多通道生物分离系统中的光学检测技术方案

一种多通道生物分离检测方法与装置，其中按单一检测器／多个光源的配置，将单一检测器连接到多个光源。每个光源将光导向单一分离通道的其中一个检测区，单一检测器用于检测来自多个分离通道的检测区的放射光。光源按预定顺序以进一步以周期循环方式将光导向该检测区，而控制器控制检测器的输出与光源同步。可以相对于光源进行时分交错／时分多路转换。在一实施例中，使用低成本的发光二极管为光源，按另一个方面，构成检测方案以便在多通道毛细管电泳仪器中进行对辐射光引起的荧光的检测。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本申请提出享有2001年1月26日申请的美国临时申请第60/264,553号的优先权。1.交义参考本申请与同时在2002年1月28日在美国申请的专利申请“多通道生物分离盒(Multi-Channel Bio-Separation Cartridge)”(Attorney DocketNo.1031/208)相关，该专利申请转让给本专利技术的受让人BioCalTechnology Inc.，其全文可供参照。2.专利
本专利技术涉及一种生物分析(bio-analysis)的检测技术，具体涉及用于多通道生物分离系统(multi-channel bio-8eparation system)的光学检测，特别是涉及对在基于多通道毛细管的电泳中由于辐射光激励(radiation excitations)的放射光检测。本专利技术还涉及体现本专利技术的检测方案的生物分离仪器。3.相关技术说明生物分析，如DNA分析，已经由追求正确的纯科学研究，快速过渡到的一种保证可靠性的例行操作程序。医学研究者、药理学家以及法医他们的工作时都采用DNA分析，但是由于能够检测与测量DNA试样的仪器相当复杂，且试样(sample)制备不易，使得已有的DNA分析通常耗时价高，因此希望缩小设备的尺寸、减少所用零件数目以及设备的成本，以使处理过程试样操纵更为简化，简单地说，需要有简化的、低成本、高灵敏度(sensitivity)的检测器。有一种DNA分析仪器可以利用电泳(electrophoresis)来分离DNA分子。电泳技术可以用于为包括人身份验证、表现分析、病原体检验、突变检验以及药物遗传学等的遗传基因应用而分离DNA碎片。电泳一词是指带电分子受到电场的影响所产生的移动。电泳可以用于分离具有相同荷质比(charge-to-mass)但有不同质量的分子，DNA碎片就是这种分子的一例。目前市场上有许多利用电泳来分离DNA试样的仪器，其中有一种类型是多通道平片凝胶电泳(multi-lane slab gel electrophoresis)仪器，一如其名，是将DNA试样放在有凝胶的平片上。在平片上施加电荷，使DNA试样分离成不同质量的DNA碎片。另一种类型的电泳仪器是毛细管电泳(capillary electrophoresis，CE)仪器。CE(毛细管电泳)涉及一族在细孔的毛细管(其内径约在20-100μm)内利用很强的电场分离分子的分析技术。无论是在产业或是纯研究领域，毛细管电泳都有着无可限量的应用潜力。基于凝胶和聚合物网状物的CE对核酸研究是革命性的，其应用包括DNA定序(DNA sequencing)、核甙酸定量分析(nucleotide quantification)、以及突变/多形(mutation/polymorphism)分析。通过在带有缓冲溶液的熔凝石英(fusedsilica)毛细管柱内利用电泳，与平片凝胶电泳方法相比较，试样量明显减小，分离速度与解析度可以增加多倍。在从已经标记有萤光材料试样分离出的成分处，通过将光导引通过毛细管内壁，并检测由入射光引起的放射萤光，以检测在CE中的这些DNA碎片。放射萤光的强度就了代表成分的浓度、数量和/或尺寸。在设计基于毛细管电泳的仪器以及毛细管电泳分析草案时遇到的问题涉及试样检测技术。在萤光检测的情况下，已经对例如辐射光源(radiationsource)、光学检测、检测灵敏度和检测可靠性、光学检测装置结构的成本和可靠性提出重要的设计设想。结合利用萤光的“毛细管电泳”的方法对于DNA分析提供高灵敏度。因为与其它检测方法相比较，具有优异的灵敏度，所以萤光检测是一种在基因组(genomics)以及蛋白质领域可选择的常用的检测方法。