背景技术
技术领域
本发明的实施方案涉及成像系统和方法，并且更具体地，涉及促进对包括细胞和组织的生物样本的分析和表征的成像系统。
背景技术
探测和表征细胞表面上的分子的表达的能力，无论是单独还是在组织的背景下，对于研究人员剖析作为人类生物学基础的分子机制以及监测与病理学和治疗性干预相关联的变化的能力至关重要。在这些分析中，重要的是收集关于在细胞表面上表达的分子的类型和数量以及具有不同表达谱的细胞之间的空间关系两者的信息。例如，在癌症的背景下，空间信息可提供关于哪些细胞正在引起免疫反应以及哪些结构亚组特别容易受到治疗的影响或耐受治疗的线索。
然而，用于进行此类表征的现代技术方法受制于通量、平行化和空间信息的维护之间的权衡。例如，常规免疫荧光法(IF)和免疫组织化学法(IHC)将组织维持在接近生理表现的状态，但是受可用的光谱上不同的荧光探针的数量和一个探针可探测组织的次数限制。因此，一块组织只能针对5-7个感兴趣的分子的表达进行探测。另一方面，流式细胞计量术提供探测15-18个感兴趣的分子的能力。本领域中的更新的发展(如CyTOF(基于飞行时间的细胞计量术))利用重金属离子标记的抗体，这些抗体可将所探测分子的数量增加到约100个。然而，在两种方法中，分析发生在单细胞水平上，这意味着必须分解原始样本，而这导致关键空间信息丢失。不仅如此，而且一旦已经进行了分析，该组织就不能在可提供平行信息的其他下游分析(如RNA测序)中使用。
发明内容
在本文提出的实施方案中，提出了一种新的成像技术以提供一种表征方法，所述表征方法维持空间信息，同时表征大块组织，理论上在可被探测的表面分子数量上不受限制并且保留样本完整性以用于下游分析。
在一个实施方案中，一种光学成像系统包括：框架，所述框架被设计来在第一台板和第二台板之间提供机械耦接；样本保持区域，所述样本保持区域位于所述第一台板上；透镜布置；以及传感器阵列。所述透镜布置设置于所述第一台板和所述第二台板之间，并且被设计来接收来自所述第一台板上的所述样本保持区域处的样本的光。所述透镜布置具有小于0.1的数值孔径。所述传感器阵列耦接至所述第二台板并且被设计来接收穿过所述透镜布置的光。
在另一个实施方案中，一种捕获样本的荧光图像的方法包括：将所述样本设置在台板上的样本保持区域之上；以及将包括多个微流体通道的基片设置在所述样本之上。所述方法还包括：使溶液流动通过所述多个微流体通道，使得所述溶液接触所述样本；以及在设置于所述台板下方的透镜布置处接收从所述样本荧光发出的光。所述透镜布置具有小于0.1的数值孔径。所述方法还包括：在设置于所述透镜布置的光学下游的检测器处检测从所述样本荧光发出的所述光。
在另一个实施方案中，一种光学成像系统包括：框架，所述框架被设计来在第一台板和第二台板之间提供机械耦接；样本保持区域，所述样本保持区域位于所述第一台板上；基片，所述基片设置在位于所述样本保持区域处的样本之上；透镜布置；以及传感器阵列。所述基片包括多个微流体通道。所述透镜布置设置于所述第一台板和所述第二台板之间，并且被设计来接收来自所述第一台板上的所述样本保持区域处的样本的光。所述透镜布置具有小于0.1的数值孔径。所述传感器阵列耦接至所述第二台板并且被设计来接收穿过所述透镜布置的光。
在另一个实施方案中，一种检测结合反应的方法包括：将探针溶液循序地加入到第一通道中，其中所述探针溶液中的每一种包含荧光标记的探针分子。所述探针溶液在所述第一通道内基本上彼此分离。所述方法还包括：使所述探针溶液流动通过所述第一通道并进入位于样本之上的第二通道，使得当存在于所述第二通道中时，所述探针溶液接触所述样本。所述方法包括：使用设置于所述样本下方的透镜布置接收从存在于所述样本处的所述荧光标记的探针分子荧光发出的光；以及在设置于所述透镜布置的光学下游的检测器处检测从所述荧光标记的探针分子荧光发出的所述光。
附图说明
