CN112858237B - 全光谱微液滴荧光信号检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种全光谱微液滴荧光信号检测装置，包括光源合光模块、准直组件、光路折返组件、聚焦组件、荧光传输组件、探测组件，其中光路折返组件处于混合激发光的光线传导路径上，包括全反射镜片，全反射镜片的反光镜面与光源合光模块发出的混合激发光成预设夹角，以使混合激发光与物镜的轴心重合并将混合激发光反射至物镜的聚焦口，进而实现在不阻挡荧光信号的前提下指向性改变激发光传播路径。本发明使用全反射镜片代替传统的二向色镜，突破了传统二向色镜对光谱范围的限制，实现了全光谱微液滴荧光信号的检测，使检测结果更加丰富、适用场景及领域更广，节省实验成本，提高检测工作效率。

Description

全光谱微液滴荧光信号检测装置

技术领域

本发明属于微流控检测芯片技术领域，具体涉及一种全光谱微液滴荧光信号检测装置。

背景技术

生物芯片在新药开发、疾病诊断及基因表达分析等方面具有广泛的应用。微流控芯片及相应检测技术也日渐成为了人们关注的热点。就检测手段而言，目前可分为CCD分时拍照和激光单点分频检测两种，CCD拍照相对于激光单点扫描系统来说，结构较简单、开发周期短、技术难度低，但由于检测速度较慢，成本较高，灵敏度较低、占用空间较大等劣势，在未来应用中受到生物样本多样性、仪器自身性能等的限制，很难大规模批量化应用。

基于激光分频检测使用多个不同频段的激光，经合束、整形等手段聚焦到样品激发点。检测时使被测微颗粒依次通过激发区，由于多路激光同时对一点进行激发，被激发物中各种荧光标记物被同时激发向空间中反射荧光，并被采集器接收。计算机系统通过所采集到的荧光信号，经过相应算法分析，重构出被激发物质中各个标记物的组分、含量等信息，达到区分标记物并准确定量的目的。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种全光谱微液滴荧光信号检测装置，以克服传统微液滴荧光检测系统由于受由二向色镜性能的制约，只能检测有限几个波段的荧光光强信号的不足。

为了解决上述问题，本发明提供一种全光谱微液滴荧光信号检测装置，包括：

光源合光模块，用于将具有不同波长的不同激光合成为混合激发光；

准直组件，包括物镜；

光路折返组件，处于所述混合激发光的光线传导路径上，包括全反射镜片，所述全反射镜片的反光镜面与所述光源合光模块发出的所述混合激发光成预设夹角，以使所述混合激发光与所述物镜的轴心重合并将所述混合激发光反射至所述物镜的聚焦口；

所述物镜能够将所述混合激发光聚焦于待检测微液滴上，以激发产生对应于不同激光的多个不同荧光信号，并将多个所述不同荧光信号准直为平行光；

聚焦组件，包括聚焦透镜，用于将多个所述不同荧光信号准直后的平行光聚焦至其焦平面；

荧光传输组件，具有对应于荧光信号输入的第一端以及对应于荧光信号输出的第二端，所述第一端处于所述焦平面上；

探测组件，连接于所述第二端，用于处理所述荧光传输组件接收并传递的不同荧光信号。

优选地，所述光路折返组件还包括全反射镜固定件，所述全反射镜固定件包括主体筒以及处于所述主体筒内的支撑臂，所述全反射镜片连接于所述支撑臂的自由端上，所述支撑臂与所述主体筒的中心孔之间形成荧光信号的通过路径。

优选地，所述荧光传输组件包括光纤以及分别处于所述光纤的两端的光纤座、光纤接头组件，所述光纤座对应于所述第一端且处于所述焦平面上，所述光纤接头组件对应于所述第二端且与所述探测组件连接。

优选地，所述光纤接头组件包括光纤接头、准直筒、准直透镜座、准直透镜，所述准直筒通过所述光纤接头与所述光纤的荧光信号出口端连接，所述准直筒内通过所述准直透镜座固定连接有所述准直透镜。

