用于大分析物陣列的圖像捕獲的制作方法
【專利說(shuō)明】用于大分析物陣列的圖像捕獲
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交互參照
[0002] 本申請(qǐng)要求享有標(biāo)題為"用于大分析物陣列的圖像捕獲"且于2012年10月17日 提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/715, 103以及標(biāo)題為"用于大分析物陣列的圖像捕獲"且于 2013年4月24日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/815, 456的優(yōu)先權(quán)。每一優(yōu)先權(quán)申請(qǐng)為了 所有的目的通過(guò)參照全部并入本文中。
【背景技術(shù)】
[0003] 在生化實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的許多過(guò)程涉及對(duì)分布在二維區(qū)域上的多個(gè)樣品或物質(zhì)的 分析。這些過(guò)程的實(shí)例是在物質(zhì)上進(jìn)行的篩選研宄，物質(zhì)被放置在諸如標(biāo)準(zhǔn)96孔微量滴定 板的多孔板或更大板的各個(gè)孔內(nèi)，或者是在分子物種上進(jìn)行的篩選研宄，物種作為微觀尺 寸的或較大的液滴或者作為有規(guī)律地彼此間隔開(kāi)的點(diǎn)而被應(yīng)用在固體表面上。另外的實(shí)例 是板型電泳凝膠，其中已進(jìn)行多個(gè)平行樣品的二維電泳分離或一維分離。更另外的實(shí)例是 印跡膜，點(diǎn)或帶形式的電泳分離物種已從平板凝膠轉(zhuǎn)移至印跡膜。對(duì)于熟練的生物化學(xué)家 而言，很容易得到其它實(shí)例。在所有的這些實(shí)例中，對(duì)二維陣列中各位點(diǎn)的檢測(cè)和分析經(jīng)常 通過(guò)與每個(gè)位點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的光能實(shí)現(xiàn)，并且可以簡(jiǎn)單地由測(cè)定是否存在特定物種組成，或者 也可以包括在絕對(duì)基礎(chǔ)上的或者作為不同位點(diǎn)間的對(duì)比的定量測(cè)定。光能可以是透射的、 吸收的、反射的，或者由物質(zhì)本身在位點(diǎn)處產(chǎn)生。例如，一旦物種在整個(gè)二維陣列被分離，則 作為物種在位點(diǎn)處的內(nèi)在特征或者作為物種的處理結(jié)果，電泳凝膠或印跡膜中的物種通常 通過(guò)熒光、化學(xué)發(fā)光或生物發(fā)光被檢測(cè)。所述處理可以包括其中能量發(fā)射標(biāo)記物被附接到 物種的鍵合反應(yīng)，或者利用激發(fā)能量照射物種或者標(biāo)記物，這將使它們大多數(shù)經(jīng)常在不同 的波長(zhǎng)處發(fā)射光能。
[0004] 二維陣列或者支撐陣列的平面基質(zhì)可以相當(dāng)大，例如在長(zhǎng)度、寬度或二者中超過(guò) 大約5cm、10cm、2〇Cm或者甚至30cm。在范圍方面，長(zhǎng)度、寬度或者二者可以例如為從大約 3cm到大約100cm，從大約10cm到大約75cm，從大約5cm到大約50cm，或者從大約5cm到大 約25cm。在一些情況下，大的二維陣列被分為許多窄條，以進(jìn)行獨(dú)立的分析。在這些情況 下，可以期望分析單個(gè)條、兩個(gè)或少于全部條的多個(gè)條，或者陣列的全部條。當(dāng)由包括數(shù)字 照相機(jī)的照相機(jī)拍攝這些圖像中的任何圖像時(shí)，陣列大到足以需要將照相機(jī)放置到離陣列 相當(dāng)大的距離處。將照相機(jī)遠(yuǎn)離陣列放置的一個(gè)結(jié)果是較少的光被捕獲。通過(guò)將照相機(jī)或 圖像獲取裝置更接近陣列放置，可捕獲更多的光，但這經(jīng)常需要使用多個(gè)透鏡和其它光學(xué) 部件以獲得完整圖像。一些透鏡使圖像畸變，并且?guī)缀畏直媛士梢跃哂杏邢薜馁|(zhì)量。強(qiáng)度 下降進(jìn)一步使圖像畸變。