并入本文并且形成本说明书的一部分的附图示出本发明的实施方案，并且与描述一起，进一步用于解释本发明的原理以及用于使相关领域的技术人员能够实践和使用本发明。
图1示出根据一个实施方案的光学检查系统的三维表示。
图2示出根据一个实施方案的光学检查系统的横截面表示。
图3示出根据一个实施方案的如图2中使用的具有透镜布置的外壳。
图4示出根据另一个实施方案的光学检查系统的横截面表示。
图5示出根据另一个实施方案的如图4中使用的具有透镜布置的外壳。
图6示出根据一个实施方案的微流体装置的自顶向下视图。
图7示出根据一个实施方案的另一个微流体装置的自顶向下视图。
图8示出根据一个实施方案的利用微流体装置进行的测试程序。
图9A和图9B示出根据一个实施方案的示例性荧光测量结果。
图10示出根据一个实施方案的捕获样本的荧光图像的方法。
图11示出根据一个实施方案的捕获样本的荧光图像的另一方法。
将参考附图对本发明的实施方案进行描述。应当理解，附图不是按比例绘制的，并且在附图中使用的任何特定的几何形状或尺寸仅用于提供本发明的示例性实施方案。
具体实施方式
尽管讨论了具体的构造和布置，但应当理解，这样做仅仅是出于说明性目的。相关领域的技术人员将认识到在不背离本发明的精神和范围的情况下，可使用其他构造和布置。对于相关领域的技术人员而言将显而易见的是，本发明也可在多种应用中采用，并且不限于任何一种特定的应用。
应当注意，本说明书中对“一个实施方案”、“实施方案”、“示例性实施方案”等的引用指示所描述的实施方案可包括特定的特征、结构或特性，但每个实施方案可不一定都包括所述特定的特征、结构或特性。此外，此类短语不一定是指同一实施方案。另外，当结合实施方案描述特定的特征、结构或特性时，结合其他实施方案(无论是否明确描述)来实现此类特征、结构或特性将在本领域技术人员的知识范围内。
用于如IF和IHC的应用的常规显微成像技术为高分辨率而牺牲了通量，因为它们采用高倍放大率的光学系统的使用来实现单细胞水平分辨率。在这些常规系统中，可操作地将组织分解为适合高分辨率显微镜的有限视野的30-40个较小块，并且必须单独地对每个块成像。因此，即使在费力的固定、嵌入和贴标签过程(它们本身是数小时或数天的过程)之后，一个组织仍需要30分钟至2个小时来成像。成像后，要进行进一步的图像处理，以从这30-40个块重建组织图像。
相比之下，本文的实施方案涉及一种可用于捕获样本的图像的光学成像系统，其中图像被表征为既具有相对大的视野又不牺牲分辨率。这样，可在同一视野中对整个组织样本成像(而无需分解样本)，同时维持足够高的分辨率以用于定性和定量分析。样本可包括疾病组织样本或活检组织样本。在一些示例中，样本的整个区域适合在单个图像内，这消除了在样本上的不同点处获取多个图像的需求。
图1示出根据一个实施方案的光学成像系统100。光学成像系统100包括由框架102支撑的顶部台板104。在一个实施方案中，框架102还在顶部台板104与底部台板106之间提供机械耦接。框架102可包括任何数量的立柱，如图1所示，或者可包括任何其他结构形状或成角度的构件以将顶部台板104支撑在底部台板106上方的给定距离处。底部台板106可为光学成像系统100提供稳定的底座，并且也可与如将在本文中进一步详细讨论的检测器部件耦接。在一个实施方案中，顶部台板104可被设计来沿着Z方向平移。
根据一个实施方案，顶部台板104包括样本保持区域108。样本保持区域108可位于或靠近顶部台板104的中间处。样本保持区域108可表示穿过顶部台板104的底表面的开口，使得光可从顶部台板104的下方或上方穿过开口。样本保持区域108可包括定位于开口之上或开口之内的透明块。透明块可以是基本上对在给定的细胞计量术程序期间使用的所有波长的光都可穿透的。在一些实施方案中，样本保持区域108可包括在顶部台板104的底表面中的凹口，所述凹口包括底部唇缘以支撑放置在凹口中的载玻片或其他含有样本的基片。样本保持区域108还可包括偏振滤波器、带通滤波器或长通滤波器中的一者或多者以使激发光衰减，但使来自样本的荧光通过。
