CN113755311B - 一种基因芯片阅读仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基因芯片阅读仪，所述基因芯片阅读仪包括电路单元、数据处理分析单元、激发光源、芯片阅读单元和定位支持装置，其中激发光源采用LED光源交叉激发，芯片阅读单元选用百万级别像素的数码相机，LED光源和数码相机替换了传统基因芯片阅读仪的激光器与共聚焦成像装置，有效地降低基因芯片阅读仪的成本，其他优化措施使其可以适用于绝大多数荧光物质的激发，此外，不仅可以避免激发光线对基因芯片成像的背景干扰，还可以最大程度地保证了基因芯片阅读仪输出结果的灵敏度，非常适合将基因芯片向POCT领域的应用、推广和普及。

Description

一种基因芯片阅读仪

技术领域

本发明涉及检测仪器设备领域，特别涉及到一种基因芯片阅读仪，尤其适用于中低密度的基因芯片即时检测结果的阅读。

背景技术

基因芯片是通过在基因芯片的基片上定植一系列的序列己知探针而制备，可用于特定标记核酸的杂交检测，能通过特定的基因芯片阅读仪进行基因芯片杂交结果的识别检测与信息处理来报告检测对象中核酸信息。

全民大健康产业迫切需要低成本、能走进千家万户的即时检测(point-of-caretesting，POCT)技术，这是未来医疗检测仪器发展的方向，POCT等于是把医院的中心检测室搬到了病人的床边，在采样现场、ICU监护室、手术室、急诊室等都大有用武之地。基因芯片尤其适合在感染性疾病检测、疫情监控、肿瘤标志物检测和药物滥用等多因素筛查的POCT鉴定中，其中，中低密度基因芯片的探针数目在几十到几千之间，区别于用在大规模的基因表达谱测定、药物研发和分子学研究等领域所用到的高密度基因芯片（探针几万至上百万），因此，中低密度基因芯片更适合用在医疗诊断、临床科研及POCT领域。

然而，当前市场上对基因芯片杂交结果的检测仪器以激光共聚焦阅读仪器为主，设备多使用单色性好、光强高、方向性好的激光为激发光源，通过共聚焦成像方法检测基因芯片阳性杂交探针上特异性结合核酸样品的荧光标记，进而形成基因芯片上阳性结果探针的检测结果。相应的，激光器与共聚焦成像装置也让基因芯片阅读仪面临复杂化、大型化和价格昂贵的问题，主要都是在科研院所与大型医院购买使用，在一定程度上限制了基因芯片在POCT领域的应用。

为了适应于POCT市场发展的需求，更适应于将中低密度基因芯片推向POCT领域，开发出小型化、操作简单、低成本、适用于中低密度基因芯片的基因芯片阅读仪，有利于解决疾病早期快速筛查、健康管理、病毒检测、食品检测、环境监测等领域的即时检测的难题，推动和为大健康产业保驾护航。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小型化、操作简单、低成本、适用于中低密度基因芯片的基因芯片阅读仪。

为达到上述目的或目的之一，本发明提供了如下技术方案：

一种基因芯片阅读仪，包括：电路单元、数据处理分析单元、激发光源、芯片阅读单元和定位支持装置，其中，激发光源包括LED光源，用于激发基因芯片探针上的荧光物质发出荧光；芯片阅读单元包括数码相机，用于一次性捕获并识别基因芯片探针上激发的荧光信号；电路单元用于提供电源和传输数据；数据处理分析单元，用于接收芯片阅读单元采集的荧光信号，进行数据的处理分析并输出结果；电路单元用于提供电源及传输荧光信号数据；数据处理分析单元，用于接收所述荧光信号数据，对所述荧光信号数据进行处理分析并输出结果；定位支持装置，用于对基因芯片、激发光源和芯片阅读单元进行位置调整和位置固定。

