專利名稱：生物芯片閱讀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種諸如DNA芯片、蛋白質(zhì)芯片等的生物芯片閱讀器，特別涉及一種能夠靈活處理光學(xué)系統(tǒng)的性能波動(dòng)和光學(xué)系統(tǒng)中的長(zhǎng)期變化、并使降低成本成為可能的生物芯片閱讀器。
背景技術(shù)：
生物芯片具有這樣的基片，即，在其上像陣列一樣放置了數(shù)千到數(shù)萬(wàn)種類型的已知的DNA片段。如果允許未知DNA片段流入這種DNA芯片，那么利用相同類型的DNA片段相互結(jié)合的性質(zhì)、使用生物芯片閱讀器對(duì)已知DNA的結(jié)合情況進(jìn)行檢查，從而確定未知DNA序列等。
圖17為示出在這樣的生物芯片上進(jìn)行雜交示例的說(shuō)明圖。在圖17中，由“DN01”、“DN02”、“DN03”、“DN04”、“DN05”、“DN06”表示的六種類型的DNA片段的位點(diǎn)像陣列一樣放置在由“SB01”表示的基片上，從而構(gòu)成了DNA芯片。
另一方面，圖17中的“UN01”為未知DNA片段，該未知DNA片段被預(yù)先附加了如圖17中“LM01”所表示的熒光標(biāo)記。將這樣的未知DNA片段與上述DNA芯片進(jìn)行雜交，從而使DNA片段與互補(bǔ)序列進(jìn)行結(jié)合。
例如，如圖17中“CB01”所示，在圖17中“UN01”的未知DNA片段與圖17中“DN01”的已知DNA片段結(jié)合。
利用生物芯片閱讀器，將激勵(lì)光照射到這樣雜交的DNA芯片上，并且檢測(cè)出熒光標(biāo)記產(chǎn)生的熒光，從而能夠確定未知DNA片段與哪一個(gè)已知DNA片段結(jié)合。
例如，在如圖17中“SI01”所表示的DNA芯片的掃描結(jié)果的圖像中，只在圖17中“CB01”的部分產(chǎn)生熒光，并因此僅能檢測(cè)到來(lái)自圖17中“LD01”所表示的部分的熒光。
JP-A-2001-194309、JP-A-2001-194310、JP-A-2003-028799、JP-A-2003-057557、JP-A-2004-138420被看作是與諸如DNA芯片或蛋白質(zhì)芯片等生物芯片閱讀器相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)。
圖18為示出現(xiàn)有技術(shù)中生物芯片閱讀器示例的結(jié)構(gòu)框圖。在圖18中，標(biāo)號(hào)1表示在圓形基片上形成有多個(gè)微透鏡的微透鏡板，標(biāo)號(hào)2表示用于根據(jù)光的波長(zhǎng)進(jìn)行透射或反射的分色鏡，標(biāo)號(hào)3表示具有像陣列一樣放置的多個(gè)位點(diǎn)的生物芯片，標(biāo)號(hào)4表示透鏡，標(biāo)號(hào)5表示用于阻擋特定波長(zhǎng)區(qū)域的光透射的屏障濾光片，標(biāo)號(hào)6表示諸如照相機(jī)等的攝像部分，以及標(biāo)號(hào)7表示用于旋轉(zhuǎn)微透鏡板1的諸如電動(dòng)機(jī)等的驅(qū)動(dòng)部分。
圖18中的“EL11”所表示的激勵(lì)光(來(lái)自諸如用于發(fā)射相于光的激光光源等光源(未示出)的出射光)照射到微透鏡板1上，并且激勵(lì)光會(huì)聚于在微透鏡板1上形成的多個(gè)微透鏡上，然后透過(guò)分色鏡2，最后會(huì)聚于生物芯片3上。
通過(guò)激勵(lì)光在生物芯片3上產(chǎn)生的熒光(具體而言，在放置了同一種類型的多個(gè)DNA片段的位點(diǎn)處所產(chǎn)生的熒光)被分色鏡2反射，并且該反射光通過(guò)透鏡4后透過(guò)屏障濾光片5，最后會(huì)聚于攝像(圖像采集)部分6上。
另一方面，驅(qū)動(dòng)部分7使微透鏡板1圍繞圓板中心軸旋轉(zhuǎn)，從而使形成在微透鏡板1上的多個(gè)微透鏡的位置移動(dòng)，并且相應(yīng)地，會(huì)聚在多個(gè)微透鏡上的激勵(lì)光對(duì)生物芯片3的表面進(jìn)行掃描。
