專利名稱：生物芯片使用的毫米級微型激光誘導(dǎo)熒光檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要是針對于激發(fā)波長峰值在470～495nm，發(fā)射波長在510～530nm的熒光物質(zhì)的檢測，屬于生物學(xué)及醫(yī)學(xué)檢測儀器。
背景技術(shù)：
生物芯片是近年來在生命科學(xué)領(lǐng)域中迅速發(fā)展起來的一項高新技術(shù)，由于生物芯片能夠在短時間內(nèi)分析大量的生物分子，使人們快速準(zhǔn)確地獲取樣品中的生物信息，效率是傳統(tǒng)檢測手段的成百上千倍，因而短期內(nèi)呈現(xiàn)發(fā)展高峰。
生物芯片技術(shù)有4個基本要點芯片制備、樣品制備、生物分子雜交反應(yīng)和信號檢測。信號檢測是生物芯片技術(shù)的重要組成部分，主要包括雜交信號產(chǎn)生、信號收集與傳輸和信號處理及識別三部分。在對生物芯片信號檢測方法中，熒光檢測法重復(fù)性好，選擇性強， 目前采用最多的方法之一。
某些物質(zhì)被一定波長的光(激發(fā)光)照射時，在極短的時間內(nèi)，能立即發(fā)射出顏色和強度各不相同且比激發(fā)光(也稱吸收光)波長更長的光，并隨著激發(fā)光的消失而立即消失，此種光即為熒光。
熒光檢測法的基本原理是將要檢測的樣品用熒光素標(biāo)記，并與芯片上的已知基因(探針)進行充分雜交，洗脫后用圖像顯示結(jié)果，然后通過計算機處理來檢測待測樣品所表達(dá)的有關(guān)生物信息。標(biāo)記的目的是使待測的樣品帶上可檢測到的示蹤標(biāo)記。
熒光物質(zhì)(熒光素)在受到激勵光激發(fā)后釋放出一定強度的熒光，在某一波長下產(chǎn)生最高釋放強度，并有各自的激發(fā)吸收值。常用的一種熒光物質(zhì)FluorX的吸收峰值480nm和發(fā)射峰值波520nm經(jīng)標(biāo)記的待測樣品與生物芯片上的探針陣列雜交后，熒光標(biāo)記的樣品結(jié)合在芯片的特定位置上，未雜交分子被除去，此時需用檢測裝置將芯片測定結(jié)果轉(zhuǎn)變成可供分析處理的圖像數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)生物芯片的熒光信號檢測。
目前基于熒光標(biāo)記的生物芯片信號實時檢測技術(shù)主要分為兩大類。
一、激光掃描熒光顯微鏡檢測，激光共聚焦掃描顯微鏡檢測等。其缺點是掃描精度主要受X、Y移動平臺的機械精度、重復(fù)精度和環(huán)境條件的影響。
二、使用冷卻的CCD等弱光探測裝置的信號檢測技術(shù)。由于激發(fā)光照射光場為整個芯片區(qū)域，而激光束光強的高斯分布，會使得光場光強分布不均，而熒光標(biāo)記信號強度與激發(fā)光的強度成線性關(guān)系，采集信號的不能準(zhǔn)確的線性響應(yīng)。CCD檢測是基于圖像處理來完成的，因此很容易帶來信號失真。
同時這些檢測技術(shù)的裝置的結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，不便于攜帶。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種對激發(fā)波長在470～495nm、發(fā)射波長在510～530nm的熒光物質(zhì)檢測的毫米級激光誘導(dǎo)熒光檢測儀。這種毫米級獨立探測單元既可以避免檢測系統(tǒng)掃描精度主要受X、Y移動平臺的機械精度、重復(fù)精度、和環(huán)境條件的影響，又能保證激發(fā)光的勻場照射，更重要的是可以提高生物芯片熒光標(biāo)記的熒光信號強度，掃描的精度、重復(fù)精度，簡化檢測設(shè)備的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的生物芯片使用的毫米級微型激光誘導(dǎo)熒光檢測儀，包括有光源、濾光系統(tǒng)和光電檢測系統(tǒng)，其特征在于光源為峰值波長在470～495nm、其光譜在500nm處深度截止的半導(dǎo)體激光器1，濾光系統(tǒng)為截止波長為500nm峰值波長在520nm的干涉濾光膜2，光電檢測部分為微型半導(dǎo)體光電探測器件3；半導(dǎo)體激光器1、干涉濾光膜2、光電探測器件3集成于一體；熒光檢測儀總體積在毫米級別，其長、寬、高在1mm～10mm范圍內(nèi)。這種熒光檢測儀可以無限貼近被檢測對象，或進入被測對象中進行熒光檢測，因此熒光從激發(fā)到入射到光電探測器件上的光程很短，距離在幾十微米到十毫米左右。光源采用半導(dǎo)體激光器件，準(zhǔn)直性較好，光譜帶寬很窄，可避去過濾系統(tǒng)。
本發(fā)明的光電探測器件3可位于半導(dǎo)體激光器1的正下方，也可以與半導(dǎo)體激光器1并列面向被檢測對象，還可以包圍半導(dǎo)體激光器1。
