CN1731153A

CN1731153A - 采用大行程匀速扫描的生物芯片扫描仪

Info

Publication number: CN1731153A
Application number: CN 200510028879
Authority: CN
Inventors: 詹黎; 陈蓬湘; 王胤睿; 谢国安
Original assignee: SHENZHOU GUANGYAN Co Ltd SUZHOU INDUSTRY PARK
Current assignee: SHENZHOU GUANGYAN Co Ltd SUZHOU INDUSTRY PARK
Priority date: 2005-08-18
Filing date: 2005-08-18
Publication date: 2006-02-08

Abstract

一种采用大行程匀速扫描的生物芯片扫描仪，属于生物医疗测试仪器技术领域。本发明包括：直线电机、扫描镜头、位移传感器、芯片承载平台、生物芯片、导轨、电机平台，直线电机固接在电机平台上，生物芯片设在芯片承载平台上，在芯片承载平台下设有导轨，生物芯片设在芯片承载平台内，扫描镜头固定设在芯片承载平台上，位移传感器固接在电机平台上。本发明具有无图像畸变、光强均匀、扫描速度快的优点，并且图像不需要软件修正，有效地控制电机的运动形态，实现高速大行程匀速扫描。

Description

采用大行程匀速扫描的生物芯片扫描仪

技术领域

本发明涉及的是一种测试技术领域的扫描仪，具体地说，是一种采用大行程匀速扫描的生物芯片扫描仪。

背景技术

由于短波长激发光对荧光染料有光漂白作用，在光路系统中产生的背景比长波长激发光更强更大，因此生物芯片多选用激发波长较长、斯托克斯位移较大的荧光染料标记，以提高芯片测定的稳定性，降低背景，提高灵敏度。生物芯片扫描仪以激光作激发光源，以产生较高强度的发射荧光，可大大提高检测灵敏度。由于生物芯片分析中，靶分子常常用2种或2种以上的荧光染料标记，通过与标准基因荧光光密度比来减少或消除测定时的某些干扰以减少实验误差，提高可靠性，因此，目前商业化此类芯片扫描仪多采用2种或2种以上波长的激光作为激发光源，激光多用蓝光488nm、绿光532nm和红光633nm激光器。生物芯片扫描仪通常采用激光共聚焦扫描仪或CCD摄像技术。激光共聚焦芯片扫描仪以激光作激发光源，光电倍增管检测，因而灵敏度更高，可检测每平方微米零点几个分子荧光。激光聚焦后产生极小的光斑，因此具有较高的分辨率，可达几个微米。另外聚焦后产生强度激光激发荧光产生，可大大提高检测灵敏度。并利用其高速扫描，作用时间极短，从而避免光漂白作用，激光共聚焦芯片扫描仪是目前技术最为先进，适用性最好的扫描仪。这类扫描仪典型的有AppliedBioScience公司的ScanArray系列芯片扫描仪。

经对现有技术的文献检索发现，S.W.Paddock所发表的论文“Confocallaser scanning microscopy(激光共聚焦显微扫描)”.Biotechniques，1999，27(5)：992-996，(1999年发表于《生物技术》)，该文详细介绍了典型的激光共聚焦芯片扫描仪技术，激光共聚焦芯片扫描仪的扫描工作是一般是通过扫描工作台完成的，生物芯片扫描工作台的目的是完成一系列X方向和Y方向运动。生物芯片为一块75mm×25mm的玻璃片，厚度为1mm，通常把X方向定义为25mm方向，Y方向定义为75mm方向。扫描的轨迹是沿着X方向扫描，然后沿着Y方向运动步进，然后重复进行。根据需要，可在生物芯片上选择不同矩形面积，不同精度的扫描动作。扫描精度分为5μm，10μm，20μm，30μm，50μm，100μm，即扫描线间距。其不足之处：1.这类常规的生物芯片扫描仪采用非匀速扫描；生物芯片扫描后结果常有光斑畸变与光强失真现象发生，为矫正此类畸变现象须以影像处理软件来修补扫描结果，软件修正手段易造成扫描后原始数据失真或遗失重要的未知基因数据，而且软件修正操作较为复杂；2.这类常规的扫描仪高精度扫描线间距相对扫描速度越慢；新一代生物芯片向高密度点阵芯片发展，将承载更高密度基因样点，扫描仪也必须以更高精度的扫描线间距来扫描芯片，扫描线间距精度愈高则意味着扫描线愈多，从而把大量的时间浪费在加减速过程，扫描耗时过多，会将造成光漂白现象，严重影响检测结果；3.这类常规的扫描仪为能确保扫描结果的视野均匀度，传统的激光共聚焦扫描仪均须对生物芯片进行两次扫描，第二次扫描是将生物芯片反转180度再次扫描，多次扫描意味扫描时间加长，易发生芯片光漂白现象。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种采用大行程匀速扫描的生物芯片扫描仪，使其具有无图像畸变、光强均匀、扫描速度快的优点，并且图像不需要软件修正，有效地控制电机的运动形态，实现高速大行程匀速扫描。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：直线电机、扫描镜头、位移传感器、芯片承载平台、生物芯片、导轨、电机平台，直线电机固接在电机平台上，生物芯片设在芯片承载平台上，在芯片承载平台下设有导轨，生物芯片设在芯片承载平台内，扫描镜头固定设在芯片承载平台上，位移传感器固接在电机平台上。

