CN112304915A - 一种实时荧光检测光学系统、实时荧光定量pcr仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种荧光检测光学系统、实时荧光定量PCR仪；属于分子诊断检测仪器领域；其技术要点：M通道组件包括：M个单通道组件；所述单通道组件包括：单色LED灯、准直透镜、激发光系统滤光片、聚焦透镜、发射光纤；所述N试剂孔检测组件包括：N个单试剂孔检测组件；所述每个单试剂孔检测组件包括：发射光纤、反应池、接收光纤组件、接收端滤光片组件、锥形导光棒、光电传感器；所述M通道组件的每个单通道组件的发射光纤均连接到塑料导光棒的第一端；N试剂孔检测组件的每个单试剂孔检测组件包括发射光纤均连接到塑料导光棒的第二端。本发明旨在提供一种荧光检测光学系统、实时荧光定量PCR仪，大幅提高检测效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种医用检查检验仪器、分子诊断检测仪器领域，更具体地说，尤其涉及一种荧光检测光学系统、实时荧光定量PCR仪。
背景技术
荧光检测，其可用于检测细胞、细菌、霉菌等，其是一种重要的检测手段。在“李晨等,生物芯片荧光检测光学系统综述，光学仪器，2005，(6)：89-94”，中对现今的荧光检测光学系统的基本原理进行介绍，其一般包括：荧光激发照明系统,将激发光光束投射于生物芯片上,激发荧光物质；荧光收集成像系统,收集荧光信号,并将其投射至光敏器件；滤色系统,在光路中滤选或分离光谱。
但是，上述文献中属于传统的荧光检测光学系统，只能一个激发光系统来负责检测一个试剂样本的一个通道。例如：要实现：4试剂孔4通道同时检测，需要16个单独的激发光系统以及16个单独的采光系统；这样会导致光学系统体积大，重量大，不易集成到仪器中等问题。
针对上述问题，如何提升多通道的光学检测系统的性能成为本领域的研究热点。例如：
文献1：CN 104614367A公开了一种多通道光学检测系统，该多通道光学检测系统的多通道反应室包括M个反应室，M为大于等于30的整数，每个反应室对应一个单独通道，每个单独通道都检测一个单分子级别的反应，所以M个反应室产生的荧光不会相互重叠、相互影响，所获得的图像中阳性和阴性对照鲜明，这样统计多通道反应室中M个反应室的结果，在待测物为微量的情况下即能够得出精确、稳定的实验结果，从而满足了现有技术中对能够微量地检测目标分析物的方法的需求。
文献2：CN109085148 A一种多通道荧光检测光学系统，该系统包括电机、旋转轴和光学检测装置；电机的输出端通过旋转轴固定连接光学检测装置，光学检测装置沿旋转轴对称设置有二个以上的光学检测通道；每一光学检测通道均包括LED激发光源、激发光滤光片、发射光滤光片、二向色分光片、透镜和光敏二极管，LED激发光源发出的单色光经激发光滤光片发射到二向色分光片，经二向色分光片反射的光经透镜聚焦待测样品，待测样品经激发产生的荧光经透镜收集后发射到二向色分光片，经二向色分光片透射的荧光经发射光滤光片发射到光敏二极管。本发明的光学检测通道采用光敏二极管进行荧光信号检测，成本较低，结构紧凑，可以应用于微型QPCR仪以及微型蛋白检测仪。
文献3：CN 110967324 A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。
