專利名稱：用于光學(xué)分析物質(zhì)的系統(tǒng)的制作方法
用于光學(xué)分析物質(zhì)的系統(tǒng)
背景技術(shù)：
最近，生物醫(yī)學(xué)診斷和藥物發(fā)現(xiàn)的趨勢表明使用高速和高吞吐量 的化學(xué)檢測、化學(xué)篩選和化合物合成的快速增長。幾種系統(tǒng)利用要求 大樣品容積的儀器、難以運(yùn)輸并且價格昂貴。目前正努力加速藥物輸 送和治療、抑制高衛(wèi)生保健成本并且提供分散的生物醫(yī)學(xué)診斷如針對 保健的診斷，以及其他未來技術(shù)。這些努力通常集中在增加流體分析 系統(tǒng)的微型化、集成和自動化方面。
流體分析系統(tǒng)傳統(tǒng)地使用若干部件，包括光源、波長選擇系統(tǒng)、
送樣(sample presentation )系統(tǒng)和分析患者的流體的檢效、J系統(tǒng)。然 而，這些部件的每一個有時給整個流體分析系統(tǒng)增加了過高的成本， 從而導(dǎo)致只有大診所和實驗室才能擁有傳統(tǒng)的流體分析系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個示范性實施例， 一種用于光學(xué)地分析物質(zhì)的系統(tǒng)包括光 源以及耦合到該光源的多個可選擇的單波長光源、光耦合到該光源的 物質(zhì)提送(presentation)組件，以及與該物質(zhì)提送組件關(guān)聯(lián)的光檢 測系統(tǒng)。
此外，根據(jù)另一個示范性實施例， 一種用于使用光源傳送盤以及 耦合到該光源傳送盤的多個可選擇的單波長光源的方法包括從該多個 可選擇的單波長光源中選擇希望的單波長光源、用該希望的單波長光 源照射包含分析物的區(qū)域，并且檢測與被照射的包含分析物的區(qū)域關(guān) 聯(lián)的波長。


附圖示出了本裝置和方法的各種實施例，是說明書的一部分。示 出的實施例僅是本裝置和方法的示例，并且不限制本公開的范圍。
圖1是示出根據(jù)一個示范性實施例的流體分析系統(tǒng)的部件的簡單 框圖。
圖2 a示出了根據(jù) 一 個示范性實施例的流體分析系統(tǒng)的透視圖。 圖2 b示出了根據(jù) 一 個示范性實施例的流體分析系統(tǒng)的透視圖。圖3a和3b示出了根據(jù)不同示范性實施例的光源和波長選擇系統(tǒng) 的不同配置的透視圖。
圖4示出了根據(jù)一個示范性實施例的正被分析的微流體試樣的側(cè) 視圖。
圖5示出了根據(jù)一個示范性實施例的光傳遞(light delivery) 系統(tǒng)配置的側(cè)視圖。
圖6示出了根據(jù)一個示范性實施例的光傳遞系統(tǒng)配置的側(cè)視圖。
圖7是示出根據(jù)一個示范性實施例的利用流體分析系統(tǒng)分析流體 的方法的流程圖。
圖8是示出根據(jù)一個示范性實施例的分析物吸收或發(fā)射光譜以及 單波長光源的相應(yīng)發(fā)射光譜的曲線圖。
在附圖中，相同的參考數(shù)字標(biāo)記類似但不一定相同的元件。
具體實施例方式
本說明書公開了一種用于完成對毫米或微升尺度體積的流體的光 學(xué)分析的方法和示范性系統(tǒng)。更具體地，根據(jù)一個示范性實施例，描 述了具有多個單波長光源如發(fā)光二極管(LED)或激光器的多波長選擇 器結(jié)構(gòu)。下面提供具有多光源的多波長選擇器結(jié)構(gòu)以及組合了該多波 長選擇器結(jié)構(gòu)的示范性系統(tǒng)的許多細(xì)節(jié)。
在公開和描述本系統(tǒng)和方法的特定實施例之前，應(yīng)理解本系統(tǒng)和 方法不限于這里公開的特定過程和材料，因為這些可以在一定程度上 變化。還應(yīng)理解此處所用的術(shù)語僅是為了描述特定實施例的目的，而 不是限制性的，因為本系統(tǒng)和方法的范圍僅由隨附的權(quán)利要求書及其 等同物限定。在描述和要求權(quán)利保護(hù)本示范性系統(tǒng)和方法中，將使用 以下術(shù)語。
