專利名稱：用于在具有重疊譜的材料之間進行辨別的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明大體涉及用于在具有重疊譜的材料之間進行辨別的方法和系統(tǒng)。某些實施例涉及包含確定哪種材料與通過探測在兩個或多個探測窗中的單一事件的譜而產(chǎn)生的輸出信號之間的比率相關聯(lián)的計算機實施的方法。
背景技術：
光譜技術廣泛應用于化學和生物系統(tǒng)的分析中。這些技術大多涉及由感興趣的材料吸收和發(fā)射的電磁輻射。在多數(shù)情況下，以低速掃描正在研究的譜的整個相關部分以提供對吸收和發(fā)射的最準確的測量。然而，在其它系統(tǒng)中，為了證明考慮的參數(shù)的合格或確定其數(shù)量僅需要檢查譜的特定部分。例如，如果樣品的數(shù)量相對多或樣品必須被相對快速地檢查可使用這種檢查。在這種情況下，通過減少被處理和分析的原始數(shù)據(jù)的數(shù)量，使用小的譜的“瞬像”可增加樣品的處理量。
一種此類應用是在微陣列(microarrays)領域中，這是一種由包括組合的的化學和生物測定工業(yè)的大量學科使用的技術。德克薩斯州奧斯汀的一個公司，Luminex有限公司已經(jīng)開發(fā)了一種在各種著色的的熒光的微球體表面上進行生物測定的系統(tǒng)。在Chandler等人的第5,981,180號美國專利中示出了這種系統(tǒng)的一個例子。其引用猶如全部被給出而包括在此。當微球體以相對高的速度通過探測區(qū)域時，通過對每一單獨的微球體的激光激發(fā)和熒光探測，這些微球體在流體流動設備中被詢問。用每一微球體發(fā)射幾個清楚的、可探測的信號，這樣的系統(tǒng)一秒鐘能夠分析數(shù)千個微球體。顯而易見，處理整個譜并對來自數(shù)千或數(shù)百萬的微球體中的每一微球體的信號進行解釋和解碼將產(chǎn)生難以管理的數(shù)據(jù)量。然而，由Chandler等人描述的系統(tǒng)僅通過探測在特定“窗口”中的熒光實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的管理，該窗口是從微球體發(fā)射的整個光譜中的相對短的(例如，約20nm到40nm)、連續(xù)的部分。因此，不是對每一微球體產(chǎn)生整個熒光譜，該系統(tǒng)僅對每一窗口產(chǎn)生單一值(其與信號的強度相互關聯(lián))。這些值可以容易地輸出到數(shù)據(jù)庫用于進一步的分析。
在上述系統(tǒng)中，熒光染料被吸收進微球體和/或粘合到微球體的表面。基于以選擇的窗口的波長發(fā)射光的能力選擇染料。此外，多個窗口被隔開，且染料被設計成使相鄰多個窗口內的熒光信號的重疊最小化及最好是消除。通過使用兩個窗口和兩種染料，各自以10種不同的濃度，如此將有100種熒光可辨別的微球體組。
測定方法的另一個例子在Fulwyler的第4,717,655好美國專利中示出，其引用猶如全部被給出而包括在此。特別是，F(xiàn)ulwyler描述了一種用兩種或多種標記試劑辨別包含標記粒子的細胞(cell)的多個亞群的方法。這些粒子以多種不同的預先選擇的且每一試劑的范圍在百分之零到百分之一百之間的試劑的比率標記。每一種這樣的試劑具有顯著的、可以計量的標記特征。換言之，每一種熒光染料在特定設計的色彩譜帶中具有明顯的發(fā)射和/或激發(fā)光譜。被不同標記的粒子與懷疑對不同標記的粒子具有特定受體的細胞相混和。分析每一細胞以確定與每一細胞相關聯(lián)的任何兩個可識別的標記特征的比率，以使如果它的標記特征比率與預選的標記試劑的比率相關則被分類在亞群種類中。因此，該方法通過檢測來自兩種染料的每一種的信號，利用比率辨別被不同標記的粒子。
在上述的任一種系統(tǒng)或方法中，有幾種能夠擴展可辨別的組的數(shù)量的方法。使用不同尺寸的微球體，該微球體能夠基于光散射被辨別，將有效地使組的數(shù)量加倍。另一種方法是增加每種染料可辨別的強度的數(shù)量。例如，如果15種染料強度是可能的而不是在例子中的10中，那么將獲得225組。第三種方法將增加第三個窗口，且隨后是第三種染料，或甚至更多種，這將以指數(shù)增加組的數(shù)量。這些方法中的每一種已經(jīng)被成功地測試并且被使用到不同的程度。但是，每個給系統(tǒng)增加一層復雜性，它會極大地增加產(chǎn)生平臺的費用或困難。

發(fā)明內容
本發(fā)明大體涉及在兩個或多個唯一的但相似的譜之間進行辨別的方法。某些實施例包括探測在兩個或多個不同的對兩個或所有譜公用的探測窗口中的信號。描述在此的方法可用來在展示這些不同的譜的特性粒子群之間進行辨別和在將發(fā)現(xiàn)在包括臨床生物測定的許多領域中的效用。
一個實施例涉及包括確定通過在兩個或更多探測窗口中對單一事件探測譜產(chǎn)生的輸出信號之間的比率的計算機實施的方法。如在此使用的，術語“事件”被定義為對其測量以產(chǎn)生包含有意義的信息的輸出信號的樣品或樣品的部分。在臨床生物測定的環(huán)境中，事件可以是微球體，粒子，或當其流經(jīng)流體流量光學設備(例如，流量細胞計類型儀器)的測量窗口的細胞。顯然，有能夠用術語“事件”來描述的許多其它樣品或樣品部分，且用在這里的術語“事件”旨在包含所有可能的替換物。
