KR20200024146A - 광에너지 형광 여기 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 하나 이상의 광원을 포함할 수 있는 광에너지 여기자가 제시된다. 광에너지 여기자는 생물학적 또는 화학적 샘플을 지지할 수 있는 감지기면을 향해 지향된 여기 광을 방출할 수 있다.

Description

광에너지 형광 여기
본 출원은 2017년 12월 28일자로 출원된 "Light Energy Fluorescence Excitation"라는 제목의 미국 특허 출원번호 제62/611,448호의 우선권을 주장하며, 상기 문헌은 전체적으로 본원에 참조로 포함되어 있다. 본 출원은 또한 2018년 3월 19일자로 출원된 "Light Energy Fluorescence Excitation"라는 제목의 미국 특허 출원번호 제62/644,805호의 우선권을 주장하며, 상기 문헌은 전체적으로 본원에 참조로 포함되어 있다. 본 출원은 또한 2018년 3월 20일자로 출원된 "Light Energy Fluorescence Excitation"라는 제목의 네덜란드 특허 출원번호 제2020636호의 우선권을 주장하며, 상기 문헌은 전체적으로 본원에 참조로 포함되어 있다.
생물학적 또는 화학적 연구에서 다양한 프로토콜은 제어된 반응을 수행하는 것을 포함한다. 그런 다음 지명된 반응을 관찰하거나 감지할 수 있으며 후속 분석을 통해 반응에 관련된 화학 물질의 특성을 식별하거나 밝힐 수 있다.
일부 다중 분석에서, 통제된 조건 하에서 수천 개의 기지(旣知)의 프로브에 식별 가능한 라벨(예를 들어, 형광 라벨)을 갖는 미지의 분석물을 노출시킬 수 있다. 각각의 기지의 프로브는 마이크로플레이트의 해당 웰에 증착될 수 있다. 웰 내의 기지의 프로브와 미지의 분석물 사이에서 발생하는 임의의 화학반응을 관찰하면 분석물의 특성을 확인하거나 밝히는 데 도움이 될 수 있다. 이러한 프로토콜의 다른 예는 공지된 DNA 시퀀싱 과정, 예컨대 SBS(Sequencing-By-Synthesis) 또는 사이클릭 어레이 시퀀싱(cyclic-array sequencing)을 포함한다.
일부 형광 감지 프로토콜에서, 광학 시스템은 여기광을 형광단, 가령, 형광표지된 분석물로 지향시키고 부착된 형광단을 갖는 분석물로부터 방출될 수 있는 형광 방출 신호광을 감지하기 위해 사용된다. 그러나, 이러한 광학 시스템은 비교적 비쌀 수 있고 더 큰 벤치탑 풋프린트(benchtop footprint)를 요구한다. 예를 들어, 광학 시스템은 렌즈, 필터 및 광원의 배열을 포함할 수 있다.
다른 제안된 감지 시스템에서, 플로우 셀에서의 제어된 반응은 고체상태 광센서 어레이(예를 들어, 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS) 감지기 또는 전하결합소자(CCD) 감지기)에 의해 정의된다. 이들 시스템은 형광 방출을 감지하기 위해 큰 광학 어셈블리를 포함하지 않는다.
본 명세서에서 하나 이상의 광원을 포함할 수 있는 광에너지 여기자(light energy exciter)가 제시된다. 광에너지 여기자는 생물학적 또는 화학적 샘플을 지지할 수 있는 감지기면을 향해 지향된 여기광을 방출할 수 있다.
본 명세서에서, 광에너지 여기자로 여기광을 방출하는 단계; 여기광에 의한 여기로 인해 발생된 여기광 및 방출 신호광을 감지기로 수신하는 단계; 및 센서 어레이의 광센서에 의해 감지된 광자에 의존하여 감지기 데이터 신호 회로로 전송하는 단계를 포함하고, 광에너지 여기자는 제 1 광원 및 제 2 광원을 포함하며, 상기 제 1 광원은 제 1 파장 방출 대역의 여기광을 방출하고, 상기 제 2 광원은 제 2 파장 방출 대역의 여기광을 방출하며, 감지기는 생물학적 또는 화학적 샘플을 지지하기 위한 감지기면 및 상기 감지기면과 이격된 센서 어레이를 포함하고, 상기 감지기는 여기광을 차단하고 방출 신호광이 센서 어레이의 광센서를 향해 전파하도록 하는 방법이 제시된다.
본 명세서에서, 여기광을 방출하는 적어도 하나의 광원; 및 상기 여기광을 균일화하고 상기 여기광을 광에너지 여기자의 원위 말단을 향해 지향시키며, 광 입사면 및 광 출사면을 포함하고, 적어도 하나의 광원으로부터 여기광을 수용하는 광 파이프를 포함하며, 상기 광에너지 여기자의 원위 말단은 생물학적 또는 화학적 샘플을 지지하기 위한 감지기면을 포함하는 감지기 어셈블리와 결합되도록 구성되는 광에너지 여기자가 제시된다.
본 명세서에서, 여기광을 방출하는 적어도 하나의 광원, 및 상기 여기광을 균일화하고 여기광을 지향시키기 위한 광 파이프를 포함하는 광에너지 여기자; 생물학적 또는 화학적 샘플을 지지하기 위한 감지기면 및 상기 감지기면으로부터 이격된 광센서를 포함하는 센서 어레이를 포함하는 감지기를 포함하고, 상기 광 파이프는 적어도 하나의 광원으로부터 여기광을 수신하기 위한 광 입사면을 포함하며, 상기 감지기는 여기자로부터 여기광과 방출 신호광을 수신하고, 상기 감지기는 센서 어레이의 광센서에 의해 감지된 광자에 의존하는 데이터 신호를 전송하기 위한 회로를 포함하며, 상기 감지기는 여기광을 차단하고 방출 신호광이 광 서를 향해 전파되도록 하는 시스템이 제시된다.
(이러한 개념이 서로 일치하지 않는다면) 이하에서 더 상세히 논의되는 상술한 개념 및 추가 개념의 모든 조합이 본 명세서에 개시된 본 발명의 주제의 일부인 것으로 고려됨을 이해해야 한다. 특히, 본 개시의 말미에 있는 청구된 주제의 모든 조합은 본 명세서에 개시된 본 발명의 주제의 일부인 것으로 고려된다.
본 발명의 내용에 포함됨.
본 명세서에 제시된 이들 및 다른 특징, 태양 및 장점은 첨부도면을 참조로 하기의 상세한 설명을 읽을 때 더 잘 이해될 것이며, 도면 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 부분을 나타낸다.
도 1은 생물학적 또는 화학적 테스트를 수행하기 위한 시스템의 개략적인 블록도로서, 상기 시스템은 일 예에 따른 광에너지 여기자 및 감지기를 갖는 감지기 어셈블리를 포함한다.
도 2는 일 예에 따른 광에너지 여기자의 절취 측면도이다.
도 3은 일 예에 따른 도 2의 광에너지 여기자에서의 광선 전파를 나타내는 광추적 다이어그램이다.
도 4는 일 예에 따른 인쇄회로기판 상에 배치된 복수의 LED에 의해 제공된 광원을 포함하는 광원 뱅크를 도시한 것이다.
도 5는 일 예에 따른 광 파이프의 광 입사면 상에 결합된 복수의 LED에 의해 제공되는 광원의 측면도이다.
도 6은 일 예에 따른 광에너지 여기자의 개략적인 사시도이다.
도 7은 일 예에 따른 광에너지 여기자의 개략도이다.
도 8은 일 예에 따른 제 1 및 제 2 광 파이프를 갖는 광에너지 여기자의 동작을 도시한 광추적 다이어그램이다.
도 9는 일 예에 따른 광에너지 여기자를 도시한 사시 절취 측면도이다.
도 10은 일 예에 따른 감지기 어셈블리와 결합된 광에너지 여기자를 갖는 시스템의 사시도이다.
도 11은 일 예에 따른 플로우 셀을 정의하는 플로우 셀 프레임의 어셈블리 사시도이다.
도 12는 일 예에 따라 결합 및 정렬될 수 있는 광에너지 여기자의 정렬을 위한 등록 특징부를 정의하는 감지기 어셈블리 카트리지의 내부도이다.
도 13은 일 예에 따른 집적회로에 의해 제공된 감지기에 대해 정의된 플로우 셀의 평면도이다.
도 14는 일 예에 따른 광 파이프 및 렌즈를 정의하는 단일 재료에 의해 제공되는 광에너지 여기자가다.
도 15는 일반적으로 광 파이프 및 렌즈를 정의하는 단일 재료를 갖는 광에너지 여기자의 사시도로서, 렌즈는 일 예에 따른 프레넬 렌즈에 의해 제공된다.
도 16은 일 예에 따른 광센서 어레이 및 정렬된 광가이드 어레이를 갖는 집적회로에 의해 제공되는 감지기의 일부의 절취 측면도이다.
도 17은 일 예에 따른 광센서 어레이 및 정렬된 광가이드를 갖는 집적회로에 의해 제공되는 감지기의 일부의 절취 측면도이다.
도 18은 일 예에 따른 프로세스 제어 시스템의 개략도이다.
도 19는 여기 광원을 사용하여 여기될 수 있는 복수의 광에너지 여기자 광원 및 복수의 형광단의 스펙트럼 프로파일을 도시한 스펙트럼 프로파일 조정도이다.
도 20은 DNA 시퀀싱 재구성을 위해 DNA 시퀀싱 프로세스를 지원하는데 사용될 수 있는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 1에는 시스템(100)에 사용하기 위한 광에너지 여기자(10)가 도시되어 있다. 시스템(100)은 생물학적 또는 화학적 테스트를 수행하는데 사용될 수 있다. 시스템(100)은 광에너지 여기자(10) 및 감지기 어셈블리(20)를 포함할 수 있다. 감지기 어셈블리(20)는 감지기(200) 및 플로우 셀(282)을 포함할 수 있다. 감지기(200)는 복수의 광센서(202) 및 샘플(502), 예를 들어, DNA 단편들로 제공될 수 있는 분석물을 지지하기 위한 감지기면(206)을 포함할 수 있다. 일 예에 따른 감지기면(206)은 복수의 반응 리세스(210)를 형성할 수 있고 생물학적 또는 화학적 샘플과 같은 샘플들(502)이 이러한 반응 리세스(210) 내에 지지될 수 있다.
감지기(200)는 여기광에 의한 여기로 인해 감지기면(206)으로부터 여기광 및 방출 신호광을 수신하는 복수의 광 가이드(214)를 포함할 수 있다. 광 가이드(214)는 감지기면(206)으로부터 광을 가이드할 수 있다. 광 가이드(214)는 각각의 광센서(102)를 향해 뻗어 있고 상기 여기광을 차단하고 방출 신호광이 각각의 광센서를 향해 전파하도록 하는 필터 재료를 포함할 수 있다.
일 예에 따르면, 감지기(200)는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 집적회로 감지기 또는 전하결합소자(CCD) 집적회로 감지기와 같은 고체상태 집적회로 감지기에 의해 제공될 수 있다.
일 예에 따르면, 각각의 광센서(202)는 길이방향 축(268)이 광센서(202), 광 가이드(214) 및 반응 리세스(210)의 횡단면 기하학적 중심을 통해 뻗도록 각각의 광 가이드(214) 및 각각의 반응 리세스(210)에 정렬될 수 있다. 플로우 셀(282)은 감지기면(206), 측벽(284) 및 플로우 커버(288)에 의해 정의될 수 있다. 플로우 커버(288)는 광에너지 여기자(10)에 의해 제공된 여기광을 전달하기 위한 투광성 커버일 수 있다.
다른 태양으로, 감지기(200)는 광 가이드(214)의 중간에 유전체 스택 영역(218)을 포함할 수 있다. 유전체 스택 영역(218)은 가령 광센서(202) 디지털화 스토리지로부터의 신호의 판독 및 처리를 위해 회로에 형성될 수 있다.
시스템(100)은 유체가 플로우 셀(282)로 들어갈 수 있는 유입구 포털(289) 및 유체가 플로우 셀(282)을 빠져 나갈 수 있는 배출구 포털(290)을 포함할 수 있다. 유입구 포털(289) 및 배출구 포털(290)은 플로우 커버(288)에 의해 정의될 수 있다.