單數(shù)形式"一，，、"一個"和"這個"包含復(fù)數(shù)對象，除非上下 文明確地另有指示。因此，例如，對"一個光源"的引用包括對一個 或多個這種光源的引用。
如這里所用的，術(shù)語"光"應(yīng)理解為波長范圍從紅外到紫外的電
此外，如這里和隨附的權(quán)利要求書中所用的，術(shù)語"分析物"應(yīng) 被廣泛地解釋為指的是選擇出來經(jīng)受本示范性系統(tǒng)和方法的分析的任 何化合物或物質(zhì)。另外，如這里所用的，術(shù)語"分析物"還應(yīng)被廣泛解釋為包括任何數(shù)量的分析物反應(yīng)化學(xué)(reaction chemistry),配 置為增強(qiáng)本系統(tǒng)和方法的分析，而不管分析物反應(yīng)化學(xué)是否包含最初 識別的分析物。
此外，如本說明書中和隨附的權(quán)利要求書中所用的，術(shù)語"單波 長光源"應(yīng)被廣泛解釋為包括任何數(shù)量的具有看上去較窄的波長譜的 光源。特別地，如這里所用的，單波長光源將包括任何光源，該光源 雖然在技術(shù)上是多色的，但是相對于分析物或發(fā)色團(tuán)吸收或發(fā)射光譜 足夠窄，以提供可定量的化學(xué)分析。發(fā)光二極管(LED)的看上去較窄 的波長譜在這里應(yīng)被解釋為單波長光源。
在以下的描述中，為了解釋的目的闡述了許多具體細(xì)節(jié)，以便提 供對具有多個光源的本發(fā)明多波長選擇器結(jié)構(gòu)的徹底理解。然而，對
和裝置。說明;中對"一個實"例，，或:二實施例""應(yīng);意味著結(jié) 合該實施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包含在至少一個實施例中。 說明書中許多地方出現(xiàn)的詞組"在一個實施例中"不一定都指的是同 一個實施例。 示范性系統(tǒng)
根據(jù)一個示范性實施例，圖1中示出組合了具有多個單波長光源 的多波長選擇器結(jié)構(gòu)的流體分析系統(tǒng)(100)。如圖1中所示，本流體 分析系統(tǒng)(100)包括配置為用作光源和波長檢測系統(tǒng)(110)的單個 單元、送樣系統(tǒng)(120)以及信號檢測系統(tǒng)(130)。如前所述，現(xiàn)有 技術(shù)的流體分析系統(tǒng)包括多個復(fù)雜的價格昂貴的部件，如獨(dú)立的光源， 例如氙閃光燈或鵠絲燈，諸如濾波器或單色器的波長選擇系統(tǒng)，分析 物送樣系統(tǒng)，如容納大約200-10000微升的分析物試驗體積的玻璃器 皿或聚合物試管或井盤(well plate)，以及包括昂貴的光電倍增管 的樣品檢測系統(tǒng)。根據(jù)一個示范性實施例，該組合光源和波長選擇系 統(tǒng)有效地消除了傳統(tǒng)流體分析系統(tǒng)引入的昂貴的濾波器或單色器，從 而減少了本流體分析系統(tǒng)(100)的總成本，同時高效并很好地提供了 希望的波長用于分析。本流體分析系統(tǒng)(100)的其他細(xì)節(jié)將在下面參 考圖3到8來提供。
圖2a示出了根據(jù)一個示范性實施例的流體分析系統(tǒng)的詳細(xì)透視 圖。圖2a中詳細(xì)示出了許多系統(tǒng)部件。如圖所示，示范性流體分析系統(tǒng)(100)包括光和波長選擇系統(tǒng)(110),包括光產(chǎn)生傳送盤(220 ) 和耦合到該光產(chǎn)生傳送盤的多個單波長光源(225 )。另外，伺服機(jī)構(gòu) (210)可以操作為耦合到光傳送盤(220 )。此外，根據(jù)一個示范性 實施例，處理器(200 )可以可控地耦合到伺服機(jī)構(gòu)(210)。同樣在 圖2a的示范性流體分析系統(tǒng)(100)中所示，包含分析物的流體可以 被送樣系統(tǒng)(120)(如生物流體試樣管，其具有圍繞周邊的試管)提 送給光和波長選擇系統(tǒng)(110)。此外，如圖2a中所示，分析物檢測 系統(tǒng)(130)可以包括通信地耦合到放大器(240 )和處理器(200 )的 光傳感器(230 )。下面將詳細(xì)提供示范性流體分析系統(tǒng)(100)的其 他細(xì)節(jié)。
