基于直线扫描的荧光共聚焦检测装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于直线扫描的荧光共聚焦检测装置。在1束激发光的光路上设置与光路呈135°的二向分色棱镜；所述激发光透射所述二向分色棱镜后的透射光的光路上设置与光路呈45°的直角棱镜；所述透射光经所述直角棱镜反射后入射至物镜，然后聚焦到样品上得到光信号；所述光信号经过所述物镜后依次经所述直角棱镜和所述二向分色镜反射，然后依次经透镜Ⅰ、针孔和透镜Ⅱ平行入射至光学检测器，得到样品的光学信号、光谱信号或光强信号；所述直角棱镜和所述物镜均可沿所述激发光的入射方向做直线运动。本发明将传统的共聚焦系统与扫描平台结合起来，使得共聚焦系统能够进行大量样本的多通道扫描；通过直线电机扫描平台进行扫描，能够提高检测频率和检测精度。
【专利说明】基于直线扫描的荧光共聚焦检测装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于直线扫描的荧光共聚焦检测装置。
【背景技术】
[0002] 进入21世纪以来，生物芯片技术飞速发展，其高通量、微型化以及自动化的特点 给相关的配套仪器提出了比较高的要求。共聚焦光学系统是指激发光聚焦在样本表面的同 时使发射光汇聚在针孔上，通过针孔限制系统在样本表面的聚焦深度以降低背景光的信号 强度，从而大大提高系统的信噪比和检测限。一般的共聚焦扫描显微镜通过光栅来扩大激 发光的汇聚范围来对视场内的样本进行成像，然而受限于物镜及针孔的尺寸，其检测范围 小，一般只能对单一样本进行分析，限制了其通量。由于生物芯片技术的发展需要有一种能 进行高通量快速扫描的共聚焦系统以对生化样本进行高通量、快速以及准确的分析。对于 现在需求量越来越大的高通量生化分析领域，一种能对在大范围内分布的样本进行一次性 扫描检测的共聚焦检测系统将会具有很大的作用。另一方面，已有的共聚焦显微镜一般都 只能进行单通道检测，对于高通量样本其需要手动调节对焦一个一个样本进行检测，这样 一来检测速度很慢，无法体现出生物芯片技术高通量快速检测的特点，因此共焦显微镜并 不适用于生物芯片的高通量分析。现在另一种常用的用于高通量检测的扫描仪是基于电荷 耦合元件（CCD)进行检测的，其通过CCD直接对带有样本的整个表面进行成像以达到高通 量检测的目的。由于其成像针对整个样本表面，因此可以进行高通量检测，但是这种检测方 式的局限性也很明显：1、其不是共聚焦系统，信噪比并不理想，检测限较低；2、由于对整个 平面进行成像，平面上没有荧光信号的点也会有比较多的杂散光干扰检测；3、需要一些软 件来对采集到的图像进行分析提取出信号点，软件计算受限于计算机速度，因此在检测的 时效性上有一定局限性。基于以上缺陷，需要通过扫描的方式将原有的共聚焦系统进行扩 展，使其能够针对高通量样本进行快速分析。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种基于直线扫描的荧光共聚焦检测装置，本发明的检测装 置是一种快速、高灵敏度的可对直线排布的样本进行同时分析检测的高通量的检测装置。
[0004] 本发明所提供的一种基于直线扫描的荧光共聚焦检测装置，在1束激发光的光路 上设置与光路呈135°的二向分色棱镜；所述激发光透射所述二向分色棱镜后的透射光的 光路上设置与光路呈45°的直角棱镜；所述透射光经所述直角棱镜反射后入射至物镜，然 后聚焦到样品上得到光信号；所述光信号经过所述物镜后依次经所述直角棱镜和所述二向 分色镜反射，然后依次经透镜I、针孔和透镜II平行入射至光学检测器，得到样品的光学信 号、光谱信号或光强信号；
[0005] 所述直角棱镜和所述物镜均可沿所述激发光的入射方向做直线运动。