일 예에 따르면, 시스템(100)은 형광단을 사용하여 생물학적 또는 화학적 테스트를 수행하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 형광단을 갖는 유체가 유입구 포털(289) 및 배출구 포털(290)을 사용하여 유입구 포트를 통해 플로우 셀(282)로 유입 및 유출될 수 있다. 형광단은 다양한 샘플(502)을 끌어당길 수 있고, 따라서 이들의 감지에 의해 상기 형광단은 샘플(502), 가령, 형광단이 끌어 당기는 생물학적 또는 화학적 분석물에 대한 마커로서 역할할 수 있다.
플로우 셀(282) 내에 형광단의 유무를 감지하기 위해, 여기 파장범위의 여기광(101)이 광에너지 여기자(10)에 의해 방출되도록 광에너지 여기자(10)에 에너지가 공급될 수 있다. 여기광의 수신시, 샘플(502)에 부착된 형광단으로 인해 광센서(202)에 의한 감지용 대상 신호인 방출 신호광(501)이 방출될 수 있다. 샘플(502)에 부착된 형광단의 형광으로 인해 방출 신호광(501)은 여기광(101)의 파장범위에 대해 적색편이된 파장범위를 가질 것이다.
광에너지 여기자(10)는 샘플(502)에 부착된 형광단을 여기시키기 위해 여기광(101)을 방출하도록 활성화될 수 있다. 여기광(101)에 의해 여기될 때, 샘플(5102)에 부착된 형광단은 여기광(101)의 파장범위보다 더 긴 파장을 갖는 파장범위에서 방출 신호광(501)을 방출하도록 형광될 수 있다. 방출 신호광(501)의 유무는 샘플(502)의 특성을 나타낼 수 있다. 일 예에 따른 광 가이드(214)는 광센서(202)가 여기광(101)을 방출 신호광(501)으로서 감지하지 않도록 광에너지 여기자(10)에 의해 전송된 여기광(101)의 파장범위로 광을 필터링할 수 있다
테스트 지지 시스템 영역(300)의 시스템(100)은 공정 제어 시스템(310), 유체 제어 시스템(320), 유체 저장 시스템(330) 및 조작자가 시스템(100)의 제어를 위한 인풋을 입력할 수 있게 하는 사용자 인터페이스(340)를 포함할 수 있다. 일 예는 프로세서 기반 시스템에 의해 제공될 수 있다. 프로세스 제어 시스템(310)은 DNA 시퀀스 재구성 프로세스와 같은 다양한 생물학적 또는 화학적 프로세스를 실행할 수 있다. 일 예에 따르면, 생물학적 또는 화학적 프로세스의 실행을 위해, 프로세스 제어 시스템(310)은 예를 들어 조정된 제어신호를 광에너지 여기자(10), 감지기(200) 및/또는 유체 제어 시스템(320)으로 전송할 수 있다. 유체 저장 시스템(330)은 플로우 셀(282)을 통해 유동하는 유체를 저장할 수 있다.
일 예에 따르면, 광에너지 여기자(10)는 하나 이상의 광원을 포함할 수 있다. 일 예에 따르면, 광에너지 여기자(10)는 하나 이상의 광 성형소자를 포함할 수 있다. 광에너지 여기자(10)는 하나 이상의 광원으로부터 방출된 광을 지향하는 광 방출을 성형하기 위한 하나 이상의 광학 구성요소를 포함할 수 있다. 하나 이상의 광원은 예를 들어 하나 이상의 광 파이프, 렌즈, 웨지, 프리즘, 반사기, 필터, 격자, 콜리메이터 또는 상기의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
도 2는 일 예에 따른 광에너지 여기자(10)를 도시한 것이다. 광에너지 여기자(10)는 예를 들어 하나 이상의 광원, 가령, 광원(102A-102Z) 및 도시된 예에서는 폴딩된 축인 광축(106)을 따라 광을 지향시키기 위한 다양한 광학소자를 갖는 광원 뱅크(102)를 포함할 수 있다.
광에너지 여기자(10)는 광 파이프(110) 및 상기 광 파이프(110)를 통해 투과된 여기광을 성형하기 위한 렌즈(114)를 포함할 수 있다. 광 파이프(110) 및 렌즈(114)는 광학 축(106)을 중심으로 하는 횡단면 기하학적 중심을 가질 수 있다.
광 파이프(110)는 광 입사면(109) 및 광 출사면(111)을 포함할 수 있다. 광원 뱅크(102)로부터 방출된 여기광(101)은 광 입사면(109)으로 진입할 수 있고 광 파이프(110)의 광 출사면(111)을 빠져 나갈 수 있다. 내부 반사를 제공하도록 선택된 굴절률을 갖는 광 파이프(110)는 상기 광 파이프(110)를 통해 투과된 출구 광선이 균일하도록 광을 균질화하기 위해 광원 뱅크(102)로부터 수신된 수신 광선을 다양한 방향으로 반사할 수 있다. 따라서, 광원 뱅크(102)의 광원이 "핫 스팟"을 가질 수 있거나 광 파이프(110)에 대해 비대칭적으로 배치되거나 기타 불규칙성을 갖고 있는 경우에도, 광 파이프(110)의 광 출사면(111)에서 균일한 광이 생성될 수 있다.
내부 반사를 제공하도록 선택된 굴절률을 가짐으로써 광 파이프(110)는 광 파이프(110)를 정의하는 측벽면에 의해 한정된 체적 영역으로 수용하고 투과하는 여기광을 한정할 수 있다. 광 파이프(110)는 균일한 광투과성 재료, 예를 들어, 폴리카보네이트 또는 실리카 유리로 형성될 수 있다.
일 예에 따르면, 광 파이프(110)는 상기 광 파이프(110)의 광 입사면(109)으로부터 광 출사면(111) 방향으로 길이에 걸쳐 직경이 증가함에 따라 테이퍼진 구조로 형성될 수 있다. 일 예에 따르면, 광 파이프(110)는 상기 광 파이프(110)의 입사면(109)으로부터 출사면(111) 방향으로 길이에 걸쳐 선형 증가하는 직경으로 정의되는 테이퍼진 구조일 수 있다.
일 예에 따르면, 광에너지 여기자(10)는 광 파이프(110)의 광 출사면(111)을 이미지면(130)에 이미징하도록 렌즈(114)를 구성될 수 있고, 일례의 시스템(100)에 따라 이미지면(130)이 DNA 단편과 같은 샘플(502)을 지지하도록 구성될 수 있는 감지기면(206)과 일치하도록 구성될 수 있다. 이미지면 상에 물체면을 이미징함으로써 렌즈(114)는 광 파이프(110)의 광 출사면(111)에 있는 균질화된 광의 이미지를 감지기(200)의 샘플 지지 감지기면(206) 상에 투영할 수 있다(도 1).
본 명세서의 예는 광원 뱅크(102)가 상기 광원 뱅크(102)로부터 방출된 여기광이 형광 범위 광선을 포함하지 않도록 선택될 수 있지만, 그럼에도 불구하고 자가형광(autofluorescence)의 결과로서, 형광 범위 광선이 광에너지 여기자(10) 내에서 방출될 수 있음을 인식한다. 다른 태양에서, 광에너지 여기자(10)는, 가령, 렌즈(114), 광 파이프(110) 및 반사기(118) 및 광에너지 여기자(10)의 다른 표면으로부터 방출되는 광에너지 여기자(10) 내로부터의 자가형광의 결과로서 방출되는 형광 범위 파장을 필터링하기 위한 단파장 통과필터(122)를 포함할 수 있다.
광에너지 여기자(10)는 광축(106)이 도시된 기준 Y축에 평행하게 뻗어 있는 제 1 방향으로부터 광축(106)이 도시된 기준 Z축에 평행하게 뻗어 있는 제 2 방향으로 변경되도록 광축(106)이 방향을 바꾸도록 광축(106)을 폴딩하기 위한 광 반사기(118)를 포함할 수 있다. 광에너지 여기자(10)는 광축(106)을 중심으로 하는 횡단면 중심을 갖는 윈도우(126)뿐만 아니라 도 1에 도시된 특정 공간 관계로 특정 공간관계로 하우징(134) 및 다양한 광학 구성요소를 지지하기 위한 기타 지지요소들을 포함할 수 있다.
도 2의 예에서 광에너지 여기자(10)에 대한 광추적 다이어그램이 도 3에 도시되어 있다. 도 3의 광추적 다이어그램을 참조하면, 렌즈(114)는 광 파이프(110)의 광 출사면(111)에서 정의될 수 있는 대물면(112)을 생물학적 또는 화학적 샘플을 지지하도록 구성될 수 있는 감지기면(206)에 위치될 수 있는 이미지면(130)에 이미징할 수 있다. 도 3의 광추적 다이어그램에서 볼 수 있듯이, 광 파이프(110)의 출사면(111)을 빠져 나가는 광선은 광 파이프(110)의 광 출사면(111)을 빠져 나가는 광선의 대부분이 렌즈(114)의 광 입사면에 의해 수신되도록 충분히 제한되는 발산각도로 발산하는 발산 광선일 수 있다. 본 명세서의 예는 광 파이프가 광을 균일화하기 위해 유용하지만, 가령 90°에 근접하는 큰 최대 발산각도로 나오는 출사 광선을 투과시킬 수 있다는 것을 인식한다.
본 명세서 예는, 가령 광 파이프(110)가 대안으로 균일한 직경, 즉 테이퍼지지 않은 직경을 갖도록 구성되는 경우, 광 파이프(110)를 빠져 나가는 상당한 비율의 출사광이 렌즈(114)의 광 입사면(113)이 출사광을 모을 수 없을 정도로 충분히 큰 발산각도로 광 출사면(111)을 빠져 나갈 수 있음을 인식한다. 본 명세서의 예는 광 파이프(110)가 테이퍼형 구조로, 그 길이를 따라 테이퍼지고 광축(106)을 중심으로 하는 기하학적 횡단면 중심을 가지며 적절한 굴절률을 포함하게 형성함으로써 광 파이프(110) 내에서 반사되어 광 파이프(110)의 광 출사면(111)을 빠져 나가는 광 출사광이 90°의 최대 발산각도에 대해 줄어든 각도로 광 파이프(110)의 광 출사면(111)을 빠져 나가는 것이 인식된다.
도 2 및 도 3을 참조로 기술된 일 예에서, 광 파이프(110)의 광 출사면(111)을 빠져 나가는 출사광은 광축(106)에 평행한 방향으로 광 출사면으로부터 뻗어 나가는 기준 광선에 대해 0도에서 최대 발산각도 범위에 이르는 각도로 발산하는 광선을 갖는 발산 광콘(1100)을 정의할 수 있다. 정의된 발산 광콘(1100)은 광축(106)에 대해 최대 발산각도로 발산될 수 있다. 일 예에 따르면, 최대 발산각도는 출사면(111)을 빠져 나가는 대부분의 출사광이 렌즈의 광 입사면(114)에 모아지도록 설계된 발산각도이다. 일 예에 따르면, 광에너지 여기자(10)는 렌즈(114)의 광 입사면(113)에 의한 수집을 보장하기 위해 충분히 작은 광축 (106)에 평행한 방향으로 출사면(111)에서 뻗어 나가는 기준 광선에 대한 최대 발산각도로 발산하도록 구성된다.