例如，圖19為示出微透鏡板1的示例平面圖。如圖19所示，在微透鏡板1上螺旋形地設(shè)置如圖19中“ML21”所表示的微透鏡，并且使這樣形成有多個(gè)微透鏡的微透鏡板1圍繞其中心軸旋轉(zhuǎn)，從而使得會(huì)聚在多個(gè)微透鏡上的激勵(lì)光對(duì)生物芯片3的表面進(jìn)行掃描。
(在日本專利No.2663766與2692416中描述過(guò)典型示例。)然而，在圖18所示的現(xiàn)有技術(shù)示例中，需要在微透鏡板1的準(zhǔn)確位置處形成微透鏡且準(zhǔn)確地設(shè)置中心軸、并使驅(qū)動(dòng)部分7的電動(dòng)機(jī)的偏心與攝像部分6的照相機(jī)同步旋轉(zhuǎn)等，從而導(dǎo)致了成本的增加；這是一個(gè)問(wèn)題。
如果使用激光光源的出射光作為激勵(lì)光，那么諸如激光光源的出射光的光分布不勻等性能波動(dòng)或透鏡、分色鏡等光學(xué)系統(tǒng)的不潔或長(zhǎng)期變化(老化)，均會(huì)直接影響用攝像部分6拍攝的圖像、使S/N(信噪比)惡化；這是一個(gè)問(wèn)題。
例如，圖20與21為示出當(dāng)使用用于根據(jù)激勵(lì)光而均勻地產(chǎn)生熒光的熒光板代替生物芯片3時(shí)，拍攝圖像與任意軸向光量的分布特性示例的說(shuō)明圖。
如圖20所示，盡管圖像應(yīng)該具有均勻光量，但像由諸如激光光源的出射光的光分布不勻等性能波動(dòng)或者光學(xué)系統(tǒng)中的長(zhǎng)期變化與不潔引起的圖像不均和干涉條紋的圖案，均反映在拍攝圖像中，并且容易看出在圖21中“CH41”表示由圖20中“LN31”所表示的線上的光量分布，在圖21“CH41”中，光量的特性曲線為非均勻光量、并且S/N惡化的特性曲線。
其原因是由于使用激光等的相干光作為光源，容易發(fā)生諸如散斑噪聲等干涉噪聲。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠靈活處理光學(xué)系統(tǒng)的性能波動(dòng)和光學(xué)系統(tǒng)中的長(zhǎng)期變化、并使降低成本成為可能的生物芯片閱讀器。
本發(fā)明提供一種生物芯片閱讀器，包括在其上任意位置設(shè)置有多個(gè)微透鏡的微透鏡板，多個(gè)微透鏡的發(fā)散光或會(huì)聚光的出射角被限制為窄角，其中多個(gè)微透鏡中的每一個(gè)均具有任意大?。还庠?，其將作為激勵(lì)光的相干光照射到微透鏡板上；分色鏡，其透射或反射從微透鏡板來(lái)的出射光，并且反射或透射在生物芯片上產(chǎn)生的熒光；攝像部分；透鏡，其將在分色鏡上反射或透射的光會(huì)聚到攝像部分中；屏障濾光片，其設(shè)置在分色鏡與攝像部分之間；以及驅(qū)動(dòng)部分，其對(duì)微透鏡板進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其中在該驅(qū)動(dòng)部分對(duì)微透鏡板進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的同時(shí)，由多個(gè)微透鏡進(jìn)行發(fā)散或會(huì)聚的激勵(lì)光對(duì)生物芯片的表面進(jìn)行掃描。因此，能夠靈活處理光學(xué)系統(tǒng)的性能波動(dòng)和光學(xué)系統(tǒng)中的長(zhǎng)期變化，并使降低生物芯片閱讀器的成本成為可能。
在該生物芯片閱讀器中，由于多個(gè)微透鏡是通過(guò)在微透鏡板的基片上設(shè)置凸出(中凸的)凹陷(中凹的)來(lái)形成的。因此，能夠靈活處理光學(xué)系統(tǒng)的性能波動(dòng)和光學(xué)系統(tǒng)中的長(zhǎng)期變化，并使降低生物芯片閱讀器的成本成為可能。
