CN107543806A - 多信道荧光检测系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多信道荧光检测系统，用于检测若干已被荧光标记的分析物。所述多信道荧光检测系统包括光源、滤光片装置、双股型光导管及检测器。所述光源包括若干子光源分别用于提供激活光。所述若干子光源为可选择性地开启的若干单色LED。所述光源产生若干光具有不重迭的全宽半高(full width at half maximum,FWHM)波长。通过所述若干子光源的设置，增加检测特定分析物的准确率，有效地增加特定波长带的光通量(在不需要增加全波长的光通量的前提下)，简化荧光检测系统的结构以及降低制作成本。

Description

多信道荧光检测系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种多信道荧光检测系统及其方法，特别是用于生化领域，用于检测对特定波长带反应的检体。
背景技术
在生化领域上，运用荧光检测技术来进行样品的检测是常见的。由于荧光检测方法无需与检测样品接触，可避免操作人员暴露在高传染性的环境下，对检测样品进行非破坏性的定量或定性的量测，使得所述技术被广泛地使用。
荧光检测是利用分析物(analyte)的某些成分会与特定的荧光染剂产生键结，而所述荧光染剂会对光谱中特定波长有光激活光(Photoluminescence)的特性，故分析样品照射固定强度的入射光下，量测样品的发射光谱，可进行样品种类或浓度的分析。常见的荧光染剂有蓝光波段的FAM，绿光波段的HEX、黄光波段的TAMRA、橘光波段的ROX、红光段波的CY5、深红光波段的Red670。
聚合酶链反应(polymerase chain reaction,PCR)技术，是一种分子生物学技术，搭配合适的药剂与热循环设备，可用于扩增特定的DNA片段，而在每次热循环后，以荧光检测系统对反应物进行检测时，可定性辨别或定量分析反应物中特定产物总量的方法，即为实时聚合酶链反应(Real-time polymerase chain reaction，Real-time PCR、QPCR)。
在生化领域中，多信道荧光检测通常采用实时/定量聚合酶链反应(Real timepolymerase chain reaction,real-time PCR or QPCR)法，由于检测样品与试剂的多样性，这些仪器的光源通常包含大概一种或多种以上的紫外光、可见光或红外光波段。
参考图1，现有技术的荧光检测系统10的示意图。所述荧光检测系统10包括光源11、激活光信道12、已被荧光标记的分析物13、发射光信道14、发射光滤光片15、检测器16。操作流程如下：所述光源11发出激活光17(excitation light)；接着，所述激活光17进入所述激活光信道12；接着，所述激活光17照射所述已被荧光标记的分析物13以产生发射光18(emission light)；然后，所述发射光18进入所述发射光信道14；所述发射光18通过所述发射光滤光片15进入所述检测器16；最后，所述检测器16判断所述发射光18的种类。一般而言，在本领域中，所述激活光17是指用于照射所述已被荧光标记的分析物13的光线；所述发射光18是指从所述已被荧光标记的分析物13反射的光线。一般而言，所述激活光信道12以及所述发射光信道14是两个独立的信道，其会增加所述荧光检测系统10的组装难度。
为了加速以及简化荧光检测流程，所述光源11能够提供多种波长带，所述发射光滤光片15是多波长带通滤光片(multiband emission filter)。
一般而言，现有技术的荧光检测系统为了快速地进行检测，所述光源11会采用白光，因为所述已被荧光标记的分析物13可能会对多种波长带产生光致发光。当所述激活光17照射所述已被荧光标记的分析物13进而产生所述发射光时，所述发射光就会产生相对应所述多种波长带的所述发射光18。换句话说，所述发射光18会包括多种波长带的光线；接着，再通过所述发射光滤光片15过滤后以产生多组不同波长带的光线。因此，当所述已被荧光标记的分析物13对多组不同波长带的光线均有反应时，可以同时侦测，进而减少花费的时间。
