具有紫外活化的发光二极管的照明器系统的制作方法

具有紫外活化的发光二极管的照明器系统
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2020年5月13日提交的美国临时申请序列号63/024,169的权益，该临时申请通过引用以其整体被并入本文。


背景技术：

3.通过sds-page分离的蛋白质的可视化通常通过用染料或荧光化合物对凝胶染色来进行。染色程序涉及几个小时的蛋白质固定、染色和去染色。为了解决复杂染色程序的问题，bio-rad开发了专有的page凝胶，使蛋白质在uv活化步骤后直接发出荧光，消除了对繁琐的染色/去染色程序的需要。
4.用于对电泳分离的凝胶进行照明的常用工具是紫外(uv)透照器。如果凝胶用uv可激发的染色剂进行染色，则紫外光使样品发出荧光，该uv可激发的染色剂诸如溴化乙锭、oriole或免染
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凝胶，其是含有色氨酸和卤代烷烃之间的、uv光诱导的反应的产物的凝胶。透照器包括产生紫外光的荧光灯泡并包括光学过滤层。uv灯泡被安装在透照器内、在窗口后面，该窗口是样品所在的光学过滤层。窗口可以具有紫外透射和环境光(可见光)阻挡的过滤材料。就含有色氨酸与卤代烷烃之间的紫外光诱导的反应的产物的stain-free
tm
凝胶而言，6-8mw/cm2数量级的uv光活化凝胶达45秒至5分钟之间的时段。结果，该反应将三卤化合物共价地结合至色氨酸，使其在uv辐射下的天然荧光从uv带宽范围转移到可见光谱。如果需要对感兴趣的条带进行下游分析或纯化，可以用具有uv阻挡罩的透照器对样品进行照明，uv阻挡罩被放置在透照器使用者和样品之间。在进行进一步的步骤之前，从凝胶中切除条带。当样品是dna时，在液相色谱(lc)之后，质谱可被用于蛋白质样品或出于克隆目的的提取。
5.然而，为了对可以使用蓝光激发的“安全”凝胶(诸如花青sybr(由life tech(现在是thermo)开发)或嵌入gelgreen(由biotium制造))进行成像，或者为了对通常由白光照明的考马斯凝胶(其吸收光，因此条带看起来很暗)成像，需要将包含用于吸收uv光的荧光和/或过滤层并向样品提供蓝光或白光的附加托盘附接至透照器，从而使透照器的设置更大，制造成本更高，更难以操纵。


技术实现要素：

6.本领域仍然需要使用照明装置和系统进行样品可视化的改善的设计和技术。
7.本发明的实施例涉及一种具有用于样品可视化的发光二极管(led)的照明装置，该照明装置是轻量型的、低成本的且高能效的。
8.在实施例中，照明器装置可以包括：外壳；第一光源阵列，其被设置在外壳的至少一个第一侧表面上，包括至少一个第一多led，其中每个led可单独操作以发射第一波长范围内的、预定颜色的光；以及控制器，用于控制至少一个第一多led的操作参数的范围，该操作参数诸如电压、电流或强度。控制器可以被配置成用于发射至少一个第一多led的波长范围的光。照明器装置可进一步包括第二光源阵列，该第二光源阵列被设置在外壳的至少一
个第二侧表面上，包括至少一个第二多led，其中每个led可单独操作以发射第二波长范围内的、预定颜色的光。第一光源阵列可以是一组第一多led的一维或二维阵列。第一光源阵列可以包括可操作以输出第一波长范围内的光的一组第一多led。此外，控制器可以被配置成用于将用于发射一种预定颜色的光的多led调节为多种不同颜色。
9.照明器装置还可以包括：至少一个led发光锥体，其被设置在外壳的第一侧表面上，围绕至少一个第一多led以收集由led发射的光并使光透射通过外壳；全内反射(tir)层，其被设置在外壳的中心空间中，被配置成使由至少一个第一多led发射的光在外壳的空间内传播通过tir层；漫射层，其被设置在tir层的顶表面上以用于对光进行漫射；多个垂直棱镜层，其被设置在漫射层的顶表面上；以及保持结构(诸如夹具)，其被设置在外壳的内侧表面上以围绕腔室的整个周界。此外，控制器可以被配置成用于通过调节第一光源阵列的光功率来调制从第一光源阵列输出的光的强度。此外，从第一光源阵列发射的光入射在含有包括色氨酸与卤代烷烃之间的uv光诱导的反应的产物的凝胶的样本上，并且从第一光源阵列发射的光包括紫外(uv)光。针对最大相对反应效率的最佳波长被确定为280nm或约280nm。从第一光源阵列发射的光可以激发样品的荧光响应。
