基于直線掃描的熒光共聚焦檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于直線掃描的熒光共聚焦檢測裝置。在1束激發(fā)光的光路上設(shè)置與光路呈135°的二向分色棱鏡；所述激發(fā)光透射所述二向分色棱鏡后的透射光的光路上設(shè)置與光路呈45°的直角棱鏡；所述透射光經(jīng)所述直角棱鏡反射后入射至物鏡，然后聚焦到樣品上得到光信號；所述光信號經(jīng)過所述物鏡后依次經(jīng)所述直角棱鏡和所述二向分色鏡反射，然后依次經(jīng)透鏡Ⅰ、針孔和透鏡Ⅱ平行入射至光學(xué)檢測器，得到樣品的光學(xué)信號、光譜信號或光強(qiáng)信號；所述直角棱鏡和所述物鏡均可沿所述激發(fā)光的入射方向做直線運動。本發(fā)明將傳統(tǒng)的共聚焦系統(tǒng)與掃描平臺結(jié)合起來，使得共聚焦系統(tǒng)能夠進(jìn)行大量樣本的多通道掃描；通過直線電機(jī)掃描平臺進(jìn)行掃描，能夠提高檢測頻率和檢測精度。
【專利說明】基于直線掃描的熒光共聚焦檢測裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于直線掃描的熒光共聚焦檢測裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 進(jìn)入21世紀(jì)以來，生物芯片技術(shù)飛速發(fā)展，其高通量、微型化以及自動化的特點 給相關(guān)的配套儀器提出了比較高的要求。共聚焦光學(xué)系統(tǒng)是指激發(fā)光聚焦在樣本表面的同 時使發(fā)射光匯聚在針孔上，通過針孔限制系統(tǒng)在樣本表面的聚焦深度以降低背景光的信號 強(qiáng)度，從而大大提高系統(tǒng)的信噪比和檢測限。一般的共聚焦掃描顯微鏡通過光柵來擴(kuò)大激 發(fā)光的匯聚范圍來對視場內(nèi)的樣本進(jìn)行成像，然而受限于物鏡及針孔的尺寸，其檢測范圍 小，一般只能對單一樣本進(jìn)行分析，限制了其通量。由于生物芯片技術(shù)的發(fā)展需要有一種能 進(jìn)行高通量快速掃描的共聚焦系統(tǒng)以對生化樣本進(jìn)行高通量、快速以及準(zhǔn)確的分析。對于 現(xiàn)在需求量越來越大的高通量生化分析領(lǐng)域，一種能對在大范圍內(nèi)分布的樣本進(jìn)行一次性 掃描檢測的共聚焦檢測系統(tǒng)將會具有很大的作用。另一方面，已有的共聚焦顯微鏡一般都 只能進(jìn)行單通道檢測，對于高通量樣本其需要手動調(diào)節(jié)對焦一個一個樣本進(jìn)行檢測，這樣 一來檢測速度很慢，無法體現(xiàn)出生物芯片技術(shù)高通量快速檢測的特點，因此共焦顯微鏡并 不適用于生物芯片的高通量分析?，F(xiàn)在另一種常用的用于高通量檢測的掃描儀是基于電荷 耦合元件（CCD)進(jìn)行檢測的，其通過CCD直接對帶有樣本的整個表面進(jìn)行成像以達(dá)到高通 量檢測的目的。由于其成像針對整個樣本表面，因此可以進(jìn)行高通量檢測，但是這種檢測方 式的局限性也很明顯：1、其不是共聚焦系統(tǒng)，信噪比并不理想，檢測限較低；2、由于對整個 平面進(jìn)行成像，平面上沒有熒光信號的點也會有比較多的雜散光干擾檢測；3、需要一些軟 件來對采集到的圖像進(jìn)行分析提取出信號點，軟件計算受限于計算機(jī)速度，因此在檢測的 時效性上有一定局限性?；谝陨先毕?，需要通過掃描的方式將原有的共聚焦系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò) 展，使其能夠針對高通量樣本進(jìn)行快速分析。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種基于直線掃描的熒光共聚焦檢測裝置，本發(fā)明的檢測裝 置是一種快速、高靈敏度的可對直線排布的樣本進(jìn)行同時分析檢測的高通量的檢測裝置。
[0004] 本發(fā)明所提供的一種基于直線掃描的熒光共聚焦檢測裝置，在1束激發(fā)光的光路 上設(shè)置與光路呈135°的二向分色棱鏡；所述激發(fā)光透射所述二向分色棱鏡后的透射光的 光路上設(shè)置與光路呈45°的直角棱鏡；所述透射光經(jīng)所述直角棱鏡反射后入射至物鏡，然 后聚焦到樣品上得到光信號；所述光信號經(jīng)過所述物鏡后依次經(jīng)所述直角棱鏡和所述二向 分色鏡反射，然后依次經(jīng)透鏡I、針孔和透鏡II平行入射至光學(xué)檢測器，得到樣品的光學(xué)信 號、光譜信號或光強(qiáng)信號；
[0005] 所述直角棱鏡和所述物鏡均可沿所述激發(fā)光的入射方向做直線運動。
[0006] 上述的熒光共聚焦檢測裝置中，所述物鏡和所述直角棱鏡均可固定于一個支架 上，所述支架可沿所述激發(fā)光的入射方向做直線運動。
