專利名稱：：多通道生物分離系統(tǒng)中的光學檢測的制作方法
背景技術(shù)：
：本申請?zhí)岢鱿碛?001年1月26日申請的美國臨時申請第60/264,553號的優(yōu)先權(quán)。1.交義參考本申請與同時在2002年1月28日在美國申請的專利申請“多通道生物分離盒(Multi-ChannelBio-SeparationCartridge)”(AttorneyDocketNo.1031/208)相關，該專利申請轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人BioCalTechnologyInc.，其全文可供參照。2.發(fā)明領域本發(fā)明涉及一種生物分析(bio-analysis)的檢測技術(shù)，具體涉及用于多通道生物分離系統(tǒng)(multi-channelbio-8eparationsystem)的光學檢測，特別是涉及對在基于多通道毛細管的電泳中由于輻射光激勵(radiationexcitations)的放射光檢測。本發(fā)明還涉及體現(xiàn)本發(fā)明的檢測方案的生物分離儀器。3.相關技術(shù)說明生物分析，如DNA分析，已經(jīng)由追求正確的純科學研究，快速過渡到的一種保證可靠性的例行操作程序。醫(yī)學研究者、藥理學家以及法醫(yī)他們的工作時都采用DNA分析，但是由于能夠檢測與測量DNA試樣的儀器相當復雜，且試樣(sample)制備不易，使得已有的DNA分析通常耗時價高，因此希望縮小設備的尺寸、減少所用零件數(shù)目以及設備的成本，以使處理過程試樣操縱更為簡化，簡單地說，需要有簡化的、低成本、高靈敏度(sensitivity)的檢測器。有一種DNA分析儀器可以利用電泳(electrophoresis)來分離DNA分子。電泳技術(shù)可以用于為包括人身份驗證、表現(xiàn)分析、病原體檢驗、突變檢驗以及藥物遺傳學等的遺傳基因應用而分離DNA碎片。電泳一詞是指帶電分子受到電場的影響所產(chǎn)生的移動。電泳可以用于分離具有相同荷質(zhì)比(charge-to-mass)但有不同質(zhì)量的分子，DNA碎片就是這種分子的一例。目前市場上有許多利用電泳來分離DNA試樣的儀器，其中有一種類型是多通道平片凝膠電泳(multi-laneslabgelelectrophoresis)儀器，一如其名，是將DNA試樣放在有凝膠的平片上。在平片上施加電荷，使DNA試樣分離成不同質(zhì)量的DNA碎片。另一種類型的電泳儀器是毛細管電泳(capillaryelectrophoresis，CE)儀器。CE(毛細管電泳)涉及一族在細孔的毛細管(其內(nèi)徑約在20-100μm)內(nèi)利用很強的電場分離分子的分析技術(shù)。無論是在產(chǎn)業(yè)或是純研究領域，毛細管電泳都有著無可限量的應用潛力。基于凝膠和聚合物網(wǎng)狀物的CE對核酸研究是革命性的，其應用包括DNA定序(DNAsequencing)、核甙酸定量分析(nucleotidequantification)、以及突變/多形(mutation/polymorphism)分析。通過在帶有緩沖溶液的熔凝石英(fusedsilica)毛細管柱內(nèi)利用電泳，與平片凝膠電泳方法相比較，試樣量明顯減小，分離速度與解析度可以增加多倍。在從已經(jīng)標記有螢光材料試樣分離出的成分處，通過將光導引通過毛細管內(nèi)壁，并檢測由入射光引起的放射螢光，以檢測在CE中的這些DNA碎片。放射螢光的強度就了代表成分的濃度、數(shù)量和/或尺寸。在設計基于毛細管電泳的儀器以及毛細管電泳分析草案時遇到的問題涉及試樣檢測技術(shù)。在螢光檢測的情況下，已經(jīng)對例如輻射光源(radiationsource)、光學檢測、檢測靈敏度和檢測可靠性、光學檢測裝置結(jié)構(gòu)的成本和可靠性提出重要的設計設想。結(jié)合利用螢光的“毛細管電泳”的方法對于DNA分析提供高靈敏度。因為與其它檢測方法相比較，具有優(yōu)異的靈敏度，所以螢光檢測是一種在基因組(genomics)以及蛋白質(zhì)領域可選擇的常用的檢測方法。最常使用的兩種螢光檢測模式涉及由共焦掃描激光引起的螢光的檢測器(confocalscanninglaserinducedfluorescence，LIF)以及外層流檢測器(sheathflowdetector)。外層流檢測器(sheathflowdetector)的主要缺點是需要非常復雜的流動系統(tǒng)，以保證可靠的外層流(sheathflow)。為了滿足終端用戶對于強固性的需要，對光學與機械元件的公差提出嚴格要求。裝置的靈敏度高，但這種螢光檢測的原理明顯不適合于高處理量低成本DNA分析的要求。共焦掃描檢測器基于一種光學掃描系統(tǒng)。當考慮儀器要簡單、強固和低成本時，使用移動部件不是理想的。另外，顯微鏡的近焦距(shallowfocallength)對光學與機械元件的公差提出嚴格要求。