Оптическое устройство для одномолекулярного секвенирования ДНК на основе параллельного детектирования флуоресценции в режиме реального времени Российский патент 2025 года по МПК G01N21/64 

Описание патента на изобретение RU2838337C2

Группа изобретений относится к области аналитического приборостроения, а более конкретно к устройствам, предназначенным для определения первичной структуры единичных молекул ДНК, выделенных из биологических образцов, с целью обеспечения потребностей медицины и научных исследований.

Основной технологией для установления первичной структуры молекул ДНК является секвенирование. В результате секвенирования определяются последовательности нуклеотидов в молекулах ДНК. Одним из методов секвенирования, позволяющих определять структуру единичных молекул ДНК и не требующего предварительной наработки копий исследуемых молекул, является метод секвенирования единичной молекулы в реальном времени (далее - SMRT-секвенирование). В общем виде, процесс SMRT-секвенирования сводится к следующему. Комплексы из полимеразы и исследуемых образцов, одноцепочечных линейных или кольцевых фрагментов ДНК (далее - комплексы ДНК-полимераза), загружаются в реакционную ячейку, где закрепляются на дне волноводов нулевой моды (далее - наноразмерные колодцы). После добавления в реакционную ячейку ионов металлов, например Mg2+, флуоресцентно-меченные нуклеотиды, диффундирующие в растворе в реакционной ячейке, встраиваются полимеразой в комплекс по принципу комплементарности. Различные флуоресцентные метки, прикрепленные и однозначно соответствующие каждому из типов встраиваемых нуклеотидов, можно дифференцировать оптическими методами. Эмиссионные излучения от наноразмерных колодцев с иммобилизированными на их дне единственными комплексами ДНК-полимераза, индуцируемые системой возбуждения, регистрируются матричным детектором и интерпретируются как последовательность нуклеотидов в анализируемых фрагментах ДНК. Реализация SMRT-секвенирования известна из уровня техники, в частности, комплексы ДНК-полимераза описаны в патентах №№ US 8153375 B2 и US 9416414 B2, наноразмерные колодцы - в патентах №№ US 6917726 B2 и US 7315019 B2.

Устройство, реализующее SMRT-секвенирование, должно обеспечивать непрерывность детектирования эмиссионных излучений. Это связано с невозможностью синхронизации процессов встраивания полимеразой нуклеотидов и интервального режима работы детектора, состоящего из последовательностей накопления сигнала флуоресценции и его обработки. Необходимость непрерывного детектирования накладывает требование соответствия поля зрения детектора всему множеству наноразмерных колодцев на подложке реакционной ячейки. Для обеспечения улучшенной статистической оценки данных необходимо проецировать флуоресцентный сигнал на множестве пикселей детектора, превышающих минимальный пороговый уровень, желательным является предоставление достаточных данных о сигнале по меньшей мере с 2 пикселей детектора. Таким образом, все наноразмерные колодцы должны быть в поле зрения детектора, а флуоресцентному сигналу от каждого наноразмерного колодца должно соответствовать не менее 2 пикселей детектора.

В известных патентах №№ US 8264687 B2 и US 11162138 B2 представлены варианты реализации детектора устройства для SMRT-секвенирования. Лазеры с различными длинами волн через соответствующие оптические фильтры освещают подложку реакционной ячейки. Флуоресцентные сигналы, излучаемые образцами в наноразмерных колодцах, пропускаются через каскад дихроичных фильтров. Таким образом, эти сигналы разделяются на четыре спектральных канала, каждый из которых поступает на свой матричный детектор.

Недостатком технического решения является его сложность, поскольку необходимо использовать четыре детектора, соответствующих четырем спектральным каналам. Другим недостатком является необходимость синхронизации в реальном времени и совмещения изображений всех наноразмерных колодцев в четырех каналах.

