TWI240004B - Method and optical apparatus for detecting spot on microarrays - Google Patents

Description

1240004 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種生物晶片檢測平台，尤指一種光學液 滴檢測系統及其檢測方法。 5 【先前技術】 生物晶片的試劑佈放方式有許多種，例如：接觸式的微 液滴官方式，或非接觸式的喷液方式，而剛佈放於晶片表面 之試劑液滴，會呈現立體之水滴狀。通常，完成佈放之試劑 10溶液在晶片清洗前必須進行一液滴佈放檢測動作，以檢測每 一試劑溶液是否有正確地佈放在相對位置。下述將介紹目前 的液滴佈放檢測之方式。 如圖1所示，美國專利案號6,232,072係揭露一種光學 液滴檢測方式，其係利用光纖集束2所產生之入射光4來照 15射液滴8’並以光偵測器6來接收由液滴8反射或穿透之信 號光，以檢測出液滴8之有無，亦即其係利用光線照射在液 滴8後之反射角的變化來檢測出液滴8是否有佈在正確的位 置。然而，其每次檢測之液滴8數量有限，無法大量進行檢 測，使得檢測速度時間較久。 20 錢專利案號6,558,623亦揭露-種光學液滴檢測方 式，其係利用光源和光偵測器來即時檢測液滴佈放情形，其 中，光源和光偵測器係在同一側，並利用反射式架構來取得 晶片上的該等液滴之影像，然而其檢測時機係為佈放時即時 1240004 檢測，較為花費時間，而增加生產成本。 美國專利案號5,601，980揭露一種液滴檢測方式，其係 利用接觸式佈放液滴，且在佈放每一個液滴的同時，即利用 光學方式檢測該液滴之狀態，不僅浪費時間且非常沒效率。 5這些技術雖能檢測液滴佈放的情形，但只能進行小範圍，例 如單一液滴，之檢測。 10 15 美國專利案號6,587,579揭露另一種液滴檢測方式，每 次取得相鄰複數個液滴的影像，再利用演算貼圖的方式，2 成整個晶片表面的影像，以判斷整體液滴佈放的情形。然 而，利用此-方式所形成之晶片表面影像，需要強大運算: 力之設備，且耗費時間，不利於大量生產之製程。开此 因此，如何提供一種可檢測大量液滴之佈放狀離 費較短時間之高效率檢測方式，已成為—亟f解決 【發明内容】 n本^明之主要目的係在提供—種光學液滴檢m奋η ，、双測方法，俾能快速地對生物晶片^、 行檢測，並即時進行品質控管處理。放之相溶液途 本發明之另一目的係在提一 其檢測方法，俾^^滴檢測系統及 量產成本。皁一間易又有效率之檢測機制，以㈣ 依據本發明之一特色， 用以對佈放有複數价1 予液滴檢測系統，倍 才双剛系統包括··截△备 松冽’光學液滴 载口’係用以承載目標樣品；光源，係用以 20 1240004 k供凴光以照射目擇描 側，以偵測目標樣及光偵測器，係位於載台之一 5 10 15 品係位於光偵測器與光源之間，俾供光偵二：台：目㈣ 射來_目標樣品之複數試劑溶液，以獲得偵：=之& 依據本發明之另—特色，所提出之 ° 係用以對佈放有複滴檢測系統 滴檢測系統包括：心 進行檢測，光學液 以提供亮光;導光板，#:用以承載目標樣品；光源’係用 品；以及光#_\ 接㈣光並將亮純射目標樣 複數試劑ΐ=中=:載台 ’、 载σ之目私樣品係位於光偵測器與導 品之複㈣測器透過導光板之照射來侦測該目標樣 複數试悧洛液，以獲得偵測結果。 檢^m月之另—特色’所提出之光學液滴檢測系統之 Γ ’包括下述㈣：提供佈有複數試船錄之目標樣 乂及以光源、及光偵測器對目標樣品進行同步移動，俾 ㈣目標樣品；其中，目標樣品係位於光摘測器與光源之 間二光源可提供亮光以照射至目標樣品，俾供光谓測器侦測 目軚樣品上的複數試劑溶液，以獲得偵測結果。 