CN2814401Y - 生物芯片使用的毫米级微型激光诱导荧光检测仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及生物芯片使用的毫米级微型激光诱导荧光检测仪，属于生物学及医学检测仪器。它包括有光源、滤光系统和光电检测系统，其特征在于：光源为峰值波长在470～495nm、其光谱在500nm处深度截止的半导体激光器(1)，滤光系统为截止波长为500nm峰值波长在520nm干涉滤光膜(2)，光电检测部分为微型半导体光电探测器件(3)；半导体激光器、干涉滤光膜、光电探测器件集成于一体；荧光检测仪总体积在毫米级别，其长、宽、高在1mm～10mm范围内。光电探测器件可位于半导体激光器正下方，可将其包围，也可与之并列。本实用新型简化了检测技术的装置结构，消除了位移带来的误差与失真使检测结果更接近真值。
Description
技术领域
本实用新型主要是针对于激发波长峰值在470～495nm，发射波长在510～530nm的荧光物质的检测，属于生物学及医学检测仪器。
背景技术
生物芯片是近年来在生命科学领域中迅速发展起来的一项高新技术，由于生物芯片能够在短时间内分析大量的生物分子，使人们快速准确地获取样品中的生物信息，效率是传统检测手段的成百上千倍，因而短期内呈现发展高峰。
生物芯片技术有4个基本要点：芯片制备、样品制备、生物分子杂交反应和信号检测。信号检测是生物芯片技术的重要组成部分，主要包括杂交信号产生、信号收集与传输和信号处理及识别三部分。在对生物芯片信号检测方法中，荧光检测法重复性好，选择性强， 目前采用最多的方法之一。
某些物质被一定波长的光(激发光)照射时，在极短的时间内，能立即发射出颜色和强度各不相同且比激发光(也称吸收光)波长更长的光，并随着激发光的消失而立即消失，此种光即为荧光。
荧光检测法的基本原理是：将要检测的样品用荧光素标记，并与芯片上的已知基因(探针)进行充分杂交，洗脱后用图像显示结果，然后通过计算机处理来检测待测样品所表达的有关生物信息。标记的目的是使待测的样品带上可检测到的示踪标记。
荧光物质(荧光素)在受到激励光激发后释放出一定强度的荧光，在某一波长下产生最高释放强度，并有各自的激发吸收值。常用的一种荧光物质FluorX的吸收峰值480nm和发射峰值波520nm经标记的待测样品与生物芯片上的探针阵列杂交后，荧光标记的样品结合在芯片的特定位置上，未杂交分子被除去，此时需用检测装置将芯片测定结果转变成可供分析处理的图像数据，以实现生物芯片的荧光信号检测。
目前基于荧光标记的生物芯片信号实时检测技术主要分为两大类。
一、激光扫描荧光显微镜检测，激光共聚焦扫描显微镜检测等。其缺点是：扫描精度主要受X、Y移动平台的机械精度、重复精度和环境条件的影响。
二、使用冷却的CCD等弱光探测装置的信号检测技术。由于激发光照射光场为整个芯片区域，而激光束光强的高斯分布，会使得光场光强分布不均，而荧光标记信号强度与激发光的强度成线性关系，采集信号的不能准确的线性响应。CCD检测是基于图像处理来完成的，因此很容易带来信号失真。
同时这些检测技术的装置的结构都比较复杂，不便于携带。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种对激发波长在470～495nm、发射波长在510～530nm的荧光物质检测的毫米级激光诱导荧光检测仪。这种毫米级独立探测单元既可以避免检测系统扫描精度主要受X、Y移动平台的机械精度、重复精度、和环境条件的影响，又能保证激发光的匀场照射，更重要的是可以提高生物芯片荧光标记的荧光信号强度，扫描的精度、重复精度，简化检测设备的结构。
