專利名稱：一種微陣列掃描儀的掃描運動平臺的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及掃描儀，特別是涉及一種適用于微陣列掃描儀的高速掃描平
臺
背景技術：
基于微陣列芯片的檢測設備的發(fā)展已經(jīng)極大地改變了生物技術產業(yè)的 面貌。這些設備使得同時檢測多種生物樣品、檢測稀少的人源轉錄本成為可能。 它們也使原先不借助這些儀器需要數(shù)月乃至數(shù)年的工作變得可能在數(shù)分鐘內借助 自動從微陣列芯片中獲取信息來完成。典型的微陣列芯片包括一系列聚合物，例如寡核苷酸，多肽和抗體。 在基片上，以點陣排列方式合成或者固定這些聚合物，而這些聚合物可以被熒光 標記物或者熒光基團所標記從而進行光學檢測。 一臺典型的微陣列芯片掃描儀使 用激光作為激發(fā)光源，并使用匹配的濾鏡和光電倍增管進行檢測。在微陣列芯片 的掃描過程中，從激光光源發(fā)出的激發(fā)光照射到芯片的不同點上。在激發(fā)光作用 下，芯片上的熒光探針發(fā)射出斯托克司頻移光，而該發(fā)射光則被光電倍增管所采 集。如此得到微陣列芯片的信息，能夠為多種研究服務，例如基因表達研究，變 異研究，基因分型，單核苷酸多態(tài)性，蛋白相互作用，還有疾病的診斷和治療。大多數(shù)微陣列掃描儀使用步進電機和伺服電機，這意味著需要一線性驅 動裝置將電機的轉動轉化為線性運動。常見線性驅動裝置包括滾珠絲杠傳動結構 或皮帶傳動結構。在滾珠絲杠傳動機構中，滾珠軸承沿螺旋型絲杠運動；皮帶傳 動則采用傳動帶把帶輪的轉動轉化為平動。在回程誤差、壽命、負載等指標相當 的情況下，滾珠絲杠系統(tǒng)運動速度中等、重復精度高；皮帶傳動的運動速度快， 但重復精度較低。所以采用上述傳動機構的微陣列掃描儀的掃描速度都不夠快或 重復精度較低。由此產生了對新型掃描儀的需求。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種微陣列掃描儀的掃描運動平臺，用以在一盛放微陣列 芯片的載物臺所處的平面內移動微陣列芯片，其中控制載物臺的一第一驅動裝置 由一帶輪和一纏繞在帶輪上的彈性薄金屬帶構成，該彈性薄金屬帶兩端連接到載 物臺上以使帶輪的轉動能夠帶動載物臺的移動。在某些實施例中，帶輪由一低轉 動慣量的伺服電機驅動。在某些實施例中，其中彈性薄金屬帶的一端與載物臺的連接是可以活動的。該彈性薄金屬帶還可以包括一預緊區(qū)段，該預緊區(qū)段連接到 與載物臺構成活動連接的薄金屬帶一端之外。在某些實施例中，掃描運動平臺還包括一第二驅動裝置，第一驅動裝置 在掃描方向上移動載物臺，而第二驅動裝置在不同于掃描方向(例如正交于)上 移動載物臺。在某些實施例中，第二驅動裝置包括一絲杠和一步進電機。在某些 實施例中，第一驅動裝置位于載物臺之下、第二驅動裝置之上。從另一個角度看，本發(fā)明的微陣列芯片掃描運動平臺，包括 一底座， 底座上設置一第一導軌； 一滑塊，可在第一導軌上滑動，其上還支撐一與第一導 軌成正交的第二導軌； 一進給驅動裝置，可沿第一導軌移動滑塊； 一載物臺，可 在第二導軌上滑動； 一掃描驅動裝置，可使載物臺沿第二導軌移動。在某些實施 例中，掃描驅動裝置包括一帶輪和一纏繞在帶輪上的彈性薄金屬帶，薄金屬帶的 兩端連接到載物臺上以使帶輪的轉動能帶動載物臺的移動。在某些實施例中，掃 描驅動裝置由一低轉動慣量的伺服電機驅動。