芯片点样仪原理

　　芯片点样仪是用接触法制备生物芯片的主要设备。芯片点样仪的点样方法可分非接触喷点和接触点样两种。现在国内外绝大部分生物芯片公司采用的都是接触点样法，但非接触点样法也在不断发展。

　　接触式芯片点样仪：即点样针直接与固相支持物表面接触，将DNA样品留在固相支持物上，此种点样方式适合一次取样点50张芯片以下的情况;其二为非接触式点样，即喷点，它是以压电原理将DNA样品通过毛细管直接喷至固相支持物表面，此种点样方式适合一次取样点50张芯片以上的情况，并且非接触式点样的密度不如接触式点样，主要适合于膜芯片，对于高密度的玻璃芯片一般均采用接触式点样。

　　非接触式芯片点样仪：系统构成除了运动机构之外需要高精度柱塞泵和压电喷头。运动机构用来移动喷头实现在试剂盒取样，到薄片喷样以及到水槽清洗等功能，柱塞泵用来完成连续向喷头供给样品液，以及在洗针过程中从喷嘴汲取清洗液和冲洗喷头腔体等动作。

　　喷头结构原理：它是在硅片上刻蚀出腔体和细小的喷嘴，腔体的背面贴上压电陶瓷，腔体的顶部用玻璃材料对腔体进行密封。工作时对压电陶瓷施加电压，压电陶瓷产生形变并带动硅片产生弯曲和凸凹形变，使腔体的体积迅速发生变化，进而喷射出液体微滴。这种形变喷射出的液体体积在纳升和皮升量级，工作的频率可达1kHz，所以非常适合高精度的纳升皮升级点样系统。

　　1、点制芯片前半小时，将GMP内空调温度设置为室温;

　　2、点样开始前，检查加湿器和系统内的水位，不足时补充离子水，废液桶内水满时应及时倒去;

　　3、进入操作系统后，进入点样仪操作程序，初始化芯片点样仪;

　　4、检查芯片点样仪针头及与针头相连的导管中是否有气泡，如有气泡应反复排空，待导管完全排空后，再将其充盈;

　　5、排完气泡后，将针头清洗干净，然后在频闪仪下观察液滴形态，保证形态良好;

　　6、从冰箱内取出点样板，将其放入芯片点样仪中;

　　芯片点样仪是将生物样品(核酸或蛋白)以一定的阵列方式快速、准确地点在载玻片或薄膜上，形成生物样品为阵列的仪器，也是从事生物芯片研发和生产的必备仪器。

　　从点样过程的要求来看，芯片点样仪一般应由以下几部分组成。

　　①机械部分：系统应具有三个自由度，使点样头可运动到工作空间的任意位置。

　　②控制部分：控制点样头按照点样需要精确运动，控制有关周边设备。

　　③周边设备：主要包括清洗设备，干燥设备，温度湿度控制装置。

　　④点样头：芯片点样仪的末端执行器，用于样品分配。

　　⑤软件系统。

　　芯片点样仪控制系统采用上、下位机二级结构。

　　芯片点样仪上位机采用普通PC计算机，通过运行控制软件，向用户提供良好的操作界面，使用户完成位置校准、参数设置、点样监控等操作。

　　芯片点样仪下位机系统由可对电机进行精确位置控制的多轴运动控制器、运动控制器信号转接板、交流伺服电机和驱动器、继电器板和限位/零位开关等组成。下位机系统的功能主要是接收上位机的控制命令，并实现对三个轴的伺服控制及清洗干燥装置的开关量控制。运动控制器还提供八路限位开关(每轴二路)输入，四路原点开关(每轴一路)输入，十六路通用数字量输出接口、十六路通用数字量输入接口，用以实现复杂灵活的运动控制。其功能有：

　　①面向各控制轴实现点到点运动控制，具有可编程S-曲线、梯形曲线、速度控制和电子齿轮运动控制方式。

　　②所有计算参数和轨迹规划参数均为32位。

　　③硬件捕获系统原点Home信号，保证控制系统具有较高的重复定位精度。

　　④可编程事件中断：外部输入中断、事件中断、时间中断等。

　　为了保证芯片点样仪控制系统的稳定可靠，采取了以下措施以减小对控制系统的干扰和增强系统的保护功能：

　　①在驱动器的电源上安装噪声滤波器，避免驱动器工作时对电源的干扰。

　　②芯片点样仪集成了光耦电路，使数字地与模拟地隔开;I

　　芯片点样仪是用接触法制备生物芯片的主要设备。就职能而言，无论哪种芯片点样仪，都是为了能够把所要研究或试验用的核酸或蛋白等样品，按所希望的矩阵点在玻片或薄膜上的仪器。

　　芯片点样仪的机械结构大致都是由三维运动组成的，但具体实现的手段却有着较大的差别。这差别不仅来自于不同设计者构思的差异，更来自于不同的使用者不尽相同的需求。大凡研究单位是不会象基因芯片的生产商那样追求产片的高速度，即载片数量大、运动速度快。但为了提高科研的效率，更希望在单个玻片上载入尽可能多的信息即较高的点样密度。于是，这便对芯片点样仪的点样精度提出了较高的要求。

　　目前，欧美、日本等一些发达国家已有芯片点样仪的产品问市，如英国Biorobotics生产的MicroGrid系列;美国Genemachine生产的GeneMachines;Cartesian生产的PixSys5500、ProSys5510B等。尽管其中具备技术含量很高的产品，但就总体而言，距成熟的商品之间，还存在着一段距离。

　　1、Genemachine公司生产的芯片点样仪

　　美国的Genemachine公司生产的GeneMachines芯片点样仪，其机械结构以一个现成的光学平台为基础。载片台安装在可前后运动的导轨平台的移动滑块上，而前后运动的导轨平台则被紧固在光学平台上。点样头可以和小导轨平台的滑块一起做垂直上下运动，这个小导轨平台又被固定在能够左右水平运动的导轨平台的滑块上，水平导轨平台通过一门型金属构件被紧固在光学平台上。整个芯片点样仪机械结构充分展示了设计者对高刚度、高稳定性的追求。加之厂家所选用的都是高精度的导轨平台，因而使得该机无论在点样密度、点样精度还是产片的速度方面都位居世界前列。

　　GeneMachines芯片点样仪美中不足的是，芯片点样仪的结构布局比较松散。硕大的光学平台要占掉很大的空间，而