用于评价生物样本的系统和方法技术方案

用于评价生物样本的系统和方法。一种用于生物分析的仪器(100)包括一个基座(300)、一个激发源(402)、一个光学传感器(408)、一个激发光学系统(400)和一个发射光学系统(400)。所述基座被构造成能接纳一个样本固持器(305)，所述样本固持器(305)包括多个生物样本(310)。所述光学传感器被构造成能接收来自所述生物样本响应于所述激发源的发射。另外，所述仪器能够包括一个被透镜壳体包封的传感器透镜以及一个包括接合所述透镜罩的一个齿轮(455)的对焦装置，所述对焦装置能够从所述包封件之外触及以调整焦点。所述仪器还可能包括沿发射光路设置的一个传感器孔(478)以及设置用于接合所述传感器孔的一个阻挡结构，所述阻挡结构使得所述光学传感器无法接收到来自所述样本固持器附近的受照表面(432)的所述反射的辐射，而且不反射出所述仪器的另一个表面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于评价生物样本的系统和方法专利技术背景专利
本专利技术整体涉及用于观察、测试和/或分析一个或多个生物样本的系统、装置和方法，并且更具体地涉及用于观察、测试和/或分析一个或多个生物样本的包括光学系统的系统、装置和方法。相关技术说明附图简略说明结合附图阅读下文详细说明可以更好地理解本专利技术的实施例。此类仅为进行例示性的说明的实施例示出本专利技术的新颖且非显而易知的方面。附图包括下图：图1为根据本专利技术的一个实施例的系统的示意图。图2为根据本专利技术的一个实施例的激发源的示意图。图3为各种光源的归一化光谱图，其中包括根据本专利技术的一个实施例的光源。图4为图3所示的光源光谱在各种波长范围内的光谱积分图。图5和图6为根据本专利技术的一个实施例的仪器外壳的透视图。图7为根据本专利技术的一个实施例的光学和样本处理系统的实体模型图示。图8为图7所示的光学系统的放大实体模型图示。图9为图7所示的样本处理系统的一部分的分解图。图10为图7所示的光学系统的一部分的剖视图。图11为根据本专利技术的一个实施例的成像单元的顶部透视图。图12为图11所示的成像单元的剖面图。图13和图14为图11所示的成像单元的底部透视图。图15-17为图11所示的成像单元的部分放大图。图18为图6和图8所示的系统的剖视图。图19和图20为根据本专利技术的一个实施例的系统的示意图。附图详细说明如本文所用，术语“辐射”或“电磁辐射”意指由某些电磁过程释放的辐射能，其可能包括一种或多种可见光(例如，辐射能的特征在于介于400纳米和700纳米之间或介于380纳米和800纳米之间的一个或多个波长)或不可见的电磁辐射(例如，红外线、近红外线、紫外线(UV)、X射线或γ射线辐射)。如本文所用的“激发源”意指电磁辐射的来源，其可能朝向至少一个包含一种或多种化合物的样本，使得电磁辐射与所述至少一个样本相互作用，以产生指示所述至少一个样本之状况的发射电磁辐射。激发源可包括光源。如本文所用，术语“光源”是指包含一段具有一个峰值或最大输出(例如，功率、能量或强度)之电磁波谱的电磁辐射的来源，该峰值或最大输出在所述电磁波谱(例如范围在400纳米至700纳米或380纳米和800纳米之波长范围内的电磁辐射)的可见光波段范围内。除此之外或另选地，激发源可包含处于电磁波谱的红外(近红外、中红外和/或远红外)或紫外线(近紫外和/或极紫外)部分的至少一部分内的电磁辐射。除此之外或另选地，激发源可包含电磁波谱其他波段中的电磁辐射，例如在电磁波谱的X射线和/或无线电波部分中。