基因晶片檢測裝置的製作方法
2023-06-04 03:09:31 1
專利名稱：基因晶片檢測裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種DNA(基因)晶片(Gene chip)的檢測裝置，特別是一種基於體視顯微鏡(解剖顯微鏡)和冷卻電荷耦合器件構成的可一次對DNA晶片成象檢測的裝置。
自從20世紀90年代中期，美國Affymatrix公司發明了人工合成小片段DNA晶片以來，特別是隨著使用計算機參與合成高密度的寡聚核苷酸(Oligonucleotide)陣列(小片段DNA，或稱DNA探針)以及基因物理圖譜資料庫的建立，基因晶片有了很大的發展，據稱已達到40萬種陣列晶片，而且從小片段DNA晶片，(晶片中每一組成單元DNA探針所含的核苷酸對小於20個)的製作已發展到大片段DNA晶片的製作(將含有10-200K核苷酸對的天然片段DNA固化在一基底上)(參見中國專利申請號98110965.9，申請日980717)，但目前所使用的基因晶片檢測裝置，其主要是掃描共聚焦顯微鏡(Confocal Microscope)，如
圖1所示，其包括激發光部件和螢光信號收集成象部件，其中雷射光源11、分光鏡12和物鏡13以光路聯結成激發光部件，光源11發射之雷射束入射至分光鏡12後經物鏡13而垂直入射至基因晶片之襯底14，進行逐點照射(掃描)；而物鏡13、分光鏡12、反射鏡15、濾色片16、探測器鏡頭17、共聚焦小孔18和探測器19則依次以光路聯結構成信號收集成象部件。激發光部件對DNA晶片的掃描而激發產生的反射螢光經物鏡13後形成信號光束經分光鏡12入射至反射鏡15形成反射至濾色片16濾色後形成單色光，再經探測器鏡頭17聚焦至共聚焦小孔18濾除噪聲，提高信噪比，以聚焦後的激發光斑逐點掃描成象，或以襯底作掃描。從本質上看，它仍然是一種串行的處理方式。從正反兩方面的情況來看，它的優勢體現在1、較高的信噪比，這主要得益於共聚焦的機制；2、技術比較成熟。
當然，也有一些劣勢，體現在1、價格昂貴，一套完整的共聚焦顯微鏡需要12萬美元(約100萬人民幣)，實現真正的市場化還存在一定的困難；2、串行掃描方式使得獲取一片DNA晶片的數據需要幾十分鐘甚至數小時；3、使用的波段受到限制，一般只能作兩個波段，如果要增加幾個波段，則需增加雷射器的濾色片，成本將進一步上升，所以，做成商品的共聚焦顯微鏡對螢光探針的普適性受到限制。
4、特別由於檢測速度慢(逐步掃描方式)，已不適應對大片段DNA晶片的檢測。
本實用新型的目的是克服已有技術的缺點，提供一種測試方便、快速，價格較低的基因晶片檢測裝置。
本實用新型是這樣實現，其包括對晶片襯底射入光束的激發光部件和對該襯底受激產生的螢光信號的收集、成象的螢光信號收集、成象部件，該射入光束覆蓋整個基因晶片，其特點是該螢光信號收集成象部件含有自晶片襯底依次以光路連接的物鏡、濾色片、CCD(電荷耦合器件)晶片接口和冷卻CCD晶片構成的垂直於襯底的螢光信號收集和成象光路以及後接該CCD晶片依次以電路聯結的接口板和計算機。
進一步，上述的本實用新型中的激發光部件包括依次以光路連接的光源、聚光鏡、濾色片組合體，構成的平行於該晶片襯底的平行光路，以及由該濾色片組合體和一物鏡依次以光路連接成垂直於該晶片襯底的垂直入射光路，而且該螢光收集成象部件中的濾色片被組合在該濾色片組合體中，而該物鏡則與該垂直入射光路中的物鏡共用。
