專利名稱：用于執(zhí)行物理測量的透射式光盤裝置及其相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于可結(jié)合物質(zhì)的探測以及定量和定性分析的透射式光生物盤的方法和設(shè)計(jì)。更明確地，該發(fā)明針對通過與一種固相連接的結(jié)合物質(zhì)的親合反應(yīng)用于可結(jié)合物質(zhì)的探測及量化的方法和設(shè)備。該固相較好地由一個透射式光生物盤的表面提供，該光生物盤攜帶用于進(jìn)行分析的固定的結(jié)合試劑和編碼信息。該透射式光生物盤的流路內(nèi)帶有感興趣的分析物。利用由旋轉(zhuǎn)該透射式光生物盤給予的離心力，可以進(jìn)行被結(jié)合分析物(bound analyte)與自由分析物的分離。
背景技術(shù)：
在血液和其它體液中分析物的探測和量化對于疾病診斷、發(fā)病機(jī)理的闡明以及監(jiān)視藥物治療的反應(yīng)很重要。傳統(tǒng)地，由受過訓(xùn)練的技術(shù)人員在實(shí)驗(yàn)室中使用復(fù)雜的設(shè)備進(jìn)行診斷檢定。進(jìn)行這些檢定通常非常耗時并且昂貴。因此，非常需要使所有類型的診斷檢定和法醫(yī)檢定更快并且更接近最終用戶。理想地，臨床醫(yī)生、患者、研究者、軍人、其它衛(wèi)生保健人員以及消費(fèi)者應(yīng)當(dāng)能夠在他們的系統(tǒng)中自己測試某些危險(xiǎn)因素或疾病指示劑的存在，以及在犯罪現(xiàn)場和戰(zhàn)場上測試某種生物材料的存在。目前，有許多醫(yī)學(xué)診斷的基于硅的附有核酸和/或蛋白質(zhì)的裝置可以購買到或正在研制。這些芯片并非由最終用戶使用，或者由缺乏專業(yè)知識和貴重設(shè)備的個人或?qū)嶓w使用。
于2000年2月29日發(fā)布的名稱為“盤中的實(shí)驗(yàn)室”的共同受讓的美國專利號6,030,581(’581專利)由此全部作為參考。’581專利光生物公開了一種設(shè)備，包括適合由光讀出器讀出的一個光生物盤，其一個扇區(qū)具有完全自含的檢定系統(tǒng)，用于樣本中可疑分析物的定位和探測。
發(fā)明內(nèi)容
生物液體的分析旨在依靠免疫測定在其中起主要作用的特定結(jié)合檢定，進(jìn)行與多種生理障礙、生物學(xué)研究、proteomics、環(huán)境研究、農(nóng)業(yè)以及食品工業(yè)相關(guān)的物質(zhì)的定量和定性測定。用于在實(shí)際任何環(huán)境下幾乎無限數(shù)量的分析物的定量測定的顯著的特異性和敏感性，以及使小型化和適合于自動化的能力，使其成為用于常規(guī)檢定的理想工具。
抗體結(jié)合技術(shù)是基于一個結(jié)合抗體、受體或其它結(jié)合蛋白質(zhì)與一個抗原或特定配體分子的相互作用以及一個抗體-抗原或受體-配體復(fù)合物的形成。通過改變某些條件，可以設(shè)計(jì)一個結(jié)合檢定來測定感興趣的分析物、配體或目標(biāo)結(jié)合試劑或抗體。步驟是類似的，但該檢定配置提供了關(guān)于感興趣的抗原或抗體的結(jié)果。
捕獲探針結(jié)合以及樣本應(yīng)用當(dāng)樣本注入一個光生物盤的微通道、流路或流道中時，包括例如目標(biāo)抗原或抗體的目標(biāo)劑結(jié)合到一個捕獲探針，該捕獲探針被結(jié)合在一個載體例如光生物盤基底上的捕獲或目標(biāo)區(qū)內(nèi)。該捕獲探針可以是由目標(biāo)抗體識別的抗原，或者是與目標(biāo)抗原或配體具有特定親合力的抗體或受體。跟隨該結(jié)合步驟，未結(jié)合的目標(biāo)劑通過沖洗步驟去除。應(yīng)當(dāng)理解到現(xiàn)有技術(shù)中已知的各種技術(shù)、程序及化學(xué)反應(yīng)可以用于使捕獲探針結(jié)合到載體上，包括但不限于，探針與金屬的或活性的表面直接共價(jià)結(jié)合、被動吸附以及通過交聯(lián)試劑。
關(guān)于使探針結(jié)合到載體上的表面化學(xué)的進(jìn)一步的詳情在以下專利中光生物公開例如，以上并入的共同受讓的共同未決的美國臨時申請序列號60/353,770，名稱為“包括用于受體分子的固定的金屬層的捕獲層裝置和相關(guān)的光學(xué)檢定光生物盤”，于2002年1月30日申請；以及美國臨時申請序列號60/353,745，名稱為“包括用于受體分子的固定的聚合物基底的捕獲層裝置和相關(guān)的光學(xué)檢定光生物盤”，于2002年1月30日申請。
除了用于附著捕獲探針的表面化學(xué)之外，可以使用封斷劑封斷該捕獲或目標(biāo)區(qū)內(nèi)的區(qū)域以及捕獲探針未結(jié)合處(非捕獲區(qū)域)的流道，以防止目標(biāo)或分析物、信號探針以及指示器與這些區(qū)域的非特定結(jié)合。封斷劑包括但不限于，蛋白質(zhì)例如BSA、凝膠、糖例如蔗糖、清潔劑例如聚環(huán)氧乙烷山梨糖醇單月桂酸酯、遺傳物質(zhì)例如切斷的鮭魚精子DNA以及聚乙烯醇。
信號產(chǎn)生信號從與目標(biāo)劑具有特定親合力的一個信號或指示劑或探針附加的標(biāo)記或示蹤產(chǎn)生。信號劑或探針可以包括例如標(biāo)記有微球、亞微米毫微球或酶的信號抗體或信號配體。微球或毫微球可以是熒光示蹤的(熒光球)、磷光的、發(fā)冷光的或化學(xué)發(fā)光的。微球或毫微球還可以攜帶不同的化學(xué)官能度，包括例如，羧基、氨基、醛和肼功能團(tuán)。這些功能團(tuán)可以便于信號劑的結(jié)合。在有合適基底的情況下，酶可以促進(jìn)產(chǎn)生熒光、顏色和可探測信號的一個化學(xué)反應(yīng)。例如，共軛辣根過氧化酶(HRP；Pierce，羅克福德市，伊利諾斯州)在有過氧化氫的條件下可以與基底3，3，5，5-四甲聯(lián)苯胺(TMB；Calbiochem目錄號613548，CAS-54827-17-7)一起使用，以產(chǎn)生不溶的沉淀物。辣根過氧化酶也可以與CN/DAB(4-氯萘酚/3，3’-二氨基聯(lián)苯胺、四鹽酸鹽)、4-CN(4-氯-1-萘酚)、AEC(3-氨基-9-乙基咔唑)和DAB(3，3-二氨基聯(lián)苯胺四鹽酸鹽)一起使用，以形成不溶沉淀物。類似地，在本發(fā)明的實(shí)踐中，堿性磷酸酶(AP)可以與基底溴氯吲哚磷酸鹽一起使用。對于熟練的技術(shù)人員，其它合適的酶/基底組合將是顯而易見的。
探測來自微球或酶反應(yīng)的信號可以使用光生物盤讀出器讀出，該光生物盤讀出器被研制用于與光生物盤結(jié)合使用。不論是位于具有反射膜的光生物盤上的底部探測器，還是一個透射式光生物盤的頂部探測器，都可以作為用于檢定的光生物盤讀出器和這里光生物公開的光生物盤發(fā)明。
