CN1595114A - 荧光标记分子生物晶片阵列分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明的荧光标记分子生物晶片阵列分析仪至少包含：一光源，用以发出光束；一光处理单元，使光源所发出的光束聚焦于生物晶片上，使生物晶片上的荧光物质被激发出荧光；一聚焦透镜，用以使荧光聚焦于光谱仪；一光谱仪，用以侦测光信号；以及一输出装置，用以输出或显示所述光谱仪所侦测的信号，其中，所述输出装置所输出或显示的信号，并非为经转换的图像文件所判断读取的信号。本发明以光谱仪取代已知生物晶片仪的光电倍增管来侦测光信号，因此不需设置滤光片，能更精确的判断读取样品点的信号。且毋须将信号转为图像文件再行判断读取，因此可减少样品点判断读取的误差。并且在进行样品点扫描时，可同步实时显示所述样品点的信号。

Description

萤光标记分子生物晶片阵列分析仪

技术领域

本发明涉及一种生物晶片的读取装置，特别是一种利用光谱分析法用于侦测生物晶片上所发出的萤光信号的装置。

背景技术

人类基因的解码提供了决定人类各种生理表现的基因草图，随之而来更重要的工作是，了解各别基因在生理上所代表的意义，以及这些特定基因的表现机制。使用可以同时分析大量基因的工具，将有助于对这些数量庞大的基因进行研究。生物晶片可以在一小面积的承载物上，同时得到大量样品的分析结果，因此可用于大量筛检基因的表现、作为药物筛选平台或是临床上的检测工具等，因此深具应用潜力。

生物晶片大致上可分为基因晶片(gene chip)，晶片实验室(lab-on-a-chip)以及蛋白质晶片(protein chip)等，因为晶片实验室以及蛋白质晶片的技术难度较高，因此目前是以DNA晶片为主流。DNA晶片的侦测方式大致上如图1所示，首先在一固体承载物(如玻片或硅晶片)的表面放置许多被当作侦测探针的已知DNA片段2而形成DNA晶片1，一般这些DNA探针2是以阵列方式排列，因此被称为DNA微阵列。另一方面，在待测的未知DNA片段3(Target DNA，目标DNA)上标记上萤光标记分子。接着将DNA晶片1与目标DNA3进行杂交(Hybridization)，经过清洗步骤，使DNA晶片1上只留有与DNA探针结合的DNA片段，再经过生物晶片仪的扫描，测定萤光标记分子被激发出的萤光，即可得知分析结果。

已知的生物晶片仪4的组件构成大致上如图2所示，是由一雷射光源40发出光束，此雷射光束通过聚焦透镜41，经分光镜(Beam splitter)42上反射，再通过另一聚焦透镜43，到达待测晶片44表面，晶片44上的萤光标记分子受到雷射光的激发而被激发出萤光45，萤光45通过聚焦透镜43、分光镜42、聚焦透镜46，再通过滤波片(Filter)47滤除激发光源的光波，而后将光信号传入光电倍增管(Photomultiplier tube，PMT)48，光电倍增管48将光信号转为电子信号并将信号放大，再将此信号输入计算机49转换成图像文件后再行判断读取。此种生物晶片阵列分析仪需先将生物晶片上所有样品点均扫描完成后，再经转换成图像文件判断读取。

一般常用的萤光标记分子为Cy3(cyanine 3，花青染料3)以及Cy5(cyanine 5，花青染料5)。Cy3的吸收光谱中心波长为550nm，因此，一般是以532nm的雷射光作为激发光源用以激发Cy3分子而发出中心波长为570nm的萤光。Cy5的吸收光谱中心波长为649nm，因此一般是以632.8nm或是635nm的雷射光作为激发光源用以激发Cy5分子而发出中心波长为678nm的萤光。为了去除光源光波的干扰，一般需使用适当的滤波片加以滤除。因为此二种萤光标记分子的激发光源以及被激发出的萤光的波长相当接近，因此在滤除干扰光波时，也可能滤除部分萤光信号，造成信号损失。此外，若在同一片生物晶片上有两种以上的萤光分子，则易产生多色干扰的问题。另外，已知的生物晶片仪需将所有样品点扫描完成后，并以成像方式，再经转换成图像文件判断读取，此判读过程可能因像差或信号转换产生误差。

发明内容

本发明的目的之一为提供一种萤光标记分子生物晶片阵列分析仪，是以光谱仪取代已知生物晶片仪的光电倍增管(Photomultiplier tube，PMT)，因此可精确选取萤光信号，增加分析的准确度，同时不需设置滤光片。

本发明的另一目的为提供一种萤光标记分子生物晶片阵列分析仪，可对生物晶片上的样品点进行同步实时的分析及判读，毋须等待全部扫描并转成图像文件后再进行判断读取，因此可大幅节省分析的时间。

