專利名稱：光子晶體編碼微球生物芯片檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于生物芯片檢測技術領域，特別涉及一種生物分子高通量與多元檢測技術領域的光子晶體編碼微球生物芯片檢測裝置。
背景技術：
生物技術、材料技術、納米技術、微電子等尖端科學技術的發展和交叉使現代分析檢測進入了一個快速發展的時期。生物芯片，微全分析系統等新型分析手段也應運而生。 這些新的分析方法在環境檢測、食品安全檢測、生物醫學研究以及臨床診斷等領域應用日漸廣泛。例如，上個世紀末出現的陣列型生物芯片是傳統分析方法的一次重要的革新，它不但可以用于基因檢測還擴展到蛋白質、糖類以及細胞組織的檢測。生物芯片檢測的基本原理是基片上不同坐標位置固定不同的探針分子，在探針分子與靶分子結合反應后，靶分子的種類通過坐標確定，而濃度則通過檢測標記的熒光信號測定。它的特點是可以在幾厘米見方的基片上固定數以萬計的探針分子進行并行檢測。因此，生物芯片技術極大地減少了多指標并行分析樣本和試劑的用量。現在，國際上有許多著名的研究機構和企業(比如Affymetrix)在對基于該技術的分析方法和設備進行研發。現在，市場上已有可以對癌癥、心血管疾病等多種疾病進行診斷和檢測用的陣列型生物芯片及相應的檢測裝置。但是， 陣列型生物芯片仍然是一種基于固液界面反應的分析方法，盡管它具有多指標并行檢測能力，還是沒有解決如何提高反應速度和反應靈敏度的問題。其原因在于其檢測反應在二維平面上進行，比表面積小，靈敏度受限，而且分子需要通過擴散到達探針位置才能結合，反應動力學仍然很慢。更為關鍵的問題是對于免疫檢測來說，當指標過多時抗體之間的交叉反應很難解決，陣列芯片的成百上萬的多指標優勢在實際應用中性價比并不高，靈活性很差，適用范圍受限制，因此目前主要應用于高通量基因篩選。為此，基于編碼微載體的多元生物分子分析技術應運而生。該分析方法中的探針分子不是固定在基片上而是固定在可以與待檢測溶液充分震蕩混合的微球上，因此具有更快的反應動力學。而且微球具有比平面更高的比表面積，其檢測靈敏度也大大提高。固定在流動載體上的探針分子不能再像陣列型生物芯片上那樣利用坐標進行編碼，而是利用微球內的熒光染料或者量子點加以編碼識別，以實現同一反應中多指標并行檢測。比如美國 Luminex公司利用熒光染料對微球進行編碼的xMAP液相芯片技術，最先商業化應用于傳染病、癌癥、心血管疾病等的早期快速檢測，迅速占領市場。該技術在微孔板的每個孔內進行基于流動載體的多指標并行檢測，檢測指標從單個到多個靈活多變，通過自動化流體控制系統將每個微孔內的樣品逐一抽送到類似于流失細胞儀的專用檢測儀中進行快速熒光分析。其核心優勢在于快速的反應動力學、基于微孔板的自動化高通量樣品檢測以及高比表面積所導致的高檢測靈敏度，非常適合臨床應用。因此2005年全球科技產業和行業研究的權威機構Frost & Sul 1 ivan授予xMAP技術“2005年度國際臨床診斷技術革新大獎”。受此影響以及隨著技術的發展，各式各樣的液相芯片逐漸出現。但是，Luminex的液相芯片所采用的熒光編碼微球其熒光染料不穩定，容易光漂白，同時會對熒光標記信號產生干擾作用，另外，其檢測儀器原理類似流式細胞儀，價格昂貴，檢測成本較高。 發明內容本發明目的在于提供一種光子晶體編碼微球生物芯片檢測裝置，解決了現有技術中基于編碼微載體的液相芯片技術所存在的編碼熒光染料不穩定以及檢測儀器復雜且成本較高等問題。