CN113376099A - 一种基于标准品的qpcr激发光强自动调整方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于标准品的QPCR激发光强自动调整方法和系统，方法包括:S1、将装有标准荧光染料的QPCR管放入反应仓并设定目标荧光值及浮动范围；S2、测量多组设定的光源强度对应的荧光值，并建立关系函数；S3、根据关系函数计算出目标荧光值对应的目标测算光源强度值；S4、测量目标测算光源强度值对应的实际荧光值；S5，判断实际荧光值是否在目标荧光值的浮动范围内；若是，S6，将实际荧光值保存并结束调试，若否，S7，对实际荧光值减去调整数值作为调整后数值并转S5，其中，调整数值为实际荧光值向最接近目标荧光值的浮动范围变化的增量且增量的绝对值小于实际荧光值与目标荧光值的浮动范围最接近的数值的差值。实现自动调整，提高使用效率。

Description

一种基于标准品的QPCR激发光强自动调整方法和系统
技术领域
本发明涉及QPCR技术领域，尤其是一种基于标准品的QPCR激发光强自动调整方法和系统。
背景技术
qpcr的英文全名是real-time quantitative pcr detecting system，即实时荧光定量核酸扩增检测系统，也叫实时定量基因扩增荧光检测系统，简称qpcr，是指在pcr反应体系中加入荧光基团，利用荧光信号积累实时监测整个pcr进程，使每一个循环变得“可见”，最后通过ct值和标准曲线对样品中的dna(或cdna)的起始浓度进行定量的方法。与传统的pcr相比，qpcr能实现准确定量。
qpcr的基本原理是：扩增呈指数增长，在反应体系和条件完全一致的情况下，样本dna含量与扩增产物的对数成正比。由于反应体系中的荧光染料或荧光标记物与扩增产物结合发光，其荧光量与扩增产物成正比。随着反应荧光信号强度不断增加，每经过一个循环，收集一次荧光强度信号，经过一定的循环后，得到一条荧光扩增曲线图。
目前市场上的qpcr产品其激发光源部分通常使用led或卤钨灯等，在qpcr产品批量生产时，由于光源LED或卤素灯存在的批间差以及使用过程中的损耗，导致每台qpcr产品的激发光源强度存在差异。为控制qpcr产品的批间差及补偿仪器使用过程中的损耗，需要对其进行光强调节，使qpcr产品的激发光强在一个统一的范围内。
现有技术中qpcr产品的激发光源一般采用恒流源驱动，电流的大小决定光源强度的强弱，而电流的调节经常用PWM或采样电阻控制，PWM控制是通过调整PWM的占空比或频率来控制电流的大小，采样电阻控制是通过调整采样电阻的阻值来调节反馈电压，进而控制电流的大小。
现有的qpcr产品在进行光强调整时，首先将装有标准的荧光物质的PCR管放入反应仓中，用光源进行激发后测量其荧光，然后根据荧光大小来调整PWM的占空比或频率、采样电阻来调整光源强度。在具体操作时经常根据经验数据进行光强调整，由于光源本身之间的差异、光强与激发电流之间的非线性、光强与荧光强度之间的非线性以及光源在使用一段时间后损耗增加导致调试繁琐，需要多次重复操作。
发明内容
本发明的目的是提供了一种基于标准品的QPCR激发光强自动调整方法和系统，实现自动调整，提高了使用效率。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于标准品的QPCR激发光强自动调整方法，包括:
S1、将装有标准荧光染料的QPCR管放入反应仓并设定目标荧光值及所述目标荧光值的浮动范围；
S2、测量多组设定的光源强度对应的荧光值，并建立光源强度与对应荧光值之间的光源荧光关系函数；
S3、根据所述光源荧光关系函数计算出所述目标荧光值对应的目标测算光源强度值；
