[发明专利]显微镜

说明书

发明背景

本公开一般涉及用于高密度生化阵列的成像系统的领域。

高密度生化阵列和相关的机器允许多个生化实验（有时为数十亿）并行进行。这种能力是通过以极小体积进行每次实验并将实验非常紧密地封装在一起的技术发展积累获得的。为了有效地观察实验，需要与其他高技术产业中的小型化进步相似的进步。具体地，需要的是快速、准确、可重复且耐用的用于生化阵列的成像技术。

发明内容

根据本发明，用于对高密度生化阵列成像的系统和相关方法包括一个或多个成像通道和相应的一个或多个时间延迟积分型成像相机，其中一个或多个成像通道共用公共的物镜，时间延迟积分型成像相机具有光学对准机构，其允许四个自由度：X、Y、旋转和比例中每一个进行独立的通道内和通道间调整。成像通道被配置成独立检查生化阵列中的图像的不同波长。

通过参考以下参照附图的详细描述，可以更好地理解本发明。

附图说明

图1A为第一多通道生化阵列成像系统的示意图。

图1B为第二多通道生化阵列成像系统的示意图。

图1C为第三多通道生化阵列成像系统的示意图。

图1D为第四多通道生化阵列成像系统的示意图。

图2为横向偏移板的示意图。

图3示出X和Y偏移。

图4示出X和Y的对准误差。

图5为使用时间延迟积分对具有像素阵列的点进行成像的概念图。

图6为图5的时间延迟积分成像的结果的概念图。

图7示出了在对准前两个相机、载物片和定位台之间的转动对准关系。

图8示出了在对准后两个相机、载物片和定位台之间的转动对准关系。

图9示出了在载物片对准中使用的参考框。

具体实施方式

人类基因组研究和生化阵列的其他用途需要先进的成像系统来实现商业上可行的数据采集率。除其他因素外，每单位时间的可采集数据的生化实验的次数取决于阵列密度和图像获取速度。增加的阵列密度会使图像获取问题复杂化，因为其使得对图像中的每个实验（数以百万计）的特性保持跟踪具有挑战性。

对于DNA阵列，所需的数据通常为四进制的；核苷酸可为A、C、G或T。这些可能性标有一组四个不同颜色的荧光分子标记。每个荧光标记吸收一定波长的光并发出较长波长的光。多通道成像仪同时采集四种可能波长范围中尽可能多的波长的数据。

图1A至图1D为多通道生化阵列成像系统。这些多通道系统中的每个成像通道对于图像旋转、x和y偏移以及比例（放大率）均都具有其自身独立的调整，在下文中被称为通道内和通道间调整的独立性。图1A示出了双通道系统。图1B和图1C示出了具有调整x和y图像偏移的替代装置的图1A的系统。图1D示出了多个四自由度的成像通道可如何被添加至多通道系统。

图1A的系统具有两个同时成像的通道，其中每个通道具有用于图像调整的四个自由度：旋转、x和y偏移以及比例或放大率。高精度定位台扫描显微镜物镜下的载物片，载物片以旋转对称轴表征。

在图1A中，常规的时间延迟积分（TDI，time delay integration）式相机105安装在旋转台102上。相机105可根据系统进行的何种操作而以TDI模式或全帧模式操作。横向偏移板110移动相机105中的图像位置。镜筒透镜117和辅助透镜115共同形成变焦透镜系统以聚焦并改变相机105中的图像的尺寸。旋转台102被配置成将TDI相机105绕共同的旋转对称轴线106转动，以使TDI相机105的内部CCD阵列（未示出）相对于样本145定向使得能够沿扫描轴线104（穿过图的平面）适当地对样本145进行扫描。相机105、旋转台102、板110以及由镜筒透镜117和辅助透镜115形成的变焦透镜系统共同形成一个独立成像通道139。第二独立成像通道140包括第二相机、偏移板和变焦透镜系统，第二相机安装在旋转台上。分束器和滤波器组件127将不同波长的光引导至不同的成像通道139、140。在图1A中仅示出了一个分束器/滤波器组件127。然而，在系统的其他实施方式中，额外的分束器和/或滤波器可通过机器人移入或移出机械系统。块125表示自动聚焦和照明系统。所有成像通道共用的显微镜物镜130被聚焦在生化阵列载物片形式的样本145上，生化阵列载物片安装在包括旋转台135和X-Y台137的定位台上。