BR112020024101A2 - Controle de aquisição de dados para instrumentos analíticos avançados possuindo fontes óticas pulsadas - Google Patents
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Abstract
controle de aquisição de dados para instrumentos analíticos avançados possuindo fontes óticas pulsadas. controle de instrumento e aquisição de dados em sistemas analíticos em avanço que utilizam pulsos óticos para análise de amostra são descritos. sinais de relógios para aquisição de dados, processamento de dados, comunicação, e/ou outras funcionalidades de manuseio de dados podem ser derivadas de uma fonte ótica pulsada a bordo, tal como um laser de modo passivamente bloqueado. os sinais de relógio derivados podem operar em combinação com um ou mais sinais de relógio de um oscilador estável, de modo que a operação de instrumento e manuseio de dados podem tolerar interrupções na operação da fonte ótica pulsada.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “CON- TROLE DE AQUISIÇÃO DE DADOS PARA INSTRUMENTOS ANA- LÍTICOS AVANÇADOS POSSUINDO FONTES ÓTICAS PULSA- DAS”.
[0001] Este Pedido reivindica prioridade sob 35 U.S.C. § 119(e) ao Pedido Provisório U.S. No. de Série 62/685717, intitulado “CONTRO- LE DE AQUISIÇÃO DE DADOS PARA INSTRUMENTOS ANALÍTI- COS AVANÇADOS POSSUINDO FONTES ÓTICAS PULSADAS”, de- positado em 15 de junho de 2018, que é aqui incorporado por referên- cia em sua totalidade.
[0002] O presente pedido se relaciona a aquisição de dados e con- trole em instrumentos analíticos avançados que incluem uma fonte óti- ca para produção de uma sequência de pulsos óticos.
[0003] Na área de instrumentação para análise de amostra, fontes óticas pulsadas podem ser usadas para distribuir energia de excitação ótica na forma de uma sequência de pulsos óticos a uma pluralidade de cavidades de amostra que contêm amostras a serem analisadas. Para aplicações bioquímicas, as cavidades de amostra podem conter espécimes biológicos, químicos, e/ou bioquímicos que são para serem analisados. Em alguns casos, as cavidades de amostra são configura- das como câmaras de reação em que sequenciamento de ácido nu- cleico pode ser efetuado. Em outros casos, as cavidades de amostra podem conter outros tipos de espécimes sob estudo. Os espécimes, ou um componente com o qual os espécimes reagem, podem ser rotu- lados com um ou mais fluoróforos, por exemplo, e emitem radiação quando excitados pelos pulsos óticos distribuídos para as cavidades de amostra. A detecção de emissão fluorescente a partir das cavida-
des de amostra pode proporcionar informação sobre os espécimes.
[0004] Aparelho e métodos relacionados a controle de instrumento e aquisição de dados em sistemas analíticos avançados que utilizam pulsos óticos para análise de amostra, são descritos. Nas concretiza- ções, sinais de relógio para aquisição de dados, processamento de dados, e/ou outras formalidades de manuseio de dados podem ser de- rivadas de uma fonte ótica pulsada a bordo, tal como um laser de mo- do passivamente bloqueado. Os sinais de relógio derivados podem operar em combinação com um ou mais sinais de relógio de um osci- lador estável, de modo que operação de instrumento e manuseio de dados podem tolerar interrupções na operação da fonte ótica pulsada.
[0005] Algumas concretizações se relacionam a um instrumento analítico compreendendo uma fonte ótica pulsada configurado para emitir uma sequência de pulsos óticos para análise de uma amostra e circuito de geração de relógio configurado para produzir um primeiro sinal de relógio derivado da sequência de pulsos óticos, e um segundo sinal de relógio que não é derivado da sequência de pulsos óticos, e uso do primeiro sinal de relógio e do segundo sinal de relógio para va- lidar aquisições de dados para análise da amostra.
[0006] Algumas concretizações se relacionam a um método de operação de um instrumento analítico, o método compreendendo de- tectar uma sequência de pulsos óticos e gerar um primeiro sinal de relógio derivado da sequência de pulsos óticos; proporcionar os pul- sos óticos para análise de uma amostra; gerar um segundo sinal de relógio de um oscilador que não está sincronizado à sequência de pul- sos óticos; e proporcionar o primeiro sinal de relógio e segundo sinal de relógio a um processador de dados para validar operações de aqui- sição de dados durante a análise da amostra.
[0007] Algumas concretizações se relacionam a um instrumento analítico compreendendo um módulo de interface disposto para rece- ber um chip optoeletrônico que pode ser montado e removido de um receptáculo do módulo de interface, no qual o chip optoeletrônico é configurado para reter uma amostra para análise. O instrumento pode ainda incluir uma fonte ótica pulsada configurada para emissão de uma sequência de pulsos óticos, um processador de dados disposto para receber e processar sinais transmitidos do módulo de interface, um circuito de detecção de relógio possuindo um detector disposto pa- ra detectar pulsos óticos produzidos pela fonte ótica de pulso e emis- são de um sinal de relógio, e circuito de geração de relógio disposto para receber o sinal de relógio e emissão de um primeiro sinal de reló- gio e um segundo sinal de relógio, no qual o primeiro sinal de relógio é sincronizado aos pulsos óticos, e o segundo sinal de relógio não é sin- cronizado aos pulsos óticos. O instrumento pode ainda incluir uma primeira trajetória de sinal de relógio que proporciona o primeiro sinal de relógio para o módulo de interface para temporização das opera- ções de aquisição de dados do chip optoeletrônico, uma segunda tra- jetória de sinal de relógio que proporciona o segundo sinal de relógio ao processador de dados, e uma terceira trajetória de sinal de relógio que proporciona o primeiro sinal de relógio ao processador de dados, no qual o processador de dados é configurado para detectar discre- pâncias de sincronização entre o primeiro sinal de relógio e o segundo sinal de relógio, e compensa operações de processamento de dados em resposta a detecção de discrepâncias de sincronização.
[0008] Algumas concretizações se relacionam a um método para temporização de intervalos de acúmulo de carga em um fotodetector. O método pode compreender atos de proporcionar pulsos de excitação ótica para excitar uma amostra; gerar um primeiro sinal de relógio que é sincronizado aos pulsos de excitação ótica; iniciar, com o primeiro sinal de relógio, um tempo de partida de um primeiro intervalo de acú-
mulo de carga para o fotodetector; retardar o primeiro sinal de relógio enquanto que detecta uma emissão do fotodetector; registrar níveis de sinal de um primeiro intervalo de acúmulo de carga como uma função de retardo do primeiro sinal de relógio; identificar um ponto de referên- cia nos níveis de sinal registrados; e ajustar uma retardo do primeiro sinal de relógio tal que o tempo de partida é retardado do ponto de re- ferência por uma quantidade predeterminada.
[0009] Os aspectos precedentes e outros aspectos, implementa- ções, atos, funcionalidades, características, e concretizações dos pre- sentes ensinamentos podem ser mais totalmente compreendidas a partir da seguinte descrição em conjunto com os desenhos acompa- nhantes.
[0010] O técnico no assunto compreenderá que as figuras, aqui descritas, são para proposta de ilustração somente. É para ser com- preendido que em alguns exemplos vários aspectos da invenção po- dem ser mostrados exagerados ou ampliados para facilitar uma com- preensão da invenção. Nos desenhos, caracteres de referência simila- res geralmente se referem a características similares, funcionalmente similar e/ou elementos estruturalmente similares através de todas as várias figuras. Os desenhos não estão necessariamente em escala, ênfase ao invés sendo colocada após ilustração dos princípios dos en- sinamentos. Os desenhos não são previstos para limitar o escopo dos presentes ensinamentos de qualquer modo.
[0011] A FIG. 1-1A é uma representação de diagrama de blocos de um instrumento analítico que inclui um módulo de laser travado de modo compacto, de acordo com algumas concretizações.
[0012] A FIG. 1-1B representa um módulo de laser travado de mo- do compacto incorporado em um instrumento analítico, de acordo com algumas concretizações.
[0013] A FIG. 1-2 representa um trem de pulsos óticos, de acordo com algumas concretizações.
[0014] A FIG. 1-3 representa um exemplo de câmaras de reação paralelas que podem ser excitadas oticamente por um laser pulsado, via uma ou mais guias de onda e correspondentes detectores para ca- da câmara, de acordo com algumas concretizações.
[0015] A FIG. 1-4 ilustra excitação ótica de uma câmara de reação de uma guia de onda, de acordo com algumas concretizações.
[0016] A FIG. 1-5 representa detalhes adicionais de uma câmara de reação integrada, guia de onda ótica, e fotodetector de tempo, de acordo com algumas concretizações.
[0017] A FIG. 1-6 representa um exemplo de uma reação biológica que pode ocorrer no interior de uma câmara de reação, de acordo com algumas concretizações.
[0018] A FIG. 1-7 representa curvas de probabilidade de emissão para dois fluoróforos diferentes possuindo características de queda diferentes.
[0019] A FIG. 1-8 representa detecção de compartimentação de tempo de emissão fluorescente, de acordo com algumas concretiza- ções.
[0020] A FIG. 1-9 representa um fotodetector de compartimenta- ção de tempo, de acordo com algumas concretizações.
[0021] A FIG. 1-10A representa excitação pulsada e detecção compartimentado de tempo de emissão fluorescente de uma amostra, de acordo com algumas concretizações.
[0022] A FIG. 1-10B representa um histograma de contagens de fóton fluorescente acumulado em várias caixas de tempo após excita- ção pulsada repetida de uma amostra, de acordo com algumas con- cretizações.
[0023] A FIG. 1-11A – 1-11D representa histogramas diferentes que podem corresponder a quatro nucleotídeos (T, A, C, G) ou análo- gos de nucleotídeo, de acordo com algumas concretizações.
[0024] A FIG. 2-1 representa um exemplo de um sistema para sin- cronização de instrumentos eletrônicos para temporização de pulsos óticos, de acordo com algumas concretizações.
[0025] A FIG. 2-2 representa um exemplo de circuitos de detecção de relógio para um instrumento analítico que incorpora uma fonte ótica pulsada, de acordo com algumas concretizações.
[0026] A FIG. 2-3 representa um exemplo de circuito de geração de relógio e componentes de aquisição de dados e de processamento de dados, de acordo com algumas concretizações.
[0027] A FIG. 3-1 ilustra temporização de exemplo de aquisição de dados, de acordo com algumas concretizações.
[0028] A FIG. 3-2 é um exemplo de um perfil de pulso ótico norma- lizado plotado em escala de log que pode ser usado para representar um número de fótons recebidos em uma cavidade de amostra.
[0029] A FIG. 3-3 plota níveis de sinal medidos registrados para um intervalo de acúmulo de carga de um fotodetector de compartimen- tação de tempo que foi varrido no tempo com relação ao tempo de chegada te de um pulso ótico de excitação em uma cavidade de amos- tra.
[0030] A FIG. 3-4 ilustra um exemplo de um procedimento de cali- bração para aquisição de dados em um chip optoeletrônico.
[0031] A FIG. 4-1 representa um exemplo de arquitetura de siste- ma para um instrumento analítico avançado, de acordo com algumas concretizações.
[0032] A FIG. 4-2 representa serviços de operação de instrumento disponíveis sobre uma rede, de acordo com algumas concretizações.
[0033] As características e vantagens da presente invenção se tornarão mais aparentes da partir da descrição detalhada colocada abaixo quando tomada em conjunto com os desenhos. Quando des- crevendo concretizações em referência aos desenhos, referências di- recionais (“acima”, “abaixo”, “topo”, “fundo”, “esquerda”, “direita”, “hori- zontal”, “vertical”, etc.) podem ser usadas. Tais referências são previs- tas meramente como um auxílio ao leitor que visualiza os desenhos em uma orientação normal. Estas referências direcionais não são pre- vistas para descrever uma orientação preferida ou somente orientação de características de um dispositivo concretizado. Um dispositivo pode ser concretizado usando outras orientações.
DESCRIÇÃO DETALHADA I. Introdução
[0034] Em sistemas analíticos avançados, tais como aqueles des- critos na publicação de patente U.S. No. 2015/0141267 e na patente U.S. 9.617.594, ambos dos quais são aqui incorporados por referên- cia, pode existir um grande número de pixels possuindo cavidades de amostra em que espécimes são para serem analisadas em uma ope- ração massivamente paralela. Em algumas concretizações, as cavida- des de amostra podem ser integradas em um chip optoeletrônico que monta no instrumento. Por exemplo, o número de cavidades de amos- tra em tal chip pode ser entre cerca de 10.000 e cerca de 10.000.000. Em algumas concretizações, o chip pode ser disponível e monta inter- canbeavelmente em um receptáculo de um instrumento analítico avançado por um usuário e interface com componentes óticos e ele- trônicos no instrumento. Nas concretizações, o instrumento pode ser portátil e o chip pode ser disponível e facilmente substituído por um usuário para cada nova análise de amostra.
[0035] Os inventores reconheceram e apreciaram que adquirindo e manuseando dados coletados de tal um grande número de cavidades de amostra em uma operação massivamente paralela é uma tarefa complexa que, se não feita corretamente, pode resultar em análise de amostra falha ou incorreta. Por exemplo, em algumas aplicações, rea- ções de sequenciamento de ácido nucleico podem ser realizadas em um grande número de cavidades de amostra em paralelo (por exem- plo, milhares ou milhões de cavidades de amostra). Durante as rea- ções de sequenciamento, moléculas de ácido nucleico alvo podem su- portar reações de extensão nas cavidades de amostra e repetidamen- te incorporam nucleotídeos ou análogos de nucleotídeo em feixes de crescimento que são complementares às moléculas de ácido nucleico alvos. Cada evento de incorporação pode durar menos do que 100 mi- lisegundos. Durante um evento de incorporação, emissão ótica de um ou mais fluoróforos ligados a um nucleotídeo pode ser de baixo nível e pode requerer múltiplas excitações por pulsos óticos através de todo o evento de incorporação para obter níveis de sinal suficientes. Detec- ção contínua para todas as cavidades de amostra ativas de modo que eventos de incorporação não estarão faltando podem requerer tempo- rização cuidadosa de aquisição de dados no chip, altas taxas de aqui- sição de dados, e grandes quantidades de dados que devem ser cap- turados e transmitidos fora do chip para subsequente processamento.
[0036] Aqui descritos são aparelhos e métodos relacionados a controle avançado de instrumento analítico e aquisição de dados. Nas concretizações, sinais de relógio de instrumento podem ser derivados de uma fonte ótica pulsada e usados para aspectos de aquisição de dados, processamento de dados, e/ou transmissão de dados. Os mé- todos descritos incluem etapas para aperfeiçoar a qualidade de dados adquiridos. O aparelho e métodos são úteis para vários aspectos de manuseio de dados em tais instrumentos analíticos avançados. II. Exemplo de Aplicação Bioanalítica
[0037] Por meio de explanação, uma aplicação bioanalítica é des- crita em que uma fonte ótica pulsada compacta (um modulo de laser de modo travado neste exemplo) é usada para excitar fluoróforos em uma pluralidade de câmaras de reação em um chip optoeletrônico. Emissão dos fluoróforos pode ser usada para determinar característi- cas (por exemplo, informação de estrutura) de um espécime em cada câmara de reação. Em alguns casos, emissão dos fluoróforos pode ser usada para determinar informação de sequência de DNA ou uma pro- teína. A fonte ótica e chip optoeletrônico podem ser partes de um ins- trumento analítico portátil avançado. Nas concretizações, o termo “óti- ca” pode se referir a bandas espectrais de infra-vermelho de compri- mentos de onda de ultra-violeta, visível, perto de infravermelho, e cur- tos. O chip optoeletrônico pode conduzir amostras a serem analisadas, pode ser disponível, e pode ser facilmente montado no instrumento. Quando montado em um receptáculo do instrumento, o chip pode es- tar em comunicação ótica e eletrônica com dispositivos óticos e eletrô- nicos no interior do instrumento analítico. O instrumento pode também incluir hardware para uma interface externa, de modo que dados do chip podem ser comunicados a uma rede externa. Embora vários tipos de análises podem ser realizadas em várias amostras, a seguinte ex- planação descreve sequenciamento genético. Contudo, a invenção não é limitada a instrumentos configurados para sequenciamento ge- nético.
[0038] Em suma e referindo-se à FIG. 1-1A, um instrumento analí- tico avançado portátil 1-100 pode compreender uma ou mais fonte óti- ca pulsadas 1-108 montadas como um módulo substituível dentro de, ou, de outro modo, acoplado a, o instrumento 1-100. O instrumento analítico portátil 1-100 pode incluir um sistema de acoplamento ótico 1- 115 e um sistema analítico 1-160. O sistema de acoplamento ótico 1- 115 pode incluir alguma combinação de componentes óticos (que po- dem incluir, por exemplo, nenhum, um, ou mais de cada de: lente, es- pelho, filtro ótico, atenuador, componente de direcionamento de feixe, componente de moldagem de feixe), e seja configurado para operar em e/ou acoplar emissão de pulsos óticos 1-122 a partir da fonte ótica pulsada 1-108 para o sistema analítico 1-160. O sistema analítico 1- 160 pode incluir uma pluralidade de componentes que são dispostos para direcionar os pulsos óticos a pelo menos uma amostra que é para ser analisada, recebe um ou mais sinais óticos (por exemplo, fluores- cência, radiação retrodifundida) da pelo menos uma amostra, e produz um ou mais sinais elétricos representativos dos sinais óticos recebi- dos. Em algumas concretizações, o sistema analítico 1-160 pode inclu- ir um ou mais fotodetectores, e pode também incluir eletrônicos de processamento de sinal (por exemplo, um ou mais microcontroladores, uma ou mais matrizes de porta programáveis de campo, um ou mais microprocessadores, um ou mais processadores de sinal digital, portas lógicas, etc.) configurados para processar os sinais elétricos dos foto- detectores. O sistema analítico 1-160 pode também incluir hardware de transmissão de dados configurado para transmitir e receber dados para e de dispositivos externos (por exemplo, um ou mais dispositivos externos em uma rede a qual o instrumento 1-100 pode se conectar, via uma ou mais ligações de comunicação de dados). Em algumas concretizações, o sistema analítico 1-160 pode ser configurado para receber um chip optoeletrônico 1-140, que retém uma ou mais amos- tras a serem analisadas.
[0039] A FIG. 1-1B representa um exemplo de detalha adicional de um instrumento analítico portátil 1-100 que inclui uma fonte ótica pul- sada compacta 1-108. Neste exemplo, a fonte ótica pulsada 1-108 compreende um módulo de laser de modo passivamente bloqueado compacto 1-110. Um laser de modo passivamente bloqueado pode produzir pulsos óticos autonomamente, sem a aplicação de um sinal pulsado externo. Em algumas implementações, o módulo pode ser montado em um chassi ou estrutura do instrumento 1-102, e pode es- tar localizado dentro de um invólucro externo do instrumento. De acor-
do com algumas concretizações, uma fonte ótica pulsada 1-108 pode incluir componentes adicionais que podem ser usados para operar a fonte ótica e operar em um feixe de saída a partir da fonte ótica 1-108. Um laser de modo travado 1-110 pode compreender um elemento (por exemplo, absorvedor saturável, modulador acústico-ótico, lente de Kerr) em uma cavidade de laser, ou acoplado à cavidade de laser, que induz travamento de fase dos modos de frequência longitudinal de la- ser. Uma cavidade de laser pode ser definida em parte por espelhos terminais de cavidade 1-111, 1-119. Tal travamento dos modos de fre- quência resulta em operação pulsada do laser (por exemplo, um pulso de intracavidade 1-120 salta para trás e para frente entre os espelhos terminais de cavidade) e produz uma corrente de pulsos óticos 1-122 de saída de um espelho terminal 1-111 que está parcialmente transmi- tindo.
[0040] Em alguns casos, o instrumento analítico 1-100 pode ser configurado para receber um chip optoeletrônico embalado removível 1-140. O chip pode incluir uma pluralidade de câmaras de reação, componentes óticos integrados dispostos para distribuir energia de ex- citação ótica às câmaras de reações, e fotodetectores integrados dis- postos para detectar emissão fluorescente das câmaras de reação. Em algumas implementações, o chip 1-140 pode ser disponível, pelo que em outras implementações o chip pode ser reutilizável. Quando o chip é recebido pelo instrumento, ele pode estar em comunicação elé- trica e ótica com a fonte ótica pulsada e comunicação elétrica e ótica com o sistema analítico 1-160.
[0041] Em algumas concretizações, o chip optoeletrônico 1-140 pode ser montado (por exemplo, via uma conexão de tomada) em uma placa de circuito eletrônico 1-130, tal como uma placa de circuito im- presso (PCB) que pode incluir eletrônicos adicionais do instrumento. Por exemplo, a PCB 1-130 pode incluir circuito configurado para pro-
porcionar energia elétrica, um ou mais sinais de relógio, e sinais de controle para o chip optoeletrônico 1-140, e circuito de processamento de sinal disposto para receber sinais representativos de emissão fluo- rescente detectada a partir das câmaras de reação. Dados retornados do chip optoeletrônico podem ser processados em parte ou totalmente por eletrônicos no instrumento 1-100, embora dados possam ser transmitidos via uma conexão de rede a um ou mais processadores de dados remotos, em algumas implementações. A PCB 1-130 pode tam- bém incluir circuito configurado para receber sinais de feedback do chip relacionado a acoplamento ótico e níveis de energia dos pulsos óticos 1-122 acoplados em guias de onda do chip optoeletrônico 1-
140. Os sinais de feedback podem ser providos em uma ou ambas da fonte ótica pulsada 1-108 e sistema ótico 1-115 para controlar um ou mais parâmetros do feixe de saída de pulsos óticos 1-122. Em alguns casos, a PCB 1-130 pode proporcionar ou energia de rota para a fonte ótica pulsada 1-108 para operação da fonte ótica e circuito relacionado na fonte ótica 1-108.
[0042] De acordo com algumas concretizações, a fonte ótica pul- sada 1-108 compreende um módulo de laser travado de modo com- pacto 1-110. O laser de modo travado pode compreender um meio de ganho 1-105 (que pode ser material de estado sólido em algumas con- cretizações), um acoplador de saída 1-111, e um espelho terminal de cavidade de laser 1-119. A cavidade ótica de laser de modo travado pode estar ligada pelo acoplador de saída 1-111 e espelho terminal 1-
119. Um eixo ótico 1-125 da cavidade de laser pode ter uma ou mais dobras (giros) para aumentar o comprimento da cavidade de laser. Em algumas concretizações, pode existir elementos óticos adicionais (não mostrados na FIG. 1-1B) na cavidade de laser para moldagem de fei- xe, seleção de comprimentos de onda, e/ou formação de pulso. Em alguns casos, o espelho terminal 1-119 compreende um espelho ab-
sorvedor saturável (SAM) que induz travamento de modo passivo de modos de cavidade longitudinal e resultam em operação pulsada do laser de modo travado. A taxa de repetição de pulso é determinada pelo comprimento da cavidade de laser (por exemplo, o tempo para um pulso ótico para produzir uma viagem de ida e volta no interior da cavidade de laser). O modulo de laser de modo travado 1-110 pode incluir ainda uma fonte de bomba (por exemplo, uma diodo de laser, não mostrado na FIG. 1-1B) para excitação do meio de ganho 1-105. Detalhes adicionais de um módulo de laser de modo travado 1-110 podem ser encontrados no pedido de patente U.S. No. 15/844.469, intitulado “Módulo de laser travado de modo compacto”, depositado em 15 de dezembro de 2017, cujo pedido é aqui incorporado por referên- cia.
[0043] Quando o laser 1-110 é de modo travado, um pulso intraca- vidade 1-120 pode circular entre o espelho terminal 1-119 e o acopla- dor de saída 1-111, e uma porção do pulso intracavidade pode ser transmitida através do acoplador de saída 1-111 como um pulso de saída 1-122. Consequentemente, um trem de pulsos de saída 1-122, conforme representado no gráfico da FIG. 1-2, pode ser detectado no acoplador de saída à medida que o pulso intracavidade 1-120 salta para trás e para dentro entre o acoplador de saída 1-111 e espelho terminal 1-119 na cavidade de laser.
[0044] A FIG. 1-2 representa perfis de intensidade temporal dos pulsos de saída 1-122. Em algumas concretizações, os valores de in- tensidade de pico dos pulsos emitidos podem ser aproximadamente iguais, e os perfis podem ter um perfil temporal Gaussiano, embora outros perfis, tal como perfil sech2, podem ser possíveis. Em alguns casos, os pulsos podem não ter perfis temporais simétricos, e podem ter outras formas temporais. A duração de cada pulso pode ser carac- terizada por um valor meio-máximo de largura total (FWHM), conforme indicado na FIG. 1-2. De acordo com algumas concretizações de um laser de modo travado, pulsos óticos ultracurtos podem ter valores de FWHM menores do que 100 picosegundos (ps). Em alguns casos, os valores de FWHM podem ser entre aproximadamente 5 ps e aproxi- madamente 30 ps.
[0045] Os pulsos de saída 1-122 podem ser separados por interva- los regulares T. Por exemplo, T pode ser determinado por um tempo de deslocamento de voagem de ida e volta entre o acoplador de saída 1-111 e espelho terminal de cavidade 1-119. De acordo com algumas concretizações, o intervalo de separação de pulso T pode ser entre cerca de 1 ns e cerca de 30 ns. Em alguns casos, o intervalo de sepa- ração de pulso T pode ser entre cerca de 5 ns e cerca de 20 ns, cor- respondente a um comprimento de cavidade de laser (um comprimen- to aproximado do eixo ótico 1-125 dentro da cavidade de laser) entre cerca de 0,7 metro e cerca de 3 metros. Nas concretizações, o interva- lo de separação de pulso corresponde a um tempo de deslocamento de viagem de ida e volta na cavidade de laser, de modo que um com- primento de cavidade de 3 metros (distância de viagem de ida e volta de 6 metros) proporciona um intervalo de separação de pulso T de aproximadamente 20 ns.