在某些實施例中，進給驅動裝置包 括一絲杠，絲杠偶聯(lián)到一步進電機。在某些實施例中，掃描驅動裝置安裝在滑塊 上。在一個實施例中，本發(fā)明一種微陣列掃描儀的掃描運動平臺包括 一底 座，底座上設置一第一導軌； 一滑塊，可在第一導軌上滑動，其上還有一正交于 第一導軌的第二導軌； 一絲杠，偶聯(lián)到滑塊； 一步進電機，偶聯(lián)到絲杠； 一載物 臺，可在第二導軌上滑動； 一掃描驅動裝置，包括一帶輪和一纏繞在帶輪上的彈 性薄金屬帶，其中薄金屬帶的兩端連接到載物臺以使帶輪的轉動能帶動載物臺移 動； 一伺服電機，偶聯(lián)到掃描驅動裝置。在某些實施例中，掃描驅動裝置安裝在 滑塊上。在某些實施例中，薄金屬帶連接到載物臺的兩端中有一端是可活動的。 在某些實施例中，彈性薄金屬帶還包括一預緊區(qū)段，該預緊區(qū)段連接到與載物臺 構成活動連接的薄金屬帶一端之外。


圖1是本發(fā)明中掃描運動平臺一個實施例的示意圖。圖2是本發(fā)明中薄鋼帶和帶輪線性執(zhí)行機構一個實施例的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種微陣列掃描儀的掃描運動平臺，包括一盛放待掃描
微陣列芯片的載物臺，載物臺以及其上的微陣列芯片可以在載物臺所處的平面內 移動，其中控制載物臺的驅動裝置由一帶輪和一纏繞在帶輪上的彈性薄金屬帶構成。
通常情況下，彈性金屬帶至少在帶輪上纏繞1圈。將薄金屬帶連接到載物臺 上的兩個區(qū)段，通常位于薄金屬帶纏繞于帶輪上區(qū)段的兩側。帶輪沿轉軸旋轉， 并拉動彈性薄金屬帶。彈性薄金屬帶繼而拉動載物臺，導致載物臺的線性運動。 這樣，帶輪的轉動通過彈性薄金屬帶被轉變?yōu)榫€性運動。因為帶輪可順時針或者 逆時針旋轉，所以載物臺可以沿正反向移動。薄金屬帶的兩端連接到載物臺的方式可以是任意合適的方式。例如，兩 端可以連接到載物臺同一端的兩角。兩端的連接可以采取現(xiàn)有技術的任何方法。 在某些實施例中，薄金屬帶兩端的其中之一到載物臺的連接是可以活動的。彈性 薄金屬帶還可包括一預緊區(qū)段，該預緊區(qū)段連接到與載物臺構成活動連接的薄金 屬帶一端之外。預緊區(qū)段的末端也可連接到載物臺。預緊區(qū)段，再加上可活動連 接到載物臺的區(qū)段，可以調節(jié)纏繞在帶輪上薄金屬帶區(qū)段的應力。彈性薄金屬帶通常是由具有足夠彈性的材料制成。用作彈性薄金屬帶的 合適材料包括但不限于鋼，彈簧鋼和合金鋼。彈性薄金屬帶通常非常薄。彈性薄
金屬帶的合適厚度包括但不限于約0.05毫米，約0.5毫米，或者約0.05毫米到1
毫米之間。在某些實施例中，彈性薄金屬帶與帶輪驅動裝置中的帶輪由一低轉動慣 量的伺服電機驅動。從另一角度看，本發(fā)明提供一種微陣列掃描儀的掃描運動平臺，包括 一盛放待掃描微陣列芯片的載物臺，其中載物臺(以及其上的微陣列芯片)可在 一二維平面上移動到任意位置。具體來說，掃描運動平臺由兩個驅動裝置驅動。 一個驅動裝置(掃描驅動裝置)控制載物臺在掃描方向上的往復運動。另一驅動 裝置(進給驅動裝置)控制載物臺在不同于掃描方向(例如與之正交)的進給運 動。兩驅動裝置配合以完成整張芯片的掃描。在某些實施例中，第一驅動裝置即掃描驅動裝置包括一帶輪和一纏繞在 帶輪上的彈性薄金屬帶，薄金屬帶兩端連接到載物臺上以使帶輪的轉動能帶動載 物臺的移動。這里所描述的彈性薄金屬帶與帶輪的驅動裝置具有髙速和高重復精 度的特點，因此非常適用于高分辨率微陣列掃描儀中載物臺在掃描方向上往復運 動的控制。另一方面，載物臺與微陣列芯片的進給運動不要求太高的速度，但對重 復精度的要求很高。根據(jù)這一點，進給驅動系統(tǒng)可包括一絲杠和一步進電機。在 某些實施例中，絲杠通過一聯(lián)軸器連接到電機。在某些實施例中，載物臺位于掃描驅動裝置之上，而掃描驅動又位于進
