共聚焦生物芯片扫描仪中PMT电流增益的自动控制

根据共聚焦生物芯片扫描仪获得的图像,设计了计算机控制下的PMT电流增益自动控制系统.根据计算生物芯片图像的灰度分布与期望灰度分布的差异,得到期望灰度分布时PMT的期望电流增益,进而获得PMT的期望控制电压.一个12位数模转换器产生期望控制电压,自动控制PMT电流增益的调节,控制电压精度高达2 mV.实验结果表明,所设计的PMT电流增益自动控制系统可快速、准确地实现PMT电流增益调节,并具有稳定性高、抗干扰能力强的特点.     

光电子技术与器件 光放大、控制与器件

TN152 2005010519 共聚焦生物芯片扫描仪中PMT电流增益的自动控制= Auto gain control of the PMT used in confocal biochip scanner[刊．中]／王立强(浙江大学国家光学仪器工程技术研究中心．浙江．杭州(310027))．陆祖康…∥光子学报．- 2004,33(3)．-314-317 根据共聚焦生物芯片扫描仪获得的图像．设计了计算机控制下的PMT电流增益自动控制系统。根据计算生物芯片图像的灰度分布与期望灰度分布的差异,得到期望灰     

生物芯片扫描仪CCD背景噪声研究

冷CCD(Cool CCD)是生物芯片扫描仪的核心检测器件,其背景噪声直接影响到检测精度。CCD背景噪声可分为光子噪声、热噪声、读出噪声和量化噪声。其中热噪声Hn与读出噪声Rn最为核心,采用拍摄暗场帧的方法对其进行实验研究。实验表明对于某一指定曝光时刻,背景噪声图像各像素的强度可认为符合正态分布,并可将均值与标准方差的估计值即■与■作为其相应正态分布的表征参数。■与■的95%置信区间较小,最大区间长度分别占■与■的0.16%和28.36%。在此基础上讨论了温度、曝光时间对均值与方差的影响。     

拉曼光谱编码的荧光液相生物芯片检测系统研究

随着医疗诊断需求的增加,生物分子检测技术越来越受到人们的重视,液相生物芯片技术作为一种高通量,多通道的分子检测手段在近几年得到了飞速发展。通过层层自组装方法制备以微片为载体的拉曼光谱编码液相生物芯片,并利用自行搭建的一套高灵敏度、高分辨率的光学系统,实现对液相生物芯片的定性与定量分析。光学系统由拉曼光谱检测系统与荧光显微成像系统耦合而成。在拉曼光谱检测系统中激光器发射出785 nm波长的激光,通过二向色镜,带反反射镜与物镜汇聚到样品上,样品产生的拉曼散射光,经物镜,带反反射镜,二向色镜与拉曼滤波片,最后通过凹透镜聚焦到光谱仪的狭缝上,光谱仪色散实现在线阵CCD上拉曼光谱的获取。荧光显微成像系统应用光学成像原理,通过调节凹透镜与405 nm的激发光之间的距离,使激发光通过物镜均匀的照射到样品之上,样品激发出的荧光,通过物镜,带反反射镜,二向色镜,滤波片与相应的凹透镜,最后成像到面阵CCD上。改进传统便携式拉曼光谱检测系统光路并选用相应波段的带反反射镜与焦距20倍的物镜完成拉曼光谱检测系统与荧光显微成像系统的耦合。为了减少两路系统之间的相互影响选用合适的二向色镜以及滤波片,在提高耦合系统获取数据的准确性中有着重要的作用。该系统通过对反应之后的液相生物芯片进行拉曼光谱检测,以完成对每个编码玻片的定性识别,即解码;同时激发反应后液相生物芯片的荧光并采集荧光强度图,根据每个解码玻片上的荧光强度值完成对目标检测物的定量分析。区别于传统荧光编码液相生物芯片, 拉曼光谱编码具有稳定性更强,光谱分辨率更高等优点。该光学系统集拉曼光谱检测系统与荧光显微成像系统于一体,解决了目前未有基于拉曼编码的液相生物芯片的检测系统的问题,并且可同时对多种目标物进行识别和定量分析,提升了实验结果的准确性。     

新型生物芯片扫描仪光学系统设计

传统生物芯片检测扫描仪光学系统的特点是分辨率高、孔径大,但工作距离较短,一般只有1mm左右,有的甚至更短。由于组织芯片、细胞芯片等需要进行实时添加药物与试剂,工作距离越大操作越方便,因此扫描仪光学系统需要具有很长的工作距离。介绍了一种用于组织芯片、细胞芯片扫描仪的新型光学系统。该光学系统的工作距离为15mm,数值孔径为0 67,物方分辨率<350nm。这种新型光学系统首先是要确定物镜的光学结构,然后再通过计算机辅助设计方法设计出成像质量优良的物镜。     

