專利名稱：熒光標記分子生物晶片陣列分析儀的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種生物晶片的讀取裝置，特別是一種利用光譜分析法用于偵測生物晶片上所發(fā)出的螢光信號的裝置。
背景技術(shù)：
人類基因的解碼提供了決定人類各種生理表現(xiàn)的基因草圖，隨之而來更重要的工作是，了解各別基因在生理上所代表的意義，以及這些特定基因的表現(xiàn)機制。使用可以同時分析大量基因的工具，將有助于對這些數(shù)量龐大的基因進行研究。生物晶片可以在一小面積的承載物上，同時得到大量樣品的分析結(jié)果，因此可用于大量篩檢基因的表現(xiàn)、作為藥物篩選平臺或是臨床上的檢測工具等，因此深具應用潛力。
生物晶片大致上可分為基因晶片(gene chip)，晶片實驗室(lab-on-a-chip)以及蛋白質(zhì)晶片(protein chip)等，因為晶片實驗室以及蛋白質(zhì)晶片的技術(shù)難度較高，因此目前是以DNA晶片為主流。DNA晶片的偵測方式大致上如圖1所示，首先在一固體承載物(如玻片或硅晶片)的表面放置許多被當作偵測探針的已知DNA片段2而形成DNA晶片1，一般這些DNA探針2是以陣列方式排列，因此被稱為DNA微陣列。另一方面，在待測的未知DNA片段3(Target DNA，目標DNA)上標記上螢光標記分子。接著將DNA晶片1與目標DNA3進行雜交(Hybridization)，經(jīng)過清洗步驟，使DNA晶片1上只留有與DNA探針結(jié)合的DNA片段，再經(jīng)過生物晶片儀的掃描，測定螢光標記分子被激發(fā)出的螢光，即可得知分析結(jié)果。
已知的生物晶片儀4的組件構(gòu)成大致上如圖2所示，是由一雷射光源40發(fā)出光束，此雷射光束通過聚焦透鏡41，經(jīng)分光鏡(Beam splitter)42上反射，再通過另一聚焦透鏡43，到達待測晶片44表面，晶片44上的螢光標記分子受到雷射光的激發(fā)而被激發(fā)出螢光45，螢光45通過聚焦透鏡43、分光鏡42、聚焦透鏡46，再通過濾波片(Filter)47濾除激發(fā)光源的光波，而后將光信號傳入光電倍增管(Photomultiplier tube，PMT)48，光電倍增管48將光信號轉(zhuǎn)為電子信號并將信號放大，再將此信號輸入計算機49轉(zhuǎn)換成圖像文件后再行判斷讀取。此種生物晶片陣列分析儀需先將生物晶片上所有樣品點均掃描完成后，再經(jīng)轉(zhuǎn)換成圖像文件判斷讀取。
一般常用的螢光標記分子為Cy3(cyanine 3，花青染料3)以及Cy5(cyanine 5，花青染料5)。Cy3的吸收光譜中心波長為550nm，因此，一般是以532nm的雷射光作為激發(fā)光源用以激發(fā)Cy3分子而發(fā)出中心波長為570nm的螢光。Cy5的吸收光譜中心波長為649nm，因此一般是以632.8nm或是635nm的雷射光作為激發(fā)光源用以激發(fā)Cy5分子而發(fā)出中心波長為678nm的螢光。為了去除光源光波的干擾，一般需使用適當?shù)臑V波片加以濾除。因為此二種螢光標記分子的激發(fā)光源以及被激發(fā)出的螢光的波長相當接近，因此在濾除干擾光波時，也可能濾除部分螢光信號，造成信號損失。此外，若在同一片生物晶片上有兩種以上的螢光分子，則易產(chǎn)生多色干擾的問題。另外，已知的生物晶片儀需將所有樣品點掃描完成后，并以成像方式，再經(jīng)轉(zhuǎn)換成圖像文件判斷讀取，此判讀過程可能因像差或信號轉(zhuǎn)換產(chǎn)生誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一為提供一種螢光標記分子生物晶片陣列分析儀，是以光譜儀取代已知生物晶片儀的光電倍增管(Photomultiplier tube，PMT)，因此可精確選取螢光信號，增加分析的準確度，同時不需設置濾光片。
