專利名稱：包含熒光顯微鏡的基因測(cè)序儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開概括地涉及使用于分子生物學(xué)、基因組學(xué)、生物信息學(xué)等的研究中的設(shè)備， 特別是，涉及包含熒光顯微鏡的測(cè)序儀。
背景技術(shù)：
在最近三十年中，在對(duì)從簡(jiǎn)單的病毒到人類以及其他哺乳動(dòng)物的各種生物體的基 因組(所有遺傳性狀的編碼形式)的解碼中取得了顯著的進(jìn)步。多年來有各種工具被開發(fā) 出來用以協(xié)助這種基因組的解碼或測(cè)序。鑒于更加復(fù)雜的生物體(比如人類)的基因組的 極端復(fù)雜性，在測(cè)序這樣的基因組中牽涉到的時(shí)間和成本是相當(dāng)高的。例如，眾所周知的人 類基因組計(jì)劃為了于2003年完成的第一個(gè)人類基因組的測(cè)序使用了 13年時(shí)間和35億美 元，并且會(huì)遞增地耗費(fèi)大約3億美元以在今天重復(fù)。然而，測(cè)序技術(shù)和設(shè)備中的進(jìn)步導(dǎo)致了 在執(zhí)行這樣的測(cè)序中的速度和成本上的相應(yīng)的改善。例如，在2007年9月公布的第二個(gè)人 類基因組的完成耗費(fèi)了一年時(shí)間和7千萬美元。同時(shí)，已開發(fā)出提供改善測(cè)序的速度和費(fèi) 用兩者的潛力的所謂第二代測(cè)序技術(shù)(基于對(duì)DNA(脫氧核糖核酸)鏈的較短的、隨機(jī)的片 段的分析，以及基于對(duì)不同序列的重疊部分的計(jì)算密集型比較的隨后的重組)。許多測(cè)序技術(shù)依靠熒光顯微鏡，其中有機(jī)或無機(jī)物質(zhì)的性質(zhì)使用熒光現(xiàn)象而被研 究。樣品中的感興趣部分以被稱為熒光基團(tuán)的熒光分子特別地“標(biāo)記”，并且以特定波長(zhǎng)的 光照射，造成熒光基團(tuán)發(fā)射出較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光(即，與吸收的光不同的顏色)。照射光通過使 用適當(dāng)?shù)臑V鏡以及拍攝的發(fā)射的光的圖像而從弱得多的發(fā)射的熒光中分離。通過研究這樣 的圖像，可以識(shí)別和確定特定物質(zhì)(例如，DNA核苷酸)的性質(zhì)。不論使用何種具體的技術(shù)來執(zhí)行測(cè)序，對(duì)于使基因測(cè)序(及其潛在的好處，諸如 個(gè)人化的、基于遺傳學(xué)的醫(yī)學(xué)治療)更加廣泛的可用的持續(xù)的障礙是用以執(zhí)行測(cè)序的設(shè)備 和耗材的高昂的成本。例如，當(dāng)前的第二代測(cè)序機(jī)通常的成本在大約45萬美元到135萬美 元的范圍。此外，雖然稍微便宜些，前一代測(cè)序機(jī)不能夠以與第二代機(jī)器同樣高的效率運(yùn) 行，并且提供相比起來大幅減小的吞吐量。簡(jiǎn)而言之，雖然在準(zhǔn)確地和高效地執(zhí)行基因組測(cè) 序所需的分子生物學(xué)和有機(jī)化學(xué)中取得了快速和顯著的進(jìn)步，合適的測(cè)序平臺(tái)的開發(fā)未能 跟上步伐。

發(fā)明內(nèi)容
本公開描述基于熒光顯微鏡的基因組測(cè)序儀，其實(shí)現(xiàn)了初始設(shè)備成本的大幅減 少，而據(jù)信不會(huì)損失性能。以這種方式，可以更加容易地實(shí)現(xiàn)廣泛的基因測(cè)序的好處。概括地，公開的測(cè)序儀實(shí)施熒光顯微系統(tǒng)，其中試劑在測(cè)試之前通過流體子系統(tǒng)流向混合器，而 不像在其中使用相對(duì)昂貴和龐大的自動(dòng)進(jìn)樣器以將試劑合起來并將它們置于測(cè)試位置中 的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備。在此使用的“試劑”是基因?qū)W的術(shù)語，其包括在公開的測(cè)序儀的運(yùn)行中所 使用的專用的有機(jī)化合物；洗劑；簡(jiǎn)單的有機(jī)溶液；以及溶劑，包括水。在一種實(shí)施方式中， 公開的用于運(yùn)送流體的系統(tǒng)包括與一個(gè)或多個(gè)多端口閥流體連通的多端口泵，該一個(gè)或多 個(gè)多端口閥又與多種試劑的儲(chǔ)存器流體連通。在合適的基于處理器的控制下，多端口泵致 使試劑通過所述一個(gè)或多個(gè)多端口閥被抽入混合器并在隨后被抽入一個(gè)或多個(gè)流通池，或 者被直接抽入所述流通池。類似地，多端口泵能夠?qū)⒘黧w從流通池抽至廢物容器。在一種 實(shí)施方式中，所述一個(gè)或多個(gè)多端口閥被安裝在流體多支管的一側(cè)上，該流體多支管具有 安裝在相對(duì)側(cè)的注射管。安裝在可移動(dòng)支座上的多支管可被帶入和帶出與包括所述多種試 劑的儲(chǔ)存模塊的流體連通，從而便于測(cè)序儀的快速和高效的服務(wù)。在另一種實(shí)施方式中，測(cè)序儀包括分光器分度器， 其為所謂的濾鏡立方體的快速 和可靠的切換提供便利。特別是，用于多個(gè)濾鏡立方體的支持構(gòu)件被裝設(shè)并被直接地或者 以其他方式耦合到合適的步進(jìn)電機(jī)。支持構(gòu)件另外包括分度指示器，其與傳感器協(xié)作以確 定支持構(gòu)件的初始位置，從而確保濾鏡立方體的一致和可靠的切換。而在另一種實(shí)施方式中，提供運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其中用于控制物鏡與目標(biāo)平臺(tái)沿相 應(yīng)的垂直軸的、相對(duì)于彼此的運(yùn)動(dòng)的第一和第二控制軸直接地耦合到慣性基準(zhǔn)。用于控制 目標(biāo)平臺(tái)沿與第一和第二軸兩者都垂直的第三軸的運(yùn)動(dòng)的第三控制軸與第二控制軸耦合。 因?yàn)榈谝缓偷诙刂戚S直接耦合到慣性基準(zhǔn)，所以能夠更加容易地實(shí)現(xiàn)高性能(高頻率響 應(yīng))運(yùn)動(dòng)控制，同時(shí)最小化在控制軸與慣性基準(zhǔn)之間的任何結(jié)構(gòu)連接的有害的低頻率共振 效應(yīng)。


此公開中的描述的特征隨同附加的權(quán)利要求中的特殊性而被闡述。從會(huì)同附圖， 對(duì)下面的詳細(xì)描述的考慮中，這些特征以及隨之而來的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得清晰。一種或多種實(shí) 施方式現(xiàn)在僅通過舉例的方式，參考附圖而被描述，其中相似的附圖標(biāo)記代表相似的元件， 并且附圖中圖1為根據(jù)本公開的熒光顯微測(cè)序儀的示意性框圖；圖2為根據(jù)本公開的熒光顯微測(cè)序儀的組件的內(nèi)部布置的透視圖；圖3為根據(jù)本公開的用于運(yùn)送流體的系統(tǒng)的示意性示例說明；圖4A為在圖3中所示例說明的用于運(yùn)送流體的系統(tǒng)的部分的實(shí)施的透視圖，并且 其中系統(tǒng)被示例說明在“打開”位置；圖4B為示例說明于圖4A中并且用于試劑的存儲(chǔ)的儲(chǔ)存模塊的實(shí)施方式的放大的 透視圖；圖4C為示例說明于圖4B中的儲(chǔ)存模塊的頂視圖；圖5為在圖4A中所示例說明的用于運(yùn)送流體的系統(tǒng)的部分的實(shí)施的透視圖，并且 其中系統(tǒng)被示例說明在“關(guān)閉”位置；圖6為根據(jù)本公開的泵與混合器的布置的透視圖；圖7為示例說明于圖6中的混合器的局部剖視與透視圖8為根據(jù)本公開的分光器分度器的透視圖；圖9和圖10示例說明運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的組件相對(duì)于慣性基準(zhǔn)的各種潛在的布置；圖11示例說明運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的組件相對(duì)于慣性基準(zhǔn)的目前優(yōu)選的布置；圖12為示例說明于圖11中的布置的實(shí)施的透視圖；以及圖13為示例說明于圖12中的實(shí)施的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參考圖1，熒光顯微測(cè)序儀100的示意性框圖被于簡(jiǎn)化形式中示例說明。