一种近红外激光共聚焦生物芯片扫描仪制造技术

本发明专利技术公开了一种近红外激光共聚焦生物芯片扫描仪，包括光学模块，光学模块包括近红外激光器和激光共聚焦检测系统；激光共聚焦检测系统包括准直透镜、激光滤光片、二向色镜、物镜、荧光滤光片、会聚透镜、针孔光阑和光电探测器；近红外激光器发出的激光经准直透镜后形成平行光，平行光经过激光滤光片后再经二向色镜反射后，通过物镜可聚焦在生物芯片表面，生物芯片被激发后发出的荧光通过物镜变为平行光，平行光再依次经过二向色镜、会聚透镜聚焦在针孔光阑上，光电探测器紧靠针孔放置，光电探测器可向电气控制模块输入信号；本发明专利技术既可有效提高待检测扫描的生物样品的扫描范围，同时确保检测精度和灵敏度，而且结构简单，易于操作，制造成本低。

A Near Infrared Laser Confocal Biochip Scanner

The invention discloses a near-infrared laser confocal biochip scanner, which includes an optical module, an optical module including a near-infrared laser and a laser confocal detection system; a laser confocal detection system includes a collimating lens, a laser filter, a dichroic lens, an objective lens, a fluorescent filter, a convergent lens, a pinhole aperture and a photodetector; and a near-infrared laser emits excitation. Parallel light is formed after collimating lens. Parallel light passes through laser filter and then reflects through dichroic mirror. It can focus on the surface of biochip through objective lens. The fluorescence emitted by biochip after being stimulated changes into parallel light through objective lens. Parallel light is focused on pinhole aperture through dichroic lens and convergent lens in turn. Photoelectric detector is placed close to pinhole, and photoelectric detector can be used. The invention not only effectively improves the scanning range of biological samples to be detected and scanned, but also ensures the detection accuracy and sensitivity, and has simple structure, easy operation and low manufacturing cost.