本实用新型的生物芯片使用的毫米级微型激光诱导荧光检测仪，包括有光源、滤光系统和光电检测系统，其特征在于：光源为峰值波长在470～495nm、其光谱在500nm处深度截止的半导体激光器1，滤光系统为截止波长为500nm峰值波长在520nm的干涉滤光膜2，光电检测部分为微型半导体光电探测器件3；半导体激光器1、干涉滤光膜2、光电探测器件3集成于一体；荧光检测仪总体积在毫米级别，其长、宽、高在1mm～10mm范围内。这种荧光检测仪可以无限贴近被检测对象，或进入被测对象中进行荧光检测，因此荧光从激发到入射到光电探测器件上的光程很短，距离在几十微米到十毫米左右。光源采用半导体激光器件，准直性较好，光谱带宽很窄，可避去过滤系统。
本实用新型的光电探测器件3可位于半导体激光器1的正下方，也可以与半导体激光器1并列面向被检测对象，还可以包围半导体激光器1。
图1中的光电探测器件3位于半导体激光器1的正下方，光电探测器件3与半导体激光器1之间是干涉滤光膜2，光源与光电探测器件位于检测对象的同一侧，半导体激光器件位于探测器件的正中央。探测器件的光敏区面积为半导体激光器件横截面积的2～50倍。探测器件的光敏区是指探测器件的吸收层；这里的横截面是指平行于探测器件光敏区的横截面。当半导体激光器在探测器件上方时，一部分荧光会被半导体激光器表面反射或吸收而无法被探测器件收到，因此要求探测器件光敏区的面积略大于半导体激光器件横截面积。
图2中的半导体激光器1与光电探测器件并列面向被检测对象。光电探测器件2上镀有截止波长为500nm峰值波长在520nm的滤光薄膜，厚度在1～10um；荧光检测仪载体4用来固定半导体激光器1与光电探测器件3，可以没有。
图3中干涉滤光膜2位于光电探测器件3上方与光电探测器件3共同包围半导体激光器1，位于中央的半导体激光器1为圆形或者矩形，光电探测器件3为圆形、或者多边形。
干涉滤光膜2直接镀在探测器件的上方，或者先镀在其它透明基片上，透明基片再附在光电探测器件3上面。
干涉滤光膜2厚度在1～10um，用来过滤荧光激发波段以外的杂光。
这种荧光检测装置可以组成阵列形成光寻址快速扫描系统。
光电探测器件3的电极可采用氧化铟锡透明薄膜，增加有效受光面积。
本实用新型的工作原理是：微型激光诱导荧光检测仪中的半导体激光器带有光束整形为“一”光束(或不整形，但无限接近被测对象)，同时保证在500nm处深度截止。FluorX等荧光素在激光激发下发出峰值在520nm的荧光，荧光通过滤波片被光电探测器件接收实现光电转换，输出相应电信号。
该装置体积的长、宽、高可以微型化，达到1mm～10mm范围内；多个微型荧光仪可以组成阵列使用实现荧光检测多点实时动态性，光寻址快速扫描等功能。在扫描检测中，实现光源、被测对象和光电检测系统没有相对运动，消除了位移带来的误差与失真使检测结果更接近真值。代替现有宏观仪器，如通用的使用塑料反应管的PCR定量定性检测系统。
附图说明
图1本实用新型的装置(光电探测器件位于半导体激光器正下方)示意图；
图2本实用新型的装置(光电探测器件与半导体激光器并列)示意图；
图3本实用新型的装置(半导体激光器被光电探测器件包围)示意图；
图4本实用新型的优选实施例；
图5本实用新型的优选实施例阵列组合用于PCR实时动态检测；
图1-5中，1、半导体激光器件 2、干涉滤光膜 3、光电探测器件 4、荧光检测仪载体； 5、生物芯片上片 6、生物芯片下片 7、微通道 8、含荧光素FluorX溶液 9、发射光 10、荧光
具体实施方式
参照附图4-5，将详细叙述本实用新型的优选实施例。
参照附图4：生物芯片上下两片5、6采用PMMA有机玻璃材料制成，每片有机玻璃厚度为1mm。采用准分子激光加工技术在上面加工微通道。采用热压键合方式将生物芯片上下两片5、6永久封闭。光源为蓝光半导体激光器件1，峰值波长在473nm，其发射光9照射到生物芯片微通道7中的含荧光素FluorX溶液8，被激发的荧光10通过干涉滤光膜2的过滤后被光电探测器件3所接收到，经光电探测器件由光信号转换为相应的电信号，以此识别荧光信号的强度。