如圖2a中所示，組合光源和波長選擇系統(tǒng)(110)可以包括許多 部件，包括但不限于處理器(200 )、伺服機(jī)構(gòu)(210)和光產(chǎn)生傳送 盤(220 )。根據(jù)圖2a中示出的一個示范性實施例，光產(chǎn)生傳送盤(220 ) 可以包括基本上為盤狀的支撐組件，其具有多個耦合到其周邊的單波 長光源(225 )。根據(jù)一個示范性實施例，支持(host)該多個單波長 光源(225 )的盤狀支撐組件可以由任何數(shù)量的材料形成，包括但不限 于金屬、聚合物和/或合成物。
根據(jù)所示的實施例，光產(chǎn)生傳送盤(220 )可以包括任何數(shù)量的單 波長光源(225 ),這些單波長光源可以選擇地定向以照射希望的分析 物。根據(jù)一個示范性實施例，單波長光源(225 )可以是任何數(shù)量的單 波長光源，包括但不限于發(fā)光二極管(LED)和/或微激光器。LED非常 耐用，壽命為上萬小時。使用選擇性定向的單波長光源允許光產(chǎn)生傳 送盤(220 )被設(shè)計為以任何數(shù)量的希望波長向送樣系統(tǒng)(120)上希 望的包含分析物的區(qū)域提供照明。
根據(jù)一個示范性實施例，光產(chǎn)生傳送盤(220 )可以包括發(fā)射波長 范圍從350nm到960nm的光的單個LED陣列。根據(jù)一個示范性實施例， 提到的波長范圍可以用LED的傳送盤來實現(xiàn)。結(jié)果，可以比傳統(tǒng)光源 低的成本實現(xiàn)可見光譜和近紫外以及近紅外的覆蓋，其中絕大多數(shù)普 通的分析物、標(biāo)記的和未標(biāo)記的發(fā)色團(tuán)呈現(xiàn)出吸收或發(fā)射特征。
根據(jù)圖2a示出的示范性實施例，光產(chǎn)生傳送盤(220 )可以在與 送樣系統(tǒng)大致平行的平面上鄰近送樣系統(tǒng)(120)布置。如圖所示，送 樣系統(tǒng)(120)和光產(chǎn)生傳送盤(220 )的旋轉(zhuǎn)軸基本上是平行的并且彼此偏離為使得送樣系統(tǒng)和光產(chǎn)生傳送盤(220 )的外邊緣稍微重疊。 如圖所示，單波長光源(225 )可以選擇性地旋轉(zhuǎn)以布置在送樣系統(tǒng)
(120)的上方.結(jié)果，光產(chǎn)生傳送盤(220 )的單波長光源(225 )產(chǎn) 生希望波長的光，該光然后可以穿過包含在諸如微流體盤的送樣系統(tǒng)
(120)上的包含分析物的流體，并到達(dá)光傳感器(230 )上。根據(jù)圖 2a示出的示范性實施例，光產(chǎn)生傳送盤(220 )將諸如LED的合適的單 波長光源(225 )旋轉(zhuǎn)到位。這允許具有基本上與感興趣的包含分析物 的溶液的吸收或發(fā)射特征匹配的波長特性的光穿過包含在微流體盤
(120)中的分析物的樣品。選擇性地旋轉(zhuǎn)光產(chǎn)生傳送盤(220 )的能 力提供了在諸如微流體盤的單個送樣系^ (120)上測量許多包含分析 物的溶液的能力，這些溶液要求不同的照明波長以匹配它們的吸收或 發(fā)射光譜。
雖然圖2a中的光產(chǎn)生傳送盤(220 )被示出為具有繞其周邊布置 的若干單波長光源(225 )的盤狀組件，該光產(chǎn)生傳送盤(220 )可以 采取任何數(shù)量的形狀和/或配置。圖2b示出了光產(chǎn)生傳送盤配置，其 包含光產(chǎn)生傳送盤以及布置在該光產(chǎn)生傳送盤周邊上的多個單波長光 源(225 ).如圖2b所示，光產(chǎn)生傳送盤(220 )的軸與具有多個源的 送樣系統(tǒng)(120)的軸同心。如圖所示，多個光源(225 )和試管之間 存在——對應(yīng)。因此，光產(chǎn)生傳送盤(220 )和/或送樣系統(tǒng)(120)的