[0006] 上述的荧光共聚焦检测装置中，所述物镜和所述直角棱镜均可固定于一个支架 上，所述支架可沿所述激发光的入射方向做直线运动。
[0007] 上述的荧光共聚焦检测装置中，所述支架设于直线电机上。
[0008] 上述的荧光共聚焦检测装置中，所述激发光依次经反射镜I和反射镜II反射后入 射至所述二向分色棱镜上，可用于调节激发光的入射位置以保证其与光轴重合。
[0009] 上述的荧光共聚焦检测装置中，所述直线电机设于光路防震台上。
[0010] 上述的荧光共聚焦检测装置中，所述光路防震台的两端设有限位开关，用以标识 直线运动的起始端以及停止端。
[0011] 上述的荧光共聚焦检测装置中，所述激发光由激发光源产生；
[0012] 所述激发光源可为激光器、紫外灯、红外灯、汞灯和发光二极管中至少一种。
[0013] 上述的荧光共聚焦检测装置中，所述激光器可为气体激光器、固体激光器、液体激 光器或半导体激光器。
[0014] 上述的荧光共聚焦检测装置中，所述光学检测器为光电倍增管（PMT)、电荷耦合元 件（CXD)或光电二极管。
[0015] 本发明具有如下优点：
[0016] 1、本发明将传统的共聚焦系统与扫描平台结合起来，使得共聚焦系统能够进行大 量样本的多通道扫描；
[0017] 2、通过直线电机扫描平台进行扫描，能够提高检测频率和检测精度；
[0018] 3、共聚焦系统能够对扫描平面的每个样本点进行单独成像而不是对整个平面进 行成像，这样能够提高样本点处的检测灵敏度，同时可以排除样本点外的其余杂散信号的 干扰。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1为本发明以物镜移动做共聚焦检测时的装置二维光路结构图，图中箭头表示 光路传播方向和平动台运动方向。
[0020] 图2为图1中所描述光路结构的实际构建的轴测图。
[0021] 图3为图1中所描述光路结构的实际构建的俯视图。
[0022] 图4为本发明用来形成物镜往复直线运动的平动台的轴测图。
[0023] 图5为本发明用来形成物镜往复直线运动的平动台的俯视图，图中箭头表示平移 台振动方向。
[0024] 图中各标记如下：1激光器、2二向分色镜、3直角棱镜、4样本阵列、5物镜、6透镜 I ;7针孔、8透镜II、9PMT、10计算机、11支架、12直线电机、13反射镜I、14反射镜II、15 光路防震台、16限位开关。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
[0026] 如图1所示，本发明提供的荧光共聚焦检测装置，首先待测样本上带有荧光标记， 所标记的荧光在特定波长与功率的激光激发下可以发射出荧光信号。可以针对特定荧光标 记的样本选用固定波长的激光器(如只用于某一种或几种荧光信号的检测)，也可以选择波 长可调的激光器以使仪器能够检测更多不同的样本。在激光器1发射的激发光的光路上设 置一个与该光路呈135°的二向分色棱镜2 ;该激发光透射该二向分色棱镜2后的透射光 的光路上设置与该光路呈45°的直角棱镜3 ;该透射光经过直角棱镜3反射后入射至物镜 5,然后聚焦到样品阵列4上得到光信号。其中，物镜5和直角棱镜3均固定于一个支架11 上，该支架11设于直线电机12上，且该直线电机可沿激发管的入射方向做直线运动，进而 物镜5和直角棱镜3均可沿激发光的入射方向做直线运动（图中箭头所示方向）。该光信号 经过物镜5后依次经直角棱镜3和二向分色棱镜2反射，然后依次经透射镜I 6、针孔7和 透镜II 8平行入射至光电倍增管9上，将样品发出的荧光信号转换为电压信号后输入值计 算机10上得到检测结果。本发明中，样本沿直线电机12的运动方向阵列排布，激发光从左 至右依次在各个样本上进行聚焦，在到达另一端时完成半个周期的扫描，这时候下一批次 的样本进入到扫描区域，物镜5开始往回运动对下一批次的样本进行扫描，直至回到起始 端完成一个周期。通过直线扫描，可以使物镜5在一个工作周期内对两个批次的样本进行 检测或者对一批样本进行两次扫描，可以提高分析检测的速度或准确性。
