Возбуждение световой энергии флуоресценции

В настоящем изобретении предложены способ и система проведения биологических или химических испытаний, а также возбудитель световой энергии, который может включать в себя один или более источников света. Возбудитель световой энергии может излучать свет возбуждения, направленный к поверхности детектора, которая может поддерживать биологические или химические образцы. Способ проведения биологических или химических испытаний включает следующие этапы, где излучают свет возбуждения с помощью возбудителя световой энергии, причем возбудитель световой энергии содержит первый источник света и второй источник света, причем первый источник света предназначен для излучения лучей света возбуждения в первом диапазоне длин волн излучения, а второй источник света предназначен для излучения лучей света возбуждения во втором диапазоне длин волн излучения, при этом возбудитель световой энергии дополнительно содержит светопровод для гомогенизации света возбуждения и направления света возбуждения к дистальному концу возбудителя световой энергии, причем светопровод содержит поверхность входа света и поверхность выхода света и выполнен с возможностью приема лучей света возбуждения от первого и второго источников света. При этом светопровод выполнен в виде конусообразной конструкции и имеет увеличивающийся диаметра по всей его длине в направлении от поверхности входа света светопровода к поверхности выхода света светопровода, причем светопровод выполнен с возможностью отражения света возбуждения таким образом, чтобы лучи света, выходящие из поверхности выхода света светопровода, определяли конус расхождения света, который расходится по отношению к оптической оси возбудителя световой энергии. Далее принимают с помощью детектора свет возбуждения и свет сигнала излучений, возникающий в результате возбуждения светом возбуждения, причем детектор содержит поверхность детектора для поддержки биологических или химических образцов и матрицу датчиков, расположенную на расстоянии от поверхности детектора, причем детектор блокирует свет возбуждения и позволяет свету сигнала излучений распространяться к датчикам света матрицы датчиков. Затем передают с помощью схемы детектора сигналы данных в зависимости от фотонов, зарегистрированных датчиками света матрицы датчиков. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 20 ил.

 

Перекрестная ссылка на родственные заявки

[1] Данная заявка испрашивает приоритет по патентной заявке США №62/611448, поданной 28 декабря 2017 года и озаглавленной "Возбуждение световой энергии флуоресценции", которая полностью включена в данный документ посредством ссылки. Данная заявка также испрашивает приоритет по патентной заявке США №62/644805, поданной 19 марта 2018 года и озаглавленной "Возбуждение световой энергии флуоресценции", которая полностью включена в данный документ посредством ссылки. Данная заявка также испрашивает приоритет по патентной заявке Нидерландов №2020636, поданной 20 марта 2018 года и озаглавленной "Возбуждение световой энергии флуоресценции", которая полностью включена в данный документ посредством ссылки.

Уровень техники

[2] Различные протоколы биологических или химических исследований предполагают проведение контролируемых реакций. Обозначенные реакции можно наблюдать или детектировать, причем последующий анализ может помочь определить или выявить свойства химических веществ, участвующих в реакции.

[3] В некоторых мультиплексных испытаниях неизвестный аналит, имеющий идентифицируемую метку (например, флуоресцентную метку), может подвергаться воздействию тысяч известных образцов в контролируемых условиях. Каждый известный образец может быть помещен в соответствующую лунку микропланшета. Наблюдение за любыми химическими реакциями, происходящими между известными образцами и неизвестным аналитом в лунках, может помочь определить или выявить свойства аналита. Другие примеры таких протоколов включают в себя известные процессы секвенирования ДНК, такие как секвенирование путем синтеза (SBS, от англ. sequencing-by-synthesis) или параллельное циклическое секвенирование (cyclic-array sequencing).

[4] В некоторых протоколах флуоресцентного детектирования используют оптическую систему для направления света возбуждения на флуорофор, например, на флуоресцентно маркированные аналиты, а также для детектирования света сигнала флуоресцентных излучений, который может излучаться от аналитов, имеющих прикрепленный к ним флуорофор. Однако такие оптические системы могут быть сравнительно дорогими и требовать большей площади для установки на столе. Например, оптическая система может включать в себя наборы линз, фильтров и источников света.

[5] В других предлагаемых системах детектирования контролируемые реакции в проточной ячейке определяются матрицей твердотельных датчиков света (например, КМОП-детектор (на основе комплементарной структуры металл-оксид-полупроводник) или ПЗС-детектор (на основе прибора с зарядовой связью)). Эти системы не требуют большого оптического узла для детектирования флуоресцентных излучений.

Раскрытие сущности изобретения

[6] В настоящем документе раскрыт возбудитель световой энергии, который может включать в себя один или более источников света. Возбудитель световой энергии может излучать свет возбуждения, направленный на поверхность детектора, которая может поддерживать биологические или химические образцы.

[7] В настоящем документе раскрыт способ, включающий следующие этапы: излучают свет возбуждения с помощью возбудителя световой энергии, причем возбудитель световой энергии содержит первый источник света и второй источник света, причем первый источник света предназначен для излучения лучей света возбуждения в первом диапазоне длин волн излучения, а второй источник света предназначен для излучения лучей света возбуждения во втором диапазоне длин волн излучения; и принимают с помощью детектора свет возбуждения и свет сигнала излучений, возникающий в результате возбуждения светом возбуждения, причем детектор содержит поверхность детектора для поддержки биологических или химических образцов и матрицу датчиков, расположенную на расстоянии от поверхности детектора, причем детектор блокирует свет возбуждения и позволяет свету сигнала излучений распространяться в направлении датчиков света матрицы датчиков; и передают с помощью схемы детектора сигналы данных в зависимости от фотонов, зарегистрированных датчиками света матрицы датчиков.

[8] В настоящем документе раскрыт возбудитель световой энергии, содержащий: по меньшей мере один источник света для излучения лучей света возбуждения; и светопровод для гомогенизации света возбуждения и направления света возбуждения к дистальному концу возбудителя световой энергии; причем светопровод содержит поверхность входа света и поверхность выхода света, причем светопровод выполнен с возможностью приема лучей света возбуждения по меньшей мере от одного источника света; причем дистальный конец возбудителя световой энергии выполнен с возможностью соединения с узлом детектора, содержащим поверхность детектора для поддержки биологических или химических образцов.

[9] В настоящем документе раскрыта система, содержащая: возбудитель световой энергии, содержащий по меньшей мере один источник света для излучения лучей света возбуждения и светопровод для гомогенизации лучей света возбуждения и направления лучей света возбуждения, причем световод содержит поверхность входа света для приема лучей света возбуждения по меньшей мере от одного источника света; и детектор, содержащий поверхность детектора для поддержки биологических или химических образцов и матрицу датчиков, содержащую датчики света, расположенные на расстоянии от поверхности детектора, причем детектор выполнен с возможностью приема света возбуждения от возбудителя и света сигнала излучений, при этом детектор содержит схему для передачи сигналов данных в зависимости от фотонов, детектированных датчиками света матрицы датчиков, причем детектор выполнен с возможностью блокирования света возбуждения и позволения свету сигнала излучений распространяться в направлении датчиков света.

[10] Следует понимать, что все комбинации вышеперечисленных понятий и дополнительных понятий, рассмотренных более подробно ниже (при условии, что такие понятия не являются взаимно несовместимыми), рассматриваются как часть объекта изобретения, раскрытого в настоящем документе. В частности, все комбинации заявленных объектов, появляющиеся в конце этого раскрытия, рассматриваются как часть объекта изобретения, раскрытого в настоящем документе.

Краткое описание чертежей

[11] Эти и другие признаки, аспекты и преимущества, изложенные в настоящем документе, станут более очевидными при рассмотрении следующего подробного описания со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых одинаковые ссылочные обозначения обозначают соответствующие части на различных фигурах:

[12] На фиг. 1 представлена принципиальная блок-схема системы для проведения биологических или химических испытаний, причем система содержит возбудитель световой энергии и узел детектора, содержащий детектор, в соответствии с одним примером;

[13] На фиг. 2 представлен вид сбоку в разрезе возбудителя световой энергии, в соответствии с одним примером;

[14] На фиг. 3 представлена схема траекторий лучей, иллюстрирующая распространение лучей света в возбудителе световой энергии с фиг. 2, в соответствии с одним примером;

[15] На фиг. 4 показана группа источников света, включающая в себя источники света, выполненные в виде множества светодиодов, расположенных на печатной плате, в соответствии с одним примером;

[16] На фиг. 5 представлен вид сбоку источников света, выполненных в виде множества светодиодов, присоединенных к поверхности входа света светопровода, в соответствии с одним примером;

[17] На фиг. 6 представлен схематичный вид в аксонометрии возбудителя световой энергии, в соответствии с одним примером;

[18] На фиг. 7 приведена схема возбудителя световой энергии, в соответствии с одним примером;

[19] На фиг. 8 представлена схема траекторий лучей, иллюстрирующая функционирование возбудителя световой энергии, имеющего первый и второй светопроводы, в соответствии с одним примером;

[20] На фиг. 9 показан вид сбоку в разрезе и в аксонометрии возбудителя световой энергии, в соответствии с одним примером;

[21] На фиг. 10 представлен вид в аксонометрии системы, содержащей возбудитель световой энергии, соединенный с узлом детектора, в соответствии с одним примером;

[22] На фиг. 11 представлен вид в аксонометрии рамы проточной ячейки, определяющей проточную ячейку, в соответствии с одним примером;

[23] На фиг. 12 представлен внутренний вид картриджа узла детектора, определяющий элементы совмещения для выравнивания возбудителя световой энергии, который может быть соединен и выровнен на нем, в соответствии с одним примером;

[24] На фиг. 13 представлен вид сверху проточной ячейки, определенной по отношению к детектору, выполненному в виде интегральной схемы, в соответствии с одним примером;

[25] На фиг. 14 изображен возбудитель световой энергии, выполненный в виде цельного куска материала, определяющего светопровод и линзу, в соответствии с одним примером;

[26] На фиг. 15 представлен вид в аксонометрии возбудителя световой энергии, имеющего цельный кусок материала, который обычно определяет светопровод и линзу, причем линза выполнена в виде линзы Френеля, в соответствии с одним примером;

[27] На фиг. 16 изображен вид сбоку части детектора, выполненного в виде интегральной схемы, имеющей матрицу датчиков света и выровненную матрицу световодов, в соответствии с одним примером;

[28] На фиг. 17 представлен вид сбоку в разрезе части детектора, выполненного в виде интегральной схемы, имеющей датчик света и выровненный световод, в соответствии с одним примером;

[29] На фиг. 18 представлена схема системы управления технологическим процессом, в соответствии с одним примером;

[30] На фиг. 19 представлена координационная диаграмма спектральных профилей, изображающая спектральные профили множества источников света возбудителя световой энергии и множества флуорофоров, которые могут быть возбуждены с помощью источников света возбуждения; и

[31] На фиг. 20 представлена блок-схема, отображающая процесс, который может быть использован для поддержки процесса секвенирования ДНК для реконструкции последовательностей ДНК.

Осуществление изобретения

[32] На фиг. 1 раскрыт возбудитель 10 световой энергии для использования в системе 100. Система 100 может использоваться для проведения биологических или химических испытаний. Система 100 может включать в себя возбудитель 10 световой энергии и узел 20 детектора. Узел 20 детектора может включать в себя детектор 200 и проточную ячейку 282. Детектор 200 может включать в себя множество датчиков 202 света и поверхность 206 детектора для поддержки образцов 502, например аналитов, которые могут представлять собой фрагменты ДНК. Поверхность 206 детектора, в соответствии с одним примером, может определять множество реакционных углублений 210, а образцы 502, такие как биологические или химические образцы, могут удерживаться в таких реакционных углублениях 210.