S4、测量所述目标测算光源强度值对应的实际荧光值；
S5，判断所述实际荧光值是否在所述目标荧光值的浮动范围内；
若是，S6，将所述实际荧光值保存并结束调试，若否，S7，对所述实际荧光值减去调整数值作为调整后数值并转所述S5，其中，所述调整数值为所述实际荧光值向最接近所述目标荧光值的浮动范围变化的增量且所述增量的绝对值小于所述实际荧光值与所述目标荧光值的浮动范围最接近的数值的差值。
其中，在所述S2之前，还包括：
按照预定梯度输入电流，并获得所述光源的光源强度值，并拟合出所述光源的关于光源强度与驱动电流的关系函数。
其中，所述S2包括根据测量多组在设定光源强度对应的荧光值，计算获得荧光值与光源强度之间的线性关系函数，或计算获得荧光值与光源强度之间的多项式关系函数。
其中，所述S7包括：
所述调整数值至少包括第一调整数值、第二调整数值，所述第一调整数值的绝对值大于所述第二调整数值的绝对值，所述第一调整数值为对所述实际荧光值第一次调整的数值，所述第二调整数值为对所述实际荧光值的调整次数大于等于2时采用的调整数值。
其中，所述S7还包括：
对所述调整数值进行输入设定或修改。
除此之外，本发明实施例还提供了一种基于标准品的QPCR激发光强自动调整系统，包括：
目标荧光设定模块，用于在将装有标准荧光染料的QPCR管放入反应仓并设定目标荧光值及所述目标荧光值的浮动范围；
关系函数生成模块，用于在测量多组设定的光源强度对应的荧光值，并建立光源强度与对应荧光值之间的光源荧光关系函数；
光源强度回估模块，根据所述光源荧光关系函数计算出所述目标荧光值对应的目标测算光源强度值；
估算测量模块，用于测量所述目标测算光源强度值对应的实际荧光值；
判断调整模块，用于在判定所述实际荧光值在所述目标荧光值的浮动范围内后，将所述实际荧光值保存并结束调试，若否，对所述实际荧光值减去调整数值作为调整后数值后重新判断，其中，所述调整数值为所述实际荧光值向最接近所述目标荧光值的浮动范围变化的增量且所述增量的绝对值小于所述实际荧光值与所述目标荧光值的浮动范围最接近的数值的差值。
其中，还包括与所述关系函数生成模块连接的电流光强函数单元，用于按照预定梯度输入电流，并获得所述光源的光源强度值，并拟合出所述光源的关于光源强度与驱动电流的关系函数。
其中，还包括与所述判断调整模块连接的数值设定模块，用于设定第一次或多次调整的调整数值。
本发明实施例提供的基于标准品的QPCR激发光强自动调整方法和系统与现有技术相比较，具有以下优点：
本发明实施例提供的所述基于标准品的QPCR激发光强自动调整方法和系统，在将装有标准荧光染料的QPCR管放入反应仓并设定目标荧光值及所述目标荧光值的浮动范围之后，测量多组设定的光源强度对应的荧光值，并建立光源强度与对应荧光值之间的光源荧光关系函数；根据所述光源荧光关系函数计算出所述目标荧光值对应的目标测算光源强度值；与实际测量所述目标测算光源强度值对应的实际荧光值比较，判断是否在所述目标荧光值的浮动范围内；若是，说明书获得的关系式较准确，可以直接使用，将所述实际荧光值保存并结束调试，若否，需要进行调整，对所述实际荧光值减去调整数值作为调整后数值并重新进行判断，其中，所述调整数值为所述实际荧光值向最接近所述目标荧光值的浮动范围变化的增量且所述增量的绝对值小于所述实际荧光值与所述目标荧光值的浮动范围最接近的数值的差值。采用这种方式可以实现自动调整，提高了调整效率，以及使用效率。无需进行人工重复操作。
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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的基于标准品的QPCR激发光强自动调整方法的一个实施例的步骤流程示意图；
