专利名称：毛细管电泳成像检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学检测技术领域，尤其涉及一种检测系统。
背景技术：
毛细管电泳是一种重要的分离检测技术。毛细管电泳结合筛分介质对于生物大分子，如DNA和蛋白质具有良好的分离能力，这是现代生命科学研究的重要基础之一。伴随着生命科学等领域的不断发展，对于毛细管电泳的应用需求也不断增加。其应用范围正从单纯的学术研究领域向着更多的实用领域扩展。在毛细管电泳的各种检测技术中，诱导荧光检测是灵敏度最高的方式之一，特别适合生物大分子的检测。检测过程中，检测器件的检测宽度会使样品的电泳谱峰宽度大于实际的区带宽度，称为检测增宽。检测增宽降低了相邻电泳谱峰之间的分辨能力。诱导荧 光检测通常采用光电倍增管(PMT)对荧光进行光强检测，光电倍增管的检测宽度取决于光敏面尺寸。由于光电倍增管的光敏面较大，限制了检测宽度的减小，从而限制了电泳分辨能力的提高。光电倍增管还存在价格偏贵、只能分辨光强、体积较大等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种毛细管电泳成像检测系统，解决以上技术问题。本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现毛细管电泳成像检测系统，包括一毛细管电泳芯片、光源、光电检测器，所述光电检测器的信号输出端连接一用于数据接收、处理和控制的微型处理器系统，其特征在于，所述光电检测器包括一 CCD图像传感器(电荷稱合器件)，所述CCD图像传感器的信号输出端连接所述微型处理器系统；DNA样品从所述毛细管电泳芯片的起点进入，所述DNA样品中含有突光物质。含有荧光物质的DNA样品在光源的作用下被激发荧光，CCD图像传感器接收光信号，并将光信号转化成电信号，传送给微型处理器系统进行处理。CCD图像传感器的检测宽度取决于阵列中的单个像元的尺寸。本发明采用CCD图像传感器作为光电检测器，与传统的采用光电倍增管(PMT)的检测方式比较，大大减小了检测宽度，并且减少了整个系统的体积和重量，还具有成本低廉、检测出的电泳谱理想等显著优点。另外，采用CCD图像传感器不仅能分辨光强，还能分辨DNA片段的位置情况。所述毛细管电泳芯片内含有筛分介质，筛分介质可以是凝胶。所述CXD图像传感器可以采用一维的线阵(XD，也可以采用二维的面阵(XD。所述CXD图像传感器含有至少三个像元，所述微型处理器系统将收到的至少三个所述像元所对应的信号进行叠加或取平均，以便消除杂波或干扰。所述微型处理器系统取三个像元P1、P2、P3，Pl距离所述毛细管电泳芯片起点最近，P3最远；三个像元P1、P2、P3相应的分离有效长度是LI、L2、L3，继而得到L1 < L2< L3 ；
在运行DNA样品的毛细管电泳和检测过程中，所述微型处理器系统收到每个像元的信号，所述微型处理器系统将每个像兀的信号处理成一条横轴为时间轴、纵轴为光强的电泳谱，分别是Fl、F2、F3，其中，同一种DNA片段的电泳谱峰在Fl中出现得最早，在F3中出现得最晚；以像元P2为基准进行修正，Fl的横轴乘以修正系数(F2/F1)得到FI’，F2的横轴乘以修正系数(F2/F2)得到F2，，F3的横轴乘以修正系数(F2/F3)得到F3’，在Fl ’、F2’、F3’中，同一个DNA片段的电泳谱峰出现的位置是相同的；对于F1’，以F2’时间轴的各时间点进行插值，即获得F1’在F2’时间轴的各时间点的数值，记为FI”。F1”的时间轴与F2’相同，而电泳谱的形状则与F1’相同；同理，对F2’、F3’进行插值处理，得到F2”、F3”；插值处理后，FI”、F2”、F3”的时间轴已统一，于是微型处理器系统对Fl”、F2”、F3”
进行叠加或求平均，得到信噪比提高的检测信号。所述微型处理器系统连接一显示装置，并以电泳谱图表的方式显示。以便检测者更直观查看。所述CXD图像传感器采用二维的面阵CXD时，垂直于所述毛细管电泳芯片的每一排像元作为一个大像元，一个大像元所含像元的信号采用上述方式进行叠加或取平均。上述设计，微型处理器系统对二维的面阵CCD的每一维进行了一次信号处理，这样得到的检测信号更为精确，电泳谱图更为理想。有益效果由于采用上述技术方案，本发明极大减小了毛细管电泳的检测增宽、减少了整个系统的体积和重量，还具有成本低廉、检测出的电泳谱峰理想等显著优点。另外，采用CCD图像传感器不仅能分辨光强，还能分辨DNA片段的位置情况。
图I为本发明的部分结构示意图；图2为本发明的像元未修正前的电泳谱图；图3为本发明的像元修正后的电泳谱图；图4为本发明的像元叠加或求平均后的电泳谱图。
