CN110132909A - 荧光检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种荧光检测装置，其包含一基座、一加热模块、一检测模块、一光源模块以及一致动模块。加热模块、检测模块以及一致动模块设置于基座上。加热模块包含多个加热载座，其中每一加热载座分别适于容置一可透光反应容器，可透光反应容器适于储存具有至少一目标荧光探针的一荧光反应混合物。检测模块与加热模块相组配形成多个检测通道，其中多个加热载座分别位于多个检测通道上。致动模块与光源模块连接，且适于驱动光源模块移动至对应检测模块的至少一预设位置，选择性地与相对的检测通道上的加热载座配对成至少一组合。

Description

荧光检测装置

技术领域

本发明涉及一种荧光检测装置，尤其涉及一种应用于多路复用定量聚合酶连锁反应检测具有高信噪比的荧光检测装置。

背景技术

近年来，针对不同的目的而欲有效地获取大量DNA特定片段的需求正在蓬勃发展。而在现存所有的DNA定序技术中，聚合酶连锁反应(Polymerase chain reaction，PCR)即为其中一种经济且快速的技术，可在短时间内获得十亿拷贝的特定DNA片段。PCR技术可应用在多种领域，例如遗传鉴定的选择性DNA分离、考古学中古代DNA的取证分析、遗传检测和组织分类的医学应用、医院和研究机构的传染病特殊诊断、对食品安全的环境危害的监控以及调查罪犯的遗传鉴定等。对于PCR技术，仅需要血液或组织中的少量DNA样品。通过将荧光染剂加入核酸溶液，则扩增的DNA片段即可通过荧光分子的协助来检测。

为了同时检测和分析一批生物样品中目标核酸的存在，通常采用荧光探针检测技术。在特定波长的光源照射目标核酸之后，核酸的DNA结合荧光探针发生反应，并发出荧光信号。荧光信号即代表有目标核酸的存在。此技术已被应用于新式PCR技术，称为即时定量PCR(real time quantitative PCR)或定量PCR(quantitative PCR，qPCR)。相较于传统PCR技术，也就是所谓的终端PCR检测(end-point PCR detection)，qPCR为具有较高灵敏度及较佳准确性的先期PCR检测(early-phase PCR detection)。也因此，光学装置是qPCR检测技术所不可或缺的工具用以检测由特定核酸片段发射出的荧光，此光学装置需要光源以在特定波长激发荧光探针，且同时检测从荧光探针发出的荧光信号。

现有技术中已知有大量荧光检测仪器用于对荧光信号进行成像，但是这类的仪器体积及重量庞大，信噪比(SNR)亦无法满足要求。另一方面，所有荧光检测仪器共同存在的另一个问题是激发光和荧光信号之间的巨幅的强度差异。若欲对至少一个以上的荧光探针进行多路复用处理时，隔离不同的激发和荧光信号便成为一个非常重要的工作。通常，当多个荧光探针存在于一样品时，需要使用不同的激发滤光片。每个激发滤光片能够将来自光源的特定波长的至少一个激发光分别转移到具有多个单点的组件上。对于不同的激发滤光片，必须分别对应使用大量昂贵的光学器件。且包括多个荧光探针的样品，必须依次放置在几个不同的位置以进行检测。其检测作业不便，且检测结果将受温度和反应时间的变化而影响。

有鉴于前述需求和问题，实有必要针对多路复用qPCR检测应用提供一种具有高信噪比的荧光检测装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高信噪比的荧光检测装置，可减小装置的尺寸及重量，且仍然提供优异性能于较低成本的多路复用qPCR检测应用。

为达上述目的，本发明的一实施方式为提供一种荧光检测装置包含一基座、一加热模块、一检测模块、一光源模块以及一致动模块。加热模块设置于基座上，并且包含多个加热载座，其中每一加热载座分别适于容置一可透光反应容器，可透光反应容器适于储存具有至少一目标荧光探针的一荧光反应混合物。检测模块设置于基座上，并且与加热模块相组配形成多个检测通道，其中多个加热载座分别位于多个检测通道上。致动模块设置于基座上，与光源模块连接，并且且适于驱动光源模块移动至对应检测模块的至少一预设位置，选择性地将与相对的检测通道上的加热载座配对成至少一组合。

