专利名称：一种基因芯片扫描仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及基因芯片扫描仪，特别涉及一种利用光学扫描单元产生行扫描轨迹的基因芯片扫描仪。
背景技术：
基因芯片扫描仪是一种用于基因诊断和检测的常用设备，随着生物基因技术的迅速发展，对该类检测仪器也提出了越来越高的要求。一种典型的基因芯片扫描仪可参见已经公开的中国专利申请01108114.7，该扫描仪包含激光激发单元、探测单元和扫描单元等，图1为其示意图。在图1中，激光器1、前反射镜3、聚焦透镜4、小孔光栏5、准直物镜6、反射镜7和显微镜8构成激光激发单元，探测单元由与激光激发单元同光轴的滤光片11、会聚透镜12、小孔光栏15和探测其6构成，扫描单元位于激光激发单元下方，由工作台2和相互垂直的X方向扫描移动单元26和Y方向移动单元27以及微位移器20构成，其中工作台2由承载基因芯片的载物台10、框架、导轨18和19构成，单元26和27由步进电机、导轨、丝杆、滑块和固定板等构成。当扫描基因芯片时，一方面，激光激发单元静止不动，其发出的激光束照射到基因芯片上，另一方面，计算机21首先控制单元26，使其步进电机作精密的步距角移动，带动丝杆转动，使滑块25沿导轨作精密移动，从而带动工作台2在水平面上沿X方向移动一段距离从而完成一行基因芯片的扫描(即行扫描)，随后，计算机21控制单元27，使其步进电机作精密的步距角移动，带动丝杆转动，使滑块25沿导轨作精密移动，从而带动工作台2在水平面上沿Y方向前进一段距离，然后开始沿X方向的下一行扫描，该过程不断重复，直至完成整块基因芯片的全场扫描。
在上述基因芯片扫描仪中，激光激发单元静止不动，工作台在平面内沿两个正交方向运动，这种运动通过精密机械结构实现，因此存在扫描速度慢和数据采集与运动同步控制复杂等缺点。
另一种典型的基因芯片扫描仪由美国AFFYMETRIX公司生产，其与上述扫描仪的主要差别在于，其光学系统绕一个光轴来回摆动，因此照射到基因芯片上的激光束光斑也来回摆动从而完成沿X方向的行扫描。但是这种往复运动带来的冲击震动容易使光学系统内的元件松动和失调。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用光学扫描单元产生行扫描轨迹的基因芯片扫描仪，它可以提高扫描速度并且保持光学系统的稳定性。
本发明的发明目的通过以下的技术方案实现一种基因芯片扫描仪，包含产生激发光束的激光光源、检测基因芯片受激荧光信号的信号检测单元和承载基因芯片的移动平台，其中，进一步包括扫描光学单元，其通过旋转构成其内部光路的光学元件使照射到基因芯片上的激发光束形成行扫描轨迹，并且所述移动平台使基因芯片沿帧扫描方向行进。
比较好的是，在上述基因芯片扫描仪中，在一块基因芯片扫描过程中，行扫描轨迹的形状保持一致。
比较好的是，在上述基因芯片扫描仪中，所述扫描光学单元包含反射来自激光光源的激发光束的前反射镜；反射经前反射镜反射的激发光束的后反射镜；以及使前反射镜和后反射镜绕同一转轴转动的驱动机构，其中，所述转轴与激光单元的主光轴重合，并且转动过程中前后反射镜的相对位置保持不变。
比较好的是，在上述基因芯片扫描仪中，所述驱动机构采用过定位原理消除转轴的径向间隙。
比较好的是，在上述基因芯片扫描仪中，所述移动平台在两次行扫描基因芯片的间隙使基因芯片沿帧扫描方向行进。或者，所述移动平台在一次行扫描基因芯片过程中使基因芯片沿帧扫描方向行进。
比较好的是，上述基因芯片扫描仪为双激光共轭聚焦基因芯片扫描仪。
在本发明的基因芯片扫描仪中，帧扫描仍然通过沿该方向移动基因芯片实现，而行扫描则通过光学扫描单元形成的行扫描光束实现，因此大大提高了扫描速度。与此同时，由于采用机械中的过定位原理来消除转轴的径向间隙，因此保证了扫描精度的要求。
图1为按照现有技术的基因芯片扫描仪的示意图。
图2为按照本发明较佳实施例的基因芯片扫描仪的示意图。
图3为图2较佳实施例中扫描光学单元形成行扫描轨迹的示意图。
图4示出了图2所示基因芯片扫描仪的行扫描轨迹和帧扫描轨迹示意图。
具体实施例方式
如上所述，在普通的基因芯片扫描仪中，通过承载基因芯片的平台的机械运动形成行扫描轨迹和帧扫描轨迹。考虑到行扫描行程远大于帧扫描行程的情况，本发明基因芯片扫描仪的基本原理是利用扫描光学单元形成行扫描轨迹，也就是说，通过旋转构成内部光路的光学元件使激发光束形成行扫描轨迹，而帧扫描轨迹仍然通过平台的机械运动完成。由于光束运动速度快于平台运动速度，所以可以大大提高行扫描的速度。基于上述原理，按照本发明的基因芯片扫描仪在普通基因芯片扫描仪包含的激发光源、检测基因芯片受激荧光信号的信号检测单元和承载基因芯片的移动平台的基础上，增加扫描光学单元，它通过旋转构成内部光路的光学元件，使得照射到基因芯片上的激发光束形成行扫描轨迹，而帧扫描轨迹仍然由移动平台沿帧扫描方向行进形成。
