Настоящая заявка испрашивает приоритет предварительной патентной заявки США 62/649,996, поданной 29 марта 2018 года, содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.
Уровень техники
Высокопроизводительное секвенирование ДНК может являться основой для геномного анализа и других генетических исследований. В этом и других типах секвенирования характеристики образца генетического материала определяют посредством освещения образца, например, с помощью планарного волновода. Некоторые типы систем детектирования изображений могут предъявлять особые требования к системе секвенирования для создания изображения всего образца. Например, с помощью датчика на основе временной задержки и накопления (TDI, от англ. time-delay and integration) осуществляется захват изображения по одной узкой полосе за раз, включающий в себя операцию сканирования по длине препарата. Для уменьшения фотоповреждения образца светом освещения, обычно желательно ограничивать освещение только той областью образца, изображение которой визуализируют. В некоторых случаях это создает проблему обеспечения синхронизации освещения и детектирования изображения на протяжении всего процесса сканирования.
Раскрытие сущности изобретения
Согласно первому аспекту система содержит: линзу объектива; первый источник света для подачи первого света освещения через линзу объектива и в проточную ячейку, подлежащую установке в системе, причем первый свет освещения подлежит подаче с помощью первой решетки на проточной ячейке; и первый датчик изображения для захвата света визуализации с помощью линзы объектива, причем первая решетка расположена вне поля зрения первого датчика изображения.
Варианты осуществления могут содержать все следующие признаки или любые из них. В системе установлена проточная ячейка. На проточной ячейке расположены первая и вторая решетки. Первая и вторая решетки имеют различные углы сопряжения. Первая и вторая решетки имеют различные шаги решеток. Проточная ячейка содержит первую поверхность образца, параллельную второй поверхности образца, первую решетку для сопряжения первой части первого света освещения для освещения первой поверхности образца, и вторую решетку для сопряжения второй части первого света освещения для освещения второй поверхности образца. Система дополнительно содержит первый планарный волновод, в который первая решетка вводит первую часть первого света освещения, и второй планарный волновод, в который вторая решетка вводит вторую часть первого света освещения. Первая решетка смещена относительно второй решетки в направлении распространения первой части первого света освещения. Первая и вторая решетки расположены на противоположных сторонах планарного волновода, который освещает проточную ячейку, причем первая решетка вводит первый свет освещения в планарный волновод, а вторая решетка выводит первый свет освещения из планарного волновода. Система дополнительно содержит стенку, которая препятствует попаданию в линзу объектива первого света освещения, выводимого из планарного волновода второй решеткой. Первый свет освещения содержит первый световой пучок с первой длиной волны, и система дополнительно содержит второй источник света для подачи второго света освещения через линзу объектива, причем второй свет освещения содержит второй световой пучок со второй длиной волны. Второй источник света выполнен с возможностью подачи второго света освещения через линзу объектива в проточную ячейку через первую решетку, причем первая решетка выполнена с углом сопряжения, симметричным для первой и второй длины волны. Первый источник света направляет первый световой пучок на первую сторону линзы объектива, а второй источник света направляет второй световой пучок на вторую сторону линзы объектива, противоположную первой стороне. Система дополнительно содержит первое зеркало и трубчатую линзу, расположенную после первого и второго источников света и перед линзой объектива, причем соответствующие углы распространения первого и второго световых пучков от первого зеркала к трубчатой линзе обусловлены соответствующими углами падения первого и второго световых пучков на первую решетку. Система дополнительно содержит второе зеркало, расположенное после первого источника света и перед первым зеркалом, для обеспечения пространственного разделения первого и второго световых пучков на первой решетке. Проточная ячейка имеет множество полос обзора, ограниченных соответствующими решетками, в том числе первой решеткой, причем система использует по меньшей мере одну из соответствующих решеток в качестве как входной решетки, так и выходной решетки. Материал волновода проточной ячейки содержит Ta2O5. Первый датчик изображения содержит датчик на основе временной задержки и накопления (датчик TDI), причем система дополнительно содержит подвижную площадку для размещения проточной ячейки. Система дополнительно содержит термическую площадку для размещения проточной ячейки, причем термическая площадка обеспечивает регулирование температуры. Система дополнительно содержит второй датчик изображения, который захватывает изображения по меньшей мере первой решетки и планарного волновода в проточной ячейке, причем система оценивает изображения с помощью критерия выравнивания. Длина волны упомянутого света такова, чтобы инициировать флуоресцентный отклик образца в проточной ячейке.
Согласно второму аспекту проточная ячейка содержит: подложку для размещения образца; первый планарный волновод для проведения первого света к образцу; первую решетку для сопряжения первого света; второй планарный волновод для проведения второго света к образцу; и вторую решетку для сопряжения второго света.
Варианты осуществления могут содержать все следующие признаки или любые из них. Первая решетка расположена на первом планарном волноводе, а вторая решетка расположена на втором планарном волноводе. Первая и вторая решетки имеют различные углы сопряжения. Первая и вторая решетки имеют различные шаги решеток. Проточная ячейка содержит первую поверхность образца, параллельную второй поверхности образца, первую решетку для сопряжения первой части света для освещения первой поверхности образца, и вторую решетку для сопряжения второй части света для освещения второй поверхности образца. Первая решетка смещена относительно второй решетки в направлении распространения первого света. Помимо первой решетки для введения первого света в первый волновод и второй решетки для введения второго света во второй волновод, проточная ячейка дополнительно содержит третью решетку для выведения первого света из первого планарного волновода, и четвертую решетку для выведения второго света из второго планарного волновода.
Согласно третьему аспекту способ содержит: подачу света освещения через линзу объектива в проточную ячейку с помощью первой решетки, расположенной вне поля зрения датчика изображения; и захват света визуализации с помощью линзы объектива.
Варианты осуществления могут содержать все следующие признаки или любые из них. Проточная ячейка содержит первую поверхность образца, параллельную второй поверхности образца, причем способ дополнительно содержит направление первого компонента света освещения на первую решетку, выровненную относительно первой поверхности образца, и направление второго компонента света освещения на вторую решетку, выровненную относительно второй поверхности образца. Способ дополнительно содержит регулирование линзы объектива для фокусирования на первой поверхности образца вместе с направлением первого компонента света освещения на первую решетку, и регулирование линзы объектива для фокусирования на второй поверхности образца вместе с направлением второго компонента света освещения на вторую решетку. Свет освещения содержит первый световой пучок с первой длиной волны, и второй световой пучок со второй длиной волны, причем способ дополнительно содержит направление первого светового пучка на первую сторону линзы объектива, и направление второго светового пучка на вторую сторону линзы объектива, противоположную первой стороне. Способ дополнительно содержит препятствование попаданию в линзу объектива света освещения после его выхода из проточной ячейки. Проточная ячейка размещена на термической площадке, причем способ дополнительно содержит обеспечение регулирования температуры проточной ячейки с помощью термической площадки. Проточная ячейка имеет несколько полос обзора, ограниченных соответствующими решетками, в том числе первой решеткой, причем способ дополнительно содержит использование по меньшей мере одной из соответствующих решеток в качестве как входной решетки, так и выходной решетки. Способ дополнительно содержит выполнение процесса выравнивания для оценки качества сопряжения (введения/выведения) посредством первой решетки.
Следует понимать, что все комбинации приведенных выше концепций и дополнительных концепций, более подробно описанных ниже, (при условии, что такие концепции не являются взаимно несовместимыми) рассматриваются как часть объекта настоящего изобретения, раскрытого в данном описании. В частности, все комбинации заявленных объектов, фигурирующих в конце данного описания, рассматриваются как часть заявленного объекта настоящего изобретения, раскрытого в данном описании.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлен пример оптической схемы освещения планарного волновода.
На фиг. 2 представлен пример линзы объектива.
На фиг. 3 представлен пример проточной ячейки с волноводом и решеткой.
На фиг. 4 представлен пример введения лазерного пучка в планарный волновод и выведения из него с помощью решеток.
На фиг. 5 представлен пример графика зависимости угла сопряжения от шага решетки.
На фиг. 6 представлен пример графика зависимости допуска угла сопряжения от диаметра пучка для различных длин волн.
На фиг. 7 представлен пример графика зависимости смоделированного допуска угла от перетяжки пучка.
На фиг. 8 представлен пример графика интенсивности вдоль волновода.
На фиг. 9 представлен пример изображения, построенного на основе линейных сканирований.
На фиг. 10 представлен пример изображения молекул флуоресцентного красителя.
На фиг. 11 представлен пример изображения формы лазерного пучка в волноводе.
На фиг. 12-15 представлены примеры изображений кластеров генетического материала.
На фиг. 16 схематично представлен пример системы лазерного освещения и флуоресцентной визуализации.
На фиг. 17 представлен пример визуализации двух поверхностей с помощью проточной ячейки.
На фиг. 18-19 представлены другие примеры визуализации двух поверхностей с помощью проточной ячейки.
На фиг. 20 представлен пример изображения освещения проточной ячейки.
На фиг. 21А-21В представлен пример алгоритма процесса.
На фиг. 22 схематично представлен пример системы лазерного освещения и флуоресцентной визуализации.
На фиг. 23 представлен пример алгоритма процесса выравнивания.
На фиг. 24 представлен пример проточной ячейки с несколькими полосами обзора.
Осуществление изобретения
В настоящем документе описаны примеры освещения для флуоресцентной визуализации с помощью линзы объектива. В некоторых вариантах осуществления оптическая архитектура может обеспечивать маломощное освещение с низким уровнем фона для высокоскоростной сканирующей визуализации. Это может содержать синхронизацию освещения с регистрированием через линзу объектива микроскопа. При использовании такого подхода может быть достигнуто приблизительно 70-кратное снижение мощности лазера при отношении сигнал/шум (ОСШ), эквивалентном обычному освещению планарного волновода.
В некоторых вариантах осуществления лазерные пучки могут проходить через линзу объектива для синхронизации визуализирующей оптики с освещением. Волновод и одна или более решеток могут быть выполнены с углами сопряжения, соответствующими числовой апертуре линзы объектива и длине волны лазера. Оптика формирования лазерного пучка может быть использована для задания подходящих размеров пучка и качества света для обеспечения эффективности и точности сопряжения (введения/выведения). Могут быть выбраны подходящие материалы волновода, решетки, покрытия и/или подложки, совместимые с реагентами секвенирования и производимыми циклами. Может быть разработана подходящая геометрия и оптические характеристики для возбуждения флуорофора с низким уровнем фона. В некоторых вариантах осуществления может быть обеспечена возможность визуализации двух поверхностей. В некоторых вариантах осуществления может быть обеспечена возможность многоцветного возбуждения (например, двухцветного).
Подача света освещения, такого как один или несколько лазерных пучков, через визуализирующую линзу объектива может обеспечивать преимущества по сравнению с существующими подходами. Например, обеспечение прохождения лазерного пучка через линзу объектива означает, что освещение и захват изображения выполняют на одной и той же стороне проточной ячейки. Обратная сторона проточной ячейки может быть использована для улучшения одного или нескольких других аспектов процесса, таких как точность или быстрота регулирования температуры образца. Может быть обеспечено точное регулирование осветительного лазерного пучка по размеру, углу и положению. Это позволяет увеличить допуск выравнивания на решетке, что, в свою очередь, позволяет значительно снизить стоимость изготовления оптической механики и решеток. Возможность высокоскоростного сканирования может быть обеспечена посредством совмещения линии освещения с устройством регистрации (например, датчиком TDI). Оптика может быть выполнена с возможностью формирования лазерного пучка в виде узкой линии, образованной внутри планарного волновода. Например, диапазон толщин планарного волновода может составлять порядка 50-200 нанометров нм или более. По существу, планарный волновод можно считать относительно тонкопленочным волноводом. Планарный волновод может обеспечивать высокую плотность мощности при относительно небольшой мощности лазера. Могут быть использованы материалы, совместимые с поверхностью и реагентами секвенирования (в том числе, Ta2O5 или SiN, но не ограничиваясь этим). В некоторых вариантах осуществления Ta2O5 может использоваться в качестве ядра, Si02 может использоваться в качестве подложки, а в качестве покрытия может использоваться водный буфер или полимерный слой. Например, покрытие может иметь коэффициент преломления порядка 1,3-1,5. Решеточные устройства ввода-вывода могут быть выполнены с различными углами приема для различных длин волны. Например, могут быть использованы красные и зеленые лазеры. В качестве другого примера, решеточные устройства ввода-вывода могут быть выполнены на других поверхностях (например, на верхней и нижней поверхностях) проточной ячейки.
