专利名称：多功能芯片检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及生命科学、医学、分析化学的生物芯片，特别是一种多功能芯片检测装置，该装置同时具备微流控芯片激光诱导荧光检测、阵列芯片激光共聚焦扫描、阵列芯片CCD扫描三种功能。
背景技术：
生物芯片是近年来高新技术领域中极具时代特征的产物，属于分子生物学、物理学和微电子学的综合交叉领域。生物芯片被广泛应用在生命科学、医学、环境监测、食品工业、科学研究、生物传感器等领域，对这些领域中的各种生物化学反应过程进行集成，从而实现对生物大分子、蛋白质、微生物等生物活性物质进行高效快捷的测试和分析。
激光诱导荧光检测装置有加拿大Albert公司生产的微流控芯片分析仪、安吉伦公司生产的2100型生物分析仪等，其基本原理是激光器产生的激光经过一个滤光片变成近似单色光；此单色光经过半透半反镜然后经物镜照射到芯片的微管道中；管道中的荧光物质在激光的照射下获得能量后激发出一定波长的荧光。然后，激发的荧光再经过物镜、半透半反镜，透射后经滤光片将非激发光波长的光过滤掉，激发光再经光阑由光电倍增管收集，经放大后将光信号转变成电信号，由计算机处理。
激光扫描共焦显微镜是八十年代问世的一种新型分析仪器，由于其高分辨率、高灵敏度和高放大率等特点，在分子水平上能作多种功能测量和分析，成为分析的重要工具，激光扫描共焦显微镜是在显微镜基础上配置激光光源、扫描装置、共轭聚焦装置和检测系统而形成的新型显微镜。产品主要来自美国的Bio-Rad和Meridian公司，德国的Zeiss和Leica公司。
阵列芯片CCD扫描仪相对于激光共聚焦芯片扫描仪来说，结构比较简单。生物芯片在经激发窄带干涉滤光片滤光后的单色光激发下产生的荧光，经CCD镜头前的窄带干涉滤光片由摄像镜头捕获成像在CCD芯片上。图像信号由CCD摄像头直接传输到图像卡上，由计算机直接处理。CCD每次只能读取一个激发波长下的图像，对于多色荧光染料标记的芯片，需要更换滤光片和激发光源，由于CCD芯片扫描仪同时读取整个芯片，因此不需要移动芯片平台。
上述功能的仪器指只具备单一的功能，为了实现不同的芯片操作，往往需要同时购买这些仪器。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的上述缺点，本发明提供一种多功能芯片检测装置，它应该具备对阵列芯片进行共聚焦扫描、CCD扫描和激光诱导荧光检测三种功能，具有一机多用的特点。
本发明的技术方案如下一种多功能芯片检测装置，包括一机架及芯片平台，其还包括①检测光路模块，是一固定设置检测光路的模块，其光路构成如下一光源，沿该光源发出光束的前进方向同光轴地依次设置第一滤光片和半透半反镜，该半透半反镜与上述光束成45°放置，在该半透半反镜的反射光束方向是物镜，透过该物镜组光束指向所述的芯片平台，由芯片反射的激光荧光光束透过所述半透半反镜，在该透射光方向是具有反射镜的切换开关和CCD探测器，在所述的光路切换开关的反射光路上依次是第二滤光片、透镜、光阑和光电倍增管；②光路倒置机构，该光路倒置机构固定在所述的机架上，由外轴、内轴、环形手臂和内轴与外轴的固定机构组成，所述的环形手臂固定在所述的内轴的一端，该内轴的另一端水平且同轴地套设在所述的外轴的水平内腔的轴承内，所述的环形手臂固定所述的检测光路模块，所述的内轴和外轴之间还设有固定机构，在手动的情况下，所述内轴在外轴的内腔中即可沿水平方向滑动，又可绕水平轴360°旋转，带动环形手臂及其检测光路模块围绕所述的芯片平台转动，当物境组对准芯片平台的芯片后，所述的内轴与