為了解決現有技術中的這些問題，本發明提供的技術方案是一種光子晶體編碼微球生物芯片檢測裝置，包括檢測暗室和分別設置在檢測暗室外側的光源、控制裝置，所述光源連入檢測暗室內，所述控制裝置分別連接檢測暗室和光源分別控制光源和檢測暗室內檢測作業，其特征在于所述檢測暗室內設置光子晶體編碼微球生物芯片，所述光子晶體編碼微球生物芯片上端設置與控制裝置連接的光學成像系統，所述光源連入光學成像系統，所述控制裝置控制光學成像系統對光子晶體編碼微球生物芯片進行編碼圖像與熒光信號圖像的采集。優選的，所述控制裝置包括微球芯片運動控制模塊、圖像自動采集與分析模塊，所述圖像自動采集與分析模塊負責控制光學成像系統對光子晶體編碼微球生物芯片進行編碼圖像與熒光信號圖像的采集、分析；所述微球芯片運動控制模塊負責控制光子晶體編碼微球生物芯片的檢測位置信息。優選的，所述光子晶體編碼微球生物芯片下端設置二維電動平臺，所述二維電動平臺上固定一個或若干個微孔板，所述光子晶體編碼微球生物芯片放置在微孔板內，所述二維電動平臺下端鋪設導軌，所述二維電動平臺一端與控制裝置控制的驅動電機連接；所述驅動電機驅動光子晶體編碼微球生物芯片在檢測暗室內滑動。優選的，所述光學成像系統包括濾色片組、驅動濾色片組切換的電動濾色片轉輪， 所述濾色片組一端設置調焦鏡頭，所述調焦鏡頭調焦使光子晶體編碼微球生物芯片的檢測區域處于視場范圍內；所述濾色片組另一端設置與控制裝置連接的CCD圖像傳感器，所述 CCD圖像傳感器檢測到圖像信號后將圖像信號轉換成數字信號傳輸給控制裝置。優選的，所述濾色片組包括明場濾色片組和熒光濾色片組，所述電動濾色片轉輪驅動濾色片組轉動在CCD圖像傳感器與光子晶體編碼微球生物芯片間切換濾色片組。優選的，所述電動濾色片轉輪為兩個，所述調焦鏡頭內二向色鏡固定于變倍鏡頭后方，光源經由二向色鏡進入調焦鏡頭；所述電動濾色片轉輪包括空位和激發位兩個工位， 其中一個電動濾色片轉輪設置在CCD圖像傳感器和調焦鏡頭間，另一個電動濾色片轉輪一端連接光源，另一端連接調焦鏡頭。優選的，所述光子晶體編碼微球生物芯片包括以光子晶體的顏色或者反射光譜作為編碼的光子晶體微球，所述光子晶體微球上固定有靶分子特異性生物分子探針。優選的，所述光子晶體微球大小在50 μ m到2mm之間，所述光子晶體具有蛋白石結構或反蛋白石結構。優選的，所述光源選自氙燈、金屬鹵素燈、高壓汞燈、白光LED或激光，所述控制裝置與光源連接控制光源強度。優選的，所述光源通過光纖耦合進入光學成像體統，或者直接耦合到光學成像系統。[0016]具體的光子晶體編碼微球生物芯片檢測裝置，可以由光子晶體編碼微球生物芯片、光源、檢測暗室、微孔板、光學成像系統等部分組成。其中光子晶體編碼微球生物芯片放置于微孔板的微孔中；光子晶體編碼微球生物芯片的運動與控制主要靠導軌與XY 二維電動平臺；光學成像系統主要包括可電動變倍的調焦鏡頭、電動濾色片轉輪、濾色片組和具有高靈敏度彩色的CCD傳感器；光源通過光纖耦合進入光學成像系統，實現同軸照明；控制裝置為計算機，內設置圖像自動采集與分析軟件，控制裝置其他部件的自動化操作與運行，并處理、分析與輸出采集的圖像數據；導軌、XY 二維電動平臺、調焦鏡頭、電動濾色片轉輪、濾色片組和CCD傳感器都位于檢測暗室內，以保證熒光信號成像過程中不受外界雜散光的影響。