[0046] De acordo com algumas concretizações, um intervalo de separação de pulso desejado T e comprimento de cavidade de laser podem ser determinados por uma combinação do número de câmaras de reação no chip 1-140, características de emissão fluorescente, e a velocidade de circuito de manuseio de dados para leitura de dados a partir do chip optoeletrônico 1-140. Os inventores reconheceram e apreciaram que fluoróforos diferentes podem ser distinguidos por suas taxas de queda fluorescente diferentes ou tempos de vida característi- cos. Consequentemente, é necessário que haja um intervalo de sepa- ração de pulso suficiente T para coletar estatísticas adequadas para os fluoróforos selecionados para distinguir entre suas taxas de queda diferentes. Adicionalmente, se o intervalo de separação de pulso T é muito curto, o circuito de manuseio de dados não pode se manter com a grande quantidade de dados sendo coletados pelo grande número de câmaras de reação. Os inventores reconheceram e apreciaram que um intervalo de separação de pulso T entre cerca de 5 ns e cerca de 20 ns é adequado para fluoróforos que possuem taxas de queda até cerca de 2 ns e para dados de manuseio de entre cerca de 60.000 e
10.000.000 câmaras de reação.
[0047] De acordo com algumas implementações, um módulo de direcionamento de feixe 1-150 pode receber pulsos de saída da fonte ótica pulsada 1-108 e ser configurado para ajustar pelo menos a posi- ção e ângulos incidentes dos pulsos óticos em um acoplador ótico do chip optoeletrônico 1-140. Em alguns casos, os pulsos de saída 1-122 da fonte ótica pulsada 1-108 podem ser operados em por um módulo de direcionamento de feixe 1-150 para adicionalmente ou alternativa- mente mudar uma forma de feixe e/ou rotação do feixe em um acopla- dor ótico no chip optoeletrônico 1-140. Em algumas implementações, o módulo de direcionamento de feixe 1-150 pode ainda proporcionar ajustes de focalização e/ou polarização do feixe de pulsos de saída no acoplador ótico. Um exemplo de um módulo de direcionamento de fei- xe é descrito no pedido de patente U.S. 15/161.088, intitulado “Laser Pulsado e Sistema Bioanalítico”, depositado em 20 de maio de 2016, que é aqui incorporado por referência. Outro exemplo de um módulo de direcionamento de feixe é descrito em um pedido de patente U.S. separado No. 62/435,679, depositado em 16 de dezembro de 2016, e intitulado “Montagem de Moldagem e Direcionamento de Feixe Com- pacto”, que é aqui incorporado por referência.
[0048] Referindo-se à FIG. 1-3, os pulsos de saída 1-122 de uma fonte ótica pulsada podem ser acoplados em uma ou mais guias de onda ótica 1-312 no chip optoeletrônico. Em algumas concretizações, os pulsos óticos podem ser acoplados a uma ou mais guias de onda, via um ou mais acopladores de grade 1-310, embora acoplamento a uma extremidade de uma ou mais guias de onda ótica no chip optoele- trônico possa ser usado em algumas concretizações. De acordo com algumas concretizações, um detector quad 1-320 pode estar localiza- do em um substrato de semicondutor 1-305 (por exemplo, um substra- to de silício) para auxílio no alinhamento do feixe de pulsos óticos 1- 122 a um acoplador de grade 1-310. A uma ou mais guias de onda 1- 312 e cavidades de amostra ou câmaras de reação 1-330 podem ser integradas no mesmo substrato de semicondutor com camadas dielé- tricas de intervenção (por exemplo, camadas de dióxido de silício) en- tre o substrato, guia de onda, câmaras de reação, e fotodetectores 1-
322.
[0049] Uma ilustração simplificada é mostrada na FIG. 1-3 em que um acoplador de grade 1-310 é disposto para acoplar pulsos inciden- tes 1-122 de radiação de excitação em uma única guia de onda 1-312. Em uma implementação atual, o acoplador de grade 1-310 pode ser mais complexo do que a estrutura simplificada mostrada, e pode ex- tender várias guias de onda, conforme descrito no Pedido de patente U.S. 15/842.720, depositado em 14 de dezembro de 2017 e intitulado “Montagem de Moldagem e Direcionamento de Feixe Compacto” (por exemplo, conforme descrito em conjunto com FIG. 2-1A e FIG. 2-1B), cujo pedido é incorporado por referência aqui em sua totalidade. Em algumas implementações, porções do acoplador de grade podem ser afastadas (por exemplo, na direção x na FIG. 1-3 aqui ou direção y na FIG. 2-1A da aplicação referenciada) com relação a outras porções do acoplador de grade para auxiliar na manutenção de alinhamento do feixe ótico de pulsos 1-122 no acoplador de grade. Adicionalmente ou alternativamente, porções do acoplador de grade podem ter diferentes periodicidades de grade com relação a outras porções do acoplador de grade para auxiliar na manutenção de alinhamento do feixe ótico de pulsos 1-122 no acoplador de grade. Acopladores de grade com por- ções afastadas e/ou porções possuindo periodicidades de grade dife- rentes são descritos ainda em um pedido de patente provisório U.S. No. 62/861.832 co-depositado com este pedido pela mesma Reque- rente no mesmo dia, e intitulado “Acoplador de Grade Cortado com Sensibilidade de Alinhamento de Feixe Aumentada”, cujo pedido é in- corporado por referência aqui em sua totalidade.
[0050] Cada guia de onda 1-312 pode incluir uma porção afilada 1- 315 abaixo das câmaras de reação 1-330 para equalizar energia ótica acoplada às câmaras de reação ao longo da guia de onda. O afilamen- to de redução pode forçar mais energia ótica fora do núcleo de guia de onda, aumentando o acoplamento às câmaras de reação e compen- sando perdas óticas ao longo da guia de onda, incluindo perdas de acoplamento de luz nas câmaras de reação. Um segundo acoplador de grade 1-317 pode estar localizado em uma extremidade de cada guia de onda para direcionar energia ótica a um fotodiodo integrado 1-
324. O fotodiodo integrado pode detectar uma quantidade de energia acoplada a uma guia de onda, e proporciona um sinal detectado ao circuito de feedback que controla o módulo de direcionamento de feixe 1-150, por exemplo.
[0051] As cavidades de amostra 1-330 ou câmaras de reação 1- 330 podem ser alinhadas com a porção afilada 1-315 da guia de onda e recessadas em uma tina 1-340. Podem existir fotodetector de com- partimentação de tempos 1-322 localizados no substrato de semicon- dutor 1-305 para cada câmara de reação 1-330. Um revestimento de metal e/ou revestimento de multicamada 1-350 pode ser formado ao redor das câmaras de reação e acima da guia de onda para impedir excitação ótica de fluoróforos que não estão nas câmaras de reação
(por exemplo, dispersas em uma solução acima das câmaras de rea- ção). O revestimento de metal e/ou revestimento de multicamada 1- 350 pode ser elevado além das bordas da tina 1-340 para reduzir per- das absortivas da energia ótica na guia de onda 1-312 nas extremida- des de entrada e de saída de cada guia de onda.
[0052] Pode existir uma pluralidade de linhas de guias de onda, câmaras de reação, e fotodetector de compartimentação de tempos no chip optoeletrônico 1-140. Por exemplo, pode existir 128 linhas, cada possuindo 512 câmaras de reação, para um total de 65.536 câmaras de reação em algumas implementações. Outras implementações po- dem incluir poucas ou mais câmaras de reação, e podem incluir outras configurações de layout. Energia ótica a partir da fonte ótica pulsada 1- 108 pode ser distribuída para as múltiplas guias de onda, via um ou mais acopladores de estrela ou acopladores de interferência de multi- modo, ou por qualquer outro meio, localizadas entre um acoplador óti- co 1-310 ao chip 1-140 e a pluralidade de guias de onda 1-312.
[0053] A FIG. 1-4 ilustra acoplamento de energia ótica de um pulso ótico 1-122 dentro de uma porção afilada de guia de onda 1-315 a uma câmara de reação 1-330. O desenho foi produzido de uma simulação de campo eletromagnético da onda ótica que conta com as dimensões da guia de onda, dimensões da câmara de reação, as propriedades óticas dos materiais diferentes, e a distância da porção afilada de guia de onda 1-315 a partir da câmara de reação 1-330. A guia de onda pode ser formada de nitreto de silício em um meio circundante 1-410 de dióxido de silício, por exemplo. A guia de onda, meio circundante, e câmara de reação podem ser formados por processos de microfabri- cação descritos no pedido U.S. No. 14/821.688, depositado em 7 de Agosto de 2015, intitulado “Dispositivo Integrado para Sondagem, De- tecção e Análise de Moléculas”. De acordo com algumas concretiza- ções, um campo ótico evanescente 1-420 acopla energia ótica trans-
portada pela guia de onda à câmara de reação 1-330.
[0054] Um exemplo não-limitante de uma reação biológica que ocorre em uma câmara de reação 1-330 é representado na FIG. 1-5. O exemplo representa incorporação sequencial de nucleotídeos ou aná- logos de nucleotídeo em um filamento de crescimento que é comple- mentar a um ácido nucleico alvo. A incorporação sequencial ocorre em uma câmara de reação 1-330, e pode ser detectada por um instrumen- to analítico avançado para sequência de DNA. A câmara de reação pode ter uma profundidade entre cerca de 150 nm e cerca de 250 nm e um diâmetro entre cerca de 80 nm e cerca de 160 nm. Uma camada de metalização 1-540 (por exemplo, uma metalização para um poten- cial de referência elétrico) pode ser modelado acima de um fotodetec- tor 1-322 para proporcionar uma abertura que bloqueia luz extraviada de câmaras de reação adjacentes e outras fontes de luz indesejadas. De acordo com algumas concretizações, polimerase 1-520 pode estar localizada dentro da câmara de reação 1-330 (por exemplo, fixada a uma base da câmara). A polimerase pode tomar um ácido nucleico alvo 1-510 (por exemplo, uma porção de ácido nucleico derivado de DNA), e sequência e filamento de crescimento de ácido nucleico com- plementar para produzir um filamento de crescimento de DNA 1-512. Nucleotídeos ou análogos de nucleotídeo rotulados com fluoróforos diferentes podem ser dispersos em uma solução acima e dentro da câmara de reação.
[0055] Quando um nucleotídeo rotulado ou análogo de nucleotídeo 1-610 é incorporado em um filamento de crescimento de ácido nuclei- co complementar, conforme representado na FIG. 1-6, um ou mais flu- oróforos fixados 1-630 podem ser repetidamente excitados por pulsos de energia ótica acoplados na câmara de reação 1-330 da guia de on- da 1-315. Em algumas concretizações, o fluoróforo ou fluoróforos 1- 630 podem ser fixados a um ou mais nucleotídeos ou análogos de nu-
cleotídeo 1-610 com qualquer ligador adequado 1-620. Um evento de incorporação pode durar um período de tempo acima de cerca de 100 ms. Durante este tempo, pulsos de emissão fluorescente resultante de excitação do(s) fluoróforo(s) por pulsos a partir do laser de modo tra- vado podem ser detectados com um fotodetector de compartimenta- ção de tempo 1-322, por exemplo. Em algumas concretizações, pode existir um ou mais dispositivos eletrônicos integrados adicionais 1-323 em cada pixel para manuseio de sinal (por exemplo, amplificação, lei- tura, rota, pré-processamento de sinal, etc.). De acordo com algumas concretizações, cada pixel pode incluir um filtro ótico de camada única ou de multicamada 1-530 que ultrapassa emissão fluorescente e reduz transmissão de radiação de pulso de excitação. Algumas implementa- ções não podem usar o filtro ótico 1-530. Por fixação dos fluoróforos com características de emissão diferentes (por exemplo, taxas de queda fluorescente, intensidade, comprimentos de onda fluorescentes) aos nucleotídeos diferentes (A, C, G, T), detectando e distinguindo as características de emissão diferentes, enquanto que o filamento de DNA 1-512 incorpora um ácido nucleico e capacita determinação da sequência genética do filamento de crescimento de DNA.
[0056] De acordo com algumas concretizações, um instrumento analítico avançado 1-100 que é configurado para analisar amostras baseado em características de emissão fluorescente pode detectar diferenças em tempos de vida fluorescentes e/ou intensidades entre moléculas fluorescentes diferentes, e/ou diferenças entre tempos de vida e/ou intensidades das mesmas moléculas fluorescentes em ambi- entes diferentes. Por meio de explanação, a FIG. 1-7 plota duas cur- vas de probabilidade de emissão fluorescentes diferentes (A e B), que podem ser representativas de emissão fluorescente de duas moléculas fluorescentes diferentes, por exemplo. Com referência a curva A (linha tracejada), após ser excitada por um pulso ótico curto ou ultracurto,
uma probabilidade pA(t) de uma emissão fluorescente de uma primeira molécula pode decair com o tempo, conforme representado. Em al- guns casos, a diminuição na probabilidade de um fóton sendo emitido com o tempo pode ser representada por uma função de queda expo- nencial, onde PAo é uma probabilidade de emissão inicial e τ1 é um pa- râmetro temporal associado com a primeira molécula fluorescente que caracteriza a probabilidade de queda de emissão. τ1 pode ser referido como o “tempo de vida de fluorescência”, “tempo de vida de emissão”, ou “tempo de vida” da primeira molécula fluorescente. Em alguns ca- sos, o valor de τ1 pode ser alterado por um ambiente local da molécula fluorescente. Outras moléculas fluorescentes podem ter características de emissão diferentes do que que mostradas na curva A. Por exemplo, outra molécula fluorescente pode ter um perfil de queda que difere de uma queda exponencial única, e seu tempo de vida pode ser caracte- rizada por um valor de meia-vida ou alguma outra métrica.
[0057] Uma segunda molécula fluorescente pode ter um perfil de queda pB(t) que é exponencial, mas possui um tempo de vida diferente mensurável τ2, conforme representado para a curva B na FIG. 1-7. No exemplo mostrado, o tempo de vida para a segunda molécula fluores- cente da curva B é mais curto do que o tempo de vida para a curva A, e a probabilidade de emissão pB(t) é mais alta mais cedo após excita- ção da segunda molécula do que para a curva A. Moléculas fluores- centes diferentes podem ter tempos de vida ou valores de meia-vida variando de cerca de 0,1 ns a cerca de 20 ns, em algumas concretiza- ções.
[0058] Os inventores reconheceram e apreciaram que diferenças em tempos de vida de emissão fluorescente podem ser usados para discernir entre a presença ou ausência de moléculas fluorescentes di- ferentes e/ou para discernir entre ambientes diferentes ou condições para qual uma molécula fluorescente é submetida. Em alguns casos,
discernindo moléculas fluorescentes baseadas no tempo de vida (pre- ferivelmente do que comprimentos de onda de emissão, por exemplo) pode simplificar aspectos de um instrumento analítico 1-100. Como um exemplo, óticas de discriminação de comprimentos de onda (tais como filtros de comprimentos de onda, detectores dedicados para cada comprimento de onda, fontes óticas pulsadas dedicadas em compri- mentos de onda diferentes, e/ou óticos de difração) podem ser reduzi- dos em número ou eliminados quando discernindo moléculas fluores- centes baseadas em tempo de vida. Em alguns casos, uma fonte ótica pulsada única que opera em comprimentos de onda de característica única pode ser usada para excitar moléculas fluorescentes diferentes que emitem dentro de uma mesma região de comprimentos de onda do espectro ótico, mas possui tempos de vida diferentes mensuráveis. Um sistema analítico que usa uma única fonte ótica pulsada, preferi- velmente do que fontes múltiplas que operam em comprimentos de onda diferentes, para excitar e discernir moléculas fluorescentes dife- rentes que emitem em uma mesma região de comprimentos de onda, pode ser menos complexo para operar e manter, mais compacto, e pode ser manufaturado em custo inferior.
[0059] Embora sistemas analíticos baseados em análise de tempo de vida fluorescente podem ter certos benefícios, a quantidade de in- formação obtida por um sistema analítico e/ou precisão de detecção pode ser aumentado por permitir técnicas de detecção adicionais. Por exemplo, alguns sistemas analíticos 1-160 podem adicionalmente se- rem configurados para discernir uma ou mais propriedades de uma amostra baseado em comprimentos de onda fluorescentes e/ou inten- sidade fluorescente.
[0060] Referindo-se novamente à FIG. 1-7, de acordo com algu- mas concretizações, tempos de vida fluorescentes diferentes pode ser distinguidos com um fotodetector que é configurado para eventos fluo-
rescentes de emissão de caixa de tempo após excitação de uma mo- lécula fluorescente. O compartimento de tempo pode ocorrer durante um ciclo de acúmulo de carga único para o fotodetector. Um ciclo de acúmulo de carga é um intervalo entre eventos de leitura durante o qual transportadores foto-gerados são acumulados em caixas do foto- detector de compartimentação de tempo. O conceito de determinação de tempo de vida fluorescente por compartimentação de tempo de eventos de emissão é introduzido graficamente na FIG. 1-8. No tempo te imediatamente antes de t1, uma molécula fluorescente ou conjunto de moléculas fluorescentes de um mesmo tipo (por exemplo, o tipo correspondente a curva B da FIG. 1-7) é (são) excitados por um pulso ótico curto ou ultra-curto. Para um grande conjunto de moléculas, a intensidade de emissão pode ter um perfil de tempo similar a curva B, conforme representado na FIG. 1-8.
[0061] Para uma única molécula ou um pequeno número de molé- culas, contudo, a emissão de fótons fluorescentes ocorre de acordo com as estatísticas da curva B na FIG. 1-7, para este exemplo. Um fotodetector de compartimentação de tempo 1-322 pode acumular transportadores gerados de eventos de emissão em caixas de tempo discretas. Três caixas são indicadas na FIG. 1-8, embora poucas cai- xas ou mais caixas possam ser usadas nas concretizações. As caixas são temporalmente resolvidas com relação ao tempo de excitação te da(s) molécula(s) fluorescente(s). Por exemplo, uma primeira caixa pode acumular transportadores produzidos durante um intervalo entre tempos t1 e t2, ocorrendo após o evento de excitação no tempo te. Uma segunda caixa pode acumular transportadores produzidos durante um intervalo entre tempos t2 e t3, e uma terceira caixa pode acumular transportadores produzidos durante um intervalo entre tempos t3 e t4. Quando um grande número de eventos de emissão é somado, os transportadores acumulados nas caixas de tempo podem aproximar a curva de intensidade de queda mostrada na FIG. 1-8, e os sinais com- partimentados podem ser usados para distinguir entre moléculas fluo- rescentes diferentes ou ambientes diferentes em que uma molécula fluorescente está localizada.
[0062] Exemplos de um fotodetector de compartimentação de tempo 1-322 são descritos no Pedido de patente U.S. No. 14/821.656, depositado em 7 de Agosto de 2015, intitulado “Dispositivo Integral pa- ra Compartimentação Temporal de Fótons Recebidos” e no Pedido de patente U.S. 15/852.571, depositado em 22 de dezembro de 2017, inti- tulado “Fotodetector Integral com Pixel de Compartimentação Direta”, que são ambos aqui incorporados por referência em sua totalidade. Para proposta de explanação, uma concretização não-limitante de um fotodetector de compartimentação de tempo é representado na FIG. 1-
9. Um fotodetector de compartimentação de tempo único 1-322 pode compreender uma região de geração absorção de fóton/transportador 1-902, um canal de descarga do transportador 1-906, e uma pluralida- de de caixas de armazenagem do transportador 1-908a, 1-908b todos formados em um substrato de semicondutor. Os Canais de transporte de transportador 1-907 podem se conectar entre a região de geração absorção de fóton/transportador 1-902 e caixas de armazenagem do transportador 1-908a, 1-908b. No exemplo ilustrado, duas caixas de armazenagem do transportador são mostradas, mas pode existir mais ou menos. Pode existir um canal de leitura 1-910 conectado às caixas de armazenagem do transportador. A região de geração absorção de fóton/transportador 1-902, canal de descarga do transportador 1-906, caixas de armazenagem do transportador 1-908a, 1-908b, e canal de leitura 1-910, podem ser formados por dopagem do semicondutor lo- calmente e/ou formação de regiões de isolamento adjacentes para proporcionar capacidade de fotodetecção, confinamento, e transporte de transportadores. Um fotodetector de compartimentação de tempo 1-
322 pode também incluir uma pluralidade de eletrodos 1-920, 1-921, 1- 922, 1-923, 1-924 formados no substrato que são configurados para gerar campos elétricos no dispositivo para transporte de transportado- res através do dispositivo.
[0063] Em operação, uma porção de um pulso de excitação 1-122 de uma fonte ótica pulsada 1-108 (por exemplo, um laser de modo tra- vado) é distribuída para uma cavidade de amostra 1-330 sobre o foto- detector de compartimentação de tempo 1-322. Inicialmente, alguns fótons de radiação de excitação 1-901 podem chegar na região de ab- sorção de fóton/geração de transportador 1-902 e produzir transporta- dores (mostrados como círculos sombreados claros). Pode existir tam- bém alguns fótons de emissão fluorescentes 1-903 que chegam com os fótons de radiação de excitação 1-901, e produzem corresponden- tes transportadores (mostrados como círculos sombreados escuros). Inicialmente, o número de transportadores produzidos pela radiação de excitação pode ser muito grande comparado ao número de trans- portadores produzidos pela emissão fluorescente. Os transportadores iniciais produzidos durante um intervalo de tempo te – t1 podem ser rejeitados por colocá-los em um canal de descarga do transportador 1- 906 com um primeiro eletrodo 1-920, por exemplo.
[0064] Em momentos posteriores, principalmente fótons de emis- são fluorescentes 1-903 chegam na região de absorção de fó- ton/geração de transportador 1-902, e produzem transportadores (indi- cados em círculos sombreados escuros) que proporcionam sinal útil e detectável que é representativo de emissão fluorescente da cavidade de amostra 1-330. De acordo com alguns métodos de detecção, um segundo eletrodo 1-921 e terceiro eletrodo 1-923 podem ser colocados em um tempo posterior para direcionar transportadores produzidos em um tempo posterior (por exemplo, durante um segundo intervalo de tempo t1 – t2) para uma primeira caixa de armazenagem de transpor-
tador 1-908a. Subsequentemente, um quarto eletrodo 1-922 e quinto eletrodo 1-924 podem ser colocados em um tempo posterior (por exemplo, durante um terceiro intervalo de tempo t2 – t3) para direcio- nar transportadores para uma segunda caixa de armazenagem de transportador 1-908b. O acúmulo de carga pode continuar dessa ma- neira após pulsos de excitação para um grande número de pulsos de excitação para acumular um número apreciável de transportadores e nível de sinal em cada caixa de armazenagem de transportador 1- 908a, 1-908b. Em um tempo posterior, o sinal pode ser lido a partir das caixas. Em algumas implementações, os intervalos de tempo corres- pondentes a cada caixa de armazenagem estão na escala de tempo de sub-nanosegundo, embora escalas de tempo maiores possam de ser usadas em algumas concretizações (por exemplo, em concretiza- ções onde fluoróforos possuem tempos de queda mais longos).
[0065] O processo de geração e transportadores de compartimen- tação de tempo após um evento de excitação (por exemplo, pulso de excitação de uma fonte ótica pulsada) pode ocorrer uma vez após um pulso de excitação único, ou ser repetido múltiplas vezes após múlti- plos pulsos de excitação durante um ciclo de acúmulo de carga único para o fotodetector de compartimentação de tempo 1-322. Após acú- mulo de carga ser completo, transportadores podem ser lidos da caixa de armazenagem via o canal de leitura 1-910. Por exemplo, uma se- quência de enviesamento apropriada pode ser aplicada aos eletrodos 1-923, 1-924, e pelo menos ao eletrodo 1-940 para remover transpor- tadores das caixas de armazenagem 1-908a, 1-908b. O acúmulo de carga e processos de leitura podem ocorrer em uma operação massi- vamente paralela no chip optoeletrônico 1-140 resultando em estrutu- ras de dados.
[0066] Embora o exemplo descrito em conjunto com a FIG. 1-9 inclua múltiplas caixas de armazenagem de carga 1-908a, 1-908b, em alguns casos, uma única caixa de armazenagem de carga pode ser usada ao invés. Por exemplo, somente a caixa1 pode estar presente em um fotodetector de compartimentação de tempo 1-322. Em tal ca- so, uma única caixa de armazenagem 1-908a pode ser operada em uma maneira variável no tempo para olhar em intervalos de tempo di- ferentes após eventos de excitação diferentes. Por exemplo, após pul- sos em uma primeira série de pulsos de excitação, eletrodos para a caixa de armazenagem 1-908a podem ser colocados para coletar transportadores gerados durante um primeiro intervalo de tempo (por exemplo, durante o segundo intervalo de tempo t1 – t2), e o sinal acu- mulado pode ser lido após um primeiro predeterminado número de pulsos. Após pulsos em uma subsequente série de pulsos de excita- ção na mesma cavidade de amostra, os mesmos eletrodos para a cai- xa de armazenagem 1-908a podem ser colocados para coletar trans- portadores gerados durante um intervalo diferente (por exemplo, du- rante o terceiro intervalo de tempo t2 – t3), e o sinal acumulado pode ser lido após um segundo predeterminado número de pulsos. Os transportadores podem ser coletados durante intervalos de tempo pos- terior em uma maneira similar se necessário. Dessa maneira, níveis de sinal correspondentes à emissão fluorescente durante períodos de tempo diferentes após chegada de um pulso de excitação em uma ca- vidade de amostra podem ser produzidos usando uma única caixa de armazenagem de transportador.
[0067] Indiferente de como acúmulo de carga é efetuado para in- tervalos de tempo diferentes após excitação, sinais que são lidos po- dem proporcionar um histograma possuindo caixas que são represen- tativas das características de queda de emissão fluorescente, por exemplo. Um processo de exemplo é ilustrado nas FIG. 1-10A e FIG. 1-10B. As caixas de histograma podem indicar um número de fótons detectados durante cada intervalo de tempo após excitação do(s) fluo-
róforo(s) em uma cavidade de amostra 1-330. Em algumas concretiza- ções, sinais para as caixas serão acumulados após um grande número de pulsos de excitação, conforme representado na FIG. 1-10A. Os pulsos de excitação podem ocorrer nos tempos te1, te2, te3, … teN que são separados pelo tempo de intervalo de pulso T. Em alguns casos, podem existir entre 105 e 107 pulsos de excitação 1-122 (ou porções destes) aplicados a uma cavidade de amostra durante um acúmulo de sinais nas caixas de armazenagem de elétron para um único evento sendo observado na cavidade de amostra (por exemplo, um único evento de incorporação de nucleotídeo em análise de DNA). Em algu- mas concretizações, uma caixa (caixa 0) pode ser configurada para detectar uma amplitude de energia de excitação distribuída com cada pulso ótico, e pode ser usada como um sinal de referência (por exem- plo, para normalizar dados). Em outros casos, a amplitude do pulso de excitação pode ser estável, determinada uma ou mais vezes durante aquisição de sinal, e não determinada após cada pulso de excitação de modo que não existe aquisição de sinal de caixa0 após cada pulso de excitação. Em tais casos, transportadores produzidos por um pulso de excitação podem ser rejeitados e despejados da região de absor- ção de fóton/geração de transportador 1-902 conforme descrito acima em conjunto com a FIG. 1-9.