文献4：CN111239093 A一种平面式微型多通道荧光检测光学系统，包括：平面式激发光组件及平面式采光组件；反应池分别通过光纤连接至上述两个组件；平面式激发光组件包括：单个LED光源光经滤光、准直后作为单通道光线穿透二向色镜和/或由二向色镜反射后聚焦至光纤；不同方向上的单通道光线经由第一级的二向色镜后输出为相同出射方向上的一组光线束；不同方向上的光线束经由第二级的二向色镜后输出为同一出射方向的一组多通道光线束组；平面式采光组件包括：荧光反应经柱面透镜后穿透二向色镜和/或由二向色镜反射后分离成多个不同方向的单通道荧光，单通道荧光经聚焦、滤光后传输至光电二极管光敏面上；单一方向上的荧光经由第二级的二向色镜后输出为不同出射方向上的荧光束；每组荧光束再经第一级的二向色镜后输出为不同出射方向的单通道荧光。
对于文献1-4的缺点进行了如下分析。
表1
通过上述分析可知，实施例1-4的多通道荧光检测光学系统，从其结构上限制了通道数量，即仅仅满足不超过4通道的设计，对于5通道、6通道、7通道、8通道这样的情形，则无法满足。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种荧光检测光学系统。
本发明的另一目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种实时荧光定量PCR仪。
本发明的技术方案是：
一种荧光检测光学系统，其为N试剂孔M通道荧光检测光学系统，M、N均为自然数，包括：M通道组件、塑料导光棒、N试剂孔检测组件；
其中，M通道组件包括：M个单通道组件；所述单通道组件包括：单色LED灯、准直透镜、激发光系统滤光片、聚焦透镜、发射光纤；所述单色LED灯的前方设置有准直透镜，在准直透镜的前方设置激发光系统滤光片，在激发光系统滤光片的前方设置聚焦透镜，聚焦透镜的前方设置发射光纤；
其中，所述N试剂孔检测组件包括：N个单试剂孔检测组件；所述每个单试剂孔检测组件包括：发射光纤、反应池、接收光纤组件、接收端滤光片组件、锥形导光棒、光电传感器；在发射光纤的前方对应设置有反应池，在反应池的前方设置有接收光纤组件，接收光纤组件的前方设置锥形导光棒，在锥形导光棒的前方设置有光电传感器；在锥形导光棒靠近接收光纤组件的一侧设置有接收端滤光片组件，所述接收端滤光片组件包括M块过滤片，所述M块过滤片采用扇形布置，且M块过滤片与M组单通道组件各自的LED灯对应；
其中，所述M通道组件的每个单通道组件的发射光纤均连接到塑料导光棒的第一端；
其中，N试剂孔检测组件的每个单试剂孔检测组件包括发射光纤均连接到塑料导光棒的第二端。
进一步，4≤M≤8。
进一步，4≤N≤8。
进一步，反应池内放置有标准0.2ml的薄壁管。
进一步，反应池为检测样品的放置区，在反应池上设置用于放置样品容器的槽，N个单试剂孔检测组件的发射光纤穿过反应池本体后抵触至样品容器的侧壁上；相应的在反应池上也接入一根接收荧光反应的接收光纤组件，同理接收光纤组件也抵触至样品容器的侧壁上。同一样品容器对应的接收光纤组件和发生光纤在对应关系上是相对的，且最佳位于同一液面高度。接收光纤组件接出并连接至锥形导光棒，经锥形导光棒传导至光电传感器。
一种实时荧光定量PCR仪，包括有前述的荧光检测光学系统。
本申请的有益效果在于：
(1)本申请提出了一种N试剂孔M通道荧光检测光学系统，采用塑料导光棒和锥形导光棒的方式来实现均匀分光以及合束，使得光学系统体积小、便于组装和安装；
采用LED和PD与传统的激光器和相机比较大大减小了成本，和系统空间，便于使用在便携式设备上以及各种对于光学系统体积有要求的微型空间里；
使用光纤来作为连接荧光检测系统和反应池之间的光传输介质，能很好的节省空间和成本；
使用4个LED系统依次发光实现4个试剂孔同一时间可以接收到1个激发光，四次发光和接受光的时间短，控制在1s以内；
采用导光棒可以做到每个试剂孔接收到的光强一致；