В патентах США №№ US 7805081 B2 и US 8053742 B2 предложена оптическая схема, в которой различные спектры излучения от каждого наноразмерного колодца направляются через дифракционную решетку, призму или набор дифракционных решеток и/или призм для пространственного разделения отдельных спектров и направления их на различные участки детектора. В систему также включены оптические компоненты для фильтрации фонового освещения и ограничения спектра эмиссионного излучения, поступающего на детектор.

Недостатком патентов является отсутствие решений, направленных на оптимизацию топологии и увеличение плотности расположения наноразмерных колодцев на подложке реакционной ячейки.

В патентах США №№ US 11640022 B2, US 10724090 B2 и US 10578788 B2 предложено устройство с интегрированными элементами, в котором оптическое возбуждение обеспечивается при помощи волноводов, а детектирование осуществляется множеством детекторов. При этом, каждому наноразмерному колодцу соответствует не менее одного детектора.

Недостатком устройства является ее сложность и экономическая необоснованность при необходимости однократного использования реакционной ячейки.

В патентах №№ US 5578832 A и US 8053742 B2 предложено разделить оптические пути возбуждающего излучения и эмиссионного излучения: эмиссионное излучение направляется к детектору через объектив, центральная ось которого совпадает с нормалью к поверхности планарной подложки реакционной ячейки; возбуждающее излучение подводится не через объектив, а под углом к указанной нормали. Дополнительно предложено отраженное от подложки возбуждающее излучение направлять на фотодиоды, таким образом обеспечивая контролируемое регулирование положения фокальной плоскости и мощности источника возбуждающего излучения.

Недостатком этого технического решения является отсутствие обоснования выбора угла падения возбуждающего излучения.

Ближайшим из известных изобретений по технической сущности и назначению является патент № US 7692783 B2. В патенте предложено обеспечивать различное расстояние между параллельными рядами наноразмерных колодцев по осям X и Y для увеличения пространственного разложения спектра сигналов от каждого наноразмерного колодца без их взаимного пересечения на детекторе. Для примера приводятся значения 7,55 и 1,335 мкм соответственно. Недостатком патента является неоптимальное использование площади подложки реакционной ячейки и усложнение технологии ее производства.

Целью предлагаемой группы изобретений является упрощение устройства для одномолекулярного секвенирования ДНК и повышение производительности этого устройства за счет оптимизации плотности расположения наноразмерных колодцев на подложке реакционной ячейки и увеличение отношения сигнал/шум флуоресцентных сигналов, регистрируемых детектором.

Указанная цель достигается за счет создания оптического устройства для одномолекулярного секвенирования ДНК на основе параллельного детектирования флуоресценции в режиме реального времени, которое включает платформу для установки реакционной ячейки, содержащей планарную подложку с множеством наноразмерных колодцев, расположенных параллельными рядами в направлении взаимно перпендикулярных осей X и Y и содержащих реактивы и исследуемые образцы, источник возбуждающего излучения, детектор, блок управления и регистрации и оптическую систему, сконфигурированную для направления возбуждающего излучения от источника возбуждающего излучения на планарную подложку и для проецирования на детекторе спектрально разделенных флуоресцентных излучений от наноразмерных колодцев под углом относительно оси X параллельных рядов наноразмерных колодцев.

В одном из вариантов реализации оптического устройства для одномолекулярного секвенирования ДНК на основе параллельного детектирования флуоресценции в режиме реального времени выбраны равные расстояния между рядами наноразмерных колодцев на планарной подложке по осям X и Y.

В другом варианте реализации оптического устройства для одномолекулярного секвенирования ДНК на основе параллельного детектирования флуоресценции в режиме реального времени расстояния между рядами наноразмерных колодцев на планарной подложке по осям X и Y увеличиваются по мере отдаления от центра планарной подложки.

