雙激光共聚焦生物芯片熒光分析儀的研究與開發(fā).pdf

1、生物芯片技術(shù)是生命科學(xué)領(lǐng)域中迅速崛起的一項(xiàng)高新技術(shù),它以玻片、硅片或尼龍等為載體,在其表面高密度地排列大量的生物材料,實(shí)現(xiàn)對DNA、蛋白質(zhì)、細(xì)胞以及其他生物組分的準(zhǔn)確、快速、并行和大信息量的檢測和分析,可廣泛應(yīng)用于藥物研究、疾病診斷、基因結(jié)構(gòu)與功能研究等領(lǐng)域.生物芯片采用分子雜交原理進(jìn)行工作,將待測樣品加以熒光染料標(biāo)記,然后與已知結(jié)構(gòu)的生物芯片進(jìn)行充分雜交,用熒光分析儀檢測發(fā)生雜交反應(yīng)位置處的熒光信號.因此,熒光分析儀是獲取生物芯片信息

2、的必備儀器,也是決定生物芯片能否得到廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵儀器.該論文主要涉及激光共聚焦生物芯片熒光分析儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),詳細(xì)論述了儀器的設(shè)計(jì)方案、性能指標(biāo)、實(shí)驗(yàn)測試及結(jié)果分析,研究如何在降低成本的前提下,開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)、性能良好的生物芯片分析儀器,從產(chǎn)業(yè)化的角度出發(fā),做了一些有益的探索工作,初步完成了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的研制.樣機(jī)中,熒光的激發(fā)光源為532nm的綠激光和635nm的紅激光,采用一個(gè)光電倍增管分時(shí)實(shí)現(xiàn)了Cy3和Cy5兩種熒光信號的檢

3、測,生物芯片的一維掃描由振鏡與遠(yuǎn)心f-theta物鏡實(shí)現(xiàn),另一維掃描由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動精密導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn).結(jié)合具體的設(shè)計(jì)參數(shù),分析了熒光分析儀的分辨率、信噪比、探測靈敏度及動態(tài)范圍,討論了它的重復(fù)性與穩(wěn)定性,研究了f-theta物鏡的殘留畸變和振鏡的響應(yīng)誤差對掃描均勻性的影響,提出了光電倍增管的自動增益控制方法及串?dāng)_誤差的校正方法.綠光掃描時(shí),熒光分析儀的光學(xué)分辨率可達(dá)到5μm,Cy3熒光的探測靈敏度為1fluor/μm<'2>,動態(tài)范圍大于10

4、<'3>,完成5tm雙光掃描耗時(shí)400秒,比大部分現(xiàn)有同類產(chǎn)品的掃描速度快.樣機(jī)集成有嵌入式操作系統(tǒng)以及顯示打印部件,數(shù)據(jù)處理與分析由DSP完成,熒光圖像及診斷結(jié)果可以在液晶屏上顯示,也可通過熱敏打印機(jī)給出.整臺樣機(jī)面向醫(yī)院應(yīng)用,生物芯片的檢測分析自動完成,操作方便.該論文還研究了生物芯片熒光圖像的基本處理技術(shù).設(shè)計(jì)了一種圖像增強(qiáng)算法,可在濾除脈沖噪聲的同時(shí),校正熒光圖像中的緩慢背景變化;根據(jù)圖像的行列投影,實(shí)現(xiàn)了分子靶點(diǎn)的自動定位;針