照射 源102作為應(yīng)提供給用于分析的樣品的激發(fā)照射源而被裝設(shè)。在目前優(yōu)選的實(shí)施方式中， 照射源102包括300瓦、強(qiáng)制空氣冷卻的氙氣燈。然而，本公開不限制在任何特定的照射源， 其可根據(jù)設(shè)計(jì)選擇而被挑選。氙氣燈提供相較于其他照射源而言相對(duì)平坦的工作光譜的好 處，從而使得激發(fā)照射的選擇(以便適應(yīng)不同的熒光基團(tuán))能夠被簡(jiǎn)化為激發(fā)濾鏡116的 適當(dāng)?shù)倪x擇?？蛇x地，可以由具有被調(diào)諧到或者可調(diào)諧到期望的熒光基團(tuán)吸收波長(zhǎng)的合適 的波長(zhǎng)的一種或多種激光來替代氙氣燈。在這種實(shí)施方式中，優(yōu)選地提供四種不同波長(zhǎng)的 激光(例如，每一種激光用于四種不同的DNA核苷酸中的一種)?？删幊炭扉T組件104被耦合到照射源102。在一種實(shí)施方式中，快門104包括光 進(jìn)入管以防止雜散光進(jìn)入外殼、冷光鏡、紅外(IR)波束截止器、聚焦透鏡、以及高速快門葉 片。如在本領(lǐng)域中所知，冷光鏡采用多層介質(zhì)膜以提供在感興趣波長(zhǎng)范圍(360nm到730nm) 上的非常高(> 95% )的反射，同時(shí)將不需要的IR能量透射入波束截止器。高速、低慣性 快門葉片在匯聚光錐就要進(jìn)入液體光導(dǎo)110光圈之前將其攔截。快門的行程、加速度、減速 度、以及速度可以經(jīng)由運(yùn)動(dòng)控制器172 (在下面描述)而被靈活地編程。協(xié)同于相機(jī)140 — 同工作(在下面更詳細(xì)的描述)，快門的主要目的不是為了設(shè)置曝光時(shí)間，而是為了在相機(jī) 的積分周期的任何一側(cè)迅速的打開并隨后熄滅光，確保幾乎所有命中樣品的光子都由探測(cè) 器有用地積分，并且不在積分周期之外貢獻(xiàn)于樣品的光致漂白。優(yōu)選地由BK-7光學(xué)玻璃制成的聚焦透鏡106被涂以防反射涂層，以最大化光的透 射，并且將來自快門104的準(zhǔn)直光束聚焦入液體光導(dǎo)110的光圈之中，液體光導(dǎo)110可從 Lumatec GmbH商購(gòu)，其提供用于將激發(fā)照射傳達(dá)至激發(fā)濾鏡116的容易地引導(dǎo)的路徑。液 體光導(dǎo)110的內(nèi)部流體被選擇以最大化其壽命以及跨期望的，例如360nm到730nm的波長(zhǎng) 的頻譜的透射。液體光導(dǎo)110還空間均勻化透射的光，允許具有在全關(guān)與全開之間的許多 (高達(dá)200)亮度水平的快門104的可編程定位，同時(shí)保持均勻的場(chǎng)照明，這又提供在樣品曝 光上的額外的控制度。光導(dǎo)110終止于被涂以防反射涂層的準(zhǔn)直透鏡112，其也優(yōu)選地由 BK-7光學(xué)玻璃制成，并生成隨后進(jìn)入濾鏡立方體114的平行光束。如在本領(lǐng)域中具有普通技能的人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到的那樣，高吞吐量熒光顯微是光的 動(dòng)態(tài)編排的、波長(zhǎng)選擇性解析。光的波長(zhǎng)選擇性解析，相應(yīng)地，通過使用常常被稱為濾鏡立 方體114的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)濾鏡而實(shí)現(xiàn)。在一種實(shí)施方式中，裝設(shè)有多個(gè)濾鏡立方體114。 如在下面更加詳細(xì)地描述的那樣，濾鏡立方體114可以作為每四個(gè)立方體一組的組而被裝 設(shè)。分光器分度器和控制115快速的將四個(gè)波長(zhǎng)選擇性濾鏡立方體114中的任意一個(gè)，或者 用于樣品在分析之前的定位的伴隨的(第五)白光濾鏡立方體安置于沿光軸的精確位置。每個(gè)波長(zhǎng)選擇性濾鏡立方體114通常包括注塑塑料(見，例如，圖8)，其包括激發(fā)濾鏡116，將由照射源102提供的光縮窄到只有為了激發(fā)預(yù)期的熒光基團(tuán)所需的波長(zhǎng)范圍。 45度二向色分光器118將產(chǎn)生的激發(fā)波長(zhǎng)反射向物鏡120以及樣品，同時(shí)將任何產(chǎn)生的發(fā) 射波長(zhǎng)(從物鏡120)透射向發(fā)射濾鏡136。發(fā)射濾鏡136在最大程度上確保只有來自發(fā)射 的熒光基團(tuán)的光被透射向相機(jī)140。如已知于本領(lǐng)域中的那樣，可從Semr0Ck，InC.獲得的 濾鏡116、136和分光器118必須與期望的熒光基團(tuán)相協(xié)調(diào)，以避免相機(jī)140通過發(fā)射濾鏡 116見到，濾鏡η的激發(fā)對(duì)從熒光基團(tuán)η-1或者η+1的發(fā)射的激勵(lì)。物鏡120協(xié)同于管鏡頭138，設(shè)置放大、分辨率以及光收集效率的期望水平。雖 然使用于這種應(yīng)用中的這種類型的合適的光學(xué)元件對(duì)于那些本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員來 說將會(huì)是顯而易見的，在目前優(yōu)選的實(shí)施方式中，物鏡120包括高性能，無限校正的，亮 場(chǎng)20Χ，0. 70(或更高)數(shù)值孔徑的物鏡與配套的1.25Χ管鏡頭相耦合，兩者均由Leica Microsystems GmbH生產(chǎn)，以獲得25X的總放大倍率。物鏡120的非常高的數(shù)值孔徑的使用 確保了從暗淡的熒光基團(tuán)的高效的信號(hào)采集。然而，應(yīng)了解，可以使用任意數(shù)量的無限校正 的物鏡以適應(yīng)特定的取決于應(yīng)用的需求。物鏡120與相機(jī)140之間的光路被襯墊物鏡與相 機(jī)鏡頭的光學(xué)黑絨紙所保護(hù)，以防止雜散光。 相機(jī)140對(duì)于由熒光基團(tuán)發(fā)射的微量的光高度敏感，并且優(yōu)選地為采用電子倍增 電荷耦合器件(EMCCD)技術(shù)的數(shù)碼相機(jī)，比如由Hamamatsu Corporation生產(chǎn)的C9100-02 型號(hào)。在目前優(yōu)選的實(shí)施方式中，相機(jī)140包括SmmxSmm的探測(cè)器(8平方um像素的 1000x1000陣列)，其與由光學(xué)元件120、138提供的放大倍率相結(jié)合，提供320平方um的視 場(chǎng)，而每個(gè)像素對(duì)應(yīng)于樣品平面中的額定的320平方nm的區(qū)域。實(shí)際上，衍射極限分辨率 是物鏡120的數(shù)值孔徑和感興趣波長(zhǎng)的函數(shù)；在最短波長(zhǎng)(360nm)，分辨率為260nm，相當(dāng)接 近于幾何分辨率。在最長(zhǎng)波長(zhǎng)(730nm)，分辨率變粗糙，在520nm。在目前優(yōu)選的實(shí)施方式 中，熱致暗電流(即，在獲取的圖像中的噪聲)的引入通過由在相機(jī)140的控制之下工作的 強(qiáng)制空氣Peltier型熱電冷卻器142持續(xù)地保持在_50°C的，密封高真空的探測(cè)器腔而被最 小化。使用EMCXD相機(jī)140，可以將從1到高達(dá)2000X的內(nèi)部增益應(yīng)用到能夠以高達(dá)每秒 30幀的速率被采集的每幅圖像幀。幀速率和積分周期(即，在其中發(fā)射的光被收集的時(shí)間 長(zhǎng)度)，在目前優(yōu)選的實(shí)施方式中，可以由可包括一臺(tái)或多臺(tái)適當(dāng)編程的機(jī)架式計(jì)算機(jī)的運(yùn) 動(dòng)與溫度控制器174所完全的編程和控制。