专利名称：生物芯片读取装置和生物芯片读取方法
背景技术：
本发明涉及生物芯片读取装置和生物芯片读取方法，用于根据生物芯片上的位点处所产生的荧光的光量分布进行分析。
使用生物芯片的方法已知是一种用于鉴定诸如DNA的生物聚合物的方法。例如，在鉴定DNA的情况中，将碱基序列已知的DNA探针固定到生物芯片的每一个位点上，并且通过杂交使具有互补碱基序列的DNA与每一个所述位点相结合。通过用荧光分子标记所述被结合的DNA，DNA的结合量就可以作为荧光的光量而被识别。
牧野微·狩野恭一、会誌「光学」ライフサイエンスにおける光技術「DNA解析と光技術」、第28卷10号(1999)、(社)応用物理学会分科会 日本光学会、1999年、p549-552使用专用读取装置测量光量。为了测量每一个位点的光量，就必须检测位点的位置。用于检测位点的位置的方法包括使用激发光照射并利用各个位点的荧光的方法，以及使用白色照明光对生物芯片进行照明并检测位点位置的方法。
然而，在使用激发光照射并利用各个位点的荧光的方法中，难以检测出荧光较暗的位点，而且位点的亮度也会随着荧光分子的数量不同而变化，使得每个位点的光量都不同，因此不能检测出精确的位点位置。此外，使用激发光照射会产生荧光衰减的问题。
此外，在使用白色照明光对生物芯片进行照明并检测位点位置的方法中，白色光的波长中含有激发光的波长，使得位点上的荧光分子被激发，因此不可避免地发生荧光衰减。此外，各个位点的荧光分子都被激发，从而使各个位点的亮度都随着荧光分子的数量不同而变化，因此难以检测出精确的位点位置。
发明内容
本发明的目的是提供生物芯片读取装置和生物芯片读取方法，通过该装置和该方法能够精确地检测出生物芯片上的位点的位置。
本发明的生物芯片读取装置的特征在于生物芯片读取装置是用于根据生物芯片上的位点处所产生的荧光的光量分布进行分析的，该装置具有照明部件，用于以不含激发波长的照明光来照射生物芯片；以及检测部件，用于根据所述照明光的反射光或透射光来检测生物芯片上的位点的位置。
根据这种生物芯片读取装置，生物芯片是由不含激发波长的照明光来照射的，并且所述生物芯片上的位点的位置是根据所述照明光的透射光或反射光来检测的，从而使得所述位点可以由亮度均匀的、不会造成荧光衰减的光进行照明，并且所述位点的位置可以被精确地检测出来。
本发明的生物芯片读取装置的特征在于生物芯片读取装置是用于根据生物芯片上的位点处所产生的荧光的光量分布进行分析的，该装置具有照明部件，用于以波长比激发波长更长的照明光来照射生物芯片；以及检测部件，用于根据所述照明光的反射光或透射光来检测生物芯片上的位点的位置。根据这种生物芯片读取装置，生物芯片是由波长比激发波长更长的照明光来照射的，并且所述生物芯片上的位点的位置是根据所述照明光的透射光或反射光来检测的，从而使得所述位点可以由亮度均匀的、不会造成荧光衰减的光进行照明，并且所述位点的位置可以被精确地检测出来。
所述照明部件可具有光源；以及滤波器，用于限定由该光源施加的光的波长。
所述照明部件可由发光二极管构成。
所述照明部件可由电致发光体构成。
本发明的生物芯片读取方法的特征在于生物芯片读取方法是用于根据生物芯片上的位点处所产生的荧光的光量分布进行分析的，该方法包括照射步骤，使用不含激发波长的照明光来照射生物芯片；以及检测步骤，根据所述照明光的反射光或透射光来检测生物芯片上的位点的位置。
根据这种生物芯片读取方法，生物芯片是由不含激发波长的照明光来照射的，并且所述生物芯片上的位点的位置是根据所述照明光的透射光或反射光来检测的，从而使得所述位点可以由亮度均匀的、不会造成荧光衰减的光进行照明，并且所述位点的位置可以被精确地检测出来。
