 치수와 빛의 품질을 정의할 수 있다. 시퀀싱 화학 및 런(runs)이 수행되는데 적합하도록 적절한 도파관, 격자, 클래딩(cladding) 및/또는 기판 재료가 선택될 수 있다. 낮은 백그라운드의 형광 여기(excitation)에 적합한 구조 및 광학 성능이 설계될 수 있다. 일부 구현들에서, 이중 표면 이미징(dual-surface imaging)이 지원될 수 있다. 일부 구현들에서, 다색 여기(예를 들어, 이중 색)가 지원될 수 있다.
이미징 대물 렌즈를 통해 하나 이상의 레이저 빔과 같은 조명 광을 전달하는 것은 기존의 접근법에 비해 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 대물 렌즈를 통해 레이저 빔을 제공한다는 것은 조명 및 이미지 캡처가 플로우셀의 동일한 면에서 수행됨을 의미한다. 플로우셀의 후면은 샘플의 정확 또는 빠른 온도 제어와 같은 프로세스의 하나 이상의 다른 측면을 용이하게 하기 위해 사용될 수 있다. 크기, 각도 및 위치에 관한 조명 레이저 빔의 정밀 제어가 제공 될 수 있다. 이는 격자에 대한 정렬 공차를 증가시킬 수 있으며, 그 결과 광 역학 및 격자 제작 비용을 상당히 줄일 수 있다. 검출 장치(예를 들어, TDI 센서)와 조명 라인의 공동-등록에 의해 고속 스캐닝(scanning)이 용이해질 수 있다. 광학은 평면 도파관 내부에 형성된 좁은 선으로서 레이저 빔을 형성하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 평면 도파관은 약 50-200나노미터(nm) 이상의 두께 범위를 가질 수 있다. 이와 같이, 평면 도파관은 비교적 박막 도파관으로 간주될 수 있다. 평면 도파관은 비교적 적은 양의 레이저 전력으로 높은 전력 밀도를 제공 할 수 있다. 표면 및 시퀀싱 화학 물질(Ta2O5 또는 SiN을 포함하지만 이에 제한되지 않음)과 호환되는 물질이 사용될 수 있다. 일부 구현들에서, Ta2O5가 코어로서 사용될 수 있으며, SiO2가 기판으로서 사용될 수 있으며, 물 버퍼(butter) 또는 폴리머 층이 클래딩(cladding)으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 클래딩(cladding)은 약 1.3-1.5의 굴절률(refractive index)을 가질 수 있다. 격자 커플러는 다른 파장에 대해 다른 수용 각을 갖도록 설계될 수 있습니다. 예를 들어, 적색 및 녹색 레이저 광이 사용될 수 있다. 다른 예로서, 격자 커플러는 플로우셀의 상이한 표면(예를 들어, 상부 및 하부 표면) 상에 설계될 수 있다.
본 명세서의 예는 유전 물질의 시퀀싱(sequencing)에 관한 것이다. 뉴클레오타이드(nucleotides)라고하는 빌딩 블록이 샘플에 있는 특정 유전 물질을 구성하는지 확인하기 위해 샘플에 대해 시퀀싱을 수행할 수 있다. 윤자 물질이 먼저 정제되고 적합한 크기의 샘플로 준비하기 위해서 여러 번 복제된 후, 시퀀싱이 수행될 수 있다.
유전 물질을 시퀀싱하는 프로세스의 일부로서 이미징(imaging)이 수행될 수 있다. 이는 현광 이미징(fluorescent imaging)을 포함할 수 있으며, 여기서 유전 물질의 샘플은 유전 물질 상의 하나 이상의 마커(marker)에 의해서 현광 반응을 유발하기 위해 광(예:레이저 빔)에 노출된다. 유전 물질의 일부 뉴클레오티드에는 현광 태그가 적용될 수 있으며, 현광 태그는 샘플에 광을 비추고 샘플로부터 특징적인 반응을 찾아 뉴클레오티드의 존재를 확인할 수 있게 한다. 현광 반응은 시퀀싱 프로세스 동안에 탐지될 수 있으며 샘플에서 뉴클레오티드의 기록을 구축하는데 사용된다.
본 명세서에 개시된 예는 플로우셀에 대하여 설명한다. 플로우셀은 시퀀싱 프로세스의 적어도 한 단계에서 하나 이상의 샘플을 준비하고 운반하는데 사용될 수 있는 기판이다. 플로우셀은 노출될 회학 반응 및 조명 모두와 호환할 수 있는 재료로 제조된다. 기판은 샘플 재료가 증착될 수 있는 하나 이상의 채널을 가질 수 있다. 물질(예를 들어, 액체)는 샘플 유전 물질이 존재하는 채널을 통하여 하나 이상의 화학 반응을 유발 및/또는 원지 않는 재료를 제거하도록 유동될 수 있다. 플로우셀은 플로우셀 채널 내의 샘플이 조명 광에 노출될 수 있고 임의의 현광 반응이 검출될 수 있게 함으로써 이미징을 가능하게 한다. 시스템의 일부 구현 예들은 적어도 하나의 플로우셀과 함께 사용되도록 설계될 수 있지만, 운송 또는 고객에게 전달될 때와 같은 하나 이상의 단계들 동안에 플로우셀(들)을 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어, 플로우셀(들)은 분석을 수행하기 위해서 고객 구내 구현에 설치될 수 있다.
본 명세서의 예는 하나 이상의 격자에 의해 도파관 내외로 광(예를 들어, 레이저 빔)의 커플링에 대하여 언급한다. 격자는 광의 적어도 일부를 회절함으로써 격자 상에 충돌하는 광을 커플링 시켜서, 광의 일부가 하나 이상의 다른 방향으로 전파되게 할 수 있다. 일부 구현 예들에서, 커플링은 광의 일부의 반사, 굴절 및/또는 투과를 포함하지만 이에 제한되지 않는 하나 이상의 상호 작용을 포함할 수 있다.
도 1은 평면 도파관 조명을 위한 광학 레이아웃(100)의 예를 도시한다. 광학 레이아웃(100)은 본 명세서에 설명된 하나 이상의 시스템의 일부로서 구현 될 수 있다. 광학 레이아웃(100)은 본 명세서에 설명된 하나 이상의 기술 또는 프로세스를 수행하기 위해 사용될 수 있다.
광학 레이아웃(100)은 하나 이상의 광원을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광원은 하나 이상의 파장을 갖는 광을 제공할 수 있다. 본 명세서에 설명된 일 구현에서, 광학 레이아웃(100)은 레이저 (102)및 레이저(104)를 포함한다. 일부 구현에서, 레이저(102 및 104)는 각각 녹색 레이저 및 적색 레이저로 특징 지어질 수 있다. 예를 들어, 레이저(102)는 약 400-570nm 범위의 하나 이상의 파장을 갖는 광을 생성할 수 있다. 예를 들어, 레이저(104)는 약 620-750nm 범위의 하나 이상의 파장을 갖는 광을 생성할 수 있다. 일부 구현들에서 하나 이상의 다른 유형의 광(예를 들어, 다른 파장)이 대신 또는 추가로 사용될 수 있다.
레이저(102 및 104) 중 하나 또는 둘 모두로부터의 광은 광학 레이아웃(100)에서 적어도 하나의 미러(mirror)로 향할 수 있다. 미러는 관련 광원에 의해서 발생된 광의 종류(들)의 부분 또는 전체 반사를 제공하는 하나 이상의 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 투명 기판에는 미러 코팅이 제공될 수 있다. 여기서, 미러(106)는 레이저(102)로부터의 광 빔을 위해 사용된다. 프리즘 미러는 작은 각도 차이로 2개의 빔을 커플링하는데 사용될 수 있다. 다이크로익 미러(dichroic mirror)은 2/3 개의 다른 파장을 커플링하는데 사용될 수 있다. 자동 정렬을 위해 작동 스테이지에 미러를 장착할 수 있다.
광학 레이아웃(100)에서 생성 된 광빔(들)은 하나 이상의 방식으로 형상화되거나 달리 조건화될 수 있다. 일부 구현들에서, 하나 이상의 빔 성형 광학(108)이 사용될 수 있다. 예를 들어, 빔 형성 광학(108)은 광빔에 대한 개구를 제공, 광빔을 변환 및/또는 광빔의 성분을 하나 이상의 방식으로 통합하는 역할을 할 수 있다. 레이저(102 및 104)의 광빔에 대해 빔 성형 광학(108) 중 별도의 하나(동일한 것 또는 다른 것)가 제공될 수 있다.
빔 성형 광학(108)에 의해 형상화된 광빔(들)은 광학 레이아웃(100)에서 적어도 하나의 미러로 지향될 수 있다. 여기서, 미러(110)는 레이저(102 및 104) 모두의 광빔에 사용된다. 미러(106)는 광빔(들)의 방향을 제어하도록 조정될 수 있다. 일부 구현 예들에서, 물체 평면에서의 광빔의 커플링 각도는 미러(106)을 사용하여 조정될 수 있다. 예를 들어, 물체 평면은 광학 레이아웃(100)에서 광빔(들)의 하류에 위치된 구성 요소(예를 들어, 격자)에서 정의될 수 있다. 미러(110)는 하나 이상의 액추에이터를 사용하여 조정될 수 있다. 일부 구현들에서, 미러(110)는 전기적으로 조절 가능하다. 예를 들어, 미러(110)는 하나 이상의 압전 모터를 사용하여 작동될 수 있다.
광학 레이아웃(100)은 적어도 하나의 광원으로부터 광을 포커싱하기 위한 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 튜브 렌즈(112)가 사용될 수 있다. 예를 들어, 튜브 렌즈는 광학 레이아웃(100)에서 무한 보정(infinity corrected) 대물렌즈에 제공되는 중간 이미지로 광빔(들)을 포커싱하는데 사용될 수 있다. 여기서, 튜브 렌즈(112)는 레이저(102 및 104)에서 각각 발생된 광빔을 각각 수용한다.
미러(110)는 광학 레이아웃(100)에 하나 이상의 다른 구성 요소에 기반하여 선택된 위치에 배치될 수 있다. 일부 구현 예에서, 미러(110)의 배치는 튜브 렌즈(112)의 위치 및 특성에 적어도 부분적으로 의존할 수 있다. 예를 들어, 미러(110)는 플로우셀에서의 평면 도파관과 같은 물체 평면에 대하여 튜브 렌즈(112)의 후방 초점 평면(114)에 배치될 수 있다.
즉, 레이저(102)에 의해 생성된 광은 미러(110)로부터 튜브 렌즈(112)를 향해 전파되는 레이저 빔 (116)을 형성할 수 있다. 유사하게, 레이저(104)에 의해 생성된 광은 미러(110)로부터 튜브 렌즈 (112)를 향해 전파되는 레이저 빔(118)을 형성할 수 있다. 각각의 레이저 빔(116 및 118)은 동일하거나 상이한 방향으로 전파되도록 생성될 수 있다. 일부 구현들에서, 방향(들)은 튜브 렌즈(112)의 광축(120)과 관련하여 특징될 수 있다. 예를 들어, 레이저 빔(116)은 광축(120)에 대해 각도(122)를 형성 할 수 있다. 예를 들어, 레이저 빔(116)은 광축(120)에 대해 각도(124)를 형성할 수 있다. 각도(122 및 124)는 격자와 같은 하류의 구성 요소에서 각각의 레이저 빔(116 및 118)에 대한 (동일 또는 다른) 특정 커플링 각도를 제공하도록 선택될 수 있다.