虽然现有技术可以通过同时检测多个波长带，但是存在几个问题：1.当光线是白光时，会产生多余的发射光；2.因为所述通过所述发射光滤光片15时，所述发射光可能会被过滤不需被过滤的波长，进而影响后续检测的准确率；3.所述发射光滤光片15的是采用多层滤片以特殊方式制作于同一片玻璃上，其制作工艺以及生产成本较高；4.虽然采用白光可以同时产生多种波长带的发射光，然而，也可能会造成所述发射光18产生不必要的波长的光，造成误判。
参考图2，另一现有技术的荧光检测系统20的示意图。所述荧光检测系统20与所述荧光检测系统10的差异在于：在所述激活光17照射到所述已被荧光标记的分析物13之前增加激活光滤光片19。更明确地说，所述另一现有技术是将所述激活光滤光片19设置在所述光源11以及所述激活光信道12之间。
虽然所述荧光检测系统20通过设置所述激活光滤光片19改善所述荧光检测系统10的效能；然而，因为所述通过所述发射光滤光片15时，所述发射光可能会被过滤不需被过滤的波长，进而影响后续检测的准确率，然而其却仍旧无法解决其他技术问题。
再者，在另一现有技术中，荧光检测系统20会采用多个传感器，以便快速地执行检测作业，然而多个传感器同样会造成系统的成本以及组装难度上升。
综上所述，现有技术为了能够增加检测效率均采用能够产生多波长带的光源(即白光)，但是却降低对单一波长带侦测的准确性。
如Thermo Fisher QuantStudio 12K Flex及Roche LightCycler 480等产品，均使用在可见光波段的白光LED做为荧光检测系统的灯源，这种白光LED的发光波长可含盖可见光波波段、发光亮度足够、价格便宜、重量轻、尺寸小、低电能消耗、耐震动，已成为可见光波段的主流光源。
白光发光二极管的白光产生的机制是将电压施加于会发出蓝光的氮化镓(GaN)PN二极管芯片，并在蓝光芯片前方配置可被所述蓝光激发的荧光物质，使荧光物质受激后产生相对应的荧光，如绿、黄、红，以达到白光的产生。所述白光发光二极管的光谱分布主要取决于蓝光LED芯片的发光波长，及各荧光物质产生的各色荧光所迭加，当白光LED通电启动时，会得到固定光谱分布的可见光，即光谱中各波长的光强度已经固定，无法控制各波长、颜色的亮度。因此，在real time PCR运用上，若要加强某一颜色的激活光光强度，仅能对蓝光LED芯片施加更高的电压，使整体白光LED发光波段同时变亮，再让光源通过过滤器filter才可得到更高亮度的单色光。使得这种白光LED光源的整体能量运用效率低，易造成不必要的光能与电能的浪费，且LED芯片通以更大电流时，会产生较多的热，使电转光能的效率降底，也加速光源老化。另外，白光LED在深红光波段一直没有合适的荧光物质搭配，一直以来成为白光LED在红光波段应用上的困扰。
为补足单一白光LED的缺点，一些real time PCR检测仪制造商，如德国Bimetra的TOptical Thermocycler，其荧光检测区的光源，除使用白光LED外，也在光路上增加了各一颗红、蓝LED，以补足光源发光波段不足的问题，却也使得光学光路设计变得复杂，增加仪器的不稳定性。
在另一现有技术的荧光检测系统，其采用四个传感器，产生的四信道real timePCR检测仪，可在一次扫描的行程中进行四个荧光信道的扫描，可减少检测时间。然而同步检测的设计，不仅增加了光学传感器与光路的成本，也使得整体感测区的体积变得庞大且复杂。
如同前述，现有技术中已经存在通过若干LED去合成白光，然而，因为现有技术的荧光检测系统为了要同时检测所有的荧光标记，所以所述若干LED都是需要同时开启的，否则便无法达到同步侦测的目的。
考虑大部分的检测均是针对特定物，因此如何有效地增加对特定波长带侦测的准确性、有效地增加特定波长带的光通量(在不需要增加全波长的光通量的前提下)、简化荧光检测系统的结构以及降低制作成本，是需要解决的技术问题。
因此，有必要提出一种多信道荧光检测系统及其方法以解决上述技术问题。
发明内容
为解决上述现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种多信道荧光检测系统，用于检测若干已被荧光标记的分析物。本发明通过使用多个能够产生彼此不重迭波长带的光的光源，增加检测特定分析物的准确率、有效地增加特定波长带的光通量(在不需要增加全波长的光通量的前提下)、简化荧光检测系统的结构以及降低制作成本，进而解决了现有技术的技术问题(如上述)。
