專(zhuān)利名稱(chēng)：基因芯片檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種DNA(基因)芯片(Gene chip)的檢測(cè)裝置，特別是一種基于體視顯微鏡(解剖顯微鏡)和冷卻電荷耦合器件構(gòu)成的可一次對(duì)DNA芯片成象檢測(cè)的裝置。
自從20世紀(jì)90年代中期，美國(guó)Affymatrix公司發(fā)明了人工合成小片段DNA芯片以來(lái)，特別是隨著使用計(jì)算機(jī)參與合成高密度的寡聚核苷酸(Oligonucleotide)陣列(小片段DNA，或稱(chēng)DNA探針)以及基因物理圖譜數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，基因芯片有了很大的發(fā)展，據(jù)稱(chēng)已達(dá)到40萬(wàn)種陣列芯片，而且從小片段DNA芯片，(芯片中每一組成單元DNA探針?biāo)暮塑账釋?duì)小于20個(gè))的制作已發(fā)展到大片段DNA芯片的制作(將含有10-200K核苷酸對(duì)的天然片段DNA固化在一基底上)(參見(jiàn)中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?8110965.9，申請(qǐng)日980717)，但目前所使用的基因芯片檢測(cè)裝置，其主要是掃描共聚焦顯微鏡(Confocal Microscope)，如

圖1所示，其包括激發(fā)光部件和熒光信號(hào)收集成象部件，其中激光光源11、分光鏡12和物鏡13以光路聯(lián)結(jié)成激發(fā)光部件，光源11發(fā)射之激光束入射至分光鏡12后經(jīng)物鏡13而垂直入射至基因芯片之襯底14，進(jìn)行逐點(diǎn)照射(掃描)；而物鏡13、分光鏡12、反射鏡15、濾色片16、探測(cè)器鏡頭17、共聚焦小孔18和探測(cè)器19則依次以光路聯(lián)結(jié)構(gòu)成信號(hào)收集成象部件。激發(fā)光部件對(duì)DNA芯片的掃描而激發(fā)產(chǎn)生的反射熒光經(jīng)物鏡13后形成信號(hào)光束經(jīng)分光鏡12入射至反射鏡15形成反射至濾色片16濾色后形成單色光，再經(jīng)探測(cè)器鏡頭17聚焦至共聚焦小孔18濾除噪聲，提高信噪比，以聚焦后的激發(fā)光斑逐點(diǎn)掃描成象，或以襯底作掃描。從本質(zhì)上看，它仍然是一種串行的處理方式。從正反兩方面的情況來(lái)看，它的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在1、較高的信噪比，這主要得益于共聚焦的機(jī)制；2、技術(shù)比較成熟。
當(dāng)然，也有一些劣勢(shì)，體現(xiàn)在1、價(jià)格昂貴，一套完整的共聚焦顯微鏡需要12萬(wàn)美元(約100萬(wàn)人民幣)，實(shí)現(xiàn)真正的市場(chǎng)化還存在一定的困難；2、串行掃描方式使得獲取一片DNA芯片的數(shù)據(jù)需要幾十分鐘甚至數(shù)小時(shí)；3、使用的波段受到限制，一般只能作兩個(gè)波段，如果要增加幾個(gè)波段，則需增加激光器的濾色片，成本將進(jìn)一步上升，所以，做成商品的共聚焦顯微鏡對(duì)熒光探針的普適性受到限制。
4、特別由于檢測(cè)速度慢(逐步掃描方式)，已不適應(yīng)對(duì)大片段DNA芯片的檢測(cè)。
本實(shí)用新型的目的是克服已有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種測(cè)試方便、快速，價(jià)格較低的基因芯片檢測(cè)裝置。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)，其包括對(duì)芯片襯底射入光束的激發(fā)光部件和對(duì)該襯底受激產(chǎn)生的熒光信號(hào)的收集、成象的熒光信號(hào)收集、成象部件，該射入光束覆蓋整個(gè)基因芯片，其特點(diǎn)是該熒光信號(hào)收集成象部件含有自芯片襯底依次以光路連接的物鏡、濾色片、CCD(電荷耦合器件)芯片接口和冷卻CCD芯片構(gòu)成的垂直于襯底的熒光信號(hào)收集和成象光路以及后接該CCD芯片依次以電路聯(lián)結(jié)的接口板和計(jì)算機(jī)。
進(jìn)一步，上述的本實(shí)用新型中的激發(fā)光部件包括依次以光路連接的光源、聚光鏡、濾色片組合體，構(gòu)成的平行于該芯片襯底的平行光路，以及由該濾色片組合體和一物鏡依次以光路連接成垂直于該芯片襯底的垂直入射光路，而且該熒光收集成象部件中的濾色片被組合在該濾色片組合體中，而該物鏡則與該垂直入射光路中的物鏡共用。