光生物盤實(shí)施本發(fā)明的檢定及方法可以有利地在分析光生物盤、改進(jìn)的光生物盤或光生物盤上實(shí)施。該光生物盤可以包括具有目標(biāo)或捕獲區(qū)的流道、與該流道連通的回流通道以及在某些實(shí)施例中包括與該流道連通的混合室。
該光生物盤可以在包括信息編碼格式例如CD、CD-R或DVD或其改進(jìn)版本的一個透射式生物盤上實(shí)施。該光生物盤可以包括編碼信息，用于測試或檢定的執(zhí)行、控制及后處理。例如，這種編碼信息可以用于控制盤的轉(zhuǎn)速、培養(yǎng)時間、培養(yǎng)溫度和/或檢定的特定步驟。依據(jù)測試、檢定或研究的原始記錄，該轉(zhuǎn)速可以是變化的，具有間隔的或連續(xù)的加速、恒速和減速時期。這些時期的旋轉(zhuǎn)速度和時間可以被精密控制，以提供例如具有劑、試劑、DNA、RNA、抗原、抗體、配體和受體的液體與懸浮物的混合、攪動或分離。
驅(qū)動器實(shí)施可以使用一個盤驅(qū)動器裝置或讀出器旋轉(zhuǎn)該光生物盤、讀出和處理該光生物盤上存儲的任何編碼信息以及分析該光生物盤的流道中的樣本。因此該盤驅(qū)動器具有用于旋轉(zhuǎn)光生物盤的一個電機(jī)、用于控制光生物盤轉(zhuǎn)速的一個控制器、用于處理來自光生物盤的返回信號的一個處理器以及用于分析被處理信號的一個分析器。該驅(qū)動器可以包括特別開發(fā)地用于執(zhí)行這里光生物公開的檢定的軟件。
控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速以獲得光生物盤的所需旋轉(zhuǎn)。該盤驅(qū)動器裝置還可以用于在流道和目標(biāo)或捕獲區(qū)中的測試物質(zhì)被驅(qū)動器的讀出光束探詢和被分析器分析之前或之后向光生物盤寫信息。根據(jù)相關(guān)的檢定方法，該光生物盤可以包括編碼信息，用于控制光生物盤的轉(zhuǎn)速、提供具體到將進(jìn)行的測試類型的處理信息，以及用于根據(jù)相關(guān)檢定方法在與該生物驅(qū)動器相連的一個監(jiān)視器上顯示結(jié)果。
本發(fā)明的其它實(shí)施本發(fā)明在以下共同受讓和共同未決的專利申請中光生物公開的某些光生物盤、檢定及系統(tǒng)中可以容易地實(shí)施美國專利申請序列號09/378,878，名稱為“用于分析從光生物盤得到的工作及非工作數(shù)據(jù)的方法及設(shè)備”，于1999年8月23日申請；美國臨時專利申請序列號60/150,288，名稱為“用于使用物理同步標(biāo)記的光生物盤數(shù)據(jù)采集的方法及設(shè)備”，于1999年8月23日申請；美國專利申請序列號09/421,870，名稱為“具有同時可讀分析物物質(zhì)的可跟蹤光盤”，于1999年10月26日申請；美國專利申請序列號09/643,106，名稱為“用于使用物理同步標(biāo)記的光生物盤數(shù)據(jù)采集的方法及設(shè)備”，于2000年8月21日申請；美國專利申請序列號09/999,274，名稱為“具有反射層的光生物盤”，于2001年11月15日申請；美國專利申請序列號09/988,728，名稱為“使用光生物盤用于探測及量化淋巴細(xì)胞的方法及設(shè)備”，于2001年11月20日申請；美國專利申請序列號09/988,850，名稱為“使用光生物盤用于血型檢定的方法及設(shè)備”，于2001年11月19日申請；美國專利申請序列號09/989,684，名稱為“用于分離凝集劑與分散的微粒的設(shè)備及方法”，于2001年11月20日申請；美國專利申請序列號09/997,741，名稱為“包括光生物盤的雙珠檢定及其相關(guān)方法”，于2001年11月27日申請；美國專利申請序列號09/997,895，名稱為“用于分離顆粒懸浮物的成分的設(shè)備及方法”，于2001年11月30 申請；美國專利申請序列號10/005,313，名稱為“用于測量分析物的光生物盤”，于2001年12月7日申請；美國專利申請序列號10/006,371，名稱為“用于使用光生物盤及光生物盤讀出器探測分析物的方法”，于2001年12月10日申請；美國專利申請序列號10/006,620，名稱為“用于探測分析物的多數(shù)據(jù)層光生物盤”，于2001年12月10日申請；美國專利申請序列號10/006,619，名稱為“用于執(zhí)行檢定的光生物盤裝置”，于2001年12月10日申請；美國專利申請序列號10/020,140，名稱為“用于基于盤的實(shí)驗(yàn)室的探測系統(tǒng)以及包括該探測系統(tǒng)的改進(jìn)的光生物盤”，于2001年12月14日申請；美國專利申請序列號10/035,836，名稱為“用于固定DNA捕獲探針的表面裝置和包括光生物盤的基于珠的檢定及其相關(guān)方法”，于2001年12月21日申請；美國專利申請序列號10/038,297，名稱為“包括用于改進(jìn)的特異性的共價(jià)鍵的雙珠檢定以及相關(guān)的光分析光生物盤”，于2002年1月4日申請；美國專利申請序列號10/043,688，名稱為“包括用于生物及醫(yī)學(xué)成像的相關(guān)方法的光生物盤分析系統(tǒng)”，于2002年1月10日申請；美國臨時申請序列號60/363,949，名稱為“用于包括白血球的差分細(xì)胞計(jì)數(shù)以及使用光生物盤執(zhí)行該細(xì)胞計(jì)數(shù)的方法”，于2002年3月12日申請；美國專利申請序列號10/150,702，名稱為“用于在使用酶促反應(yīng)的遺傳檢定中用于固定DNA捕獲探針以在光生物盤中產(chǎn)生信號的表面裝置及其相關(guān)方法”，于2002年5月17日申請；以及美國臨時申請序列號60/388,132，名稱為“生物磁檢定及相關(guān)的光生物盤系統(tǒng)”，于2002年6月12日申請。這里所有這些申請一并作為參考。它們因此提供了背景及相關(guān)公開作為其支持，相當(dāng)于這里被完全重復(fù)。
由本發(fā)明的較好實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的進(jìn)一步的目標(biāo)連同有助于此的附加特征以及由此產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)將很明顯。在附圖中采用系統(tǒng)的參考數(shù)字表示相同的元件，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個光生物盤的圖示。
圖2是連同本發(fā)明使用的一個透射式光生物盤的分解透視圖。
圖3是表示圖2所示光生物盤的一個透視圖，切除部分表示該光生物盤的半反射層的功能方面。
圖4是顯示薄金膜的厚度與透過率之間關(guān)系的圖示。
圖5是圖2所示光生物盤的一個俯視圖。
圖6是圖2所示光生物盤的透視圖，切除部分顯示包括圖3所示半反射層的類型的光生物盤的不同層。
圖7是詳細(xì)表示圖1系統(tǒng)的透視及方框圖。
圖8A是垂直于圖2、5和6所示透射式光生物盤半徑的局部剖視圖。
