《用于高速扫描的平衡装置.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《用于高速扫描的平衡装置.pdf（9页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)授权公告号 CN 101553278 B (45)授权公告日 2011.09.07 CN 101553278 B *CN101553278B* (21)申请号 200780011776.1 (22)申请日 2007.04.02 60/790,068 2006.04.07 US 11/694,105 2007.03.30 US A61N 5/00(2006.01) (73)专利权人 生物辐射实验室股份有限公司 地址 美国加利福尼亚州 (72)发明人 DY楚 PJ帕特 (74)专利代理机构 上海专利商标事务所有限公 司 31100 代理人 顾峻峰 CN 1355505 A,2002.06.。
2、26, CN 2519963 Y,2002.11.06, US 4091287 A,1978.05.23, CN 2496071 Y,2002.06.19, (54) 发明名称 用于高速扫描的平衡装置 (57) 摘要 通过具有同样由皮带和皮带轮系统以相同速 度但沿与扫描头相反的方向驱动的配重的皮带和 皮带轮系统来实现扫描头相对于平面对象或平面 对象相对于扫描头平移。皮带和滑动系统的部件 被定位成使所有移动部件保持在对象的一侧并在 它们的整个移动范围内保持这种状态。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2008.10.06 (86)PCT申请的申请数据 PCT/US2007/0。
3、65775 2007.04.02 (87)PCT申请的公布数据 WO2007/118049 EN 2007.10.18 (51)Int.Cl. (56)对比文件 审查员 卢鹏 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 CN 101553278 B1/1 页 2 1. 一种用于扫描平面对象的扫描系统， 其中所述平面对象和扫描头被定义为扫描对的 成员， 其中一个成员是移动的， 而另一个成员的静止的， 所述扫描系统包括 ： 皮带装置， 其上安装有所述移动的扫描对成员和处于一些位置的配重， 藉此所述皮带 装置的旋转造成所述移动的扫描对成员。
4、和所述配重沿平行于所述静止的扫描对成员并在 静止的扫描对成员的同侧上的直线路径以相反方向作同步运动 ； 以及 驱动装置， 所述驱动装置旋转所述皮带装置以产生所述同步运动 ； 其中， 所述皮带装置是一对连续的皮带， 所述移动的扫描对成员安装于所述一对皮带 中的一根而所述配重安装于所述一对皮带的另一根， 且所述驱动装置由结合于两皮带的一 个同步皮带轮和结合于两皮带的一个惰轮构成。 2. 如权利要求 1 所述的扫描系统， 其特征在于， 所述移动的扫描对成员的所述直线运 动路径处于所述配重和所述静止的扫描对成员的所述直线运动路径之间。 3. 如权利要求 1 所述的扫描系统， 其特征在于， 所述移动的扫。
5、描对成员是第一扫描头， 所述静止的扫描对成员是第一平面对象， 而所述配重是定位成扫描第二平面对象的第二扫 描头。 4. 如权利要求 1 所述的扫描系统， 其特征在于， 所述平面对象是 PCR 片。 5. 如权利要求 1 所述的扫描系统， 其特征在于， 所述平面对象是生物物种的微阵列。 6. 如权利要求 1 所述的扫描系统， 其特征在于， 所述平面对象是微流体装置。 7. 一种用扫描头扫描平面对象的方法， 其中所述平面对象和所述扫描头被定义为扫描 对的成员， 其中一个成员是移动的， 而另一个成员的静止的， 所述方法包括 ： (a) 将所述移动的扫描对成员安装于皮带装置， 将所述静止的扫描对成员设。
