CN113049556A - 利用混合激发光作为光源的微液滴荧光信号检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微液滴荧光信号检测装置，包括将不同波长的多个激光合成为混合激发光的光源合成模块；处于混合激发光的光线传导路径上的物镜能够将混合激发光共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，并将多个不同荧光信号准直为平行光；光处理模块，包括凸透镜、光纤，其中光纤的第一端处于凸透镜远离物镜一侧焦点上，以接收并传递为凸透镜聚焦的多个不同荧光信号；信号接收模块，用于处理光纤接收并传递的多个不同荧光信号。本发明采用光纤作为后端荧光收集及传输元器件，有效降低荧光信号的损失，光处理模块与信号接收模块分别独立通过光纤连接，信号接收模块可在空间中任意布置，提升系统布置的灵活性。

Description

利用混合激发光作为光源的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，具体涉及一种利用混合激发光作为光源的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。微流控检测芯片技术日渐成熟，渐渐的成为了人们关注的热点。微流控检测芯片中有各种生物和化学过程，其过程通常是在微米级的流道空间内完成，其中需要一些能检测反应过程的装置。

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。而传统的激光共聚焦检测装置，检测光路为消除焦平面以外杂散光的干扰、提高检测灵敏度，在接收端设置针孔，其空间结构方式单一且固定，无论是单激光、双激光还是多激光进行激发信号检测装置皆存在针孔数量固定增加、用于激发光的激光数量增加光程增长、检测装置从激光到收集信号端整体性要求高等缺点，因为针孔数量的增加导致调试时难度加大，在无形中增加了装置的信号接收误差，进行多通道信号检测时，由于空间光程加大导致一部分的信号衰减和丢失，相应的检测信号存在丢失，整体性要求高不便于产品的组装和后期维护。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种利用混合激发光作为光源的微液滴荧光信号检测装置，采用光纤作为后端荧光收集及传输元器件，有效降低荧光信号的损失，同时光处理模块与信号接收模块分别独立通过光纤连接，信号接收模块可在空间中任意布置，提升系统布置的灵活性。

为了解决上述问题，本发明提供一种利用混合激发光作为光源的微液滴荧光信号检测装置，包括：

光源合光模块，用于将具有第一波长的第一激光、具有第二波长的第二激光、具有第三波长的第三激光合成为混合激发光；

聚焦及荧光准直模块，包括物镜、聚焦电机；所述物镜，处于所述混合激发光的光线传导路径上，能够将所述混合激发光共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；

光处理模块，包括多个所述不同荧光信号聚焦通过的凸透镜、用于将所述混合激发光由所述光源合光模块反射至所述物镜的第一二向色镜、光纤，其中所述光纤的第一端处于所述凸透镜远离所述物镜一侧焦点上，以接收并传递为所述凸透镜聚焦的多个所述不同荧光信号；

信号接收模块，连接于所述光纤的第二端，用于处理所述光纤接收并传递的多个所述不同荧光信号。

优选地，所述光处理模块还包括屏蔽件，所述屏蔽件处于所述凸透镜与所述光纤的第一端之间且接近所述凸透镜一端。

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、反射镜、第二二向色镜、第三二向色镜，所述第一激光器、第二激光器、第三激光器分别发出的不同激光经所述第二二向色镜、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基板、合光暗盒，所述第一激光器、第二激光器、第三激光器及合光暗盒固定连接于所述基板上，所述第二二向色镜、第三二向色镜及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和各激发光的入射口。

优选地，所述物镜的位置能够在聚焦电机的驱动下被调整。

优选地，所述光处理模块还包括光处理壳体，所述光处理壳体包括第一连接件、第二连接件、主体件，所述主体件与所述第二连接件对所述凸透镜形成夹持定位，所述第一连接件与所述第二连接件对所述第一二向色镜形成夹持定位，所述主体件上还连接有第一光纤转接座，所述第一光纤转接座能够对所述光纤的第一端形成定位，所述屏蔽件被夹设于所述凸透镜与镜片锁母之间。