本发明的又一个目的为提供一种萤光标记分子生物晶片阵列分析仪，是直接读取光谱仪的信号，不须将信号转成图像文件，因此可降低信号转换时所造成的误差。

本发明的萤光标记分子生物晶片阵列分析仪，至少包含：一光源，用以发出光束；一光处理单元，使光源所发出的光束聚焦于生物晶片上，使生物晶片上的萤光物质被激发出萤光；一聚焦透镜，用以使萤光聚焦于光谱仪；一光谱仪，用以侦测光信号；以及一输出装置，用以输出或显示所述光谱仪所侦测的信号；其中，所述输出装置所输出或显示的信号，并不是经转换的图像文件所判断读取的信号。上述的光处理单元可以包含：一分光镜，用以反射光束，并使光束通过一聚焦透镜；以及一聚焦透镜，使分光镜反射的光束聚焦于生物晶片上，使生物晶片上的萤光物质被激发出萤光。再者，视使用的光源所发出的光束大小，可于光源与分光镜之间再设置另一聚焦透镜，以增强聚焦效果。

此外，本发明可以根据使用者的需求，选取光谱仪所侦测的信号产生一图像文件，以方便对照生物晶片上各样品点的分析结果，此图像文件仅供作方便对照样品点之用，各样品点的信号强度值仍是直接来自光谱仪所侦测的信号，因此不会造成如先前技术将测得信号转为图像文件后再判断读取时所产生的误差。

本发明的生物晶片阵列分析仪是改良已知的生物晶片仪，利用光谱仪判断读取样品点的萤光信号，并且在进行样品点扫描时，实时显示所述样品点的信号。因为光谱仪可清楚显示不同波长的信号，因此不需加装滤光片，即可精确判读样品点的萤光信号。此外，对于同一片生物晶片上有两种以上萤光标记分子的样品，也可以精确的判断读取。

附图说明

图1为已知DNA晶片测定的示意图。

图2为已知生物晶片仪的示意图。

图3为本发明萤光标记分子生物晶片阵列分析仪的示意图。

图4为本发明萤光标记分子生物晶片阵列分析仪的分析光谱图。

图5为利用本发明的萤光标记分子生物晶片阵列分析仪于不同信号累积时间时进行扫描的分析光谱图。

图6为本发明萤光标记分子生物晶片阵列分析仪的样品对照图像。

图中

1  DNA晶片             2  DNA探针      3  目标DNA

4  已知的生物晶片仪    40 雷射光源     41 聚焦透镜

42分光镜         43聚焦透镜        44晶片

45萤光           46聚焦透镜        47滤波片

48光电倍增管     49计算机

5本发明的萤光标记分子生物晶片阵列分析仪

50光源           51聚焦透镜        52分光镜

53聚焦透镜       54生物晶片        55萤光

56聚焦透镜       57光谱仪          58输出装置

59承载平台

具体实施方式

以下将配合附图进一步说明本发明的实施方式，图3为本发明萤光标记分子生物晶片阵列分析仪5的一实施例。图3所示的生物晶片阵列分析仪5包含一光源50，用以发出光束；一分光镜52，可反射并使光束通过一聚焦透镜53；一聚焦透镜53，使分光镜52反射的光束聚焦于生物晶片54上，使生物晶片54上的萤光物质被激发出萤光55；一聚焦透镜56，用以使萤光聚焦于光谱仪；一光谱仪57，用以侦测光信号；以及一接受并显示光谱仪信号的输出装置58。视所使用光源50的光束大小，可于光源50与分光镜52之间另行设置一聚焦透镜51以加强聚焦效果。

利用本发明的生物晶片仪分析生物晶片时，是先将生物晶片置放于一承载平台59上，此平台59可经由计算机58控制，作X、Y轴向移动。进行扫描分析时，雷射光源50发出光束，此光束经聚焦透镜51，并由分光镜52反射，再以聚焦透镜53聚焦，使光束到达生物晶片54表面，此光束激发生物晶片54表面上的萤光物质，使所述萤光物质被激发出萤光55。此萤光55通过分光镜52，并经聚焦透镜56聚焦于光谱仪，之后，由光谱仪57侦测此光信号。此信号传输至一输出装置58，此光谱仪的信号可直接由此装置58输出或显示。为了使数据的统计分析更方便，此输出装置58可为一计算机，此计算机可以同时包含控制生物晶片承载平台59的程序，使此生物晶片阵列分析仪5更容易操作。

图4所示为使用Cy5为萤光标记分子时，本发明的萤光标记分子生物晶片阵列分析仪所显示的分析光谱图。图中显示为单一样品点的信号，其中可以清楚地区分波长635nm的激发光源与中心波长678nm的被激发的萤光光谱信号，如此可以更精确地判断读取样品点的萤光信号，而且不致因使用滤光片损失部分信号。

另外，若是样品点浓度较低而被激发出的萤光较微弱时，可如图5所示，将侦测时间延长，使光谱仪上累积较高的萤光信号再进行纪录，如此可得到较大的信号。图5所示是使用Cy5作为萤光标记分子時，利用本发明的萤光标记分子生物晶片阵列分析仪于不同信号累积时间(由100秒至700秒)进行扫描的分析光谱图，由图中可发现随着信号累积时间的增加，可以得到较大的信号值，如此可侦测出萤光信号较弱的样品点，增加分析的灵敏度。