用在這里的術語“探測窗口”通常涉及在該處能夠產(chǎn)生輸出信號的波長或波長的范圍。通過用來照射材料的照射源的波長和/或探測器能夠探測的光的波長可以確定上述波長或波長的范圍，該探測器配置成探測由材料發(fā)射、散射和透射的光。然而，更一般地，探測窗口的波長將依賴在它們間正在進行辨別的材料和它們各自的譜而變化。例如，該譜是不同材料的特性。此外，至少譜的一部分最好重疊在兩個或更多檢測窗口中的至少一個。該方法還包括確定不同材料中的哪一種與比率相關聯(lián)。在一些實施例中，該方法可包括確定與該比率相關聯(lián)的不同材料的濃度。
在一個實施例中，兩個或多個探測窗口跨越不同材料的整個譜的不同連續(xù)部分。此外，輸出信號中的每一個可以具有對應于在相應探測窗口中探測到的譜強度的單一值。
在一個實施例中，兩個或多個探測窗口包括不同探測器的探測窗口。在一個替換實施例中，兩個或多個探測窗口包括一個探測器的不同探測窗口。在一些實施例中，譜在大約相同的波長處具有峰值?；蛘撸V在不同波長處具有峰值。在任一個實施例中，兩個或多個探測窗口中的一個可以全部位于兩個或多個探測窗口中的另一個內。
作為由不同材料發(fā)射、吸收或透射的光的結果可以產(chǎn)生譜。在一些實施例中，作為由不同的材料發(fā)射的熒光的結果產(chǎn)生譜。在另一個實施例中，不同的材料包括與微球體相關聯(lián)的材料。在這樣的一個實施例中，譜可以包括該材料的不同的熒光發(fā)射譜。在再一個實施例中，不同材料可包括溶液中的多種材料。在這樣的一個實施例中，該譜可包括材料的不同吸收、透射和發(fā)射。在又一個實施例中，譜可包括在溶液中兩種或多種材料的譜的組合。在這個實施例中，該方法可包括確定溶液中兩種或多種材料的單獨的濃度的或比率。在一個實施例中，通過流體流量設備(例如，流量細胞計類型儀器)可產(chǎn)生輸出信號。在其它實施例中，通過光譜技術可以產(chǎn)生輸出信號。在上面描述的方法的每一個實施例可包括在此描述的任何其它步驟。
一個附加的實施例涉及另一種計算機實施方法。該方法包括確定通過探測在兩個或多個探測窗口中的單個事件的譜而產(chǎn)生的輸出信號之間的比率。該譜是不同材料的特征。至少一部分譜重疊在兩個或多個探測窗口的至少一個中。該方法也包括通過把比率與不同材料中的個別材料的充分純的樣品的已知比率比較確定一種或多種不同材料的濃度。在一個實施例中，不同材料被混和。在另一個實施例中，譜實質上同時被地探測。
在一個實施例中，兩個或多個探測窗口包括不同探測器的探測窗口。在不同的實施例中，兩個或多個探測窗口包括一個探測器的不同探測窗口。兩個或多個探測窗口跨越不同材料的整個譜的不同的連續(xù)的部分。在一些實施例中，譜在近似相同的波長處具有峰值。在其它實施例中，譜在不同的波長處具有峰值。在一個附加的實施例中，兩個或多個探測窗口中的一個可以全部位于兩個或多個探測窗口中的另一個內。
在一個實施例中，作為由不同材料發(fā)射的熒光的結果產(chǎn)生了譜?；蛘撸鳛椴煌牧习l(fā)射、吸收或透射的結果可以產(chǎn)生譜。在一個實施例中，不同材料包括與微球體相關聯(lián)的材料，且譜包括該材料的不同熒光發(fā)射譜。在另一個實施例中，不同材料可以包括溶液中的材料，且譜可以包括材料的不同的吸收、透射或發(fā)射譜。
在一些實施例中，輸出信號中的每一個具有對應于在相應探測窗口中探測到的譜的強度的單一值。在一個實施例中，通過流體流量光學設備產(chǎn)生輸出信號。在不同的實施例中，通過光譜技術產(chǎn)生輸出信號。在上面描述的方法的每一實施例可包括在此描述的任何其它步驟。
另一個實施例與不同的計算機實施的方法有關，該方法包括確定通過在兩個或多個探測窗口中對單一事件探測譜產(chǎn)生的輸出信號之間的比率。至少一部分譜重疊在兩個或多個探測窗口中的至少一個中。該方法也包括在根據(jù)比率的譜之間進行辨別。該方法也包括在此描述的任何其它步驟。
在此描述的方法為待彼此分辨的兩個或多個不同的但是相似的譜有利地提供了方法。因此，該方法也可在如上述的具有相似譜的不同材料之間進行辨別。照此，該方法增加了染料材料的數(shù)量，由于具有相似譜的染料材料使用在此描述的方法可以相互辨別，所述染料材料能夠在測量方法中使用。根據(jù)閱讀以下提供的詳細說明，在此描述的方法和系統(tǒng)的附加的優(yōu)點將是顯然的。
一個附加的實施例涉及包括一個或多個探測器和處理器的系統(tǒng)。一個或多個探測器被配置成探測在兩個或多個探測窗口中的單個事件的譜。該譜是不同材料的特征。至少一部分譜重疊在兩個或多個探測窗口的至少一個中。一個或多個探測器也被配置成響應探測到的譜產(chǎn)生輸出信號。處理器被配置成確定輸出信號之間的比率。處理器也被配置成確定不同材料中的哪一種與該比率相關聯(lián)。在一個實施例中，處理器進一步被配置成確定與該比率相關聯(lián)的不同材料的濃度。
