CN109791108A - 用于检测样品发出的荧光信号的装置 - Google Patents

Abstract

各实施例涉及用于评估一个或多个物质样品的荧光强度的荧光读取装置。荧光读取装置可包括用于接收其中包含对应样品的样品孔的样品支撑结构，位于样品支撑结构下方并且配置为照亮位于样品孔中的一个或多个样品的照明结构，以及位于样品支撑结构上方并且配置为检测一个或多个样品所发射的荧光的成像结构。照明结构可包括与支撑结构一起界定闭合照明腔的一个或多个反光围壁，以及位于闭合照明腔中并且配置为发射使一个或多个样品发出荧光的光的一个或多个光源。

Description

用于检测样品发出的荧光信号的装置

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年8月9日递交的、申请号为62/373,282的专利申请的优先权，该申请的内容不管如何都在此通过引用全部并入本申请。

背景技术

使用荧光标记能检测许多物质。例如，通过杂交标记探针能检测核酸。这样一种测定形式涉及通过诸如聚合酶链反应或等温扩增之类的方法扩增样品中的核酸。扩增产物能在其累积时实时检测，或者在扩增完成后作为终点通过杂交标记探针检测。

检测荧光标记需要激发光信号和用以检测发射出的光的检测装置。然而，一些标记只有在一定波长范围内的一些激发信号(例如一定颜色范围内的激发光信号)下才能检测到。例如，一些标记只有在蓝色/绿色激发信号(例如波长在495-520nm之间的)下才最容易检测到，而其他标记只有在绿色/黄色激发信号(例如波长在535-556nm之间的)下、在橙色激发信号(例如波长在576-601nm之间的)下、或者在红色/橙色激发信号(例如646-662nm的)下，才容易检测到。相应地，检测以荧光基团标记的物质的存在需要被监测样品遇到具有指定范围内波长的激发信号，不包括指定波长范围之外的光的应用。

而且，用于监测样品的荧光的系统常常配置成同时监测来自多个样品的信号，比如位于多孔样品板(例如，8孔样品板、48孔样品板、96孔样品板和/或类似物)的各孔中的多个样品。相应地，这样的多样品机构通常配置成对每个样品提供强度大体一致的对应激发信号。因此，这样的机构通常使光源距离样品很远以便使发射的激发信号能在到达各种样品之前扩散。这样，通常直接与光源对准的样品接收与位于相对于该光源成锐角的其他样品类似强度的激发信号。

当激发光能通过测量装置直接检测时，增加监测从化学或生物样品发射的光的复杂性，发射光的测量受到不利影响。相应地，检测装置通常并入有屏蔽机构，以隔离由被监测样品发出的光，妨碍检测被监测样品未吸收的激发光。

而且，用于检测物质的方法需要在指定温度下或者在指定温度间的周期进行，比如在PCR中进行。相应地，用于监测来自样品中物质的信号的机构还可并入温度控制机构，比如加热装置，散热装置和/或类似物。

由于包含各种温度控制机构、配置用于为多个被监测样品提供具有指定波长和一致强度的激发信号的光源、以及包含与光源和其他环境光二者屏蔽开的检测装置，监测系统通常需要占用较大总体积，使得通常难以在空间有限的实验室中运行。相应地，亟需一种配置成能监测多个样品的光监测机构，使机构占用的总空间最小。

发明内容

各实施例涉及用于评估一个或多个物质样品的荧光强度的荧光读取装置。在各种实施例中，荧光读取装置包括界定一个或多个样品孔接收特征的样品支撑结构，每个样品孔接收特征被配置以支撑配置为包含对应物质样品的样品孔；照明结构，该照明结构位于样品支撑结构下方并且配置为照亮位于对应样品孔中的一个或多个物质样品，照明结构包括：一个或多个围壁，其中上述一个或多个围壁和样品支撑结构共同地界定闭合照明腔，且其中上述一个或多个围壁中的至少一个包括反射面；以及位于闭合照明腔中的一个或多个光源；以及成像结构，该成像结构位于样品支撑结构上方并且配置为检测照明结构照亮的一个或多个物质样品所发射的荧光。

在各种实施例中，样品支撑结构包括配置为加热位于对应样品孔中的一个或多个物质样品的加热板。此外，加热板可包括：金属板，该金属板界定有与一个或多个样品孔接收特征中的每一个相对应的腔室，每个腔室延伸通过金属板并且具有锥形内表面，该内表面配置为对位于腔室中的样品孔的外表面形成轮廓；以及配置为向金属板传热的一个或多个加热元件。在某些实施例中，上述一个或多个加热元件为电阻加热器。

在各种实施例中，一个或多个围壁和加热板共同地界定闭合照明腔，并且，加热板界定与一个或多个样品孔接收特征中的每一个相对应的腔室，每个腔室延伸通过加热板，使得位于腔室中的样品孔的底面悬置在加热板下方并在照明腔室中。在各种实施例中，一个或多个围壁包括一个或多个侧壁和底板，一个或多个光源置于一个或多个侧壁中的至少一个中。此外，在某些实施例中，一个或多个光源包括配置为发射具有第一颜色的光的一个或多个第一光源和配置为发射具有第二颜色的光的一个或多个第二光源。此外，一个或多个第一光源可包括配置为允许具有第一颜色的光进入照明腔室中的一个或多个第一滤光器，并且，一个或多个第二光源包括配置为允许具有第二颜色的光进入照明腔室中的一个或多个第二滤光器。在各种实施例中，一个或多个光源包括发光二极管。

此外，在各种实施例中，成像结构包括：不透明盖罩，其与样品支撑结构共同形成成像腔室，其中成像腔室避免光从荧光读取装置的外部进入成像腔室；成像装置，其放置在成像腔室中并且配置为检测被照明结构照亮的一个或多个物质样品所发射的荧光。成像装置可以是电耦合器件(CCD)相机或互补金属氧化物半导体(CMOS)相机。此外，成像装置可包括一个或多个滤光器，该滤光器配置为选择性地允许一个或多个波长范围内的光由成像装置检测。在某些实施例中，成像装置包括两个或多个滤光器，滤光器配置为交替地放置在有效位置以便在位于有效位置时选择性地允许一个或多个波长范围内的光由成像装置检测。

某些实施例涉及用于评估一个或多个物质样品的荧光强度的方法。在某些实施例中，方法包括的步骤有：将样品板放置在样品支撑结构中，其中样品板界定一个或多个样品孔，每个样品孔包含物质样品在其中，样品支撑结构界定一个或多个样品孔接收特征，每个样品孔接收特征配置为支撑其中的样品孔以使得样品孔的底部悬置在样品支撑结构下方界定的照明腔室中；通过从一个或多个光源发射光进入照明腔室来照亮样品板，其中照明腔室由一个或多个反光围壁与样品支撑结构的底面包围，以及通过从位于样品支撑结构上方的成像装置捕捉图像数据来对样品板的顶部成像。

在某些实施例中，该方法另外包括用于识别由位于一个或多个样品孔中的物质样品发射的荧光的强度的步骤。此外，各种实施例包括加热一个或多个样品孔中包含的物质样品至期望温度的步骤。在某些实施例中，一个或多个光源包括配置为用于发射第一颜色的光的一个或多个第一光源和配置为用于发射第二颜色的光的一个或多个第二光源，而从一个或多个光源发射光进入照明腔室的步骤可包括发射来自第一颜色的一个或多个第一光源的光进入照明腔室。此外，在某些实施例中，一个或多个第一光源包括配置为允许第一颜色的光进入照明腔室的第一滤光器，并且，一个或多个第二光源包括配置为允许第二颜色的光进入照明腔室的第二滤光器。在这些实施例中，成像装置可与一个或多个第一滤光器和一个或多个第二滤光器关联，第一滤光器配置为允许第一颜色的光由成像装置检测，第二滤光器配置为允许第二颜色的光由成像装置检测，并且，其中对样品板的顶部成像可包括将第一滤光器放置在有效位置以允许第一颜色的光由成像装置检测。

此外，在某些实施例中，该方法可另外包括用于将图像数据的部分与一个或多个样品孔中的特定样品孔相关联的步骤；以及，至少部分地根据图像数据的部分确定由特定样品孔中的样品所发射的荧光强度。