給驅動系統(tǒng)之上。在掃描過程中，載物臺(以及其上的微陣列芯片)相對于掃描 驅動裝置在掃描方向上運動。掃描驅動裝置(以及其上的載物臺和微陣列芯片) 在進給方向上移動。本發(fā)明還提供一種微陣列掃描儀的掃描運動平臺，包括 一底座，底座 上設置一第一導軌； 一滑塊，可在第一導軌上滑動，滑塊上還有正交于第一導軌 的第二導軌； 一進給驅動裝置，用于在第一導軌上移動滑塊； 一載物臺，可在第 二導軌上滑動； 一掃描驅動裝置，用于在第二導軌上移動載物臺。在某些實施例 中，掃描運動平臺包括 一底座，底座上設置一第一導軌； 一第一滑塊，可在第 一導軌上滑動，第一滑塊上還有正交于第一導軌的第二導軌； 一進給驅動裝置， 用于在第一導軌上移動第一滑塊； 一第二滑塊，可在第二導軌上滑動； 一載物臺， 安裝在第二滑塊上； 一掃描驅動裝置，用于在第二導軌上移動載物臺和第二滑塊。在某些實施例中，掃描驅動裝置包括一帶輪和一纏繞在帶輪上的彈性薄 金屬帶，薄金屬帶兩端連接到載物臺以使帶輪的轉動帶動載物臺的的移動。在某 些實施例中。連接到載物臺的兩端之一與載物臺的連接是可以活動的。在某些實 施例中，彈性薄金屬帶還包括一預緊區(qū)段，該預緊區(qū)段連接到與載物臺構成活動 連接的薄金屬帶一端之外。在某些實施例中，掃描驅動裝置由一伺服電機(尤其是低轉動慣量的伺 服電機)驅動。掃描驅動裝置及電機可以安裝在一滑塊(或第一滑塊)上，并沿 第一導軌在進給方向上移動。進給驅動裝置可包括一絲杠，絲杠連接一電機(尤其是步進電機)。在 某些實施例中，絲杠通過一聯(lián)軸器連接到一電機。底座上的第一導軌可以安裝到底座上，也可以是底座上固有的一部分。 類似的，滑塊上的第二導軌也可以安裝到滑塊(或者第一滑塊)上，或者是滑塊 (或者第一滑塊)上固有的一部分。導軌可以由任何耐磨的材料制成，例如磨光 的不銹鋼。導軌還可以用聚四氟乙烯(PTFE)進行涂層處理。底座和滑塊還可包括支架。第一導軌和第二導軌在這些支架之間沿長度 方向延伸。具體來說，第一導軌包括一第一末端和一第二末端。第一末端固定在 底座上的一第一支架上，第二末端則固定在底座上的一第二支架上。第二導軌的 末端可以以相似方式固定在滑塊上的支架上。在某些實施例中，掃描運動平臺還包括機械開關和光電開關，安裝在掃 描方向和進給方向上。機械開關位于第一或者第二導軌上，用以限制滑塊或者載 物臺的運動(或者改變其方向)。光電開關可用來測定滑塊相對于載物臺的位置。
在某些實施例中，掃描運動平臺還包括一光柵用來測定載物臺的位置。在一個實施例中，掃描運動平臺包括 一底座，底座上設置一第一導軌； 一滑塊，可在第一導軌上滑動，其上還有正交于第一導軌的第二導軌； 一絲杠， 偶聯(lián)到滑塊； 一步進電機，偶聯(lián)到絲杠； 一載物臺，可在第二導軌上滑動； 一掃 描驅動裝置，包括一帶輪和一纏繞在帶輪上的彈性薄金屬帶，薄金屬帶的兩端連 接到載物臺上以使帶輪的轉動能帶動載物臺的運動； 一伺服電機，偶聯(lián)到掃描驅 動裝置。