CN109387639A - 一种非晶硅平板探测器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非晶硅平板探测器，包括感光层，感光层是由以非晶硅为材料的光电二极管电路构成，并在表面形成感光面，感光面为矩形，矩形的每个边长均不小于4厘米；感光面覆盖一层用于与自发光物体紧密贴合的透明膜，自发光物体为Western blot或Southern blot检测中所用的薄膜，薄膜载含有被检测的蛋白或者核酸，蛋白或核酸被特异的抗体或者核酸结合，特异抗体或核酸交联有辣根过氧化酶，辣根过氧化酶能利用过氧化氢催化其化学发光底物发出荧光，荧光能穿过透明膜被感光层捕获生成图像。本发明在满足灵敏度和分辨率的同时，又在大幅面应用时，不仅具有尺寸优势，而且具有明显的成本优势。

Description

一种非晶硅平板探测器

技术领域

本发明涉及一种能在Western blot或Southern blot技术中应用的感光芯片，具体涉及一种非晶硅平板探测器。

背景技术

非晶硅平板探测器为间接数字化X线成像，其基本结构为表面是一层闪烁体材料(碘化铯或硫氧化)，再下一层是以非晶体硅为材料的光电二极管电路，最底层为电荷读出电路^[1]。

位于探测器表面的闪烁体将X射线转换为可见光，闪烁体下的非晶硅光电二极管阵列又将可见光转换为电信号，在光电二极管自身的电容上形成存储电荷，每个像素的存储电荷量与入射X线强度成正比，在控制电路的作用下，扫描读出各个像素的存储电荷，经A/D转换后输出数字信号，传送给计算机进行图像处理从而形成X线数字影像^[1]。

免疫印迹法(Western blot)是一种将高分辨率凝胶电泳和免疫化学分析技术相结合的杂交技术。免疫印迹法具有分析容量大、敏感度高、特异性强等优点，是检测蛋白质特性、表达与分布的一种最常用的方法，如组织抗原的定性定量检测、多肽分子的质量测定及病毒的抗体或抗原检测等。

现有的采集免疫印迹法(Western blot)信号的装置和方法：

方法一：将感光胶片与NC膜紧贴在一起，曝光一定时间后，进行显影、定影。图像显示在胶片上。优点：灵敏度高，分辨率高。存在以下缺点：1，占用空间大：需要专用的暗室(房间)，水槽，及下水管道等。2，花费高：不但需要购买洗片机，暗匣，还需要大量感光胶片、显影液、定影液等耗材。因洗涤胶片，还会造成水资源浪费。3，污染环境：冲洗胶片需要大量的显影液、定影液。同时产生因质量不合格而废弃的胶片。这些能造成重金属和芳香化合物等污染。4，图像质量不稳定：暗室中，研究人员无法实时监测曝光程度，往往经过数次尝试才能得到较好的图像。大部分的时候不是曝光不足就是曝光过度。费时费力。5，费时：如今数据保存、传输和发表普遍采用数字化，因而，胶片图像还要经扫描转换成数字图像。6，定量不准确：大多时候，研究人员肉眼判断认为较好的图像，实际上已经在灰度上过饱和。因而后续的灰度扫描很难准确定量。

方法二：利用CCD等感光设备对样品直接照相。优点：克服了方法一的所有缺点。缺点：丢失了胶片采集的优点，即灵敏度严重降低。原因是：当前市场上所有此类设备都是将一台CCD数码相机架在NC膜上方一定距离处拍摄图像。光源辐射的光能量只有在某一小角度内的光线才能被相机采集。90％以上的能量流失。因而这类设备被经常用于强光照相。只有个别品牌的声称能用于WB的微光照相。但与胶片相比，其曝光时间大大延长。有些品牌采用像素合并的方法，牺牲分辨率以提高灵敏度，可达到与胶片匹敌的灵敏度。但图像稍微放大，便呈现马赛克，很难满足多方面的需求。

方法三：利用线性排列的CCD感光单元，扫描收集微光信号。优点：提高了对光信号的采集率，从而提高了灵敏度。缺点：由于是线性扫描收集光信号，不能同时采集整幅的图像，因而不同区域扫描存在时间差。又由于光源是随时间不断衰减的，因而会造成不同时间点上收集的信号强度没有可比性。使很多对照试验无法比较。

方法四：利用CCD或者CMOS面阵列，将NC膜与CCD或者CMOS感光面直接贴合成像。这样的采集信号的方式既保证了灵敏度和分辨率方面的要求，又避免了扫描收集微光信号方式的缺点，不存在扫描不同区域带来的时间差，因而不同区域的光强度对比时，没有扫描时间差带来的误差。

对比上面所述的三种方法，方法四明显优越于前三种方法。然而，在实际应用中，NC膜的边长尺寸往往大于4厘米，而这个尺寸已经超过了商用CCD和CMOS的上限。更大的CCD和CMOS尺寸带来的制造成本急剧增加。

参考文献：

[1]李金霞,杨旭,赵宏波.DR不同类型平板探测器性能的比较研究：中国医学装备，2011.