此外，光掃描原理降低每個毛細管的占空度(dutycycle)，當為了非常高處理量進一步增大儀器時這可能有損精密度。一般說來，對于很多市場上的CE儀器最昂貴的硬件是激勵螢光的光源，其可以是氣體放電燈(水銀燈或氙燈)或是激光器(氣態(tài)、固態(tài)激光器，產(chǎn)生二次諧波，染料激光器或半導體激光器)，它們都體積大、成本高昂、效率低、而且也不容易將其光輸出的導入光纖，因此妨礙光學檢測系統(tǒng)的最小化。這些光源妨礙研制用于便于快速檢測所需的尺寸小、高處理量、高效低成本的分析儀器。利用填充凝膠的毛細管分離DNA碎片在速度及解析度方面，優(yōu)于傳統(tǒng)的基于平片凝膠。而目前市場上最多可用的毛細管電泳儀器只具有一個毛細管，一次只能分析一個試樣。在商用利用平片凝膠系統(tǒng)的自動DNA程序裝置(例如AppliedBioSystems377儀器)能同時分析36個試樣。為了基于毛細管電泳的DNA碎片分析儀器在處理量方面更有競爭力，必須開發(fā)一次可以操作多個試樣的儀器。DNA碎片分析儀器(例如BeckmanCoulter公司所生產(chǎn)的PACE500LIF、PACEMDQLIF)中涉及的原理，利用單一毛細管的儀器可以擴展到多毛細管系統(tǒng)。然而，多毛細管DNA碎片分析器(例如八個毛細管的BeckmanCoulter的CEQTM2000XL儀器)的設計比傳統(tǒng)式的基于平片凝膠的系統(tǒng)明顯昂貴、而且復雜。市場上可用的其它多毛細管電泳儀器包括由ABI、SpectruMedix、Pharmecia開發(fā)的儀器，其有著同樣的缺點。另一種螢光檢測方法是同時照射多個毛細管的內(nèi)含物，并且收集從其中放射光。在美國專利第5,790,727號中，多毛細管平行陣列形成一光波導(opticalwaveguide)，其中在圓柱形表面處產(chǎn)生的折射將在陣列平面導引的照射光限制到陣列中每個鄰近毛細管的中心。然而，由于僅采用單一照明光源，因此由毛細管限定的不同分離通道之間有串擾。由于散射光存在，不可能防止串擾，并且由于放射螢光中的噪聲，檢測信號的對比率將惡化。此外，在先技術(shù)的用于多通道的單一照明光源使得多波長(multi-wavelengthLIF)檢測變得更復雜。因此，希望開發(fā)出一種用于生化分離的低成本、高處理量多通道檢測方案，其能克服在先技術(shù)的局限性。發(fā)明概述本發(fā)明提供一種克服在先技術(shù)缺點的用于生物分離(例如CE)的簡單、低成本、高效率、高靈敏度、高處理量多通道檢測裝置。本發(fā)明提供一種基于多光源/共用檢測器配置的多通道檢測方案，其中對于各通道以時分交錯(timestaggered)和/或時分多路轉(zhuǎn)換(timemultiplex)方式進行檢測。在單一檢測器/多光源配置中將單一檢測器耦合到多個光源。每一光源將光導引到單一分離通道的檢測區(qū)，以及應用單一檢測器檢測從幾個分離通道的檢測區(qū)的放射光。在整個檢測系統(tǒng)中可以有一個以上的檢測器，每個檢測器供多個光源使用?？梢酝瑫r對于光源以時分交錯(timestaggered)/時分多路轉(zhuǎn)換(timemultiplex)方式在所有通道中平行進行生物分離。多個光源按預定順序以周期循環(huán)方式將光導引到檢測器，利用一個控制器使檢測器輸出與光源同步。檢測器與光源時以分多路轉(zhuǎn)換方式同步產(chǎn)生脈沖。該控制器控制檢測器與光源以一種預定檢測周期的方式有效檢測來自多分離通道的放射光，其中，以一頻率重復每個檢測周期，以保證預期的檢測時間或持續(xù)時間?？刂破骺刂乒庠磁c檢測器，以沿各分離通道的檢測區(qū)重復掃描進行檢測的方式，實現(xiàn)分時交錯類型檢測。根據(jù)本發(fā)明，各通道間的串擾(cross-talk)實際上可以降到最低。且不需使用移動元件導引光源或進行檢測。在一個實施例中，可以采用低成本的發(fā)光二極管(LED)(例如超高亮度LED)或激光二極管光作為源，取代昂貴的高功率激光器?？梢詫碜怨庠吹娜肷涔饫霉饫w(opticfiber)分別導引到多通道檢測區(qū)?？梢詫碜远嗤ǖ罊z測區(qū)的放射光利用光纖傳至一個或多個共用檢測器。由于不需要移動元件，減少元件數(shù)目。通過消除或降低通道間的串擾，可以簡化光學檢測系統(tǒng)的設計。因此了降低成本、改進可靠度并易于使用該儀器。在本發(fā)明的一個特定實施例中，配置本發(fā)明的檢測方案用于在多通道生物分離儀器中進行由輻射光引起的螢光的檢測(radiationinducedfluorescencedetection)。根據(jù)另一個的實施例，配置檢測方案用于在毛細管電泳儀器中進行由輻射光引起的螢光的檢測。按本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明提供一種體現(xiàn)本發(fā)明檢測方案的生物分離儀器。