УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ
LUMINESCENCE-BASED IMAGE DEVICE

Перекрестная ссылка на родственные заявки
По настоящей заявке испрашивается приоритет предварительной патентной заявки США 62/649,907, поданной 14 июня 2018 года, и патентной заявки Нидерландов №2021258, поданной 15 июля 2018 года, содержание каждой из которых включено в настоящий документ посредством ссылки.
Уровень техники
Некоторые средства секвенирования основываются на различных химических методах «секвенирования путем синтеза» СПС (SBS, от англ. sequencing by synthesis) для определения полинуклеотидной последовательности, такой как последовательность ДНК или РНК. Секвенирование может включать использование формирования изображения на основе люминесценции, такого как система флуоресцентной микроскопии, для идентификации нуклеотидов или локализованных кластеров идентичных нуклеотидов по длине волны излучения их соответствующих флуоресцентных маркеров. Хотя в некоторых разрабатываемых химических методах СПС может быть использован один краситель, в коммерческих системах обычно используют несколько флуоресцентных красителей (до четырех), чтобы однозначно идентифицировать нуклеотиды в полинуклеотиде, такие как A, G, С и Т нуклеотиды в ДНК.
Раскрытие изобретения
В первом аспекте устройство содержит множество пикселей формирования изображения, расположенных по пространственной схеме; набор элементов, расположенных над множеством пикселей формирования изображения; первый элемент набора элементов, расположенный над первым пикселем множества пикселей формирования изображения, второй элемент набора элементов, расположенный над первым пикселем и смещенный в пространстве относительно первого элемента; первый люминофор, расположенный внутри первого элемента или над ним; второй люминофор, расположенный внутри второго элемента или над ним; и источник структурированного освещения для направления по меньшей мере части первых фотонов в картине освещения на первый элемент в первое время, и для направления по меньшей мере части вторых фотонов в картине освещения на второй элемент во второе время, причем второе время отлично от первого времени, причем первый пиксель выполнен с возможностью выборочного приема люминесценции, излучаемой первым люминофором в ответ на часть первых фотонов в первое время, и выборочного приема люминесценции, излучаемой вторым люминофором в ответ на часть вторых фотонов во второе время, причем источник структурированного освещения содержит генератор картины освещения, содержащий исполнительный механизм генератора картины освещения, соединенный с генератором картины освещения, для обеспечения перемещения или вращения картины освещения относительно набора элементов.
В одном из примеров первого аспекта периодичность максимумов интенсивности освещения картины освещения соответствует интервалу между пикселями в пространственной схеме множества пикселей формирования изображения.
В дополнительном примере упомянутого одного из примеров первого аспекта источник структурированного освещения выполнен с возможностью заливающего освещения генератора картины освещения первыми фотонами и вторыми фотонами.
В другом примере дополнительного примера упомянутого примера первого аспекта источник структурированного освещения содержит лазер.
Во втором примере первого аспекта генератор картины освещения содержит маскирующий слой, а исполнительный механизм генератора картины освещения содержит исполнительный механизм маскирующего слоя, соединенный с маскирующим слоем для перемещения или вращения маскирующего слоя относительно набора элементов.
В примере второго примера первого аспекта в первом положении маскирующего слоя часть первых фотонов выборочно освещает первый элемент; и во втором положении маскирующего слоя часть вторых фотонов выборочно освещает второй элемент.
В дополнительном примере второго примера первого аспекта маскирующий слой содержит решетку из перемежающихся и расположенных с некоторой периодичностью светопропускающих областей и светонепроницаемых областей; светопропускающие области образованы параллельными полосами маскирующего абсорбента, размещенного на маскирующей подложке; и часть первых фотонов и часть вторых фотонов проходят через светопропускающие области для освещения параллельных полос освещения на наборе элементов.
В другом примере второго примера первого аспекта маскирующий слой содержит двумерную конфигурацию светопропускающих областей, расположенных с периодическими интервалами, образованных на светонепроницаемой защитной области; светонепроницаемая защитная область образована маскирующим абсорбентом, размещенным на маскирующей подложке; светопропускающие области являются зонами маскирующей подложки, образованными в светонепроницаемой защитной области, причем на этих зонах не нанесен маскирующий абсорбент; и часть первых фотонов и часть вторых фотонов проходят через светопропускающие области для освещения соответствующих элементов набора элементов.
В третьем примере первого аспекта генератор картины освещения содержит: генератор интерференционной картины для распространения света, образующего на наборе элементов многолучевую интерференционную картину; причем исполнительный механизм генератора картины освещения содержит исполнительный механизм генератора интерференционной картины, соединенный с генератором интерференционной картины с возможностью изменения положения генератора интерференционной картины путем перемещения или вращения для обеспечения перемещения или вращения интерференционной картины относительно набора элементов.
В примере третьего примера первого аспекта в первом положении по перемещению или вращению генератора интерференционной картины часть первых фотонов выборочно освещает первый элемент; и во втором положении по перемещению или вращению генератора интерференционной картины часть вторых фотонов выборочно освещает второй элемент.
В дополнительном примере третьего примера первого аспекта многолучевая интерференционная картина является двухлучевой интерференционной картиной; генератор интерференционной картины выполнен с возможностью проецирования параллельных линейных интерференционных полос на набор элементов; причем параллельные линейные интерференционные полосы имеют заданную периодичность, равную интервалу между пикселями.
В другом примере третьего примера первого аспекта многолучевая интерференционная картина является интерференционной картиной по меньшей мере четырех интерферирующих пучков; и интерференционная картина является двумерной интерференционной картиной с интерференционными максимумами заданной периодичности, равной интервалу между пикселями.
В дополнительном примере третьего примера первого аспекта генератор интерференционной картины содержит двумерную пропускающую фазовую маску для разделения лазерного пучка на набор интерферирующих пучков.
В четвертом примере первого аспекта источник структурированного освещения содержит опитический компонент, и устройство дополнительно содержит контроллер, соединенный с оптическим компонентом, для управления оптическим компонентом таким образом, чтобы направлять часть первых фотонов в картине освещения к первому элементу в первое время, и чтобы направлять часть вторых фотонов в картине освещения ко второму элементу во второе время.
В примере четвертого примера первого аспекта оптический компонент содержит компонент управления пучком.
В пятом примере первого аспекта второй элемент смещен в сторону от первого элемента.
В шестом примере первого аспекта устройство дополнительно содержит: третий элемент набора элементов, размещенный над первым пикселем и смещенный в пространстве относительно каждого из первого элемента и второго элемента; третий люминофор, размещенный в третьем элементе или над ним; причем указанный источник структурированного освещения выполнен с возможностью направления по меньшей мере части третьих фотонов на третий элемент в третье время, причем третье время отлично от первого времени и второго времени; и причем указанный первый пиксель выполнен с возможностью выборочного приема люминесценции, излучаемой третьим люминофором в ответ на часть третьих фотонов в третье время.
В примере шестого примера первого аспекта устройство дополнительно содержит: четвертый элемент набора элементов, размещенный над первым пикселем и смещенный в пространстве относительно каждого из первого элемента, второго элемента и третьего элемента; четвертый люминофор, размещенный в четвертом элементе или над ним; причем указанный источник структурированного освещения выполнен с возможностью направления по меньшей мере части четвертых фотонов на четвертый элемент в четвертое время, причем четвертое время отлично от первого времени, второго времени и третьего времени; и причем указанный первый пиксель выполнен с возможностью выборочного приема люминесценции, излучаемой четвертым люминофором в ответ на часть четвертых фотонов в четвертое время.
В седьмом примере первого аспекта длины волн первого и второго фотонов находятся в диапазоне от приблизительно 300 нм до приблизительно 800 нм.
Следует понимать, что любые элементы упомянутого первого аспекта устройства могут быть скомбинированы друг с другом любым подходящим способом и/или в любой конфигурации.
Во втором аспекте, способ включает: направление, посредством источника структурированного освещения, по меньшей мере части первых фотонов в картине освещения на первый элемент в первое время, причем первый элемент входит в состав набора элементов, размещенного над множеством пикселей формирования изображения, расположенных по пространственной схеме в устройстве формирования изображения на основе люминесценции, и причем первый элемент набора элементов размещен над первым пикселем множества пикселей формирования изображения; направление, посредством источника структурированного освещения, по меньшей мере части вторых фотонов в картине освещения на второй элемент во второе время, причем второе время отлично от первого времени, второй элемент входит в состав набора элементов, и второй элемент набора элементов размещен над первым пикселем и смещен в пространстве относительно первого элемента; выборочный прием первым пикселем люминесценции, излучаемой первым люминофором в ответ на часть первых фотонов в первое время, причем первый люминофор размещен в первом элементе или над ним; и выборочный прием первым пикселем люминесценции, излучаемой вторым люминофором в ответ на часть вторых фотонов во второе время, причем второй люминофор размещен во втором элементе или над ним, и источник структурированного освещения содержит генератор картины освещения, который содержит исполнительный механизм генератора картины освещения, соединенный с генератором картины освещения для обеспечения возможности перемещения или вращения картины освещения относительно набора элементов.
В первом примере второго аспекта периодичность максимумов интенсивности освещения картины освещения соответствует интервалу между пикселями в пространственной схеме множества пикселей формирования изображения.
В другом примере первого примера второго аспекта генератор картины освещения содержит маскирующий слой, а исполнительный механизм генератора картины освещения содержит исполнительный механизм маскирующего слоя, соединенный с маскирующим слоем для перемещения или вращения маскирующего слоя относительно набора элементов; в первом положении маскирующего слоя часть первых фотонов выборочно освещает первый элемент; во втором положении маскирующего слоя часть вторых фотонов выборочно освещает второй элемент; маскирующий слой содержит решетку из перемежающихся и расположенных с некоторой периодичностью светопропускающих областей и светонепроницаемых областей; светопропускающие области образованы параллельными полосами маскирующего абсорбента, размещенного на маскирующей подложке; причем часть первых фотонов и часть вторых фотонов проходят через светопропускающие области для освещения параллельных полос освещения на наборе элементов.
В дополнительном примере первого примера второго аспекта генератор картины освещения содержит: генератор интерференционной картины для распространения света, образующего на наборе элементов многолучевую интерференционную картину; причем исполнительный механизм генератора картины освещения содержит исполнительный механизм генератора интерференционной картины, соединенный с генератором интерференционной картины с возможностью изменения положения генератора интерференционной картины путем перемещения или вращения для обеспечения перемещения или вращения интерференционной картины относительно набора элементов.