圖8B是垂直于透射形式的光生物盤半徑的局部剖視圖，顯示附著在該光生物盤的一個流道內(nèi)的捕獲抗體。
圖9是一個局部縱向剖視圖，表示本發(fā)明的透射形式的光生物盤，顯示其中形成的擺動的凹槽以及一個頂部探測器。
圖10是類似圖8A的一個視圖，顯示該透射式光生物盤的整個厚度及其初始折射性質(zhì)。
圖11是模擬與本發(fā)明一起使用的一個光路。
圖12是當(dāng)聚焦光斑從折射球中心移到邊緣時探測器上信號的曲線圖。
圖13是由本發(fā)明的系統(tǒng)探測的微粒圖像。
圖14A顯示與本發(fā)明一起使用的模擬會聚球面波的一個聚焦光束。
圖14B顯示類似圖14A的一個聚焦光束，模擬與本發(fā)明一起使用的平面波集合。
圖15是顯示與本發(fā)明一起使用的利用Mie理論原理計(jì)算一個入射平面波被一個球散射時使用的坐標(biāo)系的圖。
圖16顯示對于一個固定的半徑，電場模量作為角度的函數(shù)，表示當(dāng)與本發(fā)明一起使用時從一個2μm金屬球散射對角度的從屬性。
圖17顯示與圖16相同類型的圖，除了是從一個介電球散射。
圖18是對于一個0.5μm金屬微粒的散射電場的三維圖像。
圖19是顯示一個金屬球外的切向電場作為其半徑的函數(shù)的曲線圖。
圖20是顯示一個電介質(zhì)外的切向電場作為該球的半徑的函數(shù)的曲線圖。
圖21A-21D表示當(dāng)與本發(fā)明一起使用時，在偏離一個3μm PMMA球的中心0、1.5、3和5μm處物鏡出瞳的強(qiáng)度分布。
圖22A-22D表示幾何光線的草圖，用于表示一個小球的聚焦效應(yīng)，并且還用于圖解表示上述21A-21D的圖像。
圖23A-23C圖解表示由于使用了光學(xué)探測分支中的像散透鏡，當(dāng)盤從成像光斑的焦點(diǎn)位置移開時落在探測器上的光。
圖24A和24B表示當(dāng)與本發(fā)明一起使用時，在對物鏡出瞳的電場進(jìn)行傅立葉變換之后以及在增加像差以模擬該像散聚焦元件之后，探測器上的信號的圖像。
圖25A-25D表示當(dāng)光束聚焦偏離一個3μm PMMA球的中心0μm、2μm、3.5μm和5μm時探測器上的光分布的圖像。
圖26是本發(fā)明的一個向前凸版透射盤實(shí)施例的簡化剖視圖。
圖27是當(dāng)與本發(fā)明一起使用時，在工作特征上方流動的液體所在的向前凸版透射盤實(shí)施例的更詳細(xì)的剖視圖。
圖28是當(dāng)與本發(fā)明一起使用時，在工作特征下方流動的液體所在的向前凸版透射盤實(shí)施例的更詳細(xì)的剖視圖。
圖29是當(dāng)與本發(fā)明一起使用時，表示其漫游性質(zhì)的該向前凸版透射盤實(shí)施例的詳細(xì)剖視圖。
圖30是本發(fā)明的一個透射盤實(shí)施例的簡化剖視圖。
圖31是當(dāng)與本發(fā)明一起使用時，具有反射式最頂層的一個透射盤實(shí)施例的更詳細(xì)的剖視圖。
圖32是當(dāng)與本發(fā)明一起使用時，具有折射式最頂層的另一個透射盤實(shí)施例的更詳細(xì)的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明針對盤驅(qū)動器系統(tǒng)、光生物盤、結(jié)合檢定(binding assay)，包括例如免疫測定，以及相關(guān)的探測方法和軟件。本發(fā)明的這些方面的每一個都在以下進(jìn)一步詳細(xì)論述。
本發(fā)明的一個實(shí)施例是在其工作特征上具有透射層的一個光生物盤。在普通光盤實(shí)施例中，工作特征包括坑、紋間表面、凹槽、區(qū)。該透射層為半反射的，使一些激光束通過同時使其部分反射回去。反射部分用于提供普通盤工作例如跟蹤、聚焦、能量控制等的必要的信號支持。工作特征上的透射層還允許入射激光束通過工作特征，通過允許更多折射光和散射光被光盤驅(qū)動器上的探測器探測，以提供生物盤上的樣本的更好的表征功能。由于光的折射和散射是由光生物盤上的研究特征(樣本)造成的，因此這些光束的改進(jìn)收集將改進(jìn)用于表征被研究特征所需的信號。
光學(xué)上，不考慮偏振效應(yīng)，在透射層處于適當(dāng)位置時，可以探測到返回光束。同時透射性質(zhì)允許一個光盤驅(qū)動器具有較大的光探測器。較大的探測器可以更好地探測由沉積在盤上的研究特征散射的光。在一個實(shí)施例中，透射盤具有一個最終反射層，將透射的激光束反射回一個底部探測器。在另一個實(shí)施例中，透射盤具有一個折射層，使透射的激光束通到一個頂部探測器。在以下部分，給出許多圖進(jìn)一步表示該透射式光生物盤的構(gòu)成和光學(xué)性質(zhì)。同時公開了表征該透射式光生物盤的光學(xué)性質(zhì)的理論。
驅(qū)動器系統(tǒng)及相關(guān)光生物盤圖1是根據(jù)本發(fā)明的光生物盤110的透視圖，光生物盤110用于進(jìn)行這里光生物公開的生物檢定。本光生物盤110與盤驅(qū)動器112和監(jiān)視器114一起顯示。
圖2是光生物盤110的主要結(jié)構(gòu)元件的分解透視圖。根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例，該光生物盤是一個透射型光生物盤。該透射型光生物盤110的主要結(jié)構(gòu)元件類似地包括頂蓋部分116、粘合部件118以及基底120層。頂蓋部分116包括一個或多個入口122和一個或多個出口124。頂蓋部分116可以由聚碳酸酯層構(gòu)成?？蛇x觸發(fā)器標(biāo)記126可以位于薄的半反射金屬層143的表面，如圖6和9所示。觸發(fā)器標(biāo)記126可以包括該光生物盤的所有三層上的一個透明的窗口，一個不透明區(qū)域，或者信息編碼的一個反射或半反射區(qū)域，發(fā)送數(shù)據(jù)到圖7的處理器166，處理器166又與圖3和7的探詢光束152的工作功能相互作用。
圖2所示的第二元件為粘合部件或通道層118，其中具有流路128或U形通道。流路128的構(gòu)成是通過沖壓或裁切該膜以去除塑料薄膜以及形成所示形狀。每個流路128包括流道130和回流通道132。某些圖2所示流路128包括混合室134。顯示了兩種不同類型的混合室134。第一種是對稱混合室136，相對于流道130對稱地構(gòu)成。第二種是偏移混合室138。偏移混合室138構(gòu)成到所示流道130的一側(cè)。
圖2所示的第三元件為基底120，可以包括目標(biāo)或捕獲區(qū)140?；?20較好地由聚碳酸酯制成，并在圖3中其頂部上沉積薄的半反射金屬層143。與圖2和3中所示光生物盤110的基底120相連的該半反射層143比一個反射式光生物盤的基底上的反射層薄得多。較薄的半反射層143允許探詢光束152部分透過該透射式光生物盤的結(jié)構(gòu)層。薄半反射層143可以由金屬例如鋁或金構(gòu)成。