附圖簡單說明為了完整地了解本發(fā)明的特性與優(yōu)點，以及優(yōu)選的使用模式，參照接下來的詳細說明與相關附圖，在各附圖中以相同的數(shù)字標明相同或相似的零件。圖1為表示體現(xiàn)本發(fā)明光學檢測構(gòu)思的多通道生物分離系統(tǒng)。圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例表示體現(xiàn)本發(fā)明光學檢測方案的多通道毛細管電泳系統(tǒng)的透視圖。圖3為表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的與毛細管盒相關的光學檢測裝置的簡化視圖。圖4為一用于入射光和放射光檢測系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的方塊圖。圖5為表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的輻射光源按時分多路轉(zhuǎn)換產(chǎn)生脈沖的時序圖。優(yōu)選實施例的詳細說明以下參照各種實施例與參照附圖來敘述本發(fā)明，雖然按照實現(xiàn)本發(fā)明目的最佳模式說明本發(fā)明，不過本領域技術(shù)人員可認識到，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思或范圍的情況下，可以根據(jù)這些論述實現(xiàn)各種變化方案。本發(fā)明涉及一種新穎的檢測裝置，其中多個光源發(fā)出激勵光以時分多路轉(zhuǎn)換方式通過各光纖引向多個液體試樣中的各自液體試樣；在與光傳送到試樣的時間相對應的不同的時間點，響應于激勵光在每個液體試樣中產(chǎn)生螢光，將來自單一試樣的螢光傳送到檢測器，檢測器便輸出與檢測的螢光強度成比例的信號。將單一檢測器用于檢測來自多個發(fā)光器件的光為了說明本發(fā)明的原理，而不是限定本發(fā)明，通過參照關于CE、輻射光引起的螢光及多個分離通道的實施例說明本發(fā)明。應理解，本發(fā)明的范圍并不局限于放射螢光類型的檢測，也可以應用于其它類型的發(fā)光，例如如磷光(phosphorescence)、冷光(luminescence)以及化學冷光(chemiluminescence)。當討論電泳和輻射光引起的螢光時，電泳和輻射光引起的螢光的機理在本發(fā)明范圍之外。為了說明的完整性，參照圖1和圖2簡單描繪參照多通道毛細管電泳系統(tǒng)200的毛細管就足夠了。如圖1所示，毛細管電泳系統(tǒng)200包含至少一個具有分離通道的毛細分離盒140，以及限定檢測區(qū)406的檢測部分。分離通道填充有分離承載介質(zhì)(separationsupportmedium)，其可以是流動的緩沖液，或本
技術(shù)領域：
所熟知的過濾凝膠基質(zhì)(sievinggelmatrix)。用于輻射光引起的螢光的檢測，凝膠基質(zhì)可以包含公知的螢光劑(fluorophore)，比如溴乙啶(EthidiumBromide)。在操作的過程中，將已準備的生物試樣(如DNA試樣)導入毛細盒140遠離檢測區(qū)406的一端，導入的方式有很多種，這并非本發(fā)明的部分，例如從試樣儲存器用電動力學(electrokinemic)方式注入或是用高壓泵(syringepump)以物理方式加壓注入。試樣粘合到螢光劑。將DC電壓施加在電極111、112之間，在施加電壓的作用下，試樣沿著分離毛細管遷移，并分離成幾個試樣成分帶(band)。分離的程度與沿著分離通道移動的距離由幾個因素決定，如試樣成份的遷移率，試樣成份的質(zhì)量和大小或長度，以及分離承載(support)介質(zhì)。在用于分離試樣的分離通道中的驅(qū)動力可以是電泳、壓力或是電滲透流(EOF)方式。當試樣到達檢測區(qū)406時，激勵輻射光經(jīng)激勵光纖422從光源420導向檢測區(qū)。試樣成分產(chǎn)生的螢光強度與試樣成分的濃度成比例(即與螢光標記物的數(shù)量成比例)。檢測光纖428收集放射的螢光，其波長不同于入射光波長，然后導入檢測器450。在圖2示意表示在本發(fā)明的一個實施例中，適用于本發(fā)明的多通道盒(multi-channelcartridge)100和CE系統(tǒng)200(于2002年1月28日提出的名稱為“多通道生物分離盒(Multi-ChannelBio-SepantionCartridge)”的美國申請(AttorneyDochetNo.1031/208)，其轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人BioCalTechnology，Inc.，這里引用其全文做為參考，更具體地說，涉及填充凝膠的多毛細管盒和其中設計采用該盒的CE儀器的各種實施例)。