旋轉(zhuǎn)可以快速地將各個試管暴露于不同的光源組合下。
此外，圖3a和3b示出了兩個可選的光產(chǎn)生傳送盤形狀。如圖3a
所示，光產(chǎn)生傳送盤(300 )可以包括盤狀組件(no)和若干布置在
該盤狀組件外周的單波長光源(225 )，使得單波長光源可以在徑向上 從盤狀組件(310)發(fā)射光。根據(jù)這個示范性實施例，光產(chǎn)生傳送盤(300 ) 可以選擇性地從盤中心的軸(330 )旋轉(zhuǎn)，如圖3a中的箭頭所示。根 據(jù)一個示范性配置，光產(chǎn)生傳送盤(300 )可以垂直于諸如包含希望的 分析物的微流體盤的送樣系統(tǒng)(120)定向。根據(jù)這個示范性實施例， 光產(chǎn)生傳送盤(300 )可以選擇性地旋轉(zhuǎn)以在鄰近希望的包含分析物的 區(qū)域的地方提供希望的單波長光源(225 )用于分析。
可替換地，光產(chǎn)生組件可以采取非盤形狀，如圖3b所示。根據(jù)這 個示范性實施例，光產(chǎn)生組件(350 )可以包括多邊形組件(360 )， 其具有以基本線性的陣列布置在該多邊形組件上的若干單波長光源(225 )。根據(jù)這個示范性實施例，多邊形的光產(chǎn)生組件(350 )可以 線性地平移，如圖3b的箭頭所示，以選擇性地將單波長光源(225 ) 布置在希望的包含分析物的區(qū)域附近。根據(jù)一個示范性實施例，多邊 形的光產(chǎn)生組件可以與盤狀送樣系統(tǒng)(120)的外周邊相切地定向?？?替換地，多邊形的光產(chǎn)生組件(350 )與各種形狀的送樣系統(tǒng)(120) 相關(guān)聯(lián)，包括但不限于多邊形的送樣系統(tǒng)(120)。再次返回圖2a，光和波長選擇系統(tǒng)(110)還包括伺服機(jī)構(gòu)(210)， 配置為選擇性地將單波長光源(225 )鄰近送樣系統(tǒng)(120)地定向。 根據(jù)一個示范性實施例，伺服機(jī)構(gòu)(210)可以包括任何數(shù)量的步進(jìn)/ 伺服馬達(dá)系統(tǒng)、軸系統(tǒng)、帶系統(tǒng)、齒輪系統(tǒng)等或它們的組合。更具體 地，光和波長選擇系統(tǒng)(110)所并入的伺服機(jī)構(gòu)(210)可以旋轉(zhuǎn)和/ 或平移以與送樣設(shè)備(120) —致。和光產(chǎn)生傳送盤一起使用伺服機(jī)構(gòu) 提供了測試速度、準(zhǔn)確性和功能性。圖2a中示出的可控地耦合到伺服機(jī)構(gòu)(210)的處理器(200 )可 以被配置為相對于送樣系統(tǒng)的分析物的位置控制光產(chǎn)生傳送盤(220 ) 的選擇定位。根據(jù)一個示范性實施例，配置為產(chǎn)生對應(yīng)于分析物的希 望波長的希望的光源(225 )可以使用處理器(200 )主控的程序來識 別。該識別的光源(225 )然后可以被轉(zhuǎn)換為伺服指令，該指令接著保 存在處理器可讀介質(zhì)(未示出)中。當(dāng)被處理器(200 )訪問時，保存 在處理器可讀介質(zhì)中的指令可以用來控制伺服機(jī)構(gòu)(210)，由此選擇 性地定位光產(chǎn)生傳送盤(220 )。圖2a中示出的處理器(200 )可以是 但絕不限于微控制器、工作站、個人計算機(jī)、膝上型計算機(jī)、個人數(shù) 字助理(PDA)或任何其他包含設(shè)備的處理器。繼續(xù)參考圖2a，示出了示范性送樣系統(tǒng)(120)，其形式為具有圍 繞周邊的試管的生物流體試樣管。