일 예에 따르면, 광에너지 여기자(10)는 광 파이프(110)의 광 출사면(111)을 나가는 출사 광선이 광축(106)에 평행한 방향으로 광 출사면으로부터 뻗어 있는 기준 광선에 대해 0도에서 최대 발산각도에 이르는 각도로 발산하는 광선을 갖는 발산 광콘(1100)을 형성하도록 구성될 수 있고, 광 파이프(110)는 최대 발산각도가 약 60도 이하가 되도록 구성된다. 일 예에 따르면, 광에너지 여기자(10)는 광 파이프(110)의 광 출사면(111)을 빠져 나가는 출사 광선이 광축(106)에 평행한 방향으로 광 출사면으로부터 뻗어 있는 기준 광선에 대해 0도에서 최대 발산각도에 이르는 각도로 발산되는 광선을 갖는 발산 광콘(1100)을 형성하도록 구성되고, 광 파이프(110)는 최대 발산각도가 약 50도 이하가 되도록 구성된다. 일 예에 따르면, 광에너지 여기자(10)는 광 파이프(110)의 광 출사면(111)을 빠져 나가는 출사 광선이 광축(106)에 평행한 방향으로 광 출사면으로부터 뻗어 있는 기준 광선에 대해 0도에서 최대 발산각도에 이르는 각도로 발산되는 광선을 갖는 발산 광콘(1100)을 형성하도록 구성되고, 광 파이프(110)는 최대 발산각도가 약 40도 이하가 되도록 구성된다. 일 예에 따르면, 광에너지 여기자(10)는 광 파이프(110)의 광 출사면(111)을 빠져 나가는 출사 광선이 광축(106)에 평행한 방향으로 광 출사면으로부터 뻗어 있는 기준 광선에 대해 0도에서 최대 발산각도에 이르는 각도로 발산되는 광선을 갖는 발산 광콘(1100)을 형성하도록 구성되고, 광 파이프(110)는 최대 발산각도가 약 35도 이하가 되도록 구성된다. 일 예에 따르면, 광에너지 여기자(10)는 광 파이프(110)의 광 출사면(111)을 빠져 나가는 출사 광선이 광축(106)에 평행한 방향으로 광 출사면으로부터 뻗어 있는 기준 광선에 대해 0도에서 최대 발산각도에 이르는 각도로 발산되는 광선을 갖는 발산 광콘(1100)을 형성하도록 구성되고, 광 파이프(110)는 최대 발산각도가 약 30도 이하가 되도록 구성된다.
이미징 기능을 제공하기 위해, 렌즈(114)는 광 파이프(110)을 통해 투과된 수신 여기광을 수렴할 수 있다. 도 2 및 도 3을 참조로 기술된 예에서, 렌즈(114)의 광 출사면(115)을 빠져 나가는 출사 광선은 광축(106)에 평행한 방향으로 광 출사면으로부터 뻗어 있는 기준 광선에 대해 0도에서 최대 수렴각도에 이르는 각도로 수렴하는 광선을 갖는 수렴 광콘(1400)을 정의할 수 있고, 렌즈(114)는 최대 수렴 각도가 약 60도 이하가 되도록 구성된다. 정의된 수렴 광콘(1400)은 광축(106)에 대하여 최대 수렴 각도로 수렴할 수 있다. 도 2 및 도 3을 참조로 기술된 예에서, 렌즈(114)의 광 출사면(115)을 빠져 나가는 출사 광선은 광축(106)에 평행한 방향으로 광 출사면으로부터 뻗어 있는 기준 광선에 대해 0도에서 최대 수렴각도에 이르는 각도로 수렴하는 광선을 갖는 수렴 광콘(1400)을 정의할 수 있고, 렌즈(114)는 최대 수렴 각도가 약 50도 이하가 되도록 구성된다. 도 2 및 도 3을 참조로 기술된 예에서, 렌즈(114)의 광 출사면(115)을 빠져 나가는 출사 광선은 광축(106)에 평행한 방향으로 광 출사면으로부터 뻗어 있는 기준 광선에 대해 0도에서 최대 수렴각도에 이르는 각도로 수렴하는 광선을 갖는 수렴 광콘(1400)을 정의할 수 있고, 렌즈(114)는 최대 수렴 각도가 약 40도 이하가 되도록 구성된다. 도 2 및 도 3을 참조로 기술된 예에서, 렌즈(114)의 광 출사면(115)을 빠져 나가는 출사 광선은 광축(106)에 평행한 방향으로 광 출사면으로부터 뻗어 있는 기준 광선에 대해 0도에서 최대 수렴각도에 이르는 각도로 수렴하는 광선을 갖는 수렴 광콘(1400)을 정의할 수 있고, 렌즈(114)는 최대 수렴 각도가 약 35도 이하가 되도록 구성된다. 도 2 및 도 3을 참조로 기술된 예에서, 렌즈(114)의 광 출사면(115)을 빠져 나가는 출사 광선은 광축(106)에 평행한 방향으로 광 출사면으로부터 뻗어 있는 기준 광선에 대해 0도에서 최대 수렴각도에 이르는 각도로 수렴하는 광선을 갖는 수렴 광콘(1400)을 정의할 수 있고, 렌즈(114)는 최대 수렴 각도가 약 30도 이하가 되도록 구성된다.
도 4는 일 예에 따른 광원 뱅크(102)를 도시한 것이다. 광원 뱅크(102)는 하나 이상의 광원을 포함할 수 있다. 일 예에 따르면, 하나 이상의 광원은 하나 이상의 전계발광 기반의 광원, 가령, 발광 다이오드, 발광 전기 화학 전지, 전계발광 와이어 또는 레이저, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 제공될 수 있다. 도 4에 기술된 예에서, 광원 뱅크(102)는 복수의 발광 다이오드(LED)에 의해 제공되는 복수의 광원(102A-102J)을 포함할 수 있다. 기술된 예에서, 광원(102A-102G)은 녹색 파장 대역에서 여기광을 방출하는 녹색 LED일 수 있고 광원(102H-102J)은 청색 파장 대역에서 여기광을 방출하는 청색 LED일 수 있다. LED에 의해 제공되는 광원(102A-102J)은 일 예에 따르면 인쇄회로기판(1020) 상에 배치될 수 있다. 시스템(100)의 동작시, 프로세스 제어 시스템(310)은 특정 방출 대역의 하나 이상의 LED가 특정 시간에 선택적으로 활성화되도록 LED에 의해 제공되는 광원(102A-102J)의 에너지 공급을 제어할 수 있다. 일 예에 따른 광원(102A-102J)은 표면 발광 LED에 의해 제공될 수 있다. 표면 방출 LED와 같은 LED는 광선 각도를 광강도와 상관시키는 방출 패턴을 가질 수 있다. LED 방출 패턴은 다이 형상, 다이 윈도우, 광성형 물질의 지표 및 굴절률과 같은 파라미터의 함수일 수 있다. 일 예에 따른, 즉 광강도가 법선에 대한 방출 각도의 코사인에 비례하도록 지정하는 것에 따른 방출 패턴은 램버시안(Lambertian)일 수 있다.
프로세스 제어 시스템(310)은 예를 들어 광센서(202)가 노출되는 감지기(200)의 제 1 노출 기간 동안 녹색 LED에 의해 제공되는 광원(102A-102G)에만 에너지를 공급할 수 있고, 광센서(202)가 노출되는 감지기(200)의 제 2 노출 기간 동안 청색 LED에 의해 제공되는 광원(102H-102J)에만 에너지를 공급할 수 있다. 2개의 독립적으로 선택 가능한 피크 파장에서 방출하도록 광원 뱅크(200)를 제공함으로써 녹색(532nm) 및 청색(470nm) 여기를 모두 사용할 수 있는 염색화학공정이 용이해진다. 일 예에 따르면, 광원 뱅크(102)는 광원, 예를 들어 적색 대역 중심 파장에서 방출되는 인쇄회로기판(1020) 상에 배치된 적색 LED(예를 들어, 적색: 630nm)를 포함할 수 있다. 적색 조명을 제공함으로써 일 예에 따라 추가 테스트 및 교정 절차가 용이해진다.
도 4를 참조로, 광원 뱅크(102)를 정의하는 광원들이 대칭으로 균일하게 또는 임의의 순서 구성에 따라 배열될 필요가 없음을 알 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 특정 구성에 따르면, 녹색 LED에 의해 제공되는 광원(102A-102G)은 비활성상태로 유지되는 청색 LED에 의해 제공되는 광원(102H-102J)으로 선택적으로 에너지 공급을 받고, 더 많은 비율의 여기광이 광 파이프(110)의 광 입사면(109)의 좌측을 통해 광 파이프(110)로 입사할 것이고, 청색 LED에 의해 제공되는 광원(102H-102J)은 비활성화상태로 유지되는 녹색 LED로 선택적으로 에너지 공급을 받을 때, 더 많은 비율의 여기광이 광 파이프(110)의 광 입사면(109)의 우측을 통해 광 파이프로 입사할 것이다. 그럼에도 불구하고, 광 파이프(110)는 그의 광반사 특성에 의해 불균형한 입사 수신광을 균일화시켜 광원 뱅크(102)의 광원의 배치와 무관하게 광 파이프의 광 출사면(111)에서 균일화된 광을 생성한다. 광 파이프(110)의 굴절률은 광원 뱅크(102)로부터의 광선이 광 파이프(110)의 광 출사면(111)에서 균일 한(균질한) 조명이 달성되도록 광 파이프(110) 내에서 전반사(TIR)를 나타내도록 선택될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 광원 뱅크(102)는 감소된 광손실을 보장하는 방식으로 광 파이프(110)에 결합될 수 있다. 도 5에 도시된 배열에서, 도 4의 인쇄회로기판(1020) 상에 배치된 것으로 도시된 LED의 측면도가 있다. 도 5에 도시된 측면도에서, LED에 의해 제공된 광원(102A, 102C 및 102E)이 도 4에 도시된 바와 같이 광원(102A, 102C 및 102E)에 대응하는 것으로 도시되어 있다. 광원(102A-102J)은 도 5에 도시된 바와 같이 편평한 평면 발광면을 갖는 LED에 의해 제공될 수 있다. 도 5를 참조하면, (광원(102A, 102C 및 102E)이 측면도에 도시된) LED에 의해 제공되는 광원(102A-102J)의 편평한 평면 발광면은 광 파이프(110)의 광 입사면(109) 상에 결합된(버트 결합된) 면이다. LED에 의해 제공된 광원(102A-102J)의 방출면과 같은 광 입사면(109)은 LED에 의해 제공된 광원(102A-102J)이 광 입사면(109)에 표면 결합될 때 낮은 광손실을 보장하기 위해 평평하고 평면일 수 있다. 도 5에 도시된 표면 결합의 사용으로, 광 파이프(110)를 통한 LED 광투과 효율을 90% 이상으로, 일 예에 따르면 98% 이상으로 특정하는 결합 효율이 달성될 수 있으며, 이는 광원의 결합 효율이 렌즈의 개구수에 의존하는 렌즈에 대한 광원의 결합효율과 유리하게 비교된다.
또한, 도 5를 참조하면, LED에 의해 제공되는 각각의 광원(102A-102J)의 전면 전체가 광 파이프(110)의 광 입사면(109)에 대향하며, 따라서 LED에 의해 제공된 광원(102A-102J)에 의해 방출된 대부분의 여기광이 광 파이프(110)의 광 입사면(109)에 의해 수신된다.
광에너지 여기자(10)는 여기광에 응답하여 가령 약 560nm보다 긴 파장을 포함해 더 긴 파장을 갖는 제 2 파장범위의 방출 신호광(501)을 방출하도록 형광을 발하는, 예를 들어 제 1 낮은 파장범위, 가령, 형광단을 여기시키기 위해 약 560nm 미만의 여기광(101)(도 1)을 방출할 수 있다. 감지기(200)는 더 긴 파장에서의 이들 파장범위 방출이 광센서(202)에 의해 검출되도록 구성될 수 있다. 감지기(200)는 더 긴 파장에서 이들 파장 범위 방출이 광센서(202)에 의해 감지되도록 구성될 수 있다. 감지기(200)는 여기광(101)의 파장범위에서 광을 차단시키기 위한 필터링 재료로 형성될 수 있는 광 가이드(214)를 포함할 수 있어 형광 형광단에 기인한 방출 신호광(501)이 광센서(202)에 의해 선택적으로 수신된다.
본 명세서의 예는 광에너지 여기자(10)가 형광 방출 대역(형광 범위)에서 광을 방출하면, 그러한 방출광이 바람직하지 않게 광센서(202)에 의해 방출 신호광으로서 감지될 수 있다는 것을 인식한다. 본 명세서의 예는 광에너지 여기자(10)에 의한 형광 파장범위의 방출을 감소시키는 특징을 포함한다.