优选地，所述准直筒内还通过光阑座固定连接有光阑，且所述光阑处于所述准直透镜靠近所述光纤的一侧。

优选地，所述聚焦组件还包括主体件以及与所述主体件固定连接的透镜座，所述聚焦透镜由锁母固定于所述透镜座内，所述主体件上连接有避光罩，所述光纤座连接于所述主体件上且处于所述避光罩的遮盖范围内。

优选地，所述透镜座内还设有屏蔽件，所述屏蔽件被夹设于所述聚焦透镜与所述锁母之间；所述透镜座内还设有透镜橡胶垫，所述透镜橡胶垫被夹设于所述聚焦透镜与所述锁母之间。

优选地，所述光源合光模块包括第一激光器、第二激光器、第三激光器、第四激光器、第一二向色镜、第二二向色镜、第三二向色镜、反射镜，所述第一激光器、第二激光器、第三激光器、第四激光器分别发出的不同激光经所述第一二向色镜、第二二向色镜、第三二向色镜、反射镜的作用合成为所述混合激发光。

优选地，所述光源合光模块还包括安装基板、合光暗盒，所述第一激光器、第二激光器、第三激光器、第四激光器及合光暗盒固定连接于所述安装基板上，所述第一二向色镜、第二二向色镜、第三二向色镜、反射镜设置于所述合光暗盒中，所述合光暗盒具有混合激发光射出口。

优选地，所述物镜的位置能够在聚焦电机的驱动下被调整。

本发明提供的一种全光谱微液滴荧光信号检测装置，使用所述全反射镜片代替传统的二向色镜，突破了传统二向色镜对光谱范围的限制，全部波段的荧光信号均可被探测组件接收，也即实现了全光谱微液滴荧光信号的检测，使检测结果更加丰富、适用场景及领域更广，节省实验成本，提高检测工作效率。

附图说明

图1为本发明实施例的全光谱微液滴荧光信号检测装置的原理示意图(图中箭头示出光线传递路径)；

图2为本发明实施例的全光谱微液滴荧光信号检测装置的结构示意图；

图3为图2中的光源合光模块的拆解结构示意图；

图4为图2中的准直组件的拆解结构示意图；

图5为图2中的光路折返组件的一种实施方式的内部结构示意图；

图6为图2中的光路折返组件的另一种实施方式的内部结构示意图；

图7为图2中的光路折返组件的再一种实施方式的内部结构示意图；

图8为图2中的聚焦组件的拆解结构示意图；

图9为图2中的荧光传输组件的拆解结构示意图。

附图标记表示为：

1、光源合光模块；11、第一激光器；12、第二激光器；13、第三激光器；14、第四激光器；15、合光暗盒；151、第一二向色镜；152、第二二向色镜；153、第三二向色镜；154、反射镜；16、安装基板；2、准直组件；21、物镜；22、聚焦电机；3、光路折返组件；31、全反射镜片；32、全反射镜固定件；321、主体筒；322、支撑臂；4、聚焦组件；41、透镜座；42、聚焦透镜；43、透镜橡胶垫；44、屏蔽件；45、锁母；46、主体件；47、光纤座；48、避光罩；5、荧光传输组件；51、光纤；52、光阑；53、准直透镜；54、光纤接头；55、准直筒；56、光阑座；57、准直透镜座；6、探测组件；100、待检测微液滴。

