CN100394183C

CN100394183C - 一种生物芯片的定位装置及其定位方法

Info

Publication number: CN100394183C
Application number: CNB2004100964179A
Authority: CN
Inventors: 庄琮凯; 王建华; 李浚荣; 林淑芬; 崔美玲
Original assignee: Kaiwood Technology Co Ltd
Current assignee: Kaiwood Technology Co Ltd
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2024-11-29
Also published as: CN1782707A

Abstract

本发明提供一生物芯片打点布样的定位装置和一定位方法，其包含一影像撷取装置和一对位调整系统。此方法使生物探针能准确固定在生物芯片载体的特定位置，步骤为：(a)提供一生物芯片打点布样的定位装置，其为一影像撷取装置和一对位调整系统；(b)打点布样前，先在生物芯片载体上标志出预先决定的参考点位置；(c)利用该影像撷取装置撷取并记录步骤(b)参考点位置的影像；(d)根据步骤(c)的参考点位置的影像以该定位装置的对位调整系统作运算，推算出第一打点布样位置，进行打点布样；(e)利用该影像撷取装置撷取并记录第一打点布样位置的影像；(f)依步骤(e)的影像作运算回馈修正并推算出下一打点布样位置，再进行打点布样；(g)重复步骤(e)至(f)到所有打点布样完成。

Description

一种生物芯片的定位装置及其定位方法

技术领域

本发明是关于一种生物芯片打点布样的定位装置及生物芯片打点布样的定位方法，特别是关于在每一各别生物芯片载体上标志参考点位置及利用影像撷取作回馈修正的打点布样定位装置及方法。

背景技术

生物芯片(biochip)一词源于1980年代，广义地说，是指将与生物有关的分子，如基因、蛋白质、碳水化合物或细胞组织等，利用微面积、高密度的技术，精确地点制在一载体上而供做其它的应用。生物芯片的制作需利用多种工业技术，并且结合生物医学技术，运用分子生物学、分析化学、生化反应等原理进行设计，将生物分子点制在玻璃、硅片、塑料(高分子材料)等载体材质上，而制造出的生物化学分析检测元件。生物芯片的优点为可于微小的载体面积上进行同步、快速且大量的生化感测，且其作用或侦测对象可为核酸分子或蛋白质，因此，在医疗或生物化学的分析上具有相当大的应用性。

生物芯片依功能用途可区分为两大类：微数组(microarray)芯片(感测型芯片)与微处理型芯片，目前仍以微数组芯片较为常见。微数组芯片是在微小面积的基质载体上，打点布样高密度的生物探针，做为大量筛检及平行分析的工具。一般来说，生物芯片上生物探针的大小不超过直径200微米(μm)，它们经由各种参数的设定(包括其位于矩阵上的位置、长度、浓度及碱基序列等参数)，以自动化的机械，定位在生物芯片的特殊槽列或膜质上。目前常见的打点布样方法有以下三种：

(1)接触式点样(spotting)：经由机械针头将准备完成的生物探针直接点触在生物芯片上，此技术的优点为技术简易，而且生物探针长度较不受限制，其依打点针(printing pin)的类型又可分为实心针(solid pin)及鹅毛笔针(quill pen)两款；

(2)非接触式喷墨印刷(inject printing)：此技术类似于喷墨打印机，可将生物探针以数组的方式打印于芯片表面；以及

(3)光罩平面印刷(photo-lithography)：一种类似于半导体制程技术的生物芯片生产法，以光蚀刻法使生物探针直接在芯片上合成。

制造微数组芯片时，是在一个基质载体上，利用上述的方法，以一套精密的机械设备，将某种做为特殊检验元件的已知特定生物探针(如蛋白质或核酸分子)，按设定好的次序成排点着布样于基质载体的特定位置上。一个普通显微镜使用的载玻片，便可点着布样成千甚至上万排列整齐的探针点，由于置入的探针点十分微小，一般必须在显微镜下才看的清楚。使用生物芯片时，是将待测的样品与芯片上的生物探针进行反应，藉由此反应结果，即可显示出许多生物分子间作用的特定意义。

由于生物芯片上生物探针的数目多、体积小，因此，如何维持良好的彼此相对应位置及距离，和其于芯片上的固定位置，都会影响其之后的反应结果及判读。于是，控制芯片上生物探针的打点布样位置，使其形成准确的数组于所欲的特定的区域，成为提高生物芯片制造良率和后续实验成功率与可信度的重要课题及方向。