外轴的相对位置由所述的固定机构锁定；③控制接口系统所述光电倍增管的输出经滤波电路、放大电路、模数转换器A/D，至单片机；计算机发出的控制光电倍增管的增益的指令经单片机和第四数模转换器D/A，发送给光电倍增管；所述的CCD探测器经图像采集卡与计算机相连；单片机经RS232接口与计算机相连；计算机发出的控制芯片平台运动的指令经单片机分别经第一数模转换器D/A和第二数模转换器D/A发送给控制平台运动的X轴电机、Y轴电机，驱动芯片平台的运动；计算机发出的调整物镜组焦距的指令经单片机经第三数模转换器D/A发送给调焦电机，以调整物镜组的焦距。
所述的光源是由同光轴的白光光源和激光光源组成，所述的激光光源可根据需要进行更换，以便选择合适的工作波长。
所述的检测光路模块的所有光学元件都安置在相应的卡槽中，该卡槽具有相应光学元件的装卸构件。
所述的物镜组与其支架通过螺纹连接，通过调焦电机控制螺纹旋转，以调节物镜组的焦距。
所述的光路切换开关为绕轴旋转拨动开关或平行移动式开关。
所述的光阑的光阑孔径具有调整机构。
所述的芯片平台的移动精度优于100μm。
所述的计算机具有数据采集处理程序。
所述的光电检测模块中的光电倍增管输出信号的滤波器采用二阶RC低通滤波器。
所述的光路倒置机构的固定机构为一由外轴穿入内轴的顶紧螺栓。
本发明的技术效果本发明中光电检测模块中的激光光源可以更换，根据待测定物所需要的激光波长来选定，本发明装置的波长使用范围更宽广，使用灵活；本发明中光电检测模块的检测光路中所有的光学镜片都安置在相应的卡槽里，可根据需要随时更换，位置可调，提高了装置的检测灵活性；所述的物镜组的焦距是可调的；光阑的孔径是可调的，微调范围为2μm～28μm；所述的光电检测模块中的检测光路在芯片平台的上方，且所述的光路切换开关的反射镜在光路中时，可以完成阵列芯片的共聚焦扫描；所述的光电检测模块中的检测光路在芯片平台的下方时，且所述的光路切换开关的反射镜在光路中时，可以完成微流控芯片的激光诱导荧光检测；所述的光电检测模块中的检测光路在芯片平台的上方，且所述的光路切换开关的反射镜移出光路时，可以完成阵列芯片的CCD扫描；本发明适用范围广，检测光路调整灵活，数据处理由计算机自动完成。
图1为本发明装置检测光路模块的光路原理框图；图2为本发明装置的计算机控制接口示意图；图3是本发明装置的中光路倒置机构示意图；图中1-检测光路模块；101-光源；102-第一滤光片；103-半透半反镜；104-物镜组；105-光路切换开关；106-第二滤光片；107-透镜；108-光阑；109-光电倍增管；110-CCD探测器；
11-光路倒置机构；111-固定机构；112-外轴；113-内轴；114-环形手臂；2-滤波电路；3-放大电路；4-计算机；41-图像采集卡；42-RS232接口；5-转换器；51-第一数模转换器D/A；52-第二数模转换器D/A；53-第三数模转换器D/A；54-第四数模转换器D/A；；55-模数转换器A/D；6-驱动电机；61-X轴电机；62-Y轴电机；63-调焦电机；7-芯片平台；8-生物芯片；9-单片机。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