根据本发明的一个优选实施例，所述LED光源设置在基因芯片上探针的同一侧的侧上方，所发出的激发光线的入射角大于临界角并且小于90度。

根据本发明的一个优选实施例，所述LED光源包括至少两个对称设置的LED光源且两个LED光源交叉激发基因芯片上的探针。

根据本发明的一个优选实施例，所述LED光源的波长是依据待检基因芯片探针上所标记的荧光物质类型所选择的固定波长。

根据本发明的一个优选实施例，所述LED光源的光强大于1000Lux。

根据本发明的一个优选实施例，所述数码相机为CMOS相机或CCD相机，像素大于200万。

根据本发明的一个优选实施例，所述数码相机加配滤光片，优选窄带通滤光片。

根据本发明的一个优选实施例，所述数码相机使用定焦镜头。

根据本发明的一个优选实施例，所述定位支持装置包括支架结构，位置调整功能包括高度调整和角度调整，位置固定设置包括用于固定安放基因芯片和/或激发光源的卡槽结构。

根据本发明的一个优选实施例，所述基因芯片阅读仪在中低密度的基因芯片检测领域的应用。

本发明中，基因芯片探针上激发的荧光信号，具体是指：基因芯片上的探针完成杂交后，与探针结合的标记核酸所标记的荧光物质在受到激发光源的激发后产生荧光信号，为荧光阳性信号，没有标记核酸结合的探针位置上没有荧光，即为荧光阴性信号。

根据本发明的构思，用LED光源替代激光光源，优选设置两个LED光源，并将两个LED光源设定于基因芯片上探针的同一侧的侧上方，进行交叉激发，即：每个LED光源只激发基因芯片的一半区域并且是远离LED光源的一半区域，通过交叉激发且保证LED光源所发出的激发光线的入射角大于临界角（θ）并且小于90度，使激发光线及其反射光线都不会进入数码相机，避免激发光线及其反射光线对成像造成背景干扰；另一方面，将基因芯片阅读仪的LED光源和数码相机均设置在基因芯片上的探针的同一侧，保证激发光线直接激发基因芯片上杂交的标记核酸上的荧光物质，不需要透过基因芯片的基片，有利于减小激发光线的能量损失；杂交后探针上结合核酸的标记的荧光物质受激产生的发射光线也可以直接进入数码相机成像，提高成像效果。

激发光源位置设置的影响因素和设置过程：本申请主要采用LED光源，其中LED光源位置设置需要保证所发出的激发光线的入射角需要大于临界角（θ）并且小于90度，其中，临界角（θ）存在如下关系，tgθ=L1/ H1，（L1为列阵宽度与镜头直径之和的一半，H1为镜头的工作距离），因此，LED光源位置受制于L1和H1的影响。通过增加镜头的工作距离H1，非常容易实现交叉激发，只要入射角大于临界角（θ）并且小于90度，交叉激发过程中所有的激发光线及其反射光线都不会进入到数码相机的镜头中，也就保证信息采集和成像过程中不会受到激发光线及其反射光线干扰。

关于光源位置尺寸的具体说明：L1为列阵宽度与镜头直径之和的一半，所述列阵即本发明所述的基因芯片，因此，在本申请中，L1是指待检的基因芯片与镜头外径之和的一半，基因芯片长一般小于75mm，镜头外径一般小于50mm，所以L1一般小于62.5mm；H1为镜头的工作距离，一般工作距离350mm左右的镜头即可以满足基因芯片阅读仪的最低配置需求；具体来说H1受数码相机所选镜头的限制，由于基因芯片阅读仪产品一般成系列出售，成像效果和分辨率与系列产品配置的镜头***格密切相关，相对而言，工作距离350mm左右的镜头比较便宜，100mm以内的镜头就比较贵了，相应地镜头选用较小工作距离的数值成像效果相对更加理想，因此综合考虑之下，H1选用工作距离在150-250mm之间镜头的性价比更高。

基因芯片检测结果的读取过程，需要用到基因芯片阅读仪，然而目前的激光共聚焦型基因芯片阅读仪存在操作复杂、大型化和价格昂贵的缺陷，不适于基因芯片在及时检测现场的应用和推广，迫切需要作出改善。

本发明的有益效果：

为满足POCT普及，重点是在保证质量的前提下，降低基因芯片阅读仪的成本，本发明从光源与芯片阅读单元两个方面进行改进，利用LED光源替代现在常用的激光器对杂交后基因芯片探针上标记核酸的荧光染料进行激发，利用数码相机替代昂贵的共聚焦成像检测装置，去除步进装置节省了制造成本并缩短了步进扫描需要的时间，一次性完成对整个基因芯片杂交结果的检测，有效降低基因芯片阅读仪成本，有效提高检测速度。

