專利名稱：生物測(cè)定單元及用于生物測(cè)定的基板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有益于生物信息學(xué)領(lǐng)域的生物測(cè)定系統(tǒng)。更加特別地，本發(fā)明涉及一種生物測(cè)定系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)為使得從存在于指定構(gòu)造的探測(cè)區(qū)中的熒光標(biāo)記的物質(zhì)中射出的熒光會(huì)聚在探測(cè)區(qū)的背側(cè)上，從而確定熒光的強(qiáng)度。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，在基因突變分析、SNP(單基多態(tài)single-base polymorphism)分析、基因表達(dá)頻率分析等中使用具有通過微陣列(microarray)技術(shù)精細(xì)排列于其上的預(yù)定DNA的分子集成生物測(cè)定基板(molecule-integrated bioassaysubstrate)，其通常稱作DNA芯片或DNA微陣列(以下統(tǒng)稱為“DNA芯片”)，并且已開始發(fā)現(xiàn)在諸如藥品開發(fā)、臨床診斷、藥物動(dòng)力學(xué)和法醫(yī)學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域中更廣泛的應(yīng)用。
這種DNA芯片的特征在于其允許了對(duì)于諸如雜交的分子間反應(yīng)的綜合分析，因?yàn)楦鞣N大量DNA低聚糖鏈、cDNA(互補(bǔ)DNA)等結(jié)合在一塊玻璃基板或硅基板上。
下面，將簡要介紹利用DNA芯片的示范性分析程序。對(duì)固定在玻璃基板或硅基板上的DNA探頭，通過在熒光標(biāo)記的dNTP之前，利用逆轉(zhuǎn)錄酶PCR反應(yīng)等對(duì)從細(xì)胞、組織等中提取的mRNA進(jìn)行PCR放大，同時(shí)結(jié)合作為熒光探頭的熒光標(biāo)記dNTP，在基板上執(zhí)行雜交。然后利用指定的探測(cè)器進(jìn)行熒光測(cè)量。
在使用上述DNA芯片的生物測(cè)定方法中，從實(shí)現(xiàn)增加處理目標(biāo)物質(zhì)的數(shù)量和改善探測(cè)精度和探測(cè)速度的角度出發(fā)，可以提出與光盤相關(guān)地發(fā)展起來的基板技術(shù)和伺服控制技術(shù)。
具體而言，其中包括有探測(cè)物質(zhì)的溶液滴注在基板上的預(yù)定位置處，并且固定在基板上，同時(shí)旋轉(zhuǎn)基板。基板保持旋轉(zhuǎn)，然后將其中包括有熒光標(biāo)記的目標(biāo)物質(zhì)的溶液滴注在固定的探測(cè)物質(zhì)上，從而使探測(cè)物質(zhì)與目標(biāo)物質(zhì)彼此相互作用，并且清洗出對(duì)于相互作用未做出貢獻(xiàn)的目標(biāo)物質(zhì)。基板保持旋轉(zhuǎn)，激發(fā)光隨后照射在經(jīng)過相互作用的目標(biāo)物質(zhì)上，從熒光標(biāo)記物中射出的熒光由探測(cè)器探測(cè)，并且確定所探測(cè)到的熒光強(qiáng)度，以分析探測(cè)物質(zhì)與目標(biāo)物質(zhì)之間的結(jié)合強(qiáng)度(見，例如JP 2001-238674A)。
與傳統(tǒng)的所謂“DNA芯片”相比，使用基板的上述生物測(cè)定法(為方便介紹，以下簡稱“盤片陣列”)具有優(yōu)勢(shì)，大量探測(cè)物質(zhì)和目標(biāo)物質(zhì)可以通過使用在制備用于光盤的基板中采用的噴射模塑技術(shù)和表面微處理技術(shù)非常經(jīng)濟(jì)地排列在基板上。
另外，可以通過以很高的速度旋轉(zhuǎn)基板并且利用高靈敏度探測(cè)器進(jìn)行熒光探測(cè)來實(shí)現(xiàn)探測(cè)速度的改善。如果利用高速測(cè)定系統(tǒng)反復(fù)分析上述以很高的結(jié)合程度載于基板上的目標(biāo)物質(zhì)樣品，可以統(tǒng)計(jì)處理所得結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)量精度的改善，這將更有價(jià)值。
然而，在上述盤片測(cè)定中，樣品溶液從保持在水平位置的基板上方的一點(diǎn)向下滴注在預(yù)定的探測(cè)區(qū)(斑點(diǎn)區(qū)域)。因此，在基板上方布置滴注器(例如，噴墨設(shè)備)。若采用使得探測(cè)單元布置在基板上方的構(gòu)造用來探測(cè)從每一熒光標(biāo)記的目標(biāo)物質(zhì)射出的熒光強(qiáng)度，則出現(xiàn)了滴注器組群和探測(cè)單元的空間分配問題，導(dǎo)致布置滴注器組群變得復(fù)雜的技術(shù)問題。在更進(jìn)一步期望朝向配備有更多數(shù)量噴嘴的更復(fù)雜滴注器的運(yùn)動(dòng)的電流環(huán)境下，解決上述技術(shù)問題變得至關(guān)重要。