采用4个单色的LED，再加上滤光片滤去杂光，可以保证光源波长单一性好。
只需要M个激发光系统和N个采光系统可以同时检测N个样本的M种特性，相比于传统的光学系统，此系统使得检测效率得到最大的提升；
(2)本申请在研发时，难点如下：M、N的适用范围如何，且所受限制条件为何。
第一，M个单通道组件的发射光纤经过塑料导光棒，如何保证尽可能充分的进入N试剂孔检测组件的每个单试剂孔检测组件的发射光纤中。
M个单通道组件的发射光纤的直径相同，单通道组件的发射光纤的半径为r(即外径是2r)，塑料导光棒的半径为r导光棒(即内径是2r导光棒)；
从图8可知，随着M的增大，r逐渐下降，光纤面积占有率逐渐降低。
类似的，N试剂孔检测组件的每个单试剂孔检测组件的发射光纤的直径为r1，
发明人经过多方测试，塑料导光棒的长度是保证进入N试剂孔检测组件的每个单试剂孔检测组件的发射光纤中尽可能充分的关键因素。
根据发明人的大量研究，提出了塑料导光棒的设计方法：
上式中，L表示塑料导光棒的长度。
若塑料导光棒的长度过短，进入N试剂孔检测组件的每个单试剂孔检测组件的发射光纤中非常不均匀，导致有的测试孔的光线强度太弱，无法有效进行测试。
若塑料导光棒的长度过长，导致仪器的设备尺寸过大，并且，塑料导光棒的延长，本身也会导致光线强度的衰减，因此，也会导致有的测试孔的光线强度太弱，无法有效进行测试。
因此，合理的塑料导光棒的长度是一个区间范围内，即L在Lmin～Lmax之间。
出于塑料导光棒出光的考虑:4≤M≤12,4≤N≤12,M+N≤16。
第二，所述接收端滤光片组件包括M块过滤片，所述M块过滤片采用扇形布置，且M块过滤片与M组单通道组件各自的LED灯对应；
由于M较大时，接收端滤光片组件的单块过滤片的面积过小，会导致光强信号较弱，因此，从该角度出发，M不适于大于10的情况。
综合考虑，本申请的方案特别适用于：4≤M≤8,4≤N≤8,M+N≤16；即，M＝4、5、6、7、8；N＝4、5、6、7、8。
(3)本申请给出了一种N试剂孔M通道荧光检测光学系统的检测方法，M个单通道组件，称为第1单通道组件，第2单通道组件………第x单通道组件……，第M单通道组件；
激发光系统第1通道的LED、第2单通道组件的LED………第x单通道组件的LED……，第M单通道组件的LED顺序依次发光；
其中，激发光系统第x通道的LED发光，光线通过准直透镜转变为平行的光线，然后平行的光线经过激发光系统滤光片滤除杂光，进而光线经过聚焦透镜聚焦耦合进入发射光纤；再耦合进入塑料导光棒，通过塑料导光棒后，光线在再进入到N个单试剂孔检测组件的每个单试剂孔检测组件的发射光纤，光线再传输到N个单试剂孔检测组件的每个单试剂孔检测组件的反应池，从反应池出来的光束依次经过接收光纤组件后，然后再经过接收端滤光片组件滤除杂光后，耦合进入到锥形导光棒中，最后入射到光电传感器上；即激发光系统的任意一单通道组件的LED发光时，能够同时测量得到N个试剂孔的某一特性，任意一单通道的采集信号结束。
(4)本申请还给出了一种N试剂孔M通道荧光检测光学系统的设计方法，其设计难点在于塑料导光棒的长度以及直径如何设计：
对于塑料导光棒的直径而言，M个单通道组件的发射光纤的直径相同，单通道组件的发射光纤的半径为r(即发射光纤的外表面直径径是2r)，塑料导光棒的半径为r导光棒(即塑料导光棒的内表面直径径是2r导光棒)；
N个单试剂孔检测组件的发射光纤的外表面直径相同，且其大小为2r1，则
对于塑料导光棒的长度L而言，在确定了塑料导光棒的半径r导光棒的基础上，采用下式计算：
或者，L在Lmin～Lmax取值。
附图说明
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。