在公知技术中，打点布样时可以批次的方式进行。其可将生物芯片载体的第一片的第一打点布样位置设定为基准点，而后，所有生物芯片载体上各打点布样位置，皆根据此点位置加上固定距离后，依序将整批生物芯片载体打点布样完成。但，由于不同片的生物芯片基质载体(通常为玻璃片或尼龙薄膜)的尺寸可能有误差，而生物芯片上生物探针的大小一般不超过直径200微米(μm)，其相隔距离是以微米为计，因此即使载体上些微的误差，也可能导致打点布样的数组区域有扩大、缩变、歪斜现象或数组点遗失的情形，而影响后续作结合反应、信号扫描、资料分析，增加判读的困难度及错误率，甚至可能导致整批生物芯片均成为不良品而无法使用。而且因为生物探针常为一些得之不易的生物物质，不良的打点布样将会浪费宝贵的生物探针。再者，虽然生物芯片上某些歪斜或误差，可以其它方式校正或处理，但是均会大幅增加处理时间及成本。有鉴于此，台湾发明专利561070号中，揭露一种针对使用喷墨技术制造微数组生物芯片的影像对位装置及方法，其是利用彩色喷墨打印系统的原理，应用于生物芯片打点布样上。其可在生物试剂以微小液滴的形式喷射至微数组生物芯片基质载体之前，将影像撷取装置放置于传送装置上，使影像撷取装置位于与喷液头相对应的位置，并使用对准片，利用影像对位方式，调整各站喷液头至定位，再将各站喷液头内的生物试剂喷射在微数组生物芯片载体上的特定的位置。

然而，此方式为针对喷墨印刷的打点布样方式做改进，其喷液头在喷液过程中是为固定不动，而是移动载体的位置进行打点布样，此与接触式点样(spotting)打点布样方式的打点针头处于移动状态中的基本原理及方式为完全不同，因而无法适用。且亦如在纸张打印中常见的问题一样，纸张放置不正确会导致打印结果有偏移、旋转的现象，打点布样时若载体的放置位置不当，也会产生相同的情形。再者，为了达到较精确的对位，上述专利需使喷液头、对准片以及载体三者间互相对位，对位过程较为复杂而且较难控制。

发明内容

本发明所提供的生物芯片打点布样的定位装置及其定位方法，即是为了解决上述的问题。

本发明是为了有效解决公知技术中数组区域有扩大、缩变、歪斜现象或数组点遗失的问题，而提供一种生物芯片打点布样的定位方法，其为直接于每一各别生物芯片基质载体上标志特定的参考点位置，再进行打点布样，且在打点布样过程中，经由影像撷取的方式回馈修正每一打点布样位置，因而避免及改善公知技术中由于生物芯片载体尺寸差异及置放位置不正确所引起的打点布样位置偏移、旋转及相对距离改变的问题。

本发明之一目的为提供一种生物芯片打点布样的定位装置，其可于生物芯片进行打点布样时，针对每一各别的生物芯片载体以及各布样点作调整、修正，使所使用的生物探针可准确的打点布样在所欲之特定的区域。其中该定位装置包含一影像撷取装置以及一对位调整系统。该影像撷取装置是用以撷取并记录生物芯片载体各参考点及布样点的位置，而对位调整系统则根据该影像撷取装置所取得的参考点及布样点的位置作运算，推算出各布样点的正确位置，并控制执行打点布样。

本发明之另一目的为提供一种生物芯片打点布样的定位方法，使生物探针能准确地固定于生物芯片载体上的特定的位置，其步骤包含：(a)提供一生物芯片打点布样的定位装置，其包含一影像撷取装置以及一对位调整系统；(b)于打点布样之前，先在生物芯片载体上标志出预先决定的参考点位置；(c)利用该定位装置的影像撷取装置撷取并记录步骤(b)参考点位置的影像；(d)根据步骤(c)的参考点位置的影像以该定位装置的对位调整系统作运算，推算出第一打点布样位置，进行打点布样；(e)利用该影像撷取装置撷取并记录第一打点布样位置的影像；(f)依步骤(e)的影像作运算回馈修正并推算出下一打点布样位置，再进行打点布样；以及(g)重复执行步骤(e)至(f)直到所有打点布样完成。

