TW201317561A - 多重激發光源系統 - Google Patents

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Abstract

一種多重激發光源系統係用於提供已注入螢光染料的生物樣本進行觀察檢測，其包含機殼、樣本平台、第一光源模組與第二光源模組。該機殼係提供容置空間用以容置該等光源模組與濾波單元，而該第一光源模組與該第二光源模組係包含複數可見光波長及/或非可見光波長的光源，而藉由不同光源激發該螢光染料以透過螢光共振疊加能量轉移使該螢光染料產生相對的第三波長光源，以供該生物樣本進行觀察明顯的觀察檢測。

Description

多重激發光源系統
本發明係提供一種光源系統，特別是用於提供對已注入螢光染料的生物樣本進行觀察檢測的多重激發光源系統。
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的結果檢測出關於該生物樣本所包含的複雜分子組成。
以該脫氧核糖核酸樣本為例，該脫氧核糖核酸樣本係放在由緩衝液(例如TAE buffer)與凝膠(例如洋菜凝膠電泳(agarose gel electrophoresis，AGE)或聚丙烯醯胺凝膠電泳(polyacrylamide gel electrophoresis，PAGE))所組成的電泳液中，並施加電壓以產生脫氧核糖核酸電泳，而形成具有脫氧核糖核酸的電泳膠片，又再取出該電泳膠片並將該膠體注入溴化乙錠的螢光染料(Ethidium Bromide，EtBr)。再者，再利用紫外光源用以激發該電泳膠片上的螢光染料以產生螢光，用以提供檢測者可透過該螢光以確認該脫氧核糖核酸在該電泳膠片上的位置。然而，該紫外光源係需要在特定的暗室裡進行作業，才能明顯地觀察到該螢光染料；以及，該紫外燈管所產生的光源係會對人體皮膚產生如日照的效果，對檢測者長期使用而言，係十分不利於健康的。
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多重激發光源系統。
本發明之一目的係提供一種多重激發光源系統，藉由可見光波長及/或非可見光波長所組成的多重光源，用以達到對生物樣本進行觀察檢測的功效。
本發明之另一目的係提供上述的多重激發光源系統，係藉由在不同位置上產生該等多重光源，用以增強該生物樣本上該螢光染料的顯現功效。
為連上述目的或其它目的，本發明係一種多重激發光源系統，係用於提供已注入螢光染料的生物樣本進行觀察檢測，其包含機殼、樣本平台、第一光源模組與第二光源模組。該機殼係具有容置空間；該樣本平台係設置於該容置空間，係供放置該生物樣本；該第一光源模組係設置於該樣本平台之一側，該第一光源模組係產生位於可見光波長的第一波長光源；以及，該第二光源模組係設置於該樣本平台之一側，該第二光源模組係產生位於可見光波及/或非可見光波長的第二波長光源，且該第一波長光源與該第二波長光源係用於同時激發該螢光染料，並藉由螢光共振能量轉移之多重能量疊加激發產生相對的第三波長光源。
與習知技術相較，本發明之多重激發光源系統係提供包含可見光波長及/或非可電光波長所組成的多重光波長，對生物樣本中的螢光染料進行螢光共振能量轉移之多重能量疊加激發，用以產生顯著的螢光波長。再者。於另外一實施例中，檢測者又透過濾波單元接收該螢光波長，以濾除光雜訊以增強顯現該生物樣本的檢測結果。此外，又根據放置該生物樣本前後的影像差異，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多重激發光源系統的剖面示意圖。於第1圖中，該多重激發光源系統100係用於提供已注入螢光染料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係可為注入脫氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid，DNA)、蛋白質或生物性材料的電泳膠片等。
該多重激發光源系統100係包含機殼12、樣本平台14、第一光源模組16與第二光源模組18。其中，該機殼12係形成燈箱體，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，且於該樣本平台14之一側係用於放置該生物樣本4。其中，該樣本平台14係可為透明狀或霧面狀。
該第一光源模組16與該第二光源模組18係設置於該容置空間122之另一側，用以使得該第一波長光源FW與該第二波長光源SW係可分別地或同時地透過該樣本平台14入射至該生物樣本4，如第2圖所示，係第一光源模組16與第二光源模組18的其中之一實施例的配置方式。