튜브 렌즈(112)는 레이저 빔(116 및 118)을 광학 레이아웃(100)의 하나 이상의 구성 요소로 지향시킬 수 있다. 일부 구현들에서, 튜브 렌즈(112)는 광학 레이아웃(100)에서 광의 적어도 일부를 대물 렌즈(128)를 향해 반사시키는 미러(126)로 광을 지향시킨다. 예를 들어, 미러(126)는 레이저 (102 및 104)의 파장(들)을 가지며, 또한 하나 이상의 다른 파장을 갖는 광의 상당 부분을 투과시키는 특성을 갖는, 입사광의 상당 부분을 대물 렌즈(128)로 반사시키는 특성을 갖는 다이크로익 미러일 수 있다. 레이저(102 및 104)로부터의 광의 반사된 부분은 반사된 광이 플로우셀의 평면 도파관과 같은 하류의 구성 요소를 충분히 조명할 적어도 일정양일 수 있다. 다른 구현들에서, 광학 레이아웃(100)은 대신 거울(126)이 적어도 부분적으로 조명 광(즉, 레이저(102 및 104)에서 발생하는 광)을 대물 렌즈(128) 내로 투과시키고 대물 렌즈(128)로부터 나오는 다른 광을 적어도 부분적으로 반사 시키도록 배열될 수 있다.
대물 렌즈 (128)는 하나 이상의 렌즈 및/또는 다른 광학 구성 요소를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 대물 렌즈 (128)는도 2에 도시된 구성 요소들을 포함할 수 있다. 대물 렌즈(128)는 광학 레이아웃(100)의 하나 이상의 구성 요소에서 조명 광을 지향시키는 역할을 할 수 있다. 대물 렌즈 (128)는 이미징 광을 포착하여 광학 레이아웃(100)의 하나 이상의 구성 요소에 제공하는 역할을 할 수 있다.
광학 레이아웃(100)은 플로우셀(130)을 포함한다. 일부 구현들에서, 플로우셀은 본 명세서의 다른 곳에서 설명되거나 도시된 임의의 플로우셀을 포함할 수 있다. 예를 들어, 플로우셀(130)은 샘플 물질을 보유하고 화학적 반응의 유발 또는 물질의 첨가 또는 제거를 포함하지만 이에 제한되지 않는 샘플 물질에 관한 조치를 용이하게 하도록 구성된 하나 이상의 채널(132)을 포함할 수 있다. 여기서, 길이 방향의 채널(132)의 단면이 도시되어있다. 즉, 액체가 채널(132)을 통해 흐르면, 액체의 주 유동 방향은 이 도면에서 도면 내외로 흐를 수 있다.
물체 평면(134)은 광학 레이아웃(100)의 다른 구성 요소와 관련하여 정의될 수 있다. 여기서, 물체 평면(134)은 대물 렌즈(128)에 의해 적어도 부분적으로 정의된다. 일부 구현에서, 물체 평면(134)은 플로우셀(130)을 통해 연장된다. 예를 들어, 물체 평면(134)은 채널(132)에 인접하도록 정의 될 수 있다.
대물 렌즈(128)는 시야(136)를 정의할 수 있다. 시야(136)는 이미지 검출기가 대물 렌즈(128)를 사용하여 이미징 광을 캡처하는 플로우셀(130) 상의 영역을 정의할 수 있다. 하나 이상의 이미지 검출기가 사용될 수 있다. 예를 들어, 레이저(102 및 104)가 상이한 파장(또는 상이한 파장 범위)을 갖는 각각의 레이저 빔을 생성할 때, 광학 레이아웃(100)은 각각의 파장(또는 파장 범위)에 대한 개별 이미지 검출기를 포함할 수 있다.
대물 렌즈(128)와 관련하여 하나 이상의 회절 격자가 배치될 수 있다. 일부 구현들에서, 격자들 (138 및 140)은 물체 평면(134)에 또는 그 근처에 배치될 수 있다. 예를 들어, 격자들(138 및 140)은 채널(132)의 반대 측면들에 배치될 수 있다. 즉, 격자(138 및 140)는 채널(132)의 길이 방향에 수직인 채널(132)을 가로지르는 가로 방향을 정의하도록 배치될 수 있다. 격자(138 및 140)는 센서 시야(136) 외부에 배치된다.
격자들(138 및 140)은 플로우셀(130)에서 평면 도파관 내외로 광을 지향시킬 수 있다. 여기서, 빔들(142 및 144)은 격자(138)에 입사된다. 빔들(142 및 144) 각각은 레이저 빔(116 및 118)에 대응할 수 있으며, (예를 들어, 플로우셀(130) 내에 평면 도파관에서) 플로우셀(130)에 조명 영역을 정의할 수 있다. 예를 들어, 빔(142)과 빔(144)은 다른 커플링 각도로 격자(138)에 입사될 수 있다. 다른 예로서, 빔(142) 및 빔(144)은 채널(132)의 길이 방향으로 상이한 위치에서 격자(138)에 입사될 수 있다. 여기서, 빔들(146 및 148)은 격자(140)로부터 나오고 있다. 예를 들어, 빔(146)은 플로우셀(130)에서 평면 도파관을 가로 지른 후 빔(142)의 적어도 일부에 대응할 수 있다. 예를 들어, 빔(148)은 플로우셀(130)에서 평면 도파관을 가로지른 후 빔(144)의 적어도 일부에 대응할 수 있다.
격자(138 및 140)는 서로 동일하거나 유사할 수 있으며, 또는 상이한 유형의 격자일 수 있다. 격자(들)는 하나 이상의 형태의 주기적 구조를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 격자(138 및/또는 140)는 플로우셀(130)로부터 (예를 들어, 플로우셀(130)에 포함된 도파관 재료로부터) 재료를 제거하거나 생략함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 플로우셀(130)에는 격자(138 및/또는 140)를 형성하기 위한 슬릿 및/또는 홈의 세트가 구비될 수 있다. 일부 구현들에서, 격자(138 및/또는 140)는 재료를 플로우셀(130)에 (예를 들어, 플로우셀 (130)에 포함된 도파관 재료에) 추가함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 플로우셀(130)에는 격자(138 및/또는 140)를 형성하기 위해 한 세트의 리지, 밴드 또는 다른 돌출 세로방향의 구조가 제공될 수 있다. 이들 접근법의 조합이 사용될 수 있다.
시야(136) 내에서, 대물 렌즈(128)는 플로우셀(130)로부터 이미징 광을 캡처할 수 있다. 예를 들어, 이미징 광은 발광(luminescence)을 포함할 수 있다. 이 이미징 광은 대물 렌즈(128)를 통해 전파되고 대물 렌즈의 반대 단부에서 출사된다. 광학 레이아웃(100)은 조명 광(즉, 레이저(102 및 104)로부터의 광)이 도달한 방향과 다른 방향으로 이미징 광을 지향시키기 위해 하나 이상의 구성 요소를 사용할 수 있다. 여기서, 거울(126)은 다이크로익 미러일 수 있다. 예를 들어, 다이크로익 미러는 이미징 광의 적어도 일부를 반사하고 조명 광의 적어도 일부를 투과시킬 수 있다. 대신에, 다이크로익 미러는 이미징 광의 적어도 일부를 투과시키고 조명 광의 적어도 일부를 반사할 수 있다. 여기서, 신호(150)는 이미징 광이 하나 이상의 이미지 센서(152)로 전송되는 것을 나타낸다. 일부 구현들에서, 이미징 광은 플로우셀(130)로부터의 형광 광을 포함한다. 예를 들어, 이미지 센서(152)는 TDI 센서(time delay and integration sensor)를 포함할 수 있다.
대물 렌즈(128)는 격자(138 및/또는 140)가 시야(136) 외부에서 조명될 수 있는 개구수(Numerical aperture)를 갖도록 선택될 수 있다. 일부 구현 예에서, 개구수는 1보다 작다. 예를 들어, 0.95, 0.75, 0.7, 0.3 및/또는 0.2의 개구수가 사용될 수 있다. 일부 구현들에서, 더 큰 개구수는, 예를 들어 1.2 내지 1.4 이상의 개구수는 물/기름 침지 대물 렌즈와 사용될 수 있다.
일부 구현들에서, 플로우셀(130)의 크기는 채널(132)의 세로방향(도면 내외로)을 따라 스캔함으로써 복수의 이미지의 캡처를 필요로 할 수 있다. 조명 광(예: 빔들(142 및 144))은 격자(138 및/또는 140)에서 레이저(102 및 104)로부터 조명 광을 모두 지향하고, 시야(136)를 정의하는, 대물 렌즈(128)에 의해 시야(136)와 공동-등록될 수 있다. 즉, 레이저(102 및/또는 104), 대물 렌즈(128), 및 격자(138 및/또는 140)는 플로우셀 상에 연속적인 위치에서 플로우셀(130) 상에 이미지 센서의 시야(136)와 플로우셀(130) 상의 조명 영역을 공동-등록하는 역할을 할 수 있다.
광학 레이아웃(100)은 다음을 포함하는 시스템의 예시이다: 대물 렌즈(예: 대물 렌즈(128)); 시스템에 설치될 플로우셀(예: 플로우셀(130))으로 대물 렌즈를 통하여 조명 광(예:레이저 빔(116 및 118)을 공급하는 광원, 조명 광은 플로우셀 상의 격자(예: 격자(138))를 사용하여 공급된다; 대물 렌즈를 사용하여 이미징 광을 포착하기 위한 이미지 센서, 격자는 이미지 센서의 시야(예: 시야(136)) 외부에 위치된다.
광학 레이아웃(100)은 플로우셀(예를 들어, 플로우셀(130)) 상에 위치된 제1 격자 및 제2 격자 (예를 들어, 격자(138 및 140))와 함께 사용될 수 있는 시스템의 예이다.
광학 레이아웃(100)은 제1 광원(예: 레이저(102))로부터 조명 광이 제1 파장의 제1 광빔(예: 레이저 빔(116))을 포함하는 시스템의 예이며, 시스템은 대물 렌즈를 통하여 제2 조명 광을 공금하는 제2 광원(예: 레이저(104))를 더 포함하며, 제2 조명 광은 제2 파장의 제2 광빔(예: 레이저 빔(118)))을 포함한다.
광학 레이아웃(100)은 미러(예: 미러(110), 및 제1 광원과 제2 광원(예: 레이저(102 및 104)) 후 그리고 대물 렌즈(예: 대물 렌즈(128)) 전에 위치된 튜브 렌즈를 포함하는 시스템의 예이며, 미러로부터 튜브 렌즈까지 전파하는 제1 및 제2 광빔의 각각의 각도(예: 각도(122 및 124))는 격자 상에 제1 및 제2 광빔의 상응하는 입사 각(예: 빔들(142 및 144)의 각각의 커플링 각도)을 반사한다.
광학 레이아웃(100)은 광원(예: 레이저(102)) 후 그리고 미러(예: 미러(110)) 전에 위치된 미러(예: 미러(106))를 가지는 시스템의 예이며, 미러는 격자 상에 제1 및 제2 광빔의 공간적 분리(예를 들어, 채널(132)의 길이 방향으로 빔들(142 및 144)의 격자(138) 상의 상이한 입사 위치)는 제공한다.
도 2는 대물 렌즈(200)의 예를 도시한다. 대물 렌즈(200)는 양방향으로 광의 투과를 허용하고 하나 이상의 방식으로 광을 조작하도록 (여기서는 동축 방식으로) 배열된 복수의 렌즈(202)를 포함할 수 있다. 대물 렌즈(200)는 여기서 플로우셀(204)을 향한다. 예를 들어, 플로우셀(204)은 플로우셀(204)에서 평면 도파관 내로 및/또는 평면 도파관 밖으로 광의 커플링을 허용하는 하나 이상의 격자를 가질 수 있다.
대물 렌즈 (200)는 하나 이상의 광원과 함께 사용될 수 있다. 여기서, 대물 렌즈(200)의 일 단부에는 레이저(206)가 위치한다. 일부 구현들에서, 레이저(206)는 대물 렌즈(200) 내로 레이저 빔(208)을 생성한다. 예를 들어, 레이저 빔(208)은 약 532nm의 파장을 가질 수 있다. 여기서, 대물 렌즈 (200)의 동일한 단부에 레이저(210)가 위치된다. 일부 구현들에서, 레이저(210)는 대물 렌즈(200) 내로 레이저 빔(212)을 생성한다. 예를 들어, 레이저 빔(212)은 약 660nm의 파장을 가질 수 있다. 레이저 빔(208)은 대물 렌즈(200)의 측면(214)에 또는 그 근처로 전파되도록 지향될 수 있다. 레이저 빔(212)은 측면(214)에 대향하는 대물 렌즈(200)의 측면(216)에 또는 그 근처로 전파되도록 지향될 수 있다.
