專利名稱：基于共振光散射檢測(cè)生物芯片的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物芯片檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于共振光散射檢測(cè)生物芯片的裝置。
背景技術(shù)：
生物芯片(Microarray)是近幾年來(lái)在生命科學(xué)領(lǐng)域中迅速發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù)，它主要是指通過(guò)微加工技術(shù)在只有幾平方厘米的固體芯片表面構(gòu)建的微生物化學(xué)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)DNA、蛋白質(zhì)、細(xì)胞等生物樣品的快速、準(zhǔn)確與高通量的檢測(cè)，其主要原理是采用化學(xué)或物理方法，將大量探針固化于支持物的表面，然后根據(jù)生物分子之間的親和作用，如核酸分子的堿基配對(duì)作用、抗原抗體的結(jié)合等進(jìn)行反應(yīng)，再對(duì)反應(yīng)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)分析，即可得到該樣品的相關(guān)信息。由于該技術(shù)可以將大量的探針同時(shí)固定于支持物上，所以一次就可以對(duì)大量的生物分子進(jìn)行檢測(cè)分析，具有高自動(dòng)化、高通量的特點(diǎn)，隨著生物芯片技術(shù)的發(fā)展，對(duì)生物芯片檢測(cè)技術(shù)也提出了更高的要求。目前，對(duì)于生物芯片的檢測(cè)主要有兩種方式，一種方式是通過(guò)熒光方法進(jìn)行檢測(cè)，這種檢測(cè)方式需要熒光分子對(duì)生物芯片進(jìn)行標(biāo)記，由于熒光分子本身亮度有限，容易發(fā)生光淬滅和光漂白現(xiàn)象，對(duì)檢測(cè)結(jié)果影響較大；另一種檢測(cè)方式是通過(guò)生物芯片掃描儀對(duì)生物芯片進(jìn)行檢測(cè)，這種檢測(cè)方式存在著背景噪聲較高、檢測(cè)靈敏度偏低的缺陷，對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，因此研發(fā)具有高靈敏度、高分辨率的生物芯片檢測(cè)裝置對(duì)于發(fā)展生物芯片技術(shù)具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有生物芯片掃描儀檢測(cè)生物芯片存在的背景噪音過(guò)高和靈敏度偏低的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于共振光散射檢測(cè)生物芯片的裝置。本發(fā)明為解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下:基于共振光散射檢測(cè)生物芯片的裝置，該裝置包括光源驅(qū)動(dòng)器、光纖、激發(fā)光源、耦合透鏡組、生物芯片載物臺(tái)、光電傳感器、上位機(jī)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和多軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)；所述光源驅(qū)動(dòng)器控制激發(fā)光源產(chǎn)生激發(fā)光，激發(fā)光通過(guò)光纖輸出至耦合透鏡組并對(duì)其進(jìn)行光束整形，整形后的激發(fā)光入射至生物芯片載物臺(tái)上，激發(fā)光以入射角大于臨界角的角度由生物芯片側(cè)邊入射，生物芯片上的樣品受到激發(fā)光的激發(fā)后發(fā)生共振光散射，向外輻射特定波長(zhǎng)的共振散射光，共振散射光入射至光電傳感器中，光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，上位機(jī)接收轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)并通過(guò)上位機(jī)中的上位機(jī)軟件對(duì)其進(jìn)行采集分析，得到掃描圖像，上位機(jī)軟件控制多軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行并驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)生物芯片載物臺(tái)移動(dòng)，對(duì)生物芯片的整個(gè)點(diǎn)樣區(qū)域進(jìn)行掃描。所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)主要由三個(gè)直線位移平臺(tái)組成。所述生物芯片表面放置有樣品，樣品受到激發(fā)光的激發(fā)后發(fā)生共振光散射，向外輻射特定波長(zhǎng)的散射光。
