CN109799603A - 一种液固浸没高数值孔径显微物镜及测序方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液固浸没高数值孔径显微物镜及测序方法，显微物镜包括镜筒和安装在镜筒内的若干个光学元件，位于最下端的光学元件为透镜，透镜的下表面为光学平面，光学平面突出或平行镜筒的下端面，用于直接浸入样本溶液内对样品测序。由于位于最下端的光学元件透镜的下端面为光学平面，并光学平面突出或平行镜筒的下端面，使得显微物镜可直接将具有光学平面的端部浸入到样本溶液内进行测序，不需要安装辅助的浸液装置即可直接浸液测序，简化了显微物镜的结构，样本溶液无需盖玻片隔离，提高了测序效率。
Description
技术领域
本发明涉及基因测序技术领域，具体涉及一种液固浸没高数值孔径显微物镜及测序方法。
背景技术
显微物镜的分辨力由数值孔径决定，数值孔径NA＝nsinθ，其中θ为物镜成像光束孔径角，孔径角受光学设计、加工、装调等因素限制不能过大，所以显微物镜普遍使用浸液提高介质折射率n来增大数值孔径。
液体作为成像路径介质，显微物镜需要针对确定的浸液折射率进行设计，液体介质通常为纯水或者油，油的折射率有严格要求，而很多情况下，被测样本需要特定的溶液浸没，例如有机生物荧光物质需要含有抗氧化剂的溶液浸没保护，这类溶液与纯水或者油的折射率差异较大，严重降低显微物镜成像质量，解决此问题的通用方法是使用盖玻片分隔开样本溶液和物镜浸液，目的是使样本溶液厚度足够小而放宽其折射率公差，而显微物镜需要增加内部镜片调节机构以适应盖玻片厚度公差。
目前，越来越多的应用要求样本载体不使用盖玻片，一方面是减小显微物镜复杂度而降低成本，另一方面是很多情况下，样本需要在不同溶液中循环生化反应，每次生化反应后进行显微成像，去除样本载体的盖玻片有利于样本在不同溶液中循环生化反应过程。例如基因测序生物芯片样本，每次生化反应后测出基因片段的一个碱基，为测得足够长基因序列，需要生化反应与显微成像循环上百次，去除基因测序生物芯片样本盖玻片将大幅度降低生化反应复杂度。这类应用对显微物镜浸液设计提出了新的要求。
发明内容
本申请提供一种能够对没有盖玻片隔离的样本进行浸液测序，并且不需要安装其他辅助浸液装置的液固浸没高数值孔径显微物镜及测序方法。
一方面，一种实施例中提供一种液固浸没高数值孔径显微物镜，包括镜筒和安装在镜筒内的若干个光学元件，位于最下端的光学元件为透镜，透镜的下表面为光学平面，光学平面突出或平行镜筒的下端面，用于直接浸入样本溶液内对样品测序。
进一步地，透镜为平凸透镜，其上表面为凸面。
在其他实施例中，透镜为平凹透镜，其上表面为凹面。
在其他实施例中，透镜为平面透镜，其上表面为光学平面。
进一步地，若干个光学元件构成无限远共轭结构。
进一步地，物镜的数值孔径1.0，焦距为5mm，视场直径为1mm。
进一步地，透镜的材质为熔石英。
另一方面，另一种实施例中提供一种液固浸没高数值孔径显微物镜的测序方法，包括如下步骤：
突出或平行镜筒下端面的光学平面直接浸入样本溶液内；
快速移动样品和样本溶液进行测序，并且光学平面始终浸入在样本溶液内。
进一步地，光学平面距离样品0.1mm。
进一步地，样本溶液为纯水。
依据上述实施例的一种液固浸没高数值孔径显微物镜及测序方法，由于位于最下端的光学元件透镜的下端面为光学平面，并光学平面突出或平行镜筒的下端面，使得显微物镜可直接将具有光学平面的端部浸入到样本溶液内进行测序，不需要安装辅助的浸液装置即可直接浸液测序，简化了显微物镜的结构，样本溶液无需盖玻片隔离，提高了测序效率。
附图说明
图1为一种实施例中显微物镜浸液测序的结构示意图；
图2为图1下端部分的局部放大图；
图3为另一种实施例中显微物镜的测序方法的流程图；
图4为另一种实施例中平凸透镜浸入样本溶液的示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例一：
本实施例提供了一种液固浸没高数值孔径显微物镜，本液固浸没高数值孔径显微物镜主要安装在基因测序仪上使用，用于直接浸入没有盖玻片隔离的样本溶液内对样本进行测序。
如图1和图2所示，本实施例的液固浸没高数值孔径显微物镜主要包括镜筒(图中为示出)和若干个光学元件，光学元件均为透镜，位于最下端的光学元件为平凸透镜1，平凸透镜1的下表面为光学平面，上表面为凸面，位于最下端的平凸透镜1的下表面(光学平面)平行镜筒的下端面，从而平凸透镜1的下表面(光学平面)可直接浸入样本溶液2内，样本溶液2位于样品3上。平凸透镜1汇聚的光直接进入样本溶液2内折射至样品3上。本实施例中，平凸透镜1的材质为熔石英，熔石英耐腐蚀性强，能够适应更宽范围的样本溶液。
