專利名稱：生物芯片使用的毫米級(jí)微型激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要是針對(duì)于激發(fā)波長(zhǎng)峰值在470～495nm，發(fā)射波長(zhǎng)在510～530nm的熒光物質(zhì)的檢測(cè)，屬于生物學(xué)及醫(yī)學(xué)檢測(cè)儀器。
背景技術(shù)：
生物芯片是近年來在生命科學(xué)領(lǐng)域中迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，由于生物芯片能夠在短時(shí)間內(nèi)分析大量的生物分子，使人們快速準(zhǔn)確地獲取樣品中的生物信息，效率是傳統(tǒng)檢測(cè)手段的成百上千倍，因而短期內(nèi)呈現(xiàn)發(fā)展高峰。
生物芯片技術(shù)有4個(gè)基本要點(diǎn)芯片制備、樣品制備、生物分子雜交反應(yīng)和信號(hào)檢測(cè)。信號(hào)檢測(cè)是生物芯片技術(shù)的重要組成部分，主要包括雜交信號(hào)產(chǎn)生、信號(hào)收集與傳輸和信號(hào)處理及識(shí)別三部分。在對(duì)生物芯片信號(hào)檢測(cè)方法中，熒光檢測(cè)法重復(fù)性好，選擇性強(qiáng)， 目前采用最多的方法之一。
某些物質(zhì)被一定波長(zhǎng)的光(激發(fā)光)照射時(shí)，在極短的時(shí)間內(nèi)，能立即發(fā)射出顏色和強(qiáng)度各不相同且比激發(fā)光(也稱吸收光)波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光，并隨著激發(fā)光的消失而立即消失，此種光即為熒光。
熒光檢測(cè)法的基本原理是將要檢測(cè)的樣品用熒光素標(biāo)記，并與芯片上的已知基因(探針)進(jìn)行充分雜交，洗脫后用圖像顯示結(jié)果，然后通過計(jì)算機(jī)處理來檢測(cè)待測(cè)樣品所表達(dá)的有關(guān)生物信息。標(biāo)記的目的是使待測(cè)的樣品帶上可檢測(cè)到的示蹤標(biāo)記。
熒光物質(zhì)(熒光素)在受到激勵(lì)光激發(fā)后釋放出一定強(qiáng)度的熒光，在某一波長(zhǎng)下產(chǎn)生最高釋放強(qiáng)度，并有各自的激發(fā)吸收值。常用的一種熒光物質(zhì)FluorX的吸收峰值480nm和發(fā)射峰值波520nm經(jīng)標(biāo)記的待測(cè)樣品與生物芯片上的探針陣列雜交后，熒光標(biāo)記的樣品結(jié)合在芯片的特定位置上，未雜交分子被除去，此時(shí)需用檢測(cè)裝置將芯片測(cè)定結(jié)果轉(zhuǎn)變成可供分析處理的圖像數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)生物芯片的熒光信號(hào)檢測(cè)。
目前基于熒光標(biāo)記的生物芯片信號(hào)實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)主要分為兩大類。
一、激光掃描熒光顯微鏡檢測(cè)，激光共聚焦掃描顯微鏡檢測(cè)等。其缺點(diǎn)是掃描精度主要受X、Y移動(dòng)平臺(tái)的機(jī)械精度、重復(fù)精度和環(huán)境條件的影響。
二、使用冷卻的CCD等弱光探測(cè)裝置的信號(hào)檢測(cè)技術(shù)。由于激發(fā)光照射光場(chǎng)為整個(gè)芯片區(qū)域，而激光束光強(qiáng)的高斯分布，會(huì)使得光場(chǎng)光強(qiáng)分布不均，而熒光標(biāo)記信號(hào)強(qiáng)度與激發(fā)光的強(qiáng)度成線性關(guān)系，采集信號(hào)的不能準(zhǔn)確的線性響應(yīng)。CCD檢測(cè)是基于圖像處理來完成的，因此很容易帶來信號(hào)失真。
同時(shí)這些檢測(cè)技術(shù)的裝置的結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，不便于攜帶。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種對(duì)激發(fā)波長(zhǎng)在470～495nm、發(fā)射波長(zhǎng)在510～530nm的熒光物質(zhì)檢測(cè)的毫米級(jí)激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)儀。這種毫米級(jí)獨(dú)立探測(cè)單元既可以避免檢測(cè)系統(tǒng)掃描精度主要受X、Y移動(dòng)平臺(tái)的機(jī)械精度、重復(fù)精度、和環(huán)境條件的影響，又能保證激發(fā)光的勻場(chǎng)照射，更重要的是可以提高生物芯片熒光標(biāo)記的熒光信號(hào)強(qiáng)度，掃描的精度、重復(fù)精度，簡(jiǎn)化檢測(cè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的生物芯片使用的毫米級(jí)微型激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)儀，包括有光源、濾光系統(tǒng)和光電檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于光源為峰值波長(zhǎng)在470～495nm、其光譜在500nm處深度截止的半導(dǎo)體激光器1，濾光系統(tǒng)為截止波長(zhǎng)為500nm峰值波長(zhǎng)在520nm的干涉濾光膜2，光電檢測(cè)部分為微型半導(dǎo)體光電探測(cè)器件3；半導(dǎo)體激光器1、干涉濾光膜2、光電探測(cè)器件3集成于一體；熒光檢測(cè)儀總體積在毫米級(jí)別，其長(zhǎng)、寬、高在1mm～10mm范圍內(nèi)。這種熒光檢測(cè)儀可以無限貼近被檢測(cè)對(duì)象，或進(jìn)入被測(cè)對(duì)象中進(jìn)行熒光檢測(cè)，因此熒光從激發(fā)到入射到光電探測(cè)器件上的光程很短，距離在幾十微米到十毫米左右。光源采用半導(dǎo)體激光器件，準(zhǔn)直性較好，光譜帶寬很窄，可避去過濾系統(tǒng)。
本發(fā)明的光電探測(cè)器件3可位于半導(dǎo)體激光器1的正下方，也可以與半導(dǎo)體激光器1并列面向被檢測(cè)對(duì)象，還可以包圍半導(dǎo)體激光器1。
圖1中的光電探測(cè)器件3位于半導(dǎo)體激光器1的正下方，光電探測(cè)器件3與半導(dǎo)體激光器1之間是干涉濾光膜2，光源與光電探測(cè)器件位于檢測(cè)對(duì)象的同一側(cè)，半導(dǎo)體激光器件位于探測(cè)器件的正中央。探測(cè)器件的光敏區(qū)面積為半導(dǎo)體激光器件橫截面積的2～50倍。探測(cè)器件的光敏區(qū)是指探測(cè)器件的吸收層；這里的橫截面是指平行于探測(cè)器件光敏區(qū)的橫截面。當(dāng)半導(dǎo)體激光器在探測(cè)器件上方時(shí)，一部分熒光會(huì)被半導(dǎo)體激光器表面反射或吸收而無法被探測(cè)器件收到，因此要求探測(cè)器件光敏區(qū)的面積略大于半導(dǎo)體激光器件橫截面積。
圖2中的半導(dǎo)體激光器1與光電探測(cè)器件并列面向被檢測(cè)對(duì)象。光電探測(cè)器件2上鍍有截止波長(zhǎng)為500nm峰值波長(zhǎng)在520nm的濾光薄膜，厚度在1～10um；熒光檢測(cè)儀載體4用來固定半導(dǎo)體激光器1與光電探測(cè)器件3，可以沒有。
圖3中干涉濾光膜2位于光電探測(cè)器件3上方與光電探測(cè)器件3共同包圍半導(dǎo)體激光器1，位于中央的半導(dǎo)體激光器1為圓形或者矩形，光電探測(cè)器件3為圓形、或者多邊形。
光電探測(cè)器件3的電極采用氧化銦錫透明薄膜，增加有效受光面積。
干涉濾光膜2直接鍍?cè)谔綔y(cè)器件的上方，或者先鍍?cè)谄渌该骰希该骰俑皆诠怆娞綔y(cè)器件3上面。
干涉濾光膜2厚度在1～10um，用來過濾熒光激發(fā)波段以外的雜光。
這種熒光檢測(cè)裝置可以組成陣列形成光尋址快速掃描系統(tǒng)。
本發(fā)明的工作原理是微型激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)儀中的半導(dǎo)體激光器帶有光束整形為“一”光束(或不整形，但無限接近被測(cè)對(duì)象)，同時(shí)保證在500nm處深度截止。FluorX等熒光素在激光激發(fā)下發(fā)出峰值在520nm的熒光，熒光通過濾波片被光電探測(cè)器件接收實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，輸出相應(yīng)電信號(hào)。
該裝置體積的長(zhǎng)、寬、高可以微型化，達(dá)到1mm～10mm范圍內(nèi)；多個(gè)微型熒光儀可以組成陣列使用實(shí)現(xiàn)熒光檢測(cè)多點(diǎn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)性，光尋址快速掃描等功能。在掃描檢測(cè)中，實(shí)現(xiàn)光源、被測(cè)對(duì)象和光電檢測(cè)系統(tǒng)沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，消除了位移帶來的誤差與失真使檢測(cè)結(jié)果更接近真值。代替現(xiàn)有宏觀儀器，如通用的使用塑料反應(yīng)管的PCR定量定性檢測(cè)系統(tǒng)。