所述的直线电机包括：电机定子和电机动子，电机动子悬浮在电机定子。

所述的电机定子固定设在电机平台上。

所述的电机动子与芯片承载平台固接。

所述的直线电机、位移传感器、导轨、电机平台组成往复式扫描运动机械机构。往复式扫描机械运动作用于电机定子的额定行程内，对生物芯片进行扫描，生物芯片的设置方向以其75毫米长轴为基准，并与往复式扫描运动机械机构的运动方向平行，位移传感器对往复式机械运动进行位置侦测。

所述的位移传感器是光栅尺。

本发明的另一种形式为：本发明包括：直线电机、扫描镜头、位移传感器、芯片承载平台、生物芯片、电机平台，直线电机固定设在电机平台上，扫描镜头垂直于芯片承载平台，生物芯片设在芯片承载平台内，位移传感器固接在电机平台上。

所述的电机定子固定设在电机平台上。

所述的电机动子与扫描镜头固接。

所述的直线电机、位移传感器、导轨、电机平台组成往复式扫描运动机械机构。往复式机械运动作用于电机定子的额定行程内，对生物芯片进行扫描，生物芯片的设置方向以其75毫米长轴为基准，并与往复式扫描运动机械机构的运动方向平行，位移传感器对往复式机械运动进行位置侦测。

所述的位移传感器是光栅尺。

本发明的工作过程和工作原理是：在直线电机接受任何运动指令前，必须先对直线电机进行激磁，电机动子在电机定子的行程内来回运动以寻找激磁之电机角。激磁完毕后，利用扫描镜头对生物芯片进行预扫，下一步才实行正式扫描步骤，电机动子悬浮运动于电机定子额定行程中。在本发明的第一种形式中，电机动子推动芯片承载平台，在本发明的第二种形式中，电机动子推动扫描镜头。生物芯片的75毫米长轴与往复式扫描机械运动方向平行，在额定行程中扫描镜头沿生物芯片长轴方向做往复扫描，实现X轴大行程扫描机制，再以X轴大行程扫描机制及位移传感器来构成电机运动曲线，在电机运动曲线中建立匀速段，在匀速段上勾勒出有效面积，在有效面积中产生大行程扫描轨迹，为防止高速运动下所产生的震动及确保水平平整精度及优质的运动曲线所有元件必须精确构装在电机平台上。大行程扫描轨迹为X轴先对生物芯片的长轴做列扫描，然后Y轴再沿着生物芯片的短轴做行扫描。

本发明的有益效果是：1.采用直线电机作为大行程扫描机械平台X轴驱动源，可大幅度改进下列指标与性能：X轴机械平台加速性，提高扫描频率以建立高速扫瞄能力，避免生物芯片因光源长时间照射产生光漂白现象，影响检测结果；提高X轴机械平台动态刚度，确保高速运动时平稳性及重复性；优化X轴机械平台在高速运动下运动曲线平滑度。2.X轴扫描机制为大行程扫描模式(生物芯片长轴现阶段工业标准为75mm)，结合直线电机再配合应用匀速段运动曲线，匀速段长度勾勒区域即在生物芯片上产生有效扫描面积，以此作为扫描生物芯片时的扫描轨迹的运动区间，并改善下列指标：因扫描速度不均匀所产生的光斑畸变与光强畸变、X轴机械平台高速往复运动时运动曲线对称性、视野均匀性。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图。