根据一个实施方案，外壳110定位于第一台板104与第二台板106之间。外壳110可耦接至第二台板106，并且可容纳被设计来收集来自放置在样本保持区域108处的样本的光的各种光学元件。例如，在放置在样本保持区域108处的样本处生成的荧光可由外壳110内的光学元件收集。
根据一个实施方案，外壳110包括接收来自样本的光的透镜布置。透镜布置被设计成具有非常低的数值孔径，使得光只能从小范围的角度进入。这通过清除进入透镜布置的散射光和其他噪声源而帮助大大地提高分辨率。低数值孔径将光的进入限制到仅在z方向上传播的光，或仅与z方向成小的角度的光。在一个实施方案中，外壳110内的透镜布置的数值孔径小于0.1。在其他实施方案中，外壳110内的透镜布置的数值孔径小于0.05、小于0.01或小于0.001。在一个实施方案中，外壳110内的透镜布置不改变所收集图像的放大率(即，透镜布置具有1倍放大率)。在一个实施方案中，透镜布置包括远心透镜。相对于图3A和图3B提供关于透镜布置的进一步讨论。
在一个实施方案中，外壳110沿着外壳110的侧面包括开口112。可将光引导到开口112中，以便朝向样本保持区域108处的样本提供激发光。例如，可将光学纤维耦接至开口112中以将激发光引导到开口112中。激发光可用于使样本保持区域108处的样本发荧光。
在一些实施方案中，底部台板106包括可移除部件114，其可被设计来容易地滑入和滑出。外壳110可耦接至此可移除部件114，以提供用于将外壳110对准在样本保持区域108下方(并且因此将透镜布置对准在样本保持区域108内)的机制。
图2示出根据一个实施方案的光学成像系统100的各种部件的侧视图。在一个示例中，样本保持区域108支撑样本204。在将样本204放置在样本保持区域108上之前，可将样本204放置在载玻片或其他支撑基片上。在一些实施方案中，样本204是组织样本。
在一些实施方案中，顶部台板104包括设置在样本保持区域108下方的光学滤波器202。光学滤波器202可包括偏振滤波器、带通滤波器或长通滤波器中的一者或多者。当来自照明源210的激发光从上方朝向样本保持区域108引导时，可包括光学滤波器202。例如，照明源210可以是蓝色激光器或蓝色LED，并且蓝色光激发样本204中的荧光团以发射更高波长的光(诸如绿色光)。在这种情况下，光学滤波器202可用于基本上阻止蓝色光通过，而允许绿色光通过。例如，带通滤波器可只允许电磁波谱的绿色光部分周围(例如约530+/-30nm)的频带通过，或者长通滤波器可只允许高于一定阈值(例如高于500nm)的波长通过。因此，样本204的图像将主要由样本荧光而不是噪声(例如，蓝色激发光)形成。可将其他激发波长和荧光团波长与相应地调节的光学滤波器202一起使用，以基本上阻止激发光通过，同时使荧光通过。
在一个实施方案中，具有一个或多个微流体通道的基片206设置在样本204之上。基片206可以是玻璃基片，其中一个或多个微流体通道蚀刻在玻璃基片内。在另一个实施方案中，基片206是诸如聚二甲基硅氧烷(PDMS)的聚合物材料，其被模制来形成一个或多个微流体通道。基片206还可包括入口端口和出口端口(未示出)，以使流体流动通过一个或多个微流体通道。图6中示出基片206中的微流体通道的一种示例性布置。