兩個或多個探測窗口跨越不同材料的整個譜的不同的連續(xù)的部分。在一個實施例中，兩個或多個探測窗口中的一個可以全部位于兩個或多個探測窗口中的另一個內。此外，輸出信號中的每一個可以具有對應于在相應探測窗口中探測到的譜強度的單一值。
在一個實施例中，兩個或多個探測窗口可以包括不同探測器的探測窗口。在另一個實施例中，兩個或多個探測窗口包括一個探測器的不同探測窗口。在一些實施例中，譜在大約相同的波長處具有峰值。在其它實施例中，譜在不同波長處具有峰值。
作為由不同材料發(fā)射、吸收或透射的光的結果可以產(chǎn)生譜。在一個實施例中，作為由不同的材料發(fā)射的熒光的結果產(chǎn)生譜。在另一個實施例中，不同的材料包括與微球體相關聯(lián)的材料。在一個這樣的實施例中，譜包括該材料的不同的熒光發(fā)射譜。在一個實施例中，系統(tǒng)被配置成流體流量設備。在另一個實施例中，系統(tǒng)被配置成執(zhí)行光譜技術。系統(tǒng)可進一步如在此描述的這樣被配置。


當閱讀下面的詳細說明和當參照附圖時，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點將變得更加明顯，其中圖1是示出用來執(zhí)行在此描述的方法的系統(tǒng)的一個例子。
雖然本發(fā)明可以有各種修改和變換形式，其特定實施例經(jīng)由附圖中的例子被示出并將在此詳細描述。然而，應當理解，該處的附圖和詳細說明其意圖不是將發(fā)明限制于揭示的特定形式，恰恰相反，旨在覆蓋屬于由附加的權利要求書定義的本發(fā)明的精神和范圍之內的所有修改、等效物和替換物。
具體實施例方式
注意，下面的說明大致描述了一種說明譜的技術。下面的說明將通常使用在流體流量光學設備中的熒光和熒光微球體作為原理的應用例子。然而，在此提供的例子其意圖不在限制該技術的使用。例如，對本領域的那些技術人員來說將顯而易見的是，這是一種不限于熒光、粒子或流體流量設備的技術。適當?shù)奈⑶蝮w、小球和粒子在Fulton的第5,736,330號美國專利，Chandler等人的第5,981,180號美國專利，F(xiàn)ulton的第6,057,107號美國專利，Chandler等人的第6,268,222B1號美國專利，Chandler等人的第6,449,562B1號美國專利，Chandler等人的第6,514,295B1號美國專利，Chandler等人的第6,524,793B1號美國專利，Chandler等人的第6,528,165B2號美國專利，其引用猶如全部被給出而包括在此。在此描述的方法可以使用在這些專利中描述的任何微球體、小球和粒子。此外，在流量細胞計中使用的微球體可以從諸如德克薩斯州奧斯汀的Luminex有限公司的制造商處獲得。
其中測量參數(shù)顯示在一范圍內的可重現(xiàn)分布的其它光譜技術也可使用諸如紅外線、紫外線/可見光(UV/Vis)、拉曼(Raman)、核磁共振(NMR)、放射性的發(fā)射等。同樣，可探測的參數(shù)可以是發(fā)射系數(shù)、吸收系數(shù)、透射系數(shù)等。通過任何適當?shù)脑O備，包括但不限于，光電倍增管、雪崩光電二極管、電荷耦合器件、針孔二極管等，可以實現(xiàn)信號的探測。此外對粒子而言，介質可以是固體、液體、氣體，或其中在此描述的信號類型的能夠觀察到的任何其它形式。
在傳統(tǒng)的光譜學中，例如諸如熒光光譜學，源或探測器的波長在波長的范圍內變化以產(chǎn)生正在檢查材料的連續(xù)譜。在材料的特性是已知時，但是期望探測它的存在或濃度，一種替換方法是保持激發(fā)和探測波長不變并記錄合成信號。這個步驟產(chǎn)生歸因于那些特定條件的信號的單一值。這種分析方法的缺點是相似材料即使它們的全光譜是顯然不同的，也可在被監(jiān)控的光譜“窗口”中顯示信號。
在光譜窗口中可以是相似的信號的一個例子是由若丹明(Rhodamine)B和若丹明6G發(fā)射的熒光信號。前者在543nm具有峰值發(fā)射，而后者在524nm具有峰值發(fā)射。如果探測窗口被設置成監(jiān)控從520nm到550nm的光譜區(qū)域，在被適當?shù)牟ㄩL激發(fā)時，這兩種染料將顯示具有特殊意義的信號。如果已知哪一種染料在被觀察，基于被觀測的信號有可能確定染料在溶液中的濃度。然而，如果不知道哪一種染料在系統(tǒng)中，這個信號將不提供在它們之間進行辨別的方法。需要有更多的光譜信息做出這種區(qū)分。
使用附加的探測窗口將可區(qū)分兩種相似譜。如上所述，探測窗口跨越不同材料的全部光譜的不同連續(xù)部分。然而，不像前面的方法和系統(tǒng)，在此描述的方法和系統(tǒng)中，多種材料的譜在兩個或更多探測窗口中的至少一個中重疊。例如，回到前面的例子的引用中，添加配置成探測從約550nm到約560nm的譜的探測窗口將提供充分的信息以在染料間區(qū)分，并由此可確定濃度。由于每種染料發(fā)射廣泛的信號，每一染料將有一部分該信號在這個新窗口中。計算第二個窗口(550nm到560nm)信號與第一個窗口(520nm到550nm)信號的比率R，將顯示若丹明B的R比若丹明6G的R大。重要的是，觀察到特定染料的比率將在很寬的染料濃度的范圍內有點不變。該技術的有效性要求染料的譜有足夠的不同，被觀察到比率能夠在濃度的工作范圍內始終如一地被辨別。
