CN106248578A - 一种集成式蛋白芯片扫描仪 - Google Patents

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田鹏
杜婧
杨杰
杨帆
严伟
胡松
周毅
李凡星
姚靖威
邓钦元
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    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation

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Abstract

本发明是一种集成式蛋白芯片扫描仪，主要由集成了电机控制器、电机以及丝杠导轨的X、Y轴移动控制导轨、样品台、支架、CCD、定焦镜头、背光板构成。长行程X轴做基底，短行程Y轴置于X轴上，样品台置于Y轴上，电机控制器采用CAN总线与主机通讯；样片利用机械卡槽和螺钉锁紧；支架由基座、支撑杆和CCD夹持机构组成，基座用于固定背光板，支撑杆与基座垂直，CCD夹持机构水平方向和垂直方向均可调；CCD输出黑白、12位数据深度图像，供电和通信均采用USB；定焦镜头连接CCD的同时，实现固定的作用；背光板由相关的控制电路实现照度调节，采用RS232与主机通信。本发明的CCD综合分辨率小于10um，定位精度小于5um，适用于显微、测量、微细加工技术与设备领域。

Description

一种集成式蛋白芯片扫描仪
技术领域
本发明属于超精密测量技术领域，涉及一种集成式蛋白芯片扫描仪。
背景技术
生物芯片是利用微细加工技术以及相关的化学合成技术制备的探针分子来检测靶分子的序列、数量的微型器件。在生命科学、制药、疾病诊断、环境监测、农业等领域得到广泛应用。而生物芯片检测仪器则是获取检测结果的重要仪器。
通过对生物芯片进行扫描，能够将生物芯片的检测结果转换图像数据，通过进一步的图像处理，可以获得正确、有效的生物信息。利用CCD实现生物芯片的扫描是生物芯片扫描仪的一种，结构简单、检测的速度快、成本低、以及体积小，特别是在低点阵生物芯片领域具有明显的优势。
生命活动的执行者是根据基因所产生的蛋白质，不同的蛋白质有着不同的结构和生理功能，以功能基因组学和蛋白质组学为研究内容开始紧锣密鼓的开展。蛋白质生物芯片主要研究蛋白质功能、蛋白质相互作用。针对蛋白芯片，迫切的需要一种结构简单且能完成扫描的生物芯片扫描仪。
发明内容
本发明提出了一种集成式蛋白芯片扫描仪，利用集成式的优点简化系统结构，同时满足蛋白芯片的快速扫描。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种集成式蛋白芯片扫描仪，所述扫描仪由集成式X轴、集成式Y轴、样品台、支架、CCD、定焦镜头、背光板构成，其中：
集成式X、Y轴为集成了电机控制器、电机以及丝杠导轨的X、Y轴移动控制导轨，均用两根直线导轨和滚珠丝杠控制滑块位置，长行程的X轴为基底，Y轴与X轴上的滑块连接，样品台与Y轴上的滑块连接，电机控制器采用CAN总线与主机通讯；样片利用机械卡槽和螺钉锁紧，螺钉和样片之间用塑胶垫片防止损坏；支架由基座、支撑杆和CCD夹持机构组成，基座用于固定背光板，支撑杆与基座垂直，CCD夹持机构水平方向和垂直方向均可调；CCD输出黑白、12位数据深度图像，供电和通信均采用USB；定焦镜头连接CCD的同时，实现固定的作用；背光板由相关的控制电路实现照度调节，采用RS232与主机通信。
更进一步的，所述移动控制导轨由电机控制器、电机、丝杠导轨构成。
更进一步的，所述的丝杠导轨由两根直线导轨和滚珠丝杠以及滑块构成。
更进一步的，集成式Y轴通过螺钉与X轴上的滑块连接，与X轴成90°，样品台通过螺钉与Y轴上的滑块连接，并与Y轴成90°角，X轴与样品台平行。
更进一步的，支架由基座、支撑杆和CCD夹持机构组成，基座用于固定背光板，支撑杆与基座垂直。
更进一步的，调整基座的固定螺钉，通过加入垫片的形式使其与样品台保持水平。
更进一步的，CCD夹持机构与支撑杆利用内六角螺钉固定，松开固定螺钉，其水平方向和垂直方向均可调。