为达到上述目的，本发明提供一种多信道荧光检测系统，用于检测若干已被荧光标记的分析物。所述多信道荧光检测系统包括光源、滤光片装置、双股型光导管及检测器。
所述光源包括若干子光源分别用于提供激活光。所述滤光片装置包括至少一个滤光片组。每一个所述至少一个滤光片组包括激活光滤光片以及发射光滤光片。所述激活光滤光片用于接收所述激活光。所述双股型光导管包括发射光导管以及激活光导管。所述激活光导管用于接收通过所述激活光滤光片的所述激活光。所述发射光导管用于接收经过所述激活光照射所述若干已被荧光标记的分析物，进而产生相对应所述激活光的发射光。所述检测器用于接收通过所述发射光导管和所述发射光滤光片传送的所述发射光，以确认所述发射光的种类。
在一个优选实施例中，所述发射光导管以及所述激活光导管以同心圆方式配置。
在一个优选实施例中，所述双股型光导管还包括扫描头，用于让所述激活光照射所述若干已被荧光标记的分析物以及接收所述发射光。
在一个优选实施例中，所述多信道荧光检测系统还包括控制器，用于控制所述光源、所述滤光片装置、所述双股型光导管以及所述检测器的相对作动。
在一个优选实施例中，所述滤光片装置还包括控制装置用于配合所述激活光以及所述发射光转动所述至少一滤光片组。
在一个优选实施例中，所述若干子光源为可选择性地开启的若干单色LED。
在一个优选实施例中，所述光源产生若干光具有不重迭的全宽半高(full widthat half maximum,FWHM)波长。
为达到上述目的，本发明提供一种多信道荧光检测方法，用于检测若干已被荧光标记的分析物。所述多信道荧光检测方法包括：首先，光源的若干子光源提供激活光；接着，所述激活光通过滤光片装置的至少一个滤光片组的激活光滤光片进入双股型光导管的激活光导管；接着，所述激活光从所述双股型光导管的扫描头照射所述若干已被荧光标记的分析物，进而产生发射光；接着，所述发射光从所述扫描头进入所述双股型光导管的发射光导管；接着，所述发射光从所述发射光导管进入所述滤光片装置的所述至少一个滤光片组的发射光滤光片；最后，所述发射光进入检测器，以确认所述发射光的种类。
在一个优选实施例中，所述方法还包括：接着，控制器根据所述若干已被荧光标记的分析物的种类控制所述光源、所述滤光片装置、所述双股型光导管以及所述检测器的相对作动。
在一个优选实施例中，所述双股型光导管还包括扫描头，用于让所述激活光照射所述若干已被荧光标记的分析物以及接收所述发射光。
在一个优选实施例中，所述光源为可以单独/同时开启的若干单色LED光源。
在一个优选实施例中，所述滤光片装置还包括控制装置用于配合所述激活光以及所述发射光转动所述至少一个滤光片组。
在一个优选实施例中，所述若干子光源为可选择性地开启的若干单色LED。
在一个优选实施例中，所述光源产生若干不重迭的全高半宽。
相较现有技术，通过使用多个能够产生具有彼此不重迭的全宽半高(FWHM)波长的光的光源，增加检测特定分析物的准确率、有效地增加特定波长带的光通量(在不需要增加全波长的光通量的前提下)、简化荧光检测系统的结构以及降低制作成本，进而解决了现有技术的技术问题。
附图说明
图1是现有技术的荧光检测系统的示意图；
图2是另一现有技术的荧光检测系统的示意图；
图3是本发明的荧光检测系统的示意图；
图4是图3中的沿线段AA’的剖视图；
图5是图3中的光源120的细部图；
图6是本发明的荧光检测方法的第一优选实施例的流程图；以及
图7是本发明的荧光检测方法的第二优选实施例的流程图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附图，用以说明本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。