該完全自動的DNA分析儀200具有一個基座74，用于支撐模塊化X-Z試樣操縱盤機構(gòu)(X-Zsamplehandlingtraymechanism)76，操縱盤76則可相對由支撐架64支撐的多毛細管盒100移動2個96孔微滴定板(96-wellmicro-titerplate)70和72。系統(tǒng)200提供多通道分離管不僅易于操縱，并能易于將檢測區(qū)與CE儀器200的檢測光學裝置相耦合。盒100包含了12個通道的熔凝石英毛細管陣列，用于分離與檢測試樣，并且作為盒組件100中的可棄用和/或便攜式、可互換的部件。多通道毛細管陣列包含由盒100內(nèi)的微通道限定的12個檢測區(qū)。圖2中的多通道盒100內(nèi)最多可安裝多達12支長12-16公分的毛細管140。多通道盒100集成有由所有的毛細管140共用的頂部出口緩沖液儲存器124，其直接連接到一個模塊化的氣壓泵78。氣壓泵78提供所需的氣壓，將儲存器124內(nèi)包含的過濾凝膠充填所有12支毛細管140。視凝膠的粘度而定，可以將高達40PSI的氣壓通過凝膠儲存器124施加到毛細管140。凝膠儲存器124裝備有內(nèi)置的12支毛細管140所共用的電極(陽極)，安裝在CE儀器200內(nèi)時，陽級自動連接到高壓電源80，以產(chǎn)生電泳。盒100附近的支架164上有風扇或是帕爾帖冷卻器(Peltiercooler)，以控制盒100的溫度。利用電動力學方式實現(xiàn)試樣注入。高壓電源80用于將0至20KV的電場提供給填充凝膠的毛細管，以電動力學方式注入并分離DNA碎片。利用各個光傳輸光纖(0.22孔徑(N.A.)、200微米芯心纖的多模石英光纖或塑料光纖)接替轉(zhuǎn)送12個LED中的每一個LED所發(fā)出的寬頻帶光能(FWHM＝47nm)到盒100內(nèi)的每個毛細管的檢測區(qū)，用以激勵已分離的DNA碎片。電源裝置66提供CE系統(tǒng)200所需的直流功率。盒100和CE系統(tǒng)200的細節(jié)可以參照同時提出的專利申請，這里引用可供參考。圖3示意表示光學檢測裝置和與盒100的關系。當盒100安裝到CE系統(tǒng)200(圖中簡化表示)時，其中將設計用于系統(tǒng)中的激勵光纖422(即0.22孔徑(N.A.)的多模石英光纖或塑料光纖422)導引到毛細管140的檢測區(qū)406。每一通道均分別耦合到一個LED420。在電泳發(fā)生過程中，分離的成分或待測物通過過濾凝膠移動的速度與其質(zhì)量成反比。當DNA碎片接近檢測區(qū)406時，來自承載在LED模塊433上的每個LED420的激勵光能，利用各個光傳輸光纖422傳輸，以便照射檢測區(qū)406內(nèi)的分離成分或是待測物。利用或不利用微透鏡將激勵光傳輸?shù)綄?2毛細管。激勵光纖422可以連接到每個LED420，以便改善LED和光纖之間的光耦合。利用安裝模塊或功能塊431承載激勵光纖422并與毛細管對準。當已分離的成分或待測物通過過濾凝膠(或直鏈聚合物溶液)時，夾雜在過濾凝膠內(nèi)的染料(溴乙啶)，使得能夠通過檢測由輻射光引起的螢光來檢測分離的成分或待測物。然后，由在安裝組件431上承載并對準的幾個高數(shù)值孔徑(numericalaperture，N.A.)的微透鏡436(如高折射率藍寶石微透鏡)收集從毛細管檢測區(qū)406放射的螢光(emittedfluorescent)。收集到的螢光波長比激勵光的波長(大斯托(stoke)位移)要長，由來自12個毛細管檢測區(qū)406中的每一個的大纖芯光纖428(外徑370μm、0.22NA光纖，也可是外徑處在范圍100至1000μm、0.12至0.5NA)的光纖傳送該螢光，并進入檢測器450(R5984Hamamatsu光電倍增管)作為一個二分叉(bifurcate)束組件452。在檢測之前，采用單一例如570nm至630nm長帶通濾光器(longpassemissionfilters)454(如OG-590)，以對來自光纖束(每個光纖)組件428的輸出端的信號進行濾波。LED420以調(diào)制方式(modulated)工作在不同的時間點發(fā)光。因此，僅在指定的時間將從LED模塊433中的一個LED420放射光傳輸?shù)揭粋€毛細管140，并由檢測器450檢測，檢測器450輸出一個與所檢測的螢光強度成正比的信號。對于毛細管140的檢測區(qū)406以預定順序和周期方式與LED的起動同步進行輻射光引起的的螢光檢測。因此只用一個檢測器450便可以檢測多個發(fā)光器件放射的螢光。相對于檢測器以時分多路轉(zhuǎn)換(timemultiplex)的方式使12個LED產(chǎn)生脈沖/進行調(diào)制。若LED產(chǎn)生脈沖，檢測器也同樣產(chǎn)生脈沖。檢測器只需在同一時刻以時分交錯方式讀取1個LED或1個通道。當多個LED產(chǎn)生脈沖并平行通過所有的通道持續(xù)激勵該標記有分離的若干DNA碎片的螢光，檢測器還在同一時刻以時分交錯方式進行采樣或讀取1個通道。