图2是本发明实施例2的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本发明包括：直线电机3、扫描镜头4、位移传感器5、芯片承载平台6、生物芯片7、导轨8、电机平台9，直线电机3固接在电机平台9上，生物芯片7设在芯片承载平台6上，在芯片承载平台6下设有导轨8，生物芯片7设在芯片承载平台6内，扫描镜头4固定设在芯片承载平台6上，位移传感器5固接在电机平台9上。

所述的直线电机3包括：电机定子1、电机动子2，电机动子2悬浮在电机定子1。

所述的电机定子1固定设在电机平台9上。

所述的电机动子2与芯片承载平台6固接。

所述的直线电机3、位移传感器5、导轨8、电机平台9组成往复式扫描运动机械机构。往复式机械运动作用于电机定子1的额定行程内，对生物芯片7进行扫描，生物芯片7的设置方向以其75毫米长轴为基准，并与往复式扫描运动机械机构的运动方向平行，位移传感器5对往复式机械运动进行位置侦测。

所述的位移传感器5是光栅尺。

实施例2

如图2所示，本发明包括：直线电机3、扫描镜头4、位移传感器5、芯片承载平台6、生物芯片7、电机平台9，直线电机3固定设在电机平台9上，扫描镜头4垂直于芯片承载平台6，生物芯片7设在芯片承载平台6内，位移传感器5固接在电机平台9上。

所述的直线电机3包括：电机定子1和电机动子2，电机动子2悬浮在电机定子1。

所述的电机定子1固定设在电机平台9上。

所述的电机动子2与扫描镜头4固接。

所述的直线电机3、位移传感器5、电机平台9组成往复式扫描运动机械机构。往复式机械运动作用于电机定子1的额定行程内，对生物芯片7进行扫描，生物芯片7的设置方向以其75毫米长轴为基准，并与往复式扫描运动机械机构的运动方向平行，位移传感器5对往复式机械运动进行位置侦测。

所述的位移传感器5是光栅尺。

Claims

1.一种采用大行程匀速扫描的生物芯片扫描仪，包括：直线电机(3)、扫描镜头(4)、位移传感器(5)、芯片承载平台(6)、生物芯片(7)、导轨(8)、电机平台(9)，其特征在于，直线电机(3)固接在电机平台(9)上，生物芯片(7)设在芯片承载平台(6)上，在芯片承载平台(6)下设有导轨(8)，生物芯片(7)设在芯片承载平台(6)内，扫描镜头(4)固定设在芯片承载平台(6)上，位移传感器(5)固接在电机平台(9)上。

2.一种采用大行程匀速扫描的生物芯片扫描仪，包括：直线电机(3)、扫描镜头(4)、位移传感器(5)、芯片承载平台(6)、生物芯片(7)、电机平台(9)，其特征在于，直线电机(3)固定设在电机平台(9)上，扫描镜头(4)垂直于芯片承载平台(6)，生物芯片(7)设在芯片承载平台(6)内，位移传感器(5)固接在电机平台(9)上。

3.根据权利要求1所述的采用大行程匀速扫描的生物芯片扫描仪，其特征是，所述的直线电机(3)包括：电机定子(1)和电机动子(2)，电机动子(2)悬浮在电机定子(1)，电机定子(1)固定设在电机平台(9)上。

4.根据权利要求2所述的采用大行程匀速扫描的生物芯片扫描仪，其特征是，所述的直线电机(3)包括：电机定子(1)和电机动子(2)，电机动子(2)悬浮在电机定子(1)，电机定子(1)固定设在电机平台(9)上。

5.根据权利要求3所述的采用大行程匀速扫描的生物芯片扫描仪，其特征是，所述的电机动子(2)与芯片承载平台(6)固接。

6.根据权利要求4所述的采用大行程匀速扫描的生物芯片扫描仪，其特征是，所述的电机动子(2)与扫描镜头(4)固接。

7.根据权利要求1所述的采用大行程匀速扫描的生物芯片扫描仪，其特征是，所述的直线电机(3)、位移传感器(5)、导轨(8)、电机平台(9)组成往复式扫描运动机械机构。

8.根据权利要求2所述的采用大行程匀速扫描的生物芯片扫描仪，其特征是，所述的直线电机(3)、位移传感器(5)、电机平台(9)组成往复式扫描运动机械机构。

9.根据权利要求1或2或7或8所述的采用大行程匀速扫描的生物芯片扫描仪，其特征是，所述的位移传感器(5)是光栅尺。

10.根据权利要求1或2所述的采用大行程匀速扫描的生物芯片扫描仪，其特征是，所述的生物芯片(7)的设置方向以其75毫米长轴为基准，并与往复式扫描运动机械机构的运动方向平行。