所述上位機(jī)軟件包括:圖像采集、掃描控制、相機(jī)控制、導(dǎo)軌控制、掃描數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)復(fù)位控制。發(fā)明原理:本發(fā)明是基于共振光散射檢測(cè)原理來(lái)檢測(cè)生物芯片，共振光散射(Resonance Light-Scattering, RLS)是一種具有極高靈敏度和選擇性的研究方法,它利用了金屬納米粒子在白光激發(fā)光源中會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的散射光的原理，即當(dāng)激發(fā)光波長(zhǎng)落在分子的吸收帶時(shí)，分子中的電子由于能級(jí)躍遷作用，向所有方向輻射出極強(qiáng)的散射光，這種現(xiàn)象被稱為共振光散射。共振光散射檢測(cè)是一種暗場(chǎng)檢測(cè)方式，激發(fā)光源光線不直接進(jìn)入檢測(cè)器視場(chǎng)，檢測(cè)器收集的光子僅來(lái)自于金屬納米粒子的散射光，噪聲來(lái)自于檢測(cè)器的暗電流噪聲，因此可以有效地提高信噪比和檢測(cè)的靈敏度。同時(shí)，共振光散射檢測(cè)技術(shù)使用白光作為檢測(cè)光源，設(shè)備簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，檢測(cè)成本大幅下降。波導(dǎo)(Waveguide)是一種用于微波或可見光波傳輸?shù)难b置，其中使用光纖作為傳輸媒介的光波導(dǎo)(Optical/light Waveguide)被廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)接入和數(shù)字通信當(dāng)中，在不同折色率介質(zhì)間，由于電磁波的全反射使光波局限在波導(dǎo)及其周圍有限區(qū)域內(nèi)傳播，當(dāng)光束由光密介質(zhì)入射光疏介質(zhì)時(shí)，當(dāng)且僅當(dāng)入射角大于臨界角時(shí)，光信號(hào)發(fā)生全反射，利用光波導(dǎo)向周圍有限區(qū)域輻射能量這一原理，將生物芯片作為光波導(dǎo)，激發(fā)光由生物芯片邊緣大于臨界角入射，在生物芯片上下內(nèi)表面以全反射方式傳播，光波導(dǎo)激發(fā)方式的優(yōu)點(diǎn)是激發(fā)選擇性強(qiáng)，即只激發(fā)位于生物芯片表面的發(fā)色團(tuán)，光能量利用率高和系統(tǒng)背景噪聲低。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明利用共振光散射原理，將激發(fā)光由生物芯片邊緣大于臨界角入射，在生物芯片上下內(nèi)表面以全反射方式傳播，通過(guò)使用光波導(dǎo)激發(fā)、動(dòng)態(tài)掃描和數(shù)據(jù)拼接，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生物芯片的高效、快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)，本發(fā)明檢測(cè)時(shí)重現(xiàn)性強(qiáng)并具有很高的靈敏度，有效地降低背景噪聲并提高了光信號(hào)利用率，同時(shí)兼具有低成本的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的基于共振光散射檢測(cè)生物芯片的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖:圖2為激發(fā)光轉(zhuǎn)換為共振散射光的過(guò)程示意圖；圖3為上位機(jī)軟件界面示意圖；圖4為利用本發(fā)明的基于共振光散射檢測(cè)生物芯片的裝置對(duì)生物芯片進(jìn)行掃描得到的結(jié)果示意圖；圖5為利用本發(fā)明檢測(cè)和利用現(xiàn)有生物芯片掃描儀檢測(cè)生物芯片的結(jié)果對(duì)比示意圖，圖5a為使用本發(fā)明的裝置對(duì)生物芯片進(jìn)行掃描得到的圖像，圖5b為使用商業(yè)化掃描儀對(duì)生物芯片進(jìn)行掃描得到的圖像。圖中:1、光源驅(qū)動(dòng)器，2、激發(fā)光源，3、光纖，4、耦合透鏡組，5、生物芯片載物臺(tái)，6、光電傳感器，7、上位機(jī)，8、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，9、多軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)，10、生物芯片，11、樣品，12、圖像采集，13、掃描控制，14、相機(jī)控制，15、導(dǎo)軌控制，16、掃描數(shù)據(jù)分析，17、數(shù)據(jù)復(fù)位控制。