用于化學(xué)分析和生物化學(xué)分析的光學(xué)技術(shù)的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于化學(xué)分析和生物化學(xué)分析的光學(xué)技術(shù)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2012年8月3日提交的編號(hào)為61/679，552的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)的權(quán)益，通過(guò)引用將該專(zhuān)利申請(qǐng)整體并入本文。本申請(qǐng)可能涉及于2010年6月21提交的編號(hào)為8，395，773、題目為“用于測(cè)量樣品的光學(xué)裝置和方法(Optical Devices and Methodsfor Measuring Samples) ”的美國(guó)專(zhuān)利，該專(zhuān)利將通過(guò)引用整體并入本文。
[0003]領(lǐng)域
[0004]本公開(kāi)涉及化學(xué)樣品、生物樣品和/或物理樣品的光學(xué)檢測(cè)。
[0005]概要
[0006]根據(jù)第一方面，描述了用于光學(xué)檢測(cè)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:具有第一側(cè)面和第二側(cè)面的光源；具有第一側(cè)面和第二側(cè)面的第一濾光片，第一濾光片的第一側(cè)面實(shí)質(zhì)上接近于光源的第二側(cè)面；具有第一側(cè)面和第二側(cè)面的準(zhǔn)直和/或?qū)б鈱W(xué)器件，準(zhǔn)直和/或?qū)б鈱W(xué)器件的第一側(cè)面實(shí)質(zhì)上接近于第一濾光片的第二側(cè)面；具有第一側(cè)面和第二側(cè)面的第二濾光片，第二濾光片的第一側(cè)面實(shí)質(zhì)上接近于準(zhǔn)直和/或?qū)б鈱W(xué)器件的第二側(cè)面；具有第一側(cè)面和第二側(cè)面的雜散光控制光學(xué)器件，雜散光控制光學(xué)器件的第一側(cè)面實(shí)質(zhì)上接近于第二濾光片的第二側(cè)面；附接到雜散光控制光學(xué)器件的一個(gè)或多個(gè)吸光層，其中一個(gè)或多個(gè)吸光層部分地覆蓋雜散光控制光學(xué)器件的第二側(cè)面，因此允許來(lái)自光源的光通過(guò)；包含要被照射的樣品的腔室，腔室被包含在基座里，該基座包括附接到基座的第一側(cè)面的反光器和附接到基座底部的反光層，其中由樣品發(fā)出的光被反光層反射回樣品并且被反光器導(dǎo)向基座的第二側(cè)面；以及，具有第一側(cè)面和第二側(cè)面的檢測(cè)器，檢測(cè)器的第一側(cè)面實(shí)質(zhì)上接近于基座的第二側(cè)面，其中檢測(cè)器檢測(cè)由樣品發(fā)出的光。
【附圖說(shuō)明】
[0007]附圖并入到本說(shuō)明書(shū)中并且是構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，【附圖說(shuō)明】了本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，并且連同示例性實(shí)施例的描述，用于解釋本公開(kāi)的原理和實(shí)現(xiàn)。
[0008]圖1示出了使用頂部照射技術(shù)的光學(xué)檢測(cè)結(jié)構(gòu)的示例性布置的橫截面視圖。
[0009]圖2示出了使用側(cè)面檢測(cè)的有角度的照射技術(shù)的示例性布置。
[0010]圖3示出了穿透輻射的示例性布置。
[0011]圖4示出了具有多個(gè)孔樣品區(qū)的示例性布置。
[0012]詳細(xì)說(shuō)明
[0013]貫穿本公開(kāi)的實(shí)施例和變形的描述是為了說(shuō)明發(fā)明概念的用途和實(shí)現(xiàn)。說(shuō)明性的描述應(yīng)該作為提出的發(fā)明構(gòu)思的例子來(lái)理解，而不是作為限制本文公開(kāi)的構(gòu)思的范圍來(lái)理解。類(lèi)似的參考數(shù)字指示各種圖中的對(duì)應(yīng)部分。
[0014]本公開(kāi)的不同的實(shí)施例可以證明不同的光學(xué)技術(shù)，這些光學(xué)技術(shù)可以允許來(lái)自大量樣品類(lèi)型的各種類(lèi)型的光學(xué)測(cè)量(即，吸光率、熒光性等)。此外，這些技術(shù)可以結(jié)合用于化學(xué)分析和生物化學(xué)分析的定量試驗(yàn)方法。例如，光學(xué)技術(shù)可以用來(lái)獲得用于實(shí)時(shí)聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(qPCR)和酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定(ELISA)的熒光測(cè)量。這種技術(shù)可以具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如，(但不局限于下列的優(yōu)點(diǎn)):
[0015]1.小尺寸。
[0016]2.低成本。
[0017]3.合理的無(wú)透鏡配置。
[0018]4.可以使光學(xué)器件可能無(wú)需機(jī)械接觸和低校準(zhǔn)要求。