雖然在圖2a中盤狀生物流體試樣管 被作為示范性送樣系統(tǒng)(120)示出，但是具有各種幾何形狀的任何數(shù) 量的送樣系統(tǒng)可以被并入本示范性流體分析系統(tǒng)(100)中。具體地， 送樣系統(tǒng)可以是矩形、橢圓形、圓形或任何其他本領(lǐng)域中已知的幾何 形狀。根據(jù)圖2a中示出的示范性實施例，具有圍繞周邊放置的試管的 盤狀生物流體試樣管被配置為用作送樣系統(tǒng)(120)，其可以包括布置 在旋轉(zhuǎn)中央軸上的圓盤，或者可替換地，送樣系統(tǒng)可以包括具有一個 或兩個軸線性運(yùn)動的矩形試樣管。根據(jù)圖2a中示出的示范性實施例，送樣系統(tǒng)(120 )還可以可控地耦合到用于控制其移動的處理器(200 )。 根據(jù)一個示范性實施例，送樣系統(tǒng)(120)可以包括試管，用于保 存希望的包含分析物的流體。根據(jù)這個示范性實施例，該試管可以是 玻璃瓶或塑料瓶，具有允許對瓶的內(nèi)容進(jìn)行吸光度測量的平坦光滑邊。 根據(jù)一個示范性實施例，該盤可以由透明的聚甲基丙烯酸曱酯(polymethylmethacrylate )制成。瓶的容積可以改變，包括幾十微 升的容積以及低至一微升范圍或更少。此外，送樣系統(tǒng)(120)可以包 括任何數(shù)量的微流體試樣管，其具有用于移動流體的毛細(xì)管或氣動通 道。此外，送樣系統(tǒng)(120)可以包括任何數(shù)量的機(jī)構(gòu)、通道、主動閥、 被動閥、注射器和/或配置為幫助用試劑混合或稀釋希望的包含分析物 的溶液的移液管。根據(jù)一個示范性實施例，送樣系統(tǒng)(120)可以包括旋轉(zhuǎn)盤，該旋 轉(zhuǎn)盤包含微流體通道，其中涉及分析物的化學(xué)反應(yīng)可以通過惰性混合 等來執(zhí)行.此外，包含位于周邊的LED陣列或者其他已識別光源(225 ) 陣列的反向旋轉(zhuǎn)光產(chǎn)生傳送盤(220 )可以恰好布置在微流體盤的上方 并且稍微與它重疊。在送樣系統(tǒng)盤(120)的周邊放置"試管"，其中 可以放置隔離的分析物或包含發(fā)色團(tuán)的溶液。在已識別"試管"的正 上方是適當(dāng)波長的LED或其他光源(225 )，它的光穿過試管并且入射 到分析物檢測系統(tǒng)(130)上。根據(jù)這個示范性實施例，光產(chǎn)生傳送盤(220 )將適當(dāng)?shù)墓庠?225 )旋轉(zhuǎn)到位。這允許具有基本上與感興趣在微流體盤(120)中的分析物的樣品。這個光產(chǎn)生傳送盤("0)給 流體分析系統(tǒng)(100)提供了測量在單個送樣系統(tǒng)(120)上的一盤分 析物的能力，該一盤分析物中的每個分析物要求不同的波長以匹配它 們的吸收或發(fā)射光譜。繼續(xù)參考圖2a,信號檢測系統(tǒng)(130)也與本流體分析系統(tǒng)(100) 相關(guān)。根據(jù)一個示范性實施例，信號檢測系統(tǒng)(130)可以包括通信地 耦合到信號放大器(240 )的光傳感器(230 )。信號檢測系統(tǒng)(130) 被配置為檢測送樣系統(tǒng)(120)中的分析物或分析物化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物的特 性。根據(jù)一個示范性實施例，光傳感器(230 )可以是任何光傳感器， 配置為檢測入射到、穿過分析物或分析物化學(xué)反應(yīng)、被分析物或分析物化學(xué)反應(yīng)反射或從其發(fā)出的光的特性，根據(jù)一個示范性實施例，光傳感器(230 )可以包括但不限于光電二極管、光電管或電荷耦合器件 (CCD)。如這里所用的，術(shù)語"電荷耦合器件"或"CCD"應(yīng)理解為 指的是任何光敏集成電路，其存儲和顯示圖像的數(shù)據(jù)使得圖像中的每 個像素(圖片單元)被轉(zhuǎn)換為電荷，電荷強(qiáng)度與落在器件上的光量相 關(guān)。