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明的基于共振光散射檢測(cè)生物芯片的裝置，主要由光源驅(qū)動(dòng)器1、激發(fā)光源2、光纖3、稱合透鏡組4、生物芯片載物臺(tái)5、光電傳感器6、上位機(jī)7、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8和多軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)9組成。光源驅(qū)動(dòng)器I用于控制激發(fā)光源2產(chǎn)生激發(fā)光，使激發(fā)光源2的功率連續(xù)可調(diào)；激發(fā)光源2用于產(chǎn)生激發(fā)共振光散射的激發(fā)光；激發(fā)光通過(guò)光纖3輸出至耦合透鏡組4，耦合透鏡組4對(duì)其進(jìn)行光束整形，整形后的激發(fā)光入射至生物芯片載物臺(tái)5上；如圖2所示，將樣品11均勻分布在生物芯片10表面，然后將生物芯片10放置在生物芯片載物臺(tái)5上，經(jīng)過(guò)光束整形后的激發(fā)光以入射角大于臨界角的角度從生物芯片10側(cè)邊入射，在生物芯片10上下表面進(jìn)行多次全反射，此時(shí)，樣品11受到激發(fā)光的激發(fā)后發(fā)生共振光散射，向外輻射特定波長(zhǎng)的共振散射光，共振散射光入射至光電傳感器6中；光電傳感器6對(duì)共振散射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，將此電信號(hào)輸出至上位機(jī)7中；上位機(jī)7中的上位機(jī)軟件對(duì)來(lái)自光電傳感器6的電信號(hào)進(jìn)行采集、分析并得到樣品11的掃描圖像。上位機(jī)7通過(guò)自身的通用接口與多軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)9相連，上位機(jī)軟件控制多軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)9的運(yùn)行，多軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)9與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8通過(guò)線纜相連，用于控制運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8的移動(dòng)，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8用于控制生物芯片載物臺(tái)5的移動(dòng)，可以根據(jù)需要選擇不同的運(yùn)動(dòng)位移平臺(tái)，本實(shí)施方式中使用三個(gè)直線位移平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。如圖3所示，為上位機(jī)軟件的界面，包括:圖像采集12、掃描控制13、相機(jī)控制14、導(dǎo)軌控制15、掃描數(shù)據(jù)分析16和數(shù)據(jù)復(fù)位控制17，上位機(jī)軟件用于顯示、分析和保存采集到的信息，并最終形成掃描圖像。本發(fā)明的基于共振光散射檢測(cè)生物芯片的裝置的具體檢測(cè)過(guò)程如下:在生物芯片10的本體基片上使用至少一個(gè)金屬納米粒子進(jìn)行標(biāo)記，將制備好的生物芯片10放置在生物芯片載物臺(tái)5上，通過(guò)上位機(jī)軟件控制多軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)9運(yùn)行并驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8移動(dòng)，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8移動(dòng)帶動(dòng)生物芯片載物臺(tái)5移動(dòng)，對(duì)生物芯片10的整個(gè)點(diǎn)樣區(qū)域進(jìn)行掃描，獲得生物芯片10的掃描圖像如圖4所示，圖像中標(biāo)記的樣點(diǎn)清晰、背景成黑色，說(shuō)明本發(fā)明的基于共振光散射檢測(cè)生物芯片的裝置掃描得到的數(shù)據(jù)背景噪聲低，信號(hào)強(qiáng)度強(qiáng)。對(duì)上述制備的生物芯片10使用名稱為SpotWare Colorimetric MicroarrayScanner的生物芯片掃描儀掃描，掃描結(jié)果如圖5所示，其中，圖5a為使用本發(fā)明的裝置進(jìn)行掃描得到的圖像，圖5b為使用生物芯片掃描儀進(jìn)行掃描得到的圖像，從圖5可以看出，對(duì)相同生物芯片10進(jìn)行掃描，本發(fā)明的裝置掃描得到的數(shù)據(jù)背景噪聲更低，而信號(hào)強(qiáng)度更強(qiáng)，提高了檢測(cè)分辨率和靈敏度。
權(quán)利要求