10.在另一实施例中，照明器装置可以包括：外壳；第一光源阵列，其被设置在外壳的至少一个第一侧表面上，包括至少一个第一多led，其中每个led可单独操作以发射第一波长范围内的、预定颜色的光；控制器，其用于控制至少一个第一多led的操作参数的范围；以及检测器，其用于检测光输出。
11.在一些实施例中，照明器装置可以包括：外壳；第一光源阵列，其被设置在外壳中，包括至少一个第一多led，其中每个led可单独操作以发射第一波长范围内的、预定颜色的光；第二光源阵列，其被设置在外壳中，包括至少一个第二多led，其中每个led可单独操作以发射第二波长范围内的、预定颜色的光；控制器，其用于控制至少一个第一多led的电压、电流或强度的范围；第一光源阵列和第二光源阵列各自为二维阵列，并且第一光源阵列和第二光源阵列彼此交错。
12.在某些实施例中，落射荧光(epi)照明器装置可以包括：外壳；第一光源阵列，其被设置在外壳中，包括至少一个第一多led，其中每个led可单独操作以发射在约200nm至约325nm的第一波长范围内的、具有280nm的峰值的预定颜色的光，以用于驱动色氨酸与卤代烷烃之间的、诸如免染色反应之类的反应，该反应可由以约280nm为中心的光高效地驱动；以及控制器，其用于控制所述至少一个第一多led的强度。
附图说明
13.图1是根据本发明的实施例的具有led的侧光式照明器装置的透视图。
14.图2是根据本发明的实施例的具有led的侧光式照明器装置的截面图。
15.图3(a)是根据本发明的实施例的具有led的侧光式照明器装置的原型的透视图。
16.图3(b)是根据本发明的实施例的具有led的侧光式照明器装置的原型的俯视图。
17.图4(a)是根据本发明的实施例的照明器装置的二维(2d)led阵列的原型的透视图。
18.图4(b)示意性地示出了根据本发明的实施例的照明器装置的2-d led阵列。
19.图5示出了根据本发明的实施例的通过不同波长的光源对溶菌酶的三氯乙烯
(tce)活化的曲线图，该曲线图图示出uv累积暴露与相对荧光性之间的关系。
20.图6(a)-图6(b)是根据本发明的实施例的以280nm波长照明的照明器装置的led组件的原型的透视图。
21.图7是根据本发明的实施例的、以280nm波长照明以用于测试活化时间的照明器装置的led组件的另一原型的透视图。
22.图8是根据本发明的实施例的、具有以280nm波长(用更长的波长进行切除得到)对包含色氨酸与卤代烷烃之间uv光诱导的反应的产物的凝胶进行无染色活化的落射荧光(epi)照明的照明器装置的原型的透视图。
具体实施方式
23.本发明的实施例提供了具有发光二极管(led)的照明器装置的应用，该照明器装置用于对包括色氨酸与卤代烷烃之间的uv光诱导反应产物的活化和荧光样品可视化。
24.在本文中所使用的上下文中，术语“紫外光”是指波长在约250纳米至约400纳米之间的光能。
25.示例1：具有发光二极管(led)的侧光式照明器
26.参照图1，具有led的侧光式照明器装置100可以包括：外壳105，该外壳105具有互连的底部衬底和限定内腔室的侧壁；第一光源阵列110，该第一光源阵列110被设置在外壳105的至少一个第一侧表面上，并且包括可操作以输出第一波长或第一波长范围内的光的至少一个第一多led 111；第二光源阵列115，该第二光源阵列115被设置在外壳105的至少一个第二侧表面上，并且至少包括可操作以输出第二波长范围内的第二波长的光的第二led 116；至少一个led发光锥体120，其被设置在外壳105的第一侧表面和/或第二侧表面上并围绕至少一个第一多led 111和/或至少一个第二多led 116；以及控制器130，用于控制操作参数的范围，该操作参数诸如至少一个第一多led 111和至少一个第一多led 116的波长。