언급된 바와 같이, 광에너지 여기자(10)는 쇼트 패스 필터(short pass filter)(122)를 포함할 수 있다. 쇼트 패스 필터(122)는 광원 뱅크(102)의 방출 에너지 대역에서 여기광의 투과를 허용하지만, 광에너지 여기자(1100) 내에 자가형광 성분들에 기인한 플로우 셀(282) 내의 형광 범위의 빛을 차단시킨다. 쇼트 패스 필터(122)는 광에너지 여기자(10)의 원위 말단에 배치될 수 있어 상기 쇼트 패스 필터(122)는 광에너지 여기자(10) 내의 자가형광 재료에 기인한 자가형광 범위의 파장을 제거할 수 있다. 자가형광 범위의 필터링을 용이하게 하기 위해, 렌즈(112) 및 광전파 쇼트 패스 필터(122)의 방향으로 렌즈(114) 이전에 배치된 구성요소들로부터 방사되는 복사가 광에너지 여기자(10)의 원위 말단에서 광전파 방향으로 렌즈(114) 뒤에 배치될 수 있다. 일 예에 따른 쇼트 패스 필터(122)는 더 높은 굴절률과 더 낮은 굴절률을 갖는 재료로 된 교번층들 위에 증착된 기판을 포함할 수 있다. 더 높은 굴절률 재료로는 예를 들어 이산화 티타늄(TiO2) 또는 오산화 탄탈럼(Ta2O5)을 포함할 수 있고, 더 낮은 굴절률 재료로는 예컨대 이산화 규소(SiO2)를 포함할 수 있다. 재료층은 예를 들어 일례에 따라 이온빔 스퍼터링을 이용해 하드 코팅될 수 있다.
형광 범위의 광을 추가로 감소시키기 위해, 감소된 자가형광용의 광에너지 여기자(10)의 재료가 선택될 수 있다. 본 명세서의 예는 실리케이트 유리가 광학 시스템에서 일반적으로 사용되는 폴리카보네이트 재료보다 적은 양으로 자가형광한다는 것을 인식한다. 일 예에 따르면, 광에너지 여기자(10)의 하나 이상의 광학 구성요소는 실리케이트 유리로 형성되도록 선택될 수 있다. 본 명세서의 예는 실리케이트 유리가 광학 구성요소용의 대안적인 재료에 비해 감소된 자가형광을 할 수 있으며, 따라서 일 예에 따르면 광 파이프(110), 렌즈(114), 쇼트 패스 필터(122)(상기 필터의 기판) 및 윈도우(126) 중 하나 이상이 자가형광의 감소를 위해 실리케이트 유리로 형성되도록 선택될 수 있다. 일 예에 따르면, 광 파이프(110), 렌즈(114), 쇼트 패스 필터(122)(상기 필터의 기판) 및 윈도우(126) 중 하나 이상이 자가형광 감소를 위해 균일한 실리케이트 유리로 형성되도록 선택된다. 일 예에 따르면, 광 파이프(110), 렌즈(114), 쇼트 패스 필터(122)(상기 필터의 기판) 및 윈도우(126) 각각이 자가형광 감소를 위해 균일한 실리케이트 유리로 형성되도록 선택된다.
도 6에는, 광에너지 여기자(10)의 3 차원 개략도가 도시되어 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 대물면(112)은 렌즈(114)에 의해 이미지면(130) 상으로 이미지화될 수 있다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 대물면(112)은 광 파이프(110)의 광 출사면(111)에서 정의될 수 있어 상기 광 출사면(111)이 이미지면(130) 상으로 투영되며, 이는 언급된 바와 같이 샘플을 지지하기 위해 감지기(200)의 감지기면(206)(도 1)에 위치될 수 있다. 렌즈(114)가 광 파이프(110)의 출사면(111)을 이미지화할 수 있기 때문에, 광 출사면(111)의 형상은 이미지면(130) 상에 이미지화되고 이에 따라 이미지면(130) 상으로 투사될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 일 예에 따르면, 광 출사면(111)의 형상은 감지기면(206)의 모양 및 크기에 맞게 선택되고, 광에너지 여기자(110)는 렌즈(114)가 감지기면(206)의 모양 및 크기와 일치하는 조명 패턴(107)(도 3)을 감지기면(206) 상에 투사하도록 광 출사면(111)의 형상을 이미징하도록 구성된다.
감지기면(206)의 모양 및 크기와 일치하는 광 패턴(107)(도 3)을 감지기면(206) 상으로 투사하도록 광에너지 여기자(10)를 구성하는 것은 다양한 이점을 제공한다. 이러한 구성에 의해, 투영된 조명 패턴은 광에너지를 낭비하고 또한 관심영역인 영역들을 또한 조사하지 않는 감지기(200)의 주변 외부 영역을 조사하지 않는다.
도 6을 참조로 기술된 예에서, 샘플을 지지하기 위한 광 출사면(111) 및 감지기면(206) 모두가 형태가 직선일 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 광 파이프(110)는 길이에 걸쳐 (광축(106)을 가로질러 6-6을 따라 취한) 직선 횡단면을 포함할 수 있다. 또한, 언급된 바와 같이, 광 파이프(110)는 테이퍼형 구조일 수 있고, 광 입사면(109)으로부터 광 출사면(111)까지의 길이에 걸쳐 증가하는 직경을 가질 수 있다. 광 파이프(110)가 직선 횡단면을 갖는 경우, 광 파이프(110)의 광 출사면(111)을 빠져 나가는 여기광에 의해 정의된 발산 광콘(1100)은 코너가 더 부드러워지고 렌즈(114)의 광 입사면(113)을 향한 광 전파방향으로 더 확산되는 직선 횡단면을 가질 수 있음이 이해될 것이다.
일 예에 따르면, 광에너지 여기자(10)는 광 파이프(110)가 직선형 광 출사면(111)을 갖도록 구성될 수 있으며, 그 이미지가 렌즈(114)에 의해 광 출사면(111)의 형상에 대응하는 직선 형상의 둘레를 가질 수 있는 샘플을 지지하기 위한 감지기면(206) 상으로 투사될 수 있다.
일 예에 따른 광에너지 여기자(10)의 구성요소에 대한 사양이 일 예에 따른 광에너지 여기자(10)에 대한 다양한 광학 파라미터 값을 도시한 도 7에 도시되어 있다. 도 7에 도시된 예에서, 렌즈(114)는 이미지면(130)에서 투사된 이미지의 크기가 대물면(112)에서의 물체(광 출사면(111))의 크기와 공통이 되도록 1 : 1 배율을 갖는다. 일 예에 따른 광에너지 여기자(10)는 LED 다이 당 2A 구동전류에서 약 5W/㎠의 녹색 조도(illumination intensity) 및 LED 다이 당 2A 구동전류에서 약 7W/㎠의 청색 조도를 생성할 수 있다. 전체 조명 영역 내에서 약 75%보다 큰 조명 균일성이 달성될 수 있다. 광에너지 여기자(10)에 사용하기 위한 재료들이 하기 표 1에 제시되어 있다.
참조번호 설명 특성
102 LED가 제공하는 광원 뱅크 SemiLed® Version 40mil chips:
Proto; 녹색: 7개 다이; 0.6W/die; 1 x 1mm2 ; 525 nm,(±5nm)
Proto; 청색: 3개 다이; 1.3W/die; 1 x 1mm2 ; 460 nm,(±5nm)
(SemiLed는 SemiLEDs Optoelectronics Co., Ltd.의 상표이다)
110 광파이프 재료: N-BK7®(N-BK7은 SCHOTT Corporation의 등록상표이다)
길이 = 35mm
입구: 3.3mm x 4.4mm; 출구: 7.2 mm x 9.1 mm
114 렌즈 쌍이 제공하는 렌즈 재료: Zeonor® 330Rfeff = 20 mm
(Zeonor는 Zeon Corporation의 등록상표이다)
122 필터 Semrock ® 쇼트 패스 필터;(Semrock는 Semrock, Inc.의 등록상표이다) 기판 재료:
융합 실리카; 쇼트 패스 필터 λ < 540 nm
126 윈도우 기판 재료: 융합 실리카
코팅: 광대역 유전체
두께; 1 mm
118 폴드 미러가 제공하는 반사기
 기판 재료: N-BK7®(N-BK7은 SCHOTT Corporation의 등록상표이다)
코팅: 광대역 유전체
다른 예에서, 광 파이프(110)는 상기 광 파이프(110)의 광 출사면(111)이 직선 형상 이외의 형상, 예를 들어, 광축(106)에 횡방향으로 6-6을 따라 취한 원형 횡단면을 가질 수 있도록 형상화될 수 있다. 이러한 예는 샘플 지지 감지기면(206)이 직선 형상 이외의 형상이고 광 출사면(111)의 형상에 대응하는 둘레를 갖는 경우에 유리할 수 있다.
광에너지 여기자(10)용의 설계는 상이한 형상을 갖는 상이한 감지기면(206)을 갖는 감지기(200)에 따라 상이한 감지기들로 최적화하기 위해 용이하게 수정될 수 있다. 예를 들어, 감지기(200)에 따른 제 1 감지기는 (Z 축을 따른 평면도에서) 직사각형 형상의 감지기면(206)을 가질 수 있고, 감지기(200)에 따른 제 2 감지기는 정사각형 형상의 감지기면(206)을 가질 수 있으며, 감지기(200)에 따른 제 3 감지기는 원형 형상의 감지기면(206)을 가질 수 있다. 렌즈(114)는 광 출사면(111)과 일치하는 대물면(112)을 감지기면(206) 상으로 이미지화하도록 구성되기 때문에, 광에너지 여기자(10)는 단순히 광 파이프(110)를 다른 구성으로 변경함으로써 상이한 형상 감지기들 중 어느 하나로 사용되도록 최적화될 수 있다. 일 예에 따르면, 상호교환 가능한 모듈을 보유하기 위한 홀더를 나타내는 도 2에서 대시선(132)으로 표시된 바와 같이, 광에너지 여기자(10)는 광 파이프 모듈(133)이 탈착식으로 교환가능하게 제공되는 모듈식 구성일 수 있고 상기 광에너지 여기자(10)에는 상이하게 구성된 하나 이상의 광 파이프(110)와 함께 다수의 이러한 광 파이프 블록 모듈들 각각이 제공될 수 있음을 나타낸다. 상이한 형상의 감지기면(206)을 갖는 상이한 형상의 감지기(200)와 함께 사용하기 위해 광에너지 여기자(10)를 최적화하는 것은 제 1 형상의 제 1 광 파이프(110) 및 광 파이프 출사면(111)을 갖는 현재 설치된 제 1 광 파이프 모듈(133)을 상이하게 형성된 감지기면(206)을 갖는 상이하게 형성된 감지기(200)의 형상과 일치하는 제 2 형상의 제 2 광 파이프(110) 및 광 파이프 출사면(111)을 갖는 제 2 광 파이프 모듈(133)로 간단히 스위칭하는 것을 포함할 수 있다. 광에너지 여기자(10)는 상이한 모듈이 대시선(132)으로 표시된 바와 같이 하우징(114)의 홀더에 설치될 때 광 파이프(110)의 광 출사면(111)이 감지기면(206)에 위치된 이미지면 상에 이미지화될 수 있도록 새로 설치된 모듈(133)의 광 파이프(110)의 광 출사면(111)이 대물면(112) 상에 위치되게 구성될 수 있다.
도 8의 예에서, 광에너지 여기자(10)는 여기에 설명된 바와 같은 광 파이프(110) 및 제 2 광 파이프(10B)를 포함할 수 있다. 광 파이프(110)는 가령, LED에 의해 제공된 경우, 제 1 광원(102A)에 결합될 수 있고, 광 파이프(110B)는 가령, 제 2 LED에 의해 제공된 경우, 제 2 광원(102B)에 표면 결합될 수 있다. 광원(102A) 및 광원(102B)은 동일한 파장 대역 또는 상이한 파장 대역에서 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 렌즈(114)는 광 파이프(110) 및 제 2 광 파이프(110B)의 광 출사면(111)에 정의된 대물면(112)을 감지기면(206)에 정의될 수 있는 이미지면(130) 상에 이미지화하도록 구성될 수 있다. 따라서, 광에너지 여기자(10)는 2개의 별개의 조명 패턴(107A 및 107B)을 감지기면(206) 상에 투사할 수 있어, 생물학적 또는 화학적 테스트 설계자가 감지기면(206)을 별도의 테스트 영역으로 분리하고자 하는 경우에 유리할 수 있다. 일 예에 따르면, 테스트 설계자는 감지기(200)에 따른 제 1 감지기와 감지기(200)에 따른 제 2 감지기를 사용하여 테스트가 수행될 수 있도록 지정할 수 있고, 시스템(100)은 광에너지 여기자(10)가 조명 영역(107 및 17B)을 제 1 및 제 2 상이한 감지기(200)의 각각의 감지기면(206)상에 투영하도록 구성될 수 있다.