實際上，沿毛細管140陣列的掃描區(qū)以重復掃描方式進行檢測。12個發(fā)光信號以時分交錯的方式經(jīng)由單一光纖束組件到達單一檢測器450，或者它們可以是全都組合到單一檢測器各個收集放射光的光纖。這些檢測光纖不必以1×12的光纖束的形式組件形成。它們可以利用單一機械式功能塊將12條獨立安裝到單一檢測器模塊上的各自的光纖，使得它們可以按12閉合一圈的封裝方式封裝，或以直陣列線形式封裝，以便將12發(fā)光信號從盒傳送到單一PMT。這些LED420工作，以按幾百赫茲放射光脈沖，但按一延遲彼此錯開。在本發(fā)明的一個實施例中，通常，LED420按如下的順序進行以產(chǎn)生脈沖。因為總共有12個通道，當?shù)谝籐ED發(fā)光時，則檢測器工作或檢測第一LED的發(fā)光，然后在后來的11個時間區(qū)間該LED熄滅。這樣，各LED的脈沖與檢測器相關聯(lián)，采樣和保持方案(sampleandholdscheme)中正是這樣實現(xiàn)的。每一通道采樣頻率是100赫茲，使得對于所有12個通道的總調(diào)制頻率就是1,200赫茲，這是按照為1/12占空度(dutycycle)對于兩個接連的通道的頻率。只要對LED進行時分多路轉(zhuǎn)換及維持時間交錯類型的檢測方案，這一采樣頻率可以不同。按軟件的數(shù)據(jù)收集的處理速度可為10赫茲，其可調(diào)上升時間(risetime)在0.1-1秒。(為具有相同的采樣頻率，可以采用10赫茲取代100赫茲的采樣頻率，不過采樣頻率與數(shù)據(jù)收集的處理速度是彼此獨立的。)然后，按1/12的占空度，LED將發(fā)光約10毫秒及熄滅約100毫秒(這一占空度會隨毛細管的數(shù)目的增減而變化。)圖5是對于根據(jù)本發(fā)明同樣地以時分交錯(timestaggered)/時分多路轉(zhuǎn)換(timemultiplex)檢測方案的一個實施例中的檢測器，其中LED產(chǎn)生脈沖的時序圖。這是一對于如下實例的時序圖。LED按1/12的占空度(dutycycle)產(chǎn)生脈沖。當LED發(fā)光時，其發(fā)光時間是1/12的時間(8.3％)，然后熄滅11/12的時間。每個通道采樣頻率為100赫茲(也就是10毫秒，T＝1/f＝1/100赫茲＝10毫秒)，就是1/12的占空度，然后，LED的發(fā)光時間約為0.83毫秒或約1毫秒。全部12個LED是以時分交錯方式進行時分多路轉(zhuǎn)換。這樣，對于總共12個通道，頻率為1,200赫茲。當LED發(fā)光時，驅(qū)動電流約為15至35毫安。按照軟件，采樣頻率與數(shù)據(jù)收集的處理速度之間是彼此獨立的。如圖5所示，對于進行時分多路轉(zhuǎn)換的LED的脈沖序列持續(xù)一個周期繼續(xù)直到時間T，然后一再重復。同樣的概念也可用在檢測器一方。LED與檢測器的脈沖是同步的。當?shù)谝籐ED發(fā)光時，開始對所產(chǎn)生(收集/檢測的)的發(fā)光信號進行采樣和保持，對所有12個信號/LED重復這一操作，因此進行時分交錯類型的檢測。當占空度小或LED發(fā)光如此短暫時，可能產(chǎn)生檢測信號的峰值脈沖。這樣，相對于恒定的DC工作，在脈沖模式期間，LED熄滅的時間長，這意味著，LED壽命可以延長，因為冷卻時間長?？梢岳眠@一脈沖模式操作LED的優(yōu)點，及施加更大的驅(qū)動電流(如高達100毫安)以產(chǎn)生更高強度或峰值功率。甚至為了以峰值功率更強烈驅(qū)動LED也可以冷卻LED。因此，LED的脈沖有助于延長LED的使用壽命，增加峰值功率/強度。應注意，在根據(jù)本發(fā)明的CE儀器200中的碎片電泳分離需數(shù)秒，而LED發(fā)光的時間只有數(shù)毫秒。因為脈沖頻率遠高于實際的峰值碎片分離頻率，本發(fā)明的時分交錯/時分多路轉(zhuǎn)換的檢測方案不會負面影響檢測的靈敏度、功能以及解析度。檢測結(jié)果的解析度(如檢測信號的峰值)將部分地取決于凝膠基質(zhì)的濃度、分離毛細管內(nèi)徑及長度以及待測物通過檢測區(qū)406的遷移速度。實驗表明，利用本發(fā)明的檢測方案，可以以良好的解析度實現(xiàn)100ng/ml(對于0.02ng的DNA碎片)的檢測靈敏度。例如對于一個含有φX174DNA碎片的測試樣，利用內(nèi)徑75μm、長度16cm的毛細管，并施加300V/cm的電壓，該基線解析度(baselineresolution)可達到271/281的堿基對(basepairs)。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，通過使用單色時分多路轉(zhuǎn)換螢光檢測方法，在具有標準標記物的一單個的DNA鑒定型分離中短縱列重復軌跡(shorttandemrepeat，STRloci)示出，約4個堿基對分離解析度(separationresolution)。