TW201315202A - 掃描裝置 - Google Patents

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Abstract

一種掃描裝置係用於掃描混合螢光染料的生物樣本，其包含機殼、樣本平台、光源模組、影像擷取單元、驅動單元與濾波單元。該機殼係提供容置空間用以容置該樣本平台，而該光源模組係產生短波長光源入射至該生物樣本，用於激發該螢光染料並藉由螢光共振能量轉移使該螢光染料產生相對的螢光波長光源，而該影像擷取單元係透過該驅動單元與該濾波單元擷取該螢光波長光源的影像，以供使用者根據該影像分析該生物樣本。故本發明係可用以達到對該生物樣本進行全部或局部的影像掃描。

Description

掃描裝置
本發明係提供一種掃描裝置，特別是掃描混合螢光染料的生物樣本以產生用於觀測影像的生物性掃描裝置。
隨著生物科技的研究逐漸受到重視，其中的生物樣本檢測(例如蛋白質、細胞與脫氧核糖核酸(DNA)等)亦受到十分的關注。習知技術中，該生物樣本係利用螢光檢測法(fluorescence detection)進行檢測。該螢光檢測法係利用螢光染料具有特定的激發態(excitation state)與放射態(emission state)的特性，用以對該生物樣本進行標記，以供檢測者透過該標記結果檢測出關於該生物樣本所包含的複雜分子組成。
傳統的觀測係由使用者直接地進行裸眼的觀測，用以判斷與分析該標記結果。然而，螢光發光強度係會隨著時間而逐漸衰弱，故該標記結果係很有可能因為螢光發光強度的檢落而略趨不明顯，而影響到使用者的觀察結果。再者，對於同一生物樣本的再現性觀測，係有可能因為不同的設定條件(例如螢光染料的劑量)或環境條件(例如溫度、溼度)的不同，產生不一致的實驗結果。
故有鑑於此本發明係提出一種可以解決上述習知技術所造成的缺失的掃描裝置。
本發明之一目的係提供一種掃描裝置，藉由掃描混合螢光染料的生物樣本而用以達到對觀察檢測的功效。
本發明之另一目的係提供上述的掃描裝置，係藉由在不同位置上產生該短波長光源，用以提供該混合螢光染料的生物樣本的檢測。
為達上述目的或其它目的，本發明係一種掃描裝置用於掃描混合螢光染料的生物樣本，其包含機殼、樣本平台、光源模組、影像擷取單元、驅動單元與濾波單元。該機殼係具有容置空間；該樣本平台係設置於該容置空間，用以置放該生物樣本；該光源模組係設置於該樣本平台之一側，該光源模組係產生短波長光源入射至該生物樣本，用於激發該螢光染料並藉由螢光共振能量轉移使該螢光染料產生相對的螢光波長光源；該影像擷取單元係設置於該樣本平台之一側，用於擷取該螢光波長光源的影像；該驅動單元係具有與該影像擷取單元連接，該驅動單元係驅動該影像擷取單元朝一方向移動以掃描全部的或局部的該生物樣本；以及，該濾波單元係設置於該影像擷取單元上，該濾波單元係接收該螢光波長光源並經由濾波產生相對的濾波波長光源，以供該影像擷取單元擷取該生物樣本與該螢光波長光源。
本發明之掃描裝置係提供光源模組產生短波長光源作用於混合在生物樣本中的螢光染料，使得該螢光染料產生相對的螢光波長光源，再藉由影像擷取單元與驅動單元以掃描的方式擷取該螢光波長光源所形成的影像。再者，本發明係提供至少可見光與非可見光源同時地或獨立地激發該螢光染料，使得該螢光染料在該生物樣本的標記更為顯著以供使用者觀測。此外，本發明係又可根據在樣本平台上放置該生物樣本之前與之後的影像差異，可動態地調整該生物樣本影像的亮度差異、白平衡差異與對比差異，而使得檢測者便於進行對該生物樣本的觀察。
為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：參考第1圖，係本發明第一實施例之掃描裝置的剖面示意圖。於第1圖中，該掃描裝置10係用於掃描混合已注入螢光染料2(或可稱為螢光基團)的生物樣本4進行觀察檢測。其中，該生物樣本4係可為脫氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid，DNA)、蛋白質或生物性材料等。
該掃描裝置10係包含機殼12、樣本平台14、光源模組16、影像擷取單元18、驅動單元20與濾波單元22。其中，該機殼12係形成箱體，且該殼體12具有容置空間122以及，該樣本平台14係設置於該容置空間122上，且於該樣本平台14之一側係用於放置該生物樣本4，其中該生物樣本14係可為透明狀或霧面狀。