参考图3以及图4。图3是本发明的荧光检测系统100的示意图。图4是图3中的沿线段AA’的剖视图。所述多信道荧光检测系统100用于检测若干已被荧光标记的分析物110。所述多信道荧光检测系统100包括光源120、滤光片装置130、双股型光导管140、检测器150及控制器170。请注意，所述控制器170是以虚线的方式连接所述光源120、所述滤光片装置130、所述双股型光导管140以及所述检测器150，表示所述多信道荧光检测系统100还可根据不同的要求采用手动控制所述光源120、所述滤光片装置130、所述双股型光导管140以及所述检测器150当中的一个或多个。本优选实施例中仅以一个已被荧光标记的分析物110为例，在实际自动化操作中，所述多信道荧光检测系统100可以用于检测若干个已被荧光标记的分析物110。
所述光源120包括若干子光源分别用于提供激活光161。所述滤光片装置130包括至少一个滤光片组131。每一个所述至少一个滤光片组131包括激活光滤光片1311、发射光滤光片1312以及控制装置132。所述控制装置132用于配合所述激活光161以及所述发射光162转动所述至少一个滤光片组131。请注意，所述控制装置132是以虚线表示，表示所述多信道荧光检测系统100还可根据不同的要求采用手动转动所述至少一个滤光片组131。
所述激活光滤光片1311用于接收所述激活光161。所述双股型光导管140包括发射光导管142、激活光导管141以及扫描头143。所述激活光导管141用于接收通过所述激活光滤光片1311的所述激活光161。所述发射光导管142用于接收经过所述激活光161照射所述若干已被荧光标记的分析物110，进而产生相对应所述激活光161的发射光162。所述检测器150用于接收通过所述发射光导管142传送的所述发射光162，以确认所述发射光162的种类。优选地，如同图4所示，所述发射光导管141以及所述激活光导管142以同心圆方式配置。然而，还可以根据不同要求做不同形状的设计，并不以此为限。
所述控制器170用于控制所述光源120、所述滤光片装置130、所述双股型光导管140以及所述检测器150的相对作动。举例而言，当需要检测所述已被荧光标记的分析物110对一特定波长的光(比如全宽半高波长：430nm-500nm)是否有反应时，所述控制器170可以控制所述光源120仅发出全宽半高波长介于450nm-470nm的所述激活光161；所述控制器170可以控制所述控制装置132转动至适当的所述滤光片组131，所述滤光片组131的所述激活光滤光片1311仅让波长介于450nm-460nm的光通过(窄化所述激活光161的波长带，避免产生不必要的发射光)，所述滤光片组131的所述发射光滤光片1312仅让波长介于490nm-520nm的所述发射光162通过(通过所述发射光滤光片1312的波长是根据需求改变)，所述控制器170可以控制所述双股型光导管140逐一扫描侦测每一个所述已被荧光标记的分析物110。详细地，本发明中的所述激活光滤光片1311以及所述发射光滤光片1312分别地只能让一个波长带的光线通过，以求降低制作成本以及提高准确率。
图5是图3中的光源120的细部图。所述光源120包括六个子光源121。所述六个子光源121是能够可选择性地开启的若干单色LED。举例而言，第一子光源121的全宽半高波长为450nm至470nm；第二子光源121的全宽半高波长为512nm至538nm；第三子光源121的全宽半高波长为547nm至576nm；第四子光源121的全宽半高波长为579nm至591nm；第五子光源121的全宽半高波长为615nm至628nm；第六子光源121的全宽半高波长为657nm至672nm。也可以根据不同的需求增加其他不同全宽半高波长的子光源，所述若干子光源121产生的全宽半高波长是不重迭的。因为不重迭的全宽半高波长表示能够更加准确地针对会对特定波长产生反应的所述已被荧光标记的分析物110进行检测。
因为所述若干子光源121可以选择性地开启，换句话说，针对不同的所述已被荧光标记的分析物110，可以只开启第一至第二子光源或者第三至第五子光源，取决于不同的使用需求。
图6是本发明的荧光检测方法的第一优选实施例的流程图。关于本流程图中使用的附图标记，请参考图3-5。首先执行步骤S01，光源120的若干子光源121提供激活光161；接着执行步骤S02，所述激活光161通过滤光片装置130的至少一个滤光片组131的激活光滤光片1311进入双股型光导管140的激活光导管141；接着执行步骤S03，所述激活光161从所述双股型光导管140的扫描头143照射所述若干已被荧光标记的分析物110，进而产生发射光162；接着执行步骤S04，所述发射光162从所述扫描头143进入所述双股型光导管140的发射光导管142；接着执行步骤S05，所述发射光162从所述发射光导管142进入所述滤光片装置130的所述至少一个滤光片组131的发射光滤光片1312；最后执行步骤S06，所述发射光162进入检测器150，以确认所述发射光162的种类。