Следует понимать, что любые элементы упомянутого второго аспекта способа могут быть скомбинированы друг с другом любым подходящим способом и/или в любой конфигурации.
В третьем аспекте устройство содержит: множество пикселей формирования изображения, расположенных по пространственной схеме; набор элементов, размещенных над множеством пикселей формирования изображения; генератор картины освещения; первый элемент набора элементов, причем первый элемент размещен над первым пикселем множества пикселей формирования изображения; и второй элемент набора элементов, причем второй элемент размещен над первым пикселем и смещен в пространстве относительно первого элемента; причем генератор картины освещения содержит исполнительный механизм генератора картины освещения, который соединен с генератором картины освещения для обеспечения картины освещения с периодичностью максимумов интенсивности освещения, соответствующей интервалу между пикселями в пространственной схеме множества пикселей формирования изображения для выборочного облучения первого элемента светом в первое время; причем генератор картины освещения настроен на выборочное облучение светом картины освещения второго элемента во второе время, причем второе время отлично от первого времени.
В первом примере третьего аспекта устройство дополнительно содержит: источник структурированного освещения для генерирования первых фотонов в первое время и генерирования вторых фотонов во второе время; первый люминофор, размещенный в первом элементе или над ним, и второй люминофор, размещенный во втором элементе или над ним; первый целевой аналит, размещенный в первом элементе или над ним, и второй целевой аналит, размещенный во втором элементе или над ним, причем первый целевой аналит отличен от второго целевого аналита; и первый целевой аналит и второй целевой аналит содержат нуклеиновые кислоты с различными последовательностями.
Во втором примере третьего аспекта генератор картины освещения размещен над набором элементов.
Следует понимать, что любые элементы упомянутого третьего аспекта устройства могут быть скомбинированы друг с другом любым подходящим способом. Более того, следует понимать, что любое сочетание элементов третьего аспекта устройства и/или второго аспекта способа и/или первого аспекта устройства могут быть использованы совместно, и/или что любые элементы одного или нескольких упомянутых аспектов могут быть скомбинированы с любым из описанных в настоящей заявке примеров.
Краткое описание чертежей
Признаки примеров настоящего изобретения станут ясны при изучении нижеследующего подробного описания и чертежей, в которых подобные позиционные обозначения соответствуют аналогичным, хотя, возможно, и не идентичным, компонентам. Для краткости позиционные обозначения или признаки, имеющие ранее описанную функцию, могут быть или не быть описаны в связи с другими чертежами, на которых они изображены.
На фиг. 1А схематично представлен вид в аксонометрии примера части устройства в соответствии с настоящим изобретением;
На фиг. 1В схематично представлен вид в аксонометрии примера части набора элементов в соответствии с настоящим изобретением;
На фиг. 1С схематично представлен вид в аксонометрии примера части устройства, которое содержит третий и четвертый элементы набора элементов, в соответствии с настоящим изобретением;
На фиг. 2А схематично представлен боковой вид в поперечном разрезе примера устройства в соответствии с настоящим изобретением, в том числе часть устройства, изображенного на фиг. 1А, изображена в первое время;
На фиг. 2В схематично представлен боковой вид в поперечном разрезе примера устройства, показанного на фиг. 2А, во второе время;
На фиг. 3А представлена функциональная схема примера источника структурированного освещения в первое время, как описано в настоящей заявке;
На фиг. 3В представлена функциональная схема примера источника структурированного освещения, показанного на фиг. 3А, во второе время, как описано в настоящей заявке;
На фиг. 4А схематично представлен боковой вид примера устройства, показанного в первое время, в соответствии с настоящим изобретением;
На фиг. 4В схематично представлен боковой вид примера устройства, показанного на фиг. 4А, во второе время, в соответствии с настоящим изобретением;
На фиг. 5А схематично представлен вид в аксонометрии примера части устройства, показанного в первое время, в соответствии с настоящим изобретением;
На фиг. 5В схематично представлен вид в аксонометрии примера части устройства, показанного на фиг. 5А, во второе время, в соответствии с настоящим изобретением;
На фиг. 6А схематично представлен вид в аксонометрии дополнительного примера части устройства, показанного в первое время, в соответствии с настоящим изобретением;
На фиг. 6В схематично представлен вид в аксонометрии дополнительного примера части устройства, показанного на фиг. 6А, во второе время, в соответствии с настоящим изобретением;
На фиг. 7А схематично представлен вид в аксонометрии еще одного примера части устройства, показанного в первое время, в соответствии с настоящим изобретением;
На фиг. 7В схематично представлен вид в аксонометрии примера части устройства, показанного на фиг. 7А, во второе время, в соответствии с настоящим изобретением;
На фиг. 7С схематично представлен вид в аксонометрии примера части устройства, показанного на фиг. 7А, в третий момент времени, в соответствии с настоящим изобретением;
На фиг. 7D схематично представлен вид в аксонометрии примера части устройства, показанного на фиг. 7А, в четвертый момент времени, в соответствии с настоящим изобретением;
На фиг. 8А схематично представлен боковой вид в поперечном разрезе другого примера устройства, показанного в первое время, в соответствии с настоящим изобретением;
На фиг. 8В схематично представлен боковой вид в поперечном разрезе примера устройства, показанного на фиг. 8А, во второе время, в соответствии с настоящим изобретением;
На фиг. 9А и 9В представлены блок-схемы, иллюстрирующие выборочное действие многолучевых интерференционных картин в примерах настоящего изобретения;
На фиг. 10А представлена блок-схема, иллюстрирующая конкретную геометрию и терминологию, относящуюся к интерференции;
На фиг. 10В представлен упрощенный вариант фиг. 10А, на котором дополнительно изображены интерференционные полосы;
На фиг. 11 представлена блок-схема, которая применяет интерференционные взаимодействия демонстрации с двумя щелями фиг. 10А к дифракционной решетке, имеющей множество щелей;
На фиг. 12 представлена блок-схема, на которой изображена относительная интенсивность порядковых номеров m, создаваемая когерентным пучком света 76, дифрагированным дифракционной решеткой;
На фиг. 13А и 13В представлены блок-схемы, изображающие интерференционные полосы, создаваемые дифракционной решеткой;
На фиг. 13С схематично представлен вид в поперечном разрезе примера дифракционной решетки 60, показанной на фиг. 13А;
На фиг 13D схематично представлен вид двумерной дифракционной решетки, образованной из наложенных друг на друга ортогональных дифракционных решеток, изображенных на фиг. 13А и фиг. 13В;
На фиг. 13Е представлена блок-схема, изображающая распределение интенсивности интерференции, создаваемое двумерной дифракционной решеткой, такой как показана на фиг. 13D;
На фиг. 14 представлена блок-схема примера устройства в соответствии с настоящим изобретением;
На фиг. 15А представлена блок-схема другого примера устройства в соответствии с настоящим изобретением;
На фиг. 15В представлен пример распределения интенсивности иллюстративного точечного рисунка света на наборе элементов примера устройства, изображенного на фиг. 15А, в соответствии с настоящим изобретением;
На фиг. 16 схематично представлен вид в поперечном разрезе примера двумерной пропускающей фазовой маски;
На фиг. 17А схематично представлен вид в аксонометрии другого примера двумерной пропускающей фазовой маски;
На фиг. 17В представлен пример графика изолиний интенсивности, показывающего распределение интенсивности интерференции, полученной с использованием двумерной пропускающей фазовой маски, изображенной на фиг. 17А; и
На фиг. 18А-18С представлен алгоритм примера способа в соответствии с настоящим изобретением.
Раскрытие изобретения
Примеры настоящего изобретения содержат устройства для формирования изображения на основе люминесценции и способы их использования.
Следует понимать, что термины, используемые здесь, имеют свое обычное значение в соответствующей области техники, если не указано иное. Несколько используемых здесь терминов и их значения изложены ниже.
Формы единственного числа подразумевают также и упоминание множественного числа, если контекст явно не требует обратного.
Термины включающий в себя, содержащий, охватывающий и различные формы этих терминов, являются синонимами, и подразумевают одинаково широкое значение. Кроме того, если явно не указано обратное, примеры, включающие в себя, содержащие или имеющие элемент или множество элементов, обладающих заданным свойством, могут содержать дополнительные элементы, независимо от того, обладают ли дополнительные элементы этим свойством.
Используемый здесь термин «лунка» означает дискретный вогнутый элемент в материале с отверстием на поверхности (апертурой), которое полностью окружено промежуточной областью (областями) поверхности. Лунка может иметь такие характеристики, как размер (например, объем, диаметр и глубина), форму поперечного сечения (например, круглую, эллиптическую, треугольную, квадратную, многоугольную, звездообразную (имеющую любое подходящее число вершин), искривленную или имеющую концентрические лунки, разделенные диэлектрическим материалом), и распределение (например, пространственное расположение лунок внутри диэлектрического материала, например, расположенные с равным интервалом или с периодически, или расположенные с неравным интервалом или апериодически). Поперечное сечение лунки может быть однородным по длине лунки, но не обязательно.
Используемый здесь термин «выпуклость» означает дискретный выпуклый элемент, выступающий из поверхности материала и полностью окруженный промежуточной областью (областями) поверхности. Выпуклость может иметь такие характеристики, как размер (например, объем, диаметр и глубина), форму (например, круглую, эллиптическую, треугольную, квадратную, многоугольную, звездообразную (имеющую любое подходящее число вершин), искривленную или имеющую концентрические выпуклости, разделенные диэлектрическим материалом), и распределение (например, пространственное расположение выпуклостей, выступающих из поверхности диэлектрического материала, например, расположенные с равным интервалом или периодически, или расположенные с неравным интервалом или апериодически). Поперечное сечение выпуклости может быть однородным по длине выпуклости, но не обязательно.
Используемый здесь термин «поверхность» означает часть или слой материала, находящийся в контакте с другим материалом.
Используемый здесь термин «промежуточная область» означает область в материале или на поверхности, которая разделяет области материала или поверхности. Например, промежуточная область может отделять один элемент набора от другого элемента набора, или промежуточная область может отделять один участок матрицы от другого участка матрицы.
Используемый здесь термин «люминесцентный» означает излучение холодного тела, и термин «люминофор» означает элемент, который является люминесцентным. Термин «люминесцентный» следует понимать как отличный от температурного свечения, которое представляет собой излучение, излучаемое материалом в результате нагрева.