图1是实施例1的4试剂孔4通道荧光检测光学系统的设计示意图。
图2是发射光纤-塑料导光棒连接示意图。
图3是图2的A-A截面图。
图4是图2的B-B截面图。
图5是第一锥形导光棒的端部图。
图6是第一接收端滤光片组件的分解设置示意图。
图7是实施例1的4试剂孔6通道荧光检测光学系统的设计示意图。
图8是r导光棒＝3mm下的M-r关系曲线以及M-光纤面积占有率关系曲线。
具体实施方式
实施例1，参阅图1所示，一种4试剂孔(反应池)4通道荧光检测光学系统，包括：四种单色LED：
第一LED灯1-1、第二LED灯1-2、第三LED灯1-3、第四LED灯1-4，第一准直透镜2-1，第二准直透镜2-1，第三准直透镜2-1，第四准直透镜2-4，第一激发光系统滤光片3-1，第二激发光系统滤光片3-2，第三激发光系统滤光片3-3，第四激发光系统滤光片3-4，第一聚焦透镜4-1，第二聚焦透镜4-2，第三聚焦透镜4-3，第四聚焦透镜4-4，第一发射光纤5-1，第二发射光纤5-2，第三发射光纤5-2，第四发射光纤5-4，塑料导光棒6，第五发射光纤7-1，第六发射光纤7-2，第七发射光纤7-3，第八发射光纤7-4，第一反应池8-1，第二反应池8-2，第三反应池8-3，第四反应池8-4，第一接收光纤组件9-1，第二接收光纤组件9-2，第三接收光纤组件9-3，第四接收光纤组件9-4，第一接收端滤光片组件10-1，第二接收端滤光片组件10-2，第三接收端滤光片组件10-3，第四接收端滤光片组件10-4，第一锥形导光棒11-1，第二锥形导光棒11-2，第三锥形导光棒11-3，第四锥形导光棒11-4；第一光电传感器12-1，第二光电传感器12-2，第三光电传感器12-3，第四光电传感器12-4；
其中，所述第一LED灯的前方设置有第一准直透镜2-1，在第一准直透镜2-1的前方设置第一激发光系统滤光片3-1，在第一激发光系统滤光片3-1的前方设置第一聚焦透镜4-1，第一聚焦透镜4-1的前方设置第一发射光纤5-1；
其中，所述第二LED灯的前方设置有第二准直透镜2-2，在第二准直透镜2-2的前方设置第二激发光系统滤光片3-2，在第二激发光系统滤光片3-2的前方设置第二聚焦透镜4-2，第二聚焦透镜4-2的前方设置第二发射光纤5-2；
其中，所述第三LED灯的前方设置有第三准直透镜2-3，在第三准直透镜2-3的前方设置第三激发光系统滤光片3-3，在第三激发光系统滤光片3-3的前方设置第三聚焦透镜4-3，第三聚焦透镜4-3的前方设置第三发射光纤5-3；
其中，所述第四LED灯的前方设置有第四准直透镜2-4，在第四准直透镜2-4的前方设置第四激发光系统滤光片3-4，在第四激发光系统滤光片3-4的前方设置第四聚焦透镜4-4，第四聚焦透镜4-4的前方设置第四发射光纤5-4；所述第一发射光纤5-1、第二发射光纤5-2、第三发射光纤5-3、第四发射光纤5-4与塑料导光棒6第一端耦合在一起；
所述塑料导光棒6第二端分别与第五发射光纤7-1，第六发射光纤7-2，第七发射光纤7-3，第八发射光纤7-4耦合在一起，
在第五发射光纤7-1的前方对应设置有第一反应池8-1，在第六发射光纤7-2的前方对应设置有第二反应池8-2，在第七发射光纤7-3的前方对应设置有第三反应池8-3，在第八发射光纤7-4的前方对应设置有第四反应池8-4；
在第一反应池8-1的前方设置有第一接收光纤组件9-1，第一接收光纤组件9-1的前方设置有第一接收端滤光片组件10-1，第一接收端滤光片组件10-1的前方设置第一锥形导光棒11-1，在第一锥形导光棒11-1的前方设置有第一光电传感器12-1；其中，第一接收光纤组件9-1包括：4个独立的接收光纤，第一接收端滤光片组件10-1包括：4个独立的滤光片，第一接收端滤光片组件10-1的4个滤光片分别与第一接收光纤组件9-1的4个独立的接收光纤对应；