激发源可包括单个光源，例如白炽灯、气体放电灯(例如，卤素灯、氙灯、氩灯、氪灯等)、发光二极管(LED)、有机LED(OLED)、激光，诸如此类。激发源可包括多个单个光源(例如，多个LED或激光器)。激发源还可包括一个或多个激发滤光器，例如高通滤光器、低通滤光器或带通滤光器。例如，激发滤光器可包括滤色器和/或二向色滤光器。激发源包括在空间上和/或时间上分离的单一束流或多个束流。如本文所用，“发射”意指由于来自激发源的辐射与包含或被认为包含一种或多种化学和/或生物分子或目标化合物的一个或多个样本的相互作用而产生的电磁辐射。发射可能起因于样本对激发源的辐射所产生的反射、折射、偏振、吸收和/或其他光学效应。例如，发射可包含通过一个或多个样本吸收激发电磁辐射而诱发的发光或荧光。如本文所用，“发射光”意指包含一段具有一个峰值或最大输出(例如，功率、能量或强度)之电磁波谱的一次发射，该峰值或最大输出在所述电磁波谱(例如范围在420纳米至700纳米之波长范围内的电磁辐射)的可见光波段范围内。如本文所用，“透镜”意指被构造成能够引导或聚焦入射的电磁辐射以便会聚或发散此类辐射的光学元件，例如用于在有限的距离或在光学无限远处提供真实或虚拟的图像。透镜可包含具有由入射电磁辐射的折射、反射和/或衍射提供的光焦度的单个光学元件。另选地，透镜可包括由多个光学元件组成的复合系统，例如，包括但不限于消色差透镜、双透镜、三合透镜或相机透镜。透镜可至少部分地容纳在透镜罩或透镜支架中，或至少部分地被透镜罩或透镜支架包围。如本文所用，术语“光功率”意指透镜或光学器件置于空气中时会聚或发散光以提供焦点(实际或虚拟)的能力。如本文所用，术语“焦距”意指光功率的倒数。如本文所用，术语“衍射功率”或“衍射光功率”意指透镜或光学器件或其一部分的功率，归因于入射光衍射成一个或多个衍射级。除非另外注明，否则透镜、光学器件或光学元件的光功率来源于与透镜或光学器件相关联的参考平面(例如，光学器件的主平面)。如本文所用，术语“生物样本”意指包含本文所描述或暗示的本专利技术各种实施例之用户、制造商或经销商任何类型的目标生物化学品或组分和/或任何靶分子的样本或溶液，以及包含用于执行生物测定、实验或测试目的的相关化学品或化合物的任何样本或溶液。这些生物化学品、组分或靶分子可能包括但不限于DNA序列(包括无细胞DNA)、RNA序列、基因、寡核苷酸、分子、蛋白质、生物标志物、细胞(例如，循环肿瘤细胞)或任何其他合适的靶生物分子。生物样本可包含至少一种靶核酸序列、至少一种引物、至少一种缓冲液、至少一种核苷酸、至少一种酶、至少一种洗涤剂、至少一种封闭剂、或至少一种适用于检测靶标或参比核酸序列的染料、标志物和/或探针中的至少一者或多者。在各个实施例中，此类生物组分可与一种或多种PCR方法和系统结合使用，诸如胎儿诊断、多重dPCR、病毒检测，以及量化标准物、基因分型、测序分析、实验，或方案、测序验证、突变检测、转基因生物检测、罕见等位基因检测，和/或拷贝数变异。根据本专利技术的实施例，包含至少一种目标生物靶标的一种或多种样品或溶液可以包含于、分散介于或分配介于多个较小的样品体积或反应区(例如，小于或等于10纳升、小于或等于1纳升，或者小于或等于100皮升的体积或区域)中。本文所公开的反应区通常示出为包含在位于基板材料中的孔中；然而，根据本专利技术的实施例之其他形式的反应区可以包括位于形成于基板中的通孔或凹痕内的反应区、分布于基板表面上的溶液斑点、位于毛细管或微流体系统的测试位点或体积内，或位于多个微珠或微球上的样本或溶液。虽然根据本专利技术的实施例所述的装置、仪器、系统和方法通常涉及dPCR和qPCR，但本专利技术的实施例可适用于任何PCR过程、实验、测定或方案，其中对大量反应区进行处理、观察和/或测量。