在盤片測(cè)定中，確保聚焦伺服控制系統(tǒng)和跟蹤伺服控制系統(tǒng)的無錯(cuò)誤工作十分重要，其中該聚焦伺服控制系統(tǒng)起到保持基板與會(huì)聚透鏡之間距離固定的作用，而該跟蹤伺服控制系統(tǒng)起到使熒光會(huì)聚透鏡跟蹤基板上的探測(cè)物質(zhì)和目標(biāo)物質(zhì)的作用，從而可以降低由基板的離心率和翹曲導(dǎo)致的動(dòng)干擾的影響。
操作這些伺服控制系統(tǒng)所需的伺服控制信息(伺服錯(cuò)誤信號(hào))通過透過會(huì)聚透鏡向盤片的表面上照射激光束并且光學(xué)和電學(xué)地處理從會(huì)聚透鏡反射回來的激光束而獲得。然而，在基板的表面上，探測(cè)物質(zhì)和目標(biāo)物質(zhì)從光學(xué)的角度來看是不均勻的。因此，作為從基板上方一側(cè)照射的激光束向上反射的結(jié)果返回的反射激光束已經(jīng)過散射。結(jié)果，伺服錯(cuò)誤信號(hào)包括了很大的噪聲，引起了導(dǎo)致伺服控制系統(tǒng)工作不穩(wěn)定的技術(shù)問題。
因此，本發(fā)明的主要目的在于解決分配探測(cè)單元上方的空間的問題，并且具體在于提供一種可以相對(duì)于基板穩(wěn)定伺服控制工作的生物測(cè)定系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了以下生物測(cè)定系統(tǒng)和生物測(cè)定基板。
首先，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N生物測(cè)定系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)為包括用于向存在于反應(yīng)區(qū)內(nèi)的探測(cè)物質(zhì)(例如，核苷鏈、縮氨酸、蛋白質(zhì)、油脂、低分子量化合物、脂質(zhì)體或其它任何生物物質(zhì)等)上滴注熒光標(biāo)記的目標(biāo)物質(zhì)溶液并引起探測(cè)物質(zhì)與目標(biāo)物質(zhì)在反應(yīng)區(qū)內(nèi)彼此相互作用以制備反應(yīng)產(chǎn)物的裝置；以及，用于向反應(yīng)產(chǎn)物上照射特定波長的激發(fā)光，并在反應(yīng)區(qū)的背側(cè)上會(huì)聚從熒光標(biāo)記的物質(zhì)射出的熒光以確定熒光的強(qiáng)度的裝置。
該生物測(cè)定系統(tǒng)設(shè)計(jì)為在探測(cè)區(qū)中反應(yīng)區(qū)的背側(cè)上布置熒光強(qiáng)度確定裝置，使得可以在探測(cè)區(qū)之上保留更寬的空間。結(jié)果，帶來用于滴注樣品溶液的裝置和與滴注裝置相關(guān)的裝置組群可以以更高的設(shè)計(jì)公差布置之便。
在該系統(tǒng)中，用于獲得熒光的激發(fā)光照射裝置可布置在探測(cè)區(qū)上方(在其前側(cè)上)或下方(在其背側(cè)上)。然而，適于將激發(fā)光照射裝置與熒光強(qiáng)度確定裝置一起布置在探測(cè)區(qū)背側(cè)上，因?yàn)榭梢栽谔綔y(cè)區(qū)之上形成更寬的空間。
具體而言，該系統(tǒng)可構(gòu)造為使得對(duì)從熒光標(biāo)記的目標(biāo)物質(zhì)射出的熒光具有半透明度的光透射層至少形成在探測(cè)區(qū)中，并且激發(fā)光從探測(cè)區(qū)背側(cè)朝向存在于反應(yīng)區(qū)中的探測(cè)物質(zhì)照射。通過構(gòu)造該系統(tǒng)從而確定透過光透射層返回背側(cè)的熒光的強(qiáng)度，激發(fā)光照射裝置和熒光強(qiáng)度確定裝置兩者都可以布置在探測(cè)區(qū)背側(cè)上。
其次，本申請(qǐng)還提供一種如下構(gòu)造的生物測(cè)定基板，其中布置設(shè)置有至少一個(gè)提供探測(cè)物質(zhì)與目標(biāo)物質(zhì)之間的相互作用的場(chǎng)所的反應(yīng)區(qū)的探測(cè)區(qū)，并且在探測(cè)區(qū)中反應(yīng)區(qū)的側(cè)壁上形成對(duì)激發(fā)光和熒光兩者都具有半透明度的光透射層。另外，熒光可通過使用熒光嵌合劑獲得。
本“生物測(cè)定基板”使得可以從布置在基板上的探測(cè)區(qū)背側(cè)向探測(cè)區(qū)背側(cè)照射激發(fā)光，以確定熒光的強(qiáng)度，其中熒光利用照射從探測(cè)區(qū)獲得。因此，可以在基板上方獲得更寬的空間。結(jié)果，可以以更高的設(shè)計(jì)公差布置用于滴注樣品溶液的裝置和與滴注裝置相關(guān)的裝置組群。
上述生物測(cè)定基板可設(shè)計(jì)為使得采用了構(gòu)造為可以在布置在基板上的每個(gè)探測(cè)區(qū)上光學(xué)地設(shè)置位置信息和聚焦信息的基板，并且布置在探測(cè)區(qū)中的光透射層起反射層的作用，其設(shè)置有導(dǎo)致激光束反射的屬性。即，此光透射層具有對(duì)激發(fā)光和熒光兩者的半透明度，還對(duì)激光束起反射作用。