在第二反应池8-2的前方设置有第二接收光纤组件9-2，第二接收光纤组件9-2的前方设置有第二接收端滤光片组件10-2，第二接收端滤光片组件10-2的前方设置第二锥形导光棒11-2，在第二锥形导光棒11-2的前方设置有第二光电传感器12-2；其中，第二接收光纤组件9-2包括：4个独立的接收光纤，第二接收端滤光片组件10-2包括：4个独立的滤光片，第二接收端滤光片组件10-2的4个滤光片分别与第二接收光纤组件9-2的4个独立的接收光纤对应；
在第三反应池8-3的前方设置有第三接收光纤组件9-3，第三接收光纤组件9-3的前方设置有第三接收端滤光片组件10-3，第三接收端滤光片组件10-3的前方设置第三锥形导光棒11-3，在第三锥形导光棒11-3的前方设置有第三光电传感器12-3；其中，第三接收光纤组件9-3包括：4个独立的接收光纤，第三接收端滤光片组件10-3包括：4个独立的滤光片，第三接收端滤光片组件10-3的4个滤光片分别与第三接收光纤组件9-3的4个独立的接收光纤对应；
在第四反应池8-4的前方设置有第四接收光纤组件9-4，第四接收光纤组件9-4的前方设置有第四接收端滤光片组件10-4，第四接收端滤光片组件10-4的前方设置第四锥形导光棒11-4，在第四锥形导光棒11-4的前方设置有第四光电传感器12-4；其中，第四接收光纤组件9-4包括：4个独立的接收光纤，第四接收端滤光片组件10-4包括：4个独立的滤光片，第四接收端滤光片组件10-4的4个滤光片分别与第四接收光纤组件9-4的4个独立的接收光纤对应。
本申请的一种4试剂孔4通道荧光检测光学系统的工作方法如下：
激发光系统第一通道的第一LED灯发光，光线通过第一准直透镜2-1转变为平行的光线，然后平行的光线经过第一激发光系统滤光片3-1滤除杂光，进而光线经过第一聚焦透镜4-1聚焦耦合进入第一发射光纤5-1；再耦合进入塑料导光棒6，均匀的入射到4根发射光纤中，即尽可能均匀的入射到第五发射光纤7-1、第六发射光纤7-2、第七发射光纤7-3、第八发射光纤7-4，光线再传输到第一反应池8-1、第二反应池8-2、第三反应池8-3、第四反应池8-4，
从第一反应池8-1出来的光束经过第一接收光纤组件9-1，然后经过第一接收端滤光片组件10-1滤除杂光后，耦合进入到第一锥形导光棒中，最后入射到第一光电传感器上，
从第二反应池8-2出来的光束经过第二接收光纤组件9-2，然后经过第二接收端滤光片组件10-2滤除杂光后，耦合进入到第二锥形导光棒中，最后入射到第二光电传感器上；
从第三反应池8-3出来的光束经过第三接收光纤组件9-3，然后经过第三接收端滤光片组件10-3滤除杂光后，耦合进入到第三锥形导光棒中，最后入射到第三光电传感器上；
从第四反应池8-4出来的光束经过第四接收光纤组件9-4，然后经过第四接收端滤光片组件10-4滤除杂光后，耦合进入到第四锥形导光棒中，最后入射到第四光电传感器上；
至此4个试剂孔的第一通道采集信号结束。
激发光系统第二通道的第二LED灯1-2发光经过第二准直透镜2-2光束准直之后,经过第二激发光系统滤光片3-2滤除杂光，在经过第二聚焦透镜4-2，光束聚焦耦合进入第二发射光纤5-2，再耦合进入塑料导光棒6，均匀的入射到4根发射光纤中，即均匀的入射到第五发射光纤7-1、第六发射光纤7-2、第七发射光纤7-3、第八发射光纤7-4，光线再传输到第一反应池8-1、第二反应池8-2、第三反应池8-3、第四反应池8-4，