本发明的打点布样的定位方法不但较公知技术更为方便、简单，且可解决其无法克服的生物芯片载体的尺寸及位置误差所引起的问题。另外，本发明所提供的方法，可控制生物芯片基质载体上生物探针的打点布样位置，使其形成准确的数组于所欲之特定的区域，因而提高生物芯片制造良率和改善后续结合反应、信号扫描、资料分析、判读的困难度及错误率并提高整体检测成功率与可信度。再者，可减少宝贵的生物探针的浪费，并且增加每个芯片的打点布样数目及增大可用的打点布样面积等经济效益。另外，打点布样时所使用的定位装置可适用于不同的打点布样系统，因此相当具有实用性。

以下将以具体实施例以及更详细的解说，进一步说明本发明的实施方式。

附图说明

图1为本发明生物芯片打点布样的定位方法的实施例示意图。

图2为本发明生物芯片打点布样的定位方法的步骤流程示意图。

图中

1-定位装置 10-影像撷取装置

12-对位调整系统 14-运算单元

16-控制单元 18-驱动装置

20-生物芯片载体 22-参考点

24-打点布样针头 26-生物探针

具体实施方式

本发明所采用的技术、手段及其功效，在此列举较佳实施例做详细说明。

为达成上述目的，本发明是提供一种生物芯片打点布样的定位装置(1)(如图1所示)，其包含一影像撷取装置(10)以及一对位调整系统(12)。该影像撷取装置(10)是用以撷取并记录生物芯片载体各参考点及布样点的位置，而对位调整系统(12)则根据该影像撷取装置(10)所取得的参考点及布样点的位置作运算，推算出各布样点的正确位置，并执行打点布样。此定位装置(1)可设置于打点布样系统的适当位置以取得最准确的打点布样位置。其中，该对位调整系统(12)可包含一运算单元(14)以及一控制单元(16)，该运算单元(14)可根据影像撷取装置(10)所得到的各参考点及布样点的位置资料进行运算，并将此运算结果传输至控制单元(16)，再由控制单元(16)控制并执行打点布样。

另外，请参照图1的示意图及图2的流程图，本发明所提供的生物芯片打点布样的定位方法，其步骤为在打点布样之前，提供一如上述之生物芯片打点布样的定位装置(1)，首先于每一各别生物芯片载体(20)上，标志出所需的参考点(22)位置。然后，利用一影像撷取装置(10)撷取并记录生物芯片(20)载体上参考点(22)位置的影像，再根据这些参考点(22)位置的影像以对位调整系统(12)进行数学运算并控制执行打点布样。其中，该对位调整系统(12)可包含一运算单元(14)以及一控制单元(16)，该运算单元(14)可根据影像撷取装置(10)所得到的各参考点及布样点的位置数据进行运算，推算出下一打点布样位置，并将此位置的信息传输至控制单元(16)，而由控制单元(16)根据此一位置控制一驱动装置(18)移动打点布样针头(24)进行第一次的打点布样。接着，利用该影像撷取装置(10)，撷取并记录生物探针(26)打点布样位置的影像，再根据前述步骤所撷取的影像进行数学运算，回馈修正并设定下一打点布样位置，再进行打点布样。以此重复执行影像撷取及回馈修正打点布样等步骤，直到所有打点布样完成。

标示参考点时，较佳者为标示出至少两个参考点位置，此乃因为任意两点坐标即可决定一直线，因此可较精准的进行后续的打点布样。标志的方法可为以萤光物质于基质载体上做标记，或是以钻石刀、雷射刀刻划在基质载体上的选定的任意位置。标志参考点位置的符号并无特别限制，只要能辨识出其特定位置即可，所用的符号可为相同或不同。

进行数学运算时，可运用任何相关的运算软件来执行，根据已定出的参考点位置，推算出第一打点布样位置以及后续的打点布样位置，并可根据已完成的各打点布样位置做回馈修正，推算出正确的下一打点布样位置。

而又另一较佳实施例中，影像撷取装置包括一摄影装置及一显示装置；摄影装置用以撷取生物芯片载体上的影像，显示装置用以显示摄影装置所撷取的影像。

又，摄影装置包括一摄影机以及一影像处理单元，摄影机用以撷取生物芯片基质载体上的影像，影像处理单元用以处理摄影机所撷取的影像。其中，该摄影机为一CCD(电荷偶合组件)相机或一CMOS(互补性氧化金属半导体)相机。