正如上文所述，測(cè)序儀100的各種部件自集中式控制器144接收控制信號(hào)并且/ 或者提供數(shù)據(jù)至集中式控制器144，其如所示的那樣，包括多個(gè)適當(dāng)編程的、機(jī)架式的計(jì)算 機(jī)或者其他處理設(shè)備，而任何必需的控制信號(hào)經(jīng)由適合的通訊路徑(為便于示例說明而未 全部示出)被引導(dǎo)至適當(dāng)?shù)牟考Ｔ谑纠f明的實(shí)施方式中，集中式控制器144包括用 來控制測(cè)序儀100的整體工作的采集與控制計(jì)算機(jī)(ACC) 170。ACC 170，相應(yīng)地，與用于 控制全部硬件部件，例如，運(yùn)動(dòng)部件、傳感器、溫度控制設(shè)備等的工作的運(yùn)動(dòng)與溫度控制器 (MTC) 172的控制運(yùn)行相聯(lián)系。ACC 170還與使用合適的軟件實(shí)施的圖像處理算法，提供實(shí) 時(shí)圖像處理與質(zhì)量指標(biāo)，以及最終堿基響應(yīng)(即，探測(cè)到的DNA序列的確定)的圖像處理 計(jì)算機(jī)(IPC) 174相聯(lián)系。在目前優(yōu)選的實(shí)施方式中，IPC 174還與一個(gè)或多個(gè)允許測(cè)序儀 100與外部設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)等的聯(lián)系的接口 146相聯(lián)系。例如，ACC 170可以是IU機(jī)架式計(jì)算機(jī)，其包括具有4MB的L2高速緩存的2. 4GHz 雙核Intel Core 2Duo中央處理單元(CPU)、2GB的雙數(shù)據(jù)速率2隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DDRIIRAM)、雙千兆以太網(wǎng)端口、串行端口、在PCI-e插槽中用于圖像獲取的相機(jī)連接采集卡，以 及l(fā)TB，7200rpm的串行高級(jí)技術(shù)附加裝置接口(SATA II)硬盤驅(qū)動(dòng)器。除了執(zhí)行全部的儀 器控制功能以外，ACC 170另外還與相機(jī)140相聯(lián)系以執(zhí)行圖像采集、臨時(shí)圖像存儲(chǔ)以及到 IPC 174的圖像傳輸。相應(yīng)地，IPC 174可以是類似的IU機(jī)架式計(jì)算機(jī)，其包括具有4MB的 L2高速緩存的2. 4GHz雙核Intel Core 2Duo CPU,8GB的DDRII RAM、雙千兆以太網(wǎng)端口、 以及兩個(gè)lTB，7200rpm的SATAII硬盤驅(qū)動(dòng)器。MTC 172，正如上文所述，控制全部運(yùn)動(dòng)相關(guān) 部件、溫度調(diào)節(jié)部件、流體輸送部件以及自動(dòng)對(duì)焦部件，如下所述，其優(yōu)選地包括3U機(jī)架式 計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)經(jīng)由串行、USB和/或以太網(wǎng)端口的任意組合與ACC 170相聯(lián)系。用于編 程這樣的計(jì)算機(jī)以執(zhí)行此處所述的操作的技術(shù)為本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員所熟知。例如， 在目前優(yōu)選的實(shí)施方式中，ACC 170和IPC 174兩者可以全部運(yùn)行“LINUX”操作系統(tǒng)以及 來自 Harvard Medical School 的 Church Laboratory 的公開可用的軟件。除了快門控制104和 分光器分度器115，測(cè)序儀100另外地包括所謂的X-控制軸、 Y-控制軸和Z-控制軸124-128，用以精確地控制目標(biāo)平臺(tái)122 (包括流通池313)與物鏡120 相對(duì)于彼此的定位。如圖所示，X-軸124和Y-軸126優(yōu)選地控制目標(biāo)平臺(tái)122(以及相應(yīng) 的溫度控制器134)的運(yùn)動(dòng)，而Z-軸128控制物鏡120的運(yùn)動(dòng)。在一種實(shí)施方式中，X-控 制軸、Y-控制軸和Z-控制軸124-128分別提供150mmX150mmX2mm的行程，伴隨以沿任意軸 的5nm的分辨率。優(yōu)選地，控制軸124-128中的每一個(gè)都包括非接觸式、直接驅(qū)動(dòng)的直線電 機(jī)，其包含非接觸式光學(xué)線性編碼器以及具有抗蠕動(dòng)保護(hù)的精密磨光的交叉滾子導(dǎo)軌。合 適的控制軸124-128可以從Danaher Motion-Dover獲得。在集中式控制器的控制下，這 些軸提供高性能運(yùn)動(dòng)，其中在χ-軸上的視場(chǎng)到視場(chǎng)(視場(chǎng)是當(dāng)前正被成像的樣品的部分) 步進(jìn)和穩(wěn)定時(shí)間近似于相機(jī)140的最高幀速率。如參考例如圖12所示的那樣，目標(biāo)平臺(tái) 122包括雙樣品載體，提供樣品室或者流通池的精確配準(zhǔn)。另外，在目標(biāo)平臺(tái)122上的流通 池313的溫度可以由相應(yīng)的溫度控制器134(僅示出一個(gè))所控制。在目前優(yōu)選的實(shí)施方 式中，每個(gè)溫度控制器134都包括會(huì)同主動(dòng)強(qiáng)制空氣傳熱工作的Peltier熱電模塊，允許在 15°C到60°C范圍內(nèi)的多個(gè)溫度設(shè)置點(diǎn)的使用，而每個(gè)設(shè)置點(diǎn)可對(duì)于任何期望的時(shí)間間隔編 程，從而提供寬泛的生化協(xié)議范圍。雖然測(cè)序儀的物鏡120的景深必然取決于所采用的物鏡120的配置，本領(lǐng)域中的 技術(shù)人員將會(huì)明白，幾乎所有為此目的而使用的物鏡120都將具有需要使用恒定聚焦修正 的非常精確的景深。例如，上述的20X、0. 70NA的Leica物鏡的景深在測(cè)序儀100的波長(zhǎng)范 圍上(360nm到730nm)變化，從在最短波長(zhǎng)上的0. 52um,到在最長(zhǎng)波長(zhǎng)上的1. 06um。由于 生產(chǎn)和對(duì)齊具有這樣的平面度的樣品是不可能的，所以裝設(shè)有主動(dòng)激光自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)130。 在優(yōu)選的實(shí)施方式中，自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)130使用平面極化的785nm激光二極管以生成單調(diào)的 聚焦誤差信號(hào)，聚焦誤差信號(hào)接著又被數(shù)字Z-控制軸其128所積分，以在包括步進(jìn)和掃描 時(shí)在內(nèi)的所有時(shí)間中維持關(guān)鍵的、亞微米聚焦。785nm波長(zhǎng)的激光二極管的使用避免了最 紅的熒光基團(tuán)的潛在的發(fā)射濾鏡136衰減。正如上文所述，Z-軸128的分辨率為5nm，并且 其2mm的行程允許物鏡120在樣品的加載和卸載中被從主動(dòng)自動(dòng)對(duì)焦平面切換到縮回的位 置。如示意性地示例說明的那樣，多波長(zhǎng)選擇性濾鏡132被用以將自動(dòng)對(duì)焦激光束通過經(jīng) 由適當(dāng)?shù)姆止馄?33引導(dǎo)至樣品，同時(shí)確保自動(dòng)對(duì)焦激光保持完全不能被相機(jī)140探測(cè)到， 并且潛在的熒光激發(fā)和發(fā)射的全范圍(360nm到730nm)保持可以高透射獲得。