在該生物芯片閱讀器中，由于是通過(guò)在基片上分布具有與微透鏡板的基片的折射率不同的折射率的區(qū)域來(lái)形成多個(gè)微透鏡的。因此，能夠靈活處理光學(xué)系統(tǒng)的性能波動(dòng)和光學(xué)系統(tǒng)中的長(zhǎng)期變化，并使降低生物芯片閱讀器的成本成為可能。
在該生物芯片閱讀器中，由于微透鏡板為玻璃或樹(shù)脂。因此，能夠靈活處理光學(xué)系統(tǒng)的性能波動(dòng)和光學(xué)系統(tǒng)中的長(zhǎng)期變化，并使降低生物芯片閱讀器的成本成為可能。
在該生物芯片閱讀器中，由于驅(qū)動(dòng)部分對(duì)微透鏡板進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。因此，能夠靈活處理光學(xué)系統(tǒng)的性能波動(dòng)和光學(xué)系統(tǒng)中的長(zhǎng)期變化，并使降低生物芯片閱讀器的成本成為可能。
在該生物芯片閱讀器中，由于驅(qū)動(dòng)部分使微透鏡板在一維方向、二維方向，或三維方向上進(jìn)行移動(dòng)。因此，能夠靈活處理光學(xué)系統(tǒng)的性能波動(dòng)和光學(xué)系統(tǒng)中的長(zhǎng)期變化，并使降低生物芯片閱讀器的成本成為可能。
在該生物芯片閱讀器中，由于驅(qū)動(dòng)部分使微透鏡板進(jìn)行振動(dòng)。因此，能夠靈活處理光學(xué)系統(tǒng)的性能波動(dòng)和光學(xué)系統(tǒng)中的長(zhǎng)期變化，并使降低生物芯片閱讀器的成本成為可能。
在該生物芯片閱讀器中，由于多個(gè)微透鏡中的每一個(gè)均為圓形。因此，能夠靈活處理光學(xué)系統(tǒng)的性能波動(dòng)和光學(xué)系統(tǒng)中的長(zhǎng)期變化，并使降低生物芯片閱讀器的成本成為可能。
在該生物芯片閱讀器中，由于多個(gè)微透鏡的形狀像網(wǎng)眼形。因此，能夠靈活處理光學(xué)系統(tǒng)的性能波動(dòng)和光學(xué)系統(tǒng)中的長(zhǎng)期變化，并使降低生物芯片閱讀器的成本成為可能。
在該生物芯片閱讀器中，由于多個(gè)微透鏡中的每一個(gè)均為任意形狀。因此，能夠靈活處理光學(xué)系統(tǒng)的性能波動(dòng)和光學(xué)系統(tǒng)中的長(zhǎng)期變化，并使降低生物芯片閱讀器的成本成為可能。
在該生物芯片閱讀器中，由于多個(gè)微透鏡中的出射光的出射角均在±20度之內(nèi)。因此，能夠靈活處理光學(xué)系統(tǒng)的性能波動(dòng)和光學(xué)系統(tǒng)中的長(zhǎng)期變化，并使降低生物芯片閱讀器的成本成為可能。
在該生物芯片閱讀器中，由于微透鏡的直徑對(duì)微透鏡的曲率的比率為0.1或更小。因此，能夠靈活處理光學(xué)系統(tǒng)的性能波動(dòng)和光學(xué)系統(tǒng)中的長(zhǎng)期變化，并使降低生物芯片閱讀器的成本成為可能。
根據(jù)該生物芯片閱讀器，當(dāng)在任意位置隨機(jī)設(shè)置有具有各種不同大小的多個(gè)微透鏡、并且因全部微透鏡的光發(fā)散等而產(chǎn)生的出射角被限制為窄角的微透鏡板被驅(qū)動(dòng)時(shí)，由多個(gè)微透鏡會(huì)聚的激勵(lì)光對(duì)生物芯片的表面進(jìn)行掃描。因此，能夠靈活處理光學(xué)系統(tǒng)的性能波動(dòng)和光學(xué)系統(tǒng)中的長(zhǎng)期變化，并使降低生物芯片閱讀器的成本成為可能。
圖1為示出根據(jù)本發(fā)明生物芯片閱讀器的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為示出隨機(jī)微透鏡板示例的平面圖；圖3為描述微透鏡出射角的限制的說(shuō)明圖；圖4為示出實(shí)際隨機(jī)微透鏡板示例的二維圖像；圖5為示出實(shí)際隨機(jī)微透鏡板示例的三維圖像；圖6為示出測(cè)量的隨機(jī)微透鏡板的出射角的分布特性的特性曲線圖；圖7為描述當(dāng)每個(gè)形成的微透鏡形狀像圓錐形時(shí)出射角的限制方法的說(shuō)明圖；圖8為描述當(dāng)每個(gè)形成的微透鏡為凸球面時(shí)出射角的限制方法的說(shuō)明圖；