27.在一个实施例中，照明器装置100的第一光源阵列110包括多个第一led111的一维阵列或多个第一led 111的二维阵列，这些第一led 111被定向在样品下方的水平面中并连接到为这些二极管供能的印刷电路板(未示出)。多个第一led 111中的led是间隔开的。
28.在另一实施例中，照明器装置100的第二光源阵列115包括多个第二led116的一维阵列或多个第二led 116的二维阵列，这些第二led 116被连接至为这些二极管供能的印刷电路板。多个第二led 116中的led是间隔开的。
29.led 115或116位于外壳105的至少一个侧表面上，使得由led 115或116输出的光从样品的侧面投射到样品(未示出)上。在存在预定义光谱中的光能的情况下，样品变得可见和/或产生荧光响应。
30.外壳105可以任选地包括盖子(未示出)，用于当这些光谱中的波长被采用时和/或在这些光谱中的波长被采用的情况下，保护操作者免受诸如紫外线辐射之类的潜在有害电磁辐射。替代地或附加地，盖子可以辅助提供可见光的颜色对比和/或颜色消除，以增强样本的可视化。盖子可以是可从外壳105移除的单独的防护罩，或者可以是可移除的但是铰接到外壳105上，以供在切除期间使用以便于接近外壳的顶部。当照明器被设置在开放空间中时，盖子可以被安装至照明器以覆盖照明器的一部分或全部。
31.再次参考图1，照明器装置100的控制器130可以被配置成用于选择或调节至少一个第一多led 111或至少一个第二多led 116的波长，以发射一种预定颜色的光。
32.控制器130可以包括开关，其用于例如在照明器设备100处于操作者的手动控制下的情况下选择性地操作相关联的光源阵列110/115。替代地或附加地，控制器130可以包括可编程设备，其执行关于光源阵列110/115的操作的指令。除了提供手动或自动切换能力之外，控制器130还可以被操作以改变由光源阵列110/115产生的光的强度。例如，根据本发明的实施例，控制器130向正在被操作的光源阵列110/115提供脉宽调制信号。如本领域技术人员可以理解的，通过改变被提供给光源阵列110/115的信号的占空比，光源阵列110/115产生的光的强度可以被改变。
33.如本领域技术人员可以理解的，控制器130可以控制用于向光源阵列110/115提供功率的单独的或集成的放大器。
34.此外，照明器装置100的控制器130可以被配置成用于通过单独地打开或关闭具有预定波长的不同led以发射各种不同颜色的光来改变至少一个第一多led 111或至少一个第二多led 116的强度。
35.如图1所示，至少一个led发光锥体120可包括各自具有设置在外壳105的第一或第二侧表面上的从远边缘到点或近边缘逐渐变细的形状的多个led发光锥体120。一个或多个第一led 111或一个或多个第二led 116可以被容纳在相应的led发光锥体120的中空空间中，使得由第一led 111或第二led 116发射的光被led发光锥体120的内表面收集并被反射以透射通过外壳105。
36.图2是根据本发明实施例的侧光式照明器装置(诸如具有led 100的透照器装置)的截面图。透照器装置100还可以包括全内反射(tir)层210、漫射层220、多个垂直棱镜层230、诸如夹具之类的保持结构240、以及反射层250。(tir)层210被设置在外壳105的中心空间中，并且被配置成使得由至少一个第一多led 111或至少一个第二多led 116发射的光在外壳105的空间内传播通过tir层210。漫射层220被设置在tir层210的顶表面上以用于对光进行漫射，并且多个垂直棱镜层230被设置在漫射层220的顶表面上。诸如夹具之类的保持结构240被设置在外壳的内侧表面上，以包围外壳的腔室的整个周界。反射层250被设置在tir层210和/或过滤器(未示出)的底表面上，以从由至少一个第一多led 111和/或至少一个第二多led 116发射的光中消除特定波长的光。