附图说明

参考附图，这些附图不一定按比例制成，且其中：

图1示出了根据一实施例的关闭的荧光读取装置的主视图；

图2示出了根据一实施例的荧光读取装置的前剖面图；

图3示出了根据一实施例的沿剖面线A-A的荧光读取装置的侧剖视图；

图4示出了根据一实施例的加热板的俯视图；

图5示出了根据一实施例的加热板的仰视图；

图6示出了根据一实施例的样品单孔的示意图；

图7为样品孔位图的示意图，阐明了根据一实施例的光发射装置的方位；

图8为温度曲线图，阐明了一段时间加热板上各种位置的测量出的温度；以及

图9为温度曲线图，阐明了一段时间加热板上各种位置的测量出的温度。

具体实施方式

下面参照附图详细描述本发明，其中示出了本发明的部分实施例，但不是全部实施例。诚然，本发明能以许多不同形式体现，并不应限制于这里的实施例。其实，提供这些实施例是为了使本发明满足实用性要求。同样的附图标记自始至终指的是同样的元件。

各种实施例涉及一种用于测定化学和/或生物物质样品的荧光强度的荧光读取装置。物质样品指的是已知或疑似含有物质的样品(例如生物的、临床化学的)，将分析该物质的存在和/或该物质的量，若有的话。荧光读取装置包括样品支撑结构，该样品支撑结构配置成支撑荧光读取装置中的一个或多个样品孔(例如96孔样品板的样品孔)。该样品支撑结构界定有延伸贯穿的一个或多个样品孔接收特征，每个样品孔接收特征配置成其中接收样品孔以使得样品孔的关闭的底部悬置于样品支撑结构下。在各种实施例中，该样品支撑结构可包括加热板，加热板包括导电板(例如铝板)，该导电板界定对应上述一个或多个样品孔接收特征的一个或多个开口，还可包括配置成选择性地加热导电板的加热机构(例如，一个或多个电阻加热器)。加热板可配置成遵循用于一种或多种物质样品的加热方案，比如包括根据加热方案在预定温度下在到达稳定状态之间具有最小过渡周期的一个或多个高温和低温时间段的加热方案。

该样品支撑结构可设置于照明结构和成像结构之间的荧光读取装置中。例如，该样品支撑结构可设置于照明结构之上和成像结构之下，从而隔开照明结构和成像结构。

该照明结构可配置成对悬置于样品支撑结构下的一个或多个样品孔的部分提供激发光信号。例如，该照明结构可包括其中具有多个反射面的反射箱。而且，一个或多个光源(例如发光二极管(“LEDs”))可设置于反射箱的一个或多个侧壁中。上述一个或多个光源可与配置成允许指定波长内的光进入反射箱的对应滤光器设置在一起。在运行中，光源发射光通过滤光器并且进入反射箱，以使得具有预定波长的光束通过反射箱反射并且最终进入悬置于样品支撑结构下(并且因此悬置于反射箱中)的样品孔中。样品孔中的化学和/或生物物质样品从而接收由光源发射出的激发信号，从而物质样品发出荧光以使得成像结构能检测发出的荧光。

该成像结构与照明结构可设置于样品支撑结构的相反方向，并且该成像结构与照明结构分隔开，从而，除非通过样品孔，没有杂散激发信号(光)能通过成像结构检测到。在各种实施例中，成像结构包括摄影照相机(例如CMOS芯片和/或CCD芯片)，该摄影照相机配置用于捕捉上述一个或多个样品孔的图像以便检测由位于上述一个或多个样品孔中的物质样品发出的荧光的波长和/或强度。

该荧光读取装置可选择地能密封以避免荧光读取装置外部的环境光进入荧光读取装置内部(例如成像结构和/或照明结构)。

荧光读取装置

图1-3阐述了根据各种实施例的示例荧光读取装置。在阐述的图1-3的实施例中，荧光读取装置1体现为一装置，该装置包括共同界定样品内部并且配置成防止和/或避免光进入样品内部的基部2和盖罩3。如图1-3所示，该装置可另外包括围绕荧光读取装置1的一个或多个部件的壳体4。

正如这里将详细介绍的，该装置同样防止和/或避免光逃离样品内部。在各种实施例中，界定了荧光读取装置的外部尺寸的该装置的体积可为至少约1立方英尺，并且长、宽、高均小于14英尺。仅作为一个非限制性示例，该装置的高至少约12.5"，宽至少约9.25"，深至少约11.25"。

在各种实施例中，荧光读取装置1的外部可具有包括一个或多个侧壁、顶面和/或底面的一个或多个外表面。这一个或多个外表面中的每个可包括不透明刚性材料，比如木材、金属、塑料和/或类似物。

而且，如图1-3所示，荧光读取装置1可配置成被选择性地打开，例如，从而能进入样品内部在荧光读取装置1中放置物质样品(例如样品板)，从而对位于荧光读取装置1的内部中的一个或多个部件进行维护，和/或类似的。相应地，荧光读取装置1的盖罩3可相对于基部2在关闭配置和打开配置之间移动。例如，通过能使盖罩3相对于基部2移动的打开机构，盖罩3可相对于基部2、壳体4和/或类似部固定。例如，打开机构可体现为一个或多个铰接部，界定了泡壳(clam-shell)打开机构，使盖罩3能在关闭配置和打开配置之间转动。作为另一示范实施例，打开机构可定义为配置成使盖罩3能背离基部2抬升于关闭配置和打开配置之间(如图1-3的实施例所示)的一个或多个线性致动器(例如液压和/或气动致动器、电子螺线管和/或类似物)。仅作为一个额外的非限制性示范实施例，该打开机构可包括配置成使盖罩3能滑动于打开配置和关闭配置之间的一个或多个滑轨。

正如这里将详细介绍的，盖罩3可配置成接合插入荧光读取装置1中的样品板的至少一部分，从而施加力以便确保样品板在荧光读取装置1中保持于期望配置。例如，盖罩3可配置成在盖罩3从打开配置移动到关闭配置时接合样品板的顶面。盖罩3移动到关闭配置时，盖罩3的至少一部分(例如板接合特征31)可将样品板压入到样品支撑结构100中(正如这里将详细介绍的)，以便使样品板和样品支撑结构100的至少一部分(例如加热板150)之间表面接触最大。作为具体示例，各种样品孔的外表面可压住加热板150的对应部分，以便有助于加热板150和各种样品孔之间的热传导。荧光读取装置1的盖罩3(例如板接合特征31)可配置成维持在关闭配置时将样品板压入到样品支撑结构中的力。

在各种实施例中，荧光读取装置1可具有包括一个或多个用户界面的一个或多个控制器(未示出)，该用户界面包括输出机构(例如LCD显示器)和/或输入机构(例如触摸屏显示器、按键、刻度盘、开关和/或类似物)。在各种实施例中，用户界面配置成使用户能提供表明荧光读取装置1的期望运行条件的用户输入和/或提供表明荧光读取装置1的当前的、历史的和/或预测未来的状态的输出数据。在各种实施例中，荧光读取装置1可配置成与外部计算实体(例如台式计算机、便携式计算机、平板计算设备、手持计算设备(智能手机)和/或类似物)有线和/或无线电子通讯。相应地，荧光读取装置可配置成对外部计算实体提供输出数据。而且，在某些实施例中，荧光读取装置1可配置成从外部计算实体接收输入，例如，来界定荧光读取装置1的一个或多个期望运行条件。

正如以下将详细介绍的，荧光读取装置1可配置成加热置于其中的一个或多个物质样品和/或应用具有指定特性(例如波长、强度或类似的)的激发光。相应地，用户界面可配置成使用户能选择荧光读取装置1的一个或多个运行特性。

样品支撑结构

如图2-3所示，荧光读取装置1包括样品支撑结构100，该样品支撑结构100设置于样品内部中并且配置成支撑一个或多个样品孔，如图6所示。在各种实施例中，样品支撑结构100可被配置以支撑刚性样品板(例如96孔样品板)中的一个或多个样品孔。

简单地参见图7，其阐示了位于样品支撑结构中的样品孔的示意图，样品板1000可包括刚性材料，例如塑料材料。而且，在各种实施例中，样品板1000可为至少大体上清楚的，以使得通过样品板1000的光在通过样品板时不会被过滤、发生偏振和/或类似情况。在各种实施例中，样品板1000可界定顶部，该顶部包括其中界定有多个样品孔1010的、至少大体上平坦的支撑表面1001。多个样品孔150的每一个可具有打开的顶端(例如至少大体上与支撑表面1001的顶面成平面)，并且可向下延伸并离开支撑表面1001。在各种实施例中，样品孔1010可包括延伸离开打开的顶端的圆柱部1011。样品孔可各自界定延伸离开圆柱部1011的至少大体上呈锥形的下部1012和圆形底部尖端1013。在各种实施例中，锥形下部1013的(垂直于支撑表面测量的)总长度至少约10mm。而且，在各种实施例中，样品孔1010(例如圆柱部1011、锥形部1012和/或圆形底部尖端1013)的壁的壁厚度至少约0.5mm。每个样品孔1010可至少大体上间隔均匀地分布于样品板1000的支撑表面1001的表面。