本发明的生物芯片读取方法的特征在于生物芯片读取方法是用于根据生物芯片上的位点处所产生的荧光的光量分布进行分析的，该方法包括照射步骤，使用波长比激发波长更长的照明光来照射生物芯片；以及检测步骤，根据所述照明光的反射光或透射光来检测生物芯片上的位点的位置。根据这种生物芯片读取方法，生物芯片是由波长比激发波长更长的照明光来照射的，并且所述生物芯片上的位点的位置是根据所述照明光的透射光或反射光来检测的，从而使得所述位点可以由亮度均匀的、不会造成荧光衰减的光进行照明，并且所述位点的位置可以被精确地检测出来。
在所述照射步骤中可使用光源；以及滤波器，用于限定由该光源施加的光的波长。
在所述照射步骤中可使用发光二极管。
在所述照射步骤中可使用电致发光体。
根据本发明的生物芯片读取装置，生物芯片是由不含激发波长的照明光来照射的，并且所述生物芯片上的位点的位置是根据所述照明光的透射光或反射光来检测的，从而使得所述位点可以由亮度均匀的、不会造成荧光衰减的光进行照明，并且所述位点的位置可以被精确地检测出来。
根据本发明的生物芯片读取装置，生物芯片是由波长比激发波长更长的照明光来照射的，并且所述生物芯片上的位点的位置是根据所述照明光的透射光或反射光来检测的，从而使得所述位点可以由亮度均匀的、不会造成荧光衰减的光进行照明，并且所述位点的位置可以被精确地检测出来。
根据本发明的生物芯片读取方法，生物芯片是由不含激发波长的照明光来照射的，并且所述生物芯片上的位点的位置是根据所述照明光的透射光或反射光来检测的，从而使得所述位点可以由亮度均匀的、不会造成荧光衰减的光进行照明，并且所述位点的位置可以被精确地检测出来。
根据本发明的生物芯片读取方法，生物芯片是由波长比激发波长更长的照明光来照射的，并且所述生物芯片上的位点的位置是根据所述照明光的透射光或反射光来检测的，从而使得所述位点可以由亮度均匀的、不会造成荧光衰减的光进行照明，并且所述位点的位置可以被精确地检测出来。
图1是本实施方案的生物芯片读取装置的光学系统的结构图。
图2是本实施方案的生物芯片读取装置的控制系统的结构框图。
图3A和3B是贯通型芯片(through type chip)的结构图，图3A是立体图，以及图3B是沿图3A中的直线B-B截取的剖面图。
具体实施例方式
以下将参考图1到3来描述本发明的生物芯片读取装置的一个图1是本实施方案的生物芯片读取装置的光学系统的结构图。
如图1所示，本实施方案的生物芯片读取装置具有以下设备作为用于使激发光照射在生物芯片60上的光学系统，所述设备为激光光源1，用于产生激光；光学系统2；以及二色镜3，用于使激光偏转。
激光光源1的波长与(例如)cy3或cy5荧光分子的激发光的波长一致。
此外，本实施方案的生物芯片读取装置还具有以下设备作为用于接收生物芯片60发出的光的光学系统，所述设备为阻挡层滤波器11和光学系统12，其分别被设置在光路上；以及CCD照相机13，用于接收通过光学系统12的光。
此外，本实施方案的生物芯片读取装置还具有以下设备作为对生物芯片60进行反射照明的光学系统，所述设备为光源21，用于发出白光；阻挡层滤波器22；以及二色镜23，用于使光源21发出的光发生偏转。阻挡层滤波器22的功能是只允许波长比激发光的波长更长的光通过；或者从光源21发出的光中排除荧光分子激发光的波长成分。
此外，本实施方案的生物芯片读取装置还具有以下设备作为对生物芯片60进行透射照明的光学系统，所述设备为光源31，用于发出白光；以及阻挡层滤波器32。阻挡层滤波器32的功能是只允许波长比激发光的波长更长的光通过；或者从光源31发出的光中排除荧光分子激发光的波长成分。
如图1所示，生物芯片60被放置在台子41上。
图2是本实施方案的生物芯片读取装置的控制系统的结构框图。