图2为本申请提供的基于标准品的QPCR激发光强自动调整系统的一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
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，本领域普通技术人员在没有做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。
如图1-2所示，图1为本申请提供的基于标准品的QPCR激发光强自动调整方法的一个实施例的步骤流程示意图；图2为本申请提供的基于标准品的QPCR激发光强自动调整系统的一个实施例的结构示意图。。
在一种具体实施方式中，本发明提供的基于标准品的QPCR激发光强自动调整方法，包括:
S1、将装有标准荧光染料的QPCR管放入反应仓并设定目标荧光值及所述目标荧光值的浮动范围；
S2、测量多组设定的光源强度对应的荧光值，并建立光源强度与对应荧光值之间的光源荧光关系函数；
S3、根据所述光源荧光关系函数计算出所述目标荧光值对应的目标测算光源强度值；
S4、测量所述目标测算光源强度值对应的实际荧光值；
S5，判断所述实际荧光值是否在所述目标荧光值的浮动范围内；
若是，S6，将所述实际荧光值保存并结束调试，若否，S7，对所述实际荧光值减去调整数值作为调整后数值并转所述S5，其中，所述调整数值为所述实际荧光值向最接近所述目标荧光值的浮动范围变化的增量且所述增量的绝对值小于所述实际荧光值与所述目标荧光值的浮动范围最接近的数值的差值。
在将装有标准荧光染料的QPCR管放入反应仓并设定目标荧光值及所述目标荧光值的浮动范围之后，测量多组设定的光源强度对应的荧光值，并建立光源强度与对应荧光值之间的光源荧光关系函数；根据所述光源荧光关系函数计算出所述目标荧光值对应的目标测算光源强度值；与实际测量所述目标测算光源强度值对应的实际荧光值比较，判断是否在所述目标荧光值的浮动范围内；若是，说明书获得的关系式较准确，可以直接使用，将所述实际荧光值保存并结束调试，若否，需要进行调整，，对所述实际荧光值减去调整数值作为调整后数值并重新进行判断，其中，所述调整数值为所述实际荧光值向最接近所述目标荧光值的浮动范围变化的增量且所述增量的绝对值小于所述实际荧光值与所述目标荧光值的浮动范围最接近的数值的差值。采用这种方式可以实现自动调整，提高了调整效率，以及使用效率。无需进行人工重复操作。
由于在实际操作中输入的是电流，并不一定直接是确定的光强，当然可能存在直接将对应的电流通过一定的换算关系换算为光强，直接被i表姐为光强，但是在很多时候仅仅能检测到输入的电流，因而为了使用方便，在一个实施例中，在所述S2之前，还包括：
按照预定梯度输入电流，并获得所述光源的光源强度值，并拟合出所述光源的关于光源强度与驱动电流的关系函数。
通过上述的光源强度与驱动电流的关系函数以及光源强度与荧光值的关系函数，可以直接获得电流与荧光的关系函数，或者通过内部内部计算，通两次运算获得需要的数值，从而提高使用效率，本发明对于其关系函数的类型以及拟合方式不做限定。
本发明中对于数据的拟合方式不做限定，可以采用线性拟合，也可以采用其它方式的拟合，前者的运算量较小，但是误差较大，所述步骤2包括根据测量多组在设定光源强度对应的荧光值，计算获得荧光值与光源强度之间的线性关系函数，或计算获得荧光值与光源强度之间的多项式关系函数。
本发明中包括但是不局限于采用上述的线性拟合、多项式拟合、最小二乘拟合等，这是由于器件在内电流或者光源强度较小线性度一般较好，而在电流较大时就需要采用多项式进行拟合，当然在本发明中也可以采用分段函数的方式，本发明对此不作限定。