圖9為描述當(dāng)每個(gè)形成的微透鏡為凹球面時(shí)出射角的限制方法的說(shuō)明圖；圖10為示出當(dāng)隨機(jī)微透鏡板旋轉(zhuǎn)、并且使用根據(jù)激勵(lì)光均勻地產(chǎn)生熒光的熒光板代替生物芯片時(shí)，拍攝圖像示例的說(shuō)明圖；圖11為示出當(dāng)隨機(jī)微透鏡板旋轉(zhuǎn)、并且使用根據(jù)激勵(lì)光均勻地產(chǎn)生熒光的熒光板代替生物芯片時(shí)，任意軸向光量的分布特性示例的說(shuō)明圖；圖12為描述如果光源為白光光源，攝像部分接收的光量的說(shuō)明圖；圖13為描述如果光源為激光光源時(shí)，攝像部分接收的光量的說(shuō)明圖；圖14為示出在隨機(jī)微透鏡板上形成的每個(gè)微透鏡形狀的其它示例的說(shuō)明圖；圖15為示出在隨機(jī)微透鏡板上形成的每個(gè)微透鏡形狀的另一示例的說(shuō)明圖；圖16為示出在使用通過(guò)一次性會(huì)聚激勵(lì)光來(lái)提供光的情況的說(shuō)明圖；圖17為示出在生物芯片上進(jìn)行雜交示例的說(shuō)明圖；圖18為示出現(xiàn)有技術(shù)中的生物芯片閱讀器示例的結(jié)構(gòu)框圖；圖19為示出微透鏡板示例的平面圖；圖20為示出當(dāng)使用根據(jù)激勵(lì)光均勻地產(chǎn)生熒光的熒光板代替生物芯片時(shí)，拍攝圖像示例的說(shuō)明圖；以及圖21為示出當(dāng)使用根據(jù)激勵(lì)光均勻地產(chǎn)生熒光的熒光板代替生物芯片時(shí)，任意軸向光量的分布特性示例的說(shuō)明圖。
具體實(shí)施例方式
下面，將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。圖1為示出根據(jù)本發(fā)明生物芯片閱讀器的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。在圖1中，標(biāo)號(hào)8表示在圓形基片上的任意位置形成有任意大小的多個(gè)微透鏡的微透鏡板，為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，在下文將其稱之為隨機(jī)微透鏡板8，標(biāo)號(hào)9與12表示透鏡，標(biāo)號(hào)10表示用于根據(jù)光的波長(zhǎng)進(jìn)行光的透射或反射的分色鏡，標(biāo)號(hào)11表示具有像陣列一樣放置的多個(gè)位點(diǎn)的生物芯片，標(biāo)號(hào)13表示用于阻擋特定波長(zhǎng)區(qū)域的光透射的屏障濾光片，標(biāo)號(hào)14表示諸如照相機(jī)等的攝像部分，以及標(biāo)號(hào)15表示用于旋轉(zhuǎn)隨機(jī)微透鏡板8的諸如電動(dòng)機(jī)等的驅(qū)動(dòng)部分。
由圖1中的“EL51”表示的激勵(lì)光(從諸如用于發(fā)射相干光的激光光源等光源(未示出)來(lái)的出射光)照射到隨機(jī)微透鏡板8上，接著激勵(lì)光在形成于隨機(jī)微透鏡板8上的多個(gè)微透鏡上進(jìn)行發(fā)散，然后入射到透鏡9中。
透鏡9對(duì)發(fā)散的激勵(lì)光進(jìn)行會(huì)聚，并且會(huì)聚的激勵(lì)光透過(guò)分色鏡10，最后會(huì)聚在生物芯片11上。
通過(guò)激勵(lì)光在生物芯片11上激勵(lì)產(chǎn)生的熒光(具體而言，在放置有同一種類型的多個(gè)DNA片段的位點(diǎn)處產(chǎn)生的熒光)在分色鏡10上被反射，然后該反射光通過(guò)透鏡12后透過(guò)屏障濾光片13，最后會(huì)聚于攝像部分14上。