因此，通常，作為不同材料的特性的譜的至少一部分，最好是在兩個或多個探測窗口中的至少一個中重疊。探測窗口的輸出信號可具有對應于在相應探測窗口中探測到的譜的強度的單一值。照這樣，通過探測在兩個或多個探測窗口中的單個事件的譜，而產(chǎn)生的輸出信號之間的比率，能夠用來確定不同材料的哪一種與該比率相關聯(lián)。通過諸如在此描述的系統(tǒng)的流體流量光學設備可以產(chǎn)生該輸出信號?；蛘?，通過包括在現(xiàn)有技術中已知的任何這類技術的光譜技術可產(chǎn)生該輸出信號。
此外，重要的是注意該系統(tǒng)不限于僅在兩種染料(或其它吸收和反射材料)之間進行辨別。由一組兩個窗口可辨別的染料的數(shù)量通過優(yōu)化窗口的位置和寬度連同對染料的明智選擇一起能夠擴展。產(chǎn)生被觀察信號之間的唯一比率的能力提供辨別不同的譜發(fā)射。同樣，由于每種染料將產(chǎn)生唯一的比率，來自窗口的信號對一種染料可以是零，只要另一種染料在這個窗口中具有比零更大的信號。類似的，在此描述的方法不限于僅有兩個信號探測窗口。盡管附加的窗口將增加被處理的數(shù)據(jù)的數(shù)量，通過使用附加的窗口可以實現(xiàn)提高的譜的辨別力。此外，探測窗口的譜的尺寸可以不同于作為例子給出的那些尺寸。例如，探測窗口的尺寸僅由探測系統(tǒng)的效率來限制以限定范圍和可重現(xiàn)地測量在該范圍中的信號。
同樣具有重要意義的是注意兩個或多個譜關于它們的峰(例如峰值強度)可以或不可以偏離。例如，如果兩種熒光染料的發(fā)射譜在大約相同波長處顯示峰，但是一個峰的寬度大于另一個，那么在譜中的這些不同可導致在兩個探測窗口中的信號之間的唯一的強度比率。在這些或其它實施例中，兩個或多個探測窗口中的一個可以或可以不全部位于兩個或多個探測窗口中的另一個之內。
進一步的例子示出了在此描述的方法的應用。在前述熒光染色的微球體的情況下，通過用具有最小譜重疊的兩種不同熒光染料(這里指定為A和B)對微球體的群染色能夠產(chǎn)生微球體的100種光譜不同的組。一個此類例子在Chandler等人的第6,514,295號美國專利中示出，其引用猶如全部被給出而包括在此。如果兩種溶液用兩種染料中的每一中的10種不同濃度制備，那么可以產(chǎn)生100種不同的染色溶液和100種熒光不同的微球體群。使用能夠用光譜詢問單獨的微球體或微球體組的流量細胞計或其它設備，可以用光譜辨別這些獨特的微球體。
通過在窄波長譜帶窗口中(例如，在兩個窗口中，在此指定為窗口1和窗口2)探測發(fā)射信號，可以用光譜辨別微球體。此外，窗口1被選擇成有效地探測來自染料A的信號，且窗口B被選擇成對應于來自染料B的發(fā)射。如果添加了第三個窗口(即窗口3)，其在光譜上接近窗口2，那么可選擇也發(fā)射由窗口2和窗口3可探測的信號的第三種染料(染料B’)，并導致窗口2和窗口3之間的唯一比率。然后，通過利用染料A和B’中的每一種的10種不同濃度建立100種新的染料溶液，可以建立100種新的熒光微球體群?？扇菀卓闯黾尤肽軌蛟趤碜源翱?和窗口3之間產(chǎn)生唯一的比率的另一種染料(染料B”)，使用染料A和B”將構成額外的100種唯一的小球群。額外的群能夠以相似方式產(chǎn)生，只要能夠發(fā)現(xiàn)將產(chǎn)生唯一比率的染料。此外，如果添加另一個窗口(窗口4)，其在光譜上靠近窗口1，則使用新的染料(染料A’，A”等)與染料B，B’，B”等組合能夠構成相似的系列，以極大地擴大獨特的熒光微球體組的潛在數(shù)量。
在另一實施例中，該方法能夠用來對實質上同時被確定的重疊光譜去旋(deconvolute)，諸如在復合物的混和呈現(xiàn)時可以看見。例如，附于微球體上的材料能夠如上所述被辨別。在一個這樣的實施例中，該方法可包括通過將比率與被猜測構成不同材料的單獨材料的充分純的樣品的已知比率比較確定一種或多種不同材料的濃度。然而，使用現(xiàn)有技術中的任何其它方法，該濃度可以根據(jù)比率被確定。照這樣，在確定的染料濃度被用來確定微球體身份時，該方法可用來在球體表面使用兩種或多種染料的多信息(multi-reporter)測定中識別微球體。這樣的材料也可包括，例如，以某種方式附到核酸、酶、抗原等的熒光劑。另一個例子是兩種或多種染料的溶液，它被期望用來檢測或確定每種染料的濃度或濃度比率。特別是，譜可以包括在溶液中不同材料的譜。在這樣一個實施例中，該譜可以包括該材料的不同吸收、透射和發(fā)射譜。此外，譜可包括在溶液中兩種或多種材料的譜的組合。該方法也可包括對溶液中兩種或多種材料確定單獨的濃度或比率。
