专利名称：荧光成像扫描仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种兼有荧光成像功能的扫描仪，该扫描仪不仅能扫描普通的文稿，而且能实现荧光成像。该实用新型可用于分子生物学、医药等领域的生化分析，特别是荧光检测分析，如电泳凝胶中具有荧光标记的蛋白质、DNA、RNA，薄层色谱TLC板的上的有机小分子的检测。
背景技术：
电泳是分子生物学领域用于分离蛋白、DNA、RNA等生物大分子最有效的方法之一，分离的结果是使各种大分子在凝胶中呈条带状分布，这些条带经染色后可直接观察或在特定光的照射检测其荧光。薄层色谱法(TLC)是检测有机小分子最有效的方法之一，广泛应用于药品成分分析，它同样是先用TLC板将各小分子分离，然后进行显色并检测，其中用紫外照射产生可见荧光是最常用的显色方法。在生物和化学技术领域，还有多种对膜或平板可见物质或荧光物质的检测。实现这些检测的一种方法就是成像分析，即用光成像设备获得观察对象的影像，然后对其颜色、强度等进行分析。
随着数码技术的发展，数码相机被集成到各种成像设备中，如目前市场上主流的TLC板检测仪和电泳凝胶成像系统。这类系统通常为一个箱体，箱体内有白光或荧光激发光源，在箱体的顶部装一台数码相机，用于拍摄平放在箱体底部的TLC板或凝胶。由于相机需要一定的对焦距离，设备高度通常在0.5米左右，因此体积较大。数码技术的另一类产品文稿扫描仪实际上也是一种成像系统，由于采用了微镜头阵列，大大降低了对焦距离，因此可用于开发小型的便携成像系统。
由于普通文稿扫描仪是市场上非常成熟的产品，本文在此只简单说明其工作原理用均匀的线状白色光源扫描稿件，将反射光(扫描反射稿，如图片)或透射光(扫描透射稿，如照相底片)经一组反射/透射镜成像到光电转换系统(市场出现的系统包括光电耦合器CCD，接触式图像传感器CIS或LIDE，光电倍增管PMT等)，再将电信号通过模拟/数字转换器转化为数字信号传输到计算机中，最后通过软件实现图像显示。市场上的文稿扫描仪以平台反射式最为常见，图1为其结构示意图，当移动组件3(它包括光学成像系统、光电转换系统、模/数转换器、电控系统的一部分以及一些机械构件)在壳体1中的平移滑杆2上移动时，移动组件上的白色线光源4扫过文稿平面，其反射光被光学成像系统5转换成电信号，该信号经数字转换后用于计算机信息处理和图像显示。
利用普通文稿扫描仪主要用于可见物质的扫描成像，尽管用它可对那些在可见光(如635nm可见光)照射下能发出荧光的物质进行扫描，但由于光源中还含有其他大量的杂光，干扰严重，无法实用。
在生物或化学分析中，用于激发荧光的光源更多采用紫外光(如254、306、312、365nm的紫外光)，甚至激光。因此将普通文稿扫描仪的白色光源换成特定波长的光源，就能实现荧光扫描。专利CN00125286.0描述的用于检测防伪标记的“紫外扫描仪”正是采用这种方法。用这种紫外扫描仪只能获得含有荧光物质区域的图像，而无法显示其他区域非荧光的文字、记号和图案等。如在进行TLC分析时，分析人员通常用铅笔在TLC板上标注样品名称、编号、浓度、点样位置等信息。目前市场上的成像系统一般在荧光成像后用软件将这些信息加注到图像上，但是这种做法违背了记录原始性的原则，容易产生标注错误。至于点样位置，它是确定样品中不同成分迁移距离的起点，是鉴别各种成分的关键参数。这些非荧光信息不能用上述的紫外扫描仪获得。
再者，反射式普通文稿扫描仪采用线性光源扫描，为在短时间内完成大面积扫描，光源移动很快，即光源在扫描对象上的停留时间很短。在生化分析中，有时需要延长激发光照时间以获得更清晰的图像，而目前的扫描仪很难实现。
基于以上存在的问题，本文提出一种实用的兼有荧光成像功能的扫描仪。
发明内容