[33] Детектор 200 может включать в себя множество световодов 214, которые принимают свет возбуждения и свет сигнала излучений от поверхности 206 детектора, возникающий в результате возбуждения светом возбуждения. Световоды 214 могут направлять свет от поверхности 206 детектора. Световоды 214 проходят в направлении соответствующих датчиков 102 света и могут включать в себя фильтрующий материал, который блокирует свет возбуждения и позволяет свету сигнала излучений распространяться в направлении соответствующих датчиков света.

[34] В соответствии с одним примером, детектор 200 может быть выполнен в виде детектора на твердотельной интегральной схеме, например детектора на основе КМОП интегральной схемы или детектора на основе ПЗС интегральной схемы.

[35] В соответствии с одним примером, каждый датчик 202 света может быть выровнен относительно соответствующего световода 214 и соответствующего реакционного углубления 210 таким образом, чтобы продольная ось 268 проходила через геометрический центр поперечного сечения датчика 202 света, световода 214 и реакционного углубления 210. Проточная ячейка 282 может быть определена поверхностью 206 детектора, боковыми стенками 284 и проточной крышкой 288. Проточная крышка 288 может быть светопропускающей крышкой для передачи света возбуждения, обеспечиваемого возбудителем 10 световой энергии.

[36] В другом аспекте детектор 200 может включать в себя диэлектрические многослойные области 218 в промежутках между световодами 214. В диэлектрических многослойных областях 218 может быть выполнена схема, например, для считывания сигналов от датчиков 202 света, оцифровки, хранения и обработки.

[37] Система 100 может включать в себя входной портал 289, через который текучая среда может поступать в проточную ячейку 282, и выходной портал 290, через который текучая среда может выходить из проточной ячейки 282. Входной портал 289 и выходной портал 290 могут определяться проточной крышкой 288.

[38] В соответствии с одним примером, система 100 может быть использована для проведения биологических или химических испытаний с использованием флуорофора. Например, текучая среда, содержащая один или более флуорофоров, может направляться в проточную ячейку 282 и из нее через входное отверстие с помощью входного портала 289 и выходного портала 290. Флуорофоры могут притягиваться к различным образцам 502 и, таким образом, при их обнаружении флуорофоры могут выступать в качестве маркеров для образцов 502, например, биологических или химических аналитов, к которым они притягиваются.

[39] Для обнаружения присутствия флуорофора в проточной ячейке 282, возбудитель 10 световой энергии может быть сам возбужден таким образом, что свет 101 возбуждения излучается возбудителем 10 световой энергии в некотором диапазоне длин волн возбуждения. При приеме света возбуждения флуорофоры, прикрепленные к образцам 502, могут излучать свет 501 сигнала излучений, который является сигналом, представляющим интерес, для детектирования датчиками 202 света. Свет 501 сигнала излучений из-за флуоресценции флуорофора, прикрепленного к образцу 502, будет иметь диапазон длин волн, смещенный в красную область по отношению к диапазону длин волн света 101 возбуждения.

[40] Возбудитель 10 световой энергии может быть активирован для того, чтобы излучать свет 101 возбуждения для возбуждения флуорофоров, прикрепленных к образцам 502. При возбуждении светом 101 возбуждения флуорофоры, прикрепленные к образцам 502, могут флуоресцировать для излучения света 501 сигнала излучений в диапазоне длин волн, имеющих большие длины волн, чем диапазон длин волн света 101 возбуждения. Наличие или отсутствие света 501 сигнала излучений может указывать на характеристику образца 502. Световоды 214, в соответствии с одним примером, могут фильтровать свет в диапазоне длин волн света 101 возбуждения, передаваемого возбудителем 10 световой энергии, так что датчики 202 света не детектируют свет 101 возбуждения в качестве света 501 сигнала излучений.

[41] Система 100 в области 300 систем поддержки испытаний может включать в себя систему 310 управления процессом, систему 320 управления текучей средой, систему 330 хранения текучей среды и пользовательский интерфейс 340, который позволяет оператору вводить данные для управления системой 100. Система 310 управления процессом, в соответствии с одним примером, может быть выполнена в виде системы на основе процессора. Система 310 управления процессом может выполнять различные биологические или химические процессы, например, процессы реконструкции последовательности ДНК. В соответствии с одним примером, для выполнения биологического или химического процесса система 310 управления процессом может посылать скоординированные управляющие сигналы, например, на возбудитель 10 световой энергии, детектор 200 и/или систему 320 управления текучей средой. Система 330 хранения текучей среды может хранить текучие среды, которые протекают через проточную ячейку 282.

[42] В соответствии с одним примером, возбудитель 10 световой энергии может включать в себя один или более источников света. В соответствии с одним примером, возбудитель 10 световой энергии может включать в себя один или более светоформирующих элементов. Возбудитель 10 световой энергии может включать в себя один или более оптических компонентов для формирования световых излучений, направляющих свет, излучаемый одним или более источниками света. К одному или более источникам света могут относиться, например, один или более светопроводов, линза, клин, призма, отражатель, фильтр, решетка, коллиматор или любая комбинация из вышеперечисленных элементов.

[43] На фиг. 2 показан возбудитель 10 световой энергии, в соответствии с одним примером. Возбудитель 10 световой энергии может включать в себя блок 102 источников света, содержащий один или более источников света, например источник 102A-102Z света, и различные оптические элементы для направления света вдоль оптической оси 106, которая в показанном примере представляет собой т.н. сложенную ось (т.е. с изменяемым направлением).

[44] Возбудитель 10 световой энергии может включать в себя светопровод 110 и линзу 114 для формирования лучей света возбуждения, передаваемых через светопровод 110. Светопровод 110 и линза 114 могут иметь геометрические центры поперечного сечения с центром на оптической оси 106.

[45] Светопровод 110 может включать в себя поверхность 109 входа света и поверхность 111 выхода света. Свет 101 возбуждения, излучаемый из блока 102 источников света, может войти в поверхность 109 входа света и может выйти из поверхности 111 выхода света светопровода 110. Светопровод 110, имея показатель преломления, выбранный для обеспечения внутренних отражений, может отражать лучи света, принятые от блока 102 источников света, в различных направлениях для гомогенизации света таким образом, чтобы выходные лучи света, передаваемые через светопровод 110, были однородны. Таким образом, даже если источник света блока 102 источников света может иметь "горячие точки" или расположен несимметрично по отношению к светопроводу 110 или может иметь другие неоднородности, на поверхности 111 выхода света светопровода 110 может быть получен гомогенный (однородный) свет.

[46] Светопровод 110, за счет того, что он имеет показатель преломления, выбранный для обеспечения внутренних отражений, может ограничивать лучи света возбуждения, которые он принимает и передает в объемную область, ограниченную поверхностями боковых стенок, определяющими светопровод 110. Светопровод 110 может быть изготовлен из однородного светопропускающего материала, например, из поликарбоната или кварцевого стекла.

[47] В соответствии с одним примером, светопровод 110 может представлять собой конусообразную конструкцию, определяемую увеличивающимся диаметром по всей ее длине в направлении от поверхности 109 входа света к поверхности 111 выхода света светопровода 110. В соответствии с одним примером, светопровод 110 может представлять собой конусообразную конструкцию, определяемую линейно увеличивающимся диаметром по всей ее длине в направлении от поверхности 109 входа света к поверхности 111 выхода света светопровода 110.

[48] В соответствии с одним примером, возбудитель 10 световой энергии может быть выполнен таким образом, чтобы линза 114 отображала поверхность 111 выхода света светопровода 110 на плоскость 130 изображения, причем в соответствии с одним примером, система 100 может быть выполнена таким образом, чтобы плоскость 130 изображения совпадала с поверхностью 206 детектора, которая может быть выполнена с возможностью удержания образца 502, например фрагмента ДНК. Линза 114, за счет отображения плоскости объекта на плоскость изображения, может проецировать изображение гомогенизированного света, присутствующего на поверхности 111 выхода света светопровода 110, на поверхность 206 детектора 200, поддерживающую образец (фиг. 1).

[49] Приведенные в данном документе примеры показывают, что, хотя блок 102 источников света может быть выбран таким образом, чтобы лучи света возбуждения, излучаемые из блока 102 источников света, не включали в себя лучи света флуоресцентного диапазона, тем не менее, лучи света флуоресцентного диапазона могут излучаться внутри возбудителя 10 световой энергии в результате автофлуоресценции. С другой стороны, возбудитель 10 световой энергии может включать в себя коротковолновый полосовой фильтр 122 для фильтрации длин волн флуоресцентного диапазона, излучаемых в результате автофлуоресценции внутри возбудителя 10 световой энергии, например излучаемого из линзы 114, светопровода 110 и отражателя 118, а также других поверхностей возбудителя 10 световой энергии.

[50] Возбудитель 10 световой энергии может включать в себя светоотражатель 118 для отклонения (изменения направления) оптической оси 106 таким образом, чтобы оптическая ось 106 изменяла направление с первого направления, в котором оптическая ось 106 проходит параллельно опорной оси Y, показанной на фигуре, на второе направление, в котором оптическая ось 106 проходит параллельно опорной оси Z, показанной на фигуре. Возбудитель 10 световой энергии может включать в себя окно 126, имеющее центр поперечного сечения, расположенный на оптической оси 106, а также корпус 134 и другие поддерживающие компоненты для поддержки различных оптических компонентов в определенных пространственных соотношениях, например в определенных пространственных соотношениях, изображенных на фиг. 1.

[51] На фиг. 3 показана схема траекторий лучей для возбудителя 10 световой энергии с фиг. 2. На схеме траекторий лучей на фиг. 3 показано, что линза 114 может отображать плоскость 112 объекта, которая может быть определена на поверхности 111 выхода света светопровода 110, на плоскость 130 изображения, которая может быть расположена на поверхности 206 детектора, которая может быть выполнена с возможностью удержания биологических или химических образцов. Как видно из схемы траекторий лучей на фиг. 3, лучи света, выходящие из поверхности 111 выхода света светопровода 110, могут быть расходящимися лучами света, которые расходятся под достаточно ограниченным углом расхождения, так что большинство лучей света, выходящих из поверхности 111 выхода света светопровода 110, принимаются поверхностью входа света линзы 114. Приведенные здесь примеры показывают, что, хотя светопроводы полезны для целей гомогенизации света, они способны передавать лучи света, которые выходят при больших максимальных углах расхождения, например, приближаясь к 90°.

[52] Приведенные в данном документе примеры показывают, что, если светопровод 110, в качестве альтернативы, построен таким образом, чтобы иметь однородный диаметр, т.е. не сужающийся диаметр, то значительная часть лучей света, выходящих из светопровода 110 может выйти из поверхности 111 выхода света под углом расхождения, достаточно большим, чтобы поверхность 113 входа света линзы 114 не могла собрать выходящие лучи света. Приведенные здесь примеры показывают, что выполнение светопроводов 110 с конусообразной конструкцией, сужающейся по своей длине, имеющей геометрический центр поперечного сечения, расположенный на оптической оси 106, и имеющей соответствующий показатель преломления, обеспечивает такое отражение в световоде 110, что лучи света, выходящие из поверхности 111 выхода света светопровода 110, выходят из поверхности 111 выхода света светопровода 110 под углом, который уменьшен по сравнению с углом 90° максимальной расходимости.

