CN111551531A - 一种荧光激发系统及实时荧光定量pcr仪 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供一种荧光激发系统及实时荧光定量PCR仪，荧光激发系统包括至少两个激发光单模组，激发光单模组用于输出预设波段的激发光，至少两个激发光单模组输出的激发光汇聚于样品检测台，样品检测台用于放置待检测样品。采用多路单独的激发光单模组，将各路激发光汇聚于样品检测台，用于激发荧光。当需要提高某个波段光谱能量时，只需要提高该波段光谱对应的激发光单模组中的发光源的强度即可；如果多个激发光单模组中的一个或多个发生损坏，将发生损坏的激发光单模组替换掉即可，不影响整体实时荧光定量PCR仪的使用。另外，本申请提供的荧光激发系统，可以灵活组合使用，随时可以更换一个或多个激发光单模组，满足对不同波段激发光的需求。

Description

一种荧光激发系统及实时荧光定量PCR仪
技术领域
本申请涉及光学系统技术领域，尤其涉及一种荧光激发系统及实时荧光定量PCR仪。
背景技术
实时荧光定量PCR(Quantitative Real-time PCR)是一种在DNA扩增反应中，以荧光性化学物质检测每次聚合酶链式反应(PCR)循环后产物总量的方法。实时荧光定量PCR仪是通过光学系统来检测PCR样品的荧光信号强度，从而对PCR样品中的特定DNA序列进行定量分析的仪器。实时荧光定量PCR仪的光学系统，主要包括用于产生激发光的荧光激发系统和用于接收荧光的荧光检测系统。
由于PCR样品的特点及检测方法的要求，通常使用滤光片从宽光谱中筛选出所需要的波段，然后再通过光学设计将一路或者多路光束整合汇聚到一处，聚焦到样品检测台，进行荧光的激发。现有的荧光激发系统，采用连续光源作为激发光光源(如钨灯或氙灯)，以及与连续光源配合的滤光片切换转动机构，所述滤光片切换转动机构包括圆周分布于所述转动面上的多个滤波片，通过转动所述转动面，调整所述滤波片的位置，将不同的带通滤光片旋转到光路中来选择不同波段激发光，实现从宽光谱中筛选出所需要的波段。
但是，现有的荧光激发系统，当需要提高某个波段光谱能量时，只能通过提升整体连续光源光强度的方式来实现，这样就伴随着很大的能量浪费，还会产生很大的热量；另外，如果滤光片切换转动机构因为老化失效或运输过程中被损坏，整个实时荧光定量PCR仪将无法正常工作。
发明内容
为解决现有技术中，当需要提高某个波段光谱能量时，只能通过提升整体连续光源光强度的方式来实现，这样就伴随着很大的能量浪费，还会产生很大的热量；另外，如果滤光片切换转动机构因为老化失效或运输过程中被损坏，整个实时荧光定量PCR仪将无法正常工作的问题。
第一方面，本申请提供一种荧光激发系统，应用于实时荧光定量PCR仪，所述荧光激发系统包括至少两个激发光单模组，所述激发光单模组用于输出预设波段的激发光，所述至少两个激发光单模组输出的激发光汇聚于样品检测台，所述样品检测台用于放置待检测样品。
优选的，所述激发光单模组包括发光源、聚光组件及滤光片；所述聚光组件位于所述发光源与所述滤光片之间；所述聚光组件用于将所述发光源发出的光线汇聚于所述滤光片上的一点。
优选的，所述发光源为LED光源。
优选的，所述聚光组件包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜的和所述第二透镜的凸起方向均朝向所述滤光片方向，所述第三透镜的凸起方向与所述第一透镜的凸起方向相反，所述第二透镜位于所述第一透镜和所述第三透镜之间，所述第一透镜位于所述第二透镜和所述发光源之间，所述第三透镜位于所述第二透镜和所述滤光片之间。
优选的，还包括导光组件，所述导光组件位于所述激发光单模组出口与所述样品检测台之间，所述导光组件用于将所述至少两个激发光单模组发出的激发光强度均匀化。
优选的，还包括安装组件，所述安装组件包括至少两个安装孔；所述至少两个安装孔所在平面的垂直中心线汇聚于所述样品检测台；所述激发光单模组包括与所述安装孔配合的安装接头。