Примеры, раскрытые в настоящей заявке, относятся к секвенированию генетического материала. Секвенирование образца могут выполнять для определения того, какие блоки, называемые нуклеотидами, составляют конкретный генетический материал, который находится в образце. Секвенирование может быть выполнено после того, как генетический материал сначала был очищен, и затем реплицирован некоторое число раз для приготовления образца подходящего размера.
Частью процесса секвенирования генетического материала может быть визуализация. Она может включать в себя флуоресцентную визуализацию, в которой образец генетического материала подвергается воздействию света (например, лазерного пучка) для инициирования флуоресцентного отклика одного или нескольких маркеров на генетическом материале. На некоторые нуклеотиды генетического материала могут быть нанесены флуоресцентные метки, что позволяет определять наличие нуклеотида посредством направления света на образец и фиксирования характерного отклика от него. Флуоресцентные отклики могут быть обнаружены в ходе процесса секвенирования и использованы для записи последовательности нуклеотидов в образце.
Примеры, раскрытые в настоящей заявке, относятся к проточным ячейкам. Проточная ячейка является подложкой, которая может быть использована для подготовки и переноса одного или нескольких образцов по меньшей мере на одной стадии процесса секвенирования. Проточную ячейку изготавливают из материала, совместимого как с освещением, так и с химическими реакциями, которым она будет подвергаться. Подложка может иметь один или несколько каналов, в которых может находиться материал образца. Через канал, в котором находится образец генетического материала, может быть пропущено вещество (например, жидкость) для инициирования одной или нескольких химических реакций и/или для удаления нежелательного материала. Проточная ячейка может обеспечивать возможность визуализации за счет того, что образец в канале проточной ячейки может быть подвергнут воздействию света освещения, и что любые флуоресцентные отклики от образца могут быть зарегистрированы. Некоторые варианты осуществления системы могут быть выполнены с возможностью использования по меньшей мере с одной проточной ячейкой, но могут не содержать проточную ячейку (проточные ячейки) на одном или нескольких этапах, например, во время транспортировки или при доставке заказчику. Например, проточная ячейка (проточные ячейки) может быть установлена в систему на территории заказчика для выполнения анализа.
Примеры, раскрытые в настоящей заявке, относятся к введению света (например, лазерного пучка) в волновод и/или выведению из него посредством одной или нескольких решеток. Решетка может сопрягать падающий на нее свет посредством дифракции по меньшей мере части света, тем самым обеспечивая распространение части света в одном или нескольких других направлениях. В некоторых вариантах осуществления сопряжение (введение/выведение) может содержать одно или несколько взаимодействий, в том числе, но не ограничиваясь этим, отражение, преломление и/или пропускание части света.
На фиг. 1 представлен пример оптической схемы 100 освещения планарного волновода. Оптическая схема 100 может быть выполнена как часть одной или нескольких систем, раскрытых в настоящей заявке. Оптическая схема 100 может быть использована для реализации одной или нескольких методик или процессов, раскрытых в настоящей заявке.
Оптическая схема 100 может содержать один или несколько источников света. Например, источники света могут обеспечивать свет с одной или несколькими длинами волн. В одном из раскрытых в настоящей заявке вариантов осуществления оптическая схема 100 содержит лазер 102 и лазер 104. В некоторых вариантах осуществления лазеры 102 и 104 могут быть охарактеризованы как зеленый лазер и красный лазер, соответственно. Например, лазер 102 может генерировать свет с одной или несколькими длинами волн в диапазоне 400-570 нм. Например, лазер 104 может генерировать свет с одной или несколькими длинами волн в диапазоне 620-750 нм. В некоторых вариантах осуществления дополнительно или вместо упомянутых могут быть использованы один или несколько других типов света (например, с отличной длиной волны)
В оптической схеме 100 свет лазеров 102 и 104 или любого из них может быть направлен по меньшей мере на одно зеркало. Зеркало может быть выполнено из одного или нескольких материалов, обеспечивающих частичное или полное отражение типа (типов) света, генерируемого соответствующим источником света. Например, может быть предусмотрена прозрачная подложка с зеркальной поверхностью. В настоящей заявке зеркало 106 используют для светового пучка от лазера 102. Для объединения двух пучков с незначительным отличием по углу могут быть использованы призматические зеркала. Для объединения двух/трех пучков с различными длинами волн может быть использовано дихроичное зеркало. Зеркала могут быть установлены на подвижных площадках для автоматического выравнивания.
Оптическая схема 100 выполнена с возможностью изменения формы или других характеристик генерируемого в ней светового пучка (световых пучков). В некоторых вариантах осуществления может быть использован один или несколько оптических элементов 108 формирования пучка. Например, оптический элемент 108 формирования пучка может служить для обеспечения апертуры для светового пучка, для преобразования светового пучка и/или для объединения компонентов светового пучка одним или несколькими способами. Для световых пучков лазеров 102 и 104, соответственно, могут быть предусмотрены отдельные оптические элементы 108 формирования пучка (идентичные или различные).
Световой пучок (световые пучки), сформированный оптическим элементом 108 формирования пучка, может быть направлен по меньшей мере на одно зеркало в оптической схеме 100. В настоящей заявке зеркало 110 используют для световых пучков обоих лазеров 102 и 104. Управление направлением светового пучка (световых пучков) может осуществляться посредством регулирования зеркала 106. В некоторых вариантах осуществления посредством зеркала 106 может быть осуществлена регулировка угла сопряжения светового пучка и плоскости объекта. Например, плоскость объекта может быть определена как компонент (например, решетка), расположенный ниже по потоку от светового пучка (световых пучков) в оптической схеме 100. Регулирование зеркала 110 может быть осуществлено посредством одного или нескольких исполнительных механизмов. В некоторых вариантах осуществления регулирование зеркала 110 реализовано на основе электрического привода. Например, приведение зеркала 110 может быть осуществлено посредством одного или нескольких пьезоэлектрических двигателей.
Оптическая схема 100 может содержать один или несколько компонентов для фокусирования света по меньшей мере от одного источника света. В некоторых вариантах осуществления может быть использована трубчатая линза 112. Например, трубчатая линза может быть использована для фокусирования светового пучка (световых пучков) на промежуточном изображении, которое подают на скорректированный на бесконечность объектив в оптической схеме 100. В настоящей заявке, в трубчатую линзу 112 попадают световые пучки, исходящие из лазеров 102 и 104, соответственно.
Зеркало 110 может быть размещено в положении, выбранном относительно одного или нескольких других компонентов в оптической схеме 100. В некоторых вариантах осуществления расположение зеркала 110 может зависеть, по меньшей мере частично, от характеристик и расположения трубчатой линзы 112. Например, зеркало 110 может быть расположено в задней фокальной плоскости 114 трубчатой линзы 112 относительно плоскости объекта, такой как планарный волновод в проточной ячейке.
Таким образом, генерируемый лазером 102 свет может формировать лазерный пучок 116, который распространяется от зеркала 110 в сторону трубчатой линзы 112. Аналогично, генерируемый лазером 104 свет может формировать лазерный пучок 118, который распространяется от зеркала 110 в сторону трубчатой линзы 112. Каждый из лазерных пучков 116 и 118 может быть сгенерирован таким образом, чтобы распространяться в одном или различных направлениях. В некоторых вариантах осуществления направление (направления) может быть охарактеризовано относительно оптической оси 120 трубчатой линзы 112. Например, лазерный пучок 116 может образовывать угол 122 с оптической осью 120. Например, лазерный пучок 116 может образовывать угол 124 с оптической осью 120. Углы 122 и 124 могут быть выбраны таким образом, чтобы обеспечивать определенный угол сопряжения (одинаковый или различный) для соответствующих лазерных пучков 116 и 118 на компоненте ниже по потоку, таком как решетка.
Трубчатая линза 112 может направлять лазерные пучки 116 и 118 на один или несколько компонентов в оптической схеме 100. В некоторых вариантах осуществления трубчатая линза 112 направляет свет на зеркало 126, отражающее по меньшей мере часть света в сторону линзы 128 объектива в оптической схеме 100. Например, зеркало 126 может быть дихроичным зеркалом, имеющим свойство отражения в линзу 128 объектива значительной части падающего света с длиной (длинами) волны лазеров 102 и 104, а также имеющим свойство пропускания значительной части света, имеющего одну или несколько других длин волн. Отраженная часть света от лазеров 102 и 104 может быть по меньшей мере такой величины, чтобы отраженный свет в достаточной мере освещал компонент ниже по потоку, такой как планарный волновод проточной ячейки. В других вариантах осуществления оптическая схема 100 вместо этого может быть выполнена таким образом, чтобы зеркало 126 по меньшей мере частично пропускало свет освещения (т.е. свет, исходящий от лазеров 102 и 104) в линзу 128 объектива, и по меньшей мере частично отражало другой свет, выходящий из линзы 128 объектива.
Линза 128 объектива может содержать одну или несколько линз и/или других оптических компонентов. В некоторых вариантах осуществления линза 128 объектива может содержать компоненты, показанные на фиг. 2. Линза 128 объектива может служить для направления света освещения на один или несколько компонентов оптической схемы 100. Линза 128 объектива может служить для захвата света визуализации и его передачи к одному или нескольким компонентам оптической схемы 100.
Оптическая схема 100 содержит проточную ячейку 130. В некоторых вариантах осуществления проточная ячейка может содержать любую проточную ячейку, раскрытую или показанную в любой части настоящей заявки. Например, проточная ячейка 130 может содержать один или несколько каналов 132, выполненных с возможностью размещения материала образца и обеспечения действий, которые должны быть предприняты в отношении материала образца, в том числе, но не ограничиваясь этим, инициирования химических реакций, добавления или удаления материала. Здесь показано поперечное сечение канала 132 в продольном направлении. То есть, если жидкость протекает через канал 132, основное направление потока жидкости на этой иллюстрации может быть в сторону наблюдателя или от него.
Плоскость 134 объекта может быть определена относительно другого компонента в оптической схеме 100. Здесь плоскость 134 объекта определена, по меньшей мере частично, линзой 128 объектива. В некоторых вариантах осуществления плоскость 134 объекта проходит через проточную ячейку 130. Например, плоскость 134 объекта может быть определена так, чтобы быть смежной каналу (каналам) 132.
Линза 128 объектива может определять поле зрения 136. Поле зрения 136 может определять участок проточной ячейки 130, с которого детектор изображения захватывает свет визуализации посредством линзы 128 объектива. Может быть использован один или несколько детекторов изображения. Например, когда лазеры 102 и 104 генерируют соответствующие лазерные пучки с различными длинами волн (или различными диапазонами длин волн), оптическая схема 100 может содержать отдельные детекторы изображения для соответствующих длин волн (или диапазонов длин волн).
Одна или несколько дифракционных решеток могут быть размещены в некотором отношении к линзе 128 объектива. В некоторых вариантах осуществления решетки 138 и 140 могут быть расположены на плоскости 134 объекта или рядом с ней. Например, решетки 138 и 140 могут быть расположены на противоположных сторонах канала 132. То есть, решетки 138 и 140 могут быть расположены таким образом, чтобы определять направление поперек канала 132, перпендикулярное продольному направлению канала 132. Решетки 138 и 140 расположены вне поля зрения 136 сенсора.