在本實(shí)用新型中，要求激發(fā)光束對(duì)基因芯片的襯底要形成大約1.5厘米直徑的光斑照明，因此，要求光源至少要采用100瓦的汞燈，為了提高照明度，該光源也可采用500瓦的氙燈；特別要指出的是，為了使光路組合更合理，對(duì)激發(fā)光路的濾色片和發(fā)射光路中的濾色片將它們制造成組合結(jié)構(gòu)體，這樣可共同使用同一物鏡，即上述的濾色片組合體，其包括激發(fā)光濾色片，二向反射鏡和發(fā)射光濾色片；基于同一構(gòu)思方案，本實(shí)用新型中激發(fā)光部件由一脈沖染料激光器構(gòu)成，入射激光束與基因芯片襯底表面的夾角α為0°＜α＜90°；該激光器的激光閃焦直徑為12毫米；該夾角α為30°；而且，所說(shuō)的激光器是激光波長(zhǎng)可調(diào)節(jié)的脈沖染料激光器，它的脈沖寬度為20納秒，脈沖頻率為1脈沖/毫秒。
從上述的本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)中可看出，其主體是使用體視顯微鏡(或稱(chēng)解剖顯微鏡)，并對(duì)其作了改進(jìn)，和使用冷卻CCD芯片與計(jì)算機(jī)而構(gòu)成完整的基因芯片檢測(cè)裝置。
本實(shí)用新型與已有技術(shù)相比，具有如下的積極進(jìn)步效果1、與傳統(tǒng)的體視顯微鏡(即解剖顯微鏡)相配套，操作簡(jiǎn)便，有利于市場(chǎng)化，尤其對(duì)DNA芯片技術(shù)在醫(yī)院的應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)；2、采用冷卻CCD成象，成象一次完成，屬并行處理，比掃描方式迅速，成象時(shí)間從1秒-1000秒；3、對(duì)每一種熒光探針，只需設(shè)計(jì)相應(yīng)的濾色片，通過(guò)滑桿(SLIDE)的滑動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)多種顏色的測(cè)量；4、空間分辨可以達(dá)到20μ，靈敏度可達(dá)106-107熒光分子數(shù)/單元，在廣泛采用的微陣列(MICROARRAY)實(shí)驗(yàn)中其熒光分子數(shù)量級(jí)和此數(shù)量級(jí)相仿，可以滿(mǎn)足互補(bǔ)脫氧核糖核苷酸(cDNA Microarray)的探測(cè)工作要求；5、該系統(tǒng)的總造價(jià)25萬(wàn)元，如果采用專(zhuān)用設(shè)備設(shè)計(jì)，成本可以進(jìn)一步降低，期望達(dá)到10萬(wàn)元左右，應(yīng)該說(shuō)在價(jià)格上具有相當(dāng)?shù)母?jìng)爭(zhēng)力；本實(shí)用新型的附圖簡(jiǎn)單說(shuō)明如下圖1是現(xiàn)有的基因芯片檢測(cè)儀的結(jié)構(gòu)示意圖，它是掃描共聚焦顯微鏡(Confocal Microscope)。
圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本實(shí)用新型中的濾色片組合體的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本實(shí)用新型的另一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明11-激光源12-分光鏡13-物鏡 14-基因芯片襯底15-反射鏡16-濾色片17-探測(cè)器鏡頭18-共聚焦小孔19-探測(cè)器21、21’-光源22-聚光鏡23-濾色片組合體231-激發(fā)光濾色片 232-二向反射鏡233-發(fā)射光濾色片 234-濾色片24-物鏡 25-基因芯片襯底26-CCD芯片接口 27-冷卻CCD芯片28-接口板29-計(jì)算機(jī)20-外觸發(fā)信號(hào)下面根據(jù)圖2、圖3和圖4分別給出本實(shí)用新型二個(gè)較好實(shí)施例。
實(shí)施例1如圖2和圖3所示，本實(shí)施例中，對(duì)受檢測(cè)的基因芯片25之襯底射入光束的激發(fā)光部件包括依次以光路連接的光源21、聚光鏡22、濾色片組合體23、物鏡24，它們組成熒光激發(fā)光路模塊，其中光源21為100瓦汞燈或500瓦氙燈，其射出的光線，經(jīng)聚光鏡22形成平行于基因芯片襯底25的光束，其入射至濾色片組合體23被濾光后的反射光(熒光激發(fā)光)經(jīng)物鏡24垂直射入基因芯片形成約1.5厘米直徑的光斑照明，使襯底25激發(fā)出熒光，所產(chǎn)生的熒光經(jīng)熒光信號(hào)收集成象部件后給出對(duì)該基因芯片的檢測(cè)結(jié)果。本實(shí)施例中，熒光信號(hào)收集成象部件包括自基因芯片依次排列的物鏡24、濾色片組合體23、CCD芯片接口26和冷卻CCD芯片27構(gòu)成的垂直于基因芯片襯底25的熒光收集成象光路，以及后接于該CCD片27的接口板28、計(jì)算機(jī)29。其中物鏡24、濾色片組合體23組成熒光信號(hào)選擇模塊，CCD芯片接口26和冷卻CCD芯片27組成信號(hào)收集和成象模塊，接口板28和計(jì)算機(jī)29組成控制模塊，接口板28還有外觸發(fā)信號(hào)20輸入端口，還要指出的濾色片組合體，包含激發(fā)光濾色片231、發(fā)射光濾色片233和二向反射鏡232。