本发明中可能会采用调整数值进行调整，本发明对于实际采用的数值代销不作限定，为了保证调整效率以及准确性，一般采用多次调整的方式，逐步降低调整幅度，在一个实施例中，所述S7包括：
所述调整数值至少包括第一调整数值、第二调整数值，所述第一调整数值的绝对值大于所述第二调整数值的绝对值，所述第一调整数值为对所述实际荧光值第一次调整的数值，所述第二调整数值为对所述实际荧光值的调整次数大于等于2时采用的调整数值。
例如实际获得的数值是10，而预设的范围为7～8，10与8接近，第一次采用1作为调整数值，第二次以及之后可以采用0.1，直到到达范围为止，能够避免直接调整到范围之外。或者另一个例子中，实际获得的数值是5，而预设的范围为7～8，5与7接近，第一次采用-1作为调整数值，第二次以及之后可以采用-0.1，直到到达范围为止，能够避免直接调整到范围之外
本发明中对于调整数值的大小不做限定，可以是采用系统预存的数值，但是有时候可能存在多大过小的情况，因此在一个实施例中，，所述S7还包括：
对所述调整数值进行输入设定或修改。
本申请对于调整数值的修改方式不做限定，可以采用按键的方式进行设置，如直接输入数职大小，或者改变规则如首次调整数值为设定荧光纸范围的整数倍等，也可以采用远程输入的方式，如采用手机APP通过网络或者蓝牙等直接输入。
在一个实施例中：
步骤1、将驱动电流与光源的光强之间的关系按照一定的梯度输入软件，如：1mA电流对应的光强F1，5mA电流对应的光强F2，10mA对应的光强F3等，直至最大电流对应的光强。软件依据该参数拟合出光源光强与驱动电流之间的关系函数；
步骤2、将装有标准荧光染料的QPCR管放入反应仓中，并设定目标荧光值及其浮动范围；
步骤3、通过设定电流I1、I2来设定至少两个不同的光源强度A1、A2，并测量该光源强度下的荧光值B1、B2；
步骤4、根据步骤2测量的数据(B1，A1)、(B2、A2)计算出荧光值与光源强度之间的线性关系函数，若测量多个点可计算多项式关系函数；
步骤5、将步骤1中设定的目标荧光值带入步骤3中荧光值与光源强度之间的函数关系式中，计算得出相应的光源强度值A3，然后由计算的光源强度值代入步骤1中光强与驱动电流之间的关系式计算电流值I3，然后测量该光强下的荧光值B3；
步骤6、将步骤4中测量的荧光值B3与步骤2中设定的目标荧光值相比较:
a；若B3在目标荧光值范围内则将步骤4中计算的光源强度值A3、电流值I3保存并结束调试；
b：若B3超出目标荧光值的上限，则将A3减小Δ1记为A4、计算A4对应的电流值I4，测其荧光值并与目标荧光值比较,若满足设定目标则进行保存并结束调试；若低于设定目标荧光值下限则采用遍历法，即采用步长Δ2(Δ2<<Δ1)遍历A3至A4范围内的所有的光源强度值和对应的电流值，直至荧光值满足设定范围则该光源强度值保存并退出调试；若超出目标荧光值的上限，则继续将上一次的光源强度值减小Δ1、测其荧光值并与目标荧光值比较，直至光源强度为An、电流为In时荧光值满足设定目标或首次低于目标荧光值下限，若满足设定目标则进行将An及电流In保存并结束调试，若荧光值低于目标荧光值下限则采用遍历法，即采用步长Δ2(Δ2<<Δ1)遍历An至A(n-1)范围内的所有的光源强度值和对应的电流值，直至荧光值满足设定范围则该光源强度值、电流值保存并退出调试；