图7是本发明的荧光检测方法的第二优选实施例的流程图。本优选实施例与第一优选实施例的差异在于：在步骤S01之前预先执行步骤S07，控制器170根据所述若干已被荧光标记的分析物110的种类控制所述光源120、所述滤光片装置130、所述双股型光导管140以及所述检测器150的相对动作。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，应当可做出各种的更改和润饰，因此本发明的保护范围应当以所附的权利要求范围所界定的为准。

Claims (12)

1.一种多信道荧光检测系统，用于检测若干已被荧光标记的分析物，其特征在于，所述多信道荧光检测系统包括：
光源，包括若干子光源分别用于提供激活光；
滤光片装置，包括至少一个滤光片组，每一个所述至少一个滤光片组包括激活光滤光片以及发射光滤光片，所述激活光滤光片用于接收所述激活光；
双股型光导管，包括发射光导管以及激活光导管，所述激活光导管用于接收通过所述激活光滤光片的所述激活光，所述发射光导管用于接收经过所述激活光照射所述若干已被荧光标记的分析物，进而产生相对应所述激活光的发射光；
检测器，用于接收通过所述发射光导管和所述发射光滤光片传送的所述发射光，以确认所述发射光的种类。
2.如权利要求1所述的多信道荧光检测系统，其特征在于，所述发射光导管以及所述激活光导管以同心圆方式配置。
3.如权利要求1所述的多信道荧光检测系统，其特征在于，所述双股型光导管还包括扫描头，用于让所述激活光照射所述若干已被荧光标记的分析物以及接收所述发射光。
4.如权利要求1所述的多信道荧光检测系统，其特征在于，所述多信道荧光检测系统还包括控制器，用于控制所述光源提供所述激活光、控制所述滤光片装置转动至所述至少一个滤光片组、及控制所述双股型光导管逐一扫描所述若干已被荧光标记的分析物。
5.如权利要求1所述的多信道荧光检测系统，其特征在于，所述滤光片装置还包括控制装置用于配合所述激活光以及所述发射光转动所述至少一个滤光片组。
6.如权利要求1所述的多信道荧光检测系统，其特征在于，所述若干子光源为可选择性地开启的若干单色LED。
7.如权利要求5所述的多信道荧光检测系统，其特征在于，所述光源产生若干光具有不重迭的全宽半高(full width at half maximum,FWHM)波长。
8.一种多信道荧光检测方法，用于检测若干已被荧光标记的分析物，其特征在于，包括：
光源的若干子光源提供激活光；
所述激活光通过滤光片装置的至少一个滤光片组的激活光滤光片进入双股型光导管的激活光导管；
所述激活光从所述双股型光导管的扫描头照射所述若干已被荧光标记的分析物，进而产生发射光；
所述发射光从所述扫描头进入所述双股型光导管的发射光导管；
所述发射光从所述发射光导管进入所述滤光片装置的所述至少一个滤光片组的发射光滤光片；
所述发射光进入检测器，以确认所述发射光的种类；
其特征在于，所述滤光片装置还包括控制装置用于配合所述激活光以及所述发射光转动所述至少一个滤光片组。
9.如权利要求8所述的多信道荧光检测方法，其特征在于，所述方法还包括：
控制器根据所述若干已被荧光标记的分析物的种类控制所述光源提供所述激活光、控制所述滤光片装置转动至所述至少一个滤光片组、所述双股型光导管逐一扫描所述若干已被荧光标记的分析物。
10.如权利要求8所述的多信道荧光检测方法，其特征在于，所述双股型光导管还包括扫描头，用于让所述激活光照射所述若干已被荧光标记的分析物以及接收所述发射光。
11.如权利要求8所述的多信道荧光检测方法，其特征在于，所述若干子光源为可选择性地开启的若干单色LED。
12.如权利要求11所述的多信道荧光检测方法，其特征在于，所述光源产生若干光具有不重迭的全宽半高波长。
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