于一实施例中，光源模块包含多个光源以及多个第一滤光片，其中多个光源分别相对于多个第一滤光片设置，且光源与相对的第一滤光片组配形成一第一光轴。

于一实施例中，多个光源包含选自单色LED、雷射二极管、水银灯和卤素灯泡所组成的族群之一。

于一实施例中，光源模块包含多个第二滤光片，分别与第一滤光片相对，且多个第二滤光片位于检测模块与加热模块之间。

于一实施例中，多个第一滤光片及多个第二滤光片为单带通滤光片。

于一实施例中，多个第一滤光片为激发滤光片，且多个第二滤光片为发射滤光片。

于一实施例中，检测模块包含多个检测器以及多个光学透镜组，其中多个检测器分别相对于多个光学透镜组设置，且检测器与相对的光学透镜组分别沿检测通道组配形成一第二光轴。

于一实施例中，检测器包含选自硅光电二极管、光电倍增管、感光耦合元件、互补性金属氧化半导体和雪崩光电二极管所组成的族群之一。

于一实施例中，每一光学透镜组包含至少一会聚透镜邻设于加热模块，以及至少一成像透镜邻设于相对的检测器。

于一实施例中，每一光学透镜组包含一发射滤光片，设置于会聚透镜与成像透镜之间。

于一实施例中，每一加热载座包含一加热腔、一第一光学透孔以及一第二光学透孔，其中第一光学透孔与第二光学透孔通过加热腔彼此连通，且第二光学透孔位于所相对的第二光轴上。

于一实施例中，第一光学透孔的直径范围介于1mm至2.5mm，且第二光学透孔的直径范围介于2mm至3mm。

于一实施例中，于光源模块配对且对准至相对的检测通道上的加热载座时，第一光轴与相对的第二光轴分别通过第一光学透孔与第二光学透孔于加热腔内相交，其中产生的荧光沿相对的第二光轴传送。

于一实施例中，于第一光轴与相对的第二光轴分别通过第一光学透孔与第二光学透孔于加热腔内相交时，第一光轴是自相对的第二光轴倾斜一角度，角度范围介于2度至12度。

于一实施例中，加热模块还包含一加热器，与多个加热载座连接。

于一实施例中，加热器包含一热电致冷加热器，用于热循环控制。

于一实施例中，加热模块还包含一散热鳍片，连接至加热器。

于一实施例中，致动模块包含至少一致动器，其中致动器包含选自由流体或真空压力驱动的旋转致动器，压电致动器，电致动聚合物致动器和电磁电动机所组成的族群之一。

于一实施例中，致动模块包含一可动支撑架，其中光源模块建构于可动支撑架上，且连接至致动器，其中致动器组配驱动可动支撑架以移动光源模块选择性地与相对的检测通道上的加热载座配对成至少一组合。

于一实施例中，荧光检测装置还包含一可动支撑架，其中光源模块设置于可动支撑架上，且连接至致动模块，其中致动模块配驱动可动支撑架以移动光源模块选择性地与相对的检测通道上的加热载座配对成至少一组合。

于一实施例中，致动模块包含一齿轮模块以及至少一导轨模块，其中齿轮模块设置且连接于致动器与可动支撑架之间，至少一导轨模块设置且连接于可动支撑架与基座之间。

于一实施例中，光源模块与相对的检测通道上的加热载座配对成的组合的数量小于多个检测通道的总数。

于一实施例中，多个光源包含至少两个相邻的光源适于提供相同颜色的光。

于一实施例中，多个光源包含至少两个相邻的光源源适于提供相异颜色的光。

于一实施例中，多个光源包含至少两个相邻的光源适于提供相同颜色的光，以及至少两个相邻的光源适于提供相异颜色的光，其中适于提供相同颜色的光的至少两个相邻的光源设置于邻近多个光源排列的端处。

本发明的有益效果在于，本发明提供的荧光检测装置，整合有可切换相对位置的光源模块，以较低成本进行多元qPCR检测应用。本发明设计的光学结构使光源模块及检测模块的尺寸小型化，也降低了成本，但仍然提供了令人信服的性能，且其信噪比(SNR)可达347倍。