Как правило, люминесценция возникает, когда источник энергии вытесняет электрон атома из его низшего основного энергетического состояния в более высокоэнергетическое возбужденное состояние; затем электрон возвращает энергию в виде излучения, чтобы он мог вернуться в свое основное состояние. Вариантом люминесцентного объекта является объект, который обеспечивает излучение холодного тела при подаче энергии посредством возбуждающего излучения. Такие объекты могут быть упомянуты как «фотолюминесцентные». К примерам фотолюминесцентных объектов относятся «флуоресцентные» объекты, которые обеспечивают излучение холодного тела относительно быстро (например, менее миллисекунды) после возбуждающего излучения, и «фосфоресцентные» объекты, которые обеспечивают излучение холодного тела относительно медленно (например, больше или равно миллисекунде) после возбуждающего излучения. Фотолюминесценция может быть воспринята или получена в виде излучения объекта на длине волны, которая является результатом облучения объекта на другой длине волны. Другим типом люминесцентного объекта является объект, который обеспечивает излучение холодного тела при подаче энергии посредством химической или биологической реакции. Такие объекты могут быть упомянуты как «хемилюминесцентные».
В описанных здесь устройстве и/или способе может осуществляться детектирование любого из различных сигналов, в том числе, например, оптический сигнал, такой как поглощение излучения, излучение люминесценции, продолжительность люминесценции, поляризация люминесценции или тому подобное; рассеяние Рэлея и/или Ми; или тому подобное. Примеры меток, которые могут быть детектированы в описанном здесь способе, содержат, без ограничения, флуорофор, люминофор, хромофор, наночастицы (например, золото, серебро, углеродные нанотрубки) и тому подобное.
Используемый здесь термин «элемент» означает различимое изменение структуры или состава материала, такого как твердая опора. Опционально, изменение может также также повторяться в структуре или составе материала. Совокупность элементов может образовывать матрицу или сетку в материале или на нем. Примеры элементов содержат, но не ограничиваются ими, лунки, выпуклости, гребни, каналы, участки, содержащие анализируемые вещества, слои многослойного материала, области в материале или на материале, имеющие химический состав, отличающийся от химического состава других областей в материале или на нем, и тому подобное. Элемент может иметь такие характеристики, как размер (например, объем, диаметр и глубина), форму (например, круглую, эллиптическую, треугольную, квадратную, многоугольную, звездообразную (имеющую любое подходящее число вершин), искривленную или имеющую концентрические элементы, разделенные диэлектрическим материалом), и распределение (например, пространственное расположение элементов внутри диэлектрического материала, например, расположенные с равным интервалом или периодически, или расположенные с неравным интервалом или апериодически). Поперечное сечение элемента может быть однородным по его длине, но не обязательно.
Используемый здесь термин «участок» означает место в матрице для заданного вида молекулы или клетки (или другого аналита). Участок может содержать одну единственную молекулу (или клетку, или другой аналит), или он может содержать совокупность нескольких молекул (или клеток, или аналитов) одного вида. В некоторых примерах участки могут присутствовать в материале до прикрепления заданного аналита. В других примерах участок создают посредством прикрепления молекулы или клетки (или другого аналита) к материалу. Участки матрицы могут быть дискретными. Дискретные участки могут быть непрерывными, или между ними могут быть промежутки. Следует понимать, что участок является типом элемента. Элемент может выполнять функцию компонента набора элементов.
Используемый здесь термин «набор» означает совокупность элементов, которые могут быть дифференцированы в зависимости от относительного местоположения.
Используемый здесь термин «шаг» применительно к набору элементов или элементам пространственной схемы, предназначен для обозначения межцентрового расстояния для смежных элементов набора или элементов пространственной схемы. Периодическую характеристику набора элементов можно охарактеризовать в терминах среднего шага. Набор может быть упорядочен таким образом, чтобы коэффициент вариации среднего шага был невелик. Например, средний шаг может быть не меньше, чем приблизительно длина волны света в одной или нескольких областях спектра. Например, шаг может соответствовать длинам волн в одном или нескольких из видимого спектра (около 380-700 нм), ультрафиолетового (УФ) спектра (менее чем приблизительно 380 нм и до приблизительно 10 нм) и ИК-спектра (от более чем 700 нм до приблизительно 1 мм). В наборе элементов могут быть различные шаги в различных направлениях.
Расстояние между элементами одного типа или различных типов и соответствующими элементами другого типа может быть упорядочено, например, с образованием регулярной повторяющейся структуры, такой как прямолинейная сетка или гексагональная сетка.
Используемый здесь термин «нуклеотид» или «нуклеиновая кислота» означает молекулу, которая содержит сахар и по меньшей мере одну фосфатную группу, и опционально также содержит нуклеобазу. Нуклеотид, у которого отсутствует нуклеобаза, может быть упомянут как «абазический». К нуклеотидам относятся дезоксирибонуклеотиды, модифицированные дезоксирибонуклеотиды, рибонуклеотиды, модифицированные рибонукпеотиды, пептидные нуклеотиды, модифицированные пептидные нуклеотиды, модифицированные нуклеотиды с сахарофосфатной основой и их сочетания. Примеры нуклеотидов содержат аденозинмонофосфат АМФ (AMP), аденозиндифосфат АДФ (ADP), аденозинтрифосфат АТФ (АТР), тимидинмонофосфат ТМФ (ТМР), тимидинмонофосфат ТДФ (TDP), тимидинмонофосфат ТТФ (ТТР), цитидинмонофосфат ЦМФ (СМР), цитидинмонофосфат ЦДФ (CDP), цитидинмонофосфат ЦТФ (СТР), гуанозинмонофосфат ГМФ (GMP), гуанозиндифосфат ГДФ (GDP), гуанозинтрифосфат ГТФ (GTP), уридинмонофосфат УМФ (UMP), уридиндифосфат УДФ (UDP), уридинтрифосфат УТФ (UTP), дезоксиаденозинфосфат дАМФ (dAMP), дезоксиаденозиндифосфат дАДФ (dADP), дезоксиаденозинтрифосфат дАТФ (dATP), дезокситимидинмонофосфат дТМФ (dTMP), дезокситимидиндифосфат дТДФ (dTDP), дезокситимидинтрифосфат дТТФ (dTTP), дезоксицитидиндифосфат дЦДФ (dCDP), дезоксицитидинтрифосфат дЦТФ (dCTP), дезоксигуанозинмонофосфат дГМФ (dGMP), дезоксигуанозиндифосфат дГДФ (dGDP), дезоксигуанозинтрифосфата дГТФ (dGTP), дезоксиуридинмонофосфат дУМФ (dUDP), дезоксиуридиндифосфат дУДФ (dUDP), дезоксиуридинтрифосфат дУТФ (dUTP), обратимо блокированный аденозинтрифосфат обАТФ (rbАТР), обратимо блокированный тимидинтрифосфат обТТФ (rbТТР), обратимо блокированный цитидинтрифосфат обЦТФ (rbСТР), и обратимо блокированный гуанозинтрифосфат обГТФ (rbGTP). Дополнительные сведения об обратимо блокированных нуклеотидтрифосфатах обНТФ (rbNTPs) представлены в патентной заявке США №201310079232, полное содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.
Термин «нуклеотид» или «нуклеиновая кислота» также предназначен для обозначения любого аналога нуклеотида, который представляет собой тип нуклеотида, который содержит модифицированное нуклеиновое основание, сахар и/или фосфатную часть. Примеры модифицированных нуклеиновых оснований, которые могут быть включены в полинуклеотиды, как имеющие природную основу, так и аналогичную структуру, содержат инозин, ксантин, гипоксантин, изоцитозин, изогуанин, 2-аминопурин, 5-метилцитозин, 5-гидроксиметилцитозин, 2-аминоаденин, 6-метиладенин, 6-метилгуанин, 2-пропилгуанин, 2-пропиладенин, 2-тиоурацил, 2-тиотимин, 2-тиоцитозин, 1,5-галоурацил, 1,5-галоцитозин, 5-пропинилурацил, 5-пропинилцитозин, 6-азоурацил, 6-азоцитозин, 6-азотимин, 5-урацил, 4-тиоурацил, 8-галоаденин или галогуанин, 8-аминоаденин или аминогуанин, 8-тиоладенин или тиолгуанин, 8-тиоалкиладенин или тиоалкилгуанин, 8-гидроксиладенин или гидрокси л гуанин, 5-галозамещенный урацил или галозамещенный цитозин, 7-метилгуанин, 7-метиладенин, 8-азагуанин, 8-азааденин, 7-деазагуанин, 7-деазааденин, 3-деазагуанин, 3-деазааденин или подобные. Как известно, некоторые аналоги нуклеотидов не могут быть включены в полинуклеотид, например, аналоги нуклеотидов, такие какаденозин 5'-фосфосульфат.
Используемый здесь термин «полинуклеотид» относится к молекуле, содежащей последовательность связанных друг с другом нуклеотидов. Примеры полинуклеотидов содержат дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК), рибонуклеиновую кислоту (РНК) и их аналоги. Полинуклеотид может представлять собой одноцепочечную последовательность нуклеотидов, такую как РНК или одноцепочечная ДНК, двухцепочечную последовательность нуклеотидов, такую как двухцепочечная ДНК, или может содержать смесь одноцепочечной и двухцепочечной последовательностей нуклеотидов. Двухцепочечная ДНК (обДНК) содержит геномную ДНК, а также продукты полимеразной цепной реакции (ПЦР) и амплификации. Одноцепочечная ДНК (ssDNA) может быть преобразована в двухцепочечную ДНК (dsDNA), и наоборот. Точная последовательность нуклеотидов в полинуклеотиде может быть известна или неизвестна. Ниже приведены примеры полинуклеотидов: ген или фрагмент гена (например, зонд, праймер, маркер экспрессируемой последовательности МЭП (EST) или серийного анализа экспрессии генов САЭГ (SAGE)), геномная ДНК, фрагмент геномной ДНК, экзон, интрон, матричная РНК мРНК (mRNA), транспортная РНК, рибосомная РНК, рибозим, ДНК окружающей среды (eDNA), рекомбинантный полинуклеотид, синтетический полинуклеотид, разветвленный полинуклеотид, плазмид, вектор, изолированная ДНК любой последовательности, изолированная РНК любой последовательности, зонд для нуклеиновой кислоты, праймер или расширенная копию любого из вышеперечисленных.
