基因芯片共焦扫描仪制造技术

本发明专利技术涉及一种基因芯片共焦扫描仪，包括激光激发单元、探测单元、扫描单元、信号处理与数据转换单元和计算机处理单元。激光激发单元与探测单元的光轴相交，扫描单元位于激光激发单元的下方，可沿Ｘ、Ｙ方向移动，计算机处理单元一方面通过信号处理与数据转换单元和探测单元相连，对其输出的信号进行处理，另一方面与扫描单元相连，控制其移动。本发明专利技术的基准光学系统保持静止不动，满足共焦原理，同时可供人眼观察。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种光学扫描仪，特别是一种基因芯片共焦扫描仪。目前最常用的基因扫描仪是美国AFFYMETRIX公司生产的。这种产品存在如下两个问题1、做为整个扫描仪基础的光学系统尤其是聚焦显微镜应当是静止不动的。而该公司基因芯片扫描仪的光学系统却绕一个光轴来回摆动，从而激光点也高速来回摆动以实现扫描。这样就使基准光学系统来回不停的冲击震动，容易造成光学元件松动和失调。2、人眼无法观察基因芯片。本专利技术的目的就是为人们提供一种扫描时光学系统静止不动的基因芯片扫描仪。本专利技术的目的还在于为人们提供一种扫描时光学系统静止不动同时人眼可观察的基因扫描仪。本专利技术由激光激发单元、探测单元、扫描单元、信号处理与数据转换单元和计算机处理单元几大部分构成。激光激发单元与探测单元的光轴相交，扫描单元位于激光激发单元的下方，可在水平面上沿X、Y方向移动，计算机处理单元一方面通过信号处理与数据转换单元与探测单元相连，对其输出的信号进行处理，另一方面与扫描单元相连，控制其移动。激光激发单元由激光器及依次设置在同一光轴上的前反射镜、聚焦透镜、小孔光栏、准直物镜、反射镜及显微物镜构成。探测单元由在同一光轴上依次设置的滤波片、会聚透镜、小孔光栏及探测器构成。扫描单元由工作台和相互垂直的X方向扫描移动单元和Y方向移动单元及微位移器构成；工作台固定在X方向扫描移动单元上，而X方向扫描移动单元则固定在Y方向移动单元上。微位移器与工作台活动连接，其动作由计算机处理单元控制。为了实现第二专利技术目的，即观察被扫描的基因芯片，本专利技术还可增加一个观察单元，该观察单元的部分光轴与探测单元及激光激发单元的光轴重合。本专利技术的基准光学系统保持静止不动，满足共焦原理，同时可供人眼观察。下面结合附图对本专利技术作进一步说明。附图说明图1为本专利技术的光路及结构示意图。图2为本专利技术工作台的结构示意图。图3为本专利技术的Y方向扫描移动单元的结构示意图。图4为本专利技术的X方向扫描移动单元的结构示意图。图5为本专利技术的计算机处理单元的处理流程示意图。如图1所示，本专利技术由激光激发单元、探测单元、观察单元、扫描单元、信号处理与数据转换单元及计算机处理单元几大部分构成。激光激发单元由两个激光器1及依次设置在同一光轴上的前反射镜3、聚焦透镜4、小孔光栏5、准直物镜6、反射镜7及显微物镜8构成。激光器1可如图1所示其中的一个，或多个具有不同波长的激光器，无论哪种情况，激光器1均通过前反射镜3耦合到激光激发单元的光路。探测单元由在同一光轴上依次设置的滤波片11、会聚透镜12、小孔光栏15及探测器16构成。扫描单元由工作台2和相互垂直的X方向扫描移动单元26和Y方向移动单元27及微位移器20构成。工作台2由载物台10、框架17、导轨18和19构成，框架17两侧分别通过导轨18和19与载物台10联结，可沿两导轨来回移动；微位移器20固定在载物台10上，与框架17通过铰链或其它方式活动连接，其动作受计算机处理单元21控制，可在其控制下在Y方向来回快速做数百微米的精密位移。X和Y方向扫描移动单元均由受计算机处理单元21控制的步进电机22、导轨23、丝杠24、滑块25及固定板31构成。步进电机22与丝杆24相连，导轨23与丝杠24平行设置，滑块25可在丝杠24的带动下沿导轨23移动。X方向扫描移动单元通过其固定板与Y方向扫描移动单元的滑块25连为一体，同时X方向扫描移动单元又通过其滑块25与工作台的载物台10相连。在计算机21控制下，X、Y方向的扫描移动单元的步进电机22作精密步距角的移动，带动丝杆24转动，使滑块25沿导轨23作精密移动，从而带动工作台2在X、Y两个方向做大范围运动。观察单元的部分光轴与探测单元及激光激发单元的光轴重合，由光源29、透镜30、转折棱镜13及目镜14构成。