[53] В примере, описанном со ссылкой на фиг. 2 и 3, лучи света, выходящие из поверхности 111 выхода света светопровода 110, могут определять конус расхождения света 1100, имеющий лучи света, расходящиеся под углами в диапазоне от нуля градусов до максимального угла расхождения по отношению к опорному лучу света, проходящему от поверхности выхода света в направлении, параллельном оптической оси 106. Определенный конус расхождения света 1100 может расходиться с максимальным углом расхождения относительно оптической оси 106. В соответствии с одним примером, максимальный угол расхождения представляет собой угол расхождения, спроектированный таким образом, чтобы большинство лучей света, выходящих из поверхности 111 выхода света собирались поверхностью входа света линзы 114. В соответствии с одним примером, возбудитель 10 световой энергии выполнен таким образом, чтобы лучи света возбуждения, выходящие из поверхности 111 выхода света, расходились под максимальным углом расхождения относительно опорного луча света, выходящего из поверхности выхода света в направлении, параллельном оптической оси 106, который достаточно мал, чтобы обеспечить сбор поверхностью 113 входа света линзы 114.

[54] В соответствии с одним примером, возбудитель 10 световой энергии может быть выполнен таким образом, чтобы лучи света, выходящие из поверхности 111 выхода света светопровода 110, определяли конус расхождения света 1100, имеющий лучи света, расходящиеся под углами в диапазоне от нуля градусов до максимального угла расхождения по отношению к опорному лучу света, проходящему от поверхности выхода света в направлении, параллельном оптической оси 106, причем светопровод 110 выполнен таким образом, чтобы максимальный угол расхождения составлял около 60 градусов или меньше. В соответствии с одним примером, возбудитель 10 световой энергии выполнен таким образом, чтобы лучи света, выходящие из поверхности 111 выхода света светопровода 110, определяли конус расхождения света 1100, имеющий лучи света, расходящиеся под углами в диапазоне от нуля градусов до максимального угла расхождения по отношению к опорному лучу света, проходящему от поверхности выхода света в направлении, параллельном оптической оси 106, причем светопровод 110 выполнен таким образом, чтобы максимальный угол расхождения составлял около 50 градусов или меньше. В соответствии с одним примером, возбудитель 10 световой энергии выполнен таким образом, чтобы лучи света, выходящие из поверхности 111 выхода света светопровода 110, определяли конус расхождения света 1100, имеющий лучи света, расходящиеся под углами в диапазоне от нуля градусов до максимального угла расхождения по отношению к опорному лучу света, проходящему от поверхности выхода света в направлении, параллельном оптической оси 106, причем светопровод 110 выполнен таким образом, чтобы максимальный угол расхождения составлял около 40 градусов или меньше. В соответствии с одним примером, возбудитель 10 световой энергии выполнен таким образом, чтобы лучи света, выходящие из поверхности 111 выхода света светопровода 110, определяли конус расхождения света 1100, имеющий лучи света, расходящиеся под углами в диапазоне от нуля градусов до максимального угла расхождения по отношению к опорному лучу света, проходящему от поверхности выхода света в направлении, параллельном оптической оси 106, причем светопровод 110 выполнен таким образом, чтобы максимальный угол расхождения составлял около 35 градусов или меньше. В соответствии с одним примером, возбудитель 10 световой энергии выполнен таким образом, чтобы лучи света, выходящие из поверхности 111 выхода света светопровода 110, определяли конус расхождения света 1100, имеющий лучи света, расходящиеся под углами в диапазоне от нуля градусов до максимального угла расхождения по отношению к опорному лучу света, проходящему от поверхности выхода света в направлении, параллельном оптической оси 106, причем светопровод 110 выполнен таким образом, чтобы максимальный угол расхождения составлял около 30 градусов или меньше.

[55] Для обеспечения функциональности отображения линза 114 может конвергировать (сводить) принятые лучи света возбуждения, передаваемые по светопроводу 110. В примере, описанном со ссылкой на фиг. 2 и 3, лучи света, выходящие из поверхности 115 выхода света линзы 114, могут определять конус схождения света 1400, имеющий лучи света, сходящиеся под углами в диапазоне от нуля градусов до максимального угла схождения по отношению к опорному лучу света, проходящему от поверхности выхода света в направлении, параллельном оптической оси 106, причем линза 114 выполнена таким образом, чтобы максимальный угол схождения составлял около 60 градусов или меньше. Определенный конус схождения света 1400 может сходиться с максимальным углом схождения относительно оптической оси 106. В примере, описанном со ссылкой на фиг. 2 и 3, лучи света, выходящие из поверхности 115 выхода света линзы 114, могут определять конус схождения света 1400, имеющий лучи света, сходящиеся под углами в диапазоне от нуля градусов до максимального угла схождения по отношению к опорному лучу света, проходящему от поверхности выхода света в направлении, параллельном оптической оси 106, причем линза 114 выполнена таким образом, чтобы максимальный угол схождения составлял около 50 градусов или меньше. В примере, описанном со ссылкой на фиг. 2 и 3, лучи света, выходящие из поверхности 115 выхода света линзы 114, могут определять конус схождения света 1400, имеющий лучи света, сходящиеся под углами в диапазоне от нуля градусов до максимального угла схождения по отношению к опорному лучу света, проходящему от поверхности выхода света в направлении, параллельном оптической оси 106, причем линза 114 выполнена таким образом, чтобы максимальный угол схождения составлял около 40 градусов или меньше. В примере, описанном со ссылкой на фиг. 2 и 3, лучи света, выходящие из поверхности 115 выхода света линзы 114, могут определять конус схождения света 1400, имеющий лучи света, сходящиеся под углами в диапазоне от нуля градусов до максимального угла схождения по отношению к опорному лучу света, проходящему от поверхности выхода света в направлении, параллельном оптической оси 106, причем линза 114 выполнена таким образом, чтобы максимальный угол схождения составлял около 35 градусов или меньше. В примере, описанном со ссылкой на фиг. 2 и 3, лучи света, выходящие из поверхности 115 выхода света линзы 114, могут определять конус схождения света 1400, имеющий лучи света, сходящиеся под углами в диапазоне от нуля градусов до максимального угла схождения по отношению к опорному лучу света, проходящему от поверхности выхода света в направлении, параллельном оптической оси 106, причем линза 114 выполнена таким образом, чтобы максимальный угол схождения составлял около 30 градусов или меньше.

[56] На фиг. 4 показан блок 102 источников света в соответствии с одним примером. Блок 102 источников света может включать в себя один или более источников света. В соответствии с одним примером, один или более источников света могут быть выполнены в виде одного или более источников света на основе электролюминесценции, например, в виде светоизлучающего диода, светоизлучающей электрохимической ячейки, электролюминесцентного провода или лазера, или любой комбинации вышеперечисленных источников света. В примере, описанном на фиг. 4, блок 102 источников света может включать в себя множество источников 102A-102J света, выполненных в виде множества светоизлучающих диодов (СИД). Источники 102A-102G света в описанном примере могут быть зелеными светодиодами, излучающими лучи света возбуждения в зеленом диапазоне длин волн, а источники 102H-102J света могут быть синими светодиодами, излучающими лучи света возбуждения в синем диапазоне длин волн. Источники 102A-102J света, выполненные в виде светодиодов, могут быть расположены на печатной плате 1020, в соответствии с одним примером. При работе системы 100 система 310 управления процессом может управлять питанием источников 102A-102J света, выполненных в виде светодиодов, таким образом, чтобы один или более светодиодов определенного диапазона излучения селективно активировался в определенное время. Источники 102A-102J света, в соответствии с одним примером, могут быть выполнены в виде поверхностно излучающих светодиодов. Светодиоды, такие как поверхностно излучающие светодиоды, могут иметь картины излучений, которые определяют соотношение углов лучей и интенсивности света. Картины излучений светодиодов могут быть функцией таких параметров, как геометрия кристалла, окно кристалла, показатели преломления светоформирующих материалов. Картины излучений могут соответствовать ламбертовскому излучению, в соответствии с одним примером, т.е. задавать, что интенсивность пропорциональна косинусу угла излучения относительно нормали.

[57] Например, система 310 управления процессом может питать только источники 102A-102G света, выполненные в виде зеленых светодиодов, в течение первого периода экспонирования детектора 200, в котором экспонируются датчики 202 света, и может питать только источники 102H-102J света, выполненные в виде синих светодиодов, в течение второго периода экспонирования детектора 200, в котором экспонируются датчики 202 света. Обеспечение блока 102 источников света для излучения на двух независимо выбираемых пиковых длинах волн облегчает процесс с использованием химической композиции красителей, который может использовать как зеленое (532 нм), так и синее (470 нм) возбуждения. В соответствии с одним примером, блок 102 источников света может включать в себя источник света, например красный светодиод, расположенный на печатной плате 1020, который излучает на средней длине волны в красном диапазоне (например, красный: 630 нм). Обеспечение красного света облегчает дополнительные процедуры тестирования и калибровки, в соответствии с одним примером.

[58] На фиг. 4 показано, что источники света, определяющие блок 102 источников света, не должны располагаться симметрично однородно или в соответствии с какой-либо упорядоченной конфигурацией. Например, видно, что в соответствии с конкретной конфигурацией, показанной на фиг. 4, если источники 102A-102G света, выполненные в виде зеленых светодиодов, селективно запитываются, а источники 102H-102J света, выполненные в виде синих светодиодов, поддерживаются в обесточенном состоянии, то больший процент лучей света возбуждения войдет в светопровод 110 через левую сторону поверхности 109 входа света светопровода 110, а если источники 102H-102J света, выполненные в виде синих светодиодов, селективно запитываются, а зеленые светодиоды поддерживаются в обесточенном состоянии, то больший процент лучей света возбуждения войдет в светопровод через правую сторону поверхности 109 входа света светопровода 110. Несмотря на это, светопровод 110 за счет своих светоотражающих свойств гомогенизирует несбалансированный входящий принятый свет для генерирования гомогенизированного света на поверхности 111 выхода света светопровода 110 вне зависимости от расположения источников света блока 102 источников света. Показатель преломления светопровода 110 может быть выбран таким образом, чтобы лучи света из блока 102 источников света демонстрировали полное внутреннее отражение (ПВО) внутри светопровода 110 так, чтобы на поверхности 111 выхода света светопровода 110, достигалось гомогенное (однородное) освещение.

[59] Как показано на фиг. 5, блок 102 источников света может быть соединен со светопроводом 110 таким образом, чтобы обеспечивалось снижение потерь света. В конструкции, изображенной на фиг. 5, показан вид сбоку светодиодов, показанных расположенными на печатной плате 1020 на фиг. 4. Источники 102А, 102С и 102Е света, выполненные в виде светодиодов, на виде сбоку, показанном на фиг. 5, соответствуют источникам 102А, 102С и 102Е света, показанным на фиг. 4. Источники 102A-102J света могут быть выполнены в виде светодиодов с плоскими планарными гранями излучения света, как показано на фиг. 5. На фиг. 5 показано, что плоские планарные грани излучения света источников 102A-102J света, выполненных в виде светодиодов (из которых источники 102А, 102С и 102Е света показаны на виде сбоку), соединены поверхностями (соединены встык) с поверхностью 109 входа света светопровода 110. Поверхность 109 входа света, как и поверхности излучения источников 102А-102J света, выполненных в виде светодиодов, может быть плоской и планарной, чтобы обеспечить низкие потери света, когда источники 102A-102J света, выполненные в виде светодиодов, соединены своими поверхностями с поверхностью 109 входа света. При использовании соединения поверхностями, изображенного на фиг. 5, может быть достигнута эффективность соединения, определяющая эффективность пропускания света светодиодов через светопровод 110 на уровне 90 процентов или более, а в соответствии с одним примером - на уровне 98 процентов и выше, что значительно отличается от эффективности соединения источников света в линзе, где эффективность соединения зависит от числовой апертуры линзы.