Также указанная цель достигается за счет создания оптического устройства для одномолекулярного секвенирования ДНК на основе параллельного детектирования флуоресценции в режиме реального времени, которое включает платформу для установки реакционной ячейки, содержащей планарную подложку с множеством наноразмерных колодцев, расположенных параллельными рядами в направлении взаимно перпендикулярных осей X и Y и содержащих реактивы и исследуемые образцы, источник возбуждающего излучения, детектор, оптическую систему, сконфигурированную для направления возбуждающего излучения от источника возбуждающего излучения на планарную подложку под углом Θ = 10-45° относительно поверхности планарной подложки и для проецирования на детекторе спектрально разделенных флуоресцентных излучений от наноразмерных колодцев, и блок управления и регистрации.

В одном из вариантов реализации оптического устройства для одномолекулярного секвенирования ДНК на основе параллельного детектирования флуоресценции в режиме реального времени оптическая система имеет в своем составе блок фотодиодов для регистрации отраженного от планарной подложки возбуждающего излучения.

В другом варианте реализации оптического устройства для одномолекулярного секвенирования ДНК на основе параллельного детектирования флуоресценции в режиме реального времени оптическая система имеет в своем составе систему зеркал, увеличивающих длину оптического пути отраженного возбуждающего излучения от планарной подложки до блока фотодиодов.

В ещё одном из вариантов реализации оптического устройства для одномолекулярного секвенирования ДНК на основе параллельного детектирования флуоресценции в режиме реального времени блок управления и регистрации или часть блока управления и регистрации реализованы в виде компьютера.

Более полное представление о раскрываемом изобретении может быть получено из нижеследующего раздела “Осуществление изобретения” совместно с прилагаемыми чертежами, на которых представлено:

ФИГ. 1 - Блок-схема, отражающая функциональный состав и соединения составных частей предлагаемого устройства;

ФИГ. 2 - Схематическое изображение распространения возбуждающего излучения, отраженного возбуждающего излучения и эмиссионного возбуждения от объектов в наноразмерных колодцах планарной подложки;

ФИГ. 3 - Схематическое изображение оптических систем детектирования без пространственного разделения спектральных каналов эмиссионного излучения (А) и с пространственным разделением (Б) и примеры соответствующих изображений с детектора (справа);

ФИГ. 4 - Схематическое изображение наноразмерных колодцев и пространственно разделенных спектральных каналов эмиссионного излучения, расположенных между наноразмерными колодцами по оси X (А) и под углами относительно оси X (Б и В);

ФИГ. 5 - Углы поворота осей спектрального разложения эмиссионного излучения относительно оси X.

Осуществление изобретения

Далее будут раскрыты некоторые примеры для формирования общего представления о принципах конструкции, функционирования, изготовления и применения устройств, раскрытых в настоящем описании. Несколько примеров проиллюстрированы на прилагаемых чертежах. Специалистам в данной области техники будет понятно, что конкретные устройства, раскрытые в настоящем описании и проиллюстрированные на прилагаемых чертежах, не являются ограничивающими примерами, а также то, что объем настоящего раскрытия определен исключительно формулой изобретения. Отличительные признаки, проиллюстрированные или раскрытые на одном примере, могут быть скомбинированы с отличительными признаками других примеров. Предполагается, что подобные модификации или варианты входят в объем настоящего раскрытия.

В предлагаемом устройстве для одновременного детектирования оптических сигналов флуоресценции в режиме реального времени при секвенировании ДНК использованы технические решения, приведенные на блок-схеме, изображенной на ФИГ. 1.

Предлагаемое устройство имеет в своем составе платформу 1, в которую помещается реакционная ячейка 2, внутри которой располагается планарная подложка 3 с множеством наноразмерных колодцев; источник возбуждающего излучения 4; детектор 5; оптическую систему 6 и блок управления и регистрации 7.