优选地，所述光处理壳体还包括密光罩，所述密光罩与所述主体件连接且罩设于所述第一光纤转接座的外侧；和/或，所述第一连接件与所述第二连接件之间还夹设有第一二向色镜橡胶垫；和/或，所述光处理模块还包括凸透镜连接件，所述凸透镜及屏蔽件处于所述凸透镜连接件内，所述凸透镜与所述镜片锁母之间还夹设有凸透镜密光垫。

优选地，所述信号接收模块还包括第二光纤转接座、准直透镜筒、准直透镜连接件、准直透镜，所述准直透镜筒通过所述第二光纤转接座与所述光纤的荧光信号出口端连接，所述准直透镜筒内通过所述准直透镜连接件固定连接有所述准直透镜。

优选地，所述准直透镜筒内还通过光阑连接件固定连接有光阑，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，所述信号接收模块还包括将混合荧光信号分离的第四二向色镜、第五二向色镜、第六二向色镜、第七二向色镜，以及用于接收第一荧光信号的第一光电倍增管、接收第二荧光信号的第二光电倍增管、接收第三荧光信号的第三光电倍增管、接收第四荧光信号的第四光电倍增管、接收第五荧光信号的第五光电倍增管。

本发明提供的一种微液滴荧光信号检测装置，采用光纤作为后端荧光收集及传输元器件，有效降低荧光信号的损失，同时所述光处理模块与所述信号接收模块分别独立的设置并通过光纤连接，如此所述信号接收模块可在空间中任意布置，从而提升了系统布置的灵活性。

附图说明

图1为本发明实施例的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为本发明实施例的微液滴荧光信号检测装置的结构示意图；

图3为图2中的合光模块的拆解结构示意图

图4为图2中的光处理模块的拆解结构示意图；

图5为图2中的聚焦及荧光准直模块的拆解结构示意图；

图6为图2中的信号接收模块的拆解结构示意图。

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、合光暗盒；141、第二二向色镜；142、第三二向色镜；143、反射镜；15、基板；2、聚焦及荧光准直模块；21、物镜；22、聚焦电机；3、光处理模块；31、第一二向色镜；311、第一连接件；312、第二连接件；313、消光器；314、第一二向色镜橡胶垫；32、凸透镜；321、凸透镜连接件；322、凸透镜密光垫；323、镜片锁母；33、屏蔽件；34、光纤；35、主体件；36、第一光纤转接座；37、密光罩；4、信号接收模块；41、光阑；411、第二光纤转接座；412、准直透镜筒；413、光阑连接件；42、准直透镜；421、准直透镜连接件；43、第四二向色镜；431、第一光电倍增管；432、PMT第一连接件；433、PMT密光件；434、镜片锁环；435、第一滤色片；436、第一固定件；437、第四二向色镜橡胶垫；44、第五二向色镜；441、第二光电倍增管；442、PMT第二连接件；443、第二滤色片；444、第二固定件；445、第五二向色镜橡胶垫；45、第六二向色镜；450、第四滤色片；451、第三光电倍增管；452、第四光电倍增管；453、第三滤色片；454、第三固定件；455、第四固定件；456、第六二向色镜橡胶垫；46、第七二向色镜；461、第五光电倍增管；462、PMT第三连接件；463、第五滤色片；464、第五固定件；465、第七二向色镜橡胶垫；100、待检测微液滴；471、PMT第四连接件；472、PMT第五连接件。

