BRPI0714970A2 - sistema de detecÇço para detectar luminescÊncia de pelo menos uma amostra quando excitada atravÉs de radiaÇço de excitaÇço incidente, e, mÉtodo para detectar luminescÊncia de pelo menos uma amostra. - Google Patents

Abstract

SISTEMA DE DETECÇçO PARA DETECTAR LUMINESCÊNCIA DE PELO MENOS UMA AMOSTRA QUANDO EXCITADA ATRAVÉS DE RADIAÇçO DE EXCITAÇçO INCIDENTE, E, METODO PARA DETECTAR LUMINESCÊNCIA DE PELO MENOS UMA AMOSTRA. Um sistema de detecção (100, 150, 180, 200, 220, 250) para detectar luminescência de pelo menos, uma amostra (108) quando excitada por radiação de excitação incidente. Detectar luminescência pode permitir detectar, por exemplo, partículas biológicas, químicas ou bioquímicas. O sistema de detecção (100, 150, 180, 200, 220, 250) compreendendo pelo menos, um componente óptico (102) com pelo menos, uma primeira superficie (104). A primeira superficie (104) do pelo menos, um componente óptico (102) é localizada para internamente refletir a radiação de excitação incidente para criar um campo evanescente fora do, pelo menos, um componente óptico (102) para excitar a pelo menos, uma amostra (108). O sistema de detecção também compreende pelo menos, um elemento detector (110) que está em contato direto com o pelo menos, um componente óptico (102) para detectar a luminescência de pelo menos, uma amostra excitada (108) através do pelo menos, um componente óptico (102).

Description

"SISTEMA DE DETECÇÃO PARA DETECTAR LUMINESCÊNCIA DE PELO MENOS UMA AMOSTRA QUANDO EXCITADA ATRAVÉS DE RADIAÇÃO DE EXCITAÇÃO INCIDENTE, E, MÉTODO PARA DETECTAR LUMINESCÊNCIA DE PELO MENOS UMA AMOSTRA" A presente invenção se relaciona à detecção de radiação, e. g.

para sensoriamento de partículas biológicas, químicas ou bioquímicas. Mais particularmente, a presente invenção se relaciona aos métodos e sistemas para detectar luminescência de uma amostra e aos correspondentes métodos de fabricação de tais dispositivos. Dispositivos de micro fluidos estão no centro da maioria das

tecnologias de chip biológico, sendo usados para ambos, a preparação de fluidos, e. g. sangue, amostras e suas análises subseqüentes. Dispositivos integrados compreendendo bio-sensores e dispositivos de micro fluidos são conhecidos, e. g. sob o nome de chips de DNA/RNA, Chip biológicos, GeneChips e Lab-on-a-chip. Em particular, alta rapidez de execução de rastreio sobre arranjos, e.g. micro-arranjos, é uma das novas ferramentas para análises químicas ou bioquímicas, por exemplo, empregada em diagnóstico. Esses dispositivos de chip biológico compreendem poços ou reatores de volume pequeno, nos quais reações químicas ou bioquímicas, são examinadas, e podem regular, transportar, misturar e armazenar minúsculas quantidades de líquidos rapidamente e confiavelmente para realizar reações e análises físicas, químicas, e bioquímicas em grande números. Realizando ensaios em volumes pequenos, economia significativa pode ser alcançada no tempo e nos custos de alvos, compostos e reagentes. Geralmente, detecção de sinais de fluorescência de um chip

biológico é feito usando um sistema de detecção óptico, compreendendo umas fontes de luz, filtros ópticos e sensores (e. g. câmeras de CCD), localizadas em uma máquina de bancada/de laboratório, para quantificar a quantidade de fluoróforos presentes. Uma das fontes principais de ruído em um sistema óptico baseado em fluorescência tipicamente é irradiação de excitação sendo incidente nos detectores usados para detectar fluorescência. Tipicamente, filtros para separar radiação de excitação e radiação de luminescência são usados, mas esses têm a desvantagem de ser de alto custo econômico e tipicamente requerem uma fabricação intensiva trabalhosa. Este é especialmente o caso se o deslocamento entre o espectro de excitação (absorção) e espectro de luminescência (fluorescência) é pequeno (<50 nm).

Em muitas aplicações tecnológicas biológicas, tal como diagnóstico molecular, há uma necessidade para chip biológicos compreendendo um sensor óptico, ou um arranjo de sensores ópticos, que detectem sinais de fluorescência e possam ser lidos em paralelo e independentemente para permitir análise de alta rapidez de execução sob uma variedade de (reação) condições. As vantagens de chip biológicos incorporando o sensor óptico são, entre outras, que um sistema de aquisição de sinal de fluorescência baseado em chip melhora ambas, a velocidade e a confiabilidade de chips de análises, e. g. análise padrão de hibridização de chip de DNA, que custos são reduzidos para ensaio e que portabilidade alta é obtida e. g. obtendo instrumentos de mão portáteis para aplicações tal como diagnóstico de pontos de atendimento e testes na estrada (i. e. não há mais necessidade de nenhuma máquina de bancada).

Uma máquina de bancada tornará capaz de manusear chips biológicos versáteis e uma multiplicidade de chips biológicos. Ter o sensor óptico as parte da máquina de bancada demanda a montagem de um conjunto de filtro específico para um ensaio específico, que dificulta a detecção paralela (multiplexada) de marcas fluorescentes com vários espectros de excitação e/ou de emissão. Por conseguinte, ser capaz de ler sensor(es) ópticos baseado em chip permite uma máquina de bancada de múltiplos propósitos flexível e abre o caminho em direção à padronização de chip biológicos, máquinas de bancada, e componentes delas. Independentemente, a necessidade de filtros torna tais chips biológicos caros, o que é especialmente desvantajoso se chip biológicos descartáveis são considerados.

Em numerosas aplicações técnicas biológicas lógicas, tal como diagnóstico molecular, há uma necessidade para módulos bioquímicos (e. g. sensores, PCR), compreendendo um arranjo de compartimentos controlados de temperatura que podem ser processados em paralelo e independentemente, para permitir alta versatilidade e alta rapidez de execução.

Bio-sensores são conhecidos onde a excitação de campo evanescente é efetuada. Em um meio com nenhuma absorção, i. e. com um índice refrativo puramente absoluto, uma onda eletromagnética é que evanesce em uma particular direção quando ela permanece em constante fase naquela direção mas tem uma amplitude diminuindo exponencialmente. Em sensores biológico, e. g. é feito uso da reflexão interna total, onde um feixe de excitação é totalmente internamente refletido em uma superfície na qual as partículas de amostra estão presas. No ponto de reflexão, uma onda evanescente é gerada com uma profundidade de deterioração característica, tipicamente de um comprimento de onda óptico. Por conseguinte, na superfície de reflexão, a luz é confinada à superfície e interage preferencialmente com as partículas de amostras dentro da profundidade de deterioração da superfície. Uma vantagem da excitação de fluorescência usando campos evanescentes sobre usando campos de propagação é a redução no volume de excitação e o melhoramento resultante no sinal fluorescente sobre o segundo plano fluorescente. Uma desvantagem de excitação de campo evanescente é que o esquema de excitação é menos diretamente direcionado do que a excitação com luz de propagação, conforme isto requer que o feixe incidente tenha um ângulo maior do que o ângulo de reflexão interna total na interface com a amostra ou o uso de estruturas mais sofisticadas para converter um feixe de propagação em um campo evanescente.

A patente de aplicação do US 20030205681 mostra um método para detectar luminescência emitida através de uma amostra usando uma micro chapa tendo uma pluralidade de poços de amostra. Direcionando a luz de excitação através de uma superfície de fundo externa tal que ele incide em uma superfície de fundo interna em um ângulo suficiente para reflexão interna total, um campo evanescente é criado no poço de amostra. Um detector é posicionado acima do poço de amostra tal que ele pode detectar a luminescência emitida pela amostra. O detector pode ser posicionado tal que ele detecta a luminescência emitida perpendicular à superfície interna ou para detectar a luminescência emitida em outras direções, incluindo perpendicular à normal ou outros ângulos tal que o ângulo entre a luz incidente e a luz da luminescência detectada é substancialmente diferente do que 0, 90, ou 180 graus.

É um objeto da presente invenção, fornecer bons métodos e sistemas para detectar elementos elemento analíticos biológicos, químicos ou bioquímicos, e. g. na forma de partículas. Mais particularmente, métodos e sistemas de detecção eficientes são fornecido assim como métodos de fabricação de tais dispositivos.