上述根據(jù)本發(fā)明的生物測(cè)定基板還可設(shè)計(jì)為使用上述構(gòu)造的基板并且使用布置在基板上的探測(cè)區(qū)執(zhí)行測(cè)定。
在使用構(gòu)造為可以在每個(gè)探測(cè)區(qū)上光學(xué)地設(shè)置位置信息和聚焦信息的基板時(shí)，必須確保保持基板與會(huì)聚透鏡之間距離固定作用的聚焦伺服控制系統(tǒng)和使得熒光會(huì)聚透鏡跟蹤排列在基板上的探測(cè)物質(zhì)和目標(biāo)物質(zhì)的跟蹤伺服控制系統(tǒng)的無錯(cuò)誤工作，使得由基板的離心率和翹曲導(dǎo)致的動(dòng)干擾的影響可以降低。
如上所述，形成在布置于基板上的每個(gè)探測(cè)區(qū)中的光透射層具有對(duì)于激發(fā)光和熒光兩者的半透明度，并且還能夠反射激光束。因此，可以透過布置在基板背側(cè)(與形成探測(cè)區(qū)的表面相對(duì)的表面一側(cè))的透鏡會(huì)聚激光束，并在反射層上照射由此會(huì)聚的激光束，以由從反射層反射回來的激光束獲得聚焦信息，并且通過使用聚焦信息以操作聚焦伺服控制系統(tǒng)保持透鏡與基板之間的距離固定。
另外，可以通過會(huì)聚透過布置在與基板前表面相對(duì)的表面一側(cè)上的透鏡的激光束，向反射層上照射由此會(huì)聚的激光束并使用從反射層反射回來的反射激光束獲得跟蹤信息。使用此跟蹤信息使得可以操作跟蹤伺服控制系統(tǒng)，使得透鏡能夠精確地跟蹤探測(cè)區(qū)的排列。
配置有從基板背表面一側(cè)照射激光束并獲得背表面一側(cè)上的反射激光束的基本構(gòu)造的上述伺服控制相關(guān)裝置可消除反射激光束的散射，否則從光學(xué)的角度出發(fā)，其將發(fā)生在不均勻地存在于基板表面上的探測(cè)物質(zhì)與目標(biāo)物質(zhì)的影響存在的情況下。因此，可以消除來自伺服錯(cuò)誤信號(hào)的噪聲，并且穩(wěn)定了伺服控制操作。
在上述構(gòu)造的生物測(cè)定系統(tǒng)中，照射在基板上以引入來自熒光標(biāo)記的目標(biāo)物質(zhì)的熒光發(fā)射的激發(fā)光還可以用作用于執(zhí)行上述伺服控制操作的激光束，以及反之。根據(jù)此實(shí)施例，布置在基板周圍的光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)造還可簡化，因此使得可以促進(jìn)該系統(tǒng)的成本消減，尺寸下降等。
在上述生物測(cè)定系統(tǒng)中，基板可以保持為其前表面垂直面向上，換言之，可以保持水平。這使得可以精確地執(zhí)行沿重力方向向每個(gè)預(yù)定探測(cè)區(qū)中滴注樣品溶液，以及進(jìn)一步地向單個(gè)探測(cè)區(qū)滴注均勻尺寸和形狀的小滴。因此，可以改善熒光探測(cè)的精度。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的生物測(cè)定系統(tǒng)具有技術(shù)意義，為相關(guān)商業(yè)領(lǐng)域提供了在使用基板時(shí)解決用于樣品溶液滴注器和熒光強(qiáng)度確定單元的空間分配問題的技術(shù)以及在采用基板時(shí)降低伺服錯(cuò)誤信號(hào)中噪聲的技術(shù)和允許伺服控制操作(聚焦伺服控制和跟蹤伺服控制)穩(wěn)定化的技術(shù)。


圖1為適于在根據(jù)本發(fā)明的生物測(cè)定系統(tǒng)上使用的基板(1)的頂視平面圖；圖2為布置在基板(1)及其周邊區(qū)域上的探測(cè)區(qū)(3)的放大斷面圖；圖3為當(dāng)激發(fā)光(P)從基板(1)上方的一點(diǎn)照射在探測(cè)區(qū)(3)上時(shí)的狀態(tài)的示意圖；圖4為當(dāng)激發(fā)光(P)從基板(1)下方的一點(diǎn)照射在探測(cè)區(qū)(3)上時(shí)的狀態(tài)的示意圖；圖5為示意性地顯示出根據(jù)本發(fā)明的生物測(cè)定系統(tǒng)(U)的構(gòu)造的結(jié)構(gòu)圖；以及圖6A至6E為示意性地示出使用系統(tǒng)(U)的生物測(cè)定程序的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面，將參照附圖介紹根據(jù)本發(fā)明的生物測(cè)定系統(tǒng)的構(gòu)造。圖1為適于在生物測(cè)定系統(tǒng)中使用的根據(jù)本發(fā)明的生物測(cè)定基板的頂視平面圖，而圖2為布置在基板及其周邊區(qū)域上的探測(cè)區(qū)的示意圖。
圖1中由附圖標(biāo)記1表示的基板由用作諸如CD、DVD或MD的光學(xué)信息記錄媒質(zhì)的基板(盤片)的材料形成。
基板由石英玻璃、硅樹脂、聚碳酸酯、聚苯乙烯或任何其它可模壓或可成形為圓盤形的合成樹脂形成，優(yōu)選為可注模的合成樹脂。與傳統(tǒng)情況下使用的玻璃芯片相比，經(jīng)濟(jì)的合成樹脂的采用可實(shí)現(xiàn)較低的成本。