37.参照图3(a)和图3(b)，示出了具有led的侧光式透照器装置的原型的透视图和具有led的侧光式透照器装置的原型的俯视图。
38.在一个实施例中，侧光式透照组件可以包括具有多个可单独寻址的led集合的条形形状的一个或多个板，每个集合发射一种颜色的光。板被设置在组件的一个或多个侧面上，并且光被发射到包括硼硅酸盐玻璃或石英的tir层中，从而允许uv光透射到材料上。可以在玻璃或石英板的一侧形成有意施加的光散射图案，使得入射到图案的要素上的光不会被反射(当入射角》tir角时)，并且将朝着样品被发射。图案可以通过激光、化学蚀刻、印刷或其他方式来施加，并且在激光蚀刻的情况下，图案可以具有材料的表面或内部的点。替代实施例可以是在光散射图案中在第一材料内包含小部分的附加材料。反射层可以被施加到与样品/发射表面相对的底表面以及不包含led板的一些侧面上。它也可以被施加到带有led板的侧面，其中侧面中的部分不反光以允许光进入。反射表面可以形成为单独的部分。
39.在一个实施例中，tir层形成为具有扁平形状、锥形形状、具有圆形横截面积的多个层、或具有矩形或正方形横截面积的多个层。
40.在另一实施例中，侧光式透照组件可以包括具有多个可单独寻址的led集合的一个或多个板，每个集合发射一种颜色的光。板将光发射到跨越透照器长度或宽度的杆中，并且光通过全内反射沿着杆传播。杆可以具有使用上述方法施加的图案，以使入射到图案的要素的光以大于该材料中tir角的入射角撞击。板可以被安装在杆的两侧(例如，每一端)。可以利用彼此平行的多个板/杆集合。反射器可被施加于每个杆的两个底表面和杆的下方，以向上引导发射的光。杆的横截面形状可以是圆形或任何其他二维(2d)形状，包括但不限于弧形、直线和样条曲线，并被设计成使照明强度和均匀性最大化。
41.示例2：具有二维(2d)led阵列的照明器
42.图4(a)是根据本的发明实施例的照明器装置的二维(2d)led阵列的原型的透视图。图4(b)示意性地示出了根据本发明的实施例的照明器装置的2-d led阵列。
43.照明器装置100可以包括：第一光源阵列110，该第一光源阵列110包括至少一个第一多led 111，其中每个led可单独操作以发射第一波长范围内的、预定颜色的光；以及第二光源阵列115，该第二光源阵列115包括至少一个第二多led 116，其中每个led可单独操作以发射第二波长范围内的、预定颜色的光。第一光源阵列110和第二光源阵列115各自是二维阵列，并且第一光源阵列110和第二光源阵列115彼此交错。
44.示例3：具有照明波长为280纳米的led的照明器
45.图5示出了根据本发明的实施例的通过不同波长的光源对溶菌酶的三氯乙烯(tce)活化曲线图，该曲线图图示出uv累积暴露与相对荧光性之间的关系。tce和溶菌酶溶液被各种不同波长的光源照明，这些不同波长包括约254nm的uv带宽、约280nm、约305nm、约302nm的uv带宽、约345nm和约367nm。从图5中观察到，在约280nm的最佳波长下，可以实现最大的相对活化效率。
46.在另一实施例中，照明器装置100的控制器130可以被配置成用于控制至少第一led和至少一个第二多led在不同的时间段期间发光。
47.在一个实施例中，照明器装置100的控制器130可以被配置成用于通过调节第一光源阵列或第二光源阵列的光功率来调制从第一光源阵列或第二光源阵列输出的光的强度。
48.在一个实施例中，当至少一个第一多led发射具有约280nm的最佳波长特性的光时，控制器130可以被配置成用于调节至少一个第一多led的光功率，以确定至少一个第一多led的各种活化时间和功率的效果。
49.具有280nm波长的led的广域照明源的照明器装置100被测试，以通过调节来自led源的光功率来确定用于匹配常规活化的凝胶(常规活化时间可以从45秒变化到约5分钟)的凝胶带强度的活化时间和功率，直到它们相等。参考图6(a)-图6(b)，示出了以280nm波长照明的照明器装置的led组件的原型的透视图。