現(xiàn)有技術(shù)測(cè)序儀通常依靠昂貴的自動(dòng)進(jìn)樣器以在將期望的混合物放置于目標(biāo)平 臺(tái)上之前機(jī)械地訪問每一種必要的試劑的容器(通常在實(shí)際的測(cè)序設(shè)備的外部)。這在那 些包括基因組測(cè)序和活細(xì)胞熒光成像的，需要在成像之前從樣品區(qū)域引入和去除試劑的應(yīng) 用中變得尤其麻煩。相反，此處所述的測(cè)序儀100依靠高度靈活和高效的流體輸送系統(tǒng)150 來完成試劑的獲得和混合。為此，流體輸送系統(tǒng)150為所有將由測(cè)序儀100所使用的試劑提供儲(chǔ)存。一般地， 由測(cè)序儀100所使用的試劑被分為兩個(gè)基本組那些需要冷卻或者能夠從冷卻中受益的， 和那些不這樣的。在目前優(yōu)選的實(shí)施方式中，后者156、158被安置于在測(cè)序儀100之內(nèi)或 在其旁邊的單獨(dú)的Nalgene瓶中；在默認(rèn)配置中，測(cè)序儀100包括兩個(gè)2升的瓶158，以及 兩個(gè)250ml的瓶156，它們經(jīng)由穿過每個(gè)瓶的螺帽中的扣眼的標(biāo)準(zhǔn)1/8”FEP管道與流體子 系統(tǒng)的其它部分連接。當(dāng)被布置于測(cè)序儀100之內(nèi)時(shí)，這些瓶156中的液體將被維持在測(cè) 序儀100的內(nèi)部溫度， 通常為大約31°C。通常，在前一類中有更多的試劑，S卩，那些其保存期將會(huì)通過受控的冷卻而被提高 的試劑。然而這樣的試劑的必要的體積往往趨向于相當(dāng)小也是事實(shí)。對(duì)于這后一類的試 齊U，提供有試劑或儲(chǔ)存模塊152，其允許高達(dá)26種不同試劑的儲(chǔ)存，而儲(chǔ)存空間在從5ml到 80ml之間的范圍中。如圖所示，與上述的那些(即，溫度控制器134)基本上相同的溫度控 制器162被裝設(shè)，以將儲(chǔ)存模塊152的溫度控制在大約6°C。注意，雖然儲(chǔ)存模塊152的溫 度能夠被設(shè)置得更高，在實(shí)踐中通常不會(huì)這樣做，因?yàn)槟康氖茄娱L(zhǎng)儀器內(nèi)被冷卻的試劑的 保存期。在以下參考圖3更加詳細(xì)的描述的泵與閥系統(tǒng)154被裝設(shè)以將期望的試劑從任意 存儲(chǔ)部件152、156、158抽入到混合器160并且隨后抽入到目標(biāo)平臺(tái)上的流通池313，或者直 接地抽入目標(biāo)平臺(tái)122上的流通池313或從其中抽出。類似地，泵與閥系統(tǒng)154可被用以 將流體從流通池313排出至提供在外部的廢物容器164，或者從任意存儲(chǔ)部件152、156、158 排出至廢物容器(如在，例如，使用水或洗劑來清理任意閥或介于其間的管道的情況中)。 如在以下更加詳細(xì)的描述的那樣，因?yàn)樵S多在基因組測(cè)序、生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)等當(dāng)中所采用的 試劑是非常昂貴的，泵與閥154、混合器160以及介于其間的管道被優(yōu)選地保持在最小尺寸 和長(zhǎng)度，以最小化試劑的用量。現(xiàn)在參考圖2，示例說明熒光顯微測(cè)序儀100的各個(gè)部件的目前優(yōu)選的內(nèi)部布置 的透視圖。特別是，支架被示出，其包括安裝到又被安裝在垂直壁208和腳210上的垂直支 架206的慣性基準(zhǔn)204。在目前優(yōu)選的實(shí)施方式中，慣性基準(zhǔn)204為相對(duì)厚重的加工過的 鋁板，其服務(wù)于兩個(gè)主要目的。第一，慣性基準(zhǔn)204為示例說明于圖1中的大部分部件提供 支撐；如圖所示，只有集中式控制器144(正如上文所述，優(yōu)選地包括ACC 170、MTC 172和 IPC 174)由垂直壁208所支撐。注意，目標(biāo)平臺(tái)122和溫度控制器134位于X-軸124之 上。其垂直定位由Z-軸128所控制的物鏡120，位于由分光器分度器115、管鏡頭138以及 相機(jī)140所建立的光路的一端。第二，如在以下更加詳細(xì)地描述的那樣，慣性基準(zhǔn)204充當(dāng) 各個(gè)X-軸、Y-軸和Z-軸的結(jié)構(gòu)參考點(diǎn)?，F(xiàn)在參考圖3，更加詳細(xì)地示例說明流體輸送子系統(tǒng)150的實(shí)施方式。如圖所示， 子系統(tǒng)150包括多個(gè)多端口閥302-306以及多端口泵308。多端口泵308與兩個(gè)多端口閥 302、304、混合器311以及兩個(gè)流通池313流體連通。如圖所示，多端口泵308能夠被配置以將其任意端口與注射泵310流體地耦合，類似地，多端口閥306-306中的每一個(gè)能夠被配 置以將其輸出端口(被示意性地示例說明為中心端口)與其任意輸入端口流體地耦合。第 一三通閥316可被控制以將第三多端口閥306直接地流體耦合到流通池313，或者將混合 器311流體耦合到流通池313。第二三通閥314允許分別地選擇兩個(gè)流通池313中的任意 一個(gè)。第三三通閥316流體地耦合到全部三個(gè)多端口閥302-306從而允許空氣或洗劑(存 儲(chǔ)于外部容器158中的一個(gè)中)通過任意多端口閥302-306而被抽出。第四三通閥318被 以與多端口泵308的流體連通來裝設(shè)，這有助于兩種特定的、冷卻的試劑，在此范例中，連 接酶或者接合緩沖液(相應(yīng)地標(biāo)記為L(zhǎng)和LB)的任意一種的選擇。注意，合適的三通閥由 Biirkert Fluid Control System 生產(chǎn)。如圖所示，由多端口閥302-306所提供的端口中的大多數(shù)都被流體地耦合到存儲(chǔ) 于儲(chǔ)存模塊152中的試劑。在示例說明的范例中，以這種方式存儲(chǔ)的試劑包括錨定引物(標(biāo) 記為從Al到A4，Nl和N3)、具有4個(gè)熒光基團(tuán)的單體和接合緩沖液(標(biāo)記為從N-I到N-7 以及N+1到N+6)、以及核酸外切酶(標(biāo)記為Exo)。在這種配置中，存在四個(gè)空余的試劑室 (標(biāo)記為從S2到S5)。如圖所示，第一多端口閥302和第二多端口閥304兩者都僅僅與存 儲(chǔ)于儲(chǔ)存模塊152內(nèi)的試劑流體地耦合。相反，第三多端口閥306被耦合到儲(chǔ)存模塊152 中的試劑并且耦合 到在示例說明的實(shí)施方式中存儲(chǔ)水、洗劑、氫氧化鈉或者鹽酸胍的兩個(gè) 未冷卻的容器156、158之一或全部。盡管未明確地在圖3中示例說明，多支管(于以下描 述)被使用于目前優(yōu)選的實(shí)施方式中，用以支持多端口閥302-306和三通閥312-318兩者， 并且用以建立多端口泵308、多端口閥302-306以及流通池313之間的各種連接。每個(gè)多端口閥302-306優(yōu)選地包括十端口旋轉(zhuǎn)閥，比如那些由Rheodyne LLC生產(chǎn) 的。注射泵310，比如那些由Tecan Group Ltd.生產(chǎn)的，優(yōu)選地裝備有提供容積流量控制和 額外的流動(dòng)路徑的九端口陶瓷旋轉(zhuǎn)閥308。在目前優(yōu)選的實(shí)施方式中，注射泵310容積為 Iml伴隨以0. 5ul的分辨率和可重復(fù)性，以及IOul的絕對(duì)精度，盡管可理解，用戶可以快速 和容易的替換一系列可選的注射器，為了分辨率而犧牲容量。鑒于此配置，試劑的選擇、它 們的操作次序、它們的體積、流速，以及在多個(gè)溫度下在樣品室中的持續(xù)時(shí)間等，均可以完 全地由用戶編程。在示例說明于圖3中的配置中，流體輸送系統(tǒng)150能夠執(zhí)行數(shù)種操作以在測(cè)序儀 100內(nèi)移動(dòng)流體。例如，多端口泵308可以將任意試劑從儲(chǔ)存模塊152經(jīng)由第一或第二多端 口閥302、304抽入到混合器311中。注意，多端口泵308提供多條輸入線路(經(jīng)由端口 1 和8，如示例說明的)到混合器，從而允許這些從多端口泵308到混合器311的線路在期望 時(shí)被注入以頻繁使用的試劑。如在以下進(jìn)一步詳細(xì)的描述的那樣，混合器311可被操作以 將被引入其中的任何流體混合在一起。此后，多端口泵308可以通過向兩個(gè)流通池313中 的全部或之一的遠(yuǎn)端(相對(duì)于混合器311)應(yīng)用真空(憑借注射泵310)而將混合物從混合 器311抽入兩個(gè)流通池311中的全部或之一中。以類似的方式，那些可以通過第三多端口 閥306獲得的試劑可以一同繞過混合器311而被直接地抽入兩個(gè)流通池311中的全部或之 一。為了提高單獨(dú)的試劑之間的分離，系統(tǒng)可以被配置為使洗劑或空氣可被輸送通過任意 多端口閥302-306和流通池313。最后，多端口泵308可以將流體從流通池313之一(或者 從第一和第二多端口閥302、304之一)抽入到外部廢物容器164。現(xiàn)在參考圖4A-圖4C以及圖5，示例說明流體輸送子系統(tǒng)150的目前優(yōu)選的實(shí)施方式，包括儲(chǔ)存模塊152。