1.基于共振光散射檢測(cè)生物芯片的裝置，其特征在于，該裝置包括光源驅(qū)動(dòng)器(I)、光纖(3)、激發(fā)光源(2)、耦合透鏡組(4)、生物芯片載物臺(tái)(5)、光電傳感器(6)、上位機(jī)(7)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(8)和多軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)(9)； 所述光源驅(qū)動(dòng)器(I)控制激發(fā)光源(2 )產(chǎn)生激發(fā)光，激發(fā)光通過(guò)光纖(3 )輸出至耦合透鏡組(4)并對(duì)其進(jìn)行光束整形，整形后的激發(fā)光入射至生物芯片載物臺(tái)(5)上，激發(fā)光以入射角大于臨界角的角度由生物芯片(10)側(cè)邊入射，生物芯片(10)上的樣品(11)受到激發(fā)光的激發(fā)后發(fā)生共振光散射，向外輻射特定波長(zhǎng)的共振散射光，共振散射光入射至光電傳感器(6)中，光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，上位機(jī)(7)接收轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)并通過(guò)上位機(jī)(7)中的上位機(jī)軟件對(duì)其進(jìn)行采集分析，得到掃描圖像，上位機(jī)軟件控制多軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)(9)運(yùn)行并驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(8)移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)生物芯片載物臺(tái)(5)移動(dòng)，對(duì)生物芯片(10)的整個(gè)點(diǎn)樣區(qū)域進(jìn)行掃描。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于共振光散射檢測(cè)生物芯片的裝置，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(8)主要由三個(gè)直線位移平臺(tái)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于共振光散射檢測(cè)生物芯片的裝置，其特征在于，所述生物芯片(10)表面放置有樣品(11 )，樣品(11)受到激發(fā)光的激發(fā)后發(fā)生共振光散射，向外輻射特定波長(zhǎng)的散射光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于共振光散射檢測(cè)生物芯片的裝置，其特征在于，所述上位機(jī)軟件包括:圖像采集(12)、掃描控制(13)、相機(jī)控制(14)、導(dǎo)軌控制(15)、掃描數(shù)據(jù)分析(16)和數(shù)據(jù)復(fù)位控制(17)。
全文摘要
基于共振光散射檢測(cè)生物芯片的裝置，包括光源驅(qū)動(dòng)器、光纖、激發(fā)光源、耦合透鏡組、生物芯片載物臺(tái)、光電傳感器、上位機(jī)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和多軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)；光源驅(qū)動(dòng)器控制激發(fā)光源產(chǎn)生激發(fā)光，激發(fā)光經(jīng)光纖輸出至耦合透鏡組并對(duì)其進(jìn)行光束整形并入射至生物芯片載物臺(tái)上，以入射角大于臨界角由生物芯片側(cè)邊入射，樣品受到激發(fā)光的激發(fā)后發(fā)生共振光散射，向外輻射特定波長(zhǎng)的共振散射光，共振散射光入射至光電傳感器中，上位機(jī)接收轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)并通過(guò)上位機(jī)軟件對(duì)其進(jìn)行采集分析，得到掃描圖像，上位機(jī)軟件控制多軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行并驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)，帶動(dòng)生物芯片載物臺(tái)移動(dòng)，對(duì)生物芯片的整個(gè)點(diǎn)樣區(qū)域進(jìn)行掃描。本發(fā)明背景噪聲低，檢測(cè)靈敏度高。
文檔編號(hào)G01N21/63GK103115901SQ20131002547
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月23日
發(fā)明者王振新, 邢雪峰, 劉霞, 李桃 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所