[0068] Em algumas implementações, somente um único fóton po- de ser emitido de um fluoróforo após um evento de excitação, confor- me representado na FIG. 1-10A. Após um primeiro evento de excita- ção no tempo te1, o fóton emitido no tempo tf1 pode ocorrer dentro de um primeiro intervalo de tempo (por exemplo¸ entre tempos t1 e t2), de modo que o sinal de elétron resultante é acumulado na primeira caixa de armazenagem de elétron (contribui para a caixa 1). Em um evento de excitação subsequente no tempo te2, o fóton emitido no tempo tf2 pode ocorrer dentro de um seguindo intervalo de tempo (por exemplo¸ entre tempos t2 e t3), de modo que o sinal de elétron resultante contri- bui para a caixa 2. Após um próximo evento de excitação no tempo te3, um fóton pode emitir em um tempo tf3 que ocorre dentro do primeiro intervalo de tempo.
[0069] Em algumas implementações, não pode existir um fóton fluorescente emitido e/ou detectado após cada pulso de excitação re- cebido em uma cavidade de amostra 1-330. Em alguns casos, pode existir tão pouco como um fóton fluorescente que é detectado em uma cavidade de amostra para todo 10.000 pulsos de excitação distribuídos para a cavidade de amostra. Uma vantagem da implementação de um laser de modo travado 1-110 como a fonte de excitação pulsada 1-108 é que um laser de modo travado pode produzir pulsos óticos curtos possuindo alta intensidade e tempos de desligamento rápidos em altas taxas de repetição de pulso (por exemplo, entre 50 MHz e 250 MHz). Com tais altas taxas de repetição de pulso, o número de pulsos de ex- citação dentro de um intervalo de acúmulo de carga de 10 milisegun- dos pode ser 50.000 a 250.000, de modo que sinal detectável pode ser acumulado.
[0070] Após um grande número de eventos de excitação e acúmu- lo de transportador, as caixas de armazenagem do transportador do fotodetector de compartimentação de tempo 1-322 podem ser lidas para proporcionar um sinal multi-valorizado (por exemplo, um histo- grama de dois ou mais valores, um vetor N-dimensional, etc.) para uma cavidade de amostra. Os valores de sinal para cada caixa podem depender da taxa de queda do fluoróforo. Por exemplo e referindo-se novamente à FIG. 1-8, um fluoróforo possuindo uma curva de queda B terá uma razão mais alta de sinal na caixa 1 para caixa 2 do que um fluoróforo possuindo uma curva de queda A. Os valores das caixas podem ser analisados e comparados contra valores de calibração, e/ou entre si, para determinar o fluoróforo particular presente. Para uma aplicação de sequenciamento, identificação do fluoróforo pode determinar o nucleotídeo ou análogo de nucleotídeo que está sendo incorporado em um filamento de crescimento de DNA, por exemplo. Para outras aplicações, a identificação do fluoróforo pode determinar uma identidade de uma molécula ou espécime de interesse, que pode ser ligada ao fluoróforo.
[0071] Para auxiliar adicionalmente na compreensão da análise de sinal, os valores de multi-caixa acumulados podem ser plotados como um histograma, conforme representado na FIG. 1-10B, por exemplo, ou podem ser registrados como um vetor ou localização em espaço N- dimensional. Operações de calibração podem ser realizadas separa- damente para adquirir valores de calibração para os sinais multi- valorizados (por exemplo, histogramas de calibração) para quatro fluo- róforos diferentes ligados aos quatro nucleotídeos ou análogos de nu- cleotídeo. Como um exemplo, os histogramas de calibração podem aparecer conforme representado na FIG. 1-11A (rótulo fluorescente associado com o nucleotídeo T), FIG. 1-11B (rótulo fluorescente asso- ciado com o nucleotídeo A), FIG. 1-11C (rótulo fluorescente associado com o nucleotídeo C), e FIG. 1-11D (rótulo fluorescente associado com o nucleotídeo G). Uma comparação do sinal multi-valorizado me- dido (correspondente ao histograma da FIG. 1-10B) para os sinais de calibração multi-valorizados podem determinar a identidade “T” (FIG. 1-11A) do nucleotídeo ou análogo de nucleotídeo sendo incorporado no filamento de crescimento de DNA.
[0072] Em algumas implementações, intensidade fluorescente po- de ser usada adicionalmente ou alternativamente para distinguir entre fluoróforos diferentes. Por exemplo, alguns fluoróforos podem emitir em intensidades significantemente diferentes, ou possuem uma dife- rença significante em suas probabilidades de excitação (por exemplo, pelo menos uma diferença de cerca de 35%) mesmo embora suas ta-
xas de queda possam ser similares. Por referenciar sinais comparti- mentados (caixas 1-3) para medir energia de excitação e/ou outros sinais requeridos, pode ser possível distinguir fluoróforos diferentes baseado nos níveis de intensidade.
[0073] Em algumas concretizações, números diferentes de fluoró- foros do mesmo tipo podem ser ligados a nucleotídeos diferentes ou análogos de nucleotídeo, de modo que os nucleotídeos podem ser identificados baseado na intensidade do fluoróforo. Por exemplo, dois fluoróforos podem ser ligados a um primeiro nucleotídeo (por exemplo, “C”) ou análogo de nucleotídeo e quatro ou mais fluoróforos podem ser ligados a um segundo nucleotídeo (por exemplo, “T”) ou análogo de nucleotídeo. Devido aos números diferentes de fluoróforos, pode exis- tir excitação diferente e probabilidades de emissão de fluoróforo asso- ciados com os nucleotídeos diferentes. Por exemplo, pode existir mais eventos de emissão para o nucleotídeo “T”, ou análogo de nucleotídeo durante um intervalo de acúmulo de sinal, de modo que a intensidade aparente das caixas é significantemente mais alta do que para o nu- cleotídeo “C”, ou análogo de nucleotídeo.
[0074] Os inventores reconheceram e apreciaram que distinguindo nucleotídeos ou qualquer outro espécime biológico ou químico basea- do em taxas de queda de fluoróforo e/ou intensidades de fluoróforo capacitam uma simplificação da excitação ótica e sistemas de detec- ção em um instrumento analítico 1-100. Por exemplo, excitação ótica pode ser realizada com uma fonte única de comprimento de onda (por exemplo, uma fonte que produz um comprimento de onda característi- co preferivelmente do que múltiplas fontes ou uma fonte que opera em múltiplos comprimentos de onda característicos diferentes). Adicional- mente, comprimentos de onda que discriminam óticos e filtros podem não serem necessários no sistema de detecção para distinguir entre fluoróforos de comprimentos de onda diferentes. Também, um único fotodetector pode ser usado para cada câmara de reação para detec- tar emissão de fluoróforos diferentes.
[0075] A frase “comprimentos de onda característico” ou “compri- mentos de onda” é usada para se referir a um central ou predominante comprimentos de onda dentro de uma largura de banda limitada de radiação (por exemplo, um comprimento de onda central ou de pico dentro de uma sapuda de largura de banda de 20 nm por uma fonte ótica pulsada). Em alguns casos, “comprimentos de onda característi- cos” ou “comprimentos de onda” podem ser usados para se referir a comprimentos de onda de pico dentro de uma largura de banda total de saída de radiação por uma fonte.
[0076] Os inventores reconheceram e apreciaram que fluoróforos possuindo comprimentos de onda de emissão em uma faixa entre cer- ca de 560 nm e cerca de 900 nm podem proporcionar quantidades adequadas de fluorescência a serem detectadas por um fotodetector de compartimentação de tempo (que pode ser fabricado de uma pasti- lha de silício usando processos de CMOS). Estes fluoróforos podem ser ligados às moléculas biológicas de interesse, tal como nucleotí- deos ou análogos de nucleotídeo para aplicação de sequenciamento genético. Emissão fluorescente nesta faixa de comprimentos de onda pode ser detectada com responsividade mais alta em um fotodetector à base de silício do que fluorescência em comprimentos de onda mais longos. Adicionalmente, fluoróforos e ligadores associados nesta faixa de comprimentos de onda podem não interferir com incorporação dos nucleotídeos ou análogos de nucleotídeo em filamentos de crescimen- to de DNA. Os inventores também reconheceram e apreciaram que fluoróforos possuindo comprimentos de onda de emissão em uma fai- xa entre cerca de 560 nm e cerca de 660 nm podem ser oticamente excitados com uma fonte única de comprimentos de onda. Um fluoró- foro de exemplo nesta faixa é Alexa Fluor 647, disponível de Thermo
Fisher Scientific Inc. de Waltham, Massachusetts. Os inventores tam- bém reconheceram e apreciaram que energia de excitação em com- primentos de onda mais curtos (por exemplo, entre cerca de 500 nm e cerca de 650 nm) podem ser requeridos para excitar fluoróforos que emitem em comprimentos de onda entre cerca de 560 nm e cerca de 900 nm. Em algumas concretizações, os fotodetectores de comparti- mentação de tempo podem eficientemente detector emissão de com- primentos de onda mais longos das amostras, por exemplo, por incor- poração de outros materiais, tal como Ge, na região ativa dos fotode- tectores.
[0077] Embora o prospecto de sequenciamento de DNA usando uma fonte de excitação que emite comprimentos de onda de caracte- rística única pode simplificar algum do sistema ótico, pode-se colocar tecnicamente demandas desafiantes na fonte de excitação e aquisição de dados. Por exemplo, os inventores reconheceram e apreciaram que pulsos óticos da fonte de excitação devem extinguir rapidamente os esquemas de detecção descritos acima, de modo que a energia de excitação não subjuga ou interfere com os sinais fluorescentes subse- quentemente detectados que podem ser usados para distinguir fluoró- foros baseados no tempo de vida e/ou intensidade. Os inventores re- conheceram e apreciaram que laseres de modo travado podem pro- porcionar tais características de desligamento rápido. Contudo, laseres de modo travado podem ser difíceis de operar em um estado de modo de bloqueio estável por períodos de tempo extendidos, que podem afetar adversamente aquisição de sinal. Por exemplo, quando distin- guindo fluoróforos baseados no tempo e/ou intensidade, estabilidade de temporização de aquisição de dados e intensidade de pulso de ex- citação são importantes para reduzir erros de reconhecimento. Após esforços extensivos, um laser de modo travado compacto e estável foi concebido e implementado como um modulo substituível para um ins-
trumento analítico avançado 1-100. Um módulo de laser de exemplo de modo travado é descrito no Pedido de patente U.S. No. 15/844.469 referenciado acima. Tal laser foi verificado proporcionar uma saída es- tável de intensidade de pulso quando operado continuamente por ho- ras. Contudo, mesmo com tal laser de modo travado estável, deriva- ção na taxa de repetição de pulso pode ocorrer também como na que- da de pulso ocasional (por exemplo, um pulso ausente).
[0078] A importância de temporização de aquisição de dados pode ser compreendida com referência novamente à FIG. 1-10A. De modo a acumular corretamente sinais fluorescentes em caixas, é importante que os intervalos de temporização das caixas ocorrem a um mesmo tempo após cada pulso de excitação ótico sucessivo. Se a temporiza- ção das caixas deriva com relação ao pulso ótico, então transportado- res produzidos no fotodetector 1-322 pelos sinais fluorescentes podem ser acumulados em uma caixa incorreta e contribui para erro de reco- nhecimento de um fluoróforo e um correspondente espécime. Adicio- nalmente, é desejável ler dados do chip optoeletrônico 1-140 em sin- cronicidade aproximada com aquisição de dados nas câmaras de rea- ção para evitar dados excedidos e dados perdidos.
[0079] Uma abordagem para controlar temporização de aquisição de dados é ilustrada na FIG. 2-1. Os inventores reconheceram e apreciaram que é desejável sincronizar pelo menos algumas opera- ções eletrônicas (por exemplo, aquisição de dados, processamento de sinal, transmissão de dados) de um sistema analítico 1-160 com a taxa de repetição de pulsos óticos 1-122 que são emitidos de um laser de modo travado 1-110, por exemplo. De acordo com algumas concreti- zações, um temporizador 2-120 pode ser configurado para detectar pulsos óticos 1-120 ou 1-122 produzidos pelo laser de modo travado 1- 110, e produz um sinal de temporização (por exemplo, um sinal de re- lógio) que pode ser sincronizado com a sequência de pulsos óticos 1-
122, e usados para disparar operações de eletrônicos do instrumento. Os inventores reconheceram e apreciaram que existem pelo menos dois aspectos importantes associados com derivação de um sinal de temporização de um laser de modo travado ou outra fonte ótica pulsa- da. Um primeiro aspecto é configurar os eletrônicos do instrumento de modo que, quando usando tal sinal de temporização, o instrumento operará estavelmente e continuamente mesmo embora exista inter- rupções intermitentes na produção de pulsos óticos ou derivação na frequência ou taxa de repetição dos pulsos óticos. Um segundo aspec- to é configurar os eletrônicos do instrumento para tempo da ocorrência de compartimentos de aquisição de dados no chip optoeletrônico (por exemplo, caixa1, caixa2, caixa3, etc.) para coletar sinais de alta quali- dade que aperfeiçoam o desempenho do instrumento na distinção en- tre fluoróforos diferentes.
[0080] Na FIG. 2-1, pulsos óticos 1-122 são representados como sendo separados espacialmente por uma distância D. A ilustração re- presenta uma foto no tempo. Esta distância de separação corresponde ao tempo T entre pulsos de acordo com a relação T = D/c onde c é a velocidade da luz. Na prática, o tempo T entre pulsos pode ser medido com um fotodiodo e osciloscópio. Para um laser de modo travado 1- 110, o tempo T corresponde a um tempo de viagem de ida e volta de um pulso ótico na cavidade de laser. De acordo com algumas concre- tizações, fsync = 1/ (TN) onde fsync representa a frequência de um sinal de relógio gerado do trem detectado de pulsos óticos 1-122 e N é um inteiro maior do que ou igual a 1. Em algumas implementações, um sinal de relógio pode ser gerado tal que fsync = N/T onde N é um inteiro maior do que ou igual a 1.
[0081] De acordo com algumas concretizações, o temporizador 2- 120 pode receber um sinal análogo ou digitalizado de um fotodiodo que detecta pulsos óticos 1-122 do laser de modo travado 1-110. O fotodiodo pode ser montado em ou próximo ao laser de modo travado 1-110, ou em uma localização no instrumento analítico 1-100 onde ele pode detectar luz (difundida ou transmitida) dos pulsos óticos 1-120 ou 1-122. O temporizador 2-120 pode usar qualquer método adequado para formar ou disparar um sinal de sincronização do sinal análogo ou digitalizado recebido. Por exemplo, o temporizador pode usar um dis- parador de Schmitt ou comparador para formar um trem de pulsos digi- tais de pulsos óticos detectados. Em algumas implementações, o tem- porizador 2-120 pode ainda usar um loop bloqueado de retardo ou loop de fase travado para sincronizar um sinal de relógio estável de uma fonte de relógio eletrônico estável a um trem de pulsos digitais produzidos dos pulsos óticos detectados. O trem de pulsos digitais e/ou o sinal de relógio estável travado pode ser provido ao sistema analítico 1-160 para sincronizar eletrônicos no instrumento 1-100 com os pulsos óticos.
[0082] Em algumas concretizações, circuito de detecção de relógio é usado para gerar um sinal de relógio que pode ser usado para acio- nar eletrônicos de aquisição de dados em um instrumento analítico portátil 1-100. Um exemplo de um circuito de detecção de relógio 2- 200 é representado na FIG. 2-2, embora a invenção não seja limitada ao circuito particular no desenho. Em alguns casos, o circuito de de- tecção de relógio 2-200, ou uma porção deste, pode ser montado em uma placa de circuito impressa (PCB) que é parte de uma fonte ótica pulsada 1-108, tal como um módulo de laser de modo travado 1-110. De acordo com algumas concretizações, circuito de detecção de reló- gio 2-200 pode incluir estágios de detecção de pulso, amplificação de sinal com controle de ganho automático, digitalização de relógio, e bloqueio de frequência/fase.
[0083] Um estágio de detecção de pulso 2-205 pode compreender um fotodiodo de alta velocidade 2-210 que é polarizado invertido e co-
nectado entre um potencial de polarização e um potencial de referên- cia (por exemplo, um potencial de solo), de acordo com algumas con- cretizações. O fotodiodo 2-210 pode ser conectado em série com dois resistores R1, R2 para proporcionar uma quantidade desejada de pola- rização reversa, de acordo com algumas implementações. Uma polari- zação reversa no fotodiodo pode ser qualquer valor adequado, e pode ser fixado usando resistores de valor fixo R1, R2, ou pode ser ajustável. Em alguns casos, um capacitor C pode ser conectado entre um catodo do fotodiodo 2-210 e um potencial de referência para intensificar a ve- locidade do fotodiodo 2-210 e/ou reduzir ruído de sinal. Um sinal do anodo do fotodiodo pode ser provido a um estágio de amplificação 2-
207. Em algumas concretizações, o estágio de detecção de pulso 2- 205 pode ser configurado para detectar pulsos óticos possuindo um nível de energia médio entre cerca de 100 microwatts e cerca de 25 milliwatts. O estágio de detecção de pulso 2-205 do circuito de detec- ção de relógio 2-200 pode ser montado em ou próximo ao laser de modo travado 1-110, e disposto para detectar pulsos óticos 1-120 ou 1-122 produzidos pela fonte ótica (por exemplo, laser de modo travado 1-110).
[0084] Um estágio de amplificação 2-207 pode compreender um ou mais amplificadores análogos 2-220 que podem incluir ajustes de ganho variáveis ou atenuação ajustável, de modo que níveis de saída de pulso dos amplificadores de ganho análogos podem ser ajustados dentro de uma faixa predeterminada. Um estágio de amplificação 2- 207 do circuito de detecção de relógio 2-200 pode ainda incluir um amplificador de controle de ganho automático 2-240. Em alguns casos, circuito de filtragem análogo 2-230 pode ser conectado a uma saída dos amplificadores análogos 2-220 (por exemplo, para remover ruído de alta frequência (por exemplo, maior do que cerca de 500 MHz) e/ou ruído de baixa frequência (por exemplo, menos do que cerca de 100
Hz)). A saída filtrada ou não filtrada do um ou mais amplificadores de ganho análogos 2-220 pode ser provida a um amplificador de controle de ganho automático 2-240, de acordo com algumas concretizações.
[0085] Em alguns casos, um sinal de saída final do um ou mais amplificadores análogos pode ser positivo. Os inventores reconhece- ram e apreciaram que um amplificador de controle de ganho automáti- co subsequente (AGC) 2-240 opera mais seguramente quando seu pico de pulsos de entrada para tensão positiva preferivelmente do que tensão negativa. O amplificador de controle de ganho automático 2- 240 pode variar seu ganho interno para compensar flutuações de am- plitude no trem de pulso eletrônico recebido. O trem de pulso de saída do amplificador de controle de ganho automático 2-240 pode ter ampli- tude aproximadamente constante, conforme representado na FIG. 2-2, onde a entrada para o amplificador de controle de ganho automático 2- 240 pode ter flutuações nas amplitudes de pulso-a-pulso. Um amplifi- cador de controle de ganho automático de exemplo 2-240 é modelo AD8368 disponível de Analog Devices, Inc. de Norwood, Massachu- setts.
[0086] Em um estágio de digitalização de relógio 2-209, uma saída do amplificador de controle de ganho automático 2-240 pode ser pro- vida a um comparador 2-250 para produzir um trem de pulso digital 2- 252, de acordo com algumas implementações. Por exemplo, o trem de pulso do amplificador de AGC pode ser provido a uma primeira entra- da de um comparador 2-250, e um potencial de referência (que pode ser ajustável ao usuário em algumas concretizações) pode ser conec- tado a uma segunda entrada do comparador 2-250. O potencial de re- ferência pode estabelecer o ponto de disparo para a borda de eleva- ção de cada pulso digital produzido.
[0087] Conforme pode ser apreciado, flutuações em amplitudes de pulso ótico recebidas conduziriam a flutuações em amplitudes dos pul-
sos eletrônicos antes do amplificador de AGC 2-240. Sem o amplifica- dor de AGC, estas flutuações de amplitude conduziriam a instabilidade de temporização nas bordas de elevação de pulsos no trem de pulso digitalizado do comparador 2-250. Por nivelamento das amplitudes de pulso com o amplificador de AGC 2-240, a instabilidade de pulso após o comparador 2-250 é reduzida significantemente. Por exemplo, a ins- tabilidade de temporização pode ser reduzida a menos do que cerca de 50 picosegundos com o amplificador de AGC. Em algumas imple- mentações, uma saída do comparador pode ser provida ao circuito ló- gico 2-270 que é configurado para mudar o ciclo de trabalho do trem de pulso digitalizado para aproximadamente 50%.
[0088] Em algumas implementações, um estágio de bloqueio de frequência/fase 2-211 do circuito de detecção de relógio 2-200 pode compreender um loop de fase travado (PLL) que é usado para produzir pelo menos um sinal de relógio de saída estável CLK para temporiza- ção e sincronização de operações de instrumento para os pulsos óti- cos 1-122. De acordo com algumas concretizações, uma saída do es- tágio de digitalização de relógio 2-209 pode ser provida a uma primeira entrada de um detector de frequência/fase 2-280, e um sinal de um oscilador estável eletrônico ou eletro-mecânico de tensão controlada (VCO) 2-260 pode ser provido a uma segunda entrada do detector 2-
280. Um oscilador eletrônico ou eletro-mecânico pode ser altamente estável contra perturbações mecânicas e contra variações de tempera- tura. O PLL pode ainda incluir um filtro de loop 2-282 disposto para filtrar uma saída do detector de frequência/fase 2-280 que é alimenta- do de volta para o VCO. Nas concretizações, o filtro de loop 2-282 po- de efetivamente integrar o sinal de diferença detectado do detector de frequência/fase 2-280 sobre um número selecionado de ciclos de reló- gio.
[0089] De acordo com algumas concretizações, uma fase e fre-
quência do sinal de relógio estável do VCO 2-260 podem ser bloquea- das pelo PLL a uma fase e frequência do sinal de relógio digitalizado OS1 derivado de pulsos óticos 1-122 da fonte ótica pulsada (por exemplo, laser de modo travado 1-110), que pode ser menos estável. Por uso de um período de integração no PLL que extende múltiplos pulsos óticos, o oscilador eletrônico ou eletro-mecânico 2-260 pode bloquear a frequência e fase do trem de pulso ótico e monta através das instabilidades de curto prazo (por exemplo, instabilidade de pulso, quedas de pulso) do laser de modo travado 1-110. Dessa maneira, o estágio de bloqueio de frequência/fase 2-211 pode produzir um ou mais sinais de relógio de saída estável CLK que são derivados de um oscilador estável eletro ou eletro-mecânico 2-260 e sincronizado aos pulsos óticos 1-120 ou 1-122 produzidos pela fonte ótica 1-108. Em algumas implementações, o sinal de relógio de saída CLK pode ser provido a um estágio de síntese de relógio que pode dividir os modos de sinal de relógio M e sintetizar sinais de relógio diferentes dos M si- nais de relógio. Um circuito de exemplo que pode ser usado para im- plementar o estágio de bloqueio de frequência/fase 2-211 é IC chip Si5338, que é disponível de Silicon Laboratories Inc. de Austin, Texas.
[0090] Os inventores reconheceram e apreciaram que, em algu- mas implementações, pode existir uma interação entre a largura de banda de loop do amplificador de AGC 2-240 e a largura de banda de loop do PLL no estágio de frequência/bloqueio de fase 2-211. A largu- ra de banda de loop do PLL é determinada principalmente por valores de parâmetro para o filtro de loop 2-282. Por exemplo, se a largura de banda de loop do PLL é muito alta, o sinal de relógio de saída CLK pode responder a instabilidade introduzida ou passada pelo amplifica- dor de AGC e comparador no trem de pulso digitalizado, e introduz comportamento errático excessivo no sinal de relógio de saída CLK. O comportamento errático pode conduzir a erros de relógio e bloqueio de instrumento. Por outro lado, se qualquer ou ambas larguras de banda de loop de AGC e PLL são muito baixas, os sinais de relógio resultan- tes do PLL não rastrearão precisamente a temporização do pulso ótico que conduz a erros de detecção de sinal no chip optoeletrônico 1-140 e erros de reconhecimento inaceitáveis em amostras analisadas. Os inventores verificaram que um tempo de integração constante associ- ado com a largura de banda de loop do PLL deve ser entre aproxima- damente 30 pulsos (± 3 pulsos) e aproximadamente 80 pulsos (± 8 pulsos) do trem de pulso ótico do laser de modo travado 1-110. Adici- onalmente, um tempo de integração constante associado com a largu- ra de banda de loop do amplificador de AGC 2-240 não deve exceder por mais do que cerca de 20% o tempo de integração constante para o PLL.
[0091] A FIG. 2-3 representa um exemplo de circuito de geração de relógio 2-311, circuito de aquisição de dados e de manuseio de da- dos para um instrumento analítico avançado 1-100 de acordo com as presentes concretizações. Tais circuitos de exemplo podem incluir, mas não são limitado a, um ou mais circuitos de geração de relógio 2- 381, 2-382, 2-383, um ou mais processadores (tal como uma matriz de portas programáveis de campo 2-320), memória 2-390, e uma interfa- ce de comunicação 2-340. De acordo com algumas concretizações, cada circuito de geração de relógio 2-381, 2-382, 2-383 pode incluir um loop de fase travado (PLL). Nas concretizações, múltiplos sinais de relógio podem ser gerados e usados para aquisição de dados, proces- samento, e transmissão dos dados. Os inventores verificaram que usando múltiplos sinais de relógio para manuseio de dados pode pro- porcionar operação mais estável de um instrumento analítico 1-100. De acordo com algumas implementações, um ou mais sinais de reló- gio (CLK3, CLK4, CLK6, CLK7 no exemplo ilustrado) são derivados de e/ou sincronizados à fonte ótica pulsada 1-108, ou sua sequência de pulsos óticos, e podem ser usados para acionar aquisição de dados do chip optoeletrônico 1-140. Adicionalmente, um ou mais sinais de reló- gio (CLK1, CLK2, CLK5 no exemplo ilustrado) pode não serem deriva- dos da fonte ótica pulsada 1-108, ou sua sequência de pulsos óticos, e podem ser derivados de um oscilador estável 2-360, e podem ser usa- dos para acionar processamento de dados, aquisição de dados, co- municações, e transmissão de dados. Os inventores reconheceram e apreciaram que um instrumento analítico avançado 1-100 pode operar mais estavelmente, e ser tolerante de rompimentos curto prazo e longo prazo na fonte ótica pulsada 1-108 quando sinais de relógio derivados de um oscilador estável 2-360 são usados separadamente de sinais de relógio derivados da fonte ótica pulsada para acionar processamento de dados, aquisição, e operações de comunicação. A inclusão de um oscilador estável pode impedir olhar o instrumento devido ao compor- tamento errático de um sinal de relógio derivado da fonte ótica pulsa- da. Por exemplo, se um erro de relógio severo é detectado (tal como um ou mais quedas de pulso ótico em uma sequência de pulsos óti- cos), a fonte de sinal de relógio para aquisição de dados e/ou proces- samento de dados pode ser interrompida para o oscilador estável para resumir operação normal do instrumento 1-100.