综合上述说明及实施例，本发明的生物芯片打点布样的定位方法及定位装置，可控制生物芯片基质载体上生物探针的打点布样位置，使其形成准确的数组于所欲之特定的区域，因而提高生物芯片制造良率和后续实验成功率与可信度；并减少宝贵的生物探针的浪费，也能因而增加每个生物芯片的打点布样数目及增大可用打点布样面积。

应理解的是，上述实施例是用以阐明本发明，并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当权利要求书所界定范围为准。

Claims

1.一种生物芯片打点布样的定位装置，其包含一影像撷取装置以及一对位调整系统；

其中，该影像撷取装置是用以撷取并记录生物芯片载体上预先设定的参考点及已完成打点布样的位置，且该对位调整系统是根据该影像撷取装置所取得的位置资料，推算出下一打点布样的正确位置，并控制执行打点布样。

2.如权利要求1所述的生物芯片打点布样的定位装置，其中该对位调整系统包含一运算单元以及一控制单元；

其中，该运算单元是根据该影像撷取装置所得到的位置资料进行运算，推算出下一打点布样位置，并将该位置数据传输至该控制单元，该控制单元根据该位置控制执行打点布样。

3.如权利要求1所述的生物芯片打点布样的定位装置，其中该影像撷取装置包括一摄影装置及一显示装置；

该摄影装置是用以撷取生物芯片载体上的影像，该显示装置是用以显示摄影装置所撷取的影像。

4.如权利要求3所述的生物芯片打点布样的定位装置，其中该摄影装置包括一摄影机以及一影像处理单元，摄影机用以撷取生物芯片基质载体上的影像，影像处理单元用以处理摄影机所撷取的影像。

5.如权利要求4所述的生物芯片打点布样的定位装置，其中该摄影机为电荷偶合组件相机。

6.如权利要求4所述的生物芯片打点布样的定位装置，其中该摄影机为互补性氧化金属半导体相机。

7.一种生物芯片打点布样的定位方法，其包含下列步骤：

(a)提供一生物芯片打点布样的定位装置，其包含一影像撷取装置以及一对位调整系统；

(b)在打点布样之前，先在生物芯片载体上标志出预先决定的参考点位置；

(c)利用该定位装置的影像撷取装置撷取并记录步骤(b)参考点位置的影像；

(d)根据步骤(c)的参考点位置的影像作运算，以该定位装置的对位调整系统作运算，推算出第一打点布样位置，进行打点布样；

(e)利用该影像撷取装置撷取并记录第一打点布样位置的影像；

(f)依步骤(e)的影像作运算回馈修正并推算出下一打点布样位置，再进行打点布样；以及

(g)重复执行步骤(e)至(f)直到所有打点布样完成。

8.如权利要求7所述的生物芯片打点布样的定位方法，其中该步骤(b)的参考点为至少两个参考点。

9.如权利要求7所述的生物芯片打点布样的定位方法，其中该步骤(b)标示参考点位置时是以萤光物质做标志。

10.如权利要求7所述的生物芯片打点布样的定位方法，其中该步骤(b)标示参考点位置时是以钻石刀刻划做标志。

11.如权利要求7所述的生物芯片打点布样的定位方法，其中该步骤(b)标示参考点位置时是以雷射刀刻划做标志。

12.如权利要求7所述的生物芯片打点布样的定位方法，其中该步骤(b)标示参考点位置时系标志各为相同或不同之符号。

13.如权利要求7所述的生物芯片打点布样的定位方法，其中该运算方法为使用计算机运算软件进行运算。

14.如权利要求7所述的生物芯片打点布样的定位方法，其中该对位调整系统包含一运算单元以及一控制单元；

其中，该运算单元是根据该影像撷取装置所得到的位置资料进行运算，推算出下一打点布样位置，并将该位置数据传输至该控制单元，该控制单元根据该位置控制并执行打点布样。

15.如权利要求7所述的生物芯片打点布样的定位方法，其中该影像撷取装置包括一摄影装置及一显示装置；

16.如权利要求15所述的生物芯片打点布样的定位方法，其中该摄影装置包括一摄影机以及一影像处理单元，摄影机用以撷取生物芯片基质载体上的影像，影像处理单元用以处理摄影机所撷取之影像。

17.如权利要求16所述的生物芯片打点布样的定位方法，其中该摄影机为电荷偶合组件相机。

18.如权利要求16所述的生物芯片打点布样的定位方法，其中该摄影机为互补性氧化金属半导体相机。