多支管404被裝設(shè)，其上表面充當(dāng)用于安裝多端口閥302-306以 及三通閥312-318的平臺(tái)。在多支管404的一相對(duì)側(cè)，多個(gè)不銹鋼注射管406向下延伸，并 且以使得它們能夠被儲(chǔ)存或試劑模塊152中的相應(yīng)地安置的凹室或腔室430-434所接收的 方式，將它們?cè)诙嘀Ч?04的表面上對(duì)齊。全部冷卻的試劑都儲(chǔ)存于單個(gè)整體塊的儲(chǔ)存模 塊152中，其優(yōu)選地由帶特氟隆涂層的鋁制成(使得它與超聲波清洗和熱壓滅菌相兼容)， 并可以通過外殼的前門而被容易地移除、清潔、重新注入，以及重新插入。在使用中，儲(chǔ)存模 塊152位于用于降低試劑的溫度的溫度控制器162的上邊。如在圖4C中最好的示例說明的那樣，在儲(chǔ)存模塊152中的每個(gè)凹室430-434包括 錐形底面440。優(yōu)選地，每個(gè)注射管406精確地與每個(gè)相應(yīng)的錐形底面440的最低點(diǎn)對(duì)齊，從 而使得在多支管404被降低時(shí)，每個(gè)注射管406被帶入與其相應(yīng)的凹室430-434的流體連 通中，從而確保每種試劑除了 IOul以外全部都可被取得。在一種實(shí)施方式中，每個(gè)凹室 430-434可以被配置為直接儲(chǔ)存所需量的相應(yīng)試劑或者，在替代實(shí)施方式中，儲(chǔ)存相應(yīng)地 直接儲(chǔ)存所需試劑的小瓶或其他容器。在后一種實(shí)施方式中，限定每個(gè)凹室430-434的內(nèi) 部尺寸可被配置，以唯一地符合于具有配對(duì)的外表面配置的僅一種類型的小瓶。如在圖4B 和圖4C中所示的，可以根據(jù)需要而裝設(shè)不同形狀和大小(即 ，內(nèi)部容積)的凹室430-432。 例如，在目前優(yōu)選的實(shí)施方式中，在儲(chǔ)存模塊152中裝設(shè)提供0. 75ml、1.5ml、3ml、6ml、8ml 和45ml的容量的凹室430-434。同樣地，可以在必要時(shí)選擇儲(chǔ)存模塊152中的每個(gè)凹室 430-434的具體位置。而在另一種實(shí)施方式中，儲(chǔ)存模塊152可以由相對(duì)容易處理的材料， 比如真空成型的、生物惰性塑料之類所構(gòu)成。這樣的儲(chǔ)存模塊152 (或者甚至可互換的非一 次性儲(chǔ)存模塊)可被預(yù)先填充以試劑的任意期望組合，并且隨后被薄膜密封以防止試劑的 泄漏或交叉污染，從而方便立即可用的試劑模塊152的運(yùn)輸。在這種實(shí)施方式中，每個(gè)注射 器可以具有在多支管被降低時(shí)將會(huì)穿透密封薄膜的刀口斜面。在示例說明的實(shí)施方式中，儲(chǔ)存模塊152包括橫向插槽436，其在儲(chǔ)存模塊152被 插入或移除時(shí)與相應(yīng)的橫向?qū)к?11的水平布置的凸緣嚙合。手把438也可以被裝設(shè)在流 體模塊152中以協(xié)助其操縱。除了提供儲(chǔ)存模塊152中的試劑與相應(yīng)的閥302-306、312_318之間的相對(duì)短的流 體連接以外，多支管404在必要時(shí)還提供允許未冷卻的容器156、158到閥302_306、312_318 的連接的裝配。此外，多支管404可以支持協(xié)助為試劑提供等溫環(huán)境的，圍繞注射管406的 向下伸出的外殼(為方便于示例說明，僅示出側(cè)壁408和后壁410)。如在圖4A和圖5中所示，多支管404被優(yōu)選地安裝(直接地或者，如圖所示，經(jīng) 由外殼側(cè)壁408)在包括一對(duì)可滑動(dòng)地安裝在垂直引導(dǎo)柱414上的托架412 (僅示出一個(gè)) 的可移動(dòng)支架之上。杠桿構(gòu)件416被裝設(shè)并且通過支點(diǎn)軸418被可旋轉(zhuǎn)地安裝到外殼面板 402 (僅示出一個(gè))。杠桿構(gòu)件416此外包括可滑動(dòng)地與在每個(gè)托架412中的相應(yīng)的導(dǎo)引 槽420嚙合的針腳422 (僅示出一個(gè))。使用安裝在杠桿構(gòu)件416上的手柄424，杠桿構(gòu)件 416可以相對(duì)于支點(diǎn)軸418旋轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致針腳420提升或降低托架412以及隨附的多支管 404。圖4A示例說明了在“打開”位置的多支管404以及其可移動(dòng)支架，允許儲(chǔ)存模塊152 的方便的訪問以及快速的插入/移除。相反，圖5示例說明了在“閉合”位置的多支管404 以及其可移動(dòng)支架，其中注射管406被帶入與它們相應(yīng)的凹室430-434的流體連通。還應(yīng) 注意，在目前優(yōu)選的實(shí)施方式中，裝設(shè)有閂鎖柱426，其在多支管404被置于打開位置時(shí)與彈簧承載的閂鎖428嚙合，并且其在將多支管404置于閉合位置之前必須從閂鎖柱426脫罔。現(xiàn)在參考圖6和圖7，示例說明混合器311的目前優(yōu)選的實(shí)施方式。特別是，混合器 311被示例說明為安裝在包括用以控制注射泵310的電子和機(jī)械元件的泵外殼600之上。 如圖所示，注射泵310由造成流體被抽入注射泵310或者從其中噴出的垂直移動(dòng)臺(tái)601所 驅(qū)動(dòng)?；旌掀?11，相應(yīng)地，憑借一對(duì)托架602而被安裝到泵外殼600?；旌掀?11包括混合 室604，可拆卸地安裝于第一托架602a之中，以及至少部分地被由安裝到第二托架602b的 電動(dòng)機(jī)608所驅(qū)動(dòng)的可旋轉(zhuǎn)閥軛606所包圍。閥軛606包括多塊磁體607，其如最好地示例 說明于圖7中的那樣，對(duì)安裝在旋轉(zhuǎn)構(gòu)件或葉輪704中的相應(yīng)的磁體706起作用。亦即，隨 著閥軛606被電機(jī)608旋轉(zhuǎn)，磁體607、706的相互吸引在葉輪704中也引起旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。電 機(jī)608可以包括具有減速器等的常規(guī)DC有刷電機(jī)。在當(dāng)前的實(shí)施中，混合室604包括具有3ml的內(nèi)部容量的玻璃小瓶，優(yōu)選地具 有錐 形或者以其他方式逐漸變得尖細(xì)的內(nèi)部底面(如圖7中所示)以及平坦的外部底面。以與 混合室604的開口的密封嚙合裝設(shè)蓋子610，并且其優(yōu)選地形成有多個(gè)端口 612和通風(fēng)孔 614。正如上文所述，多個(gè)端口 612允許流體輸送子系統(tǒng)150與混合器311之間的專用輸入 和/或輸出線路，從而避免在試劑之間切換時(shí)要傾倒掉線路上昂貴的試劑。在示例說明的 實(shí)施方式中，單獨(dú)一條輸出導(dǎo)管702被示出，其經(jīng)由中央端口 612自混合室604冒出并且終 止于t連接器616之中。優(yōu)選地，輸出導(dǎo)管702由相對(duì)無彈性的材料，比如不銹鋼管或相似 物等制成。如在圖7中最好地示出的那樣，輸出導(dǎo)管702基本上與混合室的縱軸對(duì)齊并且 從混合室604的近端延伸至遠(yuǎn)端(即，從混合室604的開口至其內(nèi)部逐漸變得尖細(xì)的底部 的尖端)?？拷旌鲜?04的遠(yuǎn)端放置輸出導(dǎo)管702的一端確保了在需要時(shí)能夠提取容納 于混合室604中的除了微量的之外的幾乎全部混合物。如進(jìn)一步在圖7中所示的，葉輪704與輸出導(dǎo)管702同軸地對(duì)齊，輸出導(dǎo)管702通 過葉輪704的縱向通道，從而提供葉輪704可以自由地繞其旋轉(zhuǎn)的軸。注意，導(dǎo)管702的遠(yuǎn) 端自葉輪704中的縱向通道的底部冒出。憑借重力和葉輪的磁體706對(duì)外部閥軛606的磁 體吸引力，葉輪704被優(yōu)選地緊靠混合室604的遠(yuǎn)端安置并且，還更進(jìn)一步地，構(gòu)成葉輪704 的每片鰭葉711同樣具有逐漸尖細(xì)的形狀以更好地符合混合室604的逐漸尖細(xì)的底部。為 了提高葉輪704的混合能力，每片鰭葉711優(yōu)選地包括開口 708和有斜面的上邊緣710以 在所需的混合物中更好地弓I起擾動(dòng)。