在根据本专利技术的实施例所述的dPCR测定或实验中，将包含至少一种靶标多核苷酸或核苷酸序列的稀释溶液细分为多个反应区，使得这些反应区中的至少一部分包含靶标核苷酸序列的一个分子或不含靶标核苷酸序列。当反应区随后在PCR方案、程序、测定、过程或实验中进行热循环时，包含所述靶标核苷酸序列的一个或多个分子的反应区被大量扩增并且产生正的可检出的检测信号，而那些不含任何所述靶标核苷酸序列的反应区将不被扩增并且不产生检测信号，或产生低于预定阈值或噪声水平的信号。使用泊松统计，可将分布在反应区之间的原溶液中靶标核苷酸序列的数量与产生正检测信号的反应区的数量关联起来。在一些实施例中，检测到的信号可用于测定原溶液中包含的靶分子的数量或数量范围。例如，检测系统可以被构造成区分包含一个靶分子的反应区与包含两个或至少两个靶分子的反应区。除此之外或另选地，所述检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生物分析的仪器，包括：一个激发源；一个光学传感器，所述光学传感器被构造成能接收来自所述生物样本响应于所述激发源的发射；一个沿激发光路设置的激发光学系统；一个沿发射光路设置的发射光学系统；一个成像单元，所述成像单元包括：一个第一表面和一个反的第二表面；一个传感器透镜；一个至少部分地围住所述传感器透镜的透镜罩；以及一个包括被构造成能接合所述透镜壳体的齿轮的对焦装置；其中所述第一表面包括所述传感器透镜的一个表面；其中所述第二表面包括一个光学传感器电路板；并且其中所述对焦装置被构造成能够从所述包封件外部触及以调整所述传感器透镜的一个焦点。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.06 US 62/112,9101.一种用于生物分析的仪器，包括：一个激发源；一个光学传感器，所述光学传感器被构造成能接收来自所述生物样本响应于所述激发源的发射；一个沿激发光路设置的激发光学系统；一个沿发射光路设置的发射光学系统；一个成像单元，所述成像单元包括：一个第一表面和一个反的第二表面；一个传感器透镜；一个至少部分地围住所述传感器透镜的透镜罩；以及一个包括被构造成能接合所述透镜壳体的齿轮的对焦装置；其中所述第一表面包括所述传感器透镜的一个表面；其中所述第二表面包括一个光学传感器电路板；并且其中所述对焦装置被构造成能够从所述包封件外部触及以调整所述传感器透镜的一个焦点。2.一种用于生物分析的仪器，包括：一个激发源；一个光学传感器，所述光学传感器被构造成能接收来自所述生物样本响应于所述激发源的发射；一个沿激发光路设置的激发光学系统；一个沿发射光路设置的发射光学系统；一个传感器透镜，所述传感器透镜被构造成将来自生物样本的至少一部分的发射引导至所述光学传感器；一个沿所述激发光路设置的受照表面，所述受照表面被构造成产生反射的辐射，所述反射的辐射包括由所述受照表面反射的来自所述激发源的辐射；一个辐射屏蔽件，所述辐射屏蔽件包括：一个沿所述发射光路设置的传感器孔；以及一个阻挡结构，所述阻挡结构被构造成与所述传感器孔结合，使得所述光学传感器无法接收到反射的辐射，而且所述反射的辐射无法反射出所述仪器的另一个表面。3.一种用于生物分析的仪器，包括：一个激发源；一个光学传感器，所述光学传感器被构造成能接收来自所述生物样本响应于所述激发源的发射；一个沿激发光路设置的激发光学系统；一个沿发射光路设置的发射光学系统；一个能量或功率检测单元，所述能量或功率检测单元包括：一个位于所述光路之外的能量或功率传感器；和一个邻近所述分束器设置并且被构造成将来自所述分束器的辐射传输至所述功率传感器的光管。4.一种用于生物分析的仪器，包括：一个激发源；一个光学传感器，所述光学传感器被构造成能接收来自所述生物样本响应于所述激发源的发射；一个沿激发光路设置的激发光学系统；一个沿发射光路设置的发射光学系统；一个被构造成发出辐射的位置源以及一个对应的被构造成接收来自所述位置源的辐射的位置传感器，所述位置源和所述位置传感器被构造成产生位置信号，所述位置信号表示沿所述光路中的至少一条设置的一个光学元件的位置；一个辐射屏蔽件，所述辐射屏蔽件被构造成能阻挡来自所述位置源的至少一部分辐射。5.一种用于生物分析的仪器，包括：一个激发源；一个光学传感器，所述光学传感器被构造成能接收来自所述生物样本响应于所述激发源的发射；一个沿激发光路设置的激发光学系统；一个沿发射光路设置的发射光学系统；一个包封所述光路的光学包封件，所述包封件包括分割线护孔环，所述分割线护孔环被构造成能使线材或线缆穿过所述包封件外部的位置和所述包封件内部的位置之间，同时阻挡所述包封件之外的光进入所述包封件；一个透镜孔盖，所述透镜孔盖被构造成能允许对所述传感器透镜进行三维调整，同时阻挡所述包封件之外的光进入所述包封件。6.一种用于生物分析的仪器，包括：一个基座，所述基座被构造成能接纳一个样本固持器，所述样本固持器包括用于处理一个或多个生物样本的多个空间上分离的反应区；一个光学传感器，所述光学传感器被构造成能接收来自所述生物样本响应于所述激发源的发射；一个沿激发光路设置的激发光学系统；一个沿发射光路设置的发射光学系统；其中所述光学传感器为一个互补金属氧化物半导体传感器。7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的仪器，还包括一个沿所述激发光路并且沿所述发射光路两者设置的分束器。8.一种用于生物分析的仪器，包括：一个基座，所述基座被构造成能接纳一个样本固持器，所述样本固持器包括用于处理一个或多个生物样本的多个空间上分离的反应区，并且所述基座包括被构造成能对所述单独的生物样本进行聚合酶链反应测定的一个热循环仪；一个激发源，所述激发源被构造成能产生特征在于一个第一波长的一个第一激发光束以及特征在于不同于所述第一波长的一个第二波长的一个第二激发光束；一个光学传感器，所述光学传感器被构造成能接收来自所述生物样本响应于所述激发源的发射；一个沿激发光路设置在所述激发源和所述基座之间的激发光学系统，所述激发光学系统包括被构造成能将所述激发光束导向所述样本固持器的一个样本透镜；一个沿发射光路设置在所述基座和所述光学传感器之间的发射光学系统，所述发射光学系统能被构造成将来自所述生物样本的所述发射导向所述光学传感器；一个沿所述激发光路并且沿所述发射光路两者设置的分束器，所述分束器设置用于接收所述第一激发光束并且接收所述第二激发光束，所述样本透镜沿所述激发光路设置在所述分束器和所述基座之间；一个光束收集器，所述光束收集器被构造成能接收来自所述分束器的激发光束辐射并且将所述激发光束辐射的不到10％反射回所述分束器；一个成像单元，所述成像单元包括：一个第一表面和一个反向第二表面；一个传感器透镜；一个至少部分地包住所述传感器透镜的透镜罩；以及一个包括被构造成能接合所述透镜壳体的齿轮的对焦装置；其中所述第一表面包括所述传感器透镜的一个表面；其中所述第二表面包括一个光学传感器电路板；并且其中所述对焦装置被构造成能够从所述包封件外部触及以调整所述传感器透镜的一个焦点；一个沿所述激发光路设置在所述分束器和所述基座之间的受照表面，所述受照表面被构造成能产生反射的辐射，所述反射的辐射包括由所述受照表面反射