本实用新型所述扫描仪包括两个部分(1)普通文稿扫描系统白色光源(第一光源)、光学成像系统、光电转换系统、信息处理系统和移动机械构件等；(2)第二光源。扫描仪的第一部分用于完成整个对象的轮廓以及其中的非荧光标识的扫描成像，第二光源用于激活扫描对象上的荧光物质，获得荧光后，利用第一部分(白色光源除外)获得荧光物质的图像。
为了增大第二光源光照时间的调节范围，第二光源为面光源。面光源是相对于线光源而定义的，本文指在扫描对象上形成2mm以上照射宽度的光源。第二光源激发荧光的工作方式有两种静止激发和扫描激发。
采用静止激发方式时，第二光源独立于普通文稿扫描系统，具有独立的电源开关或时间控制电路。该光源可覆盖整个扫描对象区域，照射一定时间后，启动普通文稿扫描系统(第一光源保持关闭状态)对荧光进行成像扫描。采用这种激发方式，照射时间可无限制调节。
采用扫描激发方式时，第二光源可与光学成像系统相对于扫描对象同步移动，在整个光平面扫完一条线的同时，该线上发出的荧光由光学成像系统捕获，实现成像。如上所述，光照时间随面光源的宽度增加而增加，再结合扫描移动速度，光照激发时间可达到数分钟。
实际操作过程中，获得完整的图像信息至少要进行两次扫描，第一次启动第一光源获得对象轮廓和非荧光标识图像，第二次利用第二光源照射激发获得可见荧光并成像，然后将两次扫描的结果合并，得到完整的对象信息。
由于荧光强度较激发光弱得多，为了获得较佳的成像效果，应对以下三个因素进行控制。首先，激发光源的波谱应控制在较窄的范围，即减少杂光的干扰。第二，扫描对象和光学成像系统应处于避光的黑箱中，以减少环境光源的干扰。第三，尽量减少进入光学成像系统的第二光源的反射或透射光。
第二光源可以是单波长光源，也可以是多个光源的组合，即可同时提供多种激发光源。在设计时，第二光源还可采用独立模块或单元，以便更换不同波长光源。第二光源也可附有独立的电源开关或时间控制器。
由于普通平板扫描仪使用白色光源，载物台一般为普通玻璃，这种玻璃对紫外光吸收较大，紫外光的透射率低。为了节省能源，获得更佳的扫描效果，可将普通玻璃换成对紫外和可见光透射具佳的材料(如石英玻璃)；或者去掉用于支撑扫描对象的普通玻璃，而改用支架，同时在第一光源和光学成像上面增加透可见光的玻璃罩或塑料膜，以防止灰尘进入。
本发明的目的是提供一种兼有荧光成像功能的扫描仪，它不仅可获得荧光物质(或标记)的图像，而且可以扫描成像普通的非荧光标识，并将两者合并成完整的图像。
本发明的另一目的是提供一种荧光激活时间可在数秒到数分钟大范围进行调节的扫描成像系统。
图1为平台式普通文稿扫描仪的示意图图2为本发明的一实施例(静止激发方式)示意图图3为本发明的一实施例(静止激发方式)的侧视示意图图4为本发明的一实施例(扫描激发方式)示意图图中1为壳体，2为滑杆，3为移动组件，4为第一光源，5为光学成像系统，6为第二光源，7为载物台。
具体实施方式
图2显示的实施例示意图是一采用静止激发方式的扫描仪，图3为其侧视图，它是在普通文稿扫描仪的基础上改进的，其主要特点是增加了一个第二光源6，在本实施例中为254nm紫外光。以下就以TLC板的成像过程说明荧光扫描仪的操作过程。将TLC板置于载物台7上，工作面朝下。开启第一光源4进行第一次扫描，获得TLC板的轮廓图像及其上面的可见记号(如点样位置、样品名称、编号等)。扫描结束后，关闭白色光源4，启动第二光源6，使该光源照射整个TLC板；同时通过计算机软件观察用白光扫描获得的TLC板轮廓图，从图上获得样品的点样位置以及流动相迁移前沿线，选定点样位置和迁移前沿之间的区域，此区域即为有荧光物质的工作区域。在第二光源按要求照射一段时间(数秒到数分钟)后，进行第二次扫描，此次扫描的区域为第一次扫描后选定的工作区域。在进行第二次扫描时白色光源保持关闭状态，因此只显示荧光物质图像。最后用第二次扫描获得的信息替换第一次扫描的同一区域信息，其他区域保留，则得到完整的TLC板图像，该图像上显示了原始的样品名称、编号等信息。