在另一實施例中，掃描運動平臺包括 一底座，包括一第一導軌； 一第 一滑塊，可在第一導軌上滑動，其上還有正交于第一導軌的第二導軌； 一絲杠， 偶聯(lián)到滑塊； 一步進電機，偶聯(lián)到絲杠； 一第二滑塊，可在第二導軌上滑動；一 載物臺，安裝在第二滑塊上； 一掃描驅動裝置，包括一帶輪和一纏繞在帶輪上的 彈性薄金屬帶，薄金屬帶的兩端連接到載物臺上以使帶輪的轉動能帶動載物臺的 運動； 一伺服電機，偶聯(lián)到掃描驅動裝置。如圖1所示，顯示了掃描運動平臺的一個實施例。載物臺1安裝在第 二滑塊5上，可沿第二導軌4滑動。薄鋼帶3連接到載物臺1，并纏繞在帶輪2 上。掃描伺服電機6驅動薄鋼帶與帶輪裝置，從而控制第二滑塊5與載物臺1沿 第二導軌4的運動。第二導軌4，帶輪2，薄鋼帶3和掃描伺服電機6從而共同構 成了移動載物臺的掃描驅動裝置。第二導軌4位于第一滑塊7上。載物臺1受到 掃描驅動裝置的控制，在掃描方向上相對于第一滑塊移動。第一導軌8，絲杠9，聯(lián)軸器10和步進電機11共同構成進給驅動裝置。 在進給驅動裝置控制下，第一滑塊7，其上承載著掃描驅動裝置，沿正交于掃描方 向移動。在掃描過程中，載物臺在進給和掃描兩個方向上移動，從而高速、高精 度地完成整張微陣列芯片的掃描。如圖2所示，顯示了本發(fā)明中薄鋼帶與帶輪裝置的一個實施例。該裝置 包括薄鋼帶3和帶輪2。帶輪2由一低轉動慣量的伺服電機6驅動，可以順時針或 逆時針轉動。薄鋼帶3在帶輪2上纏繞一圈。彈性薄金屬帶上的區(qū)段15和區(qū)段16， 分別位于薄金屬帶纏繞在帶輪上區(qū)段的兩邊，通過螺釘12和13連接到載物臺1 同一端的兩個角上。區(qū)段16到載物臺的連接是可活動的。在這一實施例中，彈性 薄金屬帶從區(qū)段16還向外延伸出一段，延伸段的末端用螺釘14連接到載物臺上。 螺釘13和14之間的彈性薄金屬帶起到預緊的作用，也即纏繞在帶輪上薄金屬帶 的應力可以通過預緊區(qū)段進行調節(jié)。驅動裝置將帶輪2的轉動通過薄鋼帶3轉變 為往復的線性運動。該裝置可以達到10-20Hz的掃描頻率(10毫米以內行程)。另 外，它具有高重復精度的特征，從而解決了傳統(tǒng)帶傳動裝置帶來的問題。雖然為了幫助理解和闡明問題對前述的發(fā)明通過圖示和舉例的方式在 一定細節(jié)上進行了描述，但是具有該領域內平均技能和知識的專業(yè)人員可能對其 做出一些顯而易見的改變。因此，發(fā)明的范圍不應受到描述和實施例的限制，而 由后面權利要求來進行描述。所有的繪圖均為示意圖。角度和尺寸不嚴格遵守比 例限制。
權利要求
1、一種微陣列掃描儀的掃描運動平臺，其特征在于用以在承載微陣列芯片的載物臺所在平面內移動微陣列芯片，其中載物臺由一第一驅動裝置控制。該第一驅動裝置包括一帶輪；一纏繞在帶輪上的彈性薄金屬帶，其中薄金屬帶的兩端連接到載物臺上以使帶輪的轉動能帶動載物臺的移動。
2、 如權利要求l所述的一種微陣列掃描儀的掃描運動平臺，其特征在于所 述薄金屬帶連接到載物臺上的兩端其中之一與載物臺構成的連接是可活動的。
3、 如權利要求2所述的一種微陣列掃描儀的掃描運動平臺，其特征在于所 述薄金屬帶還包括一預緊區(qū)段，延伸到與載物臺構成可活動連接的一端之外。
4、 如權利要求l所述的一種微陣列掃描儀的掃描運動平臺，其特征在于所 述帶輪由一低轉動慣量的伺服電機驅動。
5、 如權利要求l所述的一種微陣列掃描儀的掃描運動平臺，其特征在于它 還包括一第二驅動裝置，其中第一驅動裝置沿一掃描方向移動載物臺，而第二驅 動裝置沿不同于掃描方向的一進給方向移動載物臺。