圖3是圖2所示光生物盤110的透射式實(shí)施例的基底120和半反射層143的放大透視圖。薄半反射層143可以由金屬例如鋁或金、半導(dǎo)體例如硅或鍺、或者電介質(zhì)例如二氧化硅、硫化鋅和氧化鉭的多層介電薄膜制成。在該較好實(shí)施例中，圖2和3所示的透射式光生物盤的薄半反射層143厚度約20～300□并且不超過400□。該較薄的半反射層143允許一部分入射或探詢光束152穿透并通過半反射層143，被圖7的頂部探測器158探測，同時一些光被反射或沿入射光路返回。如下所述，表1給出金膜關(guān)于膜厚的反射和透射特性。大于800□的厚度時金膜層全反射。同時光透過金膜的密度閾值約為400□。
表1
除了表1，圖4還提供了薄半反射層143的反射及透射性質(zhì)基于金厚度的反比關(guān)系的圖示。圖4中曲線的反射及透射值為絕對值。
圖5是圖2和3所示透射型光生物盤110的俯視圖，具有顯露流道的透明頂蓋部分116、觸發(fā)器標(biāo)記126以及位于該光生物盤內(nèi)的目標(biāo)區(qū)140。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的透射式光生物盤實(shí)施例的光生物盤110的放大透視圖。光生物盤110的各層的一部分被切除以顯示每個主要層、基底、涂層或薄膜的局部剖視圖。圖6表示一個透射式光生物盤形式，具有透明頂蓋部分116、基底120上的薄半反射層143以及觸發(fā)器標(biāo)記126。觸發(fā)器標(biāo)記126包括位于頂蓋頂部的不透明物質(zhì)。或者該觸發(fā)器標(biāo)記可以由蝕刻在光生物盤的薄反射層143上的透明的非反射式窗口、或者吸收或不反射來自圖7中的觸發(fā)器探測器160的信號的任何標(biāo)記構(gòu)成。
圖6還顯示目標(biāo)區(qū)140通過標(biāo)記指示形狀或任何所需形狀中的指定區(qū)域構(gòu)成。指示目標(biāo)區(qū)140的標(biāo)記可以在基底120的薄半反射層143上或在(光生物盤下面的)基底120的底部上制成?；蛘?，目標(biāo)區(qū)140可以通過掩模技術(shù)形成，包括掩蔽除目標(biāo)區(qū)140以外的整個薄半反射層143。在該實(shí)施例中，目標(biāo)區(qū)140可以通過絲網(wǎng)印制墨水到薄半反射層143上形成?；钚詫?44可以加到薄半反射層143上。在該較好實(shí)施例中，活性層為40至200μm厚的2％聚苯乙烯層?；蛘呖梢允褂镁厶妓狨ァ⒔?、活化玻璃、改性玻璃或改性聚苯乙烯例如聚苯乙烯順丁烯二酐?；钚詫?44還可以較好地通過具有自組裝單層的反射層142的衍生作用構(gòu)成，例如功能活性的巰基化合物與金的配價(jià)結(jié)合以及功能化硅化物與鋁的結(jié)合。此外可以使用水凝膠。如本實(shí)施例中所述，塑料粘合部件118加在活性層144上。如果沒有活性層144，則粘合部件118就直接加在半反射金屬層143上。塑料粘合部件118的外露部分表示裁切或沖壓的形成流路128的U形模。本光生物盤110的該透射式實(shí)施例中的最終主要結(jié)構(gòu)層為透明的非反射的頂蓋部分116，包括入口122和出口124。
圖7是表示光學(xué)元件148、產(chǎn)生入射或探詢光束152的光源150、返回光束154以及透射光束156的透射及方框圖。在該透射式光生物盤形式中，由頂部探測器158通過透鏡或光學(xué)系統(tǒng)600探測該透射光束156，并且分析該透射光束156中信號劑的存在。在該透射式實(shí)施例中，可以使用一個光電探測器作為頂部探測器158。
圖7還顯示一個硬件觸發(fā)器機(jī)構(gòu)，包括該光生物盤上的觸發(fā)器標(biāo)記126以及觸發(fā)器探測器160。在反射式光生物盤和透射式光生物盤中都使用該硬件觸發(fā)機(jī)構(gòu)(圖6)。該觸發(fā)機(jī)構(gòu)允許處理器166僅當(dāng)探詢光束152處于各個目標(biāo)區(qū)140上時才采集數(shù)據(jù)。此外，在該透射式光生物盤系統(tǒng)中，還可以使用一個軟件觸發(fā)器。該軟件觸發(fā)器使用底部探測器，一旦探詢光束152打到各個目標(biāo)區(qū)140的邊緣，就向處理器166發(fā)信號以采集數(shù)據(jù)。圖7還表示驅(qū)動電機(jī)162以及控制器164，用于控制光生物盤110的旋轉(zhuǎn)。圖7進(jìn)一步顯示備選方案中實(shí)施的處理器166和分析器168，用于處理與該透射式光生物盤相關(guān)的返回光束154和透射光束156。
圖8A是根據(jù)本發(fā)明的光生物盤110的透射式實(shí)施例的局部剖視圖。圖8A表示一個透射式光生物盤形式，透明頂蓋部分116和薄半反射層143位于基底120上。圖8A還顯示加在薄半反射層143上的活性層144。在該較好實(shí)施例中，該透射式光生物盤具有薄半反射層143，薄反射層143由金屬例如鋁或金制成，厚度大約100～300埃并且不超過400埃。該薄半反射層143允許來自圖7的光源150的入射或探詢光束152的一部分穿透并向上通過該光生物盤，以被頂部探測器158探測到，同時部分光線沿與入射光束相同的路徑但是以相反的方向反射回來。在該布置中，返回的或反射的光束154從半反射層143反射。因此以此方式，返回光束154不進(jìn)入流道130。反射光或返回光束154可以用于跟蹤與圖9一起詳細(xì)描述的半反射層143中或上形成的預(yù)先記錄的信息通道上的入射光束152。
圖8B是類似圖8A的視圖，顯示圖8A中所述的反射式光生物盤的所有元件。圖8B進(jìn)一步顯示附在捕獲區(qū)140內(nèi)基底120上的捕獲抗體204。
圖9是沿圖8A所述根據(jù)本發(fā)明的光生物盤110的透射式光生物盤實(shí)施例的通道的剖視圖。該視圖沿該光生物盤的半徑和流道縱向獲得。圖9表示基底120和薄半反射層143。該薄半反射層143允許來自光源150的入射或探詢光束152穿透并通過該光生物盤，以被頂部探測器158探測到，同時部分光線以返回光束154的形式反射回來。該薄半反射層143的厚度取決于該光生物盤讀出器保持其跟蹤能力所需的反射光的最小量。該實(shí)施例中的基底120，像圖19中光生物描述的一樣，包括凹槽170序列。該實(shí)施例中的凹槽170還較好地是螺旋形式，從該光生物盤的中心附近向外邊緣延伸。凹槽170使得探詢光束152可以沿該螺旋跟蹤。圖9還顯示加在薄半反射層143上的活性層144。如圖9進(jìn)一步所示，塑料粘合部件118加在活性層144上。圖9還顯示沒有反射表面146的頂蓋部分116。因此，當(dāng)頂蓋加在包括所需裁切形狀的塑料粘合部件118上時，流道130由此形成，并且允許入射光束152的一部分未經(jīng)反射地完全通過。
圖10是類似圖8A的視圖，顯示透射式光生物盤的整個厚度及其初始折射性質(zhì)。圖10中看不到凹槽170，因?yàn)榻孛媸茄匕疾?70切開的。圖10顯示有窄的流道130，在該實(shí)施例中垂直于凹槽170。
圖9和10顯示該透射式光生物盤的整個厚度。在這些圖中，顯示入射光束152最初與基底120相互作用，基底120具有折射性質(zhì)，如圖改變?nèi)肷涔馐穆窂?，以提供光?52在薄半反射層143上的聚焦。