一个或多个微流体通道可经设置来将流体输送到样本204之上。因此，当流体流动通过一个或多个微流体通道时，流体可接触样本204。缓冲溶液中的标记的探针分子(例如，用各种荧光团标记)可通过一个或多个微流体通道输送，以结合在样本204中特定细胞或细胞类型的表面上。标记的探针分子可以是与细胞的表面上的或内部的分子相互作用的细胞结合剂。举数例而言，标记的探针分子可包括抗体、蛋白质、DNA、RNA、酶或细胞。根据一个实施方案，标记的探针分子与样本204之间所发生的结合不是共价结合，而是可以是基于结合环境的平衡常数的较弱的结合。由于较弱的结合，因此溶液通过一个或多个微流体通道的流动最终会冲走结合的探针分子。此机制允许在针对在任何标记的探针分子与样本204之间发生的任何结合反应对样本204不断地成像的同时，将多个探针分子一个接一个地引入到样本204之上。稍后参考图7更详细地讨论多个标记的探针分子的引入。各种洗涤缓冲液也可通过一个或多个微流体通道输送。在一个实施方案中，使用压力驱动流来通过一个或多个微流体通道输送流体。
在一些实施方案中，可使用氧等离子体而将基片206等离子体结合至样本204下方的载玻片或其他类型的玻璃基片。为了额外的泄漏保护，可在基片206之上提供顶部基片208以向下施加压力，从而进一步密封一个或多个微流体通道。在一些实施方案中，顶部基片208可包括一个或多个螺钉(未示出)，以将顶部基片208向下朝向顶部台板104拧紧。
任选的棱镜块209可设置在基片206之上。棱镜块209可用于减少穿过样本保持区域108向下朝向外壳110传播的激发光的量。
将外壳110定位于样本保持区域108下方以收集来自样本204的光。在一个实施方案中，外壳110包括透镜布置和可能地其他光学部件，以将所接收的光朝向检测器212引导。检测器212可以是传感器阵列，诸如CMOS传感器阵列。在一个实施方案中，检测器212可耦接至底部台板106。检测器212可以是具有例如小于5μm
图3示出根据一个实施方案的如在图2中示出的布置中使用的外壳110内的视图。外壳110包括具有多个透镜304的透镜布置302。多个透镜304可包括被布置成使得透镜布置302具有非常低的数值孔径(例如，小于0.1的数值孔径)的任何数量和类型的透镜。在一个实施方案中，多个透镜304包括远心透镜。远心镜头的示例包括双远心镜头和图像空间远心镜头两者。
在一些实施方案中，外壳110包括光学滤波器306。光学滤波器306可类似于设置在样本保持区域108下方的光学滤波器202。因此，光学滤波器306可包括偏振滤波器、带通滤波器或长通滤波器中的一者或多者。在一些布置中，可能不必包括光学滤波器202和光学滤波器306两者。因此，在一些实施方案中，仅使用光学滤波器306而不使用光学滤波器202，而在一些其他实施方案中，仅使用光学滤波器202而不使用光学滤波器306。
图4示出根据另一个实施方案的光学成像系统100的各种部件的另一个视图。图2中示出的相同元件中的许多元件在图4中再次重复，因此这里不重复其描述。此实施方案使用以下外壳110，所述外壳110沿着其侧面具有开口112以引入激发光。因为激发光是通过开口112提供的并从下方朝向样本保持区域108被引导，所以在此实施方案中不需要如图2所示的照明源210、棱镜块209和光学滤波器202。
图5示出根据一个实施方案的如在图4中示出的布置中使用的外壳110内的视图。激发光502通过开口112提供到外壳110中。激发光502由成角度的滤波器506接收，所述成角度的滤波器506被设计来反射低于阈值的波长并使高于阈值的波长通过。根据一个实施方案，激发光502从成角度的滤波器506反射并穿过透镜布置302以被引导朝向样本保持区域108。然后从样本接收的光504被收集回到外壳110中、穿过透镜布置302，在透镜布置302处，从样本接收的光504穿过成角度的滤波器506。在一些实施方案中，激发光502和从样本接收的光504不与同一成角度的滤波器506相互作用，而是替代地在外壳110内沿着不同光路行进。
从样本接收的光504可包括与来自周围环境的不期望的噪声和/或激发光502混合的期望的荧光。类似于图3中示出的实施方案，光学滤波器306可经设置来从光504去除任何噪声源。