O objetivo acima é realizado por um método e dispositivo de acordo com a presente invenção.

A invenção se relaciona a um sistema de detecção para detectar luminescência de pelo menos, uma amostra quando excitada através de radiação de excitação incidente, o sistema de detecção compreendendo pelo menos, um componente óptico com pelo menos, uma primeira superfície e pelo menos, um elemento detector, onde a primeira superfície do pelo menos, um componente óptico é localizada para totalmente e internamente refletir a radiação de excitação incidente para criar um campo evanescente fora do pelo menos, um componente óptico para excitar a pelo menos, um amostra, e o pelo menos, um elemento detector está em contato com o pelo menos, um componente óptico para detectar a luminescência de pelo menos, uma amostra excitada através do pelo menos, um componente óptico. É uma vantagem das modalidades da presente invenção que um sistema de detecção eficiente é obtido. É uma vantagem das modalidades da presente invenção que a quantidade de luminescência capturada no pelo menos, um componente óptico e não atingindo o detector é baixa. Também é uma vantagem das modalidades da invenção que, dependendo da diferença de índice de refração do pelo menos, um componente óptico com a circunvizinhança, muito das emissões de luminescência entra no pelo menos, um componente óptico. O elemento detector estando em contato direto com o componente óptico pode estar em contato direto com uma segunda superfície do componente óptico. Em contato direto com o componente óptico pode ser tal que nenhuma camada com índice baixo de refração, e. g. camada de ar está presente entre o pelo menos, um componente óptico e o pelo menos, um elemento detector. O campo evanescente pode ser criado por total reflexão interna da radiação de excitação no componente óptico. Colocando o pelo menos, um elemento detector em contato com o componente óptico pode permitir obter um dispositivo mais robusto e melhorar a facilidade de fabricação. Ainda mais isto pode reduzir as quantidades de perdas ocorrendo.

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O pelo menos, um componente óptico pode ser um prisma. E uma vantagem das modalidades da presente invenção que o sistema possa ser adaptado para excitação e radiação de luminescência pré-determinada usadas selecionando o material do componente óptico como função de seu índice de refração para os comprimentos de onda de excitação e radiação de luminescência usados.

O pelo menos, um elemento detector pode estar em contato direto com a segunda superfície do pelo menos, um componente óptico, o ângulo entre a primeira superfície e a segunda superfície do pelo menos, um componente óptico sendo adaptado para uma direção de radiação de luminescência dominante da radiação da pelo menos, uma amostra acoplada no componente óptico para receber um parte substancial da luminescência da pelo menos, uma amostra entrada no pelo menos, um componente óptico no elemento detector. A recepção pode estar diretamente recebendo. Diretamente recebendo no detector pode ser receber a luminescência sem reflexão adicional no, pelo menos, um componente óptico. Uma parte substancial da luminescência do, pelo menos, uma amostra entrada no, pelo menos, um componente óptico pode ser pelo menos, de 40% de uma luminescência entrada no, pelo menos, um componente óptico, preferencialmente pelo menos, 45% da luminescência entrada no pelo menos, um componente óptico, mais preferencialmente pelo menos, 50% da luminescência entrada no pelo menos, um componente óptico.

O padrão de emissão da pelo menos, uma amostra é tal que uma parte substancial da luminescência é emitida sob substancialmente um ângulo a com relação ao normal para a primeira superfície, a segunda superfície do pelo menos, um componente óptico fazendo um ângulo com primeira superfície que é maior do que o ângulo a.

O ângulo entre a segunda superfície e a primeira superfície pode ser e. g. entre 5o e 35° maior, e. g. entre 10° e 30° maior, e. g. cerca de 20° maior do que o ângulo a.

A segunda superfície pode ser a superfície através da qual a radiação de excitação é acoplada no componente óptico. O pelo menos, um componente óptico pode ser arranjado com respeito à amostra e consiste de um material tendo um índice de refração tal que mais do que 50% da

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luminescência a ser acoplada no pelo menos, um componente óptico. E uma vantagem de modalidades particulares da presente invenção que através de uma forma e seleção de material apropriada do pelo menos, um componente óptico, a quantidade de luminescência acoplada no pelo menos, um componente óptico pode ser otimizada.

O pelo menos, um detector pode compreender um arranjo de elementos detectores. Isto pode possibilitar que múltiplas amostras sejam testadas, com menos ou nenhuma necessidade de varredura de uma fonte de iluminação direcionada. O arranjo de elementos detectores pode ser um único detector baseado em elementos mínimo de imagem ou pode ser uma pluralidade de separados elementos detectores. É uma vantagem de modalidades particulares da presente invenção que usando um arranjo de elementos detectores pode permitir o aumento de resolução espacial. A última pode ser obtida levando em consideração que o padrão de emissão específico da pelo menos, uma amostra a ser detectada para posicionar do detector e para dar forma ao pelo menos, um componente óptico.

O pelo menos, um componente óptico pode compreender uma pluralidade de componentes ópticos, cada um da pluralidade de componentes ópticos adaptados para receber luminescência de pelo menos, uma amostra. A pluralidade de componentes ópticos pode ser uma pluralidade de prismas. O sistema de detecção pode compreender um único, e. g. detector, baseado em elementos mínimo de imagem, em contato direto com cada um da pluralidade de componentes ópticos. O sistema de detecção ainda mais pode compreender um elemento detector separado para cada um da pluralidade de componentes ópticos.

A pluralidade de componentes ópticos pode ser arranjada tal que a superfície de cada um dos componentes ópticos seja paralela a um mesmo plano e tal que os componentes ópticos recebem a radiação de excitação substancialmente perpendicular ao plano. É uma vantagem de modalidades particulares da presente invenção que irradiação simultânea e/ou uniforme com radiação de excitação pode ser obtida.

O pelo menos, um elemento detector pode compreender uma pluralidade de elementos detectores, a superfície de detecção deles sendo paralela a um mesmo plano e sendo do mesmo lado dos componentes ópticos que um lado do qual a radiação de excitação é recebida nos componentes ópticos. O plano para o qual as superfícies de detecção da pluralidade de elementos detectores são paralelas, pode ser o mesmo plano que o plano para o qual uma superfície de cada um da pluralidade de componentes ópticos é

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paralela. E uma vantagem de modalidades particulares da presente invenção que a posição dos elementos detectores possa ser tal que radiação de excitação e radiação de luminescência separadas podem ser efetuadas substancialmente com facilidade, resultando em uma baixa proporção de sinal/ruído.

O sistema de detecção ainda mais pode compreender uma superfície adaptada para refletir luminescência da pelo menos, uma amostra excitada acoplada no componente óptico, em direção ao pelo menos, um elemento detector. Isto ainda pode permitir aumentar a eficiência de detecção.

O sistema de detecção pode compreender ainda mais um refletor para refletir a iluminação incidente após ter passada através do componente óptico, de volta no componente óptico. Isto ainda pode permitir aumentar a eficiência de detecção.

O sistema de detecção pode ser um dispositivo integrado com base em tecnologias eletrônicas de grande abrangência. É uma vantagem de modalidades particulares da presente invenção que uma fabricação fácil de diferentes componentes possa ser obtida, e. g. com base em tecnologia de circuito integrado ou tecnologia de matriz ativa.

O sistema de detecção ainda mais pode compreender uma fonte de irradiação para gerar radiação de excitação.

O sistema de detecção pode compreender meios para focar e meios para varrer uma radiação de excitação proveniente da fonte de irradiação.

A presente invenção também se relaciona a um método para detectar luminescência de pelo menos, um amostra, o método compreendendo, fornecer pelo menos, uma amostra para uma superfície externa de pelo menos, um componente óptico, criando um campo de excitação evanescente fora do pelo menos, um componente óptico perto da superfície externa para excitar a pelo menos, um amostra, detectando luminescência da pelo menos, uma amostra acoplada no pelo menos, um componente óptico e coletada no pelo menos, um elemento detector em contato direto com o componente óptico.

Coletando a luminescência no pelo menos, um elemento detector pode compreender coletar a luminescência em uma posição adaptada para uma direção de emissão de radiação dominante da pelo menos, uma amostra acoplada no componente óptico. A presente invenção ainda mais se relaciona a um método para

fabricar um sistemas de detecção, o método compreendendo fornecer pelo menos, um componente óptico tendo uma primeira superfície adaptada para prender partículas nela e fornecer pelo menos, um elemento detector em contato direto com o pelo menos, um componente óptico. Fornecer pelo menos, um elemento detector pode compreender

criar pelo menos, um elemento detector em um substrato usando tecnologias eletrônicas de grande abrangência.