[60] На фиг. 5 показано, что вся передняя грань каждого соответствующего источника 102A-102J света, выполненного в виде светодиода, расположена напротив поверхности 109 входа света светопровода 110, тем самым гарантируя, что большинство лучей света возбуждения, излучаемых источниками 102A-102J света, выполненными в виде светодиодов, принимаются поверхностью 109 входа света светопровода 110.

[61] Возбудитель 10 световой энергии может излучать свет 101 возбуждения (фиг. 1) в первом более низком диапазоне длин волн, например, ниже примерно 560 нм, для возбуждения флуорофоров, которые в ответ на свет возбуждения флуоресцируют, излучая свет 501 сигнала излучений второго диапазона длин волн, имеющего большие длины волн, например, в том числе длины волн, превышающие примерно 560 нм. Детектор 200 может быть выполнен таким образом, чтобы эти излучения в диапазоне длин волн с длинами волн детектировались датчиками 202 света. Детектор 200 может включать в себя световоды 214, которые могут быть выполнены из фильтрующего материала для блокировки света в диапазоне длин волн света 101 возбуждения так, чтобы свет 501 сигнала излучений, относящийся к флуоресцирующим флуорофорам, избирательно принимался датчиками 202 света.

[62] Приведенные в данном документе примеры показывают, что, если возбудитель 10 световой энергии излучает свет в диапазоне флуоресцентного излучения (флуоресцентном диапазоне), то такой свет излучения может быть нежелательно распознан как свет сигнала излучений датчиками 202 света. Приведенные здесь примеры включают в себя признаки, позволяющие уменьшить излучение флуоресцентного диапазона длин волн возбудителем 10 световой энергии.

[63] Как уже отмечалось, возбудитель 10 световой энергии может включать в себя коротковолновый полосовой фильтр 122. Коротковолновый полосовой фильтр 122 позволяет пропускать лучи света возбуждения в энергетическом диапазоне излучения блока 102 источников света, но блокирует свет в диапазоне флуоресценции внутри проточной ячейки 282 за счет автофлуоресцирующих компонентов внутри возбудителя 110 световой энергии. Коротковолновый полосовой фильтр 122 может быть расположен на дистальном конце возбудителя 10 световой энергии, так что коротковолновый полосовой фильтр 122 может отклонять длины волн автофлуоресцентного диапазона, связанные с автофлуоресцирующими материалами внутри возбудителя 10 световой энергии. Для облегчения фильтрации излучения автофлуоресцентного диапазона, излучаемого из линзы 112 и из компонентов, расположенных перед линзой 114, в направлении распространения света, после линзы 114 в направлении распространения света на дистальном конце возбудителя 10 световой энергии может быть расположен коротковолновый полосовой фильтр 122. Коротковолновый полосовой фильтр 122, в соответствии с одним примером, может включать в себя подложку с осажденными на ней чередующимися слоями материалов с более высокими и более низкими показателями преломления. Материал с более высоким показателем преломления может включать в себя, например, диоксид титана (TiO₂) или пентоксид тантала (Та₂O₅), а материал с более низким показателем преломления может включать в себя, например, диоксид кремния (SiO₂). Слои материала могут быть покрыты твердым покрытием, например, с помощью ионно-лучевого распыления.

[64] Для дальнейшего уменьшения света флуоресцентного диапазона могут быть выбраны материалы возбудителя 10 световой энергии с уменьшенной автофлуоресценцией. Приведенные в данном документе примеры показывают, что автофлуоресценция силикатного стекла меньше, чем автофлуоресценция поликарбонатных материалов, обычно применяемых в оптических системах. В качестве одного примера, могут быть выбраны один или более оптических компонентов возбудителя 10 световой энергии, которые могут быть изготовлены из силикатного стекла. Приведенные здесь примеры показывают, что силикатное стекло может генерировать пониженную автофлуоресценцию по сравнению с альтернативным материалом для оптических компонентов и, соответственно, в соответствии с одним примером, одно или более из следующего: светопровод 110, линза 114, коротковолновый полосовой фильтр 122 (его подложка), и окно 126 - могут быть выбраны изготовленными из силикатного стекла для уменьшения автофлуоресценции. В соответствии с одним примером, одно или более из следующего: светопровод 110, линза 114, коротковолновый полосовой фильтр 122 (его подложка), и окно 126 - выбирают изготовленными из гомогенного силикатного стекла для уменьшения автофлуоресценции. В соответствии с одним примером, каждое из следующего: светопровод 110, линза 114, коротковолновый полосовой фильтр 122 (его подложка), и окно 126 - выбирают изготовленными из гомогенного силикатного стекла для уменьшения автофлуоресценции.

[65] На фиг. 6 показана трехмерная схема возбудителя 10 световой энергии. Как показано на фиг. 6, плоскость 112 объекта может быть отображена линзой 114 на плоскость 130 изображения. Как указано в данном случае, плоскость 112 объекта может быть определена на поверхности 111 выхода света из светопровода 110, так что изображение света на поверхности 111 выхода света проецируется на плоскость 130 изображения, которая, как отмечено, может быть расположена на поверхности 206 детектора 200 (фиг. 1) для поддержки образца. Следует понимать, что из-за того, что линза 114 может отображать поверхность 111 выхода света световода 110, форма поверхности 111 выхода света может быть отображена и соответствующим образом спроецирована на плоскость 130 изображения. В соответствии с одним примером, форма поверхности 111 выхода света выбрана таким образом, чтобы она соответствовала форме и размеру поверхности 206 детектора, а возбудитель 110 световой энергии выполнен с возможностью отображения формы поверхности 111 выхода света на плоскость 130 изображения таким образом, чтобы линза 114 проецировала на поверхность 206 детектора световую картину 107 (фиг. 3), которая соответствует форме и размеру поверхности 206 детектора.

[66] Выполнение возбудителя 10 световой энергии с возможностью проецирования световой картины 107 (фиг. 3) на поверхность 206 детектора, которая соответствует форме и размеру поверхности 206 детектора, обеспечивает различные преимущества. При таком выполнении проецируемая световая картина не освещает участки за пределами периметра детектора 200, что является расточительным расходом световой энергии, а также не подсвечивает участки, которые являются областями, представляющими интерес.

[67] В примере, описанном на фиг. 6, как поверхность 111 выхода света, так и поверхность 206 детектора для поддержки образца могут иметь прямолинейную форму. Как видно на фиг. 6, светопровод 110 может иметь поперечное сечение прямолинейной формы (если смотреть вдоль линий 6-6, перпендикулярных к оптической оси 106) по всей своей длине. Кроме того, как уже отмечалось, светопровод 110 может иметь конусообразную конструкцию и может иметь увеличивающийся диаметр по всей своей длине от его поверхности 109 входа света до его поверхности 111 выхода света. Если светопровод 110 имеет поперечное сечение прямолинейной формы, следует понимать, что конус расхождения света 1100, определяемый лучами света возбуждения, выходящими из поверхности 111 выхода света светопровода 110 может иметь поперечное сечение прямолинейной формы с углами, становящимися мягче и более рассеянными в направлении распространения света в сторону поверхности 113 входа света линзы 114.

[68] В соответствии с одним примером, возбудитель 10 световой энергии может быть выполнен таким образом, чтобы светопровод 110 имел поверхность 111 выхода света прямолинейной формы, изображение которой может быть спроецировано линзой 114 на поверхность детектора 206 для поддержки образца, которая может иметь периметр прямолинейной формы, соответствующий форме поверхности 111 выхода света.

[69] Спецификация компонентов возбудителя 10 световой энергии, в соответствии с одним примером, приведена на фиг. 7, иллюстрирующей различные значения оптических параметров для возбудителя 10 световой энергии, в соответствии с одним примером. В примере, показанном на фиг. 7, линза 114 имеет увеличение 1:1, так что размер проецируемого изображения на плоскости 130 изображения совпадает с размером объекта (поверхность 111 выхода света) на плоскости 112 объекта. Возбудитель 10 световой энергии, в соответствии с одним примером, может генерировать зеленый свет с интенсивностью около 5 Вт/см^{^}2 при токе возбуждения 2А на каждый кристалл светодиода и синий свет с интенсивностью около 7 Вт/см^{^}2 при токе возбуждения 2А на каждый кристалл светодиода. В пределах всей площади освещения может быть достигнута однородность освещения примерно более 75%. Материалы для использования в возбудителе 10 световой энергии приведены в таблице 1 ниже.

[70] В другом примере, светопровод 110 может быть сформирован таким образом, что поверхность 111 выхода света светопровода 110 может иметь форму, отличную от прямолинейной, например, может иметь круглое поперечное сечение (если смотреть вдоль линий 6-6, перпендикулярных к оптической оси 106). Такой пример может быть выгоден, если поверхность 206 детектора для поддержки образца имеет периметр, который имеет форму, отличную от прямолинейной, и соответствует форме поверхности 111 выхода света.

[71] Конструкция возбудителя 10 световой энергии может быть легко модифицирована с целью оптимизации с помощью различных детекторов в соответствии с детектором 200, имеющих разные поверхности 206 детектора с различными формами. Например, первый детектор в соответствии с детектором 200 может иметь поверхность 206 детектора прямоугольной формы (вид сверху вдоль оси Z), второй детектор в соответствии с детектором 200 может иметь поверхность 206 детектора квадратной формы, а третий детектор в соответствии с детектором 200 может иметь поверхность 206 детектора круглой формы. Поскольку линза 114 выполнена с возможностью отображения плоскости 112 объекта, совпадающей с поверхностью 111 выхода света на поверхности 206 детектора, возбудитель 10 световой энергии может быть оптимизирован для использования с любым из детекторов различной формы, просто за счет изменения светопровода 110 на другую конфигурацию. В соответствии с одним примером, как показано штриховой линией 132 на фиг. 2, на которой изображен держатель для размещения сменного модуля, возбудитель 10 световой энергии может представлять собой модульную конструкцию с модулем 133 светопровода, выполненным с возможностью замены, причем возбудитель 10 световой энергии может быть снабжен несколькими такими светопроводными блочными модулями, каждый из которых имеет один или более светопроводов 110 различной конфигурации. Оптимизация возбудителя 10 световой энергии с целью использования с детектором 200 различной формы, имеющим поверхность 206 детектора различной формы, может включать в себя простое выключение первого установленного в текущий момент времени светопроводного модуля 133, имеющего первый светопровод 110 и первую поверхность 111 выхода света светопровода первой формы, со вторым светопроводным модулем 133, имеющим второй светопровод 110 и поверхность 111 выхода света светопровода второй формы, которая соответствует форме детектора 200 различной формы, имеющего поверхность 206 детектора различной формы. Возбудитель 10 световой энергии может быть выполнен таким образом, чтобы при установке другого модуля в держатель корпуса 114, как показано штриховой линией 132, поверхность 111 выхода света светопровода 110 вновь установленного модуля 133 располагалась на плоскости 112 объекта, так чтобы поверхность 111 выхода света светопровода 110 могла быть отображена на плоскость изображения, расположенную на поверхности 206 детектора.