在本實用新型中，要求激發光束對基因晶片的襯底要形成大約1.5釐米直徑的光斑照明，因此，要求光源至少要採用100瓦的汞燈，為了提高照明度，該光源也可採用500瓦的氙燈；特別要指出的是，為了使光路組合更合理，對激發光路的濾色片和發射光路中的濾色片將它們製造成組合結構體，這樣可共同使用同一物鏡，即上述的濾色片組合體，其包括激發光濾色片，二向反射鏡和發射光濾色片；基於同一構思方案，本實用新型中激發光部件由一脈衝染料雷射器構成，入射雷射束與基因晶片襯底表面的夾角α為0°＜α＜90°；該雷射器的雷射閃焦直徑為12毫米；該夾角α為30°；而且，所說的雷射器是雷射波長可調節的脈衝染料雷射器，它的脈衝寬度為20納秒，脈衝頻率為1脈衝/毫秒。
從上述的本實用新型的結構中可看出，其主體是使用體視顯微鏡(或稱解剖顯微鏡)，並對其作了改進，和使用冷卻CCD晶片與計算機而構成完整的基因晶片檢測裝置。
本實用新型與已有技術相比，具有如下的積極進步效果1、與傳統的體視顯微鏡(即解剖顯微鏡)相配套，操作簡便，有利於市場化，尤其對DNA晶片技術在醫院的應用打下良好的基礎；2、採用冷卻CCD成象，成象一次完成，屬並行處理，比掃描方式迅速，成象時間從1秒-1000秒；3、對每一種螢光探針，只需設計相應的濾色片，通過滑杆(SLIDE)的滑動，即可實現多種顏色的測量；4、空間分辨可以達到20μ，靈敏度可達106-107螢光分子數/單元，在廣泛採用的微陣列(MICROARRAY)實驗中其螢光分子數量級和此數量級相仿，可以滿足互補脫氧核糖核苷酸(cDNA Microarray)的探測工作要求；5、該系統的總造價25萬元，如果採用專用設備設計，成本可以進一步降低，期望達到10萬元左右，應該說在價格上具有相當的競爭力；本實用新型的附圖簡單說明如下圖1是現有的基因晶片檢測儀的結構示意圖，它是掃描共聚焦顯微鏡(Confocal Microscope)。
圖2是本實用新型的結構示意圖。
圖3是本實用新型中的濾色片組合體的結構示意圖。
圖4是本實用新型的另一實施例結構示意圖。
圖中標號說明11-雷射源12-分光鏡13-物鏡 14-基因晶片襯底15-反射鏡16-濾色片17-探測器鏡頭18-共聚焦小孔19-探測器21、21』-光源22-聚光鏡23-濾色片組合體231-激發光濾色片 232-二向反射鏡233-發射光濾色片 234-濾色片24-物鏡 25-基因晶片襯底26-CCD晶片接口 27-冷卻CCD晶片28-接口板29-計算機20-外觸發信號下面根據圖2、圖3和圖4分別給出本實用新型二個較好實施例。
實施例1如圖2和圖3所示，本實施例中，對受檢測的基因晶片25之襯底射入光束的激發光部件包括依次以光路連接的光源21、聚光鏡22、濾色片組合體23、物鏡24，它們組成螢光激發光路模塊，其中光源21為100瓦汞燈或500瓦氙燈，其射出的光線，經聚光鏡22形成平行於基因晶片襯底25的光束，其入射至濾色片組合體23被濾光後的反射光(螢光激發光)經物鏡24垂直射入基因晶片形成約1.5釐米直徑的光斑照明，使襯底25激發出螢光，所產生的螢光經螢光信號收集成象部件後給出對該基因晶片的檢測結果。本實施例中，螢光信號收集成象部件包括自基因晶片依次排列的物鏡24、濾色片組合體23、CCD晶片接口26和冷卻CCD晶片27構成的垂直於基因晶片襯底25的螢光收集成象光路，以及後接於該CCD片27的接口板28、計算機29。其中物鏡24、濾色片組合體23組成螢光信號選擇模塊，CCD晶片接口26和冷卻CCD晶片27組成信號收集和成象模塊，接口板28和計算機29組成控制模塊，接口板28還有外觸發信號20輸入埠，還要指出的濾色片組合體，包含激發光濾色片231、發射光濾色片233和二向反射鏡232。