일부 구현들에서, 레이저 빔들(208 및 212)은 플로우셀(204) 상의 각각의 격자들에 입사된다. 일부 구현들에서, 레이저 빔(208)이 평면 도파관에 들어가는 격자는 레이저 빔(212)이 평면 도파관을 빠져 나가는 격자 일 수 있고, 레이저 빔(212)은 그 상응하는 격자에서 입사된 평면 도파관을 가진다. 이에 대응하여, 레이저 빔(212)이 평면 도파관에 들어가는 격자는 레이저 빔(208)이 평면 도파관을 빠져 나가는 격자일 수 있고, 레이저 빔(208)은 그 상응하는 격자에서 들어간 평면 도파관을 가진다. 차단이 수행되지 않으며, 출사 광빔은 대물 렌즈(200) 내로 전파될 수 있다.
상기 예는 시스템이 대물 렌즈의 제1 측면(예:측면(214))에 제1 광빔(예:레이저 빔(208))을 지향시키는 제1 광원(예:레이저(206)), 및 제1 측면의 맞은편의 대물 렌즈의 제2 측면(예:측면(216))에 제2 광빔(예:레이저 빔(212))을 지향시키는 제2 광원(예:레이저(210))을 포함할 수 있다는 것을 설명한다. 상기 예는 시스템이 제1 파장(예: 레이저 빔(208))의 제1 광빔 및 제2 파장(예: 레이저 빔(212))의 제2 광빔을 포함하는 조명 광을 제공할 수 있으며, 제1 광빔은 대물 렌즈(예: 대물 렌즈(200))의 제1 측면(예: 측면(214))에 지향될 수 있으며, 제2 광 빔은 제1 측면의 맞은편의 대물 렌즈의 제2 측면(예: 측면(216))에 지향될 수 있다는 것을 설명한다.
(예를 들어, 대물렌즈(200) 및 레이저들(206 및 210)을 포함하는) 시스템은 플로우셀(예: 플로우셀(204))을 조명하는 평면 도파관의 마주하는 측면들 상에 위치되는 제1 및 제2 격자와 사용될 수 있으며, 제1 격자는 평면 도파관 내에 제1 조명 광(예: 레이저 빔(208 또는 212)을 커플링하며, 제2 격자는 평면 도파관 외에 제1 조명 광을 커플링하는 것을 설명한다.
도 3은 플로우셀의 일부(300)의 예를 도시한다. 플로우셀은 도파관(302) 및 격자(304)를 가지며, 이들 각각은 플로우셀의 일부(300)에 부분적으로 도시되어있다. 도파관(302)의 재료(들)은 약 2.1의 굴절률을 갖는 Ta2O5를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도파관(302)은 약 100-200nm의 두께를 가질 수 있다. 도파관(302)의 특정 두께는 일부 구현에서 약 ±2.5nm의 공차를 가질 수 있다. 플로우셀(300)의 영역(306)(예를 들어, 이 도면에서 도파관(302) 및 격자(304) 위에 위치된 클래딩)은 물의 굴절률과 유사한 굴절률을 가질 수 있다. 플로우셀(300)의 영역(308)(예를 들어, 도에서 도파관(302) 및 격자(304) 아래에 위치된 기판)은 특정 유리의 굴절률과 유사한 굴절률을 가질 수 있다. 일부 구현들에서, 영역(308)은 약 1.5의 굴절률을 갖는 재료 유리 기판을 포함할 수 있다. 예를 들어, 영역(308)은 약 300μm의 두께를 가질 수 있다. 격자(304)는 약 10-100nm의 격자 두께를 갖는 SiO2를 포함할 수 있다. 격자(304)에 대한 특정 격자 두께는 약 ±2.5nm의 공차를 가질 수 있다. 예를 들어, 격자(304)는 약50±10%의 듀티 사이클(duty cycle)을 가질 수 있다.
예시는 플로우셀(300)에 대한 설계 모델을 도시한다. 일부 구현들에서, 플로우셀(300)을 도시하는 이미지는 유한-차이 시간-영역 분석을 이용하여 생성될 수 있다. 예를 들어, 이미지는 물리 모델링을 제공하는 소프트웨어 시스템을 사용하여 이미지를 생성할 수 있다.
플로우셀(300)에서, 입사광(예: 례이저 빔)은 화살표(310)로 표시된 바와 같이 입사되고 격자(304)에 의해 적어도 부분적으로 굴절된다. 광의 굴절된 부분은 도파관(302)에서 전파된다. 커플링 각도는 (레이저) 파장, 격자 피치/깊이, 및 굴절률에 따라 달라진다. 광의 세기는 스케일(312)에 따른 음영으로 표시된다. 최대 커플링 효율은 약 40%일 수 있다. 공학 플랫폼에 의한 대칭 커플링 각도 또는 선호되는 각도가 복수의 파장의 광에 대하여 정의되도록 디자인이 선택될 수 있다. 예를 들어, 격자(304)는 적색 레이저 빔 및 녹색 레이저 빔에 대한 하나 이상의 대칭 커플링 각도를 가질 수 있다.
일부 구현들에서, 격자는 SiO2로부터 제조될 수 있다. 일부 구현들에서, 격자는 다음의 특징들로 설계될 수 있다:
평면 도파관 두께 (nm) 격자 피치 (nm) 레이저 파장 (nm) 커플링 각도
(degrees) 		설계에서 클래딩
(Cladding in design) 		격자 길이
(mm) 		격자 공간
(Grating spacing) (mm)
50-1000 200-500 400-1000 0-40이상 물/SiO2/폴리머 0.05-0.5 0.2-50mm
도 4는 격자들(402 및 404)을 사용하여 평면 도파관(400) 내부 및 외부로 레이저 빔의 커플링의 예를 도시한다. 격자들(402 및 404)은 주어진 광의 파장에 대해 동일한 커플링 각도 또는 상이한 커플링 각도를 가질 수 있다. 예를 들어, 격자들(402 및 404)은 동일하거나 상이한 격자 주기들을 가질 수 있다. 격자들(402 및 404)은 평면 도파관(400) 상의 공간이 샘플(예를 들어, 유전 물질)을 이미징할 때 사용될 이미징 센서의 크기와 일치하도록 위치된다. 도 4에 도시된 이미지는 평면 도파관(400) 및 격자들(402 및 404)이 동작에 사용될 때 이용되도록 의도된 것과 다른 카메라 또는 다른 이미지 센서를 사용하여 캡처될 수 있다. 예를 들어, 이미지는 2D 충전-커플링 장치 카메라로 캡처할 수 있다. 평면 도파관(400)은 본 명세서의 다른 예에서 설명된 것들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 적합한 물질을 포함할 수 있다. 격자들(402 및 404)은 본 명세서의 다른 예에서 설명된 것들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 적합한 물질(서로 동일하거나 상이 함)을 포함할 수 있다.
격자(402)상의 영역(406)은 격자(402)로 지향된 레이저 빔에 의해 생성된 반사이다. 레이저 빔은 격자(402)에 의해 적어도 부분적으로 커필링되고 라인(408)으로서 평면 도파관(400)으로 들어가도록 커플링 각도에서 격자(402)에 충돌한다. 일부 구현들에서, 레이저 빔은 대략적으로 타원형인 단면을 가질 수 있다. 예를 들어, 레이저 빔은 약 100㎛ 정도의 가장 큰 치수를 가질 수 있지만, 더 작거나 더 큰 크기가 치수일 수 있다. 일부 구현들에서, 더 작은 빔 크기는 커플링 각도의 더 큰 공차를 제공할 수 있다. 예를 들어, 일부 격자에서 100μm 레이저 빔은 약 0.5도의 커플링 각도 공차를 가질 수 있다. 격자(404)상의 영역(410)은 격자(404)를 빠져 나가는 라인(408)의 레이저 빔에 대응한다.
격자(402) 상의 영역(406)은 격자(402)로 향하는 레이저 빔에 의해 생성된 반사이다. 예를 들어, 라인(408)은 도파관(400) 및 격자(402 및 404)가 적용되는 플로우셀에서 샘플을 조명하는데 사용될 수 있다. 라인(408)은 일부 구현들에서 약 8-150μm 폭일 수 있다. 라인(408)의 가장 좁은 영역 (때로는 허리로 지칭됨)은 약 7㎛정도일 수 있다. 이는 기존의 일부 시퀀싱 시스템의 라인 폭 사양과 관련하여 고려될 수 있다. 예를 들어, 기존 시스템 중 하나에서 라인 폭을 3 내지 8μm로 지정하고, 다른 시스템에서 라인 폭을 10 내지 24μm로 지정할 수 있지만, 또 다른 시스템에서 라인 폭을 40μm 정도로 지정할 수 있다. 일부 구현들에서, 빔 전파 손실은 약 1mm의 거리에 걸쳐 10% 미만일 수 있으며, 이는 x방향에서 평면 도파관(400)의 대략적인 폭일 수 있다. 예를 들어, 평면 도파관은 약 1.2mm 폭 및 최대 약 100mm 길이일 수 있다. 이는 일부 검출기(예를 들어, TDI 스캐너)에 대해 약 90% 인-라인 조명의 균일성을 정의할 수 있다. y방향에서의 각도 공차는 플로우셀에서 약 ±3도보다 클 수 있다.
사용시, 플로우셀로부터 이미징 광을 캡처하는 이미지 센서는, 이미지에서 레이저 광의 발생을 피하거나 줄이기 위해서, 그 시야가 영역(406 및 410)을 포함하지 않는 동안 라인(408)을 포함하도록 구성 및 배열될 수 있다. 일부 구현들에서, 시야는 평면 도파관(400) 내의 라인(408)만을 본질적으로 덮는 좁은 슬라이버(sliver)일 수 있다. 예를 들어, 시야는 약 10-24μm의 폭을 가질 수 있다. 예를 들어, 시야는 약 800μm, 1000μm 또는 2000μm의 길이를 가질 수 있다.
상이한 파장의 빔은 플로우셀 상에서 공간적으로 구별될 수 있다. 일부 구현들에서, 녹색 레이저 빔은 예를 들어 적색 레이저 빔과는 격자(402)상의 다른 위치에 충돌해야 한다. 예를 들어, 이는 각각의 레이저 빔으로부터의 신호들 사이의 크로스토크(crosstalk)를 제거하거나 감소시킬 수 있다. 이어서, 녹색 레이저 빔은 y방향으로 적색 레이저 빔으로부터 이격될 수 있다. 예를 들어, 격자 (402)상의 영역(406')은 녹색 레이저 빔의 입사를 개략적으로 예시한다. 예를 들어, 라인(408')은 본질적으로 라인(408)과 평행한 평면 도파관(400)으로의 녹색 레이저 빔의 커플링을 개략적으로 도시한다. 예를 들어, 격자(404)상의 영역(410')은 평면 도파관(400)으로부터 라인(408')의 광의 커플링을 개략적으로 도시한다.
본 명세서에 설명된 격자(402 및/또는 404), 또는 다른 격자는 하나 이상의 대칭 커플링 각도를 가지도록 설계될 수 있다. 도 5는 커플링 각도 대 격자 주기(grating period)의 예시적인 그래프 (500)를 도시한다. 커플링 각도는 세로축에 표시되고 격자주기(nm로)는 가로축에 표시된다. 4개의 빔이 도시되는데, 그 중 2개는 가로 전기(TE) 모드 빔이고 다른 2개는 가로 자기(TM) 모드 빔이다. 이 비 제한적인 작업 예에서, 하나의 TE 빔 및 하나의 TM 빔은 532nm 파장을 가진다. 다른 TE 빔 및 다른 TM 빔은 660nm 파장을 가진다. 도파관은 110nm 두께의 Ta2O5를 포함하였고, 기판은 약 1.5의 굴절률을 가지며 낮은 자가형광을 갖는 유리 물질을 포함 하였다. 커버 물 버퍼는 이미징을 위해 약 1.34의 굴절률을 가졌다.