Aspectos particulares e preferidos da invenção estão estabelecidos nas reivindicações independentes e dependentes anexas. Recursos das reivindicações dependentes podem ser combinadas com recursos das reivindicações independentes e com recursos de outras reivindicações dependentes conforme apropriado e não meramente como explicitamente estabelecida nas reivindicações.

Os ensinamentos da presente invenção permitem o projeto de métodos e aparelhos eficientes para detectar elementos elemento analíticos químicos, biológicos e bioquímicos, e. g. na forma de partículas.

O acima e outras características, recursos e vantagens da presente invenção se tornarão aparente da seguinte descrição detalhada, tomada em conjunto com os desenhos anexos, que ilustram, a título de exemplo, os princípios da invenção. Esta descrição é dada por uma questão de exemplo somente, sem limitar a escopo da invenção. As figuras de referência colocadas abaixo se referem aos desenhos anexados.

Fig. 1 ilustra uma representação esquemática de um sistema de detecção para ilustrar um sistema de detecção de acordo com modalidades do primeiro aspecto da presente invenção.

Fig. 2 mostra um gráfico da fração de potência irradiada em um componente óptico como função do índice de refração do componente óptico para um dipolo que está paralelo com a interface entre o componente óptico e seu ambiente.

Fig. 3 é uma representação esquemática de um sistema de detecção compreendendo detecção através de um único componente óptico de acordo com a primeira modalidade da presente invenção.

Fig. 4 ilustra, de forma esquemática, a distribuição angular de campo distante da emissão/potência para diferentes ângulos de orientação de uma amostra de dipolo de emissão, como pode ser usado em modalidades particulares de acordo com a presente invenção.

Fig. 5 é uma representação esquemática de um sistema de detecção com eficiência de detecção melhorada de acordo com a segunda modalidade da presente invenção.

Fig. 6 é uma representação esquemática de um sistema de detecção compreendendo um refletor para luminescência de acordo com uma terceira modalidade da presente invenção.

Fig. 7 é uma representação esquemática de um sistema de detecção compreendendo um refletor para radiação de excitação de acordo com uma terceira modalidade da presente invenção.

Fig. 8 é uma representação esquemática de um sistema de detecção compreendendo uma pluralidade de elementos detectores de acordo com uma terceira modalidade da presente invenção. Nas diferentes figuras, os mesmos símbolos de referência se referem aos mesmos ou elementos análogos.

A presente invenção será descrita com relação as modalidades particulares e com referência a certos desenhos mas a invenção não é limitada a eles, mas somente pelas reivindicações. Qualquer símbolos de referência nas reivindicações não devem ser interpretados como limitando o escopo. Os desenhos descritos são somente esquemáticos e são não limitantes. Nos desenhos, o tamanho de alguns dos elementos pode ser exagerado e não desenhados em escala para propósitos ilustrativos. Onde o termo "compreender ou caracterizado pelo fato de compreender" são usados na presente descrição e reivindicações, isto não exclui outros elementos ou passos. Onde um artigo indefinido ou definido é usado quando se referindo a um substantivo singular e. g. "um" ou "uma", "o", "a", isto inclui uma variedade daqueles substantivos ao menos que alguns a mais seja especificamente colocado.

Ainda mais, os termos primeira, segunda, terceira e o similar na descrição e nas reivindicações, são usados para distinguir entre elementos similares e não necessariamente para descrever uma ordem seqüencial ou cronológica. É para ser entendido que os termos assim usados são intercambiáveis sob circunstâncias apropriadas e que as modalidades da invenção descritas aqui são capazes de operação em outras seqüências diferente das descritas ou ilustradas aqui.

Mais ainda, os termos topo, fundo, base e o similar na descrição e as reivindicações são usados para propósitos descritivos e não necessariamente para descrever posições relativas. É para ser entendido que os termos assim usados são intercambiáveis sob circunstâncias apropriadas e que as modalidades da invenção descritas aqui são capazes de operação em outras orientações do que descritas ou ilustradas aqui.

Os seguintes termos ou definições são fornecidos somente para ajudar no entendimento da invenção. Essas definições não devem ser interpretadas para ter um escopo menor do que o entendido por uma pessoa de qualificação simples na arte. Radiação incidente é pretendida para englobar qualquer tipo de radiação eletromagnética incluindo UV, luz visível e IR, entre outros. Luminescência e emissões são pretendidas para englobar qualquer radiação eletromagnética incluindo entre outras, fluorescência, espalhamento de Raman, e outras emissões, tipicamente geradas em resposta a uma fonte de excitação. Dispositivo integrado é pretendido englobar entre outros, integração de qualquer tipo incluindo dispositivos formados por processos de semicondutor integrados, ou dispositivos tais como híbridas formadas integrando partes fabricadas previamente presas por soldagem, colagem ou quaisquer outros meios. Detector integrado é pretendido englobar entre outras, integração de qualquer tipo incluindo elementos detectores formados no dispositivo através de processos de semicondutor integrado, ou elementos detectores previamente fabricados então presos por soldagem, colagem ou quaisquer outros meios.

Na presente invenção, dispositivos e métodos para sensoriamento tipicamente são adaptados para sensoriamento de irradiação. Tal irradiação pode surgir de uma superfície ou de qualquer lugar, em um volume tal como um líquido, e. g. partículas imobilizadas em uma superfície assim como de sondas não imobilizadas, e. g. presente em uma amostra líquida e não presa a uma superfície. Os dispositivos e métodos para sensoriamento assim sendo podem ser adaptados para sensoriamento ou quantificar qualquer de elementos elemento analíticos químicos, bioquímicos ou biológicos, e. g. na forma de partículas. Tais sensores podem e. g. ser usados para reação de cadeia de polímeros em tempo real (PCR). Em PCR em tempo real, sondas marcadas de modo fluorescente ou corantes fluorescentes vinculativos de DNA são usados para detecção e quantificação de um produto de PCR, assim sendo permitindo PCR quantitativo a ser efetuado em tempo real. Ao passo que corantes vinculativos de DNA não permitem diferenciação entre produtos de PCR específicos e não-específicos, sondas de ácido nucléico marcadas de modo fluorescentes têm a vantagem que eles reagem com somente produtos de PCR específicos. No caso de PCR em tempo real, tipicamente uma PCR principal inicia a irradiar uma vez que se une a uma molécula de sinal. Isto tipicamente pode ocorrer em uma amostra, sem estar presa aos sítios em uma superfície ou substrato. Alternativamente, em outras aplicações tal como outras técnicas de sensoriamento e/ou quantificação em fluorescência, as sondas podem ser imobilizadas ou presas aos lados por vínculo não covalente ou covalente.

PCR em tempo real pode ser empregado de forma vantajosa nas implementações da presente invenção, embora muito outros métodos de teste podem ser usados. PCR em tempo real, assim as, PCR em tempo real de ciclo rápido é descrito em "Rapid cycle real-time PCR", Reischl, Wittwer, Cockerill, Springer Verlag, 2001, especialmente no capítulo com o título: "Applications and Challenges of real-time PCR from the Clinicai Microbiology Laboratory". Outras aplicações para os dispositivos podem incluir qualquer tipo de ensaios de luminescência, incluindo intensidade, polarização, e tempo de vida da luminescência. Tais ensaios podem ser usados para caracterizar regiões de contato de substrato de célula, equilíbrios vinculativos de superfície, distribuições de orientação de superfície, coeficientes de difusão de superfície, e taxas cinéticas vinculativas de superfície, entre outras. Tais ensaios também podem ser usados para olhar nas proteínas, incluindo enzimas tal como proteases, quinases, e fosfatases, assim como ácidos nucléicos, incluindo ácidos nucléicos tendo polimorfismo tal como polimorfismo de nucléicos único (SNPs), ensaios vinculativos de liga com base nos alvos (moléculas ou células vivas) situados em uma superfície. Outros exemplos incluem ensaios funcionais em células vivas em uma superfície, tal como ensaios de gene repórter e ensaios para espécies de tradutoras de sinal tal como íon de cálcio intracelular. Ainda outros exemplos incluem ensaios de enzima, particularmente onde a enzima atua em uma superfície vinculada ou espécies imobilizadas.