发明内容

因此，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：找到一个替代CCD和CMOS的感光元件应用于Western blot或Southern blot检测。针对这种需求，这种替代CCD和CMOS的感光元件既要在灵敏度和分辨率上能够满足Western blot或Southern blot检测的需求，在制造成本上也要相对廉价。

有鉴于此，本发明的目的即在于提出一种既在灵敏度和分辨率上能够满足Western blot或Southern blot检测的需求，在制造成本上也相对廉价具有优势的非晶硅平板探测器。

所采用的技术方案为：

一种非晶硅平板探测器，包括感光层，所述感光层是由以非晶硅为材料的光电二极管电路构成，并在表面形成感光面，所述感光面为矩形，所述矩形的每个边长均不小于4厘米；所述感光面覆盖一层用于与自发光物体紧密贴合的透明膜，所述自发光物体为Western blot或Southern blot检测中所用的薄膜，所述薄膜载含有被检测的蛋白或者核酸，所述蛋白或核酸被特异的抗体或者核酸结合，所述特异抗体或核酸交联有辣根过氧化酶，所述辣根过氧化酶能利用过氧化氢催化其化学发光底物发出荧光，所述荧光能穿过所述透明膜被所述感光层捕获生成图像。

进一步地，所述图像像素尺寸不大于1毫米。

进一步地，所述透明膜为玻璃或高分子有机材料。

进一步地，所述透明膜厚度不大于1毫米。

进一步地，还包括避光的盖子，当所述盖子盖上关闭时，外界光线不能被感光层捕捉。

本发明的有益效果在于：

本非晶硅平板探测器不包含闪烁体层，无需使用闪烁体将X射线转换为可见光，利用自发光物体自身发出荧光来完成信号采集，可对整幅的图像同时采集，最大程度地避免光信号损失，从而在提高灵敏度的同时，不降低分辨率。

因此，本非晶硅平板探测器在灵敏度和分辨率方面满足采集Western blot或Southern blot荧光信号的同时，又在大幅面(大于40*40mm)应用时，不仅具有尺寸优势，而且具有明显的成本优势，能够用于替代CCD和CMOS感光芯片。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本非晶硅平板探测器的结构示意图；

图2为感光面的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明优选的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1和图2所示，一种非晶硅平板探测器，包括感光层1，所述感光层1是由以非晶硅为材料的光电二极管电路构成，并在表面形成感光面2，所述感光面2为矩形，所述矩形的每个边长均不小于4厘米；所述感光面2覆盖一层用于与自发光物体4紧密贴合的透明膜3，所述自发光物体4为Western blot或Southern blot检测中所用的薄膜，所述薄膜载含有被检测的蛋白或者核酸，所述蛋白或核酸被特异的抗体或者核酸结合，所述特异抗体或核酸交联有辣根过氧化酶(HRP)，所述辣根过氧化酶能利用过氧化氢催化其化学发光底物(如鲁米诺)发出荧光，所述荧光能穿过所述透明膜被所述感光层捕获生成图像。

优选地，所述图像像素尺寸不大于1毫米。

优选地，所述透明膜为玻璃或高分子有机材料，高分子有机材料如树脂；可以进一步优选使用玻璃，这样在后期的清理中会更加方便。

优选地，所述透明膜厚度不大于1毫米，通常小于0.5毫米。

优选地，非晶硅平板探测器还包括避光的盖子，当所述盖子盖上关闭时，外界光线不能被感光层捕捉，从而避免外界光线干扰成像。

在一种具体使用自发光物体或薄膜中，为了让细胞或小型动物(如线虫和果蝇等)等具备自发光能力，具体的转入荧光素酶基因使细胞或动植物产生自发光能力是比较常用的办法。

萤光素酶(英文名称：Luciferase)是萤火虫尾部产生的一种蛋白，能在ATP(三磷酸腺苷)存在的情况下能催化荧光素(luciferin)与氧气反应，发出荧光。利用生物工程的办法，将荧光素酶的基因和用于调控转录的DNA序列一起转入细胞或动植物体内，并整合在宿主的染色体上。利用宿主表达的某些具有特殊结构、行使调控基因表达功能的蛋白质分子，特异地结合调控转录的DNA序列，从而对萤光素酶基因的表达起增强的作用。

