[发明专利]高通量光谱成像与光谱装置及方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求美国申请(申请序列号为12/105,676，申请日为2008年4月18日)的优先权，该优先权申请被完全并入本文。

技术领域

本发明总地涉及用于高通量筛选或获取被测物质的特性信息的装置和方法，所述被测物质已被放在或产生于库单元基底上的已知位置。更具体地，本发明是利用任何物质在固定的波长或频率在固体介质上的特殊漫反射光谱特性。

背景技术

物质能吸收、反射、衍射、折射、散射以及传播入射辐射光，而且还可以通过不同的激发机理被照射以发出荧光和磷光。这些现象与被测量的物质的化学结构、化学组成、表面以及形态紧密相关，并且也与使用的入射辐射光源的类型(例如不同的波长或不同的功率大小)有关。众所周知，辐射是指具有在10^-14m和10⁴m之间的波长的电磁波，它涵盖来自γ辐射、x射线光、紫外光、可见光、红外光、微波和无线电波的辐射。漫反射光谱(DRS)是收集和分析固体介质表面上的散射光能的技术。由于当入射光波长在固体颗粒尺寸的量级时，固体的散射是相当可观的，所以该技术被广泛地用于细小颗粒、粉末和粗糙表面的测量。

最近，由于高通量筛选和分析技术的进步加快了具有新型特性和应用的新材料的发现。虽然仍然需要寻找更高效、经济和系统的方法来合成和筛选具有期望的物理和化学特性的新型材料，高通量方法学已经部分解决了能够同时合成和筛选新化合物这一挑战。可以看到，制药工业已经将这种技术应用在为新药发现和药物配制而进行生产和筛选大量的库的过程中。

在用于药物发现和配制的制药工业中，在用于催化剂发现和和工艺开发的化学工业中，以及在用于新型化合物发现及其特性检测的材料工业等行业中，合成和检测技术对于库筛选过程都是非常重要的。

这些过程中主要的挑战是缺少用于讯速筛选和优化的可靠而快速的测试方法学。为了实现这个目标，首先，平行检测模式中的装置设计优于系列检测模式中的装置设计。由于高通量库阵列筛选的性质和许多化学反应的特性，同步和同等的化学环境对于基底上所有的被测物质或者反应产物提供一个合理的比较是很重要的。通过使用平行检测模式，能在一个非常短的时间内筛选数以千计的物质或产物。如此，平行检测模式明显优于系列检测模式。

第二，库筛选应通过测量新型物质或者它们的代表性化合物的独有特性来进行，并且如果额外的标记物质在筛选过程中被添加，它们将不会影响测量的结果。

第三，检测方案或方法必须精确和灵敏，因为库筛选过程常常涉及要被检测的少量物质或产品。

第四，系统中有较少的移动部件的装置是优选的。

第五，装置是可调的，并且具有通过改变入射辐射源或检测器或者两者同时改变来转换到不同测量设计的能力。

最后，装置必须性价比高，并可应用于其他现有的高通量仪器平台。

高通量筛选技术的真正好处在于同时实现大量物质的快速合成和测量。关键问题在于所述技术是否具备同时测量物质和处理大量数据的能力。通常，被测物质的表征及定量分析是很多高通量筛选技术的瓶颈。解决上面提及的挑战的部分方案包括：利用各种光源对被测物质的已知特性；利用光源、信号检测器和软件方面的杠杆技术进步；以及研究每种物质的光谱成像和光谱，同时，强调库筛选过程的独特性。显然，迫切需要寻找解决这些瓶颈的装置或者方法。本发明针对上述挑战部分地提出了解决方案。

Lee等已报道了通过同时测量多个药片的含量均一性来对近红外化学成像(NIR-CI)系统做出评估(Spectroscopy，21(11)，Nov 2006)。美国马里兰州Olney市的Spectral Dimensions，Inc.提供了一种商标为MatrixNIR^TM的系统，该系统使用了一台能够同时收集数万个空间不同的近红外光谱的聚焦平面列阵检测器。该仪器使用计算机控制的样品近红外照射系统，并具有在950nm和1750nm之间的光谱范围。检测器前面安置了波长过滤器。题为“高通量红外光谱”的美国专利No.6,483,112要求保护的光谱仪包括一种红外源，这种红外源是普通的红外照射系统而不是单色辐射源。这种仪器的灵敏度通常受它的照射系统的限制。