該光源模組16係設置於該樣本平台14之一側。於此，該光源模組16係設置於該樣本平台14的下緣。再者，該光源模組16係產生短波長光源λ入射至該生物樣本4，用於激發該螢光染料2並藉由螢光共振能量轉移(fluorescence resonance energy transfer，FRET)使該螢光染料2產生相對的螢光波長光源λfluorescence。其中，該光源模組16產生的該短波長光源λ係可介於可見光與非可見光的波長中，其波長範圍係介於250奈米與480奈米之間，亦即該波長係在紫外光與藍光的光譜之間。
此外，根據史托克位移(Stokes shift)，該螢光波長光源λfluorescence係大於用於激發的短波長光源λ。再者，在該短波長光源λ的範圍中又可在根據所混合不同螢光染料2的種類，適用於不同的激發波長，且在該等波長中係存在有一個特徵波長，而該特徵波長的定義係為在受激發的光譜上可以看到在某一激發的波長(即特徵波長)可使該螢光染料2之該螢光波長光源λfluorescence具有最大的發射螢光強度。
舉例而言，在可見光的波長下，當該螢光染料2係選用SYPRO RUBY時，藉由前述該光源模組16所產生介於250nm與480nm之間，且特徵波長係為470nm的短波長光源λ，使得該螢光染料2幅射出波長在610奈米的該螢光波長光源λfluorescence。例如，該光源模組16係可為藍光二極體所產生
亦或者，在非可見光的波長下，當該螢光染料2係同樣選用SYPRO RUBY時，藉由前述該光源模組16所產生介於280(遠紫外光)奈米至380(近紫外光)奈米之間，且特徵波長係為290nm的短波長光源λ，使得該螢光染料2同樣幅射出波長在610奈米的該螢光波長光源λfluorescence。例如，該光源模組16係可為紫外光(UV)燈管或黑管。
於另一個實施例中，該光源模組16並非僅侷限於一種，或者僅侷限產生一種波長光源。一併參考第2圖，係本發明第二實施例之掃描裝置的剖面示意圖。於第2圖中，該掃描裝置10'之該光源模組16係可為複數光源單元162，且該等光源單元162係可用以分別地產生可見光源與非可見光源。此外，由於該不同光源對於不同的螢光染料2具有不同的特徵波長λ，故於此係可將該特徵波長λ進一步區分為第一特徵波長λ1與第二特徵波長λ2。其中，該等光源單元16的選用係指根據在同時作用於該螢光染料2之後可同時產生相同的該螢光波長光源λfluorescence的狀態下。舉例而言，當該螢光染料2係選用SYPRO RUBY時，該等光源單元162係分別提供該第一特徵波長係為470奈米以及該第二特徵波長係為290奈米，用以同時地或分別地激發該螢光染料用以產生波長在610奈米的該螢光波長光源λfluorescence。
回到第1圖，該影像擷取單元18係設置於該樣本平台14之一側係用於擷取該螢光波長光源λfluorescence的影像。
再者，該驅動單元2係具有與該影像擷取單元18連接，用以驅動該影像擷取單元18朝一方向D移動以掃描全部的或局部的該生物樣本4。於一實施例中，該驅動單元2係可更包含移動軌道24、控制器26與步進馬達28，該控制器26係控制該步進馬達28用以使該影像擷取單元18沿著該移動軌道24朝該方向D移動，如第3圖所示。
該濾波單元20係設置於該影像擷取單元18上，該濾波單元20係接收該螢光波長光源λfluorescence並經由濾波產生相對的濾波波長光源λfilter，以供該影像擷取單元18擷取該生物樣本4、該螢光波長光源或兩者。其中，該濾波單元20係為琥珀色濾波片
於此，該光源模組16、該影像擷取單元18與該驅動單元20係同時地設置於該樣本平台14的下緣，使得該影像擷取單元18與該驅動單元20係鄰近設置於該光源模組16，用以藉由朝向該方向D移動而擷取該螢光波長光源λfluorescence或該生物樣本4的影像。
參考第4圖，係本發明第三實施例之掃描裝置的剖面示意圖。於第4圖中，該掃描裝置10"係同樣包含如前述第一實施例中所述之該機殼12、該樣本平台14、該光源模組16、該影像擷取單元18、該驅動單元20與該濾波單元22，而不同的是，該光源模組16係設置於該樣本平台14之上緣，該光源模組16之短波長光源λ係以斜向地入射至該生物樣本4，而該影像擷取單元18與該驅動單元20係設置於該樣本平台14的下緣，當該短波長光源λ作用於該螢光染料2時，用以產生該螢光波長光源λfluorescence。該影像擷取單元18係透過該驅動單元20進形移動掃描以擷取該螢光波長光源λfluorescence的影像。