附图说明

图1显示本发明实施例的荧光检测装置立体结构示意图。

图2显示图1的荧光检测装置的爆炸图。

图3显示图1的荧光检测装置的剖面图。

图4为图3的侧视图。

图5显示本发明实施例中光源模块配对且对准至相对的检测通道的示意图。

图6显示本发明另一实施例的荧光检测装置立体结构示意图。

图7显示图6的荧光检测装置的爆炸图。

图8显示图6的荧光检测装置的剖面图。

图9为图8的侧视图。

图10A显示图1的荧光检测装置中光源模块、加热模块与检测模块的一相对位置关系图。

图10B显示图1的荧光检测装置中光源模块、加热模块与检测模块的另一相对位置关系图。

图11显示本发明荧光检测装置的操作机制的第一示范例。

图12显示本发明荧光检测装置的操作机制的第二示范例。

图13显示本发明荧光检测装置的操作机制的第三示范例。

图14A显示本发明荧光检测装置的操作机制的第四示范例。

图14B显示本发明荧光检测装置的操作机制的第五示范例。

附图标记如下：

1：荧光检测装置

10：加热模块

11：加热载座

12：加热腔

13：第一光学透孔

14：第二光学透孔

15：加热器

16：散热鳍片

20：检测模块

21：检测器

22：会聚透镜

23：成像透镜

24：固定支架

30：光源模块

32：光源

33：第一滤光片

34：壳体

35：第二滤光片

40：致动模块

41：可动支撑架

42：致动器

43：齿轮模块

44：导轨模块

50：基座

A1：第一光轴

A2：第二光轴

CH1～CH6：检测通道

L1～L6：光束

S1～S6：位置

θ：角度

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。例如，若是本公开以下的内容叙述了将一第一特征设置于一第二特征之上或上方，即表示其包含了所设置的上述第一特征与上述第二特征是直接接触的实施例，亦包含了还可将附加的特征设置于上述第一特征与上述第二特征之间，而使上述第一特征与上述第二特征可能未直接接触的实施例。另外，本公开中不同实施例可能使用重复的参考符号及/或标记。这些重复是为了简化与清晰的目的，并非用以限定各个实施例及/或所述外观结构之间的关系。

再者，为了方便描述附图中一元件或特征部件与另一(多个)元件或(多个)特征部件的关系，可使用空间相关用语，例如“在...之下”、“下方”、“较下部”、“上方”、“较上部”及类似的用语等。除了附图所示出的方位之外，空间相关用语用以涵盖使用或操作中的装置的不同方位。所述装置也可被另外定位(例如，旋转90度或者位于其他方位)，并对应地解读所使用的空间相关用语的描述。此外，当将一元件称为“连接到”或“耦合到”另一元件时，其可直接连接至或耦合至另一元件，或者可存在介入组件。尽管本公开的广义范围的数值范围及参数为近似值，但尽可能精确地在具体实例中陈述数值。另外，可理解的是，虽然“第一”、“第二”、“第三”等用词可被用于权利要求中以描述不同的元件，但这些元件并不应被这些用语所限制，在实施例中相应描述的这些元件是以不同的元件符号来表示。这些用语是为了分别不同元件。例如：第一元件可被称为第二元件，相似地，第二元件也可被称为第一元件而不会脱离实施例的范围。如此所使用的用语“及/或”包含了一或多个相关列出的项目的任何或全部组合。此外，任一数值固有地含有必然由在各别测试测量中存在的标准差所引起的特定误差。并且，如本文中出现用语“大约”或“实质上”一般意指在一给定值或范围的10％、5％、1％或0.5％内。另一选择为，用语“大约”或“实质上”意味在由所属领域的技术人员考虑时在平均值的可接受标准误差内。除在操作/工作实例中以外，或除非明确规定，否则本文中所公开的所有数值范围、量值及百分比(例如角度、时间持续、温度、操作条件、量比及其类似者的那些百分比等)应被理解为在所有实施例中由用语“大约”或“实质上”来修饰。相应地，除非相反地指示，否则本公开及随附权利要求中陈述的数值参数为可视需要变化的近似值。例如，每一数值参数应至少根据所述的有效数字的数字且借由应用普通舍入原则来解释。范围可在本文中表达为从一个端点到另一端点或在两个端点之间。本文中所公开的所有范围包括端点，除非另有规定。

本发明提供一种荧光检测装置，其为一种可选择性调整照射呈线性位置排列的多个荧光试样的光学系统。此荧光检测装置通过改变光源模块的位置以多色光源进行批次生物样品的检测，并达成多路复用定量聚合酶连锁反应检测的应用。

请参阅图1至图4，其中图1显示本发明实施例的荧光检测装置立体结构示意图、图2显示图1的荧光检测装置的爆炸图、图3显示图1的荧光检测装置的剖面图以及图4为图3的侧视图。如图1至图4所示，本发明实施例提供一种荧光检测装置1包含一加热模块10、一检测模块20、一光源模块30一致动模块40以及一基座50。加热模块10设置于基座50上，并且包含多个加热载座11，其中每一加热载座11分别适于容置一可透光反应容器(未图示)，可透光反应容器适于储存具有至少一目标荧光探针的一荧光反应混合物。检测模块20设置于基座50上，并且与加热模块10相组配形成多个检测通道。多个加热载座11分别位于多个检测通道上。于本实施例中，例如具有六个检测通道呈线性排列，可供作多路复用定量聚合酶连锁反应(qPCR)检测的应用。六个加热载座11分别位于六个检测通道的前端。光源模块30适于提供多个具有特定波长光束的光源32。在部分的实施例中，光源32的数量等于或大于检测通道的数量，但本发明并不以此为限。于本实施例中，光源模块30包含例如六组的光源32与第一滤光片33，每一组的光源32与第一滤光片33组配提供具有特定波长的光束。由此，光源模块30提供六个光束，可选择性地将一光源32相对一检测通道上的加热载座11并配对成至少一组合，以使容置于加热载座11且储存于可透光反应容器的荧光反应混合物中目标荧光探针可被相对光源32的光束所激发。于本实施例中，致动模块40与光源模块30连接，并且适于驱动光源模块30移动至对应检测模块20的至少一预设位置，以选择性地将光源32与相对的检测通道上的加热载座11配对成至少一组合。于本发明一实施例中，可透光反应容器包括一试管。