在如上所述的這樣的例子中，使用作為一個例子的熒光染料，如果染料A通過自身產(chǎn)生在兩個探測窗口之間的比率1，且染料B通過自身產(chǎn)生比率100，那么兩種染料的混和將產(chǎn)生在1到100之間的比率。此外，如果混合物主要由染料A組成，則觀察到的比率將更接近1；而如果有更多的染料B的時候，該比率將更接近100。因此，該比率將和染料混合物的組分相關，以致對特定的比率而言，將有可能計算由于每種染料組成所造成的觀察到的信號的比例。因此在可歸因于每種染料的該信號的部分是已知時，且信號對染料濃度的相關性是已知的，那么兩種染料的濃度能夠同時被確定。由染料之間相互作用諸如淬滅(quenching)和其它能量轉移現(xiàn)象可能會引起新問題，但是這些問題通過使用已知的染料濃度的組合構建標準曲線能夠得到解決。分析三種或多種重疊染料混合物的光譜的復雜性可能會顯著地增加，可能產(chǎn)生幾種潛在的解決方案。然而，通過其它手段有可能去除不正確的方案。
圖1示出了可用在執(zhí)行在此描述的方法的測量系統(tǒng)的一個例子。注意圖1沒有按比率繪制。特別是，圖的某些元件的比例被極大地放大以強調元件的特征。
在圖1中，沿著通過微球體10流經(jīng)的試管12的橫截面的平面示出了測量系統(tǒng)。在一個實施例中，試管可以是諸如在標準的流量細胞計中使用的標準石英試管。然而，任何其它適合類型的觀察或傳輸室也可用來傳輸用于分析的樣品。該測量系統(tǒng)包括光源14。光源14可以包括諸如激光的現(xiàn)有技術中已知的任何適當?shù)墓庠础９庠?4可以配置成發(fā)射諸如藍光或綠光的具有一個或多個波長的光。光源14可配置成當微球體流經(jīng)試管時對其進行照射。該照射可以使微球體發(fā)射具有一種或多種波長或波長譜帶的熒光。在一些實施例中，該系統(tǒng)可以包括配置成將來自光源的光聚焦到微球體或流程上的一個或多個透鏡(未示出)。該系統(tǒng)也可包括一種以上的光源。在一個實施例中，光源可以被配置成用具有不同波長的光(例如，藍光和綠光)照射微球體。在一些實施例中，光源可以被配置成以不同的方向照射微球體。
從微球體向前散射的光通過折疊式反射鏡或另一種光定向部件可以指向探測系統(tǒng)16。或者，探測系統(tǒng)16可以直接放置在向前散射的光路中。照此，折疊式反射鏡或其它光導向組件可不包括在此系統(tǒng)中。在一個實施例中，如圖1中所示，向前散射的光可以是由微球體以從光源14照射的方向約180度角散射的光。向前散射的光的角度可以不是從光源14照射的方向正好180度，以使來自光源的入射光不入射在探測系統(tǒng)的感光表面上。例如，向前散射的光可以是由微球體以從光源14照射的方向小于或大于180度的角度散射的光(例如，在約170度、約175度、約185度或約190度角散射的光)。
由微球體以從光源14照射的方向約90度角散射和/或發(fā)射的光也可以被收集。在一個實施例中，這個散射光通過一個或多個分光鏡或分色鏡可以被分成一個以上的光束。例如，以從光源14照射的方向約90度角散射的光通過分光鏡20可以被分成兩束不同的光束。這兩束不同的光束通過分光鏡22和24又被分開以產(chǎn)生四束不同的光束。每束光束可以射向不同的探測系統(tǒng)，探測系統(tǒng)可包括一個或多個探測器。例如，四束光束中的一束可以射向探測系統(tǒng)26。探測系統(tǒng)26可配置成探測由微球體散射的光。
其它三束光可射向探測系統(tǒng)28、30和32。探測系統(tǒng)28、30和32可配置成探測由微球體發(fā)射出的熒光。每一個探測系統(tǒng)可以配置成探測不同波長或不同波長范圍的熒光。例如，一種探測系統(tǒng)可以配置成探測綠熒光。另一種探測系統(tǒng)被配置成探測桔黃熒光。還一種探測系統(tǒng)配置成探測紅熒光。在另一個實施例中，不同的探測器具有不同的探測窗口，在如上面進一步所述的探測窗口中的至少一個，不同材料的光譜的至少一部分重疊。在一個不同的實施例中，探測器中的一個可以具有不同的探測窗口，在探測窗口中的一個中，不同材料的光譜的至少一部分重疊?？梢跃哂卸鄠€探測窗口的探測器的一個例子是多陽極光電倍增管，其中每個陽極可用作不同的探測窗口。
在一些實施例中，濾譜器34、36和38可以被分別耦合到探測系統(tǒng)28、30和32。濾譜器可被配置成阻擋除探測系統(tǒng)配置成探測的那些波長之外的熒光。此外，一個或多個透鏡(未示出)可被光學地耦合到每一個探測系統(tǒng)。透鏡可被配置成將散射光或發(fā)射的熒光聚焦到探測器的感光表面上。
探測器的輸出電流正比于入射在它上面的熒光和導致電流脈沖。電流脈沖可轉換成電壓脈沖，低通濾波，然后由A/D轉換器(未示出)進行數(shù)字化。諸如DSP的處理器40對脈沖下的區(qū)域求積分以提供代表熒光幅度的數(shù)值。此外，處理器可執(zhí)行在此描述的其它功能(例如，確定輸出信號之間的比率和確定不同材料的哪一種與該比率相關聯(lián))。如圖1中示出，處理器40經(jīng)由傳輸介質42可被耦合到探測器26。處理器40也可經(jīng)由傳輸介質42和諸如A/D轉換器的一個或多個其它部件(未示出)間接地耦合到探測器26。處理器可以用相似的方式耦合到系統(tǒng)的其它部件。