本实施例的若干个光学元件中的两个光学元件之间形成平行的光束，构成无限远共轭结构，可满足更多功能设计的需求。并且若干个光学元件组合成的物镜的数值孔径1.0，焦距为5mm，视场直径为1mm。
在其他实施例中，平凸透镜1的下表面(光学平面)也可突出于镜筒的下端面，即直接将平凸透镜1的下表面(光学平面)浸入到样本溶液2内。位于最下端的透镜为下表面为光学平面及上表面为其他结构的透镜，例如上表面为凹面，下表面为光学平面的平凹透镜；或者上下表面均为光学平面的平面透镜。
本实施例提供的液固浸没高数值孔径显微物镜，由于位于最下端的光学元件为平凸透镜，其下端面为光学平面，并光学平面平行镜筒的下端面，使得显微物镜可直接将具有光学平面的端部浸入到样本溶液内进行测序，不需要安装辅助的浸液装置即可直接浸液测序，简化了显微物镜的结构，样本溶液无需盖玻片隔离，提高了测序效率。
实施例二：
本实施例提供一种液固浸没高数值孔径显微物镜的测序方法，本测序方法基于上述实施例一的显微物镜实现。
如图3所示，本实施例的测序方法主要包括如下步骤：
S001：物镜浸入样本溶液；
如图4所示，将平凸透镜1与镜头平行的下表面(光学平面)自然直接浸入到没有盖玻片隔离的样本溶液2中，并且浸液厚度为0.1mm(即光学平面距离样品/物镜工作距离为0.1mm)。
S002：快速移动测序。
快速移动样品3和样本溶液2进行测序，并且平凸透镜1的光学平面始终保持浸入在样本溶液2内。
样本溶液2的厚度(物镜工作距离)与样本溶液2的折射率公差成反比关系，若要放宽样本溶液2的折射率公差，则需要在显微物镜设计时尽可能减小浸液厚度(物镜工作距离)。设计计算如下：
样本溶液2折射率公差Δn由显微物镜的数值孔径NA、物镜的工作距离(浸液厚度mm)d、样本溶液的折射率名义值n、显微物镜像质的允许下降程度共同决定。显微物镜像质的允许下降程度与显微物镜光谱宽度、视场、像差特性等多种因素有关，不能用解析式准确表达，给出多个设计总结的经验公式：
其中，k是与显微物镜像质的允许下降程度相关的系数，经验值为0.02～0.004。
本实施例中，物镜的数值孔径NA为1.0，浸液厚度d为0.1mm，样本溶液2为纯水，20℃环境温度下的折射率n为1.333044，由上述经验公式，对k取值0.003，可得对样本溶液2的折射率公差Δn范围约为±0.039，能够通用于生化反应样本溶液公差范围，可用于对样本进行测序。
本实施例提供的一种液固浸没高数值孔径显微物镜的测序方法，可直接将具有光学平面的端部浸入到样本溶液内进行测序，不需要安装辅助的浸液装置即可直接浸液测序，简化了显微物镜的结构，样本溶液无需盖玻片隔离，提高了测序效率。并且可将浸液厚度设计的足够小，以增大样本溶液2折射率公差，从而不需要盖玻片隔离浸液，也能保证对样品的精确测序。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。
Claims (10)
1.一种液固浸没高数值孔径显微物镜，其特征在于，包括镜筒和安装在所述镜筒内的若干个光学元件，位于最下端的光学元件为透镜，所述透镜的下表面为光学平面，所述光学平面突出或平行所述镜筒的下端面，用于直接浸入样本溶液内对样品测序。
2.如权利要求1所述的液固浸没高数值孔径显微物镜，其特征在于，所述透镜为平凸透镜，其上表面为凸面。
3.如权利要求1所述的液固浸没高数值孔径显微物镜，其特征在于，所述透镜为平凹透镜，其上表面为凹面。
4.如权利要求1所述的液固浸没高数值孔径显微物镜，其特征在于，所述透镜为平面透镜，其上表面为光学平面。
5.如权利要求1至4任一项所述的液固浸没高数值孔径显微物镜，其特征在于，若干个所述光学元件构成无限远共轭结构。
6.如权利要求5所述的液固浸没高数值孔径显微物镜，其特征在于，物镜的数值孔径1.0，焦距为5mm，视场直径为1mm。
7.如权利要求1至4任一项所述的液固浸没高数值孔径显微物镜，其特征在于，所述透镜的材质为熔石英。
8.一种液固浸没高数值孔径显微物镜的测序方法，其特征在于，包括如下步骤：
突出或平行镜筒下端面的光学平面直接浸入样本溶液内；
快速移动样品和样本溶液进行测序，并且所述光学平面始终浸入在样本溶液内。
9.如权利要求8所述的液固浸没高数值孔径显微物镜的测序方法，其特征在于，所述光学平面距离样品0.1mm。
10.如权利要求9所述的液固浸没高数值孔径显微物镜的测序方法，其特征在于，所述样本溶液为纯水。
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