CN105936872A - 一种实时定量荧光pcr的光学信号检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种实时定量荧光PCR的光学信号检测装置及检测方法，涉及医学与生物学的检测技术领域，包括外壳11，激发光处理输出模块12，Y型光纤组13，被检对象14，光信号接收模块15，光线从激发光处理输出模块12出射，经过Y型光纤组13、被检对象14、Y型光纤组13输出到光信号接收模块15，通过光信号接收模块15中两个光路选择盘，有且仅有一束信号光通过并被接受。本发明检测(探测)灵敏度高，动态范围大，检测效率快。
Description
技术领域
本发明涉及医学与生物学的检测技术领域，具体说是一种实时定量荧光PCR的光学信号检测装置及检测方法。
背景技术
实时定量荧光PCR技术是DNA分子微量检测和定量分析的重要手段，在医学和生物学研究领域具有重要意义。传统的实时定量荧光PCR技术，一部分使用光纤、光电探测器结合机械扫描技术实现，动态范围大，灵敏度高，但机械结构较为复杂且体积庞大，扫描效率有限；另一部分使用透镜组结合CCD成像技术实现，检测速度快，效率高，但动态范围和灵敏度比起使用光电探测器的技术方案稍有不足。
现有技术中，实时荧光定量PCR仪荧光信号检测装置(申请号201010269480.3)提到了一种使用电机、丝杠、滑块实现积雪扫描的实时荧光定量PCR仪荧光信号检测装置，简化了光路部分和机械结构，但使用电机、导轨、丝杠的机械扫描结构本身难以摆脱回程差的影响，而且扫描需要走过的路径确定且较长，在兼顾光电探测器信号接收稳定可靠的情形下，扫描速度较为有限。
现有技术中，旋转扫描的实时荧光定量PCR检测系统(申请号201410811875.X)提到了一种光纤固定盘与光路选通旋转片结合的技术方案，用一个光路选通旋转片逐次选择光纤照明PMT，实现多路样品的检测。但这种技术方案所使用的光纤固定盘需要打光纤孔，且光纤孔圆心中轴线均与横轴坐标夹角在0°～90°之间，这种倾斜的通孔实际加工具有很大的难度且难以保证一致性；当光纤倾斜入射通过滤光片时，滤光片的滤光效果将低于光纤正对滤光片的情形，增加了系统噪声，降低了系统的灵敏度和可信度。仅使用一个光路选通旋转片使光纤固定盘的光纤孔只成星形散射状分布，在同一径向上只能排布一个光纤孔，当检测样品通道数增加时，光纤固定盘和光路选通旋转片的面积将不得不随之增大，占用体积增加；更进一步的，光纤固定盘和光路选通旋转片变大时，电机的负载也将增加，旋转扫描时的系统稳定性将下降。另一方面，所有的光纤都具有一定的数值孔径，从光纤出射的荧光信号是发散的，若要保证PMT尽可能多的接收荧光信号，需要减少光纤孔到PMT的距离，但这必然限制了光纤孔的数量；若采取减小光纤纤芯直径和数值孔径的方法，则限制了光纤传输荧光信号的能力，降低了仪器的系统性能，得不偿失。以上所提及的种种缺陷，都难以通过简单的技术修正进行弥补。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的问题，结合现有可实现技术，提供了一种实时定量荧光PCR的光学信号检测装置及检测方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种实时定量荧光PCR的光学信号检测装置，包括外壳11，激发光处理输出模块12，Y型光纤组13，被检对象14，光信号接收模块15，所述的激发光处理输出模块12，Y型光纤组13，被检对象14，光信号接收模块15均设置在外壳11内部，其特征在于：所述的Y型光纤组包括多根并行设置的Y型光纤，Y型光纤的数量和被检对象的数量相同，激发光处理输出模块的对应Y型光纤组的入射端，被检对象对应Y型光纤组的公共端，光信号接收模块对应Y型光纤组的出射端。
所述的激发光处理输出模块12包括光源201，第一透镜202，第一反射镜203，第一透镜阵列204，第一透镜202、第一反射镜203、第一透镜阵列204、的光轴位于同一平面。