그래프(500)는 커플링 각도 대 격자 주기에 대한 시뮬레이션 결과를 도시한다. 복수 각도의 대칭 커플링을 식별할 수 있다. 예를 들어, 3 개의 격자 주기는 342nm, 354nm 및 358nm의 대칭 커플링을 허용한다. 이러한 격자 주기에서의 대칭 커플링 각도는 각각 +-13.72, +-16.85 및 +-8.79도이며, 회절은 격자의 법선으로부터 어느 방향으로든 존재할 수 있음을 나타낸다. 이와 같이, 그래프(600)는 하나 이상의 광원, 및 적어도 제1 및 제2 파장을 갖는 시스템이 제1 및 제2 파장에 대한 대칭 커플링 각도(들)를 갖는 격자와 함께 사용될 수 있음을 도시한다. 추가 파라미터들은 커플 링 효율과 커플링 각도에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 이는 도파관 두께, 격자 깊이, 형상, 도파관의 굴절률, 클래딩 및/또는 기판, 파장, 및 빔 편광을 포함할 수 있다.
일반적인 파동 방정식을 포함하지만, 이에 한정되지 않는, 공지된 물리적 관계는 물질에서 전자기파동의 전파를 추가로 분석하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 평면 도파관 또는 다른 구성 요소를 설계하기 위한 기초로서의 시뮬레이션들이 수행되고 사용될 수 있다.
도 6은 커플링 각도 공차 분석의 예시적인 그래프(600)를 도시한다. 수직 커플링 효율(normalized coupling efficiency)은 수직축에 표시되고 입사 빔 상대 각도(각도)는 수평축에 표시된다. 0.57 °의 x-틸트(x-tilt) 각도 공차는 더 작은 빔 크기에 의해서 달성될 수 있다. 빔 직경을 더 줄이면서 위치 정렬 감도를 높이면 더 높은 공차를 제공할 수 있다. 그래프(600)에 도시된 커플링 각도 공차는 스테이지 틸트 해상도(stage tilting resolution)의 약 10배일 수 있고, 스캔 이미징에서 낮은 위험을 나타낼 수 있다.
도 7은 빔 허리 대 시뮬레이션된 각도 공차의 예시적인 그래프(700)를 도시한다. 구현 예가 조명 광의 입사각에 매우 민감하다면, 평면 도파관에서 라인은 샘플이 스캔동안 이동함에 따라 더 밝아 지거나 어두워질 수 있다. 그래프 (700)에서, 커플링 효율은 수직축에 대해 표시되고, 기판의 ?플링 각도는 수평축에 대해 표시된다. 그래프(700)에, 각각 30μm, 15μm, 8μm 및 (피그와 골 사이의 30nm 격자 깊이가 있는) 8μm 감소하는 빔 허리를 가지는, 4개의 예시적인 빔이 표시된다. 그래프(700)는 빔 허리가 감소함에 따라 커플링 각도 공차가 증가함을 보여준다. 또한, 그래프(700)는 격자 깊이의 최적화 후에 소형 빔의 커플링 효율이 여전히 35%를 초과할 수 있음을 보여준다. 각도 공차를 향상시키기 위해, 이미징을 위한 작은 빔 모델링 및 높은 개구수 대물 렌즈는 상당한 비용이나 어려움 없이 작은 빔 직경을 제공할 수 있다.
도 8은 도파관에 걸친 강도의 예시적인 그래프(800)를 도시한다. 강도는 수직축에 대해 표시되고 (예를 들어, 컬럼 번호의 형태로) 평면 도파관을 가로지르는 위치는 수평축에 표시된다. 그래프(800)는 도파관의 90% 이상에서 균일성이 있을 수 있음을 보여준다. 예를 들어, 이는 도파관의 중심에서 600μm 영역일 수 있다. 그래프(800)의 에지 백그라운드는 염료 용액 인공 효과에 기인할 수 있다.
라인 스캔 이미징을 위한 평면 도파관 조명을 평가하기 위해 샘플을 테스트 할 수 있다. 이러한 샘플은 형광 비드(flurescent beads), 염료 분자 카펫(dye molecule carpet) 및 유전 물질의 클러스터(clusters)를 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 도 9는 라인 스캔으로 구성된 예시적인 이미지(900)를 도시한다. 이미지(900)는 복수의 라인 스캔으로 구성될 수 있다. 이미지(900)는 800μm x 800μm의 크기를 갖는다. 스캔은 복수의 위치 및/또는 레인에서 1.6mm 걸쳐 수행될 수 있다. 이미지(900)는 예시의 목적으로 도시되어 있으며, 실제 상황에서 높이는 약 75mm 또는 100mm 정도일 수 있으며, 이는 단지 2개의 예시이다.
이미지(900)는 균일한 비드 및 백그라운드를 도시한다. 조명은 커플링 각도 또는 위치의 조정없이 약 100μm로부터 약 5mm까지 긴 스캔 영역을 따라 균일했다. 이미지(900)의 한 모서리에서, 격자 백그라운드가 현재 보인다. 이 상황을 해결하기 위해 디자인에 여백이 제공될 수 있다. 예를 들어, 약 100μm의 거터(gutter)가 상당한 비용없이 또는 다른 단점 없이 평면 도파관을 갖는 플로우셀에서 격자 커플러에 사용될 수 있다.
도 10은 형광 염료 분자의 예시적인 이미지(1000)를 도시한다. 이미지(1000)는 폴리머 층의 상부에서 고밀도 형광 염료 분자로 촬영된다. 이미지(1000)의 불규칙성은 반드시 조명 또는 이미징 기술로 인한 것은 아니다. 오히려, 이미지(1000)는 인터페이스 세부사항을 시각화할 수 있다. 예를 들어, 이미지(1000)는 폴리머 층 또는 유리 기판에서의 도파관 결함, 표면 패턴 및/또는 다른 결함, 및/또는 격자상의 기포 또는 먼지를 나타낼 수 있다.
도 11은 도파관 내에 레이저 빔 형상의 예시적인 이미지(1100)를 도시한다. 이미지(1100)에 광표백 패턴은 도파관 내에서 레이저 빔 형상을 도시할 수 있다.
도 12 내지 15는 유전 물질의 클러스터의 예시적인 이미지(1200, 1300, 1400, 및 1500)를 도시한다. 이미지는 저 전력에서 매우 낮은 백그라운드 및 높은 SNR을 가진다. 일부 구현들에서, 전력은 기존 시스템의 설정보다 40배 정도 낮을 수 있다. 예를 들어, 기존 시스템은 280mW의 레이저 전력를 포함할 수 있고, 이미지(1200)는 3.1mW의 레이저 전력에서 촬영될 수 있다. 조명은 이미지 센서의 전체 시야 및 스캐닝에서 균일하다.
이미지 (1200)는 800㎛ 폭이고 평면 도파관 플레이트의 출구를 도시한다. 이미지(1300 내지 1500)는 이미지(1200)와 비교할 때 확대된다. 이미지(1300)는 SNR이 314인 11mW에서 촬영된다. 이미지(1400)는 SNR이 154인 3.1mW에서 촬영된다. 이미지(1500)는 SNR이 35인 0.4mW에서 촬영된다.
SNR 분석은 동일한 분석 모델을 사용하는 기존 시스템과 비교하여 동일한 SNR 또는 신호에 대해 훨씬 더 낮은 전력이 관련될 수 있음을 보여준다. 하나의 가설은 백그라운드 광이 표준 이미징에 비해 동일한 신호 레벨에서 훨씬 더 높다는 것이다. 다른 가설은 낮은 신호 레벨에서 동일한 표준 SNR(표준 이미징과 비교)을 달성할 수 있다는 것이다.
SNR 분석은 기존 시스템과 동등한 신호에서, 평면 도파관이 백그라운드 레벨의 8배 감소, SNR의 2배 개선, 및/또는 30배 더 낮은 전력 사용을 나타낼 수 있음을 보여줄 수 있다. 이는 시스템에서 레이저 출력을 낮추는 능력에 상응한다. SNR 분석은 또한 기존 시스템과 동일한 SNR이 2배 낮은 신호, 70배의 레이저 출력 감소, 및/또는 더 낮은 DNA 광손상 및 레이저로 인한 대물렌즈 손상 또는 오염이 달성될 수 있음을 보여준다.
요컨대, 레이저 출력의 최대 약 20-70배 감소가 달성될 수 있다. 이는 상품 판매 비용과 기기와 관련된 일부 계측 메트릭을 낮출 수 있다. 이는 플로우셀 및 대물렌즈 오염 또는 광학장치에 레이전 손상 위험을 감소시킬 수 있다. 신호 대 백그라운드 비가 약 8배까지 향상될 수 있다. 이는 향상된 데이터 품질을 제공할 수 있다. 예를 들어, 소규모 클러스터를 잠재적으로 활성화할 수 있다. 레이저 노출 선량은 약 2 내지 4배까지 감소될 수 있다. 이는 DNA 광손상의 감소를 제공할 수 있다.
도 16은 레이저 조명 및 형광 이미징을 위한 시스템(1600)을 개략적으로 도시한다. 시스템(1600)은 본 명세서에 설명된 임의의 구성 요소, 레이아웃 또는 기술과 함께 사용될 수 있다. 시스템(1600)은 레이저들(1602 및 1604)을 포함한다. 일부 구현들에서, 레이저들(1602 및 1604)은 상이한 파장의 광을 생성할 수 있다. 예를 들어, 시스템(1600)의 일부 측면에서 레이저 광은 하나 이상의 광섬유(미도시)를 통해 전파될 수 있다. 시스템(1600)은 미러들(1606 및 1608)을 포함한다. 예를 들어, 레이저(1602)는 미러(1606)에 광을 지향시킬 수 있고, 레이저(1604)는 미러(1608)에 광을 지향시킬 수 있다. 시스템 (1600)은 프리즘(1610 및 1612)을 포함한다. 예를 들어, 미러(1606)는 프리즘(1610)에 광을 지향시킬 수 있고, 미러(1608)는 프리즘(1612)에 광을 지향시킬 수 있다. 시스템(1600)은 미러(1614)를 포함할 수 있다. 일부 구현에서, 미러(1614)는 압전 액추에이터를 갖는다. 예를 들어, 프리즘들(1610 및 1612)은 미러(1614)에 각각의 광을 지향시킬 수 있다. 일부 구현들에서, 하나 이상의 정렬 타겟들(1616)이 레이저 빔의 경로에 위치될 수 있다. 예를 들어, 정렬 타겟(1616)은 레이저 광을 위한 개구를 포함할 수 있다. 미러(1614)는 레이저 빔을 튜브 렌즈 (1618)로 향하게 할 수 있다. 예를 들어, 미러(1614)와 튜브 렌즈(1618) 사이에서 전파될 때 각각의 레이저 빔의 각도는 하나 이상의 격자와 같은 하류 구성 요소에서 레이저 빔의 커플링 각도를 정의할 수 있다.
구성 요소(1602-18)는 광학 테이블 또는 등가물과 같은 적절한 벤치(bench) 또는 다른 표면에 설치될 수 있다. 구성 요소(1602-18)는 집합적으로 여기 광학장치(excitation optics) 또는 대안적으로 평면 도파관(planar waveguide plate)으로 지칭될 수 있다. 다음은 평면 도파관 플레이트에 적용될 수 있는 특성 또는 파라미터이다: 532/660nm 파장의 다이오드 레이저(예를 들어, 레이저(1602 및 / 또는 1604))가 사용될 수 있고; 35/50mW 레이저 효과를 적용 할 수 있으며; 광섬유 단일 모드가 사용될 수 있다. 피에조 미러(piezo mirror)(예를 들어, 미러(1614))는: 수직 및/또는 수평 작동을 가질 수 있으며; 튜브 렌즈(예를 들어, 튜브 렌즈(1618)) 및 플로우셀 격자 내로의 커플링 각도를 최적화할 수 있으며; 튜브 렌즈의 후면 초점면에 위치할 수 있다. 선형 트렌스레이터 또는 미러(예를 들어, 미러(1606 및/또는 1608))은 거친 정렬을 위해 사용될 수 있다.