更进一步的，CCD夹持机构上方为正方形，下方为原型，定焦镜头连接CCD的同时，起到固定作用。
更进一步的，CCD输出黑白、12位数据深度图像，供电和通信均采用USB。
更进一步的，背光板为正方形，由相关的控制电路实现照度调节，采用RS232与主机通信。
本发明具有的有益效果是：将电机控制器、电机、丝杠导轨结合成一个整体，且X轴、Y轴、样品台层层叠加，结构极其简单且每个结构都独立可调。背光板的光强根据芯片厚度可以程序调节，另外系统采用高分辨率的微距CCD，可以实现微纳结构的识别。本发明适用于化学自发光，多种激发荧光等生物芯片弱光样片的检测与分析，也可用于显微系统，测量能够透光的样片。
附图说明
图1为本发明的原理图；
图2为本发明的结构示意图，其中，1代表集成式X轴，2代表集成式Y轴，3代表背光板，4代表定焦镜头，5代表CCD，6代表支架，7代表样品台；
图3a、3b为本发明的X、Y轴结构示意图；
图4为本发明中导轨滑块示意图；
图5为本发明的样品台示意图；
图6为本发明的支架示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加明确，下面结合附图对本发明的工作原理、结构及具体实施方式进一步介绍。
如图1示出本发明提供的集成式蛋白芯片扫描仪的基本原理图，图中有光源、滤光片、芯片、CCD和计算机。光源采用LED正白光，经过滤光片后均匀照射生物芯片。CCD扫描生物芯片，数据传送到计算机保存。
如图2示出本发明的系统设计图，由集成式X轴1、集成式Y轴2、样品台7、支架6、CCD5、定焦镜头4、背光板3构成，其中：集成式X、Y轴为集成了电机控制器、电机以及丝杠导轨的X、Y轴移动控制导轨，均用两根直线导轨和滚珠丝杠控制滑块位置，长行程的X轴为基底，Y轴与X轴上的滑块连接，样品台7与Y轴上的滑块连接，电机控制器采用CAN总线与主机通讯；样片利用机械卡槽和螺钉锁紧，螺钉和样片之间用塑胶垫片防止损坏；支架6由基座、支撑杆和CCD夹持机构组成，基座用于固定背光板，支撑杆与基座垂直，CCD夹持机构水平方向和垂直方向均可调；CCD输出黑白、12位数据深度图像，供电和通信均采用USB；定焦镜头4连接CCD 5的同时，实现固定的作用；背光板由相关的控制电路实现照度调节，采用RS232与主机通信。
如图3a、3b示出本发明的集成式X、Y轴设计图，从左至右，集成导轨包含了电机控制器、电机以及丝杠导轨，导轨由两根直线导轨和滚珠丝杠构成，实现限位和固定滑块的位置。电机外壳与导轨用螺钉锁紧，转子与丝杠用内六角螺钉相连；将控制器和电机的线路连接好后，同样用螺钉使其锁紧。
如图4示出本发明的滑块，两个直线导轨导向，中间的丝杠导轨传动。滑块与丝杠紧密相连，电机转动时，其滑块随之转动；滑块两端为U型槽，与两侧的直线导轨契合，既导向也起到固定作用；滑块的安装和调整，通过调节导轨末端的盖板实现。
如图5示出本发明的样品台，样片由透明的玻璃构成，通过两边的机械卡槽和螺钉缩紧。样品台通过四颗螺钉与Y轴上的滑块锁紧；右侧为两个U型机械卡槽，测量时样片对准卡槽卡入其中；螺钉为塑胶，防止锁紧时损坏样片。
如图6示出本发明的支架，支架由底座、支撑杆、CCD夹持机构组成，通过内六角螺钉锁紧，松开螺钉即可进行调节。支架底座用螺钉与底板锁紧，为了保证其水平特性，锁紧时应该使用垫片调整其水平度；支持杆与加持机构同样采用螺钉锁紧，松开螺钉即可调整上下高度，以及左右方向；镜头平台为L型，其中竖着的部分用螺钉与加持机构锁紧，水平部分放置CCD；CCD通过螺钉与加持机构锁紧，镜头在其CCD下方，当安装镜头后，整个相机就实现了把紧，当然这过程中需要利用垫片再次微调CCD的水平度。
本发明可以有效的扫描蛋白芯片，当然也可以作为显微、测量使用，其操作的主要步骤主要有以下几步：
一是调整CCD：通过程序指令控制X、Y轴使其中一片生物芯片处于CCD视场中心位置；调整镜头使其成清晰像。
二是背景光调节：不同的生物芯片，其所需要的光强不一样，需要根据实际测量对象调整光的照度。
三是芯片定位：每一个样片通常由数块生物芯片构成，移动X、Y轴使生物芯片处于视场中央，记录其X、Y轴位置。
四是图像处理：不断的移动样品台，并采集、保存图像，对获得的图像进行对应的分析获得生物芯片的信息。