从第一反应池8-1出来的光束经过第一接收光纤组件9-1，然后经过第一接收端滤光片组件10-1滤除杂光后，耦合进入到第一锥形导光棒中，最后入射到第一光电传感器上；
从第二反应池8-2出来的光束经过第二接收光纤组件9-2，然后经过第二接收端滤光片组件10-2滤除杂光后，耦合进入到第二锥形导光棒中，最后入射到第二光电传感器上；
从第三反应池8-3出来的光束经过第三接收光纤组件9-3，然后经过第三接收端滤光片组件10-3滤除杂光后，耦合进入到第三锥形导光棒中，最后入射到第三光电传感器上；
从第四反应池8-4出来的光束经过第四接收光纤组件9-4，然后经过第四接收端滤光片组件10-4滤除杂光后，耦合进入到第四锥形导光棒中，最后入射到第四光电传感器上；
至此4个试剂孔的第二通道采集信号结束。
激发光系统第三通道的第三LED灯1-3发光经过第三准直透镜2-3光束准直之后,经过第三激发光系统滤光片3-3滤除杂光，在经过第三聚焦透镜4-3，光束聚焦耦合进入第三发射光纤5-3，再耦合进入塑料导光棒6，均匀的入射到4根发射光纤中，即均匀的入射到第五发射光纤7-1、第六发射光纤7-2、第七发射光纤7-3、第八发射光纤7-4，光线再传输到第一反应池8-1、第二反应池8-2、第三反应池8-3、第四反应池8-4，
从第一反应池8-1出来的光束经过第一接收光纤组件9-1，然后经过第一接收端滤光片组件10-1滤除杂光后，耦合进入到第一锥形导光棒中，最后入射到第一光电传感器上；
从第二反应池8-2出来的光束经过第二接收光纤组件9-2，然后经过第二接收端滤光片组件10-2滤除杂光后，耦合进入到第二锥形导光棒中，最后入射到第二光电传感器上；
从第三反应池8-3出来的光束经过第三接收光纤组件9-3，然后经过第三接收端滤光片组件10-3滤除杂光后，耦合进入到第三锥形导光棒中，最后入射到第三光电传感器上；
从第四反应池8-4出来的光束经过第四接收光纤组件9-4，然后经过第四接收端滤光片组件10-4滤除杂光后，耦合进入到第四锥形导光棒中，最后入射到第四光电传感器上；
至此4个试剂孔的第三通道采集信号结束。
激发光系统第四通道的第四LED灯1-4发光经过第四准直透镜2-4光束准直之后,经过第四激发光系统滤光片3-4滤除杂光，在经过第四聚焦透镜4-4，光束聚焦耦合进入第四发射光纤5-4，再耦合进入塑料导光棒6，均匀的入射到4根发射光纤中，即均匀的入射到第五发射光纤7-1、第六发射光纤7-2、第七发射光纤7-3、第八发射光纤7-4，光线再传输到第一反应池8-1、第二反应池8-2、第三反应池8-3、第四反应池8-4，
从第一反应池8-1出来的光束经过第一接收光纤组件9-1，然后经过第一接收端滤光片组件10-1滤除杂光后，耦合进入到第一锥形导光棒中，最后入射到第一光电传感器上；
从第二反应池8-2出来的光束经过第二接收光纤组件9-2，然后经过第二接收端滤光片组件10-2滤除杂光后，耦合进入到第二锥形导光棒中，最后入射到第二光电传感器上；
从第三反应池8-3出来的光束经过第三接收光纤组件9-3，然后经过第三接收端滤光片组件10-3滤除杂光后，耦合进入到第三锥形导光棒中，最后入射到第三光电传感器上；
从第四反应池8-4出来的光束经过第四接收光纤组件9-4，然后经过第四接收端滤光片组件10-4滤除杂光后，耦合进入到第四锥形导光棒中，最后入射到第四光电传感器上；
至此4个试剂孔的第四通道采集信号结束。
在实际工作中，四个LED依次发光，即第一LED灯1-1、第二LED灯1-2、第三LED灯1-3、第四LED灯1-4依次发光，时间在1s以内，能够完成全部4个样本4个特性的16个信号采集。