現(xiàn)在參考圖8，更加詳細(xì)地示例說明分光器分度器115的目前優(yōu)選的實(shí)施方式。概 括地，分光器分度器115包括支持構(gòu)件(在此范例中為轉(zhuǎn)輪)802，在其上安裝有多個(gè)分光器 (如示例說明的，以濾鏡立方體的形式)114。在示例說明的實(shí)施方式中，支持構(gòu)件802包括 用于多達(dá)六個(gè)濾鏡立方體的位置，雖然在實(shí)踐中保持至少一個(gè)位置開放，即，不安裝濾鏡立 方體可能是期望的。支持構(gòu)件802的運(yùn)動(dòng)是由步進(jìn)電機(jī)804所引起的，在示例說明的實(shí)施 方式中，步進(jìn)電機(jī)804引起支持構(gòu)件802的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。每個(gè)濾鏡立方體114被安裝到支持 構(gòu)件802，從而使得在步進(jìn)電機(jī)行進(jìn)通過多個(gè)固定位置時(shí)，相應(yīng)的濾鏡立方體(如果存在) 基本上對(duì)齊于在一個(gè)平面中的光源的光軸，在此范例中，準(zhǔn)直透鏡112和光導(dǎo)110，以及在 另一個(gè)基本上垂直的平面中的另一個(gè)光軸，在此范例中，管鏡頭138。憑借形成于支持構(gòu)件 802中的開口 805，接收自光源的光在濾鏡立方體114的第一開口(在濾鏡立方體114的側(cè)面上)中被接收，并且被內(nèi)部反射通過第二開口(在濾鏡立方體114的頂面上)以及在支 持構(gòu)件802中的相鄰的開口 805。同樣地，在濾鏡立方體114中的第三開口(與第二開口相 對(duì)并且基本上與其平行，即，在濾鏡立方體114的底面上)允許發(fā)射的光(來自熒光基團(tuán)) 通過第二開口并進(jìn)入管鏡頭138。在當(dāng)前的實(shí)施中，步進(jìn)電機(jī)804能夠以低于IOurad的角 重復(fù)性在150ms內(nèi)在濾鏡立方體114之間切換。雖然在圖8中示例說明了旋轉(zhuǎn)實(shí)施方式， 可理解，支持構(gòu)件的其他類型的運(yùn)動(dòng)也可以被等同地采用。例如，支持構(gòu)件802可被實(shí)施為 以線性的方式驅(qū)動(dòng)的線性支持構(gòu)件，而不是轉(zhuǎn)輪。不論如何，支持構(gòu)件802還包括分度指示器806 (如示例說明的，以切口的形式)， 其與相應(yīng)地確定分度指示器806是否存在的傳感器808 (在此范例中為金屬接近傳感器) 相配合。那些在本領(lǐng)域中具有普通技能的人員將會(huì)明白，其他類型的傳感器，例如，光學(xué)傳 感器，也可以為此目的而被采用。注意，傳感器808與支持構(gòu)件802 (憑借其在步進(jìn)電機(jī)804 上的安裝)通過共同安裝在對(duì)齊構(gòu)件810上，被保持在基本上固定的對(duì)齊中，對(duì)齊構(gòu)件810 還將光學(xué)元件(例如，準(zhǔn)直透鏡112和管鏡頭138)保持對(duì)齊。通過檢測(cè)分度指示器806存 在與否，傳感器808能夠提供指示出支持構(gòu)件802的初始位置的指示(例如，電信號(hào))。例 如，在測(cè)序儀100的開機(jī)序列中或者在其復(fù)位之后，步進(jìn)電機(jī)804 可被控制，以相對(duì)緩慢地 轉(zhuǎn)動(dòng)支持構(gòu)件802，直至分度指示器被探測(cè)到。在示例說明的實(shí)施方式中，支持構(gòu)件802具 有從支持構(gòu)件802的中心(在步進(jìn)電機(jī)804下方)徑向地間隔開的外圍邊緣803，而分度指 示器806沿外圍邊緣803安置。然而，如那些在本領(lǐng)域中具有普通技能的人員將會(huì)明白的 那樣，分度指示器806可以采取可被放置在支持構(gòu)件802的其他位置上(例如，在轉(zhuǎn)輪的頂 面上)或者在分度器115的其他元件上(例如，在濾鏡立方體自身上)的其他形式(例如， 可檢測(cè)的顏色或圖案，比如條形碼等)。此外，在示例說明的實(shí)施方式中，支持構(gòu)件802的初 始位置造成該多個(gè)分光器(如果存在)中的一個(gè)被如上所述地那樣光學(xué)地對(duì)齊。因此，分 度器115的默認(rèn)位置是為了提供連續(xù)的光路。然而，默認(rèn)到在其中連續(xù)光路被禁止的位置 可能是期望的，在這種情況下，放置分度指示器從而使得當(dāng)在初始位置時(shí)每個(gè)分光器(或 者其他光通道)都不與任何光軸對(duì)齊可能是期望的。如已知于本領(lǐng)域中的那樣，必須控制被分析的目標(biāo)平臺(tái)122相對(duì)于物鏡120的運(yùn) 動(dòng)。通常，這通過使用如上所述的，以不同的方式布置的x-、Y-和Z-控制軸而實(shí)現(xiàn)。通常， X-和Y-控制軸目標(biāo)平臺(tái)與物鏡相對(duì)于彼此的橫向?qū)R，而Z-控制軸目標(biāo)平臺(tái)與物鏡相對(duì) 于彼此的垂直對(duì)齊。在這樣的定位系統(tǒng)中，高性能(快速的移動(dòng)和穩(wěn)定時(shí)間、在停止時(shí)的緊 密的位置穩(wěn)定性，等等)需要高伺服帶寬(即，以高頻率響應(yīng)擾動(dòng)的能力)。例如，在目前 描述的測(cè)序儀100中，在圖像采集中實(shí)現(xiàn)大約每秒25幅圖像(伴隨以目標(biāo)平臺(tái)122在圖像 之間的25次相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，以及物鏡120的連續(xù)跟蹤自動(dòng)對(duì)焦運(yùn)動(dòng))以及優(yōu)于景深(0. 5um) 的跟蹤性能是期望的。實(shí)現(xiàn)這樣的高性能帶寬的限制常常是由系統(tǒng)中的最低諧振(自然頻 率)所設(shè)置的。因此，為了得到高性能/高帶寬，全部運(yùn)動(dòng)相關(guān)的部件(并且尤其是在常常 是大且重的支撐結(jié)構(gòu)中)中的諧振頻率都應(yīng)當(dāng)是相對(duì)較高的。為了得到高諧振頻率，支撐 結(jié)構(gòu)理想地是小的、輕量的，并且尤其是堅(jiān)硬的。連接各個(gè)控制軸的相對(duì)長(zhǎng)和/或柔軟的結(jié) 構(gòu)會(huì)導(dǎo)致非常低的性能。為此的典型的方法的范例示例說明于圖9和圖10中。如圖所示，慣性基準(zhǔn)902被 裝設(shè)。如在此處使用的，慣性基準(zhǔn)提供參考點(diǎn)，所有受控的運(yùn)動(dòng)都相對(duì)于其執(zhí)行。這樣，慣性基準(zhǔn)優(yōu)選地具有相對(duì)較大的質(zhì)量(從而導(dǎo)致相應(yīng)地較大的慣性力矩)和剛性(從而具有 相對(duì)較高的諧振頻率)。通常，慣性基準(zhǔn)902以水平的方式部署，如圖所示，以形成運(yùn)動(dòng)部件 能夠安裝于其上的表面。在第一實(shí)施方式中，使用各個(gè)軸904-908以直接地控制目標(biāo)平臺(tái) 909相對(duì)于基本上靜止的物鏡910的運(yùn)動(dòng)。為此，第一軸(在此范例中，X-軸904)被直接 地安裝到慣性基準(zhǔn)902并且第二軸(在此范例中，Y-軸906)被安裝在第一軸上。如圖9和 圖10中所示，這控制了在垂直于此頁(yè)的水平面中的所有運(yùn)動(dòng)。如圖9中所示，第三軸(在 此范例中，Z-軸908)可以被安裝在第二軸上，并且被用以控制目標(biāo)平臺(tái)909的垂直運(yùn)動(dòng)。 物鏡910，在圖9中，經(jīng)由結(jié)構(gòu)連接912耦合至慣性基準(zhǔn)910并且因而是基本上靜止的。以 這種方式，目標(biāo)平臺(tái)909相對(duì)于物鏡910的運(yùn)動(dòng)僅僅通過目標(biāo)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)而被控制。在示 例說明于圖10中的可選的實(shí)施方式中，Z-軸908被替代地用以控制物鏡910相對(duì)于目標(biāo) 平臺(tái)909的運(yùn)動(dòng)，并且因此經(jīng)由結(jié)構(gòu)連接912耦合至慣性基準(zhǔn)902。