CN110967324A - 一种多通道实时荧光检测仪的光学检测装置 - Google Patents

一种多通道实时荧光检测仪的光学检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多通道实时荧光检测仪的光学检测装置。该光学检测装置，包括试样块，试样块上设置有若干个用于放置检测用的试样管的试样孔，每个试样孔对应设置有一个激发光纤和一个发射光纤，激发光纤设置于试样孔的一侧，所述的发射光纤设置在试样孔的另一侧，激发光纤与激发光源连接，每个激发光纤对应连接一个激发光源，发射光纤依次与发射光纤出光模块、微透镜阵列和荧光检测器阵列连接。本发明将激发光纤和发射光纤设置在试样孔的侧面上，无需在试样管上部或底部检测，不影响热盖的设计和避免检测器污染的问题。

Description

一种多通道实时荧光检测仪的光学检测装置
技术领域
本发明涉及荧光检测技术领域，具体涉及一种多通道实时荧光检测仪的光学检测装置。
背景技术
实时荧光检测仪，尤其是实时荧光PCR检测仪是生物检测的主要工具。实时荧光PCR在反应试剂中加入了含荧光基团的DNA探针，在DNA扩增过程中，受激发产生的发射荧光强度随着目标DNA产物的增加而增强。因此实时荧光PCR检测仪通过检测扩增过程中发射荧光的强度，可确定目标DNA的存在与数量。
目前技术中，一部分采用机械扫描装置实现多个通道的检测，但机械结构复杂而且体积较大，扫描速度也有限；一部分采用透镜组成像后用CCD检测，则灵敏度较差且存在通道间干扰，同时由于透镜组的体积和焦距制约，整个检测结构体积也相对较大。
另一方面，目前技术中，一部分采用试样管上部检测的方式，这要求仪器的上盖开口或设置透明窗口，不利于热盖的设计，而热盖主要用于对试样管顶部的加热，从而避免试样在试样管顶部的冷凝，减少试样的蒸发，对检测准确度具有重要意义；一部分采用底板检测的方式，这种方式在试样泄露或操作失误时，极容易导致检测器的污染，而PCR试样管的体积很小，使得这种污染很难清洁，从而影响后续的检测。
发明内容
本发明提供了一种多通道实时荧光检测仪的光学检测装置，本发明激发光纤和发射光纤设置在试样孔的侧面上，因此无需在试样管上部或底部检测，不影响热盖的设计和避免检测器污染的问题；通过优化激发光纤和发射光纤的夹角，并在发射光纤前设置凸透镜，可尽可能多地采集发射荧光和减少激发光进入检测器中，有助于提高检测灵敏度。
本发明的目的是提出了一种多通道实时荧光检测仪的光学检测装置，包括试样块，所述的试样块上设置有若干个用于放置检测用的试样管的试样孔，每个试样孔对应设置有一个激发光纤和一个发射光纤，所述的激发光纤设置于试样孔的一侧，所述的发射光纤设置在试样孔的另一侧，所述的激发光纤和发射光纤设置在同一水平面，所述的激发光纤和发射光纤的夹角a满足60°≤a≤120°，所述的激发光纤与用于提供检测输出光的激发光源连接，每个激发光纤对应连接一个激发光源，所述的发射光纤依次与发射光纤出光模块、微透镜阵列和荧光检测器阵列连接，所述的发射光纤出光模块上的光纤排布与微透镜阵列上的微透镜排布以及荧光检测器阵列上的检测器排布一一对应，所述的激发光源所发出的激发光进入试样孔中，试样孔中的试样管内样品受激后产生的发射光经发射光纤传输至发射光纤出光模块，经微透镜阵列后进入荧光检测器阵列，完成样品的光学检测过程。
本发明每个试样孔都具有独立的激发光源和激发光纤，可确保足够高的激发光强度，并且每个通道的激发光都可以单独得到校准，避免不同通道之间激发光的差异；各个试样孔中产生的发射荧光信号通过发射光纤传输，经发射光纤出光模块和微透镜阵列后，进入荧光检测器阵列中，实现所有试样孔的同时检测，无需机械扫描装置；微透镜阵列具有更小的体积和更短的焦距，通过微透镜阵列和荧光检测器阵列的组合，缩小了检测装置的体积；每个通道的发射荧光在发射光纤出光模块相应孔位出来后，经微透镜阵列上对应的微透镜折射后，聚焦在荧光检测器阵列上对应的荧光检测器上，提高了检测灵敏度，也避免了通道之间的干扰。