图5为本发明实施例中光束配对且对准至相对的检测通道的示意图。于光源32配对且对准至相对的检测通道上的加热载座11时，容置于加热载座11且储存于可透光反应容器的荧光反应混合物中目标荧光探针被相对光源32的光束所激发，且产生一荧光沿相对的检测通道传送至检测模块20。为了选择性地将多个光源32中的至少其中的一个与配对且对准至多个的检测通道上的加热载座11，且获致光源32与相对检测通道上的加热载座11配对的至少一组合，光源模块30可被致动模块40所驱使滑动，例如但不限于线性位移。值得注意的是，任何可改变光源模块30与加热模块10间相对位置的致动模块40均适用于本发明。

于本实施例中，致动模块40还包含一可动支撑架41、一致动器42、一齿轮模块43以及至少一导轨模块44。其中检测模块20、加热模块10与致动模块40的致动器42建构于基座50上，且设置于固定位置。可动支撑架41通过具有例如单滑轨的导轨模块44设置于基座50之上，且可相对于基座50滑动。光源模块30建构于可动支撑架41上，且可动支撑架41通过设置于其上的齿轮模块43连接至致动器42。由此，致动器42与齿轮模块43彼此啮合作用，以驱动可动支撑架41上的光源模块30并改变位置，以选择性地将光源32与相对的检测通道上的加热载座11配对成至少一组合。

于另一实施例中，荧光检测装置1还包含可动支撑架41，其中光源模块30设置于可动支撑架41上，且连接至致动模块40，其中致动模块40组配驱动可动支撑架41以移动光源模块30选择性地与相对的检测通道上的加热载座11配对成至少一组合。

图6显示本发明另一实施例的荧光检测装置立体结构示意图、图7显示图6的荧光检测装置的爆炸图、图8显示图6的荧光检测装置的剖面图以及图9为图8的侧视图。如图6至图9所示，于本实施例中，荧光检测装置1与图1至图4的荧光检测装置1相似，且相同的元件标号代表相同的元件、结构与功能，于此不再赘述。不同于图1至图4的荧光检测装置1，于本实施例中，导轨模块44包括例如双滑轨，设置于基座50之上，且分别邻设于可动支撑架41的两端，以利于建构在可动支撑架41上的光源模块30可平滑且稳固地相对基座50滑动。当然，导轨模块44的滑轨数量及形式并非限制本发明的必要技术特征，其可根据齿轮模块43与致动器42的组配而调制。值得注意的是，任何用以改变光源模块30与加热模块10间相对位置的致动器42均可适用于本发明。于本实施例中，致动器42可例如但不受限包含由流体或真空压力驱动的旋转致动器，压电(piezoelectric,PZT)致动器，电致动聚合物(electro-actuated polymer,EAP)致动器或电磁电动机(electromagnetic motor)。

于本实施例中，光源模块30包含例如六个光源32以及六个第一滤光片33。多个光源32分别相对于多个第一滤光片33设置，并可照射出六个光束，以激发储存于可透光反应容器的荧光反应混合物(亦称为PCR混合物)中的目标荧光探针，并产生荧光。于本实施例中，光源32可例如包含但不限于一单色发光二极管(LED)、激光二极管、水银灯或卤素灯泡等。于本实施例中，每一光源32照射出的光线于可见光波区域内具有一特定范围的波长，例如含盖目标激发波长自480nm至500nm之间。光源32与第一滤波片33组配形成第一光轴A1。光源32的光束即沿第一光轴A1传送。于本实施例中，共形成六个第一光轴A1。多个第一滤光片33可例如是但不限于包含单带通滤光片(single band pass filter)。又应用于光源模块30的每一第一滤光片33为一激发滤光片(excitation filter)，且仅允许落于激发带宽范围内的光束通过。为避免散射光线，第一滤光片33的涂层面面向于加热模块10。多个第一滤光片33可相同或相异。换言之，光源模块30可提供多个同色或异色的光束以进行多路复用定量聚合酶连锁反应检测的应用。于本实施中，第一滤光片33的尺寸为5mm×5mm×1mm，其尺寸可随不同应用而变化。另一方面，光源模块30还包含一壳体34，光源模块30的壳体34的材质为黑色ABS(acrylonitrile butadiene styrene)树脂，具有低热导性、高热阻率及内部光散射降低的优点。当然，其他低反射率的黑色塑胶材料，或以黑色阳极氧化层涂覆处理而具有低反射率及高吸收率的铝也可应用作为其材料。