再次参见图2-3，样品支撑结构100可界定一个或多个样品孔接收特征110，每个样品孔接收特征配置成接收嵌入其中的样品孔1010。在各种实施例中，样品孔接收特征110可彼此间隔开以便容纳样品板100(例如刚性样品板)，该样品板100具有多个样品孔1010界定于其中。仅作为一个非限制性示例，样品支撑结构110可界定96样品孔接收特征，该96样品孔接收特征间隔开以便接收96孔样品板(例如96孔微量滴定板)。在各种实施例中，样品孔接收特征110可等间隔地分布于样品支撑结构100。

在各种实施例中，各个样品孔接收特征110可配置成接收其中(例如在样品孔1010的圆柱部1011)外径约6mm的样品孔1010。相应地，样品孔接收特征110的内径约6mm。在图2-3阐示的实施例中，样品支撑结构包括上对正板111和下加热板150。在这样的实施例中，样品孔接收特征100由延伸通过上对正板111并且与延伸通过下加热板150的对应开口对准的开口来界定(如图4-5所示)。而且，上对正板111的开口可配置成容纳插入其中的样品孔1010的圆柱部1011，并且相应地上对正板111的开口可界定圆柱形内表面。下加热板150的开口可配置成容纳样品孔1010的锥形部1012。相应地下加热板150的开口可逐渐变小，具有成角度的内表面，该成角度的内表面配置成符合样品孔1010的锥形下部1012的成角度的表面。正如这里描述的，下加热板150的逐渐变小的开口可配置成接合插入其中的样品孔1010的外表面。在各种实施例中，荧光读取装置1的一部分(例如盖罩3的板接合特征31)可配置成使样品板1000的顶部1001压住样品支撑结构100的一部分(例如压住上对正板111和/或下加热板150)，从而使样品孔1010的外表面压住加热板150的对应的逐渐变小的开口的内壁，从而有助于加热板150和样品孔1010之间的热传导。

在图2-3阐示的实施例中，上对正板111的上表面和下加热板150的上表面之间的距离可对应于样品孔1010的圆柱部1011的长度。例如，上对正板111的上表面和下加热板150的上表面之间的距离可为至少约10mm。

而且，在图2-3阐示的实施例中，样品支撑结构100被配置以使得样品孔1010的一部分延伸于加热板150的底面下，以使得样品孔1010的下部悬置于荧光读取装置的照明结构200中(正如以下将详细介绍的)。在各种实施例中，(在上表面和下表面之间测量的)下加热板150的厚度至少约3mm。在这样的实施例中，每个样品孔1010的至少约6-7mm延伸于加热板150的底面下。

在各种实施例中，上对正板111可包括刚性材料，比如塑料材料或金属材料。上对正板111可与下加热板150间隔开一定距离，例如，以便在下加热板150和上对正板111之间提供隔热。在各种实施例中，上对正板111可通过一个或多个绝缘间隔部相对于下加热板150固定。在各种实施例中，上对正板111的厚度可为约3mm。而且，在某些实施例中，上对正板111可界定具有配置成传导热至一个或多个样品孔1010的多个加热元件(正如这里描述的)的上加热板。相应地，在各种实施例中，上对正板的构造可类似于相对于下加热板150在这里描述的构造。

下加热板150可包括导电材料，比如金属。仅作为一个非限制性示例，下加热板150可包括铝。正如以下将详细介绍的，下加热板150的(例如以下详细介绍的形成照明结构200的顶面的)底面被抛光以具有反射性表面。而且，如图2-4所示，下加热板150可包括置于靠近加热板150的外周长一个或多个加热元件151(例如电阻加热器)。在各种实施例中，加热元件151可串联连接，以使得每个加热元件151的电流一致。这一个或多个加热元件151可置于加热板150的上表面上。仅作为一个非限制性配置，加热板150可包括靠近加热板150的每个拐角的两个0.75欧姆电阻器和沿加热板150的周长的每个边间隔开的十二个0.5欧姆电阻器以提供总共二十个电阻加热器151。在各种实施例中，加热元件151可配置成提供传导热至加热板150以使加热板150的温度升高，从而对置于其中的一个或多个样品孔1010施加热。在各种实施例中，一个或多个加热元件151可相对于热连接加热元件151和加热板150的散热装置152固定。相应地，由加热元件151产生的热通过对应散热装置152导向加热板150。由于加热板150的开口配置成符合样品孔1010的表面，热从加热板150直接导向样品孔1010，例如通过热传导进行。在各种实施例中，至少部分热可通过辐射和/或热传导从加热板150传递到样品孔1010。

而且，如图5所示，加热板150包括设置于加热板150的表面上的一个或多个温度传感器153(例如热敏电阻、热电偶和/或类似物)。如图5所示，这一个或多个温度传感器153置于靠近加热板150的中心点，与加热元件151隔开。相应地，这一个或多个温度传感器153可被配置以确定加热板150的中心部何时达到期望温度。

在各种实施例中，上述一个或多个加热元件151和/或上述一个或多个温度传感器153可与上述一个或多个控制器通信，以使得控制器能配置成选择性地启用和/或停用一个或多个加热元件以便调节加热板150的温度。相应地，加热板150可被配置以根据加热方案(例如通过用户输入至用户界面而定义的和/或从外部计算实体提供的)对置于各样品孔1010中的物质样品施加热。

在各种实施例中，加热板150可被配置以达到并在一段期望时间段维持加热板150的期望温度。作为非限制性示例，加热板150可被配置以达到并在约2-20分钟之间选择的预定时间段中维持约85-97摄氏度之间的稳态温度；加热板150可被配置以达到并在约40-120分钟之间选择的预定时间段中维持约40-75摄氏度之间的稳态温度；和/或加热板150可被配置以达到并在约3-15分钟之间选择的预定时间段中维持约75-90摄氏度之间的稳态温度。正如这里详细描述的，控制器可被配置以提供允许用户选择预定温度曲线的交互式用户界面。例如，控制器可被配置以接收选择多个可选温度曲线中的一个的用户输入。每个可选温度曲线可通过用户界面提供给用户，并且每个可选温度曲线可包括用于进一步细化温度曲线的一个或多个选项。仅作为一个非限制性示例，可选温度曲线可包括变性温度曲线、扩增温度曲线以及杀死温度曲线。在选择多个可选温度曲线中的一个时，用户能输入对应于温度曲线的在温度范围内的期望温度和对应于温度曲线的在时限范围内的期望时间段。参考上述示例，变性温度曲线使用户能选择温度在约85-97摄氏度之间并选择时限在约2-20分钟之间；扩增温度曲线使用户能选择温度在约40-75摄氏度之间并选择时限在约40-120分钟之间；以及杀死温度曲线使用户能选择温度在约75-90摄氏度之间并选择时限在约3-15分钟之间。在各种实施例中，在选择期望温度曲线、温度和/或时限时，加热板150可被配置以达到期望温度并在期望时限中在期望温度维持稳态于确定的可接受的温度容限中(例如在+/-1摄氏度内，整个时限中在0.3摄氏度标准偏差内，和/或类似的)。

物质

能由本发明的检测装置检测的物质(分析物)包括，例如，纯化学品，化学混合物，细胞，细胞提取物或组织，生物制剂，如核酸，酶，抗体和其他蛋白质。

物质或者更典型地结合到物质的荧光基团吸收并发射不同波长的光结果产生荧光。荧光基团能直接附着于物质或能间接附着比如结合至物质的部分。物质也可通过竞争形式检测，其中物质为了跟已知量的与该物质结合相同部分的分子结合而竞争。核酸是优选类物质。优选的检测形式涉及扩增核酸物质并通过与用荧光基团标记的寡核苷酸探针杂交来标记物质。一些示例荧光基团有：FAM^TM、TET^TM、JOE^TM、HEX^TM、NED^TM、TAMRA^TM、TET^TM以及Texas

物质检测可以是定性的(确定物质存在或不存在)或者是定量的(确定物质的存在和量)。如果检测到物质的量，该量可以是绝对的(以摩尔或摩尔浓度测量)或者是相对于其他物质的或者是控制的。

