專利名稱：基因芯片共焦掃描儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)掃描儀，特別是一種基因芯片共焦掃描儀。
目前最常用的基因掃描儀是美國AFFYMETRIX公司生產(chǎn)的。這種產(chǎn)品存在如下兩個問題1、做為整個掃描儀基礎(chǔ)的光學(xué)系統(tǒng)尤其是聚焦顯微鏡應(yīng)當(dāng)是靜止不動的。而該公司基因芯片掃描儀的光學(xué)系統(tǒng)卻繞一個光軸來回擺動，從而激光點也高速來回擺動以實現(xiàn)掃描。這樣就使基準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)來回不停的沖擊震動，容易造成光學(xué)元件松動和失調(diào)。
2、人眼無法觀察基因芯片。
本發(fā)明的目的就是為人們提供一種掃描時光學(xué)系統(tǒng)靜止不動的基因芯片掃描儀。
本發(fā)明的目的還在于為人們提供一種掃描時光學(xué)系統(tǒng)靜止不動同時人眼可觀察的基因掃描儀。
本發(fā)明由激光激發(fā)單元、探測單元、掃描單元、信號處理與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元和計算機(jī)處理單元幾大部分構(gòu)成。激光激發(fā)單元與探測單元的光軸相交，掃描單元位于激光激發(fā)單元的下方，可在水平面上沿X、Y方向移動，計算機(jī)處理單元一方面通過信號處理與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元與探測單元相連，對其輸出的信號進(jìn)行處理，另一方面與掃描單元相連，控制其移動。
激光激發(fā)單元由激光器及依次設(shè)置在同一光軸上的前反射鏡、聚焦透鏡、小孔光欄、準(zhǔn)直物鏡、反射鏡及顯微物鏡構(gòu)成。
探測單元由在同一光軸上依次設(shè)置的濾波片、會聚透鏡、小孔光欄及探測器構(gòu)成。
掃描單元由工作臺和相互垂直的X方向掃描移動單元和Y方向移動單元及微位移器構(gòu)成；工作臺固定在X方向掃描移動單元上，而X方向掃描移動單元則固定在Y方向移動單元上。微位移器與工作臺活動連接，其動作由計算機(jī)處理單元控制。
為了實現(xiàn)第二發(fā)明目的，即觀察被掃描的基因芯片，本發(fā)明還可增加一個觀察單元，該觀察單元的部分光軸與探測單元及激光激發(fā)單元的光軸重合。
本發(fā)明的基準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)保持靜止不動，滿足共焦原理，同時可供人眼觀察。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。


圖1為本發(fā)明的光路及結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明工作臺的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明的Y方向掃描移動單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明的X方向掃描移動單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明的計算機(jī)處理單元的處理流程示意圖。
如圖1所示，本發(fā)明由激光激發(fā)單元、探測單元、觀察單元、掃描單元、信號處理與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元及計算機(jī)處理單元幾大部分構(gòu)成。激光激發(fā)單元由兩個激光器1及依次設(shè)置在同一光軸上的前反射鏡3、聚焦透鏡4、小孔光欄5、準(zhǔn)直物鏡6、反射鏡7及顯微物鏡8構(gòu)成。激光器1可如圖1所示其中的一個，或多個具有不同波長的激光器，無論哪種情況，激光器1均通過前反射鏡3耦合到激光激發(fā)單元的光路。
探測單元由在同一光軸上依次設(shè)置的濾波片11、會聚透鏡12、小孔光欄15及探測器16構(gòu)成。
掃描單元由工作臺2和相互垂直的X方向掃描移動單元26和Y方向移動單元27及微位移器20構(gòu)成。工作臺2由載物臺10、框架17、導(dǎo)軌18和19構(gòu)成，框架17兩側(cè)分別通過導(dǎo)軌18和19與載物臺10聯(lián)結(jié)，可沿兩導(dǎo)軌來回移動；微位移器20固定在載物臺10上，與框架17通過鉸鏈或其它方式活動連接，其動作受計算機(jī)處理單元21控制，可在其控制下在Y方向來回快速做數(shù)百微米的精密位移。