本发明所用的激发光源包括LED光源，相对于激光器发射的激光，具有成本和体积小、寿命长、效率高等优点；选用固定波长的LED光源，即可满足基因芯片上标记荧光物质的荧光激发，LED光源发光的波长取决于制造发光二极管所用的半导体材料，通过配置包含不同颜色的发光二极管的LED光源，优选LED灯珠组，扩大LED光源的波长覆盖范围；此外，固定波长的LED光源还可以进一步配合上不同的滤光片，就可以满足用于不同荧光物质标记的基因芯片上探针荧光的激发，适用于不同荧光物质标记核酸样品杂交的基因芯片的结果阅读；数码相机使用定焦镜头，调校后不需要调焦直接进行成像检测，操作更简单方便；去除基于步进装置的扫描成像部件，采用一次性成像技术，降低成本与提高成像速度；用LED光源替代昂贵的激光器和激光光束扩束器等类似功能的精密配件；因此，本发明所涉及的基因芯片阅读仪在有效降低了基因芯片阅读仪的成本的同时，还能有效缩小基因芯片阅读仪的外观大小，满足基因芯片检测应用在POCT领域所需的小型化、简单化、低成本的基本需求。

此外，激光光源替代为LED光源后，进一步的将LED光源位置进行限定，所发出的激发光线的入射角需要大于临界角（θ）并且小于90度；且进行交叉激发，避免激光光源对成像的背景干扰，最终可以提高了基因芯片阅读仪检测结果的特异性和灵敏度。

进一步的，LED光源配合利用了光强大于1000Lux和固定的波长，优选的方案是LED光源采用LED灯珠板的集成，能够满足光强大于1000Lux的条件，可以使得杂交后基因芯片探针上结合核酸样品标记的荧光物质能够被激发后被数码相机采集而清楚成像；另一方面，配合使用两个对称设置的LED光源且两个LED光源交叉激发杂交基因芯片探针上结合标记核酸的荧光物质，进一步去除激发光线及其反射光线对成像的影响；同时，将LED光源设置在基因芯片探针的同一侧的侧上方，LED光源直接对探针上结合核酸样品标记的荧光物质进行激发，可以有效减小激发光线通过基片过程中的能量损失。

本发明所述的芯片阅读单元为数码相机，像素满足百万级别就可以，最好像素在500万以上即可满足对不同荧光的基因芯片检测结果进行一次性捕获并识别的要求。目前市售的千元级别的数码相机基本都可以达到500万像素，并且用数码相机替代现有大型基因芯片阅读仪所采用的昂贵的共聚焦成像检测装置后实现了一次性成像，即：数码相机可以一次性完成基因芯片上的全部探针荧光结果的成像，不仅进一步降低了基因芯片阅读仪的成本，相比于需要步进装置进行分区扫描式基因芯片阅读仪，采用数码相机可以明显加快检测结果的阅读速度。

本发明所述的数码相机，可以选用CMOS相机，也可以选择CCD相机，只要像素百万级别的要求即可，常规千元级别的数码相机即可满足条件；进一步的，为了增强成像的清晰度，在基因芯片和数码相机之间可选地加装滤光片，优选窄带通滤光片，更具体地，选择与探针上结合标记核酸所使用的标记荧光相适应的带通，不仅可以满足不同标记荧光的需求，扩大可检测标记荧光物质的类型，又进一步地阻止了窄带通滤光片选择范围之外的背景荧光的干扰；此外，数码相机使用定焦镜头，不仅体积小，重量轻，更由于定焦镜头的焦距相对固定，通光量大，便于在低照度情况下拍摄，由于适合用于这种仅仅阅读基因芯片这种固定拍摄对象类型的使用，而且相对变焦镜头，H1的距离确定易控，成像清晰度更好。

