專利名稱：一種基因芯片掃描儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基因芯片掃描儀，特別涉及一種利用光學(xué)掃描單元產(chǎn)生行掃描軌跡的基因芯片掃描儀。
背景技術(shù)：
基因芯片掃描儀是一種用于基因診斷和檢測(cè)的常用設(shè)備，隨著生物基因技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)該類檢測(cè)儀器也提出了越來(lái)越高的要求。一種典型的基因芯片掃描儀可參見(jiàn)已經(jīng)公開(kāi)的中國(guó)專利申請(qǐng)01108114.7，該掃描儀包含激光激發(fā)單元、探測(cè)單元和掃描單元等，圖1為其示意圖。在圖1中，激光器1、前反射鏡3、聚焦透鏡4、小孔光欄5、準(zhǔn)直物鏡6、反射鏡7和顯微鏡8構(gòu)成激光激發(fā)單元，探測(cè)單元由與激光激發(fā)單元同光軸的濾光片11、會(huì)聚透鏡12、小孔光欄15和探測(cè)其6構(gòu)成，掃描單元位于激光激發(fā)單元下方，由工作臺(tái)2和相互垂直的X方向掃描移動(dòng)單元26和Y方向移動(dòng)單元27以及微位移器20構(gòu)成，其中工作臺(tái)2由承載基因芯片的載物臺(tái)10、框架、導(dǎo)軌18和19構(gòu)成，單元26和27由步進(jìn)電機(jī)、導(dǎo)軌、絲桿、滑塊和固定板等構(gòu)成。當(dāng)掃描基因芯片時(shí)，一方面，激光激發(fā)單元靜止不動(dòng)，其發(fā)出的激光束照射到基因芯片上，另一方面，計(jì)算機(jī)21首先控制單元26，使其步進(jìn)電機(jī)作精密的步距角移動(dòng)，帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使滑塊25沿導(dǎo)軌作精密移動(dòng)，從而帶動(dòng)工作臺(tái)2在水平面上沿X方向移動(dòng)一段距離從而完成一行基因芯片的掃描(即行掃描)，隨后，計(jì)算機(jī)21控制單元27，使其步進(jìn)電機(jī)作精密的步距角移動(dòng)，帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使滑塊25沿導(dǎo)軌作精密移動(dòng)，從而帶動(dòng)工作臺(tái)2在水平面上沿Y方向前進(jìn)一段距離，然后開(kāi)始沿X方向的下一行掃描，該過(guò)程不斷重復(fù)，直至完成整塊基因芯片的全場(chǎng)掃描。
在上述基因芯片掃描儀中，激光激發(fā)單元靜止不動(dòng)，工作臺(tái)在平面內(nèi)沿兩個(gè)正交方向運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)通過(guò)精密機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，因此存在掃描速度慢和數(shù)據(jù)采集與運(yùn)動(dòng)同步控制復(fù)雜等缺點(diǎn)。
另一種典型的基因芯片掃描儀由美國(guó)AFFYMETRIX公司生產(chǎn)，其與上述掃描儀的主要差別在于，其光學(xué)系統(tǒng)繞一個(gè)光軸來(lái)回?cái)[動(dòng)，因此照射到基因芯片上的激光束光斑也來(lái)回?cái)[動(dòng)從而完成沿X方向的行掃描。但是這種往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的沖擊震動(dòng)容易使光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的元件松動(dòng)和失調(diào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用光學(xué)掃描單元產(chǎn)生行掃描軌跡的基因芯片掃描儀，它可以提高掃描速度并且保持光學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
本發(fā)明的發(fā)明目的通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種基因芯片掃描儀，包含產(chǎn)生激發(fā)光束的激光光源、檢測(cè)基因芯片受激熒光信號(hào)的信號(hào)檢測(cè)單元和承載基因芯片的移動(dòng)平臺(tái)，其中，進(jìn)一步包括掃描光學(xué)單元，其通過(guò)旋轉(zhuǎn)構(gòu)成其內(nèi)部光路的光學(xué)元件使照射到基因芯片上的激發(fā)光束形成行掃描軌跡，并且所述移動(dòng)平臺(tái)使基因芯片沿幀掃描方向行進(jìn)。
比較好的是，在上述基因芯片掃描儀中，在一塊基因芯片掃描過(guò)程中，行掃描軌跡的形狀保持一致。
比較好的是，在上述基因芯片掃描儀中，所述掃描光學(xué)單元包含反射來(lái)自激光光源的激發(fā)光束的前反射鏡；反射經(jīng)前反射鏡反射的激發(fā)光束的后反射鏡；以及使前反射鏡和后反射鏡繞同一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中，所述轉(zhuǎn)軸與激光單元的主光軸重合，并且轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中前后反射鏡的相對(duì)位置保持不變。
比較好的是，在上述基因芯片掃描儀中，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用過(guò)定位原理消除轉(zhuǎn)軸的徑向間隙。
比較好的是，在上述基因芯片掃描儀中，所述移動(dòng)平臺(tái)在兩次行掃描基因芯片的間隙使基因芯片沿幀掃描方向行進(jìn)?；蛘?，所述移動(dòng)平臺(tái)在一次行掃描基因芯片過(guò)程中使基因芯片沿幀掃描方向行進(jìn)。
比較好的是，上述基因芯片掃描儀為雙激光共軛聚焦基因芯片掃描儀。
在本發(fā)明的基因芯片掃描儀中，幀掃描仍然通過(guò)沿該方向移動(dòng)基因芯片實(shí)現(xiàn)，而行掃描則通過(guò)光學(xué)掃描單元形成的行掃描光束實(shí)現(xiàn)，因此大大提高了掃描速度。與此同時(shí)，由于采用機(jī)械中的過(guò)定位原理來(lái)消除轉(zhuǎn)軸的徑向間隙，因此保證了掃描精度的要求。


圖1為按照現(xiàn)有技術(shù)的基因芯片掃描儀的示意圖。
圖2為按照本發(fā)明較佳實(shí)施例的基因芯片掃描儀的示意圖。
圖3為圖2較佳實(shí)施例中掃描光學(xué)單元形成行掃描軌跡的示意圖。
圖4示出了圖2所示基因芯片掃描儀的行掃描軌跡和幀掃描軌跡示意圖。
具體實(shí)施例方式
如上所述，在普通的基因芯片掃描儀中，通過(guò)承載基因芯片的平臺(tái)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)形成行掃描軌跡和幀掃描軌跡?？紤]到行掃描行程遠(yuǎn)大于幀掃描行程的情況，本發(fā)明基因芯片掃描儀的基本原理是利用掃描光學(xué)單元形成行掃描軌跡，也就是說(shuō)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)構(gòu)成內(nèi)部光路的光學(xué)元件使激發(fā)光束形成行掃描軌跡，而幀掃描軌跡仍然通過(guò)平臺(tái)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)完成。由于光束運(yùn)動(dòng)速度快于平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度，所以可以大大提高行掃描的速度?；谏鲜鲈?，按照本發(fā)明的基因芯片掃描儀在普通基因芯片掃描儀包含的激發(fā)光源、檢測(cè)基因芯片受激熒光信號(hào)的信號(hào)檢測(cè)單元和承載基因芯片的移動(dòng)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，增加掃描光學(xué)單元，它通過(guò)旋轉(zhuǎn)構(gòu)成內(nèi)部光路的光學(xué)元件，使得照射到基因芯片上的激發(fā)光束形成行掃描軌跡，而幀掃描軌跡仍然由移動(dòng)平臺(tái)沿幀掃描方向行進(jìn)形成。
以下以雙激光共軛聚焦基因芯片掃描儀為例，描述本發(fā)明的較佳實(shí)施例。如圖2所示，在該基因芯片掃描儀中，激發(fā)光源包含兩臺(tái)發(fā)射不同波長(zhǎng)的激光器201a和201b以及反射鏡202a和202b。熒光信號(hào)檢測(cè)單元包含反射鏡203a和熒光信號(hào)檢測(cè)器203b，其中反射鏡202a、202b和203a位于同一光軸上。掃描光學(xué)單元204也位于同一光軸上并通過(guò)旋轉(zhuǎn)構(gòu)成內(nèi)部光路的光學(xué)元件使激光束形成行掃描軌跡，其結(jié)構(gòu)和工作原理將在下面結(jié)合圖4加以描述。機(jī)械導(dǎo)軌式移動(dòng)平臺(tái)205承載基因芯片206，該芯片位于掃描光學(xué)單元204出射光束的光路上。
當(dāng)進(jìn)行芯片掃描時(shí)，其中激光器201a或201b發(fā)射激光束，該激光束經(jīng)相應(yīng)的反射鏡202a或202b反射而改變方向，入射到掃描光學(xué)單元204，而掃描光學(xué)單元204使照射到芯片上的激光束產(chǎn)生如圖3所示的行掃描軌跡。為了便于數(shù)據(jù)采集和圖像處理，行掃描軌跡的形狀應(yīng)保持一致。基因芯片206照射后受激產(chǎn)生熒光，一部分熒光信號(hào)經(jīng)掃描光學(xué)單元204和反射鏡203a后射向熒光信號(hào)檢測(cè)器203b進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)完成一次行掃描后，承載基因芯片206的移動(dòng)平臺(tái)205沿幀掃描方向行進(jìn)一段距離，然后繼續(xù)下一行的掃描，該過(guò)程不斷重復(fù)，直至完成整個(gè)芯片的掃描從而獲得全場(chǎng)熒光圖像。移動(dòng)平臺(tái)沿幀掃描方向的移動(dòng)也可以與掃描光學(xué)單元204的行掃描同時(shí)進(jìn)行而不是在行掃描停頓的間隙進(jìn)行，二者對(duì)獲得的熒光圖像沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的影響。