圖1中的光電探測器件3位于半導(dǎo)體激光器1的正下方，光電探測器件3與半導(dǎo)體激光器1之間是干涉濾光膜2，光源與光電探測器件位于檢測對象的同一側(cè)，半導(dǎo)體激光器件位于探測器件的正中央。探測器件的光敏區(qū)面積為半導(dǎo)體激光器件橫截面積的2～50倍。探測器件的光敏區(qū)是指探測器件的吸收層；這里的橫截面是指平行于探測器件光敏區(qū)的橫截面。當(dāng)半導(dǎo)體激光器在探測器件上方時，一部分熒光會被半導(dǎo)體激光器表面反射或吸收而無法被探測器件收到，因此要求探測器件光敏區(qū)的面積略大于半導(dǎo)體激光器件橫截面積。
圖2中的半導(dǎo)體激光器1與光電探測器件并列面向被檢測對象。光電探測器件2上鍍有截止波長為500nm峰值波長在520nm的濾光薄膜，厚度在1～10um；熒光檢測儀載體4用來固定半導(dǎo)體激光器1與光電探測器件3，可以沒有。
圖3中干涉濾光膜2位于光電探測器件3上方與光電探測器件3共同包圍半導(dǎo)體激光器1，位于中央的半導(dǎo)體激光器1為圓形或者矩形，光電探測器件3為圓形、或者多邊形。
光電探測器件3的電極采用氧化銦錫透明薄膜，增加有效受光面積。
干涉濾光膜2直接鍍在探測器件的上方，或者先鍍在其它透明基片上，透明基片再附在光電探測器件3上面。
干涉濾光膜2厚度在1～10um，用來過濾熒光激發(fā)波段以外的雜光。
這種熒光檢測裝置可以組成陣列形成光尋址快速掃描系統(tǒng)。
本發(fā)明的工作原理是微型激光誘導(dǎo)熒光檢測儀中的半導(dǎo)體激光器帶有光束整形為“一”光束(或不整形，但無限接近被測對象)，同時保證在500nm處深度截止。FluorX等熒光素在激光激發(fā)下發(fā)出峰值在520nm的熒光，熒光通過濾波片被光電探測器件接收實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，輸出相應(yīng)電信號。
該裝置體積的長、寬、高可以微型化，達(dá)到1mm～10mm范圍內(nèi)；多個微型熒光儀可以組成陣列使用實現(xiàn)熒光檢測多點實時動態(tài)性，光尋址快速掃描等功能。在掃描檢測中，實現(xiàn)光源、被測對象和光電檢測系統(tǒng)沒有相對運動，消除了位移帶來的誤差與失真使檢測結(jié)果更接近真值。代替現(xiàn)有宏觀儀器，如通用的使用塑料反應(yīng)管的PCR定量定性檢測系統(tǒng)。


圖1本發(fā)明的裝置(光電探測器件位于半導(dǎo)體激光器正下方)示意圖；圖2本發(fā)明的裝置(光電探測器件與半導(dǎo)體激光器并列)示意圖；圖3本發(fā)明的裝置(半導(dǎo)體激光器被光電探測器件包圍)示意圖；圖4本發(fā)明的優(yōu)選實施例；圖5本發(fā)明的優(yōu)選實施例陣列組合用于PCR實時動態(tài)檢測；圖1-5中，1、半導(dǎo)體激光器件 2、干涉濾光膜 3、光電探測器件 4、熒光檢測儀載體；5、生物芯片上片 6、生物芯片下片 7、微通道 8、含熒光素FluorX溶液 9、發(fā)射光 10、熒光
具體實施例方式
參照附圖4-5，將詳細(xì)敘述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
參照附圖4生物芯片上下兩片5、6采用PMMA有機玻璃材料制成，每片有機玻璃厚度為1mm。采用準(zhǔn)分子激光加工技術(shù)在上面加工微通道。采用熱壓鍵合方式將生物芯片上下兩片5、6永久封閉。光源為藍(lán)光半導(dǎo)體激光器件1，峰值波長在473nm，其發(fā)射光9照射到生物芯片微通道7中的含熒光素FluorX溶液8，被激發(fā)的熒光10通過干涉濾光膜2的過濾后被光電探測器件3所接收到，經(jīng)光電探測器件由光信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，以此識別熒光信號的強度。
參照附圖5多個微型熒光儀可以組成陣列使用實現(xiàn)對PCR熒光檢測多點實時動態(tài)性。實時定量RT-PCR(Real-time reverse transcriptionquantitative polymerase chain reaction，Real-time RT-PCR)，所謂實時定量PCR是指在PCR指數(shù)擴增期間通過連續(xù)檢測熒光信號的強弱來即時測定特異性產(chǎn)物的量，并據(jù)此推斷目的基因的初始量。PCR芯片上的通道每個循環(huán)經(jīng)過變性、退火及延伸三個溫區(qū)。每擴增一個DNA鏈就有一個熒光分子形成，可以實現(xiàn)熒光信號的積累與PCR產(chǎn)物形成完全同步。每一個熒光信號的光學(xué)特性可通過微型熒光儀識別。