另一方面，驅(qū)動(dòng)部分15使隨機(jī)微透鏡板8圍繞圓板的中心軸旋轉(zhuǎn)，從而使得在隨機(jī)微透鏡板8上形成的多個(gè)微透鏡的位置移動(dòng)，并且相應(yīng)地，在多個(gè)微透鏡上激勵(lì)光被發(fā)散，然后由透鏡9對(duì)激勵(lì)光進(jìn)行會(huì)聚以掃描生物芯片11的表面。
例如，圖2為示出隨機(jī)微透鏡板8示例的平面圖。如圖2所示，在隨機(jī)微透鏡板8上的任意位置處隨機(jī)地形成如圖2中“ML61”、“ML62”以及“ML63”所表示的大、中和小三種大小的圓形微透鏡。
為便于在圖2中進(jìn)行繪制，將這些微透鏡彼此間隔開(kāi)；然而，實(shí)際上，這些微透鏡均以彼此接觸的狀態(tài)被放置。
然而，對(duì)于在隨機(jī)微透鏡板8上形成的如圖2中“ML61”、“ML62”以及“ML63”表示的大、中和小三種大小的所有圓形微透鏡，為確保入射到聚光用的透鏡9上的光量，將由于分散而產(chǎn)生的出射角限制為窄角。
例如，圖3為描述微透鏡出射角的限制的說(shuō)明圖。形成如由圖3中“EL51”表示的照射到隨機(jī)微透鏡板8上的激勵(lì)光，以便將其出射角限制為由圖3中θ表示的出射角。
這樣，具有如由圖3中“OL71”或“OL72”表示的出射角的出射光入射到聚光用的透鏡9中，而具有如由圖3中“OL73”或“OL74”表示的出射角的光則不會(huì)出射到透鏡9中。
圖4與5為示出實(shí)際隨機(jī)微透鏡板8示例的二維圖像與三維圖像。圖6為示出當(dāng)平行激光入射到其中一個(gè)這樣的隨機(jī)微透鏡板上時(shí)，測(cè)量的出射角的分布特性示例的特性曲線圖。
例如，如由圖6中“CH81”表示的測(cè)量的出射角的分布特性通過(guò)回歸分析變成如由圖6中“CH82”表示的測(cè)量的出射角的分布特性。從由圖6中的“CH82”表示的特性曲線圖中，可以看出在“l(fā)/e2”處，角度為10度，出射角被限制為窄角。
此外，將結(jié)合圖7、8以及9詳細(xì)描述限制出射角的具體方法。圖7為描述當(dāng)每個(gè)形成的微透鏡形狀像圓錐形時(shí)出射角的限制方法的示意圖。圖8為描述當(dāng)每個(gè)形成的微透鏡為凸球面時(shí)出射角的限制方法的示意圖。圖9為描述當(dāng)每個(gè)形成的微透鏡為凹球面時(shí)出射角的限制方法的示意圖。
當(dāng)微透鏡的形狀像圓錐形時(shí)，在圖7中，將從微透鏡來(lái)的出射角設(shè)為“θ”、圓錐形微透鏡的傾角設(shè)為“φ”、空氣的折射率設(shè)為“no”，以及隨機(jī)微透鏡板8的折射率設(shè)為“n”，根據(jù)斯涅爾折射定律，可知i′＝φ+θsin i′＝(n/no)sinφ∴φ＝sin-1((no/n)×sin i′)例如，設(shè)定i′＝15°、n＝1.5以及no＝1.0，并且設(shè)定圓錐形微透鏡的傾角φ為φ＝sin-1((1/1.5)×sin15°)9.9°這樣，θ＝i′-φ＝5.0°從而能夠?qū)⒊錾浣恰唉取毕拗茷檎恰?br>
另一方面，當(dāng)微透鏡為凸或凹球面時(shí)，在圖8與9中，將從微透鏡來(lái)的出射角設(shè)為“θ”、球面微透鏡的直徑設(shè)為“d”、球面微透鏡的焦距設(shè)為“f”、球面微透鏡的曲率半徑設(shè)為“R”、球面微透鏡的數(shù)值孔徑設(shè)為“NA”、空氣的折射率設(shè)為“no”，以及隨機(jī)微透鏡板8的折射率設(shè)為“n”，f＝R/(n-no)NAf/(d/2)＝2R/(d×(n-no))這里，例如，設(shè)定n＝1.5和no＝1.0，NA4R/dR/dNA/4因此，“R/d”受到限制，從而能夠?qū)⒊錾浣恰唉取毕拗茷檎恰?br>
將球面微透鏡的垂度(凸起量)設(shè)為“S”，S＝R-(R2-(d/2)2)1/2此外，將平均傾角“φ′”設(shè)為“S/(d/2)”φ′＝S/(d/2)＝R/(d/2)-(R/(d/2)2-1)1/2“R/d”受到限制，從而能夠唯一地確定平均傾角“φ′”。