[0092] De acordo com algumas concretizações, a saída de um os- cilador estável 2-360 pode ser dividida com um amortecedor de fan-out 1:2 2-310 em dois sinais de relógio OSC1, OSC2 de uma mesma fre- quência, e provido para dois circuitos de geração de relógio 2-381, 2-
382. Em alguns casos, os circuitos de geração de relógio são progra- máveis e cada são capaz de produzir múltiplos sinais de relógio de sa- ída, pelo menos alguns dos quais possuem frequências diferentes do que a frequência do sinal de entrada recebido OSC1, OSC2 em cada circuito de geração de relógio. Pode existir também pelo menos um sinal de saída de uma mesma frequência como o sinal de entrada re-
cebido de cada circuito de geração de relógio 2-381, 2-382. Os sinais de relógio de saída de mesmas e diferentes frequências podem ser derivados pelo menos em parte, de um sinal de relógio de entrada re- cebido OSC1, OSC2. Um exemplo de um circuito de geração de reló- gio 2-381 é modelo de chip Si5338, que é disponível de Silicon Labo- ratories Inc. de Austin, Texas.
[0093] Em um primeiro circuito de geração de relógio 2-381, um oscilador controlado por tensão interna (VCO) pode ser bloqueado de fase a um sinal de oscilador estável recebido OSC1, ou para um sinal de relógio periódico OS1 derivado de um trem de pulsos óticos 1-120 ou 1-122. O sinal do oscilador OSC1 pode ser produzido por um osci- lador estável elétrico ou eletro-mecânico 2-360 (ou qualquer outro os- cilador adequado). Em algumas concretizações, o circuito de geração de relógio 2-381 pode incluir circuito para implementação de um PLL para travar a frequência e fase do VCO interno para ou o sinal OSC1 do oscilador 2-360, ou para o sinal de relógio OS1 derivado do trem de pulsos óticos. O circuito para implementação de um loop de fase tra- vado pode incluir um detector de diferença de fase/frequência, filtro de loop, e o VCO, por exemplo. A seleção do sinal de entrada (por exem- plo, OS1 ou OSC1) para travamento de fase pode ser realizada via um sinal de controle provido com uma ligação de comunicação I2C, por exemplo. A seleção do sinal de entrada pode depender da estabilidade ou presença do sinal de relógio OS1. Por exemplo, o sinal OSC1 pode ser selecionado quando o sinal de relógio OS1 não está presente ou instável em amplitude, frequência, fase, ou uma combinação destes. Em algumas implementações, o instrumento analítico pode ser confi- gurado para automaticamente interromper a e de volta do sinal de re- lógio derivado do oscilador OSC1 quando um rompimento no sinal de relógio OS1 é detectado, de modo que as aquisições de dados podem montar através de interrupções temporárias na sequência de pulsos óticos. O loop de fase travado pode emitir um sinal que é sincronizado em frequência e/ou fase para ou um sinal de relógio periódico OS1 de- rivado de um trem de pulsos óticos 1-120 ou 1-122, ou para o sinal do oscilador estável OSC1.
[0094] De acordo com algumas concretizações, a frequência do sinal OSC1 produzido pelo oscilador estável 2-360 pode ser significan- temente diferente do sinal de relógio periódico OS1. Por exemplo, a frequência do sinal OSC1 pode ser na ordem de 10 MHz e a frequên- cia do sinal OS1 pode ser na ordem de 65 MHz. De modo a proporcio- nar um sinal de relógio de saída (por exemplo, CLK3) do primeiro cir- cuito de geração de relógio 2-381 que é essencialmente igual a uma frequência f1 do sinal de relógio OS1 derivado da fonte ótica pulsada 1- 108 quando o oscilador estável 2-360 é selecionado como uma fonte de sinal de entrada, o PLL interno e circuito do primeiro circuito de ge- ração de relógio 2-381 podem ser configurados para etapa de fre- quência acima ou abaixo a um valor alvo. Em alguns casos, os valores de frequência podem ser ajustados via uma interface de comunicação, por exemplo, uma interface I2C. Consequentemente, indiferente da se- leção da fonte de sinal de entrada (se OS1 ou OSC1), as frequências de relógio de saída podem ser mantidas em um essencialmente mes- mo valor. Uma saída de sinal de relógio (por exemplo, CLK3) do pri- meiro circuito de geração de relógio 2-381 pode ser provida ao chip optoeletrônico 1-140 para operações de aquisição de dados de tempo nas cavidades de amostra no chip.
[0095] Os inventores reconheceram e apreciaram que devido às complexidades do chip optoeletrônico 1-140 e fonte ótica pulsada 1- 108 (por exemplo, laser de modo travado), existem períodos de opera- ção do instrumento analítico avançado 1-100 durante os quais pode ser preferível realizar operações com o chip optoeletrônico 1-140, en- quanto que a fonte ótica pulsada 1-108 está em um estado desligado ou em um estado aquecido. Durante estes períodos, o sinal de entrada para o primeiro circuito de geração de relógio 2-381 pode ser provido do oscilador estável 2-360. Subsequentemente, quando a fonte ótica pulsada 1-108 é operante e estável, o sinal de entrada para o primeiro circuito de geração de relógio 2-381 pode ser interrompido do oscila- dor estável 2-360 para o sinal de relógio periódico OS1 derivado de um trem de pulsos óticos 1-120 ou 1-122. Em algumas operações, a interrupção entre sinal OS1 e sinal OSC1 pode ser realizada como uma parte de operação de instrumento automática (por exemplo, veri- ficação de eletrônicos no chip optoeletrônico 1-140) antes da operação de uma análise de amostras no chip 1-140.
[0096] Quando um interruptor é produzido entre sinais de entrada para o primeiro circuito de geração de relógio 2-381, pode existir um breve rompimento na saída de sinais de relógio do primeiro circuito de geração de relógio 2-381. Tal rompimento pode causar transmissão de dados, processamento de dados, e/ou erros de comunicação entre o chip optoeletrônico 1-140 e o FPGA 2-320, ou outro processador de dados. Nas concretizações, um sinal de relógio (por exemplo, CLK3) derivado do primeiro circuito de geração de relógio 2-381 pode ser provido para o FPGA 2-320 ou outro processador de dados para com- parar com um sinal de relógio derivado do oscilador estável 2-360 (por exemplo, CLK1 produzido via um segundo circuito de geração de reló- gio 2-382), de modo que o FPGA pode detectar rompimentos no sinal de relógio(s) que são providos para o chip optoeletrônico 1-140, e im- pede erros na transmissão de dados, processamento de dados, aqui- sição de dados, e/ou comunicação, conforme explanado adicionalmen- te abaixo. Por exemplo, um sinal de relógio (por exemplo, CLK3) deri- vado do primeiro circuito de geração de relógio 2-381 pode ser dividido com amortecedor fan-out 1:2 2-310 e um dos sinais de relógio de saí- da providos ao FPGA 2-320.
[0097] Em alguns casos, o circuito de geração de relógio 2-381 pode incluir circuito para emissão de múltiplos sinais de relógio CLK3, CLK4 que são produzidos do PLL do primeiro circuito de geração de relógio 2-381. Os múltiplos sinais de relógio podem ter as mesmas ou diferentes frequências. Múltiplos sinais de relógio de diferentes fre- quências podem ser produzidos por divisão de um sinal de saída do PLL do circuito de geração de relógio 2-381 em múltiplos sinais de re- lógio de uma mesma frequência, e proporcionando um ou mais dos múltiplos sinais de relógio a um ou mais divisores de relógio, que po- dem ser divisores fracionais (por exemplo, não-inteiro) ou divisores inteiros. Valores de divisores diferentes podem ser usados para cada divisor para produzir múltiplos sinais de relógio possuindo diferentes frequências e saída do circuito de geração de relógio 2-381.
[0098] Em alguns casos, cada saída de sinal de relógio CLK3, CLK4 do circuito de geração de relógio 2-381 pode ter essencialmente uma mesma frequência f1. Um circuito de geração de relógio pode in- cluir um circuito de ajuste de fase programável que permite ajuste fino e independente de cada fase de relógio de saída. De acordo com al- gumas concretizações, programabilidade de fase, frequências de reló- gio, e outros aspectos de geração de relógio (por exemplo, seleção de relógio, amplitude de relógio, largura de banda de loop de PLL), po- dem ser realizados, via uma ligação de comunicação de I 2C ou outra ligação de comunicação de dados. Uma ligação de comunicação de dados pode ser estabelecida usando uma interface de comunicação 2- 340, tal como uma interface de bus em série universal. Devido a existir um grande número de cavidades de amostra distribuídas através do chip optoeletrônico 1-140, em alguns casos cada sinal de relógio CLK3, CLK4 pode ser provido a uma diferente região do chip para aperfeiçoar distribuição de relógio e uniformidade de temporização através do chip. Por exemplo, um sinal de relógio provido ao chip 1-
140 pode ser dividido em N sinais de relógio de uma mesma frequên- cia e provido para N diferentes localizações espaciais no chip 1-140, onde N é um inteiro.
[0099] De acordo com algumas implementações, um primeiro sinal de relógio CLK3 do primeiro circuito de geração de relógio 2-381 pode ser dividido com um amortecedor de fan-out 1:2 2-310, e provido ao chip optoeletrônico 1-140 e também a um processador de dados (por exemplo, matriz de portas programáveis de campo (FPGA) 2-320) que processam dados recebidos do chip optoeletrônico 1-140. Um segun- do sinal de relógio CLK4 pode também ser provido para o chip optoe- letrônico 1-140. Em algumas implementações, o primeiro sinal de reló- gio CLK3 e/ou segundo sinal de relógio CLK4 podem ser usados para acionar aquisição de dados das cavidades de amostra 1-330 no chip optoeletrônico 1-140, e cada pode ter essencialmente uma mesma frequência f1 como o trem de pulsos óticos 1-122 que são incidentes no chip optoeletrônico 1-140. Por exemplo, o primeiro sinal de relógio CLK3 e/ou segundo sinal de relógio CLK4 podem ser usados para dis- parar a temporização de intervalos de acúmulo de carga (por exemplo, colocação de eletrodos) para os fotodetectores de compartimentação de tempo 1-322 no chip optoeletrônico 1-140, de modo que intervalos de acúmulo de carga podem ser sincronizados para a chegada de fre- quência e/ou tempo de pulsos óticos 1-122 nas cavidades de amostra 1-330.
[00100] Em algumas implementações, o primeiro sinal de relógio CLK3 e/ou segundo sinal de relógio CLK4 pode ser provido a um cir- cuito de geração de relógio 2-383 que produz dois sinais de relógio de saída CLK6, CLK7, que podem estar em uma ou duas diferentes fre- quências dos primeiro e segundo sinais de relógio CLK3, CLK4. Em alguns casos, um sinal de relógio CLK6 pode ser usado para leitura de tempo de dados a partir da linha de fotodetectores de compartimenta-
ção de tempo 1-322 (por exemplo, para acionar apontadores de linha e coluna para leitura de linhas de dados). O segundo sinal de relógio CLK7 pode ser usado para acionar outras funções realizadas pelo chip optoeletrônico 1-140. Como um exemplo, o segundo sinal de relógio CLK7 pode ser usado para acionar acúmulo de carga no detector quads 1-320 ou fotodiodos 1-324 no chip optoeletrônico 1-140 (por exemplo, fotodetectores que podem detectar alinhamento dos pulsos óticos 1-122 para recebimento de estruturas óticas no chip optoeletrô- nico 1-140). Nas concretizações, sinais de detector quads 1-320 e fo- todiodos 1-324 podem não necessitar serem coletados tão frequente- mente como sinais das cavidades de amostra 1-330, de modo que uma taxa mais baixa de aquisição de dados pode ser preferida para reduzir uma quantidade de dados produzidos pelo chip 1-140. Em al- gumas implementações, um leve nível incidente no detector quads 1- 320 e fotodiodos 1-324 pode ser reduzido e tempos de integração mais longos usados quando uma frequência de relógio mais lenta é usada para acionar aquisição de dados destes detectores e fotodio- dos, conforme comparado a uma frequência de relógio mais alta. Con- sequentemente, uma frequência de relógio mais baixa para o segundo sinal de relógio CLK7 pode reduzir uma quantidade de energia ótica consumida pelo detector quads 1-320 e fotodiodos 1-324, tornando mais energia ótica disponível para excitação nas cavidades de amos- tra 1-330.
[00101] De acordo com algumas concretizações, um instrumento analítico 1-100 pode usar dois sinais de relógio derivados de diferentes fontes e separadamente providos a um processador para validar aqui- sições de dados para análise de amostra (por exemplo, por determina- ção que os dados chegam em um processador em um tempo espera- do para subsequente processamento de dados). Por exemplo, um pri- meiro sinal de relógio CLK3 pode ser adicionalmente provido a um
FPGA 2-320 ou outro dispositivo de processamento de dados adequa- do (por exemplo, microcontrolador, microprocessador, processador de sinal digital, etc.). O primeiro sinal de relógio CLK3 pode indicar quan- do novo dado está sendo transmitido para o FPGA 2-320, por exem- plo.
O primeiro sinal de relógio CLK3 pode não acionar operações de processamento de dados no FPGA, e, ao invés, pode ser usado para resolver temporização ou discrepâncias de sincronização que podem ocorrer entre aquisição de dados no chip optoeletrônico 1-140 e ope- rações de processamento de dados no FPGA 2-320. Em algumas im- plementações, a frequência da fonte ótica pulsada 1-108 pode desviar sobre o tempo conduzindo a desvios no sinal de relógio periódico OS1 derivado de um trem de pulsos óticos 1-120 ou 1-122. Isto pode con- duzir a um desvio na frequência do primeiro sinal de relógio f1. Quando f1 desvia, aquisição de dados no chip 1-140 pode as vezes desviar de sincronicidade com operações de processamento de dados no FPGA 2-320 que pode ser acionado por um segundo diferente sinal de reló- gio (por exemplo, sinal de relógio CLK1). Por provisão do primeiro si- nal de relógio CLK3 ao FPGA 2-320, o FPGA pode determinar quando operações de processamento de dados produzem saída válida para dados recebidos.
Em algumas implementações, operações de proces- samento de dados podem ser suspensas até a chegada de uma borda de elevação ou borda de queda do primeiro sinal de relógio CLK3, de modo a sincronizar operações de processamento de dados com aqui- sições de dados no chip optoeletrônico 1-140. Em alguns casos, após detecção, uma temporização ou discrepância de sincronização, o FPGA 2-320 ou processador de dados adequado pode alterar a tem- porização de operações de processamento de dados de modo a resin- cronizar as operações de processamento de dados com dados recebi- dos do chip optoeletrônico 1-140. Por exemplo, o FPGA 2-320 pode cair (por exemplo, descartar ou sobreescrever) uma ou mais linhas ou estrutura (s) de dados recebidos do chip optoeletrônico 1-140 de modo a resincronizar operações de processamento de dados com uma cor- rente de dados recebida do chip 1-140. Em alguns casos, operações de processamento de dados podem ser pausadas pelo FPGA 2-320 ou processador de dados adequado para esperar a chegada e sincro- nização com dados recebidos do chip 1-140.
[00102] Em algumas concretizações, uma primeira corrente de da- dos DATA1 pode ser transmitida do chip optoeletrônico 1-140 para o FPGA 2-320 baseado no primeiro sinal de relógio CLK3 ou um sinal de relógio CLK6 derivado do primeiro sinal de relógio CLK3. Por exemplo, o primeiro sinal de relógio CLK3 pode ser usado diretamente, ou con- vertido a uma diferente frequência e usado, para transmissão de reló- gio de dados de cavidade de amostra do chip optoeletrônico para o FPGA. A primeira corrente de dados DATA1 pode ser derivada de si- nais detectados das cavidades de amostra 1-330. Em alguns casos, uma segunda corrente de dados DATA2 pode ser transmitida do chip optoeletrônico 1-140 para o FPGA 2-320 baseado no segundo sinal de relógio CLK7. Por exemplo, a segunda corrente de dados DATA2 pode ser derivada de sinais detectados do detector quads 1-320 e fotodio- dos 1-324.
[00103] Um segundo circuito de geração de relógio 2-382 pode pro- duzir sinais de relógio adicionais CLK1, CLK2, CLK5 que são usados pelo sistema analítico 1-100. De acordo com algumas concretizações, o segundo circuito de geração de relógio 2-382 pode receber um sinal de relógio de entrada OSC2 que é produzido por um oscilador estável 2-360. Um loop de fase travado pode ou não pode ser usado ou im- plementado no segundo circuito de geração de relógio 2-382. Em al- gumas concretizações, o segundo circuito de geração de relógio 2-382 é usado para gerar múltiplos sinais de relógio CLK1, CLK2, CLK5 de diferentes frequências desejadas. Desde que a saída de sinais de re-
lógio do segundo circuito de geração de relógio 2-382 seja derivada somente de um oscilador estável 2-360, estes sinais de relógio podem operar continuamente sem interrupção e essencialmente sem derivar de frequência (por exemplo, menos do que 200 partes por milhão) em contraste aos sinais de relógio produzidos pelo primeiro circuito de ge- ração de relógio 2-381 que são derivados da fonte ótica pulsada 1-
108. Consequentemente, as saídas de sinais de relógio do segundo circuito de geração de relógio 2-382 são adequadas para acionamento de manuseio de dados e operações de comunicação continuamente, desse modo, evitando erros de processamento de dados e de comuni- cação de dados, ou rompimentos devido a fonte ótica pulsada que po- de, de outro modo, fazer com que o circuito de aquisição de dados e de manuseio de dados 2-300 para travar ou congelar.
[00104] Em algumas concretizações, um primeiro sinal de relógio CLK1 do segundo circuito de geração de relógio 2-382 pode ser usado para acionar operações de processamento de dados no FPGA 2-320. Em algumas concretizações, a frequência f2 do primeiro sinal de reló- gio CLK1 pode ser mais alta do que a frequência f1 do primeiro sinal de relógio CLK3 a partir do primeiro circuito de geração de relógio 2-381 que é sincronizado ao trem de pulsos óticos 1-122. Um segundo sinal de relógio CLK2 em uma mesma frequência f2 (ou diferente frequência em alguns casos) produzido pelo segundo circuito de geração de reló- gio 2-382 pode ser usado para acionar uma interface de comunicação de dados 2-340, de acordo com algumas concretizações. A interface de comunicação de dados pode ser uma interface de USB através da qual comunicações I2C com os circuitos de geração de relógio 2-381, 2-382 pode ser trocada. Os inventores reconheceram e apreciaram que pode ser altamente preferível usar um relógio essencialmente livre de interrupções para acionar a interface de USB de modo que comuni- cações com os circuitos de geração de relógio 2-381, 2-382 podem ser mantidas.
[00105] Em alguns casos, um terceiro sinal de relógio CLK5 a uma frequência f3 produzida pelo segundo circuito de geração de relógio 2- 382 pode ser provido ao FPGA 2-320 para acionar comunicações de dados entre o FPGA e um ou mais dispositivos externos. Por exemplo, o terceiro sinal de relógio CLK5 pode ser usado para derivar um sinal de relógio de transmissão de dados DCLK que aciona transmissão de dados processados para e recuperação de dados de um dispositivo de memória de taxa de dados duplos (DDR) 2-390. A frequência f3 do ter- ceiro sinal de relógio CLK5 pode ser menos do que, o mesmo como, ou maior do que a frequência f2.
[00106] Os inventores reconheceram e apreciaram que temporiza- ção de aquisição de dados (por exemplo, temporização de intervalos de acúmulo de carga do fotodetector de compartimentação de tempos 1-322 no chip optoeletrônico 1-140) é importante para obtenção de si- nais usáveis e resultados aperfeiçoados. De acordo com algumas con- cretizações, a iniciação de intervalos de acúmulo de carga deve come- çar a um tempo preferido após a chegada de pulsos de excitação nas cavidades de amostra 1-330. Se os intervalos de acúmulo de carga começam muito cedo, os sinais relevantes para distinguir fluoróforos podem ser dominados por e perdidos no sinal antecedente produzido pelo pulso de excitação ótico. Se os intervalos de acúmulo de carga começam muito tarde, os sinais relevantes podem ser muito fracos e uma quantidade de ruído que chega com os sinais pode conduzir in- desejavelmente a um número inaceitavelmente alto de erros de reco- nhecimento ou erros de processamento de sinal.
[00107] A FIG. 3-1 ilustra um exemplo de um pulso de excitação 3- 110 e relacionamento de temporização para uma curva de probabili- dade de emissão de fluoróforo 3-120. Após excitação de um fluoróforo dentro de uma cavidade de amostra 1-330, o pico da curva de probabi-
lidade de emissão 3-120 essencialmente ocorre ao mesmo tempo te que o pico de um pulso de excitação 3-110 chega na cavidade de amostra. A curva de probabilidade de emissão 3-120 pode ser repre- sentada como uma função de tempo pB(t-te) que decai com tempo de um valor inicial PBo conforme representado no desenho. Nas concreti- zações, é preferível ter a cauda do pulso de excitação 3-110 se extin- gue a aproximadamente, ou levemente antes, do começo de tempo t1 de uma janela de acúmulo de carga para um fotodetector de compar- timentação de tempo 1-322. Para a concretização ilustrada na FIG. 3- 1, a janela de acúmulo de carga se extende de t1 a t3, e somente dois compartimentos de tempo (t1 – t2, t2 – t3) são usados para distinguir fluoróforos.
[00108] A FIG. 3-2 é um gráfico de exemplo de dinâmicas de fóton de excitação. A probabilidade de detecção de um fóton de excitação durante cada picosegundo com um fotodetector de compartimentação de tempo 1-322 é plotada, em uma escala de log, como uma função do tempo. A curva proporciona informação sobre dinâmicas de pulso a uma cavidade de amostra durante excitação de um fluoróforo. O gráfi- co foi obtido por medição de um pulso ótico de uma fonte ótica pulsada com um fotodiodo rápido, convertendo o resultado da medição em número de fóton por 1 picosegundo de compartimentos de tempo, e então normalizando os resultados para produzir uma probabilidade de curva de detecção possuindo uma área que soma aproximadamente a
1. Neste gráfico, o pico do pulso chega no tempo te ≈ 200 ps. A borda de condução do pulso (lado esquerdo) se eleva rapidamente no tem- po, e a cauda do pulso (decai mais vagarosamente). O gráfico propor- ciona um exemplo de forma de pulso, embora outras formas de pulso possam ser usadas. O gráfico pode ser convertido e/ou escalado para uma aplicação particular.
[00109] Para um chip optoeletrônico de exemplo 1-140, os invento-
res determinaram que pode existir aproximadamente 500 fótons de radiação de excitação difundida distribuída por pulso para cada cavi- dade de amostra 1-330. Consequentemente, a curva na FIG. 3-2 pode ser escalada para cima tal que sua área é equivalente a aproximada- mente 500 para representar o número de fótons difundidos que che- gam em uma cavidade de amostra por pulso. Estes fótons são indese- jados, visto que eles podem contribuir para um sinal antecedente do fotodetector 1-322. Adicionalmente, a curva na FIG. 3-2 pode ser esca- lada para cima adicionalmente por multiplicação pelo número total de pulsos recebidos durante um período de integração de estrutura para representar o número de fótons que chegam em uma cavidade de amostra por estrutura de sinal acumulado. O número total de pulsos de excitação recebidos em uma cavidade de amostra durante acúmulo de um sinal pode ser qualquer número entre 10 e 1.000.000. Para propos- ta de detecção de sinal, a curva na FIG. 3-2 pode ser corrigida (por exemplo, escalada para contar com mudanças no ângulo de coleta do detector e eficiência de quantum, para contar com qualquer filtro ótico ou atenuação dos comprimentos de onda de excitação que podem ser adicionados) para representar uma probabilidade de detecção de um fóton de excitação como uma função do tempo.
[00110] Conforme descrito acima, pode existir 1 ou 0 fóton fluores- cente emitido para cada pulso de excitação. Ainda, os inventores ob- servarem que em alguns casos pode existir tão pouco como 1 fóton fluorescente emitido e detectado de uma cavidade de amostra para
10.000 pulsos de excitação distribuídos para a cavidade de amostra. Consequentemente para este exemplo, para ser capaz de detectar o fóton fluorescente (se emitido), deve-se ajustar a borda de condução (tempo t1) de um primeiro intervalo de acúmulo de carga em um ponto que ultrapassa o pico do pulso onde existe quando muito a probabili- dade de 10-4 (relativa à probabilidade de pico) que um fóton estará presente. Em tal caso e para uma probabilidade correta de detecção de um fóton de excitação similar ao traço mostrado na FIG. 3-2, o tempo t1 deve ser ajustado a cerca de ou mais do que 300 ps que ul- trapassa o pico do pulso de excitação para proporcionar uma razão de rejeição adequada de fótons difundidos do pulso de excitação. Para outras condições (por exemplo, diferentes quantidades de difusão de guia de onda, diferente forma de pulso, diferente eficiência de emissão fluorescente, etc.), o tempo t1 pode ser ajustado em um diferente tem- po relativo ao pico do pulso de excitação. Como um exemplo, uma forma de pulso pode ser diferente do traço mostrado na FIG. 3-2 para um tipo diferente de fonte ótica pulsada (tal como um laser de modo travado), e pode cair mais rapidamente ultrapassado um pico do pulso.
