磁悬浮基因生物成像微流控芯片切换装置及其成像方法

技术领域

本发明属于荧光显微镜仪器设计与制备领域，具体涉及一种磁悬浮基因生物成像微流控芯片切换装置及其成像方法。

背景技术

在生物医学领域中，荧光显微成像技术作为必不可少的观察技术已经得到了广泛的认可和应用。目前，常用的共聚焦显微镜为线扫描共聚焦显微镜，线扫描使用线列探测器代替传统的点成像探测器，最终将二维的点扫描成像变为一维的线扫描成像，提高了成像速度与分辨率。但成像速度仍然较慢。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种磁悬浮基因生物成像微流控芯片切换装置及其成像方法，解决了现有技术种成像速度慢的技术缺陷。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

磁悬浮基因生物成像微流控芯片切换装置，该装置包括：面阵CCD传感器、滤光片Ⅰ、透镜组、显微镜外壳、Y方向扫描振镜、激光光源、滤光片Ⅱ、显微目镜、显微物镜、X方向扫描振镜、磁性材料、基因芯片切换平台、磁悬浮底座和驱动装置；所述磁悬浮底座下方设置驱动装置，上方固定安装基因芯片切换平台，所述基因芯片切换平台的四个侧边分别安装数量相同的磁性材料，每个侧边的磁性材料对应设置驱动装置；在所述基因芯片切换平台上表面放置被测芯片；显微镜外壳设置在所述基因芯片切换平台的上方，所述显微镜外壳分为两个区域，分别是：采集区和发光区；所述采集区和发光区的交集区域覆盖被测芯片的检测范围；所述采集区内以被测芯片反射光路方向依次设有透镜组、滤光片Ⅰ和面阵CCD传感器，所述发光区依照光路走向依次设有激光光源、滤光片Ⅱ、显微目镜、显微物镜、X方向扫描振镜和Y方向扫描振镜。

优选的，所述磁悬浮底座上设有调平气泡。

优选的，沿透镜组的光轴两侧设有两组发光区。

优选的，所述激光光源分别为FAM激发光源与HEX荧光激发源。

优选的，所述磁性材料为相同形状质量的铁块。

优选的，所述基因芯片切换平台和磁悬浮底座之间通过安装柱连接。

优选的，在所述磁悬浮底座的四周设有挡板。

磁悬浮基因生物成像微流控芯片切换装置的成像方法，该方法包括如下步骤：

步骤一：接通磁悬浮底座下方驱动装置的电源，电磁铁通电使所述磁悬浮底座浮起一定高度，将被测芯片夹具插入基因芯片切换平台中，观察调平气泡并调节磁场大小直至调平，调平完成后改变磁悬浮底座下电磁铁电流使磁悬浮平台移动到合适位置后再次调平并固定电流值；

步骤二：接通激光光源后控制X方向扫描振镜和Y方向扫描振镜使光束照射到基因芯片切换平台上，调整基因芯片切换平台的四个侧边驱动装置电流大小使基因芯片切换平台移动到合适位置，激发光照射被测芯片上使样品引起荧光效应，将环境转换为光学暗室环境使被测芯片发出的荧光进入透镜组和滤光片Ⅰ后照射到面阵CCD传感器；

步骤三：将开始扫描命令传输至X方向扫描振镜和Y方向扫描振镜，由扫描振镜电源驱动及控制系统开始对基因芯片进行扫描成像；

步骤四：控制启动FAM激发光源与HEX荧光激发源，使被测芯片呈现不同的检测效果，同时启动两路激光光源实现双光路成像提高成像清晰度。

步骤五：成像完成后，取出基因芯片并保存，关闭装置电源。

优选的，步骤三中扫描振镜电源采用低扭矩的无轴空心电机。

优选的，步骤一中的激光光源为LED光源。

本发明的有益效果是：本发明利用面阵探测器代替现有的线列探测器，大大提高了成像速度。同时考虑到地面振动对于成像的影响，设计了磁悬浮三维调整芯片固定机构。避免了振动对成像的影响。同时使用了两路光源以实现双光路成像提高成像精度。

