芯片上定位显微镜法制造技术

本发明专利技术提供了一种分析基底，该分析基底包括：定位层，该定位层待设置有样品，该样品包含设置有荧光染料的核苷酸；和传感器层，该传感器层包括传感器像素阵列，该定位层相对于该传感器层位于芯片上，该传感器像素阵列中的一个或多个像素用于接收来自该荧光染料的荧光传播。播。播。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】芯片上定位显微镜法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利申请要求2019年12月18日提交的名称为“ON
‑
CHIP LOCALIZATION MICROSCOPY”的美国临时专利申请第62/950,065号的优先权，该临时专利申请的公开内容以引用的方式全文并入本文。

技术介绍

[0003]可使用多种分析过程中的一种或多种分析过程来分析不同材料的样品。例如，测序诸如高通量DNA测序可以是基因组分析和其他遗传学研究的基础。例如，边合成边测序(SBS)技术使用包含终止子的经修饰的脱氧核糖核苷酸三磷酸(dNTP)，以及具有发射光谱的荧光染料。在这种和其他类型的测序中，通过照明该样品以及通过检测响应于该照明而生成的发射光(例如，荧光)来确定遗传物质样品的特征。样品分析过程的效率通常根据由该过程提供的通量(诸如每个时间单位的过程的分析结果的输出)进行评价。在现有方法中，该输出可受到分析系统可处理的样品材料的相对较低最大密度的限制。