通常用于在生物化學(xué)應(yīng)用中成像的一類照相機(jī)是電荷耦合器件 (CCD)照相機(jī)，但是即使采用這種照相機(jī)及其透鏡和其它光學(xué)部件，傳感器也必須被很好地 放置在物體平面上方，導(dǎo)致整個(gè)裝置耗費(fèi)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的大量空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，分布在橫向尺寸太大的平面陣列內(nèi)的分析物不能采用距離陣列小于大 約5cm的照相機(jī)進(jìn)行無(wú)畸變成像，但這些分析物實(shí)際上是可以在5cm或更小的距離處被準(zhǔn) 確地成像的。這可以通過(guò)形成分析物陣列的段的子圖像且利用圖像拼接技術(shù)將子圖像組合 為整個(gè)分析物陣列的圖像而得以實(shí)現(xiàn)?？商鎿Q地，可通過(guò)利用光敏元件的薄膜陣列來(lái)獲得 整個(gè)分析物陣列的單幅圖像。待成像的物體可以是分析物陣列本身或者分析物陣列所處的 平面區(qū)域，且所述平面區(qū)域典型地延伸超出分析物陣列的末端。所述平面區(qū)域可以是用于 分析物陣列的平面支撐基質(zhì)，并且所述基質(zhì)可以是多孔板、凝膠、印跡膜或者其上已分布有 陣列的任何表面。當(dāng)使用分析物陣列或支撐平面基質(zhì)的段的子圖像時(shí)，可以由設(shè)置在二維 陣列中的固態(tài)圖像傳感器形成所述子圖像。可以相對(duì)于支撐基質(zhì)移動(dòng)或重新定位一個(gè)或多 個(gè)所述圖像傳感器，以獲取多個(gè)子圖像。當(dāng)將形成單幅圖像時(shí)，可通過(guò)與分析物陣列或平面 基質(zhì)同延的（coextensive)或者更大的光敏元件的薄膜陣列與薄膜尋址和信號(hào)處理電路 組合在一起實(shí)現(xiàn)，所述薄膜尋址和信號(hào)處理電路訪問(wèn)每個(gè)光敏元件并且將由每個(gè)元件累積 的能量引導(dǎo)至圖像存儲(chǔ)器或顯示設(shè)備，在那里根據(jù)每個(gè)元件相對(duì)于陣列的位置而被儲(chǔ)存或 顯示以形成圖像。可以在圖像傳感器或薄膜陣列和分析物陣列之間放置諸如纖維光學(xué)面板 或纖維光錐的透明面板。所述透明面板可以提供對(duì)分析物陣列的機(jī)械支撐，并防止圖像傳 感器或薄膜陣列受損壞，諸如當(dāng)分析物陣列濕潤(rùn)時(shí)可能發(fā)生的損壞。
[0006] 本文提供了 一種分析多個(gè)分析物的方法，所述分析物是可通過(guò)光發(fā)射檢測(cè)的且被 設(shè)置在二維陣列中。所述陣列被其長(zhǎng)度、寬度或長(zhǎng)度和寬度兩者具有大約3cm最小值的平 面基質(zhì)支撐。所述方法包括將所述平面基質(zhì)放置在檢測(cè)器的5cm范圍內(nèi)。所述檢測(cè)器可以 是：（1)多個(gè)固態(tài)圖像傳感器，所述固態(tài)圖像傳感器被設(shè)置在傳感器陣列中且每個(gè)所述傳 感器被定位以形成一段基質(zhì)的子圖像，從而使得這些段共同地覆蓋整個(gè)基質(zhì)，并且計(jì)算機(jī) 根據(jù)所述圖像傳感器在傳感器陣列中的位置對(duì)每個(gè)所述圖像傳感器處形成的子圖像進(jìn)行 組裝以形成所述平面基質(zhì)的圖像，所述圖像整體上作為所述子圖像的合成物；或者（2)多 個(gè)光敏元件，被設(shè)置在至少基本上與所述基質(zhì)同延的陣列中，薄膜尋址電路控制光敏元件 累積能量并且控制從所述光敏元件釋放能量，以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)將從所述光敏元件釋放的 能量與所述平面基質(zhì)上的位點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)，并且整體上從如此釋放的能量形成所述平面基質(zhì) 的圖像。
[0007] 所述方法也包括：以補(bǔ)償或消除跨越平面基質(zhì)圖像的光強(qiáng)中的任何不規(guī)則的方式 整體上通過(guò)檢測(cè)器產(chǎn)生平面基質(zhì)圖像，所述平面基質(zhì)圖像不代表二維的分析物陣列；并且 從如此生成的平面基質(zhì)圖像對(duì)所述分析物進(jìn)行分析。
[0008] 在所述方法的一些實(shí)施例中，整體上產(chǎn)生所述平面基質(zhì)圖像包括應(yīng)用平場(chǎng)校正來(lái) 補(bǔ)償或消除所述不規(guī)則。
[0009] 在所述方法的一些實(shí)施例中，所述平面基質(zhì)是板型凝膠，并且通過(guò)分析物在凝膠 內(nèi)的電泳分離來(lái)產(chǎn)生所述二維陣列。在其它的實(shí)施例中，所述平面基質(zhì)是印跡膜，且所述二 維陣列是從板型凝膠轉(zhuǎn)移到印跡膜的溶質(zhì)帶陣列，通過(guò)分析物在所述凝膠內(nèi)的電泳分離而 產(chǎn)生多個(gè)帶。