然而，示例說明于圖9和圖10中的兩種實(shí)施方式都將被相對(duì)較低的諧振頻率所限 制，該諧振頻率將會(huì)由于相對(duì)長(zhǎng)和柔軟的結(jié)構(gòu)連接912而被包括于結(jié)構(gòu)環(huán)路(即，物鏡910 與目標(biāo)平臺(tái)909之間的物理連接)之中。結(jié)果是，示例說明于 圖9和圖10中的系統(tǒng)的性能 將會(huì)被限制，因?yàn)槟繕?biāo)平臺(tái)909和/或物鏡910的每次運(yùn)動(dòng)將會(huì)造成相對(duì)較低的諧振頻率， 其將會(huì)耗費(fèi)成比例地更長(zhǎng)的時(shí)間來消散，從而限制系統(tǒng)的速度和/或準(zhǔn)確性。為了解決這樣的限制，可以采用示例說明于圖11中的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。如圖所示，兩個(gè) 控制軸，在此范例中Y-軸126和Z-軸128，被直接地安裝至慣性基準(zhǔn)204，從而使得兩個(gè)軸 能夠從與慣性基準(zhǔn)204的相對(duì)較高的諧振頻率的緊密的耦合中受益。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)， 將慣性基準(zhǔn)以如圖所示的垂直朝向安裝是優(yōu)選的。這對(duì)于減少測(cè)序儀100的整體占用面積 以及經(jīng)由Z-軸128提供物鏡120的特別精確控制而言是特別有用的。另外，在Z-軸128 和Y-軸126之間插入慣性基準(zhǔn)204使得X-軸124(以及目標(biāo)平臺(tái)122)能夠經(jīng)由相對(duì)短而 堅(jiān)硬的結(jié)構(gòu)連接1102耦合至Y-軸，從而最小化在由此產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)環(huán)路中的任何相對(duì)較低 的諧振頻率。圖11中所示的結(jié)構(gòu)的實(shí)施在圖12和圖13中被進(jìn)一步地示例說明。如圖所示，慣 性基準(zhǔn)204被垂直地安裝(在未示出的垂直支撐206上)，伴隨以Z-軸128直接地安裝于 其正面之上。如在圖13中最好地示出的那樣，Y-軸126被直接地安裝在慣性基準(zhǔn)204的背 面上，伴隨以X-軸124憑借結(jié)構(gòu)連接1102耦合至Y-軸126。如圖所示，目標(biāo)平臺(tái)122通過 使得溫度控制器134能夠靠近目標(biāo)平臺(tái)122 (以及相應(yīng)的流通池313)安裝的一組三個(gè)短、 堅(jiān)硬的支撐1202而被安裝至X-軸124。在示例說明的實(shí)施方式中，Y-軸126與X-軸124 之間的結(jié)構(gòu)連接1102包括底板1102a，其耦合至側(cè)壁1102b、1102c以及背板1102d。注意， 在圖13中，右側(cè)壁1102c為便于示例說明而被移除。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)連接1102相對(duì)短而堅(jiān)硬，該 系統(tǒng)能夠達(dá)到非常高的性能，包括快速移動(dòng)以及短的穩(wěn)定時(shí)間。如上所述，本發(fā)明的測(cè)序儀克服了現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備的許多限制。這是部分通過對(duì)流 體輸送子系統(tǒng)的使用而實(shí)現(xiàn)的，該流體輸送子系統(tǒng)包括用于準(zhǔn)備期望的試劑混合物的混和 器，該混合器取代相對(duì)昂貴的自動(dòng)進(jìn)樣器設(shè)備并且在開發(fā)期望的化學(xué)協(xié)議中提供同樣的靈 活性。此外，濾鏡立方體的快速和可靠的選擇通過對(duì)高度可靠和精確的分光器分度器的使 用而被提供。再進(jìn)一步，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)被裝設(shè)，其允許在具有相對(duì)較小的占用面積的裝置中 的高性能吞吐量。
雖然示出和描述了特定的優(yōu)選的實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域 內(nèi)的技術(shù)人員而言，顯而 易見，在不背離本教導(dǎo)的情況下可做出改變和修改。例如，在此處描述的測(cè)序儀可以被裝備 以允許用戶確定測(cè)序儀的狀態(tài)的合適的用戶界面。因此以上所述的教導(dǎo)的任意的和全部的 修改、變更或者等效物都被認(rèn)為是落入在以上公開的和在此處要求保護(hù)的基本原理的范圍 之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種在基因組測(cè)序儀中用于輸送流體的系統(tǒng)，包括混和室；多種試劑的儲(chǔ)存器；與儲(chǔ)存器流體連通的多端口閥；與所述多端口閥和所述混和室流體連通的多端口泵，所述多端口泵可操作以將所述多種試劑中的至少一種試劑從所述儲(chǔ)存器經(jīng)由所述至少一個(gè)多端口閥抽入到所述混合室中；以及與所述多端口泵和所述混和室流體連通的流通池，其中所述多端口泵可操作以將包括所述至少一種試劑的混和物從所述混合室抽入到所述流通池中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于輸送流體的系統(tǒng)，其中所述儲(chǔ)存器進(jìn)一步包括多個(gè)單獨(dú) 的存儲(chǔ)部件，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括至少兩個(gè)多端口閥，所述至少兩個(gè)多端口閥中的每一個(gè)與所述多個(gè)單獨(dú)的存儲(chǔ)部件的 不同部分流體連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)存儲(chǔ)部件包括儲(chǔ)存模塊，所述至少兩個(gè) 多端口閥進(jìn)一步包括與所述多端口泵和所述儲(chǔ)存模塊的第一部分流體連通的第一多端口閥，其中所述多端 口泵可操作以經(jīng)由所述第一多端口閥將所述多種試劑在所述儲(chǔ)存模塊的所述第一部分中 的部分中的任意試劑抽入所述混合室中；以及與所述多端口泵和所述儲(chǔ)存模塊的第二部分流體連通的第二多端口閥，其中所述多端 口泵可操作以經(jīng)由所述第二多端口閥將所述多種試劑在所述儲(chǔ)存模塊的所述第二部分中 的部分中的任意試劑抽入所述混合室中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)存儲(chǔ)部件包括多個(gè)容器，所述至少兩個(gè) 多端口閥進(jìn)一步包括與所述流通池和所述多個(gè)容器流體連通的第三多端口閥，其中所述多端口泵可操作以 將所述多種試劑中存儲(chǔ)于所述多個(gè)容器中的部分中的任意試劑經(jīng)由所述第三多端口閥抽 入所述流通池中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，所述第三多端口閥與所述儲(chǔ)存模塊的第三部分流體連 通，其中所述多端口泵可操作以將所述多種試劑在所述儲(chǔ)存模塊的所述第三部分中的部分 中的任意試劑經(jīng)由所述第三多端口閥抽入所述流通池中。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)容器中的至少一個(gè)容器是在所述基因組 測(cè)序儀的外部。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)容器中的至少一個(gè)容器是在所述基因組 測(cè)序儀的內(nèi)部。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與所述多端口泵流體連通的廢物容器，其中所述多端口泵可操作以將流體從所述流通 池抽入到所述廢物容器中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述多端口泵可操作以將流體從所述多端口閥抽 入到所述廢物容器中。