【技术实现步骤摘要】
一种近红外激光共聚焦生物芯片扫描仪
本专利技术涉及生物医疗领域，具体涉及一种近红外激光共聚焦扫描仪。
技术介绍
如授权公告为CN102706846B的专利技术专利在
技术介绍
所述，生物荧光成像技术作为生物医学领域必不可少的技术手段已经得到广泛应用，是观察细胞形态、结构和生命现象的有力工具。目前普遍应用生物荧光成像技术是二十世纪80年代发展起来的激光扫描共聚焦显微镜，它的特点是采用针孔技术排除焦点以外的光信号对图像的干扰，从而大大提高了图像的清晰度和细节分辨能力，具有很高的轴向对比度。由于激光扫描共聚焦显微镜使用的激光范围在488nm-647nm之间，属于可见光范畴，而生物细胞对可见光散射大，换言之，可见光在生物样品内的穿透深度浅，最深不超过几百微米，厚标本的信息很难采集；另外，由于生物细胞对可见光吸收大，高密度的可见光激发生物样品时更容易引起光毒性和光漂白现象。为了解决以上技术问题，CN102706846B提出了一种近红外激光扫描共聚焦成像系统，基于生物组织在近红外波长范围吸收少和散射小的特性，结合依据共聚焦成像技术的优势，并辅以近红外量子点标记生物组织类样品的创新性应用，从而提出了该近红外激光扫描共聚焦成像系统及方法，它利用近红外量子点的激发光和反射荧光都在近红外区域的特点，优选采用波长范围在725-820nm的近红外激光激发标记于样品内的荧光发射光谱在932-1250nm的近红外量子点，从而能实现深层生物组织的成像，成像深度可达到数厘米，远远高出了现有技术中的毫米级的成像深度。但其采用扫描振镜组合f-theta透镜的扫描光路单元，使得待检测扫描的生物样品的扫描范围受到较大限制。又如授权公告号为CN103735249B的专利技术专利公开了一种荧光检测仪，包括激光合束模块、共焦扫描模块、光谱成像模块、荧光显微镜和控制显示模块；激光合束模块包括两个近红外光连续激光器、激光准直镜、反射镜和合束镜；共焦扫描模块包括可相互切换的三个二色镜、三个滤光片、扫描振镜、扫描透镜、针孔透镜和针孔；光谱成像模块包括分光棱镜、聚焦镜、三个狭缝及三个光电倍增管；荧光显微镜包括全反射棱镜、筒镜、显微物镜、纳米位移台和样品台；控制显示模块用于对激光器、扫描振镜、光电倍增管和纳米位移台进行控制及对图像进行显示；该技术由于采用了扫描振镜和扫描透镜，使得待检测扫描的生物样品的扫描范围也会受到较大限制。而授权公告号为CN101203744B的专利技术专利公开了一种激光微阵列芯片扫描仪，该仪器由光学系统，扫描运动平台和数据处理系统构成。在扫描过程中，光学系统保持固定，放置在扫描运动平台上的微阵列芯片相对于光学系统发生运动。该技术采用机械驱动式的扫描运动平台结构，虽然解决了扫描范围问题，然而该技术的检测精度和灵敏度不佳，而且该技术还存在光路结构复杂成本高的问题。因此，本申请人希望需求一种激光共聚焦扫描仪，既可有效提高待检测扫描的生物样品的扫描范围，同时确保检测精度和灵敏度。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种近红外激光共聚焦扫描仪，既可有效提高待检测扫描的生物样品的扫描范围，同时确保检测精度和灵敏度，而且结构简单，易于操作，制造成本低。本专利技术采用的技术方案如下：一种近红外激光共聚焦生物芯片扫描仪，包括用于激发生物芯片荧光的光学模块、用于安装生物芯片的机械运动扫描平台模块、电气控制模块以及将各所述模块安装为一体的安装壳体组件，所述光学模块包括近红外激光器和激光共聚焦检测系统；其中，所述激光共聚焦检测系统包括准直透镜、激光滤光片、二向色镜、物镜、荧光滤光片、会聚透镜、针孔光阑和光电探测器；所述近红外激光器发出的激光经准直透镜后形成平行光，所述平行光经过激光滤光片后再经二向色镜反射后，通过物镜可聚焦在生物芯片表面，生物芯片被激发后发出的荧光通过物镜变为平行光，所述平行光再依次经过二向色镜、荧光滤光片和会聚透镜聚焦在针孔光阑上，光电探测器紧靠针孔放置，所述光电探测器可向所述电气控制模块输入信号。优选地，所述近红外激光器的工作波长范围为760-1000nm。优选地，所述光学模块还包括光隔离器，所述近红外激光器发出的激光经过光隔离器后耦合到单纵模光纤中，再进入激光共聚焦检测系统。优选地，所述机械运动扫描平台模块包括X轴运动扫描系统、Y轴运动扫描系统和Z轴精密位移模块；所述生物芯片固装定位在安装托盘上，所述安装托盘同时安装在X轴运动扫描系统和Y轴运动扫描系统上；所述激光共聚焦检测系统与所述Z轴精密位移模块对应安装配合；其中，所述X轴运动扫描系统包括电机驱动同步带，用于带动所述安装托盘在X轴方向上的扫描运动；所述Y轴运动扫描系统采用电机驱动滚珠丝杆，用于带动所述安装托盘在Y轴方向上的扫描运动；所述Z轴精密位移模块采用电机驱动滚珠丝杆，用于调节所述激光共聚焦检测系统中的物镜到所述生物芯片表面的距离。优选地，所述电气控制模块包括信号处理器、主控制器和激光器控制器；其中，所述信号处理器将所述光电探测器的输入信号进行处理，然后将处理后的信号采用通讯方式传送给上位机；所述主控制器用于控制所述机械运动扫描平台模块的运动；所述激光器控制器用于控制所述近红外激光器的工作电流。优选地，所述信号处理器包括电连接的放大滤波电路和AD信号转换器件，其中，所述放大滤波电路接入所述光电探测器的输入信号；所述AD信号转换器件设置在主控制器上且与上位机通讯连接，将所述放大滤波电路处理后的信号转化为数字或图像数据。优选地，所述激光器控制器还设有激光器温度控制模块，用于对所述近红外激光器底座和/或所述光电探测器的恒温控制；所述近红外激光器底座和/或光电探测器分别设有与所述激光器温度控制模块电连接的温度控制器件；其中，近红外激光器底座的恒温范围设置在15-30℃；光电探测器的恒温范围设置在18-30℃。优选地，所述温度控制器件包括温度传感器和TEC温控元件，所述TEC温控元件设有两根电源引线，TEC温控元件可以通过改变所述两根电源引线的电流方向来分别实现加热和制冷功能。优选地，所述激光共聚焦检测系统的所有光学元器件的工作波长范围均为760-1000nm；所述光电探测器采用硅基质光电探测器模块。优选地，基于所述生物芯片的最小扫描分辨率和生物芯片基质表面不平整度的最大值综合计算得到所述针孔光阑的大小取值。优选地，所述X轴运动扫描系统和Y轴运动扫描系统分别安装有高精度光栅尺，分别用于所述安装托盘在X轴方向和Y轴方向上扫描运动的精确控制；所述Z轴精密位移模块可根据待检测生物芯片类型的不同，沿Z轴方向调整物镜到生物芯片表面的距离，用于确保所述生物芯片始终处于所述激光共聚焦检测系统允许的工作范围内。需要说明的是，本专利技术全文所述的生物芯片不仅仅是指在基质上，以点阵排列方式合成或者固定具有近红外荧光标记的生物聚合物的固态芯片，还包含以液相形态存在的具有近红外荧光标记的生物聚合物的液相芯片，通过本专利技术的近红外激光共聚焦扫描仪检测扫描后可以得到这些生物聚合物的相关信息，进而可以用于生物医疗领域的相关研究，具体如生物基因表达、变异研究以及各种疾病诊断分析等用途，这属于本领域技术人员的公知常识，本专利技术在实施例中不做具体说明本专利技术的优点：1、本专利技术采用机械驱动式的扫描运动平台来实现对生物芯片的运动扫描，有效提高待本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种近红外激光共聚焦生物芯片扫描仪，包括用于激发生物芯片荧光的光学模块、用于放置生物芯片的机械运动扫描平台模块、电气控制模块以及将各所述模块安装为一体的安装壳体组件，其特征在于，所述光学模块包括近红外激光器和激光共聚焦检测系统；其中，所述激光共聚焦检测系统包括准直透镜、激光滤光片、二向色镜、物镜、荧光滤光片、会聚透镜、针孔光阑和光电探测器；所述近红外激光器发出的激光经准直透镜后形成平行光，所述平行光经过激光滤光片后再经二向色镜反射后，通过物镜可聚焦在生物芯片表面，生物芯片被激发后发出的荧光通过物镜变为平行光，所述平行光再依次经过二向色镜、荧光滤光片和会聚透镜聚焦在针孔光阑上，光电探测器紧靠针孔放置，所述光电探测器可向所述电气控制模块输入信号。