As sondas podem ser qualquer adequada molécula ou moléculas, e. g. anticorpos ou fragmentos vinculativos deles, DNA ou RNA, fragmentos de DNA ou RNA, peptídeos, proteínas, carboidratos, células, partes de células tal como membranas ou organelas de célula externa ou interna, bactéria, vírus, etc. Também as sondas podem incluir combinações delas, e. g. proteínas de célula. Se imobilização das sondas é usada no dispositivo ou método de sensoriamento, a superfície dos sítios as sondas pode ser tratada para obter propriedades úteis para permitir imobilização das amostras, e. g. a superfície de sítio pode ser feita de hidrofóbicos ou hidrofílico. Tipicamente tais sítios podem ser criados depositando ou gravando biomoléculas como manchas, tal que quando as manchas estão secas, a mancha está em contato direto ou alinhada com o detector de radiação. As biomoléculas são preferencialmente sondas que se vinculam a uma molécula de elemento analítico cuja presença é pretendida ser determinada. Métodos gerais de prender sondas moleculares biológicas à superfície de substratos são conhecidos pelas pessoas qualificadas - ver, por exemplo, "Microarray Technology e Its Application", Müller e Nicolau, Primavera de 2005, capítulos 2 e 3. A área da mancha ou sítio da sonda pode ser chamada um "elemento mínimo de imagem". Deposição da mancha pode ser feita por qualquer técnica adequada, e. g. impressão de contato ou de não contato, de micro manchas, impressão sólida, de pino separado ou franzida, impressão à jato de tinta por solenóide ou piezelétrica, pipetando ou térmica de amostras líquidas, e. g. na forma de biomoléculas. De acordo com modalidades da presente invenção, sondas adaptadas para irradiar tipicamente são alinhadas com um arranjo de um número de sítios detectores de radiação. Amostra compreendendo sondas pode ser alinhada com um arranjo de um número de sítios de detector de radiação e/ou um arranjo de um número de sítios nos quais as sondas podem ser imobilizadas, pode ser alinhada com o arranjo de sítios detectores de radiação.

Moléculas analíticas podem ser qualquer moléculas que necessitam ser detectadas, e. g. DNA ou RNA, fragmentos de DNA ou RNA, peptídeos, proteínas, carboidratos, células, partes de célula tal como membranas ou organelas de célula externa e interna, bactéria, vírus, etc. para permitir luminescência das sondas vinculadas e moléculas analíticas, as sondas e/ou as moléculas analíticas podem compreender ou serem presas às marcas que fornecem a luminescência, e. g. por fluorescência, fosforescência, eletro-luminescência, luminescência química, etc. Quando marcadas, as sondas ou moléculas analíticas pode ser descritas as "moléculas ópticas variáveis". Uma vez vinculada a emissão de luz a partir das mudanças das sondas de irradiação, e. g. isto pode emitir luminescência química ou pode emitir fluorescência se excitada com radiação do comprimento de onda correto. Outras formas de emissão de luz podem ser usadas, e. g. eletro- luminescência, com a presente invenção, e. g. através do aprovisionamento do estimulante apropriado tal como uma corrente elétrica.

A exposição da amostra pode ser realizada de forma manual ou pode ser automatizada e. g. por meio de dispositivos de MEMS ou micro válvulas para guiar fluido ao longo de micros canais para dentro e para fora do sítio. Se necessário, a temperatura dos fluidos e o sítio podem ser controlado de forma precisa por resistores.

Em um primeiro aspecto, a presente invenção se relaciona a um sistema para detectar elementos elemento analíticos biológicos, químicos e/ou bioquímicos, e. g. na forma de partículas. O sistema de detecção, por meio disso, é adaptado para gerar um campo de excitação evanescente para excitar partículas luminescentes, e. g. partículas alvo marcadas com marcas fluorescentes, e para detectar uma luminescência através do componente óptico usado para gerar o campo de excitação evanescente em um elemento detector. Uma representação esquemática de um sistema de detecção de acordo com o primeiro aspecto, indicando um número de partes essenciais e opcionais é indicado na Fig. 1. O sistema de detecção 100 de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção tipicamente compreende pelo menos, um componente óptico 102. O pelo menos, um componente óptico 102 tipicamente compreende uma primeira superfície 104 e é orientado tal que um feixe incidente de radiação de excitação 106 experimenta reflexão interna total em uma primeira superfície 104 tal que um campo evanescente é criado fora do pelo menos, um componente óptico 102. Em outras palavras, o componente óptico 102 tipicamente é adaptado para receber um feixe incidente de radiação de excitação 106 e para fornecer reflexão interna total do feixe de radiação de excitação 106 em uma primeira superfície 104 do pelo menos, um componente óptico 102, assim sendo criando um campo evanescente perto da primeira superfície 104 fora do pelo menos, um componente óptico 102. Este campo evanescente tipicamente é usado para excitar pelo menos, uma amostra 108. Usar excitação de campo evanescente tem a vantagem sobre usar excitação de campo de propagação no qual isto reduz o volume de excitação, resultando em um melhoramento do sinal para proporção de segundo plano para a resposta de luminescência detectada, e. g. sinal fluorescente.

O sistema de detecção 100, ou mais particularmente o pelo menos, um componente óptico 102, por conseguinte, pode ser adaptado à amostra acomodada 108 próximo a primeira superfície 104. A primeira superfície 104 pode e. g. ser adaptada para amostra de vinculação 108, e. g. partículas alvo que são luminescente, e. g. sendo marcada por marcas fluorescente, ou partículas luminescente podem ser e. g. partículas de amostra não vinculadas 108 em um fluido trazido em um proximidade perto de uma primeira superfície 104, e. g. preferencialmente em uma distância não mais do que o comprimento de onda de excitação longe, mais preferencialmente não mais do que 1/3 do comprimento de onda de excitação longe da primeira superfície 104. A profundidade do campo evanescente pode ser alterada, por exemplo, cobrindo a interface com um material adequado, tal como uma película de metal fina.

O pelo menos, um componente óptico 102 tipicamente pode ser um prisma. O pelo menos, um componente óptico 102 tipicamente pode ser feito de material substancialmente transparente para o feixe da radiação de excitação 106 usado no sistema de detecção 100 e também substancialmente transparente para a resposta de luminescência do pelo menos, uma amostra 108 excitada usando o campo de excitação evanescente. Para a pluralidade de ensaios efetuados hoje, tal material pode e. g. ser vidro, sílica fundida, ou plástico. O componente óptico 102 pode ser qualquer componente óptico com uma forma tal que a luz incidente, i. e. o feixe de radiação de excitação 106, é completamente totalmente refletida internamente. Este pode também compreender e. g. prismas com uma forma de polígono. Tipicamente o sistema de detecção 100 ainda mais compreende pelo menos, um elemento detector 110. O pelo menos, um elemento detector 110 é posicionado em contato direto com o componente óptico 102, e. g. em contato direto com a superfície 112 do componente óptico 102. Posicionado em contato direto com o componente óptico 102 pode haver intenção que nenhuma camada com índice baixo de refração, e. g. uma camada de ar, esteja presente entre o pelo menos, um componente óptico 102 e o pelo menos, um elemento detector 110. Tipicamente na presente aplicação um material é considerado ter um índice baixo de refração, se o índice de refração é menor do que 1,4, e. g. menor do que 1,33. De modo a evitar reflexão interna total substancial na interface entre o pelo menos, um componente óptico 102 e o pelo menos, um elemento detector 110, a camada entre o pelo menos, um componente óptico 102 e o pelo menos, um elemento detector 110, se presente, deve ter um índice de refração que não é substancialmente mais baixo do que o índice de refração do pelo menos, um componente óptico 102. O elemento detector 110 pode e. g. estar em contato direto com o componente óptico através de uma goma transparente tendo um índice de refração que é suficientemente alto tal que a luminescência a ser detectada não é substancialmente totalmente refletida internamente. O contato direto entre o elemento detector 110 e o componente óptico 102 pode, embora menos preferencialmente do ponto de vista prático, também ser obtido usando um índice coincidindo com um fluido. O pelo menos, um elemento detector 110 pode ser qualquer elemento detector adequado para detectar radiação eletromagnética emitida através da pelo menos, uma amostra. O elemento detector pode, por exemplo, ser um foto-detector parecido com um diodo, um detector baseado em elementos mínimo de imagem tal como e. g. um detector de linha ou um detector de m χ η duas dimensões, uma linha de foto-detector,... No sistema de detecção 100 de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção, a detecção da luminescência da amostra assim sendo é feita através do pelo menos, um componente óptico 102. Detectando através do prisma também resolve amplamente a questão discutida cima de reflexões e outras perdas no caminho de detecção. A influência da seleção de material do pelo menos, um componente óptico 102 pode fortemente influenciar a quantidade de radiação de luminescência que é acoplada no pelo menos, um componente óptico 102 e que assim sendo a quantidade de radiação de luminescência que estará disponível para detecção. Fig. 2 mostra que aumentando o índice do componente óptico que vincula uma partícula, e. g. partícula alvo marcada correspondendo com um emissor dipolar, pode fornece um aumento da potência parcial acoplada no componente óptico 102 bem acima de 50 %. Na Fig. 2, a luminescência acoplada proveniente de um dipolo orientado ao plano 1 nm acima do componente óptico 102 e envolvido por água é mostrada a título de exemplo. Os resultados mostrados por mio de ilustração, são baseados no cálculo efetuado com um método de elemento finito para um comprimento de onda de 600 nm.