人依據本發明之另-特色，所提出之光學液滴檢測系統之 ^測方法，包括下述步驟··提供佈有複數試劑溶液之目標樣 口口，以及以光源、導光板、及光偵測器對目標樣品進行同步 =動，俾掃gg目標樣品；其中，目標樣品係位於光價測器與 V光板之間，導光板可將光源所提供之亮光照射至目標樣 20 1240004 品，俾供光偵測器偵測目標樣品上的複數試劑溶液，以择广 偵測結果。 又付 依據本發明提供之光學液滴檢測系統及其檢測方法，量 測晶片表面剛佈放之液滴之位置、外型、大小、直徑等相關 5資訊，以達到生物晶片生產品質控管之目的。 【實施方式】 有關本發明之第一實施例，敬請參照圖2顯示之系統架 構卞μ圖其係由載台11、光源12、光賴測器13、電腦裝^ 10 14、微陣列晶片15、及導光板16等主要構件所組成，其中， 該微陣列晶片15上係已佈有複數試劑溶液151，且該等試劑 溶液151係利用喷液方式佈放於生物晶片上。 於本實施例中，载台u較佳為一具有透明傳送帶ui之 機台，光源12為連續光源；導光板16可將光源以所產生之連 15續，，轉換為線光源（此⑷响麵似），均句地分佈 至微陣列晶片15之背面，以搭酉&線性料之光⑽器13進行 檢測，光偵測器13為電荷耦合元件（charged c〇upled DeVlce ’ CCD)债測器，較佳者為線性掃猫CCD ( line_scan CCD )。本發明提供之光學液滴檢測系統及其檢測方法，光 20偵測杰13#父佳係為線性光源掃描器，並配合導光板16之運作 以二得連續性之影像，並進行下述之說明。當然，如果光偵 測ϋ 13僅為電荷_合元件彳貞測器，則本實施例即不需使用導 光板16,如此-來可節省系統之成本。 1240004 上述之微陣列晶片1 5係置放於載台1 1之透明傳送帶j ^ ^ 上，且微陣列晶片15係位於光偵測器13與導光板16之間，亦 即光偵測器13在微陣列晶片15上方，以用來擷取微陣列晶片 =表面之該等試劑溶液151的影像；導光板16則在透明傳送 5帶Π1及微陣列晶片15的下方，並將光源12所產生之連續光 源作為一背光光源，使得光偵測器13所擷取之影像較為清 楚。其中，該等試劑溶液151係為生物性分子，而生物性分 子可為养核苷酸、胜肽、或其衍生物。 本發明所採用的背光式光源，當光源透過該液滴時，突 10起之液滴中央具有一透鏡效果，使所擷取之影像呈現中央明 凴、邊際黑暗的效果，以明確液滴之邊界，進而精確獲得液 滴位置、外型、大小、直徑等相關資訊，以判斷各液滴之佈 放情形是否滿足預設之生產條件。 光偵測器13係與電腦裝置14相連接，俾供將其所擷取之 15影像傳送到電腦裝置14，以進行分析處理。電腦裝置μ安裝 有一品質管制（Q〇S)程式以及内建有相關資料庫，以對其 所接收之影像進行分析處理。有關光偵測器13擷取該等試劑 溶液151之影像的說明以及電腦裝置如何分析該等影像之處 理將於下述詳加解說。 20 圖4顯示本發明檢測該生物晶面15之流程圖，有關其說 明敬請一併參照圖2顯示之系統架構圖。首先，將佈放有複 數試劑溶液151之微陣列晶片15置放於載台u之透明傳送帶 m上，其中，所安置之微陣列晶片15的數量並無 驟S201)。 1240004 接著，控制載台11，使得其透明像送帶i丨丨往右移動， 俾供奇光光源及光偵測器13相對地與微陣列晶片丨5同步地 相對移動，以使得光偵測器13掃瞄微陣列晶片15之表面上的 忒4 ”式劑溶液15 1 (步驟S202 )。因此，光偵測器13將一次 5取侍微陣列晶片15表面之該等試劑溶液151的影像，並將其 傳送至電腦裝置14 ’以進行分析處理（步驟S203 )。 、電腦裝置14則依據其内建之資料庫以及利用其分析程 式來對該等偵測影像進行分析。