10.一種在基因組測(cè)序儀中用于輸送流體的系統(tǒng)，包括多支管；安裝在所述多支管的第一側(cè)上并與所述多支管的第一側(cè)流體連通的多端口閥； 安裝在所述多支管的第二側(cè)上并與所述多支管的第二側(cè)流體連通的多個(gè)注射管，所述 多個(gè)注射管中的每一個(gè)經(jīng)由所述多支管與所述多端口閥的相應(yīng)的端口流體連通；包括多個(gè)用于存儲(chǔ)試劑的凹室的儲(chǔ)存模塊，所述多個(gè)凹室中的每一個(gè)與所述多個(gè)注射 管中的相應(yīng)的一個(gè)對(duì)齊；以及支持所述多支管和所述儲(chǔ)存模塊的可移動(dòng)支架，其使得所述多個(gè)注射管能夠被移入和 移出與所述多個(gè)凹室的流體連通。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，所述可移動(dòng)支架進(jìn)一步包括 至少一個(gè)垂直柱；以及至少一個(gè)托架，其被耦合至所述多支管并且可滑動(dòng)地安裝在所述至少一個(gè)垂直柱上， 使得所述多支管能夠被垂直地移動(dòng)，同時(shí)維持與所述儲(chǔ)存模塊的橫向?qū)R。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，所述可移動(dòng)支架進(jìn)一步包括 至少一個(gè)支撐板；以及杠桿構(gòu)件，在其一端可旋轉(zhuǎn)地安裝到所述支撐板并且可移動(dòng)地耦合到所述至少一個(gè)托 架，使得所述杠桿構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)引起所述托架的垂直運(yùn)動(dòng)。
13.—種基因組測(cè)序儀中的分光器分度器，包括 包括分度指示器的支持構(gòu)件；耦合到所述支持構(gòu)件的多個(gè)分光器； 直接地耦合到所述支持構(gòu)件的步進(jìn)電機(jī)；傳感器，相對(duì)于所述支持構(gòu)件安置，以檢測(cè)所述分度指示器的存在；以及 控制器，與所述傳感器和所述步進(jìn)電機(jī)聯(lián)系，在接收到來自所述傳感器的所述分度指 示器存在的指示時(shí)，進(jìn)行操作以控制在初始位置的步進(jìn)電機(jī)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的分光器分度器，其中當(dāng)所述支持構(gòu)件在初始位置時(shí)，所述 多個(gè)分光器中的一個(gè)的光軸與照射源的光軸對(duì)齊。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的分光器分度器，其中當(dāng)所述支持構(gòu)件在初始位置時(shí)，所述 多個(gè)分光器中的任何一個(gè)的光軸都不與照射源的光軸對(duì)齊。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的分光器分度器，其中所述支持構(gòu)件為轉(zhuǎn)輪，其具有中心以 及距離所述中心的徑向距離的外圍邊緣。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的分光器分度器，其中所述多個(gè)分光器中的每一個(gè)被安裝在 靠近所述轉(zhuǎn)輪的所述外圍邊緣處。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的分光器分度器，其中所述多個(gè)分光器中的每一個(gè)被安裝為 使得所述分光器的第一開口垂直于所述轉(zhuǎn)輪的所述外圍邊緣。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的分光器分度器，其中所述多個(gè)分光器中的每一個(gè)包括全部 垂直于所述第一開口的第二開口和第三開口，所述第二開口平行于所述第三開口并與其有 一段距離，其中所述第二開口和所述第三開口與在所述轉(zhuǎn)輪內(nèi)的相應(yīng)的開口對(duì)齊。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的分光器分度器，其中穿過所述第二開口和所述第三開口的 中心的光軸是垂直對(duì)齊的。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的分光器分度器，進(jìn)一步包括耦合到所述步進(jìn)電機(jī)和傳感器，并且將所述步進(jìn)電機(jī)、支持構(gòu)件以及傳感器維持在固 定對(duì)齊中的對(duì)齊構(gòu)件；以及光學(xué)元件，耦合到與所述支持構(gòu)件固定對(duì)齊的所述對(duì)齊構(gòu)件。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的分光器，其中所述步進(jìn)電機(jī)被配置以在多個(gè)固定的位置之 間移動(dòng)，并且其中所述多個(gè)分光器中的每一個(gè)被相對(duì)于所述多個(gè)固定位置中的相應(yīng)的一個(gè) 安置從而使得，當(dāng)所述步進(jìn)電機(jī)在所述多個(gè)固定位置中的一個(gè)時(shí)，所述多個(gè)分光器中的一 個(gè)分光器與所述光學(xué)元件光學(xué)地對(duì)齊。
23.—種基因組測(cè)序儀中的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，包括慣性基準(zhǔn)；物鏡；目標(biāo)平臺(tái)；第一控制軸，其直接地耦合到所述慣性基準(zhǔn)和所述物鏡，可操作以控制所述物鏡沿第 一軸的運(yùn)動(dòng)；直接地耦合到所述慣性基準(zhǔn)的第二控制軸；以及耦合到所述第二控制軸和所述目標(biāo)平臺(tái)的第三控制軸，所述第二控制軸可操作以控制所述目標(biāo)平臺(tái)沿垂直于所述第一軸的第二軸的運(yùn)動(dòng)，并 且所述第三控制軸可操作以控制所述目標(biāo)平臺(tái)沿垂直于所述第一軸和所述第二軸的第三 軸的運(yùn)動(dòng)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其中所述慣性基準(zhǔn)是垂直朝向的。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，進(jìn)一步包括結(jié)構(gòu)支持，其耦合到所述第二控制軸和所述第三運(yùn)動(dòng)控制，并且被配置為使得所述目 標(biāo)平臺(tái)接近于所述物鏡。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其中所述第一軸為垂直軸，而所述第二軸 和第三軸為水平軸。
全文摘要
一種熒光顯微測(cè)序儀，其包括流體輸送子系統(tǒng)，其中試劑通過一系列多端口閥被泵入混合器或者一個(gè)或多個(gè)流通池，或者直接地泵入流通池。所述一個(gè)或多個(gè)多端口閥可以被安裝在具有安裝于相對(duì)一側(cè)的注射管的流體多支管上。安裝于可移動(dòng)支架上，所述多支管可以被帶入和帶出與包括多種試劑的儲(chǔ)存模塊的流體連通。在另一種實(shí)施方式中，所述測(cè)序儀包括分光器分度器，其有助于通過步進(jìn)電機(jī)的使用而對(duì)濾鏡立方體進(jìn)行的快速和可靠的切換。而在另一種實(shí)施方式中，裝設(shè)有運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其中慣性基準(zhǔn)被插入第一和第二控制軸之間并與之直接地耦合，從而最小化任何低結(jié)構(gòu)諧振頻率并且允許高性能(高頻率響應(yīng))運(yùn)動(dòng)控制。
文檔編號(hào)F04B19/04GK101970876SQ200980102524
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2009年5月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月6日
發(fā)明者K·麥卡西 申請(qǐng)人:科爾摩根公司