CN111487783A - 一种基于激光合束的pcr光路系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于激光合束的PCR光路系统，包括激发光路及检测光路，所述激发光路中设有激发光源、连接光纤、光棒、激光扩束系统、二向色镜以及准直透镜，所述激发光源发射的激光与所述连接光纤耦合，所述激发光源发射的激光在经过连接光纤耦合后，射入所述光棒内，经过光棒后再通过所述激光扩束系统进行扩束，经过扩束的激光在透过二向色镜及准直透镜后，射向多孔板；装载于所述多孔板中的荧光样本在被激光激发后发出荧光，发出的荧光经过所述二向色镜反射后，通过荧光相机进行采集，所述荧光的采集路径构成所述检测光路。本发明结构简单，并能够获得矩形覆盖面的激光，使得激光能够完全覆盖多孔板，同时又可避免使用大功率的光源，节约成本。

Description

一种基于激光合束的PCR光路系统
技术领域
本发明涉及一种核酸扩增技术，特别涉及一种基于激光合束的PCR光路系统。
背景技术
目前传统的PCR光路大多使用卤钨灯光源或者LED光源，这种光源的波长都是宽光谱，需要加激发滤光片来得到需要的激发光。目前的PCR光路大多是光纤结构或者投射大光斑的方式。投射大光斑的方式是将整个样本的试剂管都放在大光斑下进行荧光激发，不需要扫描，但这种方式对光源的功率要求较高，需要大功率的光源才能实现。
发明内容
为了解决上述现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种基于激光合束的PCR光路系统，该PCR光路系统结构简单，并能够获得矩形覆盖面的激光，使得激光能够完全覆盖多孔板，同时又可避免使用大功率的光源，节约成本。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种基于激光合束的PCR光路系统，包括激发光路及检测光路，所述激发光路中设有激发光源、连接光纤、光棒、激光扩束系统、二向色镜以及准直透镜，所述激发光源发射的激光与所述连接光纤耦合，所述激发光源发射的激光在经过连接光纤耦合后，射入所述光棒内，经过光棒后再通过所述激光扩束系统进行扩束，经过扩束的激光在透过二向色镜及准直透镜后，射向多孔板；装载于所述多孔板中的荧光样本在被激光激发后发出荧光，发出的荧光经过所述二向色镜反射后，通过荧光相机进行采集，所述荧光的采集路径构成所述检测光路。
可选的，所述光棒为长方体形状，并且在所述光棒的端面中，端面的长宽比与所述多孔板的长宽比一致。
可选的，所述激发光源包括多组激光二极管，激光二极管的组数与PCR检测仪的通道数一致，多组所述激光二极管发射的激光的波长依次递增或递减；
在多组所述激光二极管中，同组的激光二极管的数量均为n，其中，20≥n≥1，位于同组的激光二极管发射的激光波长相同。
可选的，所述激光二极管包括激光二极管本体以及外壳，所述外壳内还安装有非球面透镜及光纤插芯，所述激光二极管本体发出的激光通过非球面透镜后，与所述光纤插芯耦合。
可选的，所述连接光纤包括多个单芯光纤，多个所述单芯光纤的一端分别与所述激光二极管中的光纤插芯连接，多个所述单芯光纤的另一端合束为一根多芯光纤。
可选的，所述激光扩束系统包括第一扩束透镜以及第二扩束透镜，所述第一扩束透镜与第二扩束透镜同轴分布，并且所述第一扩束透镜和第二扩束透镜的轴线与所述光棒的轴线重合。
可选的，所述激光扩束系统与所述二向色镜之间还设有反射镜，所述反射镜与所述激光扩束系统的轴线之间的夹角为45°。
可选的，所述二向色镜倾斜设置，并且所述二向色镜与所述反射镜垂直。
可选的，在所述检测光路中，所述二向色镜与荧光相机之间还设有滤光片。