所述的光信号接收模块15包括第二透镜阵列205，第二反射镜206，第一光路选择盘207，第一电机208，第二光路选择盘209，第二电机210，滤光轮211，第三电机212，第二透镜213，光电探测器214；且第二透镜阵列205、第二反射镜206、第一光路选择盘207、第二光路选择盘209、滤光轮211、第二透镜213、光电探测器214的光轴位于同一平面，第一光路选择盘207和第一电机208相连接，第二光路选择盘209和第二电机210相连接，滤光轮211和第三电机212相连接。
第一透镜202的入射面面向光源201且第一透镜202和光源201同轴，第一透镜202的出射面面向第一反射镜203且第一透镜202的光轴和第一反射镜203呈45°夹角，第一反射镜203面向第一透镜阵列204的入射面且第一反射镜203与第一透镜阵列204的光轴呈45°夹角，第一透镜202的光轴和第一透镜阵列204的光轴呈90°夹角，第一透镜阵列204的出射面面向Y型光纤组13入射端。
Y型光纤组13的出射段面向第二透镜阵列205的入射面，第二透镜阵列205的出射面面向第二反射镜206且第二透镜阵列205的光轴和第二反射镜206呈45°夹角，第二反射镜206面向第一光路选择盘207且第二反射镜206和第一光路选择盘207呈45°夹角，第一光路选择盘207的光轴和第一透镜阵列205的光轴呈90°夹角，第一光路选择盘207、第二光路选择盘209、滤光轮211、第二透镜213、光电探测器214同轴，第一光路选择盘207位于第二反射镜206和第二光路选择盘209之间，第二光路选择盘209位于第一光路选择盘207和第二透镜211之间，滤光轮211位于第二光路选择盘209和第二透镜213之间，第二透镜213位于滤光轮211和光电探测器214之间。
Y型光纤的材质为玻璃光纤，Y型光纤的纤芯直径范围是0.5mm-2mm，Y型光纤的数值孔径范围是0.39-0.54。
各Y型光纤在出射端呈圆形分布，所述的圆形分布区域可以分为若干个的扇形分布区域，每个扇形分布区域均包括多个Y型光纤的出射端，任意两个扇形分布区域结构相同。
被检对象14的数量为96或384。
当被检样品数量为96时，所述Y型光纤组13的出射端的分布区域为若干个扇形数量为12个。所述Y型光纤组13每个扇形上若干个Y型光纤的出射端，数量为8个。
当被检样品数量为384时，所述Y型光纤组13的出射端的分布区域为若干个扇形数量为24个。所述Y型光纤组13每个扇形上若干个Y型光纤的出射端，数量为16个。
所述的第一光路选择盘上有通光孔，第二光路选择盘上有扇形缺口。
一种实时定量荧光PCR的光学信号检测装置的检测方法，其特征在于，光源发射的光线经过第一透镜汇聚为水平平行光，照射到第一透镜阵列，第一透镜阵列将光线汇聚为多束汇聚光，汇聚光分别照射到Y型光纤组每一根Y型光纤的入射端且一一对应，光线经过Y型光纤的公共端照射到被检对象，被检对象中的荧光集团激发所产生的荧光经过Y型光纤的公共端从Y型光纤的出射端出射；各Y型光纤在出射端呈圆形分布，所述的圆形分布区域可以分为若干个的扇形分布区域，每个扇形分布区域均包括多个Y型光纤的出射端，任意两个扇形分布区域结构相同；从Y型光纤出射端出射的荧光经过第二透镜阵列成为多束平行光，多束平行光经过第一光路选择盘和第二光路选择盘，有且仅有一束平行光出射，经过滤光轮、第二透镜，汇聚并由光电探测器接收；保持第二光路选择盘不变，依次旋转第一光路选择盘，使当前被检测信号所在扇区的荧光信号依次被检测，之后旋转第二光路选择盘和第一光路选择盘，使另一扇区的荧光信号通过，依次旋转第一光路选择盘，使当前扇区的荧光信号依次被检测，如此往复，实现全部样品荧光信号的检测。
本发明具有的优点和积极效果是：
1、在本发明中，使用Y型光纤组同时激发、收集多路检测样品，避免了样品检测部分使用导轨、丝杠进行扫描。
2、在本发明中，使用两个光路选择盘选择出射光束，通过选择盘的旋转使多路样品的荧光信号依次通过，同样的电机，控制选择盘进行旋转扫描，在扫描速度和定位精度上，都优于驱动导轨、丝杠的扫描方式，而且避免了回程差的影响，机械扫描部分体积进一步减小。