图6示出根据一个实施方案的流动池(flow cell)600的自顶向下视图，流动池600中具有图案化的微流体通道。流动池600可以是以上参考图2所描述的基片206的一个示例。流动池600可放置在样本(例如，组织样本)之上，以将流体输送到样本暴露在流动池600的微流体通道下方的部分。
根据一个实施方案，流动池600包括两个流体输入/输出(I/O)端口602以及在I/O端口602之间的多个平行微流体通道604。当流动池600是聚合物材料时，可使用已知的软光刻技术模制多个平行微流体通道604。在另一个示例中，当流动池600是诸如玻璃或硅的更坚硬的材料时，蚀刻出多个平行微流体通道604。
可将流体压力驱动到一个I/O端口602中，使得流体流动通过多个微流体通道604中的每一个，之后从相反的I/O端口602流出。多个微流体通道604中的每一个可表征为具有长度l和宽度w。根据一个实施方案，多个微流体通道604中的每一个的长度l基本上相同，而每个通道的宽度w随着通道离中心通道606更远而增加。例如，中心通道606可具有最小宽度w，而在端部的每个微流体通道具有最大宽度w。通过使微流体通道的宽度以这种模式变化，流体将以基本上相同的流速流动通过多个微流体通道604中的每一个。多个微流体通道604中的每个通道的宽度可被确定成使得通过每个通道实现相同的流速。这种确定可取决于流体的粘度以及在流体进入I/O端口602时施加到流体的压力量。
可使用注射泵或压缩空气源使流体在I/O端口602之间流动。其他形式的流体运输也是可能的，包括集成泵、毛细管作用或电渗流。如以上所指出，要成像的样本可形成多个微流体通道604中的每一个的底表面，使得流动通过多个微流体通道604的流体直接在样本上流动。通过控制流体通过多个微流体通道604的流动，可使用更少的分析物(与非微流体设备相比)来进行样本204的给定实验。此外，可使用利用多个分离通道的其他微流体设计来将不同的流体可控地引入同一样本204的不同部分。
图7示出根据一个实施方案的另一个流动池700的自顶向下视图，流动池700中具有图案化的微流体通道。流动池700可以是以上参考图2所描述的基片206的一个示例。流动池700可放置在样本(例如，组织样本)之上，以将流体输送到样本暴露在流动池700的微流体通道下方的部分。
根据一个实施方案，流体通过入口端口702进入流动池700，并流动通过连接至入口端口702的入口通道704。根据一个实施方案，流体从入口通道704流动通过分支流体网络706。如图7所示，分支流体网络706在每个分支点处形成两个分支流体通道，并且分三个层次进行分支以从一个起始通道转变为八个结束通道。分支流体网络706可包括任何总数的分支通道，并且在每个分支点处可使用任何数量的分支通道。
根据一个实施方案，分支流体网络706的分支通道终止于同一大流体通道708。大流体通道708可具有基本上横跨分支流体网络706的整个宽度的宽度。大流体通道708可具有在约15mm和25mm之间的宽度，并且可具有在约20mm和30mm之间的长度。一旦流体穿过大流体通道708，它就流动通过连接至流体出口712的出口通道710。根据一个实施方案，分支流体网络706沿着大流体通道708的宽度均匀地分布流动通过入口通道704的流体，使得流体跨大流体通道708均一地流动。
在一些实施方案中，流动池600或流动池700可定位在样本204之上以将流体输送至样本204。流动池700可被定位成使得样本204在大流体通道708下方。在一些实施方案中，流动通过流动池600或流动池700的通道的流体包括含有荧光标记的探针分子的缓冲溶液。荧光标记的探针分子可结合至存在于样本204上或样本204中的结合配偶体。结合配偶体可存在于在样本204中发现的某些细胞或细胞类型上或其中。荧光标记的探针分子可包括与细胞的表面上的或内部的分子相互作用的细胞结合剂。荧光标记的探针分子可包括例如荧光标记的抗体、蛋白质、DNA、RNA、细胞、适配体或组织片段。也可使洗涤缓冲液流动通过流动池600或流动池700的通道，以将任何非特异性结合分子从通道和样本204的表面移除。
