CN104122237A - 基因测序光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基因测序光学系统，包括光源，第一、第二分光镜，第一、第二、第三聚焦镜，以及第一、第二光信号采集装置；第一分光镜用于将光源发射的光束反射给第一聚焦镜；第一聚焦镜用于将来自第一分光镜的光束聚焦成光斑后照射到待测基因样品表面，及将待测基因样品被激发的光信号聚焦后通过第一分光镜照射至第二分光镜；第二分光镜用于将来自第一分光镜的光线分为两束，分别沿第一、第二光路传输；第二、第三聚焦镜分别用于将沿第一、第二光路传输的光线汇聚至第一、第二光信号采集装置上。本发明通过第二分光镜将成像光路分为两条，对每条光路上的聚焦镜进行特定波长消色差设计，使光信号采集装置可以采集到清晰的信号。

Description

基因测序光学系统

技术领域

本发明涉及基因测序领域，特别是涉及一种基因测序光学系统。

背景技术

在基因测序技术领域，焦磷酸测序技术(Pyrosequencing)，是由Nyren等人于1987年发展起来的一种新型的酶级联测序技术，其可重复性和精确性能与Sanger法基因测序技术相媲美，而速度却大大的提高。

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：依靠生物发光进行基因序列分析的技术，在多种酶的协同作用下，当碱基正确配对时，发生一个合成反应和一个化学发光反应的偶联，释放光信号。该光信号实时被高灵敏度的图像传感器(例如CCD)捕获，最终达到测序的目的。

发明内容

基于此，有必要提供一种用于焦磷酸测序等基因测序技术的基因测序光学系统。

一种基因测序光学系统，包括光源、第一分光镜、第二分光镜、第一聚焦镜、第二聚焦镜、第三聚焦镜、第一光信号采集装置及第二光信号采集装置；所述第一分光镜用于将光源发射的光束反射给所述第一聚焦镜；所述第一聚焦镜用于将来自第一分光镜的光束聚焦成光斑后照射到待测基因样品的表面，还用于将所述待测基因样品被激发的光信号聚焦后通过所述第一分光镜照射至第二分光镜；所述第二分光镜用于将来自第一分光镜的光线分为两束，一束沿第一光路传输，另一路沿第二光路传输；所述第二聚焦镜用于将沿所述第一光路传输的光线汇聚至所述第一光信号采集装置上；所述第三聚焦镜用于将沿所述第二光路传输的光线汇聚至所述第二光信号采集装置上。

在其中一个实施例中，所述光源用于交替发射第一波长和第二波长的光束，所述光源同一时刻最多发射一种波长的光束。

在其中一个实施例中，所述第一波长的光束对应激发所述待测基因样品两种波长的光信号，所述第二分光镜将其中一种波长的光信号透射从而沿所述第一光路传输，将另一种波长的光信号反射从而沿所述第二光路传输；所述第二波长的光束对应激发所述待测基因样品另外两种波长的光信号，所述第二分光镜同样将其中一种波长的光信号透射从而沿所述第一光路传输，将另一种波长的光信号反射从而沿所述第二光路传输。