【技术特征摘要】
1.一种近红外激光共聚焦生物芯片扫描仪，包括用于激发生物芯片荧光的光学模块、用于放置生物芯片的机械运动扫描平台模块、电气控制模块以及将各所述模块安装为一体的安装壳体组件，其特征在于，所述光学模块包括近红外激光器和激光共聚焦检测系统；其中，所述激光共聚焦检测系统包括准直透镜、激光滤光片、二向色镜、物镜、荧光滤光片、会聚透镜、针孔光阑和光电探测器；所述近红外激光器发出的激光经准直透镜后形成平行光，所述平行光经过激光滤光片后再经二向色镜反射后，通过物镜可聚焦在生物芯片表面，生物芯片被激发后发出的荧光通过物镜变为平行光，所述平行光再依次经过二向色镜、荧光滤光片和会聚透镜聚焦在针孔光阑上，光电探测器紧靠针孔放置，所述光电探测器可向所述电气控制模块输入信号。2.如权利要求1所述的近红外激光共聚焦生物芯片扫描仪，其特征在于，所述近红外激光器的工作波长范围为760-1000nm。3.如权利要求1所述的近红外激光共聚焦生物芯片扫描仪，其特征在于，所述光学模块还包括光隔离器，所述近红外激光器发出的激光经过光隔离器后耦合到单纵模光纤中，再进入激光共聚焦检测系统。4.如权利要求1或2或3所述的近红外激光共聚焦生物芯片扫描仪，其特征在于，所述机械运动扫描平台模块包括X轴运动扫描系统、Y轴运动扫描系统和Z轴精密位移模块；所述生物芯片固装定位在安装托盘上，所述安装托盘同时安装在X轴运动扫描系统和Y轴运动扫描系统上；所述激光共聚焦检测系统与所述Z轴精密位移模块对应安装配合；其中，所述X轴运动扫描系统包括电机驱动同步带，用于带动所述安装托盘在X轴方向上的扫描运动；所述Y轴运动扫描系统采用电机驱动滚珠丝杆，用于带动所述安装托盘在Y轴方向上的扫描运动；所述Z轴精密位移模块采用电机驱动滚珠丝杆，用于调节所述激光共聚焦检测系统中的物镜到所述生物芯片表面的距离。5.如权利要求1所述的近红外激光共聚焦生物芯片扫描仪，其特征在于，所述电气控制模块包括信号处理器、主控制器和激光器控制器；其中，所述信号处理器将所述光电探测器的输入信号进行处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：许颖原，张旭，王志慧，
申请(专利权)人：上海萨迦生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31