基于直線掃描的熒光共聚焦檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于直線掃描的熒光共聚焦檢測裝置。在1束激發光的光路上設置與光路呈135°的二向分色棱鏡；所述激發光透射所述二向分色棱鏡后的透射光的光路上設置與光路呈45°的直角棱鏡；所述透射光經所述直角棱鏡反射后入射至物鏡，然后聚焦到樣品上得到光信號；所述光信號經過所述物鏡后依次經所述直角棱鏡和所述二向分色鏡反射，然后依次經透鏡Ⅰ、針孔和透鏡Ⅱ平行入射至光學檢測器，得到樣品的光學信號、光譜信號或光強信號；所述直角棱鏡和所述物鏡均可沿所述激發光的入射方向做直線運動。本發明將傳統的共聚焦系統與掃描平臺結合起來，使得共聚焦系統能夠進行大量樣本的多通道掃描；通過直線電機掃描平臺進行掃描，能夠提高檢測頻率和檢測精度。
【專利說明】基于直線掃描的熒光共聚焦檢測裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種基于直線掃描的熒光共聚焦檢測裝置。
【背景技術】
[0002] 進入21世紀以來，生物芯片技術飛速發展，其高通量、微型化以及自動化的特點 給相關的配套儀器提出了比較高的要求。共聚焦光學系統是指激發光聚焦在樣本表面的同 時使發射光匯聚在針孔上，通過針孔限制系統在樣本表面的聚焦深度以降低背景光的信號 強度，從而大大提高系統的信噪比和檢測限。一般的共聚焦掃描顯微鏡通過光柵來擴大激 發光的匯聚范圍來對視場內的樣本進行成像，然而受限于物鏡及針孔的尺寸，其檢測范圍 小，一般只能對單一樣本進行分析，限制了其通量。由于生物芯片技術的發展需要有一種能 進行高通量快速掃描的共聚焦系統以對生化樣本進行高通量、快速以及準確的分析。對于 現在需求量越來越大的高通量生化分析領域，一種能對在大范圍內分布的樣本進行一次性 掃描檢測的共聚焦檢測系統將會具有很大的作用。另一方面，已有的共聚焦顯微鏡一般都 只能進行單通道檢測，對于高通量樣本其需要手動調節對焦一個一個樣本進行檢測，這樣 一來檢測速度很慢，無法體現出生物芯片技術高通量快速檢測的特點，因此共焦顯微鏡并 不適用于生物芯片的高通量分析。現在另一種常用的用于高通量檢測的掃描儀是基于電荷 耦合元件（CCD)進行檢測的，其通過CCD直接對帶有樣本的整個表面進行成像以達到高通 量檢測的目的。由于其成像針對整個樣本表面，因此可以進行高通量檢測，但是這種檢測方 式的局限性也很明顯：1、其不是共聚焦系統，信噪比并不理想，檢測限較低；2、由于對整個 平面進行成像，平面上沒有熒光信號的點也會有比較多的雜散光干擾檢測；3、需要一些軟 件來對采集到的圖像進行分析提取出信號點，軟件計算受限于計算機速度，因此在檢測的 時效性上有一定局限性。基于以上缺陷，需要通過掃描的方式將原有的共聚焦系統進行擴 展，使其能夠針對高通量樣本進行快速分析。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是提供一種基于直線掃描的熒光共聚焦檢測裝置，本發明的檢測裝 置是一種快速、高靈敏度的可對直線排布的樣本進行同時分析檢測的高通量的檢測裝置。
[0004] 本發明所提供的一種基于直線掃描的熒光共聚焦檢測裝置，在1束激發光的光路 上設置與光路呈135°的二向分色棱鏡；所述激發光透射所述二向分色棱鏡后的透射光的 光路上設置與光路呈45°的直角棱鏡；所述透射光經所述直角棱鏡反射后入射至物鏡，然 后聚焦到樣品上得到光信號；所述光信號經過所述物鏡后依次經所述直角棱鏡和所述二向 分色鏡反射，然后依次經透鏡I、針孔和透鏡II平行入射至光學檢測器，得到樣品的光學信 號、光譜信號或光強信號；
[0005] 所述直角棱鏡和所述物鏡均可沿所述激發光的入射方向做直線運動。