在其中一个实施例中，还包括设于所述光源和第一分光镜之间的光束整形装置，用于将光源发射的光束整形为均匀准直的光束。

在其中一个实施例中，还包括第一全反镜，用于将自光束整形装置出射的光束反射至第一分光镜上。

在其中一个实施例中，还包括设于所述第一光路上的第一滤光镜，和设于所述第二光路上的第二滤光镜。

在其中一个实施例中，所述第一滤光镜设于所述第二聚焦镜与所述第一光信号采集装置之间，所述第二滤光镜设于所述第三聚焦镜与所述第二光信号采集装置之间。

在其中一个实施例中，还包括第二全反镜，用于将所述第一分光镜反射的光束反射至第一聚焦镜上，以及将所述第一聚焦镜的待测基因样品被激发的光信号反射至第一分光镜上。

在其中一个实施例中，还包括第三全反镜，用于将所述第二分光镜反射的光信号反射至第三聚焦镜上。

在其中一个实施例中，所述第一聚焦镜是显微聚焦镜，所述将来自第一分光镜的光束聚焦成光斑是聚焦成方形光斑。

上述基因测序光学系统，通过第二分光镜将成像光路分为两条，对每条光路上的聚焦镜进行特定波长的消色差设计，使光信号采集装置可以采集到清晰的信号，提高了采集到的信号的信噪比。整个光路系统设计紧凑，体积小，能够减少成本。

附图说明

通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1是一实施例中基因测序光学系统的结构示意图；

图2是另一实施例中基因测序光学系统的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

图1是一实施例中基因测序光学系统的结构示意图，包括光源10、第一分光镜22、第二分光镜24、第一聚焦镜32、第二聚焦镜34、第三聚焦镜36、第一光信号采集装置42以及第一光信号采集装置44。

光源10发射出的光束被第一分光镜22反射后传输给第一聚焦镜32，由第一聚焦镜32将光束聚焦成光斑后照射到待测基因样品200的表面。在多种酶的协同作用下，当碱基正确配对时，待测基因样品200发生一个合成反应和一个化学发光反应的偶联，释放光信号。被激发的光信号经第一聚焦镜32聚焦后通过第一分光镜22透射至第二分光镜24，由第二分光镜24将光线分为两束，一束沿第一光路传输至第二聚焦镜34，通过第二聚焦镜34聚焦后最终被第一光信号采集装置42捕获；另一路沿第二光路传输至第三聚焦镜36，通过第三聚焦镜36聚焦后最终被第二光信号采集装置44捕获。第二聚焦镜34和第三聚焦镜36是成像聚焦镜。

上述基因测序光学系统，通过第二分光镜24将成像光路分为两条，对每条光路上的聚焦镜进行特定波长的消色差设计，使光信号采集装置可以采集到清晰的信号，提高了采集到的信号的信噪比。整个光路系统设计紧凑，体积小，能够减少成本。

在其中一个实施例中，光源10可以发射两种不同波长的光束，每种光束分别用于激发两种碱基发光，两种光束就可以激发4种碱基发光。可以将两种特定波长的激发光源(半导体激光器、大功率LED等)封装在一起作为光源10，两个激发光源交替工作，这样同一时间待测基因样品最多只会有两种碱基受激发光，即同一时间待测基因样品最多有两种波长的光信号被激发。通过对第二分光镜24的设计，使得同一时间能够被激发的两种波长光信号分别被第二分光镜24透射和反射(也就是分别沿前述第一光路和第二光路传输)。

在其中一个实施例中，可以在第一光路上设置第一滤光镜52，在第二光路上设置第二滤光镜54，如图2所示。设置滤光镜能够将非信号的光过滤掉，提高光信号纯度和测序精准度。图2中采用的是光线先通过聚焦镜聚焦再通过滤光镜滤光的设计，即第一滤光镜52设于第二聚焦镜34与第一光信号采集装置42之间，第二滤光镜54设于第三聚焦镜36与第二光信号采集装置44之间。采用先聚焦再滤光的结构，相对于先滤光再聚焦，在设计上更加简单，能够节省成本。

在图2所示实施例中，基因测序光学系统还包括设于光源10和第一分光镜22之间的光束整形装置72，用于将光源10发射的光束整形为均匀准直的光束。在本实施中，第一聚焦镜32是显微聚焦镜，其将被光束整形装置72均匀整形后的光束聚焦成特定尺寸的方形光斑照射在待测基因样品表面，使被照射区域的样品得到充分、均匀的激发，从而使得光信号采集装置捕捉的光信号更加精准。