目前市场上流通的高密度基因芯片阅读仪的价格过百万，如：Affymetrix GCS3000Dx v.2，中低密度基因芯片阅读仪的价格也在30-90万元区间，如：RPAS710G、GenePix4300A、InnoScan 710、SensoSpot FL RG、SCI READWE FL2等基因芯片阅读仪，国产激光共聚焦阅读仪的价格也在数十万级别。根据本发明的构思，LED光源和数码相机的替代后，极大的降低了基因芯片阅读仪的销售价格，使得基因芯片阅读仪的销售价格可以降到万元级别，这样才有可能使基因芯片阅读仪摆脱高昂售价的限制，真正走到使用者身边，走入千家万户，有效为老百姓服务，保障基因芯片技术在大健康产业中的应用。

此外，配合基因芯片阅读仪核心部件的替换，为了保证检测结果的灵敏度，还进行了一系列的优化设计，比如LED光源的光强、波长、交叉激发的优化设置，以及的数码相机像素和滤光片的优化选择，在有效降低基因芯片阅读仪成本的基础上，最大程度地保证了基因芯片阅读仪输出结果的灵敏度，非常适合将基因芯片向POCT领域的应用、推广和普及。

附图说明

图1为本发明基因芯片阅读仪的各主要部件连接关系的框图；

图2为本发明基因芯片阅读仪的工作原理示意图；

图3为本发明基因芯片阅读仪的交叉激发工作原理示意图；

图4为利用本发明基因芯片阅读仪的几次阅读检测结果的照片；

图中：1、基因芯片；2、探针；3、芯片阅读单元；4、数据连接线；5、数据处理分析单元；6、激发光线；7、发射光线；8、滤光片；9、临界角；10、列阵宽度与镜头直径之和的一半；11、镜头的工作距离；12、反射光线。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的示例性的实施例，其中相同或相似的标号表示相同或相似的元件。另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

本发明提供了一种基因芯片阅读仪，以及所述仪器在中低密度的基因芯片检测领域的应用。

根据本发明构思，利用LED光源和数码相机替代昂贵的激光器和共聚焦扫描成像，将LED光源与芯片阅读单元安装在基因芯片探针的同一侧的侧上方并进行交叉激发，避免激发光线6及其反射光线12进入芯片阅读单元3，有利于降低成像结果的背景噪声；此外，使用LED灯珠组，并优化了光强、固定的波长、交叉激发的改进，以及数码相机像素、焦距和窄带通滤光片等的优化配合，最终实现了对基因芯片探针杂交后标记核酸上不同标记类型的荧光物质进行激发，一次性获得基因芯片杂交的成像图片，进行自动化地数据分析后即可得到基因芯片检测结果。

如图1-2所示本发明基因芯片阅读仪的各主要部件连接关系的框图和工作原理示意图，本发明所述基因芯片阅读仪，包括：电路单元、数据处理分析单元5、激发光源、芯片阅读单元3、定位支持装置，其特征在于，其中，所述电路单元用于为激发光源和芯片阅读单元3提供电源及将芯片阅读单元3采集的荧光信号数据图通过数据连接线4传输给数据处理分析单元5；所述数据处理分析单元5，用于接收芯片阅读单元3采集的荧光信号图片，或者通过数据连接线4连接的电脑端配套的软件分析***，或者通过单片机途径，进行数据的处理分析并按照实际需求输出相应的结果或者打印检测报告；所述激发光源包括LED光源，用于激发基因芯片1的探针2杂交后结合的标记核酸上的荧光物质发出荧光，位于基因芯片1上探针2所在面的一侧，并配置至少1组左右对称的两个，两个LED光源完成基因芯片1的交叉激发，在激发基因芯片1上探针2杂交后结合的标记核酸上荧光物质的同时，有效避免激发光线6及其反射光线12进入芯片阅读单元3，降低成像的背景噪声；所述芯片阅读单元3为数码相机，位于基因芯片1正上方，并置于基因芯片1上探针2所在的一侧，数码相机镜头的工作距离11（H1）保证其能够覆盖整个基因芯片1上固定有探针2的视野范围，用于一次性捕获并识别基因芯片1的探针2杂交后受激发产生的发射光线7并形成相应的荧光信号数据，具体成像阅读时需要加配滤光片8，优选窄带通滤光片8，成像阅读后将荧光信号的图片数据反馈给数据处理分析单元5；所述定位支持装置，用于对基因芯片1、激发光源和芯片阅读单元3进行位置调整和位置固定，优选为支架结构，可以用作对基因芯片1、激发光源和芯片阅读单元3这三者的高度和角度进行调整，并设有对基因芯片1和激发光源进行固定的卡槽结构。