的来自所述激发源的辐射；一个辐射屏蔽件，所述辐射屏蔽件包括：一个传感器孔，所述传感器孔沿所述发射光路设置在所述分束器和所述传感器透镜之间；以及一个阻挡结构，所述阻挡结构被构造成与所述传感器孔结合，使得所述光学传感器无法接收到反射的辐射，而且所述反射的辐射无法反射出所述仪器的另一个表面；一个能量或功率检测单元，所述能量或功率检测单元包括：一个位于所述光路之外的能量或功率传感器；和一个邻近所述分束器设置并且被构造成能将来自所述分束器的辐射传输至所述功率传感器的光管；一个被构造成发出辐射的位置源以及一个对应的被构造成能接收来自所述位置源的辐射的位置传感器，所述位置源和所述位置传感器被构造成产生位置信号，所述位置信号表示沿所述光路中的至少一条设置的光学元件的位置；一个辐射屏蔽件，所述辐射屏蔽件被构造成能阻挡来自所述位置源的至少一部分辐射；一个包封所述光路的光学包封件，所述包封件包括分割线护孔环，所述分割线护孔环被构造成使线材或线缆穿过所述包封件外部的位置和所述包封件内部的位置之间，同时阻挡所述包封件之外的光进入所述包封件；一个透镜孔盖，所述透镜孔盖被构造成能允许对所述传感器透镜进行三维调整，同时阻挡所述包封件之外的光进入所述包封件；其中所述光学传感器为一个互补金属氧化物半导体传感器。9.根据权利要求8所述的仪器，所述阻挡结构被构造成能与所述传感器孔结合，使得无反射的辐射投射到所述传感器透镜上，而且无辐射反射出所述仪器的另一个表面。10.一种用于生物分析的仪器，包括：一个基座，所述基座被构造成能接纳一个样本固持器，所述样本固持器包括用于处理一个或多个生物样本的多个空间上分离的反应区；一个激发源，所述激发源被构造成能产生特征在于一个第一波长的一个第一激发光束以及特征在于不同于所述第一波长的一个第二波长的一个第二激发光束；一个光学传感器，所述光学传感器被构造成能接收来自所述生物样本响应于所述激发源的发射；一个沿激发光路设置在所述激发源和所述基座之间的激发光学系统；一个沿发射光路设置在所述基座和所述光学传感器之间的发射光学系统，所述发射光学系统被构造成能将来自所述生物样本的所述发射导向所述光学传感器；一个成像单元，所述成像单元包括：一个第一表面和一个反向第二表面；一个传感器透镜；一个至少部分地包住所述传感器透镜的透镜罩；以及一个包括被构造成能接合所述透镜壳体的齿轮的对焦装置；其中所述第一表面包括所述传感器透镜的一个表面；其中所述第二表面包括一个光学传感器电路板；并且其中所述对焦装置被构造成能够从所述包封件外部触及以调整所述传感器透镜的焦点。11.一种用于生物分析的仪器，包括：一个基座，所述基座被构造成接纳一个样本固持器，所述样本固持器包括用于处理一个或多个生物样本的多个空间上分离的反应区；一个激发源，所述激发源被构造成能产生特征在于一个第一波长的一个第一激发光束以及特征在于不同于所述第一波长的一个第二波长的一个第二激发光束；一个光学传感器，所述光学传感器被构造成能接收来自所述生物样本响应于所述激发源的发射；一个沿激发光路设置在所述激发源和所述样本固持器之间的激发光学系统；一个沿发射光路设置在所述样本固持器和所述光学传感器之间的发射光学系统，所述发射光学系统被构造成能将来自所述生物样本的所述发射导向所述光学传感器；一个传感器透镜，所述传感器透镜被构造成能将来自生物样本的至少一部分的发射引导至所述光学传感器；一个沿所述激发光路设置在所述分束器和所述基座之间的受照表面，所述受照表面被构造成能产生反射的辐射，所述反射的辐射包括由所述受照表面反射的来自所述激发源的辐射；一个辐射屏蔽件，所述辐射屏蔽件包括：一个传感器孔，所述传感器孔沿所述发射光路设置在所述分束器和所述传感器透镜之间；以及一个阻挡结构，所述阻挡结构被构造成能与所述传感器孔结合，使得所述光学传感器无法接收到反射的辐射，而且所述反射的辐射无法反射出所述仪器的另一个表面。