Решетки 138 и 140 могут направлять свет в планарный волновод в проточной ячейке 130 и/или из него. Здесь пучки 142 и 144 падают на решетку 138. В некоторых вариантах осуществления пучки 142 и 144 могут соответствовать лазерным пучкам 116 и 118, соответственно, и могут определять участок освещения в проточной ячейке 130 (например, в планарном волноводе внутри проточной ячейки 130). Например, пучок 142 и пучок 144 могут падать на решетку 138 с различными углами сопряжения. В другом примере пучок 142 и пучок 144 могут падать на решетку 138 в различных местоположениях в продольном направлении канала 132. Здесь пучки 146 и 148 выходят из решетки 140. Например, пучок 146 может соответствовать по меньшей мере части пучка 142 после прохождения через планарный волновод в проточной ячейке 130. Например, пучок 148 может соответствовать по меньшей мере части пучка 144 после прохождения через планарный волновод в проточной ячейке 130.
Решетки 138 и 140 могут быть идентичны или схожи друг с другом или могут быть решетками различных типов. Решетка (решетки) может содержать одну или несколько форм периодической структуры. В некоторых вариантах осуществления решетка 138 и/или 140 может быть образована посредством удаления или исключения материала из проточной ячейки 130 (например, из материала волновода, входящего в состав проточной ячейки 130). Например, проточная ячейка 130 может быть выполнена с набором прорезей и/или желобов в ней, образующих решетки 138 и/или 140. В некоторых вариантах осуществления решетки 138 и/или 140 могут быть образованы посредством добавления материала в проточную ячейку 130 (например, в материал волновода, входящего в состав проточной ячейки 130). Например, проточная ячейка 130 может быть выполнена с набором гребней, полос или других выступающих продольных структур для образования решетки 138 и/или 140. Могут быть использованы комбинации вышеупомянутых подходов.
В поле зрения 136 линза 128 объектива может захватывать свет визуализации от проточной ячейки 130. Например, свет визуализации может содержать люминесценцию. Этот свет визуализации распространяется через линзу 128 объектива и выходит на другой ее стороне. В оптической схеме 100 может быть использован один или несколько компонентов для направления света визуализации в направлении, отличном от того, из которого приходит свет освещения (например, свет от лазеров 102 и 104). Здесь зеркало 126 может быть дихроичным зеркалом. Например, дихроичное зеркало может отражать по меньшей мере часть света визуализации и пропускать по меньшей мере часть света освещения. В качестве альтернативы, дихроичное зеркало может пропускать по меньшей мере часть света визуализации и отражать по меньшей мере часть света освещения. Здесь обозначением 150 отображено пропускание света визуализации к одному или нескольким датчиков 152 изображения. В некоторых вариантах осуществления свет визуализации содержит флуоресцентный свет от проточной ячейки 130. Например, датчик 152 изображения может содержать датчик на основе временной задержки и накопления (датчик TDI).
Числовая апертура линзы 128 объектива может быть выбрана такой, которая позволяет освещать решетку 138 и/или 140 вне поля зрения 136. В некоторых вариантах осуществления числовая апертура менее единицы. Например, может быть использована числовая апертура 0,95, 0,75, 0,7, 0,3 и/или 0,2. В некоторых вариантах осуществления с водно-иммерсионной или масло-иммерсионной линзой объектива может быть использована более высокая числовая апертура, например, числовая апертура от 1,2 до 1,4 или выше.
В некоторых вариантах осуществления размер проточной ячейки 130 может потребовать захвата нескольких изображений путем сканирования в продольном направлении (в сторону наблюдателя и/или от наблюдателя на фигуре) канала 132. Тогда свет освещения (например, пучки 142 и 144) может совмещаться с полем зрения 136 за счет того, что линза 128 объектива одновременно как направляет свет освещения от лазеров 102 и 104 на решетку 138 и/или 140, так и определяет поле зрения 136. То есть, лазеры 102 и/или 104, линза 128 объектива и решетка 138 и/или 140 могут служить для совмещения участка освещения на проточной ячейке 130 с полем зрения 136 датчика изображения на проточной ячейке 130 в последовательных местоположениях на проточной ячейке.
Оптическая схема 100 является примером системы, содержащей линзу объектива (например, линзу 128 объектива); устанавливаемый в систему источник света (например, лазеры 102 и 104) для подачи света освещения (например, лазерные пучки 116 и 118) через линзу объектива в проточную ячейку (например, в проточную ячейку 130), причем подачу света освещения осуществляют с помощью решетки (например, решетки 138) на проточной ячейке; и датчик изображения для захвата света визуализации с помощью линзы объектива, причем решетка расположена вне поля зрения (например, поля зрения 136) датчика изображения.
Оптическая схема 100 является примером системы с возможностью использования с первой и второй решетками (например, решетками 138 и 140), расположенными на проточной ячейке (например, проточной ячейке 130).
Оптическая схема 100 является примером системы, в которой первый свет освещения от первого источника света (например, от лазера 102) содержит первый световой пучок (например, лазерный пучок 116) с первой длины волны, причем система дополнительно содержит второй источник света (например, лазер 104) для подачи второго света освещения через линзу объектива, при этом второй свет освещения содержит второй световой пучок (например, лазерный пучок 118) со второй длины волны.
Оптическая схема 100 является примером системы, содержащей зеркало (например, зеркало 110) и трубчатую линзу (например, трубчатую линзу 112), расположенную после первого и второго источников света (например, лазеров 102 и 104) и перед линзой объектива (например, линзой 128 объектива), причем соответствующие углы распространения первого и второго световых пучков (например, углы 122 и 124) от первого зеркала к трубчатой линзе отображают соответствующие углы падения первого и второго световых пучков на решетку (например, соответствующие углы сопряжения пучков 142 и 144).
Оптическая схема 100 является примером системы, содержащей зеркало (например, зеркало 106), расположенное после источника света (например, лазера 102) и перед зеркалом (например, зеркалом 110), причем упомянутое зеркало служит для обеспечения пространственного разделения первого и второго световых пучков на решетке (например, различных мест падения на решетку 138 пучка 142 и пучка 144 в продольном направлении канала 132).
На фиг. 2 представлен пример линзы 200 объектива. Линза 200 объектива может содержать множество линз 202, расположенных (здесь коаксиально) таким образом, чтобы обеспечивать возможность пропускания света в обоих направлениях и воздействия на свет одним или несколькими способами. Здесь линза 200 объектива направлена на проточную ячейку 204. Например, проточная ячейка 204 может содержать одну или несколько решеток, обеспечивающих возможность введения света в планарный волновод и/или выведения из него в проточной ячейке 204.
Линза 200 объектива может использоваться с одним или несколькими источниками света. Здесь лазер 206 расположен на одном конце линзы 200 объектива. В некоторых вариантах осуществления лазер 206 генерирует лазерный пучок 208 в линзу 200 объектива. Например, лазерный пучок 208 может иметь длину волны около 532 нм. Здесь лазер 210 расположен на том же конце линзы 200 объектива. В некоторых вариантах осуществления лазер 210 генерирует лазерный пучок 212 в линзу 200 объектива. Например, лазерный пучок 212 может иметь длину волны около 660 нм. Лазерный пучок 208 может быть направлен так, чтобы распространяться вдоль стороны 214 линзы 200 объектива или вблизи нее. Лазерный пучок 212 может быть направлен так, чтобы распространяться вдоль или вблизи стороны 216 линзы 200 объектива, противоположной стороне 214.
В некоторых вариантах осуществления лазерные пучки 208 и 212 падают на соответствующие решетки на проточной ячейке 204. В некоторых вариантах осуществления решетка, через которую лазерный пучок 208 входит в планарный волновод, может быть решеткой, через которую лазерный пучок 212 выходит из планарного волновода, причем лазерный пучок 212 входит в планарный волновод через свою соответствующую решетку. Соответственно, решетка, через которую лазерный пучок 212 входит в планарный волновод, может быть решеткой, через которую лазерный пучок 208 выходит из планарного волновода, причем лазерный пучок 208 входит в планарный волновод через свою соответствующую решетку. Если нет каких-либо препятствий, выходящие световые пучки могут распространяться в линзу 200 объектива.
Вышеупомянутый пример иллюстрирует, что система может содержать первый источник света (например, лазер 206), направляющий первый световой пучок (например, лазерный пучок 208) на первую сторону (например, в сторону 214) линзы объектива (например, линзы 200 объектива), и второй источник света (например, лазер 210), направляющий второй световой пучок (например, лазерный пучок 212) на вторую сторону (например, в сторону 216) линзы объектива (например, линзы 200 объектива), противоположную первой стороне. Вышеупомянутый пример иллюстрирует, что система может обеспечивать свет освещения, который содержит первый световой пучок с первой длиной волны (например, лазерный пучок 208), и второй световой пучок со второй длиной волны (например, лазерный пучок 212), и что первый световой пучок может быть направлен на первую сторону (например, в сторону 214) линзы объектива (например, линзы 200 объектива), и второй световой пучок может быть направлен на вторую сторону (например, в сторону 216) линзы объектива, противоположную первой стороне.
Вышеупомянутый пример иллюстрирует, что система (например, содержащая линзу 200 объектива и лазеры 206 и 210) может быть выполнена с первой и второй решетками, расположенными на противоположных сторонах планарного волновода, который освещает проточную ячейку (например, проточную ячейку 204), причем первая решетка вводит первый свет освещения (например, лазерный пучок 208 или 212) в планарный волновод, а вторая решетка выводит первый свет освещения из планарного волновода.
На фиг. 3 представлен пример фрагмента 300 проточной ячейки. Проточная ячейка содержит волновод 302 и решетку 304, которые частично представлены на фрагменте 300 проточной ячейки. Материал (материалы) для волновода 302 может содержать Ta2O5, имеющий показатель преломления около 2,1. В качестве примера, волновод 302 может иметь толщину около 100-200 нм. В некоторых вариантах осуществления номинальная толщина волновода 302 может иметь допуск около ±2,5 нм. Участок 306 проточной ячейки 300 (например, покрытие, расположенное в этой проекции над волноводом 302 и решеткой 304) может иметь показатель преломления, сравнимый с показателем преломления воды. Участок 308 проточной ячейки 300 (например, подложка, расположенная на этом виде под волноводом 302 и решеткой 304) может иметь показатель преломления, сравнимый с показателем преломления определенного стекла. В некоторых вариантах осуществления участок 308 может содержать стеклянную подложку с показателем преломления около 1,5. Например, участок 308 может иметь толщину около 300 микрометров (мкм). Решетка 304 может содержать SiO2, при толщине решетки около 10-100 нм. Номинальная толщина решетки 304 может иметь допуск около ±2,5 нм. Например, решетка 304 может иметь коэффициент заполнения около 50±10%.
На иллюстрации представлена модель проточной ячейки 300. В некоторых вариантах осуществления изображение, показывающее проточную ячейку 300, может быть сгенерировано с помощью конечно-разностного анализа во временной области. Например, изображение может быть сгенерировано с помощью программного комплекса, обеспечивающего физическое моделирование.
В проточной ячейке 300 падающий свет (например, лазерный пучок) входит, как показано стрелкой 310, и по меньшей мере частично преломляется посредством решетки 304. Преломленная часть света распространяется в волноводе 302. Угол сопряжения зависит от длины волны (лазера), шага/глубины решетки и показателя преломления. Интенсивность света обозначается оттенками в соответствии со шкалой 312. Максимальная эффективность сопряжения может быть около 40%. Конструкция может быть выбрана с образованием симметричных углов сопряжения или предпочтительных углов оптической платформы для света с несколькими длинами волн. Например, решетка 304 может быть выполнена с одним или несколькими симметричными углами сопряжения для красного лазерного пучка и зеленого лазерного пучка.