Uma vantagem obtida para posicionar o elemento detector 110 em contato direto com o componente óptico 102 é que a quantidade de luminescência acoplada fora do componente óptico 102 para o elemento detector 110 é substancialmente alto conforme um grande ângulo de reflexão interna total tipicamente está presente no componente óptico/superfície do detector. O ângulo para reflexão interna total tipicamente é maior do que, e. g. se um componente óptico/superfície de ar está presente, o que conduz a menos luz de luminescência sendo capturada para reflexão interna total no componente óptico 102 e assim sendo mais luz sendo acoplada fora para o elemento detector 110. Assim sendo isto resulta em uma maior eficiência de detecção do que seria o caso quando um baixo índice de camada de refração, e. g. camada de ar, estaria entre o elemento detector IlOeo pelo menos, um componente óptico 102.

O sistema de detecção 100 ainda mais tipicamente pode compreender uma fonte de irradiação 114 para gerar o feixe de radiação de excitação 106. A fonte de irradiação 114 pode gerar qualquer radiação eletromagnética permitindo excitar a amostra 108. A fonte de irradiação 114 pode ser e. g. um diodo de emissão de luz, um laser, ou qualquer outra fonte de irradiação adequada. A fonte de irradiação 114 pode ser parte do sistema de detecção 100 ou pode ser externa para o sistema de detecção 100. Ambos, excitação de campo amplo e excitação através de um feixe focado/estreito usando uma técnica de feixe de varredura. Excitação através de um feixe focado/estreito tem a vantagem de um volume de excitação reduzido e assim sendo melhorada SNR. Um possível arranjo pode e. g. ser um arranjo de 2D de componentes ópticos, com um arranjo coincidente de fontes/de manchas de excitação. Transladando o arranjo, alguém pode investigar os diferentes prismas, e. g. com diferentes camadas de adesão ou adaptadas para vincular outras partículas alvo em paralelo. Isto permite um tipo de multiplexação.

O sistema de detecção 100 ainda mais opcionalmente também pode compreender primeiros componentes ópticos 116 adicionais para guiar, focar e/ou filtrar o feixe de radiação de excitação. Tipicamente tais componentes ópticos 116 adicionais podem ser lentes, espelhos e/ou filtros dicróicos. O sistema de detecção 100 também pode compreender segundos componentes ópticos 118 adicionais em contato direto com o componente óptico 102 ou em contato com o pelo menos, um elemento detector 110. Os segundos componentes ópticos 118 adicionais podem, por exemplo, compreende elementos de proteção para proteger o elemento detector 110 de incidência direta de radiação de excitação. Os segundos componentes ópticos 118 adicionais também podem compreender, por exemplo, elementos de reflexão para adicionalmente guiar luminescência para o elemento detector 110 ou filtros dicróico para separar a radiação de excitação da luminescência gerada acoplada no componente óptico 102.

O sistema de detecção 100 ainda mais pode opcionalmente também compreende meios de foco 120 para focar o feixe de radiação de excitação 106 e meios de varredura 122 para varrer o feixe de radiação de excitação 106. Em modalidades de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção, detecção ou pode ser efetuado varrendo o feixe de radiação de excitação 106 ou uma excitação de área ampla pode ser efetuada.

O sistema de detecção 100 ainda mais também pode compreender um circuito de controle e de análise 124 que pode ser implementada em qualquer maneira adequada, e. g. através de hardware ou software dedicado. Isto pode e. g. ser um computador programado de forma adequada, micro-controlador ou processador embutido tal como um microprocessador, arranjo de portas lógicas programável tal como um PAL, PLA ou FPGA, ou similar. O circuito de controle e análise pode fornecer saída para um dispositivo de saída 124. Embora em modalidades particulares da presente invenção, varredura de uma grande área usando um feixe focado e excitação de múltiplas manchas, pode ser efetuada, a resolução espacial da presente técnica também pode ser aumentada de forma inerente com base na detecção distintiva espacial de diferentes partículas luminescente em diferentes posições da primeira superfície do pelo menos, um componente óptico. Tipicamente uso por meio disso, pode ser feito de um padrão de emissão pre- determinado das partículas remanescentes emitindo radiação luminescente em direções específicas.

A área de excitação na interface entre o componente óptico(s) e o meio que envolve as partículas luminescentes é limitada pelo tamanho do prisma e a parte que é bloqueada pelo detector(es). No caso de um grande prisma no topo de um arranjo discreta de detectores, cada detector é alinhado com uma certa área da interface entre o meio e o prisma. Um arranjo alternativo envolve um arranjo de prismas no topo de um arranjo discreta de detectores tal que cada prisma tem um detector dedicado. Em ambos casos alguém pode fazer uma medição resolvida espacialmente da fluorescência, onde as dimensões dos detectores ou as dimensões dos prismas limitam a resolução espacial. Deve ser notado que a resolução espacial está bem acima do limite de difração e mais propriamente na ordem de 1.0-100 mícrons.

O primeiro aspecto da presente invenção será ainda ilustrado, a título de exemplo, através de um número de modalidades, a presente invenção não sendo limitada a ele.

Em uma primeira modalidade de acordo com o primeiro aspecto, a presente invenção se relaciona a um sistema de detecção 100 como descrito acima, onde o pelo menos, um componente óptico 102 é um único componente óptico 102, e. g. um único prisma. O sistema de detecção 100 também compreende um único elemento detector 110 em contato com o único componente óptico 102, tal que a detecção de luminescência através do componente óptico 102 é usada. O componente óptico por meio disso, é pelo menos, parcialmente posicionado no topo do elemento detector 110. Tal um elemento detector 110 pode ser um detector baseado em elementos mínimo de imagem. Uma representação esquemática de um sistema de detecção exemplar 150 de acordo com a presente modalidade é mostrada na Fig. 3. O sistema de detecção 150 exemplar mostrado na Fig. 3 é iluminado com radiação de excitação proveniente do fundo através de uma segunda superfície 112, e. g. a base, do componente óptico 102, e. g. prisma, e essencialmente perpendicular à segunda superfície 112, e. g. base. É para ser notado que a direção de incidência da radiação de excitação não é limitada a uma direção essencialmente perpendicular à segunda superfície 112, e que outras direções de incidência também pode ser usadas. O elemento detector 110 é localizado no mesmo lado do componente óptico 102, mas deslocado em posição tal que a radiação de excitação passa o elemento detector 110. Em outras palavras, o elemento detector 110 é também posicionado na segunda superfície 112, e. g. lado da base, do componente óptico 102, e. g. prisma. O elemento detector 110 é protegido embaixo, de modo a evitar radiação de excitação sendo detectada diretamente pelo elemento detector 110, i. e. sem entrar o componente óptico 102. O ângulo β da primeira superfície 104 do prisma para sua segunda superfície 112, e. g. base, tipicamente pode ser escolhido maior do que o ângulo crítico para a interface entre o componente óptico 102 e o meio 152, tal que a radiação de excitação normal incidente na segunda superfície 112, e. g. base, do componente óptico 102, e. g. prisma, é totalmente refletido internamente na interface componente óptico 102/meio 152, i. e. de modo a criar excitação de campo evanescente perto da interface componente óptico 102/meio 152 interface. Em um presente exemplo, onde um componente óptico 102 com um índice de refração maior do que 1,881 e um meio 152 com uma refração de 1,33 são assumidos, o ângulo crítico de reflexão interna total (i. e., o ângulo mínimo requerido para reflexão interna total ocorrer) na primeira superfície 104 é maior do que 45 graus. Como uma conseqüência, o ângulo β entre a segunda superfície 112 e a primeira superfície 104 pode ser configurado de aproximadamente 45°, que resulta em radiação de excitação totalmente refletida internamente que passa substancialmente paralela à segunda superfície 112. É para ser notificado que isto é o caso específico e depende do índice de refração do componente óptico 102. A radiação de excitação é assim sendo acoplada fora do componente óptico 102 em uma terceira superfície 154. É claro que o prisma pode ter outras superfícies e formas. No caso de uma partícula de amostra luminescente 108, e. g. também referido como luminófero/conta, estar na vizinhança da interface componente óptico 102/meio 152, e. g. no caso umas partículas de amostras luminescentes são vinculadas à primeira superfície, ela experimenta um campo evanescente. A fluorescência resultante é irradiada em ambos o componente óptico 102 e o meio 152. Através de um escolha apropriada do índice de refração do componente óptico 102, como ilustrado na Fig. 2, mais potência é irradiada no componente óptico 102, e. g. prisma, do que no meio 152. Em uma segunda modalidade do primeiro aspecto, a presente invenção se relaciona a um sistema de detecção como descrito acima, e. g. como descrito - mas não limitada a ele - na primeira modalidade, compreendendo os mesmos recursos e as mesmas vantagens, mas onde ainda mais o ângulo entre a primeira superfície 104 e a segunda superfície 112 do pelo menos, um componente óptico 102 é adaptado para aquele onde a maioria da radiação das partículas luminescentes é direcionada no componente óptico 102. A título de exemplo, a invenção não limitada a elas, as partículas luminescentes podem ser consideradas como radiadores dipolares. Um padrão de emissão típico de tais radiadores dipolares é mostrado na Fig. 4, ilustrando gráficos polares da distribuição angular de campo distante da potência para emissão do dipolo para uma orientação fora do plano da radiação do dipolo (indicado por 0o), onde por meio disso a radiação é concentrada longe afastado do normal da interface, i. e. com lóbulos laterais em grande ângulos, e. g. tipicamente em volta do ângulo crítico. Para orientação no plano da radiação do dipolo (indicado por 90°), a radiação é concentrada mais em volta do normal da interface.

