[发明专利]用于微流体器件的光学透镜系统和方法

说明书

本发明专利申请是申请日为2005年6月7日、申请号为200580025595.5、名称为“用于微流体器件的光学透镜系统和方法”的发明专利申请以及申请日为2009年12月2日、申请号为200910246173.0、名称为“用于微流体器件的光学透镜系统和方法”的发明专利申请的分案申请。

有关申请的交叉参照

本申请要求2004年6月7日提交的美国临时申请60/578,106的优先权。

技术领域

本发明一般涉及微流体技术。特别是，本发明提供用于给微流体器件的室内的(例如悬浮在流体体积中的)一个或多个实体成像的方法和系统。更具体地讲，这种成像方法和系统利用了与微流体器件中的一个或多个实体有关的荧光信号指示。仅作为示例，通过使用耦合到微流体器件的荧光、化学发光和生物发光读出器，来应用微流体方法和系统技术，但是将会认识到本发明具有更广的应用范围。

经共同努力已开发并制造出各种微流体系统，来执行化学和生物化学的各项分析与综合。这些系统已被开发成用于各项制备和分析应用。制造这种微尺寸器件的目标源自常规大尺度分析与综合(这通常很笨重且不太有效)的小型化过程所实现的诸多重要益处。通过使用这些微流体系统，便实现了时间大幅减少、成本更低、空间分配更有效等诸多益处。对于使用这些微流体器件的自动化系统而言，附带的好处可以包括人工操作更少。自动化系统还减少了操作人员的过失以及其它和操作人员有关的局限。已经提出，微流体器件可用于各种应用，其中包括毛细电泳、气体层析和细胞分离。

适于进行核酸扩增过程的微流体器件有可能有广泛的应用。例如，这种器件作为一种分析工具，可以用于确定在样品中是否存在特定的靶核酸。利用微流体器件作为分析工具的示例包括：

·鉴定过程(例如，亲子鉴定和法医学应用)；

·检测和表征与特定疾病或遗传病相关联的特定核酸；

·检测与特定药物行为相关联的基因表达分布型/序列(例如药物遗传学，即选择对特定遗传概况相容的/特别有效的/无害的药物)；以及

·进行基因型分析和基因表达分析(例如，差别基因表达研究)。

或者，该器件可以按制备方式用于核酸扩增，从而产生足以进行进一步分析的水平的扩增产物。这些分析方法的示例包括扩增产物的测序、细胞分型、DNA指纹鉴定等。扩增产物也可用于各种遗传工程应用。这些遗传工程应用包括(但不限于)生产所需蛋白质产物，这是通过将扩增产物插入载体，然后用该载体转化细胞使其产生所需蛋白质产物完成的。

尽管有这些潜在的应用，适用于从这种微流体器件中收集并处理成像数据(例如，荧光数据)的成像系统(也被称为读出器)具有各种缺点。一些常规的读出器按扫描模式工作，其中激光束在微流体器件上进行光栅扫描。在其它这样的系统中，器件被平移，或者激光和器件同时平移。这些扫描器按照和激光源/器件的光栅扫描相关联的有序方式，从微流体器件中存在的反应室中收集荧光数据。其它常规的扫描器按缝合模式工作，按顺序地给小区域(例如，尺寸小于1mm²的区域)成像，并且将这些小图像缝合到一起，从而形成测试中的微流体器件的图像。

扫描和缝合模式都有缺点。例如，两种类型的系统都工作在相对低的系统频率下，而系统频率作为时间的函数正比于成像面积。常规系统的工作频率在每分钟1-20cm²的量级。对于某些感兴趣的试验，比如蛋白质热量测定和核酸扩增，通常需要大于约每分钟1-20cm²的系统频率，以便对微流体器件的反应器皿中发生的荧光过程进行成像。常规的扫描和缝合系统无法满足这些性能目标。除了使系统通量放缓以外，这些扫描和缝合系统还会限制利用某些试验(例如，实时PCR的性能)的可能性。

因此，本领域需要改进的方法和系统，来对微流体器件的反应室中的流体体积中悬浮的一个或更多的实体进行成像。

发明内容

根据本发明，提供了用于微流体系统的技术。特别是，本发明提供了用于给微流体器件的反应室中的流体体积中悬浮的一个或多个实体成像的方法和系统。更具体地讲，本发明的成像方法和系统利用了与微流体器件中的一个或多个实体相关联的荧光信号指示。仅仅作为示例，通过使用和微流体器件相耦合的荧光、化学发光和生物发光读出器，来应用微流体方法和系统技术，但是将会认识到本发明具有更广的应用范围。