图8示出根据一些实施方案的通过流体通道使多个标记的探针分子在组织样本之上流动的示例。流体装置800包括通道层802，流体通道812可图案化在通道层802中。在一个示例中，通道层802是玻璃层，并且流体通道812被蚀刻到玻璃层中。在另一个示例中，通道层802是聚合物层(诸如PDMS)，并且流体通道812模制或图案化在聚合物层中。根据一些实施方案，通道层802可具有类似于流动池600或流动池700的通道设计。流体装置800还可包括样本层804，其包括要研究的样本805。样本层804可以是载玻片或任何其他透明材料。样本805可以是组织样本，诸如在受试人或受试动物的活检期间获得的组织样本。在其他示例中，样本805表示生物元素的有序阵列。例如，样本805可以是一系列DNA序列、RNA序列、蛋白质、酶、配体、抗体或他们的任何组合。流体装置还可包括滤波层806，其被设计来对激发光进行滤波并且使从标记的探针分子荧光发射的光816通过。
流体通道812可表示将流体引入样本805之上的流体通道的任何设计，并且其在图8中的图示并不意图是限制性的。例如，流体通道812可包括在样本805之上通过的单个通道，在样本805之上通过的多个平行通道，或可涉及分支通道和流体阀的其他更复杂的构造。如果流体通道812包括亚毫米尺寸，则流体通道812可以是微流体通道。
根据一个实施方案，可以以连续布置将多个标记的探针分子一个接一个地输送通过流体通道812，使得它们各自在样本805之上通过。一系列探针溶液808-1至808-n可随着彼此邻接的一系列溶液塞通过入口通道810循序地引入。溶液塞可以是局限在通道内的给定溶液的限定体积。在另一个示例中，每种探针溶液808-1至808-n可利用气阱或缓冲溶液与相邻的探针溶液基本上分离。在任一种情况下，探针溶液808-1至808-n在入口通道810或流体通道812中彼此分离。当探针溶液808-1至808-n随着一系列溶液塞循序地引入时，相邻的探针溶液可由液体界面基本上分离。根据一个实施方案，跨液体界面的相邻溶液之间可发生扩散，但是当溶液流动通过至少入口通道810和流体通道812时，溶液之间并不发生进一步的混合。液体界面的形成以及溶液之间充分混合的缺乏可由于微流体通道的小几何结构而发生，从而提供溶液通过微流体通道的层流。
探针溶液808-1至808-n各自可包含一群相同的探针分子。这群相同的探针分子在不同的探针溶液808-1到808-n之间可不同。
在图8例示的示例中，基于各种因素，在一段时间内，探针溶液808-1将首先被引入样本805之上。这些因素可包括流体通道812的尺寸、溶液的流速以及探针溶液808-1的加入量。本领域技术人员将理解如何调整这些因素中的一个或多个以影响探针溶液存在于样本之上的时间段。在探针溶液808-1已经完成在样本805之上流动之后，它将从出口通道814流出，并且之后紧接着或在设定的时间段之后是探针溶液808-2，并依此类推，直到探针溶液808-1至808-n的每一种都已被引入样本805之上。
当分子在样本805之上流动时，来自标记的探针分子的荧光816被收集。图9A和图9B示出在不发生结合的情况(图9A)和发生结合的情况(图9B)下随时间推移的示例性所收集荧光信号。应当指出的是，为清楚起见，图9A和图9B不包括将在某种程度上存在于所测量光信号中的所收集激发光。此外，相对峰值大小和宽度仅出于示例性目的而示出，并且不应视为限制性的。