Наноразмерные колодцы расположены параллельными рядами в направлении взаимно перпендикулярных осей X и Y на планарной подложке 3. Согласно одному из вариантов реализации оптического устройства для одномолекулярного секвенирования ДНК на основе параллельного детектирования флуоресценции в режиме реального времени расстояния между рядами наноразмерных колодцев на планарной подложке 3 по осям X и Y являются равными. Согласно другому варианту реализации оптического устройства для одномолекулярного секвенирования ДНК на основе параллельного детектирования флуоресценции в режиме реального времени расстояния между рядами наноразмерных колодцев на планарной подложке 3 по осям X и Y увеличиваются по мере отдаления от центра планарной подложки 3.

Планарная подложка 3 расположена внутри реакционной ячейки 1 таким образом, что при установке на платформу 1 она однозначным образом позиционируется относительно источника возбуждающего излучения 4, детектора 5 и оптической системы 6 по осям X, Y и Z. Конструкция платформы 1 позволяет установить на нее реакционную ячейку 2 таким образом, чтобы обеспечить устойчивость и неподвижность реакционной ячейки 2 относительно платформы 1 при загрузке в устройство и во время работы устройства.

Платформа 1 может быть выполнена подвижной, в этом случае после установки в нее реакционной ячейки 2 она перемещает реакционную ячейку 2 относительно источника возбуждающего излучения 4, детектора 5 и оптической системы 6. Реакционная ячейка 2 может помещаться на платформу 1 с помощью устройства захвата и позиционирования. Платформа 1 и/или устройство захвата и позиционирования может приводиться в движение ручным, полуавтоматическим или автоматическим способом путем получения управляющих команд от блока управления и регистрации 7.

Положение платформы 1 и/или устройства захвата и позиционирования может определяться датчиками, такие как оптопары, при этом сигнал о положении платформы отправляется на блок управления и регистрации 7.

Платформа 1 может вмещать несколько реакционных ячеек, в этом случае она позволяет перемещать указанные реакционные ячейки относительно источника возбуждающего излучения 4, детектора 5 и оптической системы 6 в положения, позволяющие выполнять этапы секвенирования с помощью каждой реакционной ячейки последовательно.

Платформа 1 может иметь в своем составе модуль термостатирования, обеспечивающий поддержание необходимых для проведения этапов секвенирования температур реакционной ячейки 2. Обеспечение температурных режимов может быть реализовано резистивными нагревателями, элементами Пельтье и/или конвективными способами. Температурные режимы обеспечиваются блоком управления и регистрации 7, соединенным двусторонней связью с платформой 1, на основании показателей температурных датчиков, представляющих собой резистивные датчики и/или термопары.

В соответствии с ФИГ. 1 и ФИГ. 2 оптическая система 6 состоит из оптической системы возбуждения 601 и оптической системы детектирования 602. Оптическая система 6 может дополнительно содержать модуль улавливания 603. Элементы оптической системы возбуждения 601, оптической системы детектирования 602 и модуля улавливания 603 могут быть общими для этих систем и модуля. Оптическая система 6, основанная на пропускании возбуждающих и эмиссионных излучений и/или их отражении, включает в себя объектив и ряд дополнительных оптических компонентов, используемых для направления, фильтрации, фокусировки и разделения оптических сигналов. В оптическую систему 6 также могут быть включены оптические фильтры для фильтрации фонового излучения и ограничения спектрального диапазона возбуждающего и/или эмиссионного излучений.

В соответствии с ФИГ. 1 и ФИГ. 2 оптическая система возбуждения 601 направляет возбуждающее излучение 604 от источника возбуждающего излучения 4 на планарную подложку 3. В качестве источника возбуждения 6 могут выступать один или несколько лазеров с длинами волн излучения 488 нм, 633 нм и др. Оптическая система детектирования 602 направляет эмиссионное излучение 605 от объектов в наноразмерных колодцах планарной подложки 3 на детектор 5, при этом, обеспечивая их спектральное разделение клиновидной призмой, дифракционной решеткой, системой клиновидных призм и/или системой дифракционных решеток для пространственного разделения спектрально различных компонентов сигнала и проецирования компонентов сигнала на детекторе 5.