本非晶硅平板探测器应用于自发光物体的成像，薄膜在检测时与覆盖透明膜感光面紧密贴合，实际应用中，NC膜的边长尺寸往往大于4厘米，本非晶硅平板探测器感光面可以适用这种尺寸要求，在尺寸上可以匹配，从而具有明显的尺寸应用优势。

实施例1

下面介绍一种利用本非晶硅平板探测器(感光芯片)采集信号的方法。

步骤101，携带待采集光信号膜的发光面紧密贴合在感光芯片上；

在实际应用中，使用感光芯片采集免疫印迹信号时，携带待采集光信号膜的获取包括以下步骤：

先将待测蛋白跑电泳；

跑完电泳的凝胶进行蛋白转移；

将凝胶中的待测蛋白转移至聚偏二氟乙烯膜或硝酸纤维素膜；

对转移完的聚偏二氟乙烯膜或硝酸纤维素膜进行封闭，加抗待测蛋白的一抗反应，加二抗HRP反应；

将反应后的聚偏二氟乙烯膜或硝酸纤维素膜进行化学发光液处理。

应用中，所使用的膜主要包括硝酸纤维素膜(NC膜)和\或聚偏二氟乙烯膜(PVDF膜)。考虑到较大尺寸的感光芯片制造成本高，本非晶硅平板探测器感光面可以适用这种尺寸要求，成本大大降低。

步骤102，将贴合有携带待采集光信号膜的感光芯片置于暗室中；所述暗室不受外界光影响；

为了不受外界光的影响，需将贴合有携带待采集光信号膜的感光芯片置于黑暗环境中，实现方式可根据具体环境进行选择，比较容易实现，可以给其扣个避光的盖子。

步骤103，在所述暗室感光芯片进行光信号采集；

实际的应用中，在所述暗室感光芯片进行光信号采集包括以下步骤：

收集光信号；

通过电脑屏幕实时观察曝光程度；

待信号累积到预设强度时停止曝光；

获取并保存曝光产生的影像。

步骤104，对所采集光信号进行信号处理并输出。

应用中可采用单片机、FPGA、CPU等等的处理器对所采集的光信号进行信号处理并将其输出。基于目前信号处理的方式比较成熟，且都可以完成本方案中所述的信号处理，因此这里不再赘述。

以下结合实际应用对感光芯片(本非晶硅平板探测器)采集免疫印迹(WB信号)进行详细介绍：

一、免疫印迹工作原理：

1、利用电场将细胞或组织提取物在聚丙烯凝胶上纵向分离；

2、利用电场将蛋白条带横向转移到硝酸纤维素膜(NC膜)上，条带相对位置不发生改变，称为印迹(Blot)；

3、封闭。将印迹后的膜在牛血清白蛋白(BSA)溶液中浸泡。使BSA占据蛋白条带没有占据的区域。避免后续的抗体被这些区域吸附，使抗体只能与其抗原专一结合。

4、抗体孵育。抗体事先和辣根过氧化物酶(HRP)铰链。将抗体和NC膜一起浸泡孵育。抗体与其抗原特异结合。

5、信号采集。将NC膜浸在含有HRP底物的液体中。HRP催化其底物时释放出荧光。利用本非晶硅平板探测器采集荧光信号。

二、WB光信号采集前的步骤

(1)蛋白质样品获得：细菌诱导表达后，可通过电泳上样缓冲液直接裂解细胞，真核细胞加匀浆缓冲液，机械或超声波室温匀浆0.5-1min。然后4℃，13,000g离心15min。取上清液作为样品。

(2)电泳：制备电泳凝胶，进行SDS-PAGE。

(3)转移：①电泳结束后将胶条割至合适大小，用转膜缓冲液平衡，5min×3次。②膜处理：预先裁好与胶条同样大小的滤纸和NC膜，浸入转膜缓冲液中10min。③转膜：转膜装置从下至上依次按阳极碳板、24层滤纸、NC膜、凝胶、24层滤纸、阴极碳板的顺序放好，滤纸、凝胶、NC膜精确对齐，每一步去除气泡，上压500g重物，将碳板上多余的液体吸干。接通电源,恒流1mA/cm2，转移1.5hr。转移结束后，断开电源将膜取出,割取待测膜条做免疫印迹。将有蛋白标准的条带染色，放入膜染色液中50s后，在50％甲醇中多次脱色，至背景清晰，然后用双蒸水洗，风干夹于两层滤纸中保存，留与显色结果作对比。

