专利名称：生物芯片检测仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学检测装置，尤其是一种用来检测阵列式检测样本的光学检测装置，即生物芯片检测仪。
背景技术：
在生物医学研究上，光学检测装置被广泛的使用，例如基因芯片研究译码、蛋白质阵列分析、基因药物、先导药物等新药开发方面，都可依据其光学性质的变化来作为量测验证的依据。例如在生物芯片的微阵列结构中，每一个格子中可置入成千或上万条相同的去氧核糖核酸(Deoxyribonucleic Acid简称DNA)链、核糖核酸(Ribonucleic Acid简称RNA)链或是疾病病原的蛋白抗体，此时便能利用光学检测仪检测经特定反应后所发出的萤光信号，再经由计算机转换成以颜色区分的资料。
如图1所示，现有一光学检测装置10包含一控制系统12、一激光系统14、一反射镜16、一光源投射系统18、一基座26、一二维移动平台28、一放射光反射镜30、一滤光镜32、一聚焦透镜34、一成像光圈36与一信号读取装置38。首先，控制系统12控制激光系统14发出连续的激发光20，激发光20经由反射镜16反射并经光源投射系统18投射至基座26上的检测样本24；在此同时，控制系统12也控制二维移动平台28的移动使得激发光20能依序准确地被投射在阵列样本24上。而检测样本24上的检测物质经激发光20照射而反射回来的放射光22经由光源投射系统18维持光路后，经放射光反射镜30反射进入滤光镜32，之后再经由一聚焦透镜34汇聚放射光22并通过一成像光圈36后投射于一信号读取装置38上读取检测样本24上各个检测点所传回的光信号，此信号读取装置38为一光电倍增管装置。
上述现有的光学检测装置10，由于激光系统14为一产生激发光20的光源，成本高而无法普及应用于各研究机构或是医院，再者，激光系统14的光学机构极为复杂且维护不易，其使用的频率也因此产生了限制，因此亟需一种成本低廉的光源。
在另一方面，现有光学检测装置10，其在检测时的光学扫描方式为一连续且单点式的扫描，因此花费在扫描动作上的时间很长，而且检测样本24必须固定于基座26上，并通过二维移动平台28的移动使得激发光20能依序且准确地被投射在检测样本24上的每一个检测点，此复杂的光学机构所占的空间非常大；同时，连续且无间断地投射激发光20不但造成可观的能量消耗，另一方面也容易造成信号读取时不容易将噪声分离的问题，因此亟需要一种能够快速且正确投射光源的装置，并且改善单点式扫描需配合二维移动平台28此种复杂的扫描机制，使得经由照射检测样本24所产生的光信号能正确且容易地被信号读取装置38所读取而不致产生误差。
发明内容
本发明的一目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提供一种光学检测装置，其包含一光源导光模块，由一阵列光源与一导光元件所组成，阵列光源所发出的面光源通过通过导光元件以形成一线光源输出，此阵列光源可由数个发光二极管(Light Emitting Diode，LED)或是数个有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode，OLED)所组成，以取代传统价格昂贵且维护不便的激光点光源，并且使用来承载检测样本的基座能以一维移动的方式，取代复杂且占空间的二维移动方式。
本发明的另一目的，是提供一线型或面型电荷耦合感测元件于一接收模块内，以改善现有技术中，其信号读取装置因采用光电倍增管而产生信息撷取误差以及所需较长处理时间的缺失。
本发明利用一光源导光模块与一线型或面型传感器取代先前技术中的激光光源系统与光电倍增管，这样的光学检测装置具有仪器体积小、成本低、功率消耗少、设计弹性高、光源可为不连续且可控制的的入射光以及入射光频率具有弹性选择等优点，使得精确、快速且架构简单的光学检测得以实现。
图1为一现有光学检测装置示意图；图2A为一直线型楔形导光元件的立体正视示意图；图2B为一直线型楔形导光元件上视示意图；图2C为一弧线型楔形导光元件立体示意图；图2D为一弧线型楔形导光元件上视示意图；图3为利用本发明的一光学检测装置其结构示意图；图4为利用本发明的另一光学检测装置其结构示意图。
图中符号说明10光学检测装置12控制系统14激光系统16反射镜18光源投射系统20激发光22放射光24检测样本26基座28二维移动平台30放射光反射镜32滤光镜34聚焦透镜36成像光圈
38信号读取装置40光学检测装置42阵列光源44弧线型楔形导光元件45整光镜头46检测样本47基座48放射光50反射镜51绕射成像光栅52成像镜头53投光镜头54线型电荷耦合元件60光学检测装置62阵列光源64直线型楔形导光元件66整光镜头68检测样本69基座70激发光71放射光72成像镜头74线型电荷耦合元件75滤光镜片76绕射成像光栅具体实施方式