优选的，所述安装接头与所述安装孔螺纹连接。
优选的，所述至少两个激发光单模组用于输出不同波段的激发光。
优选的，包括至少六个所述激发光单模组。
第二方面，本申请还提供一种实时荧光定量PCR仪，包括第一方面中任一所述的荧光激发系统。
与现有的荧光激发系统相比，本申请提供的荧光激发系统及实时荧光定量PCR仪，采用多路单独的激发光单模组，将各路激发光汇聚于样品检测台，用于激发荧光。当需要提高某个波段光谱能量时，只需要提高该波段光谱对应的激发光单模组中的发光源的强度即可；如果多个激发光单模组中的一个或多个发生损坏，直接将发生损坏的激发光单模组替换掉即可，不影响整体实时荧光定量PCR仪的使用。另外，本申请实施例提供的荧光激发系统，可以灵活组合使用，随时可以更换一个或多个激发光单模组，满足对不同波段激发光的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种荧光激发系统的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的激发光单模组的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的激发光单模组的内部结构示意图；
图4为本申请实施例提供的又一种荧光激发系统的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的安装组件的结构示意图。
附图标记说明
1-激发光单模组,11-发光源，12-聚光组件，13-滤光片，14-安装接头，2-导光组件，3-安装组件，31-安装孔，121-第一透镜，122-第二透镜，123-第三透镜。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有技术中，采用一个连续光源和滤光片切换转动机构配合的方式，从宽光谱中筛选出所需要的波段，然后再通过光学设计将一路或者多路光束整合汇聚到样品检测台，进行荧光的激发。但是，现有技术提供的实现方式，当需要提高某个波段光谱能量时，只能通过提升整体连续光源光强度的方式来实现，这样就伴随着很大的能量浪费，还会产生很大的热量；另外，如果滤光片切换转动机构因为老化失效或运输过程中被损坏，整个实时荧光定量PCR仪将无法正常工作。
为解决上述技术问题，如图1所示，本申请实施例提供一种荧光激发系统，应用于实时荧光定量PCR仪，该荧光激发系统包括至少两个激发光单模组1，所述激发光单模组1用于输出预设波段的激发光，所述至少两个激发光单模组1输出的激发光汇聚于样品检测台，所述样品检测台用于放置待检测样品。
本申请实施例提供的荧光激发系统安装于所述实时荧光定量PCR仪的预设位置，本申请实施例提供的荧光激发系统包括多个独立的激发光单模组1，激发光单模组1可以用于输出某一特定波段的激发光，不同的激发光单模组1可以用于输出相同波段的激发光，不同的激发光单模组1也可以用于输出不同波段的激发光，本申请对此不进行限定。在一个例子中，荧光激发系统包括六个激发光单模组，分别为第一激发光单模组、第二激发光单模组、第三激发光单模组、第四激发光单模组、第五激发光单模组和第六激发光单模组，其中，第一激发光单模组用于输出400-410nm波段的激发光，第二激发光单模组用于输出500-510nm波段的激发光，第三激发光单模组用于输出525-530nm波段的激发光，第四激发光单模组用于输出490-500nm波段的激发光，第五激发光单模组用于输出540-550nm波段的激发光，第六激发光单模组用于输出460-485nm波段的激发光。在另一个例子中，荧光激发系统包括六个激发光单模组，分别为第一激发光单模组、第二激发光单模组、第三激发光单模组、第四激发光单模组、第五激发光单模组和第六激发光单模组，其中，第一激发光单模组用于输出400-410nm波段的激发光，第二激发光单模组用于输出400-410nm波段的激发光，第三激发光单模组用于输出525-530nm波段的激发光，第四激发光单模组用于输出490-500nm波段的激发光，第五激发光单模组用于输出540-550nm波段的激发光，第六激发光单模组用于输出460-485nm波段的激发光。