諸如CCD和光電二極管的可用的光傳感器(230 )的敏感性允許分 析微升體積尺度的分析物，即一個毫米范圍內(nèi)的路徑長度和面積。此外，根據(jù)一個示范性實施例，在本示范性流體分析系統(tǒng)(100) 中引入CCD器件作為光傳感器(230 )，使得可以對多個分析物同時進(jìn) 行分析.更具體地，CCD被配置為存儲和顯示接收的光使得接收光的每 個像素被轉(zhuǎn)換為電荷，電荷強(qiáng)度與落在器件上的光量相關(guān)。因此，較 大的CCD可以定位在多個試管下面以同時接收與多個分析物相關(guān)的光。 CCD或其他光傳感器(230 )還可以遠(yuǎn)離試管，來自多個分析物的光可 以通過透鏡、光導(dǎo)纖維、導(dǎo)光管或其他機(jī)構(gòu)傳輸?shù)紺CD。如上所述，到達(dá)光傳感器(230 )的光從光源(225 )穿過布置在 送樣系統(tǒng)(120)上的分析物，到達(dá)光傳感器(230 )。任何數(shù)量的系 統(tǒng)配置可以用于選擇性地將來自光源(225 )的光路由到光傳感器 (230 )。根據(jù)一個示范性實施例，包含若干單波長光源(225 )的光 產(chǎn)生傳送盤(220 )選擇性地定位單波長光源，使得光可以穿過希望的 分析物并且到達(dá)光傳感器，而不需要使用其他光學(xué)部件?？商鎿Q地，如圖4所示，光學(xué)配置(400 )可以包括若干單波長光 源(225 )，如LED,它們線性設(shè)置在測量區(qū)(如包含在試管(430 )中 的分析物或分析物衍生的發(fā)色團(tuán)(440 ))上。由于每個單波長光源(225 )聚焦在試管上并且該信號由光檢測器采集以用于分析物測試，因此單 波長光源(225 )可以;故引導(dǎo)(channel)。如圖4所示，可以利用導(dǎo) 光管(410)將單波長光源(225 )產(chǎn)生的單波長光(450 )引導(dǎo)到單個 發(fā)射區(qū)。根據(jù)一個示范性實施例，導(dǎo)光管(410)可以包括任何數(shù)量的、 具有基本上反射的內(nèi)表面的空心圓柱或具有高度總內(nèi)部反射的光導(dǎo)纖 維。此外，如圖4中所示，示范性光配置(400 )可以包括任何數(shù)量的 聚焦光學(xué)器件(420 )，其配置為對產(chǎn)生的單波長光(450 )聚焦。一 旦單波長光(450 )已經(jīng)被引導(dǎo)到分析物，該光就穿過分析物并且激勵 分析物或發(fā)色團(tuán)，如熒光團(tuán)，并且垂直于入射光地檢測到隨后的光發(fā)射，以相對于入射光和雜散光最大化希望的信號?？商鎿Q地，圖6所示的示范性流體分析系統(tǒng)(500 )表明單波長光 源(225 )可以在包含希望的分析物或分析物衍生的發(fā)色團(tuán)(440)的 多個試管(430 )上方排成陣列.根據(jù)該示范性實施例，穿過各個試管 (430 )的分析物或發(fā)色團(tuán)(440 )的信號然后可以被單個的光導(dǎo)纖維 (610)路由到光檢測器，根據(jù)該示范性實施例，可以選擇單個的光源 (225 )以提供希望的單波長光源(225 )和光傳感器(230 )之間的光 通信。不管將單波長光路由到光傳感器(230 )的方法是什么，光傳感器 可以被配置為檢測分析物或分析物衍生的發(fā)色團(tuán)的任何數(shù)量的波長特 性，包括但不限于吸收或發(fā)射、熒光、化學(xué)發(fā)光和其組合。垂直于入 射光地定位檢測器通常對于敏感的熒光和化學(xué)發(fā)光測量是優(yōu)選的。用 在這個模式下的檢測器可能為了最佳信號質(zhì)量而要求過濾，如圖4中 所示。不管引入到示范性流體分析系統(tǒng)(400 )中的光傳感器是什么， 由光傳感器(230 )檢測的光被轉(zhuǎn)換為電荷。