在基板1的前表面101上，通過光盤控制技術(shù)螺旋形地記錄探測(cè)區(qū)3、3、......和地址孔(address pit)103、103、......(見圖1)。探測(cè)區(qū)作為探測(cè)物質(zhì)D與目標(biāo)物質(zhì)T之間相互作用的場(chǎng)所，而地址孔用于指定基板1上的位置。每個(gè)探測(cè)區(qū)3的長度、寬度和深度都為從幾個(gè)微米到幾百個(gè)微米，并且它們的值基于激發(fā)光P的光斑直徑和樣品溶液(含探測(cè)物質(zhì)的溶液和含目標(biāo)物質(zhì)的溶液)的最小可能液滴體積而確定。
反射層2形成在基板1的一個(gè)表面上，其厚度在從幾個(gè)納米到幾十個(gè)納米左右的范圍內(nèi)。在上述范圍內(nèi)，反射層2的厚度可以基于用于形成反射層2的材料根據(jù)需要確定。
當(dāng)反射層2由金屬材料的單層或無機(jī)材料的單層形成時(shí)，其對(duì)用于將在后面提及的伺服控制操作的激光束的反射率期望可以設(shè)置在從5％至50％(含)的范圍內(nèi)，因?yàn)榇朔秶悄軌蚺c執(zhí)行更穩(wěn)定的伺服控制操作(伺服控制聚焦和伺服控制跟蹤)所需的更高激光束反射率和對(duì)激發(fā)光和熒光的半透明度相協(xié)調(diào)的適合范圍，所述半透明度為確定熒光強(qiáng)度所需。上述反射率范圍還使得可以充分地消除對(duì)于在基板1上反射的伺服控制激光束的干擾，即使是存在于基板前表面101上的液體物質(zhì)D、T的折射率非常接近基板1的折射率時(shí)。
反射層2可以用由一層在一層之上地涂覆的多層無機(jī)材料形成并具有波長選擇性的反射膜替代。在此情況下，其可以僅反射用于伺服控制操作的激光束，由此避免了為確定熒光強(qiáng)度而對(duì)于激發(fā)光和熒光損失的關(guān)注。因此，可以在不考慮任何對(duì)于熒光強(qiáng)度確定的影響的情況下形成激光束反射率高于50％(例如，90％或更高)的反射層2。
在上述光透射層中，隱藏地布置了下述結(jié)構(gòu)的探測(cè)區(qū)3。
如圖2所示，每個(gè)探測(cè)區(qū)3設(shè)置有壁或槽形式的反應(yīng)區(qū)31和形成在定義出反應(yīng)區(qū)31的壁上的探測(cè)面32，樣品溶液S通過例如噴墨嘴(未示出)滴注在反應(yīng)區(qū)31中。注意，探測(cè)區(qū)3不限于所示形式，并且可以基于目的根據(jù)需要盡可能多地設(shè)置在預(yù)定位置。
探測(cè)面32(見圖2)已經(jīng)過表面處理，從而允許探測(cè)物質(zhì)D的固定。適于固定諸如DNA探頭的期望探測(cè)物質(zhì)的表面處理已根據(jù)需要選取并施用于探測(cè)表面32。
探測(cè)表面可利用例如含氨硅烷結(jié)合劑的溶液或多熔素溶液進(jìn)行表面處理。在基板由合成樹脂形成的情況下，其表面可以在等離子體處理和DUV(深度UV)照射后，利用含氨硅烷結(jié)合劑溶液處理。另外，可以在表面上濺射銅、銀、鋁或金，從而形成薄膜，并且可以在薄膜的表面上涂覆具有諸如氨基、硫醇或羧基、巰乙胺、鏈親和素等的功能基(活性基)的物質(zhì)。另外，可以根據(jù)需要預(yù)先向探測(cè)物質(zhì)中結(jié)合入鏈接劑，從而允許固定探測(cè)物質(zhì)。
向布置在基板1前表面101上預(yù)定位置處的探測(cè)區(qū)3、3、......，固定諸如DNA探頭、縮氨酸、蛋白質(zhì)、油脂、低分子量物質(zhì)、脂質(zhì)體或其它生物物質(zhì)等的核苷鏈作為探測(cè)物質(zhì)D。在由此固定的探測(cè)物質(zhì)D上滴注其中包括有熒光標(biāo)記的目標(biāo)物質(zhì)的樣品溶液，從而引起探測(cè)物質(zhì)D和目標(biāo)物質(zhì)T彼此相互作用，以制備反應(yīng)產(chǎn)物R。
圖2中，附圖標(biāo)記4表示施用于標(biāo)記目標(biāo)物質(zhì)T(所示實(shí)施例中的核苷鏈)端部的熒光染料。除這種熒光染料標(biāo)記以外，可使用熒光嵌合劑來探測(cè)諸如雜交的相互作用。
接下來，將參照?qǐng)D3進(jìn)行介紹。在根據(jù)本發(fā)明的生物測(cè)定系統(tǒng)，已經(jīng)通過在反應(yīng)產(chǎn)物R上照射特定波長的激發(fā)光(激發(fā)激光束)P而從熒光標(biāo)記的目標(biāo)物質(zhì)T射出的熒光F使用布置在與基板1的前表面101相對(duì)的背表面102一側(cè)上的透鏡(會(huì)聚透鏡)5會(huì)聚，并且確定熒光F的強(qiáng)度，所述前表面包括布置在其中的探測(cè)區(qū)5。圖2中以附圖標(biāo)記6表示的是布置在探測(cè)器7前面的會(huì)聚透鏡。