시스템(1600)은 적어도 튜브 렌즈(1618)로부터 광을 수신하는 구성 요소(1620)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 구성 요소(1620)는 광학 구조, 또는 조명 광학, 또는 둘 모두로서 특징지어 질 수 있다. 예를 들어, 구성 요소(1620)는 튜브 렌즈(1618)로부터의 광을 (예를 들어, 도면에서 도면내로) 수평 방향으로 반사시키는 미러와 튜브 렌즈(1818)로부터의 광을 (예를 들어, 이 도면에서 도면의 아래쪽으로) 수직 방향으로 반사시키는 미러를 포함할 수 있다. 시스템(1600)은 대물 렌즈(1622)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대물 렌즈(1622)는 복수의 렌즈 또는 다른 광학장치를 포함할 수 있다. 시스템(1600)은 대물 렌즈(1622)로부터의 광의 타켓인 샘플(1624)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 샘플은 대물 렌즈(1622)로부터의 광을 커플링하기 위한 평면 도파관 및 격자를 갖는 플로우셀에 제공될 수 있다. 샘플(1624)은 시스템 (1600)에서 하나 이상의 스테이지(1616)에 위치될 수 있다. 예를 들어, 스테이지(1626)는 이미징 또는 스캐닝 작업 동안에 플로우셀을 기계적으로 고정하기 위한 척 또는 다른 구성 요소를 포함할 수 있다.
샘플(1624)의 조명은 샘플의 유전 물질로부터 형광 반응을 생성할 수 있다. 이 응답은 시스템 (1600)에서 이미징 광으로서 특성화될 수 있다. 이미징 광은 대물 렌즈(1622)로 입사될 수 있고 구성 요소(1620) 내로 전파될 수 있다. 예를 들어, 구성 요소(1620) 내의 다이크로익 미러는 미러 (1624)을 향한 것과 같은 다른 방향으로 이미징 광을 지향시킬 수 있다. 미러(1628)은 시스템 (1600)에서 이미징 광을 투영 렌즈(1630)를 향해 지향시킬 수 있고, 그 후 이미징 광은 구성 요소(1322)에 입사될 수 있다. 구성 요소(1632)는 하나 이상의 방식으로 이미징 광을 다시 지향 및/또는 컨디셔닝할 수 있다. 예를 들어, 이러한 컨디셔닝은 이미징 광에 대한 감지 또는 검출 프로세스의 일부일 수 있다. 여기서, 구성 요소(1632)는 이미징 광을 각각의 이미지 센서(1634 및 1636) 중 하나 또는 둘 모두로 다시 지향시키는 미러을 포함한다. 일부 구현들에서, 각각의 이미지 센서들(1634 및 1636)은 특정 색상의 광으로 조명에 기인한 이미징 광을 처리할 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(1634 및 1636)는 TDI 센서일 수 있다. 이미징 광의 검출을 위해 다른 기술이 사용될 수 있다.
시스템(1600)은 하나 이상의 트랙(1638)을 포함할 수 있다. 일부 구현에서, 트랙(들)은 한편으로는 적어도 샘플(1624)과 다른 한편으로는 적어도 대물 렌즈(1622) 사이의 상대 운동을 촉진할 수 있다. 이는 예를 들어 플로우셀에서 하나 이상의 채널의 길이에 걸쳐 스캐닝함으로써 샘플(1624)의 더 넓은 영역의 이미징을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(1634 및/또는 1636)가 TDI 센서를 포함할 때, 스테이지(1626)는 트랙(들)(1638)에 의해 이동 가능한 스테이지일 수 있어서, TDI 센서(들)가 샘플(1624)을 보유하는 플로우셀의 연속 영역의 라인 이미지를 스캔할 수 있다.
열 처리는 시스템(1600) 또는 다른 구현에서 적용될 수 있다. 대물 렌즈(1622)는 조명 광을 전달하고 또한 이미징 광을 캡처하기 때문에, 샘플(1624)의 후면에 대한 광학적 접근이 필요하지 않을 수 있다. 이어서, 샘플(1624)의 후면에 의해 적어도 부분적으로 열 컨디셔닝이 적용될 수 있다. 일부 구현에서, 스테이지(1616)는 샘플(1624)의 신속 및/또는 정확한 열 제어를 위해 구성된 열 스테이지일 수 있다. 예를 들어, 스테이지(1626)는 이미징 및/또는 스캔동작 동안에 샘플을 고정된 온도로 유지할 수 있다.
이중-표면 조명 및 이미징이 수행될 수 있다. 일부 구현에서, 격자는 플로우셀의 상부 및 하부 표면에서 상이한 위치를 가질 수 있다. 일부 구현들에서, 격자들은 기하학적 구조 및/또는 물질에 기초하여 상이한 커플링 각도로 설계될 수 있다. 예를 들어, 격자 주기는 상황에 따라 적절한 커플링 각도를 제공하도록 다르게 설계될 수 있다. 예를 들어, 상부 및/또는 하부 커플링 각도는 클래딩/기판의 플립핑(flipping)으로 인해 자연적인 차이를 가질 수 있다. 버퍼는 유리 기판/커버와 항상 상부로부터의 조명 사이에 제공될 수 있다. 상기 접근법 중 둘 이상의 조합이 사용될 수 있다.
도 17은 플로우셀 (1700)을 사용한 이중 표면 이미징의 예를 도시한다. 플로우셀은 본 명세서에 언급된 것을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 적합한 물질로 제조될 수 있다. 플로우셀(1700)은 기판(1702)(예를 들어, 이 도면에서 상부 기판) 및 기판(1704)(예를 들어, 이 도면에서 하부 기판)을 포함한다. 하나 이상의 채널(1706)이 기판들(1702, 1704) 사이에 형성될 수 있다. 예를 들어, 채널(들)(1706)은 시퀀싱 공정에서와 같이 조명에 노출될 하나 이상의 샘플(예를 들어, 유전 물질)을 함유할 수 있다. 범례(1708)는 스캔이 y방향으로 수행될 수 있고 x방향이 플로우셀(1700)을 가로 질러 스캔 방향에 가로 방향으로 정의될 수 있음을 나타낸다.
격자들(1710 및 1712)은 기판(1702) 상에 제공될 수 있다. 일부 구현들에서, 격자들(1710 및 1712)은 채널(1706)을 향하는 기판 (1702)의 표면(이 도면에서, 기판(1702)의 바닥 표면)에 제공된다. 예를 들어, 격자(1710)는 (기판(1704)을 통해 그리고 채널(1706)을 통해 전파된) 광 빔(1714)을 기판 (1702)에 의해 형성된 평면 도파관에 커플링하는데 사용될 수 있다. 이와 같이, 광빔(1714)은 본질적으로 x방향으로 기판(1702) 내부로 이동하고 기판(1702)의 내부 (여기서는 바닥) 표면 상에 또는 인접하는 샘플 물질을 조명할 수 있다. 예를 들어, 격자(1712)는 기판(1702) 밖의 평면 도파관에 전파하는 광을 커플링하는데 사용될 수 있다.
기판(1704)와 유사한 구성이 제조될 수 있다. 여기서, 기판(1704) 상에 (이 도면에서, 기판(1704)의 상부 표면 상에) 격자(1716)는, 기판(1704)의 안쪽 표면 상에 또는 인접한 샘플 물질을 조명하고 x방향에서 이동하기 위해서, 기판(1704)에 의해서 형성된 평면 도파관으로 기판(1704) 안으로 전파하는 광빔(1718)을 커플링할 수 있다. (기판(1704)의 상부 표면 상에) 격자(1720)는 기판(1704) 밖의 평면 도파관에 전파하는 광을 커플링하는데 사용될 수 있다.
샘플 물리로부터 현광 반응은 이미지 광의 형태로 검출될 수 있다. 이미지 센서(미도시) 광빔(1714)에 의해서 채널(1706)의 상부에서(본 도면에서) 유발된 이미징 광을 캡처할 수 있으며, 광빔(1718)에 의해서 채널(1706)의 하부에서 유빌된 이미징 광을 캡처할 수 있다. 예를 들어, 광빔(1714 및 1718)은 각각의 표면의 개별적인 이미징을 허용하기 위해 상이한 시간(예를 들어, 교대로) 활성화될 수 있다. 이미지 광을 캡처하는데 사용되는 동일한 대물 렌즈를 통해 광빔(1714 및 1718)을 전달함으로써, y방향의 모든 위치에서 이미징 및 동시 등록이 달성될 수 있다.
광빔(1714 및 1718)은 개별 광원 또는 동일한 광원에 의해서 생성될 수 있다. 다른 파장들이 플로우셀(1700)에 사용될 수 있다. 일부 구현들에서, 532nm 및 660nm 레이저 둘 다가 광빔들 (1714 및 1718)에 각각 사용될 수 있다. 예를 들어, 532nm 레이저 빔은 약 15도 커플링 각도를 가질 수 있다. 460nm와 같은 다른 파장에서, 더 작은 격자 피치 및/또는 더 큰 커플링 각도가 사용될 수 있다.
상기 예는 취할 수 있는 접근법을 예시할 수 있다. 일부 구현들에서, 격자는 상부 및 하부 표면의 상이한 위치에 있을 수 있다. (기판 (1702)상의) 격자(1710) 및 (기판(1704)상의) 격자(1716)는 x방향으로 서로 오프셋된다. 예를 들어, 격자(1710)는 채널(1706)의 중심에 더 가까이 있을 수 있다. (기판 (1702)상의) 격자(1712) 및 (기판(1704)상의) 격자(1720)는 x방향으로 서로 오프셋 된다. 예를 들어, 격자(1712)는 채널 (1706)의 중심으로부터 멀어질 수 있다. 일부 구현들에서, 위치 차이는 약 100μm 정도일 수 있다.
격자는 다른 커플링 각도를 가질 수 있다. 일부 구현들에서, (기판 (1702)상의) 격자(1710) 및 (기판 (1704)상의) 격자(1716)는 상이한 커플링 각도를 가질 수 있다. 예를 들어, 약 1도의 커플링 각도의 시프트가 사용될 수 있다.
일부 구현들에서, 위치 차이 및 커플링 각도 차이가 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 격자(1710) 및 격자(1716)는 약 50μm의 x방향에서의 위치 차이를 가질 수 있고, 약 0.5도의 커플링 각도 차이를 가질 수 있다.
상기 예는 시스템인 제2 샘플 표면(예: 채널(1706)을 향하는 기판(1704)의 표면)과 평행한 제1 샘플 표면(예: 챈러(1706)을 향하는 기판(1702)의 표면)을 포함하는 플로우셀(예: 플로우셀(1700))과 사용될 수 있음을 설명한다. 제1 격자(예: 격자(1710))는 제1 샘플 표면을 조명하기 위해서 제1 조명 광의 제1 부분을 커플링(예: 광빔(1714))할 수 있다. 제2 격자(예: 격자(1718))는 제2 샘플 표면을 조명하기 위해서 제1 조명 광의 제2 부분(광빔들(1714 및 1718)이 동일한 광원으로부터 올 때 광빔(1718))을 커플링할 수 있다.
상기 예는 제1 격자(예: 격자(1710))가, 제1 조명 광의 제1 부분(예:광빔(1714))의 이동 방향(예: x방향)에서, 제2 격자(예: 격자(1716))에 대하여, 오프셋될 수 있다는 것을 도시한다.
상기 예는 시스템이 플로우셀(예: 플로우셀(1700) 및 이미지 센서와 사용될 수 있으며, 플로우셀 상의 조명 영역은 이미지 센서의 시야와 함께 등록될 수 있음을 도시한다.