球的成像已經(jīng)研究了一個光盤播放器中球的成像理論。在該透射式盤實(shí)施例中，對于任何類型的球形微粒，該理論允許本發(fā)明的光生物盤平臺中測量的信號的計(jì)算，并對其它目標(biāo)的響應(yīng)提供指導(dǎo)。
該理論基于在光盤播放器中的成像微粒附近的麥克斯韋方程的全解。因此它自動包括從激光器到微粒到探測器的光記錄器中的偏振效應(yīng)。計(jì)算信號是來自探測器本身的信號。
模型的簡要概述模擬的光路在圖11中顯示。數(shù)值孔徑、波長等是一個CD-RW記錄器的。從激光器到探測器的光傳播的不同階段可以方便地細(xì)分如下1.激光器300照射物鏡入瞳。
2.物鏡304使光線聚焦到球形微粒附近的盤302的讀出表面的區(qū)域。
3.擱在盤材料內(nèi)部一個表面上的球(圖11中未顯示)使光線在一個角度范圍內(nèi)散射，并且盤的該表面和鏡子都使光線向物鏡反射回來。透過該盤的這部分光線打到探測器301。
4.物鏡304捕獲該反射光，并將其引向探測器308。
5.一個光學(xué)元件，通常是一個透鏡或平行平板，向光束引入像差(像散)，用于產(chǎn)生聚焦誤差信號。該光學(xué)元件通過圖11中的像散透鏡306表示。
6.探測器308捕獲光線。僅通過物鏡304反射并最終打到探測器308的光線作為光記錄器中的一個信號來記錄。
對于該光斑的每個橫向位置，在其掃描通過微粒時，重復(fù)該步驟，并且打到探測器的光量的變化使該信號可見。
模型中的關(guān)鍵組成部分構(gòu)成該成像過程的模型有三個關(guān)鍵組成部分1.聚焦光束的描述方式允許計(jì)算它與該球的相互作用。它證明最容易的進(jìn)行方法是將光束分為平面波的和，平面波是沿一個方向移動的簡單波。
2.第二階段是描述平面波如何與該球相互作用。這是一個眾所周知的問題，可以得到標(biāo)準(zhǔn)答案。但是，花費(fèi)較大努力來理解該答案，并且因此將給出例子。
3.最后，必須計(jì)算由物鏡收集并引到探測器上的光量，包括由像散元件導(dǎo)致的變形。由頂部探測器收集的光量也被計(jì)算。該問題也可以定量解答。
在本發(fā)明中，該透射式光盤系統(tǒng)應(yīng)用的方法如上所述，除了最后階段不需要。這三個階段的每一個將用示例結(jié)果描述。但是，首先給出一個樣本最終結(jié)果來說明該模型的功能。
示例結(jié)果一個3μm PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)球的像從光生物盤的反射中計(jì)算了來自一個3μm PMMA球的像。發(fā)現(xiàn)該成像機(jī)構(gòu)主要不是從該球本身反射，而是(1)通過該球的透射以及(2)從距其后面大約25μm的鏡子的反射。用幾何術(shù)語來說，在微粒的邊緣，光線折射偏離該光束，未到達(dá)捕獲透鏡，并且因此未到達(dá)探測器。因此在微粒邊緣處該像是一個暗環(huán)，具有一個光中心。背景的確切水平以及該像的中心依賴鏡子的位置(決定由于散焦，有多少光到達(dá)探測器)，以及微粒的尺寸。
圖12是通過探測器的信號的曲線圖，顯示信號的減小。實(shí)際反射值依賴探測分支中的像散，但是原理是相同的。圖13顯示被系統(tǒng)探測的微粒的像。如圖所示，一個3μm PMMA微粒的計(jì)算的像由透過該微粒的光以及反射離開后面的鏡子的光來控制。
成像和聚焦的光斑聚焦光線的電磁理論的基本結(jié)果是，在聚焦區(qū)域，光線可以表示為平面波的和。用繪畫術(shù)語來說，這在圖14A和14B中顯示。圖14A顯示聚焦光束可以被模擬作為一個會聚球面波。圖14B顯示同一聚焦光束可以被模擬作為平面波的和。
數(shù)學(xué)表達(dá)式具有以下形式 考慮聚焦光束作為平面波的和的優(yōu)點(diǎn)是，與球面波相比，計(jì)算出平面波如何與一個目標(biāo)相互作用常常相當(dāng)容易。例如，當(dāng)聚焦光束打到一個空白CD-R盤的表面時，它看到一系列凹槽。對于一個平面波，這僅僅是一個衍射光柵，將平面波衍射為一系列分立的角度。則總的反射光束簡單地是一系列衍射光束的和。不采用這種方法，則一個1μm寬的光斑將如何對1.6μm寬的凹槽作出反應(yīng)相當(dāng)不明顯。
對于與一個球相互作用的當(dāng)前情況，出現(xiàn)同樣的情形。平面波與球的相互作用已經(jīng)被嚴(yán)密解出了，提供了求解聚焦光束與球相互作用的方法。
這用以下形式數(shù)學(xué)表達(dá) 下面我們將考慮該簡化情況，稱為Mie理論，按首先解答它的科學(xué)家命名。
Mie理論從一個球散射Mie在1908年計(jì)算了入射平面波被一個球的散射，使用電磁理論的嚴(yán)密應(yīng)用。這些方程基于Born和Wolf給出的方程(光學(xué)原理，635-664頁)。這些解是以用于通過微粒附近的三維空間的散射波的電場和磁場的方程的形式。它證明表示這些場的最簡單的方法是使用球極坐標(biāo)而非更常見的笛卡爾坐標(biāo)。這些按照入射光束與散射光束之間的角度(θ)、入射光束偏振面與散射光束之間的角度(φ)以及半徑(r)表示，如圖15所示。因此電場用分量(Eθ，Eφ，Er)描述。圖15顯示入射光束(Ei，Hi)和球極坐標(biāo)系。
在相比微粒尺寸的大半徑處，類似一個光記錄器中的情況，這些函數(shù)可以一定程度地簡化；并且該場的徑向分量為零。則磁矢量與電矢量之間有直接關(guān)系，使得你只需要指定兩個中的一個。
結(jié)果則最終以該簡單形式Eθ=E0·F(θ)·cos(φ)·eikrr]]>以及對于φ分量的一個相同的方程。
這顯示有一個幅值按1/r下降的平面波(eikr)；該波隨φ的余弦變化，并且顯示與函數(shù)F(θ)所述θ的(復(fù)雜的)依存關(guān)系。該后一函數(shù)是首要關(guān)心的，因?yàn)樗枋隽松⑸涔獾膹?qiáng)度如何隨光的散射角度變化。現(xiàn)在，將給出這些方程的結(jié)果在近場(小r)和遠(yuǎn)場(大r)極限情況的一些例子。
散射的角度相關(guān)性顯示的第一個結(jié)果是用于從一個2μm金屬球的散射。圖16顯示對于一個固定半徑(φ＝0處)，電場模量作為角度的函數(shù)。顯示了三個值入射光(310)、散射光(312)以及合成的總的電場強(qiáng)度(314)。顯示在距2μm金屬球6μm處的散射作為角度的函數(shù)。
注意到微粒成像中重要的一些普遍特征1.散射光按角度的函數(shù)振蕩。這對應(yīng)微粒周圍電場中的駐波圖案；2.E(θ)中有很強(qiáng)的前向散射，當(dāng)加到入射場上時導(dǎo)致繼續(xù)向前的光減少——這實(shí)質(zhì)上是球的陰影。
3.其它計(jì)算顯示隨著測量半徑減小，電場減小到零，如金屬表面的邊界條件所要求那樣。
圖17顯示與圖16相同類型的圖，除了是從一個介電球(PMMA)散射。顯示了三個值入射光(320)、散射光(322)以及合成的總的電場強(qiáng)度(324)。這些繪出的值顯示關(guān)于金屬的類似的振蕩圖案，有一個重要的差別在小角度(通過球的透過率)處電場不減小(陰影)而是增大。