参照附图5：多个微型荧光仪可以组成阵列使用实现对PCR荧光检测多点实时动态性。实时定量RT-PCR(Real-time reverse transcript ionquantitative polymerase chain reaction，Real-time RT-PCR)，所谓实时定量PCR是指在PCR指数扩增期间通过连续检测荧光信号的强弱来即时测定特异性产物的量，并据此推断目的基因的初始量。PCR芯片上的通道每个循环经过变性、退火及延伸三个温区。每扩增一个DNA链就有一个荧光分子形成，可以实现荧光信号的积累与PCR产物形成完全同步。每一个荧光信号的光学特性可通过微型荧光仪识别。
每一个微型荧光仪分别相对应于PCR的每个循环上要探测的区域，生物芯片的微通道7中内充满荧光素FluorX溶液8，半导体激光器件1的发射光9照射到生物芯片微通道7中的荧光素溶液8，被激发的荧光7通过干涉滤光膜2的过滤后被光电探测器件3所接收到，经光电探测器件由光信号转换为相应的电信号，根据电信号的不同输出值可以推测PCR每个循环产物的特征。
Claims (8)
1.生物芯片使用的毫米级微型激光诱导荧光检测仪，包括有光源、滤光系统和光电检测系统，其特征在于：光源为峰值波长在470～495nm、其光谱在500nm处深度截止的半导体激光器(1)，滤光系统为截止波长为500nm峰值波长在520nm的干涉滤光膜(2)，光电检测部分为微型半导体光电探测器件(3)；半导体激光器(1)、干涉滤光膜(2)、光电探测器件(3)集成于一体；荧光检测仪总体积在毫米级别，其长、宽、高在1mm～10mm范围内。
2.根据权利要求1所述的生物芯片使用的毫米级微型激光诱导荧光检测仪，其特征在于：光电探测器件(3)位于半导体激光器(1)的正下方，光电探测器件(3)与半导体激光器1之间是干涉滤光膜(2)，半导体激光器(1)与光电探测器件(3)位于检测对象的同一侧，半导体激光器件位于探测器件的正中央，光电探测器件(3)的光敏区面积为半导体激光器(1)横截面积的2～50倍。
3.根据权利要求1所述的生物芯片使用的毫米级微型激光诱导荧光检测仪，其特征在于：半导体激光器(1)与设置在光电探测器件上面的干涉滤光膜(2)和光电探测器件(3)并列面向被检测对象。
4.根据权利要求1所述的生物芯片使用的毫米级微型激光诱导荧光检测仪，其特征在于：干涉滤光膜(2)位于光电探测器件(3)上方，与光电探测器件(3)共同包围半导体激光器(1)，位于中央的半导体激光器(1)为圆形或者矩形，光电探测器件(3)为圆形或者多边形。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的生物芯片使用的毫米级微型激光诱导荧光检测仪，其特征在于：干涉滤光膜(2)直接镀在探测器件的上方，或者先镀在其它透明基片上，透明基片再附在光电探测器件(3)上面。
6、根据权利要求1或2或3或4所述的生物芯片使用的毫米级微型激光诱导荧光检测仪，其特征在于：干涉滤光膜(2)厚度在1～10um。
7、根据权利要求1或2或3或4所述的生物芯片使用的毫米级微型激光诱导荧光检测仪，其特征在于：所述的毫米级微型激光诱导荧光检测装置可以组成阵列形成光寻址快速扫描系统。
8.根据权利要求1或2或3或4所述的生物芯片使用的毫米级微型激光诱导荧光检测仪，其特征在于：采用荧光检测仪载体(4)用来固定半导体激光器(1)与光电探测器件(3)，或者不用。
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