具体实施方式

结合参见图1至图9所示，根据本发明的实施例，提供一种全光谱微液滴荧光信号检测装置，包括：光源合光模块1，用于将具有不同波长的不同激光合成为混合激发光；准直组件2，包括物镜21；光路折返组件3，处于所述混合激发光的光线传导路径上，包括全反射镜片31，所述全反射镜片31的反光镜面与所述光源合光模块1发出的所述混合激发光成预设夹角(例如45°)，以使所述混合激发光与所述物镜21的轴心重合并将所述混合激发光反射至所述物镜21的聚焦口；所述物镜21能够将所述混合激发光聚焦于待检测微液滴100上，以激发产生对应于不同激光的多个不同荧光信号，并将多个所述不同荧光信号准直为平行光；聚焦组件4，包括聚焦透镜42，用于将多个所述不同荧光信号准直后的平行光聚焦至其焦平面；荧光传输组件5，具有对应于荧光信号输入的第一端以及对应于荧光信号输出的第二端，所述第一端处于所述焦平面上；探测组件6，连接于所述第二端，用于处理所述荧光传输组件5接收并传递的不同荧光信号，前述处理指的是将所述荧光传输组件5接收并传输的不同荧光信号通过对应的光电倍增管(PMT)接收后转化成为数字信号，然后传导至对应的数据处理设备(例如计算机等)进行相应的处理(例如计数)，从而实现了单次检测可以获取单项或多项检测参数。该技术方案中，使用所述全反射镜片代替传统的二向色镜，突破了传统二向色镜对光谱范围的限制，全部波段的荧光信号均可被探测组件6接收，也即实现了全光谱微液滴荧光信号的检测，使检测结果更加丰富、适用场景及领域更广，节省实验成本，提高检测工作效率。

在一些实施例中，所述光路折返组件3还包括全反射镜固定件32，所述全反射镜固定件32包括主体筒321以及处于所述主体筒321内的支撑臂322，所述全反射镜片31连接于所述支撑臂322的自由端上，所述支撑臂322与所述主体筒321的中心孔之间形成荧光信号的通过路径，也即所述支撑臂322以及所述全反射镜片31的设置不能将所述主体筒321的中心孔完全遮断，以保证所述待检测微液滴100产生的荧光信号能够经由其被最终传输至所述探测组件6处，也即所述光路折返组件3不应影响荧光信号的传输。在具体的支撑结构上，图5示出了同向激发光支撑方式，图6示出了垂直激发光支撑方式，而图7则示出了相向激发光支撑方式，当然，支撑结构还可以是多样的，其可以采用支撑臂322由所述主体筒321的不同侧壁上连接延伸的方式实现，本发明不做特别限定。

优选地，所述荧光传输组件5包括光纤51以及分别处于所述光纤51的两端的光纤座47、光纤接头组件，所述光纤座47对应于所述第一端且处于所述焦平面上，所述光纤接头组件对应于所述第二端且与所述探测组件6连接。具体的，所述光纤51可以为单模光纤、多模光纤等任意结构形式的光纤，可以为单根光纤，也可以为多根合成的光纤，光纤芯径从1微米-100毫米均可，也可为导光柱、光纤面板等具备光线传输的光学元器件。该技术方案中，采用光纤51作为后端荧光收集及传输元器件，由于所述光纤51的柔性，使所述探测组件6可在空间中任意布置，增加了系统布置灵活性。

进一步的，所述光纤接头组件包括光纤接头54、准直筒55、准直透镜座57、准直透镜53，所述准直筒55通过所述光纤接头54与所述光纤51的荧光信号出口端连接，所述准直筒55内通过所述准直透镜座57固定连接有所述准直透镜53。该技术方案中，所述准直透镜53将激发的荧光信号进行准直调节，将发散的荧光信号准直后可以有效减少信号接收的丢失；更进一步的，所述准直筒55内还通过光阑座56固定连接有光阑52，且所述光阑52处于所述准直透镜53靠近所述光纤51的一侧，进一步的过滤掉光传导路径引起的干扰光信号。

作为所述聚焦组件4的一种具体实施方式，优选地，所述聚焦组件4还包括主体件46以及与所述主体件46固定连接的透镜座41，所述聚焦透镜42由锁母45固定于所述透镜座41内，所述主体件46上连接有避光罩48，所述光纤座47连接于所述主体件46上且处于所述避光罩48的遮盖范围内。通过所述聚焦透镜42将荧光信号聚焦到所述光纤座47的接收口，所述光纤座47接收口面处在所述聚焦透镜42焦平面，且与荧光信号传导路径同轴。

