芯片掃描儀的原理|分類

　　芯片掃描儀也叫生物芯片掃描儀，芯片掃描儀是生物芯片能否得到廣泛應用的關鍵器件，它是利用強光照明生物芯片激發熒光，并用探測器探測熒光強度，以獲取生物芯片信息。

芯片掃描儀的類別

　　芯片掃描儀主要有激光芯片掃描儀和CCD芯片掃描儀兩種工作方式。靈敏度和分辨率是芯片掃描儀Z主要的兩項技術指標。靈敏度決定了芯片掃描儀能夠探測的生物芯片上Z小熒光分子濃度，它與熒光激發、熒光收集、熒光探測等各個環節均有關系;分辨率決定了芯片掃描儀能夠分辨的生物芯片上Z小細節，它主要與掃描方式有關。

　　1、激光芯片掃描儀

　　激光芯片掃描儀多采用共聚焦光路，其設計原理如下圖所示。激光器輸出的激光光束擴束為平行光束后，首先通過窄帶濾光片1;平行激光光束經過二向色鏡反射后，由物鏡1聚焦到生物芯片上;標記有熒光染料的生物芯片在激光照明下產生的熒光由物鏡1捕獲后變成平行光，經二向色鏡透射后由反光鏡反射至窄帶濾光片2，以濾除發射熒光以外的雜散光;熒光通過物鏡2聚焦在光欄上，光欄的作用在于阻擋生物芯片片基和吸附其上的灰塵產生的熒光和雜散光通過，而僅讓信號熒光通過;信號熒光被光電倍增管PMT檢測，并經放大器AMP放大，轉換器A/D將模擬信號轉換為數字信號，Z后由計算機PC采集存貯。

　　激光芯片掃描儀采用激光作激發光源，可以產生較高強度的發射熒光，并采用PMT檢測熒光信號，因而具有較高的靈敏度。此外，激光芯片掃描儀的掃描工作方式，使它可以一次性完成較大面積的掃描，并且具有很高的分辨率。

　　2、CCD芯片掃描儀

　　CCD芯片掃描儀結構比較簡單，其工作原理如下圖所示。生物芯片在經過窄帶濾光片1濾光后的單色光照明下產生的熒光，經窄帶濾光片2后由物鏡捕獲成象在CCD靶面上，并由圖象采集卡采集存儲在計算機中。

　　CCD芯片掃描儀采用氙燈或高壓汞燈作激發光源，產生的發射熒光強度較弱，并采用CCD檢測熒光信號，因而其靈敏度較激光芯片掃描儀低。此外，CCD芯片掃描儀的掃描面積和分辨率也會受到CCD象素數的限制。

激光共聚焦芯片掃描儀

　　激光共聚焦芯片掃描儀工作時，利用激光照射生物芯片激發熒光，熒光收集物鏡收集熒光，通過二色分光鏡，經窄帶濾光片濾光后，匯集在探測針孔上，由光電倍增管探測，Z后經電路放大、轉換傳到計算機進行處理，獲取其中包含的生物信息。

　　激光共聚焦芯片掃描儀采取的掃描方式是：光源固定即光束保持不變、熒光探測器固定、掃描工件臺按一定規律移動的掃描方式。這種掃描方式被稱為物體掃描，其優點是軸線平直，光路穩定，可以實現大面積的掃描。簡言之，就是利用光電倍增管對點像探測結合高速XY掃描實現對生物芯片信息的大量獲取。所以工件臺系統和熒光信號接收系統都很重要。

　　激光共聚焦芯片掃描儀采用了激光共聚焦光路;光源是兩個激光器，分別用于激發cy3和cy5兩種熒光染料，掃描時可以選擇適當的激光器功率，也可以通過兩個快門選擇激光束;熒光信號探測器光電倍增管(PMT)的增益可選;掃描承片臺可放置25mm×75mm的標準樣片，用戶可定義的掃描面積是22mm×70mm;掃描分辨率是5~100μm;靈敏度是0.2熒光分子/μm2;用戶可以看到芯片掃描圖像(TIFF圖像或BMP圖像)，并可得到以Excel方式輸出圖像數據分析結果;以50μm分辨率掃描全片需要8min。

CCD系統芯片掃描儀

　　CCD系統芯片掃描儀有三種即它激式熒光檢測、化學熒光檢測和對用同位素曝光的膠片進行檢測，本文主要以它激式熒光檢測芯片掃描儀為例來介紹。該儀器適用于化學自發光、多種激發熒光等生物芯片弱光樣片的檢測和分析。主要由冷卻型科學零級CCD、光學物鏡、氙燈光源、均勻照明系統、暗箱、電機驅動選擇的發射窄帶干涉濾光片和激發窄帶干涉濾光片、圖像采集卡等部分組成。

　　工作時，用均勻化處理的特殊波長的光去激發生物芯片上的熒光，經窄帶干涉濾光片去除其他波長的光，降低檢測背景。生物芯片上標記有熒光染料的靶分子在單色光激發下產生熒光，再經發射窄帶干涉濾光片由攝像鏡頭捕獲，成像在CCD相面上，再傳至圖像采集卡，將信號轉化成數字信號進行處理。

　　CCD芯片掃描儀的成像范圍為36mm×28mm，空間分辨率達30μm，可檢測多種熒光如cy2，cy3，cy5，Cy5.5，FITC，Texas，Red等。同時，該儀器還設有芯片架，可放24片芯片。