[0019]5.泡沫的形成對(duì)光學(xué)器件沒(méi)有影響。
[0020]6.可以允許查詢大的表面區(qū)域和扁平樣品的能力。
[0021]7.不要求精確的校準(zhǔn)。
[0022]8.不要求嚴(yán)格的容忍度。
[0023]9.可以使復(fù)用成為可能。
[0024]10.高照度可以是可能的。
[0025]11.小的立體角，該小的立體角可以是非常敏感的。
[0026]12.可以集成在便攜式儀器和定點(diǎn)護(hù)理(POC)儀器中。
[0027]13.可以用微流體、一次性的和許多其他基座類(lèi)型儀器工作。
[0028]14.可以用許多不同的樣品尺寸工作。
[0029]15.可以允許低成本LED光學(xué)元件的使用。
[0030]16.不需要分束器，因?yàn)槭枪步沟脑O(shè)計(jì)。
[0031]17.在沒(méi)有任何濾光片使用的情況下，可以具有做熒光檢測(cè)的能力。
[0032]根據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施例，圖1示出了頂部照射技術(shù)的示例性布置，該頂部照射技術(shù)可以用來(lái)檢測(cè)在基座(101)內(nèi)的樣品。圖1的示例性實(shí)施例包括LED(發(fā)光二級(jí)管)源(102)、第一濾光片(103)、準(zhǔn)直和/或?qū)б鈱W(xué)器件或光導(dǎo)(104)、第二濾光片(105)、雜散光控制光學(xué)器件(106)、安裝在雜散光控制光學(xué)器件(106)兩端的兩個(gè)吸光器(107)和
(108)、中空基座(101)、檢測(cè)器(113)和反光器或光學(xué)器件(119) ο在圖1的示例性實(shí)施例中，基座(101)包括附接到基座(101)的第一側(cè)面的垂直反光器(115)、封閉在基座(101)內(nèi)部的腔室(114)和附接到基座(101)底部的反射襯層(116)。檢測(cè)器(113)可以被放置在距基座(101)的第二側(cè)面的期望距離處并且光學(xué)器件(112)附接到檢測(cè)器(113)的第一側(cè)面，光學(xué)器件(112)還可以被附接到第三濾光片(111)。被附接到檢測(cè)器(113)的第一側(cè)面的光學(xué)器件(112)和第三濾光片(111)可以被放置在基座(101)的第二側(cè)面和檢測(cè)器
(113)的第一側(cè)面之間。在圖1的示例性實(shí)施例中，反光器或光學(xué)器件(119)可以放置在基座(101)的第二側(cè)面和濾光片(111)的頂部以將來(lái)自基座(101)的第二側(cè)面的光導(dǎo)引到檢測(cè)器(113)。
[0033]在圖1的示例性實(shí)施例所示的頂部照射技術(shù)的示例性布置中，LED(102)可以用來(lái)從頂部照射放置在腔室(114)的樣品，其中腔室(114)被封閉在基座(101)的里面。在一些實(shí)施例中，例如LCD(液晶顯示器)的其它光源也可以被使用。光導(dǎo)(104)(或者填充或者反射)放置在距LED(102) —定距離處以捕捉受限于特定角度的光線。光導(dǎo)(104)可以由各種形狀組成以匹配在特定測(cè)量或應(yīng)用中所需要的腔室(114)的形狀。這可允許具有可以匹配腔室(114)形狀的設(shè)計(jì)波束形狀且均勻化的波束。還可以使用透鏡來(lái)代替光導(dǎo)(104)。低成本的LED光學(xué)透鏡和反光器可以在允許各種大小的波束和斑點(diǎn)的很寬范圍內(nèi)的形狀和大小中是可用的。此外，在一些實(shí)施例中，也可以利用安裝好的高亮度(HB)LED。在一些其他實(shí)施例中，多個(gè)LED也可以被附接在一起來(lái)形成陣列或用于復(fù)用。
[0034]如在圖1的示例性實(shí)施例所示，為了限制激發(fā)低于截止點(diǎn)的波長(zhǎng)，第一濾光片
(103)可以被放置在LED (102)源和光導(dǎo)(104)之間。第一濾光片(103)可以是吸光類(lèi)型或者是干涉類(lèi)型。第一濾光片(103)可以包括但不受限于塑料、樹(shù)脂、玻璃等各種材料。為了降低光學(xué)裝置的成本，也可以使用成本很低的塑料濾光片(例如，用在娛樂(lè)業(yè)和建筑業(yè)中的濾光片)。在一些實(shí)施例中，濾光片(103)也可以放在LED(102)本身上。在一些其他實(shí)施例中，染色LED可以被使用并且可被集成到類(lèi)似于波導(dǎo)的光學(xué)器件中，這有助于雜散光的減少。在圖1的示例性實(shí)施例中，其兩端安裝了兩個(gè)吸光器(107)和(108)的雜散光控制光學(xué)器件(106)可以放置在基座(101)和光導(dǎo)(104)之間以控制雜散光。
[0035]在圖1的示例性實(shí)施例中，當(dāng)腔室(114)里面的樣品被來(lái)自LED(102)的激發(fā)光線(118)照射時(shí)，發(fā)射光(117)可以從樣品發(fā)出。該發(fā)射光波(117)中的一些可以從頂部泄露。然而，由于全內(nèi)反射(TIR)，大部分的光可以保持在基座(101)里面，并從基座側(cè)面發(fā)出?？墒褂酶哒凵渎实牟牧?例如，塑料或另外的某種聚合物)來(lái)建造基座(101)，由于臨界角改變，基座(101)將更多光保持在基座(101)的里面。因此，可以執(zhí)行從側(cè)面的測(cè)量。在圖1的示例性實(shí)施例中，檢測(cè)器(113)可以放置在距基座(101)的第二側(cè)面期望的距離處，并且附接到檢測(cè)器(113)的第