需要说明的是，本申请对每个荧光激发系统配置的激发光单模组1的数量不进行限定，在使用时，按照光学设计要求及光谱范围的要求，在多个激发光单模组中选择合适波段的激发光单模组，然后，将选择好的多个激发光单模组1进行空间组合，安装于实时荧光定量PCR仪的预设位置。安装后，每个激发光单模组1输出的激发光都汇聚于样品检测台，用于激发荧光。
相比于现有技术，本申请实施例提供的荧光激发系统，采用多路单独的激发光单模组1，将各路激发光汇聚于样品检测台，用于激发荧光。当需要提高某个波段光谱能量时，只需要提高该波段光谱对应的激发光单模组1中的发光源11的强度即可；如果多个激发光单模组1中的一个或多个发生损坏，直接将发生损坏的激发光单模组1替换掉即可，不影响整体实时荧光定量PCR仪的使用。另外，本申请实施例提供的荧光激发系统，可以灵活组合使用，随时可以更换一个或多个激发光单模组1，满足对不同波段激发光的需求。
下面详细介绍单个激发光单模组1的结构。图2示出了本申请实施例提供的激发光单模组1的结构示意图。图3示出了本申请实施例提供的激发光单模组1的内部结构示意图。
如图2和图3所示，所述激发光单模组1包括发光源11、聚光组件12及滤光片13；所述聚光组件12位于所述发光源11与所述滤光片13之间；所述聚光组件12用于将所述发光源11发出的光线汇聚于所述滤光片13上的一点。
发光源11可以采用LED光源，进一步地，不同所述激发光单模组1的发光源11可以采用具有不同波段的LED光源。例如，LED光源可以采用发红光的红色LED光源，发绿光的绿色LED光源或者发蓝光的蓝色LED光源等，本申请对此不进行限定。需要说明的是，不同颜色的LED光源对应的光谱范围较大，因此，为了得到更精确的光谱范围，在每个激发光单模组1的出口处安装有一个滤波片13，通过使用具有较宽波长范围的LED光源与具有较窄波长范围的滤波片13组合，得到波段更加精确的激发光。在一个例子中，激发光单模组1的发光源11为发绿光的绿色LED光源，其中绿色LED光源的波长范围为495～530nm，对应该激发光单模组1的滤波片13的滤波范围可以为495～500nm，500～505nm，505～510nm，510～515nm，515～520nm，520～525nm，525～530nm，496nm，505nm，508nm，512nm，518nm，523nm或528nm，也就是说，同一激发光单模组1中滤波片13的滤波范围或滤波值应在对应的LED光源的波长范围内。
在一具体实施例中，荧光激发系统包括八个激发光单模组，其中，八个激发光单模组的LED光源可以分别对应多种不同波段的LED光源，例如，其中，四个激发光单模组的LED光源均采用发红光的红色LED光源，另外四个激发光单模组的LED光源均采用发蓝光的蓝色LED光源，为了实现最终从八个激发光单模组输出不同波段的激发光，可以调整激发光单模组中滤光片13的滤波范围。也就是说，本申请实施例中的多个激发光单模组，可以采用相同波段的LED光源，实现输出不同波段的激发光，也可以采用不同波段的LED光源，实现输出不同波段的激发光。
发光源11发出的光线一般都是发散的，因此需要在发光源11与滤光片13之间设置聚光组件12，聚光组件12可以将发散的发光源11汇聚于滤光片13上的一点，从而增加输出的激发光强度。另外，将发光源11射出的光束汇聚于滤光片13上的一点，并且将滤光片13设置在激发光单模组1出口位置，可以保证滤光片13用很小的尺寸就能够满足设计要求，从而减少了购买大面积滤光片13的经济成本。