3、在本发明中，使用光电探测器进行信号检测，其性能优于相同的成本的CCD检测装置，而且扫描速度和效率都优于扫描式实时定量PCR荧光检测技术。
附图说明
图1是本发明的实时定量荧光PCR的光学信号检测装置的示意图。
图2是本发明的光路部分的示意图。
图3是本发明的Y型光纤组的出射端排布示意图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对技术方案进行具体说明。
如图所示，本发明的实时定量荧光PCR的光学信号检测装置，一种实时定量荧光PCR的光学信号检测装置，包括外壳11，激发光处理输出模块12，Y型光纤组13，被检对象14，光信号接收模块15，所述的激发光处理输出模块12，Y型光纤组13，被检对象14，光信号接收模块15均设置在外壳11内部，其特征在于：所述的Y型光纤组包括多根并行设置的Y型光纤，Y型光纤的数量和被检对象的数量相同，激发光处理输出模块的对应Y型光纤组的入射端，被检对象对应Y型光纤组的公共端，光信号接收模块对应Y型光纤组的出射端。
所述的激发光处理输出模块12包括光源201，第一透镜202，第一反射镜203，第一透镜阵列204，第一透镜202、第一反射镜203、第一透镜阵列204、的光轴位于同一平面。
所述的光信号接收模块15包括第二透镜阵列205，第二反射镜206，第一光路选择盘207，第一电机208，第二光路选择盘209，第二电机210，滤光轮211，第三电机212，第二透镜213，光电探测器214；且第二透镜阵列205、第二反射镜206、第一光路选择盘207、第二光路选择盘209、滤光轮211、第二透镜213、光电探测器214的光轴位于同一平面，第一光路选择盘207和第一电机208相连接，第二光路选择盘209和第二电机210相连接，滤光轮211和第三电机212相连接。
第一透镜202的入射面面向光源201且第一透镜202和光源201同轴，第一透镜202的出射面面向第一反射镜203且第一透镜202的光轴和第一反射镜203呈45°夹角，第一反射镜203面向第一透镜阵列204的入射面且第一反射镜203与第一透镜阵列204的光轴呈45°夹角，第一透镜202的光轴和第一透镜阵列204的光轴呈90°夹角，第一透镜阵列204的出射面面向Y型光纤组13入射端。
Y型光纤组13的出射段面向第二透镜阵列205的入射面，第二透镜阵列205的出射面面向第二反射镜206且第二透镜阵列205的光轴和第二反射镜206呈45°夹角，第二反射镜206面向第一光路选择盘207且第二反射镜206和第一光路选择盘207呈45°夹角，第一光路选择盘207的光轴和第一透镜阵列205的光轴呈90°夹角，第一光路选择盘207、第二光路选择盘209、滤光轮211、第二透镜213、光电探测器214同轴，第一光路选择盘207位于第二反射镜206和第二光路选择盘209之间，第二光路选择盘209位于第一光路选择盘207和第二透镜211之间，滤光轮211位于第二光路选择盘209和第二透镜213之间，第二透镜213位于滤光轮211和光电探测器214之间。
Y型光纤的材质为玻璃光纤，Y型光纤的纤芯直径范围是0.5mm-2mm，Y型光纤的数值孔径范围是0.39-0.54。
各Y型光纤在出射端呈圆形分布，所述的圆形分布区域可以分为若干个的扇形分布区域，每个扇形分布区域均包括多个Y型光纤的出射端，任意两个扇形分布区域结构相同。
被检对象14的数量为96或384。
当被检样品数量为96时，所述Y型光纤组13的出射端的分布区域为若干个扇形数量为12个。所述Y型光纤组13每个扇形上若干个Y型光纤的出射端，数量为8个。
当被检样品数量为384时，所述Y型光纤组13的出射端的分布区域为若干个扇形数量为24个。所述Y型光纤组13每个扇形上若干个Y型光纤的出射端，数量为16个。
所述的第一光路选择盘上有通光孔，第二光路选择盘上有扇形缺口。