[0006] 上述的熒光共聚焦檢測裝置中，所述物鏡和所述直角棱鏡均可固定于一個支架 上，所述支架可沿所述激發光的入射方向做直線運動。
[0007] 上述的熒光共聚焦檢測裝置中，所述支架設于直線電機上。
[0008] 上述的熒光共聚焦檢測裝置中，所述激發光依次經反射鏡I和反射鏡II反射后入 射至所述二向分色棱鏡上，可用于調節激發光的入射位置以保證其與光軸重合。
[0009] 上述的熒光共聚焦檢測裝置中，所述直線電機設于光路防震臺上。
[0010] 上述的熒光共聚焦檢測裝置中，所述光路防震臺的兩端設有限位開關，用以標識 直線運動的起始端以及停止端。
[0011] 上述的熒光共聚焦檢測裝置中，所述激發光由激發光源產生；
[0012] 所述激發光源可為激光器、紫外燈、紅外燈、汞燈和發光二極管中至少一種。
[0013] 上述的熒光共聚焦檢測裝置中，所述激光器可為氣體激光器、固體激光器、液體激 光器或半導體激光器。
[0014] 上述的熒光共聚焦檢測裝置中，所述光學檢測器為光電倍增管（PMT)、電荷耦合元 件（CXD)或光電二極管。
[0015] 本發明具有如下優點：
[0016] 1、本發明將傳統的共聚焦系統與掃描平臺結合起來，使得共聚焦系統能夠進行大 量樣本的多通道掃描；
[0017] 2、通過直線電機掃描平臺進行掃描，能夠提高檢測頻率和檢測精度；
[0018] 3、共聚焦系統能夠對掃描平面的每個樣本點進行單獨成像而不是對整個平面進 行成像，這樣能夠提高樣本點處的檢測靈敏度，同時可以排除樣本點外的其余雜散信號的 干擾。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發明以物鏡移動做共聚焦檢測時的裝置二維光路結構圖，圖中箭頭表示 光路傳播方向和平動臺運動方向。
[0020] 圖2為圖1中所描述光路結構的實際構建的軸測圖。
[0021] 圖3為圖1中所描述光路結構的實際構建的俯視圖。
[0022] 圖4為本發明用來形成物鏡往復直線運動的平動臺的軸測圖。
[0023] 圖5為本發明用來形成物鏡往復直線運動的平動臺的俯視圖，圖中箭頭表示平移 臺振動方向。
[0024] 圖中各標記如下：1激光器、2二向分色鏡、3直角棱鏡、4樣本陣列、5物鏡、6透鏡 I ;7針孔、8透鏡II、9PMT、10計算機、11支架、12直線電機、13反射鏡I、14反射鏡II、15 光路防震臺、16限位開關。
【具體實施方式】
[0025] 下面結合附圖對本發明做進一步說明，但本發明并不局限于以下實施例。
[0026] 如圖1所示，本發明提供的熒光共聚焦檢測裝置，首先待測樣本上帶有熒光標記， 所標記的熒光在特定波長與功率的激光激發下可以發射出熒光信號。可以針對特定熒光標 記的樣本選用固定波長的激光器(如只用于某一種或幾種熒光信號的檢測)，也可以選擇波 長可調的激光器以使儀器能夠檢測更多不同的樣本。在激光器1發射的激發光的光路上設 置一個與該光路呈135°的二向分色棱鏡2 ;該激發光透射該二向分色棱鏡2后的透射光 的光路上設置與該光路呈45°的直角棱鏡3 ;該透射光經過直角棱鏡3反射后入射至物鏡 5,然后聚焦到樣品陣列4上得到光信號。其中，物鏡5和直角棱鏡3均固定于一個支架11 上，該支架11設于直線電機12上，且該直線電機可沿激發管的入射方向做直線運動，進而 物鏡5和直角棱鏡3均可沿激發光的入射方向做直線運動（圖中箭頭所示方向）。該光信號 經過物鏡5后依次經直角棱鏡3和二向分色棱鏡2反射，然后依次經透射鏡I 6、針孔7和 透鏡II 8平行入射至光電倍增管9上，將樣品發出的熒光信號轉換為電壓信號后輸入值計 算機10上得到檢測結果。本發明中，樣本沿直線電機12的運動方向陣列排布，激發光從左 至右依次在各個樣本上進行聚焦，在到達另一端時完成半個周期的掃描，這時候下一批次 的樣本進入到掃描區域，物鏡5開始往回運動對下一批次的樣本進行掃描，直至回到起始 端完成一個周期。通過直線掃描，可以使物鏡5在一個工作周期內對兩個批次的樣本進行 檢測或者對一批樣本進行兩次掃描，可以提高分析檢測的速度或準確性。