[0007] 上述的熒光共聚焦檢測裝置中，所述支架設(shè)于直線電機(jī)上。
[0008] 上述的熒光共聚焦檢測裝置中，所述激發(fā)光依次經(jīng)反射鏡I和反射鏡II反射后入 射至所述二向分色棱鏡上，可用于調(diào)節(jié)激發(fā)光的入射位置以保證其與光軸重合。
[0009] 上述的熒光共聚焦檢測裝置中，所述直線電機(jī)設(shè)于光路防震臺上。
[0010] 上述的熒光共聚焦檢測裝置中，所述光路防震臺的兩端設(shè)有限位開關(guān)，用以標(biāo)識 直線運動的起始端以及停止端。
[0011] 上述的熒光共聚焦檢測裝置中，所述激發(fā)光由激發(fā)光源產(chǎn)生；
[0012] 所述激發(fā)光源可為激光器、紫外燈、紅外燈、汞燈和發(fā)光二極管中至少一種。
[0013] 上述的熒光共聚焦檢測裝置中，所述激光器可為氣體激光器、固體激光器、液體激 光器或半導(dǎo)體激光器。
[0014] 上述的熒光共聚焦檢測裝置中，所述光學(xué)檢測器為光電倍增管（PMT)、電荷耦合元 件（CXD)或光電二極管。
[0015] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點：
[0016] 1、本發(fā)明將傳統(tǒng)的共聚焦系統(tǒng)與掃描平臺結(jié)合起來，使得共聚焦系統(tǒng)能夠進(jìn)行大 量樣本的多通道掃描；
[0017] 2、通過直線電機(jī)掃描平臺進(jìn)行掃描，能夠提高檢測頻率和檢測精度；
[0018] 3、共聚焦系統(tǒng)能夠?qū)呙杵矫娴拿總€樣本點進(jìn)行單獨成像而不是對整個平面進(jìn) 行成像，這樣能夠提高樣本點處的檢測靈敏度，同時可以排除樣本點外的其余雜散信號的 干擾。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明以物鏡移動做共聚焦檢測時的裝置二維光路結(jié)構(gòu)圖，圖中箭頭表示 光路傳播方向和平動臺運動方向。
[0020] 圖2為圖1中所描述光路結(jié)構(gòu)的實際構(gòu)建的軸測圖。
[0021] 圖3為圖1中所描述光路結(jié)構(gòu)的實際構(gòu)建的俯視圖。
[0022] 圖4為本發(fā)明用來形成物鏡往復(fù)直線運動的平動臺的軸測圖。
[0023] 圖5為本發(fā)明用來形成物鏡往復(fù)直線運動的平動臺的俯視圖，圖中箭頭表示平移 臺振動方向。
[0024] 圖中各標(biāo)記如下：1激光器、2二向分色鏡、3直角棱鏡、4樣本陣列、5物鏡、6透鏡 I ;7針孔、8透鏡II、9PMT、10計算機(jī)、11支架、12直線電機(jī)、13反射鏡I、14反射鏡II、15 光路防震臺、16限位開關(guān)。

【具體實施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不局限于以下實施例。
[0026] 如圖1所示，本發(fā)明提供的熒光共聚焦檢測裝置，首先待測樣本上帶有熒光標(biāo)記， 所標(biāo)記的熒光在特定波長與功率的激光激發(fā)下可以發(fā)射出熒光信號。可以針對特定熒光標(biāo) 記的樣本選用固定波長的激光器(如只用于某一種或幾種熒光信號的檢測)，也可以選擇波 長可調(diào)的激光器以使儀器能夠檢測更多不同的樣本。在激光器1發(fā)射的激發(fā)光的光路上設(shè) 置一個與該光路呈135°的二向分色棱鏡2 ;該激發(fā)光透射該二向分色棱鏡2后的透射光 的光路上設(shè)置與該光路呈45°的直角棱鏡3 ;該透射光經(jīng)過直角棱鏡3反射后入射至物鏡 5,然后聚焦到樣品陣列4上得到光信號。其中，物鏡5和直角棱鏡3均固定于一個支架11 上，該支架11設(shè)于直線電機(jī)12上，且該直線電機(jī)可沿激發(fā)管的入射方向做直線運動，進(jìn)而 物鏡5和直角棱鏡3均可沿激發(fā)光的入射方向做直線運動（圖中箭頭所示方向）。該光信號 經(jīng)過物鏡5后依次經(jīng)直角棱鏡3和二向分色棱鏡2反射，然后依次經(jīng)透射鏡I 6、針孔7和 透鏡II 8平行入射至光電倍增管9上，將樣品發(fā)出的熒光信號轉(zhuǎn)換為電壓信號后輸入值計 算機(jī)10上得到檢測結(jié)果。本發(fā)明中，樣本沿直線電機(jī)12的運動方向陣列排布，激發(fā)光從左 至右依次在各個樣本上進(jìn)行聚焦，在到達(dá)另一端時完成半個周期的掃描，這時候下一批次 的樣本進(jìn)入到掃描區(qū)域，物鏡5開始往回運動對下一批次的樣本進(jìn)行掃描，直至回到起始 端完成一個周期。通過直線掃描，可以使物鏡5在一個工作周期內(nèi)對兩個批次的樣本進(jìn)行 檢測或者對一批樣本進(jìn)行兩次掃描，可以提高分析檢測的速度或準(zhǔn)確性。