在一些實施例中，根據(jù)由微球體發(fā)射的熒光產(chǎn)生的輸出信號可以被處理以確定微球體的身份和有關在微球體的表面發(fā)生的反應的信息。例如，來自兩個或多個探測器的輸出信號可被用來確定微球體的身份，其它輸出信號可用來確定在微球體表面上發(fā)生的反應?；谠趦蓚€或多個不同窗口中產(chǎn)生的輸出信號的比率可以確定微球體的身份。例如，如果探測系統(tǒng)30和32具有不同探測窗口，根據(jù)由探測系統(tǒng)30產(chǎn)生的輸出信號對由探測系統(tǒng)32產(chǎn)生的輸出信號的比率連同每個信號的強度，可以確定微球體的身份。因此，探測器和濾譜器的選擇依賴包括在或粘合到微球體的染料和/或被測量的反應的類型(即，包括在或粘合到涉及該反應的反應物的染料)而不同。
在一個特定的實施例中，探測器和/或濾譜器的選擇可以依賴包括在或粘合到微球體的染料的峰值。例如，如上所述，若丹明B具有在543nm的峰值發(fā)射，若丹明6G具有在524nm的峰值發(fā)射。如果用一種或這兩種染料以不同的濃度對微球體染色，探測系統(tǒng)30可被配置成在從約520nm到約550nm的波長范圍內探測光。此外，探測系統(tǒng)32可被配置成在從約550nm到約560nm的波長范圍內探測光。
在另一個實施例中，如上所述，兩種熒光染料的發(fā)射譜不可以偏離，而是在大約相同的波長處可以顯示峰值發(fā)射。在這樣一個例子中，在峰值發(fā)射的任一側或兩側上的發(fā)射譜的特性可以不同。同樣地，發(fā)射譜具有在兩個探測窗口中信號之間唯一的強度比率。因此，在一個實施例中，盡管探測系統(tǒng)30和32具有不同的探測窗口，探測系統(tǒng)中的一個的探測窗口可以全部或部分位于另一個探測系統(tǒng)的探測窗口內。例如，如果兩種染料的峰值發(fā)射在大約540nm，則探測系統(tǒng)30的探測窗口可以具有從約530nm到約550nm的波長范圍，探測系統(tǒng)32的探測窗口可以具有從約510nm到約570nm的波長范圍。注意上面的波長范圍僅僅是例子并且根據(jù)例如微球體的染料而不同。
盡管圖1的系統(tǒng)被示出包括具有用于在具有不同染料特性的微球體之間進行辨別的兩個不同探測窗口的探測系統(tǒng)，應當理解系統(tǒng)可以包括多于兩個的這樣的檢測窗口(即，3個檢測窗口，4個檢測窗口等)。在這樣的實施例中，系統(tǒng)可包括具有其它探測窗口的附加的分光鏡和附加的探測系統(tǒng)。用于多于兩個探測系統(tǒng)的探測窗口可以如上所述被確定。此外，濾譜器或透鏡可以耦合到每一個附加的探測系統(tǒng)。
在另一個實施例中，系統(tǒng)可以包括配置成在微球體的表面上反應的不同材料之間進行辨別的兩個或多個探測系統(tǒng)。不同的反應物材料可以具有與微球體的染料特性不同的染料特性。然而，反應物材料可以具有這樣的染料特性，以致它們具有相似的發(fā)射譜。例如，反應物材料的發(fā)射譜可以重疊。在一個實施例中，發(fā)射譜可以具有偏離峰值發(fā)射，但是在一個或多個相同的波長處也可顯示強信號。在一個不同的實施例中，發(fā)射譜在峰值發(fā)射的任一側或兩側上，發(fā)射譜可以具有大致相同的峰值發(fā)射但是不同的特征。因此，發(fā)射譜和反應物材料可以如上所述被辨別。
可用來執(zhí)行在此描述的方法的測量系統(tǒng)的附加例子，在Chandler等人的第5,981,180號美國專利，Chandler的第6,046,867號美國專利，Chandler的第6,139,800號美國專利，Chandler的第6,366,354號美國專利，Chandler的第6,411,904號美國專利，Chandler等人的第6,449,562號美國專利，Chandler等人的第6,524,793號美國專利中示出，其引用猶如全部被給出而包括在此。在這些專利中描述的系統(tǒng)可以配置成具有如上所述的系統(tǒng)。在此描述的測量系統(tǒng)也可如在這些專利中所描述的那樣被進一步配置。
諸如那些在此描述的程序指令實施方法可以在載體介質中發(fā)送或存儲在載體介質中。載體介質可以是諸如導線、電纜、或無線傳輸線路的傳輸介質，或沿著這樣的導線、電纜或線路傳播的信號。載體介質也可以是諸如只讀存儲器、隨機存儲器、磁盤或光盤、或磁帶的存儲介質。
在一個實施例中，諸如圖1的處理器40的處理器可以被配置成根據(jù)上面的實施例執(zhí)行程序指令以執(zhí)行計算機實施的方法。該處理器可以采用不同形式，包括DSP、個人計算機系統(tǒng)、主機計算機系統(tǒng)、工作站、網(wǎng)絡設備、因特網(wǎng)設備、個人數(shù)字助理(“PDA”)、電視系統(tǒng)或其它設備。通常，術語“計算機系統(tǒng)”可以廣義地定義成包括具有一個或多個處理器的任何設備，處理器能夠執(zhí)行來自存儲介質的指令。
程序指令可以用任何不同的方式被執(zhí)行，其中包括基于步驟的技術，基于部件的技術，和/或面向對象的技術。例如，使用ActiveX控件、C++對象、JavaBeans、微軟基礎類(“MFC”)或其它技術或方法，可以如期望的那樣執(zhí)行程序指令。