首先，電腦裝置14將比對偵 測影像與一預設之影像（例如：完美之佈放液滴影像），以 1〇判斷忒等佈放之試劑溶液丨5丨是否位於相對應位置上，若試 劑溶液151大於一定數量（例如：2〇個試劑溶液）沒有位於 正確位置，則電腦裝置14顯示出重新佈放訊息或嚴重瑕疵訊 息（步驟S204)，同時，電腦裝置14將統計異常之試劑溶液 151的數量，以作為調整佈放試劑溶液151之機台（圖未示） 15 的參數。 繼而’電腦裝置14再度分析該等佈放之試劑溶液151的 直徑，其係將資料庫中預設之液滴直徑與該等試劑溶液151 的直徑進行比較，以確保佈放試劑溶液機台的佈放品質，若 该等試劑溶液151之直徑小於預設之液滴直徑許多，或其直 20徑大於預設之液滴直徑許多，且其數量超過一定數量（例 如：20個試劑溶液），則電腦裝置14顯示出重新佈放訊息或 嚴重瑕疲訊息（步驟S2〇5)。 乘後電知裝置14分析該等佈放之試劑溶液151於微陣 列曰曰片15之表面的面積，其係將資料庫中預設之液滴面積與 1240004 該專试劑溶液15丨的面積進 ^ ^ ^ α ^ 、 丁 b較以確保佈放試劑溶液機 口的佈放。口質，若該等試劑 蜊，合成之面積小於預設之液滴 面積：夕：或其直徑大於預設之液滴面積許多，且其數量超 5 10 15 20 L t數Γ (例如.20個試劑溶液），則電腦裝置14顯示出 斤佈放訊息或嚴重瑕疲訊息，電腦裝置14亦統計直徑分析 及面積分析之結果，以獲得複數參數來調整佈放機台，俾供 下次佈放時㈣-:欠佈放成功所㈣液滴，且使得該等佈放 之液滴的狀態為最佳’以提升佈放效率（步驟S2⑹。 因此，電腦裝置14藉由其儲存之預設值或内建之資料庫 來比對分析該等試劑溶液151之狀態。由於，該等試劑溶液 151之佈放狀態將會影響該等試劑溶液151中的試劑與微陣 列晶片15之接合’故，藉由本發明之檢測方法，切認該等 試劑溶液151之狀態，繼而，再將微陣列晶片15進行清洗步 驟’以完成生物晶片之製作（步驟S2〇7 )。 有關本發明之第二實施例，敬請參照圖3顯示之系統架 構示意圖，其係由載台11、光源i 2、光偵測器i 3、電腦裝置 14、微陣列晶片15、導光板ι6、及位移裝置17、等主要構件 所組成，位移裝置17係用以移動光偵測器13、移動光源以 及導光板16。其與本發明第一實施例之主要差異乃在於載台 11係為固定式載具，僅用以支撐微陣列晶片丨5，並藉由位移 裝置17之移動，使光偵測器13與光源12及導光板16之相對位 置係為不變，使光偵測器13得以掃瞄微陣列晶片15之表面上 的該等試劑溶液151，並進行後續之處理。由於本發明第二 11 1240004 貫也例之運作與本發明第_實施例之運作相似，且其檢測該 生物晶面15之流程圖亦與圖3之流程圖相似，故不多作說明。 由以上之說明可知’本發明係利用光源及光偵測器所組 、之为光式光學掃瞄架構來檢測微陣列晶片上面的該等試 5劑溶液之狀態，以獲得較佳解析度之液滴影像，《中，其ς 測時機係為批次處理，亦即，試劑溶液佈放完成後，再一次 對至乂個微陣列晶片進行表面觀察，繼而再利用電腦穿置 上所儲存之複數預設值或内建之資料庫進行液滴影像分 2以判斷該等試劑溶液之狀態，並依據其分析結果來進行 -品質管制處理(例如··重新佈放、標記缺陷之處等處理）， 二即時進行品質控管處理，並提供—簡易又有效率之檢 制，以降低量產成本。 ^述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主 張^利範圍自應以巾請專利範圍所述為準，而非僅限於上 【圖式簡單說明】 圖1為習知光學液滴檢測方式之示意圖。 圖2係本發明光學液滴檢測系統的第一實施例之系 20 構示意圖。 統架 圖3係本發明光學液滴檢測系統的第二實施例之系 構示意圖、。 之流程圖 圖4係本發明光學液滴檢測系統_ Μ 12 1240004 【圖號說明】 2 光纖集束 4 入射光 6 光偵測器 8 液滴 11 載台 111 透明傳送帶 12 光源 13 光偵測器 14 電腦裝置 15 微陣列晶片 151 試劑溶液 16 導光板 17 位移裝置