Используемый здесь термин «химически соединенный» означает соединение между первым членом и вторым членом. В некоторых примерах в условиях, в которых используются присоединенные члены, такое присоединение может быть необратимым. В других примерах такое присоединение может быть обратимым, но стойким, по меньшей мере на период, в течение которого оно используется для одной или нескольких стадий аналитического или подготовительного метода, изложенного в настоящем документе (например, аналитический этап обнаружения подэлемента полимера). Такое соединение может быть образовано посредством химической связи, например, посредством ковалентной связи, водородной связи, ионной связи, диполь-дипольной связи, дисперсионных сил Лондона или любой подходящей их комбинации. Ковалентные связи являются одним из примеров присоединения, которое, соответственно, можно использовать для соединения первого члена со вторым. Другие примеры содержат двойную спираль между олигонуклеотидами, пептид-пептидные взаимодействия, а также взаимодействия антиген-антитело, такие как стрептавидин-биотин, стрептавидин-дестиобиотин и дигоксигенин-антидигоксигенин. В одном из вариантов осуществления присоединение может быть образовано посредством гибридизации первого полинуклеотида со вторым полинуклеотидом, что подавляет отделение первого полинуклеотида от второго полинуклеотида. В качестве альтернативы, присоединение может быть образовано посредством физических или биологических взаимодействий, например, взаимодействия между первым белком и вторым белком, которое подавляет отделение первого белка от второго белка.
В настоящем документе термин «полимераза» означает фермент, имеющий активный участок, собирающий полинуклеотиды посредством полимеризации нуклеотидов в полинуклеотиды. Полимераза может связываться с одноцепочечной полинуклеотидной праймер-матрицей и может последовательно добавлять нуклеотиды к растущему праймеру с образованием полинуклеотида, содержащего последовательность, комплементарную последовательности матрицы.
В примерах устройства по настоящему изобретению монолитная интеграция микрожидкостных чипов поверх схемы КМОП (CMOS) формирования изображения может быть использована для уменьшения размера, например, миниатюризации, секвенсоров ДНК. Пропускная способность устройств секвенирования на основе КМОП (CMOS) может быть ограничена размером пикселей формирования изображения. Например, относительно большие размеры пикселей могут обеспечивать достаточный сбор сигналов от отдельных молекул ДНК или кластеров идентичных молекул. Хотя пиксели могут быть быть выполнены в уменьшенном размере для увеличения пропускной способности, такое уменьшение размера может снизить полную емкость лунки и может увеличить перекрестные помехи между пикселями, тем самым уменьшая отношение сигнал-шум (SNR) формирования изображения и секвенирования. Такой подход также может увеличивать стоимость изготовления матрицы формирования изображения, например, за счет увеличения объема работ по разработке матрицы формирования изображения, а также интеграции такой матрицы формирования изображения с микрожидкостными компонентами.
Альтернативный способ увеличения объема за счет обеспечения большего количества тестовых участков для каждого устройства может содержать введение нескольких участков люминесценции (например, кластеров ДНК, микроматричных реакционных камер и т.п.) на каждый пиксель. Например, некоторые примеры настоящего изобретения могут визуализировать несколько участков, каждый из которых может содержать соответствующий аналит, используя пиксель формирования изображения посредством выборочного возбуждения различных участков в отличное друг от друга время, используя источник структурированного освещения, и получая соответствующее изображение в каждый такой момент времени. В качестве примера, может быть обеспечено множество пикселей формирования изображения, и над каждым таким пикселем формирования изображения может быть расположено несколько участков. По сравнению с устройством секвенирования, в котором только один участок расположен над каждым заданным пикселем, существующая конфигурация с несколькими участками на пиксель может значительно увеличивать число участков, которые могут быть визуализированы с использованием заданного множества пикселей формирования изображения. Однако, если бы возбуждение всех участков, расположенных над данным пикселем формирования изображения, осуществлялось одновременно друг с другом, пиксель формирования изображения получал бы люминесценцию от каждого такого участка одновременно друг с другом, что затруднило бы возможность отличать люминесценцию одного такого участка от люминесценции другого такого участка на основе электрического сигнала, генерируемого пикселем в ответ на получение такой люминесценции.
Источник структурированного освещения, такой как описан здесь, может быть использован для выборочного возбуждения одного из множества участков, расположенных над данным пикселем формирования изображения в заданный момент времени, чтобы получить электрический сигнал от этого пикселя, в ответ на люминесценцию только с этого участка в данный момент времени, и для дальнейшего возбуждения второго из множества участков над этим пикселем формирования изображения во второе время, чтобы получить второй электрический сигнал от этого пикселя, в ответ на люминесценцию с этого второго участка. Таким образом, люминесценцию от двух участков можно отличить друг от друга на основе электрических сигналов, полученных от пикселя формирования изображения в два момента времени. Таким образом, примеры устройств и способов по настоящему изобретению могут обеспечивать формирование изображения на основе люминесценции большего числа участков, чем число пикселей во множестве пикселей формирования изображения, например, кратно целочисленному множителю п числа пикселей, где п больше или равно 2, или 3, или 4, или 5, или больше 5.
Как предложено в настоящем изобретении, может быть осуществлено выборочное возбуждение различных участков, расположенных над пикселем формирования изображения, путем выборочного направления возбуждающих фотонов на соответствующие участки в разное время. В качестве другого примера, участки могут быть облучены в первое время любым подходящим числом лазерных пучков, которые интерферируют друг с другом таким образом, чтобы генерировать первую картину оптической интенсивности, которая выборочно возбуждает один из участков на пиксель формирования изображения в первое время, и могут быть облучены во второе время любым подходящим числом лазерных пучков, которые интерферируют друг с другом таким образом, чтобы генерировать вторую картину оптической интенсивности, выборочно возбуждающую другой участок на каждый пиксель формирования изображения во второе время. Пиксель может генерировать соответствующие электрические сигналы в первое и второе время, в ответ на люминесценцию из соответствующих участков.
Фиг. 1А схематически иллюстрирует вид в аксонометрии примера части 12 устройства 10 для использования в формировании изображения на основе люминесценции множества участков 25 в пределах пикселя 20 формирования изображения. Часть 12 устройства 10, представленного на фиг. 1А, содержит пиксель 20 формирования изображения, такой как датчик изображения на основе комплементарной структуры металл-оксид-полупроводник КМОП (CMOS, от англ. complementary metal oxide semiconductor); наборный слой 81, расположенный поверх пикселя 20 формирования изображения; и множество элементов 30 (на фиг. 1А, элементы 30 представляют собой две нанолунки), образованных в пределах функционального слоя 82, размещенного поверх наборного слоя 81. Наборный слой 81, хоть и показан в виде одного слоя, может представлять собой множество слоев, например, кремниевый слой(и), диэлектрический слой(и), металлический слой(и) и т.д. Наборные слои могут составлять электронику устройства, которая содержит регистрирующую электронику. Наборные слои 81 могут содержать оптические компоненты, такие как оптический волновод(ы), фильтр(ы) и т.д. В каждой нанолунке может быть расположен участок 25 (см., например, фиг. 2А), содержащий один или несколько люминофоров 40, например, один или несколько аналитов, соединенных, соответственно, с люминофорами 40, или, например, один или несколько нуклеотидов, соединенных, соответственно, с люминофорами 40. Люминофор(ы) 40 может быть расположен в нанолунке, и могут осуществлять его кратковременное возбуждение воздействием с длинами волн возбуждения, например, фотонами с подходящими длинами волн (показанными на фиг. 1А в виде первых фотонов 61 и вторых фотонов 62). Стрелка, обозначающая вторые фотоны 62, показана на фиг. 1А штрихпунктирной линией, поскольку излучение первых фотонов 61 и вторых фотонов 62 происходит в разное время. Пиксель 20 формирования изображения может быть электрически соединен подходящим образом с регистрирующей электроникой (отдельно не показанной), которая может быть выполнена с возможностью приема и анализа электрического сигнала, генерируемого пикселем 20 формирования изображения в ответ на люминесценцию люминофора(ов). Размеры пикселя 20 формирования изображения, изображенного на фиг. 1А, могут составлять 1.75 мкм по каждой стороне; однако, следует понимать, что могут быть использованы пиксели 20 формирования изображения любых подходящих размеров.
Опционально, может быть предусмотрен набор любого подходящего количества таких частей 12 устройства 10, размещенных по некоторой пространственной схеме. Например, на фиг. 1 В схематично представлен вид в аксонометрии примера набора 28 элементов 30, расположенных над множеством 18 (см. фиг. 1С) пикселей 20 формирования изображения, размещенных по некоторой пространственной схеме 22. На фиг. 1С пространственная схема 22 является матрицей с тремя строками и тремя колонками в плоскости X-Y. В примерах настоящего изобретения каждому пикселю 20 формирования изображения соответствует множество элементов 30. В примере на фиг. 1А первый элемент 31 набора 28 элементов 30 размещен над первым пикселем 21 множества пикселей 20 формирования изображения. (Следует понимать, что на фиг. 1А изображена только часть устройства 10, содержащего множество 18 пикселей 20 формирования изображения, как показано на фиг. 1В.) Второй элемент 32 набора 28 элементов 30 размещен над первым пикселем 21 и смещен в пространстве относительно первого элемента 31. На фиг. 1С представлен пример, содержащий третий элемент 33 и четвертый элемент 34 набора 28 элементов 30, размещенные над первым пикселем 21 и смещенные в пространстве относительно каждого из элементов 30. В примерах настоящего изобретения над каждым пикселем формирования изображения может быть размещено любое количество элементов 30, большее, чем 1, например, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 или более элементов. Как показано на фиг. 1А-1С, над каждым из пикселей
20 формирования изображения может быть размещен набор 28 элементов 30, например, множество нанолунок, расположенных по некоторой повторяющейся пространственной схеме. Таким образом, каждый пиксель 20 формирования изображения может принимать люминесценцию люминофора(ов) 40, размещенных в нанолунках над этим пикселем 20 формирования изображения, и генерировать соответствующий электронный сигнал в ответ на прием такой люминесценции.