[72] В примере на фиг. 8 возбудитель 10 световой энергии может включать в себя светопровод 110, как указано в настоящем документе, и второй светопровод 110В. Светопровод 110 может быть соединен своей поверхностью с первым источником 102А света, например, выполненным в виде светодиода, а светопровод 110В может быть соединен своей поверхностью со вторым источником 102В света, например, выполненным в виде второго светодиода. Источник 102А света и источник 102В света могут быть выполнены с возможностью излучения света в одном диапазоне длин волн или в разных диапазонах длин волн. Линза 114 может быть выполнена с возможностью отображения плоскости 112 объекта, определенной на поверхности 111 выхода света светопровода 110 и второго светопровода 110В, на плоскость 130 изображения, которая может быть определена на поверхности 206 детектора. Таким образом, возбудитель 10 световой энергии может проецировать две отдельные световые картины 107А и 107В на поверхность 206 детектора, что может быть выгодно в случае, если разработчик биологических или химических испытаний хочет разделить поверхность 206 детектора на отдельные испытательные участки. В соответствии с одним примером, разработчик испытаний может указать, что испытание должно быть выполнено с использованием первого детектора в соответствии с детектором 200 и второго детектора в соответствии с детектором 200, причем система 100 может быть выполнена таким образом, чтобы возбудитель 10 световой энергии проецировал световые области 107 и 107В на отдельные поверхности 206 детектора, соответственно, первого и второго различных детекторов 200.

[73] В данном случае показан возбудитель 10 световой энергии, имеющий источник 102А света и второй источник 102В света, причем светопровод 110 принимает свет возбуждения от источника 102А света, и при этом возбудитель содержит второй светопровод 110В, размещенный в общем корпусе 134 со светопроводом 110, причем второй светопровод 110В принимает свет возбуждения от второго источника 102В света, при этом в светопроводе 110 и во втором светопроводе 110В распространяется свет возбуждения, излучаемый из первого источника 102А света и из второго источника 102В света, соответственно, причем возбудитель 10 световой энергии формирует свет возбуждения, распространяющийся, соответственно, через светопровод 110 и второй светопровод 110В для определения первой и второй отдельных световых областей 107 и 107В.

[74] Конфигурация, показанная на фиг. 8, может определять оптическую ось 106 и вторую оптическую ось 106В. В одноканальной системе, как показано на фиг. 2-7, оптическая ось 106 может быть совмещена с центральной осью 1060 линзы 114. В примере на фиг. 8 каждая из оптической оси 106 и оптической оси 106В могут быть смещены и параллельны центральной оси 1060 линзы 114. Как световод 110, так и световод 110В могут определять конусы расхождения света 1100 и 1100В, соответственно, имеющие характеристики угла расхождения конуса расхождения света 1100, описанные со ссылкой на схему траекторий лучей (од но канальная система), описанную со ссылкой на фиг. 3. Линза 114 может определять соответствующие конусы схождения света 1400 и 1400В, имеющие характеристики угла схождения конуса схождения света 1400, описанные со ссылкой на схему траекторий лучей (одноканальная система), описанную со ссылкой на фиг. 3.

[75] В соответствии с одним примером, светопровод 110 и светопровод 110В для определения первого и второго световых каналов могут быть включены в набор взаимозаменяемых модулей 133, как указано в настоящем документе, которые могут быть взаимозаменяемым образом установлены в заданный держатель корпуса 134 возбудителя 10 световой энергии, обозначенного штриховой линией 132 и описанного со ссылкой на фиг. 2.

[76] На фиг. 9 изображен внешний вид в разрезе возбудителя 10 световой энергии. Как показано на фиг. 9, возбудитель 10 световой энергии может быть установлен на теплопоглотителе 702 для отвода тепла от возбудителя 10 световой энергии с целью улучшения характеристик возбудителя 10 световой энергии. Фиг. 10 представляет собой внешний вид в аксонометрии системы 100, имеющей возбудитель 10 световой энергии, соединенный с узлом 20 детектора. Как показано на фиг. 10, узел 20 детектора может включать в себя картридж 802, в котором расположена проточная ячейка 282. Проточная ячейка 282 может быть определена рамой 902 проточной ячейки, как показано на фиг. 11, показывающей внешний вид в аксонометрии рамы 902 проточной ячейки, определяющей проточную ячейку 282. Например, рама 902 проточной ячейки может включать в себя боковые стенки 284 и проточную крышку 288, как показано на схеме на фиг. 1.

[77] На фиг. 12 показана конструктивная деталь, иллюстрирующая внутренние компоненты картриджа 802 узла 20 детектора. Картридж 802, как показано на фиг. 12, может быть выполнен с возможностью включения в себя физических элементов 806 совмещения, которые помогают выравнивать возбудитель 10 световой энергии относительно детектора 200. Как показано на фиг. 2, детектор 200 показан расположенным в местоположении, которое задано рамой 902 проточной ячейки, имеющей детектор 200 и проточную ячейку 282, помещенную в слот 814 картриджа 802. Для улавливания соответствующих элементов возбудителя 10 световой энергии, которые определяются частью дистального конца корпуса 134 возбудителя 10 световой энергии, могут быть предусмотрены физические элементы 806 совмещения. Для соединения возбудителя 10 световой энергии с узлом 20 детектора и детектором 200, часть дистального конца корпуса 134 возбудителя 10 световой энергии может быть вставлена в гнездо 826 картриджа 802 узла 20 детектора и расположена таким образом, чтобы на дистальном конце корпуса 134 возбудитель 10 световой энергии был совмещен с соответствующими элементами совмещения 806, как показано на фиг. 12, так чтобы возбудитель 10 световой энергии был нужным образом выровнен относительно проточной ячейки 282 и детектора 200, как показано на фиг. 1.

[78] На фиг. 13 показан вид сверху проточной ячейки 282, расположенной над детектором 200. В соответствии с одним примером, как показано на фиг. 13, проточная ячейка 282 может включать в себя боковые стенки 283, которые формируют проточную ячейку 282 таким образом, чтобы при биологическом или химическом испытании были активны не все датчики 202 света. Детектор 200, в соответствии с одним примером, может включать в себя матрицу из 14М датчиков света, которые можно рассматривать как пиксели, а проточная ячейка 282 может быть задана стенками 283 проточной ячейки таким образом, чтобы примерно 8М датчиков 202 света были активны во время биологических или химических испытаний.

[79] Альтернативные примеры возбудителя 10 световой энергии описаны со ссылкой на фиг. 14 и 15. В соответствии с одним примером, как показано на фиг. 14, линза 114 может быть выполнена как одно целое со светопроводом 110. На фиг. 14 показан светопровод 110 и линза 114, выполненные как одно целое из одного куска материала, определяющего как светопровод 110, так и линзу 114. Возбудитель 10 световой энергии может быть выполнен таким образом, чтобы линза 114, выполненная как одно целое со светопроводом 110, проецировала гомогенизированный свет на плоскость 130 изображения, которая может быть определена на поверхности 206 детектора для поддержки образца (фиг. 1).

[80] На фиг. 15 показан еще один пример возбудителя 10 световой энергии, имеющего встроенную линзу 114, которая выполнена как одно целое со светопроводом 110 и определяется одним куском материала, который обычно определяет как линзу 114, так и светопровод 110. В примере на фиг. 15 показана линза 114, выполненная в виде линзы Френеля. Линзы Френеля могут генерировать сходящиеся лучи света при уменьшенной толщине линз и, таким образом, обеспечивают преимущества в экономии пространства. Линза 114 в примере на фиг. 13 может проецировать гомогенизированный свет, отраженный в светопроводе 110, на плоскость 130 изображения, которая может быть определена на поверхности 206 детектора, поддерживающей образец. В любом примере в настоящем документе, в том числе в примере на фиг. 14 и 15, непосредственно на поверхность 115 выхода света линзы 114 может быть нанесено фильтрующее покрытие для удаления дискретного фильтра 22 возбудителя 10 световой энергии.

[81] На фиг. 16 и 17 проиллюстрированы дополнительные детали узла детектора 20 и детектора 200 в соответствии с одним примером, которые могут использоваться с возбудителем 10 световой энергии.

[82] В проиллюстрированном примере, показанном на фиг. 16, проточная ячейка 282 определяется боковой стенкой 284 поверхности 206 детектора и проточной крышкой 288, которая опирается на боковую стенку 284 и другие боковые стенки (не показаны). Боковые стенки могут быть соединены с поверхностью 206 детектора и могут проходить между проточной крышкой 288 и поверхностью 206 детектора. В некоторых примерах боковые стенки выполнены из отверждаемого адгезивного слоя, который соединяет проточную крышку 288 с детектором 200.

[83] Проточная ячейка 282 может иметь высоту Н1. Только в качестве примера высота Н1 может составлять от 50 мкм до 400 мкм или, более конкретно, от 80 мкм до 200 мкм. Проточная крышка 288 может включать в себя материал, который является светопропускающим для света 101 возбуждения, распространяющегося снаружи узла 20 детектора в проточную ячейку 282.

[84] Также показано, что проточная крышка 288 может определять входной портал 289 и выходной портал 290, которые выполнены с возможностью задействования по текучей среде других портов (не показаны). Например, другие порталы могут быть порталами из картриджа (не показаны) или из рабочей станции (не показаны).

[85] Детектор 200 может включать в себя матрицу 201 датчиков 202 света, матрицу 213 световодов 214 и матрицу 209 реакционных углублений 210. В некоторых примерах компоненты расположены таким образом, чтобы каждый датчик 202 света был выровнен относительно одного световода 214 и одного реакционного углубления 210. Однако в других примерах один датчик 202 света может принимать фотоны через несколько световодов 214. В некоторых примерах может быть предусмотрено более одного световода и/или реакционного углубления для каждого датчика света в матрице датчиков света.

[86] В некоторых примерах может быть предусмотрено несколько световодов и/или датчиков света, выровненных относительно реакционного углубления в матрице реакционных углублений. Термин "матрица" не обязательно включает в себя каждый элемент определенного типа, который может быть у детектора 200. Например, матрица 201 датчиков 202 света может не включать в себя каждый из датчиков света детектора 200. В качестве другого примера, матрица 213 световодов может не включать в себя каждый световод 214 детектора 200. В качестве другого примера, матрица 209 реакционых углублений может не включать в себя каждое реакционное углубление 210 детектора 200. Таким образом, если явно не указано иное, термин "матрица" может включать или не включать в себя все эти элементы детектора 200.

[87] Детектор 200 имеет поверхность 206 детектора, которая может быть функционализирована (например, химически или физически модифицирована подходящим образом для проведения назначенных реакций). Например, поверхность 206 детектора может быть функционализирована и может включать в себя множество реакционных участков, в которых иммобилизованы одна или более биомолекул. Поверхность 206 детектора может иметь матрицу 209 реакционных углублений 210. Каждое из реакционных углублений 210 может включать в себя один или более реакционных участков. Реакционные углубления 210 могут быть определены, например, по сдвигу или изменению глубины вдоль поверхности 206 детектора. В других примерах поверхность 206 детектора может быть по существу плоской.