多种物质以及阳性和/或阴性对照能与多物质容器并行分析指的是能包含至少两种物质的连续容器使得它们能并行地而又分开地储存和操作。多物质容器的标准形式包括6孔、24孔、96孔、384孔、1536孔。在示例96孔形式中每个孔的体积为约300-400μL，工作体积为约75-200μL。体积通常与孔的数量成反比，典型地对于每个孔在1nL和10mL之间的范围内，尽管其他尺寸也可考虑。除了别的以外，示例孔可具有平坦底部、圆底部或V形底部等。

物质可在各种样品中检测，包括体液，比如血浆，血清，全血，尿液，唾液，脑脊髓液和精液，细胞，细胞裂解物和组织。在尝试检测到物质前，样品可能会或可能不会被待分析物质纯化。

扩增方法

如上所述，优选检测方法涉及在扩增时或扩增后检测物质核酸。扩增指的是通过模板引导的引物延伸(靶扩增)或通过用于定性/定量测量(信号放大)或两者的扩增检测信号来产生靶核酸的全部或部分的一个或多个额外拷贝。扩增能在温度循环或等温条件或结合下进行。扩增可以是线性扩增或指数扩增。

许多众所周知的核酸靶扩增方法需要热循环以交替地使双链核酸变性并使引物杂交；然而，众所周知的其他核酸扩增方法是等温的。聚合酶链反应通常指的是PCR(穆里斯，1987年，美国专利号4,683,202；佐伯等，1985年，《科学(纽约)》，230(4732)，1350-1354)，使用多个循环的变性，引物对与相反链的退火，以及引物延伸以指数地增加靶序列的拷贝数量。在称为RT-PCR的变体中，逆转录酶(RT)用于从mRNA制备互补DNA(cDNA)，接着cDNA通过PCR扩增以产生DNA的多个拷贝(盖尔芬德等，《以耐热DNA聚合酶进行逆转录--高温逆转录》(盖尔芬德，1994年，美国专利号5,322,770；盖尔芬德和迈尔斯，1994年美国专利号5,310,652)。另一种扩增核酸方法称为LCR方法(连接酶链式反应，拉夫勒，卡西诺，和马歇尔，1993年，《生物学年鉴》，51(9)，821-826)。LCR(拉夫勒等，1993年，《生物学年鉴》，51(9)，821-826)是基于两个相邻探针与靶序列杂交并通过连接酶彼此连接的反应。在不存在靶核苷酸序列的情况下两个探针不能连接，因此连接产物的存在表示了靶核苷酸序列。LCR方法还需要控制温度以从模板中分离互补链。另一种方法链替代扩增(乔治·T·沃克，李特和纳多，1993年，美国专利号5,270,184；乔治·T·沃克，1995年，美国专利号5,455,166；G·T·沃克等，1992年，《核酸研究》，20(7)，1691-1696，1992，《美国国家科学院院刊》，89(1),392-396)通常称为SDA，使用引物序列与靶序列的相反链的退火对循环，在存在dNTP的情况下引物延伸以产生双链半硫代化引物延伸产物，半修饰限制性内切酶识别位点的内切酶介导切口和聚合酶介导引物从切口的3'末端延伸以置换现有链并产生用于下一轮引物退火、切口和链置换的链，导致产物几何扩增。嗜热SDA(tSDA)在大体上相同的方法中在较高温度下使用嗜热内切酶和聚合酶(弗雷泽，斯帕戈，凡，沃克和莱特，2002年，欧洲专利EP0684 315)。其它扩增方法包括：核酸序列依赖性扩增法(康普顿，1991年，《自然》，350(6313)，91-92，马利克，戴维，亨德森和索诺克南，1992年)通常称为NASBA；使用RNA复制酶扩增探针分子本身的方法(李查蒂，格拉，洛麦利，塔西露娜和拉塞尔·克莱默，1988年，《自然生物技术》，6(10),1197-1202)通常称为Qβ复制酶；一种基于转录的扩增方法(郭等，1989年，《美国国家科学院院刊》，86(4)，1173-1177)；自我持续序列复制(3SR)(古阿特丽等，1990年，《美国国家科学院院刊》，87(5)，1874-1878；兰格伦(1993)《遗传学趋势》9，199-202；以及李，H.等，《核酸扩增技术》(1997))；以及转录介导扩增(郭等，1989年，《美国国家科学院院刊》，86(4)，1173-1177；卡西安和富尔茨，1995年，美国专利号5,480,784；卡西安和富尔茨，1996年，美国专利号5,399,491)通常称为TMA。为进一步描述已知的扩增方法，参见珀欣，大卫H.，1993年，诊断医学微生物学：原理与应用(珀欣等，Eds.)的《体外核酸扩增技术》，第51-87页(美国微生物学会，华盛顿)。根据本发明适用的其它阐述性扩增方法还包括滚环扩增(RCA)(凡尔和徐，1995年，《美国国家科学院院刊》,92(10)，4641-4645；李查蒂，1998年，美国专利号5,854,033)；使用切割剂进行核酸扩增(范内斯，格拉斯和范内斯，2006年，美国专利号7,112,423)，切割和延伸扩增反应(NEAR)(梅普尔斯等，2009年，US 2009-0017453 A1)；解链酶扩增技术(HDA)(康，文森特和徐，2004年，US 2004-0058378 A1；康，文森特和徐，2007年，美国专利US2007/0254304A1)；以及环介导等温扩增法(LAMP)(纳富和哈泽，2002年，美国专利号6,410,278)，以及四引物扩增(《分析家》，2014年，139，1644-1652)。指数扩增反应(PNAS，2003年4月15日，100，4504-4509)。交叉引物扩增(Sci Rep.2012；2:246)。SMAP扩增(自然方法，2007年4月；4(3)：257-62)。多重置换扩增(MDA，《美国国家科学院院刊》，2005年，102(48)：17332-6.)。重组酶聚合酶扩增(《临床病毒学杂志》，54(4)：308-12)。单引物等温扩增(SPIA)(《临床化学》，2005年，卷51，第10，1973-1981)。

扩增的另个方面是信号放大。当有足够量的待检测核酸时，直接检测序列是有利的，不用制备目标的更多拷贝(例如，如在PCR和LCR中)。直接检测的传统方法包括RNA印迹法和DNA印迹法，并且，核糖核酸酶保护测定通常需要使用放射性并且不能改为自动的。其它技术试图避免使用放射性和/或改进自动形式的敏感度。循环探针反应(CPR)(达克，阿尔瓦拉多·厄比纳，伯迪克和科利尔，1990b，《生物技术》，9(2)，142-148)使用中心部分由RNA构成而两末端由DNA构成的长嵌合寡核苷酸。探针与靶DNA杂交并暴露于热稳定的RNA酶H导致RNA部分被酶切。这使双链的剩余DNA部分不稳定，从靶DNA释放探针的剩余部分并允许另一探针分子重复该过程。由1987年《基因》乌尔代亚等61(3)，253-264描述的分支DNA(bDNA)涉及具有支链结构的寡核苷酸，其允许每个单独的寡核苷酸携带35至40个标记(例如碱性磷酸酶)。虽然这增强了来自杂交事件的信号，但来自非特异性结合的信号同样也增强。其他信号放大包括：核酸的侵入性切割(普鲁特，霍尔，利亚米切夫，布劳和达尔伯格，2006年，美国专利号7,011,944)；杂交链式反应(HCR)(R·M·迪克斯·皮尔斯，2004年，《美国国家科学院院刊》，101(43)，15275-15278，R·迪克斯和皮尔斯，2012年，美国专利号8,105,778)和基于G脱氧核酶的比色检测。CHA扩增(J·Am·Chem，Soc.，2013年，135(20)，pp7430-7433)。SMART信号放大(《生物技术》，2002年3月；32(3)：604-6，608-11)。