聚光组件12可以选用3-4个透镜组合，在一优选组合方式中，如图3所示，所述聚光组件12包括第一透镜121、第二透镜122和第三透镜123，所述第一透镜121和所述第二透镜122的凸起方向均朝向所述滤光片13方向，所述第三透镜123的凸起方向与所述第一透镜121的凸起方向相反，所述第二透镜122位于所述第一透镜121和所述第三透镜123之间，所述第一透镜121位于所述第二透镜122和所述发光源11之间，所述第三透镜123位于所述第二透镜122和所述滤光片13之间。
其中，第一透镜121、第二透镜122、第三透镜123，以上三个透镜的光心在同一条直线上，各透镜之间的距离按照光学设计后，使位于激发光单模组1一端的发光源11的发散光线能够汇聚到所述激发光单模组1出口端的滤光片13上的一点。
选用3-4个透镜组合，既能够保证将发光源11的光线汇聚于所述激发光单模组1的出口端，又能够保证发光源11在传播过程中的光损失在较小的范围内。
聚光组件12不限于以上列举的组合方式，也不限于选用多个透镜组合方式，例如，聚光组件12还可以选用光子筛、菲尼尔波带片等光学元件，本申请对此不进行限定。
还需要说明的是，激发光单模组1还包括用于固定发光源11、聚光组件12和滤光片13的辅助结构。例如，辅助结构可以为一个两端具有开口的镜筒结构，镜筒结构的其中一端开口为入口，另一端开口为出口，其中，优选的，镜筒结构出口的直径小于镜筒结构入口的直径。聚光组件12按照预设位置固定于镜筒结构内，聚光组件12中所有透镜与开口径向平行放置，在镜筒的出口处安装所述滤光片13，在镜筒入口处安装发光源11，其中，发光源11可以单独固定在一个安装件上，然后将固定有发光源11的安装件与镜筒入口连接，例如，固定有发光源11的安装件可以与所述镜筒入口处插入式可拆卸连接。
在一具体实施例中，如图4所示，所述荧光激发系统，还包括导光组件2，所述导光组件2位于所述激发光单模组1出口与所述样品检测台之间，所述导光组件2用于将所述至少两个激发光单模组1发出的激发光强度均匀化后，导入所述样品检测台。
导光组件2可以将多个激发光单模组的激发光进行传递和均匀化，最终在导光组件2的出射端面得到需要的光谱波段的均匀光强分布。导光组件2可以采用包括匀光膜或匀光柱的结构，本申请对此不进行限定。
在一具体实施例中，荧光激发系统还包括安装组件3，所述安装组件3包括至少两个安装孔31；所述至少两个安装孔31所在平面的垂直中心线汇聚于所述样品检测台；所述激发光单模组1包括与所述安装孔31配合的安装接头14。
在满足光学设计要求及光谱范围的要求的情况下，就可以将设计好的多个激发光单模组1进行空间内的组合。如图5所示，按照需求，可以设计一个用于固定激发光单模组1的安装组件3。安装组件3可以具有多个切面，每个切面上对应设有一个安装孔31。每个切面的位置与角度的设计满足：将激发光单模组1安装于安装组件3后，不同方向的激发光单模组1输出的激发光都汇聚于样品检测台。
激发光单模组1上包括与安装孔31对接的安装接头14，本申请对激发光单模组1与安装孔31的连接方式不进行限定。例如，安装孔31内设有内螺纹，激发光单模组1的入口端设有与所述内螺纹配合的外螺纹，激发光单模组1可以与安装组件3螺纹连接。又例如，安装孔31上设有卡件，激发光单模组1的入口端设有与所述卡件配合的卡槽，激发光单模组1可以与安装组件3通过卡件和卡槽卡合连接。
本申请实施例对安装孔31的数量不进行限定，本申请在一个安装组件3上至少可以排布六个安装孔31，即至少可以排布六个激发光通道，并且能够保证每个通道的激发光的波段的精准度和激发光的强度。而现有技术中的荧光激发系统很难做到具有六个激发光通道，还能够保证每个通道的激发光的波段的精准度和激发光的强度。因为现有技术中，采用的连续光源和滤光片切换转动机构配合的方式，由于高性能干涉滤光片的价格通常都比较昂贵，滤光片的尺寸不适宜做的很大，因此就需要一套复杂的光学系统来实现小光斑的汇聚，把连续光源的光通过光学系统汇聚到较小的滤光片上并通过，以实现波段选择的功能。但是由于对激发光的强度有一定的要求，通常都会选择大功率钨灯或者大功率氙灯，然而通常大功率钨灯或者大功率氙灯的口径会比较大，因此需要的光学汇聚系统的尺寸和口径也会相应的比较大。但是，将大口径的光收集聚焦到一定范围，对光学设计的要求比较高，如果设计不当，就会引入较高的像差，造成照明光斑不均匀，不同位置的激发光强度不一致，出现激发的荧光强度也不一致的问题。