所述聚焦透镜42的结构形式可为双凸透镜、平凸透镜、凹凸透镜、菲涅尔透镜等其他具有聚焦功能的光学结构中的一种；焦距可以为1毫米到10米范围内任何焦距，所述聚焦透镜42的材料可以为单一材料，也可以为胶合透镜等组合材料，具体例如PMMA、PC、PP、COC、COP、CBC、硅胶、火石玻璃、冕牌玻璃、镧冕玻璃、石英等具有高光学透过率的材料中的一种或者多种。

进一步的，所述透镜座41内还设有屏蔽件44，所述屏蔽件44被夹设于所述聚焦透镜42与所述锁母45之间，所述屏蔽件44能够屏蔽所述合成激发光经过光学器件折返所产生的近轴光，同时又能够不对激发的荧光信号传递形成过大干扰，降低合成激发光对荧光信号接收的影响；和/或，所述透镜座41内还设有透镜橡胶垫43，所述透镜橡胶垫43被夹设于所述聚焦透镜42与所述锁母45之间，以对所述聚焦透镜42起到保护和减震的作用。所述屏蔽件44的材料优选为金属、非金属等材料中光透过率低于20％的材料，具体的，所述屏蔽件44可以是机加工艺薄壁件、光学阻挡件、光学调节件等中的一种。

在一些实施方式中，所述光源合光模块1包括第一激光器11、第二激光器12、第三激光器13、第四激光器14、第一二向色镜151、第二二向色镜152、第三二向色镜153、反射镜154，所述第一激光器11、第二激光器12、第三激光器13、第四激光器14分别发出的不同激光经所述第一二向色镜151、第二二向色镜152、第三二向色镜153、反射镜154的作用合成为所述混合激发光。进一步的，所述光源合光模块1还包括安装基板16、合光暗盒15，所述第一激光器11、第二激光器12、第三激光器13、第四激光器14及合光暗盒15固定连接于所述安装基板16上，所述第一二向色镜151、第二二向色镜152、第三二向色镜153、反射镜154设置于所述合光暗盒15中，所述合光暗盒15具有混合激发光射出口。所述光源合光模块1的光源可以为空间激光、光纤激光、LED、MICIR-LED、LCD、氙灯、汞灯等具备辐射能量的照明元器件。作为一种具体的实施方式，所述第一激光器11为473nm激光器，第二激光器12为532nm激光器，第三激光器13为637nm激光器，第四激光器14为705nm激光器。

优选地，所述物镜21的位置能够在聚焦电机22的驱动下被调整，具体的，所述聚焦电机22可以为贯穿轴电机，当所述聚焦电机22运转时，所述贯穿轴产生轴向位移，进而使所述物镜21的位置被调整，也即所述聚焦电机22产生的位移与所述物镜21的轴向同轴。所述物镜21包含但不限于焦距为4X、6X、8X、16X、20X、40X、100X、200X的物镜，也应包含自行设计的透镜或透镜组等具备放大功能的光学元器件或元器件组。

所述全反射镜片31的基底的材质可以为玻璃、石英、硅、金、银、铜、铁、铝、不锈钢、钼等中的一种，表面可以镀镍、锡、金、铝、银等材质起到反射光线的作用。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种全光谱微液滴荧光信号检测装置，其特征在于，包括：

光源合光模块(1)，用于将具有不同波长的不同激光合成为混合激发光；

准直组件(2)，包括物镜(21)；

光路折返组件(3)，处于所述混合激发光的光线传导路径上，包括全反射镜片(31)，所述全反射镜片(31)的反光镜面与所述光源合光模块(1)发出的所述混合激发光成预设夹角，以使所述混合激发光与所述物镜(21)的轴心重合并将所述混合激发光反射至所述物镜(21)的聚焦口；