技术实现思路

[0004]在第一方面，分析基底包括：定位层，该定位层待设置有样品，该样品包含设置有荧光染料的核苷酸；和传感器层，该传感器层包括传感器像素阵列，该定位层相对于该传感器层位于芯片上，该传感器像素阵列中的一个或多个像素接收来自该荧光染料的荧光传播。
[0005]具体实施可以包括下列任何或所有特征。该分析基底是流通池的一部分。该定位层包括纳米凹腔。该定位层包括零模波导。该定位层包括表面钝化层。该传感器层包括互补金属氧化物半导体芯片。该传感器像素阵列包括光电二极管阵列。该传感器层包括电荷耦合器件。该分析基底还包括位于该定位层和该传感器层之间的间隔层，该间隔层具有基于来自该荧光染料的该荧光传播的厚度。该间隔层包括平面波导。该间隔层的该厚度对应于由预定义比例的该传感器像素阵列正在接收的来自该荧光染料的该荧光传播。该间隔层的该厚度基于来自该荧光染料的该荧光传播的预定义半峰全宽来选择。该传感器层提供该定位层的单个视场。该分析基底还包括位于该定位层和该传感器层之间的过滤层，该过滤层包括至少一个滤色器。该分析基底在该定位层和该传感器层之间不具有过滤器，并且其中该分析基底在该定位层和该传感器层之间不具有波导。
[0006]在第二方面，成像系统包括：分析基底，该分析基底包括：定位层，该定位层待设置有样品，该样品包含设置有荧光染料的核苷酸；和传感器层，该定位层相对于该传感器层位于芯片上；和成像电路，该成像电路对该样品进行成像，该成像电路包括：传感器像素阵列，该传感器像素阵列位于该传感器层处，该传感器像素阵列中的一个或多个像素接收来自该荧光染料的荧光传播；和拟合电路，该拟合电路使用该传感器层的信号来识别由于点扩散函数而产生的像素强度分布，以及通过对该像素强度分布进行函数拟合来确定该像素强度分布的形心。
[0007]具体实施可以包括下列任何或所有特征。该分析基底是流通池的一部分。该定位层包括纳米凹腔。该定位层包括零模波导。该定位层包括表面钝化层。该传感器层包括互补金属氧化物半导体芯片。该传感器像素阵列包括光电二极管阵列。该传感器层包括电荷耦合器件。该分析基底还包括位于该定位层和该传感器层之间的间隔层，该间隔层具有基于来自该荧光染料的该荧光传播的厚度。该间隔层包括平面波导。该间隔层的该厚度对应于由预定义比例的该传感器像素阵列正在接收的来自该荧光染料的该荧光传播。该间隔层的该厚度基于来自该荧光染料的该荧光传播的预定义半峰全宽来选择。该成像电路还包括限制电路，该限制电路限制该拟合电路仅在由凹腔分布模式指示的至少一个区域中对该像素强度分布进行该函数拟合。该成像电路还包括拒绝电路，以拒绝由该凹腔分布模式指示的该区域之外的至少一个定位。该传感器层提供该定位层的单个视场。该成像系统还包括位于该定位层和该传感器层之间的过滤层，该过滤层包括至少一个滤色器。该分析基底在该定位层和该传感器层之间不具有过滤器，并且其中该分析基底在该定位层和该传感器层之间不具有波导。该成像系统还包括：照明光源；照明光定时电路，该照明光定时电路使用该照明光源生成离散光脉冲；和图像传感器定时电路，该图像传感器定时电路基于该照明光的该离散光脉冲对该传感器像素阵列进行时间门控。
[0008]在第三方面，一种方法包括：在分析基底处执行样品的芯片上成像；以及将单分子定位显微镜法(SMLM)应用于该芯片上成像的至少一个图像。
[0009]具体实施可以包括下列任何或所有特征。执行该芯片上成像包括：将该样品施加到该分析基底的定位层，该样品包含设置有荧光染料的核苷酸；使用该分析基底的传感器层处的至少一个传感器像素接收来自该荧光染料的荧光传播，该传感器层包括传感器像素阵列；并且执行该SMLM包括：基于来自该荧光染料的该荧光传播来分析该样品。分析该样品包括使用该传感器层的信号来识别由于点扩散函数而产生的像素强度分布，以及通过对该像素强度分布进行函数拟合来确定该像素强度分布的形心。该方法还包括将该拟合限制到由该定位层的凹腔分布模式指示的至少一个区域。该方法还包括拒绝由该凹腔分布模式指示的该区域之外的至少一个定位。该方法还包括在接收该荧光传播之前在该定位层处引入光控缓冲液，其中该荧光传播由光控染料产生。该样品的元素包括粘性元素，并且其中该荧光传播由荧光染料产生，该荧光染料通过该粘性元素至少暂时地附接到该样品。使用该至少一个传感器像素接收来自该荧光染料的该荧光传播包括基于将荧光染料掺入到该样品中来对该荧光染料进行成像。荧光染料通过磷酸尾附接到核苷酸，并且其中该磷酸尾在该核苷酸掺入该样品的过程中被裂解。该核苷酸上的封闭剂阻止进一步掺入。执行该SMLM包括执行边合成边测序。该样品包含单分子。该样品包含分子簇。该芯片上成像包括该定位层的单个视场。该芯片上成像和该SMLM作为该样品测序的一部分执行。该方法还包括对荧光传播执行滤色。该方法还包括该将荧光传播成形为在该传感器层处具有预定义半峰全宽。该荧光传播的成形包括在该定位层和该传感器层之间提供间隔层。该方法还包括通过化学发光触发该荧光传播。该荧光传播的触发包括催化发光化合物。该发光化合物包括D
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荧光素或荧光素衍生物，其中催化剂包括荧光素酶，该方法还包括引入一种或多种辅因子。该方法还包括操作照明光源以触发该荧光传播。操作该照明光源包括使用该照明光源生成离散光脉冲。该方法还包括基于该照明光源的该离散光脉冲对该传感器层进行时间门控。
[0010]在第四方面，一种方法包括：设置待测序样品的荧光标签的激活速率或去激活速
率中的至少一者；在该荧光标签的活性荧光团组和非活性荧光团组之间随机切换；使用芯片上成像对该样品进行成像；在至少一个图像中执行点扩散函数的至少一个形心的定位；以及确定是调整该激活速率还是该去激活速率。