本發(fā)明的另一目的為提供一種螢光標記分子生物晶片陣列分析儀，可對生物晶片上的樣品點進行同步實時的分析及判讀，毋須等待全部掃描并轉(zhuǎn)成圖像文件后再進行判斷讀取，因此可大幅節(jié)省分析的時間。
本發(fā)明的又一個目的為提供一種螢光標記分子生物晶片陣列分析儀，是直接讀取光譜儀的信號，不須將信號轉(zhuǎn)成圖像文件，因此可降低信號轉(zhuǎn)換時所造成的誤差。
本發(fā)明的螢光標記分子生物晶片陣列分析儀，至少包含一光源，用以發(fā)出光束；一光處理單元，使光源所發(fā)出的光束聚焦于生物晶片上，使生物晶片上的螢光物質(zhì)被激發(fā)出螢光；一聚焦透鏡，用以使螢光聚焦于光譜儀；一光譜儀，用以偵測光信號；以及一輸出裝置，用以輸出或顯示所述光譜儀所偵測的信號；其中，所述輸出裝置所輸出或顯示的信號，并不是經(jīng)轉(zhuǎn)換的圖像文件所判斷讀取的信號。上述的光處理單元可以包含一分光鏡，用以反射光束，并使光束通過一聚焦透鏡；以及一聚焦透鏡，使分光鏡反射的光束聚焦于生物晶片上，使生物晶片上的螢光物質(zhì)被激發(fā)出螢光。再者，視使用的光源所發(fā)出的光束大小，可于光源與分光鏡之間再設置另一聚焦透鏡，以增強聚焦效果。
此外，本發(fā)明可以根據(jù)使用者的需求，選取光譜儀所偵測的信號產(chǎn)生一圖像文件，以方便對照生物晶片上各樣品點的分析結(jié)果，此圖像文件僅供作方便對照樣品點之用，各樣品點的信號強度值仍是直接來自光譜儀所偵測的信號，因此不會造成如先前技術(shù)將測得信號轉(zhuǎn)為圖像文件后再判斷讀取時所產(chǎn)生的誤差。
本發(fā)明的生物晶片陣列分析儀是改良已知的生物晶片儀，利用光譜儀判斷讀取樣品點的螢光信號，并且在進行樣品點掃描時，實時顯示所述樣品點的信號。因為光譜儀可清楚顯示不同波長的信號，因此不需加裝濾光片，即可精確判讀樣品點的螢光信號。此外，對于同一片生物晶片上有兩種以上螢光標記分子的樣品，也可以精確的判斷讀取。


圖1為已知DNA晶片測定的示意圖。
圖2為已知生物晶片儀的示意圖。
圖3為本發(fā)明螢光標記分子生物晶片陣列分析儀的示意圖。
圖4為本發(fā)明螢光標記分子生物晶片陣列分析儀的分析光譜圖。
圖5為利用本發(fā)明的螢光標記分子生物晶片陣列分析儀于不同信號累積時間時進行掃描的分析光譜圖。
圖6為本發(fā)明螢光標記分子生物晶片陣列分析儀的樣品對照圖像。
圖中1 DNA晶片 2 DNA探針 3 目標DNA4 已知的生物晶片儀40 雷射光源 41 聚焦透鏡
42分光鏡 43聚焦透鏡44晶片45螢光 46聚焦透鏡47濾波片48光電倍增管 49計算機5本發(fā)明的螢光標記分子生物晶片陣列分析儀50光源 51聚焦透鏡52分光鏡53聚焦透鏡 54生物晶片55螢光56聚焦透鏡 57光譜儀 58輸出裝置59承載平臺具體實施方式
以下將配合附圖進一步說明本發(fā)明的實施方式，圖3為本發(fā)明螢光標記分子生物晶片陣列分析儀5的一實施例。圖3所示的生物晶片陣列分析儀5包含一光源50，用以發(fā)出光束；一分光鏡52，可反射并使光束通過一聚焦透鏡53；一聚焦透鏡53，使分光鏡52反射的光束聚焦于生物晶片54上，使生物晶片54上的螢光物質(zhì)被激發(fā)出螢光55；一聚焦透鏡56，用以使螢光聚焦于光譜儀；一光譜儀57，用以偵測光信號；以及一接受并顯示光譜儀信號的輸出裝置58。視所使用光源50的光束大小，可于光源50與分光鏡52之間另行設置一聚焦透鏡51以加強聚焦效果。
利用本發(fā)明的生物晶片儀分析生物晶片時，是先將生物晶片置放于一承載平臺59上，此平臺59可經(jīng)由計算機58控制，作X、Y軸向移動。進行掃描分析時，雷射光源50發(fā)出光束，此光束經(jīng)聚焦透鏡51，并由分光鏡52反射，再以聚焦透鏡53聚焦，使光束到達生物晶片54表面，此光束激發(fā)生物晶片54表面上的螢光物質(zhì)，使所述螢光物質(zhì)被激發(fā)出螢光55。此螢光55通過分光鏡52，并經(jīng)聚焦透鏡56聚焦于光譜儀，之后，由光譜儀57偵測此光信號。此信號傳輸至一輸出裝置58，此光譜儀的信號可直接由此裝置58輸出或顯示。為了使數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析更方便，此輸出裝置58可為一計算機，此計算機可以同時包含控制生物晶片承載平臺59的程序，使此生物晶片陣列分析儀5更容易操作。