50.图7示出了根据本发明的实施例的照明器装置的led组件的另一原型的透视图，该led组件以280nm的波长照明以测试活化时间。led组件可以包括其上放置凝胶样品的支撑件、照射入射在凝胶样品上的波长为280nm的光的led源以及用于向led源提供功率的电源。
51.示例4：落射荧光(epi)照明器
52.在一个实施例中，照明器装置100可以包括产生落射荧光(epi)照明的led，落射荧
光(epi)照明包括紫外(uv)、蓝色、绿色和红色或这些颜色的组合，以对各种类型的凝胶样品成像。
53.图8示出了根据本发明的实施例的以280nm波长(用更长的波长进行切除得到)的照明器装置的原型的透视图，该照明器装置具有用于凝胶(例如stain-free
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凝胶)的免染色活化的落射荧光(epi)照明，该凝胶包括色氨酸与卤代烷烃之间的uv光诱导的反应的产物。
54.示例5：具有高强度led的照明器
55.在一个实施例中，照明器装置100的控制器130可以被配置成使得至少一个第一多led 111或至少一个第二多led 116实现全强度，例如基于uv灯泡的常规透照器的强度的4到10倍，从而允许更彻底的活化和更快的活化以节省使用者时间。
56.在一个实施例中，从照明器装置100的第一光源阵列110和/或第二光源阵列115发射的光入射在包括一种或多种凝胶(诸如stain-free
tm
凝胶)的样品上，该一种或多种凝胶是色氨酸与卤代烷烃之间的uv光诱导的反应的产物。
57.在一个实施例中，从照明器装置100的第一光源阵列110和/或第二光源阵列115发射的光包括紫外(uv)光。例如，uv光可以在约200nm至约325nm(优选地，约250nm至约320nm)的波长范围内，具有约280nm的峰值，以用于对凝胶(诸如stain-free
tm
凝胶)进行活化，该凝胶包括色氨酸与卤代烷烃之间的uv光诱导的反应的产物。
58.在一个实施例中，从照明器装置100的第一光源阵列110和/或第二光源阵列115发射的光包括可见光。
59.在一个实施例中，从照明器装置100的第一光源阵列110和/或第二光源阵列115发射的光包括基本上蓝色的光发射。
60.在一个实施例中，从照明器装置100的第一光源阵列110和/或第二光源阵列115发射的光包括基本上绿色的光发射。
61.在一个实施例中，从照明器装置100的第一光源阵列110和/或第二光源阵列115发射的光包括基本上红色的光发射。
62.在一个实施例中，从照明器装置100的第一光源阵列110和/或第二光源阵列115发射的光包括基本上白色的光发射。
63.在一个实施例中，从照明器装置100的第一光源阵列110和/或第二光源阵列115发射的光激发样品的荧光响应。
64.当在本文中结合数值使用术语“约”时，应当理解，该值可以在该值的95％到该值的105％的范围内，即该值可以是所述值的+/-5％。例如，“约1公斤”是指从0.95公斤到1.05公斤。
65.本发明包括但不限于以下示例性实施例。
66.实施例1。一种照明器装置，包括：
67.外壳；
68.第一光源阵列，被设置在外壳的至少一个第一侧表面上，包括至少一个第一多led，该至少一个第一多led可操作以输出第一波长范围内的光；以及
69.控制器，用于控制至少一个第一多led的操作参数的范围。
70.实施例2。根据实施例1所述的照明器装置，控制器被配置成用于控制至少一个第
一多led的强度。
71.实施例3。根据实施例1-2中任一项所述的照明器装置，还包括：
72.第二光源阵列，被设置在外壳的任何侧表面上，包括至少一个第二多led，该至少一个第二多led可操作以输出第二波长范围内的光。
73.实施例4。根据实施例1-3中任一项所述的照明器装置，其中，第一光源阵列是多个第一led的一维或二维阵列。
74.实施例5。根据实施例4所述的照明器装置，其中，第一光源阵列包括可操作以输出第一波长范围内的光的多个第一led。
75.实施例6。根据实施例5所述的照明器装置，其中，控制器被配置成用于选择第一led以发射一种预定颜色的光。