可以從基板1的前表面101或背表面102的方向照射激發(fā)光P(圖3中，示出的是從基板的前表面101一側(cè)實(shí)現(xiàn)照射的實(shí)施例)。為了有效地使用基板前表面101上方的空間作為用于布置樣品溶液滴注器及其相關(guān)裝置的空間，優(yōu)選從背表面102一側(cè)進(jìn)行激發(fā)光P的照射(見圖4)。
如圖3所示，在激發(fā)光P從前表面一側(cè)(或背表面102一側(cè))照射在探測(cè)區(qū)3上的實(shí)施例中，上述反射層2(至少是探測(cè)區(qū)3底壁33上的反射層2)能夠起到具有對(duì)于熒光F和激發(fā)光P的半透明度的透射層的作用。這使得可以將激發(fā)光P從與基板前表面101相對(duì)的背表面一側(cè)照射在探測(cè)區(qū)3上，并且還可以確定透過光透射層返回至背表面102一側(cè)的熒光F的強(qiáng)度。
另外，激發(fā)光P的波長適于在從400nm至700nm左右的范圍內(nèi)，這與一般熒光物質(zhì)可以被激發(fā)的波長范圍相一致。
下面，將基于圖5介紹根據(jù)本發(fā)明的生物測(cè)定系統(tǒng)U的適合實(shí)施例的總體構(gòu)造。
上述構(gòu)造的基板1固定在從盤片支架8向上延伸地布置的心軸9上，支架8配備有旋轉(zhuǎn)裝置。心軸9固定地插入基板1的中心孔104(見圖1)中。
滴注在基板1前表面101上的探測(cè)物質(zhì)D和目標(biāo)物質(zhì)T處于溶液形式。為避免諸如滴落等各種問題，非常需要水平地保持將要向上滴注溶液的基板1。
在基板1上方布置噴嘴10，其構(gòu)造為使得樣品溶液S可以滴注在預(yù)定位置處的探測(cè)區(qū)3、3、......中，同時(shí)精確地跟蹤它們。以附圖標(biāo)記11表示的控制單元基于將在下面提及的聚焦信息和跟蹤信息控制噴嘴10的全部滴注操作。
激發(fā)光P從激光二極管12輸出。隨后通過準(zhǔn)直透鏡6轉(zhuǎn)化為平行光線，平行光線通過分色鏡13折射90°，然后通過布置在沿行進(jìn)方向的前方的鏡面14折射90°。平行光線進(jìn)入支撐在激勵(lì)器15上的會(huì)聚透鏡5，并且隨后從基板1的背表面102一側(cè)照射在探測(cè)區(qū)3上。另外，附圖標(biāo)記16表示從控制單元11透射、用于控制激光二極管驅(qū)動(dòng)器17的信號(hào)。
此處，激發(fā)光P通過會(huì)聚透鏡5在基板的表面上限制在幾個(gè)微米左右的尺寸。為了有效利用激發(fā)光的此微小光斑直徑，能夠滴注皮升量級(jí)微量的溶液噴墨嘴適于作為用于將含探測(cè)物質(zhì)的溶液和含目標(biāo)物質(zhì)的溶液滴注在基板1上的噴嘴10。
噴墨嘴可以設(shè)置得與將要使用的溶液的數(shù)量一樣多。作為替換，每個(gè)噴嘴可以在滴注溶液后清洗，并且可以隨后用于滴注另一種溶液。這種特性使得可以利用較小數(shù)量的噴嘴處理更多種類的溶液。在將樣品溶液S(含探測(cè)物質(zhì)的溶液和含目標(biāo)物質(zhì)的溶液)滴注在基板1上之后，每種關(guān)注溶液滴注在期望位置，同時(shí)通過使用伺服控制激光束V(其將在下面討論)讀出已預(yù)先記錄在基板上的地址信息。
當(dāng)激發(fā)光P照射在清洗后仍保留在探測(cè)區(qū)3中的熒光標(biāo)記的目標(biāo)物質(zhì)T上時(shí)，即經(jīng)過了諸如雜交的相互作用的目標(biāo)物質(zhì)T，發(fā)射出由附圖標(biāo)記F表示的熒光，并且該熒光F隨后返回基板1背表面102一側(cè)(仍見圖4)。
在此熒光F由布置在基板1下方的鏡面14折射90°之后，其徑直行進(jìn)通過布置在行進(jìn)方向上的分色鏡13等，并且隨后由布置在更前方的分色鏡18折色90°。接著，熒光F進(jìn)入上透鏡19并在那里會(huì)聚，并且被導(dǎo)入探測(cè)器7。由上述內(nèi)容可以理解，分色鏡18配置有反射熒光F的特性，并且還配置有對(duì)于將接著在下面介紹的伺服控制激光束V的半透明度的特性。
預(yù)計(jì)熒光比用于一般光盤的RF信號(hào)等低得多的強(qiáng)度。因此，適于采用具有比一般光電二極管高得多的靈敏度的光電倍增管或雪崩光電二極管(APD)作為熒光探測(cè)探測(cè)器7。
由探測(cè)器7探測(cè)到的熒光F由AD轉(zhuǎn)換器20轉(zhuǎn)換為預(yù)定位數(shù)的數(shù)字信號(hào)28。例如，將該數(shù)字信號(hào)28用于分析，諸如其中基板1上每個(gè)地址校正為與其對(duì)應(yīng)的發(fā)射熒光的強(qiáng)度的布圖的制備。
下面，將介紹伺服控制系統(tǒng)的構(gòu)造。
首先，布置在基板1下方的會(huì)聚透鏡5構(gòu)造為使得其可以通過激勵(lì)器15沿著聚焦方向(垂直方向)和跟蹤方向(圓周方向)驅(qū)動(dòng)。作為激勵(lì)器15，適于采用與光盤拾取器中所采用的相同類型的雙軸音圈型激勵(lì)器。
如上所述，基板1保持水平，并且從基板1角度觀察，會(huì)聚透鏡5垂直布置在下方。因此，激發(fā)光P和用于聚焦伺服控制和跟蹤伺服控制的伺服控制激光束V從基板1背表面102一側(cè)照射。