值得注意的是，雖然於此該光源模組16係以單一短波長光源λ表示，然而該表示僅用於事例說明。換言之，於此亦隱含包含如前所述該光源模組16係可由複數發光單元所組成。
參考第5圖，係本發明第四實施例之掃描裝置的剖面示意圖。於第5圖中，該掃描裝置10'''係同樣包含如前述第一實施例中所述之該機殼12、該樣本平台14、該光源模組16、該影像擷取單元18、該驅動單元20與該濾波單元22，而不同的是，該光源模組16係由複數光源單元162，且該等光源單元162係分別地設置於該樣本平台14的二側，而該等光源單元162係同樣如前所述可產生第一特徵波長λ1與第二特徵波長λ2。相較於前述實施例，本實施例係可利用複合式光源(例如以藍光光源加上紫外光源)所產生的多重入射激發光以作用在螢光染料上，而可產生更明顯的該螢光波長光源λfluorescence，並使得該影像擷取單元18係透過該驅動單元20進形移動掃描以擷取該螢光波長光源λfluorescence的影像。
參考第6圖，係本發明第五實施例之掃描裝置的剖面示意圖。於第6圖中，該掃描裝置10""係同樣包含如前述第一實施例中所述之該機殼12、該樣本平台14、該光源模組16、該影像擷取單元18、該驅動單元20與該濾波單元22，而不同的是，該樣本平台14之側邊係具有缺口142，可用於設置該光源模組16用以形成背光源而激發該螢光染料2。
參考第7圖，係本發明第六實施例之掃描裝置的剖面示意圖。於第7圖中，該掃描裝置10'''''除係包含該機殼12、該樣本平台14、該第一光源模組16、該第二光源模組18與該濾波單元20。該掃描裝置10'''''更可包含比較單元30係連接至該影像擷取單元18，用以比較在該樣本平台14放置該生物樣本4之前與之後影像的差異並形成檢測影像DIMG。其中，該影像差異係為亮度差異、白平衡差異與對比差異。
本發明之掃描裝置係提供光源模組產生短波長光源作用於混合在生物樣本中的螢光染料，使得該螢光染料產生相對的螢光波長光源，再藉由影像擷取單元與驅動單元以掃描的方式擷取該螢光波長光源所形成的影像。再者，本發明係提供至少可見光與非可見光源同時地或獨立地激發該螢光染料，使得該螢光染料在該生物樣本的標記更為顯著以供使用者觀測。此外，本發明係又可根據在樣本平台上放置該生物樣本之前與之後的影像差異，可動態地調整該生物樣本影像的亮度差異、白平衡差異與對比差異，而使得檢測者便於進行對該生物樣本的觀察。
本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。
2．．．螢光染料
4．．．生物樣本
10、10'、10"、10'''、10'''、10'''''．．．掃描裝置
12．．．機殼
122．．．容置空間
14．．．樣本平台
142．．．缺口
16．．．光源模組
162．．．光源單元
18．．．影像擷取單元
20．．．驅動單元
22．．．濾波單元
24．．．移動軌道
26．．．控制器
28．．．步進馬達
λ．．．短波長光源
λfluorescence．．．螢光波長光源
λ1．．．第一特徵波長
λ2．．．第二特徵波長
D．．．方向
DIMG．．．檢測影像
λfilter．．．濾波波長光源
第1圖係本發明第一實施例之掃描裝置的剖面示意圖；
第2圖係本發明第二實施例之掃描裝置的剖面示意圖；
第3圖係說明第1圖中該掃描裝置之驅動單元的剖面示意圖；
第4圖係本發明第三實施例之掃描裝置的剖面示意圖；
第5圖係本發明第四實施例之掃描裝置的剖面示意圖；
第6圖係本發明第五實施例之掃描裝置的剖面示意圖；以及
第7圖係本發明第六實施例之掃描裝置的剖面示意圖。
2．．．螢光染料
4．．．生物樣本
10．．．掃描裝置
12．．．機殼
122．．．容置空間
14．．．樣本平台
16．．．光源模組
18．．．影像擷取單元
20．．．驅動單元
22．．．濾波單元
D．．．方向
λ．．．短波長光源
λfluorescence．．．螢光波長光源
λfilter．．．濾波波長光源

Claims (18)

  1. 一種掃描裝置，係用於掃描混合螢光染料的生物樣本，其包含：機殼，係具有容置空間；樣本平台，係設置於該容置空間，用以置放該生物樣本；光源模組，係設置於該樣本平台之一側，該光源模組係產生短波長光源入射至該生物樣本，用於激發該螢光染料並藉由螢光共振能量轉移使該螢光染料產生相對的螢光波長光源；影像擷取單元，係設置於該樣本平台之一側，用於擷取該螢光波長光源的影像；驅動單元，係具有與該影像擷取單元連接，該驅動單元係驅動該影像擷取單元朝一方向移動以掃描全部的或局部的該生物樣本；以及濾波單元，係設置於該影像擷取單元上，該濾波單元係接收該螢光波長光源並經由濾波產生相對的濾波波長光源，以供該影像擷取單元擷取該生物樣本與該螢光波長光源。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之掃描裝置，其中該光源模組產生的該短波長光源的波長範圍係介於250奈米與480奈米之間。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之掃描裝置，其中該短波長光源更包含第一特徵波長，該第一特徵波長係激發該螢光染料產生該螢光波長光源。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之掃描裝置，其中該第一特徵波長係為470奈米時，用以激發該螢光染料而產生波長在610奈米的該螢光波長光源。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之掃描裝置，其中該第一特徵波長係為290奈米時，用以激發該螢光染料而產生波長在610奈米的該螢光波長光源。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之掃描裝置，其中該短波長光源更包含第二特徵波長，該第二特徵波長係激發該螢光染料以產生與該第一特徵波長相同之該螢光波長光源。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之掃描裝置，其中當該第一特徵波長係為470奈米以及該第二特徵波長係為290奈米時，同時地或分別地激發該螢光染料用以產生波長在610奈米的該螢光波長光源。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之掃描裝置，其中該光源模組係設置於該樣本平台之下緣，以供該短波長光源透過該樣本平台入射至該生物樣本。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之掃描裝置，其中該影像擷取單元與該驅動單元係鄰近設置於該光源模組，用以藉由移動而擷取該螢光波長光源或該生物樣本的影像。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之掃描裝置，其中該光源模組係設置於該樣本平台之上緣，該光源模組之短波長光源係以斜向地或直向地入射至該生物樣本。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之掃描裝置，其中該影像擷取單元係設置於該樣本平台之下緣，用以接收該螢光波長光源。
  12. 如申請專利範圍第2項所述之掃描裝置，其中該光源模組係具有複數光源單元，係分別地設置於該樣本平台的二側。
  13. 如申請專利範圍第2項所述之掃描裝置，其中該樣本平台係為透明狀或霧面狀。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之掃描裝置，其中該樣本平台之側邊係具有缺口，該缺口係設置該光源模組，用以形成背光源而激發該螢光染料。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之掃描裝置，其中該驅動單元更包含移動軌道、控制器與步進馬達，該控制器係控制該步進馬達用以使該影像擷取單元沿著該移動軌道朝該方向移動。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之掃描裝置，其中該影像擷取單元係設置於該樣本平台之上緣，用以接收該螢光波長光源。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之掃描裝置，更包含比較單元，係連接至該影像擷取單元，用以比較在該樣本平台放置該生物樣本之前與之後影像的差異並形成檢測影像。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之掃描裝置，其中該濾波單元係為琥珀色濾波片。
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