如图1至图3所示，本发明是一种多功能芯片检测装置，其构成包括一机架及供芯片平台7，还包括①检测光路模块1(如图1所示)，是一固定设置检测光路的模板，其光路构成如下一光源101，沿该光源101发出光束的前进方向同光轴地依次设置第一滤光片102和半透半反镜103，该半透半反镜103与上述光束成45°放置，在该半透半反镜103的反射光束方向是物镜组104，透过该物镜组104的光束指向所述的芯片平台7，由芯片8反射的荧光光束透过所述半透半反镜103，在该透射光方向是具有反射镜的光路切换开关105和CCD探测器110，在所述的光路切换开关105的反射光路上依次是第二滤光片106、透镜107、光阑108和光电倍增管109；②光路倒置机构11(如图3所示)，该光路倒置机构11固定在所述的机架上，由外轴112、内轴113、环形手臂114和内轴113与外轴112的固定机构111组成，所述的环形手臂114固定在所述的内轴113的一端，该内轴113的另一端水平且同轴地套设在所述的外轴112的水平内腔的轴承内，所述的环形手臂114固定所述的检测光路模块1，所述的内轴113和外轴112之间还设有固定机构111，在手动的情况下，所述内轴113在外轴112的内腔中即可沿水平方向滑动，又可绕水平轴360°旋转，带动环形手臂114及其检测光路模块1围绕所述的芯片平台7转动，当物境组104对准芯片平台7的芯片后，所述的内轴113与外轴112的相对位置由所述的固定机构111锁定；③控制接口系统(如图2所示)所述光电倍增管109的输出经滤波电路2、放大电路3、模数转换器A/D55，至单片机9；计算机4发出的控制光电倍增管109的增益的指令经单片机9和第四数模转换器D/A54，发送给光电倍增管109；所述的CCD探测器110经图像采集卡41与计算机4相连；单片机9经RS232接口42与计算机4相连；计算机4发出的控制芯片平台7运动的指令经单片机9分别经第一数模转换器D/A51和第二数模转换器D/A52发送给控制平台7运动的X轴电机61、Y轴电机62，驱动芯片平台7的运动；计算机4发出的调整物镜组104焦距的指令经单片机9经第三数模转换器D/A53发送给调焦电机63，以调整物镜组104的焦距。
所述的光源101是由同光轴的白光光源和激光光源组成，所述的激光光源可根据需要进行更换，以便选择合适的工作波长。
所述的检测光路模块1的所有光学元件都安置在相应的卡槽中，该卡槽具有相应光学元件的装卸构件。
所述的物镜组104与其支架通过螺纹连接，通过调焦电机控制螺纹旋转，以调节物镜组的焦距。
所述的光电检测模块1中的反射镜的光路切换开关105为绕轴旋转拨动开关或平行移动式开关。
所述的光阑108的光阑孔径具有调整机构。
所述的芯片平台7的移动精度优于100μm。
所述的计算机4具有数据采集处理程序；所述的单片机9为89C51单片机。
所述的光电倍增管109输出信号的滤波器2采用二阶RC低通滤波器。
所述的光路倒置机构11的固定机构11为一由外轴112穿入内轴113的顶紧螺栓。
本发明装置有三种功能1.微流控芯片的激光诱导荧光检测，其程序如下①根据需要调整本发明多功能芯片检测装置中的检测光路模块1的各元部件；②手动将所述的的检测光路模块1的位置置于芯片平台7的下方；③由计算机4发出调节光电倍增管109增益的指令，经RS232接口42送单片机9，经第四数模转换器54调节光电倍增管的增益；④将光路切换开关105的反射镜复位，光源101的激光光源发出特定波长的激光，依次经第一滤光片102、半透半反镜103和反射经物镜组104照射在位于芯片平台7上的微控流芯片8的微管道中，该微管道中的物质在激发光的作用下，产生荧光。该荧光依次经物镜组104、半透半反镜103和光路切换开关105反射，然后经第二滤光片106滤光，消除荧光外的杂散光，荧光再经透镜107，光阑108，由光电倍增管109接收，产生的电信号经滤波电路2滤波后，经放大电路10放大，放大的信号经模数转换器55转换为数字信号送单片机89C519处理后通过RS232接口42送入计算机4，计算机4运行数据采集处理程序，完成对待测微控流芯片8中微管道的荧光检测。