76.实施例7。根据实施例5所述的照明器装置，其中，控制器被配置成用于调节一个或多个第一led的波长以发射各种不同颜色的光。
77.实施例8。根据实施例1-7中任一项所述的照明器装置，还包括至少一个led发光锥体，该至少一个led发光锥体被设置在外壳的第一侧表面上，围绕至少一个第一多led以收集由led发射的光并使光透射通过外壳。
78.实施例9。根据实施例8所述的照明器装置，还包括设置在外壳的中心空间中的全内反射(tir)层，该tir层被配置成使得由至少一个第一多led发射的光在外壳的空间内传播通过tir层。
79.实施例10。根据实施例9所述的照明器装置，还包括被设置在tir层的顶表面上以用于对光进行漫射的漫射层。
80.实施例11。根据实施例10所述的照明器装置，还包括被设置在漫射层的顶表面上的多个垂直棱镜层。
81.实施例12。根据实施例11所述的照明器装置，还包括被设置在外壳的内侧表面上以围绕外壳的整个周界的保持结构，诸如夹具。
82.实施例13。根据实施例1-12中任一项所述的照明器装置，其中控制器被配置成用于通过调节第一光源阵列的光功率来调制从第一光源阵列输出的光的强度。
83.实施例14。根据实施例1-13中任一项所述的照明器装置，其中控制器被配置成用于调制从第一光源阵列输出的光的强度。
84.实施例15。根据实施例14所述的照明器装置，其中，针对最大相对免染色活化效率的最佳波长被确定为约280纳米(nm)。
85.实施例16。根据实施例15所述的照明器装置，当至少一个第一多led发射具有约280nm的最佳波长的光时，控制器被配置成用于调节该至少一个第一多led的光功率，以修改该至少一个第一多led的各种免染色活化时间。
86.实施例17。根据实施例1-16中任一项所述的照明器装置，其中控制器被配置成用于调制从第一光源阵列输出的光的强度，以确定用于光入射所在的样品的彻底活化或快速活化的最佳强度。
87.实施例18。根据实施例1所述的照明器装置，其中从第一光源阵列发射的光入射在含有包括色氨酸与卤代烷烃之间uv光诱导的反应的产物的凝胶的样品上。
88.实施例19。根据实施例1所述的照明器装置，其中，从第一光源阵列发射的光包括
紫外(uv)光或可见光。
89.实施例20。根据实施例1所述的照明器装置，其中，从第一光源阵列发射的光激发样品的荧光响应。
90.实施例21。一种照明器系统，包括：
91.如实施例1所述的照明器装置；以及
92.检测器，用于检测光输出。
93.实施例22。一种照明器装置，包括：
94.外壳；
95.第一光源阵列，被设置在外壳中，包括至少一个第一多led，该至少一个第一多led可操作以输出第一波长范围内的光；
96.第二光源阵列，被设置在外壳中，包括至少一个第二多led，该至少一个第二多led可操作以输出第二波长范围内的光；
97.控制器，用于控制至少一个第一多led的波长的范围；
98.其中，第一光源阵列和第二光源阵列各自是二维阵列，并且
99.其中，第一光源阵列和第二光源阵列彼此交错。
100.实施例23。一种落射荧光(epi)照明器装置，包括：
101.外壳；
102.第一光源阵列，被设置在外壳中，包括至少一个第一多led，该至少一个第一多led可操作以输出在约200nm至约325nm的第一波长范围内的、具有约280纳米的峰值的光，以用于对包括色氨酸与卤代烷烃之间的uv光诱导的反应的产物的凝胶进行活化；以及
103.控制器，用于控制至少一个第一多led的强度。
104.如本领域的技术人员将从前面的具体实施方式并从附图中认识到的，可以对本发明的实施例进行修改和改变，而不脱离所附权利要求书中限定的本发明的范围。
105.此处引用或引述的所有专利、专利申请、临时申请和出版物通过引用的方式以其整体并入本文，包括所有附图和表格，只要它们与本说明书的明确教导不一致。
106.应当理解，本文中描述的示例和实施例仅出于说明性目的，并且将向本领域技术人员建议根据这些示例和实施例的各种修改或改变，并且这些修改或改变将包括在本技术的精神和范围内。