專利名稱：熒光成像掃描儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種兼有熒光成像功能的掃描儀，該掃描儀不僅能掃描普通的文稿，而且能實現熒光成像。該實用新型可用于分子生物學、醫藥等領域的生化分析，特別是熒光檢測分析，如電泳凝膠中具有熒光標記的蛋白質、DNA、RNA，薄層色譜TLC板的上的有機小分子的檢測。
背景技術：
電泳是分子生物學領域用于分離蛋白、DNA、RNA等生物大分子最有效的方法之一，分離的結果是使各種大分子在凝膠中呈條帶狀分布，這些條帶經染色后可直接觀察或在特定光的照射檢測其熒光。薄層色譜法(TLC)是檢測有機小分子最有效的方法之一，廣泛應用于藥品成分分析，它同樣是先用TLC板將各小分子分離，然后進行顯色并檢測，其中用紫外照射產生可見熒光是最常用的顯色方法。在生物和化學技術領域，還有多種對膜或平板可見物質或熒光物質的檢測。實現這些檢測的一種方法就是成像分析，即用光成像設備獲得觀察對象的影像，然后對其顏色、強度等進行分析。
隨著數碼技術的發展，數碼相機被集成到各種成像設備中，如目前市場上主流的TLC板檢測儀和電泳凝膠成像系統。這類系統通常為一個箱體，箱體內有白光或熒光激發光源，在箱體的頂部裝一臺數碼相機，用于拍攝平放在箱體底部的TLC板或凝膠。由于相機需要一定的對焦距離，設備高度通常在0.5米左右，因此體積較大。數碼技術的另一類產品文稿掃描儀實際上也是一種成像系統，由于采用了微鏡頭陣列，大大降低了對焦距離，因此可用于開發小型的便攜成像系統。
由于普通文稿掃描儀是市場上非常成熟的產品，本文在此只簡單說明其工作原理用均勻的線狀白色光源掃描稿件，將反射光(掃描反射稿，如圖片)或透射光(掃描透射稿，如照相底片)經一組反射/透射鏡成像到光電轉換系統(市場出現的系統包括光電耦合器CCD，接觸式圖像傳感器CIS或LIDE，光電倍增管PMT等)，再將電信號通過模擬/數字轉換器轉化為數字信號傳輸到計算機中，最后通過軟件實現圖像顯示。市場上的文稿掃描儀以平臺反射式最為常見，圖1為其結構示意圖，當移動組件3(它包括光學成像系統、光電轉換系統、模/數轉換器、電控系統的一部分以及一些機械構件)在殼體1中的平移滑桿2上移動時，移動組件上的白色線光源4掃過文稿平面，其反射光被光學成像系統5轉換成電信號，該信號經數字轉換后用于計算機信息處理和圖像顯示。
利用普通文稿掃描儀主要用于可見物質的掃描成像，盡管用它可對那些在可見光(如635nm可見光)照射下能發出熒光的物質進行掃描，但由于光源中還含有其他大量的雜光，干擾嚴重，無法實用。
在生物或化學分析中，用于激發熒光的光源更多采用紫外光(如254、306、312、365nm的紫外光)，甚至激光。因此將普通文稿掃描儀的白色光源換成特定波長的光源，就能實現熒光掃描。專利CN00125286.0描述的用于檢測防偽標記的“紫外掃描儀”正是采用這種方法。用這種紫外掃描儀只能獲得含有熒光物質區域的圖像，而無法顯示其他區域非熒光的文字、記號和圖案等。如在進行TLC分析時，分析人員通常用鉛筆在TLC板上標注樣品名稱、編號、濃度、點樣位置等信息。目前市場上的成像系統一般在熒光成像后用軟件將這些信息加注到圖像上，但是這種做法違背了記錄原始性的原則，容易產生標注錯誤。至于點樣位置，它是確定樣品中不同成分遷移距離的起點，是鑒別各種成分的關鍵參數。這些非熒光信息不能用上述的紫外掃描儀獲得。
再者，反射式普通文稿掃描儀采用線性光源掃描，為在短時間內完成大面積掃描，光源移動很快，即光源在掃描對象上的停留時間很短。在生化分析中，有時需要延長激發光照時間以獲得更清晰的圖像，而目前的掃描儀很難實現。
基于以上存在的問題，本文提出一種實用的兼有熒光成像功能的掃描儀。
發明內容
