一種熒光定量pcr檢測儀光學(xué)激發(fā)和檢測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種熒光定量PCR檢測儀光學(xué)激發(fā)和檢測系統(tǒng)，屬于生物學(xué)和醫(yī)學(xué)檢 測領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR)是一種分子生物學(xué)技術(shù)，用于放大擴增特定的DNA片段。 實時熒光定量PCR技術(shù)，是指在PCR反應(yīng)體系中加入熒光基團(tuán)，利用熒光信號積累實時監(jiān)測 整個PCR進(jìn)程，最后通過標(biāo)準(zhǔn)曲線對未知模板進(jìn)行定量分析的方法。
[0003] 目前，市面上的熒光定量PCR檢測儀，各個產(chǎn)品之間最大的不同在于光學(xué)激發(fā)和 檢測模塊，這些產(chǎn)品的光學(xué)激發(fā)和檢測模塊主要存在以下不足： 1. 有些熒光定量PCR檢測儀光學(xué)激發(fā)和檢測模塊使用光電二極管作為探測器，每個光 電二極管一次只能檢測一個樣品，所以需要通過機械掃描的方式掃描所有樣品，這些機械 裝置的存在增加了體積和功耗降低了可靠性，更重要的是不同樣品有檢測時間差，影響實 驗精度。如BIO-RAD公司的CFX96 Touch熒光定量PCR儀； 2. 有些熒光定量PCR檢測儀的光路設(shè)計非常復(fù)雜，這就增加了產(chǎn)品的體積和成本，降 低了可靠性，如Biometra公司的！Optical Thermocycler突光定量PCR儀； 3. 有些熒光定量PCR檢測儀通過在光路中增加可轉(zhuǎn)動的激發(fā)光濾光片色輪和發(fā)射光 濾光片色輪，達(dá)到多光路檢測的目的，這些機械裝置的存在增加了功耗降低了可靠性。如 Roche公司的LightCycler 480突光定量PCR儀； 4. 此外，目前市場上的絕大部分熒光定量PCR檢測儀是用于實驗室檢測的中大型機 器，光學(xué)激發(fā)和檢測模塊結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴，便攜性差。使用者必須將制備好的樣品拿到 實驗室中進(jìn)行檢測，這種方式影響了一些突發(fā)性疾病的快速診斷。
[0004] 有鑒于此，本發(fā)明人對此進(jìn)行研究，專門開發(fā)出一種熒光定量PCR檢測儀光學(xué)激 發(fā)和檢測系統(tǒng),本案由此產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種光路簡潔、可進(jìn)行多光譜通道多樣品同時檢測、無機械 移動裝置、檢測靈活且成本低的熒光定量PCR檢測儀光學(xué)激發(fā)和檢測系統(tǒng)。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的解決方案是： 一種熒光定量PCR檢測儀光學(xué)激發(fā)和檢測系統(tǒng)，包括光學(xué)激發(fā)單元和光學(xué)檢測單元， 其中所述光學(xué)激發(fā)單元包括若干個光源，設(shè)置在各個光源出光方向上的激發(fā)光濾光片，以 及與光源射出的激發(fā)光呈傾斜設(shè)置的全反射鏡；所述光學(xué)檢測單元包括若干個分光片、濾 光片、成像傳感器，以及用于控制光學(xué)成像的檢測電路。光源發(fā)出的光經(jīng)過激發(fā)光濾光片后 成特定波長的激發(fā)光，再經(jīng)過全反射鏡反射后射入PCR試管中，激發(fā)光照射試劑中的熒光 物質(zhì)產(chǎn)生發(fā)射光，一部分發(fā)射光通過反應(yīng)池的側(cè)面開孔進(jìn)入光學(xué)檢測單元，最后經(jīng)過光學(xué) 檢測單元的分光、濾光后在相應(yīng)的成像傳感器上成像。
