CN113670873A - 一种荧光检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种荧光检测系统，包括底座以及固定在底座上的旋转滤光盘模块、激发光源模块、光纤导光模块和荧光接收模块；所述旋转滤光盘模块包括支架、激发旋转滤光盘、发射旋转滤光盘、激发滤光片和发射滤光片，所述激发光源模块的输出端靠近激发滤光片设置；所述光纤导光模块包括多组光纤、激发聚焦透镜组件和发射聚焦透镜组件。本发明的优点在于，该检测系统能够实现至少两种不同波段的荧光检测，提高该系统的检测通量；同时还能够有效降低激发光源模块与检测试剂的距离对荧光激发和收集效率的影响，提高荧光激发和收集的效率，提高该系统的检测精度。

Description

一种荧光检测系统
技术领域
本发明涉及医疗仪器技术领域，具体为一种荧光检测系统。
背景技术
近年来，各种传染病严重危害人类的身体健康，给社会经济和人们的生产生活带来了巨大的影响。因此开展针对传染病的快速和高效检测对人类的生命健康和社会的经济发展具有重要意义。
在针对传染病的检测方法中，核酸检测技术(Nucleic acid testing/NAT)因其具有检测速度快、灵敏度高、特异性好的优点，而逐渐成为传染病检测的主流方法。一个完整的NAT过程通常包括三个步骤：核酸提取、核酸扩增和结果检测。针对核酸扩增结果常用荧光染料或探针标记的方法实现核酸的定性或定量检测。荧光检测系统的性能直接决定核酸检测结果。
当前的核酸分析仪器，荧光检测光路通常采用正交式、斜射式或透射式的光学结构，其中以正交式光学结构使用最为普遍。以正交式荧光检测光路为例，主要器件包括：激发光源、准直镜片组、激发和发射滤光片、二向色镜和光电探测器。激发光源发出的宽带光经准直镜片组的聚焦准直，再经激发滤光片得到所需波段的激发光，经二向色镜的反射，照射到放置在激发面上的检测芯片内的反应液上，激发出荧光。荧光透过二向色镜和发射滤光片被光电探测器接收，通过分析光电探测器接收到的荧光信号的强弱，得到核酸的扩增结果。
这些光学结构的荧光检测光路，导致当前的核酸分析仪器在设计时，激发光源和光电探测器与检测芯片距离较远，这不仅增加了仪器的体积和结构设计的复杂性，而且对于激发光路而言，由于激发光源具有一定的发散角，虽然设计了准直镜片组，但是仍旧很难保证检测芯片上激发光的强度和均匀性；对于发射光路而言，虽然有滤光片滤除杂散光，但是光电探测器在采集荧光信号时仍旧极易受到杂散光的影响。这些问题导致仪器的荧光激发和收集的效率较低，影响仪器的检测精度。此外，当前的核酸分析仪器的最高检测信号的通量较低，这也对核酸分析仪器的应用场景造成了限制。
专利文献CN201911111985.4公开了一种光纤传感微流控芯片核酸扩增原位实时检测系统和方法，该检测系统包括第一光纤传感器和第二光纤传感器，所述第一光纤传感器将激发光源发出的激发光传输到微流控芯片，用于荧光激发；所述第二光纤传感器收集微流控芯片处的荧光，并将其传输到光谱采集处理显示模块，实时显示荧光信号变化。
专利文献CN201911061352.7公开了一种核酸扩增仪，该核酸扩增仪包括拍摄组件和荧光模块，所述拍摄组件包括镜头和相机，用于核酸扩增后的拍摄；所述荧光模块采用正交式荧光检测结构，包括激发光源组件、旋转滤光片轮；所述旋转滤光片轮包括滤光片组件转盘、转盘动力装置，通过转盘动力装置驱动滤光片组件转盘旋转切换荧光通道，可针对六种以上不同的荧光进行激发，提升核酸扩增仪的检测通量。
上述第一个专利使用光纤传输激发光和发射光，降低了激发光源和光电探测器与检测芯片之间的距离对荧光激发和收集效率的影响，提高了仪器检测精度；但是其不能针对不同荧光进行同时激发，检测信号通量低。第二个专利使用滤光片组件转盘和转盘动力装置组成旋转滤光片轮，实现六种以上不同的荧光的激发，提升仪器的检测通量；但是放置在旋转滤光片轮左侧的激发光源组件和安装镜头的相机，距离激发面的距离都较远，荧光激发和收集效率低，影响仪器的检测精度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于如何提升荧光检测系统的检测通量以及检测精度。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种荧光检测系统，包括底座以及固定在底座上的旋转滤光盘模块、激发光源模块、光纤导光模块和荧光接收模块。