以下以双激光共轭聚焦基因芯片扫描仪为例，描述本发明的较佳实施例。如图2所示，在该基因芯片扫描仪中，激发光源包含两台发射不同波长的激光器201a和201b以及反射镜202a和202b。荧光信号检测单元包含反射镜203a和荧光信号检测器203b，其中反射镜202a、202b和203a位于同一光轴上。扫描光学单元204也位于同一光轴上并通过旋转构成内部光路的光学元件使激光束形成行扫描轨迹，其结构和工作原理将在下面结合图4加以描述。机械导轨式移动平台205承载基因芯片206，该芯片位于扫描光学单元204出射光束的光路上。
当进行芯片扫描时，其中激光器201a或201b发射激光束，该激光束经相应的反射镜202a或202b反射而改变方向，入射到扫描光学单元204，而扫描光学单元204使照射到芯片上的激光束产生如图3所示的行扫描轨迹。为了便于数据采集和图像处理，行扫描轨迹的形状应保持一致。基因芯片206照射后受激产生荧光，一部分荧光信号经扫描光学单元204和反射镜203a后射向荧光信号检测器203b进行检测。当完成一次行扫描后，承载基因芯片206的移动平台205沿帧扫描方向行进一段距离，然后继续下一行的扫描，该过程不断重复，直至完成整个芯片的扫描从而获得全场荧光图像。移动平台沿帧扫描方向的移动也可以与扫描光学单元204的行扫描同时进行而不是在行扫描停顿的间隙进行，二者对获得的荧光图像没有实质性的影响。
以下对扫描光学单元204作进一步的描述。该单元包含前反射镜204a、后反射镜204b和使前后反射镜绕同一转轴转动的驱动机构。图4为扫描光学单元204形成行扫描轨迹的示意图，如图4所示，来自激光光源的激发光束依次经前反射镜204a和后反射镜204b反射，在驱动机构(未画出)的控制下，前反射镜204a和后反射镜204b绕同一转轴转动，该转轴与激光单元201的主光轴重合，并且转动过程中前后反射镜的相对位置保持不变，由此可形成图3和图4所示的弧形扫描轨迹。
前后反射镜204a和204b的绕轴转动采用轴承机械，当采用普通轴承时，由于存在机械间隙，因此将导致行扫描轨迹沿半径方向抖动。在机械设计领域内，有多种方法可以消除轴承机械间隙，对于本领域内的普通技术人员来说，这都是公知的，因此不作赘述。比较好的是，在本发明的较佳实施例中，驱动机构可利用过定位原理来消除转轴的径向间隙。
权利要求
1.一种基因芯片扫描仪，包含产生激发光束的激光光源、检测基因芯片受激荧光信号的信号检测单元和承载基因芯片的移动平台，其特征在于，进一步包括扫描光学单元，其通过旋转构成其内部光路的光学元件使照射到基因芯片上的激发光束形成行扫描轨迹，并且所述移动平台使基因芯片沿帧扫描方向行进。
2.如权利要求1所述的基因芯片扫描仪，其特征在于，在一块基因芯片扫描过程中，行扫描轨迹的形状保持一致。
3.如权利要求1或2所述的基因芯片扫描仪，其特征在于，所述扫描光学单元包含反射来自激光光源的激发光束的前反射镜；反射经前反射镜反射的激发光束的后反射镜；以及使前反射镜和后反射镜绕同一转轴转动的驱动机构，其中，所述转轴与激光单元的主光轴重合，并且转动过程中前后反射镜的相对位置保持不变。
4.如权利要求3所述的基因芯片扫描仪，其特征在于，所述驱动机构采用过定位原理消除转轴的径向间隙。
5.如权利要求4所述的基因芯片扫描仪，其特征在于，所述移动平台在两次行扫描基因芯片的间隙使基因芯片沿帧扫描方向行进。
6.如权利要求4所述的基因芯片扫描仪，其特征在于，所述移动平台在一次行扫描基因芯片过程中使基因芯片沿帧扫描方向行进。
7.如权利要求5或6所述的基因芯片扫描仪，其特征在于，所述基因芯片扫描仪为双激光共轭聚焦基因芯片扫描仪。
全文摘要
本发明提供一种利用光学扫描单元形成行扫描轨迹的基因芯片扫描仪，它包含产生激发光束的激光光源、检测基因芯片受激荧光信号的信号检测单元和承载基因芯片的移动平台，其中，进一步包括扫描光学单元，其通过旋转构成其内部光路的光学元件使照射到基因芯片上的激发光束形成行扫描轨迹，并且所述移动平台使基因芯片沿帧扫描方向行进。在本发明的基因芯片扫描仪中，帧扫描仍然通过沿该方向移动基因芯片实现，而行扫描则通过光学扫描单元形成的行扫描光束实现，因此大大提高了扫描速度。
文档编号G01N21/64GK1532538SQ03115948
公开日2004年9月29日 申请日期2003年3月24日 优先权日2003年3月24日
发明者冯哲民, 邵晖, 王铁铭 申请人:上海爱普特仪器有限公司