例如，如果“NA”在大約0.4(θ24度)之內(nèi)，則容易得到聚光用的透鏡9。在這種情況下，R/dNA/4＝0.1這樣，當(dāng)在任意位置上隨機(jī)地形成有不同大小的圓形微透鏡的隨機(jī)微透鏡板8(在其上由于全部微透鏡的光發(fā)散而產(chǎn)生的出射角被限制為窄角)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)聚在多個(gè)微透鏡上的激勵(lì)光對(duì)生物芯片11的表面進(jìn)行掃描，從而使照度平滑化且提供均勻光量的圖像。
例如，圖10與11為示出當(dāng)隨機(jī)微透鏡板8旋轉(zhuǎn)、并且使用根據(jù)激勵(lì)光均勻地產(chǎn)生熒光的熒光板代替生物芯片11時(shí)，拍攝圖像與任意軸向光量的分布特性示例的說(shuō)明圖。
如圖10所示，可以看出拍攝圖像變成具有均勻光量的圖像，而且像由諸如激光光源的出射光的光分布不勻等性能波動(dòng)或者光學(xué)系統(tǒng)的不潔與長(zhǎng)期變化引起的不均和干涉條紋的圖案均沒(méi)有反映在拍攝圖像中，而這與在現(xiàn)有技術(shù)示例中圖20所示的圖像不一樣。
還可以看出在圖11中“CH101”表示由圖10中“LN91”所表示的線上的光量分布中，光量的特性曲線是均勻的，并且靈活處理了諸如光源的光分布不勻等性能波動(dòng)或者光學(xué)系統(tǒng)的不潔和長(zhǎng)期變化。
此外，在任意位置上隨機(jī)地形成有不同大小的圓形微透鏡的隨機(jī)微透鏡板8(在其上由于全部微透鏡的光發(fā)散而產(chǎn)生的出射角被限制為窄角)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的情況下，由于不需要準(zhǔn)確的對(duì)微透鏡的形成位置進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)以及使旋轉(zhuǎn)同步，因此能夠降低成本。
因此，當(dāng)在任意位置上隨機(jī)地形成有不同大小的微透鏡的隨機(jī)微透鏡板8(在其上由于全部微透鏡的光發(fā)散而產(chǎn)生的出射角被限制為窄角)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)，被多個(gè)微透鏡會(huì)聚的激勵(lì)光對(duì)生物芯片11的表面進(jìn)行掃描，從而能夠靈活處理光學(xué)系統(tǒng)的性能波動(dòng)與光學(xué)系統(tǒng)中的長(zhǎng)期變化，并使降低成本成為可能。
如果使用白光作為非相干光來(lái)測(cè)量生物芯片，則難以產(chǎn)生與使用激光一樣的噪聲，但如下所示的背景噪聲將會(huì)惡化。在圖1所示的實(shí)施例中，屏障濾光片13放置在攝像部分14的前面。例如，圖12與13為描述假定光源為白光光源與激光光源，攝像部分14接收的光量的說(shuō)明圖。
如果屏障濾光片13的透射特性為由圖12中的“CH111”表示的特性、并且將作為激勵(lì)光的白光照射到生物芯片上，由于該激勵(lì)光具有如由圖12中“CH112”表示的下擺寬的波長(zhǎng)分布，因此不能夠充分遮蔽由圖12中“BN111”表示的部分，從而產(chǎn)生背景噪聲。
反之，如果屏障濾光片13的透射特性為由圖13中的“CH121”表示的特性、并且將作為激勵(lì)光的激光照射到生物芯片上，由于該激勵(lì)光具有如由圖13中的“CH122”表示的下擺非常窄的波長(zhǎng)分布，因此屏障濾光片13就能充分遮蔽由圖12中“BN111”表示的部分，從而可以降低背景噪聲。
在圖1所示的實(shí)施例中，分色鏡允許激勵(lì)光透過(guò)并對(duì)生物芯片上產(chǎn)生的熒光進(jìn)行反射；當(dāng)然，分色鏡也可以反射激勵(lì)光，并且可以允許生物芯片上產(chǎn)生的熒光透過(guò)。
在圖1所示的實(shí)施例中，具體而言，至于在圖2中所示的隨機(jī)微透鏡板8上形成的每個(gè)微透鏡的形狀，作為簡(jiǎn)化描述的示例示出了圓形的微透鏡。當(dāng)然，每個(gè)微透鏡的形狀并不局限于圓形。