對于12個通道平行進行操作的分離時間不到10分鐘，具有良好的信噪比(基于峰峰值的噪聲，對最大的DNA碎片而言，S/N＝150)。輻射光源的脈沖與檢測采樣速率和周期應同步，使得當相對于檢測器僅相關聯(lián)的輻射光源工作時，對一通道的預期檢測占用一周期。雖然，上述的實施例表明，在本發(fā)明的構(gòu)思和范圍內(nèi)，將光源LED的入射光通過光纖422導入毛細管，但利用較短的光纖對準引線(opticfiberalignmentleads)427(例如通過采用微透鏡來將LED的入射光直接對準毛細管的檢測區(qū)406)，可將光源如LED定位在檢測區(qū)406的附近。在圖4所示的優(yōu)選實施例中，所示控制器300包含了中央處理器210、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器212以及輸入/輸出接口214，其中模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器212用于將來自PMT450的檢測信號轉(zhuǎn)換成為對應的數(shù)字信號，而輸入/輸出接口214用于按照CPU210的指令向CE儀器200的各個部分發(fā)送信號并接收CE儀器200各個部分的信號。溫度控制器65控制風扇或帕爾帖冷卻器62，其控制微通道/毛細管陣列盒100內(nèi)的電泳小室(chamber)的溫度。輸入/輸出接口214連接到控制溫度控制器65，控制器65還控制用于試樣注入的高壓電源，與CE儀器200的電泳功能；用于調(diào)制LED420的電路421、檢測器(sensor)、氣壓泵、氣閥，和用于CE儀器200的X-Z操縱臺的馬達。CPU210還可進一步連接到外部的個人計算機218，再由個人計算機進行數(shù)據(jù)處理，或CE系統(tǒng)200附加的控制功能。可利用NationalInstrumentsCorporation提供的LabVIEWTM軟件對CPU210或PC218進行編程，以控制自動多通道DNA分析器200的各種部件和功能。除了PC218以外，控制器300的各種元件和散熱風扇62可以封裝在一個電路板64上(如圖2所示)，在板上，CE系統(tǒng)200通過串行接口(未示出)電連接到PC218，或者它們可以是CE系統(tǒng)200之外的單獨控制器模塊中的一個部件。CPU210和/或PC218都可經(jīng)編程實現(xiàn)CE系統(tǒng)200的各種控制功能與部件。在一實施例中，可配置PC218以提供前端面板控制，也就是儀器200的使用者界面，可配置電路板64以提供對時分交錯/時分多路轉(zhuǎn)換檢測的控制。本領域技術(shù)人員應能實現(xiàn)這里公開的程序碼指定的功能與部件。還有一個提供用于儀器200的AC電源的濾波器/開關68(圖2)?？梢詫⒂糜跈z測的入射光導引到檢測區(qū)和/或檢測區(qū)放射光可以沿著分離介質(zhì)軸向輸出(參照名為“采用軸向輻射光輸入的光學檢測生物分離裝置中的光學檢測(OpticalDetectioninBio-separationDeviceUsingAxialRadiationInput)”的美國專利申請第09/887,871號)，名為“采用軸向輻射光輸出的光學檢測生物分離裝置中的光學檢測(OpticalDetectioninBio-separationDeviceUsingAxialRadiationOutput)的美國專利申請第09/887,953號，以及名為“采用加寬檢測區(qū)的生物分離裝置中的光學檢測(OpticalDetectioninBio-separationDeviceUsingaWidened)的美國專利申請第09/887,872號”，上述專利申請均于2001年6月22日提出，它們轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人BioCalTechnology，Inc.，這里引用其全文做為參考。本發(fā)明采用低成本、小體積的LED作為激勵光源。但是也可以使用其它的非相干(non-coherent)、寬帶的光源(例如氙燈、D2燈，水銀燈(mercurylamps)、電弧燈(arclamps))。從檢測區(qū)來的光利用微光學透鏡以及光纖傳送系統(tǒng)收集，這些光纖傳送系統(tǒng)可以設置在檢測環(huán)(collar)內(nèi)部，也可以設置在檢測環(huán)外部。超高亮度LED(例如Aigilent公司所生產(chǎn)的藍色、綠色InGaNLED等)是用于本發(fā)明方案的低成本、小型化、低功率光源的候選對象。這些基于InGaN材料技術(shù)的超高亮度LED(例如安捷倫公司的HLMP-CB12與HLMP-CM15)的平均光輸出功率在2.5至3毫瓦。