2.阵列芯片的激光共聚焦扫描，其程序如下①根据需要调整本发明多功能芯片检测装置中的检测光路模块1的各元部件；②手动将检测光路模块1的位置置于芯片平台7的上方；③由计算机4发出调节光电倍增管109增益的指令，经RS232接口42送单片机89C519，经第四数模转换器54调节光电倍增管109的增益；④光路切换开关105的反光镜复位；⑤根据阵列芯片的规格，计算机4发出控制芯片平台7沿X、Y轴移动的速率和距离的指令，经RS232接口42送入单片机(89C51)9处理后，经第一数模转换器51和第二数模转换器52，产生脉冲信号控制X、Y轴伺服电机驱动器，驱动X、Y轴伺服电机的运动，通过芯片平台7移动机构62驱动芯片平台7运动。
⑥在芯片平台7的移动过程中，光源101的激光光源发出特定波长的激光，经第一滤光片102、半透半反镜103和反射经物镜组104照射在位于芯片平台7上的阵列芯片8，该阵列芯片中的物质在激发光的作用下，产生荧光，该荧光经物镜组104，半透半反镜103，光路切换开关105的反射镜反射，经第二滤光片106滤光，消除荧光外的杂散光，荧光再经透镜107，光阑108，由光电倍增管109接收，产生的电信号经滤波电路2和放大电路10后，放大的信号经模数转换器55转换为数字信号送单片机(89C51)9处理后通过RS232接口42送入计算机4，计算机4运行数据采集处理程序，完成对待测阵列芯片的激光共聚焦扫描。
3.阵列芯片的CCD扫描①根据需要调整本发明多功能芯片检测装置中的检测光路模块1的各元部件；②手动将检测光路模块1的位置置于芯片平台7的上方；③将光路切换开关将反光镜105移出；④光源101的激光光源发出特定波长的激光，经第一滤光片102、半透半反镜103反射经物镜组104照射位于芯片平台7上的阵列芯片8，该阵列芯片中的物质在激发光的作用下，产生荧光，该荧光经物镜组104，半透半反镜103，通过光路切换开关由CCD110接收，通过图像采集卡41送入计算机4，计算机4运行数据采集处理程序，完成对待测阵列芯片的CCD扫描。
由上述可知，本发明装置提供了一种多功能芯片检测装置，它具备对阵列芯片进行共聚焦扫描、CCD扫描和激光诱导荧光检测三种功能，具有一机多用的特点。
权利要求
1.一种多功能芯片检测装置，包括一机架及供芯片放置的芯片平台(7)，其特征在于还包括①检测光路模块(1)，是一固定设置检测光路的模块，其光路构成如下一光源(101)，沿该光源(101)发出光束的前进方向同光轴地依次设置第一滤光片(102)和半透半反镜(103)，该半透半反镜(103)与上述光束成45°放置，在该半透半反镜(103)的反射光束方向是物镜组(104)，透过该物镜组(104)光束指向所述的芯片平台(7)，由芯片反射的荧光光束透过所述半透半反镜(103)，在该透射光方向是具有反射镜的光路切换开关(105)和CCD探测器(110)，在所述的光路切换开关(105)的反射光路上依次是第二滤光片(106)、透镜(107)、光阑(108)和光电倍增管(109)；②光路倒置机构(11)，该光路倒置机构(11)固定在所述的机架上，由外轴(112)、内轴(113)、环形手臂(114)和内轴(113)与外轴(112)的固定机构(111)组成，所述的环形手臂(114)固定在所述的内轴(113)的一端，该内轴(113)的另一端水平且同轴地套设在所述的外轴(112)的水平内腔的轴承内，所述的环形手臂(114)固定所述的检测光路模块(1)，所述的内轴(113)