[发明专利]用于发射和检测光束的装置

说明书

技术领域

本发明的主题是用于发射和检测光束的装置，包含用于发射和检测光束的装置的用于扩增和检测核酸的仪器，和用于检测样品中特定试样(如核酸)的方法。

背景技术

本发明特别的应用于医疗保健领域以及生物和医学研究，尤其是用于核酸的分析、基因的定量和基因型分型，这里需要对于样品所含成分进行可靠分析。通过光学系统监测化学反应是公知的，例如来自分子诊断(MolecularDiagnostics)的实例，其中通过插入到DNA双链螺旋中心的堆叠碱基之间的荧光染料(例如碘化丙锭，cybergreen，吖啶橙)检测和定量化学反应，或通过用化合物如荧光素、若丹明、青色素染料标记的寡核苷酸检测和定量化学反应的特定产物，其中这些标记的寡核苷酸特异性杂交到靶DNA序列上。这里，重要的方面是通过特定波长的光束激发染料并测定这些染料所发射的光来监测反应。这些步骤中的精确性是这些方法准确性的前提。

使用包括变性和扩增步骤的反应循环的方法是聚合酶链式反应(PCR)。这项技术使核酸处理领域内发生了革命性的变化，尤其是在核酸分析上，其提供了增加特定序列的核酸的数量的工具，从可忽略的量增加到能检测的量。EP0201184和EP 0200362中描述了PCR。例如EP 0236069公开了以可控的方式对试管中的样品通过加热和冷却延展的金属块进行热循环的仪器。

越来越多新改进的和更有效的PCR技术已经研究。定量实时PCR是一项实验室技术，其用于同时扩增和定量给定DNA分子的特定部分。该技术用于确定样品中是否存在特定的序列，并且如果存在，则能定量其在样品中的拷贝数。两种常用的定量方法是采用插有双链DNA的荧光染料和经改性的DNA寡核苷酸探针，所述探针当杂交到与其互补的DNA时能够发出荧光。这些方法描述在EP0512334中。

此外，开发了能够在一个反应试管中平行扩增两种或多种产物的多重PCR。在研究、法医和诊断实验室中，该技术广泛地用于基因型分型应用和DNA测试的不同领域。使用来源于各种真核生物和原核生物的cDNA作为起始模版，多重PCR也可以用于定量的或半定量的基因表达的分析。

用于执行、检测和监测上述方法的各种仪器在本领域内是已知的。EP0953837中描述的Roche 仪器，以及Roche Lightcycler 480仪器，使用白光源向样品提供激发光束。使用传统的白光源作为激发光源的缺点是因为这样的白光源使用寿命通常低于1000个工作小时，从而导致增加了维护和维修的精力和费用。而且，一些白光源(尤其是卤素灯泡)的光谱能量在蓝光范围内相当低，只有有限的能量来激发样品，导致检测的时间增加。此外，白光源的缺点在于它们使用了不同的光谱波长从而需要使用昂贵的滤波器，因为大部分具有其他波长的光不能用于该应用中并且需要滤波器阻断。另外，白光源产生热量，这需要从仪器中散出。

在本领域内已知的其它仪器中，激发光束是由单一的发光二极管例如Roche 1.5和2.0仪器产生的，或由激光例如在WO 2003/098278中描述的ABI Prism 7700、7900仪器产生，或由相同波长的多个发光二极管如在WO 2003/002991中描述的Eppendorf的realplex仪器产生。由于这些仪器限制为一种特定的激发波长，所以几乎不能进行水解多重应用(hydrolysismultiplex applicatiion)，因为某些染料可能不被激发或者几乎没有被激发，或者只有在仪器构建时具有复杂的修改情况下。

另外，其它仪器，例如在US 6369893中描述的Cepheid Smartcycler，使用不同波长的数种发光二极管来激发一个特定的反应区域。几种检波器用于检测来自同一特定反应区域的发射光。如果需要分析大量的反应区域则这是不利的，因为所有的部件，如LED和检波器，需要根据待分析的反应区域数目而倍增。另外，滤波器和分色镜的数量以及用于驱动LED和预先放大光电二极管信号的电路也相应的增加。另外，使用多于4种不同波长的LED类型时，增加了更多的复杂性。因此，当几种反应区域需要用US 6369893中描述的检测系统来检测时，检测系统的费用就变得非常高，同样复杂性也一样增高。