這些InGaN藍、綠LED的特性是峰值波長(peakwavelength)為470以及530nm，半波長(halfwidth)為30-50nm是用于激勵染料(例如螢光素(flurescin)、色素(rhodamine)、溴乙啶、thiazolorange)良好的候選對象，激勵光譜范圍在450-550nm。對于這種類型的時分多路轉(zhuǎn)換檢測，也可以結(jié)合任何染料或螢光劑使用任何能產(chǎn)生脈沖的固態(tài)光源(solidstatelightsource)。由于這些LED的響應時間都很快(在1至100赫茲的頻率范圍內(nèi)，響應時間約為數(shù)百納秒)，它們可以產(chǎn)生更大的正向電流脈沖(例如15至30毫安，但在脈沖模式下操作，可高達100毫安正向電流)。通常，利用晶體管電路可以實現(xiàn)LED的脈沖操作。以按比DC操作要低的占空度的大驅(qū)動電流脈沖，可以實現(xiàn)明顯高峰值的LED光輸出。另外實例是也可以采用由多個波長524nm的綠光LED所組成的LED陣列模塊，作為用于低成本CE儀器的螢光檢測的激勵光源。雖然，在上述的實施例中，多個光源為相同的波長，但在本發(fā)明的構(gòu)思和范圍內(nèi)，配置不同波長的光源，以實現(xiàn)特定試樣、基于采樣的檢測應用或不同毛細管中的凝膠化學成分。例如相鄰的輻射光源可以具有不同波長，以在具有不同凝膠化學成分和/或螢光標記物的2支鄰近毛細管內(nèi)，利用相同的試樣進行分離，以便能夠與對于確定在試樣中不同或添加的分離成分的檢測結(jié)果相比較，或作為檢測結(jié)果的確認基礎。另一個例子是，可以向鄰近的4毛細管組對同一試樣入射4種不同波長的輻射光(因此，在上述的12通道系統(tǒng)中，將有3組，每組4個毛細管)?？梢酝瑯討糜谝陨鲜鰰r分多路轉(zhuǎn)換或時分交錯方式檢測入射有相同波長的光的通道放射光。另外，有多個具有相同或不同功能和/或檢測特性的檢測器，每個用于以上述時分多路轉(zhuǎn)換或時分交錯方式檢測入射有相同波長的光的通道放射光。在本發(fā)明的構(gòu)思和范圍內(nèi)還有其它變更方案。本發(fā)明可擴展成對于單一通道進行多波長激勵與檢測的系統(tǒng)?？梢詫⒍鄠€具有不同波長的光源應用于在多通道系統(tǒng)中的單一分離通道，以及1個或多個具有相同或不同特性的檢測器，以對于單一波長激勵光的上述相同的時分交錯或時分多路轉(zhuǎn)換方式，檢測來自通道的相同或不同波長的放射光。可參照于2001年10月19日提出的名稱為“一種便攜式多色光多路轉(zhuǎn)換電泳分析裝置(APortableMulti-colorMultiplexedAnalysisElectrophoreticDevice)”的美國臨時專利申請(AttorneyDochetNo.1031/207)，其轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人BioCalTechnology，Inc.，這里引用其全文做為參考。與現(xiàn)存市售的CE儀器比較起來，本發(fā)明檢測方案具備很多的優(yōu)點。本發(fā)明檢測系統(tǒng)采用價格低廉的LED作為用于螢光類型檢測的激勵光源。作為光源的LED的特點是價格低廉、體積小、使用壽命長、由于低噪聲形成的良好的強度穩(wěn)定性，以及可以進行電子調(diào)制。這種體積小的固態(tài)激勵光源易與光纖連接，因此有助于縮小光學檢測裝置的體積。通過利用時分交錯檢測方案，對多個LED進行多路轉(zhuǎn)換具有的巨大的優(yōu)點是減少檢測器(例如PMT)的數(shù)目，可以對多通道檢測用一個檢測器。通過降低元件數(shù)目和簡化光學檢測系統(tǒng)設計，可以降低成本，提高可靠性，并易于使用儀器。分離通道間的串擾(crosstalk)可以忽略。雖然已經(jīng)參照實施例對本發(fā)明加以具體說明和表示，不過本領域的技術(shù)人員會理解，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思、范圍和論述的情況下，可以在形式和細節(jié)方面進行修改。例如，激勵輻射光源可以是LED、激光二極管(半導體固態(tài)激光器)、脈沖激光器(如固態(tài)激光器、氣體激光器、染料激光器以及纖維激光器)，或其它的輻射光源。LED(如524nm綠LED)具有低成本、高亮度以及小封裝尺寸等優(yōu)點。其它可適用于本發(fā)明的較便宜光源有可見光、UV和/或紅外線范圍的激光二極管。舉例來說，波長范圍在400到900nm，特別是400到600之間的激光二極管也可適用。本領域技術(shù)人員會認識到，體現(xiàn)本發(fā)明實質(zhì)的儀器也可以用在DNA分析以外其它的生物分子分析(biomoleculeranalysis)。舉例來說，通過改變分離凝膠或緩沖液，該系統(tǒng)可改為分析蛋白質(zhì)、碳水化合物以及脂質(zhì)等生物分子。