6、置在所述 移动的扫描对成员的扫描距离内 ； 以及 (b) 将配重在相对于所述移动的扫描对成员的位置进一步安装于所述皮带装置， 以使 所述皮带装置的旋转造成所述移动的扫描对成员和所述配重沿相反方向作同步运动， 使所 述皮带装置旋转， 以使所述移动的扫描对成员越过所述静止的扫描对成员， 同时将所述移 动的扫描对成员和所述配重保持在所述静止的扫描对成员的同侧， 其中， 所述皮带装置是 由共同的驱动装置驱动旋转的一对连续的皮带， 所述移动的扫描对成员在所述一对皮带中 的一根上， 而所述配重在所述一对皮带的另一根上。 8. 如权利要求 7 所述的方法， 其特征在于， 所述平面对象是射线照相图像。 9. 。
7、如权利要求 7 所述的方法， 其特征在于， 所述平面对象是生物物种的微阵列。 10. 如权利要求 7 所述的方法， 其特征在于， 所述平面对象是微流体装置。 权 利 要 求 书 CN 101553278 B1/4 页 3 用于高速扫描的平衡装置 0001 本申请要求提交于 2006 年 4 月 7 日的 60/790,068 号美国临时专利申请的权益， 其内容被全篇包含援引于此。 技术领域 0002 本发明涉及在实时 PCR 中或例如核酸或蛋白质的生物物种的微阵列上所实施的 方法中用于在以规则二维阵列排列的大量单独位置处进行非常快的照明、 观察和 / 或检测 的任何类型的方法或分析的扫描系统。。
8、 背景技术 0003 本发明所涉及的扫描系统是在含一行或一系列行的扫描图案内以非常快的速度 来回移动扫描头的机械运送工具。已针对多种扫描头设计出扫描系统， 包括那些发出或接 收或发出和接收光或其它电磁波或微粒或声音信号的扫描系统。 在扫描中获取的数据一般 被送至信号处理器以存储、 记录、 比较和其它的普通的信号处理功能。 0004 可通过扫描系统扫描的对象包括射线照相图像、 电子封装块和其它电子介质、 以 及含多个生物样本阵列的多井片。在所有情形下， 高效扫描的目标是高速和位置精度。然 而， 由于扫描头的移动要求快速反向逆转和在这些反向逆转后的快速来回加速， 因此这些 目标容易相互冲突。这些加。
9、速和反向逆转会在系统中造成不想要的振动， 这将导致测量误 差并使系统部件受到足以导致变形和磨损的机械应力。 与扫描系统关联的这些和其它问题 披露于1988年11月1日公告的4,781,067号美国专利、 (申请人Ciechanski.F.JSonoscan 公司 ) ； 2005 年 6 月 23 日公布的 US2005/0133749A1 号美国专利申请公开、 ( 申请人 Kerr， R.S. 等 Eastman Kodak 公司 ) ； 2005 年 11 月 17 日公布的 US 2005/0254932A1 号美国专利 申请公开、 ( 申请人 Kellerman， P.L. 等 ； 1。
10、999 年 11 月 30 日公告的 5,995,264 号美国专利、 申请人 Melville C.D. 华盛顿大学 ) ； 以及 1970 年 11 月 17 日公告的 3,541,561 号美国专 利、 申请人 Chubb C.F.(Dynell 电子公司 )。这些专利的内容被全篇援引包含于此。 发明内容 0005 本发明在于平衡补偿的扫描系统， 其中在进行扫描时通过皮带和皮带轮系统或其 任何机械等效结构实现平移运动， 配重由同一皮带和滑动系统驱动但被设置成沿与扫描方 向相反的方向行进。 本发明涵盖其中扫描头由皮带和皮带轮系统带动而对象处于静止或对 象由皮带和皮带轮系统带动而扫描头处于静。
11、止 ( 即逆扫描操作 ) 的所有系统。为了涵盖这 两种情况， 在本文中采用术语 “扫描对” 来表示扫描头和对象， 它们各自被称为扫描对的 “成 员” 。 安装于皮带并由此随着皮带旋转而移动的成员被称为 “移动的扫描对成员” ， 而另一个 则被称为 “静止的扫描对成员” 。 在本发明中， 要扫描的对象是平面对象， 它或者是要扫描的 面积的直线阵列或者是该面积的二维阵列。 因此， 当扫描头作为移动的扫描对成员时， 扫描 头通过横越对象而扫描对象， 而当对象作为移动的扫描对成员时， 该对象越过扫描头。 在每 种情形下， 移动的扫描对成员可在静止扫描对成员的上方或下方。 说 明 书 CN 101553。
