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微点阵芯片扫描仪的原理

2020.5.11

  微点阵芯片扫描仪被扫描的微点阵区域被看作由许多大小相等的像素组成。激光器产生激光(作为激发光)经物镜聚焦在微点阵表面的一个像素点上,该像素中的荧光素分子吸收激光光量子,从各个方向上释放荧光光量子,并部分被物镜捕获。由于玻片的反射作用,物镜同时也捕获了反射回来的激光,且释放荧光的光量子要比激光的光量子少几个数量级。

  微点阵芯片扫描仪分辨的基本依据是释放荧光波长一般略长于激发光波长,分辨的基本功能是最大限度通过被激发的荧光素释放的荧光信号,而最大限度地消除反射激光信号和其它由玻片、试剂、透镜、DNA、另一荧光素等发出的非靶标荧光信号。探测器的功能是将释放荧光的光量子转换成电流,最常用的探测器是光电倍增管(PMT)。一个光电倍增管可将一个光量子转换成多个电子,最多可达100万个。放大率可通过改变PMT的电压供应来调节。

  微点阵芯片扫描仪数模(A/D)转换器将电子转换成一系列的数字信号,数字化过程是个光量子时空平均化步骤,结果是每个像素产生一个代表其总荧光强度的数字信号。一个针孔光栅被置于PMT探测器之前,用于控制物镜的聚焦深度,以便只有从玻片表面位置发出的荧光信号能被检测到;即只有在玻片表面激发光聚焦点上被激发的荧光素的释放荧光,才能由探测器透镜组聚焦与针孔部位,恰好通过针孔。玻片表面以下或以上位置上产生的荧光信号(如由一片杂质产生)达到针孔时,其聚焦点将在前述释放荧光聚焦点之前或之后,故而只能有极少部分的光信号能通过针孔。

  微点阵区域上不同像素点的连续扫描动作,是通过马达水平移动芯片装载平台,或通过微反光镜移动入射激发光束,或两者兼而有之来实现的,最终获得针对某色荧光标记的图像文件。而对于不同荧光标记,则通过切换不同波长的激光来激发相应荧光素释放荧光,同时切换选择性通过不同波长范围的滤光片(即选择不同荧光扫描频道)来检测相应释放荧光信号,重复扫描,分别获得各色荧光标记的图像文件。


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