在具体使用时，可以按照激发光的光谱需求，选取好对应波段的激发光单模组1组合后，将各个激发光单模组1安装于安装组件3设计好的安装孔31位置即可，不再需要复杂的定位，能够确保结构的稳定性，以及每次提供的激发光的精度。
需要说明的是，安装于安装组件3上的多个激发光单模组1，可以是用于输出相同波段的激发光，也可以是用于输出不同波段的激发光，本申请对此不进行限定。
还需要说明的是，荧光激发系统中，激发光单模组1的数量可以与安装组件3上安装孔31的数量相同或不同，每个安装组件3上安装孔31的数量可以少于激发光单模组1的数量。例如，安装组件3上设有六个安装孔31，对应的，荧光激发系统中可以包括二十个激发光单模组1，所述二十个激发光单模组1分别用于提供不同波长的激发光，这样能够提供足够多的光谱组合选择，相当于可以将激发光区分得更加精细，提高了实时荧光定量PCR仪的性能，为更加精细的研制不同生物试剂，染料提供了设备上的支持。
本申请实施例还提供一种实时荧光定量PCR仪，包括以上实施例中任一所述的用于实时荧光定量PCR仪的荧光激发系统。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种荧光激发系统，其特征在于，应用于实时荧光定量PCR仪，所述荧光激发系统包括至少两个激发光单模组(1)，所述激发光单模组(1)用于输出预设波段的激发光，所述至少两个激发光单模组(1)输出的激发光汇聚于样品检测台，所述样品检测台用于放置待检测样品。
2.根据权利要求1所述的荧光激发系统，其特征在于，所述激发光单模组(1)包括发光源(11)、聚光组件(12)及滤光片(13)；
所述聚光组件(12)位于所述发光源(11)与所述滤光片(13)之间；
所述聚光组件(12)用于将所述发光源(11)发出的光线汇聚于所述滤光片(13)上的一点。
3.根据权利要求2所述的荧光激发系统，其特征在于，所述发光源(11)为LED光源。
4.根据权利要求2所述的荧光激发系统，其特征在于，所述聚光组件(12)包括第一透镜(121)、第二透镜(122)和第三透镜(123)，所述第一透镜(121)的和所述第二透镜(122)的凸起方向均朝向所述滤光片(13)方向，所述第三透镜(123)的凸起方向与所述第一透镜(121)的凸起方向相反，所述第二透镜(122)位于所述第一透镜(121)和所述第三透镜(123)之间，所述第一透镜(121)位于所述第二透镜(122)和所述发光源(11)之间，所述第三透镜(123)位于所述第二透镜(122)和所述滤光片(13)之间。
5.根据权利要求1所述的荧光激发系统，其特征在于，还包括导光组件(2)，
所述导光组件(2)位于所述激发光单模组(1)出口与所述样品检测台之间，所述导光组件(2)用于将所述至少两个激发光单模组(1)发出的激发光强度均匀化。
6.根据权利要求1所述的荧光激发系统，其特征在于，还包括安装组件(3)，
所述安装组件(3)包括至少两个安装孔(31)；
所述至少两个安装孔(31)所在平面的垂直中心线汇聚于所述样品检测台；
所述激发光单模组(1)包括与所述安装孔(31)配合的安装接头(14)。
7.根据权利要求6所述的荧光激发系统，其特征在于，所述安装接头(14)与所述安装孔(31)螺纹连接。
8.根据权利要求1所述的荧光激发系统，其特征在于，所述至少两个激发光单模组(1)用于输出不同波段的激发光。
9.根据权利要求1所述的荧光激发系统，其特征在于，包括至少六个所述激发光单模组(1)。
10.一种实时荧光定量PCR仪，其特征在于，包括权利要求1-9任一所述的荧光激发系统。
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