基于顺序形态变换的生物芯片图像网格化

生物芯片图像网格化是对由生物芯片扫描得到的荧光成像中的信号(Foreground)和背景(Background)进行划分,以便提取各点的吸光度值、面积和吸光度比等荧光点的数据。网格化的准确与否决定了数据提取的正确性。提出了一种运用顺序形态变换理论实现生物芯片荧光图像网格化的方法,通过对百分位值在0~1之间的顺序形态进行变换,可实现像素灰度的极小值、中间值等多刻度值的灰度取值运算。理论分析表明,该算法能够识别信号与背景的边界,可去除噪声等非边界信息,能判断信号区域,可确定荧光点的边界和范围,可实现荧光点阵图像的网格化。试验结果表明,该算法对不同信噪比的荧光图像来说有很强的适应性,可用于高密度生物芯片图像的处理。     

光学仪器 其他

TN29 2006043778基于PMT的激光共聚焦生物芯片微弱荧光检测=Laserconfocal biochip scanner based on PMT[刊,中]/余勇(中科院光电技术所.四川,成都(610209)) ,胡松∥微纳电子技术.—2006(1) .—50-54介绍了激光共聚焦扫描仪的成像原理以及PMT的特性和控制原理,在此基础上详细分析了FPGA通过DAC动态控制PMT增益的微弱荧光信号检测方法,以适应不同的荧光强度,FPGA同时控制16位高速AD转换,得到高精度图像数据。实验结果表明,系统具有高精度和高分辨率的特点,可探测到0 .1个荧光分子/μm2。图6参4(杨妹清)光学仪器 其他…     

激光共聚焦近红外荧光扫描系统光学设计

为了实现对近红外荧光的高分辨率扫描,设计了工作在近红外光谱区的激光共聚焦光学系统。采用结构简单的凹凸双透镜物镜实现了照明光路和发射光路的设计,并采用Zemax软件进行了光学设计和仿真。实验表明:照明光路的聚焦弥散斑小于1 m,照明针孔处的聚焦光斑小于40 m,满足照明针孔的尺寸要求;发射针孔处的聚焦光斑小于10 m,满足探测针孔尺寸要求;同时照明光路和发射光路的MTF曲线的截止频率都分别满足其衍射极限分辨率的要求,照明光路在全视场空间分辨率420 lp/mm处MTF0.08,发射光路在全视场空间频率400 lp/mm处MTF0.07。     

用于探测生物芯片的制冷型ICCD系统

利用光锥耦合的ICCD系统探测荧光染料标记的生物芯片,并对CCD芯片和像增强器制冷,以提高探测灵敏度。基于实验分析结果,指出背景噪声的主要来源为杂散光和生物芯片基底所发的荧光,指出用镜头成像限制了系统探测灵敏度的提高,可采用低荧光物质作为生物芯片的基底对系统加以改进。     

基于CCD的生物芯片扫描分析系统的设计

根据免疫胶体金标记的蛋白质芯片的特点,利用CCD、数字图像处理等技术,设计了一套生物芯片扫描分析系统.概括了整个系统的结构,介绍了生物芯片扫描分析系统的软件结构和设计,详细描述了生物芯片图像分析和处理的方式.     

DNA microarray scanner with a DVD pick-up head

A low-cost highly sensitive DNA microarray scanner for fluorescent detection is developed based on the pick-up head of a commercially available optical storage device, DVD. A laser beam of 650 nm, generated by a DVD laser diode, is used for dynamic auto-focusing as well as the excitation of Cy5 fluorescent dye. The fluorescence intensity emitted from Cy5 dye is measured by a photomultiplier tube (PMT). In contrast to other microarray scanners, the DVD-based scanner offers the auto-focusing function using the focus error signal (FES) and a voice coil motor (VCM), and this enables fast response, high accuracy and compact size. The fluorescence-detecting performance of the scanner is inspected by using a commercial BAC (bacterial artificial chromosome) oligonucleotide chip and a scanner evaluation microarray (DS01). Experiments have shown that the DVD-based scanner meets the limit of detection, ensuring the feasibility of a low-cost, highly sensitive DNA microarray scanner.     