[0007] 作為優(yōu)選，上述光源包括反光杯和安裝在反光杯中心的單色LED，光源采用單色 LED，與傳統(tǒng)的鹵鎢燈相比具有發(fā)熱少，波長利用率高，體積小，壽命長的優(yōu)點，而采用反光 杯可保證LED光源能量得到最高效的利用，同時也可保證激發(fā)光保持準(zhǔn)直均勻。
[0008] 為保證光源的均勻性，作為優(yōu)選，所述熒光定量PCR檢測儀的光源與PCR試管之間 的光路上進(jìn)一步安裝有陣列透鏡組，通過陣列透鏡組可以使整束光線在各個部位的亮度都 相對一致。
[0009] 作為優(yōu)選，上述激發(fā)光濾光片采用中心波長在40(T650nm的帶通濾光片。
[0010] 作為優(yōu)選，所述全反射鏡與水平方向呈傾斜設(shè)置，使激發(fā)光經(jīng)全反射后，垂直射入 PCR試管中，保證全反射后的激發(fā)光與發(fā)射光呈一定角度，從而減小發(fā)射光背景噪聲。為了 減少激發(fā)光與發(fā)射光之間的干擾，激發(fā)光光路與發(fā)射光光路最好成一定角度，而直角的干 擾最小，使用全反光鏡可在保證發(fā)射光光路最佳角度的前提下最有效的利用空間，做到整 機小型化。
[0011] 作為優(yōu)選，所述光學(xué)檢測單元設(shè)有多個檢測光路，每個檢測光路依次有對應(yīng)波長 的分光片、濾光片、透鏡和成像傳感器等組成，從多個PCR試管射出的發(fā)射光進(jìn)入光學(xué)檢測 單元后，先經(jīng)過第一分光片進(jìn)行分光，分出的第一束特定波長的光束射入對應(yīng)的第一濾光 片和第一透鏡，最后在第一成像傳感器上成像，余下的發(fā)射光再經(jīng)過第二分光片進(jìn)行二次 分光，分出第二束特定波長的光射入對應(yīng)的第二濾光片和第二透鏡，最后在第二成像傳感 器上成像，按上述方法依次分光，直至最后一路光束在最后一個成像傳感器上成像。
[0012] 作為優(yōu)選，各個PCR試管射出的發(fā)射光與光學(xué)檢測單元的主光軸之間的夾角為 α，其中0< α < 12°。因為α的存在，會引起分光片和濾光片的光譜向短波偏離，這樣就 有可能使激發(fā)光透過干擾到測試結(jié)果，為避免這種困擾，需要將α控制在一定角度以內(nèi)。
[0013] 作為優(yōu)選，上述成像傳感器采用高靈敏度的CMOS成像傳感器或CXD成像傳感器， 例如 anitoa 公司的 ULS24 CMOS Imager，QImaging 公司的 EXi Blue CCD Imager。
[0014] 作為優(yōu)選，上述光學(xué)檢測單元的檢測電路包括圖像采集與處理微處理器和LED驅(qū) 動電路，微處理器的輸入端與成像傳感器相連，輸出端與LED驅(qū)動電路相連，所述LED驅(qū)動 電路的輸出端分別與各個單色LED相連。一個溫度循環(huán)后光學(xué)檢測模塊開始工作，微處理 器向LED驅(qū)動電路發(fā)出指令點亮多個波段的LED，發(fā)出激發(fā)光。同時微處理器開始采集各個 通道上成像傳感器的圖像，然后對圖像進(jìn)行處理得到各試管的熒光強度。
[0015] 本發(fā)明所述的熒光定量PCR檢測儀光學(xué)激發(fā)和檢測系統(tǒng)，用低功耗小體積的LED 作為激發(fā)光源，同時照射到所有的反應(yīng)池上，并且用高靈敏度的CMOS或者CCD成像傳感器 作為探測器，對所有的反應(yīng)池進(jìn)行同時成像。同時使用濾光片和分光片將不同波長的光在 幾個光路上同時成像，從而可以在一個樣品中檢測多種不同的熒光物質(zhì)，可以對多個樣品 同時檢測。不再需要龐大的機械掃描裝置對各樣品逐個檢驗，簡化了系統(tǒng)設(shè)計，避免由于樣 品光學(xué)檢驗時間不同造成的不準(zhǔn)確性，特別適用于小型快速的核酸檢測解決方案。