芯片扫描仪的原理|分类

　　芯片扫描仪也叫生物芯片扫描仪，芯片扫描仪是生物芯片能否得到广泛应用的关键器件，它是利用强光照明生物芯片激发荧光，并用探测器探测荧光强度，以获取生物芯片信息。

芯片扫描仪的类别

　　芯片扫描仪主要有激光芯片扫描仪和CCD芯片扫描仪两种工作方式。灵敏度和分辨率是芯片扫描仪Z主要的两项技术指标。灵敏度决定了芯片扫描仪能够探测的生物芯片上Z小荧光分子浓度，它与荧光激发、荧光收集、荧光探测等各个环节均有关系;分辨率决定了芯片扫描仪能够分辨的生物芯片上Z小细节，它主要与扫描方式有关。

　　1、激光芯片扫描仪

　　激光芯片扫描仪多采用共聚焦光路，其设计原理如下图所示。激光器输出的激光光束扩束为平行光束后，首先通过窄带滤光片1;平行激光光束经过二向色镜反射后，由物镜1聚焦到生物芯片上;标记有荧光染料的生物芯片在激光照明下产生的荧光由物镜1捕获后变成平行光，经二向色镜透射后由反光镜反射至窄带滤光片2，以滤除发射荧光以外的杂散光;荧光通过物镜2聚焦在光栏上，光栏的作用在于阻挡生物芯片片基和吸附其上的灰尘产生的荧光和杂散光通过，而仅让信号荧光通过;信号荧光被光电倍增管PMT检测，并经放大器AMP放大，转换器A/D将模拟信号转换为数字信号，Z后由计算机PC采集存贮。

　　激光芯片扫描仪采用激光作激发光源，可以产生较高强度的发射荧光，并采用PMT检测荧光信号，因而具有较高的灵敏度。此外，激光芯片扫描仪的扫描工作方式，使它可以一次性完成较大面积的扫描，并且具有很高的分辨率。

　　2、CCD芯片扫描仪

　　CCD芯片扫描仪结构比较简单，其工作原理如下图所示。生物芯片在经过窄带滤光片1滤光后的单色光照明下产生的荧光，经窄带滤光片2后由物镜捕获成象在CCD靶面上，并由图象采集卡采集存储在计算机中。

　　CCD芯片扫描仪采用氙灯或高压汞灯作激发光源，产生的发射荧光强度较弱，并采用CCD检测荧光信号，因而其灵敏度较激光芯片扫描仪低。此外，CCD芯片扫描仪的扫描面积和分辨率也会受到CCD象素数的限制。

激光共聚焦芯片扫描仪

　　激光共聚焦芯片扫描仪工作时，利用激光照射生物芯片激发荧光，荧光收集物镜收集荧光，通过二色分光镜，经窄带滤光片滤光后，汇集在探测针孔上，由光电倍增管探测，Z后经电路放大、转换传到计算机进行处理，获取其中包含的生物信息。

　　激光共聚焦芯片扫描仪采取的扫描方式是：光源固定即光束保持不变、荧光探测器固定、扫描工件台按一定规律移动的扫描方式。这种扫描方式被称为物体扫描，其优点是轴线平直，光路稳定，可以实现大面积的扫描。简言之，就是利用光电倍增管对点像探测结合高速XY扫描实现对生物芯片信息的大量获取。所以工件台系统和荧光信号接收系统都很重要。

　　激光共聚焦芯片扫描仪采用了激光共聚焦光路;光源是两个激光器，分别用于激发cy3和cy5两种荧光染料，扫描时可以选择适当的激光器功率，也可以通过两个快门选择激光束;荧光信号探测器光电倍增管(PMT)的增益可选;扫描承片台可放置25mm×75mm的标准样片，用户可定义的扫描面积是22mm×70mm;扫描分辨率是5~100μm;灵敏度是0.2荧光分子/μm2;用户可以看到芯片扫描图像(TIFF图像或BMP图像)，并可得到以Excel方式输出图像数据分析结果;以50μm分辨率扫描全片需要8min。

CCD系统芯片扫描仪

　　CCD系统芯片扫描仪有三种即它激式荧光检测、化学荧光检测和对用同位素曝光的胶片进行检测，本文主要以它激式荧光检测芯片扫描仪为例来介绍。该仪器适用于化学自发光、多种激发荧光等生物芯片弱光样片的检测和分析。主要由冷却型科学零级CCD、光学物镜、氙灯光源、均匀照明系统、暗箱、电机驱动选择的发射窄带干涉滤光片和激发窄带干涉滤光片、图像采集卡等部分组成。

　　工作时，用均匀化处理的特殊波长的光去激发生物芯片上的荧光，经窄带干涉滤光片去除其他波长的光，降低检测背景。生物芯片上标记有荧光染料的靶分子在单色光激发下产生荧光，再经发射窄带干涉滤光片由摄像镜头捕获，成像在CCD相面上，再传至图像采集卡，将信号转化成数字信号进行处理。

　　CCD芯片扫描仪的成像范围为36mm×28mm，空间分辨率达30μm，可检测多种荧光如cy2，cy3，cy5，Cy5.5，FITC，Texas，Red等。同时，该仪器还设有芯片架，可放24片芯片。