下面结合图2-4和具体实施例来说明本发明基因芯片阅读仪的工作原理。

具体实施例1：利用基因芯片阅读仪检测CY3标记的中低密度的基因芯片1，具体检测流程如下：

1)待检的中低密度的基因芯片1为10*10列阵重复的基因芯片1（长60mm，宽18mm），在优化的杂交条件下，待检的基因芯片1与CY3标记的核酸样品进行杂交反应，杂交完成后取出待检；

2)将待检的已完成杂交的基因芯片1放到基因芯片阅读仪中支架结构的定位支持装置所配置的基因芯片卡槽中，且保证有探针2的一面向上放置；

3)将基因芯片阅读仪的LED光源的波长为535nm的一组LED灯珠组（CREE公司产品）分别设置在定位支持装置（基因芯片1上方左右两侧）的激发光源卡槽（支架结构的定位支持装置的部分结构）中；

4)基因芯片阅读仪的芯片阅读单元3选用全局快门的CMOS相机（PYTHON5000传感器，像元4.8μm×4.8μm，镜头直径=38mm）固定在支架结构的定位支持装置，CMOS相机下方固定安装带通为560nm±5nm的窄带通滤光片8（深圳激埃特光电有限公司）；

5)上述的LED光源和CMOS相机由电路单元连接供电，并将CMOS相机通过电路单元的数据线与电脑（本实施例的数据处理分析单元5选用电脑，已配套安装有图像获取和分析软件）相连，分别接通电源并打开CMOS相机和电脑；

6)镜头的工作距离11(H1=236mm)，将上述信息输入图像获取和分析软件自动计算出临界角9（θ）=11.7度（计算依据为：L1=(60mm+38mm)/2=49mm，H1=236mm，tgθ=L1/H1=49mm/236mm=0.2076），因此LED光源满足在11.7度<入射角<90度可选范围内，通过支架结构上固定有激发光源卡槽的支持臂调整LED光源的入射角，使得上述一组LED光源左右两侧的入射角均为50度；

7)打开电脑端的图像获取和分析软件，获取并分析CMOS相机采集的基因芯片1上荧光信号的图像数据，并与基因芯片1上固定的探针2的序列进行比对分析，最后分组输出阳性结果和阴性结果。

备注：本实施例中，每一侧的LED光源的入射角均为50度，可以交叉激发基因芯片1上荧光染料的荧光激发，激发光线6及其反射光线12都不会进入芯片阅读单元3，因此不会形成对探针2位置阳性荧光发射光线7的成像背景干扰，还实现了对特定荧光物质的特异性激发，使用500万像素、全局快门的CMOS相机（像元4.8μm×4.8μm），配合560nm±5nm的窄带通滤光片8可以优选让特定波长的发射光线7进入数码相机，进一步地阻止了窄带通滤光片8选择范围之外的背景荧光的干扰，使得对基因芯片1的阅读结果的特异性和准确度进一步增加。

具体实施例2：利用基因芯片阅读仪检测CY5标记的中低密度的基因芯片1，具体检测流程如下：

1)待检的中低密度的基因芯片1为10*10列阵重复的基因芯片1（长60mm，宽18mm），在优化的杂交条件下，待检的基因芯片1与CY5标记的核酸样品进行杂交反应，杂交完成后取出待检；

2)将待检的已完成杂交的基因芯片1放到基因芯片阅读仪中的基因芯片卡槽中，且保证有探针2的一面向上放置；

3)将基因芯片阅读仪的LED光源的波长为630nm的一组LED灯珠组（CREE公司产品）分别设置在两侧的激发光源卡槽（支架结构的定位支持装置的部分结构）中；

4)基因芯片阅读仪的芯片阅读单元3选用全局快门的CMOS相机（PYTHON5000传感器，像元4.8μm×4.8μm，镜头直径=38mm）固定在支架结构的定位支持装置，CMOS相机下方固定安装带通为670nm±5nm的窄带通滤光片8（深圳激埃特光电有限公司）；