對那些由此公開受益的那些本領域技術人員來說應當理解，本發(fā)明旨在提供用于在相似的吸收、透射和發(fā)射譜之間進行辨別的方法。根據(jù)本說明書，本發(fā)明的各方面的修改和替換實施例對那些本領域技術人員將是顯而易見的。因此，本說明書僅被解釋為示例性的并且目的是用于以普通的方式教授本領域的那些技術人員執(zhí)行本發(fā)明。要理解的是在此示出和描述的本發(fā)明的形式被認為作為目前較佳的實施例。對在此示出的和描述的元件和材料可以被替代，部件和過程可以被改變，本發(fā)明的某些特征可以被單獨利用，所有這些對在從本發(fā)明的說明書受益之后的本領域的一個技術人員而言是顯而易見的。在不背離如在后面的權利要求書中描述的本發(fā)明的精神和范圍下，可以在在此描述的元件中做出改變。
權利要求
1.一種計算機實施的方法，包括確定通過探測在兩個或多個探測窗口中的單個事件的譜而產(chǎn)生的輸出信號之間的比率，其中所述譜是不同材料的特征，且其中至少一部分的所述譜重疊在兩個或多個探測窗口的至少一個中；以及確定所述不同材料中的哪一種與所述比率相關聯(lián)。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，兩個或多個探測窗口包括不同探測器的探測窗口。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，兩個或多個探測窗口包括一個探測器的不同探測窗口。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述譜在大約相同的波長處具有峰值。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述譜在不同波長處具有峰值。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，作為由不同材料發(fā)射熒光的結果產(chǎn)生所述譜。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述兩個或多個探測窗口跨越不同材料的整個譜的不同的連續(xù)的部分。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述輸出信號中的每一個具有對應于在相應探測窗口中探測到的譜強度的單一值。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述兩個或多個探測窗口中的一個全部位于所述兩個或多個探測窗口中的另一個內。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述不同材料包括與微球體相關聯(lián)的材料，以及，所述譜包括所述材料的不同熒光發(fā)射譜。
11.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述不同材料包括在溶液中的材料，以及，所述譜包括所述材料的不同吸收、透射或發(fā)射譜。
12.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述譜包括在溶液中的兩種或多種材料的譜的組合，所述方法還包括確定對溶液中的兩種或多種材料的各個濃度或比率。
13.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述輸出信號由流體流量光學設備產(chǎn)生。
14.如權利要求1所述的方法，其特征在于，輸出信號由光譜技術產(chǎn)生。
15.如權利要求1所述的方法，其特征在于，作為由不同材料發(fā)射、吸收或透射光的結果產(chǎn)生所述譜。
16.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括確定與所述比率相關聯(lián)的不同材料的濃度。
17.一種計算機實施的方法，包括確定通過探測在兩個或多個探測窗口中的單個事件的譜而產(chǎn)生的輸出信號之間的比率，其中所述譜是不同材料的特征，且其中至少一部分的所述譜重疊在兩個或多個探測窗口的至少一個中；以及通過把所述比率與不同材料中的各個材料的充分純的樣品的已知比率比較確定一種或多種不同材料的濃度。
18.如權利要求17所述的方法，其特征在于，所述不同材料是混和的
19.如權利要求17所述的方法，其特征在于，所述譜實質上同時被探測。
20.如權利要求17所述的方法，其特征在于，所述兩個或多個探測窗口包括不同探測器的探測窗口。
21.如權利要求17所述的方法，其特征在于，所述兩個或多個探測窗口包括一個探測器的不同探測窗口。
22.如權利要求17所述的方法，其特征在于，所述譜在大約相同的波長處具有峰值。
23.如權利要求17所述的方法，其特征在于，所述譜在不同波長處具有峰值。
24.如權利要求17所述的方法，其特征在于，作為由不同材料發(fā)射熒光的結果產(chǎn)生所述譜。
25.如權利要求17所述的方法，其特征在于，所述兩個或多個探測窗口跨越不同材料的整個譜的不同的連續(xù)的部分。