12.一种用于生物分析的仪器，包括：一个基座，所述基座被构造成能接纳一个样本固持器，所述样本固持器包括用于处理一个或多个生物样本的多个空间上分离的反应区；一个激发源，所述激发源被构造成能产生特征在于一个第一波长的一个第一激发光束以及特征在于不同于所述第一波长的一个第二波长的一个第二激发光束；一个光学传感器，所述光学传感器被构造成能接收来自所述生物样本响应于所述激发源的发射；一个沿激发光路设置在所述激发源和所述基座之间的激发光学系统；一个沿发射光路设置在所述基座和所述光学传感器之间的发射光学系统，所述发射光学系统被构造成能将来自所述生物样本的所述发射导向所述光学传感器；一个能量或功率检测单元，所述能量或功率检测单元包括：一个位于所述光路之外的能量或功率传感器；和一个邻近所述分束器设置并且被构造成能将来自所述分束器的辐射传输至所述功率传感器的光管。13.一种用于生物分析的仪器，包括：一个基座，所述基座被构造成能接纳一个样本固持器，所述样本固持器包括用于处理一个或多个生物样本的多个空间上分离的反应区；一个激发源，所述激发源被构造成能产生特征在于一个第一波长的一个第一激发光束以及特征在于不同于所述第一波长的一个第二波长的一个第二激发光束；一个光学传感器，所述光学传感器被构造成能接收来自所述生物样本响应于所述激发源的发射；一个沿激发光路设置在所述激发源和所述基座之间的激发光学系统；一个沿发射光路设置在所述基座和所述光学传感器之间的发射光学系统，所述发射光学系统被构造成能将来自所述生物样本的所述发射导向所述光学传感器；一个被构造成发出辐射的位置源以及一个对应的被构造成能接收来自所述位置源的辐射的位置传感器，所述位置源和所述位置传感器被构造成能产生位置信号，所述位置信号表示沿所述光路中的至少一条设置的一个光学元件的位置；一个辐射屏蔽件，所述辐射屏蔽件被构造成能阻挡来自所述位置源的至少一部分辐射。14.一种用于生物分析的仪器，包括：一个基座，所述基座被构造成能接纳一个样本固持器，所述样本固持器包括用于处理一个或多个生物样本的多个空间上分离的反应区；一个激发源，所述激发源被构造成能产生特征在于一个第一波长的一个第一激发光束以及特征在于不同于所述第一波长的一个第二波长的一个第二激发光束；一个光学传感器，所述光学传感器被构造成能接收来自所述生物样本响应于所述激发源的发射；一个沿激发光路设置在所述激发源和所述基座之间的激发光学系统；一个沿发射光路设置在所述基座和所述光学传感器之间的发射光学系统，所述发射光学系统被构造成能将来自所述生物样本的所述发射导向所述光学传感器；一个沿所述激发光路并且沿所述发射光路两者设置的分束器，所述分束器设置用于接收所述第一激发光束并且接收所述所述第二激发光束；一个包封所述光路的光学包封件，所述包封件包括分割线护孔环，所述分割线护孔环被构造成能使线材或线缆穿过所述包封件外部的位置和所述包封件内部的位置之间，同时阻挡所述包封件之外的光进入所述包封件；一个透镜孔盖，所述透镜孔盖被构造成能允许对所述传感器透镜进行三维调整，同时阻挡所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·陈，K·M·博，T·H·多，M·阿古安诺，S·Y·刘，H·S·杨，W·F·泰欧，
申请(专利权)人：生命技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US