采用上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、本发明能够将激发光源发射的激光导入光棒，形成矩形光斑，并通过激光扩束系统对矩形光斑进行扩束，从而使得扩束后的激光光斑完整的覆盖多孔板，与此同时，摒弃了传统技术中需要使用大功率光源来满足投射大光斑的需求，节约了成本；
2、在本发明中，使用了激光二极管作为光源，激光二极管的光强度高、波长宽度窄，其波长宽度只有几纳米，不需要加激发滤光片，简化了激发光源的结构，降低成本；
3、本发明采用多组激光二极管，能够满足PCR检测仪的多通道需求。
附图说明
图1是本发明的光路系统结构示意图；
图2是本发明的激光二极管的结构示意图；
图3是本发明的激光二极管本体的结构示意图；
图4是本发明的激光耦合示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
如图1所示，本发明公开了一种基于激光合束的PCR光路系统，其包括激发光路及检测光路，其中，激发光路中设有激发光源、连接光纤、光棒1、激光扩束系统、二向色镜2以及准直透镜3，激发光源发射的激光与连接光纤耦合。在使用时，激发光源发射的激光在经过连接光纤耦合后，射入光棒1内，经过光棒1后再通过激光扩束系统进行扩束，经过扩束的激光在透过二向色镜2及准直透镜3后，射向多孔板4，装载于多孔板4中的荧光样本在被激光激发后发出荧光，发出的荧光经过二向色镜2反射后，通过荧光相机12进行采集，荧光的采集路径构成上述的检测光路。
具体的，在本发明中，光棒1为实心的长方体形状，其材质为H-K9L玻璃。当激光被导入光棒1内后，激光在光棒1内得到匀化，并且在光棒1的端面中，端面的长宽比与多孔板4的长宽比一致。在本发明中，多孔板4可采用96孔板。
在本发明中，如图4所示，激发光源包括多组激光二极管5，单个激光二极管的光功率大于100mW，因此，激光的波长范围变窄，在激发光源中，无需再安装滤光片，简化了激发光源系统的结构，节约成本。激光二极管5的组数与PCR检测仪的通道数一致，也就是说，PCR检测仪的通道数直接决定着激光二极管的组数。例如在本发明的一个实施例中，PCR检测仪为5通道，则激发光源就设置5组激光二极管。另外，在5组激光二极管中，同组的激光二极管的数量均为n，其中，20≥n≥1，位于同组的激光二极管发射的激光波长相同，而5组激光二极管发射的激光的波长依次递增或递减。
激光二极管5的具体结构如图2和3所示，激光二极管5包括激光二极管本体501以及外壳502，外壳502内安装有非球面透镜503及光纤插芯504，光纤插芯504采用氧化锆材料制成，激光二极管本体501发射的激光的光轴与非球面透镜503及光纤插芯504的轴线重合，使得激光二极管本体501发出的激光通过非球面透镜503后，与光纤插芯504耦合。
在本发明中，如图4所示，连接光纤包括多个单芯光纤6，多个单芯光纤6的一端分别与激光二极管5中的光纤插芯504连接，多个单芯光纤6的另一端合束为一根多芯光纤7。具体的，单芯光纤6可采用多模光纤，其芯径为105～600μm，单芯光纤6的数量与激光二极管5的数量一致，也就是说，一根单芯光纤6对应一个激光二极管5，而多芯光纤7的芯数与单芯光纤6的数量一致，多芯光纤7的端面做成SMA905接头，多芯光纤7的数值孔径范围为0.22～0.26。
在本发明中，如图1所示，激光扩束系统包括第一扩束透镜8以及第二扩束透镜9，第一扩束透镜8与第二扩束透镜9同轴分布，并且第一扩束透镜8和第二扩束透镜9的轴线与光棒的轴线重合，激光扩束系统与二向色镜2之间还设有反射镜10，反射镜10与激光扩束系统的轴线之间的夹角为45°，二向色镜2倾斜设置，并且二向色镜2与反射镜10垂直。
在本发明的检测光路中，二向色镜2与荧光相机12之间还设有滤光片11，滤光片11能够过屏蔽激光，只允许荧光通过。