每一個微型熒光儀分別相對應(yīng)于PCR的每個循環(huán)上要探測的區(qū)域，生物芯片的微通道7中內(nèi)充滿熒光素FluorX溶液8，半導(dǎo)體激光器件1的發(fā)射光9照射到生物芯片微通道7中的熒光素溶液8，被激發(fā)的熒光7通過干涉濾光膜2的過濾后被光電探測器件3所接收到，經(jīng)光電探測器件由光信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，根據(jù)電信號的不同輸出值可以推測PCR每個循環(huán)產(chǎn)物的特征。
權(quán)利要求
1.生物芯片使用的毫米級微型激光誘導(dǎo)熒光檢測儀，包括有光源、濾光系統(tǒng)和光電檢測系統(tǒng)，其特征在于光源為峰值波長在470～495nm、其光譜在500nm處深度截止的半導(dǎo)體激光器(1)，濾光系統(tǒng)為截止波長為500nm峰值波長在520nm的干涉濾光膜(2)，光電檢測部分為微型半導(dǎo)體光電探測器件(3)；半導(dǎo)體激光器(1)、干涉濾光膜(2)、光電探測器件(3)集成于一體；熒光檢測儀總體積在毫米級別，其長、寬、高在1mm～10mm范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片使用的毫米級微型激光誘導(dǎo)熒光檢測儀，其特征在于光電探測器件(3)位于半導(dǎo)體激光器(1)的正下方，光電探測器件(3)與半導(dǎo)體激光器1之間是干涉濾光膜(2)，半導(dǎo)體激光器(1)與光電探測器件(3)位于檢測對象的同一側(cè)，半導(dǎo)體激光器件位于探測器件的正中央，光電探測器件(3)的光敏區(qū)面積為半導(dǎo)體激光器(1)橫截面積的2～50倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片使用的毫米級微型激光誘導(dǎo)熒光檢測儀，其特征在于半導(dǎo)體激光器(1)與設(shè)置在光電探測器件上面的干涉濾光膜(2)和光電探測器件(3)并列面向被檢測對象。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片使用的毫米級微型激光誘導(dǎo)熒光檢測儀，其特征在于干涉濾光膜(2)位于光電探測器件(3)上方，與光電探測器件(3)共同包圍半導(dǎo)體激光器(1)，位于中央的半導(dǎo)體激光器(1)為圓形或者矩形，光電探測器件(3)為圓形或者多邊形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的生物芯片使用的毫米級微型激光誘導(dǎo)熒光檢測儀，其特征在于光電探測器件(3)的電極采用氧化銦錫透明薄膜，增加有效受光面積。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的生物芯片使用的毫米級微型激光誘導(dǎo)熒光檢測儀，其特征在于干涉濾光膜(2)直接鍍在探測器件的上方，或者先鍍在其它透明基片上，透明基片再附在光電探測器件(3)上面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的生物芯片使用的毫米級微型激光誘導(dǎo)熒光檢測儀，其特征在于干涉濾光膜(2)厚度在1～10um。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的生物芯片使用的毫米級微型激光誘導(dǎo)熒光檢測儀，其特征在于所述的毫米級微型激光誘導(dǎo)熒光檢測裝置可以組成陣列形成光尋址快速掃描系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的生物芯片使用的毫米級微型激光誘導(dǎo)熒光檢測儀，其特征在于采用熒光檢測儀載體(4)用來固定半導(dǎo)體激光器(1)與光電探測器件(3)，或者不用。
全文摘要
本發(fā)明涉及生物芯片使用的毫米級微型激光誘導(dǎo)熒光檢測儀，屬于生物學(xué)及醫(yī)學(xué)檢測儀器。它包括有光源、濾光系統(tǒng)和光電檢測系統(tǒng)，其特征在于光源為峰值波長在470～495nm、其光譜在500nm處深度截止的半導(dǎo)體激光器(1)，濾光系統(tǒng)為截止波長為500nm峰值波長在520nm干涉濾光膜(2)，光電檢測部分為微型半導(dǎo)體光電探測器件(3)；半導(dǎo)體激光器、干涉濾光膜、光電探測器件集成于一體；熒光檢測儀總體積在毫米級別，其長、寬、高在1mm～10mm范圍內(nèi)。光電探測器件可位于半導(dǎo)體激光器正下方，可將其包圍，也可與之并列。本發(fā)明簡化了檢測技術(shù)的裝置的結(jié)構(gòu)，便于攜帶，消除了帶來的誤差與失真使檢測結(jié)果更接近真值。
文檔編號G01N21/64GK1712941SQ20051008711
公開日2005年12月28日 申請日期2005年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月27日
發(fā)明者吳堅, 鄧敏 申請人:北京工業(yè)大學(xué)