На фиг. 2А схематично представлен боковой вид в поперечном разрезе примера устройства 10 по настоящему изобретению, в том числе часть 12 устройства, изображенного на фиг. 1А. Пример устройства 10 на фиг. 2А содержит множество 18 пикселей 20 формирования изображения, расположенных по пространственной схеме 22. Лучше всего пространственная схема 22 видна на фиг. 1 В. Набор 28 элементов 30 размещен над первым множеством 18 пикселей 20 формирования изображения. Первый элемент 31 набора 28 элементов 30 размещен над первым пикселем 21 множества 18 пикселей 20 формирования изображения. Второй элемент 32 набора 28 элементов 30 размещен над первым пикселем 21 и смещен в пространстве относительно первого элемента 31. В одном из примеров второй элемент 32 смещен в сторону от первого элемента 31.
Возвращаясь вновь к фиг. 2А, первый люминофор 41 размещен в первом элементе 31 или над ним. (Например, если первый элемент 31 является нанолункой, первый люминофор 41 может быть размещен в первом элементе 31 (нанолунке); если первый элемент 31 является выпуклостью, первый люминофор 41 может быть размещен в первом элементе 31 (выпуклости)). Второй люминофор 42 размещен во втором элементе 32 или над ним. Источник 50 структурированного освещения выполнен с возможностью направления по меньшей мере части первых фотонов 61 в картине освещения на первый элемент 31 в первое время. Упомянутое первое время схематично обозначено на фиг. 2А циферблатом 65. Источник 50 структурированного освещения выполнен с возможностью направления по меньшей мере части вторых фотонов 62 в картине освещения на второй элемент 32 во второе время, причем второе время отлично от первого времени. Второе время обозначено циферблатом 65'. Первый пиксель 21 выполнен с возможностью выборочного приема люминесценции 71, излучаемой первым люминофором 41 в ответ на первые фотоны 61 в первое время (фиг. 2А), и выборочного приема люминесценции 72, излучаемой вторым люминофором 42 в ответ на вторые фотоны 62 во второе время (фиг. 2В).
Источник 50 структурированного освещения содержит генератор 52 картины освещения, который содержит исполнительный механизм генератора картины освещения, соединенный с генератором 52 картины освещения для обеспечения возможности перемещения или вращения картины освещения относительно набора 28 элементов 30. В некоторых примерах исполнительный механизм генератора картины освещения может быть любым исполнительным механизмом, соединенным с генератором 52 картины освещения для обеспечения возможности перемещения или вращения картины освещения относительно набора 28 элементов 30. Следует понимать, что исполнительный механизм генератора картины освещения передвигает всю картину освещения одновременно, за счет действия исполнительного механизма генератора картины освещения. Например, исполнительный механизм генератора картины освещения может быть исполнительным механизмом 55 маскирующего слоя для осуществления привода маскирующего слоя 53. В другом примере исполнительный механизм 95 генератора интерференционной картины, соединенный с генератором 93 интерференционной картины с возможностью изменения положения генератора 93 интерференционной картины для перемещения или вращения интерференционной картины относительно набора 28 элементов 30. В другом примере для перемещения или вращения картины освещения с оптическим компонентом 46 соединен контроллер 47 с возможностью управления оптическим компонентом 46. Таким образом, контроллер 47 (т.е. исполнительный механизм) может вращать зеркало (т.е. оптический компонент) для передвижения всей картины освещения для освещения всех элементов 30, позиция которых относительно отдельных пикселей соответствует первому элементу 31 в первое время и второму элементу 32 во второе время.
В настоящем изобретении количество элементов 30 может быть больше количества пикселей 20 формирования изображения кратно целочисленному множителю n>1, за счет выборочного возбуждения различных элементов 30 в различное время. Например, на фиг. 1В схематично представлен вид в аксонометрии примера набора 28 элементов 30, расположенных над множеством 30 (см. фиг. 1С) пикселей 20 формирования изображения, размещенных по некоторой пространственной схеме 20. Набор 28 элементов 30 содержит элементы 30, повторяющиеся по одной и той же пространственной схеме 22, в которой расположено множество 18 пикселей 20 формирования изображения. В неограничивающем примере, проиллюстрированном фиг. 1С, предусмотрены четыре элемента 30 (показанные, соответственно, как первый элемент 31, второй элемент 32, третий элемент 33 и четвертый элемент 34) на каждый пиксель 20 формирования изображения, хотя следует понимать, что на каждый пиксель формирования изображения может быть предусмотрено любое количество элементов 30, например, два или более элемента на каждый пиксель, три или более элемента на каждый пиксель, четыре или более элемента на каждый пиксель, или пять или более элементов на каждый пиксель. Такие элементы могут быть предусмотрены с любыми подходящими геометрическими характеристиками. В функциональном слое 82 (см. фиг. 1А) могут быть выполнено множество 30 элементов, таких как множество нанолунок.
Как показано на фиг. 1А-1В, над каждым из пикселей 20 формирования изображения могут быть расположены несколько элементов 30, например, несколько нанолунок. Таким образом, каждый пиксель 20 формирования изображения может в разное время принимать люминесценцию от люминофора(ов) 40, размещенных в каждом из или над каждым элементом 30, например, в каждом нанолунке, над таким пикселем 20 формирования изображения, и генерировать подходящий электронный сигнал в ответ на прием такой люминесценции в различное время. Пиксель 20 формирования изображения, наборный слой 81 и элементы 30, в качестве альтернативы, могут быть монолитно интегрированы друг с другом.
В некоторых примерах настоящего изобретения набор элементов 30 может содержать множество лунок; первый элемент 31 может содержать первую лунку, в которой размещен первый люминофор, и второй элемент 32 может содержать вторую лунку, в которой размещен второй люминофор, например, подобно тому, как это показано на фиг. 2А. В других примерах набор 28 элементов 30 может содержать множество выпуклостей; первый элемент 31 может содержать первую выпуклость, на которой размещен первый люминофор, и второй элемент 32 может содержать вторую выпуклость, на которой размещен второй люминофор. В качестве иллюстрации, поперечное сечение как первого, так и второго элементов (например, лунок или выпуклостей) может быть, по существу, округлым.
Фиг. 3А и 3В являются функциональными схемами, на которых изображен пример источника 50 структурированного освещения в соответствии с настоящим изобретением. Как показано на фиг. 3А и 3В, в примерах настоящего изобретения источник 50 структурированного освещения может содержать генератор 52 картины освещения. Источник 50 структурированного освещения выполнен с возможностью заливающего освещения генератора 52 картины освещения первыми фотонами 61 (фиг. 3А) и вторыми фотонами 62 (фиг. 3В). В настоящем документе термин «заливающий свет» означает, что обеспечивают освещение всей поверхности сразу, в отличие от узкого пучка, сканирующего поверхность по частям. В некоторых примерах источник 50 структурированного освещения содержит источник 54 света. Источник 54 света может излучать белый свет, монохромный свет, или фотоны любых сочетаний длин волн. Источник 54 света может быть широкополосным источником света, таким как светодиод (LED) 54' (см. фиг. 15А), или узкополосным источником возбуждения, таким как лазер 54'' (см. фиг. 14) или любым другим источником фотонов. Между источником света 54 и генератором освещения могут быть предусмотрены оптические компоненты. Например, могут быть предусмотрены оптические компоненты для фильтрации белого света по узкой полосе частот, для поляризации, коллимации и/или для расширения пучка, излучаемого источником 54 света. Первый и второй фотоны, излучаемые источником 54 света, могут находиться в оптической части спектра, например, длины волн первого и второго фотонов могут находиться в диапазоне от 300 нм до 800 нм.
Фиг. 4А является схематическим представлением вида сбоку примера устройства 10 по настоящему изобретению. Фиг. 4А подобна фиг. 2А за исключением того, что на фиг. 4А схематически изображены особенности источника 50 структурированного освещения. Как показано на фиг. 4А, в примерах устройства 10 генератор 52 картины освещения может содержать маскирующий слой 53, а исполнительный механизм генератора картины освещения содержит исполнительный механизм 55 маскирующего слоя, соединенный с маскирующим слоем 53 для перемещения или вращения маскирующего слоя 53 относительно набора 28 элементов 30. Как показано на фиг. 4А, первое положение маскирующего слоя 53 таково, что часть первых фотонов 61 выборочно освещает первый элемент 31. Как показано на фиг. 4 В, второе положение маскирующего слоя 53 таково, что часть вторых фотонов 62 выборочно освещает второй элемент 32.
В некоторых примерах настоящего изобретения устройство 10 содержит множество 18 пикселей 20 формирования изображения, расположенных по пространственной схеме 22. Набор 28 элементов 30 размещен над первым множеством 18 пикселей 20 формирования изображения. В некоторых примерах генератор 52 картины освещения может быть размещен над набором 28 элементов 30. В некоторых примерах генератор 52 картины освещения может быть выполнен в виде части конструкции набора 28 элементов 30. В некоторых примерах генератор 52 картины освещения может быть выполнен в виде конструкции, отдельной от набора 28 элементов 30. Первый элемент 31 набора 28 элементов 30 размещен над первым пикселем 21 множества 18 пикселей 20 формирования изображения. Второй элемент 32 набора 28 элементов 30 размещен над первым пикселем 21 и смещен в пространстве относительно первого элемента 31. Генератор 52 картины освещения содержит исполнительный механизм генератора картины освещения, который соединен с генератором 52 картины освещения для обеспечения периодичности 92 максимумов интенсивности освещения картины освещения, соответствующей интервалам 94 между пикселями в пространственной схеме 22 множества 18 пикселей 20 формирования изображения для выборочного облучения первого элемента 31 светом в первое время. Во второе время генератор 52 картины освещения обеспечивает выборочное облучение светом картины освещения второго элемента 32, причем второе время отлично от первого времени. В некоторых примерах максимумом интенсивности освещения может быть интерференционный максимум 73, или другие участки интенсивности освещения, такие как полосы 67 освещения (например, фиг. 5В) или пятна (например, фиг. 6В).
Устройство 10 может дополнительно содержать источник 50 структурированного освещения для генерирования первых фотонов 61 в первое время и генерирования вторых фотонов 62 во второе время. Первый люминофор 41 может быть размещен в первом элементе 31 или над ним, и второй люминофор 42 может быть размещен во втором элементе 32 или над ним. Первый целевой аналит может быть размещен в первом элементе 31 или над ним, а второй целевой аналит может быть размещен во втором элементе 32 или над ним. Первый целевой аналит может быть отличен от второго целевого аналита. Первый целевой аналит и второй целевой аналит могут содержать нуклеиновые кислоты с различными последовательностями.