另外，可视使用者的需求，使光电倍增管所侦测的信号产生一如图6所示的图像文件，以方便对照生物晶片上各样品点的分析结果，此图像文件仅供作方便对照样品点之用，各样品点的信号强度值仍是直接来自光谱仪所侦测的信号，因此不会造成如先前技术将测得信号转为图像文件后再判断读取时所产生的误差。

综上所述，本发明利用光谱仪作为光信号侦测器，因此毋须设置滤光片，并能更精确的判断读取样品点的信号。再者，本发明毋须将信号转为图像文件再进行判断读取，因此可减少样品点判读的误差。而且进行样品点扫描时，可同步实时显示各样品点的信号。

上述所列举的实施例是用以说明本发明，并非用以限定本发明的范围，任何本领域技术人员，根据本发明可做修改和变化，因此本发明的保护范围应根据本发明的权利要求所保护的范围而定。

Claims (13)

1.一种萤光标记分子生物晶片阵列分析仪，其特征在于，至少包含：

一光源，用以发出光束；

一光处理单元，使所述光源所发出的光束聚焦于生物晶片上，使生物晶片上的萤光物质被激发出萤光；

一聚焦透镜，用以使萤光聚焦于光谱仪；

一光谱仪，用以侦测光信号；以及

一信号输出装置，用以输出或显示所述光谱仪所侦测的信号；

其中，所述输出装置所输出或显示的信号，不是经转换的图像文件所判断读取的信号。

2.根据权利要求1所述的萤光标记分子生物晶片阵列分析仪，其特征在于，所述光处理单元至少包含：

一分光镜，用以反射光束，并使所述光束通过一聚焦透镜；以及

一聚焦透镜，使所述分光镜反射的光束聚焦于所述生物晶片上，使所述生物晶片上的萤光物质被激发出萤光。

3.根据权利要求2所述的萤光标记分子生物晶片阵列分析仪，其特征在于，所述光处理单元必须进一步包含另一聚焦透镜，设置于所述光源与所述分光镜之间，以加强聚焦效果。

4.根据权利要求1所述的萤光标记分子生物晶片阵列分析仪，其特征在于，所述萤光标记分子生物晶片阵列分析仪进一步包含一承载平台，用以承载所述生物晶片，所述承载平台可作X、Y轴向移动。

5.根据权利要求4所述的萤光标记分子生物晶片阵列分析仪，其特征在于，所述萤光标记分子生物晶片阵列分析仪进一步包含一计算机，所述计算机至少包含一组控制所述承载平台移动方向的控制参数。

6.根据权利要求5所述的萤光标记分子生物晶片阵列分析仪，其特征在于，所述计算机可作为所述信号输出装置，至少包含一组可用以显示或输出所述光谱仪所侦测的信号的参数。

7.根据权利要求6所述的萤光标记分子生物晶片阵列分析仪，其特征在于，所述计算机至少包含一组可用以使所述光谱仪所侦测的信号产生图像文件的参数，所述图像文件用以辅助对照所述生物晶片样品分析结果。

8.一种萤光标记分子生物晶片阵列分析仪，其特征在于，至少包含：

一光源，用以发出光束；

一分光镜，用以反射光束，并使所述光束通过一聚焦透镜；以及

第一聚焦透镜，使所述分光镜反射的光束聚焦于所述生物晶片上，使所述生物晶片上的萤光物质被激发出萤光；

第二聚焦透镜，用以使萤光聚焦于光谱仪；

一光谱仪，用以侦测光信号；以及

一信号输出装置，用以输出或显示所述光谱仪所侦测的信号；

其中，所述输出装置所输出或显示的信号，不是经转换的图像文件所判断读取的信号。

9.根据权利要求8所述的萤光标记分子生物晶片阵列分析仪，其特征在于，必须进一步包含另一聚焦透镜，设置于所述光源与所述分光镜之间，以加强聚焦效果。

10.根据权利要求8所述的萤光标记分子生物晶片阵列分析仪，其特征在于，所述萤光标记分子生物晶片阵列分析仪进一步包含一承载平台，用以承载所述生物晶片，所述承载平台可作X、Y轴向移动。

11.根据权利要求8所述的萤光标记分子生物晶片阵列分析仪，其特征在于，所述扫描式生物晶片仪进一步包含一计算机，所述计算机至少包含一组控制所述承载平台移动方向的控制参数。

12.根据权利要求11所述的萤光标记分子生物晶片阵列分析仪，其特征在于，所述计算机可作为所述信号输出装置，至少包含一组可用以显示或输出所述光谱仪所侦测的信号的参数。

13.根据权利要求12所述的萤光标记分子生物晶片阵列分析仪，其特征在于，所述计算机至少包含一组可用以使所述光谱仪所侦测的信号产生图像文件的参数，所述图像文件用作辅助对照所述生物晶片样品分析结果。

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