該光子晶體編碼微球生物芯片檢測裝置的工作流程如下光子晶體編碼微球生物芯片放入微孔板的微孔中，微孔板放置于XY 二維電動平臺的卡座上，XY 二維電動平臺在導軌上進行滑移；控制裝置控制伺服電機等裝置將XY 二維電動平臺和裝有微球芯片的微孔板輸入檢測暗室中的特定位置；并控制XY 二維電動平臺將微孔板的第一個微孔移動至調焦鏡頭的視場范圍內；圖像自動采集與分析軟件首先控制濾色片轉輪切換至明場濾色片組，選擇合適的光源強度以及CXD曝光參數，然后根據微孔板的規格控制調焦鏡頭對微孔內的微球芯片進行自動變倍與對焦；接著控制裝置通過圖像自動采集與分析軟件控制光源和光學成像系統進行明場圖像采集，之后濾色片轉輪切換至熒光濾色片組，選擇合適的光源和光學成像系統參數進行熒光信號圖像的采集。第一個微孔的編碼圖像與熒光信號圖像采集完成后，XY 二維電動平臺將微孔板第二個微孔移至調焦鏡頭視場范圍，分別采集光子晶體編碼微球芯片熒光信號圖像與編碼圖像，微孔板其余各個微孔依次類推，直至整個微孔板所有微孔內微球芯片的編碼圖像與熒光信號圖像都采集完畢。該光子晶體編碼微球生物芯片檢測裝置的檢測原理為不同結構光子晶體具有不同的結構色或者反射光譜，該結構色或者反射光譜作為微球的編碼，在不同編碼微球上固定不同的生物分子探針，當與靶分子結合之后，通過信號分子的熒光就可以知道靶分子的有無，而靶分子的種類則通過微球的編碼來確定，由此實現多元生物分子檢測反應。光子晶體編碼微球芯片位于微孔板的微孔內，其明場圖像可以識別微球的顏色，也就是微球的編碼，而熒光信號圖像則可以獲取靶分子的有無或者豐度信息，因為明場圖像和熒光信號圖像的采集視場與位置相同，因此對明場圖像和熒光信號圖像的比對就可以解析出靶分子的種類以及濃度信息；而高通量的微孔板則可以在不同的微孔內通過編碼微球芯片檢測不同的樣品，因此該檢測儀器可以實現高通量樣品的多元生物分子檢測。本發明光子晶體編碼微球生物芯片檢測裝置提供明場編碼圖像與熒光信號圖像的照明條件的光源強度可以通過控制裝置內圖像自動采集與分析軟件控制，也可以手工調節；光源通過光纖耦合進入光學成像系統，也可以直接耦合到光學成像系統。本發明光子晶體編碼微球生物芯片檢測裝置的光源可以采用單光源模式，通過光學成像系統中的濾色片組切換分別提供明場編碼圖像與熒光信號圖像采集的照明條件，選擇范圍為氙燈、金屬鹵素燈、高壓汞燈、白光LED。光源也可以采用雙光源模式，通過光學成像系統中的光路切換開關和濾色片組合體統圖像采集系統的所需的照明條件，其中一個光源提供明場編碼圖像采集的照明條件，選擇范圍為氙燈、金屬鹵素燈、高壓汞燈、白光LED; 另一個光源提供熒光信號圖像采集的照明條件，選擇范圍為LED或者激光。本發明光子晶體編碼微球生物芯片檢測裝置的光子晶體編碼微球芯片放置于微孔板的微孔中，每個微孔放置一個編碼微球的組合，校正和標準品編碼微球可以分散于每個微孔中，也可以單獨放置于一個微孔中；所用微孔板為M孔板、96孔板、384孔板、1536 孔板，微孔板底部有平底無過濾結構或者平底過濾結構，微孔板底部的過濾結構可以通過真空抽吸作用濾過液體，但是不能通過光子晶體編碼微球。本發明光子晶體編碼微球生物芯片檢測裝置中二維電動平臺位于導軌之上，驅動裝置如伺服電機可以直接將二維電動平臺彈出以放置微孔板，或者另設有微孔板抓放模塊，將微孔板放到導軌上，由驅動裝置輸入檢測暗室然后再將微孔板放置在二維電動平臺上。導軌上固定有密封門，二維電動平臺彈出時密封門與檢測暗室分開，二維電動平臺輸入后密封門自動與檢測暗室封合。