В примере, показанном на фиг. 5А и фиг. 5В маскирующий слой 53 содержит решетку 56 из перемежающихся и расположенных с некоторой периодичностью светопропускающих областей 57 и светонепроницаемых областей 58. Светопропускающие области 57 образованы параллельными полосами 51 маскирующего абсорбента 59, размещенного на маскирующей подложке 66. Часть первых фотонов 61 и часть вторых фотонов 62 проходят через светопропускающие области 57 для освещения параллельных полос освещения 67 набора 28 элементов 30.
В примерах настоящего изобретения маскирующим абсорбентом 59 может быть тонкое металлическое покрытие, размещенное на маскирующей подложке 66. В качестве не ограничивающего примера маскирующим абсорбентом может быть хром, алюминий, оксид железа, титан или эмульсия галогенида серебра. Следует понимать, что маскирующий слой 53 по настоящему изобретению, светопропускающие области 57 и светонепроницаемые области неподвижны относительно маскирующего слоя 53. Передвижение маскирующего слоя 53 осуществляют посредством исполнительного механизма 55 маскирующего слоя. Передвигать маскирующий слой 53, вместо открытия и закрытия отдельных пикселей, может быть предпочтительным.
В примере, показанном на фиг. 6А и 6В, маскирующий слой 53 содержит двумерную конфигурацию светопропускающих областей 57, расположенных с периодическими интервалами, образованных на светонепроницаемой защитной области 49. Светонепроницаемая защитная область 49 образована маскирующим абсорбентом 59, расположенным на маскирующей подложке 66. Светопропускающие области 57 являются зонами 48 маскирующей подложки 66, образованными в светонепроницаемой защитной области 49. На зоны 48 не наносят маскирующий абсорбент 59. Следует понимать, что в качестве альтернативы маскирующий абсорбент 59 может быть удален с зон 48 после нанесения маскирующего абсорбента 59 на зоны 48. Первые фотоны 61 (фиг. 6А) и вторые фотоны 62 (фиг. 6В) проходят через светопропускающие области 57 для освещения соответствующих элементов набора 28 элементов 30.
Например, устройство может содержать первый люминофор, размещенный в первом элементе или над ним, и второй люминофор, размещенный во втором элементе или над ним. В качестве иллюстрации, устройство может содержать первый целевой аналит, размещенный в первом элементе или над ним, и второй целевой аналит, размещенный во втором элементе или над ним, причем первый целевой аналит отличен от второго целевого аналита. Опционально, первый целевой аналит и второй целевой аналит могут содержать нуклеиновые кислоты с различными последовательностями.
В некоторых вариантах осуществления первый пиксель 21 выполнен с возможностью выборочного приема люминесценции 71, излучаемой первым люминофором 41 в ответ на первые фотоны 61 в первое время, и выборочного приема люминесценции, излучаемой вторым люминофором 42 в ответ на вторые фотоны 62 во второе время. Например, источник 50 структурированного освещения может выборочно осуществлять возбуждение первого люминофора относительно второго люминофора. На фиг. 5А и 5В параллельные полосы 67 освещения показаны в виде прозрачных полосок для схематического изображения освещенных областей. Распределение интенсивности по полосам 67 освещения может быть однородным, или распределение интенсивности может иметь градиент вдоль поперечной оси полос 67 освещения. Например, интенсивность полосы 67 освещения может быть меньше на краях показанных полос 67 освещения по сравнению с более интенсивной частью полос 67 освещения вдоль осевых линий полос 67 освещения. Видно, что первые фотоны 61 создают пространственную картину напряжений (интенсивностей) поля, которые значительно выше на первом элементе 31, чем на втором элементе 32, таким образом, что в первое время (фиг. 5А) первый люминофор 41 выборочно возбужден по сравнению со вторым люминофором 42. Таким образом, пиксель 20 формирования изображения в первое время может генерировать электрический сигнал, который существенным образом зависит от выборочного возбуждения первого люминофора 41, размещенного в первом элементе 31 или над ним. Кроме того, видно, что вторые фотоны 62 создают пространственную картину напряжений (интенсивностей) поля, которые значительно выше на втором элементе 32, чем на первом элементе 31, таким образом, что во второе время (фиг. 5В) второй люминофор 42 выборочно возбужден по сравнению с первым люминофором 41. Таким образом, пиксель 20 формирования изображения во второе время может генерировать электрический сигнал, который существенным образом зависит от выборочного возбуждения второго люминофора 42, размещенного в первом элементе 32 или над ним. Соответственно, два или более люминофоров 40, размещенных в зоне регистрации конкретного пикселя 20 формирования изображения могут быть отличены друг от друга с использованием пространственных картин возбуждающего света, воздействие которого на люминофоры 40 оказывают в разное время. Такое сочетание пространственного и временного разделения событий возбуждения может обеспечивать возможность различения пикселем 20 формирования изображения упомянутых двух или более люминофоров 40 в зоне регистрации этого пикселя 20 формирования изображения.
Следует также понимать, что на каждый пиксель 20 формирования изображения может быть предусмотрено любое подходящее количество участков. Устройство 10 с четырьмя пикселями формирования изображения показано на фиг. 1С и 7A-7D. В некоторых примерах третий элемент 33 набора 28 элементов 30 может быть размещен над первым пикселем 21 и смещен в пространстве относительно каждого из первого элемента 31 и второго элемента 32. Третий люминофор может быть размещен в третьем элементе 33 или над ним. Третий люминофор не показан отдельно на фигурах, однако следует понимать, что третий люминофор может быть проиллюстрирован подобно первому люминофору 41 и второму люминофору 42, за исключением того, что он размещен в третьем элементе 33 или над ним. Источник 50 структурированного освещения может быть выполнен с возможностью направления по меньшей мере части третьих фотонов 63 на третий элемент 33 в третье время, причем третье время отлично от первого времени и второго времени. Третье время обозначено на фиг. 7С циферблатом 65''. Первый пиксель 21 выполнен с возможностью приема люминесценции, излучаемой третьим люминофором в ответ на часть третьих фотонов 63 в третье время.
Аналогичным образом, четвертый элемент 34 набора 28 элементов 30 может быть размещен над первым пикселем 21 и смещен в пространстве относительно каждого из первого элемента 31, второго элемента 32 и третьего элемента 33. Четвертый люминофор может быть размещен в четвертом элементе 34 или над ним. Четвертый люминофор не показан отдельно на фигурах, однако следует понимать, что четвертый люминофор может быть проиллюстрирован подобно первому люминофору 41 и второму люминофору 42, за исключением того, что он размещен в четвертом элементе 34 или над ним. Источник 50 структурированного освещения может быть выполнен с возможностью направления по меньшей мере части четвертых фотонов 64 на четвертый элемент 34 в четвертое время, причем четвертое время отлично от первого времени, второго времени и третьего времени. Четвертое время обозначено на фиг. 7D циферблатом 65'''. Первый пиксель 21 выполнен с возможностью приема люминесценции, излучаемой четвертым люминофором в ответ на часть четвертых фотонов 64 в четвертое время.
На фиг. 7A-7D схематически представлены виды в аксонометрии примеров выборочного возбуждения первого, второго, третьего и четвертого участков набора 28 элементов 30, таких как описаны в настоящем документе и показаны на фиг. 7A-7D, с использованием источника 50 структурированного освещения, генерирующего фотоны на выбранных элементах в различное время. Например, таким образом, как показано на фиг. 7А, в первое время генератор 52 картины освещения может быть облучен первыми фотонами 61 для выборочного возбуждения первого участка, расположенного над каждым из пикселей 20 формирования изображения. Далее, таким образом, как показано на фиг. 7В, во второе время генератор 52 картины освещения может быть облучен вторыми фотонами 62 для выборочного возбуждения второго участка, расположенного над каждым из пикселей 20 формирования изображения. Далее, таким образом, как показано на фиг. 7С, в третье время генератор 52 картины освещения может быть облучен третьими фотонами 63 для выборочного возбуждения третьего участка, расположенного над каждым из пикселей 20 формирования изображения. Далее, таким образом, как показано на фиг. 7D, в четвертое время генератор 52 картины освещения может быть облучен четвертыми фотонами 64 для выборочного возбуждения четвертого участка, расположенного над каждым из пикселей 20 формирования изображения. Соответственно, пиксели 20 формирования изображения могут генерировать электрические сигналы в первое, второе, третье и четвертое время, на основе которых первый, второй, третий и четвертый участки, размещенные над такими пикселями 20 формирования изображения, могут быть отличены друг от друга.
На фиг. 8А схематично представлен боковой вид в поперечном разрезе примера устройства 10 в соответствии с настоящим изобретением. Фиг. 8А подобна фиг. 2А за исключением того, что на фиг. 8А схематически изображены особенности источника 50 структурированного освещения. Как показано на фиг. 8А, в примерах устройства 10 генератор 52 картины освещения может содержать генератор 93 интерференционной картины для распространения света, образующего на наборе 28 элементов 30 многолучевую интерференционную картину. Исполнительный механизм генератора картины освещения может содержать исполнительный механизм 95 генератора интерференционной картины, соединенный с генератором 93 интерференционной картины с возможностью изменения положения генератора 93 интерференционной картины путем перемещения или вращения для обеспечения перемещения или вращения интерференционной картины относительно набора 28 элементов 30. В некоторых вариантах положение по перемещению генератора 93 интерференционной картины может быть положением генератора 93 интерференционной картины относительно набора 28 элементов 30, как показано на фиг. 8А и 8В. Как показано на фиг. 8А, первое положение генератора 93 интерференционной картины приводит к выборочному освещению первого элемента 31 первыми фотонами 61. Как показано на фиг. 8В, второе положение генератора 93 интерференционной картины приводит к выборочному освещению второго элемента 32 вторыми фотонами 62. В других примерах положение по перемещению генератора 93 интерференционной картины может быть любым положением компонента генератора 93 интерференционной картины, приводимого исполнительным механизмом 95 генератора интерференционной картины, которое приводит к перемещению или вращению интерференционной картины относительно набора 28 элементов 30. Например, вращение, изгиб, растяжение или сжатие компонента в генераторе 93 интерференционной картины, вызванное исполнительным механизмом 95 генератора интерференционной картины, может приводить к перемещению или вращению интерференционной картины относительно набора 28 элементов 30.