在θ＝0至10度的明亮中心區(qū)域附近，有一個較暗區(qū)域(θ＝10至30°)。假定光記錄器的數(shù)值孔徑(NA～0.5)對應(yīng)大約20°，這已經(jīng)暗示當(dāng)觀察一個光記錄器的透過率時，微粒將顯示一個暗環(huán)包圍的一個明亮中心。
散射電場的三維圖給出了隨角度振蕩的一個良好效果。圖18顯示的三維圖像是對于一個0.5μm金屬微粒的散射電場。
散射的徑向相關(guān)電場顯示作為半徑函數(shù)的強(qiáng)烈振蕩，直到在較大半徑處散射電場按半徑的倒數(shù)下降，并且總電場接近入射電場。對于電介質(zhì)和金屬的情況是完全不同的，如圖19和20所示。圖19顯示一個金屬外的切向電場作為半徑的函數(shù)，而圖20顯示一個電介質(zhì)外的切向電場作為半徑的函數(shù)。在圖19中，曲線326顯示總電場，曲線328顯示入射電場以及曲線330顯示散射電場。在圖20中，曲線332顯示總電場，曲線334顯示入射電場以及曲線336顯示散射電場。電介質(zhì)(圖20)顯示球后面強(qiáng)烈增強(qiáng)的電場，比所給例子中的入射電場升高六倍。金屬(圖19)顯示當(dāng)接近表面時電場減小，因?yàn)樗诮饘俦旧淼谋砻嫣幈仨毥抵亮恪?br>
介電球后面場強(qiáng)的增大可以簡單地從幾何光學(xué)理解球作為一個透鏡，并在其后面聚焦光線。這導(dǎo)致理解介電微粒性質(zhì)的一個關(guān)鍵點(diǎn)它實(shí)質(zhì)上是一個小透鏡。這對于理解微粒的圖像將很重要。
球的成像理解球如何成像的基本元件現(xiàn)在都就位了。理解有兩個階段。第一階段是計(jì)算什么光反射回來進(jìn)入物鏡光瞳。由于光線離開了它被透鏡聚焦的區(qū)域，這稱為出瞳(與朝向盤的光的入瞳截然不同)。第二階段將是計(jì)算落在探測器上的光。
出瞳的能量已經(jīng)計(jì)算了出瞳的能量，包括當(dāng)合適時與從鏡子反射的光的干涉。圖21A、21B、21C和21D給出了這些能量的例子，其中看到記錄器中暗環(huán)的區(qū)域是由于光瞳外的散射光的橫向偏移。四幅圖表示在距3μm PMMA球中心0、1.5、3和5μm處物鏡出瞳的強(qiáng)度分布。圖21A至21D的構(gòu)成可以通過研究對應(yīng)的圖22A-22D來理解。圖22A-22D是幾何光線的草圖，用于表示一個小球的聚焦作用。
當(dāng)聚焦光束完全落在微粒上時，它聚焦成一個更緊密的光束，并在與光束從微粒的位移相反的方向偏轉(zhuǎn)(圖22A-22B)。當(dāng)橫向位移較大時，打到微粒的多數(shù)光偏轉(zhuǎn)到物鏡光瞳外面，并且因此未被捕獲。未打到微粒的光不偏轉(zhuǎn)，并且因此光瞳的外邊緣總是被更多地照亮(圖22C)。當(dāng)橫向位移很大以致光斑未打到微粒時，光瞳被鏡子反射的光完全照亮(圖22D)。
現(xiàn)在可以理解圖2所示的一般結(jié)果。在微粒的中心，所有光線反射回來通過透鏡。當(dāng)光斑向一側(cè)移動時，該光斑的一部分偏離收集角，并且因此信號減弱。最終，當(dāng)更多的光線完全未到達(dá)探測器時，信號再次增強(qiáng)。
探測器上的強(qiáng)度分布但是，通過物鏡光瞳的光是不足的，因?yàn)樵摴獠⒎侨看虻教綔y器上。光未打到探測器的主要原因是散焦，并且因此在探測器區(qū)域形成一個大的彌散斑。在其頂部，為了產(chǎn)生聚焦信號而增加的像散也使光斑更大，盡管設(shè)計(jì)保證沒有散焦時所有光仍打到探測器上。這在圖23A、23B和23C中顯示。圖23A給出聚焦對準(zhǔn)的一個光斑。圖23B給出具有小的散焦的一個光斑。圖23C給出具有大的散焦和信號減小的一個光斑。
探測器上信號的計(jì)算包括對物鏡出瞳的電場進(jìn)行傅立葉變換，并且增加像差以模擬該像散聚焦元件。圖24A和24B中顯示了探測器上信號的例子。圖24A顯示在聚焦光斑偏離PMMA球中心0μm處探測器上的強(qiáng)度分布。圖24B顯示在聚焦光斑偏離PMMA球中心5μm處探測器上的強(qiáng)度分布。
當(dāng)光斑聚焦在微粒中心時(圖24A)，上述透鏡效應(yīng)用于減小探測器上光斑的尺寸，因?yàn)楣饩€被聚焦成較小的角度。當(dāng)光斑向一側(cè)移動時，有一個橫向偏移，直到在圖24B中光斑完全未到達(dá)微粒。由于從盤表面后面大約25μm的鏡子的反射，現(xiàn)在總共有相當(dāng)于50μm的散焦，并且這導(dǎo)致一個極大的光斑，該光斑的大部分未到達(dá)探測器。
透射式探測器如果探測器位于盤后面，則不需要包括該探測分支及其像散元件。但是，由于光線不需要回來通過物鏡，因此收集角可能大得多。有可能在位于盤后面的探測器(或屏幕)上產(chǎn)生光斑的圖像，并且例子在以下圖25A、25B、25C和25D中顯示。這些圖中所示的是對于一個3μm PMMA微粒，對于0μm(圖25A)、2μm(圖25B)、3.5μm(圖25C)和5μm(圖25D)的光斑橫向位置，直到77度角的透射光。可以如下描述該系列圖像1.對于中心位于微粒前表面的光斑(圖25A)，透鏡效應(yīng)導(dǎo)致窄的發(fā)射角。該光斑可與圖25D比較，圖25D中可看到完整的數(shù)值孔徑。
2.如果微粒移向一側(cè)(圖25B)，則光斑向相反方向一側(cè)移動，如前在出瞳能量的論述中所解釋。
3.在3.5μm偏移處(圖25C)，打到微粒的光以大角度(約50°)散射，同時其余的光繼續(xù)，留下一個照亮的弧。
4.在5μm處(圖25D)，光斑未到達(dá)微粒并且對應(yīng)輸入數(shù)值孔徑的區(qū)域被照亮。
因此，研究出光記錄器中球形微粒的成像理論。該模型是基于嚴(yán)密的電磁理論和顯微鏡成像理論，并且對于本發(fā)明中的透射式光學(xué)系統(tǒng)，追蹤從激光器到探測器的光線。有了該模型，就可能理解該光生物盤讀出器平臺的性質(zhì)并且設(shè)計(jì)改進(jìn)的探測器及驅(qū)動器配置。
向前凸版透射盤圖26是本發(fā)明的一個向前凸版透射式光生物盤實(shí)施例的簡化剖視圖。當(dāng)與其它光生物盤一起時，需要流體流路設(shè)計(jì)以允許清洗導(dǎo)電檢定中的生物樣本。例如，將化學(xué)溶液注入光生物盤以洗掉在化學(xué)反應(yīng)/混合之后未被抗原捕獲的蛋白質(zhì)。如圖26所示，在該向前凸版透射式光生物盤中，流體流路402可以在工作特征400以上或以下。因此有兩個實(shí)施例，一個實(shí)施例中流體流路在工作特征以上，另一個實(shí)施例中流體流路在工作特征以下。依據(jù)所用光盤技術(shù)的類型，工作特征可以是坑、紋間表面、凹槽或區(qū)。