此外，上 述熒光定量PCR光學(xué)激發(fā)和檢測系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比，還具有如下優(yōu)點： (1) 光學(xué)激發(fā)和檢測系統(tǒng)無機械傳動裝置，避免了后期使用過程的機械故障問題； (2) 可以實現(xiàn)所有樣品同時檢測，避免了因為掃描的時間差帶來的誤差，提高檢測的可 重復(fù)性； (3) 光學(xué)激發(fā)和檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔、體積小巧，可以攜帶移動，方便就地檢測，減少了樣 品運輸帶來的時間成本和樣品降解變質(zhì)風(fēng)險，而且成本降低，大大減少實時熒光PCR儀的 價格門檻，提高PCR技術(shù)的普及率。
[0016] 以下結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本實施例的熒光定量PCR檢測儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實施例的光學(xué)激發(fā)和檢測系統(tǒng)光路示意圖； 圖3為本實施例的熒光定量PCR檢測儀光學(xué)檢測單元內(nèi)部光路示意圖； 圖4為本實施例的光學(xué)檢測單元的檢測電路微處理器原理圖。
【具體實施方式】
[0018] 本發(fā)明所述的光學(xué)激發(fā)和檢測系統(tǒng)主要用于便攜式熒光定量PCR檢測儀，一種便 攜式熒光定量PCR檢測儀，如圖1所示，包括光學(xué)激發(fā)和檢測系統(tǒng)、溫度控制單元2,其中光 學(xué)激發(fā)和檢測系統(tǒng)包括光學(xué)激發(fā)單元1、光學(xué)檢測單元3,所述光學(xué)激發(fā)單元1包括若干個 光源11，設(shè)置在各個光源11出光方向上的激發(fā)光濾光片12,以及與光源射出的激發(fā)光呈傾 斜設(shè)置的全反射鏡13 ;所述溫度控制單元2包括用于放置PCR試管4的反應(yīng)池21、設(shè)置在 PCR試管4頂部的熱蓋22、設(shè)置在PCR試管4底部的加熱/制冷片23、設(shè)置在加熱/制冷片 23下方的散熱部件24,以及用于調(diào)節(jié)熱蓋和加熱/制冷片23溫度高低的溫度控制電路；所 述光學(xué)檢測單元3包括若干個分光片、濾光片、成像傳感器，以及用于控制光學(xué)成像的檢測 電路。光源11發(fā)出的光經(jīng)過激發(fā)光濾光片12后成特定波長的激發(fā)光，再經(jīng)過全反射鏡13 反射后射入PCR試管4中，激發(fā)光照射試劑中的突光物質(zhì)產(chǎn)生發(fā)射光，一部分發(fā)射光通過反 應(yīng)池21的側(cè)面開孔212進(jìn)入光學(xué)檢測單元3,最后經(jīng)過光學(xué)檢測單元3的分光、濾光后在相 應(yīng)的成像傳感器上成像。
[0019] 在本實施例中，如圖2所示，所述光學(xué)激發(fā)和檢測系統(tǒng)包括3個檢測通道，因此所 述光源11包括3個反光杯111和安裝在各個反光杯111中心的單色LEDl 12,光源11采用 單色LEDl 12,與傳統(tǒng)的鹵鎢燈相比具有發(fā)熱少，波長利用率高，體積小，壽命長的優(yōu)點，而采 用反光杯111可保證LED光源能量得到最高效的利用，同時也可保證激發(fā)光保持準(zhǔn)直均勻。 為保證光源11的均勻性，可以在光源11與PCR試管4之間的光路上進(jìn)一步安裝陣列透鏡 組，通過陣列透鏡組可以使整束光線在各個部位的亮度都相對一致。
[0020] 為了減少激發(fā)光與發(fā)射光之間的干擾，激發(fā)光光路與發(fā)射光光路最好成一定角 度，而直角的干擾最小，因此，本實施例所述的全反射鏡13與水平方向呈45