本實用新型所述掃描儀包括兩個部分(1)普通文稿掃描系統白色光源(第一光源)、光學成像系統、光電轉換系統、信息處理系統和移動機械構件等；(2)第二光源。掃描儀的第一部分用于完成整個對象的輪廓以及其中的非熒光標識的掃描成像，第二光源用于激活掃描對象上的熒光物質，獲得熒光后，利用第一部分(白色光源除外)獲得熒光物質的圖像。
為了增大第二光源光照時間的調節范圍，第二光源為面光源。面光源是相對于線光源而定義的，本文指在掃描對象上形成2mm以上照射寬度的光源。第二光源激發熒光的工作方式有兩種靜止激發和掃描激發。
采用靜止激發方式時，第二光源獨立于普通文稿掃描系統，具有獨立的電源開關或時間控制電路。該光源可覆蓋整個掃描對象區域，照射一定時間后，啟動普通文稿掃描系統(第一光源保持關閉狀態)對熒光進行成像掃描。采用這種激發方式，照射時間可無限制調節。
采用掃描激發方式時，第二光源可與光學成像系統相對于掃描對象同步移動，在整個光平面掃完一條線的同時，該線上發出的熒光由光學成像系統捕獲，實現成像。如上所述，光照時間隨面光源的寬度增加而增加，再結合掃描移動速度，光照激發時間可達到數分鐘。
實際操作過程中，獲得完整的圖像信息至少要進行兩次掃描，第一次啟動第一光源獲得對象輪廓和非熒光標識圖像，第二次利用第二光源照射激發獲得可見熒光并成像，然后將兩次掃描的結果合并，得到完整的對象信息。
由于熒光強度較激發光弱得多，為了獲得較佳的成像效果，應對以下三個因素進行控制。首先，激發光源的波譜應控制在較窄的范圍，即減少雜光的干擾。第二，掃描對象和光學成像系統應處于避光的黑箱中，以減少環境光源的干擾。第三，盡量減少進入光學成像系統的第二光源的反射或透射光。
第二光源可以是單波長光源，也可以是多個光源的組合，即可同時提供多種激發光源。在設計時，第二光源還可采用獨立模塊或單元，以便更換不同波長光源。第二光源也可附有獨立的電源開關或時間控制器。
由于普通平板掃描儀使用白色光源，載物臺一般為普通玻璃，這種玻璃對紫外光吸收較大，紫外光的透射率低。為了節省能源，獲得更佳的掃描效果，可將普通玻璃換成對紫外和可見光透射具佳的材料(如石英玻璃)；或者去掉用于支撐掃描對象的普通玻璃，而改用支架，同時在第一光源和光學成像上面增加透可見光的玻璃罩或塑料膜，以防止灰塵進入。
本發明的目的是提供一種兼有熒光成像功能的掃描儀，它不僅可獲得熒光物質(或標記)的圖像，而且可以掃描成像普通的非熒光標識，并將兩者合并成完整的圖像。
本發明的另一目的是提供一種熒光激活時間可在數秒到數分鐘大范圍進行調節的掃描成像系統。
圖1為平臺式普通文稿掃描儀的示意圖圖2為本發明的一實施例(靜止激發方式)示意圖圖3為本發明的一實施例(靜止激發方式)的側視示意圖圖4為本發明的一實施例(掃描激發方式)示意圖圖中1為殼體，2為滑桿，3為移動組件，4為第一光源，5為光學成像系統，6為第二光源，7為載物臺。
具體實施方式
圖2顯示的實施例示意圖是一采用靜止激發方式的掃描儀，圖3為其側視圖，它是在普通文稿掃描儀的基礎上改進的，其主要特點是增加了一個第二光源6，在本實施例中為254nm紫外光。以下就以TLC板的成像過程說明熒光掃描儀的操作過程。將TLC板置于載物臺7上，工作面朝下。開啟第一光源4進行第一次掃描，獲得TLC板的輪廓圖像及其上面的可見記號(如點樣位置、樣品名稱、編號等)。掃描結束后，關閉白色光源4，啟動第二光源6，使該光源照射整個TLC板；同時通過計算機軟件觀察用白光掃描獲得的TLC板輪廓圖，從圖上獲得樣品的點樣位置以及流動相遷移前沿線，選定點樣位置和遷移前沿之間的區域，此區域即為有熒光物質的工作區域。在第二光源按要求照射一段時間(數秒到數分鐘)后，進行第二次掃描，此次掃描的區域為第一次掃描后選定的工作區域。在進行第二次掃描時白色光源保持關閉狀態，因此只顯示熒光物質圖像。最后用第二次掃描獲得的信息替換第一次掃描的同一區域信息，其他區域保留，則得到完整的TLC板圖像，該圖像上顯示了原始的樣品名稱、編號等信息。