Através de uma escolha apropriada do ângulo β entre a

primeira superfície 104 e a segunda superfície 112, a radiação em ângulos um pouco maior do que o ângulo crítico da interface componente óptico 102/meio 152 tem uma orientação essencialmente paralela com a segunda superfície 112 ou essencialmente normal com a segunda superfície 112. Os ângulos de radiação por meio disso, são expressos com relação ao normal da interface componente óptico 102/meio 152. Tal um escolha apropriada pode ser selecionar o ângulo entre a primeira superfície 104 e a segunda superfície 112 do componente óptico um pouco maior do que o ângulo crítico da interface componente óptico 102/meio 152. Desta maneira, a parte substancial da radiação acoplada no componente óptico 102 alcança o detector, para todas as orientações do dipolo. A outra metade tipicamente se propaga essencialmente em paralelo com a segunda superfície 112. A parte substancial da luminescência da pelo menos, uma amostra 108 que foi acoplada no componente óptico 102 pode ser pelo menos, 40% da luminescência entrada no pelo menos, um componente óptico, preferencialmente pelo menos, 45% da luminescência entrada no pelo menos, um componente óptico, mais preferencialmente pelo menos, 50% da luminescência entrada no pelo menos, um componente óptico. A emissão do pelo menos, uma amostra pode, por exemplo, ser tal que a parte substancial da luminescência acoplada no componente óptico 102 é emitida sob um ângulo α com relação a perpendicular da primeira superfície 104, i. e. a interface componente óptico/meio, que é e. g. o caso para a emissão do dipolo em uma orientação fora do plano como pode ser visto na Fig. 4. A segunda superfície do pelo menos, um componente óptico então tipicamente preferencialmente pode fazer um ângulo com a primeira superfície que é um pouco maior, e. g. δ°, do que o ângulo onde a maioria da irradiação do dipolo é direcionada. O ângulo β assim sendo pode ser e. g. um ângulo α+δ que é maior do que o ângulo a, e. g. que é entre 5o e 35° maior do que o ângulo a, e. g. que é entre 10° e 30° maior do que o ângulo a, e. g. que é entre 15° e 25° maior do que o ângulo a, e. g. que é cerca de 20° maior do que o ângulo a. Da Fig. 4, pode ser concluído que para orientações do dipolo variando da orientação no plano e fora do plano, uma parte substancial da radiação está entre ângulos essencialmente perpendiculares para primeira superfície 104 (para orientação no plano do dipolo) até ângulos levemente maiores do que o ângulo de reflexão interna total na interface entre a primeira superfície 104 e o meio 152. Através de uma escolha apropriada do ângulo δ, e. g. entre 10° e 30° tal como e. g. entre 15° e 25°, e. g. em torno de 20°, alguém pega um arranjo tal que cerca de 50 % da emissão irradiada no componente óptico 102 é direcionada em direção ao elemento de detecção 110. Se, por exemplo, o elemento 102 tem um índice de refração levemente maior do que 1,881 e o meio (e. g. água) tem um índice de refração de 1,33, uma fração substancial da radiação está entre ângulos de -45 à +45 graus com relação a perpendicular da primeira superfície 104. Escolhendo um ângulo δ de 20°, cerca de 50 % da emissão irradiada no componente óptico 102 é direcionada em direção ao elemento de detecção 110 tendo ângulos (com relação a perpendicular da segunda superfície 112) no intervalo de 0 à 65 graus.

Levando em consideração que a direção de radiação dominante da radiação acoplada no componente óptico para decidir a geometria do componente óptico, pelo menos, uma parte da luminescência pode ser incidente no elemento detector distante do ângulo crítico, assim sendo resultando em uma eficiência aumentada de detecção.

Em uma terceira modalidade de acordo com o primeiro aspecto, a presente invenção se relaciona a um sistema de detecção como descrito em qualquer das modalidades acima, compreendendo os mesmos recursos e as mesmas vantagens, mas onde ainda mais elementos ópticos adicionais são fornecidos de modo a aumentar a eficiência de detecção. Tipicamente tais recursos adicionais compreendem um refletor ou para direcionar parte da luminescência, não diretamente detectada pelo elemento detector, para o elemento detector ou para redirecionar a radiação de excitação para primeira superfície por pelo menos, uma segunda vez. Um exemplo de parte de tal um sistema de detecção é mostrado por meio de ilustração somente na Fig. 6. Fig. 6 mostra um sistema de detecção 200, e. g. prisma, com uma terceira superfície 202, e. g. uma segunda hipotenusa, tendo o mesmo ângulo β com relação à segunda superfície 112 que a primeira superfície 104, e. g. a primeira hipotenusa. A terceira superfície 202 por meio disso, é fornecida com um refletor 204 para refletir a emissão B, que é incidente na terceira superfície 202 substancialmente paralela à segunda superfície 112, e. g. base, para aquela segunda superfície 112. De modo a substancialmente suprimir radiação de excitação refletida na primeira superfície 104 e direcionada em direção ao elemento detector 110, tipicamente o refletor 204 é um refletor dicróico, substancialmente não refletindo radiação tendo o mesmo comprimento de onda que a radiação de excitação, e. g. a própria radiação de excitação, para o pelo menos, um elemento detector 110. Em um presente exemplo, o dispositivo de detecção 200 assim sendo é adaptado para direcionar a radiação de luminescência para o pelo menos, um elemento detector 110 orientando a terceira superfície 202 do pelo menos, um componente óptico 102 tal que radiação luminescente incidente B é refletida na direção do pelo menos, um elemento detector IlOe fornecendo um refletor 204, preferencialmente um refletor dicróico. Tal um refletor 204 pode e. g. ser obtido revestindo a terceira superfície 202 do pelo menos, um componente óptico 102 com uma camada de reflexão ou pilha de camadas, fornecendo uma película de reflexão para a terceira superfície 202 ou anexando um elemento de reflexão para a terceira superfície 202 do pelo menos, um componente óptico 102. O revestimento específico ou material usados tipicamente vão depender do comprimento(s) de onda de excitação usados e os comprimento(s) de onda de luminescência obtidos. Alternativamente, o elemento óptico adicional pode ser adaptado para re- direcionar a radiação de excitação em direção a primeira superfície 104 do pelo menos, um componente óptico 102, como mostrado a título de exemplo no sistema de detecção 220 da Fig. 7. Um refletor é fornecido adaptado para refletir a irradiação de excitação na terceira superfície 202 e a terceira superfície 202, recebendo irradiação de excitação após reflexão na primeira superfície 104 é orientada tal que a irradiação de excitação é refletida sob um ângulo apropriado para a primeira superfície 104 do pelo menos, um componente óptico 102.