控制裝置內設置微球芯片運動控制模塊，將裝配有光子晶體編碼微球生物芯片的微孔板送入檢測暗室，并逐孔進行圖像采集。微球芯片運動控制模塊包括將微孔板送入檢測暗室，放置微孔板的XY 二維電動平臺，二維電動平臺可以由控制裝置通過圖像自動采集與分析軟件控制或者手動開關控制以實現微孔板輸入與彈出檢測暗室；而且二維電動平臺上對準作業可以由光學成像系統和控制裝置(具體由圖像自動采集與分析軟件)控制將微孔的微孔逐一或者選擇性移動至光學成像系統的視場范圍。微球芯片運動控制模塊可以不采用導軌而直接人工將微孔板放入檢測暗室內二維電動平臺上，在這種情況下檢測暗室需要設立一個自動或者手動密封門。本發明光子晶體編碼微球生物芯片檢測裝置中光學成像系統包括調焦鏡頭(具有電動調焦和變倍鏡頭功能)、電動濾色片切換模塊、高靈敏度CCD傳感器(用于與光源配合采集微球編碼圖像與熒光信號圖像)。調焦鏡頭可以由控制裝置內圖像自動采集與分析軟件控制對微球進行聚焦操作并選擇合適的放大倍數，變倍比根據所采用微孔板微孔的大小不同，位于1 1 1 50之間。鏡頭視場范圍在最小變倍比時能夠至少涵蓋微孔板上一個微孔的整個底部面積。電動濾色片切換模塊可以由濾色片組與一個電動轉輪構成，通過電動轉輪選擇明場微球編碼圖像采集所需的濾色片組，選擇熒光信號采集所需的濾色片組。電動濾色片切換模塊也可以采用兩個濾色片轉輪，而將二向色鏡固定于變倍鏡頭后方，光源經由二向色鏡進入鏡頭實現同軸照明；其中一個濾色片轉輪位于光源前面，采集編碼圖像時，轉輪切換至空位而采集熒光圖像時切換至激發濾色片；另一個轉輪安裝在CXD前面，采集編碼圖像時，轉輪切換至空位而采集熒光圖像時切換至發射濾色片。電動濾色片切換模塊可以安裝 1 6塊濾色片組合，實現多種熒光染料熒光信號采集需求。本發明光子晶體編碼微球生物芯片檢測裝置控制裝置中圖像自動采集與分析軟件包括圖像采集模塊、圖像分析模塊和報告輸出模塊三部分。導軌、電動平臺、電動調焦與變倍鏡頭、電動濾色片轉輪、光源強度調節、CCD圖像采集參數都通過控制卡或者芯片與控制裝置連接，由控制裝置自動控制，完成微孔板每個微孔的圖像采集分析過程。控制裝置通過圖像自動采集與分析軟件對每個微孔內微球芯片的編碼圖像與熒光信號圖像進行比對， 解析每個微球的編碼及其熒光強度，從而得到檢測數據，并對檢測數據進行生物醫學統計分析，輸出最終檢測結果。
6[0029]本發明通過光子晶體編碼微球生物芯片放入微孔板的微孔中，通過芯片運動與控制系統將微孔板送入檢測暗室，逐一對每個微孔中的微球生物芯片進行編碼圖像與熒光信號圖像的采集，并對編碼圖像與熒光信號圖像進行比對和分析處理，輸出微球生物芯片檢測結果。所述的光子晶體編碼微球生物芯片為光子晶體微球，其微球以光子晶體的顏色或者反射光譜作為編碼，微球上固定有靶分子特異性生物分子探針，探針的種類由微球的編碼加以識別，靶分子的有無或者濃度則通過檢測反應的熒光標記信號予以獲取。光子晶體微球大小在50 μ m到2mm之間，光子晶體可以是膠體粒子自組裝的蛋白石或者是蛋白石結構光子晶體，也可以是兩種結構光子晶體與聚合物，二氧化硅，水凝膠等材料組成的復合結構微球，該結構能夠產生的結構色或者具有特定反射峰的反射光譜。該檢測裝置為自動化操作與分析儀器，通過微球芯片運動控制模塊將裝配有光子晶體編碼微球生物芯片的微孔板送入檢測暗室，并逐孔進行圖像采集。