圖1本發(fā)明的裝置(光電探測(cè)器件位于半導(dǎo)體激光器正下方)示意圖；圖2本發(fā)明的裝置(光電探測(cè)器件與半導(dǎo)體激光器并列)示意圖；圖3本發(fā)明的裝置(半導(dǎo)體激光器被光電探測(cè)器件包圍)示意圖；圖4本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例；圖5本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例陣列組合用于PCR實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測(cè)；圖1-5中，1、半導(dǎo)體激光器件 2、干涉濾光膜 3、光電探測(cè)器件 4、熒光檢測(cè)儀載體；5、生物芯片上片 6、生物芯片下片 7、微通道 8、含熒光素FluorX溶液 9、發(fā)射光 10、熒光
具體實(shí)施例方式
參照附圖4-5，將詳細(xì)敘述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
參照附圖4生物芯片上下兩片5、6采用PMMA有機(jī)玻璃材料制成，每片有機(jī)玻璃厚度為1mm。采用準(zhǔn)分子激光加工技術(shù)在上面加工微通道。采用熱壓鍵合方式將生物芯片上下兩片5、6永久封閉。光源為藍(lán)光半導(dǎo)體激光器件1，峰值波長(zhǎng)在473nm，其發(fā)射光9照射到生物芯片微通道7中的含熒光素FluorX溶液8，被激發(fā)的熒光10通過干涉濾光膜2的過濾后被光電探測(cè)器件3所接收到，經(jīng)光電探測(cè)器件由光信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，以此識(shí)別熒光信號(hào)的強(qiáng)度。
參照附圖5多個(gè)微型熒光儀可以組成陣列使用實(shí)現(xiàn)對(duì)PCR熒光檢測(cè)多點(diǎn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)性。實(shí)時(shí)定量RT-PCR(Real-time reverse transcriptionquantitative polymerase chain reaction，Real-time RT-PCR)，所謂實(shí)時(shí)定量PCR是指在PCR指數(shù)擴(kuò)增期間通過連續(xù)檢測(cè)熒光信號(hào)的強(qiáng)弱來即時(shí)測(cè)定特異性產(chǎn)物的量，并據(jù)此推斷目的基因的初始量。PCR芯片上的通道每個(gè)循環(huán)經(jīng)過變性、退火及延伸三個(gè)溫區(qū)。每擴(kuò)增一個(gè)DNA鏈就有一個(gè)熒光分子形成，可以實(shí)現(xiàn)熒光信號(hào)的積累與PCR產(chǎn)物形成完全同步。每一個(gè)熒光信號(hào)的光學(xué)特性可通過微型熒光儀識(shí)別。
每一個(gè)微型熒光儀分別相對(duì)應(yīng)于PCR的每個(gè)循環(huán)上要探測(cè)的區(qū)域，生物芯片的微通道7中內(nèi)充滿熒光素FluorX溶液8，半導(dǎo)體激光器件1的發(fā)射光9照射到生物芯片微通道7中的熒光素溶液8，被激發(fā)的熒光7通過干涉濾光膜2的過濾后被光電探測(cè)器件3所接收到，經(jīng)光電探測(cè)器件由光信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，根據(jù)電信號(hào)的不同輸出值可以推測(cè)PCR每個(gè)循環(huán)產(chǎn)物的特征。
權(quán)利要求
1.生物芯片使用的毫米級(jí)微型激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)儀，包括有光源、濾光系統(tǒng)和光電檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于光源為峰值波長(zhǎng)在470～495nm、其光譜在500nm處深度截止的半導(dǎo)體激光器(1)，濾光系統(tǒng)為截止波長(zhǎng)為500nm峰值波長(zhǎng)在520nm的干涉濾光膜(2)，光電檢測(cè)部分為微型半導(dǎo)體光電探測(cè)器件(3)；半導(dǎo)體激光器(1)、干涉濾光膜(2)、光電探測(cè)器件(3)集成于一體；熒光檢測(cè)儀總體積在毫米級(jí)別，其長(zhǎng)、寬、高在1mm～10mm范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片使用的毫米級(jí)微型激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)儀，其特征在于光電探測(cè)器件(3)位于半導(dǎo)體激光器(1)的正下方，光電探測(cè)器件(3)與半導(dǎo)體激光器1之間是干涉濾光膜(2)，半導(dǎo)體激光器(1)與光電探測(cè)器件(3)位于檢測(cè)對(duì)象的同一側(cè)，半導(dǎo)體激光器件位于探測(cè)器件的正中央，光電探測(cè)器件(3)的光敏區(qū)面積為半導(dǎo)體激光器(1)橫截面積的2～50倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片使用的毫米級(jí)微型激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)儀，其特征在于半導(dǎo)體激光器(1)與設(shè)置在光電探測(cè)器件上面的干涉濾光膜(2)和光電探測(cè)器件(3)并列面向被檢測(cè)對(duì)象。