該第一光源模組16產生可見光波長的該第一波長光源FW。換言之，該第一波長光源FW的波長範圍係介於380(紫光)奈米至750(紅光)奈米之間。於一實施例中，該第一波長光源FW的波長範圍係介於435奈米與480奈米之間的藍光。此外，該第一光源模組16係可由複數發光單元162所組成，例如該等發光單元162係為藍光二極體。
該第二光源模組18係產生可見光波長或非可見光波長的第二波長光源SW。其中，該第二波長光源SW的波長範圍係除可包含如同前述可見光波長的範圍外，亦包含波長介於280(遠紫外光)奈米至380(近紫外光)奈米之間的非可見光波長，更甚至超過750(紅外光)奈米以上，例如該第二光源模組18係為紫外燈管(UV)、綠光與黑管。於一實施例中，該第二波長光源SW的波長範圍係介於250奈米與400奈米之間的紫外光；以及，該第二波長光源SW的波長範圍係577奈米與492奈米之間的綠光。其中，該第一波長光源FW與該第二波長光源SW係用於同時激發該螢光染料2，並藉由螢光共振疊加能量轉移使該螢光染料產生相對的第三波長光源TW。
換言之，當該第一波長光源FW與該第二波長光源SW係用於同時入射於該螢光染料2時，該螢光染料2係同時吸收該第一波長光源FW的第一能量Eg1(Eg 1=hv，其中h係卜朗克常數6.626×10-34 ；以及，v係為光的頻率)與該第二波長光源SW的第二能量Eg2(Eg 1=hv)，並藉由螢光共振能量轉移(fluorescence resonance energy transfer，FRET)使得該螢光染料2釋放出相對第三能量Eg3的第三波長光源TW。
參考第3圖，係本發明第二實施例之多重激發光源系統的螢光染料受激輻射的過程示意圖。於第3圖中，除前述實施例中所包含的該機殼12、該樣本平台14、該第一光源模組16與該第二光源模組18外，更可包含濾波單元20，係設置於該樣本平台14之一側，且該濾波單元20係接收該第三波長光源TW並經由濾除光雜訊後的濾波產生相對該第三波長光源TW更為清晰的第三波長光源TW'，例如該濾波單元20係為琥珀色濾波片。換言之，該第三波長光源TW'的波長係在該第三波長光源TW的波長範圍之間，僅是該第三波長光源TW'係較為近似單一波長的光源。
參考第4圖，係本發明實施例之多重激發光源系統的螢光染料受激輻射的過程示意圖。於第4圖(a)中，該螢光染料2係吸收該第一能量Eg1與該第二能量Eg2，使得該螢光染料2之光子在收能量(Eg1+Eg2)之後，從基態S0躍遷至激發態S1；接著，在數奈秒之後，該光子又從該激發態S1落在略低於該激發態S1的另一激發態S1'；以及，該光子係從該激發態S1'又回到該基態S0，使得該螢光染料2釋放出具有第三能量Eg3的第三波長光源TW，其中由於能量損耗與光子的能量減少，發射波長總是大於其激發波長，而兩者之間的兩者之間的差值叫史托克位移(Stokes shift)。換言之，入射波波長與螢光染料所釋放出螢光波長不同。此外，每一種該螢光染料2都具有一個最佳地特徵波長，係會使得該螢光染料2在受激發的光譜上可以看到在某一激發波長(即特徵波長)下，該螢光染料2具有最大的發射螢光強度，一併參考第4圖(b)。
參考第5圖，係本發明實施例之多重激發光源系統的第三波長光源產生示意圖。於第5圖中，在可見光之該第一波長光源FW係更包含第一特徵波長FW'，該第一特徵波長FW'係激發該螢光染料2用以產生該第三波長光源TW，例如當該螢光染料2係選用SYPRO RUBY時，藉由該第一波長光源FW的波長範圍係介於435奈米與480奈米之間的藍光進行激發。其中，該第一特徵波長FW'係為470奈米。該螢光染料2係根據吸收的該第一特徵波長FW'，使得該螢光染料2輻射出波長在610奈米的該第三波長光源TW。
接著，在非可見光之該第二波長光源SW係更包含第二特徵波長SW'，且該第二特徵波長SW'係激發該螢光染料2用以產生如同前述的該第三波長光源TW，當該螢光染料2係選用SYPRO RUBY時，藉由該第二波長光源SW的波長範圍係介於250奈米與400奈米之間的紫外光進行激發。其中，該第二特徵波長SW'係為290奈米。該螢光染料2係根據吸收的該第二特徵波長SW'，使得該螢光染料2輻射出波長在610奈米的該第三波長光源TW。
該可見光與該非可見光係同時地產生具有相同波長(例如610奈米)的第三波長光源TW，且藉由具有該第一能量Eg1的該第一特徵波長FW'與該第二能量Eg2的該第二特徵波長SW'進行能量的疊加轉移，使得該第三波長光源TW的第三能量Eg3係接近於或等於該第一能量Eg1與該第二能量Eg2的能量總和。換言之，吸收二能量之該螢光染料2所產生的螢光強度係遠高於吸收單一能量所產生的螢光強度。