圖4所示為使用Cy5為螢光標記分子時，本發(fā)明的螢光標記分子生物晶片陣列分析儀所顯示的分析光譜圖。圖中顯示為單一樣品點的信號，其中可以清楚地區(qū)分波長635nm的激發(fā)光源與中心波長678nm的被激發(fā)的螢光光譜信號，如此可以更精確地判斷讀取樣品點的螢光信號，而且不致因使用濾光片損失部分信號。
另外，若是樣品點濃度較低而被激發(fā)出的螢光較微弱時，可如圖5所示，將偵測時間延長，使光譜儀上累積較高的螢光信號再進行紀錄，如此可得到較大的信號。圖5所示是使用Cy5作為螢光標記分子時，利用本發(fā)明的螢光標記分子生物晶片陣列分析儀于不同信號累積時間(由100秒至700秒)進行掃描的分析光譜圖，由圖中可發(fā)現(xiàn)隨著信號累積時間的增加，可以得到較大的信號值，如此可偵測出螢光信號較弱的樣品點，增加分析的靈敏度。
另外，可視使用者的需求，使光電倍增管所偵測的信號產(chǎn)生一如圖6所示的圖像文件，以方便對照生物晶片上各樣品點的分析結(jié)果，此圖像文件僅供作方便對照樣品點之用，各樣品點的信號強度值仍是直接來自光譜儀所偵測的信號，因此不會造成如先前技術(shù)將測得信號轉(zhuǎn)為圖像文件后再判斷讀取時所產(chǎn)生的誤差。
綜上所述，本發(fā)明利用光譜儀作為光信號偵測器，因此毋須設置濾光片，并能更精確的判斷讀取樣品點的信號。再者，本發(fā)明毋須將信號轉(zhuǎn)為圖像文件再進行判斷讀取，因此可減少樣品點判讀的誤差。而且進行樣品點掃描時，可同步實時顯示各樣品點的信號。
上述所列舉的實施例是用以說明本發(fā)明，并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何本領域技術(shù)人員，根據(jù)本發(fā)明可做修改和變化，因此本發(fā)明的保護范圍應根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求所保護的范圍而定。
權(quán)利要求
1.一種螢光標記分子生物晶片陣列分析儀，其特征在于，至少包含一光源，用以發(fā)出光束；一光處理單元，使所述光源所發(fā)出的光束聚焦于生物晶片上，使生物晶片上的螢光物質(zhì)被激發(fā)出螢光；一聚焦透鏡，用以使螢光聚焦于光譜儀；一光譜儀，用以偵測光信號；以及一信號輸出裝置，用以輸出或顯示所述光譜儀所偵測的信號；其中，所述輸出裝置所輸出或顯示的信號，不是經(jīng)轉(zhuǎn)換的圖像文件所判斷讀取的信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螢光標記分子生物晶片陣列分析儀，其特征在于，所述光處理單元至少包含一分光鏡，用以反射光束，并使所述光束通過一聚焦透鏡；以及一聚焦透鏡，使所述分光鏡反射的光束聚焦于所述生物晶片上，使所述生物晶片上的螢光物質(zhì)被激發(fā)出螢光。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的螢光標記分子生物晶片陣列分析儀，其特征在于，所述光處理單元必須進一步包含另一聚焦透鏡，設置于所述光源與所述分光鏡之間，以加強聚焦效果。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螢光標記分子生物晶片陣列分析儀，其特征在于，所述螢光標記分子生物晶片陣列分析儀進一步包含一承載平臺，用以承載所述生物晶片，所述承載平臺可作X、Y軸向移動。