5)上述的LED光源和CMOS相机由电路单元连接供电，并将CMOS相机通过电路单元的数据线与电脑（本实施例的数据处理分析单元5选用电脑，已配套安装有图像获取和分析软件）相连，分别接通电源并打开CMOS相机和电脑；

6)镜头的工作距离11(H1=236mm)，将上述信息输入图像获取和分析软件，自动计算出临界角9（θ）=11.7度，通过支架结构上固定有激发光源卡槽的支持臂调整LED光源的入射角，使得上述一组LED光源左右两侧的入射角均为50度（LED光源满足11.7度<入射角<90度，激发光线6及其反射光线12都不会进入芯片阅读单元3）；

7)打开电脑端的图像获取和分析软件，获取并分析CMOS相机采集的基因芯片1的荧光信号的图像数据，并与基因芯片1上固定的探针2序列进行比对分析，最后分组输出阳性结果和阴性结果。

本发明的基因芯片阅读仪，为了降低仪器成本，利用LED光源替代了激光光源，同样作为固态光源，LED光源优点是体积小、成本低，但相对于激光光源，LED光源最大的缺点是彩色不够真实、自然，光强亮度不够高，耗能相对较高。基因芯片阅读仪不需要丰富自然的色彩，但是为了克服光强和耗能的缺点，本发明采取了以下措施：

针对光强，LED光源的单个灯珠往往不能满足光强的最低需求，因此本发明通过研发，分别采用了LED灯条、LED灯珠组、LED面光源等不同的集成形式组合，意外地发现：只要该将LED光源的光强调整到至少大于1000Lux就可以完成荧光物质的激发，因此通过对不同组合形式的LED光源的光强进行限制，就能够在一定程度上克服了LED光源光强弱的这个缺点。此外，通过设置至少一组LED光源，即2个对称的LED光源进行交叉激发，即基因芯片1相近一侧的LED光源主要完成1/2的基因芯片1上荧光物质的激发，且完成荧光物质的激发的这1/2的基因芯片1是与发射的LED光源的位置相远离的，具体的说就是每个LED光源主要完成远离端的1/2基因芯片1上荧光物质的激发，这样通过增加LED光源的照射方向（交叉激发）和数量（至少对称的1组，即2个）优化措施，在一定程度上又弱化了LED光源的亮度缺陷，进一步增强了LED光源发出的激发光线6的光强，为能够完全替代激光器激发的激光做出了进一步的贡献。

针对耗能，本发明基因芯片阅读仪中，LED光源在基因芯片1的探针2所在一侧进行激发，详见图3所示，激发光线6、探针2、发射光线7、芯片阅读单元3都位于基因芯片1的同侧，有效避免激发光线6和发射光线7必须穿透基因芯片1的基片才能进入芯片阅读单元3，提高了激发光线6的利用效率，提高基因芯片阅读仪的成像效果。

关于交叉激发在本发明基因芯片阅读仪中应用时，需要满足如下关系，详见图3所示：tgθ=L1/ H1，其中，L1为列阵宽度与镜头直径之和的一半10，H1为镜头的工作距离11。实际研究中，我们主要通过调整芯片阅读单元3（数码相机）的距离和激发光源的角度进行统计分析，最终发现，如果增加镜头的工作距离11(H1)，会更为容易地满***叉激发的条件，比如LED光源从左侧照向右侧的激发光线6，只要入射角大于临界角9（θ），就可以保证激发光线6及其反射光线12不会进入到数码相机的镜头中，就不会成为基因芯片1上探针2杂交后标记上的荧光物质的发射光线7在信息采集和成像过程中的干扰背景，但由于我们优选采用了交叉激发，因而进一步的限定每个对称方向的入射角度小于90度，即临界角9（θ）<入射角<90度。