和外轴(112)之间还设有固定机构(111)，在手动的情况下，所述内轴(113)在外轴(112)的内腔中沿水平方向滑动，或绕水平轴360°旋转，带动环形手臂(114)及其检测光路模块(1)围绕所述的芯片平台(7)转动，当物境组(104)对准芯片平台(7)的芯片后，所述的内轴(113)与外轴(112)的相对位置由所述的固定机构(111)锁定；③控制接口系统所述光电倍增管(109)的输出经滤波电路(2)、放大电路(3)、模数转换器A/D(55)，至单片机(9)；计算机(4)发出的控制光电倍增管(109)的增益的指令经单片机(9)和第四数模转换器D/A(54)，发送给光电倍增管(109)；所述的CCD探测器(110)经图像采集卡(41)与计算机(4)相连；单片机(9)经RS232接口(42)与计算机(4)相连；计算机(4)发出的控制芯片平台(7)运动的指令经单片机(9)分别经第一数模转换器D/A(51)和第二数模转换器D/A(52)发送给控制芯片平台(7)运动的X轴伺服电机(61)、Y轴伺服电机(62)，驱动芯片平台(7)的运动；计算机(4)发出的调整物镜组(104)焦距的指令经单片机(9)经第三数模转换器D/A(53)发送给调焦伺服电机(63)，以调整物镜组(104)的焦距。
2.根据权利要求1所述的多功能芯片检测装置，其特征在于所述的光源(101)是由同光轴的白光光源和激光光源组成，所述的激光光源可根据需要进行更换，以便选择合适的工作波长。
3.根据权利要求1所述的多功能芯片检测装置，其特征在于所述的检测光路模块(1)的所有光学元件都安置在相应的卡槽中，该卡槽具有相应光学元件的装卸构件。
4.根据权利要求1所述的多功能芯片检测装置，其特征在于所述的物镜组(104)与其支架通过螺纹连接，通过调焦伺服电机(63)控制螺纹旋转，以调节物镜组(104)的焦距。
5.根据权利要求1所述的多功能芯片检测装置，其特征在于所述的反射镜的光路切换开关(105)是具有通光和反射光功能的元件，其为绕轴旋转拨动开关或平行移动式开关。
6.根据权利要求1所述的多功能芯片检测装置，其特征在于所述的光阑(108)的光阑孔径具有调整机构。
7.根据权利要求1所述的多功能芯片检测装置，其特征在于所述的芯片平台(7)的移动精度优于100μm。
8.根据权利要求1所述的多功能芯片检测装置，其特征在于所述的计算机(4)具有数据采集处理程序。
9.根据权利要求1所述的多功能芯片检测装置，其特征在于所述的光电倍增管(109)输出信号的滤波电路(2)采用二阶RC低通滤波器。
10.根据权利要求1至9任一项所述的多功能芯片检测装置，其特征在于所述的光路倒置机构(11)的固定机构(111)为一由外轴(112)穿入内轴(113)的顶紧螺栓。
全文摘要
一种多功能芯片检测装置，包括一机架及供芯片放置的芯片平台，还包括检测光路模块、光路倒置机构和控制接口系统；所述的光电检测模块中的检测光路在芯片平台的上方，且所述的光路切换开关的反射镜在光路中时，可以完成阵列芯片的共聚焦扫描；所述的光电检测模块中的检测光路在芯片平台的下方时，且所述的光路切换开关的反射镜在光路中时，可以完成微流控芯片的激光诱导荧光检测；所述的光电检测模块中的检测光路在芯片平台的上方，且所述的光路切换开关的反射镜移出光路时，可以完成阵列芯片的CCD扫描；本发明适用范围广，检测光路调整灵活，数据处理由计算机自动完成。
文档编号G01N21/84GK1815186SQ20061002448
公开日2006年8月9日 申请日期2006年3月8日 优先权日2006年3月8日
发明者李汪根, 丁永生 申请人:东华大学