光子晶体编码微球生物芯片检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种光子晶体编码微球生物芯片检测装置，包括检测暗室（1）和分别设置在检测暗室（1）外侧的光源（2）、控制装置（3），所述光源（2）连入检测暗室（1）内，所述控制装置（3）分别连接检测暗室（1）和光源（2），分别控制光源（2）和检测暗室（1）内检测作业，其特征在于所述检测暗室（1）内设置光子晶体编码微球生物芯片（4），所述光子晶体编码微球生物芯片（4）上端设置与控制装置（3）连接的光学成像系统（5），所述光源（2）连入光学成像系统（5），所述控制装置（3）控制光学成像系统（5）对光子晶体编码微球生物芯片（4）进行编码图像与荧光信号图像的采集。该检测装置具有检测通量高，微球生物芯片编码稳定、解码简单，自动化程度高，检测成本低廉等优点。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物芯片检测
，特别涉及一种生物分子高通量与多元检测
的光子晶体编码微球生物芯片检测装置。
技术介绍
生物技术、材料技术、纳米技术、微电子等尖端科学技术的发展和交叉使现代分析检测进入了一个快速发展的时期。生物芯片，微全分析系统等新型分析手段也应运而生。 这些新的分析方法在环境检测、食品安全检测、生物医学研究以及临床诊断等领域应用日渐广泛。例如，上个世纪末出现的阵列型生物芯片是传统分析方法的一次重要的革新，它不但可以用于基因检测还扩展到蛋白质、糖类以及细胞组织的检测。生物芯片检测的基本原理是基片上不同坐标位置固定不同的探针分子，在探针分子与靶分子结合反应后，靶分子的种类通过坐标确定，而浓度则通过检测标记的荧光信号测定。它的特点是可以在几厘米见方的基片上固定数以万计的探针分子进行并行检测。因此，生物芯片技术极大地减少了多指标并行分析样本和试剂的用量。现在，国际上有许多著名的研究机构和企业(比如Affymetrix)在对基于该技术的分析方法和设备进行研发。现在，市场上已有可以对癌症、心血管疾病等多种疾病进行诊断和检测用的阵列型生物芯片及相应的检测装置。但是， 阵列型生物芯片仍然是一种基于固液界面反应的分析方法，尽管它具有多指标并行检测能力，还是没有解决如何提高反应速度和反应灵敏度的问题。其原因在于其检测反应在二维平面上进行，比表面积小，灵敏度受限，而且分子需要通过扩散到达探针位置才能结合，反应动力学仍然很慢。更为关键的问题是对于免疫检测来说，当指标过多时抗体之间的交叉反应很难解决，阵列芯片的成百上万的多指标优势在实际应用中性价比并不高，灵活性很差，适用范围受限制，因此目前主要应用于高通量基因筛选。为此，基于编码微载体的多元生物分子分析技术应运而生。该分析方法中的探针分子不是固定在基片上而是固定在可以与待检测溶液充分震荡混合的微球上，因此具有更快的反应动力学。而且微球具有比平面更高的比表面积，其检测灵敏度也大大提高。固定在流动载体上的探针分子不能再像阵列型生物芯片上那样利用坐标进行编码，而是利用微球内的荧光染料或者量子点加以编码识别，以实现同一反应中多指标并行检测。比如美国 Luminex公司利用荧光染料对微球进行编码的xMAP液相芯片技术，最先商业化应用于传染病、癌症、心血管疾病等的早期快速检测，迅速占领市场。该技术在微孔板的每个孔内进行基于流动载体的多指标并行检测，检测指标从单个到多个灵活多变，通过自动化流体控制系统将每个微孔内的样品逐一抽送到类似于流失细胞仪的专用检测仪中进行快速荧光分析。其核心优势在于快速的反应动力学、基于微孔板的自动化高通量样品检测以及高比表面积所导致的高检测灵敏度，非常适合临床应用。因此2005年全球科技产业和行业研究的权威机构Frost & Sul 1 ivan授予xMAP技术“2005年度国际临床诊断技术革新大奖”。受此影响以及随着技术的发展，各式各样的液相芯片逐渐出现。但是，Luminex的液相芯片所采用的荧光编码微球其荧光染料不稳定，容易光漂白，同时会对荧光标记信号产生干扰作用，另外，其检测仪器原理类似流式细胞仪，价格昂贵，检测成本较高。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种光子晶体编码微球生物芯片检测装置，解决了现有技术中基于编码微载体的液相芯片技术所存在的编码荧光染料不稳定以及检测仪器复杂且成本较高等问题。