一种实时定量荧光PCR的光学信号检测装置的检测方法，其特征在于，光源发射的光线经过第一透镜汇聚为水平平行光，照射到第一透镜阵列，第一透镜阵列将光线汇聚为多束汇聚光，汇聚光分别照射到Y型光纤组每一根Y型光纤的入射端且一一对应，光线经过Y型光纤的公共端照射到被检对象，被检对象中的荧光集团激发所产生的荧光经过Y型光纤的公共端从Y型光纤的出射端出射；各Y型光纤在出射端呈圆形分布，所述的圆形分布区域可以分为若干个的扇形分布区域，每个扇形分布区域均包括多个Y型光纤的出射端，任意两个扇形分布区域结构相同；从Y型光纤出射端出射的荧光经过第二透镜阵列成为多束平行光，多束平行光经过第一光路选择盘和第二光路选择盘，有且仅有一束平行光出射，经过滤光轮、第二透镜，汇聚并由光电探测器接收；保持第二光路选择盘不变，依次旋转第一光路选择盘，使当前被检测信号所在扇区的荧光信号依次被检测，之后旋转第二光路选择盘和第一光路选择盘，使另一扇区的荧光信号通过，依次旋转第一光路选择盘，使当前扇区的荧光信号依次被检测，如此往复，实现全部样品荧光信号的检测。
下面就样品为96路的情况进行工作状态描述：
Y型光纤组的出射端以图3所示意的方式进行排布，整体排布呈圆形分布，圆形可以分为12个圆心角为30°的扇形，每个扇形上有8个通孔，且12个扇形的结构互为全等。
第一光路选择盘207的通光孔整体排布呈圆形分布，圆形可以分为8个圆心角为45°的扇形，每个扇形上有一个孔，每两个扇形上的孔的位置都不相同，且选择盘上的每个孔都对应Y型光纤组的一个出射端。
第二光路选择盘209，盘上有圆心角为30°的扇形缺口。
第一步，样品14所激发的96路荧光通过Y型光纤组的96个出射端后，经过第二透镜阵列205成为多束平行光并照射到第二反射镜206上，反射后的96束平行光经过第一光路选择盘207，其中8束通过了第一光路选择盘207，且每一束分别分布在8个扇形区域内，经过第二光路选择盘209后，仅有1束荧光通过并被检测。
第二步，保持第二光路选择盘209不动，第一光路选择盘207旋转45°，改变通过第一光路选择盘207的光束并通过第二光路选择盘209、滤光轮211、第二透镜213，被光电探测器214检测。
第一光路选择盘207旋转8次后，完成旋转一周，之后再旋转30°，第二光路选择盘209旋转30°，重复第一步和第二部总计12次，第二光路选择盘209完成旋转一周，完成96路样品的荧光检测。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然而，并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当然会利用揭示的技术内容作出些许更动或修饰，成为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (12)
1.一种实时定量荧光PCR的光学信号检测装置，包括外壳11，激发光处理输出模块12，Y型光纤组13，被检对象14，光信号接收模块15，所述的激发光处理输出模块12，Y型光纤组13，被检对象14，光信号接收模块15均设置在外壳11内部，其特征在于：所述的Y型光纤组包括多根并行设置的Y型光纤，Y型光纤的数量和被检对象的数量相同，激发光处理输出模块的对应Y型光纤组的入射端，被检对象对应Y型光纤组的公共端，光信号接收模块对应Y型光纤组的出射端。
2.一种实时定量荧光PCR的光学信号检测装置的检测方法，其特征在于，光源发射的光线经过第一透镜汇聚为水平平行光，照射到第一透镜阵列，第一透镜阵列将光线汇聚为多束汇聚光，汇聚光分别照射到Y型光纤组每一根Y型光纤的入射端且一一对应，光线经过Y型光纤的公共端照射到被检对象，被检对象中的荧光集团激发所产生的荧光经过Y型光纤的公共端从Y型光纤的出射端出射；各Y型光纤在出射端呈圆形分布，所述的圆形分布区域可以分为若干个的扇形分布区域，每个扇形分布区域均包括多个Y型光纤的出射端，任意两个扇形分布区域结构相同；从Y型光纤出射端出射的荧光经过第二透镜阵列成为多束平行光，多束平行光经过第一光路选择盘和第二光路选择盘，有且仅有一束平行光出射，经过滤光轮、第二透镜，汇聚并由光电探测器接收；保持第二光路选择盘不变，依次旋转第一光路选择盘，使当前被检测信号所在扇区的荧光信号依次被检测，之后旋转第二光路选择盘和第一光路选择盘，使另一扇区的荧光信号通过，依次旋转第一光路选择盘，使当前扇区的荧光信号依次被检测，如此往复，实现全部样品荧光信号的检测。