具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。参照图1，毛细管电泳成像检测系统，包括一毛细管电泳芯片I、光源2、光电检测器，光电检测器的信号输出端连接一用于数据接收、处理和控制的微型处理器系统，光电检测器包括一 CXD图像传感器3 (电荷耦合器件)，CXD图像传感器3的信号输出端连接微型处理器系统。DNA样品从毛细管电泳芯片I的起点进入，DNA样品中含有荧光物质。含有荧光物质的DNA样品在光源2的作用下被激发荧光，CCD图像传感器3接收光信号，并将光信号转化成电信号，传送给微型处理器系统进行处理。CCD图像传感器3的检测宽度取决于阵列中的单个像元的尺寸。本发明采用CCD图像传感器3作为光电检测器，与传统的采用光电倍增管(PMT)的检测方式比较，大大减小了检测宽度，并且减少了整个系统的体积和重量，还具有成本低廉、检测出的电泳谱理想等显著优点。另外，采用CCD图像传感器3不仅能分辨光强，还能分辨DNA片段的位置情况。毛细管电泳芯片I内含有筛分介质，筛分介质可以是凝胶。CXD图像传感器3可以采用一维的线阵(XD，也可以采用二维的面阵(XD。CXD图像传感器3含有至少三个像元，微型处理器系统将收到的至少三个像元所对应的信号进行叠加或取平均，以便消除杂波或干扰。参照图2、图3、图4，微型处理器系统取三个像元Pl、P2、P3，Pl距离毛细管电泳芯片I起点最近，P3最远。三个像元P1、P2、P3相应的分离有效长度是L1 、L2、L3，继而得到LI < L2 < L3。在运行DNA样品的毛细管电泳和检测过程中，微型处理器系统收到每个像兀的信号，微型处理器系统将每个像兀的信号处理成一条横轴为时间轴、纵轴为光强的电泳谱，分别是Fl、F2、F3，其中，同一种DNA片段的电泳谱峰在Fl中出现得最早，在F3中出现得最晚。以像元P2为基准进行修正，Fl的横轴乘以修正系数(F2/F1)得到F1’，F2的横轴乘以修正系数(F2/F2)得到F2’，F3的横轴乘以修正系数(F2/F3)得到F3’，在FI’、F2’、F3’中，同一个DNA片段的电泳谱峰出现的位置是相同的。原理上，将FI’、F2’、F3’相加或求平均，就完成了数据处理过程，得到信噪比提高的检测信号。但是，在实际的数据处理时，F1’、F2’、F3’是无法直接相加的，因为它们的时间轴是离散的，并且是不同的。阵列检测器的所有像元是同步工作的，所以设修正前F1、F2、F3的时间轴都是(1、2、3、4、5、……)。设Pl的修正系数是O. 9，P2的是1，P3的是I. 1，于是修正后得到的F1’、F2’、F3’的时间轴分别是(0·9、1·8、2·7、3·6、4·5、……)(1、2、3、
4、5、……)(I. 1、2. 2、3. 3、4. 4、5. 5、……)，显然无法直接相加或求平均。因此，对于F1’、F2’、F3’还需要如下处理步骤对于F1’，以F2’时间轴的各时间点进行插值，即获得F1’在F2’时间轴的各时间点的数值，记为FI”。F1”的时间轴与F2’相同，而电泳谱的形状则与F1’相同；同理，对F2’、F3’进行插值处理，得到F2”、F3”。插值处理后，F1”、F2”、F3”的时间轴已统一，于是微型处理器系统对FI”、F2”、F3”进行叠加或求平均，得到信噪比提高的检测信号。微型处理器系统连接一显示装置，参照图2、图3、图4，以电泳谱图表的方式显示。以便检测者更直观查看。CXD图像传感器3采用二维的面阵CXD时，垂直于毛细管电泳芯片I的每一排像元作为一个大像元，一个大像元所含像元的信号采用上述方式进行叠加或取平均。上述设计，微型处理器系统对二维的面阵CCD的每一维进行了一次信号处理，这样得到的检测信号更为精确，电泳谱图更为理想。实施例一CXD图像传感器3含有50个像元，第I个像元距离毛细管电泳芯片I的起点最近。微型处理器系统收到50个像元所对应的信号，微型处理器系统取第1、25、50个像元的检测结果进行修正处理。参照图1，第1、25、50个像元修正处理前的电泳谱图F1、F2、F3，参照图2，实验数据如下时间第I个像元光强第2个像元光强第3个像元光强
9.2000000e+002 -I.3407025e-002-3.6926299e-003 I.0683385e-002
I.0000000e+003 3.6260740e-0039.7773260e-001 -I.6528910e-003
I.0500000e+003 3. 9882975e-0034.9744645e-001 I.1123748e-002
I.1000000e+003 4.2007982e-0039.4923964e-003 I.1443517e-002
I.1200000e+003 -9.6449040e-004-2.2012810e-002 8.4521139e-003微型处理器系统对F1、F2、F3进行修正，以第25个像元为基准进行修正，得到FI’、 2’43’，微型处理器系统对？1’42’43’进行插值处理得到F1”、F2”、F3”，参照图3，实验
数据如下
时间第I个像元光强第2个像元光强第3个像元光强1