微球芯片運動控制模塊包括將微孔板送入檢測暗室的導軌，放置微孔板的XY 二維電動平臺，二維電動平臺可以通過光學成像系統和圖像自動采集與分析軟件控制或者手動開關控制以實現微孔板輸入與彈出檢測暗室，二維電動平臺由光學成像系統和圖像自動采集與分析軟件控制將微孔的微孔逐一或者選擇性移動至光學成像系統的視場范圍。相對于現有技術中的方案，本發明的優點是1.光子晶體編碼微球生物芯片的結構色編碼具有熒光染料編碼無法比擬的穩定性，不會產生光漂白現象；而其解碼可以通過白光照明即可完成，無需特殊的激發光源，不需要濾色片，相對簡單；同時其高比表面積對熒光分子標記的熒光信號具有增強作用，大大提高了檢測靈敏度。2.本發明采用微球芯片與微孔板結合的方式，通過微球芯片實現多元生物分子檢測；而微孔板可以作為高通量樣品的反應裝置，同時可以采用孔底部帶有濾膜的微孔板，抽濾洗滌大大提高了微球反應洗滌的可操作性與效率。3.對于微球芯片的解碼和信號解讀采用圖像處理的方式，大大提高了檢測速度； 與基于微流體控制的微球操作與光譜測量方式相比，圖像處理的方法具有更大的通量，大大提高了信號獲取速度與分析速度，并且降低了儀器成本；同時微球芯片與微孔板結合實現了高通量多元檢測分析，減低了分析成本與時間。4.本發明所述檢測儀的所有檢測過程可以實現自動化，并采用無人值守方式，并且可以方便的與自動化分析工作站兼容，可擴展性強，節約勞動力成本。綜上所述，本發明涉及一種光子晶體編碼微球生物芯片檢測裝置，屬于生物芯片檢測技術領域，特別涉及一種生物分子高通量與多元檢測技術。本發明檢測儀包括光子晶體編碼微球生物芯片，光源，檢測暗室，微孔板，微球芯片運動控制模塊，光學成像系統和圖像自動采集與分析軟件。其工作原理為光子晶體編碼微球生物芯片放入微孔板的微孔中， 通過芯片運動與控制系統將微孔板送入檢測暗室，逐一對每個微孔中的微球生物芯片進行編碼圖像與熒光信號圖像的采集，并對編碼圖像與熒光信號圖像進行比對和分析處理，輸出微球生物芯片檢測結果。本發明檢測裝置具有檢測通量高，微球生物芯片編碼穩定、解碼簡單，自動化程度高，檢測成本低廉等優點，能廣泛應用于生物醫學研究，環境監測，食品和臨床檢測領域。以下結合附圖及實施例對本發明作進一步描述
圖1為本發明實施例1光子晶體編碼微球生物芯片檢測裝置的結構示意圖；圖2為本發明實施例2光子晶體編碼微球生物芯片檢測裝置實施例結構示意圖。其中1為檢測暗室；2為光源，3為控制裝置，4為光子晶體編碼微球生物芯片；5 為光學成像系統；6為導軌；7為調焦鏡頭；8為CCD圖像傳感器；9為二維電動平臺；51為電動濾色片轉輪；52為濾色片組。
具體實施方式
以下結合具體實施例對上述方案做進一步說明。應理解，這些實施例是用于說明本發明而不限于限制本發明的范圍。實施例中采用的實施條件可以根據具體廠家的條件做進一步調整，未注明的實施條件通常為常規實驗中的條件。實施例1光子晶體編碼微球生物芯片檢測裝置如圖1所示，該光子晶體編碼微球生物芯片檢測裝置，包括檢測暗室1和分別設置在檢測暗室1外側的光源2、控制裝置3，所述光源2連入檢測暗室1內，所述控制裝置3分別連接檢測暗室1和光源2分別控制光源2和檢測暗室1內檢測作業，所述檢測暗室1內設置光子晶體編碼微球生物芯片4，所述光子晶體編碼微球生物芯片4上端設置與控制裝置3連接的光學成像系統5，所述光源2連入光學成像系統5，所述控制裝置3控制光學成像系統5對光子晶體編碼微球生物芯片4進行編碼圖像與熒光信號圖像的采集。