最常使用的两种萤光检测模式涉及由共焦扫描激光引起的萤光的检测器(confocalscanning laser induced fluorescence，LIF)以及外层流检测器(sheathflow detector)。外层流检测器(sheath flow detector)的主要缺点是需要非常复杂的流动系统，以保证可靠的外层流(sheath flow)。为了满足终端用户对于强固性的需要，对光学与机械元件的公差提出严格要求。装置的灵敏度高，但这种萤光检测的原理明显不适合于高处理量低成本DNA分析的要求。共焦扫描检测器基于一种光学扫描系统。当考虑仪器要简单、强固和低成本时，使用移动部件不是理想的。另外，显微镜的近焦距(shallow focallength)对光学与机械元件的公差提出严格要求。此外，光扫描原理降低每个毛细管的占空度(duty cycle)，当为了非常高处理量进一步增大仪器时这可能有损精密度。一般说来，对于很多市场上的CE仪器最昂贵的硬件是激励萤光的光源，其可以是气体放电灯(水银灯或氙灯)或是激光器(气态、固态激光器，产生二次谐波，染料激光器或半导体激光器)，它们都体积大、成本高昂、效率低、而且也不容易将其光输出的导入光纤，因此妨碍光学检测系统的最小化。这些光源妨碍研制用于便于快速检测所需的尺寸小、高处理量、高效低成本的分析仪器。利用填充凝胶的毛细管分离DNA碎片在速度及解析度方面，优于传统的基于平片凝胶。而目前市场上最多可用的毛细管电泳仪器只具有一个毛细管，一次只能分析一个试样。在商用利用平片凝胶系统的自动DNA程序装置(例如Applied BioSystems 377仪器)能同时分析36个试样。为了基于毛细管电泳的DNA碎片分析仪器在处理量方面更有竞争力，必须开发一次可以操作多个试样的仪器。DNA碎片分析仪器(例如Beckman Coulter公司所生产的PACE 500 LIF、PACE MDQ LIF)中涉及的原理，利用单一毛细管的仪器可以扩展到多毛细管系统。然而，多毛细管DNA碎片分析器(例如八个毛细管的Beckman Coulter的CEQTM 2000XL仪器)的设计比传统式的基于平片凝胶的系统明显昂贵、而且复杂。市场上可用的其它多毛细管电泳仪器包括由ABI、SpectruMedix、Pharmecia开发的仪器，其有着同样的缺点。另一种萤光检测方法是同时照射多个毛细管的内含物，并且收集从其中放射光。在美国专利第5,790,727号中，多毛细管平行阵列形成一光波导(optical wave guide)，其中在圆柱形表面处产生的折射将在阵列平面导引的照射光限制到阵列中每个邻近毛细管的中心。然而，由于仅采用单一照明光源，因此由毛细管限定的不同分离通道之间有串扰。由于散射光存在，不可能防止串扰，并且由于放射萤光中的噪声，检测信号的对比率将恶化。此外，在先技术的用于多通道的单一照明光源使得多波长(multi-wavelength LIF)检测变得更复杂。因此，希望开发出一种用于生化分离的低成本、高处理量多通道检测方案，其能克服在先技术的局限性。专利技术概述本专利技术提供一种克服在先技术缺点的用于生物分离(例如CE)的简单、低成本、高效率、高灵敏度、高处理量多通道检测装置。本专利技术提供一种基于多光源/共用检测器配置的多通道检测方案，其中对于各通道以时分交错(time staggered)和/或时分多路转换(time multiplex)方式进行检测。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生物分离装置的检测系统，该生物分离装置具有其中可同时进行生物分离的多个分离通道，而该检测系统包含：　　　　一检测部分，其沿每个分离通道限定用于待测物的检测区；　　　　多个光源，其中每个光源与分离通道相关联；　　　　一激励装置，用于当待测物通过检测区时，将来自光源的激励光导入检测区；　　　　一检测装置，用以检测放射光；　　　　一控制装置，用于以一种按照预定顺序将激励光导入检测区的方式，和以时分交错／时分多路转换检测来自每个分离通道的检测区的放射光的方式，控制光源与检测装置。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：瓦罗杰阿米卡尼安，刘铭桑，
申请(专利权)人：比奥卡尔技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]