В некоторых вариантах осуществления решетка может быть выполнена из SiO2. В некоторых вариантах осуществления конструкция решетки может быть выполнена со следующими характеристиками:
На фиг. 4 представлен пример введения лазерного пучка в планарный волновод 400 и из него с помощью решеток 402 и 404. Решетки 402 и 404 могут иметь одинаковый угол сопряжения или различные углы сопряжения для заданной длины волны света. Например, решетки 402 и 404 могут иметь одинаковые или различные шаги решеток. Решетки 402 и 404 расположены таким образом, чтобы пространство на планарном волноводе 400 соответствовало размеру датчика изображения, который будет использоваться при визуализации образцов (например, генетического материала). Захват изображения, представленного на фиг. 4, может быть осуществлен с помощью другой камеры или другого датчика изображения, нежели те, которые предполагается использовать, когда в работе используются планарный волновод 400 и решетки 402 и 404. Например, захват изображения может быть осуществлен посредством двухмерной камеры на основе приборов с зарядовой связью. Планарный волновод 400 может содержать любой подходящий материал, в том числе, но не ограничиваясь этим, материалы, раскрытые в других примерах в настоящей заявке. Решетки 402 и 404 могут содержать любые подходящие материалы (одинаковые или отличные друг от друга), в том числе, но не ограничиваясь этим, раскрытые в других примерах в настоящей заявке.
Участок 406 на решетке 402 является отражением, возникающим при направлении лазерного пучка на решетку 402. Лазерный пучок падает на решетку 402 под углом сопряжения таким, что решетка 402 по меньшей мере частично сопрягает лазерный пучок, который входит в планарный волновод 400, как показано линией 408. В некоторых вариантах осуществления поперечное сечение лазерного пучка может быть приблизительно эллиптическим. Например, наибольший размер лазерного пучка может составлять порядка 100 мкм, но могут использоваться меньшие или большие размеры. В некоторых вариантах осуществления пучок меньшего размера может обеспечивать более высокий допуск угла сопряжения. Например, на некоторых решетках допуск угла сопряжения 100 мкм лазерного пучка может составлять около 0.5 градусов. Участок 410 на решетке 404 соответствует выходу лазерного пучка линии 408 из решетки 404.
Например, линия 408 может быть использована для освещения образца в проточной ячейке, в которой задействованы волновод 400 и решетки 402 и 404. В некоторых вариантах осуществления ширина линии 408 может составлять приблизительно 8-150 мкм. Самый узкий участок линии 408 (иногда упоминаемый как шейка или перетяжка) может быть шириной порядка 7 мкм. Это можно рассматривать в сравнении со спецификациями ширины линии некоторых существующих систем секвенирования. Например, в одной существующей системе ширина линии может быть определена в 3-8 мкм, в другой системе ширина линии может быть определена в 10-24 мкм, и еще в одной системе ширина линии может быть определена в 40 мкм. В некоторых вариантах осуществления потери на распространение пучка могут составлять менее 10% на расстоянии около 1 мм, что может быть приблизительной шириной планарного волновода 400 в направлении X. Например, ширина планарного волновода может составлять около 1,2 мм, а длина до 100 мм. Это может обеспечивать равномерность линейного освещения около 90% для некоторых сенсоров (например, сканера TDI). Угловой допуск на проточной ячейке в направлении Y может быть больше ±3 градусов.
Во время использования датчик изображения, который захватывает свет визуализации от проточной ячейки, может быть расположен и выполнен таким образом, что его поле зрения содержит линию 408, и не содержит участки 406 и 410, чтобы избежать или снизить вероятность появления лазерного света на изображении. В некоторых вариантах осуществления поле зрения может представлять собой узкую полосу, которая охватывает, по существу, только линию 408 внутри планарного волновода 400. Ширина поля зрения может составлять, например, около 10-24 мкм. Длина поля зрения может составлять, например, около 800 мкм, 1000 мкм или 2000 мкм.
Пучки с различными длинами волн могут быть пространственно дифференцированы в проточной ячейке. В некоторых вариантах осуществления, например, зеленый лазерный пучок, должен падать на решетку 402 в месте отличном, чем, например, красный лазерный пучок. Например, это может позволить устранить или снизить перекрестные помехи между сигналами от соответствующих лазерных пучков. Тогда зеленый лазерный пучок может быть расположен на удалении от красного лазерного пучка в направлении Y. Например, участок 406' на решетке 402 схематически иллюстрирует падение зеленого лазерного пучка. Например, линия 408' схематически показывает введение зеленого лазерного пучка в планарный волновод 400, по существу, параллельно линии 408. Например, участок 410' на решетке 404 схематически иллюстрирует выведение света линии 408' из планарного волновода 400.
Решетка 402 и/или 404 и другие решетки, раскрытые в настоящей заявке, могут быть выполнены с одним или несколькими симметричными углами сопряжения. На фиг.5 представлен пример графика 500 зависимости угла сопряжения от шага решетки. Угол сопряжения отмечен по вертикальной оси и шаг решетки (в нм) отмечен по горизонтальной оси. Представлены четыре пучка, два из которых являются пучками поперечного электрического типа (т.н. ТЕ-мода) и другие два являются пучками поперечного магнитного типа (т.н. ТМ-мода). В этом не ограничивающем рабочем примере один ТЕ-пучок и один ТМ-пучок имели длину волны 532 нм. Другой ТЕ-пучок и другой ТМ-пучок имели длину волны 660 нм. Волновод содержал Та205 толщиной 110 нм, а подложка содержала стеклянный материал с показателем преломления около 1,5 и низкой автофлуоресценцией. Водный буфер покрытия для визуализации имел показатель преломления около 1,34.
На графике 500 представлены результаты моделирования зависимости угла сопряжения и шага решетки. Может быть определено множество углов симметричного сопряжения (т.е. введения/выведения). Например, три шага решетки обеспечивают симметричное сопряжение, 342 нм, 354 нм и 358 нм. Симметричные углы сопряжения для этих шагов решетки составляют ±13,72,±16,85 и ±8,79 градусов, соответственно, при которых дифракция может происходить в обоих направлениях от нормали решетки. Таким образом, график 600 иллюстрирует, что система с более чем одним источником света и по меньшей мере с первой и второй длинами волны может быть использована с решеткой с симметричным углом (симметричными углами) сопряжения для первой и второй длины волны. На эффективность сопряжения и угол сопряжения могут влиять дополнительные параметры. Например, к ним могут относиться толщина волновода, глубина решетки, форма, показатель преломления волновода, покрытия и/или подложки, длина волны и поляризация пучка.
Для дальнейшего анализа распространения электромагнитных волн в материалах могут быть использованы известные физические соотношения, в том числе, но не ограничиваясь этим, общее волновое уравнение. Например, может быть выполнено моделирование, и использовано в качестве основы для проектирования планарного волновода или другого компонента.
На фиг. 6 представлен пример графика 600 анализа допуска угла сопряжения. По вертикальной оси отмечена нормированная эффективность сопряжения, а по горизонтальной оси отмечен относительный угол падающего пучка в градусах. При меньшем размере пучка может быть достигнут допуск по углу наклона по оси X в 0,57°. Более высокая точность может быть обеспечена дальнейшим уменьшением диаметра пучка при увеличении чувствительности выравнивания положения. Допуск угла сопряжения, показанная на графике 600, может быть примерно в десять раз больше разрешения площадки по наклону, и может соответствовать низкому риску при визуализации посредством сканирования.
На фиг. 7 представлен пример графика 700 смоделированного допуска угла в зависимости от перетяжки пучка. Если бы вариант осуществления был очень чувствителен к углу падения света освещения, то линия в планарном волноводе могла бы становиться более яркой или тусклой по мере перемещения образца во время сканирования. На графике 700 по вертикальной оси отмечена эффективность сопряжения, и по горизонтальной оси отмечен угол сопряжения в подложке. На графике 700 отмечены четыре примера пучков с уменьшающейся перетяжкой пучка в 30 мкм, 15 мкм, 8 мкм и 8 мкм (с глубиной решетки 30 нм между пиком и впадиной), соответственно. График 700 показывает, что допуск угла сопряжения увеличивается с уменьшением ширины перетяжки пучка. График 700 также показывает, что эффективность сопряжения пучка даже малого размера может достигать более 35% после оптимизации глубины решетки. Для улучшения допуска угла, моделирование малого пучка и линза объектива с высокой числовой апертурой для визуализации могут обеспечивать малый диаметр пучка без значительных затрат или проблем.
На фиг. 8 представлен пример графика 800 изменения интенсивности в поперечном направлении волновода. Интенсивность отмечена по вертикальной оси, а положение в поперечном направлении планарного волновода (например, в виде номера столбца) отмечено по горизонтальной оси. График 800 показывает, что интенсивность может быть однородной более чем в 90% волновода. Например, в области 600 мкм в центре волновода. Краевой фон на графике 800 может быть обусловлен искусственным воздействием раствора красителя.
Для оценки освещенности планарного волновода для визуализации посредством линейного сканирования могут быть протестированы различные образцы. Такие образцы могут содержать, в том числе, флуоресцентные гранулы, слой молекул красителя и кластеры генетического материала. На фиг. 9 представлен пример изображения 900, восстановленного из результатов линейных сканирований. Изображение 900 может быть реконструировано из множества результатов линейных сканирований. Размер изображения 900 составляет 800 мкмх800 мкм. Сканирование может быть выполнено по длине 1,6 мм на нескольких участках и/или дорожках. Изображение 900 представлено как иллюстрация, и в реальной ситуации его высота может быть, например, порядка 75 мм или 100 мм, или другой.
На изображении 900 представлены однородные гранулы и фон. Освещение равномерно вдоль длинной области сканирования от 100 мкм до 5 мм без регулирования угла сопряжения или положения. В показанный момент на одном из краев изображения 900 виден фон решетки. Для решения этой ситуации в конструкции может быть предусмотрена краевая полоса. Например, с решеточным устройством ввода-вывода в проточной ячейке с планарным волноводом без значительных затрат или других недостатков может быть использована канавка размером около 100 мкм.
На фиг. 10 представлен пример изображения 1000 молекул флуоресцентного красителя. На рисунке 1000 изображены молекулы флуоресцентного красителя высокой плотности поверх полимерного слоя. Неравномерности изображения 1000 не обязательно обусловлены освещением или техникой визуализации. Скорее, изображение 1000 может отображать мелкие детали поверхностей сопряжения. Например, изображение 1000 может показывать дефекты волновода, профиль поверхности и/или другие дефекты полимерного слоя или стеклянной подложки, и/или пузырьки или пыль на решетке.
На фиг. 11 представлен пример изображения 1100 формы лазерного пучка в волноводе. Картина фотообесцвечивания на изображении 1100 показывает форму лазерного луча внутри волновода.
На фиг. 12-15 представлены примеры изображений 1200, 1300, 1400 и 1500 кластеров генетического материала. Изображения имеют очень слабый уровень фона и высокое отношение сигнал/шум (ОСШ) при более низкой мощности. В некоторых вариантах осуществления, мощность может быть порядка в 40 раз ниже, чем в существующей конфигурации системы. Например, существующая система может использовать лазер мощностью в 280 мВт, и изображение 1200 может быть снято при мощности лазера в 3,1 мВт. Освещение равномерно по всему полю зрения датчика изображения и по всей области сканирования.
Изображение 1200 имеет ширину 800 мкм и показывает выход пластины планарного волновода. Изображения 1300-1500 увеличены в сравнении с изображением 1200. Изображение 1300 снято при 11 мВт с ОСШ 314. Изображение 1400 снято при 3,1 мВт с ОСШ 154. Изображение 1500 снято при 0,4 мВт с ОСШ 35.
Анализ ОСШ показывает, что для одного и того же ОСШ или сигнала может быть задействована гораздо более низкая мощность по сравнению с существующей системой, использующей ту же модель анализа. Одной из гипотез может быть то, что по сравнению со стандартной визуализацией фоновый свет намного ярче при том же уровне сигнала. Другая гипотеза может заключаться в том, что эквивалентное ОСШ (по сравнению со стандартной визуализацией) может быть достигнуто при более низком уровне сигнала.