控制裝置3為計算機(電腦)，包括微球芯片運動控制模塊、圖像自動采集與分析模塊，所述圖像自動采集與分析模塊負責控制光學成像系統5對光子晶體編碼微球生物芯片4進行編碼圖像與熒光信號圖像的采集、分析；所述微球芯片運動控制模塊負責控制光子晶體編碼微球生物芯片4的檢測位置信息。光子晶體編碼微球生物芯片4下端設置二維電動平臺9，所述二維電動平臺9上固定微孔板，所述光子晶體編碼微球生物芯片4放置在微孔板內，所述二維電動平臺9下端鋪設導軌6，所述二維電動平臺9 一端與控制裝置3控制的驅動電機連接；所述驅動電機驅動光子晶體編碼微球生物芯片4在檢測暗室內滑動。光學成像系統5包括濾色片組52、驅動濾色片組切換的電動濾色片轉輪51，所述濾色片組一端設置調焦鏡頭7，所述調焦鏡頭7調焦使光子晶體編碼微球生物芯片4的檢測區域處于視場范圍內；所述濾色片組另一端設置與控制裝置連接的CCD圖像傳感器8，所述 CCD圖像傳感器8檢測到圖像信號后將圖像信號轉換成數字信號傳輸給控制裝置3。所述濾色片組52包括明場濾色片組和熒光濾色片組，所述電動濾色片轉輪51驅動濾色片組52 轉動在CXD圖像傳感器8與光子晶體編碼微球生物芯片4間切換濾色片組。光子晶體編碼微球生物芯片包括以光子晶體的顏色或者反射光譜作為編碼的光子晶體微球，所述光子晶體微球上固定有靶分子特異性生物分子探針。所述光子晶體微球大小在50μπι到2mm之間，所述光子晶體具有蛋白石結構。所述光源選自氙燈、金屬鹵素燈、高壓汞燈、白光LED或激光，所述控制裝置與光源連接控制光源強度。所述光源通過光纖耦合進入光學成像體統。選擇反射波長為分別為650nm、600nm、520nm、480nm的紅色、黃色、綠色、藍色光子晶體編碼微球分別固定乙肝病毒、丙肝病毒、艾滋病病毒、梅毒螺旋體特異性核酸片段作為探針，每種編碼微球取10個放入96孔板的微孔中，加入病毒核酸特異性擴增并標記有羅丹明熒光染料的待測樣品反應完畢后，放到光子晶體編碼微球生物芯片檢測裝置內進行檢測。微孔板采用96孔板，放置于XY 二維電動平臺的卡座上，XY 二維電動平臺在導軌上滑移；計算機圖像自動采集與分析軟件控制將XY 二維電動平臺和裝有微球芯片的微孔板輸入檢測暗室1中；光源通過光纖與濾色片轉輪相連，圖像自動采集與分析軟件控制XY 二維電動平臺將微孔板的第一個微孔移動至調焦鏡頭的視場范圍內；計算機圖像自動采集與分析軟件首先控制濾色片轉輪切換至明場濾色片組，明場濾色片組只含有45度固定的分光片；圖像自動采集與分析軟件選擇合適的光源強度以及CCD曝光參數，控制鏡頭電動變倍為4倍并對微孔內的微球芯片進行自動對焦；接著圖像自動采集與分析軟件再調節光源強度和CXD曝光參數進行明場圖像采集；之后濾色片轉輪切換至熒光濾色片組，熒光濾色片組選擇羅丹明染料最大激發波長565nm和最大發射波長590nm ；圖像自動采集與分析軟件選擇合適的光源強度和CCD曝光參數進行熒光信號圖像的采集。第一個微孔的編碼圖像與熒光信號圖像采集完成后，XY 二維電動平臺將微孔板第二個微孔移至調焦鏡頭視場范圍，分別采集光子晶體編碼微球芯片熒光信號圖像與編碼圖像，微孔板其余各個微孔依次類推，直至整個微孔板所有微孔內微球芯片的編碼圖像與熒光信號圖像都采集完畢。最后圖像自動采集與分析軟件對每個微孔內微球芯片的編碼圖像與熒光信號圖像進行比對，解析每個微球的編碼及其熒光強度，從而得到檢測數據，并對檢測數據進行生物醫學統計分析，輸出最終檢測結果。