本實施例中，第二光源6采用傾斜放置，且與白色光源平行，其目的主要是減少掃描儀殼體的體積。在第二次掃描中，激發光照射的最邊緣線(圖3中虛線箭頭所指)區域發出的熒光被光學成像系統捕獲，隨移動組件3的移動，整個被照射區域可實現熒光成像。如需得到熒光物質相對濃度信息，除需保證激發光是均勻一致的，而且TLC板在載物臺上應呈平板狀態，因此最好用平整的蓋板將TLC板壓在載物臺上。
由于第二光源置于殼體周邊位置，因此本實施例的一個優點是容易更換第二光源，以滿足不同的需求。
圖4為另一實施例的掃描儀示意圖，圖中箭頭為掃描移動方向。與普通掃描儀相比，它增加了第二光源6，同時白光源被放置在光學成像系統的下游。實際操作時，先啟動第一光源4掃描，此時第二光源6關閉，獲得對象的輪廓和非熒光標識；結束后可選擇熒光標識區域；然后啟動第二光源掃描(此時第一光源關閉)，如圖所示，第二光源在光學成像系統的上游，在第二光源掃描熒光標記激發出熒光后，緊隨其后的光學成像系統5捕獲照射區最邊緣線性區域的熒光實現成像。圖中移動組件3可在殼體1中的滑桿2上滑動，實現掃描。
該實施例中，掃描激發方式掃描儀的光源寬度可調節，調節范圍從毫米級到數厘米。一種簡單的實現方式是將多個線光源平行排列，線光源開啟的數量越多，光源越寬；另一個實現方法是在光源出口增加光路門，通過改變門狹縫的大小改變照射寬度。掃描激發方式時采用體積較小的光源，因此可進一步減少掃描儀的體積。
以上兩個實施例都采用了反射式掃描，即光源和光學成像系統處于掃描對象的同一側面，若將光源和光學系統分置于掃描對象的兩側，可實現透射式掃描，這種掃描方式可用于凝膠等透光性掃描對象。利用饋紙式文稿掃描儀，按以上技術方案增加第二光源，同樣可以實現熒光掃描成像。
上述較佳實施例和設計僅是舉例說明新型掃描儀的結構和用法，并非用于本發明的限制范圍，該實用新型所包含的內容由權利要求書界定。
權利要求1.一種兼有熒光成像功能的掃描儀，它包括可實現普通文稿成像的第一光源、光學成像系統、光電轉換系統、信息處理系統和移動機械構件，其特征在于它還包括用于激發熒光物質發出熒光的第二光源。
2.根據權利要求1所述的掃描儀，其中的第二光源為波長254nm、365nm或其他波長的單一波長紫外光。
3.根據權利要求1所述的掃描儀，其中的第二光源為波長范圍在400nm-800nm的一特定波長可見光。
4.根據權利要求1所述的掃描儀，其中的第二光源為兩個或兩個以上單一波長光源組合的多波長復合光源。
5.根據權利要求1所述的掃描儀，其中的第二光源相對于掃描對象是固定的，而且它的照射區域可覆蓋整個預掃描對象。
6.根據權利要求1所述的掃描儀，其中的第二光源和光學成像系統是相對于掃描對象可同步移動的。
專利摘要本實用新型提供一種兼有熒光成像功能的掃描儀，它可以實現熒光標記掃描成像，并將其和對象上的非熒光文字、圖案的掃描圖像合并，獲得完整的圖像信息。本掃描儀不僅含有可完成普通文稿掃描成像的第一光源、光學成像系統、光電轉換系統、信息處理系統和移動機械構件，它還包括用于激發熒光標記發出熒光的第二光源。利用第一光源進行掃描，可以獲得掃描對象的輪廓并顯示其中非熒光性的文字、標識圖像，然后啟動第二光源，使熒光標記發出熒光，掃描該熒光以獲得熒光標記圖像，將兩次掃描的結果合并，就獲得了完整的圖像信息。
文檔編號G01N21/64GK2884737SQ200620039860
公開日2007年3月28日 申請日期2006年3月1日 優先權日2006年3月1日
發明者陳奎發 申請人:陳奎發