用于大分析物陣列的圖像捕獲的制作方法
【專利說明】用于大分析物陣列的圖像捕獲
[0001] 相關(guān)申請的交互參照
[0002] 本申請要求享有標(biāo)題為"用于大分析物陣列的圖像捕獲"且于2012年10月17日 提交的美國臨時專利申請?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日提交的美國臨時專利申請?zhí)?1/815, 456的優(yōu)先權(quán)。每一優(yōu)先權(quán)申請為了 所有的目的通過參照全部并入本文中。
【背景技術(shù)】
[0003] 在生化實驗室中進(jìn)行的許多過程涉及對分布在二維區(qū)域上的多個樣品或物質(zhì)的 分析。這些過程的實例是在物質(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)律地彼此間隔開的點(diǎn)而被應(yīng)用在固體表面上。另外的實例 是板型電泳凝膠，其中已進(jìn)行多個平行樣品的二維電泳分離或一維分離。更另外的實例是 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。對于熟練的生物化學(xué)家 而言，很容易得到其它實例。在所有的這些實例中，對二維陣列中各位點(diǎn)的檢測和分析經(jīng)常 通過與每個位點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的光能實現(xiàn)，并且可以簡單地由測定是否存在特定物種組成，或者 也可以包括在絕對基礎(chǔ)上的或者作為不同位點(diǎn)間的對比的定量測定。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 通過熒光、化學(xué)發(fā)光或生物發(fā)光被檢測。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，例如在長度、寬度或二者中超過 大約5cm、10cm、2〇Cm或者甚至30cm。在范圍方面，長度、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，可以期望分析單個條、兩個或少于全部條的多個條，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，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)離陣列放置的一個結(jié)果是較少的光被捕獲。通過將照相機(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)致整個裝置耗費(fèi)實驗室內(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)行無畸變成像，但這些分析物實際上是可以在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 為整個分析物陣列的圖像而得以實現(xiàn)。可替換地，可通過利用光敏元件的薄膜陣列來獲得 整個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，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。可以相對于支撐基質(zhì)移動或重新定位一個或多 個所述圖像傳感器，以獲取多個子圖像。當(dāng)將形成單幅圖像時，可通過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處理電路 組合在一起實現(xiàn)，所述薄膜尋址和信號處理電路訪問每個光敏元件并且將由每個元件累積 的能量引導(dǎo)至圖像存儲器或顯示設(shè)備，在那里根據(jù)每個元件相對于陣列的位置而被儲存或 顯示以形成圖像?？梢栽趫D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)分析物陣列濕潤時可能發(fā)生的損壞。
[0006] 本文提供了 一種分析多個分析物的方法，所述分析物是可通過光發(fā)射檢測的且被 設(shè)置在二維陣列中。所述陣列被其長度、寬度或長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)放置在檢測器的5cm范圍內(nèi)。所述檢測器可以 是：（1)多個固態(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基質(zhì)，并且計算機(jī) 根據(jù)所述圖像傳感器在傳感器陣列中的位置對每個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 整體上通過檢測器產(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)圖像對所述分析物進(jìn)行分析。
[0008] 在所述方法的一些實施例中，整體上產(chǎn)生所述平面基質(zhì)圖像包括應(yīng)用平場校正來 補(bǔ)償或消除所述不規(guī)則。
[0009] 在所述方法的一些實施例中，所述平面基質(zhì)是板型凝膠，并且通過分析物在凝膠 內(nèi)的電泳分離來產(chǎn)生所述二維陣列。在其它的實施例中，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，通過分析物在所述凝膠內(nèi)的電泳分離而 產(chǎn)生多個帶。
[0010] 在所述方法的一些實施例中，所述檢測器包括多個固態(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基質(zhì)，以及計算機(jī)，所述計算機(jī)用于根據(jù)所述圖像傳 感器在傳感器陣列中的位置對在每個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，并且所述計算機(jī)包括計算機(jī)可讀指令，用于對準(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施例中，所述檢測器包括多個光敏元件，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)存儲介質(zhì)，所述數(shù)據(jù)存儲介質(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效應(yīng)晶體管。
[0012] 在一些實施例中，所述檢測器限定了一個平檢測表面，并且所述方法還包括在分 析所述分析物之前產(chǎn)生每個子圖像的暗信號模式并且從所述平面基質(zhì)圖像中減去所述暗 信號模式。在一些實施例中，所述檢測器限定了一個平檢測表面，并且所述方法還包括沿著 所述平檢測表面在選定的位點(diǎn)處測量溫度以確定溫度模式，產(chǎn)生代表所述溫度模式的暗信 號模式，并且從所述平面基質(zhì)圖像中減去所述暗信號模式。
[0013] 在所述方法的一些實施例中，所述檢測器由像素組成，并且通過將光從所述平面 基質(zhì)通過光管陣列至所述檢測器而產(chǎn)生所述平面基質(zhì)圖像，從而使每個光管將光引導(dǎo)至單 個像素。
[0014] 在所述方法的一些實施例中，在所述平面基質(zhì)和所述檢測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分析物的另外方法，所述分析物是可通過光發(fā)射檢測 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 包括一個或多個移動式固態(tài)圖像傳感器的檢測器的5cm范圍內(nèi)；相對于所述平面基質(zhì)移動 所述圖像傳感器并且獲取所述平面基質(zhì)的多個子圖像；當(dāng)獲取了所述子圖像時，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)的一個完整圖像；并且利用所 述平面基質(zhì)的完整圖像對所述分析物進(jìn)行分析。
[0016] 在所述另外的方法的一些實施例中，所述平面基質(zhì)的長度、寬度或長度和寬度具 有大約3cm的最小值。在一些實施例中，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