[0027] 如圖2和圖3所示，在激發光的入射至二向分色棱鏡2之前，設置反射鏡I 13和 反射鏡II 14,可用于調節激發光的入射位置以保證其與光軸重合。
[0028] 如圖4和圖5所示，為了保證直線電機掃描運動的穩定性，同時為直線電機的起始 位置和終止位置提供標識，將該直線電機設置于一個光路防震臺15,且在光路防震臺15的 兩端均安裝有限位開關16,用以標識直線運動的起始端以及停止端，當直線電機碰觸到限 位開關16時將會觸發一個電脈沖告訴控制系統半個或一個掃描周期已經完成以方便控制 系統進行下一步操作(如不同批次樣本的更換或是數據的處理等)。根據限位開關的位置和 直線電機的行程可以對掃描范圍進行大幅度的調節，掃描范圍可以超過通光口徑的兩倍以 上。
[0029] 本發明中，產生激發光的光源還可為紫外燈、紅外燈、汞燈和發光二極管中至少一 種；所選擇的激光器還可為氣體激光器、固體激光器、液體激光器或半導體激光器；本發明 中的光學檢測器還可為電荷耦合元件（CCD )或光電二極管。
[0030] 與光柵震蕩式直線掃描不同，本發明即使在掃描范圍的邊緣處也不會因為偏離通 光口徑正中心而發生信號的衰減。掃描范圍的擴大和往復掃描使得更高通量、更高靈敏度、 更加快速的生化分析檢測成為可能。
【權利要求】
1. 一種基于直線掃描的熒光共聚焦檢測裝置，其特征在于：在1束激發光的光路上設 置與光路呈135°的二向分色棱鏡；所述激發光透射所述二向分色棱鏡后的透射光的光路 上設置與光路呈45°的直角棱鏡；所述透射光經所述直角棱鏡反射后入射至物鏡，然后聚 焦到樣品上得到光信號；所述光信號經過所述物鏡后依次經所述直角棱鏡和所述二向分色 鏡反射，然后依次經透鏡I、針孔和透鏡II平行入射至光學檢測器，得到樣品的光學信號、 光譜信號或光強信號； 所述直角棱鏡和所述物鏡均可沿所述激發光的入射方向做直線運動。
2. 根據權利要求1所述的熒光共聚焦檢測裝置，其特征在于：所述物鏡和所述直角棱 鏡均固定于一支架上，所述支架可沿所述激發光的入射方向做直線運動。
3. 根據權利要求2所述的熒光共聚焦檢測裝置，其特征在于：所述支架設于直線電機 上。
4. 根據權利要求1-3中任一項所述的熒光共聚焦檢測裝置，其特征在于：所述激發光 依次經反射鏡I和反射鏡II反射后入射至所述二向分色棱鏡上。
5. 根據權利要求3或4所述的熒光共聚焦檢測裝置，其特征在于：所述直線電機設于 光路防震臺上。
6. 根據權利要求5所述的熒光共聚焦檢測裝置，其特征在于：所述光路防震臺的兩端 設有限位開關。
7. 根據權利要求1-6中任一項所述的熒光共聚焦檢測裝置，其特征在于：所述激發光 由激發光源產生； 所述激發光源為激光器、紫外燈、紅外燈、汞燈和發光二極管中至少一種。
8. 根據權利要求7所述的熒光共聚焦檢測裝置，其特征在于：所述激光器為氣體激光 器、固體激光器、液體激光器或半導體激光器。
9. 根據權利要求1-8中任一項所述的熒光共聚焦檢測裝置，其特征在于：所述光學檢 測器為光電倍增管、電荷耦合元件或光電二極管。
【文檔編號】G01N21/64GK104111241SQ201310139428
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年4月22日 優先權日:2013年4月22日
【發明者】劉鵬, 莊斌, 王帥欽, 甘五鵬 申請人:清華大學