如图2中所示，本实施方案的生物芯片读取装置具有计算部分51，用于执行各种计算操作；激光光源1；光源21；光源31；CCD照相机13；以及控制部分61，用于控制计算部分51。
以下描述用于检测位点在生物芯片60上的位置的操作过程。
在本实施方案中，可以根据生物芯片的结构使用反射光或透射光，来检测位点的位置。
在使用反射光时，开启光源21。光源21发出的光通过阻挡层滤波器22，并经二色镜23偏转，然后通过二色镜3，并对生物芯片60进行照明。在图1中，生物芯片60上的反射光向上传播，并进入CCD照相机13中。CCD照相机13的输出信号被传输到计算部分51，并在计算部分51中对生物芯片60上的位点的位置进行检测。位点的位置是根据(例如)CCD照相机13的坐标系(对应的像素的位置)来检测的。
在上述实施方案中，阻挡层滤波器22只允许波长比激发光的波长更长的光通过、或者从光源21发出的光中排除荧光分子激发光的波长成分。因此，用于照射生物芯片60的照明光不会造成荧光衰减的问题。此外，位点的位置是通过生物芯片60的照明光来检测、而不是使用荧光来检测的，从而使得可以以均匀的亮度获取所有的位点。因此，可以高精度地检测出位点的位置。
在使用透射光来检测位点的位置时，开启光源31。由光源31发出的光通过阻挡层滤波器32，并从台子41那一侧对生物芯片60进行照明。在图1中，透射光以与上述反射光类似的方式向上传播，并进入CCD照相机13中。CCD照相机13的输出信号被传输到计算部分51，并在计算部分51中对生物芯片60上的位点的位置进行检测。
在上述实施方案中，阻挡层滤波器32只允许波长比激发光的波长更长的光通过、或者从光源31发出的光中排除荧光分子激发光的波长成分。因此，用于照射生物芯片60的照明光不会造成荧光衰减的问题。此外，位点的位置是通过生物芯片60的照明光来检测、而不是使用荧光来检测的，从而使得可以以均匀的亮度获取所有的位点。因此，可以高精度地检测出位点的位置。
接下来描述对生物芯片60进行测量时的操作。
在进行测量时，由激光光源1发出的激光通过光学系统2，并经二色镜3偏转，然后用该激光照射生物芯片60。
生物芯片60由激光激发而产生荧光，该荧光通过二色镜3、二色镜23、阻挡层滤波器11以及光学系统12而进入CCD照相机13中。CCD照相机13的输出信号被传输到计算部分51，并在计算部分51中对生物芯片60上的各个位点的荧光的光量进行检测。
为了计算各个位点上的荧光的光量，就必须确定各个位点的位置。在本发明中，根据由上述操作过程所得到的检测结果，通过对CCD照相机13所得到的图像进行图像处理，而从该图像中剪切出位点的位置，然后测量该区域的光量。在上述实施方案中，使用均匀的、没有受到荧光影响的照明光精确地检测出了位点的位置，从而使得可以高精度地测量各个位点的光量。
另外，也可以在CCD照相机拍摄到生物芯片60发出的荧光之后，再检测位点的位置。随后根据位点位置的检测结果，对拍摄的图像进行剪切，由此可以测出荧光的光量。
在上述实施方案中，可根据生物芯片的构造来合理地选择照明方法。例如，在贯通型芯片中，可以通过使用透射光来识别位点的轮廓，从而可以检测出位点的位置。此外，在其中DNA被设置在玻璃上这样的芯片中，由于DNA所结合的粒子或DNA而使测量波长处的透射率或反射率发生变化时，同样可检测出位点的位置。或者，当位点形成凸起的形状时，透射或反射的情况发生变化，从而可检测出位点的位置。
图3是贯通型芯片60A的结构图，并且图3A是立体图，图3B是沿图3A中的直线B-B截取的剖面图。如图3A和3B所示，在贯通型芯片60A中，检测区域61以二维的方式排布在树脂容器中，其中检测区域61中固定有与特定的靶分子相对应的探针，并且每一个检测区域61都由分隔壁62隔开。溶液在贯通型芯片60A的厚度方向(图3B中的上下方向)上延展，每一个检测区域61都通过杂交而检测出该溶液中的靶分子。因为分隔壁62对透射光是不透明的，所以可检测出检测区域61(位点)的位置。此外，当分隔壁62具有反射性时，可通过反射光来检测位置。