[00111] Na prática, os inventores verificaram que existem outros fatores que influenciam a localização da borda de condução (tempo t1) de um primeiro intervalo de acúmulo de carga. A FIG. 3-3 ilustra valo- res de sinal medidos (círculos escuros) obtidos de um primeiro com- partimento de acúmulo de carga 1-908a de um fotodetector de com- partimentação de tempo 1-322. Os valores de sinal foram obtidos por distribuição de pulsos de excitação 1-122 para um optoeletrônico de chip “seco” 1-140 não possuindo amostra e varrendo a fase dos sinais de relógio de aquisição de dados CLK3, CLK4. Por varredura da fase dos sinais de relógio de aquisição de dados, a temporização do primei- ro intervalo de acúmulo de carga t1 – t2 foi varrida no tempo com rela- ção ao tempo de chagada te do pulso de excitação 1-122 na cavidade de amostra 1-330. Quando o primeiro intervalo de acúmulo de carga t1 – t2 escarrancha o tempo de chegada te do pulso de excitação, o nível de sinal estava em um valor máximo que forma a porção de placa 3- 320 da curva.
[00112] Quando a borda de condução do pulso de excitação estava se aproximando da borda de fuga do primeiro intervalo de acúmulo de carga t1 – t2, os níveis de sinal medidos formam uma borda de eleva- ção 3-310 na curva 3-300. Quando o intervalo de acúmulo de carga t1 – t2 se move para ultrapassar o pico e borda de fuga do pulso de exci- tação, os níveis de sinal medidos formados na borda de queda 3-330 na curva 3-300. Um ressalto 3-340 foi também observado, e é devido a remoção incompleta de transportadores da região de absorção de fó- ton/geração de transportador 1-902 e outras fontes de ruído.
[00113] Nas concretizações e referindo-se à FIG. 3-1, o tempo te de chegada do pulso de excitação em uma cavidade de amostra 1-330 e a iniciação da curva de probabilidade de emissão de fluoróforo 3-120 são essencialmente bloqueadas juntas no tempo. A ocorrência dos tempos t1, t2, t3 pode ser varrida (por exemplo, varrida junto como uma unidade) para trás e para frente no tempo relativo por ajuste de uma fase de sinais de relógio de aquisição de dados (por exemplo, CLK3, CLK4) que são providos para o chip optoeletrônico 1-140, e usados para acionar ciclos de acúmulo de carga e leitura de sinal nos fotode- tectores de compartimentação de tempo 1-322. Em algumas imple- mentações, os sinais de relógio CLK3, CLK4 podem ser retardados pelo circuito de retardo de fase implementado no chip optoeletrônico 1-
140. A largura dos compartimentos de tempo 3-131 (t2 – t1), 3-132 (t3 – t2), pode ser ajustada independentemente pelo circuito no chip optoele- trônico 1-140, de acordo com algumas implementações. A largura dos compartimentos de tempo pode ser baseada nas características de queda de fluoróforo, por exemplo. Em algumas concretizações, a lar- gura dos compartimentos de tempo pode ser determinada por simula- ção numérica baseada nas curvas de queda para diferentes fluorófo- ros usados, de modo que a larguras de compartimento aumenta a pro- babilidade de corretamente se distinguir entre os fluoróforos. Por exemplo, as larguras de compartimento podem ser dimensionadas pa- ra proporcionar uma probabilidade mais alta de corretamente distinguir entre os fluoróforos. De acordo com algumas implementações, a dura- ção do segundo compartimento de tempo 3-132 é maior do que a du- ração do primeiro compartimento de tempo 3-131.
[00114] De acordo com algumas concretizações, um tempo de par- tida t1 de um primeiro intervalo de acúmulo de carga t1 – t2 pode ser ajustado a um tempo predeterminado (por exemplo, tA1 no ponto A1) ultrapassa uma borda de fuga (tempo tf) da porção de placa 3-320. O tempo tf corresponde a um tempo no qual o pico de um pulso de exci- tação (tempo te) aproximadamente coincide com um tempo terminal t2 da primeira janela de acúmulo de carga. Em alguns casos, o tempo tA1 pode ser determinado de acordo com a probabilidade de detecção de fóton conforme descrita em conjunto com a FIG. 3-2. Por exemplo, o tempo tA1 pode ser ajustado a um valor tal que a probabilidade de de- tecção de um fóton de excitação P1e durante todos os primeiros inter- valos de acúmulo de carga t1 – t2 para uma estrutura de dados é me- nos do que a probabilidade de detecção de um fóton de emissão fluo- rescente P1f de acordo com a seguinte relação P1e ≤ γ ×P1f
[00115] onde γ pode ter um valor entre 1 e 10-2 em alguns casos, entre 10-2 e 10-3 em alguns casos, e ainda entre 10-3 e 10-4 em alguns casos.
[00116] De acordo com algumas concretizações, um tempo de par- tida t1 de um primeiro intervalo de acúmulo de carga t1 – t2 pode ser ajustado a um tempo predeterminado (por exemplo, tA2 no ponto A2) antes de uma borda de condução (tempo t0) da porção de placa 3-320. O tempo t0 corresponde a um tempo no qual o pico de um pulso de excitação (tempo te) aproximadamente coincide com um tempo de par- tida t1 da janela de acúmulo de carga. Em alguns casos, o tempo tA2 pode ser determinado de acordo com a probabilidade de detecção de fóton conforme descrito em conjunto com a FIG. 3-2. Por exemplo, o tempo tA2 pode ser ajustado a um valor tal que a probabilidade de de- tecção de um fóton de excitação P1e durante todos segundos interva- los de acúmulo de carga t2 – t3 ou intervalos de acúmulo de carga fi- nais para uma estrutura de dados é menor do que a probabilidade de detecção de um fóton de emissão fluorescente P1f de acordo com a seguinte relação P1e ≤ γ×P1f
[00117] onde γ possui um valor entre 1 e 10-2 em alguns casos, en- tre 10-2 e 10-3 em alguns casos, e ainda entre 10-3 e 10-4 em alguns casos.
[00118] Em algumas implementações, uma característica de ruído do fotodetector de compartimentação de tempo 1-322 pode exibir um valor mínimo em um tempo (ponto B) entre chegadas de pulsos de ex- citação consecutivos. Consequentemente, um tempo predeterminado tB pode ser determinado por varredura da fase dos sinais de relógio de aquisição de dados CLK3, CLK4 e identificação de um valor de retardo (ponto B), ou ponto de fase da curva resultante 3-300, em que um mí- nimo na amplitude de níveis de sinal é recebido durante o primeiro in- tervalo de acúmulo de carga. O nível de sinal mínimo (ponto B) pode ser referenciado, por exemplo, para uma borda de queda tf de uma porção de placa 3-320 (por exemplo, retardo de tempo tB de tf), ou pa- ra uma borda de condução da porção de placa 3-320 (tempo t0). Indife- rente de como o tempo tA1, tA2, ou tB é determinado, o tempo de partida de um primeiro intervalo de acúmulo de carga pode ser ajustado para aquisição de dados por varredura da fase dos sinais de relógio de aquisição de dados CLK3, CLK4, identificação de um ou mais pontos de referência na curva resultante 3-300, e então retardando o tempo de partida do primeiro intervalo de acúmulo de carga de um ponto de referência pelo tempo selecionado tA1, tA2, ou tB. Exemplos de pontos de referência incluem um ponto de inflexão (tal como pontos de infle-
xão t0 e tf acima), picos, mínimos, e níveis de sinal fracionais entre um ponto de referência e valor de pico (por exemplo, 1/2 da altura em uma borda de elevação ou de queda de um valor mínimo).
[00119] Outros métodos para ajustar o tempo de partida t1 do pri- meiro intervalo de acúmulo de carga podem ser usados. Referindo-se novamente à FIG. 3-1, em algumas concretizações, o tempo de partida t1 pode ser ajustado tal que uma quantidade de radiação de excitação detectada por uma ou mais caixas 3-131, 3-132 é não maior do que um primeiro valor limite predeterminado e não menos do que um se- gundo valor predeterminado. Por exemplo, pode ser benéfico detectar uma quantidade alvo de radiação de excitação de modo a detectar uma suficiente quantidade de radiação de emissão de uma cavidade de amostra. De acordo com algumas concretizações, o segundo valor limite predeterminado pode ser não menos do que 70% do primeiro valor limite predeterminado. Em alguns casos, os primeiro e segundo valores limites predeterminados podem ser níveis de sinal absolutos (por exemplo, expressos em milivoltes) determinados para um chip 1- 140 de muitas medições feitas com amostras nas cavidades de amos- tra de chips idênticos. Os valores limites podem ser providos com in- formação chip, ou podem ser codificados no chip para recuperação durante um procedimento de calibração de chip automático. Adicio- nalmente ou alternativamente em alguns casos, o tempo de partida t1 do primeiro intervalo de acúmulo de carga pode ser ajustado tal que uma razão de sinal detectado pela primeira caixa para sinal detectado pela segunda caixa é maior do que um valor limite predeterminado.
[00120] Os inventores verificaram que pode existir variações de temporização de luz entre optoeletrônicos de chip 1-140 quando os chips são intertrocados no instrumento analítico 1-100. Mesmo embora a temporização possa ser correta para um primeiro chip 1-140, a tem- porização pode ser incorreta para um chip subsequente. Consequen-
temente, um procedimento de calibração para cada chip pode ser im- plementado para obter uma temporização correta das janelas de acú- mulo de carga.
[00121] De acordo com algumas concretizações, um procedimento de calibração pode ser executado para cada chip optoeletrônico 1-140 antes do chip estar carregado com uma amostra. Tal chip pode ser referido como um “chip seco”. Um procedimento de calibração pode ser executado pela colocação de um chip seco no instrumento analíti- co avançado 1-100 antes do carregamento do chip com uma amostra, e executando um procedimento de calibração de chip automático. Du- rante calibração do chip, o tempo de partida do primeiro intervalo de acúmulo de carga pode ser ajustado conforme descrito acima.
[00122] Durante o procedimento de calibração de chip, em adição a temporização de ajuste para janelas de acúmulo de carga, acoplamen- to ótico de radiação de excitação para as cavidades de amostra 1-330 e operação de fotodetectores de compartimentação de tempo 1-322 podem ser avaliadas (por exemplo, para determinar quais cavidades de amostra 1-330 são viáveis para subsequentes medições). Por exemplo, uma quantidade de sinal detectada de cada cavidade de amostra devido aos pulsos de excitação ótica 1-122 pode ser compa- rada a um nível médio de chip. A comparação pode ser usada para identificar cavidades de amostra que não estão operando ou exibindo desempenho inaceitável. As cavidades de amostra com desempenho inaceitável ou não operando podem ser assinaladas pelo FPGA 2-320 e dados destas cavidades de amostra podem ser excluídos de resulta- dos de análise final.
[00123] Os atos de exemplo de um procedimento de calibração são representados no fluxograma da FIG. 3-4. Um método de calibração pode compreender receber (ato 3-410) um optoeletrônico de chip seco 1-140 em um receptáculo de chip de um instrumento analítico avança-
do 1-100 e ativação dos eletrônicos de chip para aquisição de dados. A ativação dos eletrônicos de chip pode incluir proporcionar energia elétrica do instrumento para o chip 1-140, e recebimento de sinais de um ou mais sensores localizados no chip 1-140. Em algumas imple- mentações, a ativação dos eletrônicos de chip pode ainda compreen- der ajuste de tensões no chip. Por exemplo, valores de referência para um ou mais conversores de análogo-para-digital (ADCs) que recebem sinal(is) análogo(s) de um ou mais sensores 1-322 podem ser ajusta- dos de modo que uma faixa total de cada ADC pode ser usada para cobrir a faixa de um sinal análogo de entrada.
[00124] Em algumas implementações, o ajuste a um ADC pode ajustar um afastamento de DC ou nível de sinal escuro do ADC para aumentar uma faixa dinâmica do fotodetector e combinação de ADC. Por exemplo, com nenhuma luz de excitação em um pixel possuindo um fotodetector, um nível de sinal escuro ou de linha base do fotode- tector é nível alterado tal que um sinal de luz total esperado (enchi- mento da cavidade de acúmulo de carga do detector) estará dentro de uma faixa linear do ADC. O sinal de luz total esperado pode ser base- ado (para primeira ordem) em uma simulação de TCAD do fotodetec- tor, de acordo com algumas concretizações. Em seguida, a linearidade e faixa de fotodetector e ADC podem ser verificadas durante um pro- cedimento de verificação de chip por aumento de uma quantidade de luz de excitação para uma quantidade total provida ao chip, e obser- vando que uma saída do ADC não satura ou fixa. Ainda, se fixação do ADC é observada, então o sinal de linha de base é de nível alterado para remover a fixação. De acordo com algumas concretizações, valo- res de alteração de nível são aproximadamente consistentes de chip para chip, de modo que os valores de alteração de nível podem ser armazenados na memória e aplicados a cada novo chip. Em alguns casos, ajustes de afastamentos de ADC podem ser diferentes para seções diferentes de um chip (por exemplo, metades diferentes, qua- drantes diferentes, etc.).
[00125] O método pode ainda incluir distribuição de pulsos óticos (ato 3-420) às cavidades de amostra no chip, registrando (ato 3-425) níveis de sinal durante pelo menos um primeiro intervalo de acúmulo de carga, e varrendo (ato 3-430) uma fase de relógio de aquisição de dados entre cada nível de sinal registrado. O método pode ainda inclu- ir identificar (ato 3-435) dos níveis de sinal registrados em um tempo t0 ou correspondente ponto de fase no qual um tempo de partida da jane- la de acúmulo de carga aproximadamente coincide com um pico dos pulsos de excitação ótica, e ajustando (ato 3-440) a fase do relógio de aquisição de dados tal que o tempo de partida t1 da primeira janela de acúmulo de carga é retardada por uma quantidade predeterminada. O ato de identificação (ato 3-435) um tempo t0 pode compreender ajuste de uma função sigmoide para pelo menos uma porção dos níveis de sinal recebidos e seleção de um valor predeterminado da função sig- moide ajustada como o tempo t0, de acordo com algumas concretiza- ções. Por exemplo, uma função sigmoide pode ser ajustada a uma porção de borda de elevação de níveis de sinal ilustrada na FIG. 3-3. Um método de calibração pode ainda incluir avaliar (ato 3-445) níveis de sinal para todas as cavidades de amostra e identificação (ato 3- 450) de cavidades de amostra com níveis de sinal baixos ou anormais para qual resultados de dados devem ser ignorados.
[00126] Um exemplo de arquitetura de sistema 4-100 para um ins- trumento analítico avançado 1-100 é representado na FIG. 4-1. De acordo com algumas concretizações, controle total do overall pode ser controlado por um módulo de comando central 4-110 que se comunica com uma pluralidade de outros módulos de instrumento através de vá- rias ligações de comunicação (por exemplo, I2C, USB, cabo fita, liga- ção de dados personalizado, etc.). Em alguns casos, o módulo de co-
mando 4-110 pode ser formado em um único PCB que monta no ins- trumento analítico 1-100. O PCB pode plugar em um plano posterior do instrumento, de acordo com algumas concretizações. Módulo de comando 4-110 pode compreender um processador de dados (por exemplo, microcontrolador, microprocessador, ou controlador lógico programável) que está em comunicação com memória e instruções de programação que adaptam o processador de dados para executar vá- rias funcionalidades do instrumento. Módulo de comando 4-110 pode se comunicar diretamente com um controlador do estado do instru- mento 4-120, módulo de interface de chip 4-140, computador de placa única 4-160, controlador de fonte ótica 4-112, e controlador de passo 4-130. As setas nas ligações de dados indicam direções em que dados podem ser transmitidos entre módulos.
[00127] O módulo de interface de chip 4-140 pode proporcionar uma interface de manuseio de dados entre o chip optoeletrônico 1-140 e o módulo de comando 4-110, e pode aliviar o módulo de comando de uma carga de manuseio de dados devido ao volume de dados pro- duzidos pelo chip 1-140. Em algumas concretizações, o módulo de in- terface 4-140 compreende um processador de dados (por exemplo, microcontrolador, microprocessador, FPGA, controlador lógico pro- gramável, circuito lógico, ou alguma combinação destes componentes) que está em comunicação com memória e instruções de programação que adaptam o processador de dados para efetuar funcionalidades de manuseio de dados (por exemplo, pré-processamento de dados, acondicionamento de dados, transmissão de dados, etc.). O hardware para o módulo de interface 4-140 pode ser montado em um único PCB que pode ser instalado e substituído como um componente no instru- mento analítico 1-100. Em alguns casos, o módulo de interface de chip 4-140 pode ser montado em uma placa que se conforma com o módu- lo de instrumentação nuclear (NIM) padrão, de modo que o módulo de interface 4-140 pode plugar em um plano posterior do instrumento analítico avançado 1-100. Em tais ou casos similares, um receptáculo para o chip 1-140 pode montar em um PCB separado e se comunicar com o módulo de interface 4-140, via uma ligação de dados multi-fios. Em algumas implementações, o processador de dados do módulo de interface 4-140 está em comunicação com uma pluralidade de linhas de comunicação operando entre o chip 1-140 e o módulo de interface de chip 4-140. De acordo com algumas concretizações, um módulo de interface de chip 4-140 pode incluir uma tomada possuindo milhares de pinos ou almofadas 4-142 que contatam para almofadas corres- pondentes ou pinos no chip 1-140, e capacitam altas taxas de transfe- rência de dados entre o chip 1-140 e módulo de interface 4-140.
[00128] Outros dados podem ser providos do chip optoeletrônico 1- 140 e/ou módulo de interface 4-140 para o módulo de comando 4-110 em adição às grandes quantidades de dados obtidos de cavidades de amostra. Dados adicionais podem incluir dados de temperatura de um ou mais sensores térmicos montados no chip 1-140, e dados de cor- rente e de tensão de um resfriador termo-elétrico que está em contato térmico com o chip 1-140 quando o chip é montado no instrumento analítico 1-100. Dados adicionais podem também incluir energia ótica e dados de alinhamento medidos no chip 1-140 (por exemplo, dados obtidos de fotodiodos de monitoramento 1-324 e detectores quads 1- 320 representados na FIG. 1-3).
[00129] Referindo-se novamente à FIG. 4-1, computador de placa única 4-160 pode incluir pelo menos um microprocessor, memória, e pelo menos uma interface de comunicação que permite que o compu- tador de placa única 4-160 se comunique com outros dispositivos ex- ternos sobre uma rede 4-190 tal como uma rede de área local, rede de área média, rede de área ampla, e/ou web mundial. O hardware para o computador de placa única pode ser montado em um único PCB que pode ser instalado e substituído como um componente no instrumento analítico 1-100. O computador de placa única 4-160 pode também in- cluir instruções de programação que adaptam o computador de placa única para efetuar funcionalidades de manuseio de dados (por exem- plo, processamento de dados, acondicionamento de dados, transmis- são de dados, recebimento de dados, comunicação de internet, etc.). Em algumas implementações, pode existir ligação ou ligações de da- dos diretas para compartilhar memória entre o módulo de interface de chip 4-140 e computador de placa única 4-160 para transmissão de dados da cavidade de amostra do chip 1-140 diretamente ao compu- tador de placa única 4-160, bypassando o módulo de comando 4-110. Em algumas concretizações, FPGA 2-320 e/ou DDR 2-390 podem ser integrados em uma mesma placa com qualquer um do computador de placa única 4-160, módulo de interface 4-140, ou módulo de comando 4-110. O computador de placa única 4-160 pode ainda se comunicar com uma tela de toque 4-180 que pode proporcionar uma interface do usuário para operação do instrumento analítico 1-100. Em algumas concretizações, o computador de placa única 4-160 se comunica com módulo de comando 4-110, via uma interface de universal serial bus (USB) (por exemplo, uma interface e ligação de USB 3.0).
[00130] Um controlador de fonte ótica 4-112 pode compreender um processador de dados (por exemplo, microcontrolador, microproces- sador, controlador lógico programável, circuito lógico, ASIC, ou alguma combinação destes componentes) que está em comunicação com memória e instruções de programação que adaptam o controlador de fonte 4-112 para executar funcionalidades para operação da fonte óti- ca pulsada 1-108 (por exemplo, laser de modo travado 1-110). Hardware para a placa controladora da fonte ótica pode ser montada em um único PCB que pode ser instalado e substituído como um com- ponente no instrumento analítico 1-100. Em algumas concretizações, o
PCB pode ser fixado a um chassi no qual a fonte ótica pulsada é mon- tada, de modo que o controlador de fonte ótica 4-112 e fonte ótica pul- sada 1-108 podem ser substituídos como uma única unidade. Em al- guns casos, o controlador de fonte ótica 4-112 recebe dados de ope- ração de um ou mais sensores ou dispositivos montados na fonte ótica pulsada. Por exemplo, o controlador de fonte ótica 4-112 pode receber dados que indicam a posição de alinhamento dos óticos (por exemplo, janela(s) de intracavidade, espelho(s)) dentro de uma cavidade de um laser de modo travado 1-110, dados indicativos da posição de uma placa de meia-onda que é usada para controlar uma quantidade de saída de energia de dupla frequência de um laser de modo travado 1- 110, dados indicativos de um nível de intensidade de saída de com- primentos de onda fundamentais do laser de modo travado 1-110, da- dos indicativos de um nível de intensidade de uma saída de compri- mentos de onda de frequência dupla do laser de modo travado 1-110, e dados indicativos de uma temperatura de um componente (por exemplo, meio de ganho) do laser de modo travado 1-110 ou fonte óti- ca pulsada 1-108.
[00131] Em alguns casos quando a fonte ótica 1-108 compreende um laser de modo travado, o controlador de fonte ótica 4-112 também se comunica com um módulo de bomba 4-114 (por exemplo, via uma ligação I2C). O módulo de bomba pode compreender uma montagem eletro-óptica conforme descrito no Pedido de patente U.S. No. 15/844.469 referenciado acima. Os dados recebidos do módulo de bomba podem incluir dados indicativos da temperatura de uma fonte de bomba (por exemplo, um laser diodo de alta energia), dados indica- tivos de uma quantidade de saída de energia ótica pela fonte de bom- ba, e dados indicativos de parâmetros operacionais para elementos de resfriamento (por exemplo, velocidade de ventilação, valores de ten- são e/ou de corrente para um resfriador termo-elétrico) que afeta a temperatura da fonte de bomba.
[00132] O controlador de fonte ótica 4-112 pode ainda se comunicar (por exemplo, via uma ligação I2C) com a placa de geração de relógio 4-116. Componentes de exemplo que podem ser incluídos em uma placa de geração de relógio são descritos acima em conjunto com a FIG. 2-2 e FIG. 2-3. Em alguns casos, componentes de geração de relógio podem ser montados em um único PCB e montado em um chassi no qual a fonte ótica pulsada 1-108 é montada. Em algumas implementações, dados recebidos da placa de geração de relógio 4- 116 podem incluir dados indicativos de um nível de intensidade de um comprimento de onda fundamental e dados indicativos de um nível de intensidade de saída de comprimentos de onda de frequência dupla a partir da fonte ótica pulsada 1-108. Dados adicionais podem incluir configurações operacionais e parâmetros associados com circuitos de geração de relógio 2-381, 2-381, de acordo com algumas concretiza- ções. Dados recebidos pelo controlador de fonte ótica 4-112 podem ser comunicados ao módulo de comando 4-110.
[00133] Em concretizações, controlador de passo 4-130 pode se comunicar com motores de passo em uma unidade de direcionamento de feixes 4-135. A unidade de direcionamento de feixes pode compre- ende componentes óticos móveis que são usados para controlar a forma, posição, e/ou direção do feixe de pulsos óticos em uma ou mais localizações no interior do instrumento analítico 1-100. Por exemplo, motores de passo na unidade de direcionamento de feixes 4-135 po- dem ser usados para ajustar orientações do um ou mais componentes óticos móveis em uma trajetória de feixe entre a fonte ótica pulsada 1- 108 e chip optoeletrônico 1-140 e, desse modo, direcionar e posicionar os pulsos óticos 1-122 com relação ao chip 1-140. O direcionamento e posicionamento dos pulsos 1-122 podem ser executados automatica- mente ou semi-automaticamente após inserção de um chip optoeletrô-
nico 1-140 no instrumento, de modo a aperfeiçoar acoplamento ótico entre a fonte ótica pulsada 1-108 e chip optoeletrônico 1-140. Como um exemplo, um loop de feedback ativo pode ser executado durante operação do instrumento para manter acoplamento ótico estável de radiação de excitação às cavidades de amostra. Durante operação do loop de feedback, dados do chip optoeletrônico 1-140 podem ser rece- bidos e analisados pelo computador de placa única 4-160 e/ou módulo de comando 4-110 para proporcionar instruções ao controlador do mo- tor de passo 4-130 para estabilizar a posição, direção, e/ou forma do feixe ótico de pulsos 1-122 no acoplador de grade 1-310. O controla- dor de passo 4-130 pode compreender pelo menos um processador de dados (por exemplo, microcontrolador, microprocessador, ou controla- dor de lógica programável) que está em comunicação com memória e instruções de programação que adaptam o controlador de passo para ativar um ou mais motores de passo. Hardware para o controlador de passo 4-130 pode ser montando em um único PCB que pode ser insta- lado e substituído como um componente no instrumento analítico 1- 100, de acordo com algumas concretizações. Em alguns casos, o con- trolador de passo 4-130 pode receber dados indicativos das posições de motor de passo, que podem ser comunicados ao módulo de co- mando 4-110.
[00134] De acordo com algumas concretizações, um instrumento analítico 1-100 pode incluir indicadores de estado do instrumento (por exemplo, luzes, alto-falantes, visor(es) de cristal líquido(s), etc.) que proporcionam estado operacional (por exemplo, energia em luz, luz presente de chip, indicador ativo de laser, indicadores de falha, etc.) do instrumento analítico 1-100. Os indicadores de falha podem ser controlados por um módulo de estado de instrumento 4-120 que está em comunicação com o módulo de comando 4-110 (por exemplo, via uma ligação I2C). O módulo de estado de instrumento 4-120 pode compreender pelo menos um processador de dados (por exemplo, mi- crocontrolador, microprocessador, ou controlador lógico programável) que está em comunicação com memória e instruções de programação que adaptam o módulo de estado de instrumento para ativar um ou mais indicadores no instrumento. Hardware para o módulo de estado de instrumento 4-120 pode ser montado em um único PCB que pode ser instalado e substituído como um componente no instrumento analí- tico 1-100, de acordo com algumas concretizações.