[88] Фиг. 17 представляет собой увеличенное поперечное сечение детектора 200, показывающее более детально различные особенности. Точнее, на фиг. 17 показан один датчик 202 света, один световод 214 для направления света 501 сигнала излучений в направлении датчика 202 света и связанная с ними схема 246 для передачи сигналов на основе света 501 сигнала излучений (например, фотонов), детектируемого датчиком 202 света. При этом следует понимать, что другие датчики 202 света матрицы 201 датчиков (фиг. 16) и связанные с ними компоненты могут быть выполнены идентичным или схожим образом. Однако также следует понимать, что детектор 200 не обязательно должен быть изготовлен полностью идентичным или единообразным. Вместо этого один или более датчиков 202 света и/или связанных с ними компоненты могут быть изготовлены по-разному или иметь различные взаимные соотношения между собой.

[89] Схема 246 может включать в себя взаимосвязанные проводящие элементы (например, проводники, дорожки, линии разводки и т.д.), способные проводить электрический ток, например, передавать сигналы данных, основанные на детектированных фотонах. Детектор 200 содержит интегральную схему, имеющую планарную матрицу датчиков 202 света. Схема 246, сформированная внутри детектора 200, может быть выполнена по меньшей мере для одного из следующего: считывание сигналов с датчиков 202 света, экспонируемых в течение периода экспонирования (периода интеграции), в течение которого на датчиках 202 света накапливается заряд в зависимости от света 501 сигнала излучений, принимаемого датчиками 202 света, усиление сигнала, оцифровка, хранение и обработка. Схема 246 может собирать и анализировать детектированный свет 501 сигнала излучений и генерировать сигналы данных для передачи детектированных данных в систему биопроб. Схема 246 может также выполнять дополнительную аналоговую и/или цифровую обработку сигнала в детекторе 200. Датчики 202 света могут быть электрически связаны со схемой 246 через затворы 241-243.

[90] Детектор 200, в соответствии с одним примером, может быть выполнен в виде твердотельного интегрального микросхемного детектора, такого как интегральный микросхемный детектор на основе КМОП или интегральный микросхемный детектор на основе ПЗС. Детектор 200, в соответствии с одним примером, может представлять собой интегральную схему, изготовленную с использованием процессов производства интегральных схем, таких как процессы изготовления комплементарных структур метал-оксид-полупроводник (КМОП).

[91] Разрешение матрицы 201 датчиков, определяемое датчиками 202 света, может быть больше примерно 0,5 мегапикселей (Мп). В более конкретных примерах разрешение может быть больше примерно 5 Мп и, в частности, больше примерно 14 Мп.

[92] Детектор 200 может включать в себя множество сложенных в стопку слоев 231-237, в том числе и слой 231 датчиков, причем слой 231 датчиков может быть слоем кремния. Сложенные в стопку слои могут включать в себя множество диэлектрических слоев 232-237. В проиллюстрированном примере каждый из диэлектрических слоев 232-237 включает в себя металлические элементы (например, W (вольфрам), Cu (медь) или Al (алюминий)) и диэлектрический материал, например, SiO₂. Могут использоваться различные металлические элементы и диэлектрические материалы, например такие, что подходят для изготовления интегральных схем. Однако в других примерах один или более диэлектрических слоев 232-237 могут включать в себя только диэлектрический материал, например, один или более слоев SiO₂.

[93] Что касается конкретного примера на фиг. 17, то диэлектрические слои 232-237 могут включать в себя слои металлизации, которые на фиг. 17 обозначены как слои М1-М5. Как показано на фигуре, слои М1-М5 металлизации могут быть выполнены таким образом, чтобы образовывать по меньшей мере часть схемы 246.

[94] В некоторых примерах детектор 200 может включать в себя экранирующую структуру 250, имеющую один или более слоев, которые проходят на протяжении всей области над слоем М5 металлизации. В проиллюстрированном примере экранирующая структура 250 может включать в себя материал, который предназначен для блокировки сигналов света, распространяющихся из проточной ячейки 282. Сигналами света могут быть свет 101 возбуждения и/или свет 501 сигнала излучений. Только в качестве примера, экранирующая структура 250 может содержать вольфрам (W). Только в качестве конкретного примера, свет возбуждения может иметь пиковую длину волны около 523 нм (зеленый свет) или 456 нм (синий свет), а свет 501 сигнала излучений может включать в себя длину волны около 570 нм и более (фиг. 4).

[95] Как показано на фиг. 17, экранирующая структура 250 может включать в себя сквозную апертуру 252. Экранирующая сруктура 250 может включать в себя матрицу таких апертур 252. Апертура 252 может иметь такие размеры, чтобы позволить свету сигнала излучения распространяться к световоду 214. Детектор 200 также может включать в себя пассивирующий слой 256, который проходит вдоль экранирующей структуры 250 и через апертуры 252. Детектор 200 также может включать в себя пассивирующий слой 258, содержащий поверхность 206 детектора, которая проходит вдоль пассивирующего слоя 256 и через апертуры 252. Экранирующая структура 250 может проходить над апертурами 252, тем самым прямо или косвенно покрывая апертуры 252. Пассивирующий слой 256 и пассивирующий слой 258 могут быть выполнены с возможностью защиты нижних слоев и экранирующей структуры 250 от текучей среды проточной ячейки 282. В соответствии с одним примером, пассивирующий слой 256 изготовлен из SiN или аналогичного материала. В соответствии с одним примером, пассивирующий слой 258 изготовлен из пентоксида тантала (Та₂O₅) или аналогичного материала. Структура 260, имеющая пассивирующий слой 256 и пассивирующий слой 258, может определять поверхность 206 детектора, имеющего реакционные углубления 210. Конструкция 260, определяющая поверхность 206 детектора, может иметь любое количество слоев, например от одного до N.

[96] Структура 260 может определять твердую поверхность (т.е. поверхность 206 детектора), которая позволяет иммобилизовать на ней биомолекулы или другие аналиты, представляющие интерес. Например, каждый из реакционных участков реакционного углубления 210 может включать в себя кластер биомолекул, иммобилизированных на поверхности 206 детектора пассивирующего слоя 258. Таким образом, пассивирующий слой 258 может быть изготовлен из материала, позволяющего иммобилизовать на нем реакционные участки реакционных углублений 210. Пассивирующий слой 258 может также содержать материал, который по меньшей мере прозрачен для требуемого света флуоресценции. Пассивирующий слой 258 может быть физически или химически модифицирован для облегчения иммобилизации биомолекул и/или для облегчения детектирования света 501 сигнала излучений.

[97] В проиллюстрированном примере часть пассивирующего слоя 256 проходит вдоль экранирующей структуры 250, а часть пассивирующего слоя 256 проходит непосредственно вдоль фильтрующего материала, определяющего световод 214. Реакционное углубление 210 может быть выровнено относительно световода 214 и выполнено непосредственно над ним. В соответствии с одним примером, каждое из реакционных углублений 210 и световод 214 могут иметь геометрические центры поперечного сечения, расположенные на продольной оси 268. Фильтрующий материал может быть осажден в полости, определенной боковыми стенками 254, выполненными в виде диэлектрической стопки с уложенными в стопку слоями 232-237.

[98] Световод 214 может быть выполнен относительно материала, окружающего диэлектрическую стопку, определяемую диэлектрическими слоями 231-237, для формирования световодной струкуры. Например, световод 214 может иметь индекс преломления по меньшей мере около 1,6, в соответствии с одним примером, так что световая энергия, распространяющаяся через световод 214, в значительной степени отражается на границе раздела на боковых стенках 254 между световодом 214 и окружающей диэлектрической стопкой, определяемой диэлектрическими слоями 231-237. В некоторых примерах световод 214 может быть выполнен таким образом, чтобы оптическая плотность (OD, от англ. optical density) или поглощение света возбуждения составляло по меньшей мере примерно 4 OD. Точнее, фильтрующий материал может быть выбран таким образом а световод 214 может иметь такие размеры, чтобы достичь по меньшей мере 4 OD. В более конкретных примерах световод 214 может быть выполнен с возможностью достижения по меньшей мере примерно 5 OD или по меньшей мере примерно 6 OD. В более конкретных примерах световод 214 может быть выполнен с возможностью достижения по меньшей мере примерно 7 OD или по меньшей мере примерно 8 OD. Другие признаки детектора 200 могут быть направлены на уменьшение электрических и оптических перекрестных помех.

[99] На фиг. 18 приведена более подробная информация о системе 310 управления процессом. Система 310 управления процессом может включать в себя, например, один или более процессоров 3101, память 3102 и один или более интерфейсов ввода/вывода 3103. Один или более процессоров 3101, память 3102 и один или более интерфейсов ввода/вывода могут быть соединены через системную шину 3104. В соответствии с одним примером, система управления процессом 3110 может быть выполнена в виде компьютерной системы, как показано на фиг. 18. Память 3102 может включать в себя комбинацию системной памяти и памяти хранения. Память 3102, в соответствии с одним примером, может хранить одну или более программ для содействия реализации процессов, как указано в настоящем документе. Один или более процессоров 3101 могут выполнять одну или более программ, хранящихся в памяти 3102, для содействия реализации процессов, как указано в настоящем документе. Память 3102 может определять машиночитаемый носитель.

[100] Процесс секвенирования ДНК, поддерживаемый возбудителем 10 световой энергии, описан со ссылкой на фиг. 19 и 20. На фиг. 19 показана координационная диаграмма спектральных профилей, иллюстрирующая аспекты работы системы 100. В соответствии с одним примером, блок 102 источников света может включать в себя источники света, которые излучают свет в первом и втором различных диапазонах длин волн. Выполнение блока 102 источников света таким образом, чтобы он включал в себя источники света, которые излучают свет возбуждения в первом и втором различных диапазонах длин волн, облегчает процессы реконструкции последовательности ДНК с помощью красителей, в которых первый и второй красители могут быть расположены в текучей среде в проточной ячейке 282.

[101] Спектральный профиль 1702, показанный на фиг. 19, иллюстрирует диапазон излучения длин волн возбуждения источника зеленого света возбудителя 10 световой энергии, например, такого как источник 102А света, показанный на фиг. 4. Спектральный профиль 1712 представляет собой диапазон длин волн излучения источника синего света возбудителя 10 световой энергии, такого как источник 102Н света, как показано на фиг. 4. Спектральный профиль 1704 является спектральным профилем полосы поглощения первого флуорофора, чувствительного к зеленому свету, который может быть помещен вместе с текучей средой в проточную ячейку 282. Спектральный профиль 1714 представляет собой спектральный профиль полосы поглощения второго флуорофора, чувствительного к синему свету, который может быть помещен вместе с текучей средой в проточную ячейку 282. Спектральный профиль 1707 представляет собой спектральный профиль полосы поглощения третьего флуорофора, чувствительного к зеленому и синему свету, который может быть помещен вместе с текучей средой в проточную ячейку 282.

[102] Спектральный профиль 1706 представляет собой частичный спектральный профиль света 501 сигнала излучений, обусловленный первым флуорофором, флуоресцирующим при возбуждении зеленым светом, имеющим спектральный профиль 1702. Спектральный профиль 1716 представляет собой частичный спектральный профиль света 501 сигнала излучений, обусловленный вторым флуорофором, флуоресцирующим при возбуждении синим светом, имеющим спектральный профиль 1712. Спектральный профиль 1708 представляет собой частичный спектральный профиль света 501 сигнала излучений, обусловленный третьим флуорофором, флуоресцирующим при возбуждении зеленым светом, имеющим спектральный профиль 1702. Спектральный профиль 1709 представляет собой частичный спектральный профиль света 501 сигнала излучений, обусловленный третьим флуорофором, флуоресцирующим при возбуждении синим светом, имеющим спектральный профиль 1712.