扩增产物可被定性(也就是阳性对照信号)或定量(关于使扩增产物出现的物质的绝对或相对量的信号强度)检测。检测可包括但不需要进一步分析，比如扩增产物的序列。本发明提供的方法也可包括直接检测捕捉反应产物或扩增反应产物中的具体核酸，例如具体靶扩增子或扩增子组。相应地，本发明的混合物可包含特定探针组，包括TAQMAN^TM，其使用含可检测的报告基团和淬灭基团的可水解探针，其可通过具有5'->3'外切酶活性的DNA聚合酶释放(利瓦克，弗洛德和马尔马拉，1996年，美国专利号5,538,848)；分子信标使用在相对末端具有报告基团和淬灭基团的发夹探针(塔亚吉，克雷默和李查蒂，1999年，美国专利号5,925,517)。荧光共振能量转移(FRET)引物，分别使用具有荧光供体和受体基团的一对相邻引物(威特沃，尤里和拉斯马森，2001年，美国专利号6,174,670)；以及LIGHTUP^TM，其为只在结合目标时才发荧光的单个短探针(库比斯塔和斯万维克，2001年，美国专利号6,329,144)。类似地，SCORPION^TM(惠特科姆，泰克，吉普森和李特，2001年，美国专利号6,326,145)和SIMPLEPROBES^TM(威特沃等，2003年，美国专利号6,635,427)使用单独报告/染料探针。如上述参考专利中描述的，可根据使用的具体检测模态设计扩增子检测探针。

术语“多重扩增”指的是一种以上目标核酸的扩增。例如，其可指来自相同样品的多序列的扩增或样品中几个序列之一的扩增，如在例如乔治·T·沃克，纳多和李特，1995年，美国专利号5,422,252中和乔治·T·沃克，纳多，斯皮尔斯等，1995年，美国专利号5,470,723中描述的，提供了多链置换扩增的示例。该术语还指多个样品中存在的一种或多种序列同时或者以逐步的方式扩增。

实时扩增指的是在反应进行时监测反应产物(即扩增子)的量的扩增反应。实时扩增的形式的不同主要在于用于监测反应产物的检测机制。检测方法在麦基，雅顿和尼切，2002年，《核酸研究》，30(6)，1292-1305中介绍，其通过引用并入本文。终点扩增指的是扩增完成后检测产物。

照明结构

在各种实施例中，荧光读取装置1包括照明结构200，该照明结构200配置成对一个或多个物质样品提供激发信号(例如光信号)，上述一个或多个物质样品设置于位于样品支撑结构100中的对应样品孔1010中。在图2-3描述的实施例中，照明结构200位于样品支撑结构100下方(例如在荧光读取装置1的基部2中)，并且界定于内顶面(例如加热板150的底面)和一个或多个围壁201(例如一个或多个内侧壁和内底面)之间。正如这里描述的，由样品支撑结构支撑的一个或多个样品孔1010悬置于照明结构的内顶面下，以使得一个或多个样品孔1010至少部分位于照明结构200中。而且，在各种实施例中，内侧壁的高可约为2英寸。

在各种实施例中，照明结构200为闭合部，其配置以避免和/或阻止光逃离照明结构200，除非通过加热板150中的一个或多个样品孔接收特征110(界定照明结构200的内顶面)。相应地，光仅可通过悬置于照明结构200中的一个或多个样品孔1010逃离照明结构200。

在各种实施例中，照明结构200可包括由一个或多个围壁201和内顶面界定的闭合照明腔220。围壁201和/或内顶面可为反射性的，举个例子，以便使发射进入闭合照明腔220的光的吸收最少。例如，内侧壁中的一个或多个，内底面，和/或内顶面可包括镜子(例如镜面玻璃)，抛光金属(例如抛光铝)，和/或类似物。仅作为一个示例实施例，加热板150的底面(界定照明结构200的内顶面)可包括抛光铝，一个或多个内侧壁和内底面可包括镜面玻璃。相应地，照明结构200中出现的光可配置成被反射通过闭合照明腔220并仅被悬置于闭合照明腔220中的一个或多个样品孔1010吸收。而且，由于闭合照明腔220的内侧壁，内底面，和/或内顶面是反射性的，闭合照明腔220的内部中发射的光分散于其中，使得在闭合照明腔220中悬置于各样品孔1010的物质样品接收至少大体上等量的光(例如大体上相等光强度)。

而且，在图2-3描述的实施例中，照明结构200包括配置成在照明结构200中提供光的一个或多个光源230。仅作为一个非限制性示例，多个光源200可置于闭合照明腔220的一个或多个侧壁中。例如，一个或多个内侧壁的分组(例如两相对并且平行的侧壁)可各界定延伸贯穿的多个孔洞(例如16个)。光源230(例如包括光发射器和/或滤光器)可置于侧壁后，在闭合照明腔220的内部外，并且与延伸穿过侧壁的对应孔洞对准。在图2描述的实施例中，多个光源230置于位于照明结构200的相对侧上的平行的侧壁中(例如后面)。

在各种实施例中，包括一个或多个光源230的侧壁可置于距离与样品孔接收特征中最近的行相切的平面超过1英寸，使得光源230距离最近的样品孔1010一距离。而且，延伸穿过侧壁以使光能通过闭合照明腔220的孔洞可为平行的，并且，在样品孔1010置于荧光读取装置1中时在样品孔1010的最底端所在的平面的下方位于隔开一距离(例如至少一英寸)的平面中。而且，光源230可沿对应侧壁分开间隔一预定距离(例如中心到中心分开4mm)。

在各种实施例中，一个或多个光源230中的每个可包括光发射器231，比如消耗小于1瓦特功率(例如小于100毫瓦特和/或至少约60毫瓦特)的发光二极管(LED)。在光发射器231为低功耗光发射器(例如LEDs)的实施例中，照明结构200不需要包括一个或多个散热机构以重新导向由光发射器231发射的热。而且，LEDs的初始化时间短，并且可快速(例如小于1秒)达到稳态发射光色，从而实现激活和停用这一个或多个光发射器231的快速循环时间。

在各种实施例中，光发射器231可配置以发射光锥，例如，具有30度锥角的光锥，通过照明结构200的侧壁中的各孔洞进入闭合照明腔220的内部。在各种实施例中，照明结构200可包括配置以发射特定光颜色的光(例如特定波长范围内的光)的光发射器231。在各种实施例中，照明结构200可包括配置以发射各颜色光的光发射器231。例如，在各种实施例中，照明结构200可包括一个或多个红光发射器231(例如红色LEDs)，一个或多个绿光发射器231(例如绿色LEDs)，一个或多个蓝光发射器231(例如蓝色LEDs)，一个或多个黄光发射器231(例如黄色LEDs)。在各种实施例中，照明结构200可包括多个每种彩色光发射器231。简单地参见图7，其描述了示出各种光发射器231相对于各种样品孔1010的布局位置的相对布置的示意图，光发射器231可设置为沿侧壁交替地排列以使得光发射器231的颜色沿侧壁的长度交错。而且，如图7所示，设置于第一侧壁上的光发射器231可设置成以与设置于位于与第一侧壁相对的第二侧壁上的光发射器231相反的顺序设置。例如，对于光发射器沿第一侧壁(1)布置为红色LED、(2)绿色LED、(3)蓝色LED、(4)黄色LED的，光发射器沿与第一侧壁相对的第二侧壁布置为(1)黄色LED、(2)蓝色LED、(3)绿色LED、(4)红色LED。相应地，第一侧壁的红色LED可与第二侧壁的黄色LED对齐，第一侧壁的绿色LED可与第二侧壁的蓝色LED对齐，第一侧壁的蓝色LED可与第二侧壁的绿色LED对齐，第一侧壁的黄色LED可与第二侧壁的红色LED对齐。

仅作为一个非限制性示例，照明结构200可包括每组8个4组总共32个光发射器231，这些光发射器231配置成发射对应颜色光。

在各种实施例中，前述一个或多个光源230可包括各滤光器232，使得每个光发射器231可配置成发射光通过各滤光器232。每个滤光器232可配置成使狭窄波长范围内的光能进入闭合照明腔220的内部。在各种实施例中，滤光器232可界定各种狭窄波长窗口，上述各种狭窄波长窗口允许波长在其中一个波长窗口中的光通过。相应地，单个过滤材料可配置以允许第一波长范围内的光通过(例如红光)并且允许第二波长范围内的光通过(例如绿光)。

滤光器232可相对于各种光发射器布置，使得滤光器232对应于特定光发射器231，使得光发射器231发射的大部分光得以通过对应的滤光器232。例如，红光滤光器232配置红色LED，蓝光滤光器232配置蓝色LED，绿光滤光器232配置绿色LED，和/或黄光滤光器232配置黄光滤光器。在各种实施例中，每个滤光器232配置成允许窄带光(例如波长在约20-30nm宽的波长范围内的)通过，并且相应地，可避免特定光发射器231发射的部分光通过滤光器232。