为了解决现有技术中的这些问题，本专利技术提供的技术方案是一种光子晶体编码微球生物芯片检测装置，包括检测暗室和分别设置在检测暗室外侧的光源、控制装置，所述光源连入检测暗室内，所述控制装置分别连接检测暗室和光源分别控制光源和检测暗室内检测作业，其特征在于所述检测暗室内设置光子晶体编码微球生物芯片，所述光子晶体编码微球生物芯片上端设置与控制装置连接的光学成像系统，所述光源连入光学成像系统，所述控制装置控制光学成像系统对光子晶体编码微球生物芯片进行编码图像与荧光信号图像的采集。优选的，所述控制装置包括微球芯片运动控制模块、图像自动采集与分析模块，所述图像自动采集与分析模块负责控制光学成像系统对光子晶体编码微球生物芯片进行编码图像与荧光信号图像的采集、分析；所述微球芯片运动控制模块负责控制光子晶体编码微球生物芯片的检测位置信息。优选的，所述光子晶体编码微球生物芯片下端设置二维电动平台，所述二维电动平台上固定一个或若干个微孔板，所述光子晶体编码微球生物芯片放置在微孔板内，所述二维电动平台下端铺设导轨，所述二维电动平台一端与控制装置控制的驱动电机连接；所述驱动电机驱动光子晶体编码微球生物芯片在检测暗室内滑动。优选的，所述光学成像系统包括滤色片组、驱动滤色片组切换的电动滤色片转轮， 所述滤色片组一端设置调焦镜头，所述调焦镜头调焦使光子晶体编码微球生物芯片的检测区域处于视场范围内；所述滤色片组另一端设置与控制装置连接的CCD图像传感器，所述 CCD图像传感器检测到图像信号后将图像信号转换成数字信号传输给控制装置。优选的，所述滤色片组包括明场滤色片组和荧光滤色片组，所述电动滤色片转轮驱动滤色片组转动在CCD图像传感器与光子晶体编码微球生物芯片间切换滤色片组。优选的，所述电动滤色片转轮为两个，所述调焦镜头内二向色镜固定于变倍镜头后方，光源经由二向色镜进入调焦镜头；所述电动滤色片转轮包括空位和激发位两个工位， 其中一个电动滤色片转轮设置在CCD图像传感器和调焦镜头间，另一个电动滤色片转轮一端连接光源，另一端连接调焦镜头。优选的，所述光子晶体编码微球生物芯片包括以光子晶体的颜色或者反射光谱作为编码的光子晶体微球，所述光子晶体微球上固定有靶分子特异性生物分子探针。优选的，所述光子晶体微球大小在50 μ m到2mm之间，所述光子晶体具有蛋白石结构或反蛋白石结构。优选的，所述光源选自氙灯、金属卤素灯、高压汞灯、白光LED或激光，所述控制装置与光源连接控制光源强度。优选的，所述光源通过光纤耦合进入光学成像体统，或者直接耦合到光学成像系统。具体的光子晶体编码微球生物芯片检测装置，可以由光子晶体编码微球生物芯片、光源、检测暗室、微孔板、光学成像系统等部分组成。其中光子晶体编码微球生物芯片放置于微孔板的微孔中；光子晶体编码微球生物芯片的运动与控制主要靠导轨与XY 二维电动平台；光学成像系统主要包括可电动变倍的调焦镜头、电动滤色片转轮、滤色片组和具有高灵敏度彩色的CCD传感器；光源通过光纤耦合进入光学成像系统，实现同轴照明；控制装置为计算机，内设置图像自动采集与分析软件，控制装置其他部件的自动化操作与运行，并处理、分析与输出采集的图像数据；导轨、XY 二维电动平台、调焦镜头、电动滤色片转轮、滤色片组和CCD传感器都位于检测暗室内，以保证荧光信号成像过程中不受外界杂散光的影响。该光子晶体编码微球生物芯片检测装置的工作流程如下光子晶体编码微球生物芯片放入微孔板的微孔中，微孔板放置于XY 二维电动平台的卡座上，XY 二维电动平台在导轨上进行滑移；控制装置控制伺服电机等装置将XY 二维电动平台和装有微球芯片的微孔板输入检测暗室中的特定位置；并控制XY 二维电动平台将微孔板的第一个微孔移动至调焦镜头的视场范围内；图像自动采集与分析软件首先控制滤色片转轮切换至明场滤色片组，选择合适本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种光子晶体编码微球生物芯片检测装置，包括检测暗室（１）和分别设置在检测暗室（１）外侧的光源（２）、控制装置（３），所述光源（２）连入检测暗室（１）内，所述控制装置（３）分别连接检测暗室（１）和光源（２），分别控制光源（２）和检测暗室（１）内检测作业，其特征在于所述检测暗室（１）内设置光子晶体编码微球生物芯片（４），所述光子晶体编码微球生物芯片（４）上端设置与控制装置（３）连接的光学成像系统（５），所述光源（２）连入光学成像系统（５），所述控制装置（３）控制光学成像系统（５）对光子晶体编码微球生物芯片（４）进行编码图像与荧光信号图像的采集。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：顾忠泽，赵祥伟，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：实用新型
国别省市：32