实施例二，如图7所示，更一般的方案，一种N试剂孔M通道荧光检测光学系统，M、N均为自然数，包括：M通道组件、塑料导光棒、N试剂孔检测组件；
其中，M通道组件包括：M个单通道组件；所述单通道组件包括：单色LED灯、准直透镜、激发光系统滤光片、聚焦透镜、发射光纤；所述单色LED灯的前方设置有准直透镜，在准直透镜的前方设置激发光系统滤光片，在激发光系统滤光片的前方设置聚焦透镜，聚焦透镜的前方设置发射光纤；
其中，所述N试剂孔检测组件包括：N个单试剂孔检测组件；所述每个单试剂孔检测组件包括：发射光纤、反应池、接收光纤组件、接收端滤光片组件、锥形导光棒、光电传感器；在发射光纤的前方对应设置有反应池，在反应池的前方设置有接收光纤组件，接收光纤组件的前方设置锥形导光棒，在锥形导光棒的前方设置有光电传感器；在锥形导光棒靠近接收光纤组件的一侧设置有接收端滤光片组件，所述接收端滤光片组件包括M块过滤片，所述M块过滤片采用扇形布置，且M块过滤片与M组单通道组件各自的LED灯对应；
其中，所述M通道组件的每个单通道组件的发射光纤均连接到塑料导光棒的第一端；
其中，N试剂孔检测组件的每个单试剂孔检测组件包括发射光纤均连接到塑料导光棒的第二端。
特别的，M＝6，N＝4。
本申请的一种N试剂孔M通道荧光检测光学系统的工作方法如下：
M个单通道组件，称为第1单通道组件，第2单通道组件………第x单通道组件……，第M单通道组件；
激发光系统第1通道的LED、第2单通道组件的LED………第x单通道组件的LED……，第M单通道组件的LED依次发光(不能同时发光)；
其中，激发光系统第x通道的LED发光，光线通过准直透镜转变为平行的光线，然后平行的光线经过激发光系统滤光片滤除杂光，进而光线经过聚焦透镜聚焦耦合进入发射光纤；再耦合进入塑料导光棒，通过塑料导光棒后，光线在再进入到N个单试剂孔检测组件的每个单试剂孔检测组件的发射光纤，光线再传输到N个单试剂孔检测组件的每个单试剂孔检测组件的反应池，从反应池出来的光束依次经过接收光纤组件后，然后再经过接收端滤光片组件滤除杂光后，耦合进入到锥形导光棒中，最后入射到光电传感器上。
即激发光系统的任意一单通道组件的LED发光时，能够同时测量得到N个试剂孔的某一特性，任意一单通道的采集信号结束。
本申请在研发时，难点如下：M、N的适用范围如何，且所受限制条件为何。
第一，M个单通道组件的发射光纤经过塑料导光棒，如何保证尽可能充分的进入N试剂孔检测组件的每个单试剂孔检测组件的发射光纤中。
M个单通道组件的发射光纤的直径相同，单通道组件的发射光纤的半径为r(即外径是2r)，塑料导光棒的半径为r导光棒(即内径是2r导光棒)；
如图8所示，r导光棒＝3mm，M值(图8的横坐标为M)取为3～10时，不同的r(图8的纵坐标上半部分)、以及光纤面积占有率(M·r2/r导光棒 2)(图8的纵坐标下半部分)如图8所示。
从图8可知，随着M的增大，r逐渐下降，光纤面积占有率逐渐降低。
类似的，N试剂孔检测组件的每个单试剂孔检测组件的发射光纤的直径为2r1(即外径是2r)；
发明人经过多方测试，塑料导光棒的长度是保证进入N试剂孔检测组件的每个单试剂孔检测组件的发射光纤中尽可能充分的关键因素。
根据发明人的大量研究，提出了塑料导光棒的设计方法：
上式中，L表示塑料导光棒的长度。
若塑料导光棒的长度过短，进入N试剂孔检测组件的每个单试剂孔检测组件的发射光纤中非常不均匀，导致有的测试孔的光线强度太弱，无法有效进行测试。
若塑料导光棒的长度过长，导致仪器的设备尺寸过大，并且，塑料导光棒的延长，本身也会导致光线强度的衰减，因此，也会导致有的测试孔的光线强度太弱，无法有效进行测试。
因此，合理的塑料导光棒的长度是一个区间范围内，即L在Lmin～Lmax之间。