作为具体的非限制性示例构造，红色LEDs可设置以发射光通过配置成允许红色和绿色光通过的第一过滤材料；绿色LEDs可设置以发射光通过第一过滤材料；蓝色LEDs可设置以发射光通过配置成允许蓝色和黄色光通过的第二过滤材料；以及黄色LEDs可设置以发射光通过第二过滤材料。相应地，设置有第一过滤材料的红色LEDs可配置成允许波长在约646-662nm之间的Cy5光进入照明结构，设置有第一过滤材料的绿色LEDs可配置成允许波长在约535-556nm之间的HEX光进入照明结构，设置有第二过滤材料的蓝色LEDs可配置成允许波长在约495-520nm之间的FAM光进入闭合照明腔220，以及设置有第二过滤材料的黄色LEDs可配置成允许波长在约576-601nm之间的ROX光进入闭合照明腔220。然而，应该理解该构造仅仅是示范性的，任意构造可配置成允许各种波长范围的光进入闭合照明腔220。

而且，在各种实施例中，各种光发射器231可配置成交替地照明(并且提供光到闭合照明腔220中)，使得在特定时间只有特定波长范围的光进入闭合照明腔220。光发射器231，和控制器一起，可配置成循环通过出现在闭合照明腔220的内部的各种颜色光，例如，以便在各种颜色光下监测位于样品孔1010中的物质样品的荧光。

在各种实施例中，一个或多个光源230可与控制器电子通信，控制器配置成选择性地照明光源230(例如通过传输电信号至光源230)，以便为位于荧光读取装置1中的一个或多个物质样品提供期望颜色(波长)激发光。例如，控制器可配置为，在预定时段(例如15秒)选择性照明每种颜色(波长)光源230，然后切换成在预定时段照明一不同的颜色光源230。相应地，控制器可配置成选择性循环照明各种颜色光源230，使得每种颜色光源在预定时间段的周期中照明。在某些实施例中，控制器可配置成同时照明多种光源颜色(例如所有光源230)，从而借由白光和/或包括各种颜色(波长)的光同时照明一个或多个物质样品。相应地，正如这里详细描述的，成像结构300可配置成在这一个或多个物质样品暴露于每种颜色(波长)激发光时捕捉这一个或多个物质样品的图像数据。

成像结构

如图3所示，荧光读取装置1可另外包括成像结构300，成像结构300配置成监测位于各样品孔1010中的各种物质样品发出的荧光。在图3阐述的实施例中，成像结构300置于样品支撑结构100上方，在样品支撑结构100的与照明结构200相反的一侧。在各种实施例中，成像结构可设置于荧光读取装置1的壳体4的内部，使得成像结构300不会暴露于在荧光读取装置1之外产生的光。而且，如图3所示，成像结构300可设置于不透明盖罩3上方，盖罩可具有打开的顶端以允许从样品支撑结构100，通过不透明盖罩3，通过壳体4的一部分，并且通过一个或多个成像装置310接收。而且，在图3阐述的实施例中，成像结构300可包括反射构件305，该反射构件305配置成将光从样品支撑结构100重新导向到成像装置310。相应地，成像装置不需要置于与样品支撑结构100直接对准以便接收从位于各样品孔1010中的物质样品发射的荧光。

而且，成像结构300可与照明结构200隔开，使得光不能从照明结构200到成像结构300，除非通过界定于样品支撑结构100中的一个或多个样品孔接收特征(并因此通过样品孔1010和其中包含的物质样品)。相应地，至少基本上由成像结构检测的所有光可定向为来自和/或通过位于样品支撑结构100支撑的样品孔1010中的一个或多个物质样品。

正如这里描述的，荧光读取装置1的盖罩3可配置成能相对于基部2移动以允许进入荧光读取装置1的内部。在各种实施例中，成像结构300可相对于盖部分固定并且相应地可配置成随着盖部分移动而移动。然而，如上所述，成像结构可相对于壳体4固定，使得盖罩3在关闭配置和打开配置之间移动时，盖罩3相对于基部2和成像结构300两者移动。

成像结构300可包括配置成周期性地和/或连续地捕捉图像数据的一个或多个成像装置310。例如，各成像装置310可界定为互补金属氧化物半导体(CMOS)芯片(相机)，电荷耦合装置(CCD)芯片(相机)，和/或类似物。这一个或多个成像装置310可配置成产生表示检测到的光的位置、检测到的光的强度、检测到的光的颜色(波长)和/或类似内容的图像数据。相应地，图像数据可包括图片、视频和/或类似的。在各种实施例中，这一个或多个成像装置310可共同界定与这一个或多个成像装置310关联的视场(FOV)。这一个或多个成像装置310的FOV可界定一区域，这一个或多个成像装置310被配置以在该区域捕捉图像数据。在各种实施例中，成像结构300可配置成使得包括的一个或多个成像装置310的结合的FOV至少围绕样品支撑结构100中的所有样品孔接收特征111。相应地，这一个或多个成像装置310可配置以捕捉对应于荧光读取装置1中支撑的所有样品孔1010(以及对应的物质样品)的图像数据。

在各种实施例中，成像结构300可另外包括一个或多个滤光器315，类似于上面关于照明结构200的描述的那些。滤光器315可配置成允许预定波长范围的光通过。在各种实施例中，这一个或多个滤光器315可置于上述一个或多个成像装置310的FOV中的有效位置，在样品支撑结构100和上述一个或多个成像装置310之间，以使得成像装置310只接收通过滤光器315的光。在各种实施例中，上述一个或多个滤光器310可包括配置以允许一个或多个预定波长范围中的光通过的第一滤光器315和配置以允许一个或多个第二预定波长范围中的光通过的第二滤光器315。例如，第一滤光器315可配置成允许蓝光和黄光通过，而第二滤光器315可配置成允许红光和绿光通过。在某些实施例中，上述一个或多个滤光器315可包括配置以允许蓝光通过的第一滤光器315，配置以允许黄光通过的第二滤光器315，配置以允许绿光通过的第三滤光器315，配置以允许红光通过的第四滤光器315。

在各种实施例中，上述一个或多个滤光器315可相对于上述一个或多个成像装置310在上述一个或多个成像装置310的FOV中的有效位置和上述一个或多个成像装置310的FOV外的无效位置之间移动。相应地，上述一个或多个滤光器315中的一个可根据将由成像装置310检测的期望波长范围的光选择性地置于上述一个或多个成像装置310的FOV中的有效位置中。例如，允许蓝光通过的滤光器315可置于上述一个或多个成像装置310和样品支撑结构100之间以便检测上述一个或多个物质样品发出的蓝色荧光。在各种实施例中，上述一个或多个滤光器315可借由被提供动力的滤光器架来移动，其配置成通过致动器(例如马达、螺线管和/或类似物)移动。在各种实施例中，该致动器可与控制器电子通信以便控制哪个滤光器315置于有效位置中而哪个滤光器315置于无效位置中。

然而，在包括多个成像装置310的各种实施例中，每个成像装置310可与配置成允许一个或多个预定波长的光通过的对应滤光器315关联。例如，第一成像装置310可与配置成允许蓝光和黄光通过的第一滤光器315关联，而第二成像装置310可与配置成允许绿光和红光通过的第二滤光器315关联。在这些实施例中，控制器可配置成选择性地启用多个成像装置310，以便与配置成允许期望颜色光通过的特定滤光器315关联的成像装置310被启用以便感应期望颜色光。

在各种实施例中，上述一个或多个成像装置310中的至少一个可置于样品板1000的正上方，对应FOV至少大体上垂直地向下朝向样品支撑结构100延伸。然而，在某些实施例中，上述一个或多个成像装置310中的至少一个可置于样品支撑结构100的上方，FOV延伸为不平行于样品支撑结构也不垂直于样品支撑结构。例如，至少一个成像装置310可置于靠近荧光读取装置1的内部的一上拐角。

在各种实施例中，成像结构300的一个或多个内表面(例如不透明盖罩3的内表面)可配置成吸收导向上来的光。例如，不透明盖罩3的内表面的发射率约为1.0。相应地，成像结构300可配置成使得一个或多个成像装置310被配置以捕捉表明位于各样品孔1010的一个或多个物质样品的荧光的成像数据，不用检测从成像结构300的内表面反射的明显光。