[00135] Por comunicação com cada módulo do instrumento analíti- co 1-100, o módulo de comando 4-110 pode monitorar dados de sen- sores de instrumento e avaliar se o instrumento analítico 1-100 está operando corretamente e estavelmente. Erros de operação detectados (por exemplo, chip sobre temperatura, fonte de bomba de diodo de la- ser sobre temperatura, laser de modo travado que opera instavelmen- te) podem automaticamente iniciar ações corretivas ou de segurança (por exemplo, excitação suspensa de cavidades de amostra, aumento de resfriamento, fonte de bomba de giro liga ou desliga, realinhar óti- cos de intracavidade para estabilizar o laser). Adicionalmente, logs de dados de sensor de instrumento podem ser registrados para cada ins- trumento analítico avançado manufaturado 1-100. Os logs de dados de sensor podem ser transmitidos sobre uma rede 4-190 para um reposi- tório onde a informação pode ser avaliada para detectar tendências e prever comportamento dos instrumentos analíticos (por exemplo, ten- dências de dados que preveem subsequente operação insatisfatória de um instrumento e identificar uma causa do eminente problema). Tais dados analíticos do instrumento podem ser usados para tomar medida de forma preventiva e excitar instabilidades de operação po- tencial ou encerramentos.
[00136] Subconjuntos de componentes de sistema podem operar juntos e essencialmente independentes de outros subconjuntos de componentes de sistema para efetuar funcionalidade específica de ins- trumento, de acordo com as concretizações. Referindo-se novamente à FIG. 4-1, a placa do controlador da fonte ótica 4-112, módulo de bomba 4-114, circuito de geração de relógio 4-116, e fonte ótica pul- sada 1-108, podem operar independentemente de outros componen- tes de instrumento durante uma fase de aquecimento da fonte ótica pulsada 1-108, por exemplo. Durante esta fase de aquecimento, pul- sos 1-122 podem ser bloqueados ou, de outro modo, não emitem ao chip optoeletrônico 1-140 até que a fonte ótica pulsada tenha estabili- zada. A estabilidade da fonte ótica pulsada 1-108 pode ser avaliada por análise (pela placa controladora da fonte ótica 4-112 ou o módulo de comando 4-110) emitida de detectores óticos que são dispostos em ou perto da fonte ótica pulsada 1-108 para detectar pulsos de saída produzidos pela fonte ótica pulsada 1-108. Os pulsos de saída detec- tados podem ser em comprimentos de onda fundamentais produzidos pela fonte ótica pulsada 1-108 e/ou em segundos comprimentos de onda harmônicos convertidos. Características analisadas podem inclu- ir, mas não são limitadas a, estabilidade de amplitude de pulso, estabi- lidade de temperatura do módulo de bomba 4-114, estabilidade da se- gunda amplitude de pulso harmônica ou segunda energia harmônica, estabilidade de um sinal de relógio gerado, e estabilidade de frequên- cia de repetição de pulso. Uma vez que a operação estável da fonte ótica pulsada 1-108 tenha sido detectada, a placa controladora da fon- te ótica 4-112 pode iniciar atos que permitem que pulsos óticos 1-122 sejam admitidos ao chip optoeletrônico 1-140 e permite que um sinal de relógio que tenha sido gerado da sequência de pulsos óticos seja admitida ao chip optoeletrônico 1-140 para aquisição de dados.
[00137] Serviços de rede de exemplo 4-200 que podem ser aces- sados por um instrumento analítico avançado 1-100 são representados na FIG. 4-2. Tais serviços de rede podem ser acessíveis via rede 4-
190. Serviços de rede de exemplo incluem, mas não são limitados a, serviços de planejamento de operação 4-210, serviços analíticos de dados 4-220, serviços de armazenagem de dados 4-230, e serviços de suporte do usuário final 4-240. Um usuário final 4-205, em algumas implementações, pode acessar qualquer destes serviços via a tela de toque do instrumento 4-180, ou por um smart phone, ou computador pessoal 4-208 em comunicação com o instrumento analítico 1-100, via a rede 4-190. Cada dos serviços podem ser implementados, pelo me- nos em parte, como instruções de as programação, código executável, processador(es), dados e/ou hardware de armazenagem de dados que é acessível em ou através de um ou mais servidores de rede como parte de serviços à base de “nuvem”.
[00138] Em suma, serviços de planejamento de operação 4-210 podem compreender instruções do usuário, configurações de instru- mento recomendadas, opções de configuração de instrumento, opções de controle automático, etc. que auxilia um usuário 4-205 na operação de planejamento e execução do instrumento (por exemplo, uma ope- ração de sequenciamento de gene ou proteína ou outra operação de análise de amostra). Como tal, serviços de planejamento de operação 4-210 podem incluir uma combinação de dados (por exemplo, instru- ções on-line e configurações recomendadas) e código executável. Có- digo executável de Exemplo pode incluir scripts que podem ser des- carregados a um instrumento analítico 1-100, automaticamente confi- gura o instrumento para operação, e/ou auxilia na execução de uma operação.
[00139] Serviços analíticos de dados 4-220 podem compreender código executável que pode residir e opera rem um ou mais servido- res. Como um exemplo, serviços analíticos de dados 4-220 podem in- cluir grandes dados on-line ou serviços de aprendizagem de máquina, tal como Google Cloud e outros provedores de serviços de grandes dados. Serviços analíticos de dados 4-220 podem ser usados para processar dados recebidos das cavidades de amostra no chip optoele- trônico 1-140.
[00140] Devido às grandes quantidades de dados poderem ser ge- radas de uma operação de sequenciamento no chip optoeletrônico 1- 140, serviços de armazenagem de dados à base de nuvem 4-230 po- dem auxiliar no manuseio de grandes volumes de dados. Serviços de armazenagem de dados 4-230 pode compreender memória disponível em uma ou mais quintas de servidor, em alguns casos. Serviços de armazenagem de dados 4-230 podem armazenar dados brutos e/ou dados pré-processados de um chip 1-140 que serão subsequentemen- te analisados (por exemplo, por serviços analíticos de dados 4-220).
[00141] Em algumas concretizações, serviços de armazenagem de dados 4-230 podem armazenar informação adicional para cada ins- trumento analítico 1-100 acessado sobre a rede. Por exemplo, configu- rações de instrumento para cada operação de sequenciamento podem ser armazenadas em serviços de armazenagem de dados 4-230, para futura referência. Em algumas implementações, logs de dados de sen- sor de instrumento, conforme descrito acima, podem ser armazenados nos serviços de armazenagem de dados 4-230 para rastrear o desem- penho de um ou mais instrumentos colocados em serviço. Tal informa- ção de log de sensor pode ser usada para determinar quando o servi- ço do instrumento pode ser necessário e para atualizar ou aperfeiçoar a operação do instrumento.
[00142] Os serviços de suporte do usuário final 4-240 podem com- preender informação geral do instrumento e instruções de operação tornadas disponíveis para acesso on-line. Informação adicional pode incluir orientação para resolução do problema para mau funcionamen- to do instrumento. Em algumas implementações, serviços de suporte do usuário final 4-240 podem incluir seções de chat ao vivo, via a rede,
ou uma rede telefônica pública com interruptor para auxiliar um usuário final 4-205 na operação de um instrumento analítico 1-100. De acordo com algumas concretizações, serviços de suporte do usuário final 4- 240 podem incluir acesso restrito (indicado por linha tracejada) a um instrumento analítico do usuário 1-100 em uma base temporária ou permanente para operação remota por um técnico certificado e/ou pa- ra coleta de logs de dado de sensor.
[00143] Várias configurações e métodos relacionados a controle de aquisição de dados para instrumentos analíticos avançados possuindo fontes óticas pulsadas são possíveis conforme colocadas nas seguin- tes listas numeradas de configurações e métodos.
[00144] (1) Um instrumento analítico compreendendo uma fonte óti- ca pulsada configurada para emitir uma sequência de pulsos óticos para análise de uma amostra; e circuito de geração de relógio configu- rado para produzir um primeiro sinal de relógio derivado da sequência de pulsos óticos e um segundo sinal de relógio que não é derivado da sequência de pulsos óticos, e proporciona o primeiro sinal de relógio e segundo sinal de relógio para validar aquisições de dados para análise da amostra.
[00145] (2) O instrumento analítico de acordo com a configuração (1), compreendendo adicionalmente um circuito de detecção de relógio possuindo um detector disposto para detectar a sequência de pulsos óticos e emite um sinal de relógio ao circuito de geração de relógio; e um módulo de interface de chip possuindo um receptáculo disposto para receber um chip optoeletrônico que pode ser colocado no recep- táculo por um usuário, no qual o chip optoeletrônico é configurado para reter a amostra para análise, e no qual o circuito de geração de relógio emite o primeiro sinal de relógio ao módulo de interface de chip para temporização das primeiras operações de aquisição de dados do chip optoeletrônico durante operação do instrumento analítico.
[00146] (3) O instrumento analítico de acordo com a configuração (2), compreendendo adicionalmente um loop de fase travado no interi- or do circuito de geração de relógio que trava a frequência e fase de um oscilador de tensão controlada para uma frequência e fase do sinal de relógio.
[00147] (4) O instrumento analítico de acordo com a configuração (2) ou (0), no qual um tempo de integração de um filtro de loop no inte- rior do loop de fase travado corresponde a um tempo que se extende entre aproximadamente 30 dos pulsos óticos e aproximadamente 80 dos pulsos óticos.
[00148] (5) O instrumento analítico de acordo com qualquer uma das configurações (2) a (4), no qual o circuito de geração de relógio é adicionalmente disposto para emitir um terceiro sinal de relógio ao módulo de interface de chip, no qual o terceiro sinal de relógio oscila a uma frequência menor do que o primeiro sinal de relógio, e é usado para temporizar segundas operações de aquisição de dados do chip optoeletrônico durante operação do instrumento analítico.
[00149] (6) O instrumento analítico de acordo com a configuração (5) ou (6), no qual as primeiras operações de aquisição de dados compreendem fotodetecção de emissões fluorescentes de uma plura- lidade de cavidades de amostra no chip optoeletrônico, e as segundas operações de aquisição de dados compreendem fotodetecção de radi- ação de excitação distribuída ao chip optoeletrônico.
[00150] (7) O instrumento analítico de acordo com a configuração (5), no qual as segundas operações de aquisição de dados compreen- dem dados indicativos de alinhamento de um feixe ótico ao chip optoe- letrônico.
[00151] (8) O instrumento analítico de acordo com qualquer uma das configurações (1) a (7), compreendendo adicionalmente um osci- lador no circuito de geração de relógio, no qual o instrumento analítico é configurado para troca de uso do primeiro sinal de relógio para uso de um terceiro sinal de relógio derivado do oscilador para temporizar as aquisições de dados quando um rompimento na sequência de pul- sos óticos ocorre.
[00152] (9) O instrumento analítico de acordo com a configuração (8), no qual o instrumento analítico é configurado para proporcionar o segundo sinal de relógio ao módulo de interface de chip em um tempo quando a fonte ótica pulsada não está operando.
[00153] (10) O instrumento analítico de acordo com qualquer uma das configurações (1) a (9), no qual o segundo sinal de relógio é deri- vado de um oscilador eletrônico ou eletro-mecânico.
[00154] (11) O instrumento analítico de acordo com qualquer uma das configurações (1) a (10), compreendendo adicionalmente um pro- cessador de dados localizado no instrumento analítico que é disposto para receber e processar dados de análise de amostra.
[00155] (12) O instrumento analítico de acordo com a configuração (11), no qual o processador de dados compreende uma matriz de por- tas programáveis de campo.
[00156] (13) O instrumento analítico de acordo com a configuração (11) ou (12), no qual o processador de dados é configurado para rece- ber o primeiro sinal de relógio e o segundo sinal de relógio, e determi- nar se aceita ou rejeita pelo menos algumas das aquisições de dados para subsequente processamento de dados baseado nos primeiro e segundo sinais de relógio recebidos.
[00157] (14) O instrumento analítico de acordo com qualquer uma das configurações (11) a (13), no qual o processador de dados é con- figurado para usar o segundo sinal de relógio para temporização das operações de processamento de dados no processador de dados.
[00158] (15) O instrumento analítico de acordo com a configuração (14), no qual o primeiro sinal de relógio é também provido ao proces-
sador de dados, e o processador de dados é configurado para validar as aquisições de dados por comparação do primeiro sinal de relógio e do segundo sinal de relógio para determinar se dado é recebido em um tempo correto para subsequente processamento de dados pelo processador de dados.
[00159] (16) O instrumento analítico de acordo com a configuração (14) ou (15), no qual o primeiro sinal de relógio é também provido ao processador de dados, e o processador de dados é disposto para de- tectar discrepâncias de sincronização entre o primeiro sinal de relógio e o segundo sinal de relógio, e ajustar a temporização de operações de processamento de dados em resposta a detecção das discrepân- cias de sincronização.
[00160] (17) O instrumento analítico de acordo com qualquer uma das configurações (14) a (16), compreendendo adicionalmente um os- cilador eletrônico ou eletro-mecânico que opera a uma frequência de oscilação que é menor do que uma frequência do primeiro sinal de re- lógio, e o circuito de geração de relógio traduz a frequência de oscila- ção do oscilador eletrônico ou eletro-mecânico para essencialmente uma frequência do primeiro sinal de relógio.
[00161] (18) O instrumento analítico de acordo com qualquer uma das configurações (1) a (17), no qual a fonte ótica pulsada compreen- de um laser de modo passivamente bloqueado que autonomamente determina sua taxa de repetição de pulso.
[00162] (19) O instrumento analítico de acordo com qualquer uma das configurações (1) a (18), no qual os pulsos óticos são providos a um chip optoeletrônico para excitar fluoróforos em uma ou mais cavi- dades de amostra para sequenciamento de DNA.
[00163] (20) O instrumento analítico de acordo com qualquer uma das configurações (1) a (19), no qual os pulsos óticos são providos a um chip optoeletrônico para excitar fluoróforos em uma ou mais cavi-
dades de amostra para sequenciamento de proteínas.
[00164] Uma ou mais das configurações acima podem ser usadas para implementar as etapas de um ou mais métodos listados abaixo.
[00165] (21) Um método de operação de um instrumento analítico, o método compreendendo: detectar uma sequência de pulsos óticos e gerar um primeiro sinal de relógio derivado da sequência de pulsos óticos; proporcionar os pulsos óticos para análise de uma amostra; ge- rar um segundo sinal de relógio de um oscilador que não está sincro- nizado à sequência de pulsos óticos; e proporcionar o primeiro sinal de relógio e segundo sinal de relógio a um processador de dados para validar operações de aquisição de dados durante a análise da amos- tra.
[00166] (22) O método de (21), compreendendo adicionalmente: detectar a sequência de pulsos óticos com um detector e emitir um sinal de relógio baseado na sequência de pulsos óticos detectada; de- rivar o primeiro sinal de relógio do sinal de relógio por um primeiro pe- ríodo de tempo; e proporcionar a um módulo de interface de chip o primeiro sinal de relógio, no qual o módulo de interface de chip inclui um receptáculo disposto para receber um chip optoeletrônico que pode ser colocado no receptáculo por um usuário, e no qual o chip optoele- trônico é configurado para reter a amostra para a análise da amostra.
[00167] (23) O método de (21) ou (22), compreendendo adicional- mente temporizar primeiras operações de aquisição de dados do chip optoeletrônico durante operação do instrumento analítico usando o primeiro sinal de relógio.
[00168] (24) O método de (22) ou (23), compreendendo adicional- mente: derivar o primeiro sinal de relógio de um oscilador por um se- gundo período de tempo; temporizar primeiras operações de aquisição de dados do chip optoeletrônico durante operação do instrumento ana- lítico usando o primeiro sinal de relógio durante o primeiro período de tempo; e temporizar segundas operações de aquisição de dados do chip optoeletrônico durante operação do instrumento analítico usando o primeiro sinal de relógio durante o segundo período de tempo.
[00169] (25) O método de (23) ou (24), compreendendo adicional- mente interromper a derivação do primeiro sinal de relógio do oscilador quando um rompimento na sequência de pulsos óticos ocorre.
[00170] (26) O método de acordo com qualquer um de (23) a (25), no qual a derivação do primeiro sinal de relógio de um oscilador por um segundo período de tempo compreende traduzir uma frequência de oscilação de um oscilador eletrônico ou eletro-mecânico para es- sencialmente uma frequência da sequência de pulsos óticos.
[00171] (27) O método de acordo com qualquer um de (21) a (26), compreendendo adicionalmente proporcionar dado das operações de aquisição de dados para um serviço analítico de dados à base de re- de.
[00172] (28) O método de acordo com qualquer um de (21) a (27), compreendendo adicionalmente proporcionar dado de sensores que monitoram o desempenho do instrumento analítico a um serviço de suporte de instrumento à base de rede.
[00173] (29) O método de acordo com qualquer um de (21) a (28), compreendendo adicionalmente derivar o segundo sinal de relógio de um oscilador eletrônico ou eletro-mecânico.
[00174] (30) O método de acordo com qualquer um de (21) a (29), compreendendo adicionalmente: receber, no processador de dados, dado de um módulo de interface de chip, no qual o módulo de interface de chip inclui um receptáculo disposto para receber um chip optoele- trônico que pode ser colocado no receptáculo por um usuário, e no qual o chip optoeletrônico é configurado para reter a amostra para a análise da amostra; e determinar, pelo processador de dados, se acei- ta ou rejeita pelo menos alguns dos dados para subsequente proces-
samento de dados baseados nos primeiro e segundo sinais de relógio recebidos.
[00175] (31) O método de (30), no qual o processador de dados compreende uma matriz de portas programáveis de campo.
[00176] (32) O método de acordo com qualquer um de (29) a (31), compreendendo adicionalmente: detectar uma discrepância de sincro- nização entre o primeiro sinal de relógio e o segundo sinal de relógio; e ajustar a temporização de operações de processamento de dados em resposta a detecção da discrepância de sincronização.
[00177] (33) O método de acordo com qualquer um de (29) a (32), compreendendo adicionalmente temporizar operações de processa- mento de dados do processador de dados com o segundo sinal de re- lógio.
[00178] (34) O método de acordo com qualquer um de (21) a (33), compreendendo adicionalmente produzir a sequência de pulsos óticos com um laser de modo passivamente bloqueado que autonomamente determina sua taxa de repetição de pulso.
[00179] (35) O método de acordo com qualquer um de (21) a (34), compreendendo adicionalmente: emitir, pelo circuito de geração de relógio, um terceiro sinal de relógio a um módulo de interface de chip, no qual o terceiro sinal de relógio oscila a uma frequência menor do que o primeiro sinal de relógio, e no qual o módulo de interface de chip inclui um receptáculo disposto para receber um chip optoeletrônico que pode ser colocado no receptáculo por um usuário, e no qual o chip optoeletrônico é configurado para reter a amostra para a análise da amostra; temporizar primeiras operações de aquisição de dados do chip optoeletrônico com o primeiro sinal de relógio; e temporizar se- gundas operações de aquisição de dados do chip optoeletrônico com o terceiro sinal de relógio.
[00180] (36) O método de (35), no qual as primeiras operações de aquisição de dados compreendem fotodetecção de emissão fluores- cente de uma pluralidade de cavidades de amostra no chip optoeletrô- nico, e as segundas operações de aquisição de dados compreendem fotodetecção de radiação de excitação distribuída ao chip optoeletrôni- co.
[00181] (37) Um método para temporização de intervalos de acú- mulo de carga em um fotodetector, o método compreendendo: propor- cionar pulsos de excitação ótica para excitar uma amostra; gerar um primeiro sinal de relógio que é sincronizado para os pulsos de excita- ção ótica; iniciar, com o primeiro sinal de relógio, um tempo de partida de um primeiro intervalo de acúmulo de carga para o fotodetector; re- tardar o primeiro sinal de relógio enquanto que detectando uma emis- são do fotodetector; registrar níveis de sinal de um primeiro intervalo de acúmulo de carga como uma função de retardo do primeiro sinal de relógio; identificar um ponto de referência nos níveis de sinal registra- dos; e ajustar um retardo do primeiro sinal de relógio tal que o tempo de partida é retardado a partir do ponto de referência por uma quanti- dade predeterminada.
[00182] (38) O método de (37), no qual o fotodetector possui um segundo intervalo de acúmulo de carga que segue o primeiro intervalo de acúmulo de carga, e é mais longo do que o primeiro intervalo de acúmulo de carga.
[00183] (39) O método de (37) ou (38), no qual a quantidade prede- terminada localiza o primeiro intervalo de acúmulo de carga tal que uma probabilidade de detecção de um fóton de excitação a partir dos pulsos de excitação ótica para todos primeiros intervalos de acúmulo de carga para uma estrutura de dados é menos do que a probabilidade de detecção de um fóton de emissão a partir da amostra.
[00184] (40) O método de acordo com qualquer um de (37) a (39), no qual a quantidade predeterminada localiza um tempo de partida do primeiro intervalo de acúmulo de carga aproximadamente a um valor mínimo dos níveis de sinal registrados.
[00185] (41) O método de acordo com qualquer um de (37) a (40), compreendendo adicionalmente: distribuir os pulsos de excitação ótica a uma pluralidade de cavidades de amostra em um chip optoeletrôni- co; e executar os atos de iniciação, retardo, registro, identificação, e ajuste de uma pluralidade de fotodetectores no chip optoeletrônico.
[00186] (42) O método de (41), compreendendo adicionalmente de- terminar se uma cavidade de amostra é operável baseado em uma quantidade de sinal a partir dos pulsos de excitação ótica detectados na cavidade de amostra.
[00187] (43) O método de (41) ou (42), compreendendo adicional- mente: gerar um segundo sinal de relógio possuindo uma frequência diferente do primeiro sinal de relógio; e proporcionar o segundo sinal de relógio ao chip optoeletrônico, no qual o segundo sinal de relógio controla os tempos de partida de intervalos de acúmulo de carga para um ou mais fotodetectores de alinhamento que detectam alinhamento dos pulsos de excitação ótica ao chip optoeletrônico.
[00188] (44) O método de acordo com qualquer um de (41) a (43), no qual o primeiro sinal de relógio é derivado de um circuito de detec- ção de relógio que detecta uma sequência dos pulsos de excitação ótica.
[00189] (45) O método de acordo com qualquer um de (41) a (44), compreendendo adicionalmente transmissão de relógios de dados das cavidades de amostra para um processador de dados usando o pri- meiro sinal de relógio. IV. Conclusão
[00190] Possuindo, desse modo, descrito vários aspectos de várias concretizações de arquitetura de sistema para um sistema analítico avançado 1-100, é para ser apreciado que várias alterações, modifica-
ções, e aperfeiçoamentos ocorrerão prontamente àqueles técnicos no assunto. Tais alterações, modificações, e aperfeiçoamentos são pre- vistos para serem parte desta revelação, e são previstos estarem den- tro do espírito e escopo da invenção. Enquanto que os presentes ensi- namentos foram descritos em conjunto com várias concretizações e exemplos, não é previsto que os presentes ensinamentos sejam limi- tados a tais concretizações ou exemplos. Ao contrário, os presentes ensinamentos envolvem várias alternativas, modificações, e equivalen- tes, conforme será apreciado por aqueles técnicos no assunto.
[00191] Enquanto que várias concretizações da invenção foram descritas e ilustradas, aqueles técnicos no assunto visionarão pronta- mente uma variedade de outros meios e/ou estruturas para realização da função e/ou obtenção dos resultados e/ou uma ou mais das vanta- gens descritas, e cada de tais variações e/ou modificações é conside- rada estar dentro do escopo das concretizações da invenção descritas. Mais geralmente, aqueles técnicos no assunto prontamente apreciarão que todos os parâmetros, dimensões, materiais, e configurações des- critas são significativos para serem exemplos, e que os parâmetros atuais, dimensões, materiais, e/ou configurações dependerão da apli- cação específica ou aplicações para qual os ensinamentos da inven- ção é/são usados. Aqueles técnicos no assunto reconhecerão, ou se- rão capazes de determinar usando não mais do que experimentação de rotina, muitos equivalentes às concretizações da invenção específi- cas descritas. É, portanto, para ser compreendido que as concretiza- ções precedentes são apresentadas por meio de exemplo somente e que, dentro do escopo das reivindicações em anexo e equivalentes destas, concretizações da invenção podem ser praticadas de outro modo do que conforme especificamente descritas e reivindicadas. Concretizações da invenção da presente revelação podem ser direcio- nadas a cada característica individual, sistema, atualização do siste-
ma, e/ou método descritos. Em adição, qualquer combinação de duas ou mais tais características, sistemas, e/ou métodos, se tais caracte- rísticas, sistemas, atualização de sistema, e/ou métodos não são mu- tuamente inconsistentes, está incluída dentro do escopo inventivo da presente revelação.
[00192] Adicionalmente, embora algumas vantagens da presente invenção podem ser indicadas, deve ser apreciado que nem toda con- cretização da invenção incluirá toda vantagem descrita. Algumas con- cretizações podem não implementar quaisquer características descri- tas como vantajosas. Consequentemente, a descrição precedente e desenhos são por meio de exemplo somente.
[00193] Toda literatura e material similar citado neste pedido, inclu- indo, mas não limitado a, patentes, pedidos de patente, artigos, livros, tratados, e páginas da web, indiferente do formato de tal literatura e materiais similares, são expressamente incorporados por referência em sua totalidade. No caso que uma ou mais da literatura incorporada e materiais similares diferem de ou contradizem este pedido, incluindo mas não limitado a, para termos definidos, uso de termo, técnicas des- critas, ou similares, este pedido controla.
[00194] A seção cabeçalhos usadas são para proposta de organi- zação somente, e não são para serem construídas como limitando a matéria objeto descrita de qualquer modo.
[00195] Também, a tecnologia descrita pode ser concretizada como um método, do qual pelo menos um exemplo tenha sido provido. Os atos realizados como parte do método podem ser ordenados em qual- quer modo adequado. Consequentemente, concretizações podem ser construídas em que atos são realizados em uma ordem diferente do que ilustrado, que pode incluir realizar alguns atos simultaneamente, mesmo embora mostrado como atos sequenciais em concretizações ilustrativas.
[00196] Todas as definições, conforme definidas e usadas, devem ser compreendidas para controlar sobre definições de dicionário, defi- nições em documentos incorporados por referência, e/ou significados ordinários dos termos definidos.