參考第6圖，係本發明第三實施例之多重激發光源系統的剖面示意圖。於第6圖中，該多重激發光源系統101係同樣包含該機殼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。然而，與前述實施例不同的是，僅只有該第一光源模組16係設置於該樣本平台14之下緣處，而該第二光源模組18係設置於該樣本平台14之側緣處，使得該第二波長光源SW係直接地斜向入射至該生物樣本4。此外，於另一實施例中，在該多重激發光源系統102中為避免利用發光二極體所提供的點光源不平均無法作為檢測的光源，該多重激發光源系統102係更可包含光擴散單元22係設置於該第一光源單元16之一側，用以產生具有面光源的該第一波長光源FW"，如第7圖所示，係本發明第四實施例之多重激發光源系統的剖面示意圖。
參考第8圖，係本發明第五實施例之多重激發光源系統的剖面示意圖。於第8圖中，該多重激發光源系統103與前述第二實施例所不同的是，將該第一光源模組16與該第二光源模組18的位置進行交換，使得該第二光源模組係設置於該樣本平台14之下緣處，而該第一光源模組16係設置於該樣本平台14之側緣處，使得該第一波長光源FW係直接地斜向入射至該生物樣本4。
參考第9圖，係本發明第六實施例之多重激發光源系統的剖面示意圖。於第9圖中，該多重激發光源系統104之該第一光源模組16與該第二光源模組18係同時皆設置於該樣本平台14之側緣處，以讓該第一波長光源FW與該第二波長光源SW透過該樣本平台14直接地斜向入射至該生物樣本4。
參考第10圖，係本發明第七實施例之多重激發光源系統的剖面示意圖。於第10圖中，該多重激發光源系統105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外，更可包含影像擷取單元24係設置在該濾波單元20之上緣處，並在該樣本平台14放置該生物樣本4的前後分別地擷取相對應的影像，用以形成背景影像BIMG與生物樣本影像BSIMG。再者，該背景影像BIMG與該生物樣本影像BSIMG又透過與該影像擷取單元24連接的比較單元26，並在比較該背景影像與該生物樣本影像之間的影像差異之後用以形成檢測影像DIMG，以供檢測者便於進行檢測與觀察。其中，該影像差異係為亮度差異、白平衡差異與對比差異。
再者，為了能夠佐證本發明所述的多重激發光源係能達到可對生物樣本進行相較於傳統檢測中更為明顯可供觀察檢測的功效。於附件中係提供多個實驗的測試結果，以驗證本發明所述多重激發光源系統對已注入螢光染料(或可稱為螢光基團)的生物樣本所產生的功效。於此，該生物樣本係以蛋白質電泳膠為例說明。
於第一實驗對照組中，係提供蛋白質電泳膠片(SDS-PAGE)。其中，實驗的條件係分別地以三道步驟形成，係分別為第一道為標準蛋白質分子量標記物10ul，第二道為5ul，第三道為2.5ul，後續依次減量一半，再者，在該組實驗對照組中，該蛋白質電泳膠片係使用SYPRO Ruby染色。該第一實驗對照組(a)圖係顯示該蛋白質電泳膠片經由單一紫外光照射後的狀態；該第一實驗對照組(b)圖係顯示該蛋白質電泳膠片經由單一藍光照射後的狀態；以及，該第一實驗對照組(c)圖係顯示該蛋白質電泳膠片經由包含藍光與紫外光同時進行多重激發光源照射的狀態。經由比較上述三種狀態，係可明顯發現該第一實驗對照組(c)圖相較(a)圖與(b)圖係發出明顯可供行觀察檢測的光波長。
於第二實驗對照組中，係提供DNA洋菜電泳。其中，實驗的條件係分別地以三道步驟形成，係分別為第一道為標準DNA分子量標記物500ng，第二道為250ng，第三道為125ng，後續依次減量一半。再者，在該組實驗對照組中，該DNA洋菜電泳係使用SYBR Green I染色。該第二實驗對照組(a)圖係顯示該DNA洋菜電泳經由單一紫外光照射後的狀態；該第二實驗對照組(b)圖係顯示該DNA洋菜電泳經由單一藍光照射後的狀態；以及，該第二實驗對照組(c)圖係顯示該DNA洋菜電泳經由包含藍光與紫外光同時進行多重激發光源照射的狀態。經由比較上述三種狀態，係可明顯發現該第二實驗對照組(c)圖相較(a)圖與(b)圖係發出明顯可供觀察檢測的光波長。