在上述实施方案中，照明光是通过将白光光源与阻挡层滤波器结合而得到的，但是还可以使用满足本发明中的照明部件的条件的、并发出预定波长的光的LED、电致发光体或激光光源等，来替代上述这种方式。
本发明的适用范围不限于上述实施方案。本发明可广泛应用于这样的生物芯片读取装置和生物芯片读取方法中，该装置和该方法用于根据生物芯片上各个位点处所产生的荧光的光量分布进行分析。
权利要求
1.一种生物芯片读取装置，用于根据生物芯片上的位点处所产生的荧光的光量分布进行分析，所述生物芯片读取装置具有照明部件，用于以不含激发波长的照明光来照射生物芯片；以及检测部件，用于根据所述照明光的反射光或透射光来检测所述生物芯片上的位点的位置。
2.一种生物芯片读取装置，用于根据生物芯片上的位点处所产生的荧光的光量分布进行分析，所述生物芯片读取装置具有照明部件，用于以波长比激发波长更长的照明光来照射生物芯片；以及检测部件，用于根据所述照明光的反射光或透射光来检测所述生物芯片上的位点的位置。
3.如权利要求1所述的生物芯片读取装置，其中所述照明部件具有光源；以及滤波器，用于限定由该光源施加的光的波长。
4.如权利要求1所述的生物芯片读取装置，其中所述照明部件由发光二极管构成。
5.如权利要求1所述的生物芯片读取装置，其中所述照明部件由电致发光体构成。
6.一种生物芯片读取方法，用于根据生物芯片上的位点处所产生的荧光的光量分布进行分析，所述生物芯片读取方法包括照射步骤，使用不含激发波长的照明光来照射生物芯片；以及检测步骤，根据所述照明光的反射光或透射光来检测所述生物芯片上的位点的位置。
7.一种生物芯片读取方法，用于根据生物芯片上的位点处所产生的荧光的光量分布进行分析，所述生物芯片读取方法包括照射步骤，使用波长比激发波长更长的照明光来照射生物芯片；以及检测步骤，根据所述照明光的反射光或透射光来检测所述生物芯片上的位点的位置。
8.如权利要求6所述的生物芯片读取方法，其中在所述照射步骤中使用光源，以及用于限定由该光源施加的光的波长的滤波器。
9.如权利要求6所述的生物芯片读取方法，其中在所述照射步骤中，使用发光二极管。
10.如权利要求6所述的生物芯片读取方法，其中在所述照射步骤中，使用电致发光体。
11.如权利要求2所述的生物芯片读取装置，其中所述照明部件具有光源，以及用于限定由该光源施加的光的波长的滤波器。
12.如权利要求2所述的生物芯片读取装置，其中所述照明部件由发光二极管构成。
13.如权利要求2所述的生物芯片读取装置，其中所述照明部件由电致发光体构成。
14.如权利要求7所述的生物芯片读取方法，其中在所述照射步骤中使用光源，以及用于限定由该光源施加的光的波长的滤波器。
15.如权利要求7所述的生物芯片读取方法，其中在所述照射步骤中，使用发光二极管。
16.如权利要求7所述的生物芯片读取方法，其中在所述照射步骤中，使用电致发光体。
全文摘要
可根据生物芯片60的结构，使用不含激发波长的透射光或反射光来检测位点的位置。当使用反射光时，开启光源21。光源21发出的光通过阻挡层滤波器22，经二色镜23偏转，并通过二色镜3，然后照射生物芯片60。生物芯片60上的反射光进入CCD照相机13。CCD照相机13的输出信号被传输到计算部分51，并且在计算部分51中检测生物芯片60上的位点的位置。
文档编号G01J1/00GK1940561SQ200610152288
公开日2007年4月4日 申请日期2006年9月27日 优先权日2005年9月27日
发明者杉山由美子, 田名纲健雄 申请人:横河电机株式会社