芯片檢測儀涉及生物芯片檢測技術(shù)和體外臨床檢測技術(shù)領(lǐng)域，主要用于對化學(xué)發(fā)光和其他自發(fā)光形式的生物芯片反應(yīng)結(jié)果進(jìn)行檢測和分析。芯片檢測儀有多種設(shè)計類型，但任何類型都有共聚焦激光掃描探測系統(tǒng)及以下基本功能。

　　激發(fā)光：

　　芯片檢測儀激發(fā)光應(yīng)直接射向微陣列上的待測樣品，通過大量一次照明的方式，待測樣品的大部分區(qū)域同時受到激發(fā)，這種方式在CCD數(shù)碼相機(jī)中較常見，該方式的缺陷是待測樣品受到的激發(fā)光不夠均勻一致。這點是芯片檢測儀設(shè)計者須考慮到的重要因素之一。

　　激發(fā)光聚焦于樣品的很小部分，采用特定的光線采集和定位，聚焦點上的激發(fā)光光線密度較高，大約為10000watt/cm²。芯片檢測儀激發(fā)光波長的選擇是依據(jù)染料的激發(fā)曲線和釋放曲線的峰值來確定的，在染料激發(fā)峰值的左邊且激發(fā)效率較高的范圍內(nèi)，在某種染料水平下，激發(fā)效率越低，要達(dá)到某種光強(qiáng)，則需要向樣品上發(fā)射的光越多。過多的發(fā)射光將通過光漂白作用破壞樣品和污染干擾釋放光的信號。

　　釋放光采集：

　　熒光由目鏡的鏡頭來采集，該鏡頭聚焦于樣品上并將一定區(qū)域內(nèi)的光線收集到裝置。收集的角度區(qū)域的大小非常關(guān)鍵，熒光釋放是球形的，目鏡對熒光的采集范圍是決定芯片檢測儀的采集效率關(guān)鍵指標(biāo)之一。目鏡采集光的角度由數(shù)值孔徑來表示，數(shù)值孔徑與光采集效率之間具有一定的變化關(guān)系。

　　當(dāng)數(shù)值孔徑為1.0時，目鏡將收集到整個半球的光，相應(yīng)的光采集效率為50%。許多激光共聚焦微陣列芯片檢測儀的數(shù)值孔徑在0.5~0.9，而CCD芯片檢測儀的數(shù)值孔徑為0.2~0.5。

　　有其他類型的芯片檢測儀不用目鏡而是使用積分球面鏡來采集釋放的部分光源，但是部分光線經(jīng)過多次球面反射而衰減。還有一些無散光收集裝置，僅僅是將探測器放在樣品的某一區(qū)域的上方，光線采集的效率受限于樣品被照明處的范圍及探測器的視角。

　　空間定位：

　　空間定位可通過多元素探測器，如CCD或機(jī)械芯片檢測儀。許多相機(jī)設(shè)置為大范圍照明，探測器直接提供由許多像素組成的圖像，該方法的缺陷是CCD提供的目鏡數(shù)值口徑較小，后方照明及維持系統(tǒng)冷卻設(shè)備價值昂貴，由于光散射會導(dǎo)致像素之間交叉重疊造成信號不夠清晰。

　　芯片檢測儀掃描過程包括以下幾個步驟：將激發(fā)光束聚焦于某一大小同像素差不多的點上，用單一元素的探測器采集那一小點上的釋放光。要將整個樣品掃描完全，則需移動樣品或用一微小的反光鏡使激光束移動掃描樣品。雖然掃描裝置增加了機(jī)械裝置的復(fù)雜程度，但比起CCD相機(jī)來，機(jī)械掃描可達(dá)到的數(shù)值孔徑更高，有更好的空間選擇性，探測器也較便宜些。在低強(qiáng)度的光源下，高光線采集率是至關(guān)重要的。

　　激發(fā)/釋放分辨：

　　微陣列上各點的熒光釋放強(qiáng)度通常要比激發(fā)光強(qiáng)度弱幾個數(shù)量級，要從激發(fā)光中檢測出微弱的熒光信號，就需要對這兩種類型的光進(jìn)行分離，由于光束中的光波長不相同，可利用光波分離將不同的光分開。

　　許多裝有目鏡的芯片檢測儀采用的是表面照明方式，激發(fā)光束與釋放光束從樣品到目鏡經(jīng)過同樣的路徑只是方向相反。這種途徑使得從樣品上反射和散射的光與熒光束混合在一起，所以需要用光束分離器對混合光進(jìn)行分離。

　　從理論上來說，光束分離器可以完全將激發(fā)和釋放光束分開，但實際上并非如此，通常在探測器前放濾光片過濾釋放光束。這些濾光片只允許染料的釋放高峰附近很窄的一段波長的光通過，而其他波長的光包括激發(fā)光都被阻擋了。這是微陣列芯片檢測儀必需的第二道光束分離裝置。

　　有的芯片檢測儀不用光束分離器而是將激發(fā)光束和釋放光束放在不同的軸上。該方法能將釋放光路徑的激發(fā)光發(fā)射回去，但卻難以達(dá)到較高的數(shù)值孔徑，因為目鏡離樣品很近，所以激發(fā)光束能進(jìn)入目鏡的角度范圍很小。其他具有區(qū)分不同波長光束的裝置有棱鏡、光柵等，這些裝置還可產(chǎn)生一些特殊的作用，如連續(xù)的光波調(diào)諧功能。然而，在微陣列中，由于要求對激發(fā)光有高度的敏感性，因而對釋放光裝置也相應(yīng)要求有很高的精密度。

　　檢測熒光掃描儀的探測器：

　　將微弱的熒光信號轉(zhuǎn)化為電信號，在微陣列芯片檢測儀中的光線探測器有：光電倍增管、CCD點陣探測器、雪崩光電二極管等。各種裝置有其優(yōu)點也有其缺點。不同檢測范圍的芯片檢測儀要根據(jù)它們各自的特點來選擇合適的探測裝置。

　　芯片檢測儀掃描檢測時通常是在室溫下進(jìn)行，此時玻片上各點樣品已經(jīng)干燥，然而，有些染料如FITC在潮濕的環(huán)境下才能釋放出強(qiáng)烈的熒光，所以研究者們在待測樣品上滴加適量的緩沖液，然后蓋上蓋玻片進(jìn)行觀察。這就需要載樣盒能夠容納載玻片與蓋玻片疊加之后的厚度，芯片檢測儀在掃描時聚焦于蓋玻片下的那一層平面進(jìn)行掃描。