Анализ ОСШ может показывать, что при сигнале, эквивалентном существующей системе, планарный волновод может обеспечивать восьмикратное снижение фонового уровня, двукратное улучшение ОСШ и/или 30-кратное снижение энергопотребления. Это соответствует возможности снизить мощность лазера в системе. Анализ ОСШ может также показывать, что ОСШ, эквивалентное существующей системе, может быть достигнуто при уменьшении сигнала в два раза, уменьшении мощности лазера в 70 раз и/или уменьшении фотоповреждений ДНК и повреждений или загрязнений объектива, вызванных лазером.
Иными словами, может быть достигнуто снижение мощности лазера примерно в 20-70 раз. Это может снизить некоторые экономические характеристики прибора, такие как стоимость продаваемого изделия. Кроме того, это может снизить риск повреждения лазером оптики или проточной ячейки и загрязнения объектива. Может быть достигнуто восьмикратное увеличение соотношения сигнал/фон. Это может обеспечивать улучшение качества данных. Например, может быть обеспечена возможность использования небольших кластеров. Доза лазерного облучения может быть снижена приблизительно в два-четыре раза. Это может обеспечивать снижение фото повреждения ДНК.
На фиг. 16 схематично представлен пример системы 1600 лазерного освещения и флуоресцентной визуализации. Система 1600 может быть использована с любыми компонентами, схемами или техниками, описанными в настоящей заявке. Система 1600 содержит лазеры 1602 и 1604. В некоторых вариантах осуществления лазеры 1602 и 1604 могут генерировать свет с различными длинами волн. Например, в некоторых вариантах осуществления системы 1600 лазерный свет может распространяться через одно или несколько оптических волокон (не показаны). Система 1600 содержит зеркала 1606 и 1608. Например, лазер 1602 может направлять свет на зеркало 1606, и лазер 1604 может направлять свет на зеркало 1608. Система 1600 содержит призмы 1610 и 1612. Например, зеркало 1606 может направлять свет на призму 1610, и зеркало 1608 может направлять свет на призму 1612. Система 1600 может содержать зеркало 1614. В некоторых вариантах осуществления, зеркало 1614 имеет пьезоэлектрический привод. Например, обе призмы 1610 и 1612 могут направлять соответствующий свет на зеркало 1614. В некоторых вариантах осуществления, на траектории лазерного пучка могут быть расположены одна или несколько меток 1616 выравнивания. Например, метка 1616 выравнивания может содержать апертуру для лазерного света. Зеркало 1614 может направлять лазерные пучки на трубчатую линзу 1618. Например, угол соответствующего лазерного пучка при его распространении между зеркалом 1614 и трубчатой линзой 1618 может определять угол сопряжения этого лазерного пучка на компоненте ниже по потоку, таком как одна или несколько решеток.
Компоненты 1602-18 могут быть установлены на подходящей платформе или другой поверхности, такой как оптический стол или его эквивалент. Компоненты 1602-18 могут в совокупности упоминаться как оптика возбуждения, или, в качестве альтернативы, пластиной планарного волновода. Ниже приведены возможные характеристики или параметры пластины планарного волновода: может быть использован диодный лазер (например, лазер 1602 и/или 1604) с длиной волны 532/660 нм; может быть применен лазер мощностью 35/50 мВт; может быть использовано одномодовое оптическое волокно. Пьезозеркало (например, зеркало 1614) может иметь привод по вертикали и/или горизонтали; может оптимизировать углы сопряжения в трубчатой линзе (например, трубчатой линзе 1618) и решетке проточной ячейки; и может быть расположено на задней фокальной плоскости трубчатой линзы. Элементы линейного перемещения или зеркала (например, зеркала 1606 и/или 1608) можно использовать для грубого выравнивания.
Система 1600 может содержать компонент 1620, получающий свет по меньшей мере от трубчатой линзы 1618. Например, компонент 1620 можно охарактеризовать как оптическую структуру, или осветительную оптику, или и то и другое. Например, компонент 1620 может содержать зеркало, отражающее свет от трубчатой линзы 1618 в горизонтальном направлении (например, в сторону от наблюдателя на чертеже), и другое зеркало, отражающее свет от трубчатой линзы 1618 в вертикальном направлении (например, в нижнем направлении на чертеже). Система 1600 может содержать линзу 1622 объектива. Например, линза 1622 объектива может содержать множество линз или другой оптики. Система 1600 может содержать образец 1624, который является мишенью для света от линзы 1622 объектива. Например, образец может быть размещен в проточной ячейке, которая содержит планарный волновод и решетки для сопряжения света от линзы 1622 объектива. Образец 1624 может быть расположен в системе 1600 на одной или нескольких площадках 1626. Например, площадка 1626 может содержать патрон или другой компонент для механической фиксации проточной ячейки во время операции визуализации или сканирования.
Освещение образца 1624 может генерировать флуоресцентный отклик от генетического материала в образце. Этот отклик может быть охарактеризован как свет визуализации в системе 1600. Свет визуализации может поступать в линзу 1622 объектива и может проходить к компоненту 1620. Например, дихроичное зеркало в компоненте 1620 может направлять свет визуализации в другом направлении, таком как в сторону зеркала 1628. Зеркало 1628 может направлять свет визуализации в системе 1600 в сторону проекционной линзы 1630, после чего свет визуализации может падать на компонент 1632. Компонент 1632 может перенаправлять и/или изменять свет визуализации одним или несколькими способами. Например, такое изменение может быть частью процесса детектирования или обнаружения света визуализации. В настоящей заявке компонент 1632 содержит зеркало, которое перенаправляет свет визуализации на один из соответствующих датчиков 1634 и 1636 изображения или на оба. В некоторых вариантах осуществления, каждый из датчиков 1634 и 1636 изображения может обрабатывать свет визуализации, возникающий от освещения светом определенного цвета. Например, датчики 1634 и 1636 изображения могут быть датчиками на основе временной задержки и накопления (датчиками TDI). Могут быть использованы другие техники обнаружения света визуализации.
Система 1600 может содержать одну или несколько направляющих 1638. В некоторых вариантах осуществления, направляющая (направляющие) может обеспечивать возможность относительного перемещения между, с одной стороны, по меньшей мере образцом 1624, и с другой стороны, по меньшей мере линзой 1622 объектива. Это может способствовать визуализации большей области образца 1624, например, посредством сканирования по длине одного или нескольких каналов в проточной ячейке. Например, когда датчики 1634 и/или 1636 изображения содержат датчик TDI, площадка 1626 может быть подвижной посредством направляющей (направляющих) 1638, так что датчик (датчики) TDI может сканировать линейные изображения последовательных областей проточной ячейки, размещающей образец 1624.
В системе 1600 или других вариантах осуществления может быть применена термическая обработка. Поскольку линза 1622 объектива подает свет освещения, а также захватывает свет визуализации, оптический доступ к задней стороне образца 1624 может не требоваться. Тогда термостатирование может быть применено, по меньшей мере частично, с обратной стороны образца 1624. В некоторых вариантах осуществления, площадка 1626 может быть термической площадкой, выполненной с возможностью быстрого и/или точного регулирования температуры образца 1624. Например, площадка 1626 может поддерживать фиксированную температуру образца во время операции визуализации и/или сканирования.
Может быть выполнено освещение и визуализация двух поверхностей. В некоторых вариантах осуществления решетки могут иметь различное расположение на верхней и нижней поверхностях проточной ячейки. В некоторых вариантах осуществления решетки могут быть выполнены с различными углами сопряжения в зависимости от геометрии и/или материалов. Например, шаг решетки может быть выбран различным для обеспечения подходящих углов сопряжения для различных ситуаций. Например, верхние и/или нижние углы сопряжения могут иметь естественные различия из-за переворачивания покрытия/подложки. Между стеклянной подложкой/покрытием и верхним освещением может быть предусмотрен постоянный буфер. Могут быть использованы комбинации двух и более вышеупомянутых подходов.
На фиг. 17 представлен пример визуализации двух поверхностей с помощью проточной ячейки 1700. Проточная ячейка может быть выполнена из любых подходящих материалов, в том числе, но не ограничиваясь этим, из упомянутых в настоящей заявке. Проточная ячейка 1700 содержит подложку 1702 (например, верхняя подложка на чертеже) и подложку 1704 (например, нижняя подложка на чертеже). Между подложками 1702 и 1704 может быть предусмотрен один или несколько каналов 1706. Например, канал (каналы) 1706 может содержать один или несколько образцов (например, генетический материал), подлежащих освещению, например, в процессе секвенирования. Условные обозначения 1708 указывают на то, что сканирование может быть выполнено в направлении Y, и что направление X может быть тогда определено от края до края проточной ячейки 1700 поперечно направлению сканирования.
На подложке 1702 могут быть предусмотрены решетки 1710 и 1712. В некоторых вариантах осуществления решетки 1710 и 1712 расположены на поверхности подложки 1702 и обращены в сторону канала 1706 (в этой проекции на нижней поверхности подложки 1702). Например, решетка 1710 может быть использована для введения светового пучка 1714 (который прошел через подложку 1704 и через канал 1706) в планарный волновод, образованный подложкой 1702. Таким образом, световой пучок 1714 может проходить внутри подложки 1702, по существу, в направлении X и освещать материал образца, который находится на внутренней (здесь нижней) поверхности подложки 1702 или прилегает к ней. Например, решетка 1712 может быть использована для выведения света, распространяющегося в планарном волноводе, из подложки 1702.
Аналогичное решение может быть реализовано и с подложкой 1704. Здесь решетка 1716 на подложке 1704 (на данном виде на верхней поверхности подложки 1704) может вводить световой пучок 1718, распространяющийся внутри подложки 1704, в планарный волновод, образованным подложкой 1704, для прохождения в направлении X и освещения материала образца, который находится на внутренней (здесь верхней) поверхности подложки 1704 или примыкает к ней. Решетка 1720 (здесь также на верхней поверхности подложки 1704) может быть использована для выведения света, распространяющегося в планарном волноводе, из подложки 1704.
Тогда флуоресцентные отклики от материалов образца могут быть обнаружены в виде света визуализации. Датчик изображения (не показан) может захватывать свет визуализации, инициированный (в этом варианте) в верхней части канала 1706 световым пучком 1714, и может захватывать свет визуализации, инициированный (в этом варианте) в нижней части канала 1706 световым пучком 1718. Например, световые пучки 1714 и 1718 могут быть активированы в разное время (например, попеременно), чтобы обеспечивать возможность раздельной визуализации соответствующих поверхностей. Посредством подачи световых пучков 1714 и 1718 через ту же линзу объектива, которая используется для захвата света визуализации, может быть получено совмещение освещения и визуализации в каждом положении в направлении Y.
Световые пучки 1714 и 1718 может генерировать один и тот же источник света или отдельные источники света. В проточной ячейке 1700 могут быть использованы различные длины волн. В некоторых вариантах осуществления для световых пучков 1714 и 1718 могут быть использованы как лазеры с длиной волны 532 нм, так и 660 нм, соответственно. Например, 532-нм лазерный пучок может иметь угол сопряжения около 15 градусов. При другой длине волны, например, 460 нм, может быть использован меньший шаг решетки и/или больший угол сопряжения.
Приведенный выше пример может иллюстрировать возможные подходы. В некоторых вариантах осуществления решетки могут быть расположены на различных местах на верхней и нижней поверхностях. Решетка 1710 (на подложке 1702) и решетка 1716 (на подложке 1704) смещены друг относительно друга в направлении X. Например, решетка 1710 может быть ближе к центру канала 1706. Решетка 1712 (на подложке 1702) и решетка 1720 (на подложке 1704) смещены друг относительно друга в направлении X. Например, решетка 1712 может быть дальше от центра канала 1706. В некоторых вариантах осуществления разница в местоположении может составлять порядка 100 мкм.
Углы сопряжения решеток могут быть различными. В некоторых вариантах осуществления решетка 1710 (на подложке 1702) и решетка 1716 (на подложке 1704) могут иметь различные углы сопряжения. Например, может быть использован сдвиг угла сопряжения на 1 градус.
В некоторых вариантах осуществления могут быть использованы как разница в расположении, так и разница углов сопряжения. Например, решетка 1710 и решетка 1716 могут иметь разницу в расположении в направлении X около 50 и могут иметь разницу угла сопряжения около 0,5 градусов.