圖14與15為示出在隨機(jī)微透鏡板8上形成的每個(gè)微透鏡形狀的其它示例的說(shuō)明圖。每個(gè)微透鏡的形狀不僅可以是如由圖14中“ML131”表示的圓形，而且還可以是如由圖14中“ML132”表示的圓柱形、多角形、如由圖14中“ML133”表示的閉合自由曲線的形狀、如由圖14中“ML134”表示的網(wǎng)眼形等。換言之，可以采用任意的形狀。
此外，微透鏡也可以采用像如由圖15中“ML141”表示的由許多島狀物排列而成的形狀。然而，如果采用任何形狀，則有必要將由于全部微透鏡的光發(fā)散而產(chǎn)生的出射角限制為窄角。這些微透鏡不僅可以為球形的形狀，而且還可以是像棱柱或斜坡的形狀。
可以將玻璃、樹(shù)脂等用作在任意位置上隨機(jī)地形成有不同大小的圓形微透鏡的隨機(jī)微透鏡板8(在其上由于全部微透鏡的光發(fā)散而產(chǎn)生的出射角被限制為窄角)的材料。
如果出射光的出射角被限制在窄角的范圍之內(nèi)，則入射到隨機(jī)微透鏡板8上的激勵(lì)光不僅可以是平行光，而且還可以是會(huì)聚光或發(fā)散光。
在圖1等所示的實(shí)施例中，是在隨機(jī)微透鏡板8(基片)上形成凹凸以形成微透鏡，但也可以在隨機(jī)微透鏡板8(基片)上分布具有與隨機(jī)微透鏡板8(基片)的基本折射率不同的折射率的區(qū)域，以形成微透鏡。
在這種情況下，并不將具有與隨機(jī)微透鏡板8(基片)的基本折射率不同的折射率的區(qū)域的形狀限制為圓形，并且能夠使用如圖14與15中所示的任意形狀。
可以改變聚光用透鏡9的焦點(diǎn)位置與生物芯片11之間的距離，換言之，可以使聚焦適當(dāng)偏移，從而提高隨機(jī)微透鏡板8的隨機(jī)化效果。
在圖1所示的實(shí)施例中，當(dāng)對(duì)隨機(jī)微透鏡板8進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)，由多個(gè)微透鏡會(huì)聚的激勵(lì)光對(duì)生物芯片11的表面進(jìn)行掃描，但驅(qū)動(dòng)方法并不局限于旋轉(zhuǎn)。當(dāng)隨機(jī)微透鏡板8在與生物芯片11平行的平面上進(jìn)行像平行移動(dòng)等的移動(dòng)時(shí)，光也可以對(duì)生物芯片11的表面進(jìn)行掃描。
此外，由于隨機(jī)微透鏡板8與生物芯片11之間的對(duì)齊并不嚴(yán)密，因此，隨機(jī)微透鏡板8不僅可以在平面上進(jìn)行移動(dòng)，而且還可以在任意方向上進(jìn)行移動(dòng)。也可以對(duì)隨機(jī)微透鏡板8進(jìn)行振動(dòng)。
在圖1所示的實(shí)施例中，激勵(lì)光是由形成在隨機(jī)微透鏡板8上的微透鏡進(jìn)行發(fā)散的，但也可以使用通過(guò)一次性會(huì)聚激勵(lì)光而提供的光。
圖16為示出使用通過(guò)一次性會(huì)聚激勵(lì)光而提供的光的情況的說(shuō)明圖。隨機(jī)微透鏡板8可以形成有許多如由圖16中的“RM151”表示的斜坡形突出物，并且可以將在由圖16中“EL151”表示的激勵(lì)光被會(huì)聚且形成如由圖16中“BW151”表示的光束腰之后的激勵(lì)光照射到生物芯片上。在這種情況下，不需要使用聚光用的透鏡9。
權(quán)利要求
1.一種生物芯片閱讀器，包括微透鏡板，在其上任意位置設(shè)置有多個(gè)微透鏡，所述微透鏡的發(fā)散光或會(huì)聚光的出射角被限制為窄角，其中所述多個(gè)微透鏡中的每一個(gè)均具有任意大??；光源，其將作為激勵(lì)光的相干光照射到所述微透鏡板上；分色鏡，其透射或反射從所述微透鏡板來(lái)的出射光，并且反射或透射在生物芯片上產(chǎn)生的熒光；攝像部分；透鏡，其將在所述分色鏡上反射或透射的光會(huì)聚到所述攝像部分中；屏障濾光片，其設(shè)置在所述分色鏡與所述攝像部分之間；以及驅(qū)動(dòng)部分，其驅(qū)動(dòng)所述微透鏡板，其中在所述驅(qū)動(dòng)部分對(duì)所述微透鏡板進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的同時(shí)，被所述多個(gè)微透鏡發(fā)散或會(huì)聚的激勵(lì)光對(duì)所述生物芯片的表面進(jìn)行掃描。