在图2所示实施例中，光束整形装置72和第一分光镜22之间的光路上设有第一全反镜62。第一分光镜22与第一聚焦镜32之间的光路上设有第二全反镜64。第二分光镜24与第三聚焦镜36之间的光路上设有第三全反镜66。第一全反镜62用于将入射的光束向上转90度后反射，第二全反镜64用于将入射的光束向下转90度后反射，第三全反镜66用于将入射的光束往回并向上反射，即将从图2左边入射的光束向左上反射，使反射后光线的光路避开前述的第一光路上的各部件(第二分光镜24、第二聚焦镜34、第一滤光镜52)。通过合理设置全反镜来改变光路，能够调整整个基因测序光学系统的形状和大小，从而合理利用空间，设计出形状、体积合理的光学设备。

综上，上述基因测序光学系统能够准确、高灵敏地捕捉待测基因样品释放的光信号，具备体积小，设备成本低，检测数据准确，效率高等显著优点。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基因测序光学系统，其特征在于，包括光源、第一分光镜、第二分光镜、第一聚焦镜、第二聚焦镜、第三聚焦镜、第一光信号采集装置及第二光信号采集装置；

所述第一分光镜用于将光源发射的光束反射给所述第一聚焦镜；

所述第一聚焦镜用于将来自第一分光镜的光束聚焦成光斑后照射到待测基因样品的表面，还用于将所述待测基因样品被激发的光信号聚焦后通过所述第一分光镜照射至第二分光镜；

所述第二分光镜用于将来自第一分光镜的光线分为两束，一束沿第一光路传输，另一路沿第二光路传输；

所述第二聚焦镜用于将沿所述第一光路传输的光线汇聚至所述第一光信号采集装置上；

所述第三聚焦镜用于将沿所述第二光路传输的光线汇聚至所述第二光信号采集装置上。

2.根据权利要求1所述的基因测序光学系统，其特征在于，所述光源用于交替发射第一波长和第二波长的光束，所述光源同一时刻最多发射一种波长的光束。

3.根据权利要求2所述的基因测序光学系统，其特征在于，所述第一波长的光束对应激发所述待测基因样品两种波长的光信号，所述第二分光镜将其中一种波长的光信号透射从而沿所述第一光路传输，将另一种波长的光信号反射从而沿所述第二光路传输；所述第二波长的光束对应激发所述待测基因样品另外两种波长的光信号，所述第二分光镜同样将其中一种波长的光信号透射从而沿所述第一光路传输，将另一种波长的光信号反射从而沿所述第二光路传输。

4.根据权利要求1所述的基因测序光学系统，其特征在于，还包括设于所述光源和第一分光镜之间的光束整形装置，用于将光源发射的光束整形为均匀准直的光束。

5.根据权利要求4所述的基因测序光学系统，其特征在于，还包括第一全反镜，用于将自光束整形装置出射的光束反射至第一分光镜上。

6.根据权利要求1所述的基因测序光学系统，其特征在于，还包括设于所述第一光路上的第一滤光镜，和设于所述第二光路上的第二滤光镜。

7.根据权利要求6所述的基因测序光学系统，其特征在于，所述第一滤光镜设于所述第二聚焦镜与所述第一光信号采集装置之间，所述第二滤光镜设于所述第三聚焦镜与所述第二光信号采集装置之间。

8.根据权利要求1所述的基因测序光学系统，其特征在于，还包括第二全反镜，用于将所述第一分光镜反射的光束反射至第一聚焦镜上，以及将所述第一聚焦镜的待测基因样品被激发的光信号反射至第一分光镜上。

9.根据权利要求1所述的基因测序光学系统，其特征在于，还包括第三全反镜，用于将所述第二分光镜反射的光信号反射至第三聚焦镜上。

10.根据权利要求1所述的基因测序光学系统，其特征在于，所述第一聚焦镜是显微聚焦镜，所述将来自第一分光镜的光束聚焦成光斑是聚焦成方形光斑。