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(yīng)用的關(guān)鍵器件，它是利用強(qiáng)光照明生物芯片激發(fā)熒光，并用探測(cè)器探測(cè)熒光強(qiáng)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(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。靈敏度決定了芯片掃描儀能夠探測(cè)的生物芯片上Z小熒光分子濃度，它與熒光激發(fā)、熒光收集、熒光探測(cè)等各個(gè)環(huán)節(jié)均有關(guān)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(xì)節(jié)，它主要與掃描方式有關(guān)。

　　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(shè)計(jì)原理如下圖所示。激光器輸出的激光光束擴(kuò)束為平行光束后，首先通過窄帶濾光片1;平行激光光束經(jīng)過二向色鏡反射后，由物鏡1聚焦到生物芯片上;標(biāo)記有熒光染料的生物芯片在激光照明下產(chǎn)生的熒光由物鏡1捕獲后變成平行光，經(jīng)二向色鏡透射后由反光鏡反射至窄帶濾光片2，以濾除發(fā)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(chǎn)生的熒光和雜散光通過，而僅讓信號(hào)熒光通過;信號(hào)熒光被光電倍增管PMT檢測(cè)，并經(jīng)放大器AMP放大，轉(zhuǎn)換器A/D將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，Z后由計(jì)算機(jī)PC采集存貯。

　　激光芯片掃描儀采用激光作激發(fā)光源，可以產(chǎn)生較高強(qiáng)度的發(fā)射熒光，并采用PMT檢測(cè)熒光信號(hào)，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(jié)構(gòu)比較簡單，其工作原理如下圖所示。生物芯片在經(jīng)過窄帶濾光片1濾光后的單色光照明下產(chǎn)生的熒光，經(jīng)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(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。

　　CCD芯片掃描儀采用氙燈或高壓汞燈作激發(fā)光源，產(chǎn)生的發(fā)射熒光強(qiáng)度較弱，并采用CCD檢測(cè)熒光信號(hào)，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(huì)受到CCD象素?cái)?shù)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(shí)，利用激光照射生物芯片激發(fā)熒光，熒光收集物鏡收集熒光，通過二色分光鏡，經(jīng)窄帶濾光片濾光后，匯集在探測(cè)針孔上，由光電倍增管探測(cè)，Z后經(jīng)電路放大、轉(zhuǎn)換傳到計(jì)算機(jī)進(jìn)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(cè)器固定、掃描工件臺(tái)按一定規(guī)律移動(dòng)的掃描方式。這種掃描方式被稱為物體掃描，其優(yōu)點(diǎn)是軸線平直，光路穩(wěn)定，可以實(shí)現(xiàn)大面積的掃描。簡言之，就是利用光電倍增管對(duì)點(diǎn)像探測(cè)結(jié)合高速XY掃描實(shí)現(xiàn)對(duì)生物芯片信息的大量獲取。所以工件臺(tái)系統(tǒng)和熒光信號(hào)接收系統(tǒng)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(gè)激光器，分別用于激發(fā)cy3和cy5兩種熒光染料，掃描時(shí)可以選擇適當(dāng)?shù)募す馄鞴β?，也可以通過兩個(gè)快門選擇激光束;熒光信號(hào)探測(cè)器光電倍增管(PMT)的增益可選;掃描承片臺(tái)可放置25mm×75mm的標(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)分析結(jié)果;以50μm分辨率掃描全片需要8min。

CCD系統(tǒng)芯片掃描儀

　　CCD系統(tǒng)芯片掃描儀有三種即它激式熒光檢測(cè)、化學(xué)熒光檢測(cè)和對(duì)用同位素曝光的膠片進(jìn)行檢測(cè)，本文主要以它激式熒光檢測(cè)芯片掃描儀為例來介紹。該儀器適用于化學(xué)自發(fā)光、多種激發(fā)熒光等生物芯片弱光樣片的檢測(cè)和分析。主要由冷卻型科學(xué)零級(jí)CCD、光學(xué)物鏡、氙燈光源、均勻照明系統(tǒng)、暗箱、電機(jī)驅(qū)動(dòng)選擇的發(fā)射窄帶干涉濾光片和激發(fā)窄帶干涉濾光片、圖像采集卡等部分組成。

　　工作時(shí)，用均勻化處理的特殊波長的光去激發(fā)生物芯片上的熒光，經(jīng)窄帶干涉濾光片去除其他波長的光，降低檢測(cè)背景。生物芯片上標(biāo)記有熒光染料的靶分子在單色光激發(fā)下產(chǎn)生熒光，再經(jīng)發(fā)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(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。

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