针对光源位置的进一步研究发现：列阵宽度与镜头直径之和的一半10（L1），所述列阵即本发明所述的基因芯片1，因此，在本申请中，列阵宽度与镜头直径之和的一半10（L1）是指待检的基因芯片1与镜头外径之和的一半，基因芯片1长一般小于75mm，镜头外径一般小于50mm，所以L1一般小于62.5mm；镜头的工作距离11(H1)与芯片阅读单元3（即数码相机）的工作距离有关，工作距离在350mm左右可以满足基因芯片阅读仪的最低配置需求。首先H1受数码相机所选镜头的限制，可以通过增加镜头的工作距离11(H1)，扩大LED光源的定位范围。由于基因芯片阅读仪产品一般成系列出售，成像效果和分辨率与系列产品配置的镜头***格密切相关，相对而言，工作距离在350mm左右的数码相机比较便宜，工作距离在100mm的数码相机就比较贵了，相应地镜头选用工作距离数值较小的成像效果更加理想，因此综合考虑价格之后，H1优选工作距离为150-250mm之间的性价比更高些。

具体实施例3：利用不同参数基因芯片阅读仪检测不同的中低密度基因芯片1的成像结果如图4所示，其中图4-A和图4-B分别为具体实施例1和具体实施例2的成像结果图，图4-C和图4-D是仪器研发调试过程中任意选取的几个分别调试LED光源类型、光强、波长、角度及200万像素以上数码相机的成像结果图，在图4所示的成像结果图中，我们明显可见阳性探针2结果呈现为边界圆滑、图像清晰的光斑，阴性结果与阳性结果区分明显，同时对比成像结果与待检基因芯片1与核酸物质的杂交反应的检测结果相符，检测结果符合率超过99%。

需要说明的是：与本发明基因芯片阅读仪所配套的电脑端安装的图像获取和分析软件，目前也在***优化调试中，该图像获取和分析软件也可以作为应用程序安装在移动设备中。进一步的计划是：将数据处理分析单元5用单片机进行优化升级，不仅可以提升芯片阅读单元3输出图像的自动识别能力和灵敏性，还可以利用本发明的基因芯片阅读仪，真正做到对基因芯片1杂交结果的“样品进、结果出”的一体化快速检测能力，扩大对探针2数目在千个以内的中低密度基因芯片1进行成像结果的自动识别和分析，同时保证对图像结果分析的准确度。

Claims (7)

1.一种基因芯片阅读仪，包括：电路单元、数据处理分析单元、激发光源、芯片阅读单元和定位支持装置，其特征在于，其中，

所述激发光源包括LED光源，设置在基因芯片上探针的同一侧的侧上方，所发出的激发光线的入射角大于临界角并且小于90度，所述LED光源包括至少两个对称设置的LED光源，且两个LED光源用于交叉激发基因芯片探针上的荧光物质发出荧光；

其中，临界角θ存在如下关系，tgθ=L1/ H1，L1为列阵宽度与镜头直径之和的一半，H1为镜头的工作距离，所述列阵即基因芯片；

所述芯片阅读单元包括数码相机，使用定焦镜头，用于一次性捕获并识别基因芯片探针上激发的荧光信号；

所述电路单元用于提供电源及传输荧光信号数据；

所述数据处理分析单元，用于接收所述荧光信号数据，对所述荧光信号数据进行处理分析并输出结果；

所述定位支持装置，用于对基因芯片、激发光源和芯片阅读单元进行位置调整和位置固定。

2.根据权利要求1所述的基因芯片阅读仪，其特征在于，所述LED光源的波长是依据待检基因芯片探针上所标记的荧光物质类型所选择的固定波长。

3.根据权利要求2所述的基因芯片阅读仪，其特征在于，所述LED光源的光强大于1000Lux。

4.根据权利要求1所述的基因芯片阅读仪，其特征在于，所述数码相机为CMOS相机或CCD相机，像素大于200万。

5.根据权利要求4所述的基因芯片阅读仪，其特征在于，所述数码相机加配滤光片。

6.根据权利要求1-5任一项所述的基因芯片阅读仪，其特征在于，所述定位支持装置包括支架结构，所述位置调整包括高度调整和角度调整，所述位置固定设置包括用于固定安放基因芯片和/或激发光源的卡槽结构。

7.权利要求1-6任一项所述的基因芯片阅读仪在中低密度的基因芯片检测领域的应用。

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