於第三實驗對照組中，係提供100ug BSA蛋白質直接加入SYPRO Ruby並放置於小透明管中。其中，該第三實驗對照組(a)圖係顯示在該小透明管中的該BSA蛋白質經由單一紫外光照射後的狀態；該第三實驗對照組(b)圖係顯示在該小透明管中的該BSA蛋白質經由單一藍光照射後的狀態；以及，該第三實驗對照組(c)圖係顯示在該小透明管中的該BSA蛋白質經由包含藍光與紫外光同時進行多重激發光源照射的狀態。經由比較上述三種狀態，係可明顯發現該第三實驗對照組(c)圖相較(a)圖與(b)圖係發出明顯可供觀察檢測的光波長。
於第四實驗對照組中，係提供10ug DNA蛋白質直接加入SYBR Green I並放置於小透明管中。其中，該第四實驗對照組(a)圖係顯示在該小透明管中的該DNA蛋白質經由單一藍光照射後的狀態；該第四實驗對照組(b)圖係顯示在該小透明管中的該DNA蛋白質經由單一綠光照射後的狀態；以及，該第四實驗對照組(c)圖係顯示在該小透明管中的該DNA蛋白質經由包含藍光與綠光同時進行多重激發光源照射的狀態。經由比較上述三種狀態，係可明顯發現該第四實驗對照組(c)圖相較(a)圖與(b)圖係發出明顯可供觀察檢測的光波長。
故上述實施例係用於說明本發明之多重激發光源系統係提供可見光波長與非可電光波長所組成的多重光波長，對生物樣本中的螢光染料進行螢光共振能量轉移之多重能量疊加激發，用以產生顯著的螢光波長。此外，檢測者又透過濾波單元接收該螢光波長，以濾除光雜訊以增強顯現該生物樣本的檢測結果。此外，檢測者又根據放置該生物樣本前後的影像差異，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。此外，又根據放置該生物樣本前後的影像差異，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、101、102、103、104、105．．．多重激發光源系統
12．．．機殼
122．．．容置空間
14．．．樣本平台
16．．．第一光源模組
162．．．發光單元
18．．．第二光源模組
20．．．濾波單元
22．．．光擴散單元
24．．．影像擷取單元
26．．．比較單元
FW、FW"．．．第一波長光源
FW'．．．第一特徵波長
SW．．．第二波長光源
SW'．．．第二特徵波長
TW、TW'．．．第三波長光源
Eg1．．．第一能量
Eg2．．．第二能量
Eg3．．．第三能量
BIMG．．．背景影像
BSIMG．．．生物樣本影像
DIMG．．．檢測影像
第1圖係本發明第一實施例之多重激發光源系統的剖面示意圖；
第2圖係說明第1圖中第一光源模組與第二光源模組的配置示意圖；
第3圖係本發明第二實施例之多重激發光源系統的剖面示意圖；
第4圖係本發明實施例之多重激發光源系統的螢光染料受激輻射的過程示意圖；
第5圖係本發明實施例之多重激發光源系統的第三波長光源產生示意圖；
第6圖係本發明第三實施例之多重激發光源系統的剖面示意圖；
第7圖係本發明第四實施例之多重激發光源系統的剖面示意圖；
第8圖係本發明第五實施例之多重激發光源系統的剖面示意圖；
第9圖係本發明第六實施例之多重激發光源系統的剖面示意圖；以及
第10圖係本發明第七實施例之多重激發光源系統的剖面示意圖。
2．．．螢光染料
4．．．生物樣本
10．．．多重激發光源系統
12．．．機殼
122．．．容置空間
14．．．樣本平台
16．．．第一光源模組
18．．．第二光源模組
FW．．．第一波長光源
SW．．．第二波長光源
TW．．．第三波長光源
TW'．．．第四波長光源
Eg1．．．第一能量
Eg2．．．第二能量
Eg3．．．第三能量

Claims (22)

  1. 一種多重激發光源系統，係用於提供已注入螢光染料的生物樣本進行觀察檢測，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，係供放置該生物樣本；第一光源模組，係設置於該樣本平台之一側，該第一光源模組係產生位於可見光波長的第一波長光源；以及第二光源模組，係設置於該樣本平台之一側，該第二光源模組係產生位於可見光波長與非可見光波長之其一者的第二波長光源，且該第一波長光源與該第二波長光源係用於同時激發該螢光染料，並藉由螢光共振能量轉移之多重能量疊加激發使該螢光染料產生相對的第三波長光源。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之多重激發光源系統，更包含濾波單元係設置於該樣本平台之一側，該濾波單元係接收該第三波長光源並經由濾波單元濾除光雜訊。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之多重激發光源系統，其中該第一光源模組係具有複數發光單元。