9.2000000e+002 -2.8618540e-003-3.6926299e-003 5.3875831e-003
I.0000000e+003 I.0071722e+0009.7773260e-001 I.0145737e+000
~I.0500000e+003 4.9906783e-0014.9744645e-001 4.7715608e-001
~I.1000000e+003 -2.6204747e-0039.4923964e-003 I.4033733e-003
I.1200000e+003 9.3533850e-003-2.2012810e-002 -9. 7249412e-003微型处理器系统对F1”、F2”、F3”进行求平均，得到信噪比提高的检测信号F，参照图4，实验数据如下
时间3个像元取平均后的光强^
9. 2000000e+002-I. 7618987e-003
I. 0000000e+0039. 9985629e-001
I. 0500000e+0034. 9171983e-001
I. 1000000e+003I. 1816860e-006
I. 1200000e+003I. 7002843e-003以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些 变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求
1.毛细管电泳成像检测系统，包括一毛细管电泳芯片、光源、光电检测器，所述光电检测器的信号输出端连接一用于数据接收、处理和控制的微型处理器系统，其特征在于，所述光电检测器包括一 CCD图像传感器，所述CCD图像传感器的信号输出端连接所述微型处理器系统； DNA样品从所述毛细管电泳芯片的起点进入，所述DNA样品中含有荧光物质。
2.根据权利要求I所述的毛细管电泳成像检测系统，其特征在于，所述毛细管电泳芯片内含有筛分介质。
3.根据权利要求I所述的毛细管电泳成像检测系统，其特征在于，所述CCD图像传感器采用一维的线阵(XD。
4.根据权利要求I所述的毛细管电泳成像检测系统，其特征在于，所述CCD图像传感器采用二维的面阵(XD。
5.根据权利要求I至4中任意一项所述的毛细管电泳成像检测系统，其特征在于，所述CCD图像传感器含有至少三个像元，所述微型处理器系统将收到的至少三个所述像元所对应的信号进行叠加或取平均，以便消除杂波或干扰。
6.根据权利要求5所述的毛细管电泳成像检测系统，其特征在于，所述微型处理器系统取三个像元P1、P2、P3，P1距离所述毛细管电泳芯片起点最近，P3最远；三个像元P1、P2、P3相应的分离有效长度是L1、L2、L3，所述微型处理器系统继而得到L1 < L2 < L3 ； 在运行DNA样品的毛细管电泳和检测过程中，所述微型处理器系统收到每个像元的信号，所述微型处理器系统将每个像兀的信号处理成一条横轴为时间轴、纵轴为光强的电泳谱，分别是Fl、F2、F3，其中，同一种DNA片段的电泳谱峰在Fl中出现得最早，在F3中出现得最晚； 以像元P2为基准进行修正，Fl的横轴乘以修正系数得到F1’，F2的横轴乘以修正系数得到F2’，F3的横轴乘以修正系数得到F3’，在FI’、F2’、F3’中，同一个DNA片段的电泳谱峰出现的位置是相同的； 对于F1’，以F2’时间轴的各时间点进行插值，即获得F1’在F2’时间轴的各时间点的数值，记为F1”;F1”的时间轴与F2’相同，而电泳谱的形状则与F1’相同； 同理，对F2’、F3’进行插值处理，得到F2”、F3” ； 插值处理后，FI”、F2”、F3”的时间轴已统一，于是微型处理器系统对FI”、F2”、F3”进行叠加或求平均，得到信噪比提高的检测信号。
7.根据权利要求6所述的毛细管电泳成像检测系统，其特征在于，所述CCD图像传感器采用二维的面阵C⑶时，垂直于所述毛细管电泳芯片的每一排像元作为一个大像元，一个大像元所含像元的信号进行叠加或取平均得到所述大像元。
8.根据权利要求7所述的毛细管电泳成像检测系统，其特征在于，所述微型处理器系统连接一显示装置，并以电泳谱图表的方式显示。
全文摘要
本发明涉及光学检测技术领域，尤其涉及一种检测系统。毛细管电泳成像检测系统，包括毛细管电泳芯片、光源、光电检测器，光电检测器的信号输出端连接微型处理器系统，光电检测器包括CCD图像传感器，CCD图像传感器的信号输出端连接微型处理器系统。DNA样品从毛细管电泳芯片的起点进入，DNA样品中含有荧光物质。由于采用上述技术方案，本发明极大减小了毛细管电泳的检测增宽、减少了整个系统的体积和重量，还具有成本低廉、检测出的电泳谱峰理想等显著优点。
文档编号G01N21/64GK102879361SQ201110194139
公开日2013年1月16日 申请日期2011年7月12日 优先权日2011年7月12日
发明者倪一, 程抒一, 窦晓鸣 申请人:上海理工大学, 上海培清科技有限公司