В примере, показанном на фиг. 8А первое состояние генератора 93 интерференционной картины по перемещению или вращению приводит к выборочному освещению частью первых фотонов 61 первого элемента 31. В примере, показанном на фиг. 8В, второе состояние генератора 93 интерференционной картины по перемещению или вращению приводит к выборочному освещению частью вторых фотонов второго элемента 32. Следует понимать, что на фиг. 8А и 8В концы пунктирных стрелок с номерными обозначениями 61 и 62 указывают на расположение максимумов интенсивности интерференционной картины. Интерференционная картина может содержать другие максимумы и минимумы, как показано стрелками. Интерференционные картины и их генерация описаны далее в настоящем документе.
На фиг. 9А и 9В представлены блок-схемы, описывающие выборочное действие многолучевых интерференционных картин. В примере, показанном на фиг. 9А, многолучевая интерференционная картина является двухлучевой интерференционной картиной. Генератор интерференционной картины выполнен с возможностью проецирования параллельных линейных интерференционных полос 91, 91' на набор 28 элементов 30. Параллельные линейные интерференционные полосы 91, 91' имеют заданную периодичность 92, равную интервалам 94 между пикселями. Следует понимать, что на фиг. 9А показаны интерференционные полосы 91, полученные в первое время (показанное циферблатом 65) интерференционные полосы 91', полученные во второе время (показанное циферблатом 65'). Таким образом, следует понимать, что интерференционные полосы 91 и 91' в вариантах настоящего изобретения не проецируют одновременно.
В примере, показанном на фиг. 9В, многолучевая интерференционная картина является интерференционной картиной по меньшей мере четырех интерферирующих пучков. Интерференционная картина является двумерной интерференционной картиной с интерференционными максимумами 73, 73', 73'', 73''' заданной периодичности 92', равной интервалам 94 между пикселями. Следует понимать, что на фиг. 9В показаны интерференционные максимумы 73, полученные в первое время (показанное циферблатом 65); интерференционные максимумы 73', полученные во второе время (показанное циферблатом 65'); интерференционные максимумы 73'', полученные в третье время (показанное циферблатом 65''); и интерференционные максимумы 73''', полученные в четвертое время (показанное циферблатом 65'''). Таким образом, следует понимать, что интерференционные максимумы 73, 73', 73'', и 74''' в вариантах настоящего изобретения не проецируют одновременно. Как видно из примера, показанного на фиг. 9В, ''периодичность'' означает интервалы от центра до центра между интерференционными максимумами 73, 73', 73'', 73'''.
На фиг. 10А представлена блок-схема, иллюстрирующая конкретную геометрию и терминологию, относящуюся к интерференции. На фиг. 10В представлен упрощенный вариант фиг. 10А, который дополнительно содержит описание интерференционных полос 91''. На фиг. 10 показана геометрия демонстрации интерференции с использованием двух щелей, аналогично опыту Юнга с двумя щелями. r1 является расстоянием от s1 до точки Р (длиной пути). r2 является расстоянием от s2 до точки Р (длиной пути), d является расстоянием между центрами щелей. L является расстоянием между барьером и экраном. Y является высотой от осевой линии QO. θ является углом между QO и QP. δ является разностью путей. Позицией номер 76 обозначен когерентный световой пучок длины волны λ. Когерентный световой пучок 76 разделен на два когерентных пучка (оба с длиной волны А) посредством щелей s1 и s2 в барьере. Разница между r1 и r2 приводит к тому, что волны света достигают точки Р в заданное время в разных фазах. Полагая r1 и r2 приближенно параллельными, получим, что δ=r2-r1=d sin θ. Положение светлых полос описывается следующим уравнением: δ=d sin θсветл=m λ; и положение темных полос описывается следующим уравнением: δ=d sin θтемн=(m+1/2) λ. Перепишем в виде sin θсветл=m λ/d, sin θтемн=(m+1/2) λ/d. Порядковый номер m=(0,+/-1,+1-2,+1-3,…). Таким образом, расстояние между полосами пропорционально отношению (λ/d) длины волны λ к расстоянию d между центрами щелей.
На фиг. 11 представлена блок-схема, которая применяет интерференционные взаимодействия демонстрации с двумя щелями фиг. 10А к дифракционной решетке, имеющей множество щелей. На фиг. 12 представлена блок-схема, на которой изображена относительная интенсивность порядковых номеров m, создаваемая когерентным пучком света 76, дифрагированным дифракционной решеткой;
На фиг. 13А и 13В представлены блок-схемы, изображающие интерференционные полосы, создаваемые дифракционной решеткой 60. Дифракционная решетка 60 содержит чередующиеся, расположенные с периодическими интервалами, светопропускающие области 57' и светонепроницаемые области 58'. На фиг. 13С схематично представлен вид в поперечном разрезе примера дифракционной решетки 60, показанной на фиг. 13А. Светопропускающие области 57' образованы параллельными полосами 51' маскирующего абсорбента 59, размещенного на прозрачной подложке 66'. Дифракционная решетка 60, расположенная на фиг. 13С, является бинарной дифракционной решеткой, поскольку либо свет проходит через светопропускающие области 57', либо прохождение света блокируют светонепроницаемые области 58'. Когерентный фронт волны 77 создает когерентные волны 78 меньшей амплитуды, выходящие из каждой из светопроницаемых областей 57'. Интерференционные полосы 91, показанные на фиг. 13А и 13В, параллельны светопропускающим областям 57'. На фиг 13D схематично представлен вид двумерной дифракционной решетки 60', образованной из наложенных друг на друга ортогональных дифракционных решеток 60, изображенных на фиг. 13А и фиг. 13 В. На фиг. 13Е представлена блок-схема, изображающая распределение интенсивности интерференции, создаваемой двумерной дифракционной решеткой 60', такой как показана на фиг. 13D.
На фиг. 14 представлена блок-схема примера устройства 10 в соответствии с настоящим изобретением. Лазер 54'' вырабатывает когерентный пучок света 76. Двумерная дифракционная решетка 60' разделяет когерентный пучок света 76 на набор когерентных пучков. Линза 68 направляет набор когерентных пучков в барьер 69 пучка, блокирующий пучки нулевого, второго и более старших порядков, и пропускает пучки первого порядка в направлении осей х/у. Вторая линза 68' направляет пучки первого порядка на набор 28 элементов 30. Когерентный пучок света 76 может быть сдвинут, или двумерная дифракционная решетка 60' может быть сдвинута для освещения каждого из элементов 30 (в любой момент времени один элемент 30 на каждый пиксель 20 формирования изображения), размещенных над пикселями 20 формирования изображения. Сдвиг когерентного пучка света 76 или двумерной дифракционной решетки 60' могут осуществлять посредством пьезоэлектрического исполнительного механизма. Каждому пикселю 20 формирования изображения соответствует множество элементов 30. На фиг. 14 два элемента 30 показаны соответствующими первому пикселю 21 и два элемента 30 показаны соответствующими второму пикселю 23. Однако, как упомянуто ранее, в примерах настоящего изобретения над каждым пикселем 20 формирования изображения может быть размещено любое количество элементов 30, большее, чем 1, например, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 или более элементов.
На фиг. 15А представлена блок-схема устройства 10 в соответствии с настоящим изобретением. Светодиод (LED) 54' (или источник белого света с полосовым фильтром) вырабатывает пучок света. Маскирующий слой 53 содержит двумерную конфигурацию светопропускающих областей 57, расположенных с периодическими интервалами, образованных на светонепроницаемой защитной области 49. Часть первых фотонов 51 (фиг. 6А) и часть вторых фотонов 62 (фиг. 6В) проходят через светопропускающие области 57 для освещения соответствующих элементов набора 28 элементов 30. В примерах настоящего изобретения источник 50 структурированного освещения может содержать оптический компонент 46. Устройство 10 может дополнительно содержать контроллер 47, соединенный с оптическим компонентом 46, для управления оптическим компонентом таким образом, чтобы направлять часть первых фотонов картины освещения к первому элементу 31 в первое время, и чтобы направлять часть вторых фотонов в картине освещения ко второму элементу 32 во второе время. Например, оптический компонент 46 может содержать компонент 45 управления пучком. Маскирующий слой 53 пропускает точечный рисунок света на набор 68'' проецирующих линз. Набор 68'' проецирующих линз является частью оптического компонента 46. Набор 68'' проецирующих линз проецирует точечный рисунок света на набор 28 элементов 30. Маскирующий слой 53 может быть сдвинут для освещения каждого из элементов 30 (в любой момент времени один элемент 30 на каждый пиксель 20 формирования изображения), размещенных над пикселями 20 формирования изображения. Маскирующий слой может быть смещен, например, посредством пьезоэлектрического исполнительного механизма. Каждому пикселю 20 формирования изображения соответствует множество элементов 30. На фиг. 15А два элемента 30 представлены в соответствии с первым пикселем 21 и два элемента 30 представлены в соответствии со вторым пикселем 23. Однако, как упомянуто ранее, в примерах настоящего изобретения над каждым пикселем 20 формирования изображения может быть размещено любое количество элементов 30, большее, чем 1, например, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 или более элементов. Элементы 30 могут быть расположены в любом подходящем наборе 28. Например, набор 28 элементов 30 может представлять собой ряды и колонки, ряды, колонки, трехгранные кластеры, шестигранные кластеры и т.д. По существу, пьезоэлектрический исполнительный механизм может осуществлять приведение маскирующего слоя 53 в направлениях X и Y. На фиг. 15В представлено распределение 75 интенсивности иллюстративного точечного рисунка света на наборе 28 элементов 30 примера устройства 10, показанного на фиг. 15А, в соответствии с настоящим изобретением.
В примерах настоящего изобретения генератор 93 интерференционной картины может содержать двумерную пропускающую фазовую маску 85 для разделения лазерного пучка на набор интерферирующих пучков. На фиг. 16 схематично представлен вид в поперечном разрезе примера двумерной пропускающей фазовой маски 85. В отличие от бинарной дифракционной решетки 60, показанной на фиг. 13А, двумерная пропускающая фазовая маска 85 не содержит светонепроницаемых областей. Двумерная пропускающая фазовая маска 85 разделяет когерентный лазерный пучок на интерферирующие пучки за счет перевалистого профиля и толщины, определяемой прозрачной подложкой 66'. Как показано на фиг. 16, когерентный падающий пучок 79 разделяется на вторичные пучки 70, поскольку свет, проходящий через пропускающие области, подвержен фазовым вариациям, вводимым во вторичные пучки 70 за счет перевалистого профиля поверхности и толщины двумерной пропускающей фазовой маски 85.