광원(102A) 및 제 2 광원(102B)을 갖는 광에너지 여기자(10)가 본 명세서에 제시되며, 여기서 광 파이프(110)는 광원(102A)으로부터 여기광을 수신하고, 여기자는 광 파이프(110)와 함께 공통 하우징(134)에 수용된 제 2 광 파이프(110B)를 포함하며, 제 2 광 파이프(110B)는 제 2 광원(102B)으로부터 여기광을 수신하고, 광 파이프(110) 및 제 2 광 파이프(110B)는 각각 제 1 광원 및 제 2 광원(102B)으로부터 방출된 여기광을 전파시키며, 광에너지 여기자(10)는 제 1 및 제 2 개별 조명 영역(107 및 107B)을 정의하기 위해 광 파이프(110) 및 제 2 광 파이프(110B)를 통해 각각 전파하는 여기광을 형성한다.
도 8에 도시된 구성은 광축(106) 및 제 2 광축(106B)을 정의할 수 있다. 도 2 내지도 7에 도시된 바와 같이 단일 채널 시스템에서, 광축(106)은 렌즈(114)의 중심축(1060)과 함께 위치될 수 있다. 도 8의 예에서, 광축(106) 및 광축(106B) 각각은 렌즈(114)의 중심축(1060)에 오프셋되어 평행할 수 있다. 광 파이프(110) 및 도광판(110B) 각각은 도 3을 참조로 기술된 광추적 다이어그램(단일 채널 시스템)을 참조하여 설명된 발산 광콘(1100)의 발산각도 특성을 각각 갖는 발산 광콘(1100 및 1100B)을 정의할 수 있다. 렌즈(114)는 도 3을 참조하여 기술된 광추적 다이어그램(단일 채널 시스템)을 참조하여 설명된 수렴 광콘(1400)의 수렴 각도 특성을 갖는 각각의 수렴 광콘(1400 및 1400B)를 정의할 수 있다.
일 예에 따르면, 제 1 및 제 2 조명 채널을 정의하기 위한 광 파이프(110) 및 광 파이프(110B)는 도 2와 관련하여 기술된 대시선(132)으로 표시된 광에너지 여기자(10)의 정의된 하우징(134) 홀더에 교환 가능하게 설치될 수 있는 본 명세서에 설명된 바와 같은 교환 가능한 모듈 세트(133)에 포함될 수 있다.
도 9는 광에너지 여기자(10)의 절취된 물리적 형태도를 도시한 것이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 광에너지 여기자(10)는 상기 광에너지 여기자(10)의 성능을 향상시키기 위해 광에너지 여기자(10)로부터 열을 인출하기 위한 히트 싱크(702) 상에 장착될 수 있다. 도 10은 감지기 어셈블리(20)에 결합된 광에너지 여기자(10)를 갖는 시스템(100)의 물리적 사시 형태도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 감지기 어셈블리(20)는 플로우 셀(282)을 수용하는 카트리지(802)를 포함할 수 있다. 플로우 셀(282)은 상기 플로우 셀(282)을 정의하는 플로우 셀 프레임(902)의 어셈블리의 물리적 사시 형태도를 도시한, 도 11에 도시된 바와 같은, 플로우 셀 프레임 (902)에 의해 정의될 수있다. 플로우 셀 프레임(902)는 예를 들어 도 1의 개략도에 도시된 바와 같이 측벽(284) 및 플로우 커버(288)를 포함할 수 있다.
도 12는 감지기 어셈블리(20)의 카트리지(802)의 내부 구성요소를 도시한 구성 상세를 도시한 것이다. 도 12에 도시된 바와 같이 카트리지(802)는 감지기(200)에 대한 광에너지 여기자(10)의 정렬을 돕는 물리적 등록 특징부(806)를 포함하도록 구성될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 감지기(200)는 카트리지(802)의 슬롯(814)에 수용된 감지기(200) 및 플로우 셀(282)을 갖는 플로우 셀 프레임(902)에 의해 확립된 위치에 위치된 것으로 도시되어 있다. 물리적 등록 특징부(806)는 광에너지 여기자(10)의 하우징(134)의 원위 말단부에 의해 정의되는 광에너지 여기자(10)의 대응 특징부를 파지하도록 제공될 수 있다. 광에너지 여기자(10)를 감지기 어셈블리(20) 및 감지기(200)에 결합하기 위해, 광에너지 여기자(10)의 하우징(134)의 원위 말단부는 감지기 어셈블리(20)의 카트리지(802)의 리셉터클(826)에 삽입되어, 도 1에 도시된 바와 같이, 광에너지 여기자(10)가 플로우 셀(282) 및 감지기(200)와 적절히 정렬되도록 도 12에 도시된 바와 같은 대응하는 등록 특징부(806)로 광에너지 여기자(10)의 하우징(134)의 원위 말단부에 등록되게 배치될 수 있다.
도 13은 감지기(200) 위에 배치된 플로우 셀(282)의 평면도를 도시한 것이다. 도 13에 도시된 바와 같이 일 예에 따르면, 플로우 셀(282)은 모든 광센서(202)보다 적은 광센서들이 생물학적 또는 화학적 테스트 중에 활성화되도록 플로우 셀(282)을 형성하는 측벽(283)을 포함할 수 있다. 일 예에 따른 감지기(200)는 픽셀로 간주될 수 있는 14M의 광센서 어레이를 포함할 수 있고 플로우 셀(282)은 약 8M의 광센서(202)가 생물학적 또는 화학적 테스트 동안 활성화되도록 플로우 셀 벽(283)에 의해 구성될 수 있다.
광에너지 여기자(10)의 대안적인 예가 도 14 및 도 15를 참조하여 설명된다. 도 14에 도시된 바와 같은 일 예에 따르면, 렌즈(114)는 광 파이프(110)과 일체로 형성될 수 있다. 도 14는 광 파이프(110)와 상기 광 파이프(110) 및 렌즈(114)를 정의하는 단일 재료에 의해 일체로 형성된 광 파이프(110) 및 렌즈(114)를 도시한다. 광에너지 여기자(10)는 광 파이프(110)와 일체로 형성된 렌즈(114)가 샘플을 지지하기 위해 감지기면(206)에서 정의될 수 있는 이미지면(130) 상으로 균질화된 광을 투사하도록 구성될 수 있다(도 1).
도 15는 광 파이프(110)와 일체로 형성되고 렌즈(114)와 광 파이프(110) 모두를 공통으로 정의하는 단일 재료로 정의되는 집적 렌즈(114)를 갖는 광에너지 여기자(10)의 다른 예를 도시한 것이다. 도 15의 예에서, 렌즈(114)는 프레넬 렌즈에 의해 제공되는 것으로 도시되어 있다. 프레넬 렌즈는 렌즈 두께가 감소된 수렴 광선을 생성할 수 있으므로 공간 절약 이점을 제공할 수 있다. 도 13의 예에서 렌즈(114)는 샘플 지지 감지기면(206)에서 정의될 수 있는 이미지면(130) 상에 광 파이프(110) 내에서 반사된 균질화된 광을 투영할 수 있다. 도 14 및 도 15의 예를 포함한 본 명세서의 임의의 예에서, 필터 코팅은 광에너지 여기자(10)의 개별 필터(22)를 제거하기 위해 렌즈(114)의 광 출사면(115)에 직접 증착될 수 있다.
도 16 및 17은 광에너지 여기자(10)와 함께 사용될 수 있는 일 예에 따른 감지기 어셈블리(20) 및 감지기(200)의 추가 세부 사항을 도시한 것이다.
도 16에 도시된 예에서, 플로우 셀(282)은 감지기면(206), 측벽(284) 및 상기 측벽(284)과 다른 측벽(미도시)에 의해 지지되는 플로우 커버(288)에 의해 정의된다. 측벽은 감지기면(206)에 결합될 수 있고 플로우 커버(288)와 감지기면(206) 사이에서 연장될 수 있다. 일부 예에서, 측벽은 유동 커버(288)를 감지기(200)에 접합시키는 경화성 접착제층으로 형성된다.
플로우 셀(282)은 높이(H1)를 포함할 수 있다. 단지 예로써, 높이(H1)는 약 50μm 내지 약 400μm, 또는 보다 바람직하게, 약 80μm 내지 약 200μm일 수 있다. 플로우 커버(288)는 감지기 어셈블리(20)의 외부로부터 플로우 셀(282)로 전파되는 여기광(101)에 대해 광투과성인 재료를 포함할 수 있다.
또한 도시된 바와 같이, 플로우 커버(288)는 다른 포트(미도시)와 유체적으로 맞물리도록 구성된 유입구 포털(289) 및 배출구 포털(290)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 다른 포털은 카트리지(미도시) 또는 워크스테이션(미도시)에서 제공될 수 있다.
감지기(200)는 광센서(202)의 센서 어레이(201), 광 가이드(214)의 가이드 어레이(213) 및 반응 리세스(210)의 반응 어레이(209)를 포함할 수 있다. 특정 예에서, 구성요소들은 각각의 광센서(202)가 하나의 광 가이드(214) 및 하나의 반응 리세스(210)와 정렬하도록 배열된다. 그러나, 다른 예에서, 단일 광센서(202)는 하나 이상의 광 가이드(214)를 통해 광자를 수용할 수 있다. 일부 예에서, 광센서 어레이의 각각의 광센서에 대한 하나 이상의 광 가이드 및/또는 반응 리세스가 제공될 수 있다.
일부 예에서, 반응 리세스 어레이의 반응 리세스에 정렬된 하나 이상의 광 가이드 및/또는 광센서가 제공될 수 있다. "어레이"라는 용어는 감지기(200)가 가질 수 있는 특정 유형의 각각의 모든 항목을 반드시 포함하는 것은 아니다. 예를 들어, 광센서(202)의 센서 어레이(201)는 감지기(200)의 각각의 모든 광센서를 포함하지 않을 수 있다. 다른 예로서, 가이드 어레이(213)는 감지기(200)의 각각의 모든 광 가이드(214)를 포함하지 않을 수 있다. 다른 예로서, 반응 어레이(209)는 감지기(200)의 각각의 모든 반응 리세스(210)를 포함하지 않을 수 있다. 이와 같이, 달리 명시되지 않는 한, "배열"이라는 용어는 이러한 감지기(200)의 모든 항목을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다.
감지기(200)는 기능화될 수 있는(예를 들어, 지정된 반응을 수행하기 위해 적절한 방식으로 화학적 또는 물리적으로 변형될 수 있는) 감지기면(206)을 갖는다. 예를 들어, 감지기면(206)은 기능화될 수 있고 하나 이상의 생체 분자가 고정된 복수의 반응 사이트를 포함할 수 있다. 감지기면(206)은 반응 리세스(210)의 반응 어레이(209)를 가질 수 있다. 각각의 반응 리세스(210)는 하나 이상의 반응 사이트를 포함할 수 있다. 반응 리세스(210)는 예를 들어 감지기면(206)을 따른 오목부 또는 깊이 변화로 정의될 수 있다. 다른 예에서, 감지기면(206)은 실질적으로 평면일 수 있다.
도 17은 다양한 특징을 보다 상세히 도시한 감지기(200)의 확대 단면도이다. 보다 구체적으로, 도 17은 단일 광센서(202), 방출 신호광(501)을 광센서(202)쪽으로 지향시키기 위한 단일 광 가이드(214), 및 광센서(202)에 의해 감지된 방출 신호광(501)(예를 들어, 광자)에 기초하여 신호를 전송하기 위한 관련 회로(246)를 도시한 것이다. 센서 어레이(201)(도 16)의 다른 광센서(202) 및 관련 구성요소는 동일하거나 유사한 방식으로 구성될 수 있는 것으로 이해된다. 그러나, 감지기(200)는 전체에 걸쳐 동일하거나 균일하게 제조될 필요는 없다는 것도 또한 이해된다. 대신에, 하나 이상의 광센서(202) 및/또는 관련 구성요소는 서로 다르게 제조되거나 서로에 대해 다른 관계를 가질 수 있다.