[0027] 如圖2和圖3所示，在激發(fā)光的入射至二向分色棱鏡2之前，設(shè)置反射鏡I 13和 反射鏡II 14,可用于調(diào)節(jié)激發(fā)光的入射位置以保證其與光軸重合。
[0028] 如圖4和圖5所示，為了保證直線電機(jī)掃描運動的穩(wěn)定性，同時為直線電機(jī)的起始 位置和終止位置提供標(biāo)識，將該直線電機(jī)設(shè)置于一個光路防震臺15,且在光路防震臺15的 兩端均安裝有限位開關(guān)16,用以標(biāo)識直線運動的起始端以及停止端，當(dāng)直線電機(jī)碰觸到限 位開關(guān)16時將會觸發(fā)一個電脈沖告訴控制系統(tǒng)半個或一個掃描周期已經(jīng)完成以方便控制 系統(tǒng)進(jìn)行下一步操作(如不同批次樣本的更換或是數(shù)據(jù)的處理等)。根據(jù)限位開關(guān)的位置和 直線電機(jī)的行程可以對掃描范圍進(jìn)行大幅度的調(diào)節(jié)，掃描范圍可以超過通光口徑的兩倍以 上。
[0029] 本發(fā)明中，產(chǎn)生激發(fā)光的光源還可為紫外燈、紅外燈、汞燈和發(fā)光二極管中至少一 種；所選擇的激光器還可為氣體激光器、固體激光器、液體激光器或半導(dǎo)體激光器；本發(fā)明 中的光學(xué)檢測器還可為電荷耦合元件（CCD )或光電二極管。
[0030] 與光柵震蕩式直線掃描不同，本發(fā)明即使在掃描范圍的邊緣處也不會因為偏離通 光口徑正中心而發(fā)生信號的衰減。掃描范圍的擴(kuò)大和往復(fù)掃描使得更高通量、更高靈敏度、 更加快速的生化分析檢測成為可能。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于直線掃描的熒光共聚焦檢測裝置，其特征在于：在1束激發(fā)光的光路上設(shè) 置與光路呈135°的二向分色棱鏡；所述激發(fā)光透射所述二向分色棱鏡后的透射光的光路 上設(shè)置與光路呈45°的直角棱鏡；所述透射光經(jīng)所述直角棱鏡反射后入射至物鏡，然后聚 焦到樣品上得到光信號；所述光信號經(jīng)過所述物鏡后依次經(jīng)所述直角棱鏡和所述二向分色 鏡反射，然后依次經(jīng)透鏡I、針孔和透鏡II平行入射至光學(xué)檢測器，得到樣品的光學(xué)信號、 光譜信號或光強(qiáng)信號； 所述直角棱鏡和所述物鏡均可沿所述激發(fā)光的入射方向做直線運動。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熒光共聚焦檢測裝置，其特征在于：所述物鏡和所述直角棱 鏡均固定于一支架上，所述支架可沿所述激發(fā)光的入射方向做直線運動。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的熒光共聚焦檢測裝置，其特征在于：所述支架設(shè)于直線電機(jī) 上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的熒光共聚焦檢測裝置，其特征在于：所述激發(fā)光 依次經(jīng)反射鏡I和反射鏡II反射后入射至所述二向分色棱鏡上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的熒光共聚焦檢測裝置，其特征在于：所述直線電機(jī)設(shè)于 光路防震臺上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的熒光共聚焦檢測裝置，其特征在于：所述光路防震臺的兩端 設(shè)有限位開關(guān)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的熒光共聚焦檢測裝置，其特征在于：所述激發(fā)光 由激發(fā)光源產(chǎn)生； 所述激發(fā)光源為激光器、紫外燈、紅外燈、汞燈和發(fā)光二極管中至少一種。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的熒光共聚焦檢測裝置，其特征在于：所述激光器為氣體激光 器、固體激光器、液體激光器或半導(dǎo)體激光器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項所述的熒光共聚焦檢測裝置，其特征在于：所述光學(xué)檢 測器為光電倍增管、電荷耦合元件或光電二極管。
【文檔編號】G01N21/64GK104111241SQ201310139428
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月22日
【發(fā)明者】劉鵬, 莊斌, 王帥欽, 甘五鵬 申請人:清華大學(xué)