圖27顯示流體在工作特征以上流動的向前凸版透射式光生物盤的實(shí)施例的更詳細(xì)的剖視圖。有五個主要元件。從上到下是(1)保護(hù)層410，(2)最終反射層420，(3)樣本/流體區(qū)域418，(4)透射式工作特征408，以及(5)透鏡元件層404。流體及研究/生物樣本通過保護(hù)層410外切開的樣本入口孔426插入該生物盤。流體流過樣本/流體區(qū)域418。顯示一個示例研究特征426放在盤的焦點(diǎn)區(qū)412內(nèi)的樣本/流體區(qū)域418中。箭頭428表示流路方向。來自光盤驅(qū)動器物鏡組件的激光416，在到達(dá)工作特征408之前，首先通過透鏡元件層404進(jìn)入生物盤。該工作特征被一個透射層覆蓋，使工作特征408可透射。在一個實(shí)施例中，該透射層是一個薄金層。在另一個實(shí)施例中，該透射層由玻璃制成。激光416的一部分被透射式工作特征408反射回來，反射的激光回到該盤驅(qū)動器的探測器并且用于工作例如聚焦和跟蹤。激光416的大部分通過透射式工作特征408并且可以用于表征樣本/流體區(qū)域418中的研究特征426(或任何樣本)。
光學(xué)上，樣本的表征是可能的，因?yàn)闃颖?流體區(qū)域位于激光416的焦點(diǎn)區(qū)412內(nèi)。最終反射層420使通過焦點(diǎn)區(qū)的激光416反射回來。反射的激光返回到光盤驅(qū)動器的探測器。激光416的焦平面424可以在工作特征408以下、此處或以上漫游。物鏡組件允許的這三個區(qū)域都落在焦點(diǎn)區(qū)412內(nèi)。
圖28是流體在工作特征以下流動的向前凸版透射式光生物盤的實(shí)施例的更詳細(xì)的剖視圖。有五個主要元件。從上到下是(1)保護(hù)層436，(2)最終反射層446，(3)樣本/流體區(qū)域444，(4)透射式工作特征434，以及(5)透鏡元件層430。流體及研究/生物樣本通過透鏡元件層430外切開的樣本入口孔452插入該生物盤。流體流過樣本/流體區(qū)域444。顯示一個示例研究特征450放在盤的焦點(diǎn)區(qū)438內(nèi)的樣本/流體區(qū)域444中。來自光盤驅(qū)動器物鏡組件的激光442，在到達(dá)工作特征434之前，首先通過透鏡元件層430進(jìn)入生物盤。該工作特征被一個透射層覆蓋，使工作特征434可透射。在一個實(shí)施例中，該透射層是一個薄金層。在另一個實(shí)施例中，該透射層由玻璃制成。激光442的一部分被透射式工作特征434反射回來，反射的激光回到該盤驅(qū)動器的探測器并且用于工作例如聚焦和跟蹤。激光442的大部分通過透射式工作特征434并且可以用于表征樣本/流體區(qū)域444中的研究特征450(或任何樣本)。
光學(xué)上，樣本的表征是可能的，因?yàn)闃颖?流體區(qū)域位于激光442的焦點(diǎn)區(qū)438內(nèi)。最終反射層446使通過焦點(diǎn)區(qū)的激光442反射回來。反射的激光返回到光盤驅(qū)動器的探測器。激光442的焦平面432可以在工作特征434以下、此處或以上漫游。物鏡組件允許的這三個區(qū)域都落在焦點(diǎn)區(qū)438內(nèi)。
圖29進(jìn)一步表示焦平面的漫游性質(zhì)。所給光生物盤的視圖類似圖27和28。有三個示例位置，點(diǎn)478、點(diǎn)480和點(diǎn)482，在此處激光468可以聚焦。這些點(diǎn)表示最大反射率的點(diǎn)。點(diǎn)478位于研究特征476的平面處。點(diǎn)480位于工作特征460處。點(diǎn)482位于樣本/流體區(qū)域470的頂部。這三點(diǎn)位于三個漫游區(qū)域工作特征460以上、工作特征460以下以及工作特征460處。這個范圍提供了表征樣本/流體區(qū)域470中的研究特征和樣本的靈活性。
透射式盤和多層圖30是顯示多層的一個向前凸版透射式生物盤實(shí)施例的簡化剖視圖。從上到下是(1)焦平面及流體平面500；(2)干涉圖案(透射)層502；以及(3)保護(hù)層504。同其它盤實(shí)施例情況一樣，需要流體流路設(shè)計(jì)以允許清洗導(dǎo)電檢定中的生物樣本。例如，將化學(xué)溶液注入該盤以洗掉在化學(xué)反應(yīng)/混合之后未被抗原捕獲的蛋白質(zhì)。根據(jù)一個實(shí)施例并在圖30中所見，流體流路506位于工作特征508以上。根據(jù)另一個實(shí)施例，流體流路506位于工作特征508以下。該圖還顯示包含工作特征的一個透射層，依據(jù)所用光盤技術(shù)的類型，工作特征可以是坑、紋間表面、凹槽或區(qū)。圖中還見到的是厚度可調(diào)的保護(hù)層504。
根據(jù)一個實(shí)施例，該向前凸版透射式光生物盤具有一個反射式最頂層。該實(shí)施例見圖31。根據(jù)該實(shí)施例，用于探測從捕獲區(qū)反射的光線的探測器位于光源的同側(cè)。換句話說，探測器位于該透射式光生物盤以下。根據(jù)另一個實(shí)施例，該向前凸版透射式光生物盤具有一個折射式最頂層。該實(shí)施例見圖32。根據(jù)該實(shí)施例，用于探測從捕獲區(qū)反射的光線的探測器位于光源的對側(cè)。換句話說，該透射式光生物盤位于光源與探測器之間。
圖31是一個透射式光生物盤的更詳細(xì)的剖視圖，顯示來自一個光盤驅(qū)動器的物鏡組件(未顯示)的激光528，在其到達(dá)最終的反射層510之前，在通過其它三個層之前通過透鏡元件層518進(jìn)入該生物盤。在最終反射層510處，激光向著透鏡元件層被反射回來，并被該盤驅(qū)動器的一個探測器(未顯示)捕獲，以用于例如聚焦和跟蹤的工作。透鏡元件層以上的其它三個層從下到上為(1)透射層516；(2)聚焦區(qū)層514；以及(3)保護(hù)層512。一個示例研究特征520放在樣本或流體區(qū)域522中，該樣本或流體區(qū)域522是保護(hù)層512的一部分。圖31還顯示前見的實(shí)施例，其中流體區(qū)域522位于工作特征524以上。該示例研究特征在盤的焦點(diǎn)區(qū)514內(nèi)，正好位于盤的透鏡焦距530以上。該圖還顯示盤的主焦平面位于盤的透射層516內(nèi)。
工作中，工作特征524被透射層516覆蓋，使工作特征可透射。在一個實(shí)施例中，該透射層由金制成。在另一個實(shí)施例中，該透射層由玻璃制成。來自激光器的所有光線被最終反射層510反射回位于該光生物盤以下的一個探測器(未顯示)。該探測器在其它目標(biāo)中一旦碰到就捕獲該研究特征520的圖像。
圖32類似前面的圖31，僅有一個差別。該圖中所示的透射式盤的最頂層具有一個折射層532，代替圖31中見到的反射層530。由于該折射層，現(xiàn)在激光器光線的大部分可以透過光生物盤的頂部，并且這通過激光器光線528的直線534和536清楚地顯示。部分光線返回到透鏡元件層并被該盤驅(qū)動器的一個探測器(未顯示)捕獲，以用于工作例如聚焦和跟蹤。該圖中所示透射盤的其它特征如圖31中所示相同。
權(quán)利要求