Em uma quarta modalidade de acordo com o primeiro aspecto, a presente invenção se relaciona a um sistema de detecção como descrito acima, e. g. em qualquer das modalidades acima, compreendendo os mesmos recursos e as mesmas vantagens, mas onde o pelo menos, um componente óptico 102 é uma pluralidade de componentes ópticos. Isto é ilustrado, à título de exemplo, na Fig. 8. A pluralidade de componentes ópticos pode e. g. ser uma pluralidade de prismas. A pluralidade de prismas pode e. g. ser um arranjo de uma dimensão ou de duas dimensões de prismas. Neste caso opcionalmente um refletor ou material não transparente, adaptado para refletir ou absorver a radiação de excitação, pode ser aplicado em lados dos prismas onde não há vinculação de partículas remanescentes de modo a evitar interferência. A luz de excitação ou fluorescência em um primeiro prisma pode ser parcialmente acoplada a um segundo prisma e ser considerada como interferência. Usando um refletor é preferido sobre usar um revestimento não transparente, porque um refletor também melhora a eficiência de detecção, conforme mostrado na Fig. 7. Ainda mais, opcionalmente também um revestimento duplo pode ser aplicado para prevenir luminescência gerada a ser acoplada em um componente óptico vizinho. De novo um refletor ou material não transparente podem ser usados mas aplicando um refletor para a luminescência gerada, pode permitir re-direcionar a luminescência em direção ao componente óptico e pode fornecer a possibilidade que a luminescência seja acoplada no componente óptico e detectada.

Em outras palavras, escudos de luz podem ser aplicados para proteger a luz de partículas luminescentes vizinhas, posicionadas livremente na amostra ou imobilizadas em sítios de vinculação, e. g. para prevenir interferência entre diferentes partículas luminescentes. Os escudos de luz podem ser combinados com o uso do detector para fornecer detectores alinhados com os sítios para as manchas, ou independentemente disto.

Cada componente óptico de uma pluralidade de componentes ópticos pode ser usado em combinação com um único elemento detector, um número de componentes ópticos pode ser usado com um elemento detector combinado ou um número de elementos detectores pode ser usado em combinação com cada um dos componentes ópticos.

A pluralidade de componentes ópticos pode ser posicionada tal que a superfície de cada um dos componentes ópticos esteja paralela a um plano comum. A pluralidade de componentes ópticos pode receber a radiação de excitação substancialmente perpendicular àquele plano. O acima pode resultar em um radiação simultânea e/ou uniforme. Tipicamente, a superfície de detecção dos diferentes detectores pode ser paralela ao plano e posicionada na mesma superfície que a superfície na qual a radiação de excitação é recebida. Desta maneira, a radiação de excitação e a radiação de luminescência podem ser separadas substancialmente facilmente, resultando em uma baixa relação de sinal para ruído.

Em uma modalidade adicional, a presente invenção se relaciona a um sistema de detecção como descrito acima, compreendendo os mesmos recursos e as mesmas vantagens como descrito acima, mas onde ainda mais o sistema de detecção é um dispositivo integrado. Em outras palavras, o sistema de detecção ou pelo menos, os elementos detectores são fornecidos usando tecnologias eletrônicas de grande abrangência, tal como e.

g. com base em processos de semicondutor integrado, mais preferencialmente, usando tecnologia de matriz ativa ou outras tecnologias de detector integradas, para se adequar a sensitividade necessária para a aplicação, ou para se adequar a outras considerações como custo, velocidade de detecção, robustez e assim por diante. Tipicamente silicone amorfo (a-Si:H), e. g. a-Si em vidro, poli silicone de baixa temperatura (LTPS) ou tecnologias orgânicas podem ser aplicadas. Tecnologia eletrônica de grande abrangência tradicional (LAE) oferece funções eletrônicas em vidro que é substrato barato e tem a vantagem para detecção óptica de ser transparente. Substratos de poli-Si LAE ativo ou de a-Si são propostos para esta aplicação, para detectar que manchas de amostra estão emitindo sem o uso de foto - detectores externos. A tecnologia LAE padrão pode ser usada integrando (com pouco ou sem custo extra) foto-diodo ou detectores de foto TFT junto com o circuito e TFTs recorrentes usualmente. Algumas modalidades podem ter fotodiodos de a-Si (ou foto TFTs) integrados no substrato. Um TFT, diodo ou MIM (metal-isolante-metal) poderia ser

usado como elemento ativo. A tecnologia de matriz ativa é usada no campo de mostradores de painel plano para a operação de muitos efeitos de exibição e. g. LCD, OLED e mostradores eletroforético. Isto fornece um método de custo efetivo para fabricar um módulo bioquímico descartável. Isto é vantajoso, como chips biológicos, ou sistemas a fins, podem conter uma multiplicidade de componentes, o número dos quais somente vai aumentar conforme os dispositivos se tornem mais efetivos e mais versáteis. O detector pode e. g. ser implementado integrado em uma chapa ativa compreendendo ambos transistores de película fina do tipo η e do tipo (TFTs). Isto pode ser parte de um arranjo básico compreendendo um arranjo ativo de transistores recorrentes e capacitores de armazenamento em conjunto com um detector. O capacitor permite a luz ser integrada sobre um longo período de tempo, de período de quadro e, então lido. Este também permite outro circuito a ser adicionado (tal como a integração do drive, integração de carga, circuito de leitura). Os detectores podem simplesmente ser transistores de película fina (TFTs) que são polarizados usando um eletrodo de controle, e. g. porta lógica polarizada, no estado desligado, ou diodos laterais feitos na mesma película de semicondutor fina como os TFTs, ou diodos verticais formados de uma segunda camada de semicondutor mais espessa, Se os TFTs ou diodos laterais são para serem usados como os foto detectores, então esses vem sem custo extra. Contudo, para boa sensitividade vertical, diodos de NIP de a-Si:H podem ser usados, e esses necessitam ser integrados nos TFTs e circuito recorrentes. Tal um esquema foi implementado em tecnologia de TFT de a- Si:H para ambos.

Os componentes ópticos tipicamente pode ser incorporados no dispositivo de detecção e. g. colando ou vinculando tal como colagem à vácuo um ou mais componentes ópticos tal como prismas, e. g. um arranjo de componentes ópticos, para a superfície do substrato onde os elementos detectores são fornecidos. Isto tipicamente pode ser efetuado, após a superfície do dispositivo de detecção ter sido fornecida com uma camada de achatamento para achatar a superfície à qual os componentes ópticos são conectados. Uma outra alternativa para incorporar os elementos de refletor pode ser colando ou vinculando tal como colagem à vácuo, a camada ou chapa de material transparente tal como e. g. vidro ou material de polímero orgânico, para a superfície do substrato onde os elementos detectores são fornecidos. A camada ou chapa então pode ser processada, tal como, por exemplo, mas não limitado à estampando ou processamento à laser, de modo a formar os componentes ópticos, e. g. prismas, nela. Alternativamente, a camada ou chapa pode já ser processada por antecipação.

Em um segundo aspecto, a presente invenção também se relaciona a um método para fabricar um sistema de detecção como descrito nas modalidades do primeiro aspecto. Um método de fabricação tem os passos de formar o componente óptico ou os componentes ópticos e formar o detector ou detectores nos componentes ópticos. Os componentes ópticos e os detectores pode ser formados dentro e sobre um substrato comum. Tipicamente, tal um método assim sendo compreende fornecer pelo menos, um componente óptico tendo uma primeira superfície adaptada para partículas de vinculação nela e fornecer pelo menos, um elemento detector em contato direto com o pelo menos, um componente óptico. Em contato direto por meio disso, significa que nenhuma camada de índice de refração baixo, tal como e. g. uma camada de ar, está presente entre o elemento detector e o componente óptico. Tipicamente para fabricar o elemento detector em um substrato, pode ser feito uso de tecnologias eletrônicas de grande abrangência. Isto implica que os elementos detectores podem ser baseados em tecnologia de matriz ativa ou outras tecnologias de detector integradas, para se adequar a sensitividade necessária para a aplicação, ou para se adequar a outras considerações tal como custo, velocidade de detecção, robustez e assim por diante. Tipicamente silicone amorfo (a-Si:H), e. g. a-Si em vidro, poli silicone de baixa temperatura (LTPS) ou tecnologias orgânicas podem ser aplicados. Tecnologias eletrônicas de grande abrangência (LAE) oferecem funções eletrônicas em vidro que é substrato barato e tem a vantagem para detecção óptica, de ser transparente.