通過采用伺服控制激光束V從基板1背表面102一側(cè)照射的構(gòu)造，伺服控制激光束V從基板1的背表面102反射回來，而不受存在于基板1的探測(cè)區(qū)3中留存的溶液中的探測(cè)物質(zhì)D和目標(biāo)物質(zhì)的任何影響。因此，反射的光束未在方向或強(qiáng)度上受這些液體物質(zhì)的影響，即使是在基板1旋轉(zhuǎn)時(shí)。因此，此構(gòu)造十分適用。換言之，無論是聚焦誤差還是跟蹤誤差都不會(huì)導(dǎo)致干擾，使得伺服控制系統(tǒng)可以穩(wěn)定地工作。
具體而言，圖5中的附圖標(biāo)記21表示伺服控制激光二極管，其后布置有用于控制二極管21的驅(qū)動(dòng)器22。沿著伺服控制激光二極管21的激光射出方向，布置準(zhǔn)直透鏡23。利用此透鏡23，將伺服控制激光束V轉(zhuǎn)化為平行光纖線，并且使其能夠徑直行進(jìn)。
對(duì)于聚焦誤差的發(fā)生，可以構(gòu)造幾種方法，包括象散法、刀口法和傾斜法。在圖5構(gòu)造的情況下，采用了使用象散產(chǎn)生透鏡26的象散法。
另一方面，對(duì)于跟蹤誤差的發(fā)生，微分推挽法和3點(diǎn)法(3-spot method)是適用的。這兩種方法需要在盤片上獲得三個(gè)光斑。因此，如一般在光盤拾取器中的所采用的，在用于伺服控制激光的光學(xué)系統(tǒng)中插入衍射光柵24，并且第0階和第±1階衍射光束透過會(huì)聚透鏡5照射在基板1上。另外，圖5中的附圖標(biāo)記27表示用于伺服控制激光的反射光的探測(cè)器。驅(qū)動(dòng)器22和探測(cè)器27由控制單元11控制(見圖5)。
應(yīng)注意，上述激發(fā)光P、熒光F和激光束V可以彼此波長不同。當(dāng)采用這些P、F和V光波長不同的構(gòu)造時(shí)，需要布置在基板1上的反射層2具有這樣的物理特性，其對(duì)于熒光F的波長具有預(yù)定程度的半透明度(透射率)和允許伺服控制操作的激光束反射率。本質(zhì)上，反射層可具有反射率和透射率的波長依賴，并且可優(yōu)選具有與低通濾波器類似的頻率特性。對(duì)于單個(gè)波長，其難以改善熒光F的透射率和激光束V的反射率兩者。然而，通過提供這種波長依賴，可以改善熒光F的透射率和激光束V的反射率兩者。
下面，將基于圖6A至6E介紹使用根據(jù)本發(fā)明的生物測(cè)定系統(tǒng)的示范生物測(cè)定程序。
基板1水平固定在盤片支架8上(見圖5)。在操作聚焦伺服控制系統(tǒng)和跟蹤伺服控制系統(tǒng)的同時(shí)，旋轉(zhuǎn)基板1。在探測(cè)地址信息的同時(shí)，通過滴注噴嘴10(見圖5)中的一個(gè)在預(yù)定的探測(cè)區(qū)中滴注含探測(cè)物質(zhì)的溶液Sd(圖6A)。
在操作聚焦伺服控制系統(tǒng)和跟蹤伺服控制系統(tǒng)的同時(shí)，旋轉(zhuǎn)基板1。在探測(cè)地址信息的同時(shí)，通過滴注噴嘴10(見圖5)中的另一個(gè)在預(yù)定的探測(cè)區(qū)中滴注含目標(biāo)物質(zhì)的溶液Sd(圖6B)。
為了促進(jìn)探測(cè)物質(zhì)D與目標(biāo)物質(zhì)T之間諸如雜交的相互作用，隨后在固定溫度、固定濕度的反應(yīng)室W內(nèi)培養(yǎng)基板1幾個(gè)小時(shí)(圖6C)。
接著，例如，利用含SDS的SSC(堿金屬-檸檬酸鈉)緩沖液B作為表面活性劑清洗基板1，從探測(cè)區(qū)3去除未表現(xiàn)出與固定在基板1上的探測(cè)物質(zhì)D間的任何相互作用的目標(biāo)物質(zhì)T(圖4D)。
基板1再次固定在盤片支架8上，使得其上已固定有探測(cè)物質(zhì)D的前表面101取向向上。在操作聚焦伺服控制系統(tǒng)和跟蹤伺服控制系統(tǒng)的同時(shí)，旋轉(zhuǎn)基板1，并且在熒光標(biāo)記的目標(biāo)物質(zhì)T(表現(xiàn)出相互作用的目標(biāo)物質(zhì)T)上照射激發(fā)光P(圖4E)。
從熒光標(biāo)記物射出的熒光F的強(qiáng)度通過探測(cè)器探測(cè)，以確定探測(cè)物質(zhì)D與目標(biāo)物質(zhì)T之間相互作用的狀態(tài)。探測(cè)器的輸出通過AD轉(zhuǎn)換器20轉(zhuǎn)換為特定位數(shù)的數(shù)字信號(hào)28。按此方式，形成了其中基板1上每個(gè)地址和與其對(duì)應(yīng)熒光的強(qiáng)度的布圖。
應(yīng)注意，根據(jù)本發(fā)明的生物測(cè)定系統(tǒng)和生物測(cè)定基板不限于上述實(shí)施例。