Согласно ФИГ. 2 ось оптического пути возбуждающего излучения 604 от оптической системы возбуждения 601 находится под углом Θ относительно поверхности планарной подложки 3. Угол Θ имеет оптимальное значение, определяемое двумя факторами: (1) необходимостью эффективного возбуждения объектов в наноразмерных колодцах планарной подложки 3, чем ближе значение этого угла к нормали к планарной подложке 3, тем выше эффективность, (2) необходимостью одновременного возбуждения большого числа наноразмерных колодцев с минимальным сопутствующим фоном паразитной люминесценции, возникающей от планарной подложки 3 реакционной ячейки 2 - чем больше значение угла от нормали, тем лучше. Проведенные исследования показали, что существует интервал допустимых углов, при которых удовлетворяются оба фактора, позволяя регистрировать эмиссионное излучение единичных флуоресцентно-меченных нуклеотидов в наноразмерных колодцах с отношением сигнал/шум не менее 2. Этот диапазон углов соответствует значениям от 45° до 80° от нормали к планарной подложке 3, т.е. c углом Θ = 10-45°.

Модуль улавливания 603 предназначен для улавливания отраженного возбуждающего излучения 606, отраженного от планарной подложки 3. Модуль улавливания 603 может иметь в своем составе блок фотодиодов для регистрации отраженного возбуждающего излучения 606, для контролируемого регулирования положения фокальной плоскости и/или для контролируемого регулирования мощности источника возбуждающего излучения 4.

Оптическая система может иметь в своем составе систему зеркал, увеличивающих длину оптического пути отраженного возбуждающего излучения 606 от планарной подложки 3 до блока фотодиодов модуля улавливания 603 для увеличения точности регулирования положения фокальной плоскости.

Модуль улавливания 603 может иметь в своем составе ловушку излучения, позволяющую поглотить отраженное возбуждающее излучение 606 для уменьшения фонового излучения, регистрируемого детектором 5.

Модуль улавливания 603 может иметь в своем составе систему зеркал и/или фильтров, позволяющих разделить отраженное возбуждающее излучение 606 спектрально и/или пространственно на описанные выше ловушку для излучения и/или блок фотодиодов.

Детектор 5 представляет собой матричный детектор, предпочтительно, диодный матричный детектор или устройство с зарядовой связью (CCD, ICCD или EMCCD). В случае таких матричных детекторов может быть желательно, чтобы оптическая система 6 обеспечивала проецирование флуоресценции на детектор 5 в конкретной желаемой конфигурации. На ФИГ. 3 показан наноразмерный колодец, сформированный в слое алюминия планарной подложки 3. В наноразмерном колодце одновременно размещены 4 флуоресцентные метки, характеризующиеся различными спектрами эмиссионного излучения: Cy3, Cy3.5, Cy5, Cy5.5. В оптическую систему детектирования 602, изображенную на ФИГ. 3Б, дополнительно, относительно оптической системы детектирования 602, изображенной на ФИГ. 3А, добавлена система клиновидных призм 607. Это позволило пространственно разделить спектральные каналы эмиссионного возбуждения от 4-х флуоресцентных меток в наноразмерном колодце и различить спектральные каналы монохроматическим детектором 5 (изображение показано на ФИГ. 3Б справа).

Для обеспечения улучшенной статистической оценки данных необходимо проецировать флуоресцентный сигнал в каждом спектральном канале на множестве пикселей детектора 5, превышающих минимальный пороговый уровень. Например, желательно предоставление достаточных данных о сигнале по меньшей мере с 2 пикселей, предпочтительно с 4 пикселей и более.