在各种实施例中，成像结构300可与控制器电子通信，该控制器可配置成传输一个或多个电子信号至成像结构300以便捕捉图像数据。正如这里描述的，控制器可配置以传输一个或多个电子信号至成像结构300，以便连续地捕捉图像数据(例如视频)和/或周期性地捕捉图像数据(例如多个静止帧图像)。例如，成像结构300可配置成每秒、每半秒、每5秒、每15秒和/或类似地捕捉图像数据。因此，例如，控制器可配置成传输信号至成像结构300以便在特定颜色(波长)激发光应用于物质样品的每个时间段期间一次或多次捕捉图像数据。作为具体示例，控制器可配置成传输电子信号至一个或多个光源230以便照明来对物质样品应用特定颜色激发光，并且随后(和/或连续地)传输电子信号至成像结构300以便在特定颜色激发光应用于物质样品时捕捉一个或多个图像。在各种实施例中，控制器可配置成在每次应用于物质样品的激发光的颜色(波长)变化时指示成像结构300捕捉图像数据。

而且，在各种实施例中，荧光读取装置1可包括一个或多个处理实体，该处理实体配置成分析由成像结构300捕捉的图像数据，以便生成表明一个或多个物质样品发射的荧光强度的荧光数据。在各种实施例中，这里描述的控制器可配置成分析图像数据和/或单独计算装置可配置成分析图像数据以便生成荧光数据。在各种实施例中，作为结果的生成的荧光数据可包括表明每个物质样品发射的荧光的强度的单个值。生成的荧光数据可输出于图表中，以矩阵形式输出，作为清单，和/或类似的。在各种实施例中，生成的荧光数据可与表明对应特定荧光数据值的物质样品的特性的数据相关。例如，每个样品孔(和/或样品支撑结构中的每个样品孔接收特征)可具有对应标记，使得荧光值可与特定标记相关以便传送表明每个物质样品的荧光强度的数据。例如，对于96孔样品板，每个样品孔1010可布局成(如图7所示)使得每一行物质样品可具有对应的字母标记(例如A、B、C、D和/或类似的)而每一列可具有对应的编号标记(例如1、2、3、4和/或类似的)。相应地，特定样品孔1010可根据特定行标记和列标记来识别。例如，位于板的第四行和第四列的样品孔1010可识别为样品孔D-4。相应地，给定荧光值可生成或关联有给定样品孔标记(例如D-4)以便传送表明特定样品孔1010中的特定物质样品的荧光的数据。

使用方法示例

现在将参照96孔样品板1000来描述使用这里描述的荧光读取装置1来确定一个或多个物质样品的荧光的示例方法。然而，正如这里描述的，可使用具有任何数量样品孔1010的样品板1000。

在各种实施例中，可打开荧光读取装置1以使得能够进入荧光读取装置1的内部。正如这里描述的，盖罩3可相对于基部2移动(例如举升、旋转、枢转和/或类似的)以打开荧光读取装置1。接着可将各样品孔1010中的含有一个或多个物质样品的样品板1000插入荧光读取装置1中，以使得样品板1000的样品孔1010与样品支撑结构100中的样品孔接收特征111对准。然后，可将样品板1000放低到荧光读取装置1内，使样品孔1010的底部延伸至样品支撑结构100的底面(例如加热板150的底面)下，使样品孔1010的底部悬置于样品支撑结构100下并且在荧光读取装置1的闭合照明腔220中。然后，可关闭荧光读取装置1，例如，通过相对于基部2移动盖罩3。正如这里描述的，盖罩3到关闭配置的移动可使得盖罩3的一部分(例如，板结合特征31)与位于荧光读取装置1内的样品板1000接合，以将样品板1000压靠在样品支撑结构100上。在各种实施例中，荧光读取装置1可以固定在关闭配置中，例如，通过一个或多个锁定机构。

在各种实施例中，加热板150可配置为加热物质样品至预定温度。正如这里描述的，预定温度可根据提供给控制器(例如通过用户界面)的用户输入来选择。在各种实施例中，加热板可配置为加热物质样品逐渐(例如在约5分钟至30分钟之间)至预定温度。逐渐加热物质样品，并因此使用长时段瞬时温度周期，有助于均匀加热位于样品板中的所有物质样品。例如如图8所示，其显示了加热板150的表面上各种位置处的加热板150温度曲线，表明加热板150的温度和位于各种样品孔1010(在特定布局位置处，如图7所示)中的样品的对应温度可向样品板1000中各种位置处的多个物质样品提供大体上均匀的加热。类似地，图9表明，当加热板在样品板1000插入其中之前已经被加热过时，各物质样品的温度可大体上均匀地变化。相应地，位于靠近加热元件151的样品孔1010中的物质样品不会被加热到比位于远离加热元件151的样品孔1010中的物质样品的高得多的温度。

在各实施例中，在瞬时温度周期期间和/或在物质样品的温度达到期望预定温度之后，荧光读取装置1可配置为向一个或多个物质样品发射激发光。正如这里描述的，激发光可以通过位于样品支撑结构100下方的照明结构200中的一个或多个光源230发射并进入闭合照明腔220内。在各实施例中，照明结构200可配置为连续和/或同时发射一种或多种颜色(波长)的光。正如这里描述的，照明结构200可配置为通过选择性地启用一个或多个光源230(例如LEDs和对应滤光器232)发射期望波长的光，光源230配置成允许期望波长范围内的灯光进入闭合照明腔220。而且，在各种实施例中，闭合照明腔220的内部可包括一个或多个反射面，从而使激发光能够通过闭合照明腔220反射，直到被上述一个或多个物质样品吸收。由于闭合照明腔220的内部是反光的，至少基本上所有由光源230产生的光都被一个或多个物质样品吸收。此外，由于闭合照明腔220的内部是反光的，由光源230产生的光至少基本上均匀地分散于所有物质样品，使得每个物质样品接收至少基本上相等的光强度。此外，正如这里描述的，一个或多个光源230可放置于在闭合照明腔220的垂直侧壁，使得光至少大体上垂直于样品孔1010的长度发射。相应地，基本上成像结构300检测的所有光都是物质样品发出的荧光，而不是一个或多个光源230发射出的重新导向的光。

在各实施例中，荧光读取装置1可配置为发射，例如在一个周期内，将由一个或多个物质样品接收的多个颜色(波长)的光。例如，荧光读取装置1可配置为在切换成发射来自照明结构200的第二颜色(波长)的光之前，在预定时段发射来自照明结构200的第一颜色(波长)的光。作为非限制性示例，荧光读取装置1可配置为在周期内交替发射四种不同颜色(波长)的光，其中，每种颜色光在预定时段(例如15秒)发射，然后切换到下一种颜色。该周期可在预定时段重复。

当照明结构200向一个或多个物质样品发射光时，成像结构300可配置为捕捉表明暴露于发射光中的一个或多个物质样品所发射的荧光颜色和/或强度的图像数据。在各种实施例中，成像结构300可包括一个或多个滤光器315，以隔开在特定时期需要检测的预定波长范围的光。在一个示范实施例中，成像结构300可包括两个滤光器315，上述两个滤光器315可选择性地移动到成像装置310的视场(FOV)内的有效位置，使得成像装置310检测到的荧光通过位于有效位置的滤光器315。在各种实施例中，荧光读取装置1(例如控制器)可配置为切换一个或多个滤光器315至有效位置，使得一个或多个滤光器315的移动至少与照明结构200发射的光颜色的变化基本同步。作为具体的实施例，照明结构200可配置为在一个周期内按照以下顺序发射四种不同颜色的光：(1)蓝色，(2)绿色，(3)黄色，(4)红色，成像结构300可包括两个滤光器315，第一滤光器315配置为允许蓝光和黄光通过，第二滤光器315配置为允许绿光和红光通过。成像结构300可配置为在照明结构200发射蓝光或黄光时将第一滤光器315置于有效位置，在照明结构200发射绿光或红光时把第二滤光器315置于有效位置。相应地，当照明结构200在发射蓝光和绿光之间切换时，成像结构300可配置为将第一滤光器315切换到成像装置310的视场FOV外的无效位置，同时将第二滤光器315切换到有效位置。同样地，当照明结构200在发射绿光与黄光之间切换时，成像结构300可配置为将第二滤光器315切换到无效位置，同时将第一滤光器315切换到有效位置。

正如这里描述的，成像结构300可配置为周期性地和/或连续地捕捉表明物质样品的荧光的强度和/或颜色的图像数据。成像结构300可配置为分析图像数据，以识别图像数据中可见的由每个单个物质样品发射的荧光的强度和/或颜色。例如，捕捉成像数据可包括表明在多个像素中检测到的荧光的颜色和/或强度的数据。成像结构300可配置为将多个像素中的每个的位置与图像数据中可见的一个或多个样品孔1010的位置关联，以识别对应每个单独的物质样品的图像数据的部分。在各种实施例中，成像结构300可配置为将图像数据转换为指示由每个物质样品发射的荧光的颜色和/或强度的单个值。例如，成像结构300可配置为识别在对应特定物质样品孔1010的每个像素处检测到的荧光的平均颜色和/或强度，以生成表明特定样品孔1010中的物质样品发射的荧光强度和/或颜色的单个值。