附图说明

图1本发明磁悬浮基因生物成像微流控芯片切换装置结构示意图。

图2本发明磁悬浮基因生物成像微流控芯片切换装置俯视图。

图3本发明磁悬浮基因生物成像微流控芯片切换装置成像方法流程图。

图中：1、面阵CCD传感器，2、滤光片Ⅰ，3、透镜Ⅰ，4、透镜Ⅱ，5、显微镜外壳，6、Y方向扫描振镜，7、激光光源，8、滤光片Ⅱ，9、显微目镜，10、显微物镜，11、X方向扫描振镜，12、固定螺帽，13、磁性材料，14、挡板，15、基因芯片切换平台，16、磁悬浮底座，17、调平气泡，18、电磁铁，19、连接柱，20、控制器，21、功率放大器和22、电源。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，磁悬浮基因生物成像微流控芯片切换装置，该装置包括：面阵CCD传感器1、滤光片Ⅰ2、透镜Ⅰ3、透镜Ⅱ4、显微镜外壳5、Y方向扫描振镜6、激光光源7、滤光片Ⅱ8、显微目镜9、显微物镜10、X方向扫描振镜11、固定螺帽12、磁性材料13、挡板14、基因芯片切换平台15、磁悬浮底座16、调平气泡17、电磁铁18、连接柱19、控制器20、功率放大器21、电源22。所述滤光片Ⅰ2、透镜Ⅰ3、透镜Ⅱ4、Y方向扫描振镜6、激光光源7、滤光片Ⅱ8、显微目镜9、显微物镜10、X方向扫描振镜11置于显微镜外壳5中，其中显微镜外壳5分为两个部分，分别是：采集区和发光区；所述采集区和发光区的交集区域覆盖被测芯片的检测范围；所述采集区内以被测芯片反射光路方向依次设有透镜Ⅱ4、透镜Ⅰ3、滤光片Ⅰ2和面阵CCD传感器1，所述发光区依照光路走向依次设有激光光源7、滤光片Ⅱ8、显微目镜9、显微物镜10、X方向扫描振镜11和Y方向扫描振镜6。本实施例中，可以以透镜光轴为对称轴设置两组发光区。为了检测达到更好的效果，激光光源6分别为FAM激发光源与HEX荧光激发源。

显微镜外壳5固定在基因芯片切换平台15正上方，基因芯片切换平台15安装于磁悬浮底座16之上，并用连接柱19紧固连接。本实施例中，磁悬浮底座16打有四个定位孔，连接柱19一端插入定位孔，另一端紧固安装于基因芯片切换平台15的正下方。为了使连接柱19不受到驱动装置的干扰，所述连接柱19采用铜作为材料。调平气泡17安装于磁悬浮底座16靠近中心的位置，用于调整使基因芯片切换平台15处于水平状态。面阵CCD传感器1、滤光片Ⅰ2、透镜Ⅰ3和透镜Ⅱ4与调平气泡17同轴设置。

将待测芯片通过固定螺帽12安装于基因芯片切换平台15上，滤光片Ⅱ8、显微目镜9、显微物镜10与显微镜外壳5胶粘连接，X方向扫描振镜10、Y方向扫描振镜6与显微镜外壳5紧固连接，振镜在内，驱动电机在外，且X方向扫描振镜11和Y方向扫描振镜6为成对使用。磁悬浮底座16下方和基因芯片切换平台15的四周都设有驱动装置，所述驱动装置包括：电磁铁18、控制器20、功率放大器21和电源22；所述电磁铁18、控制器20、功率放大器21和电源22串联设置，并且位于磁悬浮底座16下方的驱动装置中，多个电磁铁18以阵列形式均匀分布紧固安装，使磁悬浮底座16受力均匀。所述基因芯片切换平台15的四个侧边分别安装数量相同的磁性材料13，每个侧边的磁性材料13对应设置驱动装置；在本实施例中，如图2所示，磁性材料13一共有八块，且每块都是形状质量相同的铁块。在所述基因芯片切换平台15的四周设有挡板，防止驱动装置的电流过大时，基因芯片切换平台15产生过大的位移，使显微镜外壳5的采集范围偏离被测芯片。

磁悬浮基因生物成像微流控芯片切换装置成像方法包括如下步骤：

步骤一：接通磁悬浮底座16下方驱动装置的电源22，电磁铁18通电使所述磁悬浮底座16浮起一定高度，将被测芯片夹具插入基因芯片切换平台15中，观察调平气泡17并调节磁场大小直至调平气泡17调平，调平完成后改变磁悬浮底座16下电磁铁18电流使磁悬浮平台16移动到合适位置后再次调平并通过固定螺帽12将被测芯片锁定，确定电流值；这时，所述显微镜外壳5与所述基因芯片切换平台15之间的距离已经固定。

步骤二：接通激光光源7后控制振镜外部的电机，使通过X方向扫描振镜10和Y方向扫描振镜6反射的光束照射到基因芯片切换平台15上，调整基因芯片切换平台15的四个侧边驱动装置电流大小，使基因芯片切换平台15移动到合适位置，即所述显微镜外壳5覆盖的区域，激发光照射到被测芯片的样品上引起荧光效应，将外部环境转换为暗室环境使被测芯片发出的荧光进入采集区的透镜Ⅱ4滤、透镜Ⅰ3和光片Ⅰ2后照射到面阵CCD传感器1。

步骤三：将开始扫描命令传输至X方向扫描振镜11和Y方向扫描振镜6，由扫描振镜电源驱动及控制系统开始对被测芯片不同的区域进行扫描成像，其中Y方向扫描振镜6和X方向扫描振镜11的电机采用扭矩为低扭矩的无轴空心电机。

步骤四：可以控制分别启动FAM激发光源与HEX荧光激发源，使被测芯片上的样品呈现不同的检测效果，也可同时启动两路激光光源7，即一路激光光源7采用FAM激发光源，一路激光光源7采用HEX荧光激发源，实现双光路成像提高成像清晰度。LED光源作为激光光源7提高了光源的稳定性。

步骤五：成像完成后，取出基因芯片夹具并保存，关闭装置电源，收好装置。