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的螢光標記分子生物晶片陣列分析儀，其特征在于，所述螢光標記分子生物晶片陣列分析儀進一步包含一計算機，所述計算機至少包含一組控制所述承載平臺移動方向的控制參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的螢光標記分子生物晶片陣列分析儀，其特征在于，所述計算機可作為所述信號輸出裝置，至少包含一組可用以顯示或輸出所述光譜儀所偵測的信號的參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的螢光標記分子生物晶片陣列分析儀，其特征在于，所述計算機至少包含一組可用以使所述光譜儀所偵測的信號產(chǎn)生圖像文件的參數(shù)，所述圖像文件用以輔助對照所述生物晶片樣品分析結(jié)果。
8.一種螢光標記分子生物晶片陣列分析儀，其特征在于，至少包含一光源，用以發(fā)出光束；一分光鏡，用以反射光束，并使所述光束通過一聚焦透鏡；以及第一聚焦透鏡，使所述分光鏡反射的光束聚焦于所述生物晶片上，使所述生物晶片上的螢光物質(zhì)被激發(fā)出螢光；第二聚焦透鏡，用以使螢光聚焦于光譜儀；一光譜儀，用以偵測光信號；以及一信號輸出裝置，用以輸出或顯示所述光譜儀所偵測的信號；其中，所述輸出裝置所輸出或顯示的信號，不是經(jīng)轉(zhuǎn)換的圖像文件所判斷讀取的信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的螢光標記分子生物晶片陣列分析儀，其特征在于，必須進一步包含另一聚焦透鏡，設置于所述光源與所述分光鏡之間，以加強聚焦效果。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的螢光標記分子生物晶片陣列分析儀，其特征在于，所述螢光標記分子生物晶片陣列分析儀進一步包含一承載平臺，用以承載所述生物晶片，所述承載平臺可作X、Y軸向移動。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的螢光標記分子生物晶片陣列分析儀，其特征在于，所述掃描式生物晶片儀進一步包含一計算機，所述計算機至少包含一組控制所述承載平臺移動方向的控制參數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的螢光標記分子生物晶片陣列分析儀，其特征在于，所述計算機可作為所述信號輸出裝置，至少包含一組可用以顯示或輸出所述光譜儀所偵測的信號的參數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的螢光標記分子生物晶片陣列分析儀，其特征在于，所述計算機至少包含一組可用以使所述光譜儀所偵測的信號產(chǎn)生圖像文件的參數(shù)，所述圖像文件用作輔助對照所述生物晶片樣品分析結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明的熒光標記分子生物晶片陣列分析儀至少包含一光源，用以發(fā)出光束；一光處理單元，使光源所發(fā)出的光束聚焦于生物晶片上，使生物晶片上的熒光物質(zhì)被激發(fā)出熒光；一聚焦透鏡，用以使熒光聚焦于光譜儀；一光譜儀，用以偵測光信號；以及一輸出裝置，用以輸出或顯示所述光譜儀所偵測的信號，其中，所述輸出裝置所輸出或顯示的信號，并非為經(jīng)轉(zhuǎn)換的圖像文件所判斷讀取的信號。本發(fā)明以光譜儀取代已知生物晶片儀的光電倍增管來偵測光信號，因此不需設置濾光片，能更精確的判斷讀取樣品點的信號。且毋須將信號轉(zhuǎn)為圖像文件再行判斷讀取，因此可減少樣品點判斷讀取的誤差。并且在進行樣品點掃描時，可同步實時顯示所述樣品點的信號。
文檔編號G01N21/64GK1595114SQ0315657
公開日2005年3月16日 申請日期2003年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月9日
發(fā)明者王建華, 陳惠如, 吳自強, 莊建和, 莊琮凱 申請人:開物科技股份有限公司