Claims (10)

1.一种集成式蛋白芯片扫描仪，其特征在于：所述扫描仪由集成式X轴、集成式Y轴、样品台、支架、CCD、定焦镜头、背光板构成，其中：
集成式X、Y轴为集成了电机控制器、电机以及丝杠导轨的X、Y轴移动控制导轨，均用两根直线导轨和滚珠丝杠控制滑块位置，长行程的X轴为基底，Y轴与X轴上的滑块连接，样品台与Y轴上的滑块连接，电机控制器采用CAN总线与主机通讯；样片利用机械卡槽和螺钉锁紧，螺钉和样片之间用塑胶垫片防止损坏；支架由基座、支撑杆和CCD夹持机构组成，基座用于固定背光板，支撑杆与基座垂直，CCD夹持机构水平方向和垂直方向均可调；CCD输出黑白、12位数据深度图像，供电和通信均采用USB；定焦镜头连接CCD的同时，实现固定的作用；背光板由相关的控制电路实现照度调节，采用RS232与主机通信。
2.如权利要求1所述的扫描仪，其特征在于：所述移动控制导轨由电机控制器、电机、丝杠导轨构成。
3.如权利要求1所述的扫描仪，其特征在于：所述的丝杠导轨由两根直线导轨和滚珠丝杠以及滑块构成。
4.如权利要求1所述的扫描仪，其特征在于：集成式Y轴通过螺钉与X轴上的滑块连接，与X轴成90°，样品台通过螺钉与Y轴上的滑块连接，并与Y轴成90°角，X轴与样品台平行。
5.如权利要求1所述的扫描仪，其特征在于：支架由基座、支撑杆和CCD夹持机构组成，基座用于固定背光板，支撑杆与基座垂直。
6.如权利要求1所述的扫描仪，其特征在于：调整基座的固定螺钉，通过加入垫片的形式使其与样品台保持水平。
7.如权利要求1所述的扫描仪，其特征在于：CCD夹持机构与支撑杆利用内六角螺钉固定，松开固定螺钉，其水平方向和垂直方向均可调。
8.如权利要求1所述的扫描仪，其特征在于：CCD夹持机构上方为正方形，下方为原型，定焦镜头连接CCD的同时，起到固定作用。
9.如权利要求1所述的扫描仪，其特征在于：CCD输出黑白、12位数据深度图像，供电和通信均采用USB。
10.如权利要求1所述的扫描仪，其特征在于：背光板为正方形，由相关的控制电路实现照度调节，采用RS232与主机通信。
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