[103] Спектральный профиль 1730 представляет собой спектральный профиль пропускания датчиков 202 света, определяющих матрицу 201 датчиков света, указывающий полосу детектирования матрицы 201 датчиков света.

[104] Примеры, приведенные в настоящем документе, со ссылкой на координационную диаграмму спектральных профилей на фиг. 19 показывают, что система 310 управления процессом может быть выполнена с возможностью а) определения того, что первый флуорофор прикреплен к образцу 502, на основе флуоресценции, регистрируемой датчиком 202 света при возбуждении, ограниченном возбуждением одним или более источниками зеленого света, и флуоресценции, не регистрируемой датчиком 202 света при возбуждении, ограниченном возбуждением одним или более источниками синего света; b) определения того, что второй флуорофор прикреплен к образцу 502, на основе флуоресценции, регистрируемой датчиком 202 света при возбуждении, ограниченном возбуждением одним или более источниками синего света, и флуоресценции, не регистрируемой датчиком 202 света при возбуждении, ограниченном возбуждением одним или более источниками зеленого света; и с) определения того, что третий флуорофор прикреплен к образцу 502, на основе флуоресценции, регистрируемой датчиком 202 света при возбуждении, ограниченном возбуждением одним или более источниками зеленого света, и флуоресценции, также регистрируемой датчиком 202 света при возбуждении, ограниченном возбуждением одним или более источниками синего света. Система 310 управления процессом может различать, какие флуорофоры прикреплены к образцам, и может определять типы нуклеотидов, например, А, С, Т и G, которые присутствуют во фрагменте цепочки ДНК, представляющей собой образец 502, например, используя структуру логических данных принятия решения, указанную в таблице логики принятия решения (см. таблицу 2), связывающей присутствие флуорофора с типом нуклеотида, где различаемые нуклеотиды Нуклеотид1-Нуклеотид4 являются нуклеотидами типов нуклеотидов А, С, Т и G (конкретные связи зависят от параметров установки проведения испытаний).

[105] Система 310 управления процессом может запускать процесс в поддержку реконструкции последовательности ДНК во множестве циклов. В каждом цикле различная часть фрагмента ДНК может быть подвергнута секвенирующей обработке для определения типа нуклеотида, например, А, С, Т или G, связанного с указанным фрагментом, например, с использованием структуры данных принятия решений, такой как структура данных принятия решений, указанная в таблице 2. Аспекты процесса, который может быть запущен системой 310 управления процессом для использования при выполнении реконструкции последовательности ДНК с помощью возбудителя легкой энергии 10, описаны на блок-схеме на фиг. 20.

[106] На этапе 1802 система 310 управления процессом может очистить проточную ячейку 282, т.е. система 310 управления процессом может удалить текучую среду из проточной ячейки 282, используемую в предыдущем цикле. На этапе 1804 система 310 управления процессом может ввести в проточную ячейку 282 текучую среду, содержащую несколько флуорофоров, например, первый и второй флуорофоры, или первый, второй и третий флуорофоры. Первый и второй флуорофоры могут иметь, например, характеристики поглощения, описанные со ссылкой на спектральный профиль 1704 полосы поглощения и спектральный профиль 1714 полосы поглощения, соответственно, как это описано со ссылкой на диаграмму спектральных профилей на фиг. 19. Первый, второй и третий флуорофоры могут иметь, например, характеристики поглощения, описанные со ссылкой на спектральный профиль 1704 полосы поглощения, спектральный профиль 1714 полосы поглощения и спектральный профиль 1707 полосы поглощения, соответственно, как это описано со ссылкой на диаграмму спектральных профилей на фиг. 19.

[107] На этапе 1806 система 310 управления процессом может считывать сигналы от датчиков 202 света, экспонированных при активном возбуждении в первом диапазоне длин волн. На этапе 1806 система 310 управления процессом может управлять возбудителем 10 световой энергии таким образом, чтобы в течение периода экспонирования датчиков 202 света возбудитель 10 световой энергии излучал свет возбуждения, ограниченный возбуждением одним или более источниками зеленого света. На этапе 1806 система 310 управления процессом может в течение периода экспонирования датчиков 202 света запитывать каждый из одного или более источников зеленого света блока 102 источников света, например источники 102A-102G света, как показано на фиг. 4, поддерживая при этом в обесточенном состоянии каждый из одного или более источников синего света блока источников света, например источники 102H-102J света, как показано на фиг. 4. При управлении блоком 102 источников света таким образом, как описано, чтобы источники зеленого света были включены, а источники синего света - выключены в течение периода экспонирования датчиков 202 света, система 310 управления процессом на этапе 1806 может считывать первые сигналы от датчиков 202 света, экспонированных при возбуждении, ограниченном возбуждением одним или более источниками зеленого света, как описано в настоящем документе.

[108] На этапе 1808 система 310 управления процессом может считывать сигналы от датчиков 202 света, экспонированных при активном возбуждении во втором диапазоне длин волн. На этапе 1808, система 310 управления процессом может управлять возбудителем 10 световой энергии таким образом, чтобы в течение периода экспонирования датчиков 202 света возбудитель 10 световой энергии излучал свет возбуждения, ограниченный возбуждением одним или более источниками синего света возбудителя 10 световой энергии. На этапе 1808 система 310 управления процессом может в течение периода экспонирования датчиков 202 света запитывать каждый из одного или более источников синего света блока 102 источников света, например источники 102H-102J света, как показано на фиг. 4, поддерживая при этом в обесточенном состоянии каждый из одного или более источников зеленого света блока источников света, например источники 102A-102G света, как показано на фиг. 4. При управлении блоком 102 источников света таким образом, как описано, чтобы источники синего света были включены, а источники зеленого света - выключены в течение периода экспонирования датчиков 202 света, система 310 управления процессом на этапе 1808 может считывать вторые сигналы от датчиков 202 света, экспонированных при возбуждении, ограниченном возбуждением одним или более источниками синего света, как описано в настоящем документе.

[109] На этапе 1810 система 310 управления процессом для текущего цикла может обрабатывать первые сигналы, считанные на этапе 1806, и вторые сигналы, считанные на этапе 1808, для определения типа нуклеотида фрагмента ДНК, подвергающегося испытанию в течение текущего цикла, например, с использованием структуры данных принятия решений, показанной в таблице 2, в соответствии с одним примером. Система управления процессом 310 может выполнять описанный процесс идентификации нуклеотида, описанный со ссылкой на блок-схему на фиг. 20 для каждого цикла процесса секвенирования ДНК до тех пор, пока не будет выполнена идентификация нуклеотида для каждого запланированного цикла.

[110] Система 310 управления процессом может быть предназначена для выполнения широкого диапазона испытаний для проверки работы системы 100. Система 310 управления процессом может выполнять калибровочное испытание, в котором проверяется работа возбудителя 10 световой энергии и детектора 200. В таком примере система 310 управления процессом может быть настроена на селективное запитывание различных источников света во время периодов экспонирования матрицы 201 датчиков и может исследовать сигналы, считанные из матрицы 201 датчиков во время периодов экспонирования. Способ может включать в себя селективное запитывание первого источника света (например, излучающего зеленый свет) в течение первого периода экспонирования датчиков света при поддержании второго (излучающего синий свет) и третьего (например, излучающего красный свет) источников света в обесточенном состоянии, селективное запитывание второго источника света в течение второго периода экспонирования датчиков света при поддержании первого и третьего источников света в обесточенном состоянии, и селективное запитывание третьего источника света в течение третьего периода экспонирования датчиков света при поддержании первого и второго источников света в обесточенном состоянии.

[111] Следует понимать, что все комбинации вышеперечисленных и дополнительных понятий, рассмотренных более подробно ниже (при условии, что такие понятия не являются взаимно несогласованными), рассматриваются как часть объекта изобретения, раскрытого в настоящем документе. В частности, все комбинации объектов формулы изобретения, появляющиеся в конце данного раскрытия, рассматриваются как часть объекта изобретения, раскрытого в настоящем документе. Следует также отметить, что терминология, которая явным образом используется в настоящем документе, и которая также может присутствовать в любом раскрытии, включенном в настоящий документ посредством ссылки, должна быть приведена к значению, наиболее согласующемуся с конкретными понятиями, раскрытыми в настоящем документе.

[112] В данном письменном описании используются примеры для раскрытия объекта изобретения, а также для того, чтобы дать возможность любому специалисту в данной области применять данный объект изобретения, включая изготовление и использование любых устройств или систем, а также выполнение любых указанных в настоящем документе способов. Патентоспособность объекта изобретения определяется формулой и может включать в себя другие примеры, встречающиеся у специалистов в данной области. Подразумевается, что такие другие примеры входят в объем формулы изобретения, если они содержат структурные элементы, не отличающиеся от буквально процитированных структурных элементов настоящей формулы изобретения, или если они включают эквивалентные структурные элементы с незначительными отличиями от буквально процитированных структурных элементов настоящей формулы изобретения.

[113] Следует понимать, что приведенное выше описание имеет иллюстративный, но не ограничительный характер. Например, вышеописанные примеры (и/или их аспекты) могут использоваться в сочетании друг с другом. Кроме того, могут быть внесены многочисленные изменения с целью адаптации той или иной ситуации или материала к раскрытию различных примеров, не выходя при этом за пределы их объема. Хотя размеры и типы материалов, описанные в настоящем документе, предназначены для определения параметров различных примеров, они ни в коей мере не имеют ограничительный характер и являются лишь иллюстративными. Многие другие примеры будут очевидны для специалистов в данной области после просмотра вышеприведенного описания. Поэтому объем различных примеров должен определяться со ссылкой на прилагаемую формулу вместе с полным объемом эквивалентов, которые такая формула изобретения охватывает. В прилагаемых пунктах формулы изобретения термины "включающий" и "в котором" используются в качестве простых эквивалентов соответствующих терминов "содержащий" и "где". Кроме того, в нижеследующей формуле изобретения термины "первый", "второй", "третий" и т.д. используются исключительно для обозначения и не предназначены для того, чтобы налагать количественные требования на свои объекты. Формы термина "основанный на" в настоящем документе охватывают отношения, в которых элемент частично "основан на", а также отношения, в которых элемент полностью "основан на". Формы термина "определенный" охватывают отношения, в которых элемент определен частично, а также отношения, в которых элемент определен полностью. Кроме того, ограничения нижеследующей формулы не записаны в формате "средство плюс функция" и не предназначены для толкования на основании шестого абзаца §112 раздела 35 Свода законов США, до тех пор, пока в таких пунктах формулы не будет в явном виде использовано выражение "предназначен для" с последующим утверждением функции, не имеющей дальнейшей структуры. Следует понимать, что не обязательно все такие объекты или преимущества, описанные выше, могут быть достигнуты в соответствии с каким-либо конкретным примером. Так, например, специалисты в данной области техники признают, что описанные в настоящем документе системы и методики могут быть воплощены или реализованы таким образом, чтобы достичь или оптимизировать одно преимущество или группу преимуществ, раскрытых в настоящем документе, без обязательного достижения других объектов или преимуществ, которые могут быть раскрыты или предложены в настоящем документе.