Приведенный выше пример иллюстрирует, что система может быть использована с проточной ячейкой (например, с проточной ячейкой 1700), которая содержит первую поверхность образца (например, поверхность подложки 1702, обращенную к каналу 1706), параллельную второй поверхности образца (например, поверхность подложки 1704, обращенную к каналу 1706). Первая решетка (например, решетка 1710) может сопрягать первую часть первого света освещения (например, световой пучок 1714) для освещения первой поверхности образца. Вторая решетка (например, решетка 1716) может сопрягать вторую часть первого света освещения (например, световой пучок 1718, если световые пучки 1714 и 1718 от одного источника света) для освещения второй поверхности образца.
Приведенный выше пример иллюстрирует, что первая решетка (например, решетка 1710) может быть смещена относительно второй решетки (например, решетки 1716) в направлении прохождения (например, в направлении X) первой части первого света освещения (например, светового пучка 1714).
Приведенный выше пример иллюстрирует, что система может быть использована с проточной ячейкой (например, с проточной ячейкой 1700) и датчиком изображения, и что участок освещения на проточной ячейке может быть совмещен с полем зрения датчика изображения.
Может быть заблокировано попадание света, выходящего из проточной ячейки 1700, в линзу объектива или на датчик изображения каким-либо другим образом. В некоторых вариантах осуществления может быть использована стенка 1722 или другой барьер. Стенка 1722 может быть названа поглотителем пучка. Например, стенка 1722 может быть расположена так, чтобы блокировать свет светового пучка 1714, который решетка 1712 выводит из планарного волновода подложки 1702. Например, стенка 1722 может быть расположена так, чтобы блокировать свет светового пучка 1718, который решетка 1720 выводит из планарного волновода подложки 1704. В некоторых вариантах осуществления, стенка 1722 может быть расположена после линзы объектива на пути возвращающегося света.
На фиг. 18-19 представлены другие примеры визуализации двух поверхностей с помощью проточной ячейки. На фиг. 18 представлена проточная ячейка 1800 в поперечном сечении. Проточная ячейка 1800 содержит верхнюю стеклянную подложку 1802, планарный волновод 1804, образец 1806 на планарном волноводе 1804 или рядом с ним, водяной буфер 1808, образец 1810 на планарном волноводе 1812 или рядом с ним и стеклянную подложку 1814. Например, верхняя стеклянная подложка 1802 может быть относительно тонкой пластиной прозрачного материала, что позволяет наблюдать образец 1806, например, с помощью микроскопа. В некоторых вариантах осуществления планарный волновод 1804 можно считать верхней поверхностью, и планарный волновод 1812 можно считать нижней поверхностью.
В планарном волноводе 1804 выполнена решетка 1816, и в планарном волноводе 1812 выполнена решетка 1818. Решетки 1816 и 1818 могут иметь одинаковую или разную конструкцию.
Свет освещения может быть введен в планарные волноводы 1804 или 1812. Здесь световые пучки 1820 распространяются через верхнюю стеклянную подложку 1802, планарный волновод 1804 и водяной буфер 1808. Затем световые пучки 1820 вводят в планарный волновод 1812 посредством решетки. Например, световые пучки 1820 могут содержать один или несколько лазерных пучков с длиной волны 455 нм, 532 нм и/или 660 нм. Аналогично, световые пучки 1822 распространяются через верхнюю стеклянную подложку 1802, и решетка 1816 вводит их в планарный волновод 1804. Например, световые пучки 1822 могут содержать один или несколько лазерных пучков с длиной волны 455 нм, 532 нм и/или 660 нм. Для генерирования светового пучка 1820 могут быть использованы один или несколько лазеров. Для генерирования светового пучка 1822 могут быть использованы один или несколько лазеров.
С помощью проточной ячейки 1800 могут быть выполнены один или несколько процессов. В некоторых вариантах осуществления первый процесс содержит возбуждение и визуализацию верхней поверхности (здесь поверхности планарного волновода 1804, обращенной к водяному буферу 1808) посредством световых пучков 1822. Второй процесс содержит возбуждение и визуализацию нижней поверхности (здесь поверхности планарного волновода 1812, обращенной к водяному буферу 1808) посредством световых пучков 1820. Между такими процессами может быть выполнена перефокусировка линзы объектива и регулировка угла сопряжения. Образец 1806 (например, верхняя поверхность) или образец 1810 (например, нижняя поверхность) могут быть визуализированы в первую очередь.
Могут быть использованы другие решетки (не показаны) для выведения света из одного или нескольких планарных волноводов 1804 и 1812. В некоторых вариантах осуществления другая решетка может быть расположена в планарном волноводе 1804 и/или в планарном волноводе 1812. Такая решетка может выводить свет из соответствующего планарного волновода 1804 и 1812. Например, решетка 1816 и такая дополнительная решетка могут образовывать пару параллельно на одной и той же поверхности планарного волновода 1804, образуя участок освещения для датчика (например, датчика TDI). Например, решетка 1818 и такая дополнительная решетка могут образовывать пару параллельно на одной и той же поверхности планарного волновода 1812, образуя участок освещения для датчика (например, датчика TDI).
Вместо выведения света из планарного волновода 1804 или 1812 с помощью дополнительной решетки, может быть использован другой способ работы с остаточным светом. В некоторых вариантах осуществления свет может быть заблокирован непосредственно в проточной ячейке. Например, к планарному волноводу могут быть приложены металлическая полоса и/или полоса поглощения, чтобы блокировать свет после освещения образцов.
Приведенный выше пример иллюстрирует, что проточная ячейка (например, проточная ячейка 1800) может содержать подложку (например, стеклянную подложку 1814) для размещения образца (например, образца 1806 и/или 1810). Проточная ячейка может содержать первый планарный волновод (например, планарный волновод 1804) для проведения первого света (например, световых пучков 1822) к образцу. Проточная ячейка может содержать первую решетку (например, решетку 1816) для сопряжения первого света. Проточная ячейка может содержать второй планарный волновод (например, планарный волновод 1812) для проведения второго света (например, световых пучков 1820) к образцу. Проточная ячейка может содержать вторую решетку (например, решетку 1818) для сопряжения второго света.
Приведенный выше пример иллюстрирует, что система может быть использована с первым планарным волноводом (например, с планарным волноводом 1804), в который первая решетка (например, решетка 1816) вводит первую часть (например, световые пучки 1822) первого света освещения, и вторым планарным волноводом (например, с планарным волноводом 1812), в который вторая решетка (например, решетка 1818) вводит вторую часть (например, световые пучки 1820) первого света освещения (когда световые пучки 1820 и 1822 генерирует один и тот же источник света).
Образец 1806 и/или 1810 может генерировать один или несколько флуоресцентных откликов, обусловленных светом освещения. Например, образец 1806 и/или 1810 может содержать один или несколько флуорофоров, которые реагируют на свет освещения и генерируют отклик.
На фиг. 19 представлена часть проточной ячейки 1924 в поперечном сечении. В некоторых вариантах осуществления проточная ячейка 1924 может содержать верхнюю стеклянную подложку 1926, планарный волновод 1928, водяной буфер 1930, планарный волновод 1932 и стеклянную подложку 1934. В планарном волноводе 1928 выполнена решетка 1936, и в планарном волноводе 1932 выполнена решетка 1938. Решетки 1936 и 1938 могут иметь различные углы сопряжения. Угол сопряжения может зависеть от шага решетки, глубины решетки и/или материала планарного волновода 1904 или 1912. В некоторых вариантах осуществления, решетки 1936 и 1938 могут иметь различные шаги решетки. Например, шаг решетки 1936 может быть меньше шага решетки 1938.
На фиг. 20 представлен пример изображения 2000 освещения проточной ячейки. В некоторых вариантах осуществления изображение 2000 может показывать профиль освещения на проточной ячейке, заданный посредством расчетной модели. Например, мощность лазера может быть распределена по линейному участку, в том числе, но не ограничиваясь этим, по участку 1200 мкм × 20 мкм. Например, может быть использован лазер мощностью 4 мВт.
На фиг. 21А-21В представлены примеры алгоритмов процесса 2100. Процесс 2100 может быть выполнен в одной или нескольких системах, в том числе, но не ограничиваясь этим, в устройстве секвенирования. Например, процесс 2100 может быть выполнен в любой системе, описанной в настоящей заявке.
На этапе 2110 может быть подготовлен по меньшей мере один образец. Это может содержать, например, получение образца генетического материала, очистку образца, модификацию образца и репликацию образца с образованием кластеров. Образец может быть размещен в проточной ячейке, в том числе, но не ограничиваясь этим, в любой из проточных ячеек, описанных в настоящей заявке.
На этапе 2120 проточная ячейка, содержащая образец, может быть расположена в системе секвенирования. Например, в системе 1600 (фиг. 16) образец 1624 может быть спозиционирован относительно линзы 1622 объектива с помощью площадки 1626 и направляющей 1638.
На этапе 2130 может быть сфокусирована линза объектива. Например, линза 1622 объектива на фиг.16 может быть сфокусирована так, что датчик 1634 и/или 1636 изображения получает четкое изображение света визуализации от образца 1624.
На этапе 2140 образец может быть освещен через линзу объектива. Свет освещения может быть введен в планарный волновод посредством решетки вне поля зрения линзы объектива. Этот пример иллюстрирует, что процесс 2100 может содержать подачу света освещения через линзу объектива и в проточную ячейку через решетку, расположенную вне поля зрения датчика изображения.
На этапе 2150 свет визуализации может быть захвачен через линзу объектива с помощью датчика (датчиков) изображения.
На этапе 2160 может быть определено, завершен ли процесс визуализации. Например, если выполняется процесс сканирования, и образец еще не был визуализирован полностью, то процесс 2100 может переходить к этапу 2170, где выполняется перепозиционирование. Осуществляется изменение взаимного расположения образца и линзы объектива. Например, образец 1624 на фиг.16 может быть смещен вперед относительно линзы 1622 объектива посредством направляющей 1638. Затем процесс может вернуться к этапу 2130 для фокусирования (если это необходимо), и, затем, для освещения другого участка образца на этапе 2140, и так далее.
Если на этапе 2160 процесс визуализации завершен, процесс 2100 может переходить к этапу 2180, где может быть реконструировано изображение. Например, изображение может быть реконструировано из соответствующих линейных сканов, полученных посредством датчика TDI.
Фиг. 21В относится к визуализации с помощью множества поверхностей проточной ячейки. В некоторых вариантах осуществления, операции, представленные на фиг. 21В, могут быть выполнены вместо этапов 2130-2150 в процессе 2100. На этапе 2130' линза объектива может быть сфокусирована на первой поверхности образца. Например, это может быть поверхность планарного волновода 2004 на фиг. 18. На этапе 2140' может быть освещена первая поверхность образца. Например, это может быть осуществлено с помощью световых пучков 2021 на фиг. 18. На этапе 2150' может быть захвачено изображение первой поверхности образца с помощью линзы объектива.
На этапе 2130'' линза объектива может быть сфокусирована на второй поверхности образца. Например, это может быть поверхность планарного волновода 1812 на фиг. 18. На этапе 2140'' может быть освещена вторая поверхность образца. Например, это может быть осуществлено с помощью световых пучков 2020 на фиг. 18. На этапе 2150'' может быть захвачено изображение второй поверхности образца с помощью линзы объектива.
Настоящий пример иллюстрирует, что способ может содержать проточную ячейку, которая содержит первую поверхность образца, параллельную второй поверхности образца, и такой способ может дополнительно содержать направление первого компонента света освещения (например, световых пучков 1822) на первую решетку (например, решетку 1816), выровненную относительно первой поверхности образца, и направление второго компонента (например, световых пучков 1820) света освещения на вторую решетку (например, решетку 1818), выровненную относительно второй поверхности образца.
Настоящий пример иллюстрирует, что способ может содержать регулирование линзы объектива (на этапе 2130') для фокусирования на первой поверхности образца вместе с направлением (на этапе 2140') первого компонента света освещения на первую решетку, и регулирование линзы объектива (на этапе 2130'') для фокусирования на второй поверхности образца вместе с направлением (на этапе 2140'') второго компонента света освещения на вторую решетку.
На фиг. 22 схематично представлен пример системы 2200 лазерного освещения и флуоресцентной визуализации. Система 2200 выполнена с возможностью выполнения автоматического выравнивания для освещения планарного волновода. Некоторые варианты осуществления системы 2200 могут быть идентичны или аналогичны вариантам осуществления системы 1600 (фиг. 16). Например, компоненты 1602-1638 системы 2200 могут быть, по существу, такими же компонентами, и/или выполнять, по существу, такие же функции, как соответствующие компоненты системы 1600.
Как уже упомянуто выше со ссылкой на фиг. 16, линза 1622 объектива направляет свет освещения (иногда упоминаемый как свет возбуждения) на образец 1624 и получает свет визуализации от образца 1624, распространяющийся, по существу, в противоположном направлении в сторону компонента 1620. После прохождения через планарный волновод свет возбуждения может также попадать в линзу 1622 объектива и распространяться по направлению к компоненту 1620. Например, такая ситуация может возникать, когда планарный волновод содержит выходную решетку, которая выводит свет возбуждения из проточной ячейки, и не содержит поглотитель пучка и т.п., который мог бы препятствовать повторному попаданию света возбуждения в линзу 1622 объектива.
На компоненте 1620, свет визуализации и возвращающийся свет возбуждения могут быть отделены друг от друга. Например, может быть использовано дихроичное зеркало. Свет визуализации может быть направлен в сторону зеркала 1628, чтобы в конечном счете попасть в детектор (детекторы) 1634-36 изображения. Возвращающийся свет возбуждения, с другой стороны, может быть направлен в сторону светоделителя 2202. Светоделитель 2202, который иногда называют приемным зеркалом, перенаправляет часть возвращающегося света возбуждения, поступающего от компонента 1620, в сторону проекционной линзы 2204, расположенной перед датчиком 2206 изображения. В некоторых вариантах осуществления светоделитель 2202 имеет асимметрично отражающее покрытие. Например, соответствующие стороны светоделителя 2204 могут быть покрыты как диэлектрические фильтры.
Датчик 2206 изображения (например, устройство с зарядовой связью) может быть выполнен с возможностью захвата изображения образца 1624, в том числе расположенных на нем решеток, для использования при оценке качества изображения, которое захватывают детекторы 1634-36 изображения. Например, если образец 1624 ориентирован неподходящим образом относительно плоскости камеры детекторов 1634-36 изображения, то полученное изображение может иметь более низкое качество. Это может быть упомянуто как наличие погрешности между плоскостью образца и плоскостью камеры. Тогда датчик 2206 изображения может быть использован для определения того, требуется ли коррекция ориентации лазерных пучков и/или образца 1624, в том числе, но не ограничиваясь этим, посредством процесса, описанного ниже. Такое регулирование или корректировка могут быть названы устранением наклона образца.
Проекционная линза 2204 может быть использована для выбора изображения, захватываемого датчиком 2206 изображения. Кроме того, здесь между трубчатой линзой 1618 (иногда называемой проекционной линзой) и компонентом 1620 размещен светоделитель 2202. Преимущество такого расположения может быть в том, что возвращающийся свет возбуждения, поступающий от компонента 1620, не проходит через трубчатую линзу 1618 перед попаданием на датчик 2206 изображения. Таким образом, увеличение и т.п. возвращающегося света возбуждения не зависит от выбранного увеличения трубчатой линзы 1618.
На фиг. 23 представлен пример алгоритма процесса 2300 выравнивания. Например, процесс 2300 может быть выполнен в системе (например, в системе 2200) для выполнения автоматического выравнивания света освещения относительно проточной ячейки для улучшения качества изображения. Может быть выполнено больше или меньше действий, чем показано на фигуре. Два или более действия могут быть выполнены в различном порядке.
На этапе 2310 может быть осуществлено позиционирование проточной ячейки. Например, в системе 2200 позиционирование образца 1624 может быть осуществлено с помощью площадки 1626.
На этапе 2320 может быть обеспечено освещение. Например, в системе 2200 один или несколько лазерных пучков от лазеров 1602 и/или 1604 могут быть направлены через линзу 1622 объектива и на образец 1624.
На этапе 2330 может быть осуществлен захват света возбуждения. Датчик 2206 изображения в системе 2200 может принимать от светоделителя 2202 свет, который проходит через проекционную линзу 2204. В некоторых вариантах осуществления изображение, захваченное датчиком 2206 изображения, может быть эквивалентно изображению планарного волновода 400 на фиг. 4, причем это изображение имеет достаточно большое поле зрения, чтобы были видны решетки 402 и 404. Как описано со ссылкой на фиг. 4, участок 406 соответствует отражению лазерного пучка, падающего на решетку 402. Кроме того, участок 410 соответствует выходу лазерного пучка линии 408 из решетки 404.
Количество видимого света на участках 406 и/или 410 может быть показателем качества выравнивания. Если участок 406 относительно яркий, это может указывать на то, что решетка 402 отражает (т.е. не сопрягает) значительную часть падающего лазерного пучка. Например, это может указывать на то, что угол сопряжения падающего лазерного пучка неправильный, и что требуется произвести регулирование. Если участок 410 относительно тусклый или темный, это указывает на то, что решетка 402 не вводит свет в планарный волновод 400. Аналогично, это может указывать на то, что угол сопряжения падающего лазерного пучка неправильный, и что требуется произвести регулирование.
На этапе 2340 может быть выполнено регулирование относительной ориентации проточной ячейки и света освещения. Управление ориентацией лазерного пучка (лазерных пучков) в системе 2200 может осуществляться посредством регулирования одного или нескольких из лазеров 1602 или 1604, зеркал 1606 или 1608, призм 1610 или 1612, зеркала 1516, компонента 1620 и/или линзы 1622 объектива. В системе 2200 регулирование ориентации образца 1624 может быть осуществлено с помощью площадки 1626. В некоторых вариантах осуществления, регулирование площадки 1626 может быть осуществлено по нескольким степеням свободы. Например, для точного (например, с точностью до нанометра или более) позиционирования образца 1624 могут быть использованы три электродвигателя наклона. Регулирование относительной ориентации на этапе 2340 может влиять на качество введения падающего лазерного пучка в планарный волновод.
На этапе 2350 может быть осуществлен захват света возбуждения. В некоторых вариантах осуществления это может быть выполнено для оценки того, улучшилось ли введение света в планарный волновод 400 (фиг. 4) по сравнению с тем, что было до регулирования на этапе 2340. В некоторых вариантах осуществления, если участок 406 в захваченном на этапе 2350 свете возбуждения стал более тусклым (например, уменьшилась интенсивность), чем в свете возбуждения, захваченном на этапе 2330, это может быть признаком улучшения выравнивания. В некоторых вариантах осуществления, если участок 410 в захваченном на этапе 2350 свете возбуждения стал более ярким (например, увеличилась интенсивность), чем в свете возбуждения, захваченном на этапе 2330, это может быть признаком улучшения выравнивания. Например, если участок 406 стал более тусклым, и участок 410 стал более ярким, это может быть особенно сильным указанием на улучшение выравнивания. Таким образом, к захваченному свету возбуждения могут быть применены один или несколько критериев выравнивания.
Захват света возбуждения может осуществляться в отдельные моменты времени, как указано на этапах 2330 и 2350, или может осуществляться непрерывно, например, в виде потока изображений проточной ячейки в реальном времени.
На этапе 2360 может быть определено, удовлетворен ли по меньшей мере один критерий выравнивания. Если да, процесс может перейти к этапу 2380. Например, на этапе 2380 автоматическое выравнивание может завершиться.
Если на этапе 2360 критерий выравнивания не удовлетворен, процесс может продолжиться одной или несколькими итерациями. Например, на этапе 2370 может быть выполнено одно или несколько регулирований по аналогии с регулированием, выполненным на этапе 2340. Затем процесс 2300 может перейти к этапу 2350, где свет возбуждения может быть захвачен для повторного анализа, и так далее. Процесс 2300 может продолжать итерации до тех пор, пока критерий выравнивания не будет удовлетворен на этапе 2360 или не произойдет завершение по другой причине.
На фиг. 24 представлен пример проточной ячейки 2400 со множеством полос 2402, 2404 и 2406 обзора. Полосы 2402-06 обзора соответствуют участкам, где размещены образцы (например, кластеры генетического материала), которые должны быть освещены в процессе формирования изображения. Проточная ячейка 2400 содержит решетки 2408, 2410, 2412 и 2414. Здесь решетки 2408 и 2410 служат границами для полосы 2402 обзора; решетки 2410 и 2412 служат границами для полосы 2404 обзора; а решетки 2412 и 2414 служат границами для полосы 2406 обзора. Например, каждая из полос 2402-06 обзора может иметь один или несколько соответствующих планарных волноводов, которые обеспечивают возможность попадания света на одну из соседних решеток, прохождения через планарный волновод и выхода через противоположную решетку. По существу, полосы 2402-06 обзора и решетки 2408-14 могут быть расположены на проточной ячейке 2400 для обеспечения большой области визуализации, совместимой с полем зрения датчика изображения (например, датчика TDI). Такая конструкция позволяет сэкономить площадь проточной ячейки, и тем самым снизить стоимость расходных материалов.
Одна решетка может служить как входной решеткой, так и выходной решеткой. Например, здесь световой пучок 2416 падает на проточную ячейку 2400 на решетке 2410. Здесь световой пучок 2416 имеет подходящий угол сопряжения для решетки 2410, и поэтому он вводится в планарный волновод полосы 2404 обзора. Решетка 2412 на другой стороне полосы 2404 обзора выводит световой пучок 2416 из проточной ячейки 2400. Таким образом, для светового пучка 2416 решетку 2410 можно считать входной решеткой, и решетку 2412 можно считать выходной решеткой.
В качестве другого примера, световой пучок 2418 здесь падает на проточную ячейку 2400 на решетке 2412. Здесь световой пучок 2418 имеет подходящий угол сопряжения для решетки 2412, и поэтому он вводится в планарный волновод полосы 2404 обзора. Решетка 2410 на другой стороне полосы 2404 обзора выводит световой пучок 2418 из проточной ячейки 2400. Таким образом, для светового пучка 2418 решетку 2412 можно считать входной решеткой, и решетку 2410 можно считать выходной решеткой. Процесс визуализации может содержать освещение соответствующих частей полос 2402-06 обзора с помощью соответствующих частей решеток 2408-16 и последующий захват света визуализации, и, затем, перемещение проточной ячейки 2400 для освещения вместо этого других частей полос 2402-06 обзора с помощью соответствующих частей решеток 2408-16 и последующий захват этого света визуализации.
Используемые в данном документе термины "по существу" и "приблизительно" служат для описания и учета небольших флуктуаций, например обусловленных вариациями в ходе обработки. Например, эти термины могут соответствовать отклонениям, меньшим или равным ±5%, меньшим или равным ±2%, меньшим или равным ±1%, меньшим или равным ±0,5%, меньшим или равным ±0,2%, меньшим или равным ±0,1%, меньшим или равным ±0,05%. Кроме того, использование в настоящей заявке единственного числа подразумевает "по меньшей мере один."
Следует понимать, что все комбинации приведенных выше концепций и дополнительных концепций, более подробно описанных ниже, (при условии, что такие концепции не являются взаимно несовместимыми) рассматриваются как часть объекта настоящего изобретения, раскрытого в данном описании. В частности, все комбинации заявленных объектов, фигурирующих в конце данного описания, рассматриваются как часть заявленного объекта настоящего изобретения, раскрытого в данном описании.
Был описан ряд вариантов осуществления. Тем не менее, следует понимать, что могут быть сделаны различные модификации, не выходящие за пределы духа и объема изобретения.