本发明在工作时，激光二极管5在发出激发光后，与光纤插芯504耦合，光纤插芯504将耦合的激光传输至SMA905接头，激光再从SMA905接头中射出，进入光棒1，激光在光棒1内得到匀光后，再通过第一扩束透镜8和第二扩束透镜9进行扩束，使激光的光斑能够完整的覆盖96孔板，经过扩束的激光通过反射镜10的反射后，再透过二向色镜2以及准直透镜3，射入96孔板中，从而激发96孔板中的荧光样本发出荧光。激光在经过准直透镜3以后，激光光束变为垂直向下入射，入射到96孔板中，96孔板装载有96个试剂管，每个试剂管里装有荧光样本，由于入射到96个试剂管里的激发光都是垂直入射，不存在角度偏转，所以入射在96个试剂管里的激发光的强度一致，均匀性好，避免了激发光强度不一致对荧光强度的影响，荧光样本在被激发出荧光后，荧光向上经过二向色镜后，向右反射经过滤光片，最后荧光被荧光相机12采集到。
在本发明中，由于二向色镜2和滤光片11的规格和相应波长的激光二极管5相对应，因此，可将二向色镜2和滤光片11成组设置，构成了滤光片切换装置，5组滤光切换装置安装在一个转盘上，该转盘通过电机驱动转动。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本发明的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。

Claims (9)

1.一种基于激光合束的PCR光路系统，其特征在于，包括激发光路及检测光路，所述激发光路中设有激发光源、连接光纤、光棒、激光扩束系统、二向色镜以及准直透镜，所述激发光源发射的激光与所述连接光纤耦合，所述激发光源发射的激光在经过连接光纤耦合后，射入所述光棒内，经过光棒后再通过所述激光扩束系统进行扩束，经过扩束的激光在透过二向色镜及准直透镜后，射向多孔板；装载于所述多孔板中的荧光样本在被激光激发后发出荧光，发出的荧光经过所述二向色镜反射后，通过荧光相机进行采集，所述荧光的采集路径构成所述检测光路。
2.根据权利要求1所述的基于激光合束的PCR光路系统，其特征在于，所述光棒为长方体形状，并且在所述光棒的端面中，端面的长宽比与所述多孔板的长宽比一致。
3.根据权利要求2所述的基于激光合束的PCR光路系统，其特征在于，所述激发光源包括多组激光二极管，激光二极管的组数与PCR检测仪的通道数一致，多组所述激光二极管发射的激光的波长依次递增或递减；
在多组所述激光二极管中，同组的激光二极管的数量均为n，其中，20≥n≥1，位于同组的激光二极管发射的激光波长相同。
4.根据权利要求3所述的基于激光合束的PCR光路系统，其特征在于，所述激光二极管包括激光二极管本体以及外壳，所述外壳内还安装有非球面透镜及光纤插芯，所述激光二极管本体发出的激光通过非球面透镜后，与所述光纤插芯耦合。
5.根据权利要求4所述的基于激光合束的PCR光路系统，其特征在于，所述连接光纤包括多个单芯光纤，多个所述单芯光纤的一端分别与所述激光二极管中的光纤插芯连接，多个所述单芯光纤的另一端合束为一根多芯光纤。
6.根据权利要求1所述的基于激光合束的PCR光路系统，其特征在于，所述激光扩束系统包括第一扩束透镜以及第二扩束透镜，所述第一扩束透镜与第二扩束透镜同轴分布，并且所述第一扩束透镜和第二扩束透镜的轴线与所述光棒的轴线重合。
7.根据权利要求1所述的基于激光合束的PCR光路系统，其特征在于，所述激光扩束系统与所述二向色镜之间还设有反射镜，所述反射镜与所述激光扩束系统的轴线之间的夹角为45°。
8.根据权利要求7所述的基于激光合束的PCR光路系统，其特征在于，所述二向色镜倾斜设置，并且所述二向色镜与所述反射镜垂直。
9.根据权利要求8所述的基于激光合束的PCR光路系统，其特征在于，在所述检测光路中，所述二向色镜与荧光相机之间还设有滤光片。
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