6、 如權利要求5所述的一種微陣列掃描儀的掃描運動平臺，其特征在于所 述第二驅動裝置沿正交于掃描方向的一進給方向移動載物臺。
7、 如權利要求5所述的一種微陣列掃描儀的掃描運動平臺，其特征在于所 述第一驅動裝置位于載物臺之下、第二驅動裝置之上。
8、 如權利要求5所述的一種微陣列掃描儀的掃描運動平臺，其特征在于所 述第二驅動裝置包括一絲杠，絲杠偶聯(lián)到一步進電機。
9、 一種微陣列掃描儀的掃描運動平臺，其特征在于包括一底座，底座上一 第一導軌； 一滑塊，可在第一導軌上滑動，其上還有正交于第一導軌的第二導軌； 一進給驅動裝置，可使滑塊沿第一導軌滑動； 一載物臺，可在第二導軌上滑動； 以及一掃描驅動裝置，可使載物臺沿第二導軌滑動。
10、 如權利要求9所述的一種微陣列掃描儀的掃描運動平臺，其特征在于 所述掃描驅動裝置包括一帶輪和一纏繞在帶輪上的彈性薄金屬帶，薄金屬帶的兩 端連接到載物臺以使帶輪的轉動能帶動載物臺的移動。
11、 如權利要求IO所述的一種微陣列掃描儀的掃描運動平臺，其特征在于 所述薄金屬帶連接到載物臺的兩端之一與載物臺構成的連接是可活動的。
12、 如權利要求ll所述的一種微陣列掃描儀的掃描運動平臺，其特征在于 所述彈性薄金屬帶還包括一預緊區(qū)段，延伸到與載物臺構成可活動連接的一端之外。
13、 如權利要求10所述的一種微陣列掃描儀的掃描運動平臺，其特征在于 所述掃描驅動裝置偶聯(lián)到一低轉動慣量的伺服電機。
14、 如權利要求IO所述的一種微陣列掃描儀的掃描運動平臺，其特征在于 所述掃描驅動裝置安裝在滑塊上。
15、 如權利要求10所述的一種微陣列掃描儀的掃描運動平臺，其特征在于 所述進給驅動裝置包括一絲杠，絲杠偶聯(lián)到一步進電機。
16、 一種微陣列掃描儀的掃描運動平臺，其特征在于包括一底座，底座上 一第一導軌； 一滑塊，可在第一導軌上滑動，其上還有正交于第一導軌的第二導 軌； 一絲杠，偶聯(lián)到滑塊； 一步進電機，偶聯(lián)到絲杠； 一載物臺，可在第二導軌 上滑動； 一掃描驅動裝置，包括一帶輪和一纏繞在帶輪上的彈性薄金屬帶，薄金 屬帶的兩端連接到載物臺以使帶輪的轉動能帶動載物臺的移動；以及一伺服電機 偶聯(lián)到掃描驅動裝置。
17、 如權利要求16所述的一種微陣列掃描儀的掃描運動平臺，其特征在于 所述掃描驅動裝置安裝在滑塊上。
18、 如權利要求16所述的一種微陣列掃描儀的掃描運動平臺，其特征在于 所述薄金屬帶連接到載物臺的兩端之一與載物臺構成的連接是可活動的。
19、 如權利要求18所述的一種微陣列掃描儀的掃描運動平臺，其特征在于 所述彈性薄金屬帶還包括一預緊區(qū)段，延伸到與載物臺構成可活動連接的一端之 外。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于高速掃描微陣列芯片的掃描運動平臺。該平臺使用創(chuàng)新的彈性薄金屬帶與帶輪線性驅動裝置將電機的轉動轉化為線性運動，來驅動掃描方向上載物臺及微陣列芯片的運動。本發(fā)明中的平臺具有高速、高分辨率和低回程誤差的特點。此外，該平臺結構簡單，成本低廉。
文檔編號H04N1/04GK101199197SQ200580049798
公開日2008年6月11日 申請日期2005年6月2日 優(yōu)先權日2005年6月2日
發(fā)明者慧 朱, 王憲華, 京 程, 黃國亮 申請人:博奧生物有限公司;清華大學