X和Y方向掃描移動單元均由受計算機(jī)處理單元21控制的步進(jìn)電機(jī)22、導(dǎo)軌23、絲杠24、滑塊25及固定板31構(gòu)成。步進(jìn)電機(jī)22與絲桿24相連，導(dǎo)軌23與絲杠24平行設(shè)置，滑塊25可在絲杠24的帶動下沿導(dǎo)軌23移動。X方向掃描移動單元通過其固定板與Y方向掃描移動單元的滑塊25連為一體，同時X方向掃描移動單元又通過其滑塊25與工作臺的載物臺10相連。
在計算機(jī)21控制下，X、Y方向的掃描移動單元的步進(jìn)電機(jī)22作精密步距角的移動，帶動絲桿24轉(zhuǎn)動，使滑塊25沿導(dǎo)軌23作精密移動，從而帶動工作臺2在X、Y兩個方向做大范圍運動。
觀察單元的部分光軸與探測單元及激光激發(fā)單元的光軸重合，由光源29、透鏡30、轉(zhuǎn)折棱鏡13及目鏡14構(gòu)成。光源29及透鏡30位于載物臺10的下方，需要觀察時，轉(zhuǎn)折棱鏡13可移到探測單元的會聚透鏡12和小孔光欄15之間。
激光激發(fā)單元的小孔光欄5和探測單元的小孔光欄15共焦。
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的工作原理說明如下工作時，被掃描的基因芯片放置在固定于載物臺10上的載玻璃9上。
波長分別為650nm功率30mW和波長532nm功率50mW的兩個激光器1作為本發(fā)明的兩種光源，供使用者選用其一。其中的一個激光器1發(fā)出激光，經(jīng)前反射鏡3被焦距為50mm的聚焦透鏡4會聚進(jìn)入孔徑為數(shù)百微米左右的小孔光蘭5，被焦距為180mm的準(zhǔn)直物鏡6準(zhǔn)直為平行光，再經(jīng)反射鏡7反射后由數(shù)值孔徑為0.65顯微物鏡8會聚到基因芯片9上，激發(fā)出熒光。顯微物鏡8把熒光準(zhǔn)直，再穿過反射鏡7和濾波片11，被焦距為180mm的會聚透鏡12聚焦到孔徑為數(shù)百微米左右的小孔光蘭15。此時，小孔光蘭5，基因芯片上的被探測點和小孔光蘭15三點共焦情況下的熒光信號被高靈敏度光電倍增管即探測器16探測到并被轉(zhuǎn)換成電流，經(jīng)信號處理與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元28放大、濾波及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后送入計算機(jī)處理單元21存貯。信號處理與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移單元采用現(xiàn)有技術(shù)即可，在此不作贅述。計算機(jī)處理單元的處理流程如圖5所示，由有關(guān)軟件完成。
反射鏡7和濾波片11構(gòu)成一個濾波器組合。當(dāng)選取不同的激光器1時，此濾波器組合要與選用的激光器相匹配。
計算機(jī)處理單元21控制步距角為0.9°、脈沖頻率約為1000Hz的步進(jìn)電機(jī)22帶動螺距為4mm的滾珠絲桿24轉(zhuǎn)動。因此X、Y的方向移動掃描便可實現(xiàn)，其分辨率可達(dá)1.25μm。同時，計算機(jī)處理單元21控制微位移器20作精密位移掃描。此時微位移器的行程為數(shù)百微米左右，位移分辨率可達(dá)納米(nm)級，振動頻辨率可達(dá)250Hz以上。
在X、Y方向掃描移動單元和微位移器的共同作用下，本發(fā)明可實現(xiàn)基因芯片的全場掃描。例如，當(dāng)微位移器20的行程設(shè)定為100μm，X方向掃描移動單元步進(jìn)電機(jī)的掃描行程設(shè)定為12.8mm，便實現(xiàn)了0.1mm×12.8mm范圍的基因芯片掃描。緊接著Y方向掃描移動單元步進(jìn)電機(jī)拖動的掃描前進(jìn)0.1mm，便開始下一個0.1mm×12.8mm的掃描。如此往復(fù)不斷，便可實現(xiàn)基因芯片全場快速而精密的掃描，從而獲得基因芯片全場熒光圖像。
權(quán)利要求
1.一種基因芯片共焦掃描儀，包括激光激發(fā)單元、探測單元、掃描單元、信號處理與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元和計算機(jī)處理單元，其特征在于激光激發(fā)單元與探測單元的光軸相交，掃描單元位于激光激發(fā)單元的下方，可在水平面上沿X、Y方向移動，計算機(jī)處理單元(21)一方面通過信號處理與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元(28)和探測單元相連，對其輸出的信號進(jìn)行處理，另一方面與掃描單元相連，控制其移動。