以下對(duì)掃描光學(xué)單元204作進(jìn)一步的描述。該單元包含前反射鏡204a、后反射鏡204b和使前后反射鏡繞同一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。圖4為掃描光學(xué)單元204形成行掃描軌跡的示意圖，如圖4所示，來(lái)自激光光源的激發(fā)光束依次經(jīng)前反射鏡204a和后反射鏡204b反射，在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(未畫出)的控制下，前反射鏡204a和后反射鏡204b繞同一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，該轉(zhuǎn)軸與激光單元201的主光軸重合，并且轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中前后反射鏡的相對(duì)位置保持不變，由此可形成圖3和圖4所示的弧形掃描軌跡。
前后反射鏡204a和204b的繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)采用軸承機(jī)械，當(dāng)采用普通軸承時(shí)，由于存在機(jī)械間隙，因此將導(dǎo)致行掃描軌跡沿半徑方向抖動(dòng)。在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域內(nèi)，有多種方法可以消除軸承機(jī)械間隙，對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，這都是公知的，因此不作贅述。比較好的是，在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可利用過(guò)定位原理來(lái)消除轉(zhuǎn)軸的徑向間隙。
權(quán)利要求
1.一種基因芯片掃描儀，包含產(chǎn)生激發(fā)光束的激光光源、檢測(cè)基因芯片受激熒光信號(hào)的信號(hào)檢測(cè)單元和承載基因芯片的移動(dòng)平臺(tái)，其特征在于，進(jìn)一步包括掃描光學(xué)單元，其通過(guò)旋轉(zhuǎn)構(gòu)成其內(nèi)部光路的光學(xué)元件使照射到基因芯片上的激發(fā)光束形成行掃描軌跡，并且所述移動(dòng)平臺(tái)使基因芯片沿幀掃描方向行進(jìn)。
2.如權(quán)利要求1所述的基因芯片掃描儀，其特征在于，在一塊基因芯片掃描過(guò)程中，行掃描軌跡的形狀保持一致。
3.如權(quán)利要求1或2所述的基因芯片掃描儀，其特征在于，所述掃描光學(xué)單元包含反射來(lái)自激光光源的激發(fā)光束的前反射鏡；反射經(jīng)前反射鏡反射的激發(fā)光束的后反射鏡；以及使前反射鏡和后反射鏡繞同一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中，所述轉(zhuǎn)軸與激光單元的主光軸重合，并且轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中前后反射鏡的相對(duì)位置保持不變。
4.如權(quán)利要求3所述的基因芯片掃描儀，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用過(guò)定位原理消除轉(zhuǎn)軸的徑向間隙。
5.如權(quán)利要求4所述的基因芯片掃描儀，其特征在于，所述移動(dòng)平臺(tái)在兩次行掃描基因芯片的間隙使基因芯片沿幀掃描方向行進(jìn)。
6.如權(quán)利要求4所述的基因芯片掃描儀，其特征在于，所述移動(dòng)平臺(tái)在一次行掃描基因芯片過(guò)程中使基因芯片沿幀掃描方向行進(jìn)。
7.如權(quán)利要求5或6所述的基因芯片掃描儀，其特征在于，所述基因芯片掃描儀為雙激光共軛聚焦基因芯片掃描儀。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用光學(xué)掃描單元形成行掃描軌跡的基因芯片掃描儀，它包含產(chǎn)生激發(fā)光束的激光光源、檢測(cè)基因芯片受激熒光信號(hào)的信號(hào)檢測(cè)單元和承載基因芯片的移動(dòng)平臺(tái)，其中，進(jìn)一步包括掃描光學(xué)單元，其通過(guò)旋轉(zhuǎn)構(gòu)成其內(nèi)部光路的光學(xué)元件使照射到基因芯片上的激發(fā)光束形成行掃描軌跡，并且所述移動(dòng)平臺(tái)使基因芯片沿幀掃描方向行進(jìn)。在本發(fā)明的基因芯片掃描儀中，幀掃描仍然通過(guò)沿該方向移動(dòng)基因芯片實(shí)現(xiàn)，而行掃描則通過(guò)光學(xué)掃描單元形成的行掃描光束實(shí)現(xiàn)，因此大大提高了掃描速度。
文檔編號(hào)G01N21/64GK1532538SQ03115948
公開(kāi)日2004年9月29日 申請(qǐng)日期2003年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月24日
發(fā)明者馮哲民, 邵暉, 王鐵銘 申請(qǐng)人:上海愛(ài)普特儀器有限公司