[发明专利]荧光读取器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于光学分析装置中样品基板的改进的荧光/磷光读取 器。本发明还涉及所述荧光/磷光读取器的应用，以及适用于所述荧光读取器 的样品基板。

背景技术

基于样品中分析物，如核酸、缩氨酸、蛋白质、抗体、激素或药物的检 测，通过光学分析对液体样品进行分析和诊断测定。光学分析一个重要的应 用是免疫学领域，其中借助特定的抗体检测分析物，例如通过用荧光团标记 分析物，或通过在光学检测之前提供荧光团标记的抗体，该抗体能结合到分 析物，从而形成可光学检测的复合物。可通过荧光读取器进行荧光团的检测， 荧光读取器能用激发光源照射分析支撑基板并能检测从荧光团发射的荧光。

通过包含样品支撑基板和荧光读取器的光学分析装置进行包括检测从 荧光团发射的荧光在内的光学分析。荧光读取器包括用于光学波长范围内 (即在大约40nm与1mm之间)的电磁辐射的光源和检测器、以及适当的 光学滤波器和波导部件。样品支撑物包括例如在激发光和发射光的波长范围 中具有较高光学透射率的聚合物材料的基板，其还具有对其他波长的较高吸 收性。基板设置有一个或多个反应位置区域，包含探针分子，例如抗体的点 和/或线，为样品中存在的分析物分子，即目标分子提供结合位置。基板还设 置有用于形成例如微柱或微杆的突出微结构的图案，其设置成形成用于样品 的毛细管流道。

当样品与支撑表面上被捕获的分子接触，且荧光或磷光抗体检测共轭 (conjugate)时，形成可光学检测的点或线。当用荧光读取器的激发光源照 射基板时发出荧光或磷光，由此表示在样品的目标分子与反应位置的探针分 子之间发生了反应。荧光和磷光定义为由被吸收的激发电磁辐射导致的电磁 辐射的发射物，在激发之后荧光持续小于1×10^-8s，在暴露于激发光之后磷光 持续较长时间，即其衰退更慢。

在荧光(和磷光)中，激发辐射通常具有比发射辐射短的波长(即较高 的能量)，但对于多光子荧光来说是相反的事实。可以以稳态或时间分辨来 研究荧光行为，荧光光谱学涉及例如单光子和多光子荧光、FRET(荧光共 振能量转移)、和荧光上转换(up-conversion)。在荧光分析中，激发和发射 辐射的波长依赖于荧光团的类型，荧光团可以是有机源或无机源的，如青色 染料、荧光蛋白染料或纳米晶。作为一个例子，一般用649nm激发普通荧光 团Cy-5^TM(GE卫生保健)，测量发射光为670nm。激发最大值与发射最大 值之间的波长差通常称作斯托克斯偏移。

在光学分析中，通过荧光读取器的检测器件，通过测量发射荧光或磷光 的强度来确定样品中分析物的浓度，由此能进行定量测量。因而，用激发光 照射反应位置区域的效率，以及发射的荧光的收集效率将对光学分析的性能 产生影响。

此外，基板表面上的反应位置可设置不同探针分子的点或线的阵列，结 合不同的目标分子。因此，荧光读取器设计成能通过不同荧光团，或通过使 用探针分子的空间分离来确定样品中几种分析物的存在。

荧光读取器可设置成通过扫描反应位置区域进行发射荧光的检测或者 作为二维像素阵列来检测整个反应位置区域的图像。扫描荧光读取器通过光 学部件与样品基板之间的相对移动扫描样品基板的表面，光学部件优选包括 窄带激发光源，如激光，LED或设置有光谱滤波器的白光源，来自该窄带激 发光源的光聚焦在每个单独的检测位置。从每个检测位置发射的荧光聚焦在 光学检测器，如光电二极管或PMT(光电倍增管)上。成像荧光读取器能 检测二维像素阵列，光学部件包括用于照射样品基板的大部分表面区域(或 整个表面区域)的激发光源、和能同时检测从整个检测位置区域发射的光的 检测器，如使用MOS(半导体上金属(Metal-On-Semiconductor))技术的 CCD(电荷耦合器件)成像器。

WO01/575501中描述了一种现有技术的光学读取器，该文献公开了在透 明基板上包含样品的分析物的光学成像。该光学读取器包括用于激励从样品 发射可检测光的激发能量源，基板设置有位于样品下面的用于将发射光反射 进检测部件的反射表面。

WO99/46596中公开了一种光检测光学器件，其包括耦合到滑块的光导 体，由此可提高光收集效率。

WO03/103835描述了现有技术的样品基板，其设置有布置成形成用于样 品的毛细管流道的突出微柱。