[0011]具体实施可以包括下列任何或所有特征。该确定基于定位的数量是否减少。该方法还包括基于该确定来调整至少该激活速率。调整该激活速率包括改变照明波长。调整该激活速率包括增加该样品处化学物质的浓度。该方法还包括通过化学发光触发来自该活性荧光团组的荧光传本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种成像系统，所述成像系统包括：分析基底，所述分析基底包括：定位层，所述定位层待设置有样品，所述样品包含设置有荧光染料的核苷酸；和传感器层，所述定位层相对于所述传感器层位于芯片上；和成像电路，所述成像电路对所述样品进行成像，所述成像电路包括：传感器像素阵列，所述传感器像素阵列位于所述传感器层处，所述传感器像素阵列中的一个或多个像素接收来自所述荧光染料的荧光传播；和拟合电路，所述拟合电路使用所述传感器层的信号来识别由于点扩散函数而产生的像素强度分布，以及通过对所述像素强度分布进行函数拟合来确定所述像素强度分布的形心。2.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述分析基底是流通池的一部分。3.根据权利要求1或2中任一项所述的成像系统，其中所述定位层包括纳米凹腔。4.根据权利要求1或2中任一项所述的成像系统，其中所述定位层包括零模波导。5.根据权利要求1至4中任一项所述的成像系统，其中所述定位层包括表面钝化层。6.根据权利要求1至5中任一项所述的成像系统，其中所述传感器层包括互补金属氧化物半导体芯片。7.根据权利要求1至6中任一项所述的成像系统，其中所述传感器像素阵列包括光电二极管阵列。8.根据权利要求1至7中任一项所述的成像系统，其中所述传感器层包括电荷耦合器件。9.根据权利要求1至8中任一项所述的成像系统，其中所述分析基底还包括位于所述定位层和所述传感器层之间的间隔层，所述间隔层具有基于来自所述荧光染料的所述荧光传播的厚度。10.根据权利要求9所述的成像系统，其中所述间隔层包括平面波导。11.根据权利要求9至10中任一项所述的成像系统，其中所述间隔层的所述厚度对应于由预定义比例的所述传感器像素阵列正在接收的来自所述荧光染料的所述荧光传播。12.根据权利要求9至11中任一项所述的成像系统，其中所述间隔层的所述厚度基于来自所述荧光染料的所述荧光传播的预定义半峰全宽来选择。13.根据权利要求1至12中任一项所述的成像系统，其中所述成像电路还包括限制电路，所述限制电路限制所述拟合电路仅在由凹腔分布模式指示的至少一个区域中对所述像素强度分布进行所述函数拟合。14.根据权利要求13所述的成像系统，其中所述成像电路还包括拒绝电路，以拒绝由所述凹腔分布模式指示的所述区域之外的至少一个定位。15.根据权利要求1至14中任一项所述的成像系统，其中所述传感器层提供所述定位层的单个视场。16.根据权利要求1至15中任一项所述的成像系统，还包括位于所述定位层和所述传感器层之间的过滤层，所述过滤层包括至少一个滤色器。17.根据权利要求1至16中任一项所述的成像系统，其中所述分析基底在所述定位层和所述传感器层之间不具有过滤器，并且其中所述分析基底在所述定位层和所述传感器层之
间不具有波导。18.根据权利要求1至17中任一项所述的成像系统，还包括：照明光源；照明光定时电路，所述照明光定时电路使用所述照明光源生成离散光脉冲；和图像传感器定时电路，所述图像传感器定时电路基于所述照明光的所述离散光脉冲对所述传感器像素阵列进行时间门控。19.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述分析基底还包括位于所述定位层和所述传感器层之间的间隔层，所述间隔层具有基于来自所述荧光染料的所述荧光传播的厚度。20.根据权利要求19所述的成像系统，其中所述间隔层包括平面波导。21.根据权利要求19或20所述的成像系统，其中所述间隔层的所述厚度对应于由预定义比例的所述传感器像素阵列正在接收的来自所述荧光染料的所述荧光传播。22.根据权利要求19或20所述的成像系统，其中所述间隔层的所述厚度基于来自所述荧光染料的所述荧光传播的预定义半峰全宽来选择。23.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述成像电路还包括限制电路，所述限制电路限制所述拟合电路仅在由凹腔分布模式指示的至少一个区域中对所述像素强度分布进行所述函数拟合。24.根据权利要求23所述的成像系统，其中所述成像电路还包括拒绝电路，以拒绝由所述凹腔分布模式指示的所述区域之外的至少一个定位。25.根据权利要求1所述的成像系统，还包括：照明光源；照明光定时电路，所述照明光定时电路使用所述照明光源生成离散光脉冲；和图像传感器定时电路，所述图像传感器定时电路基于所述照明光的所述离散光脉冲对所述传感器像素阵列进行时间门控。26.一种分析基底，所述分析基底包括：定位层，所述定位层待设置有样品，所述样品包含设置有荧光染料的核苷酸；和传感器层，所述传感器层包括传感器像素阵列，所述定位层相对于所述传感器层位于芯片上，所述传感器像素阵列中的一个或多个像素接收来自所述荧光染料的荧光传播。27.根据权利要求26所述的分析基底，其中所述分析基底是流通池的一部分。28.根据权利要求26或27中任一项所述的分析基底，其中所述定位层包括纳米凹腔。29.根据权利要求26或27中任一项所述的分析基底，其中所述定位层包括零模波导。30.根据权利要求26至29中任一项所述的分析基底，其中所述定位层包括表面钝化层。31.根据权利要求26至30中任一项所述的分析基底，其中所述传感器层包括互补金属氧化物半导体芯片。32.根据权利要求26至30中任一项所述的分析基底，其中所述传感器像素阵列包括光电二极管阵列。33.根据权利要求26至30中任一项所述的分析基底，其中所述传感器层包括电荷耦合器件。34.根据权利要求26至33中任一项所述的分析基底，还包括位于所述定位层和所述传感器层之间的间隔层，所述间隔层具有基于来自所述荧光染料的所述荧光传播的厚度。
35.根据权利要求34所述的分析基底，其中所述间隔层包括平面波导。36.根据权利要求34至35中任一项所述的分析基底，其中所述间隔层的所述厚度对应于由预定义比例的所述传感器像素阵列正在接收的来自所述荧光染料的所述荧光传播。37.根据权利要求34至36中任一项所述的分析基底，其中所述间隔层的所述厚度基于来自所述荧光染料的所述荧光传播的预定义半峰全宽来选择。38.根据权利要求26至37中任一项所述的分析基底，其中所述传感器层提供所述定位层的单个视场。39.根据权利要求26至38中任一项所述的分析基底，还包括位于所述定位层和所述传感器层之间的过滤层，所述过滤层包括至少一个滤色器。40.根据权利要求26至39中任一项所述的分析基底，其中所述分析基底在所述定位层和所述传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：G，
申请(专利权)人：伊鲁米纳剑桥有限公司，
类型：发明
国别省市：