优选地，所述的激发光源和激发光纤之间设置有将激发光源所发出的光聚焦到激发光纤上的第一凸透镜，所述的激发光源和激发光纤之间还设置有滤除多余波长的激发光的激发滤光片，激发滤光片设置于激发光源和第一凸透镜之间。进一步优选，激发光源为发光二极管。
每个激发光源上设置凸透镜，将激发光源发出的光聚焦到激发光纤上，具有更高的光源利用率，获得更高的激发光强度；每个激发光源上设置激发滤光片，仅允许所需的特定波长的激发光通过，进一步减少杂散光对检测器的影响；而LED光源具有较低的成本，很长的寿命，较小的体积，较低的功耗和简单的驱动电路。
优选地，所述的微透镜阵列与荧光检测器阵列之间还设置有发射滤光片。
所述的发射光纤出光模块上的光纤排布与微透镜阵列上的微透镜排布以及荧光检测器阵列上的检测器排布一一对应。
优选地，所述的试样孔与发射光纤之间还设置有第二凸透镜。
优选地，所述的荧光检测器阵列为光电二级管阵列。
进一步优选，所述的光电二级管阵列为雪崩光电二级管阵列或硅光电倍增管阵列。所述的发射光纤出光模块与微透镜阵列紧密贴合安装。发射光纤出光模块与微透镜阵列紧密贴合安装，可进一步避免通道之间荧光信号的相互干扰；微透镜阵列与荧光检测器阵列之间设置发射滤光片，仅允许特定荧光波长的光进入检测器，减少杂散光的干扰，有助于提高检测灵敏度；光电二极管，尤其是雪崩光电二级管阵列或硅光电倍增管阵列具有更高的光电响应，相对于CCD(电荷耦合器件)或CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor互补金属氧化物半导体)具有更好的检测灵敏度。
优选地，所述的激发光纤和发射光纤的夹角a为90°。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：激发光纤和发射光纤设置在试样孔的侧面上，因此无需在试样管上部或底部检测，不影响热盖的设计和避免检测器污染的问题；通过优化激发光纤和发射光纤的夹角，并在发射光纤前设置凸透镜，可尽可能多地采集发射荧光和减少激发光进入检测器中，有助于提交检测灵敏度。
附图说明
图1为本发明一种多通道实时荧光检测仪的光学检测装置的原理示意图；
图2为实施例1中试样块组件的剖视图；
图3为实施例1中激发光源组件的剖视图；
图4为实施例1中检测器等组件的结构示意图；
附图标记说明：1、激发光源；11、第一凸透镜；12、激发滤光片；2、激发光纤；3、试样块；31、试样孔；32、第二凸透镜；4、发射光纤；5、发射光纤出光模块；6、微透镜阵列；7、荧光检测器阵列；8、发射滤光片。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。除特别说明，本发明使用的设备和试剂为本技术领域常规市购产品。
实施例1
如图1～4，一种多通道实时荧光检测仪的光学检测装置，包括激发光源1、激发光纤2、试样块3、发射光纤4、发射光纤出光模块5、微透镜阵列6、发射滤光片8和荧光检测器阵列7；试样块3上设置有多个试样孔31，每个试样孔31设置有用于放置检测用的试样管。
每个试样孔31上设置有一个激发光纤2和一个发射光纤4，在本实施例中，激发光纤2和发射光纤4都设置在试样孔31的侧面上，避免在试样管的上部或底部检测，不影响热盖的设计，避免检测器污染的问题；激发光纤2和发射光纤4设置在同一水平面上，激发光纤2和发射光纤4的夹角a满足60°≤a≤120°，在本实施例中，激发光纤2和发射光纤4的夹角a优选90°，同时在发射光纤4前设置第二凸透镜32，从而使发射光纤4可以收集尽可能多的发射荧光，同时尽可能地减少激发光进入到发射光纤4中。
激发光纤2和激发光源1相连，每个激发光纤2与一个激发光源1相连接；在本实施例中，激发光源优选为发光二极管(LED)，LED光源可以发射特定波长的光，且具有较低的成本，较小的体积、较长的使用寿命、较低的功耗和简单的驱动电路；在每个激发光源1和激发光纤2之间，还设置有第一凸透镜11，第一凸透镜11可将激发光源1所发出的光聚焦到激发光纤2上；在每个激发光源1和激发光纤2之间，还设置有激发滤光片12，可以进一步滤除多余波长的激发光，激发滤光片12设置于激发光源1和第一凸透镜11之间。