所述物镜(21)能够将所述混合激发光聚焦于待检测微液滴(100)上，以激发产生对应于不同激光的多个不同荧光信号，并将多个所述不同荧光信号准直为平行光；

聚焦组件(4)，包括聚焦透镜(42)，用于将多个所述不同荧光信号准直后的平行光聚焦至其焦平面；

荧光传输组件(5)，具有对应于荧光信号输入的第一端以及对应于荧光信号输出的第二端，所述第一端处于所述焦平面上；

探测组件(6)，连接于所述第二端，用于处理所述荧光传输组件(5)接收并传递的不同荧光信号；

所述光路折返组件(3)还包括全反射镜固定件(32)，所述全反射镜固定件(32)包括主体筒(321)以及处于所述主体筒(321)内的支撑臂(322)，所述全反射镜片(31)连接于所述支撑臂(322)的自由端上，所述支撑臂(322)与所述主体筒(321)的中心孔之间形成荧光信号的通过路径。

2.根据权利要求1所述的全光谱微液滴荧光信号检测装置，其特征在于，所述荧光传输组件(5)包括光纤(51)以及分别处于所述光纤(51)的两端的光纤座(47)、光纤接头组件，所述光纤座(47)对应于所述第一端且处于所述焦平面上，所述光纤接头组件对应于所述第二端且与所述探测组件(6)连接。

3.根据权利要求2所述的全光谱微液滴荧光信号检测装置，其特征在于，所述光纤接头组件包括光纤接头(54)、准直筒(55)、准直透镜座(57)、准直透镜(53)，所述准直筒(55)通过所述光纤接头(54)与所述光纤(51)的荧光信号出口端连接，所述准直筒(55)内通过所述准直透镜座(57)固定连接有所述准直透镜(53)。

4.根据权利要求3所述的全光谱微液滴荧光信号检测装置，其特征在于，所述准直筒(55)内还通过光阑座(56)固定连接有光阑(52)，且所述光阑(52)处于所述准直透镜(53)靠近所述光纤(51)的一侧。

5.根据权利要求2所述的全光谱微液滴荧光信号检测装置，其特征在于，所述聚焦组件(4)还包括主体件(46)以及与所述主体件(46)固定连接的透镜座(41)，所述聚焦透镜(42)由锁母(45)固定于所述透镜座(41)内，所述主体件(46)上连接有避光罩(48)，所述光纤座(47)连接于所述主体件(46)上且处于所述避光罩(48)的遮盖范围内。

6.根据权利要求5所述的全光谱微液滴荧光信号检测装置，其特征在于，所述透镜座(41)内还设有屏蔽件(44)，所述屏蔽件(44)被夹设于所述聚焦透镜(42)与所述锁母(45)之间，所述透镜座(41)内还设有透镜橡胶垫(43)，所述透镜橡胶垫(43)被夹设于所述聚焦透镜(42)与所述锁母(45)之间。

7.根据权利要求1所述的全光谱微液滴荧光信号检测装置，其特征在于，所述光源合光模块(1)包括第一激光器(11)、第二激光器(12)、第三激光器(13)、第四激光器(14)、第一二向色镜(151)、第二二向色镜(152)、第三二向色镜(153)、反射镜(154)，所述第一激光器(11)、第二激光器(12)、第三激光器(13)、第四激光器(14)分别发出的不同激光经所述第一二向色镜(151)、第二二向色镜(152)、第三二向色镜(153)、反射镜(154)的作用合成为所述混合激发光。

8.根据权利要求7所述的全光谱微液滴荧光信号检测装置，其特征在于，所述光源合光模块(1)还包括安装基板(16)、合光暗盒(15)，所述第一激光器(11)、第二激光器(12)、第三激光器(13)、第四激光器(14)及合光暗盒(15)固定连接于所述安装基板(16)上，所述第一二向色镜(151)、第二二向色镜(152)、第三二向色镜(153)、反射镜(154)设置于所述合光暗盒(15)中，所述合光暗盒(15)具有混合激发光射出口。

9.根据权利要求1所述的全光谱微液滴荧光信号检测装置，其特征在于，所述物镜(21)的位置能够在聚焦电机(22)的驱动下被调整。

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