CN102703310A - 与测序芯片直接耦合的ccd相机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种与测序芯片直接耦合的CCD相机，包括测序芯片装卡于DNA测序仪的测序芯片安装座内，所述CCD相机包括相机体和位于所述相机体内的用于捕捉测序反应的光信号的光纤面板，所述光纤面板的一端伸出所述相机体的前端直接与位于所述DNA测序仪的测序芯片安装座上的测序芯片的一侧面直接接触以获取在测序芯片的另一侧面上进行的测序反应所产生的光信号。本发明的与测序芯片直接耦合的CCD相机，通过设置能与测序芯片直接耦合的光纤面板，可以使在测序芯片上所产生的微弱的可见光直接被光纤面板接收，转化为电信号，提高光耦合效率，光耦合效率可超过70%，保证了高质量的测序信号的获取。

Description

与测序芯片直接耦合的CCD相机
技术领域
本发明涉及DNA测序技术领域，具体涉及一种与测序芯片直接耦合的CCD相机，使光纤面板可直接与测序芯片接触，保证了高信噪比的测序信号的获取。
背景技术
焦磷酸测序技术是由4种酶催化的同一反应体系中的酶级联化学发光反应。焦磷酸测序技术的原理是：引物与模板DNA退火后，在DNA聚合酶（DNA polymerase）、ATP硫酸化酶（ATP sulfurylase）、荧光素酶（luciferase）和三磷酸腺苷双磷酸酶（Apyrase）四种酶的协同作用下，将引物上每一个dNTP的聚合与一次光信号的释放偶联起来，通过检测光的释放和强度，达到实时测定DNA序列的目的。焦磷酸测序技术的反应体系由反应底物、待测单链、测序引物和四种酶构成。反应底物为5’-磷酰硫酸（adenosine-5’-phosphosulfate，APS）和荧光素（luciferin）。
在每一轮测序反应中，反应体系中只加入一种脱氧核苷酸三磷酸（dNTP），如果它刚好能和DNA模板的下一个碱基配对，则会在DNA聚合酶的作用下，添加到测序引物的3’末端，同时释放出一个分子的焦磷酸（PPi）。在ATP硫酸化酶的作用下，生成的PPi可以和APS结合形成ATP，在荧光素酶的催化下，生成的ATP又可以和荧光素结合形成氧化荧光素，同时产生可见光。通过微弱光检测装置及处理软件可获得一个特异的检测峰，峰值的高低则和相匹配的碱基数成正比。如果加入的dNTP不能和DNA模板的下一个碱基配对，则上述反应不会发生，也就没有检测峰。反应体系中剩余的dNTP和残留的少量ATP在Apyrase的作用下发生降解。待上一轮反应完成后，加入另一种dNTP，使上述反应重复进行，根据获得的峰值图即可读取准确的DNA序列信息。
整体操作流程描述如下：DNA样品通过破碎后，应用建库试剂进行加接头、单链捕获、结合至微球、微乳液PCR扩增、破乳液，获得建立在微球上的DNA文库，应用加样板将文库和测序反应需要的酶等铺放至具有微反应池的测序芯片，测序芯片和测序试剂安装至主机上，通过控制计算机根据模块数量和位置启动测序程序，自动化进行测序反应，产生的数据传输至数据分析计算机，完成测序后应用计算分析软件进行图像处理、序列读出、质量分析、序列拼接等工作，最终得到DNA样本的序列信息。
测序芯片设置于测序芯片安装座内，测序过程中，在测序芯片上发生化学反应，产生可见光，通过CCD（Charge Couple Device）相机捕捉测序反应所产生的光信号，即可得到所需要的测序信息。测序芯片的用于进行测序反应的一侧设有很多微小的微反应池，测序芯片微反应池的边长为23μm，深度为25μm，测序芯片是透明的，CCD相机从测序芯片的另一侧读取测序反应产生的光信号。由于测序信号为极其微弱的可见光波段的光信号，因此需要尽可能地缩短进行测序反应的测序芯片与用于捕捉光信号的光纤面板之间的距离，提高CCD相机的光纤面板的耦合效率，以保证测序工作的效率。现有技术的CCD相机的相机体的前端装有一光学镜头，测序反应所产生的微弱的可见光经过该光学镜头被位于相机体内的光纤面板所捕捉，进而产生相应的电信号，形成相应的图像。由于测序信号为极其微弱的可见光波段的光信号，由于光学镜头的存在，光信号在传输过程中会造成一定的衰减，影响了传输到光纤面板上的光信号的强度。
发明内容
本发明要解决的问题是，提供一种与测序芯片直接耦合的CCD相机，能够直接获取测序反应的光信号，提高光耦合效率。
为解决上述问题，本发明提供了一种与测序芯片直接耦合的CCD相机，所述测序芯片装卡于DNA测序仪的测序芯片安装座内，所述CCD相机包括相机体机体和位于所述相机体内的用于捕捉测序反应的光信号的光纤面板，所述光纤面板的一端伸出所述相机体的前端直接与所述测序芯片的一侧面直接接触以获取在测序芯片的另一侧面上进行的测序反应所产生的光信号。
作为优选，所述光纤面板的光纤芯径为1-15μm。
作为进一步地优选，所述光纤面板的光纤芯径为6μm
作为优选，所述相机体的前端连接有连接法兰，所述连接法兰的前端具有用于插入设于所述测序芯片安装座上并围绕在所述测序芯片外侧的环形凹槽并与其紧密配合的凸圈。
作为优选，所述光纤面板的端面伸出所述凸圈。
作为优选，所述光纤面板的端面伸出所述凸圈1-3mm。
作为优选，所述光纤面板的端面伸出所述凸圈2mm。
本发明的与测序芯片直接耦合的CCD相机，通过设置能与测序芯片直接耦合的光纤面板，可以使在测序芯片上所产生的微弱的可见光直接被光纤面板接收，转化为电信号，提高光耦合效率，光耦合效率可超过70%，保证了高质量的测序信号的获取。
附图说明
图1为本发明的实施例的与测序芯片直接耦合的CCD相机（前端安装有连接法兰）的结构示意图；
图2为图1所示的与测序芯片直接耦合的CCD相机中的连接法兰的主视图；
图3为图2的A-A向的剖视图；
图4为安装本发明的与测序芯片直接耦合的CCD相机上的光纤面板所要耦合的测序芯片的测序芯片安装座的结构示意图；
图5为图4沿C-C向的局部剖视图；
图6为本发明的与测序芯片直接耦合的CCD相机工作时的结构示意图。
主要附图标记说明
1-CCD相机    2-连接法兰    3-凸圈
4-光纤面板   5-环形凹槽    6-测序芯片安装座
7-测序芯片   8-底座
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
图1为本发明的实施例的与测序芯片直接耦合的CCD相机（前端安装有连接法兰）的结构示意图；图2为图1所示的与测序芯片直接耦合的CCD相机中的连接法兰的主视图；图3为图2的A-A向的剖视图。
如图1所示，本发明的实施例的与测序芯片直接耦合的CCD相机，包括相机体1和位于所述相机体1内的用于捕捉测序反应的光信号的光纤面板4；如图6所示，所述光纤面板4的一端伸出所述相机体1的前端直接与位于DNA测序仪的测序芯片安装座6（测序芯片安装座6的结构以下有详细叙述）内的测序芯片7的一侧面直接接触以获取发生在测序芯片7的另一侧上的测序反应所产生的光信号。本实施例中，作为优选，所述光纤面板的光纤芯径为6μm，可在1-15μm之间进行选择，本实施例中光纤芯径为6μm。