于本实施例中，加热模块10包含例如六个加热载座11以分别容置储存具有至少一目标荧光探针的荧光反应混合物的可透光反应容器(未图示)。每一加热载座11包含一加热腔12、一第一光学透孔13以及一第二光学透孔14。于每一加热载座11上，第一光学透孔13与第二光学透孔14通过加热腔12彼此连通。于每一检测通道上，第一光学透孔13、加热腔12与第二光学透孔14更呈线性排列设置。第二光学透孔14面向检测模块20。第一光学透孔13用以与配对且对准至来自光源模块30中的多个光源32中之一的光束，以获致光源32配对且对准至相对的检测通道上的加热载座11的至少一组合。于本实施例中，第一光学透孔13的直径范围介于1mm至2.5mm。第二光学透孔14的直径范围介于2mm至3mm。另外，加热模块10的加热载座11由铜所构成，因其具有导热性，并且可于数分钟内均匀传递热量以满足快速热循环的需求。其他热传导材料亦可应用于本发明，例如铝或其他具有较佳导热性的金属或其他材料等。多个加热载座11呈线性排列设置，且分别对应至多个检测通道以进行样品的多路复用检测。于本实施例中，加热模块10还包含一加热器15及一散热鳍片16。加热器15可例如包含一热电致冷(thermoelectric cooling，TEC)加热器，用于热循环控制。散热鳍片16连接至加热器15。

检测模块20包含多个检测器21及多个会聚透镜22与成像透镜23的透镜组，其中多个检测器21分别相对于多个会聚透镜22与成像透镜23的透镜组而设置。检测器21与其相对的会聚透镜22及成像透镜23的透镜组呈线性排列设置，且组配形成例如六组沿检测通道的第二光轴A2。检测模块20中每一会聚透镜22邻设于加热模块10，以会聚产生自荧光反应混合物的荧光，并折射成平均分散的平行光束。检测模块20中每一成像透镜23邻设于相对的检测器21，以将荧光聚焦至所相对检测器21的成像平面上。在本实施例中，可以选择硅光电二极管(silicon photodiode)作为检测器21，但是其他类型的检测器，例如感光耦合元件(charged-couple device,CCD)、光电倍增管(photomultiplier tube,PMT)、互补性金属氧化半导体(complementary metal-oxide semiconductor,CMOS)和雪崩光电二极管(avalanche photodiode,APD)也可以应用于检测模块20上。于本实施例中，光源模块30还包含多个第二滤光片35作为发射滤光片(emission filter)，建构于可动支撑架41上，且位于多个会聚透镜22与多个成像透镜23之间。其中第二滤光片35可为单带通滤光片，且具有面向会聚透镜22的涂层面。于本实施中，每一检测通道上第二滤光片35的尺寸可例如是5mm×5mm×1mm，其尺寸可随不同应用而变化。另外，会聚透镜22的曲率半径可例如是4mm，且其平面表面面向于加热模块10的第二光学透孔14。成像透镜23的曲率半径可例如是11。而在本发明实施例中所应用的会聚透镜22和成像透镜23，其构成材料可为光学级玻璃，但注射成型的光学塑胶如丙烯酸(acrylic，亦称PMMA)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、聚苯乙烯(polystyrene)或聚烯烃(polyolefin)也可以应用于本发明。于本实施例中，检测模块20还包含一固定支架24固定于基座50上。检测器21、多个会聚透镜22以及多个成像透镜23均设置且排列于固定支架24上。每一检测通道包含检测器21、成像透镜23与会聚透镜22整合在一起且于第二光轴A1上呈线性排列。如此可减少检测通道发生错位失准的风险。值得注意的是，检测模块20呈三明治式的设计结构包含有会聚透镜22、成像透镜23以及检测器21，又与位于会聚透镜22及成像透镜23间的第二滤光片35组配成一检测通道。光源模块30的多个第二滤光片35设置且容置于致动模块40的可动支撑架41上，以避免光束通过第二滤光片35后呈不均匀的照射。再者，光源模块30的多个光源32、多个第一滤光片33以及多个第二滤光片35是共同整合且设置于致动模块40的可动支撑架41上。如此可于进行光源32配对至相对检测通道的操作时，减少错位失准的风险。于其他实施例中，第二滤光片35可与会聚透镜22及成像透镜23整合在一起而设置于固定支架24上。本发明并不受限于此，且不再赘述。