在各种实施例中，荧光读取装置1可配置成提供表明每个样品孔识别的确定的荧光强度和/或颜色的输出。例如，荧光读取装置1可配置成打印表明对每个物质样品检测的荧光特性的报告，以生成可通过图形显示器(例如电脑显示器)显示的用户界面，该图形显示器表明对每个物质样品检测到的荧光特性和/或类似的。此外，在各种实施例中，荧光读取装置1可界定一个或多个警报阈值，其配置用于在一个或多个物质样品显示出的荧光特性超出期望和/或预计范围外时产生警报。例如，荧光读取装置1可配置为在确定一个或多个物质样品以低于给定阈值和/或高于给定阈值的强度发射荧光时产生警报。

一经完成对特定样品板1000中的物质样品的期望荧光测量。通过移动荧光读取装置1的盖罩3到打开配置可打开荧光读取装置1。然后通过将样品板1000提升远离样品支撑结构100到荧光读取装置1外，可移除样品板1000。若需要，可以插入新的样品板1000，对于新插入的样品板1000中包含的物质样品可以重复该过程。

结论

得益于前述描述及相关附图中出现的启示，本发明所述领域的技术人员将理解本文所述的本发明的许多修改和其他实施例。因此应当理解，本发明不限于所公开的特定实施例，并且修改和其他实施例旨在包括在所附权利要求的范围内。尽管本文采用了特定术语，但它们仅以一般性和描述性意义使用，而不是出于限制的目的。本申请中引用的任何专利申请，参考文献，网站或登录号等在此通过引用整体并入本文用于所有目的，如同单独表示。如果任何引用在不同时间与不同内容相关联，则在有效申请日的内容有效，有效申请日是实际申请日或者提出引用的最早优先权申请日，以较早者为准。除非文中另有明确规定，否则任何实施例、方面、特征、步骤等可以与任何其他的结合使用。

虽然前文中表示照明结构200放置在样品支撑结构100的下方并且成像结构300放置在样品支撑结构100的上方，但应当理解，在各种实施例中，照明结构200可放置在样品支撑结构100的上方，而成像结构300可放置在样品支撑结构100下方。在这些实施例中，成像结构300可配置为通过样品孔1010的底部监测各种物质样品的有关荧光，照明结构200可配置为将激发信号直接引导至样品孔1010的上部。

Claims (20)

1.一种用于评估一个或多个物质样品的荧光强度的荧光读取装置，所述荧光读取装置包括：

样品支撑结构，所述样品支撑结构界定一个或多个样品孔接收特征，每个样品孔接收特征配置成支撑样品孔，所述样品孔配置为含有对应的物质样品；

照明结构，所述照明结构位于所述样品支撑结构下方，并且配置为照亮位于对应样品孔中的一个或多个物质样品，所述照明结构包括：

一个或多个围壁，其中所述一个或多个围壁和所述样品支撑结构共同界定了闭合照明腔，并且其中所述一个或多个围壁中的至少一个包括反射面；以及

位于所述闭合照明腔中的一个或多个光源；以及

成像结构，所述成像结构位于所述样品支撑结构上方，并且配置为检测所述照明结构照亮的所述一个或多个物质样品所发射的荧光。

2.如权利要求1所述的荧光读取装置，其中所述样品支撑结构包括加热板，所述加热板配置为加热位于对应样品孔中的所述一个或多个物质样品。

3.如权利要求2所述的荧光读取装置，其中所述加热板包括：

金属板，所述金属板界定有与所述一个或多个样品孔接收特征中的每一个相对应的腔室，每个腔室延伸通过所述金属板并且具有锥形内表面，所述内表面配置为对位于所述腔室中的样品孔的外表面形成轮廓；以及

配置为向所述金属板传热的一个或多个加热元件。

4.如权利要求3所述的荧光读取装置，其中所述一个或多个加热元件为电阻加热器。

5.如权利要求2所述的荧光读取装置，其中所述一个或多个围壁和所述加热板共同界定所述闭合照明腔，以及

其中所述加热板界定与所述一个或多个样品孔接收特征中的每一个相对应的腔室，每个腔室延伸通过所述加热板以使得位于腔室中的样品孔的底面悬置在所述加热板下方并在所述照明腔室中。

6.如权利要求1所述的荧光读取装置，其中所述一个或多个围壁包括一个或多个侧壁和底板，以及

其中所述一个或多个光源置于所述一个或多个侧壁中的至少一个中。

7.如权利要求1所述的荧光读取装置，其中所述一个或多个光源包括配置为发射具有第一颜色的光的一个或多个第一光源，以及配置为发射具有第二颜色的光的一个或多个第二光源。

8.如权利要求4所述的荧光读取装置，其中所述一个或多个第一光源包括一个或多个第一滤光器，所述第一滤光器配置为允许具有所述第一颜色的光进入所述照明腔室中，并且，所述一个或多个第二光源包括一个或多个第二滤光器，所述第二滤光器配置为允许具有所述第二颜色的光进入所述照明腔室中。

9.如权利要求1所述的荧光读取装置，其中所述一个或多个光源包括发光二极管。

10.如权利要求1所述的荧光读取装置，其中所述成像结构包括：

不透明盖罩，所述不透明盖罩与所述样品支撑结构共同形成成像腔室，其中所述成像腔室避免光从所述荧光读取装置的外部进入所述成像腔室；以及

成像装置，所述成像装置置于所述成像腔室中并且配置为检测被所述照明结构照亮的所述一个或多个物质样品所发射的荧光。

11.如权利要求10所述的荧光读取装置，其中所述成像装置选自：电耦合器件相机或互补金属氧化物半导体相机。

12.如权利要求10所述的荧光读取装置，其中所述成像装置包括一个或多个滤光器，所述滤光器配置为选择性地允许一个或多个波长范围内的光由所述成像装置检测。

13.如权利要求12所述的荧光读取装置，其中所述成像装置包括两个或多个滤光器，所述滤光器配置为交替地置于有效位置，以便在位于所述有效位置时选择性地允许一个或多个波长范围内的光由所述成像装置检测。

14.用于评估一个或多个物质样品的荧光强度的方法，所述方法包括步骤：

将样品板放置在样品支撑结构中，其中所述样品板界定一个或多个样品孔，每个样品孔包含物质样品在其中，并且，所述样品支撑结构界定一个或多个样品孔接收特征，每个样品孔接收特征配置为支撑其中的样品孔以使得所述样品孔的底部悬置在界定于所述样品支撑结构下方的照明腔室中；

通过从一个或多个光源发射光进入所述照明腔室来照亮所述样品板，其中所述照明腔室由一个或多个反光围壁和所述样品支撑结构的底面包围；

通过从位于所述支撑结构上方的成像装置捕捉图像数据来对所述板的顶部成像。

15.如权利要求14所述的方法，进一步包括识别由位于一个或多个所述样品孔中的物质样品发射的荧光的强度。

16.如权利要求14所述的方法，进一步包括加热所述一个或多个样品孔中包含的所述物质样品至期望温度。

17.如权利要求14所述的方法，其中所述一个或多个光源包括配置为用于发射第一颜色的光的一个或多个第一光源和配置为用于发射第二颜色的光的一个或多个第二光源，并且，其中从一个或多个光源发射光进入所述照明腔室包括从所述一个或多个第一光源发射所述第一颜色的光进入所述照明腔室。

18.如权利要求17所述的方法，其中所述一个或多个第一光源包括配置为允许所述第一颜色的光进入所述照明腔室的第一滤光器，并且，所述一个或多个第二光源包括配置为允许所述第二颜色的光进入所述照明腔室的第二滤光器。

19.如权利要求17所述的方法，其中所述成像装置与一个或多个第一滤光器和一个或多个第二滤光器关联，所述第一滤光器配置为允许所述第一颜色的光由所述成像装置检测，所述第二滤光器配置为允许所述第二颜色的光由所述成像装置检测，并且，其中对所述样品板的顶部成像包括将所述第一滤光器置于有效位置以允许所述第一颜色的光由所述成像装置检测。

20.如权利要求14所述的方法，进一步包括步骤：

将所述图像数据的部分与所述一个或多个样品孔中的特定样品孔相关联；以及，

至少部分地根据所述图像数据的部分来确定由所述特定样品孔中的所述样品所发射的荧光强度。