出于塑料导光棒出光的考虑:4≤M≤12,4≤N≤12,M+N≤16。
第二，所述接收端滤光片组件包括M块过滤片，所述M块过滤片采用扇形布置，且M块过滤片与M组单通道组件各自的LED灯对应；
由于M较大时，接收端滤光片组件的单块过滤片的面积过小，会导致光强信号较弱，因此，从该角度出发，M不适于大于10的情况。
综合考虑，本申请的方案特别适用于：4≤M≤8,4≤N≤8,M+N≤16；即，M＝4、5、6、7、8；N＝4、5、6、7、8。
还需要说明的是：反应池的设计采用发明人在先申请CN111239093A的设计：反应池内放置有标准0.2ml的薄壁管反应池为检测样品的放置区，在反应池上设置了多个用于放置样品容器的槽，N个单试剂孔检测组件的发射光纤穿过反应池本体后抵触至样品容器的侧壁上；相应的在反应池上也接入一根接收荧光反应的接收光纤组件，同理接收光纤组件也抵触至样品容器的侧壁上。同一样品容器对应的接收光纤组件和发生光纤在对应关系上是相对的，且最佳位于同一液面高度。接收光纤组件接出并连接至锥形导光棒，经锥形导光棒传导至光电传感器。
以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。
Claims (6)
1.一种荧光检测光学系统，其为N试剂孔M通道荧光检测光学系统，M、N均为自然数，包括：M通道组件、塑料导光棒、N试剂孔检测组件；
其中，M通道组件包括：M个单通道组件；所述单通道组件包括：单色LED灯、准直透镜、激发光系统滤光片、聚焦透镜、发射光纤；所述单色LED灯的前方设置有准直透镜，在准直透镜的前方设置激发光系统滤光片，在激发光系统滤光片的前方设置聚焦透镜，聚焦透镜的前方设置发射光纤；
其中，所述N试剂孔检测组件包括：N个单试剂孔检测组件；所述每个单试剂孔检测组件包括：发射光纤、反应池、接收光纤组件、接收端滤光片组件、锥形导光棒、光电传感器；在发射光纤的前方对应设置有反应池，在反应池的前方设置有接收光纤组件，接收光纤组件的前方设置锥形导光棒，在锥形导光棒的前方设置有光电传感器；在锥形导光棒靠近接收光纤组件的一侧设置有接收端滤光片组件，所述接收端滤光片组件包括M块过滤片，所述M块过滤片采用扇形布置，且M块过滤片与M组单通道组件各自的LED灯对应；
其中，所述M通道组件的每个单通道组件的发射光纤均连接到塑料导光棒的第一端；
其中，N试剂孔检测组件的每个单试剂孔检测组件包括发射光纤均连接到塑料导光棒的第二端。
2.如权利要求1所述的荧光检测光学系统，其特征在于，4≤M≤8。
3.如权利要求1所述的荧光检测光学系统，其特征在于，4≤N≤8。
4.如权利要求1所述的荧光检测光学系统，其特征在于，反应池内放置有标准0.2ml的薄壁管。
5.如权利要求4所述的荧光检测光学系统，其特征在于，反应池为检测样品的放置区，在反应池上设置用于放置样品容器的槽，N个单试剂孔检测组件的发射光纤穿过反应池本体后抵触至样品容器的侧壁上；相应的在反应池上也接入一根接收荧光反应的接收光纤组件，同理接收光纤组件也抵触至样品容器的侧壁上。同一样品容器对应的接收光纤组件和发生光纤在对应关系上是相对的，且最佳位于同一液面高度。接收光纤组件接出并连接至锥形导光棒，经锥形导光棒传导至光电传感器。
6.一种实时荧光定量PCR仪，包括有如权利要求1至5任意一项所述的荧光检测光学系统。
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| CN112304915B (zh) | 2021-05-04 |
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