另一方面，在一实施例中，检测模块20还包含一光电二极管放大器(photodiodeamplifier)(未图示)，其可将检测器21输出的数奈安培的的电流转换为伏特。光电二极管放大器可放大信号以供进一步的数据分析及利用。于本实施例中，检测模块20还包含一包覆检测器21外的电磁干扰(EMI)遮罩及接地结构(未图示)。检测器21因其高灵敏度而容易被周围环境的噪声所影响。EMI遮罩及接地结构可整合于固定支架24上。容置多个检测器21、会聚透镜22及成像透镜24的固定支架24的材质可由黑色ABS(acrylonitrilebutadiene styrene)树脂所构成，以避免内部光反射及光散射。当然黑色可加工材质，如聚乳酸(polylactide，PLA)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、聚醚醚酮(polyetheretherketone，PEEK)、聚苯醚(polyphenylene ether，PPE)或以黑色阳极氧化层涂布的铝材均可适用于本发明。固定支架24的外部表面可以金属化涂层涂布，用以隔绝检测器21的EMI噪声。此外，固定支架24亦可由以黑色阳极氧化层涂布的铝材所制成。黑色阳极氧化涂层可避免检测器21的正极及负极引线间的短路现象，并且可降低光通道内的内部光散射所产生的噪声，其是另一噪声的来源。

于本实施例中，当一光源32配对且对准至相对的检测通道上的加热载座11时，光源32、第一滤光片33、加热腔12、会聚透镜22、第二滤光片35、成像透镜23以及检测器21的组合呈一线性排列的配对，如图5所示。第一光轴A1与相对的第二光轴A2分别通过第一光学透孔13及第二光学透孔13而于加热腔12内相交。所选择光源32的光束通过第一光学透孔13照射储存于可透光反应容器的荧光反应混合物中的目标荧光探针，并产生一荧光通过第二光学透孔14沿相对的检测通道传送。于一实施例中，当第一光轴A1与相对的第二光轴A2分别通过第一光学透孔13及第二光学透孔14而于加热腔12内相交时，第一光轴A1是自相对的第二光轴A2倾斜一角度θ，角度θ的范围介于2度至12度。信噪比(signal to noise ratio,SNR)可超过11。于一实施例中，于第一光轴A1自相对的第二光轴A2倾斜7度并改良光学路径设计，信噪比(signal to noise ratio,SNR)可提升至347。

图10A及图10B分别显示图1的荧光检测装置中光源模块30、加热模块10与检测模块20的相对位置关系图。如图1至图5、图10A与图10B所示，当光源模块30被致动模块40驱动而改变相对于加热模块10及检测模块20的位置时，至少一组光源32、第一滤光片33、加热腔12、会聚透镜22、第二滤光片35、成像透镜23以及检测器21的组合呈线性排列的配对，如图5所示。在图10A中，具有四组检测通道配对以进行qPCR检测操作。在图10B中，具有六组检测通道配对以进行qPCR检测操作。本发明通过改变荧光检测装置1中光源模块30的位置即可以批次化进行qPCR检测，并达成多路复用qPCR检测应用。

图11显示本发明荧光检测装置的操作机制的第一示范例。于本示范例中，荧光检测装置与前述图1至图5、图10A与图10B所示的荧光检测装置1具相同的元件、结构与功能，于此不再赘述。于本示范例中，六个光源32与六个第一滤光片33组配提供六道具相同色光的光束L1～L6，以激发荧光反应混合物中的目标荧光探针。单色光检测的操作机制可如图11所示般进行应用。其中共有六组检测通道CH1～CH6。于一初始位置S1上，光束L1～L4分别配对至检测通道CH3～CH6。当光源模块30移动至一检测位置S3时，光束L1～L6分别配对至检测通道CH1～C6。结果，放置于检测通道CH1～CH6上的单批次六个样品可为单色光光束L1～L6所照射，并有效率的完成qPCR检测。

图12显示本发明荧光检测装置的操作机制的第二示范例。于本示范例中，荧光检测装置与前述图1至图5、图10A与图10B所示的荧光检测装置1具相同的元件、结构与功能，于此不再赘述。于本示范例中，六个光源32与六个第一滤光片33组配提供六道的光束L1～L6呈双色光组合，以激发荧光反应混合物中的目标荧光探针。其中光束L1及L3可例如是相同的红色光，而光束L2及L4可例如是相同的蓝色光。以三个样品放置于检测通道CH1～CH3为例。双色光检测的操作机制可如图12所示般进行应用。其中共有六组检测通道CH1～CH6。于一初始位置S1上，光束L1～L4分别配对至检测通道CH3～CH6。检测时，光源模块30先移动至一检测位置S3，将光束L1～L3分别配对至检测通道CH1～CH3。接者，光源模块30再移至另一检测位置S4进行检测，将光束L2～L4分别配对至检测通道CH1～CH3。结果，放置于检测通道CH1～CH3上的单批次三个样品均可为双色光光束L1～L4所照射，并有效率的完成qPCR检测。