当不发生结合时，探针溶液在样本805之上流动，并且荧光标记仅短暂地存在于光学收集区域之上(因为它们不与样本805的任何部分结合)。因此，所得的荧光信号看起来像集中在荧光团的峰值发射波长处的单个尖锐峰。然而，如果探针溶液内的探针分子确实表现出与样本805的任何部分的某种程度的结合，则荧光标记将在光收集区域之上保留更长的时间段。这显现为如图9B中示出的随着时间推移的更持久的荧光信号。所收集荧光信号的缓慢衰减是由于荧光标记的探针分子随着通道中的流体继续流动而缓慢地从其结合位置被冲走而发生。荧光信号的衰减速率可受溶液流速或所加入探针溶液的量影响。
在一些实施方案中，可分析从探针分子收集的荧光信号的特性以确定是否发生结合，这可用于确定样本805中是否存在某种细胞类型或生物实体。在一些实施方案中，可分析从探针分子收集的荧光信号的特性以确定存在于样本805中的靶分子(例如，与探针分子结合的分子)的浓度或总数。在一些实施方案中，多个发射峰可同时存在，其对应于不同探针分子上的不同荧光团。
图10示出根据一个实施方案的用于捕获样本的荧光图像的方法1000的流程图。方法1000的各个步骤可使用光学成像系统100的本文所述的实施方案来进行。应当理解，这里示出的那些步骤之间可发生其他步骤，但是为了清楚和简洁起见已被省略。此类步骤将涉及本领域技术人员将容易理解的常规样本制备技术。
方法1000开始于步骤1002，其中将组织样本放置在样本保持区域之上。样本保持区域的至少一部分可以是对在给定的细胞计量术程序期间使用的基本上所有波长的光都可穿透的。在一些实施方案中，在将组织样本放置在保持区域处之前，首先将其放置在载玻片(或类似的透明基片)上。载玻片可配合到样本保持区域处的凹口中。
方法1000以步骤1004继续，其中将具有一个或多个微流体通道的基片放置于样本之上。基片可以是玻璃基片，其中一个或多个微流体通道蚀刻在玻璃基片内。在另一个实施方案中，基片是诸如PDMS的聚合物材料，其被模制以形成一个或多个微流体通道。也可在基片之上添加其他部件。例如，可将透明棱镜块放置在基片之上，并且可将激发光朝向棱镜块引导。可包括棱镜块以减少由下游透镜布置接收的激发光的量。
方法1000以步骤1006继续，其中使流体流动通过基片中的一个或多个微流体通道。对于包括多个微流体通道的基片，可使流体以基本上相同的流速流动通过多个平行微流体通道中的每一个。流速可基于一个或多个微流体通道的几何结构来确定。流体流动可通过由注射泵或压缩空气输送的所施加压力来控制。
方法1000以步骤1008继续，其中根据一个实施方案，在定位于样本保持区域下方的透镜布置处接收从存在于样本处的标记的探针分子(例如，与样本结合或在样本之上通过)荧光发出的光。透镜布置可表征为具有非常低的数值孔径，诸如，例如小于0.1的数值孔径。在其他实施方案中，透镜布置的数值孔径小于0.05、小于0.01或小于0.001。在一个示例中，透镜布置包括远心透镜。在一些实施方案中，通过透镜布置将激发光朝向样本保持区域引导，同时通过透镜布置来收集从样本荧光发出的光。透镜布置可设置在外壳内。
方法1000以步骤1010继续，其中使用传感器阵列检测在透镜布置处接收的光。传感器阵列可包括检测器的CMOS阵列。在一个实施方案中，如果透镜布置没有强加放大率，则由透镜布置提供的视野大致等于传感器阵列的总占用面积。因此，在这种实施方案中，传感器阵列的物理大小大致等于所捕获图像的视野。例如，具有7.33mm的对角线占用面积距离的传感器阵列提供沿着对角线具有约7.33mm的相似视野的图像。在一些实施方案中，在透镜布置处接收的光在由传感器阵列接收之前经过滤波。滤波可通过带通滤波器、长通滤波器或偏振滤波器中的一者或多者进行。在一些实施方案中，对光的滤波在光由透镜布置接收光之前进行。