An f-Theta Lens Design for Bio-Medical System: Laser Scanning Microarray Reader

Laser scanning technology has put in microarray image system for its characteristic of non-contact measurement, high performance, and good sensitivities for the development of bio-technology. In the requirement of metrology, microarray biochip image has become more precisely and non-contact measurement like optical detector or ultra wave sensor is plenty applied in the imaging system. The paper provides the new type construction of laser con-focal microarray scanning and fluorescent detection system. The enabling key component, f-theta lenses, is designed as micro-meter focusing scanning lens. The scanner exploits the functional advantages and the optical system has small spot size, great linearity and large depth of focus. The system is expected to be simply operate, small hardware size, and fast speed. The optical design of the scanning lenses and the fabrication of scanner are also introduced and discussed     

微阵列芯片的荧光光漂白特性

微阵列技术为大量基因表达水平的同时监控提供了一种高效的手段。随着微阵列芯片朝着小型化、高通量和弱信号方向发展,荧光检测技术以其易寻址和高灵敏度等优势越来越受到世人关注。在微阵列技术中,人们通过检测微阵列芯片上不同位置斑点的荧光信号强度,可以得知微阵列芯片不同位置固定的已知序列探针与荧光染料标记的cDNA样品的杂交情况。对一张微阵列芯片多次扫描后,荧光染料发生光漂白,荧光强度发生衰减变化,它将为微阵列的数据分析带来误差。使用荧光浓度梯度微阵列芯片研究了芯片经多次扫描后荧光斑点强度的衰减情况,通过拟合相同荧光斑点经多次重复扫描后得到的信号强度,得到了荧光斑点强度按指数形式衰减的规律,并在此基础上研究了荧光斑点强度衰减指数模型中的参数与荧光斑点初始浓度的关系,为进行微阵列芯片数据光漂白误差修正提供了实验依据。     

Microarray Scanner for Fluorescence Detection

A novel pseudo confocal microarray scanner is introduced, in which one dimension scanning is performed by a galvanometer optical scanner and a telecentric objective, another dimension scanning is performed by a stepping motor.     

光刻及离子束蚀刻技术制作DNA芯片模版

 采用光刻及离子束蚀刻技术制作面阵石英DNA芯片模版，利用扫描电子显微镜（SEM）和表面轮廓仪测试了所制石英DNA芯片模版的表面微结构形貌特征，分析了所制石英DNA芯片模版出现图形畸变的原因。所用工艺为在其它衬底材料表面制作更大规模及具有复杂结构的大面阵DNA芯片模版奠定了基础。     

北京正负电子对撞机二期工程激光扫描系统

为探索激光在束流截面测量上的应用,在北京正负电子对撞机二期工程(BEPCⅡ)的负电子传输线上建立了激光扫描系统。研究了激光扫描测量束流截面的相关计算方法。对激光和电子束相互作用、光子在介质中的切伦科夫辐射等过程进行了GEANT4模拟。对脉冲激光器进行了调试,测量了激光的脉宽、尺寸、功率等各项参数。设计并搭建了激光扫描系统的光路,编写了激光系统的机械扫描部件的控制软件。搭建了用于探测康普顿光子的契伦科夫探测器系统。激光的扫描、控制、以及激光参数的在线监测等系统工作正常,能满足激光扫描实验需要。     

结合组织芯片技术的人体胃管状腺癌组织太赫兹光谱检测

太赫兹波技术在生物医学领域具有广泛应用前景,结合人体胃管状腺癌组织检测,针对太赫兹时域光谱（THz-TDS）组织检测点位与实际病理难以配准的问题,在处理石蜡包埋的胃组织的过程中引入组织芯片技术,为实验样本的精准定位检测提供了可行方法。开展了人体胃正常组织和癌变组织太赫兹检测实验,结合主成分分析方法,对比分析了组织芯片技术配准的实验组与未配准的对照组的太赫兹吸收系数和折射率谱。此外对比研究了采用支持向量机和逻辑回归的太赫兹胃管状腺癌判别方法。研究结果表明,使用组织芯片方法有助于提升组织取材的精准性从而提高癌变样本和正常样本光谱数据的区分效果。     

基于飞行时间技术的PET发展历史与现状

简要介绍了基于飞行时间（Time of Flight, 简称TOF）技术的正电子发射断层扫描成像（Positron Emission Tomography, 简称PET）的基本原理, 回顾了TOF-PET成像设备的发展历史, 讨论了影响TOF PET时间分辨率的主要因素, 并对TOF-PET给图像重建技术带来的挑战进行了分析。 最后, 重点介绍了TOF-PET技术所带来的优势, 使用TOF技术可以有效地改善图像质量, 并且为临床诊断和临床前研究带来便利。 The principle of time of flight (TOF) positron emission tomography (PET) and a brief review of the history of TOF-PET are introduced. The factors influencing the time resolution of a TOF-PET scanner are presented, especially focus on the intrinsic properties of scintillators and front end electronics. Challenges and achievements of the structure of data organization and image reconstruction are reviewed. Finally, the benefits of TOF-PET on image quality improvement and tumor detection are emphasized.