[發明專利]用于監測多個分立熒光信號的設備

有效

• 申請號: 201080047694.4
• 申請日: 2010-10-18
• 公開（公告）號: CN102575991A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: D.A.菲什
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦電子股份有限公司
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李靜嵐;劉鵬

技術領域

本發明涉及一種用于監測多個分立熒光信號的設備，其特別用于通過使用以熒光方式加標簽的核苷酸來進行DNA定序。

本發明還涉及一種用在所述用于監測多個分立熒光信號的設備中的檢測器，其用于檢測來自多個熒光信號源的熒光信號。

背景技術

DNA（脫氧核糖核酸）定序已經多年為人所知。識別核酸的構造塊的基本概念（其中包含在所有已知生物機體的發展和運作中所使用的遺傳指令）已經從發現代碼擴展到期望使用遺傳信息來解決疾病。

DNA分子的主要作用是對于信息的長期存儲。在其他功能當中，其特別以被稱作基因的片段的形式包含對于構造細胞成分所需的指令。在化學上，DNA由被稱作核苷酸的簡單單元的兩條長聚合物構成，所述兩股在彼此相對的方向上延伸。兩股之間的骨干由通過酯鍵結合在一起的糖和磷酸基團構成。附著到每一個糖上的被稱作堿基的四種類型的分子的其中之一，所述堿基的類型為A、C、G或T。這四種堿基沿著骨干的序列對信息進行編碼。通過識別出這些堿基及其序列，可以導出許多信息。

許多新的技術依賴于熒光成像來識別堿基，其被稱作堿基判讀（base?calling）。熒光部分附著到一種特定種類的堿基上。核苷酸中的熒光受到已知波長下的光吸收的影響。熒光發生在另一個略微不同的已知波長處。對于熒光的檢測表明特定堿基的存在。存在單色熒光系統，其中把包括定序試劑的不同流體相繼沖洗過樣本，并且熒光表明DNA樣本中的不同DNA堿基的存在。另一種熒光成像技術由于使用了四個不同波長的光而被稱作四色熒光，從而允許在定序設備中同時存在（定序反應所需的）四種類型的核苷酸。從而可以減少設備中的流體交換（其非常緩慢）或者將其保持在最低程度。

Pacific?Biosciences描述了根據用于堿基判讀的熒光成像來分析熒光材料的各種方法和系統，特別是在Pacific?Biosciences技術背景情況介紹會“Pacific?Biosciences?develops?transformative?DNA?sequencing?technology”（2008年2月2日）上以及在其專利申請WO?2008/140758?A1和WO?2009/089056?A1中。由熒光團發出的光被高數值孔徑物鏡收集并且被聚焦到單光子敏感CCD陣列上。在到達所述陣列之前，所述光經過棱鏡色散元件，該元件根據熒光的顏色對其進行偏轉，從而對于每一個零模波導產生單獨的彩虹。這就允許用偏轉光的位置對產生所述信號的堿基的身份進行編碼。這樣，可以使用單個高靈敏度檢測器根據其撞擊CCD陣列的位置來識別并區分脈沖。這一過程在CCD陣列的面積上被重復數千次，從而允許在整個單分子實時芯片上的每一個零模波導中實時地讀取DNA序列。使用優化的算法集合來翻譯由光學裝置系統捕獲的信息。利用所記錄的光譜信息和脈沖特性，信號被轉換成具有相關聯的質量度量的堿基判讀。

但是該技術存在限制，這主要是由于所使用的檢測器的種類。對于所使用的EMCCD（電子倍增電荷耦合器件）檢測器，只有在像素數較少的情況下才可能獲得高場速率。但是在實踐中，需要大量像素來讀出數目非常多的定序部位，例如一百萬個定序部位或更多。此外，需要高場速率來跟上反應速率，可以預期其在將來會增加到1kHz。這樣的性能遠遠超出了CCD技術的能力。

發明內容

本發明的一個目的是提供一種用于監測多個分立熒光信號的設備，其與已知設備相比得到了改進并且特別允許在更高場速率下同時讀出大量像素。本發明的另一個目的是提供用在這種設備中的相應的檢測器。

在本發明的第一方面中，提供一種用于監測多個分立熒光信號的設備，其特別用于通過使用以熒光方式加標簽的核苷酸來進行DNA定序，所述設備包括：

-其上布置有多個分立熒光信號源的基板；

-激發照明源；

-用于檢測來自多個熒光信號源的熒光信號的檢測器；以及

-被定位成將來自激發照明源的激發照明同時導向基板上的所述多個分立熒光信號源并且把來自多個熒光信號源的熒光信號導向檢測器的光學鏈（optical?train），

其中，所述檢測器包括：

????-用于單獨檢測來自多個熒光信號源的所述熒光信號的多個像素，其中每一個像素包括預定數目的至少兩個檢測元件以用于檢測所接收到的熒光信號并且用于生成檢測信號；以及