具体实施方式

结合参见图1至图6所示，根据本发明的实施例，提供一种利用混合激发光作为光源的微液滴荧光信号检测装置，包括：光源合光模块1，用于将具有第一波长的第一激光、具有第二波长的第二激光、具有第三波长的第三激光合成为混合激发光；聚焦及荧光准直模块2，包括物镜21、聚焦电机22；所述物镜21，处于所述混合激发光的光线传导路径上，能够将所述混合激发光共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，而为了能够实现共聚焦的目的，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可以为固定轴电机，当所述聚焦电机22运转时，所述固定轴电机产生轴向位移，进而使所述物镜21的位置被调整；光处理模块3，包括多个所述不同荧光信号聚焦通过的凸透镜32、用于将所述混合激发光由所述光源合光模块1反射至所述物镜21的第一二向色镜31、光纤34，其中所述光纤34的第一端处于所述凸透镜32远离所述物镜21一侧焦点上，以接收并传递为所述凸透镜32聚焦的多个所述不同荧光信号；信号接收模块4，连接于所述光纤34的第二端，用于处理所述光纤34接收并传递的多个所述不同荧光信号。该技术方案中，采用光纤34作为后端荧光收集及传输元器件，有效降低荧光信号的损失，同时所述光处理模块3与所述信号接收模块4分别独立的设置并通过光纤34连接，光纤34具有柔性，如此所述信号接收模块4可在空间中任意布置，从而提升了系统布置的灵活性。所述光纤34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。

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。

采用所述光纤34的检测装置能够有效降低荧光信号的损失且能够使空调布置更加灵活，但是发明人在应用过程中尤其是多激发光激发荧光需求下发现，合成的激发光经过光学器件折返产生的近轴光对荧光信号的传递与接收造成不利干扰，为了减少或者杜绝这一现象的发生，所述光处理模块3还包括屏蔽件33，所述屏蔽件33处于所述凸透镜32与所述光纤34的第一端之间且接近所述凸透镜32一端，所述屏蔽件33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。所述屏蔽件33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33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。

优选地，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、反射镜143、第二二向色镜141、第三二向色镜142，所述第一激光器11、第二激光器12、第三激光器13分别发出的不同激光经所述第二二向色镜141、第三二向色镜142、反射镜143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还包括基板15、合光暗盒14，所述第一激光器11、第二激光器12、第三激光器13及合光暗盒14固定连接于所述基板15上，所述第二二向色镜141、第三二向色镜142及反射镜143设置于所述合光暗盒14中，所述合光暗盒14具有混合激发光射出口和各激发光的入射口。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。所述光源合光模块1中激发光源可以是上述具备辐射能量的一种或多种照明元器件，进行一个或多个进行光源处理后合成为所述混合激发光，均在保护范围内。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。

作为所述光处理模块3的一种具体结构实现形式，优选地，所述光处理模块3还包括光处理壳体，所述光处理壳体包括第一连接件311、第二连接件312、主体件35，所述主体件35与所述第二连接件312对所述凸透镜32形成夹持定位，所述第一连接件311与所述第二连接件312对所述第一二向色镜31形成夹持定位，所述主体件35上还连接有第一光纤转接座36，所述第一光纤转接座36能够对所述光纤34的第一端形成定位，所述屏蔽件33被夹设于所述凸透镜32与镜片锁母323之间，所述光处理壳体还包括密光罩37，所述密光罩37与所述主体件35连接且罩设于所述第一光纤转接座36的外侧，所述密光罩37与所述主体件35形成光路密光腔室；和/或，所述第一连接件311与所述第二连接件312之间还夹设有第一二向色镜橡胶垫314；和/或，所述光处理模块3还包括凸透镜连接件321，所述凸透镜32及屏蔽件33处于所述凸透镜连接件321内，所述凸透镜32与所述镜片锁母323之间还夹设有凸透镜密光垫322，所述第二连接件312上还螺接有消光器313，所述消光器313螺接于混合激发光的入射口位置同轴的对面侧。

在一些实施方式中，结合参见图1及图6，所述信号接收模块4还包括第二光纤转接座411、准直透镜筒412、准直透镜连接件421、准直透镜42，所述准直透镜筒412通过所述第二光纤转接座411与所述光纤34的荧光信号出口端连接，所述准直透镜筒412内通过所述准直透镜连接件421固定连接有所述准直透镜42，所述准直透镜筒412内还通过光阑连接件413固定连接有光阑41，且所述光阑41处于所述准直透镜42靠近所述光纤34的一侧，还包括将混合荧光信号分离的第四二向色镜43、第五二向色镜44、第六二向色镜45、第七二向色镜46，以及用于接收第一荧光信号的第一光电倍增管431、接收第二荧光信号的第二光电倍增管441、接收第三荧光信号的第三光电倍增管451、接收第四荧光信号的第四光电倍增管452、接收第五荧光信号的第五光电倍增管461。该技术方案中，光阑41主要是消除光处理模块3传输过来的杂散光，只保留所述的混合荧光信号通过准直透镜42，使经由其的散乱光折射为平行光，并通过所述第一光电倍增管431、第二光电倍增管441、第三光电倍增管451、第四光电倍增管452和第五光电倍增管461，分别进行获取后传到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多项检测参数，使检测结果更加丰富，适用场景及领域更加广泛，这能够极大程度的降低实验成本并提高检测工作效率。

如图6所示出，所述信号接收模块4还包括第一固定件436、第二固定件444、第三固定件454、第四固定件455，这些固定件相邻连接成为所述信号接收模块4的结构主体，可以理解的，其上分别构造有相应的光路通道以及连接端口以使各个光学元器件以及上述的光纤34实现可靠连接。具体的，所述光纤34、所述第一光电倍增管431分别连接于所述第一固定件436上，具体的，所述第一光电倍增管431与所述第一固定件436之间依次夹设有PMT第一连接件432、PMT密光件433、镜片锁环434、第一滤色片435，其中PMT第一连接件432与所述第一光电倍增管431接触；所述第五固定件464与所述第一固定件436之间夹设有所述第七二向色镜46以及对应的第七二向色镜橡胶垫465；所述第一固定件436与所述第二固定件444之间夹设有所述第四二向色镜43以及对应的第四二向色镜橡胶垫437；所述第三固定件454连接于所述第二固定件444上，且两者之间夹设有所述第五二向色镜44以及对应的第五二向色镜橡胶垫445；所述第二固定件444上还连接有所述第五光电倍增管461，两者之间依次夹设有PMT第五连接件472、所述PMT密光件433、所述镜片锁环434、第五滤色片463；所述第三固定件454还连接有所述第二光电倍增管441，两者之间依次夹设有PMT第二连接件442、所述PMT密光件433、所述镜片锁环434、第二滤色片443；所述第三固定件454还同时连接有所述第三光电倍增管451，两者之间依次夹设有PMT第三连接件462、所述PMT密光件433、所述镜片锁环434、第三滤色片453；所述第四固定件455连接于所述第三固定件454上，且两者之间夹设有所述第六二向色镜45以及对应的第六二向色镜橡胶垫456；所述第四固定件455上还连接有所述第四光电倍增管452，两者之间依次夹设有PMT第四连接件471、所述PMT密光件433、所述镜片锁环434、第四滤色片450。

所述凸透镜32和准直透镜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，所述凸透镜32和准直透镜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。

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 (10)

1.一种利用混合激发光作为光源的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)，用于将具有第一波长的第一激光、具有第二波长的第二激光、具有第三波长的第三激光合成为混合激发光；

聚焦及荧光准直模块(2)，包括物镜(21)、聚焦电机(22)；所述物镜(21)，处于所述混合激发光的光线传导路径上，能够将所述混合激发光共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；

光处理模块(3)，包括多个所述不同荧光信号聚焦通过的凸透镜(32)、用于将所述混合激发光由所述光源合光模块(1)反射至所述物镜(21)的第一二向色镜(31)、光纤(34)，其中所述光纤(34)的第一端处于所述凸透镜(32)远离所述物镜(21)一侧焦点上，以接收并传递为所述凸透镜(32)聚焦的多个所述不同荧光信号；