회로(246)는 감지된 광자에 기초한 데이터 신호의 전송과 같이 전류를 전도할 수 있는 상호 연결된 도전성 소자(예를 들어, 도체, 트레이스, 비아, 상호 연결부 등)를 포함할 수 있다. 감지기(200)는 광센서(202)의 평면 어레이를 갖는 집적회로를 포함한다. 감지기(200) 내에 형성된 회로(246)는 광센서(202)에 의해 수신된 방출 신호광(501), 신호 증폭, 디지털화, 저장 및 처리에 따라 광센서(202)에 전하가 축적되는 노광 기간(적분 기간) 동안 노출된 광센서(202)로부터의 판독 신호 중 적어도 하나에 대해 구성될 수 있다. 회로(246)는 감지된 방출 신호광(501)을 수집 및 분석하고 감지 데이터를 바이오어세이 시스템(bioassay system)에 통신하기 위한 데이터 신호를 생성할 수 있다. 회로(246)는 또한 감지기(200)에서 추가적인 아날로그 및/또는 디지털 신호 처리를 수행할 수 있다. 광센서(202)는 게이트(243-243)를 통해 회로(246)에 전기적으로 연결될 수 있다.
일 예에 따른 감지기(200)는 CMOS 집적회로 감지기 또는 CCD 집적회로 감지기와 같은 고체상태 집적회로 감지기에 의해 제공될 수 있다. 일 예에 따른 감지기(200)는 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 제조 공정과 같은 집적회로 제조 공정을 이용하여 제조된 집적회로 칩일 수 있다.
광센서들(202)에 의해 정의된 센서 어레이(201)의 해상도는 약 0.5 메가픽셀(Mpixels)보다 클 수 있다. 보다 구체적인 예에서, 해상도는 약 5 Mpixel 이상,보다 바람직하게는 약 14 Mpixel 이상일 수 있다.
감지기(200)는 센서층(231)을 포함하는 복수의 스택층(231-237)을 포함할 수 있고 상기 센서층(231)은 실리콘층일 수 있다. 스택층은 복수의 유전체층(232-237)을 포함할 수 있다. 도시된 예에서, 각각의 유전체 층(232-237)은 금속소자(예를 들어, W(텅스텐), Cu(구리) 또는 Al(알루미늄)) 및 유전체 재료(SiO2)를 포함한다. 집적회로 제조에 적합한 것과 같이 다양한 금속소자 및 유전체 재료가 사용될 수 있다. 그러나, 다른 예들에서, 하나 이상의 유전체층들(232-237)은 하나 이상의 SiO2층들과 같이 유전체 재료만을 포함할 수 있다.
도 17의 특정 예와 관련하여, 유전체층(232-237)은 도 17에서 층(M1-M5)으로 라벨링된 금속화층을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 금속화층(M1-M5)은 회로(246)의 적어도 일부를 형성하도록 구성될 수 있다.
일부 예에서, 감지기(200)는 금속화층(M5) 위의 영역에 걸쳐 뻗어 있는 하나 이상의 층을 갖는 쉴드 구조물(250)을 포함할 수 있다. 도시된 예에서, 쉴드 구조물(250)은 플로우 셀(282)로부터 전파되는 광 신호를 차단하도록 구성된 재료를 포함할 수 있다. 광 신호는 여기광(101) 및/또는 방출 신호광(501)일 수 있다. 단지 예로써, 실드 구조물(250)은 텅스텐(W)을 포함할 수 있다. 단지 특정 예로써, 여기광은 약 523nm(녹색광) 또는 456nm(청색광)의 피크 파장을 가질 수 있고 방출 신호광(501)은 약 570nm 이상의 파장을 포함할 수 있다(도 4).
도 17에 도시된 바와 같이, 쉴드 구조물(250)는 관통하는 개구(252)를 포함할 수 있다. 쉴드 구조물(250)은 이러한 개구(252)의 어레이를 포함할 수 있다. 개구(252)는 신호 방출광이 광 가이드(214)로 전파되도록 치수화될 수 있다. 감지기(200)는 또한 쉴드 구조물(250)을 따라 그리고 개구를 가로질러 뻗어 있는 패시베이션층(256)을 포함할 수 있다. 감지기(200)는 또한 패시베이션층(256)을 따라 그리고 개구(252)를 가로 질러 뻗어 있는 감지기면(206)을 포함하는 패시베이션층(258)을 포함할 수 있다. 쉴드 구조물(250)은 개구(252) 위로 연장되어 개구(252)를 직접 또는 간접적으로 덮을 수 있다. 패시베이션층(256) 및 패시베이션층(258)은 플로우 셀(282)의 유체 환경으로부터 하부 상승층 및 쉴드 구조물(250)을 보호하도록 구성될 수 있다. 일 예에 따르면, 패시베이션층(256)은 SiN 또는 유사한 재료로 형성된다. 일 예에 따르면, 패시베이션층(256)은 오산화 탄탈럼(Ta2O5) 또는 유사한 재료로 형성된다. 패시베이션층(256) 및 패시베이션층(258)을 갖는 구조물(260)은 반응 리세스(210)를 갖는 감지기면(206)을 정의할 수 있다. 감지기면(206)을 정의하는 구조물(260)은 1개 내지 N개 층과 같은 임의의 수의 층을 가질 수 있다.
구조물(260)은 생체 분자 또는 다른 관심 분석물이 고정될 수 있게 하는 고체면(즉, 감지기면(206))을 정의할 수 있다. 예를 들어, 반응 리세스(210)의 각각의 반응 사이트는 패시베이션층(258)의 감지기면(206)에 고정된 생체 분자 클러스터를 포함할 수 있다. 따라서, 패시베이션층(258)은 반응 리세스(210)의 반응 사이트가 고정되게 하는 재료로 형성될 수 있다. 패시베이션층(258)은 또한 원하는 형광 빛에 적어도 투명한 재료를 포함할 수 있다. 패시베이션층(258)은 생체 분자를 고정시키는 것을 용이하게 하고/하거나 방출 신호광(501)의 감지를 용이하게 하기 위해 물리적 또는 화학적으로 변형될 수 있다.
예시된 예에서, 패시베이션층(256)의 일부는 쉴드 구조물(250)을 따라 뻗어 있고 패시베이션층(256)의 일부는 광 가이드(214)를 정의하는 필터 재료를 따라 직접 뻗어 있다. 반응 리세스(210)는 광 가이드(214)와 정렬되고 광 가이드(214) 위에 직접 형성될 수 있다. 일 예에 따르면, 반응 리세스(210) 및 광 가이드(214) 각각은 길이방향 축(268)을 중심으로 하는 횡단면의 기하학적 중심을 가질 수 있다. 필터 재료는 스택층(232-237)을 갖는 유전체 스택에 형성된 측벽(254)에 의해 형성된 공동 내에 증착될 수 있다.
광 가이드(214)는 광가이드 구조를 형성하기 위해 유전체층(231-237)에 의해 정의된 유전체 스택의 주변 재료에 대해 구성될 수 있다. 예를 들어, 광 가이드(214)는 일 예에 따라 적어도 약 1.6의 굴절률을 가질 수 있어, 광 가이드(214)를 통해 전파되는 광에너지가 광 가이드(214)와 유전체층(231-237)에 의해 정의된 주변 유전체 스택 사이의 측벽(254)의 경계면에서 실질적으로 반사된다. 특정 예에서, 광 가이드(214)는 여기광의 광 밀도(OD) 또는 흡광도가 적어도 약 4 OD이 되도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 필터 재료가 선택될 수 있고, 광 가이드(214)는 적어도 4 OD를 달성하도록 치수 설정될 수 있다. 보다 특정한 예에서, 광 가이드(214)는 적어도 약 5 OD 또는 적어도 약 6 OD를 달성하도록 구성될 수 있다. 보다 특정한 예에서, 광 가이드(214)는 적어도 약 7 OD 또는 적어도 약 8 OD를 달성하도록 구성될 수 있다. 감지기(200)의 다른 특징은 전기적 및 광학적 누화를 감소시키도록 구성될 수 있다.
도 18을 참조하여, 프로세스 제어 시스템(310)의 추가 세부 사항이 설명된다. 프로세스 제어 시스템(310)은 일 예에 따라 하나 이상의 프로세서(3101), 메모리(3102) 및 하나 이상의 입/출력 인터페이스(3103)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(3101), 메모리(3102) 및 하나 이상의 입/출력 인터페이스는 시스템 버스(3104)를 통해 연결될 수 있다. 일 예에 따르면, 프로세스 제어 시스템(3110)은도 18에 나타낸 바와 같이 컴퓨터 시스템에 의해 제공될 수 있다. 메모리(3102)는 시스템 메모리 및 저장 메모리의 조합을 포함할 수 있다. 일 예에 따른 메모리(3102)는 본 명세서에 나타낸 프로세스를 용이하게 하기 위한 하나 이상의 프로그램을 저장할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(3101)는 본 명세서에 설명된 바와 같은 프로세스를 용이하게 하기 위해 메모리(3102)에 저장된 하나 이상의 프로그램을 실행할 수 있다. 메모리(3102)는 컴퓨터 판독 가능매체를 정의할 수 있다.
도 19 및 도 20을 참조로 광에너지 여기자(10)에 의해 촉진되는 DNA 시퀀싱 프로세스를 설명한다. 도 19를 참조하면, 시스템(100)의 동작의 태양을 도시한 스펙트럼 프로파일 조정 다이어그램이 도시되어 있다. 일 예에 따르면, 광원 뱅크(102)는 제 1 및 제 2 상이한 파장에서 광을 방출하는 광원을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 상이한 파장범위에서 여기광을 방출하는 광원을 포함하도록 광원 뱅크(102)를 제공함으로써 제 1 및 제 2 염료가 플로우 셀(282) 내의 유체에 배치될 수 있는 염료 화학 DNA 시퀀스 재구성 프로세스가 용이해 진다.
도 19에 도시된 스펙트럼 프로파일(1702)은 광에너지 여기자(10)의 녹색 방출 광원, 가령 도 4에 도시된 바와 같은 광원(102A)의 여기 파장 방출 대역을 도시한 것이다. 스펙트럼 프로파일(1712)은 도 4에 도시된 광원(102H)과 같은 광에너지 여기자(10)의 청색 방출 광원의 파장 방출 대역이다. 스펙트럼 프로파일(1704)은 플로우 셀(282) 내에 유체와 함께 배치될 수 있는 녹색광에 민감한 제 1 형광단의 흡수 대역 스펙트럼 프로파일이다. 스펙트럼 프로파일(1714)은 플로우 셀(282) 내로 유체와 함께 배치될 수 있는 청색광에 민감한 제 2 형광단의 흡수 대역 스펙트럼 프로파일이다. 프로파일(1707)은 플로우 셀(282) 내로 유체와 함께 배치될 수 있는 녹색광 및 청색광에 민감한 제 3 형광단의 흡수 대역 스펙트럼 프로파일이다.
스펙트럼 프로파일(1706)은 스펙트럼 프로파일(1702)을 갖는 녹색광에 의해 여기될 때 제 1 형광단 형광에 기인한 방출 신호광(501)의 부분 스펙트럼 프로파일이다. 스펙트럼 프로파일(1716)은 스펙트럼 프로파일(1712)을 갖는 청색광에 의해 여기될 때 제 2 형광단에 기인한 방출 신호광(501)의 부분 스펙트럼 프로파일이다. 스펙트럼 프로파일(1708)은 스펙트럼 프로파일(1702)을 갖는 녹색광에 의해 여기될 때 제 3 형광단 형광에 기인한 방출 신호광(501)의 부분 스펙트럼 프로파일이다. 스펙트럼 프로파일(1709)은 스펙트럼 프로파일(1712)을 갖는 청색광에 의해 여기될 때 제 3 형광단 형광에 기인한 방출 신호광(501)의 부분 스펙트럼 프로파일이다.
스펙트럼 프로파일(1730)은 광센서 어레이(201)의 검출 대역을 나타내는 광센서 어레이(201)를 정의하는 광센서(202)의 투과 스펙트럼 프로파일이다.