2.一種基因芯片共焦掃描儀，包括激光激發(fā)單元、探測單元、觀察單元、掃描單元、信號處理與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元和計算機(jī)處理單元，其特征在于激光激發(fā)單元與探測單元的光軸相交，觀察單元的部分光軸與探測單元及激光激發(fā)單元的光軸重合，掃描單元位于激光激發(fā)單元的下方，可在水平面上沿X、Y方向移動，計算機(jī)處理單元(21)一方面通過信號處理與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元(28)和探測單元相連，對其輸出的信號進(jìn)行處理，另一方面與掃描單元相連，控制其移動。
3.如權(quán)利要求1或2所述的基因芯片共焦掃描儀，其特征在于激光激發(fā)單元由激光器1及依次設(shè)置在同一光軸上的前反射鏡3、聚焦透鏡4、小孔光欄5、準(zhǔn)直物鏡6、反射鏡7及顯微物鏡8構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求3所述的基因芯片共焦掃描儀，激光器1可以是一個，也可以是多個具有不同波長的激光器，通過前反射鏡3耦合到激光激發(fā)單元的光路。
5.如權(quán)利要求1或2所述的基因芯片共焦掃描儀，其特征在于探測單元由在同一光軸上依次設(shè)立的濾波片11、會聚透鏡12、小孔光欄15及探測器16構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1或2所述的基因芯片共焦掃描儀，其特征在于掃描單元由工作臺2和相互垂直的X方向掃描移動單元26和Y方向掃描移動單元27及微位移器20構(gòu)成；工作臺2固定在X方向掃描移動單元26上，而X方向掃描移動單元26則固定在Y方向移動單元27上，微位移器20固定在工作臺2上，其動作由計算機(jī)處理單元21控制。
7.如權(quán)利要求6所述的基因芯片共焦掃描儀，其特征在于工作臺2由載物臺10、框架17、導(dǎo)軌18和19構(gòu)成；框架17兩側(cè)分別通過導(dǎo)軌18和19與載物臺10聯(lián)結(jié)，可沿兩導(dǎo)軌來回移動；固定在載物臺10上的微位移器20與框架17活動連接。
8.如權(quán)利要求6所述的基因芯片共焦掃描儀，其特征在于X和Y方向掃描移動單元均由受計算機(jī)處理單元21控制的步進(jìn)電機(jī)22、導(dǎo)軌23、絲杠24、滑塊25構(gòu)成，步進(jìn)電機(jī)22與絲桿24相連，導(dǎo)軌23與絲杠24平行設(shè)置，滑塊25可在絲杠24的帶動下沿導(dǎo)軌23移動；兩掃描移動單元通過各自的固定板連為一體，其中X方向掃描移動單元則通過其滑塊25與工作臺的載物臺10相連。
9.如權(quán)利要求2所述的基因芯片其焦掃描儀，其特征在于觀察單元由光源29、透鏡30、轉(zhuǎn)折棱鏡13及目鏡14構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求5所述的基因芯片掃描儀，其特征在于激光激發(fā)單元的小孔光欄5與探測單元的小孔光欄15共焦。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基因芯片共焦掃描儀,包括激光激發(fā)單元、探測單元、掃描單元、信號處理與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元和計算機(jī)處理單元。激光激發(fā)單元與探測單元的光軸相交,掃描單元位于激光激發(fā)單元的下方,可沿X、Y方向移動,計算機(jī)處理單元一方面通過信號處理與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元和探測單元相連,對其輸出的信號進(jìn)行處理,另一方面與掃描單元相連,控制其移動。本發(fā)明的基準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)保持靜止不動,滿足共焦原理,同時可供人眼觀察。
文檔編號G01N21/64GK1305101SQ0110811
公開日2001年7月25日 申請日期2001年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月7日
發(fā)明者陶純堪, 高萬榮, 卞松玲, 楊曉春, 黃琳, 胡茂海 申請人:北京清大德人顯微數(shù)字技術(shù)有限公司