Кроме того, логические потоки, изображенные на фигурах, для достижения желаемых результатов не требуют особого порядка, показанного на фигуре, или последовательного порядка. Кроме того, в описанных потоках могут быть предусмотрены другие процессы, или процессы могут быть исключены, и другие компоненты могут быть добавлены или удалены из описанных систем. Соответственно, другие варианты осуществления также входят в объем последующей формулы.
Несмотря на то, что выше были проиллюстрированы конкретные признаки описанных вариантов осуществления, специалистам в уровне техники станут очевидны множество возможных модификаций, замен, изменений и эквивалентов. Поэтому, следует понимать, что нижеследующая формула включает в себя все такие модификации и изменения, как входящие в объем вариантов осуществления. Следует понимать, что они представлены только в качестве неограничивающего примера, и могут быть сделаны различные изменения формы и элементов. Любые части описанных в настоящей заявке устройств и/или способов могут быть скомбинированы в любые сочетания, кроме взаимоисключающих. Описанные в настоящей заявке варианты осуществления могут содержать различные сочетания и/или частичные сочетания функций, компонентов и/или признаков различных описанных в настоящей заявке вариантов осуществления.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| МИКРОСКОПИЯ СТРУКТУРИРОВАННОГО ОСВЕЩЕНИЯ УМЕНЬШЕННОЙ РАЗМЕРНОСТИ СО СТРУКТУРИРОВАННЫМИ МАССИВАМИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ЛУНОК | 2019 |
|
RU2740776C1 |
| МИКРОСКОПИЯ СТРУКТУРИРОВАННОГО ОСВЕЩЕНИЯ С ЛИНЕЙНЫМ СКАНИРОВАНИЕМ | 2019 |
|
RU2736104C1 |
| ПРОТОЧНЫЕ КЮВЕТЫ С ЛИНЕЙНЫМИ ВОЛНОВОДАМИ | 2020 |
|
RU2809293C2 |
| ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПРОТОЧНОЙ ЯЧЕЙКИ С ПЛАНАРНЫМ ВОЛНОВОДОМ | 2020 |
|
RU2814420C2 |
| ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ПРЕПАРАТОВ С ПОМОЩЬЮ МИКРОСКОПИИ СТРУКТУРИРОВАННОГО ОСВЕЩЕНИЯ С ДВУМЯ ОПТИЧЕСКИМИ РЕШЕТКАМИ | 2019 |
|
RU2740858C1 |
| УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОПТИЧЕСКОГО ОСВЕЩЕНИЯ | 2008 |
|
RU2510060C2 |
| ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СТРУКТУРИРОВАННОГО ОСВЕЩЕНИЯ | 2019 |
|
RU2740050C1 |
| СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ СТРУКТУРИРОВАННОГО ОСВЕЩЕНИЯ, ДОЛГОВРЕМЕННЫЙ МАШИНОЧИТАЕМЫЙ НОСИТЕЛЬ И СИСТЕМА ВИЗУАЛИЗАЦИИ СО СТРУКТУРИРОВАННЫМ ОСВЕЩЕНИЕМ | 2019 |
|
RU2824337C1 |
| КОНФОКАЛЬНЫЙ СПЕКТРОАНАЛИЗАТОР ИЗОБРАЖЕНИЙ | 2014 |
|
RU2579640C1 |
| СТРУКТУРИРОВАННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ ОБРАЗЦА | 2019 |
|
RU2800625C2 |
Система освещения и визуализации образца содержит линзу объектива, первый источник света для подачи первого света освещения через линзу объектива в проточную ячейку с помощью первой решетки на проточной ячейке, первый датчик изображения для захвата света визуализации с помощью линзы объектива, причем первая решетка расположена вне поля зрения первого датчика изображения; и второй датчик изображения, выполненный с возможностью захвата изображения по меньшей мере первой решетки и планарного волновода в проточной ячейке, причем система выполнена с возможностью оценки изображения путем оценки выравнивания света освещения относительно проточной ячейки. Технический результат - обеспечение маломощного освещения с низким уровнем фона для высокоскоростной сканирующей визуализации при высокой синхронизации освещения и регистрирования. 3 н. и 25 з.п. ф-лы, 25 ил.
1. Система освещения и визуализации образца, содержащая: линзу объектива; первый источник света для подачи первого света освещения через линзу объектива и в проточную ячейку, подлежащую установке в системе, причем подача первого света освещения предусмотрена с помощью первой решетки на проточной ячейке; первый датчик изображения для захвата света визуализации с помощью линзы объектива, причем первая решетка расположена вне поля зрения первого датчика изображения; и второй датчик изображения, выполненный с возможностью захвата изображения по меньшей мере первой решетки и планарного волновода в проточной ячейке, причем система выполнена с возможностью оценки изображения путем оценки выравнивания света освещения относительно проточной ячейки.
2. Система по п. 1, в которой установлена проточная ячейка.
3. Система по п. 2, в которой на проточной ячейке расположены первая решетка и вторая решетки.
4. Система по п. 3, в которой первая и вторая решетки имеют различные углы сопряжения, причем опционально первая и вторая решетки имеют различные шаги решетки.
5. Система по любому из пп. 2-4, в которой проточная ячейка содержит первую поверхность образца, параллельную второй поверхности образца, первую решетку для сопряжения первой части первого света освещения для освещения первой поверхности образца, и вторую решетку для сопряжения второй части первого света освещения для освещения второй поверхности образца, причем опционально: a) cистема дополнительно содержит первый планарный волновод, в который предусмотрено введение первой части первого света освещения посредством первой решетки, и второй планарный волновод, в который предусмотрено введение второй части первого света освещения посредством второй решетки, или b) первая решетка смещена относительно второй решетки в направлении распространения первой части первого света освещения.
6. Система по п. 3 или 4, в которой проточная ячейка дополнительно содержит планарный волновод, освещающий проточную ячейку, при этом первая и вторая решетки расположены на противоположных сторонах планарного волновода, причем первая решетка выполнена с возможностью введения первого света освещения в планарный волновод, а вторая решетка выполнена с возможностью выведения первого света освещения из планарного волновода, причем опционально система дополнительно содержит стенку, блокирующую первый свет освещения, выводимый из планарного волновода второй решеткой, препятствуя его попаданию в линзу объектива.
7. Система по любому из предыдущих пунктов, в которой первый свет освещения содержит первый световой пучок с первой длиной волны, причем система дополнительно содержит второй источник света для подачи второго света освещения через линзу объектива, причем второй свет освещения содержит второй световой пучок со второй длиной волны.
8. Система по п. 7, в которой второй источник света выполнен с возможностью подачи второго света освещения через линзу объектива в проточную ячейку через первую решетку, причем первая решетка имеет угол сопряжения, симметричный для первой и второй длины волны.
9. Система по п. 7 или 8, в которой первый источник света выполнен с возможностью направления первого светового пучка на первую сторону линзы объектива, а второй источник света выполнен с возможностью направления второго светового пучка на вторую сторону линзы объектива, противоположную первой стороне.
10. Система по любому из пп. 7-9, дополнительно содержащая первое зеркало и трубчатую линзу, расположенную после первого и второго источников света и перед линзой объектива, причем соответствующие углы распространения первого и второго световых пучков от первого зеркала к трубчатой линзе обусловлены соответствующими углами падения первого и второго световых пучков на первую решетку.
11. Система по п. 10, дополнительно содержащая второе зеркало, расположенное после первого источника света и перед первым зеркалом и предназначенное для обеспечения пространственного разделения первого и второго световых пучков на первой решетке.
12. Система по любому из пп. 2-11, в которой проточная ячейка содержит множество полос обзора, ограниченных соответствующими решетками, в том числе первой решеткой, причем в система использована по меньшей мере одна из соответствующих решеток в качестве как входной решетки, так и выходной решетки, причем опционально материал волновода проточной ячейки содержит Ta2O5.
13. Система по любому из предыдущих пунктов, в которой первый датчик изображения содержит датчик на основе временной задержки и накопления, причем система дополнительно содержит подвижную площадку для размещения проточной ячейки.
14. Система по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащая термическую площадку для размещения проточной ячейки, причем термическая площадка обеспечивает регулирование температуры.
15. Система по любому из предыдущих пунктов, в которой длина волны света такова, чтобы инициировать флуоресцентный отклик образца в проточной ячейке.
16. Система освещения и визуализации образца, содержащая проточную ячейку, которая содержит: подложку для размещения образца; первый планарный волновод для проведения первого света к образцу; первую решетку для сопряжения первого света; второй планарный волновод для проведения второго света к образцу; и вторую решетку для сопряжения второго света; а также датчик изображения, выполненный с возможностью захвата изображения по меньшей мере первой решетки и планарного волновода в проточной ячейке.
17. Система по п. 16, в которой первая решетка расположена на первом планарном волноводе, а вторая решетка расположена на втором планарном волноводе.
18. Система по любому из п. 16 или 17, в которой первая и вторая решетки имеют различные углы сопряжения, причем опционально первая и вторая решетки имеют различные шаги решеток.
19. Система по любому из пп. 16-18, в которой проточная ячейка содержит первую поверхность образца, параллельную второй поверхности образца, первую решетку для сопряжения первой части света для освещения первой поверхности образца, и вторую решетку для сопряжения второй части света для освещения второй поверхности образца.
20. Система по п. 19, в которой первая решетка смещена относительно второй решетки в направлении распространения первого света.
21. Система по любому из пп. 16-20, в которой первая решетка предназначена для введения первого света в первый волновод, а вторая решетка предназначена для введения второго света во второй волновод, причем проточная ячейка дополнительно содержит третью решетку для выведения первого света из первого планарного волновода, и четвертую решетку для выведения второго света из второго планарного волновода.
22. Способ освещения и визуализации образца, содержащий шаги, на которых: подают свет освещения через линзу объектива и в проточную ячейку с помощью первой решетки, расположенной вне поля зрения датчика изображения; осуществляют процесс выравнивания света освещения относительно проточной ячейки для оценки качества сопряжения с помощью первой решетки; и захватывают свет визуализации с помощью линзы объектива.
23. Способ по п. 22, в котором проточная ячейка содержит первую поверхность образца, параллельную второй поверхности образца, причем способ дополнительно содержит шаг, на котором направляют первый свет освещения на первую решетку, выровненную относительно первой поверхности образца, и направляют второй свет освещения на вторую решетку, выровненную относительно второй поверхности образца.
24. Способ по п. 23, дополнительно содержащий шаги, на которых регулируют линзу объектива для фокусирования на первой поверхности образца вместе с направлением первого света освещения на первую решетку, и регулируют линзу объектива для фокусирования на второй поверхности образца вместе с направлением второго света освещения на вторую решетку.
25. Способ по п. 23 или 24, в котором первый свет освещения содержит первый световой пучок с первой длиной волны, и второй свет освещения содержит второй световой пучок со второй длиной волны, причем способ дополнительно содержит шаги, на которых направляют первый световой пучок на первую сторону линзы объектива и направляют второй световой пучок на вторую сторону линзы объектива, противоположную первой стороне.
26. Способ по п. 25, дополнительно содержащий шаг, на котором блокируют свет освещения, препятствуя его попаданию в линзу объектива после выхода из проточной ячейки.
27. Способ по любому из пп. 22-26, в котором проточная ячейка размещена на термической площадке, причем способ дополнительно содержит шаг, на котором осуществляют регулировку температуры проточной ячейки с помощью проточной ячейки.
28. Способ по любому из пп. 22-27, в котором проточная ячейка имеет несколько полос обзора, ограниченных соответствующими решетками, в том числе первой решеткой, причем способ дополнительно содержит шаг, на котором используют по меньшей мере одну из соответствующих решеток в качестве как входной решетки, так и выходной решетки.
| US 6211954 B1, 03.04.2001 | |||
| US 6545759 B1, 08.04.2003 | |||
| US 2015308958 A1, 29.10.2015 | |||
| US 2009247414 A1, 01.10.2009 | |||
| US 2004038386 A1, 26.02.2004. |