본 명세서의 예는 도 19의 스펙트럼 프로파일 조정도를 참조하여 프로세스 제어 시스템(310)이 (a) 제 1 형광단이 하나 이상의 녹색 방출 광원에 의한 여기로 국한되는 여기 하에 광센서(202)에 의해 감지되는 형광 및 하나 이상의 청색 방출 광원에 의한 여기로 국한되는 여기 하에 광센서(202)에 의해 감지되지 않는 형광에 기초하여 샘플(502)에 부착되어 있는지 결정하고; (b) 제 2 형광단이 하나 이상의 청색 방출 광원에 의한 여기로 국한되는 여기 하에서 광센서(202)에 의해 감지되는 형광 및 하나 이상의 녹색 방출 광원에 의한 여기로 국한되는 여기 하에 광센서(202)에 의해 감지되지 않는 형광에 기초하여 샘플(502)에 부착되어 있는지 결정하며; (c) 제 3 형광단이 하나 이상의 녹색 방출 광원에 의한 여기로 국한되는 여기 하에서 광센서(202)에 의해 감지되는 형광 및 하나 이상의 청색 방출 광원에 의한 여기로 국한되는 여기 하에서 광센서(202)에 의해 또한 감지되는 형광에 기초하여 샘플(502)에 부착되어 있는지 결정하도록 구성될 수 있다. 프로세스 제어 시스템(310)은 어떤 형광단이 샘플에 부착되었는지 구별할 수 있고, 가령, 형광단 존재를 뉴클레오티드 유형으로 맵핑하는 표 2의 결정 논리표로 표시된 결정 논리 데이터 구조를 사용하여 샘플(502)을 제공하는 DNA 가닥의 단편에 있는 뉴클레오티드 유형, 예를 들어, A, C, T 및 G를 결정할 수 있고, 식별된 뉴클레오티드 Nucleotide1-Nucleotide4는 뉴클레오티드 유형 A, C, T 및 G의 뉴클레오티드(테스트 설정 파라미터에 기초한 특정 맵핑)이다.
하나 이상의 녹색 방출 광원에 의한 여기로 국한되는 여기 하에 검출된 형광 하나 이상의 청색 방출 광원에 의한 여기로 국한되는 여기 하에 검출된 형광 표시된 형광단 존재 표시된 뉴클레오티드
예 아니오 제1형광단 Nucleotide1
아니오 예 제2형광단 Nucleotide2
예 예 제3형광단 Nucleotide3
아니오 아니오 -- Nucleotide4
프로세스 제어 시스템(310)은 복수의 사이클에서 DNA 시퀀스 재구성을 지원하는 프로세스를 실행할 수 있다. 각각의 사이클에서, DNA 단편의 상이한 부분은 가령 표 2에 나타낸 바와 같이 결정 데이터 구조와 같은 결정 데이터 구조를 이용해 뉴클레오타이드 유형, 예를 들어 단편과 관련된 A, C, T 또는 G를 결정하기 위해 시퀀싱 프로세싱될 수 있다. 광에너지 여기자(10)를 이용해 DNA 시퀀스 재구성을 수행하는 데 사용하기 위한 프로세스 제어 시스템(310)에 의해 실행될 수 있는 프로세스의 태양이 도 20의 흐름도에 기술되어 있다.
블록 1802에서, 프로세스 제어 시스템(310)은 플로우 셀(282)을 소거할 수 있는데, 이는 프로세스 제어 시스템(310)이 이전 사이클 동안 사용된 플로우 셀(282)로부터 유체를 제거할 수 있음을 의미한다. 블록 1804에서, 프로세스 제어 시스템(310)은 예를 들어 다수의 형광단, 가령, 제 1 및 제 2 형광단, 또는 제 1, 제 2 및 제 3 형광단을 갖는 플로우 셀(282) 유체에 입력될 수 있다. 제 1 및 제 2 형광단은 예를 들어 도 19의 스펙트럼 프로파일 다이어그램을 참조하여 각각 설명된 바와 같이 각각 흡광 대역 스펙트럼 프로파일(1704) 및 흡광 대역 스펙트럼 프로파일(1714)을 참조로 기술된 흡광 특성을 포함할 수 있다. 제 1, 제 2 및 제 3 형광단은 도 19의 스펙트럼 프로파일 다이어그램을 참조하여 각각 설명된 바와 같이 각각 흡광 대역 스펙트럼 프로파일(1704) 및 흡광 대역 스펙트럼 프로파일(1714) 및 흡광 대역 스펙트럼 프로파일(1707)을 참조하여 기술된 흡광 특성을 포함할 수 있다.
블록 1806에서, 프로세스 제어 시스템(310)은 제 1 여기파장범위 활성에 노출된 광센서(202)로부터 신호를 판독할 수 있다. 블록 1806에서, 프로세스 제어 시스템(310)은 광센서(202)의 노출 기간 동안 광에너지 여기자(10)가 하나 이상의 녹색 광원에 의한 제한된 여기의 여기광을 방출하도록 광에너지 여기자(10)를 제어 할 수 있다. 블록 1806에서, 프로세스 제어 시스템(310)은 광센서(202)의 노출 기간 동안 광원 뱅크의 각각의 하나 이상의 청색 방출 광원들, 가령 도 4에 나타낸 바와 같은 광원들(102H-102J)을 비통전 상태로 유지하면서, 광원 뱅크(102)의 각각의 하나 이상의 녹색 방출 광원들, 가령 도 4에 나타낸 바와 같은 광원들(102A-102G)에 에너지를 공급할 수 있다. 녹색 광원들이 온되고 청색 광원들이 광센서들(202)의 노출 기간 동안 오프되도록 광원 뱅크(102)가 설명된 바와 같이 제어됨에 따라, 블록(1806)에서 프로세스 제어 시스템(310)은 본 명세서에 설명된 바와 같이 하나 이상의 녹색 광원에 의한 여기로 국한되는 여기로 노출된 광센서(202)로부터 제 1 신호를 판독할 수 있다.
블록(1808)에서, 프로세스 제어 시스템(310)은 제 2 여기파장범위 활성에 노출된 광센서(202)로부터 신호를 판독할 수 있다. 블록(1808)에서, 프로세스 제어 시스템(310)은 광센서(202)의 노출 기간 동안 광에너지 여기자(10)가 상기 광에너지 여기자(10)의 하나 이상의 청색 광원들에 의한 여기로 국한된 여기광을 방출하도록 광에너지 여기자(10)를 제어할 수 있다. 블록(1808)에서, 프로세스 제어 시스템(310)은 광센서(202)의 노출 기간 동안 광원 뱅크의 각각의 하나 이상의 녹색 방출 광원들, 가령 도 4에 나타낸 바와 같은 광원들(102A-102G)을 비통전 상태로 유지하면서, 광원 뱅크(102)의 하나 이상의 청색 방출 광원들, 가령, 도 4에 도시된 바와 같은 광원들(102H-102J) 각각에 에너지를 공급할 수 있다. 청색 광원들이 온되고 녹색 광원들이 광센서들(202)의 노출 기간 동안 오프되도 광원 뱅크(102)가 설명된 바와 같이 제어됨에 따라, 블록(1806)에서 프로세스 제어 시스템(310)은 본 명세서에 설명된 바와 같이 하나 이상의 청색 광원에 의한 여기로 국한되는 여기로 노출된 광센서(202)로부터 제 2 신호를 판독할 수 있다.
블록 1810에서, 현재 사이클에 대한 프로세스 제어 시스템(310)은 블록 1806에서 판독된 제 1 신호 및 블록 1808에서 판독된 제 2 신호를 처리하여, 예를 들어 일 예에 따라 표 2에 설명된 바와 같은 결정 데이터 구조를 사용하여, 현재 사이클 동안 테스트되는 DNA 단편의 뉴클레오티드 유형을 결정할 수 있다. 프로세스 제어 시스템(310)은 각 스케쥴링된 사이클마다 뉴클레오티드 식별이 수행될 때까지 DNA 시퀀싱 프로세스의 각 사이클에 대해 도 20의 흐름도를 참조로 설명된 뉴클레오티드 식별 프로세스를 수행할 수 있다.
프로세스 제어 시스템(310)은 시스템(100)의 동작을 테스트하기 위해 광범위한 테스트를 수행하도록 구성될 수 있다. 프로세스 제어 시스템(310)은 광에너지 여기자(10) 및 감지기(200)의 동작이 테스트되는 캘리브레이션 테스트를 수행할 수 있다. 이러한 예에서, 프로세스 제어 시스템(310)은 센서 어레이(201)의 노출 기간 동안 상이한 광원을 선택적으로 활성화시키도록 구성될 수 있고, 노출 기간 동안 센서 어레이(201)로부터 판독된 신호를 검사할 수 있다. 방법은 비통전 상태로 유지된 제 2(청색 방출) 및 제 3(예를 들어, 적색 방출) 광원으로 광센서의 제 1 노출 기간 동안 제 1 광원(예를 들어, 녹색 방출)을 선택적으로 통전시키는 단계, 비통전 상태로 유지된 제 1 및 제 3 광원으로 광센서의 제 2 노출 기간 동안 제 2 광원을 선택적으로 통전시키는 단계, 및 비통전 상태로 유지된 제 1 및 제 2 광원으로 광센서의 제 3 노출 기간 동안 제 3 광원을 선택적으로 통전시키는 단계를 포함할 수 있다.
(이러한 개념이 서로 일치하지 않는 경우) 이하에서 더 상세히 논의되는 전술 한 개념 및 추가 개념의 모든 조합은 본 명세서에 개시된 주제의 일부인 것으로 고려된다는 것을 이해해야 한다. 특히, 본 개시의 말미에 나타나 있는 청구 주제의 모든 조합도 본 명세서에 개시된 주제의 일부인 것으로 고려된다. 또한 본원에 참고로 포함된 임의의 개시에서 나타날 수 있는 본 명세서에서 명시적으로 사용된 용어는 본 명세서에 개시된 특정 개념과 가장 일치하는 의미가 부여되어야 함을 이해해야 한다.
이 기술된 설명은 예를 사용하여 주제를 개시하고, 또한 당업자는 임의의 장치 또는 시스템을 만들어 사용하고 임의의 통합된 방법을 수행하는 것을 포함하여 주제를 실시할 수 있게 한다. 본 주제의 특허 가능한 범위는 청구범위에 의해 정의되며, 당업자에게 발생하는 다른 예를 포함할 수 있다. 그러한 다른 예는 청구범위의 문자 언어와 다르지 않은 구조적 요소를 갖는 경우 또는 청구범위의 문자 언어와 실질적으로 차이가 없는 동등한 구조적 요소를 포함하는 경우 청구 범위 내에 있는 것으로 의도된다.
상기 설명은 예시적인 것이며 제한적이지 않다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 전술한 예(및/또는 그 태양)는 서로 조합하여 사용될 수 있다. 또한, 특정 상황 또는 재료를 그 범위를 벗어남이 없이 다양한 예의 교시에 적응시키기 위해 많은 수정이 이루어질 수 있다. 본 명세서에 기술된 재료의 치수 및 유형은 다양한 예의 파라미터를 정의하도록 의도되었지만, 이들은 결코 제한적이지 않으며 단지 예시적이다. 상기 설명을 검토하면 많은 다른 예들이 당업자에게 명백할 것이다. 그러므로, 다양한 예의 범위는 그러한 청구범위가 부여되는 등가물의 전체 범위와 함께 첨부된 청구범위를 참조로 결정되어야 한다. 첨부된 청구범위에서, "포함하는" 및 "여기에(in which)"라는 용어는 각각의 용어 "구비하는" 및 "여기서(wherein)"의 말과 동등한 의미로 사용된다. 또한, 다음의 청구범위에서, 용어 "제 1", "제 2" 및 "제 3"등은 단순히 라벨로 사용되며 해당 개체에 숫자 요건을 부과하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 "기반한"이라는 용어는 요소가 부분적으로 기초한 관계뿐만 아니라 요소가 전적으로 기초한 관계를 포함한다. "정의된"이라는 용어의 형태는 요소가 부분적으로 정의된 관계뿐만 아니라 요소가 완전히 정의된 관계를 포함한다. 또한, 다음의 청구범위의 제한은 기능식 청구항 포맷(means-plus-function format)으로 작성되지 않았으며, 그러한 청구 제한이 "~에 대한 수단"이라는 어구에 이어 추가 구조 없이 기능에 대한 진술을 명시적으로 사용하지 않는 한 35 U.S.C. § 112, 여섯 번째 단락에 기초하여 해석되도록 의도되지 않는다. 상술한 모든 이러한 목적 또는 장점이 임의의 특정 예에 따라 반드시 달성될 필요는 없음을 알아야 한다. 따라서, 예를 들어, 당업자는 본 명세서에 설명된 시스템 및 기술이 본 명세서에 교시되거나 제안될 수 있는 다른 목적 또는 장점을 달성할 반드시 필요없이 여기에 교시된 바와 같이 하나의 장점 또는 장점 그룹을 달성하거나 최적화하는 방식으로 구현되거나 수행될 수 있음을 인식할 것이다.
