TWI487914B - Handheld fluorescent protein spectral sensing system - Google Patents

Description

手持式螢光蛋白光譜感測系統

本發明係有關一種螢光蛋白感測系統，尤其是具可攜性的手持式系統以方便對蛋白質微陣列的檢測。

在生物測試、臨床檢驗、新藥研發以及環境偵測的領域中，需要同時並快速的檢驗眾多的生物檢體或化合物，而通常這些生物檢體或化合物的數量極微、取得不易或價格昂貴，因此研發出微陣列技術(microarray technology)，主要是針對基因的檢測，因此所使用的檢測裝置常稱為基因微陣列晶片、去氧核醣核酸(DNA)微陣列晶片或生物晶片(biochip)。

生物晶片自一九九○年代初期由艾菲量測(Affymetrix)公司完成商品化以來，對生化分析造成了革命性的影響，主要是以微機電技術，將不同序列且已預為標記的DNA片段當作探針，利用數個微小針頭且於機械手臂的控制之下，在基材表面上打點形成陣列，藉以將探針分別植入基材中數以萬計小至微米見方的格子內而形成生物晶片。再藉助具機械手臂的模組以操作微量滴管，將待檢測的DNA片段滴在各個探針上，使待檢測的DNA片段與探針進行雜交配對，利用DNA中各鹼基對間的特定對應關係，藉由顯微鏡成像技術觀察，即可從探針上已知排序的DNA片段推測已成功接合的待測DNA片段的排序。一般顯微鏡成像技術是利用比如螢光綠蛋白質的螢光蛋白或螢光劑當作追蹤顯像劑，因螢光蛋白在紫外光或藍紫光的投射下會發出高強度的螢光，所以可將螢光蛋白植入探針，藉由雷射掃描儀偵測螢光位置以完成DNA的檢測。

由於生物晶片的應用相當成功，許多生物，如稻米、老鼠、人類的基因，其排序已陸續被解碼，業者接著開發蛋白質微陣列(Protein Microarray)技術，或稱蛋白質晶片技術，以應用於蛋白質的檢測，尤其在臨床診斷的應用方面。至於蛋白質晶片，是以蛋白質、抗原或是抗體當作生物探針，固定在晶片上，蛋白質微陣列技術是先將成千上萬種的特定蛋白質(抗原或抗體)，利用點製機(Arrayer)植入並固定在基材的數微米見方的格子中，再滴上待測樣品，使待測樣品中的各種蛋白質與固定在微陣列的特定蛋白質接觸，並利用蛋白質與蛋白質之間一般具有專一性的特點而發生反應。如同DNA微陣列的偵測方法，待測樣品的蛋白質已事先以螢光蛋白或螢光劑標籤以便呈色，接著利用顯微鏡成像技術以完成檢測。

但是蛋白質微陣列的缺點是螢光訊號的偵測必需依靠昂貴的雷射掃描儀以進行判讀，使得一般實驗室或檢驗室不方便進行蛋白質微陣列的檢測，因此需要一種手持式螢光蛋白光譜感測系統，取代笨重又昂貴的雷射掃描儀，藉以解決習用技術中蛋白質微陣列檢測的不方便性，並進而降低檢測操作成本。

本發明之主要目的在提供一種手持式螢光蛋白光譜感測系統，係包括發光源、光學薄膜、螢光感測器、信號轉換器、顯示裝置及機殼，其中機殼包覆發光源、光學薄膜、螢光感測器、信號轉換器及顯示裝置以提供保護功能，發光源產生藍紫光，並投射到蛋白質微陣列的目標試片，目標試片產生特定的螢光，並由光學薄膜進行濾光處理，再由螢光感測器產生電氣信號，信號轉換器將電氣信號轉換成顯示信號，傳送給顯示裝置以顯示出影像。

由於手持式螢光蛋白光譜感測系統具高度整合功能，並具有資料分析能力與即時顯示檢驗結果的特點，且重量體積輕巧可隨身攜帶，藉以改善蛋白質微陣列檢測的方便性，並降低蛋白質微陣列的檢測成本。

以下配合圖式及元件符號對本發明之實施方式做更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。

參閱第一圖，本發明手持式螢光蛋白光譜感測系統的示意圖。如第一圖所示，本發明的手持式螢光蛋白光譜感測系統10包括發光源20、光學薄膜30、螢光感測器40、信號轉換器50、顯示裝置60及機殼70，其中機殼70包覆發光源20、光學薄膜30、螢光感測器40、信號轉換器50及顯示裝置60以提供保護功能，且機殼70具有發光窗口72及收光窗口74。

發光源20可為發光二極體(LED)，比如氮化鋁鎵(AlGaN)藍紫光發光二極體，用以產生藍紫光，並由發光窗口72向外射出，如圖中的光線L1所示，而投射到外部具有待測蛋白質的目標試片80上。

目標試片80可為蛋白質微陣列的形式，一般目標試片80包括複數個目標樣品81、複數個探針82及一基板84，其中基板84上具有複數個方格，並以陣列方式排列，每個探針82係固定在基板84的相對應方格上，而每個目標樣品81在相對應的探針82上。探針82包含有特定的蛋白質、抗原或抗體，同時具有當作追蹤顯影劑，比如會接收藍紫光而產生螢光的螢光蛋白或螢光劑，因此目標試片80可在藍紫光的照射下顯示出螢光。目標樣品81包含有待測的蛋白質，而基板84可為玻璃、矽晶片、金屬、合金或高分子(Polymer)。