3.根据权利要求1所述的实时定量荧光PCR的光学信号检测装置，其特征在于：所述的激发光处理输出模块12包括光源201，第一透镜202，第一反射镜203，第一透镜阵列204，第一透镜202、第一反射镜203、第一透镜阵列204、的光轴位于同一平面。
4.根据权利要求1所述的实时定量荧光PCR的光学信号检测装置，其特征在于：所述的光信号接收模块15包括第二透镜阵列205，第二反射镜206，第一光路选择盘207，第一电机208，第二光路选择盘209，第二电机210，滤光轮211，第三电机212，第二透镜213，光电探测器214；且第二透镜阵列205、第二反射镜206、第一光路选择盘207、第二光路选择盘209、滤光轮211、第二透镜213、光电探测器214的光轴位于同一平面，第一光路选择盘207和第一电机208相连接，第二光路选择盘209和第二电机210相连接，滤光轮211和第三电机212相连接。
5.根据权利要求3所述的实时定量荧光PCR的光学信号检测装置，其特征在于：第一透镜202的入射面面向光源201且第一透镜202和光源201同轴，第一透镜202的出射面面向第一反射镜203且第一透镜202的光轴和第一反射镜203呈45°夹角，第一反射镜203面向第一透镜阵列204的入射面且第一反射镜203与第一透镜阵列204的光轴呈45°夹角，第一透镜202的光轴和第一透镜阵列204的光轴呈90°夹角，第一透镜阵列204的出射面面向Y型光纤组13入射端。
6.根据权利要求4所述的实时定量荧光PCR的光学信号检测装置，其特征在于：Y型光纤组13的出射段面向第二透镜阵列205的入射面，第二透镜阵列205的出射面面向第二反射镜206且第二透镜阵列205的光轴和第二反射镜206呈45°夹角，第二反射镜206面向第一光路选择盘207且第二反射镜206和第一光路选择盘207呈45°夹角，第一光路选择盘207的光轴和第一透镜阵列205的光轴呈90°夹角，第一光路选择盘207、第二光路选择盘209、滤光轮211、第二透镜213、光电探测器214同轴，第一光路选择盘207位于第二反射镜206和第二光路选择盘209之间，第二光路选择盘209位于第一光路选择盘207和第二透镜211之间，滤光轮211位于第二光路选择盘209和第二透镜213之间，第二透镜213位于滤光轮211和光电探测器214之间。
7.根据权利要求1、3、4、5、6中任意一项所述的实时定量荧光PCR的光学信号检测装置，其特征在于：Y型光纤的材质为玻璃光纤，Y型光纤的纤芯直径范围是0.5mm-2mm，Y型光纤的数值孔径范围是0.39-0.54。
8.根据权利要求1、3、4、5、6中任意一项所述的实时定量荧光PCR的光学信号检测装置，其特征在于：各Y型光纤在出射端呈圆形分布，所述的圆形分布区域可以分为若干个的扇形分布区域，每个扇形分布区域均包括多个Y型光纤的出射端，任意两个扇形分布区域结构相同。
9.根据权利要求1、3、4、5、6中任意一项所述的实时定量荧光PCR的光学信号检测装置，其特征在于：被检对象14的数量为96。
10.根据权利要求1、3、4、5、6中任意一项所述的实时定量荧光PCR的光学信号检测装置，其特征在于：被检对象14的数量为384。
11.根据权利要求9所述的实时定量荧光PCR的光学信号检测装置，其特征在于：所述Y型光纤组13的出射端的分布区域为若干个扇形数量为12个。所述Y型光纤组13每个扇形上若干个Y型光纤的出射端，数量为8个。
12.根据权利要求10所述的实时定量荧光PCR的光学信号检测装置，其特征在于：所述Y型光纤组13的出射端的分布区域为若干个扇形数量为24个。所述Y型光纤组13每个扇形上若干个Y型光纤的出射端，数量为16个。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160914 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |