微阵列芯片点样质量自动化判断系统的制作方法

文档序号:10079197
微阵列芯片点样质量自动化判断系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属生物技术检测领域,特别涉及微阵列芯片点样质量自动化判断系统。
【背景技术】
[0002]微阵列芯片是指以阵列方式设定在基片上能够并行处理和分析样本中生物或化学信息的微型器件。注:点阵排布点径在500 μπι以内,相邻两点中心间距最小距离以不产生信号交叉为准(GB/T 27990-2011《生物芯片基本术语》)。
[0003]因微阵列芯片体积小,点径为微米级别,而为了实现高密度点样,点间距经常小于点径,肉眼很难判断生产的微阵列芯片质量。
[0004]目前企业进行点样质量判断多为人工判断,借助扫描或照相设备,将微阵列图像在显示屏上放大数倍显示,通过人工辨认或者使用量具在显示屏上人工测量。该方法检测效率低,主观因素大,漏检错检时有发生。
[0005]现有技术CN101839688A基于机器视觉的生物芯片点样过程实时检测系统及分析方法,包括:一图像拍摄设备,该图像拍摄设备跟随点样设备的点样头进行同步三维运动并对点样区域进行拍摄以获取点样区域图像;一图像采集设备,该图像采集设备与所述图像拍摄设备信号连接,对图像拍摄设备拍摄的图像进行采集并完成图像的数模转换;一图像处理设备,该图像处理设备与所述图像采集设备信号连接,对图像采集设备所采集的点样区域图像进行处理、分析,并输出处理结果。但是实际实施过程中,由于该技术需要实时采集并分析图像,延长了生物芯片点样过程,降低了生物芯片点样仪的使用效率。同时,为了配合实时分析数据的要求,需要为应用了该技术的每台生物芯片点样仪配备图像采集设备、图像处理设备,造成生产成本的增加。而且,该技术将生物芯片点样与生物芯片检测与分析合并,构成了一个更为复杂的新系统,降低了系统的稳定性,实际实施过程中,点样稳定性受到了影响。

【发明内容】

[0006]鉴于现有技术存在的效率低、成本高及稳定性差的问题,本实用新型提供了微阵列芯片点样质量自动化判断系统及判断方法。本实用新型可以自动化批量检测生物芯片质量,并且可以多任务同时执行,执行效率高。由于本实用新型将扫描仪及计算机数字化装置与点样仪独立,其实际执行稳定性高。
[0007]所述微阵列芯片点样质量自动化判断系统包括:微阵列芯片,扫描仪,计算机软件数字化装置,以及软件对比装置。
[0008]所述微阵列芯片的组成包括基片,基片上设置点位,以及DNA探针、IC探针、PC探针、NC探针、VE探针、空白对照探针,各探针与点位对应,和空白点。
[0009]所述微阵列芯片设置检测26种HPV病毒不同基因型的DNA探针,并预留8个可扩展点位。
[0010]所述基片的4个“顶点”标记画出I个独立区域,该区域即为一个微阵列芯片,点位分为a-j行,和w-z列,每3个点位为I列。
[0011]所述可扩展点位位于e行X列点位,h行w列点位,h行y列点位,h行z列点位,和i行全部点位。
[0012]所述内对照探针设置于a行w列点位;阳性对照探针设置于a行z列点位;阴性对照探针设置于j行I列点位;表面化学质控点探针设置于j行z列点位;空白对照探针设置于j行X列点位;空白点设置于j行w列点位,DNA探针位于其余点位。
[0013]所述每个探针对3个连续点位重复检测。
[0014]其中,微阵列芯片是由基片、探针组成。基片用于承载探针,具备一定的机械强度,可以支撑探针实现捕获靶标的作用。探针与基片间通过化学键连接,在捕获靶标的过程中实现稳定连接。基片多以为玻璃、尼龙膜、硅片、塑料或者陶瓷等具备一定机械强度的材质制作,并具备表面平整性及可化学修饰性,二探针多以生物大分子为主,具备特定的生物活性,可以特异性捕获靶标,根据探针在微阵列芯片中的位置信息实现靶标生物信息的转换与识别。微阵列芯片实现功能必须以探针特定排列形成的有序微阵列为前提,即微阵列芯片的有序性是实现微阵列芯片的前提必要条件。
[0015]三点微阵列芯片为同一基片上具备重复的三个同种探针的芯片,该微阵列的特点是可以在一次微阵列芯片靶标捕获过程中收集同一样品中的同一靶标三次,有效避免了因实验误差导致的错检问题,三点微阵列芯片的分析结果较单点芯片的分析结果更为可靠稳定。
[0016]扫描仪由平板玻璃、光源、感光元件、驱动器、主板、USB端口组成,微阵列芯片放在平板玻璃上,结合有探针的表面面向光源及感光元件,驱动器带动光源及感光元件由微阵列芯片的顶端移动至底端,期间光源发出可见光,透过玻璃照射在微阵列芯片上,微阵列芯片的反射光进入感光元件,实现图像的收集,感光信息经主板进行数字转换,并经USB端口传送至计算机软件数字化装置。扫描仪可以实现36X26共计936颗微阵列芯片的一次性扫描。
[0017]计算机软件数字化装置的组成为USB端口、显示器、处理器、内存,USB端口接收扫描仪传送过来的数字影像,并暂存在内存中,软件调用数字影像,并根据用户划定的选择框对数值图像进行分割、二值化图,并将每个靶点的位置、长轴、短轴的尺寸信息暂存在内存中。
[0018]以及软件对比装置调用内存中936颗芯片的每个靶点的尺寸信息与用户设定的标准尺寸信息进行对比,符合标准设定的靶点被判断为合格,否则即为不合格,并将判断结果以Excel格式输出到显示器上。
[0019]所述判断方法包括:采用前述微阵列芯片点样质量自动化判断系统,(I)分析图片中每个像素的颜色构成,当像素的颜色构成中红色像素大于200并且红色像素大于蓝色像素+40时,则该像素点将被认作靶点,否则将被认作为背景,把耙点像素转为白色,背景像素转为黑色;(2)根据二值化图,通过轮廓跟踪查找出每一耙点对应的位置以及大小,对于耙点直径小于最小尺寸的,直接忽略;(3)若耙点的高度或宽度大于耙点最大尺寸,则判断该耙点确实是两个耙点粘合在一起,对于粘合在一起的耙点实行拆分;(4)根据检测出的耙点位置,大小,长宽比等信息进行与设定的标准值进行比对,生成检测报告。
[0020]本案例实现了微阵列芯片点样质量自动化判断系统,该系统具备对微阵列芯片自动判断质量的功能,可以根据芯片的点阵排布特点,通过设定阵列行数、阵列行间距、阵列列数、阵列列间距、靶点行数、靶点行间距、靶点列数、靶点列间距、靶点重复点数、靶点重复列间距、靶点直径、靶点最大直径、靶点最小直径、靶点纵横比最大值、靶点最大位移等参数,而软件对比装置自行与设定参数进行对比以确定每颗芯片的质量情况并出具报告。
[0021]本实用新型中术语:IC(内对照探针)探针、PC(阳性对照探针)探针、NC(阴性对照探针)探针、VE (表面化学质控点探针)探针。
[0022]人乳头瘤病毒(HPV),HPV病毒具有130多个基因型别,本实用新型芯片可检测其中 26 种 HPV 病毒型别(分别为 HPV 16、18、31、33、35、39、45、51、52、56、58、59、68、6、11、40、42、43、44、53、54、55、57、66、67、73 型)。
[0023]本实用新型自动化判断系统相较于现有技术传统人工判断系统具有显著优势,详述如下:
[0024]1.检测效率高
[0025]配合高性能计算机,自动化判断系统15分钟内可以出具936份微阵列的检测报告,并且可以实现多核心并行分析,在多核心CPU计算机上可以实现4?8个检测同时并行,出报告时间不变。而传统人工判断系统判断936份微阵列需要30?60分钟(阵列复杂程度不同,判断时间差异很大)。
[0026]2.结果客观
[0027]自动化判断系统是通过图像数字化系统对芯片图像进行判断,图像时通过高分辨率扫描仪获得,与实物高度吻合,图像根据色彩组成及色彩范围形成数值,对数值进行比对分析,因此同一份微阵列多次判断结果一致。而传统人工判断系统根据个人经验进行判断,不同人及人的不同状态下判断结果很难保持一致。
[0028]3.成本低廉
[0029]—套微阵列芯片点样质量自动化判断系统包含扫描仪、计算机及配套软件即可组建实施。人员经过简单培训并按照操作规程操控软件即可实现微阵列芯片的质量判断。一个工作岗位就可以实现传统8-16个人工所能完成的作业。大大的降低企业的用人成本。
【附图说明】
[0030]图1本实用新型微阵列芯片点样质量自动化判断系统工作流程图。
[0031]图2本实用新型一种微阵列芯片结构图
[0032]图3本实用新型一种微阵列芯片分析图,其中,图3(A)待检芯片二值化前实物图,图3(B)待检芯片二值化后分析图。
[0033]图4本实用新型一种二值化微阵列芯片点阵边缘结构图,通过轮廓跟踪转化得到。
[0034]图5本实用新型一种判断参数列表图。
[0035]图6本实用新型一种三点芯片26X36个芯片矩阵行列分布示意图
[0036]图7本实用新型一种三点芯片间质控参数示意图
[0037]图8本实用新型一种三点芯片内质控参数示意图。<
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