12、278 B2/4 页 4 0006 当移动的扫描对成员是扫描头时， 配重可以是相等或近乎相等重量的第二扫描 头， 它可用于相同的平面对象或单独的平面对象。 至于皮带和皮带轮系统， 在本文中将它们 称为 “皮带装置” ， 并且它们涵盖移动的扫描对成员和配重在同一皮带上的实施例以及各自 安装在单独皮带上两根皮带由共同的驱动系统以协调方式驱动的实施例。 在所有情形 下， 移动的扫描对成员和配重以同步直线运动而移动， 其中一个以与另一个相反的方向和 相同的速度移动。 0007 皮带系统相对于该对象的方向使所有移动部件即移动的扫描对成员和配 重保持在对象的同一侧， 对置成一个在对象上方而另一个在对象下方。
13、。当该对象是生 物采样的阵列时， 这尤为有利。 在一些实施例中， 这是通过将移动的扫描对成员和配重设置 在同一皮带上并使皮带轮的轴平行于对象平面， 并通过操作该系统以使移动的扫描对成员 的运动限制在对象平面略上方的平面内并使配重的运动限制在高于移动的扫描对成员的 平面内来实现的。在其它实施例中， 移动的扫描对成员和配重被设置在具有共同皮带轮系 统的单独皮带上， 所述皮带轮系统的皮带轮轴垂直于对象平面。移动的扫描对成员和配重 可都在对象平面略上方的平面内移动， 或者其中的一个可比另一个更远离对象平面。 0008 术语 “扫描距离” 用来表示扫描对的两成员之间的任何距离， 该距离允许扫描头进 行扫。
14、描操作。对于作为发射器或接收器或光或其它电磁信号的扫描头而言， 扫描距离是在 扫描对的一个成员处产生的信号可由另一成员接收的任何距离。 0009 本发明的所有实施例中的配重明显减少或消除因快速反向逆转和加速造成的扫 描头的振动。 附图说明 0010 图 1 是根据本发明的扫描系统的一个例子的侧视图。 0011 图 2 是根据本发明的扫描系统的第二例子的侧视图。 0012 图 3 是根据本发明的扫描系统的第三例子的侧视图。 0013 图 4 是根据本发明的扫描系统的第四例子的立体图。 0014 图 5 是根据本发明的扫描系统的第五例子的立体图。 具体实施方式 0015 尽管界定本发明的特征能以多。
15、种结构实现， 然而通过对具体实施例的详细说明能 最好地从整体上理解本发明。这些实施例中的一些示出于附图中。 0016 在图 1 所示结构中， 扫描头 11 位于对象平面 12 上方并可滑动地结合于对象平面 上的导轨 13。为了扫描对象平面 12 中的一个行， 扫描头 11 沿箭头 14 指示的方向通过扫描 头 11 固定于的皮带 15 沿导轨 13 移动。皮带 15 由包括电机驱动的皮带轮 16 和惰轮 17 的 皮带轮系统驱动。配重 18 同样固定于皮带 15 并可滑动地结合于第二导轨 19 以沿箭头 20 指示的方向移动。由于其在皮带 15 上的位置， 配重 18 沿与扫描头 11 相反的。
16、方向移动， 平 衡补偿皮带旋转时由扫描头产生的惯性力。 0017 图 2 的实施例是图 1 实施例的相反形式。在图 2 中， 平面对象 21 安装于皮带 22 而扫描头 23 保持固定。随着皮带 22 旋转， 平面对象 21 沿箭头 24 的方向被拉过扫描头 23 的上方。配重 25 以与平面对象 21 相同的速度但相反的方向移动。这种结构对于例如载玻 说 明 书 CN 101553278 B3/4 页 5 片或在支承表面上具有例如薄膜之类的、 固定在位的样本阵列的其它小支承物的对象是有 用的。在图 1 和图 2 的两实施例中， 可通过在扫描头每次直线扫描后逐步地沿与皮带垂直 的方向移动皮带轮。