本发明的一些实施例会详细描述如下。然而，除了详细描述外，本发明还可以广泛地在其它的实施例施行。亦即，本发明的范围不受提出的实施例的限制，而应以权利要求书的范围为准。
图2A与图2B为本发明的导光元件的正面立体与侧面平面示意图。于一实施例中，一楔型导光元件放置于阵列光源与检测样本之间。较大或面型开口部分邻近阵列光源，较小或线型开口部分则邻近检测样本。导光元件用以将阵列光源(面光源)所提供的光线，通过导光元件传递至检测样本上。要说明的是，导光元件的几何形状，例如直线管身，但不限于图上所示，另一种选择是，如图2C与图2D，用以传递光线的导光元件其管身可为具有曲度的弧线型式。此外，导光元件亦可由一束导光元件所组成，例如一集束光纤(bundle fiber)。另外，导光元件外围由数片反射元件所组成，例如由数个不锈钢片所组成，而该自然放出光则可于此反射元件内传递。
因此，本发明所述的光学检测装置，其导光元件传递光线的方式，可以为全反射方式或反射方式。而导光元件内的填充物质可为透明的玻璃、压克力以及聚碳酸酯(Polycarbonate简称PC)材料。在本发明中，导光元件可以与一阵列光源整合而包含于一光源导光模块，负责提供与传递光线。
图3所示为根据本发明的一光学检测装置40其结构示意图。于此实施例中，光学检测装置40采用一反射式的成像方式，其包含一阵列光源42、一弧线型楔形导光元件44、一基座47、一反射镜50、一成像镜头52与一线型电荷耦合元件54。于本实施例中，阵列光源42与其控制电路包含于一光源模块(图中未示)内，其中阵列光源42为一可发出自然放出光(spontaneous emission light)的装置，例如由数个发光二极管或有机电发光元件所组成的阵列格式的光源。
由于采用LED光源的成本较激光光源低，因此本实施例利用大量的LED元件组成足够光度的阵列光源42，以提供照射检测样本46所需的光线，而本发明亦可弹性地更换不同波长及特性的的LED光源，并通过LED光源可以快速切换开关的特性，改善现有采用激光光源系统时需连续激发(stimulated emission)所产生的问题，使得线型电荷耦合元件54可正确地感测到要检测的影像信号，如此一来本光学检测装置40便不需额外装置以执行噪声滤除的动作。
再者，光学检测装置40尚可包含一激发滤光器(excitation filter)(图上未示)置于阵列光源42的光路径前，可用以过滤自然放出光，提高自然放出光的品质。另一种提高自然放出光的品质的方法是安装一整光镜头(图上未示)于阵列光源42的光路径前，用以调整自然放出光的出光分布。在本实施例中，整光镜头的材质可采用玻璃、压克力以及聚碳酸酯等材质。
其次，阵列光源42发出一激发光(自然放出光)由弧线型楔形导光元件44导引成一线形光后照射于基座47上的一检测样本46上(检测样本46放置于基座47上一光学检测区域，意即无检测样本46置于基座47上时，线形光则直接通过上述的光学检测区域)，其中，弧线型楔形导光元件44置于阵列光源42与检测样本46之间，负责将激发光传递并投射至检测样本46上。
于本实施例中，光学检测装置40尚包含一整光镜头45置于弧线型导光元件44与检测样本46之间，使入射光线均匀且正确地照射至检测样本46上，而整光镜头45的材质可采用玻璃、压克力以及聚碳酸酯等材质。另外，此光学检测装置40尚可包含一激发滤光器(图上未示)于弧线型导光元件44与检测样本46之间，用以过滤阵列光源42发出的激发光，而此激发滤光器也可置于弧线型导光元件44与阵列光源42之间。
线形光照射检测样本46后产生一放射光48，此放射光48经由反射镜50反射后由成像镜头52将此放射光48汇聚成像并传至线型电荷耦合元件54上。由于本发明以线形光照射检测样本46，因此用以承载与移动检测样本46的基座47只需在一维方向上移动即可，而无须在二维方向上做复杂的定位与移动，如此一来便能缩短扫描检测样本46的时间，并且简化了扫描的机制。因此本发明利用线形光输出并且只需以一维扫描的方式进行光学检测，其检测样本46可为阵列的格式，包含微阵列格式的检测样本以及生物芯片格式的检测样本(例如基因芯片、蛋白质芯片以及酵素染色芯片)，都可作为本发明的检测样本，并且依据本发明可更换不同种类及格式的阵列光源42的特性，可进行许多光学检测，例如萤光光谱检测以及吸收光谱检测等。
再者，于本实施例中，成像镜头52包含于一成像模块(图中未示)中，其接收检测样本46所传回的放射光48后，并经由一投光镜头53传递至线型电荷耦合元件54。其中在放射光48通过成像镜头52前，成像模块尚可包含一滤光镜片(图上未示)以滤除反射的激发光，并以一绕射成像光栅51修饰投光的品质与分布。