На фиг. 17А представлен вид в аксонометрии другого примера двумерной пропускающей фазовой маски 85'. Поверхность двумерной пропускающей фазовой маски 85', показанной на фиг. 17А, образована двумерным синусоидальным рисунком, длина волны которого в направлении оси х равна Δх, и длина волны в направлении оси у равна Δу. Фиг. 17В является примером графиком изолиний интенсивности, показывающим распределение 74' интенсивности, которую получают с использованием двумерной пропускающей фазовой маски 85', показанной на фиг. 17А. В примере графика изолиний интенсивности, показанном на фиг. 17В, длины волн интенсивности двумерной интерференционной картины равны длинам волн Δх и Δу.
Настоящие набор компонентов, устройства и способы подходят для использования для создания изображений на основе люминесценции при секвенировании путем синтеза СПС. Например, упомянутое устройство может дополнительно содержать по меньшей мере один микрофлюидный элемент, контактирующий с набором 28 элементов 30, для обеспечения потока одного или нескольких аналитов в набор 28 элементов 30. В качестве другого примера, снова обращаясь к иллюстративным примерам, описанным со ссылкой на фиг. 7A-7D, первый люминофор 41 может быть соединен с первой нуклеиновой кислотой, второй люминофор 42 может быть соединен со второй нуклеиновой кислотой, третий люминофор 43 может быть соединен с третьей нуклеиновой кислотой, и четвертый люминофор 44 может быть соединен с четвертой нуклеиновой кислотой. Например, в составах, предназначенных для секвенирования ДНК (DNA) с использованием формирования изображения на основе люминесценции, первый люминофор 41 может быть соединен с А, второй люминофор 42 может быть соединен с G, третий люминофор может быть соединен с С, и четвертый люминофор может быть соединен с Т. В качестве другого примера, в составах, предназначенных для секвенирования РНК (RNA) с использованием формирования изображения на основе люминесценции, первый люминофор 41 может быть соединен с А, второй люминофор 42 может быть соединен с G, третий люминофор может быть соединен с С, и четвертый люминофор может быть соединен с U.
В примерах описанного здесь устройства 10 первый люминофор 41 может быть соединен с первым секвенируемым полинуклеотидом, и второй люминофор 42 может быть соединен со вторым секвенируемым полинуклеотидом. Например, первый полинуклеотид может быть соединен с первым элементом 31, и второй полинуклеотид может быть соединен со вторым элементом 32. Устройство может дополнительно содержать первую полимеразу, добавляющую первую нуклеиновую кислоту к третьему полинуклеотиду, который комплементарен и соединен с первым нуклеотидом, причем первая нуклеиновая кислота соединена с первым люминофором. Устройство может дополнительно содержать вторую полимеразу, добавляющую вторую нуклеиновую кислоту к четвертому полинуклеотиду, который комплементарен и соединен со вторым нуклеотидом, причем вторая нуклеиновая кислота соединена со вторым люминофором 42. Устройство может дополнительно содержать канал, обеспечивающий протекание первой жидкости, содержащей первую и вторую нуклеиновые кислоты и первую и вторую полимеразы, в первый и второй элемент или над ними. Например, первый и второй полинуклеотиды могут быть соединены с первым элементом 31 и вторым элементом 32, размещенными над первым пикселем 21, и может быть осуществлено их секвенирование подходящим методом СПС. Первый люминофор 41 и второй люминофор 42, соответственно, могут быть соединены с первой и второй нуклеиновой кислотой, которые, соответственно, включены в состав первого и второго полинуклеотидов, например, с использованием первой и второй полимераз. После этапа СПС по включению первой и второй нуклеиновых кислот в первый и второй полинуклеотиды, описанным в настоящей заявке способом может быть осуществлено выборочное формирование изображения на основе люминесценции первого люминофора 41 и второго люминофора 42, в отличающееся время, таким образом, чтобы получить соответствующие электрические сигналы в ответ на наличие первого люминофора 41 и первого нуклеотида (то есть, включения первой нуклеиновой кислоты в первый полинуклеотид) и в ответ на наличие второго люминофора 42 и второго нуклеотида (то есть, включения второй нуклеиновой кислоты во второй полинуклеотид).
На фиг. 18А-18С представлен алгоритм примера способа в соответствии с настоящим изобретением. Как показано блоком 110, способ 100 включает «направление, посредством источника структурированного освещения, по меньшей мере части первых фотонов в картине освещения на первый элемент в первое время, причем первый элемент входит в состав набора элементов, размещенного над множеством пикселей формирования изображения, расположенных по пространственной схеме в устройстве формирования изображения на основе люминесценции, и причем первый элемент набора элементов размещен над первым пикселем множества пикселей формирования изображения».
Способ 100 дополнительно включает «направление, посредством источника структурированного освещения, по меньшей мере части вторых фотонов в картине освещения на второй элемент во второе время, причем второе время отлично от первого времени, причем второй элемент входит в состав набора элементов, причем второй элемент набора элементов размещен над первым пикселем и смещен в пространстве относительно первого элемента», как показано блоком 120.
Способ 100 дополнительно включает «выборочный прием первым пикселем люминесценции, излучаемой первым люминофором в ответ на часть первых фотонов в первое время, причем первый люминофор размещен в первом элементе или над ним», как показано блоком 130.
Способ 100 дополнительно включает «выборочный прием первым пикселем люминесценции, излучаемой вторым люминофором в ответ на часть вторых фотонов во второе время, причем второй люминофор размещен во втором элементе или над ним, причем источник структурированного освещения содержит генератор картины освещения, который содержит исполнительный механизм генератора картины освещения, соединенный с генератором картины освещения для обеспечения возможности перемещения или вращения картины освещения относительно набора элементов», как показано блоком 140.
Штриховыми линиями на фиг. 18А-18С обозначены необязательные элементы способа 100. Например, «периодичность максимумов интенсивности освещения картины освещения соответствует интервалу между пикселями в пространственной схеме множества пикселей формирования изображения», показанный блоком 150, является необязательным элементом, соединенным с блоком 140. Соединительный кружок ''А'' на фиг. 18В указывает на соединение необязательного элемента 160 с блоком 150 на фиг. 18А. В необязательном блоке 160 способ 100 содержит «генератор картины освещения содержит маскирующий слой, а исполнительный механизм генератора картины освещения содержит исполнительный механизм маскирующего слоя, соединенный с маскирующим слоем для перемещения или вращения маскирующего слоя относительно набора элементов; в первом положении маскирующего слоя часть первых фотонов выборочно освещает первый элемент; во втором положении маскирующего слоя часть вторых фотонов выборочно освещает второй элемент; маскирующий слой содержит решетку из перемежающихся и расположенных с некоторой периодичностью светопропускающих областей и светонепроницаемых областей; светопропускающие области образованы параллельными полосами маскирующего абсорбента, размещенного на маскирующей подложке; и часть первых фотонов и часть вторых фотонов проходят через светопропускающие области для освещения параллельных полос освещения на наборе элементов».
Соединительный кружок ''В'' на фиг. 18С указывает на соединение необязательного элемента 170 с блоком 150 на фиг. 18А. В необязательном блоке 170 способ 100 содержит «генератор картины освещения содержит: генератор интерференционной картины для распространения света, образующего на наборе элементов многолучевую интерференционную картину; причем исполнительный механизм генератора картины освещения содержит исполнительный механизм генератора интерференционной картины, соединенный с генератором интерференционной картины с возможностью изменения положения генератора интерференционной картины путем перемещения или вращения для обеспечения перемещения или вращения интерференционной картины относительно набора элементов».
Несмотря на то, что в настоящей заявке явно описаны различные примеры в качестве иллюстрации, специалисту в области техники очевидно, что могут быть сделаны различные изменения и модификации без отступления от объема настоящего изобретения. Например, несмотря на то, что в настоящем документе конкретные составы, устройства и способы описаны со ссылкой на формирование изображений на основе люминесценции в связи с секвенированием полинуклеотидов, таких как ДНК (DNA) или РНК (RNA), следует понимать, что данные составы, устройства и способы могут быть подходящим образом адаптированы для использования при формировании изображений на основе люминесценции, связанном с любой подходящей темой. Прилагаемая формула покрывает все такие изменения и модификации, которые входят в объем и соответствуют сути настоящего изобретения.
Дополнительные примечания
Следует понимать, что все сочетания последующих концепций и дополнительных концепций, описанных более детально в настоящей заявке (при условии, что такие концепции не являются взаимоисключающими) должны рассматриваться как часть описанной здесь сущности изобретения. В частности, все сочетания заявляемой сущности изобретения, упомянутые в конце настоящей заявки, должны рассматриваться как часть сущности описанного здесь изобретения.
В настоящем документе указание на «один из примеров», «другой пример», «некоторый пример» и так далее означает, что конкретный элемент (например, признак, структура и/или характеристика), описанный в связи с примером, содержится по меньшей мере в одном описанном здесь примере, и может содержаться или не содержаться в других примерах. Кроме того, следует понимать, что описанные для любого из примеров элементы могут быть скомбинированы любым подходящим способом в различных примерах, если контекст прямо не указывает на обратное.
Следует понимать, что приведенные здесь диапазоны содержат упомянутые диапазоны и любые значения или поддиапазоны упомянутых диапазонов, как если бы значение(я) или поддиапазон(ы) упомянутого диапазона были упомянуты явно. Например, диапазон от приблизительно 300 нм до приблизительно 800 нм следует понимать как содержащий не только явно указанные пределы от приблизительно 300 нм до приблизительно 800 нм, но как содержащий также отдельные значения, такие как приблизительно 358 нм, около 425 нм, около 585 нм, около 675.5 нм, и так далее, и поддиапазоны, такие как от приблизительно 450 нм до приблизительно 550 нм, от приблизительно 355 нм до приблизительно 580 нм, и так далее. Более того, когда для описания значения использованы термины «приблизительно» и/или «по существу», их следует понимать как охватывающие небольшие вариации (до +/- 10%) указанного значения.
Несмотря на то, что несколько примеров описано детально, следует понимать, что описанные примеры могут быть модифицированы. Поэтому следующую формулу следует понимать как неограничивающую.