17、、 皮带、 扫描头和配重的整个系统以连续扫描一系列行， 从而扫描对象上 的二维阵列位置。 0018 在图3的实施例中， 各自通过单独扫描头33、 34扫描两个对象31、 32。 每个扫描头 33、 34 作为对方的配重。尽管图中未示出， 皮带 35 是双股皮带， 而支承扫描头 33 的导轨 36 和支承另一扫描头 34 的导轨 37 均为双导轨， 其间都具有允许上扫描头 34 完全访问到其对 象 32 的开放空间。两扫描头位于同一皮带 35 上并将扫描头在皮带上设置成使两扫描头永 远不在皮带轮 38、 39 的相同侧， 任何一个扫描头的移动仅当另一扫描头沿相反方向移动时 才发生， 效果与图 1。
18、 的结构中获得的效果相同。在一变例中， 图 3 的结构可用于单个对象， 其中两个扫描头沿相反方向轮流扫描对象的长度。这里同样， 整个扫描装置可沿垂直于扫 描头每次扫描之间的图平面的方向移动， 以连续扫描一系列行。 在又一变例中， 可使用两个 不同的扫描头 31、 32， 每个扫描头扫描对象上相同的整行位置， 这两个扫描头采集来自各位 置的不同信息， 由此增加通过皮带的单次旋转所获得的信息量。 0019 图 4 示出又一实施例， 这次采用由构共同皮带轮系统驱动的两根皮带 41、 42， 所述 皮带轮系统由单个同步皮带轮(timing pulley)43和单个惰轮44构成， 所述单个同步皮带 轮4。
19、3由电机45驱动， 所述电机45可以是交流或直流电机或步进电机。 扫描头46固定于其 中一根皮带 41 并沿导轨 47 滑动， 而配重 48 固定于另一根皮带 42 并沿第二导轨 49 滑动。 两皮带受同一皮带轮系统作用并且扫描头和配重充分地隔开， 扫描头和配重将总是沿相反 方向移动。在该结构和其它结构下， 可为配重 48 省去导轨 49 而不会造成平衡效果的明显 损失。 0020 在图 5 所示的结构中， 扫描头 51 和在这里图示为第二扫描头的配重 52 在高于对 象平面 53 的共同平面内运动。扫描头安装于相同皮带 54 并且为两个扫描头配备单独的导 轨 55、 56。同步皮带轮 57 。
20、由电机 58 驱动并引入惰轮 59， 和前面附图的实施例相同。这两 个扫描头沿箭头 60、 61 指示的方向移动， 并沿皮带隔开以保证它们沿相反方向移动。 0021 一般来说， 配重的行程路径将限定其重心并且最好的结果是该重心尽可能地靠近 由扫描头的行程限定的重心， 以最小化由运动质量引起的反作用力矩。另外在所有实施例 中， 配重的质量越接近扫描头的质量， 配重越有效， 但近似等于、 而不是恰好等于扫描头质 量的质量也就足够了。较佳地， 配重质量在扫描头质量的约 10内， 更佳约 5。当配重不 同于扫描头本身时， 配重可以是模制、 切割、 铸造或以其它方式制造出的任何实体。 0022 对于实时。
21、 PCR( 聚合酶链反应 ) 方法以及需要以高位置精度快速移动扫描时的任 何场合， 本发明是有价值的。 这类应用例子是在扫描载玻片、 微量滴定片和微流体装置 即具有由非常小直径的流体管道网络连接的蓄液器的装置上扫描微粒阵列。 0023 尽管前面的说明描述了附图所示部件的各种选择， 然而其它的选择对本领域内技 术人员而言也是明显的并落在本发明的范围内。 0024 术语 “一” 或 “一个” 旨在表示 “一个或多个” 。术语 “包括” 及其变化形式， 例如 “包 含” 和 “由构成” ， 当引用在前的一个步骤或元件时， 旨在表示可选择和不排除其它步骤 或元件。本说明书中涉及的所有专利、 专利申请和其它公布的参考文献都全篇地援引包含 于此。 引用于此的参考文献和本说明书的明确教义之间的任何差异都能通过本说明书的教 说 明 书 CN 101553278 B4/4 页 6 义取得解答。 这包括业内对一个单词或短语的定义和本说明中对同一单词或短语明确给予 的定义之间的差异。 说 明 书 CN 101553278 B1/3 页 7 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 101553278 B2/3 页 8 说 明 书 附 图 CN 101553278 B3/3 页 9 说 明 书 附 图 。