[0010] 在所述方法的一些實(shí)施例中，所述檢測(cè)器包括多個(gè)固態(tài)圖像傳感器，所述固態(tài)圖 像傳感器被設(shè)置在傳感器陣列中且每個(gè)所述固態(tài)圖像傳感器被定位以形成一段基質(zhì)的子 圖像，從而使得這些段共同地覆蓋整個(gè)基質(zhì)，以及計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)用于根據(jù)所述圖像傳 感器在傳感器陣列中的位置對(duì)在每個(gè)所述圖像傳感器處形成的子圖像進(jìn)行組裝以形成所 述平面基質(zhì)的圖像，所述圖像整體上作為所述子圖像的合成物。在一種這樣的實(shí)施例中，所 述固態(tài)圖像傳感器是CCD或CMOS傳感器，并且所述計(jì)算機(jī)包括計(jì)算機(jī)可讀指令，用于對(duì)準(zhǔn) 所述子圖像、用于校準(zhǔn)所述子圖像并且用于合并相鄰子圖像之間的重疊區(qū)域。
[0011] 在所述方法的其它實(shí)施例中，所述檢測(cè)器包括多個(gè)光敏元件，所述光敏元件被設(shè) 置在至少基本上與所述基質(zhì)同延的陣列中，薄膜尋址電路，所述薄膜尋址電路控制所述光 敏元件累積能量并控制從所述光敏元件釋放能量，以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì) 將從所述光敏元件釋放的能量與所述平面基質(zhì)上的位點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)，并且整體上從如此釋放 的能量形成所述平面基質(zhì)的圖像。在一種這樣的實(shí)施例中，所述光敏元件是光電二極管，并 且所述薄膜尋址電路包括薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
[0012] 在一些實(shí)施例中，所述檢測(cè)器限定了一個(gè)平檢測(cè)表面，并且所述方法還包括在分 析所述分析物之前產(chǎn)生每個(gè)子圖像的暗信號(hào)模式并且從所述平面基質(zhì)圖像中減去所述暗 信號(hào)模式。在一些實(shí)施例中，所述檢測(cè)器限定了一個(gè)平檢測(cè)表面，并且所述方法還包括沿著 所述平檢測(cè)表面在選定的位點(diǎn)處測(cè)量溫度以確定溫度模式，產(chǎn)生代表所述溫度模式的暗信 號(hào)模式，并且從所述平面基質(zhì)圖像中減去所述暗信號(hào)模式。
[0013] 在所述方法的一些實(shí)施例中，所述檢測(cè)器由像素組成，并且通過(guò)將光從所述平面 基質(zhì)通過(guò)光管陣列至所述檢測(cè)器而產(chǎn)生所述平面基質(zhì)圖像，從而使每個(gè)光管將光引導(dǎo)至單 個(gè)像素。
[0014] 在所述方法的一些實(shí)施例中，在所述平面基質(zhì)和所述檢測(cè)器之間放置透明面板。 所述透明面板可以是例如光纖面板或光纖錐。在一些這樣的實(shí)施例中，所述透明面板的最 大厚度是大約〇? 1、1、2、5、10、20或50mm。
[0015] 也提供了一種用于分析多個(gè)分析物的另外方法，所述分析物是可通過(guò)光發(fā)射檢測(cè) 的且被設(shè)置在由平面基質(zhì)支撐的二維分析物陣列中。該方法包括：將所述平面基質(zhì)放置在 包括一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)式固態(tài)圖像傳感器的檢測(cè)器的5cm范圍內(nèi)；相對(duì)于所述平面基質(zhì)移動(dòng) 所述圖像傳感器并且獲取所述平面基質(zhì)的多個(gè)子圖像；當(dāng)獲取了所述子圖像時(shí)，根據(jù)由所 述圖像傳感器占據(jù)的位置將所述子圖像組裝成所述平面基質(zhì)的一個(gè)完整圖像；并且利用所 述平面基質(zhì)的完整圖像對(duì)所述分析物進(jìn)行分析。
[0016] 在所述另外的方法的一些實(shí)施例中，所述平面基質(zhì)的長(zhǎng)度、寬度或長(zhǎng)度和寬度具 有大約3cm的最小值。在一些實(shí)施例中，組裝包括將所述子圖像中的至少兩幅拼接在一起。 在一些實(shí)施例中，組裝包括將由同一圖像傳感器獲取的子圖像并置。
[0017] 另外的方法也可以包括補(bǔ)償或消除跨越所述平面基質(zhì)的整個(gè)圖像的光強(qiáng)中的任 何不規(guī)則的步驟，在那里，所述不規(guī)則