光傳感器(230 )產(chǎn)生的 弱電荷然后可以通過信號放大器(130)再被傳送到處理器(200 )， 如圖2a和2b所示。一旦被處理器接收，然后可以分析電信號獲得分析物反應(yīng)化學(xué)的 波長特性。根據(jù)圖6中示出的一個示范性實施例，希望的分析物反應(yīng) ^匕學(xué)的呦并.唐可以才艮據(jù)Beer定律確定，如下式所示 A-口6c公式l其中吸光度(A)等于摩爾消光系數(shù)(。)乘以吸收或發(fā)射路徑長 度(b)和發(fā)色團(tuán)密度(c)。如圖6中所示，分析物或分析物衍生的 發(fā)色團(tuán)(440 )的吸收或發(fā)射路徑長度(600 )可以根據(jù)試管(430 )的 大小而已知，此外，根據(jù)一個示范性實施例，分析物或分析物衍生的 發(fā)色團(tuán)的消光系數(shù)(G )可以通過處理器(圖2a : 200 )從查找表中 查出。 一旦確定和/或測量了上述特性，可以計算分析物的濃度(c)。 下面將詳細(xì)描述用于操作上述示范性流體分析系統(tǒng)(100)的示范性方 法。示范性操作圖7示出了根據(jù)一個示范性實施例的用于使用上述流體分析系統(tǒng) (100)的示范性方法。如圖7所示，本示范性方法開始于首先提供鄰近光源和波長選擇系統(tǒng)的分析物樣品(步驟700 )?？梢匀魏螖?shù)量的形 式并且使用任何數(shù)量的分析物提送設(shè)備，將分析物樣品設(shè)置在光源和 波長選擇系統(tǒng)(圖1: 110)附近。根據(jù)一個示范性實施例，可以使用 具有圍繞其周邊形成的試管的生物流體試樣管鄰近于光源和波長選擇 系統(tǒng)地提供分析物樣品。一旦鄰近于光源和波長選擇系統(tǒng)地布置希望的分析物(步驟700 )， 就可以選擇希望的波長(步驟710)。根據(jù)本示范性實施例，可以至少來選擇i波長:源的希望波長。如圖8;示，顯示(二o) i收或發(fā)射光譜，其示出了分析物(810)和單波長光源(820 )的特性。如圖8 所示，分析物吸收或發(fā)射光譜包括至少一個峰值。類似地，LED發(fā)射光 譜(820 )呈現(xiàn)出與其輻射波長相關(guān)的峰值。如圖8所示， 一個特定的 光源可以呈現(xiàn)出與分析物吸收或發(fā)射光譜中的峰值一致的發(fā)射峰值。繼續(xù)圖7的示范性方法，利用已識別的希望的波長(步驟710)， 可以用輻射出已識別的波長的單波長光源來照射樣品分析物或分析物 反應(yīng)化學(xué)(步驟720 )。更特別地，根據(jù)一個示范性實施例， 一旦由處 理器(圖2a: 200 )或操作員識別了希望的波長，就可以可控地經(jīng)由伺 服機(jī)構(gòu)(210 )操縱光產(chǎn)生傳送盤(220 )以便將希望的單波長光源(2") 定向于鄰近提供的分析物。然后可控地使單波長光源(225 )照射，以 使希望波長的光穿過所提供的分析物。隨著分析物或分析物反應(yīng)化學(xué)被照射，穿過溶液的光然后被光檢 測器(圖2a: 230 )光學(xué)地檢測到，并且用于產(chǎn)生照度數(shù)據(jù)(步驟730 )。 一旦產(chǎn)生了照度數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)可以被放大并傳送到處理器用于分析(步 驟740 )。如前所述，可以分析產(chǎn)生的照度數(shù)據(jù)以獲得任何數(shù)量的特性， 包括但不限于根據(jù)Beer定律的吸收或發(fā)射，如上面詳細(xì)描述的?？傊臼痉缎韵到y(tǒng)和方法提供了 一種簡單穩(wěn)健的光分析系統(tǒng)， 其減少了成本同時保持了實用性和速度。更具體地，根據(jù)一個示范性 實施例，本多波長選擇器結(jié)構(gòu)包括多個單波長光源，如發(fā)光二極管 (LED)或激光器，其可以采取任何數(shù)量的結(jié)構(gòu)配置，聚焦或引導(dǎo)到小 區(qū)域。