多个通道的发射光纤4汇聚连接到发射光纤出光模块5上，微透镜阵列6、发射滤光片8和荧光检测器阵列7依次设置在发射光纤出光模块5的另一侧。发射光纤出光模块5上的光纤排布与微透镜阵列6上的微透镜排布以及荧光检测器阵列7上的检测器排布一一对应，每个发射光纤4采集到的发射荧光从发射光纤出光模块5上的相应光纤孔出来后，经过微透镜阵列6上对应的微透镜折射，聚焦到对应荧光检测器阵列7对应的检测器单元上，一方面可以使发射荧光聚集在检测器单元有效检测区域上，提高了荧光检测灵敏度，另一方面可以减少发射荧光的发散，减少不同通道之间的相互干扰。
在本实施例中，微透镜阵列6与发射光纤出光模块5紧密贴合安装，进一步减少不同通道之间的相互干扰。在微透镜阵列6和荧光检测器阵列7之间还设置发射滤光片8，仅允许发射荧光相应波长的光通过，从而过滤掉激发光和环境光等杂散光。在本实施例中，发射光纤出光模块5上的光纤孔、微透镜阵列6上的微透镜单元和荧光检测器阵列7上检测器子单元优选呈矩阵排布，作为代替方案，本领域技术人员可根据实际需要采用线阵排布、圆形排布或多边形排布等多种排布方式。
荧光检测器阵列7选用光电二极管阵列，在本实施例中荧光检测器阵列7优选为雪崩光电二极管阵列或硅光电倍增管阵列。雪崩光电二极管和硅光电倍增管都具有较高的光电灵敏度，能以较高精度测量发射荧光的强度。然而，作为代替方案，CCD或CMOS也可作为荧光检测器阵列7，用于荧光的检测。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种多通道实时荧光检测仪的光学检测装置，其特征在于，包括试样块，所述的试样块上设置有若干个用于放置检测用的试样管的试样孔，每个试样孔对应设置有一个激发光纤和一个发射光纤，所述的激发光纤设置于试样孔的一侧，所述的发射光纤设置在试样孔的另一侧，所述的激发光纤和发射光纤设置在同一水平面，所述的激发光纤和发射光纤的夹角a满足60°≤a≤120°，所述的激发光纤与用于提供检测输出光的激发光源连接，每个激发光纤对应连接一个激发光源，所述的发射光纤依次与发射光纤出光模块、微透镜阵列和荧光检测器阵列连接，所述的发射光纤出光模块上的光纤排布与微透镜阵列上的微透镜排布以及荧光检测器阵列上的检测器排布一一对应，所述的激发光源所发出的激发光进入试样孔中，试样孔中的试样管内样品受激后产生的发射光经发射光纤传输至发射光纤出光模块，经微透镜阵列后进入荧光检测器阵列，完成样品的光学检测过程。
2.根据权利要求1所述的多通道实时荧光检测仪的光学检测装置，其特征在于，所述的激发光源和激发光纤之间设置有将激发光源所发出的光聚焦到激发光纤上的第一凸透镜，所述的激发光源和激发光纤之间还设置有滤除多余波长的激发光的激发滤光片。
3.根据权利要求1所述的多通道实时荧光检测仪的光学检测装置，其特征在于，所述的微透镜阵列与荧光检测器阵列之间还设置有发射滤光片。
4.根据权利要求1或2所述的多通道实时荧光检测仪的光学检测装置，其特征在于，所述的试样孔与发射光纤之间还设置有第二凸透镜。
5.根据权利要求1所述的多通道实时荧光检测仪的光学检测装置，其特征在于，所述的荧光检测器阵列为光电二级管阵列。
6.根据权利要求5所述的多通道实时荧光检测仪的光学检测装置，其特征在于，所述的光电二级管阵列为雪崩光电二级管阵列或硅光电倍增管阵列。
7.根据权利要求1所述的多通道实时荧光检测仪的光学检测装置，其特征在于，所述的激发光纤和发射光纤的夹角a为90°。
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Applicant after: Institute of testing and analysis, Guangdong Academy of Sciences (Guangzhou analysis and testing center, China)

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