(4)免疫反应：用0.01M PBST洗膜，5min×3次。

加入封闭液，平稳摇动，室温1hr。

弃包被液，用0.01M PBST洗膜，5min×3次。

加入一抗(按合适稀释比例用0.01M PBS稀释，液体必须覆盖膜的全部)，4℃放置12hr以上。阴性对照，以1％BSA取代一抗，其余步骤与实验组相同。

弃一抗和1％BSA，用0.01M PBS分别洗膜，5min×4次。

加入辣根过氧化物酶偶联的二抗(按合适稀释比例用0.01M PBST稀释)，平稳摇动，室温2hr。

弃二抗，用0.01M PBST洗膜，5min×4次。

化学发光液处理膜，HRP遇液体中的化学底物，催化底物并发出荧光。

三、利用本非晶硅平板探测器直接与膜贴合的方法采集荧光信号：

将浸泡在化学发光液中的膜取出，在吸水纸上沥去多余液体，然后将膜的发光面贴在本非晶硅平板探测器的玻璃(以玻璃为例)上；

用平整的物体压膜，使其与本非晶硅平板探测器的玻璃直接紧密贴合；

扣上盖子，使本非晶硅平板探测器和膜处于黑暗环境，避免外界光污染；

通过计算机控制非晶硅平板探测器，开始收集化学发光的信号。通过电脑屏幕实时观察曝光程度，待信号累积到合适的强度时停止曝光；

获得并保存曝光产生的影像，影像可用于定量和定性分析。

本实施例中，借助本非晶硅平板探测器(感光芯片)完成信号的采集，通过将光信号转化为数字信号，能够很好的完成定量分析。

实施例2

下面介绍一种利用本非晶硅平板探测器(感光芯片)追踪细胞的方法，具体可以包括：

步骤201，携带有荧光素酶的细胞或动物种植在本非晶硅平板探测器的玻璃上；

所述携带有荧光素酶的细胞或动物的获取包括以下步骤：

构建一个将靶启动子的特定片段插入到荧光素酶表达序列前方的报告基因质粒；具体如pGL3-basic等；

将调控序列和荧光素酶基因质粒共转染细胞或动物的受精卵内(转基因动物)；

向细胞培养基内加入荧光素，荧光素酶利用细胞内的ATP提供能量催化荧光素与氧气反应，产生荧光。

步骤202，将种植有携带有荧光素酶的细胞或动物的感光芯片置于暗室中；所述暗室不受外界光影响；

步骤203，在所述暗室感光芯片进行光信号采集；

步骤204，对所采集光信号进行信号处理并输出。

步骤202-204可以参照实施例1的步骤102-104进行。

这样，本非晶硅平板探测器可以追踪细胞或动物的迁移轨迹。此方法可用于动物行为学实验。

本非晶硅平板探测器可以广泛应用于采集免疫印迹信号、监测比较液滴阵列中的微光强度，感光芯片上种植细胞观察细胞迁移、分裂，或某些分子表达的动态过程等等。本具体实施方式是举出了其中的两个应用。

需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。

本文中应用了具体个例对本非晶硅平板探测器的应用进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本非晶硅平板探测器；同时，对于本领域的一般技术人员，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种非晶硅平板探测器，其特征在于，包括感光层，所述感光层是由以非晶硅为材料的光电二极管电路构成，并在表面形成感光面，所述感光面为矩形，所述矩形的每个边长均不小于4厘米；所述感光面覆盖一层用于与自发光物体紧密贴合的透明膜，所述自发光物体为Western blot或Southern blot检测中所用的薄膜，所述薄膜载含有被检测的蛋白或者核酸，所述蛋白或核酸被特异的抗体或者核酸结合，所述特异抗体或核酸交联有辣根过氧化酶，所述辣根过氧化酶能利用过氧化氢催化其化学发光底物发出荧光，所述荧光能穿过所述透明膜被所述感光层捕获生成图像。

2.根据权利要求1所述的非晶硅平板探测器，其特征在于，所述图像像素尺寸不大于1毫米。

3.根据权利要求1所述的非晶硅平板探测器，其特征在于，所述透明膜为玻璃或高分子有机材料。

4.根据权利要求1所述的非晶硅平板探测器，其特征在于，所述透明膜厚度不大于1毫米。

5.根据权利要求1所述的非晶硅平板探测器，其特征在于，还包括避光的盖子，当所述盖子盖上关闭时，外界光线不能被感光层捕捉。