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E uma vantagem das modalidades de acordo com a presente invenção que detecção através do componente óptico gerando o campo de excitação evanescente é aplicada, assim sendo permitindo evitar a necessidade de usar uma chapa de cobertura adicional. Tipicamente tais chapas de cobertura implicam que o máximo de ângulos de emissão permissível que pode ser detectado a partir da amostra são severamente limitados devido à reflexão interna total da luminescência, conduzindo à luminescência não acoplada na chapa de cobertura ou à luminescência capturada na chapa de cobertura. Modalidades de acordo com a presente invenção não sofrem com este problema.

E uma vantagem de modalidades particulares da presente invenção que um esquema fácil para excitação de campo evanescente de partículas de luminescência, e. g. partículas marcadas fluorescentes, são obtidas. Os esquemas propostos podem fornecer em alguns casos, arranjos mais simples para a excitação (comparado com arranjos conhecidos).

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E também uma vantagem de modalidades particulares da presente invenção que detectores integrados possam ser usados, tal como e. g. detectores com base em tecnologia de matriz ativa comumente usada em mostradores. Isto tipicamente pode aumentar a eficiência de detecção porque os efeitos negativos da reflexão interna total nas interfaces no caminho de detecção pode ser reduzido.

Outros arranjos para realizar os objetivos dos métodos e sistemas de detecção incorporando a invenção serão óbvios para aquele qualificado na arte.

Deve ser entendido que embora modalidades preferidas, construções e configurações específicas, assim como materiais, ter sido discutidas aqui para dispositivos de acordo com a presente invenção, várias mudanças ou modificações na forma e detalhe podem ser feitas sem fugir do escopo e espírito desta invenção. Por exemplo, onde na descrição acima, sistemas de detecção são descritos, a presente invenção também se relaciona a um método para detectar partículas biológicas, químicas ou bioquímicas. O método por meio disso, tipicamente compreende fornecer pelo menos, uma amostra para uma superfície externa de pelo menos, um componente óptico, e. g. um prisma. Tipicamente isto é feito trazendo a amostra ou amostra liquidificada em contato com a superfície do pelo menos, um componente óptico e vinculando partículas alvo da amostra à superfície, onde as partículas alvo tipicamente podem ter capacidade de luminescência, e. g. elas podem ser marcadas usando marcas fluorescentes excitáveis. Alternativamente um exemplo para fornecer uma amostra pode ser trazendo a amostra em contato próximo com a superfície externa do pelo menos, um componente, e. g. guiando a amostra ao longo da superfície externa. Desde que pelo menos, uma amostra é fornecida, um campo de excitação evanescente pode ser gerado fora do componente óptico perto da superfície externa de modo a excitar a amostra e assim sendo gerar luminescência. Tal geração de um campo de excitação evanescente pode ser efetuada trazendo um feixe de excitação em reflexão interna total no pelo menos, um componente óptico. A luminescência gerada a partir da amostra excitada é coletada através do componente óptico, i. e. a luminescência da pelo menos, uma amostra é acoplada no pelo menos, um componente óptico e coletada em um elemento detector. O elemento detector por meio disso, está em contato direto com o pelo menos, um componente óptico. Isto permite uma maior eficiência de detecção. A orientação das superfícies do componente óptico e a posição de detecção podem ser adaptadas para otimizar a detecção da emissão da pelo menos, uma amostra.

Claims (16)

1. Sistema de detecção (100, 150, 180, 200, 220, 250) para detectar luminescência de pelo menos uma amostra (108) quando excitada através de radiação de excitação incidente, o sistema de detecção (100, 150, 180, 200, 220, 250) compreendendo pelo menos, um componente óptico (102) com pelo menos, uma primeira superfície (104) e pelo menos, um elemento detector (110), caracterizado pelo fato de que - a primeira superfície (104) do pelo menos, um componente óptico (102) é localizada para totalmente refletir internamente a radiação de excitação incidente para criar um campo evanescente fora do pelo menos, um componente óptico (102) para excitar a pelo menos, uma amostra (108), e - o pelo menos, um elemento detector (110) está em contato direto com o pelo menos, um mencionado componente óptico (102) para detectar a luminescência da pelo menos, uma amostra excitada (108) através do pelo menos, um componente óptico (102).

2. Sistema de detecção (100, 150, 180, 200, 220, 250) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos, um componente óptico (102) é um prisma.

3. Sistema de detecção (100, 150, 180, 200, 220, 250) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos, um elemento detector (110) está em contato direto com a segunda superfície (112) do pelo menos, um componente óptico (102), o ângulo entre a primeira superfície (104) e a segunda superfície (112) do pelo menos, um componente óptico (102) sendo adaptado para uma direção de radiação de luminescência dominante da radiação da pelo menos, uma amostra (108) acoplada no componente óptico (102) para receber uma parte substancial da luminescência da pelo menos, uma amostra (108) entrada no pelo menos, um componente óptico (102) no mencionado elemento detector (110).

4. Sistema de detecção (100, 150, 180, 200, 220, 250) de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o mencionado padrão de emissão da pelo menos, uma mencionada amostra (108) é tal que uma da mencionada luminescência é emitida sob substancialmente um ângulo α com relação a perpendicular para uma primeira superfície (104), a mencionada segunda superfície (112) do pelo menos, um mencionado componente óptico (102) fazendo um ângulo com a mencionada primeira superfície (104), que é maior do que o ângulo a.

5. Sistema de detecção (100, 150, 180, 200, 220, 250) de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a segunda superfície (112) é a superfície através da qual a radiação de excitação é acoplada no componente óptico (102).

6. Sistema de detecção (100, 150, 180, 200, 220, 250) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos, um componente óptico (102) é arranjado com relação à amostra e consiste de um material tendo um índice de refração tal que mais do que 50% da luminescência a ser acoplada no pelo menos, um componente óptico (102).

7. Sistema de detecção (250) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos, um detector (110) compreende um arranjo de elementos detectores (110).

8. Sistema de detecção (100, 150, 180, 200, 220, 250) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, o pelo menos, um componente óptico (102) compreende uma pluralidade de componentes ópticos, cada um da pluralidade de componentes ópticos adaptado para receber luminescência de pelo menos, uma amostra (108).

9. Sistema de detecção (100, 150, 180, 200, 220, 250) de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a mencionada pluralidade de componentes ópticos (102) é arranjada tal que a superfície de cada um dos mencionados componentes ópticos (102) é paralela a um mesmo plano e tal que os mencionados componentes ópticos (102) recebem a mencionada radiação de excitação substancialmente perpendicular ao mencionado plano.

10. Sistema de detecção (100, 250) de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o pelo menos, um mencionado elemento detector (110) compreende uma pluralidade de elementos detectores (110), a superfície de detecção deles sendo paralela a um mesmo plano e sendo em um mesmo lado dos componentes ópticos (102) que um lado no qual a radiação de excitação é recebida nos componentes ópticos (102).

11. Sistema de detecção (100, 150, 180, 200, 220, 250) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de detecção ainda mais compreende uma superfície adaptada para refletir luminescência da pelo menos, uma amostra excitada (108) acoplada no mencionado componente óptico (102) em direção ao pelo menos, um mencionado elemento detector (110).

12. Sistema de detecção (220) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda mais um refletor (220) para refletir a iluminação incidente após ela ter passado através do componente óptico, de volta no componente óptico (102).

13. Sistema de detecção (100, 150, 180, 200, 220, 250) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o mencionado sistema de detecção é um dispositivo integrado com base em tecnologias eletrônicas de grande abrangência.

14. Sistema de detecção (100, 150, 180, 200, 220, 250) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de detecção (100, 150, 180, 200, 220, 250) compreende ainda mais uma fonte de irradiação (114) para gerar radiação de excitação.

15. Método para detectar luminescência de pelo menos uma amostra, caracterizado pelo fato de compreender: - fornecer pelo menos, uma amostra (108) para uma superfície externa de pelo menos, um componente óptico (102) - criar um campo de excitação evanescente fora do pelo menos, um mencionado componente óptico (102) perto da mencionada superfície externa para excitar a pelo menos, uma amostra (108) - detectar luminescência da pelo menos, uma mencionada amostra (108) acoplada no pelo menos, um mencionado componente óptico (102) e coletada no pelo menos, um elemento detector (110) em contato direto com o mencionado componente óptico (102).

16. Método para detectar luminescência de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que coletar a mencionada luminescência no pelo menos, um elemento detector (110) compreende coletar a mencionada luminescência em uma posição adaptada à uma direção de emissão dominante de radiação da pelo menos, uma amostra (108) acoplada no componente óptico (102).