實施例2光子晶體編碼微球生物芯片檢測裝置如圖2所示，該光子晶體編碼微球生物芯片檢測裝置結構與實施例1大致類似，其不同之處在于電動濾色片轉輪51為兩個，所述調焦鏡頭7內二向色鏡固定于變倍鏡頭后方，光源經由二向色鏡進入調焦鏡頭7 ；所述電動濾色片轉輪51包括空位和激發位兩個工位，其中一個電動濾色片轉輪51設置在CCD圖像傳感器8和調焦鏡頭7間，另一個電動濾色片轉輪51 —端連接光源，另一端連接調焦鏡頭7。選擇反射波長為分別為650nm、600nm、520nm、480nm的紅色、黃色、綠色、藍色光子晶體編碼微球分別固定腫瘤標志物AFP，CEA, CA125，CA19-9的單克隆抗體作為探針，每種編碼微球取10個放入96孔板的微孔中，依次加入血清樣品和FITC熒光標記多克隆二抗反應完畢后，放入光子晶體編碼微球生物芯片檢測裝置內檢測。微孔板采用96孔板，放置于XY二維電動平臺的卡座上，XY二維電動平臺在導軌上滑移；圖像自動采集與分析軟件控制導軌將XY 二維電動平臺和裝有微球芯片的微孔板輸入檢測暗室1中；圖像自動采集與分析軟件控制XY 二維電動平臺將微孔板的第一個微孔移動至調焦鏡頭的視場范圍內；光源1與CCD前各有一個電動濾色片轉輪，光源通過光纖與其中一個濾色片轉輪相連，成像光路中設有分光片，濾色片轉輪、與分光片耦合；圖像自動采集與分析軟件首先控制濾色片轉輪、切換至空位，圖像自動采集與分析軟件選擇合適的光源強度以及CCD曝光參數，控制鏡頭電動變倍為4倍并對微孔內的微球芯片進行自動對焦； 接著圖像自動采集與分析軟件再調節光源強度和CCD曝光參數進行明場圖像采集；之后濾色片轉輪同時切換至熒光濾色片，分別選擇最大激發波長480nm和最大發射波長520nm ；圖像自動采集與分析軟件選擇合適的光源強度和CCD曝光參數進行熒光信號圖像的采集。第
9一個微孔的編碼圖像與熒光信號圖像采集完成后，XY 二維電動平臺將微孔板第二個微孔移至調焦鏡頭視場范圍，分別采集光子晶體編碼微球芯片熒光信號圖像與編碼圖像，微孔板其余各個微孔依次類推，直至整個微孔板所有微孔內微球芯片的編碼圖像與熒光信號圖像都采集完畢。最后圖像自動采集與分析軟件對每個微孔內微球芯片的編碼圖像與熒光信號圖像進行比對，解析每個微球的編碼及其熒光強度，從而得到檢測數據，并對檢測數據進行生物醫學統計分析，輸出最終檢測結果。 上述實例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人是能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據本發明精神實質所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
權利要求1.一種光子晶體編碼微球生物芯片檢測裝置，包括檢測暗室(1)和分別設置在檢測暗室(1)外側的光源(2 )、控制裝置(3 )，所述光源(2 )連入檢測暗室(1)內，所述控制裝置(3 ) 分別連接檢測暗室(1)和光源(2)，分別控制光源(2)和檢測暗室(1)內檢測作業，其特征在于所述檢測暗室(1)內設置光子晶體編碼微球生物芯片(4)，所述光子晶體編碼微球生物芯片(4)上端設置與控制裝置(3)連接的光學成像系統(5)，所述光源(2)連入光學成像系統(5)，所述控制裝置(3)控制光學成像系統(5)對光子晶體編碼微球生物芯片(4)進行編碼圖像與熒光信號圖像的采集。