本实施例中，第二光源6采用倾斜放置，且与白色光源平行，其目的主要是减少扫描仪壳体的体积。在第二次扫描中，激发光照射的最边缘线(图3中虚线箭头所指)区域发出的荧光被光学成像系统捕获，随移动组件3的移动，整个被照射区域可实现荧光成像。如需得到荧光物质相对浓度信息，除需保证激发光是均匀一致的，而且TLC板在载物台上应呈平板状态，因此最好用平整的盖板将TLC板压在载物台上。
由于第二光源置于壳体周边位置，因此本实施例的一个优点是容易更换第二光源，以满足不同的需求。
图4为另一实施例的扫描仪示意图，图中箭头为扫描移动方向。与普通扫描仪相比，它增加了第二光源6，同时白光源被放置在光学成像系统的下游。实际操作时，先启动第一光源4扫描，此时第二光源6关闭，获得对象的轮廓和非荧光标识；结束后可选择荧光标识区域；然后启动第二光源扫描(此时第一光源关闭)，如图所示，第二光源在光学成像系统的上游，在第二光源扫描荧光标记激发出荧光后，紧随其后的光学成像系统5捕获照射区最边缘线性区域的荧光实现成像。图中移动组件3可在壳体1中的滑杆2上滑动，实现扫描。
该实施例中，扫描激发方式扫描仪的光源宽度可调节，调节范围从毫米级到数厘米。一种简单的实现方式是将多个线光源平行排列，线光源开启的数量越多，光源越宽；另一个实现方法是在光源出口增加光路门，通过改变门狭缝的大小改变照射宽度。扫描激发方式时采用体积较小的光源，因此可进一步减少扫描仪的体积。
以上两个实施例都采用了反射式扫描，即光源和光学成像系统处于扫描对象的同一侧面，若将光源和光学系统分置于扫描对象的两侧，可实现透射式扫描，这种扫描方式可用于凝胶等透光性扫描对象。利用馈纸式文稿扫描仪，按以上技术方案增加第二光源，同样可以实现荧光扫描成像。
上述较佳实施例和设计仅是举例说明新型扫描仪的结构和用法，并非用于本发明的限制范围，该实用新型所包含的内容由权利要求书界定。
权利要求1.一种兼有荧光成像功能的扫描仪，它包括可实现普通文稿成像的第一光源、光学成像系统、光电转换系统、信息处理系统和移动机械构件，其特征在于它还包括用于激发荧光物质发出荧光的第二光源。
2.根据权利要求1所述的扫描仪，其中的第二光源为波长254nm、365nm或其他波长的单一波长紫外光。
3.根据权利要求1所述的扫描仪，其中的第二光源为波长范围在400nm-800nm的一特定波长可见光。
4.根据权利要求1所述的扫描仪，其中的第二光源为两个或两个以上单一波长光源组合的多波长复合光源。
5.根据权利要求1所述的扫描仪，其中的第二光源相对于扫描对象是固定的，而且它的照射区域可覆盖整个预扫描对象。
6.根据权利要求1所述的扫描仪，其中的第二光源和光学成像系统是相对于扫描对象可同步移动的。
专利摘要本实用新型提供一种兼有荧光成像功能的扫描仪，它可以实现荧光标记扫描成像，并将其和对象上的非荧光文字、图案的扫描图像合并，获得完整的图像信息。本扫描仪不仅含有可完成普通文稿扫描成像的第一光源、光学成像系统、光电转换系统、信息处理系统和移动机械构件，它还包括用于激发荧光标记发出荧光的第二光源。利用第一光源进行扫描，可以获得扫描对象的轮廓并显示其中非荧光性的文字、标识图像，然后启动第二光源，使荧光标记发出荧光，扫描该荧光以获得荧光标记图像，将两次扫描的结果合并，就获得了完整的图像信息。
文档编号G01N21/64GK2884737SQ200620039860
公开日2007年3月28日 申请日期2006年3月1日 优先权日2006年3月1日
发明者陈奎发 申请人:陈奎发