如图1所示，本实施例中，作为优选，所述相机体1的前端连接有连接法兰2。如图2、图3和图6所示所示，连接法兰2的前端具有用于插入设于所述测序芯片安装座6上并围绕在所述测序芯片7外侧的环形凹槽5并与环形凹槽5紧密配合的凸圈3。连接法兰2与相机体1通过螺栓连接，相机体1内的光纤面板4位于凸圈3所围成的区域内，即凸圈3伸出连接法兰2围绕在光纤面板4的外侧。光纤面板4的端面伸出凸圈3一定距离，可在1-3mm之间进行调整，本实施例中，光纤面板4的端面伸出所述凸圈3的距离为2mm，以使得光纤面板4的端面可以伸入测序芯片安装座6内与测序芯片7直接接触。本发明的与测序芯片直接耦合的CCD相机，通过设置能与测序芯片直接耦合的光纤面板，可以使在测序芯片7上进行的测序反应所产生的微弱的可见光直接被光纤面板接收，转化为电信号，提高光耦合效率，耦合效率可超过70%，保证了高质量的测序信号的获取。
以下结合图4、图5详细介绍测序芯片安装座。如图4、图5所示，测序芯片安装座6上设有一个空腔用于装卡测序芯片7，在测序芯片安装座6的表面上开有环形凹槽5，环形凹槽5围绕在所述空腔的外侧，即测序芯片7位于环形凹槽5所围成的区域内。环形凹槽5与凸圈3的形状相匹配，使得凸圈3插入环形凹槽5内能形成密封配合。测序芯片安装座6与底座8固定连接，底座8设计为可转动的结构，便于对测序芯片安装座6上的测序芯片7进行取放。
如图6所示，当把CCD相机靠近测序芯片安装座6时，安装在相机体1前端的连接法兰2靠近测序芯片安装座6上的测序芯片7，连接法兰2上的环状凸圈3进入测序芯片安装座6上的环形凹槽5内，凸圈3与环形凹槽5的形状相匹配，能够紧密配合形成密封结构，从而形成光密闭性的暗室环境，进一步保证测序反应所产生的光能被光纤面板接收，保证测序信号的获取。本实施例中，通过在相机体1前端增加带有凸圈3的连接法兰2，并在测序芯片安装座6上开设相应的环形凹槽5，从而在测序芯片安装座6与相机体1之间形成暗室环境，保证测序芯片7与位于相机体1的前端的光纤面板4耦合时，不受外界的光干扰，从而降低了背景噪声，保证了高信噪比的测序信号的获取。
当然，以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种与测序芯片直接耦合的CCD相机，所述测序芯片装卡于DNA测序仪的测序芯片安装座内，所述CCD相机包括相机体和位于所述相机体内的用于捕捉测序反应的光信号的光纤面板，其特征在于，所述光纤面板的一端伸出所述相机体的前端直接与位于所述测序芯片安装座内的测序芯片的一侧面直接接触以获取在测序芯片的另一侧面上进行的测序反应所产生的光信号。
2.如权利要求1所述的与测序芯片直接耦合的CCD相机，其特征在于，所述光纤面板的光纤芯径为1-15μm。
3.如权利要求2所述的与测序芯片直接耦合的CCD相机，其特征在于，所述光纤面板的光纤芯径为6μ。
4.如权利要求1所述的与测序芯片直接耦合的CCD相机，其特征在于，所述相机体的前端连接有连接法兰，所述连接法兰的前端具有用于插入设于所述测序芯片安装座上并围绕在所述测序芯片外侧的环形凹槽并与所述环形凹槽紧密配合的凸圈。
5.如权利要求4所述的与测序芯片直接耦合的CCD相机，其特征在于，所述光纤面板的端面伸出所述凸圈。
6.如权利要求5所述的与测序芯片直接耦合的CCD相机，其特征在于，所述光纤面板的端面伸出所述凸圈1-3mm。
7.如权利要求6所述的与测序芯片直接耦合的CCD相机，其特征在于，所述光纤面板的端面伸出所述凸圈2mm。
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