플로우셀(1700)을 빠져 나가는 광은 대물 렌즈로 들어가거나 이미지 센서에 도달하는 것이 차단될 수 있다. 일부 구현들에서, 벽(1722) 또는 다른 장벽이 사용될 수 있다. 벽(1722)은 빔 덤프(beam dump)로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 벽(1722)은 격자(1712)가 기판(1702)의 평면 도파관 밖에서 커플링되는 광빔(1714)으로부터의 광을 차단하도록 위치될 수 있다. 예를 들어, 벽(1722)은 격자(1720)가 기판(1704)의 평면 도파관 밖에서 커플링되는 광빔(1718)으로부터의 광을 차단하도록 위치될 수 있다. 일부 구현들에서, 벽(1722)은 복귀 광의 경로에서 대물 렌즈 뒤의 위치에 배치 될 수 있다.
도 18 내지 도 19는 플로우셀을 사용하는 이중 표면 이미징의 다른 예를 도시한다. 도 18에서, 플로우셀(1800)이 단면도로 도시되어있다. 플로우셀(1800)은 커버 유리 기판(1802), 평면 도파관(1804), 평면 도파관(1804) 상에 또는 인접한 샘플(1806), 물 버퍼(1808), 평면 도파관(1812) 상에 또는 인접한 샘플(1810), 및 유리 기판(1814)을 포함한다. 예를 들어, 커버 유리 기판(1802)은 예를 들어 현미경을 통해 샘플(1806)을 관찰할 수 있는 비교적 얇은 투명 재료일 수 있다. 일부 구현들에서, 평면 도파관(1804)은 상부 표면으로 간주될 수 있고, 평면 도파관(1812)은 하부 표면으로 간주될 수 있다.
평면 도파관(1804)에는 격자(1816)가 형성되고, 평면 도파관(1812)에는 격자(1818)가 형성된다. 격자들(1816, 1818)은 서로 동일하거나 상이한 격자 디자인을 가질 수 있다.
조명 광은 평면 도파관(1804 또는 1812)에 커플링될 수 있다. 여기서, 광빔(1820)은 커버 유리 기판(1802), 평면 도파관(1804) 및 물 버퍼(1808)를 통해 전파된다. 광빔(1820)은 격자(1818)에 의해 평면 도파관(1812)에 커플링된다. 예를 들어, 광빔(1820)은 455nm, 532nm 및/또는 660nm 파장을 갖는 하나 이상의 레이저 빔을 포함할 수 있다. 유사하게, 광빔(1822)은 커버 유리 기판(1802)을 통해 전파되고 격자(1816)에 의해 평면 도파관(1804)에 커플링된다. 예를 들어, 광빔(1822)은 455 nm, 532nm 및/또는 660nm 파장을 갖는 하나 이상의 레이저 빔을 포함할 수 있다. 광빔(1820)을 생성하기 위해 하나 이상의 레이저가 사용될 수 있다. 광빔(1822)을 생성하기 위해 하나 이상의 레이저가 사용될 수 있다.
하나 이상의 프로세스는 플로우셀(1800)을 사용하여 수행될 수 있다. 일부 구현에서, 제1 프로세스는 광빔(1822)으로 여기 및 이미징되는 상부 표면(여기서 물 버퍼(1808)을 향하는 평면 도파관 (1804)의 표면)을 포함한다. 제2 프로세스는 광빔(1820)에 의해 여기 및 이미징되는 바닥 표면(여기서 물 버퍼(1808)를 향하는 평면 도파관(1812)의 표면)을 포함할 수 있다. 이러한 프로세스들 사이에서, 대물 렌즈의 재-포커싱 및 커플링 각도의 조정이 수행될 수 있다. 샘플(1806)(예를 들어, 상부 표면) 또는 샘플(1810)(예를 들어, 하부 표면)은 다른 것보다 먼저 이미징될 수 있다.
다른 격자(미도시)는 하나 이상의 평면 도파관(1804 및 1812)으로부터 광을 커플링하기 위해 사용될 수 있다. 일부 구현들에서, 다른 격자는 평면 도파관(1804) 및/또는 평면 도파관(1812)에 배치될 수 있다. 이러한 격자는 각각의 평면 도파관(1804 또는 1812)으로부터 광을 커플링시킬 수 있다. 예를 들어, 격자(1816) 및 그러한 추가 격자는 평면 도파관(1804)의 동일한 표면 상에 평행하게 쌍을 형성하여 센서(예를 들어, TDI 센서)의 조명 영역을 정의할 수 있다. 예를 들어, 격자 (1818) 및 이러한 추가 격자는 평면 도파관(1812)의 동일한 표면에 평행하게 쌍을 형성하여 센서 (예를 들어, TDI 센서)의 조명 영역을 정의할 수 있다.
추가 격자를 사용하여 평면 도파관(1804 또는 1812) 밖에 광을 커플링시키는 대신에, 잔류 광을 다루는 다른 방법이 사용될 수 있다. 일부 구현들에서, 광은 플로우셀 상에서 직접 차단될 수 있다. 예를 들어, 금속 스트립 및/또는 흡수 스트립은 평면 도파관에 적용되어 광이 샘플을 조명 한 후 빛을 차단할 수 있다.
상기 예는 플로우셀(예를 들어, 플로우셀(1800))이 샘플(예를 들어, 샘플(1806 및/또는 1810))을 보유하기 위해 기판(예를 들어, 유리 기판(1814))을 포함할 수 있음을 예시한다. 플로우셀은 샘플에 대한 제1 광(예를 들어, 광빔(1822))을 유도하기 위한 제1 평면 도파관(예를 들어, 평면 도파관 (1804))을 포함할 수 있다. 플로우셀은 제1 광을 커플링하기 위한 제1 격자(예를 들어, 격자(1816))를 포함할 수 있다. 플로우셀은 샘플을 위한 제2 광(예를 들어, 광빔(1820))을 유도하기 위한 제2 평면 도파관(예를 들어, 평면 도파관(1812))을 포함할 수 있다. 플로우셀은 제2 광을 커플링시키기 위한 제2 격자(예를 들어, 격자(1818))를 포함할 수 있다.
상기 예시는 제1 격자(예를 들어, 격자(1816))가 제1 부분(예를 들어, 광빔(1822))을 커플링하는 제 1 평면 도파관(예를 들어, 평면 도파관(1804)), 및 제2 조명 격자(예를 들어, 격자(1818))가 (광빔(1820 및 1822)이 동일한 광원에 의해 생성될 때) 제1 조명 광의 제2 부분(예를 들어, 광빔(1820))을 커플링시키는 제2 평면 도파관과 함께 시스템이 사용될 수 있음을 도시한다.
샘플 (1806 및/또는 1810)은 조명 광에 기초하여 하나 이상의 형광 응답을 생성할 수 있다. 예를 들어, 샘플(1806 및/또는 1810)은 조명 광에 반응하고 응답을 생성하는 하나 이상의 형광단(fluorophore)을 포함할 수 있다.
도 19는 플로우셀(1924)의 일부의 단면도를 도시한다. 일부 구현들에서, 플로우셀(1924)은 커버 유리 기판(1926), 평면 도파관(1928), 물 버퍼(1930), 평면 도파관(1932), 및 유리 기판(1934)을 포함할 수 있다. 평면 도파관(1928)에는 격자(1936)가 형성되고, 평면 도파관(1932)에는 격자(1938)가 형성된다. 격자(1936, 1938)는 다른 커플링 각도를 가질 수 있다. 커플링 각도는 격자 주기, 격자 깊이 및/또는 평면 도파관(1904 또는 1912)의 물질에 따라 달라질 수 있다. 일부 구현들에서, 격자들(1936 및 1938)은 상이한 격자 주기들을 갖는다. 예를 들어, 격자(1936)는 격자(1938)보다 짧은 격자 주기를 가질 수 있다.
도 20은 플로우셀 조명의 예시적인 이미지(2000)를 도시한다. 일부 구현들에서, 이미지(2000)는 플로우셀 상의 조명 프로파일을 나타낼 수 있으며, 프로파일은 디자인 모델에 의해 결정된다. 예를 들어, 레이저 전력은, 1200μm x 20μm 영역을 포함하는(하지만 이에 제한되지 않는다), 선형 영역에 분배될 수 있다. 예를 들어, 4mW의 레이저 전력이 사용될 수 있다.
도 21a 내지 도 21b는 프로세스(2100)의 예시적인 흐름도를 도시한다. 프로세스(2100)는 시퀀싱 장치를 포함하지만 이에 제한되지 않는 하나 이상의 시스템에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 프로세스(2100)는 본 명세서에 설명된 임의의 시스템에서 수행될 수 있다.
2110에서, 적어도 하나의 샘플이 제공될 수 있다. 예를 들어, 이는 유전 물질의 샘플을 획득하는 단계, 샘플을 정제하는 단계, 샘플을 수정하는 단계, 샘플을 클러스터로 복제하는 단계를 포함할 수 있습니다. 샘플은 본 명세서에 기술된 임의의 플로우셀을 포함하는(하지만, 이에 제한되지 않는다) 플로우셀에 제공될 수 있다.
2120에서, 샘플을 함유하는 플로우셀은 시퀀싱 시스템에 위치될 수 있다. 예를 들어, 시스템 (1600)(도 16)에서, 샘플(1624)은 스테이지(1626) 및 트랙(1638)을 사용하여 대물 렌즈(1622)에 대해 위치될 수 있다.
2130에서, 대물 렌즈가 포커싱될 수 있다. 예를 들어, 도 16의 대물 렌즈(1622)는 이미지 센서 (1634 및/또는 1636)가 샘플(1624)로부터 이미징 광의 명확한 시야를 얻도록 포커싱될 수 있다.
2140에서, 샘플은 대물 렌즈를 통해 조명될 수 있다. 조명은 대물 렌즈의 시야 밖에서 격자에 의해 평면 도파관에 커플링될 수 있다. 이 예는 프로세스(2100)가 이미지 센서 시야 외부에 위치된 격자를 통해 대물 렌즈를 통해 그리고 플로우셀로 조명 광을 공급하는 것을 포함할 수 있음을 도시한다.
2150에서, 이미징 센서(들)을 사용하여 대물 렌즈를 통해 이미징 광이 캡처될 수 있다.
2160에서, 이미징 세션이 완료되었는지가 결정될 수 있다. 예를 들어, 스캔 프로세스가 수행되고 있고 전체 샘플이 아직 이미징되지 않았다면, 프로세스(2100)는 재배치가 수행되는 2170에서 계속될 수 있다. 샘플과 대물 렌즈의 상대 위치가 변경된다. 예를 들어, 도 16의 샘플(1624)은 트랙 (1638)에 의해 대물 렌즈(1622)에 대해 전진될 수 있다. 그 후, 프로세스는 포커싱을 맞추기 위해 (필요한 경우) 2130으로 되돌아 가서 2140에서 샘플의 다른 영역을 비춘다.
이미징이 2160에서 완료되면, 프로세스(2100)는 이미지가 구성될 수 있는 2180으로 계속될 수 있다. 예를 들어, 이미지는 TDI 센서에 의해 촬영된 각 라인 스캔들으로부터 구성될 수 있다.
도 21b는 플로우셀에서 다중 표면을 사용한 이미징에 관한 것이다. 일부 구현들에서, 프로세스(2100)에서 2130-2150대신에 도 21b에 도시된 동작들이 수행될 수 있다. 2130'에서, 대물 렌즈는 제1 샘플 표면에 포커스될 수 있다. 예를 들어, 이는 도 18의 평면 도파관(2004)의 표면일 수 있다. 2140'에서, 제1 샘플 표면이 조명될 수 있다. 예를 들어, 이는 도 18의 광빔(2021)을 사용하여 수행될 수 있다. 2150'에서, 제1 샘플 표면의 이미지는 대물 렌즈를 사용하여 캡처될 수 있다.
2130''에서, 대물 렌즈는 제2 샘플 표면에 포커싱을 맞출 수 있다. 예를 들어, 이는 도 18의 평면 도파관(1812)의 표면일 수 있다. 2140''에서, 제2 샘플 표면이 조명될 수 있다. 예를 들어, 이는 도 18의 광빔(2020)을 사용하여 수행될 수 있다. 2150''에서, 제2 샘플 표면의 이미지는 대물 렌즈를 사용하여 캡처될 수 있다.