На ФИГ. 4 приведены изображения спектрально разделенных флуоресцентных излучений от планарной подложки 3 на детекторе 5. В известных изобретениях изображения спектрально разделенных излучений расположены между наноразмерными колодцами по оси X (ФИГ. 4А). В предлагаемом устройстве изображения излучений на детекторе 5 расположены между изображениями наноразмерными колодцами под углами относительно оси X (ФИГ. 4Б и 3В).

Оптимальная величина промежутков между наноразмерными колодцами определяется путем совмещения спектрально разделенных флуоресцентных излучений между наноразмерными колодцами, расположенными согласно ФИГ. 4Б и 4В под углом 45° или 63° (ФИГ. 5) против часовой стрелки. Выбор этих углов осуществляется поворотом планарной подложки 3, элементов оптической системы 6 и/или детектора 5. Предпочтительным является обеспечение направления оси спектрально разделенных эмиссионных излучений от планарной подложки 3 параллельно или перпендикулярно длинного края матрицы детектора 5.

В результате поворота оси спектрального разделения эмиссионных излучений на детекторе располагаются под углом относительно оси X между наноразмерными колодцами в разных рядах.

При реализации угла поворота 45° (ФИГ. 4Б) и при сохранении площади спектрального разделения эмиссионных излучений на детекторе 5 и количества наноразмерных колодцев площадь планарной подложки 3 уменьшается в 1,98 раз, что равнозначно идентичному увеличению производительности устройства.

При реализации угла поворота 63° (ФИГ. 4В) и при сохранении площади спектрального разделения эмиссионных излучений на детекторе 5 и количества наноразмерных колодцев площадь планарной подложки 3 уменьшается в 5 раз.

Блок управления и регистрации 7 соединен двусторонней связью с источником возбуждения 4 и детектором 5 и предназначен для включения источника возбуждения 4 и контроля его работы, а также для управления детектором 5 и выполнения регистрации сигналов флуоресценции, полученных с детектора 5.

На основе обработанных сигналов с детектора 5 блок управления и регистрации 7 может выполнять определение и оптимизацию качества фокусировки изображений, определять координаты Z планарной подложки 3 или элементов оптической системы 6 при оптимальном качестве фокусировки изображения. Для оценки качества фокусировки могут быть использованы экстремальные или локальные экстремальные значения таких параметров, как отношение сигнала изображения к шуму, среднеквадратическое отклонение интенсивностей пикселей в изображении и коэффициент вариации контрастности пикселей. Для оптимизации качества фокусировки изображений могут использоваться данные от блока фотодиодов. Качество фокусировки имеет оптимальное значение в центре планарной подложки 3. Поэтому предложено увеличивать расстояния между рядами наноразмерных колодцев на планарной подложке 3 по осям X и Y по мере отдаления от центра планарной подложки 3.

Согласно одному из вариантов реализации изобретения блок управления и регистрации 7 или часть блока управления и регистрации 7 могут быть реализованы с использованием любой подходящей аппаратной платформы, включая, без ограничений: настольный компьютер; мобильное устройство (например, планшетный компьютер, ноутбук или нетбук); смартфон; или подобное.