图13显示本发明荧光检测装置的操作机制的第三示范例。于本示范例中，荧光检测装置与前述图1至图5、图10A与图10B所示的荧光检测装置1具相同的元件、结构与功能，于此不再赘述。于本示范例中，六个光源32与六个第一滤光片33组配提供六道的光束L1～L6呈三色光组合，以激发荧光反应混合物中的目标荧光探针。其中光束L1可例如是红色光，光束L2可例如是蓝色光，而光束L3可例如是黄色光。以三个样品放置于检测通道CH1～CH3为例。三色光检测的操作机制可如图13所示般进行应用。其中共有六组检测通道CH1～CH6。于一初始位置S1上，光束L1～L3分别配对至检测通道CH3～CH5。其中光束L1是配对至检测通道CH3，此时三色光检测机制即可启动检测。接着，光源模块30依序移动至检测位置S2、S3、S4及S5，则检测通道CH1～CH3可依次为三色光光束L1～L3所照射，并有效率的完成qPCR检测。

图14A及图14B是分别显示本发明荧光检测装置的操作机制第四及第五示范例。于该等示范例中，荧光检测装置与前述图1至图5、图10A与图10B所示的荧光检测装置1具相同的元件、结构与功能，于此不再赘述。为整合多元功能于一荧光检测装置1中，六个光源32与六个第一滤光片33组配提供六道的光束L1～L6呈单色光与四色光组合，以激发荧光反应混合物中的目标荧光探针。其中光束L1可例如是红色光，光束L2可例如是黄色光，光束L3可例如是绿色光，而光束L4～L6则为相同的蓝色光。以三个样品放置于检测通道CH1～CH3为例。单色光检测与四色光的检测操作机制可同时于本发明的荧光检测装置1上进行。其中四色光检测的操作机制可如图14A所示般进行应用，而单色光检测的操作机制可如图14B所示般进行应用。当然，荧光检测装置1可于单色光检测至四色光检测间有效率地弹性操作，于此便不再赘述。于其他实施例中，用以与检测通道配对的光束数量可多于检测通道的数量。为了提供单色光检测至四色光检测的多元功能，光源模块30可包含至少两个相邻的光源适于提供相同颜色的光，及/或至少两个相邻的光源适于提供相异颜色的光。于一实施例中，至少两个相邻的光源适于提供同色光的光束，例如图14A及图14B中的光束L4～L6，所述的两个相邻的光源32更设置于多个光源32排列的端处，以增加多元检测的效率。于一实施例中，至少两个相邻的光源32提供相同颜色的光，例如图14A及图14B中的光束L5～L6，更设置于多个光束L1～L6排列的端处。

又于本实施例中，可采用分别由蓝光及红光激发的荧光染剂FITC及Cy5作为目标荧光探针。放置在检测通道CH1上的可透光反应容器中填充有与目标荧光探针结合的核酸。根据实验结果，两种目标荧光探针之间的串扰效应(crosstalk effect)低，而不同浓度下荧光染剂FITC和Cy5的相关信噪如下表1所示。当浓度增加时，信噪比(SNR)的强度增加。

表1

	FITC	Cy5
			SNR_320nM	24.46	25.15
SNR_20nM	2.31	2.70

综上所述，本发明提供了一种荧光检测装置，整合有可切换相对位置的光源模块，以较低成本进行多元qPCR检测应用。本发明设计的光学结构使光源模块及检测模块的尺寸小型化，也降低了成本，但仍然提供了令人信服的性能，且其信噪比(SNR)可达347倍。系统的整体尺寸约为150mm×110mm×38mm。荧光检测装置的元件和结构达成了光学系统的精简化。可切换光源模块的排列设置提供了多元功能的效率光源。本发明的荧光检测装置可同时应用于单色光检测及多色光检测的操作机制。不同于现有以滤光片转轮、旋转LED及检测转轮或平移检测结构应用于多色PCR系统上的技术。本发明实施例的设计采用固定式检测器和透镜组。光源和滤光片组的整合减少了光束色彩转换过程中的错位失准问题。另外，光源和滤光片组的排列配合运动控制，可以实现单色光和多色光混合荧光检测。光源与激发和发射滤光片组的布置可更多元化。本发明的荧光检测装置的结构精简，且仍能灵活地满足多路复用qPCR检测应用的需求。

前述概述了数个实施例的特征，使本领域技术人员更容易理解本公开。本领域技术人员应可以理解，本公开可轻易作为其它结构或方法的设计或变化的基础，以进行相同于所述实施例的目的及/或实现相同的优点。本领域技术人员也应可理解与上述等同的结构或方法并未脱离本公开的精神和保护范围内，且在不脱离本公开的精神和范围内，可作各种改变、置换与变化。

Claims (23)

1.一种荧光检测装置，包含：

一基座；

一加热模块设置于该基座上，并且包含多个加热载座，其中每一该加热载座分别适于容置一可透光反应容器，该可透光反应容器适于储存具有至少一目标荧光探针的一荧光反应混合物；