計算機為聯想PⅡ350型本實施例中，採用奧林巴斯(OLYMPUS)體視顯微鏡SZXIZ型，保留其聚光鏡22、物鏡24，而濾色片組合體23則按檢測之DNA螢光探針的激發光波長及反射出來的螢光波長要求，自行設計訂做，冷卻CCD晶片27採用德國PCO公司Sensicam 375XL之0級晶片，而CCD晶片接口26和接口板28則是與CCD晶片27相配套的部件。
實施例2如圖4所示，本實施例與實施例1之區別是(1)激發光部件僅由一脈衝染料雷射器(光源21』)構成，散焦光束以30°角射入激發襯底25之樣品，雷射波長可調節，脈衝寬度為20納秒，脈衝頻率為1脈衝/毫秒，這樣由於雷射光源在絕大多數時間中是「黑暗」，而且激發光在襯底表面發射時，螢光是各向同性的，因此能進一步降低光源信號的影響，從而提高信噪比；(2)在螢光收集光路中，直接採用濾色片234，以之取代實施例1中的濾色片組合體23。
權利要求1.一種基因晶片檢測裝置，包括對晶片襯底入射光束的激發光部件和對該襯底受激產生的螢光信號的收集、成象部件，該射入光束覆蓋整個基因晶片，其特徵在於該螢光信號收集成象部件含有自晶片襯底依次以光路連接的物鏡、濾色片、CCD晶片接口和冷卻CCD晶片構成的垂直於襯底的螢光信號收集和成象光路以及後接該CCD晶片依次以電路聯結的接口板和計算機。
2.根據權利要求1所述的基因晶片檢測裝置，其特徵在於該激發光部件包括依次以光路連接的光源、聚光鏡和濾色片組合體構成的平行於該晶片襯底的平行光路，以及由該濾色片組合體和一物鏡依次以光路連接構成的垂直於該基片襯底的垂直入射光路，而且該螢光收集成象部件中的濾色片被組合在該濾色片組合體中，而該平行光路中的物鏡則與該垂直入射光路中的物鏡共用。
3.根據權利要求2所述的基因晶片檢測裝置，其特徵在於所說的激發光部件中的光源係為100瓦的汞燈或500瓦的氙燈。
4.根據權利要求2所述的基因晶片檢測裝置，其特徵在於所說的濾色片組合體系包括激發光濾色片、二向反射鏡和發射光濾色片。
5.根據權利要求1所述的基因晶片檢測裝置，其特徵在於所說的激發光部件為一脈衝染料雷射器，入射雷射束與基因晶片襯底表面的夾角α為0°＜α＜90°。
6.根據權利要求5所述的基因晶片檢測裝置，其特徵在於該雷射器的雷射閃焦直徑為12毫米。
7.根據權利要求5或6所述的基因晶片檢測裝置，其特徵在於該夾角α為30°。
8.根據權利要求5所述的基因晶片檢測裝置，其特徵在於所說的雷射器是雷射波長可調節的脈衝染料雷射器。
9.根據權利要求5或8所述的基因晶片檢測裝置，其特徵在於所說脈衝染料雷射器的脈衝寬度為20納秒，脈衝頻率為1脈衝/毫秒。
專利摘要一種基因晶片檢測裝置,包括激發光部件和螢光信號收集、成象部件,該射入光束覆蓋整個基因晶片,其特徵在於:該螢光信號收集成象部件含有自晶片襯底依次以光路連接的物鏡、濾色片、CCD晶片接口和冷卻CCD晶片構成垂直於襯底的螢光信號收集和成象光路以及後接該CCD晶片依次以電路聯結的接口板和計算機。本實用新型由於可一次成象完成對晶片的檢測,因此,具有明顯的技術進步。
文檔編號G01N21/64GK2433618SQ99240088
公開日2001年6月6日 申請日期1999年10月29日 優先權日1999年10月29日
發明者熊啟華, 李賓, 李民乾 申請人:中國科學院上海原子核研究所