工業(yè)應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的生物測(cè)定系統(tǒng)設(shè)計(jì)為包括，用于向處于固定在反應(yīng)區(qū)中探測(cè)表面上的狀態(tài)中的探測(cè)物質(zhì)上滴注熒光標(biāo)記的目標(biāo)物質(zhì)從而通過探測(cè)物質(zhì)與目標(biāo)物質(zhì)間的相互作用制備反應(yīng)產(chǎn)物的裝置；以及，用于在反應(yīng)產(chǎn)物上照射特定波長的激發(fā)光并在探測(cè)區(qū)的背表面上會(huì)聚從熒光標(biāo)記物質(zhì)射出的熒光從而確定熒光的強(qiáng)度的裝置。因此，可以在探測(cè)區(qū)上方保留更寬的空間。結(jié)果，可以帶來用于在探測(cè)區(qū)內(nèi)滴注樣品溶液的裝置和與其相關(guān)的裝置組群可以以更高的設(shè)計(jì)公差布置的有利效果。
根據(jù)本發(fā)明，還可以穩(wěn)定并可靠地執(zhí)行一系列的步驟，包括旋轉(zhuǎn)基板同時(shí)激勵(lì)聚焦伺服控制系統(tǒng)和跟蹤伺服控制系統(tǒng)，向基板的表面上滴注含探測(cè)物質(zhì)的溶液以固定的探測(cè)物質(zhì)，向固定的探測(cè)物質(zhì)上滴注熒光標(biāo)記的目標(biāo)物質(zhì)的溶液以使兩種物質(zhì)發(fā)生諸如雜交的相互作用，在基板上照射激發(fā)光，通過探測(cè)器探測(cè)作為結(jié)果射出的熒光的強(qiáng)度，以及隨后分析探測(cè)物質(zhì)與目標(biāo)物質(zhì)之間相互作用的狀態(tài)。另外，穩(wěn)定聚焦伺服控制系統(tǒng)和跟蹤伺服控制系統(tǒng)，使得可以改善測(cè)量結(jié)果的可信度。
權(quán)利要求
1.一種生物測(cè)定系統(tǒng)，包括用于向存在于反應(yīng)區(qū)內(nèi)的探測(cè)物質(zhì)上滴注熒光標(biāo)記的目標(biāo)物質(zhì)溶液并引起所述探測(cè)物質(zhì)與所述目標(biāo)物質(zhì)在所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)彼此相互作用以制備反應(yīng)產(chǎn)物的裝置；以及用于在所述反應(yīng)區(qū)的背側(cè)上會(huì)聚通過向所述反應(yīng)產(chǎn)物上照射特定波長的激發(fā)光而已從所述熒光標(biāo)記的物質(zhì)射出的熒光以確定所述熒光的強(qiáng)度的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物測(cè)定系統(tǒng)，還包括設(shè)置有至少一個(gè)探測(cè)表面的探測(cè)區(qū)，以及提供處于固定在所述探測(cè)表面上的狀態(tài)中的所述探測(cè)物質(zhì)與所述目標(biāo)物質(zhì)之間的相互作用的場(chǎng)所的反應(yīng)區(qū)，所述探測(cè)表面已經(jīng)過表面處理以允許所述探測(cè)物質(zhì)固定于其上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物測(cè)定系統(tǒng)，其中對(duì)所述熒光和所述激發(fā)光兩者都具有半透明度的光透射層形成在所述反應(yīng)區(qū)的底壁上，所述激發(fā)光透過所述光透射層從所述反應(yīng)區(qū)的所述背側(cè)照射在所述探測(cè)物質(zhì)上，并且確定透過所述光透射層返回所述背側(cè)的熒光的強(qiáng)度。
4.一種用于制造生物測(cè)定系統(tǒng)的方法，其包括布置用于向布置在反應(yīng)區(qū)內(nèi)的探測(cè)物質(zhì)上滴注熒光標(biāo)記的目標(biāo)物質(zhì)溶液并引起所述探測(cè)物質(zhì)與所述目標(biāo)物質(zhì)在所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)彼此相互作用以制備反應(yīng)產(chǎn)物的裝置；以及用于在所述反應(yīng)區(qū)的背側(cè)上會(huì)聚通過向所述反應(yīng)產(chǎn)物上照射特定波長的激發(fā)光而已從所述熒光標(biāo)記的物質(zhì)射出的熒光以確定所述熒光的強(qiáng)度的裝置。
5.一種生物測(cè)定板，包括探測(cè)區(qū)，設(shè)置有至少一個(gè)提供探測(cè)物質(zhì)與目標(biāo)物質(zhì)之間的相互作用的場(chǎng)所的反應(yīng)區(qū)；以及光透射層，對(duì)激發(fā)光和熒光兩者都具有半透明度并形成在所述探測(cè)區(qū)中所述反應(yīng)區(qū)的側(cè)壁上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物測(cè)定板，還包括設(shè)置有至少一個(gè)探測(cè)表面的探測(cè)區(qū)，以及提供處于固定在所述探測(cè)表面上的狀態(tài)中的所述探測(cè)物質(zhì)與所述目標(biāo)物質(zhì)之間的相互作用的場(chǎng)所的反應(yīng)區(qū)，所述探測(cè)表面已經(jīng)過表面處理以允許所述探測(cè)物質(zhì)固定于其上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物測(cè)定板，其為構(gòu)造為使得所述探測(cè)區(qū)上的位置信息和聚焦信息可以光學(xué)地布置的盤形板，其中所述光透射層起到設(shè)置有導(dǎo)致激光束反射的性質(zhì)的反射層的作用。
