双波长共聚焦生物芯片扫描仪控制系统设计

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1、第25卷第2期国外电子测量技术Vol.25,No.22006年2月ForeignElectronicMeasurementTechnologyFeb.,2006研究与设计双波长共聚焦生物芯片扫描仪控制系统设计1,21王浩杰罗正全(1.中国科学院光电技术研究所四川成都610209)(2.中国科学院研究生院北京100039)摘要:简要介绍生物芯片、共聚焦生物芯片扫描仪原理,提出采用双波长激光同步扫描生物芯片的方法,快速获取两种荧光信息。详细介绍了采用DSP和FPGA相结合的控制系统的结构组成、功能实现,达到数据实时快速采集和传输。关键词:双波长扫描DSPFPGA

2、实时高速中图分类号:TP202Designforcontrollingsystemofdouble2wavelengthconfocalbiochipscannerWangHaojieLuoZhengquan(1.InstituteofOpticsandElectronics,ChineseAcademyofScience,Chengdu610209,China)(2.GraduateSchooloftheChineseAcademyofScience,Beijing100039)Abstract:Thebiochipandprinciplesofconfo

3、calbiochipscannerareintroducedbriefly.Anovelwaytoobtaintwokindsoffluorescentinformationisputforward,whichissynchronouslyscanningthebiochipbydouble2wavelengthlaser.ThestructureandfunctionsofcontrollingsystemcomposedofDSPandFPGAisdiscussedparticularly,sothedataarecollectedandtransmit

4、tedcelerityrealtime.Keywords:double2wavelengthscan,DSP,FPGA,realtime,high2speed.此,此种扫描仪要扫描一片生物芯片,每束激光要分0引言别扫描一次芯片,所需时间长,扫描过程中会引入更生物芯片是将生物活性物质如细胞、DNA、蛋多噪声,降低图像质量,降低实时性。针对这个问白质等以微阵列的方式有序地排布在固相载体上形题,提出了将用两束激光同时扫描生物芯片,来减少成生物分子点阵,在待分析样品中的生物分子与生扫描时间,减少噪声干扰,增加有用信息。物芯片的探针分子发生杂交或相互作用后,利用激1系

5、统光机原理介绍光共聚焦显微扫描仪对杂交信号进行检测和分析。生物芯片的载体一般用硅片,也可以用玻璃、塑料或如图1所示,543.5nm绿光和632.8nm红光先尼龙。它将生命科学研究中所涉及的许多分析步合成一束光,经过二色镜反射和物镜聚光,聚焦到扫骤,利用微电子、微机械、化学、物理技术、传感器技描台上的生物芯片,激发芯片上的荧光物质cy3,术、计算机技术,使样品检测、分析过程连续化、集成cy5发光,荧光经物镜后成为平行光,分别经过分光化、微型化。镜分离出红绿荧光,由滤光片滤除杂光后,通过物镜目前,激光共聚焦生物芯片扫描仪主要采用聚焦到光栏小孔,最后由两个光电倍增

6、管(PMT1,cy3,cy5两种荧光染料标记生物芯片,分别用543.PMT2)收集荧光信号。5nm和632.8nm的红绿激光作为光源,由快门控制PMT1,PMT2输出电流信号,分别经过模数转激光束选择,分时扫描芯片,得到所需要信息。因换器件AD1,AD2转换为数字信号,在DSP和FP2作者简介:王浩杰(1980-),男,硕士研究生,现就读于中科院光电所,研究方向:生命科学仪器。罗正全(1952-),男,副研究员,研究方向:微电子专用设备和生命科学仪器。2006年第2期王兵等:基于IVI技术的数字存储示波器驱动程序的设计313向DA1,DA2写入控制量,调节电

7、路零位,即调节AD转换的动态输入范围。AD1、AD2将PMT1、PMT2输出的电流信号转换成16位数字信号,模块2控制AD1,AD2选通,将数据依次写入SRAM。仪器工作过程如下。(1)初始化操作,包括:扫描台XY复位,电路零位调整、调焦电机复位、PMT增益控制。扫描台的复位由在扫描台XY向初始原点处放置的光电开关来实现:FPGA控制步进电机转动,当扫描台XY向未到达复位位置时,光电开关能接收到红外光,因此光电开关导通,DSP检测到此电流,FPGA继续向步进电机发送脉冲信号,驱动电机运行;反之,当扫描台到达原点后,光电开关接收不到红外光,光电开图1光机原理图

8、关无电流,DSP检测不到电流。此时,DSP向FP2G