본 예시에서, 방법은 제2 샘플 표면에 평행한 제1 샘플 표면을 포함하는 플로우셀을 포함할 수 있으며, 이러한 방법은 조명 광의 제1 구성 요소(예: 광빔(1822))을 제1 샘플 표면과 정렬된 제1 격자(예: 격자(1816))로 지향시키는 단계, 및 조명 광의 제2 구성 요소(예: 광빔(1820))을 제2 샘플 표면과 정렬된 제2 격자(예: 격자(1818))로 지향시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 예시에서, 방법은 (2140'에서) 조명 광의 제1 구성 요소를 제1 격자로 지향시키는 것과 관련하여 (2130'에서) 대물 렌즈를 제1 샘플 표면에 포커싱을 맞추도록 조정하는 단계, 및 (2130''에서) 조명 광의 제2 구성 요소을 제2 격자로 지향시키는 것과 관련하여 (2130''에서) 대물 렌즈를 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
도 22는 레이저 조명 및 형광 이미징을 위한 시스템(2200)의 예를 개략적으로 도시한다. 시스템(2200)은 평면 도파관 조명을 위한 자동-정렬을 수행하도록 구성된다. 시스템(2200)의 일부 양태들은 시스템(1600) (도 16)과 동일하거나 유사할 수 있다. 예를 들어, 시스템(2200)의 구성 요소(1602-1638)는 시스템(1600)의 대응하는 구성 요소와 본질적으로 동일한 구성 요소일 수 있고/있거나 본질적으로 동일한 기능을 수행할 수 있다.
도 16을 참조하여 위에서 언급 한 바와 같이, 대물 렌즈(1622)는 조명 광(때때로 여기 광으로 지칭 됨)을 샘플(1624)로 지향시키고, 구성 요소(1620)를 향해 반대 방향으로 전파하는 샘플(1624)로부터 이미징 광을 수신할 것이다. 평면 도파관을 통과한 후, 여기 광은 대물 렌즈(1622)로 들어가며, 구성 요소(1620)를 향해 전파될 수 있다. 예를 들어, 이러한 상황은, 평면 도파관이 플로우셀 밖에 여기 광을 커플링하는 출구 격자를 갖질 때, 그리고 여기 광이 대물 렌즈(1622)에 재-유입되는 것을 차단할 수 있는 빔 덤프(beam dump) 등이 존재하지 않을 때, 발생할 수 있다.
구성 요소(1620)에서, 이미징 광 및 복귀 여기 광은 서로 분리될 수 있다. 예를 들어, 다이크로익 거울이 사용될 수 있다. 이미징 광은 미러(1624) 쪽으로 지향되어, 최종적으로 이미지 검출기(들) (1624-36)에 의해 수신될 수 있다. 한편, 되돌아오는 여기 광은 빔 스플리터(beamsplitter)(2202)쪽으로 지향될 수 있다. 때때로 픽오프(pickoff) 미러로 지칭되는, 빔 스플리터 (2202)는 구성 요소(1620)로부터 도달하는 복귀 여기 광의 일부를 이미지 센서(2206) 앞에 위치된 투영 렌즈(2204)로 다시 지향시킨다. 일부 구현들에서, 빔 스플리터(2202)는 비대칭 반사 코팅을 갖는다. 예를 들어, 빔 스플리터(2204)의 각 측면들은 다이크로익 필터로서 코팅될 수 있다.
이미지 센서(2206)(예를 들어, 전하-커플링 장치)는 이미지 검출기(1634-36)에 의해 캡처될 이미지의 품질을 평가하는데 사용하기 위해 그 위에 격자를 포함하는 샘플(1624)의 이미지를 캡처하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 샘플(1624)이 이미지 검출기(1634-36)의 카메라 평면에 대해 적절하게 배향되지 않으면, 결과의 이미지는 품질이 떨어질 수 있다. 이는 샘플 평면과 카메라 평면 사이에 잔여물이 있는 것으로 설명될 수 있다. 이미지 센서(2206)는 레이저 빔 및/또는 샘플 (1624)의 배향이 후술될 프로세스를 포함하여(이들로 제한되지 않음) 조정되어야 하는지 여부를 결정하는데 사용될 수 있다. 이러한 조정 또는 보정은 샘플을 디-틸팅(de-tilting)하는 것으로 지칭될 수 있다.
투영 렌즈(2204)는 이미지 센서(2206)에 의해 캡처된 이미지를 제어하는데 사용될 수 있다. 또한, 빔 스플리터(2202)는 여기서 튜브 렌즈(1618)(때로는, 투영 렌즈로 지칭됨)와 구성 요소(1620) 사이에 배치되었다. 이러한 배치는 이미지 센서(2206)에 들어가기 전에 구성 요소(1620)로부터 도달하는 복귀 여기 광이 튜브 렌즈(1818)를 통과하지 않는다는 이점을 제공할 수 있다. 따라서, 복귀 여기 광의 배율 등은 튜브 렌즈(1618)에 대해 선택된 배율에 의존하지 않는다.
도 23은 정렬을 위한 프로세스(2300)의 예시적인 흐름도를 도시한다. 예를 들어, 프로세스(2300)는 개선된 이미지 품질을 위해 플로우셀에 대한 조명 광의 자동 정렬을 수행하기 위해 시스템 (예를 들어, 시스템 (2200))에서 수행될 수 있다. 표시된 것보다 더 많거나 적은 작업을 수행할 수 있다. 다른 순서로 둘 이상의 작업을 수행할 수 있다.
2310에서, 플로우셀이 위치될 수 다. 예를 들어, 시스템(2200)에서, 샘플(1624)은 스테이지(1626)를 사용하여 위치될 수 있다.
2320에서, 조명이 제공될 수 있다. 예를 들어, 시스템(2200)에서 레이저(1602 및/또는 1604)로부터의 하나 이상의 레이저 빔은 대물 렌즈(1622)를 통해 그리고 샘플(1624)로 지향될 수 있다.
2330에서, 여기 광이 포착될 수 있다. 시스템(2200)의 이미지 센서(2206)는 투영 렌즈(2204)를 통과하는 빔 스플리터(2202)로부터 광을 수신할 수 있다. 일부 구현들에서, 이미지 센서(2206)에 의해 캡처된 이미지는 도 4의 평면 도파관(400)의 이미지와 동일할 수 있으며, 이 이미지는 격자들 (402 및 404)이 보일 정도로 충분히 큰 시야를 갖는다. 도 4을 참조하여 설명 된 바와 같이, 영역 (406)은 격자(402)에 충돌하는 레이저 빔의 반사에 대응한다. 또한, 영역(410)은 격자(404)를 빠져 나가는 라인(408)의 레이저 빔에 대응한다.
영역 (406 및/또는 410)에서 보이는 광량은 정렬 품질의 지표일 수 있다. 영역(406)이 비교적 밝은 경우, 이는 충돌 레이저 빔의 상당 부분이 격자(402)에 의해 반사(즉, 결합되지 않음)되고 있다는 표시일 수 있다. 예를 들어, 이것은 충돌하는 레이저 빔이 올바른 커플링 각도를 가지고 있지 않으며 조정이 수행되어야 함을 나타낼 수 있다. 영역(410)이 비교적 침침하거나 어두운 경우, 이는 격자(402)에서 평면 도파관(400)에 광이 커플링되지 않음을 나타낸다. 유사하게, 이는 충돌하는 레이저 빔이 올바른 커플링 각도를 가지고 있지 않으며 조정이 이루어져야만 한다는 것을 나타낼 수 있다.
2340에서, 플로우셀 및 조명 광의 상대 배향의 조정이 수행될 수 있다. 시스템(2200)에서, 레이저 빔(들)의 배향은 하나 이상의 레이저들(1602 또는 1604), 미러들(1606 또는 1608), 프리즘(1610 또는 1612), 미러(1516), 구성 요소(1620), 및/또는 대물 렌즈(1622)를 조절함으로써 제어될 수 있다. 시스템(2220)에서, 샘플(1624)의 배향은 스테이지(1626)를 사용하여 조절될 수 있다. 일부 구현들에서, 스테이지(1616)는 복수의 자유도로 조정될 수 있다. 예를 들어, 샘플(1624)의 정확한(예를 들어, 나노 미터 정밀도 이상의) 위치 설정을 위해 3개의 틸트 모터가 사용될 수 있다. 2340에서 상대 배향의 조정은 충돌하는 레이저 빔의 평면 도파관으로의 커플링 질에 영향을 줄 수 있다.
2350에서, 여기 광이 캡처될 수 있다. 일부 구현들에서, 이것은 평면 도파관(400)(도 4)으로의 광의 커플링이 2340에서의 조정이 수행되기 이전에 비해 개선되었는지를 평가하기 위해 수행될 수 있다. 일부 구현들에서, 영역(406)이 2330에서 캡처된 여기 광에서보다 2350에서 캡처된 여기 광에서 더 어두운(예를 들어, 더 적은 강도를 갖는) 경우, 이는 개선된 정렬의 표시일 수 있다. 일부 구현들에서, 영역(410)이 2330에서 캡처된 여기 광에서보다 2350에서 캡처된 여기 광에서 더 밝아지면(예를 들어, 더 큰 세기를 가짐), 이는 개선된 정렬의 표시일 수 있다. 예를 들어, 영역(406)이 어두워지고 영역(410)이 밝아지면, 이는 개선된 정렬의 특히 중요한 표시일 수 있다. 이와 같이, 하나 이상의 정렬 기준이 캡처된 여기 광에 적용될 수 있다.
여기 광의 캡처는 동작(2330 및 2350)에 의해 지시된 바와 같이 별도의 순간에 발생할 수 있거나, 예를 들어 플로우셀 이미지의 라이브 피드(live feed) 형태로 연속적으로 수행될 수 있다.
2360에서, 적어도 하나의 정렬 기준이 충족되었는지가 결정될 수 있다. 그렇다면, 프로세스(2300)는 2380으로 계속될 수 있다. 예를 들어, 자기 정렬은 2380에서 종료될 수 있다.
정렬 기준이 2360에서 충족되지 않았다면, 프로세스(2300)는 하나 이상의 반복으로 계속될 수 있다. 예를 들어, 2340에서 수행된 조정과 유사하게 2370에서 하나 이상의 조정이 수행될 수 있다. 이어서, 프로세스(2300)는 갱신된 분석을 위해 여기가 캡처될 수 있는 2350으로 계속될 수 있다. 프로세스(2300)는 정렬 기준이 2360에서 충족되거나 다른 종료가 발생할 때까지 반복을 계속할 수 있다.
도 24는 다수의 스와스(swath)(2402, 2404 및 2406)를 갖는 플로우셀(2400)의 예를 도시한다. 스와 스(2402-06)는 샘플(예를 들어, 유전 물질 클러스터)이 존재하는 영역에 해당하며, 이 샘플은 이미징 프로세스에서 조명되어야 한다. 플로우셀(2400)은 격자(2408, 2410, 2412 및 2414)를 포함한다. 여기서, 격자(2408 및 2410)는 스와스(2402)의 경계로서 기능하고; 격자들(2410 및 2412)은 스와스(2404)의 경계로서 기능하고; 격자(2412 및 2414)는 스와스(2406)의 경계로서 기능한다. 예를 들어, 각각의 스와스(2402-06)는 광이 인접한 격자 중 하나에서 입사하여 평면 도파관을 통해 이동하는 하나 이상의 각각의 평면 도파관을 가질 수 있고, 반대쪽 격자에서 나간다. 이와 같이, 스와스들(2402-06) 및 격자들(2408-14)은 이미지 센서(예를 들어, TDI 센서)의 시야와 호환되는 큰 이미징 영역을 제공하기 위해 플로우셀(2400) 상에 배치될 수 있다. 이러한 디자인은 플로우셀 면적을 감소시켜 소모품 비용을 절감할 수 있다.