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片使用的毫米級(jí)微型激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)儀，其特征在于干涉濾光膜(2)位于光電探測(cè)器件(3)上方，與光電探測(cè)器件(3)共同包圍半導(dǎo)體激光器(1)，位于中央的半導(dǎo)體激光器(1)為圓形或者矩形，光電探測(cè)器件(3)為圓形或者多邊形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的生物芯片使用的毫米級(jí)微型激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)儀，其特征在于光電探測(cè)器件(3)的電極采用氧化銦錫透明薄膜，增加有效受光面積。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的生物芯片使用的毫米級(jí)微型激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)儀，其特征在于干涉濾光膜(2)直接鍍?cè)谔綔y(cè)器件的上方，或者先鍍?cè)谄渌该骰?，透明基片再附在光電探測(cè)器件(3)上面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的生物芯片使用的毫米級(jí)微型激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)儀，其特征在于干涉濾光膜(2)厚度在1～10um。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的生物芯片使用的毫米級(jí)微型激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)儀，其特征在于所述的毫米級(jí)微型激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)裝置可以組成陣列形成光尋址快速掃描系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的生物芯片使用的毫米級(jí)微型激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)儀，其特征在于采用熒光檢測(cè)儀載體(4)用來固定半導(dǎo)體激光器(1)與光電探測(cè)器件(3)，或者不用。
全文摘要
本發(fā)明涉及生物芯片使用的毫米級(jí)微型激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)儀，屬于生物學(xué)及醫(yī)學(xué)檢測(cè)儀器。它包括有光源、濾光系統(tǒng)和光電檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于光源為峰值波長(zhǎng)在470～495nm、其光譜在500nm處深度截止的半導(dǎo)體激光器(1)，濾光系統(tǒng)為截止波長(zhǎng)為500nm峰值波長(zhǎng)在520nm干涉濾光膜(2)，光電檢測(cè)部分為微型半導(dǎo)體光電探測(cè)器件(3)；半導(dǎo)體激光器、干涉濾光膜、光電探測(cè)器件集成于一體；熒光檢測(cè)儀總體積在毫米級(jí)別，其長(zhǎng)、寬、高在1mm～10mm范圍內(nèi)。光電探測(cè)器件可位于半導(dǎo)體激光器正下方，可將其包圍，也可與之并列。本發(fā)明簡(jiǎn)化了檢測(cè)技術(shù)的裝置的結(jié)構(gòu)，便于攜帶，消除了帶來的誤差與失真使檢測(cè)結(jié)果更接近真值。
文檔編號(hào)G01N21/64GK1712941SQ20051008711
公開日2005年12月28日 申請(qǐng)日期2005年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月27日
發(fā)明者吳堅(jiān), 鄧敏 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)