[00197] Valores numéricos e faixas podem ser descritos no relatório descritivo e reivindicações como valores ou faixas aproximadas ou exatas. Por exemplo, em alguns casos, os termos “cerca de”, “apro- ximadamente”, e “substancialmente” podem ser usados em referência a um valor. Tais referências são previstas para envolver o valor refe- renciado, bem como mais e menos variações razoáveis do valor. Por exemplo, uma frase “entre cerca de 10 e cerca de 20” é previsto signi- ficar “entre exatamente 10 e exatamente 20” em algumas concretiza- ções, bem como “entre 10 ± δ1 e 20 ± δ2” em algumas concretizações. A quantidade de variação δ1, δ2 para um valor pode ser menos do que 5% do valor em algumas concretizações, menos do que 10% do valor em algumas concretizações, e ainda menos do que 20% do valor em algumas concretizações. Em concretizações onde um maior faixa de valores é dada, por exemplo, uma faixa incluindo duas ou mais ordens de grandeza, a quantidade de variação δ1, δ2 para um valor pode ser tão alta quanto 50%. Por exemplo, se uma faixa operável se extende de 2 a 200, “aproximadamente 80” pode envolver valores entre 40 e 120, e a faixa pode ser tão grande quanto entre 1 e 300. Quando valo- res exatos são previstos, o termo “exatamente” é usado, por exemplo, “entre exatamente 2 e exatamente 200”. O termo “essencialmente” é usado para indicar dentro de 3% de um valor alvo.
[00198] O termo “adjacente” pode se referir aos dois elementos dis- postos na estreita proximidade entre si (por exemplo, dentro de uma distância que é menos do que cerca de um quinto de uma dimensão transversal ou vertical de um maior dos dois elementos). Em alguns casos pode ser estruturas ou camadas de intervenção entre elementos adjacentes. Em alguns casos elementos adjacentes podem ser imedia- tamente adjacentes entre si com nenhuma estrutura ou elementos de intervenção.
[00199] Os artigos indefinidos “um” e “uma”, conforme usados no relatório descritivo e nas reivindicações, a menos que claramente indi- cado ao contrário, devem ser compreendidos para significar “pelo me- nos um”.
[00200] A frase “e/ou,” conforme usada no relatório descritivo e nas reivindicações, deve ser compreendida significar “ou ou ambos” dos elementos assim unidos, isto é, elementos que são conjuntivamente presentes em alguns casos e disjuntivamente presentes em outros ca- sos. Elementos múltiplos listados com “e/ou” devem ser construídos no mesmo modo, isto é, “um ou mais” dos elementos assim unidos. Ou- tros elementos podem opcionalmente estarem presentes outros do que os elementos especificamente identificados pela cláusula “e/ou”, se relacionados ou não relacionados àqueles elementos especifica- mente identificados. Desse modo, como um exemplo não-limitante, uma referência a “A e/ou B”, quando usada em conjunto com lingua- gem aberta tal como “compreendendo” pode se referir, em uma con- cretização, a A somente (opcionalmente incluindo elementos outros do que B); em outra concretização, a B somente (opcionalmente incluindo elementos outros do que A); em ainda outra concretização, a ambos A e B (opcionalmente incluindo outros elementos); etc.
[00201] Conforme usado no relatório descritivo e nas reivindica- ções, “ou” deve ser compreendido ter o mesmo significado como “e/ou”, conforme definido acima. Por exemplo, quando se separa itens em uma lista, “ou” ou “e/ou” deve ser interpretado como sendo inclusi- vo, isto é, a inclusão de pelo menos um, mas também incluindo mais do que um, de um número de lista de elementos, e, opcionalmente, itens não listados adicionais. Somente termos claramente indicados ao contrário, tais como “somente um de” ou “exatamente um de”, ou, quando usado nas reivindicações, “consistindo de” se referirão à inclu- são de exatamente um elemento de um número ou lista de elementos. Em geral, o termo “ou” conforme usado deve somente ser interpretado como indicando alternativas exclusivas (isto é, “um ou o outro, mas não ambos”) quando precedido pelos termos de exclusividade, tal co- mo “ou”, “um de”, “somente um de”, ou “exatamente um de”. “Consis- tindo essencialmente de”, quando usado nas reivindicações, deve ter seu significado ordinário conforme usado no campo da lei de patente.
[00202] Conforme usado no relatório descritivo e nas reivindica- ções, a frase “pelo menos um”, em referência a uma lista de um ou mais elementos, deve ser compreendida para significar pelo menos um elemento selecionado de qualquer um ou mais dos elementos na lista de elementos, mas não necessariamente incluindo pelo menos um de cada e todo elemento especificamente listado dentro da lista de elementos, e não excluindo qualquer combinações de elementos na lista de elementos. Esta definição também permite que os elementos podem opcionalmente estarem presentes outros do que os elementos especificamente identificados dentro da lista de elementos aos quais a frase “pelo menos um” se refere, se relacionados ou não-relacionados àqueles elementos especificamente identificados. Desse modo, como um exemplo não-limitante, “pelo menos um de A e B” (ou, equivalen- temente, “pelo menos um de A ou B,” ou, equivalentemente “pelo me- nos um de A e/ou B”) podem se referir, em uma concretização, a pelo menos um, opcionalmente incluindo mais do que um, A, com nenhum B presente (e, opcionalmente incluindo elementos outros do que B); em outra concretização, a pelo menos um, opcionalmente incluindo mais do que um, B, com nenhum A presente (e, opcionalmente inclu- indo elementos outros do que A); em ainda outra concretização, a pelo menos um, opcionalmente incluindo mais do que um A, e pelo menos um, opcionalmente incluindo mais do que um B (e opcionalmente in- cluindo outros elementos); etc.
[00203] Nas reivindicações, bem como no relatório descritivo acima, todas as frases de transição tais como “compreendendo”, “incluindo” “conduzindo”, “possuindo”, “contendo”, “envolvendo”, “retendo”, “com- posto de”, e similares, são para serem compreendidas serem abertas, isto é, para significar incluindo, mas não limitada a. Somente as frases de transição “consistindo de” e “consistindo essencialmente de” devem ser fases de transição fechadas ou semi-fechadas, respectivamente.
[00204] As reivindicações não devem ser lidas como limitadas à or- dem descrita ou elementos, a menos que seja declarado para este efeito. Deve ser compreendido que várias mudanças na forma e deta- lhe podem ser feitas por um técnico no assunto sem fugir do espírito e escopo das reivindicações em anexo. Todas as concretizações que caem dentro do espírito e escopo das seguintes reivindicações e equi- valentes a estas são reivindicadas.
Claims (45)
1. Instrumento analítico, caracterizado pelo fato de compre- ender: uma fonte ótica pulsada configurada para emitir uma se- quência de pulsos óticos para análise de uma amostra; e circuito de geração de relógio configurado para produzir um primeiro sinal de relógio derivado da sequência de pulsos óticos, e um segundo sinal de relógio que não é derivado da sequência de pulsos óticos, e proporcionam o primeiro sinal de relógio e segundo sinal de relógio para validar aquisições de dados para análise da amostra.
2. Instrumento analítico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente: um circuito de detecção de relógio possuindo um detector disposto para detectar a sequência de pulsos óticos e emitir um sinal de relógio para o circuito de geração de relógio; um módulo de interface de chip possuindo um receptáculo disposto para receber um chip optoeletrônico que pode ser colocado no receptáculo por um usuário, no qual o chip optoeletrônico é configu- rado para manter a amostra para análise, e no qual o circuito de gera- ção de relógio emite o primeiro sinal de relógio para o módulo de inter- face de chip para calendarização de primeiras operações de aquisição de dados do chip optoeletrônico durante operação do instrumento ana- lítico.
3. Instrumento analítico de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente um loop de fase travado no interior do circuito de geração de relógio que trava a frequência e fase de um oscilador de tensão controlada a uma fre- quência e fase do sinal de relógio.
4. Instrumento analítico de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que um tempo de integração de um filtro de loop no interior do loop de fase travado corresponde a um tempo que se estende entre aproximadamente 30 dos pulsos óticos, e aproxima- damente 80 dos pulsos óticos.
5. Instrumento analítico de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o circuito de geração de relógio é adici- onalmente disposto para emitir um terceiro sinal de relógio ao módulo de interface de chip, no qual o terceiro sinal de relógio oscila a uma frequência menor do que o primeiro sinal de relógio, e é usado para temporizar segundas operações de aquisição de dados do chip optoe- letrônico durante operação do instrumento analítico.
6. Instrumento analítico de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as primeiras operações de aquisição de dados compreendem fotodetecção de emissões fluorescentes de uma pluralidade de cavidades de amostra no chip optoeletrônico, e as se- gundas operações de aquisição de dados compreendem fotodetecção de radiação de excitação distribuída ao chip optoeletrônico.
7. Instrumento analítico de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as segundas operações de aquisição de dados compreendem dados indicativos de alinhamento de um feixe ótico para o chip optoeletrônico.
8. Instrumento analítico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de compreender adicio- nalmente um oscilador no circuito de geração de relógio, no qual o ins- trumento analítico é configurado para trocar de usar o primeiro sinal de relógio para usar um terceiro sinal de relógio derivado do oscilador pa- ra temporizar as aquisições de dados quando um rompimento na se- quência de pulsos óticos ocorre.
9. Instrumento analítico de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o instrumento analítico é configurado para proporcionar o segundo sinal de relógio para o módulo de interfa-
ce de chip em um tempo quando a fonte ótica pulsada não está ope- rando.
10. Instrumento analítico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o segundo sinal de relógio é derivado de um oscilador eletrônico ou eletro-mecânico.
11. Instrumento analítico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de compreender adicio- nalmente um processador de dados localizado no instrumento analítico que é disposto para receber e processar dados de análise de amostra.
12. Instrumento analítico de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o processador de dados compreende um matriz de portas programáveis de campo.
13. Instrumento analítico de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o processador de dados é configurado para receber o primeiro sinal de relógio e o segundo sinal de relógio, e determinar de aceitar ou rejeitar pelo menos algumas das aquisições de dados para subsequente processamento de dados baseado nos primeiro e segundo sinais de relógio recebidos.
14. Instrumento analítico de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o processador de dados é configurado para usar o segundo sinal de relógio para temporização de operações de processamento de dados no processador de dados.
15. Instrumento analítico de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o primeiro sinal de relógio é também provido ao processador de dados, e o processador de dados é confi- gurado para validar as aquisições de dados por comparação do primei- ro sinal de relógio e do segundo sinal de relógio para determinar se dado é recebido a um tempo correto para subsequente processamento de dados pelo processador de dados.
16. Instrumento analítico de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o primeiro sinal de relógio é também provido ao processador de dados, e o processador de dados é dispos- to para detectar discrepâncias de sincronização entre o primeiro sinal de relógio e o segundo sinal de relógio, e ajustar temporização de ope- rações de processamento de dados em resposta a detecção das dis- crepâncias de sincronização.
17. Instrumento analítico de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente um oscilador eletrônico ou eletromecânico que opera a uma frequência de oscilação que é menor do que uma frequência do primeiro sinal de relógio, e o circuito de geração de relógio tranduz a frequência de oscilação do oscilador eletrônico ou eletromecânico para essencialmente uma fre- quência do primeiro sinal de relógio.
18. Instrumento analítico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a fonte ótica pul- sada compreende um laser de modo passivamente bloqueado que au- tonomamente determina sua taxa de repetição de pulso.
19. Instrumento analítico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que os pulsos óticos são providos em um chip optoeletrônico para excitar fluoróforos em uma ou mais cavidades de amostra para sequenciamento de DNA.
20. Instrumento analítico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que os pulsos óticos são providos no chip optoeletrônico para excitar fluoróforos em uma ou mais cavidades de amostra para sequenciamento de proteínas.
21. Método de operação de um instrumento analítico, ca- racterizado pelo fato de compreender: detectar uma sequência de pulsos óticos e gerar um primei- ro sinal de relógio derivado da sequência de pulsos óticos;
proporcionar os pulsos óticos para análise de uma amostra; gerar um segundo sinal de relógio de um oscilador que não é sincronizado à sequência de pulsos óticos; e proporcionar o primeiro sinal de relógio e segundo sinal de relógio a um processador de dados para validar operações de aquisi- ção de dados durante a análise da amostra.
22. Método de acordo com a reivindicação 21, caracteriza- do pelo fato de compreender adicionalmente: detectar a sequência de pulsos óticos com um detector e emitir um sinal de relógio; derivar o primeiro sinal de relógio a partir do sinal de relógio por um primeiro período de tempo; e proporcionar a um módulo de interface de chip o primeiro sinal de relógio, no qual o módulo de interface de chip inclui um recep- táculo disposto para receber um chip optoeletrônico que pode ser co- locado no receptáculo por um usuário, e no qual o chip optoeletrônico é configurado para reter a amostra para a análise da amostra.
23. Método de acordo com a reivindicação 22, caracteriza- do pelo fato de compreender adicionalmente temporizar primeiras ope- rações de aquisição de dados do chip optoeletrônico durante operação do instrumento analítico usando o primeiro sinal de relógio.
24. Método de acordo com a reivindicação 22, caracteriza- do pelo fato de compreender adicionalmente: derivar o primeiro sinal de relógio de um oscilador por um segundo período de tempo; temporizar primeiras operações de aquisição de dados do chip optoeletrônico durante operação do instrumento analítico usando o primeiro sinal de relógio durante o primeiro período de tempo; e temporizar segundas operações de aquisição de dados do chip optoeletrônico durante operação do instrumento analítico usando o primeiro sinal de relógio durante o segundo período de tempo.
25. Método de acordo com a reivindicação 24, caracteriza- do pelo fato de compreender adicionalmente interromper a derivação do primeiro sinal de relógio a partir do oscilador quando um rompimen- to na sequência de pulsos óticos ocorre.
26. Método de acordo com a reivindicação 24, caracteriza- do pelo fato de que a derivação do primeiro sinal de relógio de um os- cilador por um segundo período de tempo compreende traduzir uma frequência de oscilação de um oscilador eletrônico ou eletromecânico para essencialmente uma frequência da sequência de pulsos óticos.
27. Método de acordo com a reivindicação 22, caracteriza- do pelo fato de compreender adicionalmente proporcionar dados das operações de aquisição de dados para um serviço analítico de dados à base de rede.
28. Método de acordo com a reivindicação 22, caracteriza- do pelo fato de compreender adicionalmente proporcionar dados de sensores que monitoram o desempenho do instrumento analítico para um serviço de suporte de instrumento à base de rede.
29. Método de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 21 a 28, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente derivar o segundo sinal de relógio de um oscilador eletrônico ou ele- tromecânico.
30. Método de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 21 a 28, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente: receber, no processador de dados, dados de um módulo de interface de chip, no qual o módulo de interface de chip inclui um re- ceptáculo disposto para receber um chip optoeletrônico que pode ser colocado no receptáculo por um usuário, e no qual o chip optoeletrôni- co é configurado para reter a amostra para a análise da amostra; e determinar, pelo processador de dados, se aceitar ou rejei- tar pelo menos alguns dos dados para subsequente processamento de dados baseado nos primeiro e segundo sinais de relógio recebidos.
31. Método de acordo com a reivindicação 30, caracteriza- do pelo fato de que o processador de dados compreende uma matriz de portas programáveis de campo.
32. Método de acordo com a reivindicação 30, caracteriza- do pelo fato de compreender adicionalmente: detectar uma discrepância de sincronização entre o primei- ro sinal de relógio e o segundo sinal de relógio; e ajustar a temporização de operações de processamento de dados em resposta a detecção da discrepância de sincronização.
33. Método de acordo com a reivindicação 30, caracteriza- do pelo fato de compreender adicionalmente a temporização das ope- rações de processamento de dados do processador de dados com o segundo sinal de relógio.
34. Método de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 21 a 28, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente produção da sequência de pulsos óticos com um laser de modo passi- vamente bloqueado que autonomamente determina sua taxa de repe- tição de pulso.
35. Método de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 21 a 28, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente: emitir, pelo circuito de geração de relógio, um terceiro sinal de relógio a um módulo de interface de chip, no qual o terceiro sinal de relógio oscila a uma frequência menor do que o primeiro sinal de reló- gio, e no qual o módulo de interface de chip inclui um receptáculo dis- posto para receber um chip optoeletrônico que pode ser colocado no receptáculo por um usuário, e no qual o chip optoeletrônico é configu- rado para reter a amostra para a análise da amostra; temporizar primeiras operações de aquisição de dados do chip optoeletrônico com o primeiro sinal de relógio; e temporizar segundas operações de aquisição de dados do chip optoeletrônico com o terceiro sinal de relógio.
36. Método de acordo com a reivindicação 35, caracteriza- do pelo fato de que as primeiras operações de aquisição de dados compreendem fotodetecção de emissão fluorescente de uma plurali- dade de cavidades de amostra no chip optoeletrônico, e as segundas operações de aquisição de dados compreendem fotodetecção de radi- ação de excitação distribuída ao chip optoeletrônico.
37. Método para temporização de intervalos de acúmulo de carga em um fotodetector, o método caracterizado pelo fato de com- preender: proporcionar pulsos de excitação ótica para excitar uma amostra; gerar um primeiro sinal de relógio que é sincronizado aos pulsos de excitação ótica; iniciar, com o primeiro sinal de relógio, um tempo de partida de um primeiro intervalo de acúmulo de carga para o fotodetector; retardar o primeiro sinal de relógio enquanto detecta uma emissão a partir do fotodetector; registrar níveis de sinal de um primeiro intervalo de acúmu- lo de carga como uma função de retardo do primeiro sinal de relógio; identificar um ponto de referência nos níveis de sinal regis- trados; e ajustar um retardo do primeiro sinal de relógio tal que o tempo de partida é retardado a partir do ponto de referência por uma quantidade predeterminada.
38. Método de acordo com a reivindicação 37, caracteriza- do pelo fato de que o fotodetector possui um segundo intervalo de acúmulo de carga que segue o primeiro intervalo de acúmulo de carga, e é mais longo do que o primeiro intervalo de acúmulo de carga.
39. Método de acordo com a reivindicação 37 ou 38, carac- terizado pelo fato de que a quantidade predeterminada localiza o pri- meiro intervalo de acúmulo de carga tal que uma probabilidade de de- tecção de um fóton de excitação a partir dos pulsos de excitação ótica para todos os primeiros intervalos de acúmulo de carga para uma es- trutura de dados é menor do que a probabilidade de detectar um fóton de emissão a partir da amostra.
40. Método de acordo com a reivindicação 37 ou 38, carac- terizado pelo fato de que a quantidade predeterminada localiza um tempo de partida do primeiro intervalo de acúmulo de carga aproxima- damente a um valor mínimo dos níveis de sinal registrados.
41. Método de acordo com a reivindicação 37 ou 38, carac- terizado pelo fato de compreender adicionalmente: distribuir os pulsos de excitação ótica a uma pluralidade de cavidades de amostra em um chip optoeletrônico; e executar os atos de iniciação, retardo, registro, identifica- ção, e ajuste de uma pluralidade de fotodetectores no chip optoeletrô- nico.
42. Método de acordo com a reivindicação 41, caracteriza- do pelo fato de compreender adicionalmente determinar se uma cavi- dade de amostra é operável baseado em uma quantidade de sinal dos pulsos de excitação ótica detectados nas cavidades de amostra.
43. Método de acordo com a reivindicação 41, caracteriza- do pelo fato de compreender adicionalmente: gerar um segundo sinal de relógio possuindo uma frequên- cia diferente do primeiro sinal de relógio; e proporcionar o segundo sinal de relógio ao chip optoeletrô- nico, no qual o segundo sinal de relógio controla os tempos de partida de intervalos de acúmulo de carga para um ou mais fotodetectores de alinhamento que detectam alinhamento dos pulsos de excitação ótica ao chip optoeletrônico.
44. Método de acordo com a reivindicação 41, caracteriza- do pelo fato de que o primeiro sinal de relógio é derivado de um circui- to de detecção de relógio que detecta uma sequência dos pulsos de excitação ótica.
45. Método de acordo com a reivindicação 41, caracteriza- do pelo fato de compreender adicionalmente transmissão de relógios de dados a partir das cavidades de amostra para um processador de dados usando o primeiro sinal de relógio.