26.如權利要求17所述的方法，其特征在于，所述輸出信號中的每一個具有對應于在相應探測窗口中探測到的譜強度的單一值。
27.如權利要求17所述的方法，其特征在于，所述兩個或多個探測窗口中的一個全部位于所述兩個或多個探測窗口中的另一個內。
28.如權利要求17所述的方法，其特征在于，所述不同材料包括與微球體相關聯(lián)的材料，以及，所述譜包括所述材料的不同熒光發(fā)射譜。
29.如權利要求17所述的方法，其特征在于，所述不同材料包括在溶液中的材料，以及，所述譜包括所述材料的不同吸收、透射或發(fā)射譜。
30.如權利要求17所述的方法，其特征在于，所述輸出信號由流體流量光學設備產(chǎn)生。
31.如權利要求17所述的方法，其特征在于，輸出信號由光譜技術產(chǎn)生。
32.如權利要求17所述的方法，其特征在于，作為由不同材料發(fā)射、吸收或透射光的結果產(chǎn)生所述譜。
33.一種計算機實施的方法，包括確定通過探測在兩個或多個探測窗口中的單個事件的譜產(chǎn)生的輸出信號之間的比率，其中至少一部分的所述譜重疊在兩個或多個探測窗口的至少一個中；以及根據(jù)所述比率在譜之間進行辨別。
34.一種系統(tǒng)，包括配置成探測在兩個或多個探測窗口中的單個事件的譜的一個或多個探測器，其中所述譜是不同材料的特征，其中至少一部分的所述譜重疊在兩個或多個探測窗口的至少一個中，且其中一個或多個探測器還被配置成產(chǎn)生響應探測到的譜的輸出信號；以及配置成確定輸出信號之間的比率和確定不同材料中的哪一種與所述比率相關聯(lián)的處理器。
35.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述兩個或多個探測窗口包括不同探測器的探測窗口。
36.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述兩個或多個探測窗口包括一個探測器的不同探測窗口。
37.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述譜在大約相同的波長處具有峰值。
38.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述譜在不同波長處具有峰值。
39.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于，作為由不同材料發(fā)射熒光的結果產(chǎn)生所述譜。
40.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述兩個或多個探測窗口跨越不同材料的整個譜的不同的連續(xù)的部分。
41.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述輸出信號中的每一個具有對應于在相應探測窗口中探測到的譜強度的單一值。
42.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述兩個或多個探測窗口中的一個全部位于所述兩個或多個探測窗口中的另一個內。
43.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述不同材料包括與微球體相關聯(lián)的材料，以及，所述譜包括所述材料的不同熒光發(fā)射譜。
44.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)被配置成流體流量光學設備產(chǎn)生。
45.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)被配置成執(zhí)行光譜技術。
46.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于，作為由不同材料發(fā)射、吸收或透射光的結果產(chǎn)生所述譜。
47.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器還被配置成確定與所述比率相關聯(lián)的所述不同材料的濃度。
全文摘要
提供了各種的計算機實施方法和系統(tǒng)。一種計算機實施方法包含確定通過探測在兩個或多個探測窗口中的單個事件的譜而產(chǎn)生的輸出信號之間的比率。該譜是不同材料的特征。至少一部分譜重疊在兩個或多個探測窗口的至少一個中。該方法也包含確定不同材料中的哪一種與該比率相關聯(lián)。系統(tǒng)的一個實施例包含配置成探測在兩個或多個探測窗口中的單個事件的譜的一個或多個探測器。該譜包含如上所述的譜。一個或多個探測器也被配置成產(chǎn)生響應探測到的譜的輸出信號。系統(tǒng)也包含配置成確定輸出信號之間的比率和確定不同材料中的哪一種與該比率相關聯(lián)的處理器。
文檔編號G01N33/58GK1823269SQ200480020591
公開日2006年8月23日 申請日期2004年7月7日 優(yōu)先權日2003年7月18日
發(fā)明者D·J·錢德勒 申請人:盧米尼克斯股份有限公司