Похожие патенты RU2838337C2

название год авторы номер документа
ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ДЕТЕКЦИИ ПРОДУКТОВ АМПЛИФИКАЦИИ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ 2023
  • Каникевич Дмитрий Владимирович
  • Пономарев Владимир Александрович
  • Воробьёв Антон Александрович
RU2809485C1
СИСТЕМА И СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБЪЕКТОВ ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ ПРИ СЕКВЕНИРОВАНИИ ДНК 2021
  • Белов Дмитрий Анатольевич
  • Манойлов Владимир Владимирович
  • Белов Юрий Васильевич
  • Заруцкий Игорь Вячеславович
  • Чубинский-Надеждин Игорь Вадимович
  • Курочкин Владимир Ефимович
RU2786926C1
ОДНОФОТОННЫЙ СПЕКТРОМЕТР 2008
  • Цупрюк Андрий
  • Товкач Иван
  • Гаврилов Дмитрий
  • Гудков Георгий
  • Горфинкель Вера
  • Горбовицкий Борис
  • Гудков Дмитро
RU2486481C2
СПОСОБЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ И ИДЕНТИФИКАЦИИ ЗАКОДИРОВАННЫХ ГРАНУЛ И БИОЛОГИЧЕСКИХ МОЛЕКУЛ 2007
  • Горфинкель Вера
  • Горбовицки Борис
  • Горбовицки Микаил
RU2487169C2
БИОДАТЧИК, СОДЕРЖАЩИЙ ВОЛНОВОД 2014
  • Схлейпен Йоханнес Йозеф Хьюбертина Барбара
  • Вимбергер-Фридль Райнхольд
  • Ван Дер Заг Питер Ян
  • Урбах Хендрик Пауль
  • Саркар Митрадееп
RU2687847C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ЖИДКИХ СРЕД В ПРОЦЕССЕ АМПЛИФИКАЦИИ И/ИЛИ ГИБРИДИЗАЦИИ 2007
  • Афанасьев Владимир Николаевич
  • Афанасьева Гайда Владиславовна
  • Бирюков Сергей Владимирович
  • Белецкий Игорь Петрович
RU2406764C2
ЦИФРОВОЙ ОПТИЧЕСКИЙ БЛОК, УСТРОЙСТВО И СИСТЕМА ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ МИКРООРГАНИЗМОВ В ИССЛЕДУЕМОМ БИОЛОГИЧЕСКОМ ОБРАЗЦЕ 2024
  • Воробьёв Антон Александрович
  • Ширшин Евгений Александрович
  • Рубекина Анна Александровна
  • Якимов Борис Павлович
  • Павлов Олег Олегович
  • Лысухин Даниил Дмитриевич
  • Коноваленко Федор Дмитриевич
RU2825976C1
Способ безметочного одномолекулярного секвенирования ДНК и устройство для его реализации 2017
  • Башкиров Владимир Иванович
  • Григорьев Антон Владимирович
  • Гуторов Михаил Александрович
  • Ильичев Эдуард Анатольевич
  • Колесов Владимир Владимирович
  • Крутовский Константин Валерьевич
  • Мантуров Алексей Олегович
RU2679494C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕСТИРОВАНИЯ И НАСТРОЙКИ СИСТЕМЫ ВИЗУАЛИЗАЦИИ МИКРООБЪЕКТОВ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ 2020
  • Курочкин Владимир Ефимович
  • Васильева Екатерина Кимовна
  • Чубинский-Надеждин Игорь Вадимович
  • Алексеев Яков Игоревич
  • Куликов Юрий Витальевич
RU2752577C1
МНОГОКАНАЛЬНЫЙ КАПИЛЛЯРНЫЙ ГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР 2018
  • Алексеев Яков Игоревич
  • Белов Дмитрий Анатольевич
  • Белов Юрий Васильевич
RU2707949C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 838 337 C2

Реферат патента 2025 года Оптическое устройство для одномолекулярного секвенирования ДНК на основе параллельного детектирования флуоресценции в режиме реального времени

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и касается оптического устройства для одномолекулярного секвенирования ДНК на основе параллельного детектирования флуоресценции в режиме реального времени. Устройство содержит платформу для установки реакционной ячейки, содержащей планарную подложку с множеством наноразмерных колодцев, источник возбуждающего излучения, детектор, оптическую систему и блок управления и регистрации. Наноразмерные колодцы содержат реактивы и исследуемые образцы и расположены на планарной подложке реакционной ячейки параллельными рядами в направлении взаимно перпендикулярных осей X и Y. Оптическая система направляет возбуждающее излучение от источника возбуждающего излучения на планарную подложку, а также проецирует на детекторе спектрально разделенные флуоресцентные излучения от наноразмерных колодцев под углом относительно оси X параллельных рядов наноразмерных колодцев, а также обеспечивает угол Θ = 10-45° между осью оптического пути возбуждающего излучения и поверхностью планарной подложки. Технический результат заключается в упрощении устройства, повышении производительности и отношения сигнал/шум флуоресцентных сигналов, регистрируемых детектором. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула изобретения RU 2 838 337 C2