光源29及透镜30位于载物台10的下方，需要观察时，转折棱镜13可移到探测单元的会聚透镜12和小孔光栏15之间。激光激发单元的小孔光栏5和探测单元的小孔光栏15共焦。下面结合实施例对本专利技术的工作原理说明如下工作时，被扫描的基因芯片放置在固定于载物台10上的载玻璃9上。波长分别为650nm功率30mW和波长532nm功率50mW的两个激光器1作为本专利技术的两种光源，供使用者选用其一。其中的一个激光器1发出激光，经前反射镜3被焦距为50mm的聚焦透镜4会聚进入孔径为数百微米左右的小孔光兰5，被焦距为180mm的准直物镜6准直为平行光，再经反射镜7反射后由数值孔径为0.65显微物镜8会聚到基因芯片9上，激发出荧光。显微物镜8把荧光准直，再穿过反射镜7和滤波片11，被焦距为180mm的会聚透镜12聚焦到孔径为数百微米左右的小孔光兰15。此时，小孔光兰5，基因芯片上的被探测点和小孔光兰15三点共焦情况下的荧光信号被高灵敏度光电倍增管即探测器16探测到并被转换成电流，经信号处理与数据转换单元28放大、滤波及数据转换后送入计算机处理单元21存贮。信号处理与数据转移单元采用现有技术即可，在此不作赘述。计算机处理单元的处理流程如图5所示，由有关软件完成。反射镜7和滤波片11构成一个滤波器组合。当选取不同的激光器1时，此滤波器组合要与选用的激光器相匹配。计算机处理单元21控制步距角为0.9°、脉冲频率约为1000Hz的步进电机22带动螺距为4mm的滚珠丝杆24转动。因此X、Y的方向移动扫描便可实现，其分辨率可达1.25μm。同时，计算机处理单元21控制微位移器20作精密位移扫描。此时微位移器的行程为数百微米左右，位移分辨率可达纳米(nm)级，振动频辨率可达250Hz以上。在X、Y方向扫描移动单元和微位移器的共同作用下，本专利技术可实现基因芯片的全场扫描。例如，当微位移器20的行程设定为100μm，X方向扫描移动单元步进电机的扫描行程设定为12.8mm，便实现了0.1mm×12.8mm范围的基因芯片扫描。紧接着Y方向扫描移动单元步进电机拖动的扫描前进0.1mm，便开始下一个0.1mm×12.8mm的扫描。如此往复不断，便可实现基因芯片全场快速而精密的扫描，从而获得基因芯片全场荧光图像。权利要求1.一种基因芯片共焦扫描仪，包括激光激发单元、探测单元、扫描单元、信号处理与数据转换单元和计算机处理单元，其特征在于激光激发单元与探测单元的光轴相交，扫描单元位于激光激发单元的下方，可在水平面上沿X、Y方向移动，计算机处理单元(21)一方面通过信号处理与数据转换单元(28)和探测单元相连，对其输出的信号进行处理，另一方面与扫描单元相连，控制其移动。2.一种基因芯片共焦扫描仪，包括激光激发单元、探测单元、观察单元、扫描单元、信号处理与数据转换单元和计算机处理单元，其特征在于激光激发单元与探测单元的光轴相交，观察单元的部分光轴与探测单元及激光激发单元的光轴重合，扫描单元位于激光激发单元的下方，可在水平面上沿X、Y方向移动，计算机处理单元(21)一方面通过信号处理与数据转换单元(28)和探测单元相连，对其输出的信号进行处理，另一方面与扫描单元相连，控制其移动。3.如权利要求1或2所述的基因芯片共焦扫描仪，其特征在于激光激发单元由激光器1及依次设置在同一光轴上的前反射镜3、聚焦透镜4、小孔光栏5、准直物镜6、反射镜7及显微物镜8构成。4.如权利要求3所述的基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基因芯片共焦扫描仪，包括激光激发单元、探测单元、扫描单元、信号处理与数据转换单元和计算机处理单元，其特征在于激光激发单元与探测单元的光轴相交，扫描单元位于激光激发单元的下方，可在水平面上沿Ｘ、Ｙ方向移动，计算机处理单元（２１）一方面通过信号处理与数据转换单元（２８）和探测单元相连，对其输出的信号进行处理，另一方面与扫描单元相连，控制其移动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：陶纯堪，高万荣，卞松玲，杨晓春，黄琳，胡茂海，
申请(专利权)人：北京清大德人显微数字技术有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]