一检测模块设置于该基座上，并且与该加热模块相组配形成多个检测通道，其中该多个加热载座分别位于该多个检测通道上；

一光源模块；以及

一致动模块设置于该基座上，与该光源模块连接，并且适于驱动该光源模块移动至对应该检测模块的至少一预设位置，选择性地与相对的该检测通道上的该加热载座配对成至少一组合。

2.如权利要求1所述的荧光检测装置，其中该光源模块包含多个光源以及多个第一滤光片，其中该多个光源分别相对于该多个第一滤光片设置，且该光源与相对的该第一滤光片组配形成一第一光轴。

3.如权利要求2所述的荧光检测装置，其中该多个光源包含选自单色LED、雷射二极管、水银灯和卤素灯泡所组成的族群之一。

4.如权利要求2所述的荧光检测装置，其中该光源模块包含多个第二滤光片，分别与该第一滤光片相对，且该多个第二滤光片位于该检测模块与该加热模块之间。

5.如权利要求4所述的荧光检测装置，其中该多个第一滤光片及该多个第二滤光片包含单带通滤光片。

6.如权利要求4所述的荧光检测装置，其中该多个第一滤光片包含激发滤光片，且该多个第二滤光片包含发射滤光片。

7.如权利要求2所述的荧光检测装置，其中该检测模块包含多个检测器以及多个光学透镜组，其中该多个检测器分别相对于该多个光学透镜组设置，且该检测器与相对的该光学透镜组分别沿该检测通道组配形成一第二光轴。

8.如权利要求7所述的荧光检测装置，其中该检测器包含选自硅光电二极管、光电倍增管、感光耦合元件、互补性金属氧化半导体及雪崩光电二极管所组成的族群之一。

9.如权利要求7所述的荧光检测装置，其中每一该光学透镜组包含至少一会聚透镜邻设于该加热模块，以及至少一成像透镜邻设于相对的该检测器。

10.如权利要求9所述的荧光检测装置，其中每一该光学透镜组包含一发射滤光片，设置于该会聚透镜与该成像透镜之间。

11.如权利要求7所述的荧光检测装置，其中每一该加热载座包含一加热腔、一第一光学透孔以及一第二光学透孔，其中该第一光学透孔与该第二光学透孔通过该加热腔彼此连通，且该第二光学透孔位于所相对的该第二光轴上。

12.如权利要求11所述的荧光检测装置，其中该第一光学透孔的直径范围介于1mm至2.5mm，且该第二光学透孔的直径范围介于2mm至3mm。

13.如权利要求11所述的荧光检测装置，其中于该光源模块配对且对准至相对的该检测通道上的该加热载座时，该第一光轴与相对的该第二光轴分别通过该第一光学透孔与该第二光学透孔于该加热腔内相交。

14.如权利要求11所述的荧光检测装置，其中于该第一光轴与相对的该第二光轴分别通过该第一光学透孔与该第二光学透孔于该加热腔内相交时，该第一光轴是自相对的该第二光轴倾斜一角度，该角度的范围介于2度至12度。

15.如权利要求1所述的荧光检测装置，其中该加热模块还包含一加热器，与该多个加热载座连接。

16.如权利要求15所述的荧光检测装置，其中该加热器包含一热电致冷加热器，用于热循环控制。

17.如权利要求15所述的荧光检测装置，其中该加热模块还包含一散热鳍片，连接至该加热器。

18.如权利要求1所述的荧光检测装置，其中该致动模块包含至少一致动器，其中该致动器包含自由流体或真空压力驱动的旋转致动器，压电致动器，电致动聚合物致动器和电磁电动机所组成的族群之一。

19.如权利要求18所述的荧光检测装置，其中该致动模块包含一可动支撑架，其中该光源模块设置于该可动支撑架上，且连接至该致动器，其中该致动器配驱动该可动支撑架以移动该光源模块选择性地与相对的该检测通道上的该加热载座配对成至少一组合。

20.如权利要求19所述的荧光检测装置，其中该致动模块包含一齿轮模块以及至少一导轨模块，其中该齿轮模块设置且连接于该致动器与该可动支撑架之间，该至少一导轨模块设置且连接于该可动支撑架与该基座之间。

21.如权利要求1所述的荧光检测装置，还包含一可动支撑架，其中该光源模块设置于该可动支撑架上，且连接至该致动模块，其中该致动模块组配驱动该可动支撑架以移动该光源模块选择性地与相对的该检测通道上的该加热载座配对成至少一组合。

22.如权利要求1所述的荧光检测装置，其中该光源模块与相对的该检测通道上的该加热载座配对成的该组合的数量小于该多个检测通道的总数。

23.如权利要求2所述的荧光检测装置，其中该多个光源包含至少两个相邻的光源适于提供相同颜色的光，以及至少两个相邻的光源适于提供相异颜色的光，其中适于提供相同颜色的光的该至少两个相邻的光源设置于邻近该多个光源排列的端处。