c：若B3低于目标荧光值的下限，则将A3增加Δ1记为A4、计算A4对应的电流值I4，测其荧光值并与目标荧光值比较,若满足设定目标则进行保存并结束调试；若超出设定目标荧光值上限则采用遍历法，即采用步长Δ2(Δ2<<Δ1)遍历A3至A4范围内的所有的光源强度值和对应的电流值，直至荧光值满足设定范围则该光源强度值保存并退出调试；若低于目标荧光值的下限，则继续将上一次的光源强度值增加Δ1、测其荧光值并与目标荧光值比较，直至光源强度为An、电流为In时荧光值满足设定目标或首次超出目标荧光值上限，若满足设定目标则进行将An及电流In保存并结束调试，若荧光值超出目标荧光值上限则采用遍历法，即采用步长Δ2(Δ2<<Δ1)遍历An至A(n-1)范围内的所有的光源强度值和对应的电流值，直至荧光值满足设定范围则该光源强度值电流值保存并退出调试。
需要指出的是，本发明中还可以设定调整次数，如调整次数大于50次或100次数之后，自动调制调整，重新设定调整数值进行调整，或者将实际测量的荧光值与光源强度的数值代入之前的数据组中重新进行关系函数计算，对关系函数进行修正，从而提高调整的准确性，本发明对此不作限定。
除此之外，本发明实施例还提供了一种基于标准品的QPCR激发光强自动调整系统，包括：
目标荧光设定模块10，用于在将装有标准荧光染料的QPCR管放入反应仓并设定目标荧光值及所述目标荧光值的浮动范围；
关系函数生成模块20，用于在测量多组设定的光源强度对应的荧光值，并建立光源强度与对应荧光值之间的光源荧光关系函数；
光源强度回估模块30，根据所述光源荧光关系函数计算出所述目标荧光值对应的目标测算光源强度值；
估算测量模块40，用于测量所述目标测算光源强度值对应的实际荧光值；
判断调整模块50，用于在判定所述实际荧光值在所述目标荧光值的浮动范围内后，将所述实际荧光值保存并结束调试，若否，对所述实际荧光值减去调整数值作为调整后数值后重新判断，其中，所述调整数值为所述实际荧光值向最接近所述目标荧光值的浮动范围变化的增量且所述增量的绝对值小于所述实际荧光值与所述目标荧光值的浮动范围最接近的数值的差值。
由于所述基于标准品的QPCR激发光强自动调整系统为上述的基于标准品的QPCR激发光强自动调整方法对应的系统，具有相同的有益效果，本发明对此不做赘述。
由于在实际使用中会存在直接使用电流的情况，无法直接进行光强输入吧，在一个实施例中，所述基于标准品的QPCR激发光强自动调整系统还包括与所述关系函数生成模块连接的电流光强函数单元，用于按照预定梯度输入电流，并获得所述光源的光源强度值，并拟合出所述光源的关于光源强度与驱动电流的关系函数。
本申请对于关系函数的拟合方式不做限定，可以是线性函数，也可以是多项式函数，或者其它函数，或者多个函数的组合，本申请对此不作限定。
本发明中需要采用调整数值进行调整，由于采用固定的数值可能会出现调整幅度过大或者过小的情况，为了提高使用效率，一个实施例中，本发明实施例提供的所述基于标准品的QPCR激发光强自动调整系统还包括与所述判断调整模块连接的数值设定模块，用于设定第一次或多次调整的调整数值。
本申请对于数值设定模块的数值设定方式、数值设定数量等都不做限定。
综上所述，本发明实施例提供的所述基于标准品的QPCR激发光强自动调整方法和系统，在将装有标准荧光染料的PCR管放入反应仓并设定目标荧光值及所述目标荧光值的浮动范围之后，测量多组设定的光源强度对应的荧光值，并建立光源强度与对应荧光值之间的光源荧光关系函数；根据所述光源荧光关系函数计算出所述目标荧光值对应的目标测算光源强度值；与实际测量所述目标测算光源强度值对应的实际荧光值比较，判断是否在所述目标荧光值的浮动范围内；若是，说明书获得的关系式较准确，可以直接使用，将所述实际荧光值保存并结束调试，若否，需要进行调整，，对所述实际荧光值减去调整数值作为调整后数值并重新进行判断，其中，所述调整数值为所述实际荧光值向最接近所述目标荧光值的浮动范围变化的增量且所述增量的绝对值小于所述实际荧光值与所述目标荧光值的浮动范围最接近的数值的差值。采用这种方式可以实现自动调整，提高了调整效率，以及使用效率。无需进行人工重复操。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种基于标准品的QPCR激发光强自动调整方法，其特征在于，包括:
S1、将装有标准荧光染料的QPCR管放入反应仓并设定目标荧光值及所述目标荧光值的浮动范围；
S2、测量多组设定的光源强度对应的荧光值，并建立光源强度与对应荧光值之间的光源荧光关系函数；
S3、根据所述光源荧光关系函数计算出所述目标荧光值对应的目标测算光源强度值；
S4、测量所述目标测算光源强度值对应的实际荧光值；
S5，判断所述实际荧光值是否在所述目标荧光值的浮动范围内；
若是，S6，将所述实际荧光值保存并结束调试，若否，S7，对所述实际荧光值减去调整数值作为调整后数值并转所述S5，其中，所述调整数值为所述实际荧光值向最接近所述目标荧光值的浮动范围变化的增量且所述增量的绝对值小于所述实际荧光值与所述目标荧光值的浮动范围最接近的数值的差值。
2.如权利要求1所述基于标准品的QPCR激发光强自动调整方法，其特征在于，在所述S2之前，还包括：
按照预定梯度输入电流，并获得所述光源的光源强度值，并拟合出所述光源的关于光源强度与驱动电流的关系函数。
3.权利要求2述基于标准品的QPCR激发光强自动调整方法，其特征在于，所述S2包括根据测量多组在设定光源强度对应的荧光值，计算获得荧光值与光源强度之间的线性关系函数，或计算获得荧光值与光源强度之间的多项式关系函数。
4.权利要求3述基于标准品的QPCR激发光强自动调整方法，其特征在于，所述S7包括：
所述调整数值至少包括第一调整数值、第二调整数值，所述第一调整数值的绝对值大于所述第二调整数值的绝对值，所述第一调整数值为对所述实际荧光值第一次调整的数值，所述第二调整数值为对所述实际荧光值的调整次数大于等于2时采用的调整数值。
5.权利要求4述基于标准品的QPCR激发光强自动调整方法，其特征在于，所述S7还包括：
对所述调整数值进行输入设定或修改。
6.一种基于标准品的QPCR激发光强自动调整系统，其特征在于，包括：
目标荧光设定模块，用于在将装有标准荧光染料的QPCR管放入反应仓并设定目标荧光值及所述目标荧光值的浮动范围；
关系函数生成模块，用于在测量多组设定的光源强度对应的荧光值，并建立光源强度与对应荧光值之间的光源荧光关系函数；
光源强度回估模块，根据所述光源荧光关系函数计算出所述目标荧光值对应的目标测算光源强度值；
估算测量模块，用于测量所述目标测算光源强度值对应的实际荧光值；
判断调整模块，用于在判定所述实际荧光值在所述目标荧光值的浮动范围内后，将所述实际荧光值保存并结束调试，若否，对所述实际荧光值减去调整数值作为调整后数值后重新判断，其中，所述调整数值为所述实际荧光值向最接近所述目标荧光值的浮动范围变化的增量且所述增量的绝对值小于所述实际荧光值与所述目标荧光值的浮动范围最接近的数值的差值。
7.如权利要求6所述基于标准品的QPCR激发光强自动调整系统，其特征在于，还包括与所述关系函数生成模块连接的电流光强函数单元，用于按照预定梯度输入电流，并获得所述光源的光源强度值，并拟合出所述光源的关于光源强度与驱动电流的关系函数。
8.如权利要求7所述基于标准品的QPCR激发光强自动调整系统，其特征在于，还包括与所述判断调整模块连接的数值设定模块，用于设定第一次或多次调整的调整数值。
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