信号接收模块(4)，连接于所述光纤(34)的第二端，用于处理所述光纤(34)接收并传递的多个所述不同荧光信号。

2.根据权利要求1所述的微液滴荧光信号检测装置，其特征在于，所述光处理模块(3)还包括屏蔽件(33)，所述屏蔽件(33)处于所述凸透镜(32)与所述光纤(34)的第一端之间且接近所述凸透镜(32)一端。

3.根据权利要求1所述的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)、反射镜(143)、第二二向色镜(141)、第三二向色镜(142)，所述第一激光器(11)、第二激光器(12)、第三激光器(13)分别发出的不同激光经所述第二二向色镜(141)、第三二向色镜(142)、反射镜(143)的作用合成为所述混合激发光。

4.根据权利要求3所述的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)还包括基板(15)、合光暗盒(14)，所述第一激光器(11)、第二激光器(12)、第三激光器(13)及合光暗盒(14)固定连接于所述基板(15)上，所述第二二向色镜(141)、第三二向色镜(142)及反射镜(143)设置于所述合光暗盒(14)中，所述合光暗盒(14)具有混合激发光射出口和各激发光的入射口。

5.根据权利要求1所述的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。

6.根据权利要求2所述的微液滴荧光信号检测装置，其特征在于，所述光处理模块(3)还包括光处理壳体，所述光处理壳体包括第一连接件(311)、第二连接件(312)、主体件(35)，所述主体件(35)与所述第二连接件(312)对所述凸透镜(32)形成夹持定位，所述第一连接件(311)与所述第二连接件(312)对所述第一二向色镜(31)形成夹持定位，所述主体件(35)上还连接有第一光纤转接座(36)，所述第一光纤转接座(36)能够对所述光纤(34)的第一端形成定位，所述屏蔽件(33)被夹设于所述凸透镜(32)与镜片锁母(323)之间。

7.根据权利要求6所述的微液滴荧光信号检测装置，其特征在于，所述光处理壳体还包括密光罩(37)，所述密光罩(37)与所述主体件(35)连接且罩设于所述第一光纤转接座(36)的外侧；和/或，所述第一连接件(311)与所述第二连接件(312)之间还夹设有第一二向色镜橡胶垫(314)；和/或，所述光处理模块(3)还包括凸透镜连接件(321)，所述凸透镜(32)及屏蔽件(33)处于所述凸透镜连接件(321)内，所述凸透镜(32)与所述镜片锁母(323)之间还夹设有凸透镜密光垫(322)。

8.根据权利要求1所述的微液滴荧光信号检测装置，其特征在于，所述信号接收模块(4)还包括第二光纤转接座(411)、准直透镜筒(412)、准直透镜连接件(421)、准直透镜(42)，所述准直透镜筒(412)通过所述第二光纤转接座(411)与所述光纤(34)的荧光信号出口端连接，所述准直透镜筒(412)内通过所述准直透镜连接件(421)固定连接有所述准直透镜(42)。

9.根据权利要求8所述的微液滴荧光信号检测装置，其特征在于，所述准直透镜筒(412)内还通过光阑连接件(413)固定连接有光阑(41)，且所述光阑(41)处于所述准直透镜(42)靠近所述光纤(34)的一侧。

10.根据权利要求8所述的微液滴荧光信号检测装置，其特征在于，所述信号接收模块(4)还包括将混合荧光信号分离的第四二向色镜(43)、第五二向色镜(44)、第六二向色镜(45)、第七二向色镜(46)，以及用于接收第一荧光信号的第一光电倍增管(431)、接收第二荧光信号的第二光电倍增管(441)、接收第三荧光信号的第三光电倍增管(451)、接收第四荧光信号的第四光电倍增管(452)、接收第五荧光信号的第五光电倍增管(461)。

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