8.一種用于制造生物測(cè)定板的工藝，其包括布置設(shè)置有至少一個(gè)提供探測(cè)物質(zhì)與目標(biāo)物質(zhì)之間的相互作用的場(chǎng)所的反應(yīng)區(qū)的探測(cè)區(qū)；以及在所述探測(cè)區(qū)中所述反應(yīng)區(qū)的底壁上形成對(duì)激發(fā)光和熒光兩者都具有半透明度的光透射層。
9.一種生物測(cè)定系統(tǒng)，包括用于透過布置在根據(jù)權(quán)利要求7的生物測(cè)定板的背側(cè)上的透鏡會(huì)聚激光束、向所述反射層上照射由此會(huì)聚的激光束、以及通過利用從所述反射層反射回來的發(fā)射激光束獲得聚焦信息的裝置，其中使用所述聚焦信息，操作聚焦伺服控制系統(tǒng)以保持所述透鏡與所述盤形板之間的距離固定。
10.一種生物測(cè)定系統(tǒng)，包括用于透過布置在根據(jù)權(quán)利要求7的生物測(cè)定板的背側(cè)上的透鏡會(huì)聚激光束、向所述反射層上照射由此會(huì)聚的激光束、以及通過利用從所述反射層反射回來的發(fā)射激光束獲得跟蹤信息的裝置，其中使用所述跟蹤信息，操作跟蹤伺服控制系統(tǒng)以允許所述透鏡精確地跟蹤所述探測(cè)區(qū)的排列。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物測(cè)定系統(tǒng)，其中所述激發(fā)光還用作所述激光束，以及反之。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生物測(cè)定系統(tǒng)，其中所述激發(fā)光還用作所述激光束，以及反之。
13.一種生物測(cè)定系統(tǒng)，其中保持根據(jù)權(quán)利要求7的生物測(cè)定板垂直面向上。
14.一種生物測(cè)定系統(tǒng)，包括用于向其中布置有探測(cè)物質(zhì)的反應(yīng)區(qū)中滴注已通過熒光標(biāo)記探測(cè)物質(zhì)而獲得的熒光標(biāo)記物質(zhì)的噴嘴；用于向通過在所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)引起所述探測(cè)物質(zhì)與所述熒光標(biāo)記物質(zhì)彼此相互作用而獲得的反應(yīng)產(chǎn)物上照射激發(fā)光的光源；以及用于在所述反應(yīng)區(qū)的背側(cè)上會(huì)聚由于所述激發(fā)光而從所述反應(yīng)產(chǎn)物射出的熒光的會(huì)聚透鏡。
15.一種生物測(cè)定工藝，包括向存在于反應(yīng)區(qū)內(nèi)的探測(cè)物質(zhì)上滴注熒光標(biāo)記的目標(biāo)物質(zhì)溶液并引起所述探測(cè)物質(zhì)與所述目標(biāo)物質(zhì)在所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)彼此相互作用以制備反應(yīng)產(chǎn)物；以及在所述反應(yīng)區(qū)的背側(cè)上會(huì)聚通過向所述反應(yīng)產(chǎn)物上照射特定波長的激發(fā)光而已從所述熒光標(biāo)記的物質(zhì)射出的熒光以確定所述熒光的強(qiáng)度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種生物測(cè)定單元等，由此可解決探測(cè)部分上部處空間分配的問題，并且可以穩(wěn)定盤片基板上的伺服操作。即，本發(fā)明的意圖在于提供一種生物測(cè)定單元(U)，其具有至少一種裝置，其中作為探測(cè)對(duì)象(D)的生物物質(zhì)(核苷鏈、縮氨酸、蛋白質(zhì)、油脂、低分子量化合物、脂質(zhì)體等)固定在探測(cè)部分并且向由此固定的探測(cè)對(duì)象(D)上滴注含目標(biāo)物質(zhì)的溶液(S)，使得探測(cè)物質(zhì)(D)與目標(biāo)物質(zhì)(T)反應(yīng)以形成反應(yīng)產(chǎn)物(R)；以及，另一種裝置，其中以一定波長的激發(fā)光(P)照射反應(yīng)產(chǎn)物(R)，并且使用設(shè)置在探測(cè)部分(3)后面(102)一側(cè)的透鏡(5)會(huì)聚從熒光標(biāo)記的物質(zhì)(D)由此產(chǎn)生的熒光(F)以確定熒光(F)的強(qiáng)度。
文檔編號(hào)C12M1/34GK1551983SQ0380096
公開日2004年12月1日 申請(qǐng)日期2003年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月6日
發(fā)明者山津久行, 古木基裕, 山本真伸, 伸, 裕 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社