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Claims (1)

1240004 5 ·如申請專利範圍第1項所述 • 一 u 丁，丨〜，丨3叩双况」乐統，复 中，該光偵測器係與一電子裝置相連接，且該電子裝置儲疒 有複數檢測預设值，當該光偵測器輸出該偵測結果至該電 裳置時，該電子裝置透過料檢測預設值判斷料 所呈現之液滴狀態。 /夜 6.如申請專利範圍第5項所述之光學液滴檢測系統，发 中，該等檢測預設值係、為佈放液滴之直徑、佈放液滴之二 或佈放液滴之位置。 W 7. 如申請專利範圍第i項所述之光學液滴檢測系統，盆 10中，該光偵測器係為電荷耦合元件偵測器。 /、 8. 如申請專利範圍第i項所述之光學液滴檢測系統，其 中’該偵測結果輸出至一電子裝置，以顯示該目標樣品： 等試劑溶液影像。 Λ 9·如申請專利範圍第i項所述之光學液滴檢測系統，盆 15中，5玄试劑溶液為生物性分子。 1 〇 ·如申請專利範圍第9項所述之光學液滴檢測系统，其 中該生物性分子為募核普酸、胜肽、或其衍生物。 - 11·種光學液滴檢測系統之檢測方法，包括下述步 驟· 20 提供一佈有複數試劑溶液之目標樣品；以及 以一光源、一導光板、及一光偵測器對該目標樣品進行 相對性同步移動，俾掃瞄該目標樣品；其中， / 5亥目標樣品係位於該光偵測器與該導光板之間，該導光 板係用以接收該亮光並將該亮光轉換為-線光源，並以該線 15 1240004 光源照射該目標樣品，俾供該 —斤 Λ光偵測器偵測該目才亜娓 该等試劑溶液，以獲得一偵測結果。 9 “樣品上的 12.如申請專利範圍第u -於獲得該偵測結果後，進行二、？測方去’其更包括 別與複數檢測預設值進行比較' 以步二結果分 果，繼而依據該至少一分^^ ' 刀析判斷結 ^刀析判断結果對該目標樣σ 對應處理。 孜ϋ口進仃一相 13·如申請專利範圍第 斤认丨 币2貞所述之檢測方法，i中，該 寻祆測預設值係為佈放液滴 W液滴之位置。 直k佈放液滴之面積或佈放 14.如申請專利範圍化項所述之檢測方法，1中，該 等檢測預設值係為佈放液滴之直徑、佈放液滴之面積或怖放 ㈣至少—分㈣斷結果為佈放於該等試劑之 液滴位置錯誤的數量大於一預設值’則將該目標樣品予以註 15 記，以剔除之。 ，其中，該 ，其中，該 ，其中，該 1 5 ·如申明專利範圍第11項所述之檢測方法 光谓測器係為電荷耦合元件偵測器。 16·如申請專利範圍第11項所述之檢測方法 光偵測為係為線性掃瞄電搞合元件偵測器。 '° 17·如申請專利範圍第11項所述之檢測方法 试劑溶液為生物性分子。 18·如申請專利範圍第17項所述之檢測方法，其中該生 物性分子為寡核苷酸、胜肽、或其衍生物。 16 1240004 19· 一種光學液滴檢測系統，係用以對一佈放有複數試 劑溶液之目標樣品進行檢測，該光學液滴檢測I統包括： 一載台，係用以承載該目標樣品； 一線性光源，係用以提供一線光源；以及 一光偵測為，係為線性光源掃描器，位於該載台之一 側，以偵測该目標樣品之該等試劑溶液；其中， 該載台之該目標樣品係位於該線性光源掃描器與該線 性光源之間’該線性光源及該線性光源掃描器於偵測時係對 10 15 20 該目標樣品進行相對性同步移動，俾供該線性光源掃描器透 過該線性光源之照射來制該目標樣品之該等試劑溶液 獲得一偵測結果。 =·如中請專利範圍第19項所述之光學液滴檢測系統， 其中该相對性同步移動係掃瞒該目標 等試劑溶液的區域。 卸上佈放有5亥 统，Γ中如圍第2°項項所述之光學液侧 =性光源掃描器係為線性電料合㈣偵測器。 統，其中°Λδ=ι]範圍第19或21項所述之光學液滴檢測系 光债測器之❹】係與—電子裝置相連接，俾供輸出該 23.如申::專;至该電子裝置，並顯示該偵測結果。 其中圍第Μ項所述之光學液統， 該等試劑溶液影像:i 5玄電子裝置’以顯示該目標樣品之 其中2 請丨專利範㈣1 9項所述之光學液滴檢測系統， 先偵測器係與-電子裝置相連接，且該電子裝置儲 17 !240〇〇4 存有複數檢測預設，當該光偵測器輸出該偵測結果至該電子 裝置時，該電子裝置透過該等檢測預設值判斷該等試劑溶液 所呈現之液滴狀態。 彳 25·如申請專利範圍第24項所述之光學液滴檢測系統， 5其中，該等檢測預設值係為佈放液滴之直徑、佈放液滴之面 積或佈放液滴之位置。 26.如申請專利範圍第丨9項所述之光學液滴檢測系統， 其中’該試劑溶液為生物性分子。 27·如申請專利範圍第19或21項所述之光學液滴檢測系 、、先其中°亥生物性分子為寡核苷酸、胜肽、或其衍生物。 28·如申請專利範圍第19或21項所述之光學液滴檢測系 統，其中該目標樣品為生物晶片。 29. 如申請專利範圍第28項所述之光學液滴檢測系統， 其中該生物晶片為DNA晶片、募核苷酸晶片、聚核苷酸晶 15片、胜肽晶片、或蛋白質晶片。 30. —種光學液滴檢測系統之檢測方法，包括下述步 驟： 提供一佈有複數試劑溶液之目標樣品；以及 一線性光源、及一線性光源掃描器之光偵測器對該目標 2〇樣°口進行相對性同步移動，俾掃瞄該目標樣品；其中， 忒目標樣品係位於該光偵測器與該線性光源之間，該該 線性光源用以一線光源，並以該線光源照射該目標樣品，俾 供該光偵測器偵測該目標樣品上的該等試劑溶液，以獲得一 4貞測結果。 18 1240004 由Π明專利乾屬第30項所述之光學液滴檢測系統， 二：耶田係知目田δ亥目標樣品表面上佈放有該等試劑溶液 的區域。 32.如申請專利範圍第31項所述之檢測方法，其中，該 光偵測益係為線性掃瞄電耦合元件偵測器。 =·如申請專利範㈣3〇或32項所述之光學液滴檢測系 克/、中°亥光偵測态係與-電子裝置相連接’俾供輸出該 光偵測器之偵測結果至該電子裝置，並顯示該偵測結果。 ίο 34.如申凊專利範圍第33項所述之光學液滴檢測系統， 其中’該備測結果輸出至該電子裝置，以顯示該目標樣品之 該等試劑溶液影像。 35·如，申請專利範圍第3〇或32項所述之檢測方法，其更 包括-於獲得該㈣結果後，進行分析步驟，係將該偵測結 果分別與複數檢測預設值進行比較，以獲得至少一分析判 15結果，繼而依據該至少一分析判斷結果對該目標樣品 相對應處理。 订一 36·如申請專利範圍第35項所述之檢測方法，其中，兮 等檢測預設值係為佈放液滴之直徑、佈放液滴之面4 液滴之位置。 、次佈敌 20 37·如申請專利範圍第35項所述之檢測方法，其中，上 等檢測預設值係為佈放液滴之直徑、佈放液滴之面積或佈4 液滴之位置，若該至少一分析判斷結果為佈放於該等試劑敌 液滴位置錯誤的數量大於一預設值，則將該目標樣品予Υ之 記，以剔除之。 注 19 1240004 3 8.如申請專利範圍第30或32項所述之檢測方法，其 中，該試劑溶液為生物性分子。 3 9.如申請專利範圍第38項所述之檢測方法，其中該生 物性分子為寡核苷酸、胜肽、或其衍生物。 5 4 0.如申請專利範圍第3 0或3 2項所述之光學液滴檢測系 統’其中該目標樣品為生物晶片。 4 1 .如申請專利範圍第4 0項所述之光學液滴檢測系 統，其中該生物晶片為DN A晶片、寡核苷酸晶片、聚核苷酸 晶片、胜狀晶片、或蛋白質晶片。 20