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片閱讀器，其中所述多個(gè)微透鏡是通過(guò)在所述微透鏡板的基片上設(shè)置凹凸來(lái)形成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片閱讀器，其中所述多個(gè)微透鏡是通過(guò)在基片上分布具有與所述微透鏡板的基片的折射率不同的折射率的區(qū)域來(lái)形成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片閱讀器，其中所述微透鏡板為玻璃或樹(shù)脂。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片閱讀器，其中所述驅(qū)動(dòng)部分使所述微透鏡板旋轉(zhuǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片閱讀器，其中所述驅(qū)動(dòng)部分使所述微透鏡板在一維方向、二維方向，或三維方向上進(jìn)行移動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片閱讀器，其中所述驅(qū)動(dòng)部分使微透鏡板進(jìn)行振動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片閱讀器，其中所述多個(gè)微透鏡中的每一個(gè)均為圓形。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片閱讀器，其中所述多個(gè)微透鏡形狀像網(wǎng)眼形。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片閱讀器，其中所述多個(gè)微透鏡中的每一個(gè)均為任意形狀。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片閱讀器，其中所述多個(gè)微透鏡的出射光的出射角均在±20度之內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的生物芯片閱讀器，其中所述微透鏡的直徑對(duì)其曲率的比率為0.1或更小。
全文摘要
一種生物芯片閱讀器包括具有多個(gè)微透鏡的微透鏡板、將作為激勵(lì)光的相干光照射到微透鏡板上的光源、透射或反射從所述微透鏡板來(lái)的出射光并且反射或透射生物芯片上產(chǎn)生的熒光的分色鏡、攝像部分、將在分色鏡反射或透射的光會(huì)聚到攝像部分的透鏡，設(shè)置在分色鏡與攝像部分之間的屏障濾光片，以及驅(qū)動(dòng)微透鏡板的驅(qū)動(dòng)部分，其中在驅(qū)動(dòng)部分對(duì)微透鏡板進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的同時(shí)，由多個(gè)微透鏡進(jìn)行發(fā)散或會(huì)聚的激勵(lì)光對(duì)生物芯片的表面進(jìn)行掃描。在微透鏡板上的任意位置設(shè)置具有任意大小的每個(gè)微透鏡，并將每個(gè)微透鏡的發(fā)散光或會(huì)聚光的出射角限制為窄角。
文檔編號(hào)G01N21/64GK1719234SQ20051008281
公開(kāi)日2006年1月11日 申請(qǐng)日期2005年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月9日
發(fā)明者田名綱健雄, 鈴木靖典, 杉山由美子 申請(qǐng)人:橫河電機(jī)株式會(huì)社