目標試片80接收發光源20的藍紫光後由所包含的螢光蛋白或螢光劑產生螢光，如圖中的光線L2所示，經收光窗口74進入手持式螢光蛋白光譜感測系統10內。光學薄膜30具濾光作用，用以濾除螢光以外的光線，產生過濾螢光，而投射到螢光感測器40上，如圖中的光線L3所示，並由螢光感測器40產生電氣信號，信號轉換器50接收螢光感測器40的電氣信號，並轉換成顯示信號而傳送至顯示裝置60，由顯示裝置60顯示出影像，該影像代表目標試片80所顯示的螢光位置或圖案。由於蛋白質之間的作用具有很強的專一性，因此蛋白質微陣列中具有螢光的部分即代表該特定蛋白質會與待測蛋白質產生作用，所以可藉由目標試片80所顯示出的螢光圖案，藉以判讀探針82上所有特定蛋白質與目標試片80中的待測蛋白質之間的關係，達到檢測的目的。

信號轉換器50可進一步包括資料處理功能，用以產生與目標試片80的螢光或螢光圖案相關的資訊，比如個別螢光訊號強度、蛋白質微陣列影像分析，可提供有效的分析數據或結果，並以圖案、圖形、文字或數字的形式顯示於顯示裝置60，讓使用者很容易了解檢測的結果。

螢光感測器40可為一個或多個光偵測二極體，用以感測生物蛋白的螢光。顯示裝置60可為液晶顯示器、有機光發電顯示器、電漿顯示器、發光二極體顯示器、電子紙顯示器或陰極管顯示器。

手持式螢光蛋白光譜感測系統10可具有內建電源，比如一次電池或二次電池，以提高攜帶性與移動性，或可直接利用外部市電供電，比如110V交流電，以減輕整體重量與成本。

本發明的手持式螢光蛋白光譜感測系統10可包括試片承載槽(圖中未顯示)，用以承載目標試片，進一步提高使用方便性。

本發明的特點在於，本發明的手持式螢光蛋白光譜感測系統具有高度的功能整合而且體積輕巧，機殼尺寸可約為2.5cm×8cm×12cm，能讓使用者隨身攜帶，隨時對目標試片進行螢光檢測，同時可在顯示裝置上即時看到螢光圖案、統計資料、數據分析結果或檢驗結果，因此非常適合在一般的實室或檢驗室中使用，以進行螢光蛋白光譜的感測操作，大幅改善使用的方便性。

以上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖據以對本發明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之發明精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。

10．．．手持式螢光蛋白光譜感測系統

20．．．發光源

30．．．光學薄膜

40．．．螢光感測器

50．．．信號轉換器

60．．．顯示裝置

70．．．機殼

72．．．發光窗口

74．．．收光窗口

80．．．目標試片

81．．．目標樣品

82．．．探針

84．．．基板

L1．．．光線

L2．．．光線

L3．．．光線

第一圖為本發明手持式螢光蛋白光譜感測系統的示意圖。

10．．．手持式螢光蛋白光譜感測系統

20．．．發光源

30．．．光學薄膜

40．．．螢光感測器

50．．．信號轉換器

60．．．顯示裝置

70．．．機殼

72．．．發光窗口

74．．．收光窗口

80．．．目標試片

81．．．目標樣品

82．．．探針

84．．．基板

L1．．．光線

L2．．．光線

L3．．．光線

Claims (8)

1. 一種手持式螢光蛋白光譜感測系統，係一手持式裝置，用以感測一目標試片所包含的螢光蛋白的光譜，且該螢光蛋白在接收藍紫光時會產生螢光，該手持式螢光蛋白光譜感測系統包括：一發光源，產生該藍紫光；一光學薄膜，具濾光作用，用以濾除該螢光以外的光線，產生過濾螢光；一螢光感測器，接收該過濾螢光並產生電氣信號，；一信號轉換器，將螢光感測器的電氣信號轉換成顯示信號；一顯示裝置，接收信號轉換器的顯示信號以顯示出影像；以及一機殼，係包覆發光源、光學薄膜、螢光感測器、信號轉換器及顯示裝置，提供保護功能，且具有一發光窗口及一收光窗口；其中該發光源的藍紫光經該機殼的發光窗口投射到該目標試片，該目標試片所產生的螢光經該機殼的收光窗口而投射到該光學薄膜上，其中該信號轉換器進一步包括資料處理功能，用以產生與該目標試片的螢光相關的資訊，該資訊包括個別螢光訊號強度、蛋白質微陣列影像分析或有效的分析數據或結果，並由該顯示裝置以圖案、圖形、文字或數字的形式顯示。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之手持式螢光蛋白光譜感測系統，其中該目標試片為一蛋白質微陣列的形式，係包括複數個目標樣品、複數個探針及一基板，該基板具有複數個方格，並以陣列方式排列，每個探針係固定在基板的相對應方格上，每個目標樣品在相對應的探針上，探針包含有特定的蛋白質、抗原或抗體，同時探針具有追 蹤顯影劑，該追蹤顯影劑包括會接收藍紫光而產生螢光的螢光蛋白或螢光劑，目標樣品包含有待測的蛋白質。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之手持式螢光蛋白光譜感測系統，其中該基板為玻璃、矽晶片、金屬、合金或高分子。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之手持式螢光蛋白光譜感測系統，其中該發光源為一發光二極體。
5. 依據申請專利範圍第4項所述之手持式螢光蛋白光譜感測系統，其中該發光二極體為氮化鋁鎵藍紫光發光二極體。
6. 依據申請專利範圍第1項所述之手持式螢光蛋白光譜感測系統，其中該螢光感測器為一個或多個光偵測二極體。
7. 依據申請專利範圍第1項所述之手持式螢光蛋白光譜感測系統，進一步包括一內建電源，該內建電源為一次電池或二次電池。
8. 依據申請專利範圍第1項所述之手持式螢光蛋白光譜感測系統，進一步包括一試片承載槽，用以承載目標試片。