此外，如上所述，多個單波長光源的引入，結(jié)合諸如CCD或光 電二極管的光檢測器使得可以同時測量多個分析物。提供以上說明僅是為了舉例說明并描述本方法和裝置。其并不打算是窮盡的或者將公開限制到所公開的任何精確形式。根據(jù)上述教導(dǎo), 許多修改和變化都是可能的。本公開的范圍由隨附的權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1. 一種用于光學(xué)分析物質(zhì)的系統(tǒng)，包括光源(225)，包括多個可選擇的單波長光源(225)；物質(zhì)提送組件，其光耦合到所述光源(225)；以及與所述物質(zhì)提送組件關(guān)聯(lián)的光檢測系統(tǒng)(230)。
2. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述光源(225 )包括盤狀組件(310)， 其包括耦合到所述盤狀組件(310)的外邊緣的所述多個可選擇的單波 長光源(225 )。
3. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述光檢測系統(tǒng)(230 )被定位成檢 測穿過所述物質(zhì)提送組件的光(450 )。
4. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括布置在所述光源(225 )和所述物 質(zhì)提送組件之間的導(dǎo)光管(410);其中所述導(dǎo)光管(410)被配置為將由所述單波長光源("5)產(chǎn) 生的光(450 )引導(dǎo)到所述物質(zhì)提送組件上。
5. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述光源(225 )包括多邊形組件(360 )， 其包括布置在所述多邊形組件(360 )上的單波長光源(225 )的陣列。
6. —種用于光學(xué)分析物質(zhì)的光源(225 )，包括 結(jié)構(gòu)支撐組件；以及耦合到所述結(jié)構(gòu)支撐組件的多個可選擇的單波長光源(225 )。
7. 權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中所述結(jié)構(gòu)支撐組件被配置為選擇性地 旋轉(zhuǎn)。
8. —種制造用于光學(xué)分析物質(zhì)的光源(225 )的方法，包括 形成結(jié)構(gòu)支撐組件；耦合多個耦合到所述結(jié)構(gòu)支撐組件的可選擇的單波長光源(225 );以及將所述多個可選擇的單波長光源(225 )電耦合到控制器。
9. 一種使用包括多個可選擇的單波長光源(225 )的光源傳送盤 (250、 300、 350 )的方法，包括從所述多個可選擇的單波長光源(225 )中選擇希望的單波長光源 (225 );用所述希望的單波長光源(225 )照射分析物(440 );以及檢測與所述被照射的分析物相關(guān)的波長。
10.權(quán)利要求9的方法，其中所述從所述多個可選擇的單波長光 源(225 )中選擇希望的單波長光源(225 )至少部分基于所述分析物 (440 )的吸收或發(fā)射特性。
全文摘要
一種用于光學(xué)分析物質(zhì)的微流體分析系統(tǒng)(100、500)，包括具有多個可選擇的單波長光源(225)的光源(225)，光耦合到光源(225)的物質(zhì)提送組件，以及與物質(zhì)提送組件關(guān)聯(lián)的光檢測系統(tǒng)。
文檔編號G01N21/25GK101287980SQ200680038022
公開日2008年10月15日 申請日期2006年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月11日
發(fā)明者C·E·奧蒂斯, C·杜登赫菲, C·貝蒂, P·哈丁 申請人:惠普開發(fā)有限公司