격자는 입력 격자 및 출력 격자 둘 다로서 기능할 수 있다. 예를 들어, 광빔(2416)은 격자(2410)에서 플로우셀(2400)에 입사된다. 여기서, 광빔(2416)은 격자(2410)에 대한 적절한 커플링 각도를 가지며 따라서 스와스(2404)의 평면 도파관에 커플링된다. 스와스(2404)의 다른 쪽의 격자(2412)는 플로우셀(2400)로부터 광빔(2416)을 커플링시킨다. 이와 같이, 광빔(2416)에 대해, 격자(2410)는 입력 격자로 간주될 수 있고 격자(2412)는 출력 격자로 간주될 수 있다.
다른 예로서, 광빔(2418)은 격자(2412)에서 플로우셀(2400)에 입사된다. 여기서 광빔(2418)은 격자 (2412)에 대한 적절한 커플링 각도를 가지며 따라서 스와스(2404)의 평면 도파관에 커플링된다. 스와스(2404)의 다른 측면상의 격자(2410)는 플로우셀(2400)로부터 광빔(2418)을 커플링시킨다. 이와 같이, 광빔(2418)에 대해, 격자(2412)는 입력 격자로 간주될 수 있고 격자(2410)는 출력 격자로 간주될 수 있다. 이미징 프로세스에는 다음의 단계들이 포함될 수 있다: 대응하는 격자들(2408-16)을 사용하여 스와스들(2402-06)의 각각의 부분들을 조명하는 단계; 및 이에 따라 이미징 광을 캡처한 다음, 그에 따라 격자들(2408-16) 중 대응하는 격자들(2408-16)을 사용하여 스와스들 (2402-06)의 다른 부분들을 조명하도록 플로우셀(2400)을 이동시키고, 그에 따라 그 이미징 광을 캡처하는 단계.
본 명세서 전체에 걸쳐 사용 된 용어 "실질적으로"및 "약"은 프로세스의 변화로 인한 것과 같은 작은 변동을 설명하기 위해 사용된다. 예를 들어, 이들은 ±5% 이하, 예컨대 ±2% 이하, 예컨대 ±1% 이하, 예컨대 ±0.5% 이하, ±0.2 % 이하, 예를 들어 ±0.1 % 이하, 예를 들어 ±0.05 % 이하일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용될 때, 부정관사는 “적어도 하나”를 의미한다.
이하에서 더 상세히 논의되는(이러한 개념이 서로 일치하지 않는 경우) 상술한 개념 및 추가 개념의 모든 조합은 본 발명에 개시된 본 발명의 일부인 것으로 고려된다는 것이 이해되어야 한다. 특히, 본 명세서의 청구항의 모든 조합은 본 명세어세 개시된 본 발명의 일부인 것으로 고려된다.
많은 구현들이 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 본 명세서의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.
또한, 도면에 도시된 논리 흐름은 바람직한 결과를 달성하기 위해 도시된 특정 순서 또는 순차적 순서를 요구하지 않는다. 또한, 기술된 흐름으로부터 다른 프로세스가 제공되거나 프로세스가 제거될 수 있고, 기술된 시스템에 다른 구성 요소가 추가되거나 제거될 수 있다. 따라서, 다른 구현들은 다음의 청구범위의 범위 내에 있다.
설명된 구현의 특정 특징이 본 명세서에 설명된 바와 같이 예시되었지만, 많은 수정, 대체, 변경 및 등가물이 이제 당업자에 의해서 발생할 것이다. 그러므로, 첨부된 청구범위는 구현의 범위 내에 있는 그러한 모든 수정 및 변경을 포함하도록 의도된다는 것을 이해되어야 한다. 구현들은 제한이 아니라 단지 예로서 제시되었으며 형태 및 세부 사항의 다양한 변경이 이루어질 수 있음을 이해되어야 한다. 본원에 기술된 장치 및/또는 방법의 임의의 부분은 상호 배타적인 조합을 제외하고는 임의의 조합으로 조합될 수 있다. 본 명세서에 기술된 구현 예는 기술된 상이한 구현 예의 기능, 구성 요소 및/또는 특징의 다양한 조합 및/또는 하위 조합을 포함할 수 있다.

Claims (36)

  1. 대물 렌즈;
    대물 렌즈를 통해 시스템에 설치된 플로우셀로 제1 조명광을 공급하는 제1 광원; 및
    대물 렌즈를 사용하여 이미징 광을 캡처하는 제1 이미지 센서;를 포함하는 시스템으로서,
    제1 조명광은 플로우셀 상의 제1 격자를 사용하여 공급되며,
    제1 격자는 제1 이미지 센서의 시야 외부에 위치되는 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    플로우셀은 시스템 내에 설치되는 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    제1 격자 및 제2 격자는 플로우셀 상에 위치되는 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    제1 격자 및 제2 격자는 다른 커플링 각도를 가지는 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    제1 격자 및 제2 격자는 다른 격자 주기를 가지는 시스템.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    플로우셀은 제2 샘플 표면과 평행한 제1 샘플 표면을 포함하며,
    제1 격자는 제1 샘플 표면을 조명하기 위해서 제1 조명 광의 제1 부분을 커플링하며, 제2 격자는 제2 샘플 표면을 조명하기 위해서 제1 조명 광의 제2 부분을 커플링하는 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    제1 격자가 제1 조명 광의 제1 부분을 커플링하는 제1 평면 도파관, 및
    제2 격자가 제1 조명광의 제2 부분을 커플링하는 제2 평면 도파관을 더 포함하는 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    제1 격자는 제1 조명 광의 제1 부분의 이동 방향에서 제2 격자에 대하여 오프셋되는 시스템.
  9. 제 2 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 격자 및 제2 격자는 플로우셀을 조명하는 평면 도파관의 양 측면들 상에 위치되며,
    제1 격자는 평면 도파관에서 제1 조명 광을 커플링하며, 제2 격자는 평면 도파관 밖에 제1 조명 광을 커플링하는 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    제2 격자에 의해서 평면 도파관의 밖에서 커플링된 제1 조명 광이 대물 렌즈로 들어가는 것을 차단하는 벽을 더 포함하는 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    제1 조명 광은 제1 파장의 제1 광빔을 포함하며,
    시스템은 대물 렌즈를 통하여 제2 조명 광을 공급하는 제2 광원을 더 포함하며,
    제2 조명 광은 제2 파장의 제2 광빔을 포함하는 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    제2 광원은 제1 격자를 통하여 플로우셀으로 대물 렌즈를 통하여 제2 조명 광을 공급하며,
    제1 격자는 제1 및 제2 파장을 위한 대칭의 커플링 각도를 가지는 시스템.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    제1 광원은 대물 렌즈의 제1 측면으로 제1 광빔을 지향시키며,
    제2 광원은 제1 측면의 반대편의 대물 렌즈의 제2 측면으로 제2 광빔을 지향시키는 시스템.
  14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 미러, 및 제1 및 제2 광원 앞에 대물 렌즈 뒤에 위치된 튜브 렌즈를 더 포함하며,
    제1 미러로부터 튜브 렌즈로 전파하는 제1 및 제2 광빔의 각각의 각도는 제1 격자 상에 제1 및 제2 광빔의 상응하는 입사 각도를 반사시키는 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    제1 광원 앞에 제1 미러 전에 위치된 제2 미러를 더 포함하며,
    제2 미러는 제1 격자 상에 제1 및 제2 광빔의 공간적 분리를 제공하는 시스템.
  16. 제 2 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    플로우셀은 제1 격자를 포함하는 각각의 격자들에 의해서 경계되는 복수의 스와스를 가지며,
    시스템은 입력 격자 및 출력 격자 둘 다로서 각각의 격자 중 하나 이상을 사용하는 시스템.
  17. 제 2 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    플로우셀의 도파관 재료는 Ta2O5를 포함하는 시스템.
  18. 제 17 항에 잇어서,
    제1 이미지 센서는 TDI 센서(시간 지연 적분 센서)를 포함하며,
    시스템은 플로우셀을 고정하는 이동 가능한 스테이지를 더 포함하는 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    열 스테이지는 플로우셀을 고정하며, 열 스테이지는 열 제어를 제공하는 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    플로우셀에서 평면 도파관 및 및 적어도 제1 격자의 이미지를 캡처하는 제2 이미지 센서를 더 포함하며,
    시스템은 정렬 기준(alignment criterion)을 사용하여 이미지를 평가하는 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    광빔은 플로우셀에 샘플로부터 현광 반응을 유발시키는 파장을 갖는 시스템.
  22. 샘플을 고정하는 기판;
    샘플로 제1 광을 인도하는 제1 평면 도파관;
    제1 광을 커플링하는 제1 격자;
    샘플로 제2 광을 인도하는 제2 평면 도파관; 및
    제2 광을 커플링하는 제2 격자;를 포함하는 플로우셀.
  23. 제 22 항에 있어서,
    제1 격자는 제1 평면 도파관 상에 위치되며, 제2 격자는 제2 평면 도파관 상에 위치되는 플로우셀.
  24. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,
    제1 및 제2 격자는 다른 커플링 각도를 가지는 플로우셀.
  25. 제 24 항에 있어서,
    제1 및 제2 격자는 다른 격자 주기를 가지는 플로우셀.
  26. 제 22 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    플로우셀은 제2 샘플 표면과 평행한 제1 샘플 표면을 포함하며, 제1 격자는 제1 샘플 표면을 조명하기 위해서 제1 광을 커플링하며, 제2 격자는 제2 샘플 표면을 조명하기 위해서 제2 광을 커플링하는 플로우셀.
  27. 제 26 항에 있어서,
    제1 격자는 제1 광의 이동 방향에서 제2 격자에 대하여 오프셋되는 플로우셀.
  28. 제 22 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 격자는 제1 도파관에서 제1 광을 커플링하며, 제2 격자는 제2 도파관에서 제2 광을 커플링하며, 플로우셀은 제1 평면 도파관 밖에서 제1 광을 커플링하며,
    플로우셀은 제1 평면 도파관 밖에서 제1 광을 커플링하는 제3 격자, 및 제2 평면 도파관의 밖에서 제2 광을 커플링하는 제4 격자를 더 포함하는 플로우셀.
  29. 이미지 센서의 시야 밖에 위치된 제1 격자를 사용하여 플로우셀에 대물 렌저를 통하여 조명 광을 공급하는 단계; 및
    대물 렌즈를 사용하여 이미징 광을 캡처하는 단계;를 포함하는 방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    플로우셀은 제2 샘플 표면과 평행한 제1 샘플 표면을 포함하며,
    상기 방법은,
    제1 샘플 표면과 정렬된 제1 격자로 조명 광의 제1 구성 요소를 지향시키는 단계, 및
    제2 샘플 표면과 정렬된 제2 격자로 조명 광의 제2 구성 요소를 지향시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    제1 격자로 조명 광의 제1 구성 요소를 지향시키는 것과 관련하여 제1 샘플 표면에 포커싱을 맞추도록 대물 렌즈를 조정하는 단계, 및
    제2 격자로 조명 광의 제2 구성 요소를 지향시키는 것과 관련하여 제2 샘플 표면에 포커싱을 맞추도록 대물 렌즈를 조정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  32. 제 29 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    조명 광은 제1 파장의 제1 광빔, 및 제2 파장의 제2 광빔을 포함하며,
    상기 방법은 대물 렌즈의 제1 측면에 제1 광빔을 지향시키는 단계, 및
    제1 측면 맞은편 대물 렌즈의 제2 측면에 제2 광빔을 지향시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    플로우셀을 빠져나가는 조명 광이 상기 대물렌즈로 들어가지 않도록 조명 광을 차단하는 단계를 더 포함하는 방법.
  34. 제 29 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서,
    열 스테이지는 플로우셀을 고정하며,
    상기 방법은 플로우셀을 사용하여 플로우셀의 열 제어를 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
  35. 제 29 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    플로우셀은 제1 격자를 포함하는 각각의 격자들에 의해서 경계되는 복수의 스위스를 가지며,
    상기 방법은 각각의 격자 중 적어도 하나를 입력 격자 및 출력 격자 모두로서 사용하는 단계를 더 포함하는 방법.
  36. 제 29 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 격자에 의한 커플링 품질을 평가하는 정렬 프로세스를 수행하는 단계를 더 포함하는 방법.
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