在本实施例中，线型电荷耦合元件54与其电路包含于一影像感测模块中(图中未示)，用以接收成像模块所传递的放射光48并做进一步的处理。其中，线型电荷耦合元件54可由一面型电荷耦合元件或是一互补式金氧半场效晶体管感测元件所替换。此外，为了进一步处理或为了某些特定用途，影像感测模块尚可包含一分光镜片(图上未示)或滤光镜片(图上未示)。在本发明中，成像模块与影像感测模块亦可整合成为一接收模块，将照射检测样本46后所得到的放射光48做接收及处理的动作，使之成为一有利用价值的光学信息。
上述的光学检测装置40，由于采用弧线型楔形导光元件44，将可节省检测仪所占的空间，加上利用光线的全反射特性，将入射的面型光源导引成一高光通密度与极小面积的线型激发光，因此在做检测样本46的扫描时，承载检测样本46的基座47仅需以一维方式的移动便可完成全面的扫描取样，此一维方式的移动可以以步进马达驱动减速齿轮组来达成，这样的设计不但缩小了此光学检测装置40所占的体积，同时也简化了机构的复杂度，同时节省了取样的时间，进而降低了整体光学检测装置40的成本。
本发明的另一较佳实施例如图4所示，为根据本发明的另一光学检测装置其结构示意图。于此实施例中，光学检测装置60采用一穿透式的成像方式，其包含一阵列光源62、一直线型楔形导光元件64、一整光模块66、一基座69、一成像镜头72与一线型电荷耦合元件74。其中阵列光源62可由数个LED或者OLED等光源所组成，由于LED光源的成本远较激光光源低廉，因此在本实施例中则利用了数个LED元件，组成一足够光度的阵列光源62，以提供照射检测样本68所需的光线，本发明亦可弹性地更换不同特性的阵列光源62以提供特定光学检测所需。此外，由于LED光源可以快速地切换开关，可改善现有采用激光光源时需连续激发所产生的问题，使得线型电荷耦合元件74可正确地感测到要检测的影像信号，如此一来本光学检测装置60便不需额外装置以执行噪声滤除的动作。
光学检测装置60的操作过程由阵列光源62发出一激发光，激发光再由直线型楔形导光元件64导引成一线形光输出，线形光通过一整光镜头66使光线均匀分布后照射于基座69上的检测样本68后产生一放射光71，此放射光71为一穿透检测样本68的光信号，经成像镜头72成像于一线型电荷耦合元件74上，其中在放射光71通过成像镜头72前可先通过一滤光镜片75以滤除穿透的激发光，以及经一绕射成像光栅76以修饰投光品质与分布，此线型电荷耦合元件74亦可由一面型电荷耦合元件或是一互补式金氧半场效晶体管感测元件所取代。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的保护范围。在不脱离本发明的实质内容的范畴内仍可予以变化而加以实施，此等变化应仍属本发明的范围。因此，本发明的范畴由权利要求书所界定。
权利要求
1.一种光学检测装置，其特征在于，包含一光源模块，提供一自然放出光；一导光元件，将该自然放出光转换为一线形光而入射至一光学检测区域上；一成像模块，将该线形光入射该光学检测区域后所产生一放射光汇聚成像；以及一影像感测模块，接收并处理该成像模块所汇聚成像的该放射光。
2.如权利要求1所述的光学检测装置，其中，更包含可做一维移动的一基座以承载并移动设置于该光学检测区域的一检测样本。
3.如权利要求1所述的光学检测装置，其中，该光源模块选自下列光源之一一发光二极管阵列光源和一有机发光二极管阵列光源。
4.如权利要求1所述的光学检测装置，其中，该导光元件包含一整光镜头，并且该整光镜头的材质选自下列族群之一玻璃、压克力以及聚碳酸酯。
5.如权利要求1所述的光学检测装置，其中，该导光元件的形状选自下列几何外型之一弧线形楔型导光元件与直线形楔型导光元件，并且该导光元件内的材质选自下列族群之一玻璃、压克力以及聚碳酸酯。
6.如权利要求1所述的光学检测装置，其中，该导光元件由数个反射元件所组成，让该自然放出光在该数个反射元件内反射与传递，且该数个反射元件包含数个不锈钢反射片。
7.如权利要求1所述的光学检测装置，其中，该导光元件由数个集束光纤所组成。
8.如权利要求1所述的光学检测装置，其中，该成像模块包含一成像镜头。
9.如权利要求1所述的光学检测装置，其中，该成像模块包含一滤光镜片以及一绕射成像光栅。
10.如权利要求1所述的光学检测装置，其中，该影像感测模块选自下列族群之一一线型传感器以及一面型传感器。
全文摘要
本发明涉及一种光学检测装置，包含一光源导光模块与一接收模块，光源导光模块负责提供一自然放出光并将此自然放出光转换为一线形光输出至检测样本上以产生一光信号，之后经由接收模块将此光信号成像，并通过接收模块内的线型或面型传感器侦测并处理此成像的光信号，如此一来便可缩短侦测检测样本的时间，并且改善现有光学检测装置其复杂的光学机构设计。
文档编号G01N33/543GK1670531SQ200410039948
公开日2005年9月21日 申请日期2004年3月15日 优先权日2004年3月15日
发明者卿辉东, 陈锦沧, 赵建基 申请人:财团法人工业技术研究院