在一些实施方案中，由传感器阵列接收的光可用于形成样本的图像。此图像可提供使用标记的探针分子(例如荧光标记的探针分子)染色的样本区域的细节。所述图像还可提供在样本和荧光标记的探针分子之间发生结合的样本区域的细节。图像中荧光区域的强度可用于指示发生结合的程度。例如，显示样本的明亮区域的图像可指示在那些明亮区域中荧光标记的探针分子和样本之间的高水平结合。
在一些实施方案中，在传感器阵列处接收的光包括从样本处的荧光标记的探针分子生成的任何荧光。所接收荧光的此强度可用于计算存在于样本处的荧光标记的探针分子的浓度。可进行此类研究，例如，以确定某些细胞类型、或细胞外表面上的某些蛋白质、或存在于样本中的任何其他生物分子的相对浓度。在一些实施方案中，从整个样本接收光，使得可产生整个样本区域的单个图像。
图11示出根据一个实施方案的用于在高通量下分析多个标记的探针分子的方法1100的流程图。方法1100的各个步骤可使用光学成像系统100和/或流体装置800的本文所述的实施方案来进行。应当理解，这里示出的那些步骤之间可发生其他步骤，但是为了清楚和简洁起见已被省略。此类步骤将涉及本领域技术人员将容易理解的常规样本制备技术。
方法1100开始于步骤1102，其中将组织样本放置在样本保持区域之上，并且以步骤1104继续，其中将具有微流体通道的基片放置在样本之上。这些步骤类似于已经参考方法1000讨论的步骤1002和1004，因此这里不再重复其描述。
方法1100以步骤1106继续，其中将含有标记的探针分子的一系列溶液加入到连接至一个或多个微流体通道的通道中。可将探针溶液循序地加入到注射器或最终通向一个或多个微流体通道的塑料管中。可加入探针溶液，使得每种探针溶液在它们全都一起流动通过通道时在通道内与相邻的探针溶液接触(例如，形成液体界面)。在另一个实施方案中，可加入探针溶液，使得通道中的每种探针溶液之间有空间。所述空间可用空气或诸如缓冲溶液的另一种溶液填满。
方法1100以步骤1108继续，其中使荧光标记的探针分子在组织样本之上流动。流动可以是压力驱动的，并且探针分子可以连续方式在组织样本之上流动。可调节流速以改变每种探针溶液存在于组织样本之上的时间量。给定的探针溶液保留在样本之上的时间可以为大约数秒，诸如，例如10至30秒之间。通过使任意数量的荧光标记的探针分子循序地流过组织样本，可实现多种结合活动的高通量检测。
方法1100以步骤1110继续，其中在定位于样本保持区域下方的透镜布置处接收从存在于样本处的标记的探针分子荧光发出的光。方法1100然后以步骤1112继续，其中使用传感器阵列检测在透镜布置处接收的光。这些步骤类似于参考方法1000已经讨论的步骤1008和1010，因此这里不再重复其描述。
结束语
应当了解，具体实施方式部分而非发明内容以及摘要部分意图用于解释权利要求。发明内容以及摘要部分可列出如发明人所设想的本发明的一个或多个但非所有的示例性实施方案，因此，发明内容以及摘要部分不意图以任何方式对本发明和所附权利要求进行限制。
本发明的实施方案已经在上文中借助示出指定功能和其关系的实现的功能性构建块进行描述。为了便于描述，本文中已经任意地限定这些功能性构建块的边界。可限定替代边界，只要适当地执行指定功能和其关系即可。
特定实施方案的前述描述将会完全地揭示本发明的一般性质，以使他人可以在不背离本发明的一般概念的情况下通过应用本领域的技术范围内的知识来容易地修改和/或改编此类特定实施方案以用于各种应用。因此，基于本文所呈现的教导内容以及指导内容，此类改编以及修改意图在所公开的实施方案的等同物的含义和范围内。应当理解，本文的措词或术语目的在于说明而非限制，因此技术人员将会根据教导内容以及指导内容来对本说明书的术语或措词进行解释。
本发明的宽度以及范围不应限于上述示例性实施方案，而应仅仅根据所附权利要求和它们的等同物来界定。
机译： 增强的组织表征和筛选细胞术
机译： 增强的组织表征和筛选细胞术
机译： 改进的组织表征和筛选细胞术