제한된 개수의 예들과 관련하여 주제를 상세하게 설명하였지만, 주제는 이러한 개시된 예에 국한되지 않음을 쉽게 이해해야 한다. 오히려, 주제는 지금까지 설명되지 않았지만 주제의 기술사상 및 범위에 상응하는 임의의 개수의 변형, 변경, 대체 또는 등가 배열을 포함하도록 수정될 수 있다. 추가로, 주제의 다양한 예를 설명하였었지만, 본 개시의 태양은 설명된 예들 중 일부만을 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 일부 예는 특정 개수의 요소를 갖는 것으로 설명되지만, 주제는 특정 개수 이하의 요소로 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 주제는 상술한 설명에 의해 국한되는 것이 아니라 첨부된 청구범위의 범주에 의해서만 국한된다.

Claims (20)

  1. 광에너지 여기자로 여기광을 방출하는 단계;
    여기광에 의한 여기로 인해 발생된 여기광 및 방출 신호광을 감지기로 수신하는 단계; 및
    센서 어레이의 광센서에 의해 감지된 광자에 의존하여 감지기 데이터 신호 회로로 전송하는 단계를 포함하고,
    광에너지 여기자는 제 1 광원 및 제 2 광원을 포함하며, 상기 제 1 광원은 제 1 파장 방출 대역의 여기광을 방출하고, 상기 제 2 광원은 제 2 파장 방출 대역의 여기광을 방출하며,
    감지기는 생물학적 또는 화학적 샘플을 지지하기 위한 감지기면 및 상기 감지기면과 이격된 센서 어레이를 포함하고, 상기 감지기는 여기광을 차단하고 방출 신호광이 센서 어레이의 광센서를 향해 전파하도록 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    광에너지 여기자로 방출하는 단계는 감지기면의 크기 및 형상과 일치하는 조명 패턴을 투사하기 위해 광에너지 여기자의 광 파이프 광 출사면을 이미징하는 단계를 포함하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 방법은 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 집적회로 제조 기술을 사용하여 감지기를 제조하는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 방법은, DNA 시퀀싱 프로세스를 지원하는 복수의 사이클 각각에 대해, (a) 감지기면에 의해 정의된 플로우 셀로부터 유체를 청소하는 단계, (b) 제 1 염료 및 제 2 염료가 플로우 셀 내에 동시에 함유되도록 제 1 및 제 2 염료로 플로우 셀을 충진하는 단계, (c) 제 1 광원은 통전되고 제 2 광원은 비통전 상태로 유지된 상태에서 방출 신호광에 노출된 광센서로부터 제 1 신호를 판독하는 단계, (d) 제 2 광원이 통전되고 제 1 광원은 비통전 상태로 유지된 상태에서 방출 신호광에 노출된 광센서로부터 제 2 신호를 판독하는 단계, 및 (e) 제 1 신호의 신호 및 제 2 신호의 신호를 사용하여 DNA 뉴클레오티드를 식별하는 단계를 포함하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광에너지 여기자는 제 3 파장 방출 대역에서 광을 방출하는 제 3 광원을 포함하고, 상기 방출 단계는 상기 제 2 광원 및 제 3 광원이 비통전 상태로 유지된 상태로 상기 광센서의 제 1 노출 기간 동안 제 1 광원을 선택적으로 활성화시키는 단계를 포함하고, 상기 방출 단계는 상기 제 1 광원 및 제 3 광원이 비통전 상태로 유지된 상태로 상기 광센서의 제 2 노출 기간 동안 제 2 광원을 선택적으로 활성화시키는 단계를 포함하며, 상기 방출 단계는 상기 제 1 광원 및 제 2 광원이 비통전 상태로 유지된 상태로 상기 광센서의 제 3 노출 기간 동안 제 3 광원을 선택적으로 활성화시키는 단계를 포함하는 방법.
  6. 여기광을 방출하는 적어도 하나의 광원; 및
    상기 여기광을 균일화하고, 상기 여기광을 광에너지 여기자의 원위 말단을 향해 지향시키며, 광 입사면 및 광 출사면을 포함하고, 적어도 하나의 광원으로부터 여기광을 수용하는 광 파이프를 포함하며,
    상기 광에너지 여기자의 원위 말단은 생물학적 또는 화학적 샘플을 지지하기 위한 감지기면을 포함하는 감지기 어셈블리와 결합되도록 구성되는 광에너지 여기자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 광에너지 여기자의 원위 말단은 상기 감지기 어셈블리의 대응하는 형상의 하우징부에 피팅되도록 형성된 형상화된 하우징부를 포함하는 광에너지 여기자.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 광에너지 여기자는 상기 광에너지의 원위 말단이 감지기 어셈블리에 결합될 때 상기 광 출사면에 의해 정의된 대물면을 상기 감지기 어셈블리의 감지기면에 의해 정의된 이미지면 상으로 이미징하는 렌즈를 포함하는 광에너지 여기자.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광원은 상기 광 파이프의 광 입사면에 결합된 면을 갖는 발광 다이오드를 포함하는 광에너지 여기자.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광원은 제 1 및 제 2 광원을 포함하고, 상기 광은 상기 광원으로부터 여기광을 수신하며, 상기 광에너지 여기자는 광 파이프와 함께 공통 하우징에 수용되는 제 2 광 파이프를 포함하고, 상기 제 2 광 파이프는 상기 제 2 광원으로부터 여기광을 수신하며, 상기 광 파이프 및 상기 제 2 광 파이프는 각각 상기 제 1 광원 및 상기 제 2 광원으로부터 방출된 여기광을 전파하고, 상기 광에너지 여기자는 제 1 및 제 2 개별 조명 패턴을 정의하기 위해 상기 광 파이프 및 상기 제 2 광 파이프를 통해 각각 전파되는 여기광을 형성하는, 광에너지 여기자.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광원은 상기 광 파이프의 광 입사면에 결합되는 면인 제 1 발광 다이오드 및 상기 광 파이프의 광 입사면에 결합되는 면인 제 2 발광 다이오드를 포함하고, 제 1 발광 다이오드는 제 1 파장 대역에서 광을 방출하고, 제 2 발광 다이오드는 제 2 파장 대역에서 광을 방출하는 광에너지 여기자.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 광 파이프는 테이퍼형 구조이고, 광 파이프의 길이 전체에 걸쳐 상기 광 파이프의 광 입사면으로부터 상기 광 파이프의 광 출사면까지의 방향으로 증가하는 직경을 포함하며, 상기 광 파이프는 광 파이프의 광 출사면을 빠져 나가는 광 파이프 출사광이 광에너지 여기자의 광축에 대해 발산하는 발산 광콘을 정의하도록 여기광을 반사시키는 광에너지 여기자.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 광 파이프는 테이퍼형 구조이고, 광 파이프의 길이 전체에 걸쳐 상기 광 파이프의 광 입사면으로부터 상기 광 파이프의 광 출사면까지의 방향으로 증가하는 직경을 포함하며, 상기 광 파이프는 광 파이프의 광 출사면을 빠져 나가는 출사광이 광에너지 여기자의 광축에 대해 발산하는 발산 광콘을 정의하도록 여기광을 반사시키고, 출사광은 광축에 평행한 방향으로 광 출사면으로부터 뻗어 있는 기준 광선에 대하여 0도에서 최대 발산각도에 이르는 각도로 발산되며, 여기서 최대 발산각도는 60도 미만의 각도인 광에너지 여기자.
  14. 제 6 항에 있어서,
    상기 광 파이프는 테이퍼형 구조이고, 광 파이프의 길이 전체에 걸쳐 상기 광 파이프의 광 입사면으로부터 상기 광 파이프의 광 출사면까지의 방향으로 증가하는 직경을 포함하며, 상기 광 파이프는 광 파이프의 광 출사면을 빠져 나가는 광 파이프 출사광이 테이퍼진 구성 없이 형성된 발산각도의 발산 광콘에 대해 감소된 광축에 대한 각도를 형성하는 발산 광콘을 정의하도록 여기광을 반사시키는 광에너지 여기자.
  15. 제 6 항에 있어서,
    상기 광에너지 여기자는 광 파이프로부터 여기광을 수신하고, 광에너지 여기자의 원위 말단을 빠져 나가는 여기광의 여기 광선이 감지기면의 크기 및 모양과 일치하는 조명 패턴을 투사하기 위해 광에너지 여기자의 광축을 향해 수렴하는 수렴 광콘을 정의하도록 여기광의 여기 광선을 형성하는 광에너지 여기자.
  16. 제 6 항에 있어서,
    상기 광에너지 여기자는 광 파이프로부터 여기광을 수신하고 렌즈의 광 출사면을 빠져 나가는 여기 광선이 광에너지 여기자의 광축을 향해 수렴하는 수렴 광콘을 정의하도록 여기광의 광선을 형성하며, 상기 렌즈를 빠져 나가는 출사광은 광축에 대해 평행한 방향으로 광 출사면으로부터 뻗어 있는 기준 광선에 대해 0도에서 최대 수렴각도에 이르는 각도로 수렴하고, 최대 발산각도는 60도 미만의 각도인 광에너지 여기자.
  17. 제 6 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광원은 상기 광 파이프의 광 입사면에 결합되는 면인 발광 다이오드를 포함하고, 상기 광 파이프는 유리를 포함하며, 상기 광 파이프는 테이퍼진 구성이고, 광 파이프의 광 입사면으로부터 광 출사면으로의 방향으로 광 파이프의 길이 전체에 걸쳐 증가하는 직경을 포함하며, 광 파이프는 광 파이프의 광 출사면을 빠져 나가는 광 파이프 출사광이 광에너지 여기자의 광축에 대해 발산하는 발산 광콘을 정의하도록 여기광을 반사시키고, 광에너지 여기자는 광 파이프로부터 여기광을 수신하고 광에너지 여기자의 원위 말단을 나가는 여기광의 광선이 광에너지 여기자의 광축에 대해 수렴하는 수렴 광콘을 정의하도록 여기광의 광선을 형성하는 렌즈를 포함하며, 광에너지 여기자는 하나 이상의 광원들의 파장의 누적 방출 대역보다 더 긴 파장의 광을 걸러내기 위한 하나 이상의 필터들을 포함하고, 광에너지 여기자는 광축을 폴딩하는 폴딩 광학기를 포함하는 광에너지 여기자.
  18. 여기광을 방출하는 적어도 하나의 광원, 및 상기 여기광을 균일화하고 여기광을 지향시키며, 적어도 하나의 광원으로부터 여기광을 수용하기 위한 광 입사면을 포함하는 광 파이프를 구비하는 광에너지 여기자; 및
    생물학적 또는 화학적 샘플을 지지하기 위한 감지기면 및 상기 감지기면으로부터 이격된 광센서를 포함하는 센서 어레이를 포함하는 감지기를 포함하고,
    상기 감지기는 여기자로부터 여기광과 방출 신호광을 수신하며, 상기 감지기는 센서 어레이의 광센서에 의해 감지된 광자에 따라 데이터 신호를 전송하기 위한 회로를 구비하고, 상기 감지기는 여기광을 차단하고 방출 신호광이 광원을 향해 전파하도록 허용하는 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 광에너지 여기자는 상기 광 파이프의 광 출사면에 의해 정의된 대물면을 상기 감지기면에 의해 정의된 이미지면 상에 포커싱하는 렌즈를 포함하는 시스템.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광원은 상기 광 파이프의 상기 광 입사면에 결합되는 면인 발광 다이오드를 포함하고, 상기 광 파이프는 유리를 포함하며, 상기 광 파이프는 테이퍼진 구조로 구성되고 광 파이프의 길이 전체에 걸쳐 광 파이프의 광 입사면으로부터 광 파이프의 광 출사면까지의 방향으로 증가하는 직경을 포함하며, 광 파이프는 상기 광 파이프의 광 출사면을 빠져 나가는 광 파이프 출사광이 광에너지 여기자의 광축에 대해 발산하는 발산 광콘을 정의하도록 여기광을 반사시키고, 광에너지 여기자는 광 파이프로부터 여기광을 수신하고 렌즈를 나가는 출사광이 광에너지 여기자의 광축에 대해 수렴하는 수렴 광콘을 정의하도록 여기광의 광선을 형성하는 렌즈를 포함하며, 광에너지 여기자는 하나 이상의 광원들의 파장의 누적 방출 대역보다 더 긴 파장의 광을 걸러내기 위한 하나 이상의 필터들을 포함하는 시스템.
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