2.根據權利要求1所述的光子晶體編碼微球生物芯片檢測裝置，其特征在于所述控制裝置(3)包括微球芯片運動控制模塊、圖像自動采集與分析模塊，所述圖像自動采集與分析模塊負責控制光學成像系統(5)對光子晶體編碼微球生物芯片(4)進行編碼圖像與熒光信號圖像的采集、分析；所述微球芯片運動控制模塊負責控制光子晶體編碼微球生物芯片 (4)的檢測位置信息。
3.根據權利要求2所述的光子晶體編碼微球生物芯片檢測裝置，其特征在于所述光子晶體編碼微球生物芯片(4)下端設置二維電動平臺(9)，所述二維電動平臺(9)上固定一個或多個微孔板，所述光子晶體編碼微球生物芯片(4)放置在微孔板內，所述二維電動平臺 (9)下端鋪設導軌(6)，所述二維電動平臺(9)一端與控制裝置(3)控制的驅動電機連接；所述驅動電機驅動光子晶體編碼微球生物芯片(4)在檢測暗室內滑動。
4.根據權利要求2所述的光子晶體編碼微球生物芯片檢測裝置，其特征在于所述光學成像系統(5)包括濾色片組(52)、驅動濾色片組切換的電動濾色片轉輪(51)，所述濾色片組一端設置調焦鏡頭(7)，所述調焦鏡頭(7)調焦使光子晶體編碼微球生物芯片(4)的檢測區域處于視場范圍內；所述濾色片組另一端設置與控制裝置連接的CCD圖像傳感器(8)，所述CCD圖像傳感器(8 )檢測到圖像信號后將圖像信號轉換成數字信號傳輸給控制裝置(3 )。
5.根據權利要求4所述的光子晶體編碼微球生物芯片檢測裝置，其特征在于所述濾色片組(52)包括明場濾色片組和熒光濾色片組，所述電動濾色片轉輪(51)驅動濾色片組 (52)轉動在CXD圖像傳感器(8)與光子晶體編碼微球生物芯片(4)間切換濾色片組。
6.根據權利要求5所述的光子晶體編碼微球生物芯片檢測裝置，其特征在于所述電動濾色片轉輪(51)為兩個，所述調焦鏡頭(7)內二向色鏡固定于變倍鏡頭后方，光源經由二向色鏡進入調焦鏡頭(7);所述電動濾色片轉輪(51)包括空位和激發位兩個工位，其中一個電動濾色片轉輪(51)設置在CXD圖像傳感器(8)和調焦鏡頭(7)間，另一個電動濾色片轉輪(51) —端連接光源，另一端連接調焦鏡頭(J)。
7.根據權利要求4所述的光子晶體編碼微球生物芯片檢測裝置，其特征在于所述光源選自氙燈、金屬商素燈、高壓汞燈、白光LED或激光，所述控制裝置與光源連接控制光源強度。
8.根據權利要求4所述的光子晶體編碼微球生物芯片檢測裝置，其特征在于所述光源通過光纖耦合進入光學成像體統，或者直接耦合到光學成像系統。
專利摘要本實用新型公開了一種光子晶體編碼微球生物芯片檢測裝置，包括檢測暗室(1)和分別設置在檢測暗室(1)外側的光源(2)、控制裝置(3)，所述光源(2)連入檢測暗室(1)內，所述控制裝置(3)分別連接檢測暗室(1)和光源(2)，分別控制光源(2)和檢測暗室(1)內檢測作業，其特征在于所述檢測暗室(1)內設置光子晶體編碼微球生物芯片(4)，所述光子晶體編碼微球生物芯片(4)上端設置與控制裝置(3)連接的光學成像系統(5)，所述光源(2)連入光學成像系統(5)，所述控制裝置(3)控制光學成像系統(5)對光子晶體編碼微球生物芯片(4)進行編碼圖像與熒光信號圖像的采集。該檢測裝置具有檢測通量高，微球生物芯片編碼穩定、解碼簡單，自動化程度高，檢測成本低廉等優點。
文檔編號G01N21/27GK202110128SQ201120207209
公開日2012年1月11日 申請日期2011年6月20日 優先權日2011年6月20日
發明者趙祥偉, 顧忠澤 申請人:東南大學