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之多重激發光源系統，其中該等發光單元係為發光二極體。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之多重激發光源系統，更包含光擴散單元，係設置於該第一光源單元之一側，用以產生具有面光源的該第一波長光源。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之多重激發光源系統，其中該第一波長光源更包含第一特徵波長，且該第一特徵波長係激發該螢光染料產生該第三波長光源。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之多重激發光源系統，其中該第一波長光源的波長範圍係介於435奈米與480奈米之間的藍光。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之多重激發光源系統，其中該第一特徵波長係為470奈米時，用以激發該螢光染料產生波長在610奈米的該第三波長光源。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之多重激發光源系統，其中該第二波長光源更包含第二特徵波長，且該第二特徵波長係激發該螢光染料產生該第三波長光源。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之多重激發光源系統，其中該第二波長光源的波長範圍係介於250奈米與400奈米之間的紫外光。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之多重激發光源系統，其中該第二特徵波長係為290奈米時，用以激發該螢光染料產生波長在610奈米的該第三波長光源。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之多重激發光源系統，其中該第二光源模組係為紫外燈管(UV)、綠光或黑管。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之多重激發光源系統，其中該樣本平台係為透明狀與霧面狀之至少其一者。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之多重激發光源系統，其中該第一光源模組與該第二光源模組係設置於該樣本平台之下緣處，以供該第一波長光源與該第二波長光源透過該樣本平台入射至該生物樣本。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之多重激發光源系統，其中該第一光源模組或該第二光源模組之其一者係設置於該樣本平台之下緣處，以及另外其一者係設置於該樣本平台之側緣處。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之多重激發光源系統，其中該第一波長光源或該第二波長光源係直接地斜向入射至該生物樣本。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之多重激發光源系統，其中該第一光源模組與該第二光源模組係設置於該樣本平台之側緣處，以供該第一波長光源與該第二波長光源透過該樣本平台直接地斜向入射至該生物樣本。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之多重激發光源系統，更包含影像擷取單元，係設置在該濾波單元之上緣處，並在該樣本平台上放置該生物樣本的前後分別地擷取相對應的影像，用以形成背景影像與生物樣本影像。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之多重激發光源系統，更包含比較單元，係連接至該影像擷取單元用以比較該背景影像與該生物樣本影像之間的影像差異，以形成檢測影像。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之多重激發光源系統，其中該影像差異係為亮度差異、白平衡差異與對比差異。
  21. 如申請專利範圍第1項所述之多重激發光源系統，其中該濾波單元係為琥珀色濾波片。
  22. 如申請專利範圍第1項所述之多重激發光源系統，其中該生物樣本係為電泳膠片。
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