[114] Хотя объект изобретения был подробно описан в связи лишь с ограниченным количеством примеров, следует понимать, что объект изобретения не ограничен такими раскрытыми примерами. Скорее, объект изобретения может быть изменен таким образом, чтобы он включал любое количество вариаций, изменений, замен или эквивалентных конструкций, не описанных ранее, но которые соизмеримы с духом и объемом объекта изобретения. Кроме того, несмотря на то, что были описаны различные примеры объекта изобретения, следует понимать, что аспекты раскрытия могут включать в себя только некоторые из описанных примеров. Кроме того, хотя некоторые примеры описываются как имеющие определенное количество элементов, следует понимать, что объект изобретения может применяться с меньшим или большим количеством элементов, чем определенное количество элементов. Соответственно, объект изобретения не должен рассматриваться как ограниченный приведенным выше описанием, а только как ограниченный объемом прилагаемой формулы изобретения.

1. Способ проведения биологических или химических испытаний, включающий следующие этапы:

излучают свет возбуждения с помощью возбудителя световой энергии, причем возбудитель световой энергии содержит первый источник света и второй источник света, причем первый источник света предназначен для излучения лучей света возбуждения в первом диапазоне длин волн излучения, а второй источник света предназначен для излучения лучей света возбуждения во втором диапазоне длин волн излучения, при этом возбудитель световой энергии дополнительно содержит светопровод для гомогенизации света возбуждения и направления света возбуждения к дистальному концу возбудителя световой энергии, причем светопровод содержит поверхность входа света и поверхность выхода света и выполнен с возможностью приема лучей света возбуждения от первого источника света и второго источника света, при этом светопровод выполнен в виде конусообразной конструкции и имеет увеличивающийся диаметр по всей его длине в направлении от поверхности входа света светопровода к поверхности выхода света светопровода, причем светопровод выполнен с возможностью отражения света возбуждения таким образом, чтобы лучи света, выходящие из поверхности выхода света светопровода, определяли конус расхождения света, который расходится по отношению к оптической оси возбудителя световой энергии;

принимают с помощью детектора свет возбуждения и свет сигнала излучений, возникающий в результате возбуждения светом возбуждения, причем детектор содержит поверхность детектора для поддержки биологических или химических образцов и матрицу датчиков, расположенную на расстоянии от поверхности детектора, причем детектор блокирует свет возбуждения и позволяет свету сигнала излучений распространяться к датчикам света матрицы датчиков; и

передают с помощью схемы детектора сигналы данных в зависимости от фотонов, зарегистрированных датчиками света матрицы датчиков.

2. Способ по п. 1, в котором излучение с помощью возбудителя световой энергии включает в себя формирование изображения поверхности выхода света светопровода возбудителя световой энергии для проецирования световой картины, которая соответствует размеру и форме поверхности детектора.

3. Способ по п. 1, включающий в себя изготовление детектора с использованием технологии изготовления интегральных схем на основе комплементарной структуры металл-оксид-полупроводник (КМОП).

4. Способ по п. 1, включающий в себя для каждого из множества циклов для поддержки процесса секвенирования дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) (а) удаление текучей среды из проточной ячейки, определяемой поверхностью детектора, (b) заполнение проточной ячейки первым и вторым красителями таким образом, чтобы первый и второй красители одновременно содержались в проточной ячейке, и (с) считывание первых сигналов с датчиков света, подвергающихся воздействию света сигнала излучений, с запитанным первым источником света и поддерживаемым в обесточенном состоянии вторым источником света, (d) считывание вторых сигналов с датчиков света, подвергающихся воздействию света сигнала излучений, с запитанным вторым источником света и поддерживаемым в обесточенном состоянии первым источником света, и (е) идентификация нуклеотида ДНК с использованием первых сигналов и вторых сигналов.

5. Способ по п. 1, в котором возбудитель световой энергии содержит третий источник света для излучения света в третьем диапазоне длин волн излучения, причем указанное излучение включает в себя селективное запитывание первого источника света в течение первого периода экспонирования датчиков света при поддержании второго источника света и третьего источника света в обесточенном состоянии, причем указанное излучение включает в себя селективное запитывание второго источника света в течение второго периода экспонирования датчиков света при поддержании первого источника света и третьего источника света в обесточенном состоянии, причем указанное излучение включает в себя селективное запитывание третьего источника света в течение третьего периода экспонирования датчиков света при поддержании первого источника света и второго источника света в обесточенном состоянии.

6. Возбудитель световой энергии, содержащий:

по меньшей мере один источник света для излучения лучей света возбуждения; и

светопровод для гомогенизации света возбуждения и направления света возбуждения к дистальному концу возбудителя световой энергии, причем светопровод содержит поверхность входа света и поверхность выхода света, причем светопровод выполнен с возможностью приема лучей света возбуждения по меньшей мере от одного источника света, при этом светопровод выполнен в виде конусообразной конструкции и имеет увеличивающийся диаметр по всей его длине в направлении от поверхности входа света светопровода к поверхности выхода света светопровода, причем светопровод выполнен с возможностью отражения света возбуждения таким образом, чтобы лучи света, выходящие из поверхности выхода света светопровода, определяли конус расхождения света, который расходится по отношению к оптической оси возбудителя световой энергии;

причем дистальный конец возбудителя световой энергии выполнен с возможностью соединения с узлом детектора, содержащим поверхность детектора для поддержки биологических или химических образцов.

7. Возбудитель световой энергии по п. 6, в котором дистальный конец возбудителя световой энергии содержит часть корпуса, имеющую форму, приспособленную для вхождения в часть корпуса узла детектора, имеющую соответствующую форму.

8. Возбудитель световой энергии по п. 6, содержащий линзу, выполненную с возможностью отображения плоскости объекта, определенной поверхностью выхода света, на плоскость изображения, определенную поверхностью детектора узла детектора, когда дистальный конец возбудителя световой энергии соединен с узлом детектора.

9. Возбудитель световой энергии по п. 6, в котором по меньшей мере один источник света содержит светоизлучающий диод, который своей поверхностью соединен с поверхностью входа света светопровода.

10. Возбудитель световой энергии по п. 6, в котором по меньшей мере один источник света содержит первый и второй источники света, причем светопровод выполнен с возможностью приема лучей света возбуждения от источника света, и при этом возбудитель световой энергии содержит второй светопровод, размещенный в общем корпусе со светопроводом, причем второй светопровод выполнен с возможностью приема лучей света возбуждения от второго источника света, причем светопровод и второй светопровод выполнены с возможностью распространения лучей возбуждения, излучаемых от первого источника света и второго источника света, соответственно, и при этом возбудитель световой энергии выполнен с возможностью формирования лучей света возбуждения, распространяемых, соответственно, через светопровод и второй светопровод, так чтобы задавать первую и вторую, отдельную, световые картины.

11. Возбудитель световой энергии по п. 6, в котором по меньшей мере один источник света содержит первый светоизлучающий диод, который своей поверхностью соединен с поверхностью входа света светопровода, и второй светоизлучающий диод, который своей поверхностью соединен с поверхностью входа света светопровода, причем первый светоизлучающий диод предназначен для излучения света в первом диапазоне длин волн, а второй светоизлучающий диод предназначен для излучения света во втором диапазоне длин волн.

12. Возбудитель световой энергии по п. 6, в котором выходные лучи света расходятся под углами в диапазоне от нуля градусов до максимального угла расхождения по отношению к опорному лучу света, проходящему от поверхности выхода света в направлении, параллельном оптической оси, при этом максимальный угол расхождения представляет собой угол менее 60 градусов.

13. Возбудитель световой энергии по п. 6, в котором конус расхождения света образует угол по отношению к оптической оси, уменьшенный по отношению к углу расхождения света конуса расхождения, образованного без конусообразной конструкции.

14. Возбудитель световой энергии по п. 6, содержащий линзу, выполненную с возможностью приема света возбуждения от светопровода и формирования лучей света возбуждения таким образом, чтобы лучи света возбуждения, выходящие из дистального конца возбудителя световой энергии, определяли конус схождения света, который сходится в направлении к оптической оси возбудителя световой энергии, для проецирования световой картины, соответствующей размеру и форме поверхности детектора.

15. Возбудитель световой энергии по п. 6, содержащий линзу, выполненную с возможностью приема света возбуждения от светопровода и формирования лучей света возбуждения таким образом, чтобы лучи света возбуждения, выходящие из поверхности выхода света линзы, определяли конус схождения света, который сходится в направлении к оптической оси возбудителя световой энергии, причем выходящие из линзы лучи света сходятся под углами в диапазоне от нуля градусов до максимального угла сходимости по отношению к опорному лучу света, выходящему из поверхности выхода света в направлении, параллельном оптической оси, при этом максимальный угол расхождения представляет собой угол менее 60 градусов.

16. Возбудитель световой энергии по п. 6, в котором по меньшей мере один источник света содержит светоизлучающий диод, который своей поверхностью соединен с поверхностью входа света светопровода, причем светопровод содержит стекло, а возбудитель световой энергии содержит линзу, выполненную с возможностью приема света возбуждения от светопровода и формирования лучей света возбуждения таким образом, чтобы лучи света возбуждения, выходящие из дистального конца возбудителя световой энергии, определяли конус схождения света, который сходится по отношению к оптической оси возбудителя световой энергии, причем возбудитель световой энергии содержит один или более фильтров для фильтрации света на длинах волн, превышающих совокупный диапазон длин волн излучения одного или более источников света, при этом возбудитель световой энергии содержит отклоняющую оптику, выполненную с возможностью отклонения оптической оси.

17. Система для проведения биологических или химических испытаний, содержащая:

возбудитель световой энергии, содержащий по меньшей мере один источник света для излучения лучей света возбуждения и светопровод для гомогенизации лучей света возбуждения и направления лучей света возбуждения, причем светопровод содержит поверхность входа света для приема лучей света возбуждения по меньшей мере от одного источника света и поверхность выхода света, при этом светопровод выполнен в виде конусообразной конструкции и имеет увеличивающийся диаметр по всей его длине в направлении от поверхности входа света светопровода к поверхности выхода света светопровода, причем светопровод выполнен с возможностью отражения света возбуждения таким образом, чтобы лучи света, выходящие из поверхности выхода света светопровода, определяли конус расхождения света, который расходится по отношению к оптической оси возбудителя световой энергии; и

детектор, содержащий поверхность детектора для поддержки биологических или химических образцов и матрицу датчиков, содержащую датчики света, расположенные на расстоянии от поверхности детектора, причем детектор выполнен с возможностью приема света возбуждения от возбудителя и света сигнала излучений, при этом детектор содержит схему для передачи сигналов данных в зависимости от фотонов, детектированных датчиками света матрицы датчиков, причем детектор выполнен с возможностью блокирования света возбуждения и позволения свету сигнала излучений распространяться в направлении датчиков света.

18. Система по п. 17, в которой возбудитель световой энергии содержит линзу, выполненную с возможностью фокусировки плоскости объекта, определяемой поверхностью выхода света светопровода, на плоскость изображения, определяемую поверхностью детектора.

19. Система по п. 17, в которой по меньшей мере один источник света содержит светоизлучающий диод, который своей поверхностью соединен с поверхностью входа света светопровода, причем светопровод содержит стекло, а возбудитель световой энергии содержит линзу, выполненную с возможностью приема света возбуждения от светопровода и формирования лучей света возбуждения таким образом, чтобы лучи света, выходящие из линзы, определяли конус схождения света, который сходится по отношению к оптической оси возбудителя световой энергии, при этом возбудитель световой энергии содержит один или более фильтров для фильтрации света на длинах волн, превышающих совокупный диапазон длин волн излучения одного или более источников света.