[0027] 如图2和图3所示，在激发光的入射至二向分色棱镜2之前，设置反射镜I 13和 反射镜II 14,可用于调节激发光的入射位置以保证其与光轴重合。
[0028] 如图4和图5所示，为了保证直线电机扫描运动的稳定性，同时为直线电机的起始 位置和终止位置提供标识，将该直线电机设置于一个光路防震台15,且在光路防震台15的 两端均安装有限位开关16,用以标识直线运动的起始端以及停止端，当直线电机碰触到限 位开关16时将会触发一个电脉冲告诉控制系统半个或一个扫描周期已经完成以方便控制 系统进行下一步操作(如不同批次样本的更换或是数据的处理等)。根据限位开关的位置和 直线电机的行程可以对扫描范围进行大幅度的调节，扫描范围可以超过通光口径的两倍以 上。
[0029] 本发明中，产生激发光的光源还可为紫外灯、红外灯、汞灯和发光二极管中至少一 种；所选择的激光器还可为气体激光器、固体激光器、液体激光器或半导体激光器；本发明 中的光学检测器还可为电荷耦合元件（CCD )或光电二极管。
[0030] 与光栅震荡式直线扫描不同，本发明即使在扫描范围的边缘处也不会因为偏离通 光口径正中心而发生信号的衰减。扫描范围的扩大和往复扫描使得更高通量、更高灵敏度、 更加快速的生化分析检测成为可能。
【权利要求】
1. 一种基于直线扫描的荧光共聚焦检测装置，其特征在于：在1束激发光的光路上设 置与光路呈135°的二向分色棱镜；所述激发光透射所述二向分色棱镜后的透射光的光路 上设置与光路呈45°的直角棱镜；所述透射光经所述直角棱镜反射后入射至物镜，然后聚 焦到样品上得到光信号；所述光信号经过所述物镜后依次经所述直角棱镜和所述二向分色 镜反射，然后依次经透镜I、针孔和透镜II平行入射至光学检测器，得到样品的光学信号、 光谱信号或光强信号； 所述直角棱镜和所述物镜均可沿所述激发光的入射方向做直线运动。
2. 根据权利要求1所述的荧光共聚焦检测装置，其特征在于：所述物镜和所述直角棱 镜均固定于一支架上，所述支架可沿所述激发光的入射方向做直线运动。
3. 根据权利要求2所述的荧光共聚焦检测装置，其特征在于：所述支架设于直线电机 上。
4. 根据权利要求1-3中任一项所述的荧光共聚焦检测装置，其特征在于：所述激发光 依次经反射镜I和反射镜II反射后入射至所述二向分色棱镜上。
5. 根据权利要求3或4所述的荧光共聚焦检测装置，其特征在于：所述直线电机设于 光路防震台上。
6. 根据权利要求5所述的荧光共聚焦检测装置，其特征在于：所述光路防震台的两端 设有限位开关。
7. 根据权利要求1-6中任一项所述的荧光共聚焦检测装置，其特征在于：所述激发光 由激发光源产生； 所述激发光源为激光器、紫外灯、红外灯、汞灯和发光二极管中至少一种。
8. 根据权利要求7所述的荧光共聚焦检测装置，其特征在于：所述激光器为气体激光 器、固体激光器、液体激光器或半导体激光器。
9. 根据权利要求1-8中任一项所述的荧光共聚焦检测装置，其特征在于：所述光学检 测器为光电倍增管、电荷耦合元件或光电二极管。
【文档编号】G01N21/64GK104111241SQ201310139428
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年4月22日 优先权日:2013年4月22日
【发明者】刘鹏, 庄斌, 王帅钦, 甘五鹏 申请人:清华大学