Intensidade 1/13
Tempo
Probabilidade de emissão
Tempo
Curva B Intensidade (a.u)
Caixa Caixa Caixa Tempo
Caixa 2
Caixa 1
Caixa 0
Rejeitar Leitura Excitação
Fluorescência Contagens
Caixa Caixa Caixa Caixa Caixa Caixa Caixa Caixa Caixa
Tempo
Caixa Caixa
Caixa Caixa Caixa Caixa
Caixa Caixa Caixa Caixa
Laser Sistema
Tempori- zador Probabilidade de emissão
Amplitude de pulso (normalizada)
Tempo
Fase/freq Detector
Filtro de loop
Dados 1
Dados 2
Dados De AGC
Probabilidade de detecção (ps-1, normalizada)
Tempo (ps) Amplitude (a.u)
Retardo
Início
Receber e ativar chip seco
Distribuir pulsos óticos às cavidades de amostra Ajustar fase de relógio para retardar tempo de partida de primeiro intervalo de acúmulo de carga por uma quantidade pré-determinada
Registrar sinal durante primeiro intervalo de acúmulo de craga Verificar níveis de sinal de todas as cavidades de amostra
Varrer fase de relógio de DA
Identificar cavidades de amostra defectivas Identificar t0
Fim
Módulo de interface Módulo de de chip estado de instrument
Petição 870200148811, de 25/11/2020, pág. 121/135 Módulo de comando Rede Controlador de passo Computador de única placa
Placa 12/13 controladora Tela de toque de fonte ótica
Geração de relógio Módulo de bomba
Fonte ótica pulsada
Planejamento de operação
Analíticos de dados
Armazenagem de dados
Suporte do Acesso restrito Rede usuário final
Fone/PO Tela de toque
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|---|---|---|---|---|
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Family Cites Families (198)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4034949A (en) | 1965-05-12 | 1977-07-12 | Philco Corporation | Optical apparatus |
| GB1521931A (en) | 1976-01-31 | 1978-08-16 | Ferranti Ltd | Optical apparatus |
| US4295226A (en) | 1980-07-02 | 1981-10-13 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | High speed driver for optoelectronic devices |
| JPS6317581A (ja) | 1986-07-10 | 1988-01-25 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 発光素子の駆動回路 |
| US4850686A (en) | 1987-02-06 | 1989-07-25 | Asahi Kogaku Kogyo K.K. | Apparatus for adjusting light beam direction |
| US5108179A (en) | 1989-08-09 | 1992-04-28 | Myers Stephen A | System and method for determining changes in fluorescence of stained nucleic acid in electrophoretically separated bands |
| EP0472318A3 (en) | 1990-08-06 | 1994-08-10 | At & T Corp | Led pulse shaping circuit |
| US5196709A (en) | 1991-05-03 | 1993-03-23 | University Of Maryland Systems | Fluorometry method and apparatus using a semiconductor laser diode as a light source |
| US5329210A (en) | 1991-11-13 | 1994-07-12 | At&T Bell Laboratories | High-speed driver for an LED communication system or the like |
| JP3018717B2 (ja) | 1992-03-03 | 2000-03-13 | 松下電器産業株式会社 | 短波長レーザ光源および短波長レーザ光源の製造方法 |
| JPH05275780A (ja) | 1992-03-27 | 1993-10-22 | Topcon Corp | パルスレーザドライバの保護回路 |
| JPH05283766A (ja) | 1992-03-31 | 1993-10-29 | Toshiba Corp | レーザ発振管装置およびその取付け方法 |
| JP2575270B2 (ja) | 1992-11-10 | 1997-01-22 | 浜松ホトニクス株式会社 | 核酸の塩基配列決定方法、単一分子検出方法、その装置及び試料の作成方法 |
| EP0682671A4 (en) | 1993-02-01 | 1998-01-14 | Seq Ltd | METHOD AND DEVICES FOR SEQUENCING DNA. |
| US6715685B2 (en) | 1993-11-17 | 2004-04-06 | Symbol Technologies, Inc. | Optical path design for scanning assembly in compact bar code readers |
| US5471515A (en) | 1994-01-28 | 1995-11-28 | California Institute Of Technology | Active pixel sensor with intra-pixel charge transfer |
| JP3089382B2 (ja) | 1994-01-31 | 2000-09-18 | ミヤチテクノス株式会社 | レーザ発振装置 |
| US5461637A (en) | 1994-03-16 | 1995-10-24 | Micracor, Inc. | High brightness, vertical cavity semiconductor lasers |
| CZ347196A3 (en) | 1994-05-27 | 1997-06-11 | Ciba Geigy Ag | Method of detecting evanescently excited luminescence |
| US5814565A (en) | 1995-02-23 | 1998-09-29 | University Of Utah Research Foundation | Integrated optic waveguide immunosensor |
| EP0826164B1 (de) | 1995-05-19 | 1999-03-31 | Ursula Keller-Weingarten | Optische komponente zur erzeugung gepulster laserstrahlung |
| JP2735039B2 (ja) | 1995-06-09 | 1998-04-02 | 日本電気株式会社 | 光パルス発生方法および装置 |
| US5854651A (en) | 1996-05-31 | 1998-12-29 | Eastman Kodak Company | Optically correcting deviations from straightness of laser emitter arrays |
| JPH103022A (ja) | 1996-06-18 | 1998-01-06 | Fuji Photo Film Co Ltd | 光学装置の固定機構 |
| DE19702261C2 (de) | 1997-01-23 | 2000-02-03 | Grieshaber Vega Kg | Mikrowellen-Pulsgenerator |
| CN1251609A (zh) | 1997-02-12 | 2000-04-26 | 尤金·Y·查恩 | 分析聚合物的方法和产品 |
| US6825921B1 (en) | 1999-11-10 | 2004-11-30 | Molecular Devices Corporation | Multi-mode light detection system |
| DE19980326T1 (de) | 1998-01-21 | 2000-06-15 | Renishaw Plc | Strahllenkeinrichtung |
| US6175670B1 (en) | 1998-03-23 | 2001-01-16 | Lucent Technologies, Inc. | Planar lightguide circuit having a planar grating |
| GB9810350D0 (en) | 1998-05-14 | 1998-07-15 | Ciba Geigy Ag | Organic compounds |
| US6987786B2 (en) | 1998-07-02 | 2006-01-17 | Gsi Group Corporation | Controlling laser polarization |
| US6787308B2 (en) | 1998-07-30 | 2004-09-07 | Solexa Ltd. | Arrayed biomolecules and their use in sequencing |
| US6716394B2 (en) | 1998-08-11 | 2004-04-06 | Caliper Technologies Corp. | DNA sequencing using multiple fluorescent labels being distinguishable by their decay times |
| JP2000155052A (ja) | 1998-09-14 | 2000-06-06 | Agency Of Ind Science & Technol | 光パルス入力型高速ジョセフソンサンプリング測定回路 |
| US6205266B1 (en) | 1998-10-06 | 2001-03-20 | Trw Inc. | Active alignment photonics assembly |
| US6185235B1 (en) | 1998-11-24 | 2001-02-06 | Spectra-Physics Lasers, Inc. | Lasers with low doped gain medium |
| US6393035B1 (en) | 1999-02-01 | 2002-05-21 | Gigatera Ag | High-repetition rate passively mode-locked solid-state laser |
| US7056661B2 (en) | 1999-05-19 | 2006-06-06 | Cornell Research Foundation, Inc. | Method for sequencing nucleic acid molecules |
| EP1681357A3 (en) | 1999-05-19 | 2006-07-26 | Cornell Research Foundation, Inc. | Method for sequencing nucleic acid molecules |
| US6618423B1 (en) | 1999-05-21 | 2003-09-09 | Gigaoptics Gmbh | Passively mode-coupled femtosecond laser |
| JP2001025102A (ja) | 1999-07-01 | 2001-01-26 | Toshiba Corp | 電気車制御装置 |
| DE19934638B4 (de) | 1999-07-23 | 2004-07-08 | Jenoptik Ldt Gmbh | Modensynchronisierter Festkörperlaser mit mindestens einem konkaven Faltungsspiegel |
| US6944201B2 (en) | 1999-07-30 | 2005-09-13 | High Q Laser Production Gmbh | Compact ultra fast laser |
| US20010021215A1 (en) | 1999-07-30 | 2001-09-13 | Udo Bunting | Compact ultra fast laser |
| JP3314772B2 (ja) | 1999-09-01 | 2002-08-12 | 日本電気株式会社 | 光パルス発生装置及びそれを用いた光クロック抽出装置と光クロック分周装置と光クロック抽出分周装置 |
| US6545759B1 (en) | 1999-11-30 | 2003-04-08 | Nile F. Hartman | Transverse integrated optic interferometer |
| US6834064B1 (en) | 1999-12-08 | 2004-12-21 | Time-Bandwidth Products Ag | Mode-locked thin-disk laser |
| US7671295B2 (en) | 2000-01-10 | 2010-03-02 | Electro Scientific Industries, Inc. | Processing a memory link with a set of at least two laser pulses |
| JP2001251002A (ja) | 2000-03-03 | 2001-09-14 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | レーザ装置 |
| DE10017884C2 (de) | 2000-04-11 | 2003-12-24 | Toptica Photonics Ag | Vorrichtung zur geometrischen Strahlformung eines Lichtstrahlprofils |
| EP1285290A1 (en) | 2000-04-28 | 2003-02-26 | Edgelight Biosciences, Inc. | Micro-array evanescent wave fluorescence detection device |
| US6917726B2 (en) | 2001-09-27 | 2005-07-12 | Cornell Research Foundation, Inc. | Zero-mode clad waveguides for performing spectroscopy with confined effective observation volumes |
| AUPQ901400A0 (en) | 2000-07-26 | 2000-08-17 | Macquarie Research Limited | A stable solid state raman laser and a method of operating same |
| JP2004505472A (ja) | 2000-07-28 | 2004-02-19 | ダニエル コプフ | 非線形光学系において使用するためのレーザー |
| FR2813121A1 (fr) | 2000-08-21 | 2002-02-22 | Claude Weisbuch | Dispositif perfectionne de support d'elements chromophores |
| JP2002239773A (ja) | 2000-12-11 | 2002-08-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザー加工装置および半導体レーザー加工方法 |
| US6628850B1 (en) | 2001-02-15 | 2003-09-30 | General Photonics Corporation | Dynamic wavelength-selective grating modulator |
| US20050048529A1 (en) | 2002-02-20 | 2005-03-03 | Sirna Therapeutics, Inc. | RNA interference mediated inhibition of intercellular adhesion molecule (ICAM) gene expression using short interfering nucleic acid (siNA) |
| JP2002368313A (ja) | 2001-06-12 | 2002-12-20 | Aisin Seiki Co Ltd | 受動型モードロック・ファイバーレーザー |
| US6914676B2 (en) | 2001-07-27 | 2005-07-05 | Oplink Communications, Inc. | System and method for optical multiplexing and/or demultiplexing |
| US6995841B2 (en) | 2001-08-28 | 2006-02-07 | Rice University | Pulsed-multiline excitation for color-blind fluorescence detection |
| US20030058904A1 (en) | 2001-09-24 | 2003-03-27 | Gigatera Ag | Pulse-generating laser |
| EP1317035A1 (en) | 2001-11-29 | 2003-06-04 | Hitachi Ltd. | Optical pulse generator |
| GB2382648B (en) | 2001-12-11 | 2003-11-12 | Amersham Pharm Biotech Uk Ltd | System and method for time correlated multi-photon counting measurements |
| US20030169784A1 (en) | 2002-03-08 | 2003-09-11 | Sutter Dirk H. | Method and device to avoid optical damage of an intracavity optic |
| US7179654B2 (en) | 2002-03-18 | 2007-02-20 | Agilent Technologies, Inc. | Biochemical assay with programmable array detection |
| US6924887B2 (en) | 2002-03-27 | 2005-08-02 | Sarnoff Corporation | Method and apparatus for generating charge from a light pulse |
| US7595883B1 (en) | 2002-09-16 | 2009-09-29 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Biological analysis arrangement and approach therefor |
| JP2003177328A (ja) | 2002-09-17 | 2003-06-27 | Olympus Optical Co Ltd | 走査型光学顕微鏡 |
| DE10323669A1 (de) | 2003-05-14 | 2004-12-02 | Atmel Germany Gmbh | Treiberschaltung zum Betreiben eines elektronischen Bauteils |
| US7330301B2 (en) | 2003-05-14 | 2008-02-12 | Imra America, Inc. | Inexpensive variable rep-rate source for high-energy, ultrafast lasers |
| JP2004363419A (ja) | 2003-06-06 | 2004-12-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | パルス光源 |
| KR20060121900A (ko) | 2003-09-22 | 2006-11-29 | 스네이크 크리크 레이저스 엘엘씨 | 다이오드 펌핑된 마이크로 레이저를 생산하기 위한 고밀도방법 |
| JP4398331B2 (ja) | 2003-09-25 | 2010-01-13 | パナソニック株式会社 | レーザ駆動装置、光ディスク装置、レーザ駆動方法およびレーザ駆動用集積回路 |
| WO2005073407A1 (en) | 2003-10-07 | 2005-08-11 | Ut-Battelle, Llc | Advanced integrated circuit biochip |
| AT412829B (de) | 2003-11-13 | 2005-07-25 | Femtolasers Produktions Gmbh | Kurzpuls-laservorrichtung |
| US7184184B2 (en) | 2003-12-31 | 2007-02-27 | Reliant Technologies, Inc. | High speed, high efficiency optical pattern generator using rotating optical elements |
| US7968851B2 (en) | 2004-01-13 | 2011-06-28 | Spectrum Dynamics Llc | Dynamic spect camera |
| ATE463584T1 (de) | 2004-02-19 | 2010-04-15 | Helicos Biosciences Corp | Verfahren zur analyse von polynukleotidsequenzen |
| US20060000814A1 (en) | 2004-06-30 | 2006-01-05 | Bo Gu | Laser-based method and system for processing targeted surface material and article produced thereby |
| US20060029110A1 (en) | 2004-08-03 | 2006-02-09 | Imra America, Inc. | Cavity monitoring device for pulse laser |
| US7170050B2 (en) | 2004-09-17 | 2007-01-30 | Pacific Biosciences Of California, Inc. | Apparatus and methods for optical analysis of molecules |
| KR100590565B1 (ko) | 2004-10-30 | 2006-06-19 | 삼성전자주식회사 | 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조 방법 |
| US7738086B2 (en) | 2005-05-09 | 2010-06-15 | The Trustees Of Columbia University In The City Of New York | Active CMOS biosensor chip for fluorescent-based detection |
| KR100701006B1 (ko) | 2005-05-31 | 2007-03-29 | 한국전자통신연구원 | 포물선 도파로형 평행광 렌즈 및 이를 포함한 파장 가변외부 공진 레이저 다이오드 |
| US7646546B1 (en) | 2005-06-10 | 2010-01-12 | Cvi Laser, Llc | Anamorphic optical system providing a highly polarized laser output |
| US7426322B2 (en) | 2005-07-20 | 2008-09-16 | Searete Llc. | Plasmon photocatalysis |
| US8975216B2 (en) | 2006-03-30 | 2015-03-10 | Pacific Biosciences Of California | Articles having localized molecules disposed thereon and methods of producing same |
| US7742510B2 (en) | 2006-04-27 | 2010-06-22 | Spectralus Corporation | Compact solid-state laser with nonlinear frequency conversion using periodically poled materials |
| ES2329206B1 (es) | 2006-05-04 | 2010-08-30 | Universitat Illes Balears | Aparato y metodo para la obtencion de pulsos cortos de luz laser mediante bloqueo pasivo de modos por saturacion de ganancia cruzada entre polarizaciones ortogonales. |
| US8130800B2 (en) | 2006-05-17 | 2012-03-06 | Battelle Memorial Institute | Mode-locked solid state lasers using diode laser excitation |
| IE20060447A1 (en) | 2006-06-14 | 2009-04-15 | Nat Univ Ireland | Solid-state fluorescent analyser |
| JP2008028379A (ja) | 2006-06-22 | 2008-02-07 | Fujifilm Corp | モードロックレーザ装置 |
| EP2064488B1 (en) | 2006-09-01 | 2021-10-06 | Pacific Biosciences of California, Inc. | Device and method for analyzing materials |
| US8471230B2 (en) | 2006-09-01 | 2013-06-25 | Pacific Biosciences Of California, Inc. | Waveguide substrates and optical systems and methods of use thereof |
| US8207509B2 (en) | 2006-09-01 | 2012-06-26 | Pacific Biosciences Of California, Inc. | Substrates, systems and methods for analyzing materials |
| FR2908888B1 (fr) | 2006-11-21 | 2012-08-03 | Centre Nat Rech Scient | Dispositif pour la detection exaltee de l'emission d'une particule cible |
| US7394841B1 (en) | 2007-01-18 | 2008-07-01 | Epicrystals Oy | Light emitting device for visual applications |
| US8885239B2 (en) | 2007-02-21 | 2014-11-11 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Method and apparatus for controlling multiple beam spacing |
| GB2447254B (en) | 2007-03-01 | 2009-10-14 | Toshiba Res Europ Ltd | A photon detector |
| TWI504750B (zh) | 2007-08-13 | 2015-10-21 | Netbio Inc | 快速多重擴增目標核酸的方法 |
| US7873085B2 (en) | 2007-10-23 | 2011-01-18 | Andrei Babushkin | Method and device for controlling optical output of laser diode |
| JP2009122493A (ja) | 2007-11-16 | 2009-06-04 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | アナモルフィックプリズム |
| WO2009082706A1 (en) | 2007-12-21 | 2009-07-02 | The Trustees Of Columbia University In The City Of New York | Active cmos sensor array for electrochemical biomolecular detection |
| WO2009091847A2 (en) | 2008-01-14 | 2009-07-23 | Life Technologies Corporation | Compositions, methods and systems for single molecule sequencing |
| JP5290737B2 (ja) | 2008-02-08 | 2013-09-18 | 古河電気工業株式会社 | 光−マイクロ波発振器及びパルス発生装置 |
| CA2715385A1 (en) | 2008-02-12 | 2009-08-20 | Pacific Biosciences Of California, Inc. | Compositions and methods for use in analytical reactions |
| AU2009223702B2 (en) | 2008-03-13 | 2013-08-22 | Pacific Biosciences Of California, Inc. | Labeled reactants and their uses |
| JP5495506B2 (ja) | 2008-05-13 | 2014-05-21 | キヤノン株式会社 | レーザ装置および光断層画像撮像装置 |
| JP2010028751A (ja) | 2008-07-24 | 2010-02-04 | Toshiba Corp | コンプリメンタリー光配線装置 |
| US9156010B2 (en) | 2008-09-23 | 2015-10-13 | Bio-Rad Laboratories, Inc. | Droplet-based assay system |
| EP2335098A1 (en) | 2008-10-09 | 2011-06-22 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Beam direction controlling device and light-output device |
| JP2010103291A (ja) | 2008-10-23 | 2010-05-06 | Fujifilm Corp | モード同期レーザ装置 |
| EP2182523B1 (en) | 2008-10-31 | 2013-01-09 | CSEM Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique SA -Recherche et Développement | Charge sampling device and method based on a MOS-transmission line |
| FR2938935B1 (fr) | 2008-11-21 | 2011-05-06 | Eolite Systems | Dispositif d'allongement de la duree de vie d'un systeme optique non lineaire soumis au rayonnement d'un faisceau laser intense et source optique non lineaire comprenant ce dispositif |
| CN101414729B (zh) | 2008-11-24 | 2013-03-27 | 南京大学 | 一种自锁模激光器 |
| JP2010204006A (ja) | 2009-03-05 | 2010-09-16 | Anritsu Corp | 光信号モニタ装置及び該装置のサンプリング周波数調整方法 |
| WO2010111674A2 (en) | 2009-03-27 | 2010-09-30 | Life Technologies Corporation | Methods and apparatus for single molecule sequencing using energy transfer detection |
| WO2010117420A2 (en) | 2009-03-30 | 2010-10-14 | Pacific Biosciences Of California, Inc. | Fret-labeled compounds and uses therefor |
| CN101562310B (zh) | 2009-05-04 | 2010-09-01 | 北京国科世纪激光技术有限公司 | 被动锁模皮秒激光器 |
| CN101572380B (zh) | 2009-06-03 | 2010-11-17 | 南京大学 | 2.12微米锁模激光器 |
| US8664876B2 (en) | 2009-06-29 | 2014-03-04 | Tai-Her Yang | Lighting device with optical pulsation suppression by polyphase-driven electric energy |
| US8501406B1 (en) | 2009-07-14 | 2013-08-06 | Pacific Biosciences Of California, Inc. | Selectively functionalized arrays |
| DE102009036273B4 (de) | 2009-08-05 | 2014-11-13 | Jenoptik Laser Gmbh | Laser und Verfahren zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung |
| US20120257278A1 (en) | 2009-08-14 | 2012-10-11 | Akkolens International B.V. | Optics with Simultaneous Variable Correction of Aberrations |
| US8278728B2 (en) | 2009-10-17 | 2012-10-02 | Florida Institute Of Technology | Array of concentric CMOS photodiodes for detection and de-multiplexing of spatially modulated optical channels |
| JP5397195B2 (ja) | 2009-12-02 | 2014-01-22 | 日立化成株式会社 | 光半導体素子搭載用基板の製造方法、及び、光半導体装置の製造方法 |
| WO2011068569A1 (en) | 2009-12-04 | 2011-06-09 | Biotium, Inc. | Heterocycle-substituted xanthene dyes |
| WO2011090745A1 (en) | 2009-12-29 | 2011-07-28 | Life Technologies Corporation | Single molecule detection and sequencing using fluorescence lifetime imaging |
| JP5276025B2 (ja) | 2010-01-07 | 2013-08-28 | 古河電気工業株式会社 | 半導体レーザ駆動用電気パルス発生装置 |
| US8902939B2 (en) | 2010-01-22 | 2014-12-02 | Newport Corporation | Broadly tunable optical parametric oscillator |
| WO2011103497A1 (en) | 2010-02-19 | 2011-08-25 | Pacific Biosciences Of California, Inc. | Illumination of integrated analytical systems |
| US20110206071A1 (en) | 2010-02-24 | 2011-08-25 | Michael Karavitis | Compact High Power Femtosecond Laser with Adjustable Repetition Rate |
| US9054479B2 (en) | 2010-02-24 | 2015-06-09 | Alcon Lensx, Inc. | High power femtosecond laser with adjustable repetition rate |
| US8953651B2 (en) | 2010-02-24 | 2015-02-10 | Alcon Lensx, Inc. | High power femtosecond laser with repetition rate adjustable according to scanning speed |
| US8279901B2 (en) | 2010-02-24 | 2012-10-02 | Alcon Lensx, Inc. | High power femtosecond laser with adjustable repetition rate and simplified structure |
| JP5623121B2 (ja) | 2010-04-27 | 2014-11-12 | キヤノン株式会社 | 被検体情報取得装置 |
| US8865077B2 (en) | 2010-06-11 | 2014-10-21 | Industrial Technology Research Institute | Apparatus for single-molecule detection |
| US8865078B2 (en) | 2010-06-11 | 2014-10-21 | Industrial Technology Research Institute | Apparatus for single-molecule detection |
| CN101915752B (zh) | 2010-07-05 | 2012-06-06 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 激光扫描成像装置 |
| JP2012032183A (ja) | 2010-07-28 | 2012-02-16 | Olympus Corp | 試料観測装置および試料観測方法 |
| CN101938081B (zh) | 2010-09-01 | 2011-10-05 | 天津大学 | 基于多通脉冲压缩器的兆赫兹光子晶体光纤超短脉冲激光器 |
| CN102448211A (zh) | 2010-09-30 | 2012-05-09 | 富准精密工业(深圳)有限公司 | 发光二极管驱动电路 |
| US8565609B2 (en) * | 2010-12-15 | 2013-10-22 | Raytheon Company | Distribution system for optical reference |
| JP2012150186A (ja) | 2011-01-18 | 2012-08-09 | Nikon Corp | 出力波長選択型レーザ装置 |
| BR112013021144A2 (pt) | 2011-02-18 | 2016-11-22 | Nvs Technologies Inc | detecção quantitativa altamente multiplexada de ácidos nucléicos |
| CN103460026B (zh) | 2011-03-29 | 2015-06-10 | 奥林巴斯株式会社 | 利用单个发光粒子检测的光分析装置、光分析方法以及光分析用计算机程序 |
| JP5885738B2 (ja) * | 2011-04-13 | 2016-03-15 | オリンパス株式会社 | 単一発光粒子検出を用いた光分析装置、光分析方法及び光分析用コンピュータプログラム |
| US8728563B2 (en) | 2011-05-03 | 2014-05-20 | Palmaz Scientific, Inc. | Endoluminal implantable surfaces, stents, and grafts and method of making same |
| JP5517992B2 (ja) | 2011-05-20 | 2014-06-11 | 株式会社日立メディアエレクトロニクス | 走査型投射装置 |
| US8774238B2 (en) | 2011-06-30 | 2014-07-08 | Coherent, Inc. | Mode-locked optically pumped semiconductor laser |
| CN103814289A (zh) * | 2011-07-22 | 2014-05-21 | 比奥森西亚专利有限公司 | 用于发光免疫测定的读取器装置 |
| KR101264225B1 (ko) | 2011-08-22 | 2013-05-14 | 한국전기연구원 | 레이저 다이오드 광펌핑 모듈을 이용한 펨토초 레이저 장치 |
| DE102011114874A1 (de) | 2011-09-30 | 2013-04-04 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Auswerteschaltung für einen optoelektronischen Detektor und Verfahren zum Aufzeichnen von Fluoreszenzereignissen |
| JP2014531777A (ja) | 2011-10-07 | 2014-11-27 | マツクス−プランク−ゲゼルシヤフト ツール フエルデルング デル ヴイツセンシヤフテン エー フアウＭＡＸ−ＰＬＡＮＣＫ−ＧＥＳＥＬＬＳＣＨＡＦＴ ＺＵＲ ＦＯｅＲＤＥＲＵＮＧ ＤＥＲ ＷＩＳＳＥＮＳＣＨＡＦＴＥＮ Ｅ．Ｖ． | カー効果に基づくモード同期を用いたレーザ装置、およびその動作 |
| CA2856163C (en) | 2011-10-28 | 2019-05-07 | Illumina, Inc. | Microarray fabrication system and method |
| DE102011055330A1 (de) | 2011-11-14 | 2013-05-16 | Leica Microsystems Cms Gmbh | Verfahren zum Messen der Lebensdauer eines angeregten Zustandes in einer Probe |
| US9606060B2 (en) | 2012-01-13 | 2017-03-28 | California Institute Of Technology | Filterless time-domain detection of one or more fluorophores |
| US9372308B1 (en) | 2012-06-17 | 2016-06-21 | Pacific Biosciences Of California, Inc. | Arrays of integrated analytical devices and methods for production |
| CN102832536A (zh) | 2012-08-16 | 2012-12-19 | 中国科学院光电研究院 | 一种用于输出锁模皮秒激光的谐振腔及锁模皮秒激光器 |
| CA3178340A1 (en) | 2012-08-20 | 2014-02-27 | Illumina, Inc. | Method and system for fluorescence lifetime based sequencing |
| WO2014099776A1 (en) | 2012-12-18 | 2014-06-26 | Pacific Biosciences Of California, Inc. | Illumination of optical analytical devices |
| US8724666B1 (en) | 2013-01-04 | 2014-05-13 | Alcon Lensx, Inc. | Self starting mode-locked laser oscillator |
| JP5705887B2 (ja) | 2013-01-17 | 2015-04-22 | 古河電気工業株式会社 | 光操作装置 |
| JP6163308B2 (ja) | 2013-02-04 | 2017-07-12 | スペクトロニクス株式会社 | 短光パルス発生装置 |
| JP6161188B2 (ja) | 2013-02-05 | 2017-07-12 | 株式会社ブイ・テクノロジー | レーザ加工装置、レーザ加工方法 |
| WO2014142981A1 (en) | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Illumina, Inc. | Enzyme-linked nucleotides |
| US20160238532A1 (en) | 2013-06-21 | 2016-08-18 | Invenio Imaging Inc. | Multi-photon systems and methods |
| JP2015015337A (ja) | 2013-07-04 | 2015-01-22 | キヤノン株式会社 | モードロックレーザ |
| CA2930836A1 (en) | 2013-11-17 | 2015-05-21 | Quantum-Si Incorporated | Active-source-pixel, integrated device for rapid analysis of biological and chemical specimens |
| CN203774604U (zh) | 2014-03-05 | 2014-08-13 | 北京工业大学 | 一种sesam被动锁模激光器 |
| US9765395B2 (en) | 2014-04-28 | 2017-09-19 | Nanomedical Diagnostics, Inc. | System and method for DNA sequencing and blood chemistry analysis |
| CN104078839B (zh) | 2014-06-26 | 2017-04-19 | 中国科学院半导体研究所 | 基于波导耦合微盘光子分子激光器的光脉冲同步信号源 |
| US9759658B2 (en) * | 2014-08-08 | 2017-09-12 | Quantum-Si Incorporated | Integrated device for temporal binning of received photons |
| MX2017001808A (es) | 2014-08-08 | 2018-02-08 | Quantum Si Inc | Dispositivo integrado con fuente de luz externa para el sondeo, deteccion y analisis de moleculas. |
| CN104201547A (zh) | 2014-09-16 | 2014-12-10 | 北京中科思远光电科技有限公司 | 带光纤种子的一体化超短脉冲激光***及其倍频*** |
| US9666748B2 (en) | 2015-01-14 | 2017-05-30 | International Business Machines Corporation | Integrated on chip detector and zero waveguide module structure for use in DNA sequencing |
| CN104518419B (zh) | 2015-01-28 | 2018-03-13 | 湖南科瑞特科技股份有限公司 | 一种被动锁模激光器 |
| US9645377B2 (en) | 2015-02-06 | 2017-05-09 | The Johns Hopkins University | Compressive imaging systems and methods |
| US10487356B2 (en) | 2015-03-16 | 2019-11-26 | Pacific Biosciences Of California, Inc. | Integrated devices and systems for free-space optical coupling |
| US9966723B2 (en) | 2015-05-14 | 2018-05-08 | Jgm Associates, Inc. | High pulse energy and high beam quality mini laser |
| US10246742B2 (en) * | 2015-05-20 | 2019-04-02 | Quantum-Si Incorporated | Pulsed laser and bioanalytic system |
| KR102516593B1 (ko) * | 2015-05-20 | 2023-04-03 | 퀀텀-에스아이 인코포레이티드 | 형광 수명 분석을 위한 광학 소스들 |
| US11466316B2 (en) | 2015-05-20 | 2022-10-11 | Quantum-Si Incorporated | Pulsed laser and bioanalytic system |
| US20210277463A1 (en) | 2015-05-20 | 2021-09-09 | Quantum-Si Invorporated | Pulsed laser and bioanalytic system |
| US10605730B2 (en) | 2015-05-20 | 2020-03-31 | Quantum-Si Incorporated | Optical sources for fluorescent lifetime analysis |
| BR112017024548B1 (pt) * | 2015-05-20 | 2022-05-31 | Quantum-Si Incorporated | Laser de modo bloqueado, método para sequenciamento de dna e instrumento bioanalítico |
| US10326251B2 (en) | 2015-06-08 | 2019-06-18 | University Of Central Florida Research Foundation, Inc. | Ultra-low noise mode-locked laser, methods, and applications |
| US10215846B2 (en) | 2015-11-20 | 2019-02-26 | Texas Instruments Incorporated | Compact chip scale LIDAR solution |
| US9971148B2 (en) | 2015-12-02 | 2018-05-15 | Texas Instruments Incorporated | Compact wedge prism beam steering |
| CN105588570B (zh) * | 2015-12-16 | 2019-03-26 | 中国空间技术研究院 | 一种大容量和带时戳的无线数据传输采集*** |
| EP3296783B1 (en) | 2016-09-15 | 2023-11-29 | IMEC vzw | Integrated photonics waveguide grating coupler |
| US10551624B2 (en) | 2016-12-16 | 2020-02-04 | Quantum-Si Incorporated | Compact beam shaping and steering assembly |
| AU2017375481A1 (en) | 2016-12-16 | 2019-06-20 | Quantum-Si Incorporated | Compact mode-locked laser module |
| US11808700B2 (en) * | 2018-06-15 | 2023-11-07 | Quantum-Si Incorporated | Data acquisition control for advanced analytic instruments having pulsed optical sources |
| US10690853B2 (en) | 2018-06-25 | 2020-06-23 | International Business Machines Corporation | Optoelectronics integration using semiconductor on insulator substrate |
| CN114303082A (zh) | 2019-06-14 | 2022-04-08 | 宽腾矽公司 | 具有提升的波束校准灵敏度的分割光栅耦合器 |
| WO2021146346A1 (en) | 2020-01-14 | 2021-07-22 | Quantum-Si Incorporated | Amplitude-modulated laser |
-
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- 2019-06-14 US US16/442,206 patent/US11808700B2/en active Active
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