通過舉例而非限制，結(jié)合毛細管電泳和輻射引起的的螢光檢測說明了本發(fā)明的檢測方案。應理解，本發(fā)明也可以應用在除了電泳外基于其它生物分離現(xiàn)象的分離待測物的檢測，包括放射螢光以外的其它類型的放射光的檢測。因此，以上所公開的本發(fā)明僅認為是說明性的，按照所提出的權(quán)利要求規(guī)定的范圍限制本發(fā)明。權(quán)利要求1.一種用于生物分離裝置的檢測系統(tǒng)，該生物分離裝置具有其中可同時進行生物分離的多個分離通道，而該檢測系統(tǒng)包含一檢測部分，其沿每個分離通道限定用于待測物的檢測區(qū)；多個光源，其中每個光源與分離通道相關聯(lián)；一激勵裝置，用于當待測物通過檢測區(qū)時，將來自光源的激勵光導入檢測區(qū)；一檢測裝置，用以檢測放射光；一控制裝置，用于以一種按照預定順序?qū)⒓罟鈱霗z測區(qū)的方式，和以時分交錯/時分多路轉(zhuǎn)換檢測來自每個分離通道的檢測區(qū)的放射光的方式，控制光源與檢測裝置。2.如權(quán)利要求1所述的檢測系統(tǒng)，其中該檢測裝置包含一個與多個光源相關聯(lián)的單一檢測器。3.如權(quán)利要求1所述的檢測區(qū)，其中該控制裝置在各光源之間，控制多個光源以連續(xù)脈沖方式啟動。4.如權(quán)利要求3所述的檢測區(qū)，其中該控制裝置通過考慮相鄰分離通道中發(fā)光時的滯后時間，控制各光源的脈沖與檢測采樣速度和周期的同步，當相對于檢測器僅相關聯(lián)的輻射光源工作時，對一分離通道的預期檢測占用一周期。5.如權(quán)利要求4所述的檢測系統(tǒng)，其中該控制裝置控制檢測裝置，以便按一頻率與周期，對由多個分離通道所放射光進行采樣，提供各分離通道間的預期發(fā)光信號分離來降低串擾。6.如權(quán)利要求1所述的檢測系統(tǒng)，其中該控制裝置以一種按預定的檢測周期對多個分離通道所放射光進行檢測的方式控制檢測裝置與光源，其中按一頻率重復每個檢測周期，以保證預期解析度。7.如權(quán)利要求1所述的檢測系統(tǒng)，其中該控制裝置控制檢測裝置與光源，以一種沿多個分離通道的檢測區(qū)重復掃描的方式進行檢測。8.如權(quán)利要求1所述的檢測系統(tǒng)，其中該多個光源可以產(chǎn)生一種以上波長的光。9.如權(quán)利要求1所述的檢測系統(tǒng)，其中該待測物包含一種在存在激勵光時會發(fā)出螢光的材料，而該檢測裝置包含一檢測該材料所發(fā)螢光的裝置。10.如權(quán)利要求1所述的檢測系統(tǒng)，其中該待測物放射光，至少為下列其中一種光螢光；化學冷光；以及磷光。11.一種生物分離裝置，包含多個分離通道；一分離裝置，可同時把分離通道中的試樣分離成待測物；以及一檢測系統(tǒng)，包含一檢測部分，其沿限定用于待測物的檢測區(qū)的每個分離通道；多個光源，其中每個光源與分離通道相關聯(lián)；一激勵裝置，當待測物通過檢測區(qū)時，將來自光源的激勵光導入檢測區(qū)；一檢測裝置，用以檢測放射光；一控制裝置，用于以一種按照預定順序?qū)⒓罟鈱朊總€分離通道的檢測區(qū)的方式，和以時分交錯/時分多路轉(zhuǎn)換檢測每個分離通道的檢測區(qū)所放射光的方式，控制光源與檢測裝置。12.如權(quán)利要求11所述的檢測系統(tǒng)，其中由毛細管柱限定分離通道，和配置用于分離試樣的裝置，以便利用電泳進行試樣分離。13.一種在生物分離裝置中檢測待測物的方法，該生物分離裝置包含多個通道，在多個分離通道中同時進行生物分離，該方法包含下列步驟每個沿分離通道限定一用于待測物的檢測區(qū)；提供多個光源，其中每個光源與一分離通道相關聯(lián)；當待測物通過檢測區(qū)時，將來自光源的激勵光導入該檢測區(qū)；提供一檢測器以檢測放射光；以一種按照預定順序?qū)⒓罟鈱朊總€分離通道的檢測區(qū)方式，和以時分交錯/時分多路轉(zhuǎn)換檢測每個分離通道的檢測區(qū)所放射光的方式，控制光源與檢測裝置。全文摘要一種多通道生物分離檢測方法與裝置，其中按單一檢測器/多個光源的配置，將單一檢測器連接到多個光源。每個光源將光導向單一分離通道的其中一個檢測區(qū)，單一檢測器用于檢測來自多個分離通道的檢測區(qū)的放射光。光源按預定順序以進一步以周期循環(huán)方式將光導向該檢測區(qū)，而控制器控制檢測器的輸出與光源同步。可以相對于光源進行時分交錯/時分多路轉(zhuǎn)換。在一實施例中，使用低成本的發(fā)光二極管為光源，按另一個方面，構(gòu)成檢測方案以便在多通道毛細管電泳儀器中進行對輻射光引起的熒光的檢測。文檔編號G01N27/447GK1494655SQ02805754公開日2004年5月5日申請日期2002年1月28日優(yōu)先權(quán)日2001年1月26日發(fā)明者瓦羅杰·阿米卡尼安,劉銘桑,瓦羅杰阿米卡尼安申請人:比奧卡爾技術(shù)公司