計(jì)算機(jī)為聯(lián)想PⅡ350型本實(shí)施例中，采用奧林巴斯(OLYMPUS)體視顯微鏡SZXIZ型，保留其聚光鏡22、物鏡24，而濾色片組合體23則按檢測(cè)之DNA熒光探針的激發(fā)光波長(zhǎng)及反射出來(lái)的熒光波長(zhǎng)要求，自行設(shè)計(jì)訂做，冷卻CCD芯片27采用德國(guó)PCO公司Sensicam 375XL之0級(jí)芯片，而CCD芯片接口26和接口板28則是與CCD芯片27相配套的部件。
實(shí)施例2如圖4所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1之區(qū)別是(1)激發(fā)光部件僅由一脈沖染料激光器(光源21’)構(gòu)成，散焦光束以30°角射入激發(fā)襯底25之樣品，激光波長(zhǎng)可調(diào)節(jié)，脈沖寬度為20納秒，脈沖頻率為1脈沖/毫秒，這樣由于激光光源在絕大多數(shù)時(shí)間中是“黑暗”，而且激發(fā)光在襯底表面發(fā)射時(shí)，熒光是各向同性的，因此能進(jìn)一步降低光源信號(hào)的影響，從而提高信噪比；(2)在熒光收集光路中，直接采用濾色片234，以之取代實(shí)施例1中的濾色片組合體23。
權(quán)利要求1.一種基因芯片檢測(cè)裝置，包括對(duì)芯片襯底入射光束的激發(fā)光部件和對(duì)該襯底受激產(chǎn)生的熒光信號(hào)的收集、成象部件，該射入光束覆蓋整個(gè)基因芯片，其特征在于該熒光信號(hào)收集成象部件含有自芯片襯底依次以光路連接的物鏡、濾色片、CCD芯片接口和冷卻CCD芯片構(gòu)成的垂直于襯底的熒光信號(hào)收集和成象光路以及后接該CCD芯片依次以電路聯(lián)結(jié)的接口板和計(jì)算機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基因芯片檢測(cè)裝置，其特征在于該激發(fā)光部件包括依次以光路連接的光源、聚光鏡和濾色片組合體構(gòu)成的平行于該芯片襯底的平行光路，以及由該濾色片組合體和一物鏡依次以光路連接構(gòu)成的垂直于該基片襯底的垂直入射光路，而且該熒光收集成象部件中的濾色片被組合在該濾色片組合體中，而該平行光路中的物鏡則與該垂直入射光路中的物鏡共用。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基因芯片檢測(cè)裝置，其特征在于所說(shuō)的激發(fā)光部件中的光源系為100瓦的汞燈或500瓦的氙燈。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基因芯片檢測(cè)裝置，其特征在于所說(shuō)的濾色片組合體系包括激發(fā)光濾色片、二向反射鏡和發(fā)射光濾色片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基因芯片檢測(cè)裝置，其特征在于所說(shuō)的激發(fā)光部件為一脈沖染料激光器，入射激光束與基因芯片襯底表面的夾角α為0°＜α＜90°。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基因芯片檢測(cè)裝置，其特征在于該激光器的激光閃焦直徑為12毫米。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的基因芯片檢測(cè)裝置，其特征在于該夾角α為30°。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基因芯片檢測(cè)裝置，其特征在于所說(shuō)的激光器是激光波長(zhǎng)可調(diào)節(jié)的脈沖染料激光器。
9.根據(jù)權(quán)利要求5或8所述的基因芯片檢測(cè)裝置，其特征在于所說(shuō)脈沖染料激光器的脈沖寬度為20納秒，脈沖頻率為1脈沖/毫秒。
專(zhuān)利摘要一種基因芯片檢測(cè)裝置,包括激發(fā)光部件和熒光信號(hào)收集、成象部件,該射入光束覆蓋整個(gè)基因芯片,其特征在于:該熒光信號(hào)收集成象部件含有自芯片襯底依次以光路連接的物鏡、濾色片、CCD芯片接口和冷卻CCD芯片構(gòu)成垂直于襯底的熒光信號(hào)收集和成象光路以及后接該CCD芯片依次以電路聯(lián)結(jié)的接口板和計(jì)算機(jī)。本實(shí)用新型由于可一次成象完成對(duì)芯片的檢測(cè),因此,具有明顯的技術(shù)進(jìn)步。
文檔編號(hào)G01N21/64GK2433618SQ99240088
公開(kāi)日2001年6月6日 申請(qǐng)日期1999年10月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月29日
發(fā)明者熊啟華, 李賓, 李民乾 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海原子核研究所