1.一種透射式光生物盤，包括具有中心及外邊緣的一個完全圓形的基底；以及與該基底相連的一個薄半反射層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的透射式光生物盤，其中該薄半反射層選自金屬、半導(dǎo)體和介電層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的透射式光生物盤，其中所述金屬選自金、鋁、銀、鎳和反射金屬合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的透射式光生物盤，其中所述半導(dǎo)體選自硅和鍺。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的透射式光生物盤，其中所述介電層為多層介電薄膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的透射式光生物盤，其中所述多層介電薄膜選自二氧化硅、硫化鋅和氧化鉭。
7.根據(jù)任一權(quán)利要求1、2、3、4、5或6的透射式光生物盤，其中所述薄半反射層的厚度為20至300埃之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的透射式光生物盤，其中該基底包括相關(guān)的編碼信息，該編碼信息可被一個盤驅(qū)動器組件讀出，以控制該光生物盤的旋轉(zhuǎn)。
9.權(quán)利要求1的透射式光生物盤，進(jìn)一步包括位于該中心與該外邊緣之間的一個目標(biāo)區(qū)；在所述薄半反射層的表面上形成的一個活性層；以及與所述活性層結(jié)合的至少一個捕獲劑，使得該捕獲劑固定在該目標(biāo)區(qū)內(nèi)的所述活性層上，由此形成一個捕獲區(qū)。
10.權(quán)利要求1或9的透射式光生物盤，進(jìn)一步包括一個頂蓋部分。
11.權(quán)利要求10的透射式光生物盤，其中所述頂蓋部分是透明的。
12.權(quán)利要求11的透射式光生物盤，其中所述頂蓋部分具有模鑄的一個或多個通道，使得當(dāng)該頂蓋部分附在基底上時，形成流道。
13.權(quán)利要求12的透射式光生物盤，其中所述頂蓋部分使用一種粘合部件附在基底上。
14.權(quán)利要求12的透射式光生物盤，其中所述頂蓋部分通過頂蓋與基底的直接粘合附在基底上。
15.一種透射式光生物盤及驅(qū)動器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個透射式光生物盤，包含具有中心及外邊緣的一個完全圓形的基底；位于該基底上方的一個薄半反射層；通過一種粘合部件整體附在該薄半反射層上的一個頂蓋部分，該粘合部件具有一個或多個去除的部分，由此形成一個或多個在其間限定的通道；和固定在該薄半反射層上的一個或多個捕獲劑，該捕獲劑限定該一個或多個通道內(nèi)的光生物分立的捕獲區(qū)；以及一個盤驅(qū)動器，包含一個光源，用于將光線引向所述捕獲區(qū)；一個探測器系統(tǒng)，用于探測該捕獲區(qū)處從該光生物盤反射或透射的光線并提供一個信號；和一個處理器，用于使用該信號對粘合到該捕獲劑的樣本進(jìn)行計(jì)數(shù)。
16.一種透射式光生物盤及驅(qū)動器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個透射式光生物盤，包含具有中心及外邊緣的一個完全圓形的基底；位于該基底上方的一個透鏡元件層；位于該透鏡元件層上方的一個透射式工作特征層；位于該透射式工作特征層上方的一個捕獲區(qū)，其中所述捕獲區(qū)包含捕獲劑；位于該捕獲區(qū)上方的一個最終層；和位于該最終層上方的一個保護(hù)層；以及一個盤驅(qū)動器，包含一個光源，用于將光線引向所述透射式光生物盤的所述捕獲區(qū)處；一個探測器系統(tǒng)，用于探測該捕獲區(qū)處從該透射式光生物盤反射或透射的光線并提供一個信號；和一個處理器，用于使用該信號對粘合到捕獲劑的捕獲區(qū)中的項(xiàng)目進(jìn)行計(jì)數(shù)。
17.一種透射式光生物盤及驅(qū)動器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個透射式光生物盤，包含具有中心及外邊緣的一個完全圓形的基底；位于該基底上方的一個透鏡元件層；位于該透鏡元件層上方的一個捕獲區(qū)，其中所述捕獲區(qū)包含捕獲劑；位于該捕獲區(qū)上方的一個透射式工作特征層；位于透射式工作特征層上方的一個最終層；和位于該最終層上方的一個保護(hù)層；以及一個盤驅(qū)動器，包含一個光源，用于將光線引向所述透射式光生物盤的所述捕獲區(qū)處；一個探測器系統(tǒng)，用于探測該捕獲區(qū)處從該透射式光生物盤反射或透射的光線并提供一個信號；和一個處理器，用于使用該信號對粘合到捕獲劑的捕獲區(qū)中的項(xiàng)目進(jìn)行計(jì)數(shù)。
18.根據(jù)任一權(quán)利要求15、16或17的系統(tǒng)，其中所述探測器系統(tǒng)包括探測器和光學(xué)元件。
19.權(quán)利要求18的系統(tǒng)，其中所述光學(xué)元件將光線引向所述探測器。
20.權(quán)利要求16或17的系統(tǒng)，其中該最終層是反射的。
21.權(quán)利要求16或17的系統(tǒng)，其中該最終層是透明的。
22.權(quán)利要求16或17的系統(tǒng)，其中當(dāng)所述透射式光生物盤具有反射式最終層時，所述探測器系統(tǒng)位于光源的同側(cè)，用于探測從捕獲區(qū)反射的光線。
23.權(quán)利要求16或17的系統(tǒng)，其中該探測器系統(tǒng)位于光源的對側(cè)，用于探測從所述透射式光生物盤的捕獲區(qū)透射的光線。
24.權(quán)利要求11或12的系統(tǒng)，其中該透射式工作特征層選自反射式金屬、半導(dǎo)體和介電層。
全文摘要
使用一個光生物盤進(jìn)行樣本分析，在該光生物盤的工作特征上具有一個透射層。該層為半反射的，允許激光通過工作特征，以當(dāng)盤驅(qū)動器上的探測器探測到更多的折射和散射光時，提供更好的樣本特性。光學(xué)地，不考慮偏振效應(yīng)，可以探測到透射光束。同樣，透射性質(zhì)允許盤驅(qū)動器具有更大的探測器以更好地探測由于盤上的研究特征而散射的光。當(dāng)盤的最頂層為折射式時，盤驅(qū)動器在盤上方具有一個探測器，以從盤上的目標(biāo)區(qū)捕獲圖像或信號；以及在下方具有一個探測器，捕獲反射的激光用于工作功能。當(dāng)盤的最頂層為反射式時，盤驅(qū)動器的上述兩個探測器都在盤下方。
文檔編號B01L3/00GK1556918SQ02818349
公開日2004年12月22日 申請日期2002年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月19日
發(fā)明者馬克·沃星敦, 詹姆斯·庫布斯, 維克托·奧提滋, 塞斯亞·福爾斯特曼, 奧提滋, 庫布斯, 福爾斯特曼, 馬克 沃星敦 申請人:伯斯坦技術(shù)公司, 長岡實(shí)業(yè)株式會社