1. Оптическое устройство для одномолекулярного секвенирования ДНК на основе параллельного детектирования флуоресценции в режиме реального времени, включающее:

платформу для установки реакционной ячейки, содержащей планарную подложку с множеством наноразмерных колодцев, расположенных параллельными рядами в направлении взаимно перпендикулярных осей X и Y и содержащих реактивы и исследуемые образцы;

источник возбуждающего излучения;

детектор;

оптическую систему, сконфигурированную для направления возбуждающего излучения от источника возбуждающего излучения на планарную подложку и для проецирования на детекторе спектрально разделенных флуоресцентных излучений от наноразмерных колодцев;

блок управления и регистрации;

отличающееся тем, что на детекторе спектрально разделенные флуоресцентные излучения проецируются под углом относительно оси X параллельных рядов наноразмерных колодцев.

2. Устройство по п. 1, в котором выбраны равные расстояния между рядами наноразмерных колодцев на планарной подложке по осям X и Y.

3. Устройство по п. 1, в котором расстояния между рядами наноразмерных колодцев на планарной подложке по осям X и Y увеличиваются по мере отдаления от центра планарной подложки.

4. Оптическое устройство для одномолекулярного секвенирования ДНК на основе параллельного детектирования флуоресценции в режиме реального времени, включающее:

платформу для установки реакционной ячейки, содержащей планарную подложку с множеством наноразмерных колодцев, расположенных параллельными рядами в направлении взаимно перпендикулярных осей X и Y и содержащих реактивы и исследуемые образцы;

источник возбуждающего излучения;

детектор;

оптическую систему, сконфигурированную для направления возбуждающего излучения от источника возбуждающего излучения на планарную подложку и для проецирования на детекторе спектрально разделенных флуоресцентных излучений от наноразмерных колодцев;

блок управления и регистрации;

отличающееся тем, что ось оптического пути возбуждающего излучения находится под углом Θ относительно поверхности планарной подложки: Θ = 10-45°.

5. Устройство по п. 4, в котором оптическая система имеет в своем составе блок фотодиодов для регистрации отраженного от планарной подложки возбуждающего излучения.

6. Устройство по п. 4, в котором оптическая система имеет в своем составе систему зеркал, увеличивающих длину оптического пути отраженного возбуждающего излучения от планарной подложки до блока фотодиодов.

7. Устройство по пп. 1 и 4, в котором блок управления и регистрации или часть блока управления и регистрации реализованы в виде компьютера.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2025 года RU2838337C2

US 7692783 B2, 06.04.2010
US 9359641 B2, 07.06.2016
УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕКВЕНИРОВАНИЯ ДНК НА ОСНОВЕ КОНЦЕНТРАЦИИ 2018
  • Ель-Соккары, Мохамед Мохамед Адель
RU2806069C2
СИСТЕМА И СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБЪЕКТОВ ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ ПРИ СЕКВЕНИРОВАНИИ ДНК 2021
  • Белов Дмитрий Анатольевич
  • Манойлов Владимир Владимирович
  • Белов Юрий Васильевич
  • Заруцкий Игорь Вячеславович
  • Чубинский-Надеждин Игорь Вадимович
  • Курочкин Владимир Ефимович
RU2786926C1

RU 2 838 337 C2

Авторы

Мелентьев Павел Николаевич

Балыкин Виктор Иванович

Калмыков Алексей Сергеевич

Гритченко Антон Сергеевич

Белов Дмитрий Анатольевич

Белов Юрий Васильевич

Евстрапов Анатолий Александрович

Букатин Антон Сергеевич

Даты

2025-04-14Публикация

2024-12-02Подача