所述旋转滤光盘模块包括支架、激发旋转滤光盘、发射旋转滤光盘、激发滤光片和发射滤光片，所述支架固定在底座上，所述支架上固定有能够转动的激发旋转滤光盘和发射旋转滤光盘，所述激发旋转滤光盘上设有至少两个激发滤光片，所述激发滤光片以激发旋转滤光盘中心周向设置，所述发射旋转滤光盘上设有与激发滤光片数量相同的发射滤光片，所述发射滤光片以发射旋转滤光盘中心周向设置。
所述激发光源模块的输出端靠近激发滤光片设置。
所述光纤导光模块包括多组光纤、激发聚焦透镜组件和发射聚焦透镜组件，每组光纤的一端为发射端，每组光纤的另一端一分为二且分别为激发端和收集端，每组光纤的激发端均连接激发聚焦透镜组件，所述激发聚焦透镜组件以激发旋转滤光盘的中心周向固定在支架上，所述激发聚焦透镜组件周向设置的直径与激发滤光片周向设置的直径相同，每组光纤的收集端均连接发射聚焦透镜组件，所述发射聚焦透镜组件以发射旋转滤光盘的中心周向固定在支架上，所述发射聚焦透镜组件周向设置的直径与发射滤光片周向设置的直径相同。
所述荧光接收模块固定在靠近发射旋转滤光盘一侧的支架上。
该检测系统通过激发旋转滤光盘上设置至少两个激发滤光片以及相对应的发射旋转滤光盘上设置发射滤光片，可实现至少两种不同波段的荧光检测，提高该系统的检测通量；同时通过光纤导光模块进行传输激发光和收集荧光，能够有效降低激发光源模块与检测试剂的距离对荧光激发和收集效率的影响，提高荧光激发和收集的效率，提高该系统的检测精度。
优选地，所述激发光源模块包括激发光源控制板和激发光源，所述激发光源控制板固定在激发旋转滤光盘上，所述激发光源控制板上固定有与激发滤光片位置和数量对应的激发光源。
优选地，所述激发光源为不同波长的LED灯珠。
优选地，所述荧光接收模块为光电倍增管。
优选地，所述底座上还固定控制系统，所述激发光源模块和荧光接收模块均与控制系统连接。
优选地，所述底座上还固定导电环支架，所述导电环支架上固定导电环，所述控制系统通过导电环连接所述激发光源模块。
优选地，还包括固定在底座上的通道切换模块，所述通道切换模块输出端贯穿支架并连接所述激发旋转滤光盘和发射旋转滤光盘，驱动所述通道切换模块致使所述激发旋转滤光盘和发射旋转滤光盘同步转动。
优选地，所述通道切换模块包括驱动电机、主动轴、从动轴、主动轮、从动轮和皮带，所述驱动电机固定在底座上，所述驱动电机的输出端连接所述主动轴，所述主动轴远离驱动电机的一端贯穿支架并同轴连接所述激发旋转滤光盘，所述从动轴一端贯穿支架并同轴连接所述发射旋转滤光盘，所述主动轴上固定所述主动轮，所述从动轴上固定所述从动轮，所述主动轮与从动轮之间通过皮带连接。
优选地，所述从动轴远离发射旋转滤光盘的一端还连接编码器。
优选地，所述驱动电机为进步电机。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、该检测系统通过激发旋转滤光盘上设置至少两个激发滤光片以及相对应的发射旋转滤光盘上设置发射滤光片，可实现至少两种不同波段的荧光检测，提高该系统的检测通量；同时通过光纤导光模块进行传输激发光和收集荧光，能够有效降低激发光源模块与检测试剂的距离对荧光激发和收集效率的影响，提高荧光激发和收集的效率，提高该系统的检测精度。
2、通过不同波长的LED灯珠的设置，每个LED灯珠都对应一个荧光通道，六个LED灯珠的带宽都较窄，可以有效降低相邻荧光通道间的荧光串扰；每个LED灯珠在对应的荧光通道上都有最大发光强度，通过选用小功率的LED灯珠，降低激发光源控制电路设计的复杂性。
3、通过通道切换模块的设置，实现激发旋转滤光盘和发射旋转滤光盘的位置同步转动，不仅实现荧光通道的同步切换，使得每次切换荧光通道时，都有四个不同波段的荧光通道同时采集荧光，还提高了系统的荧光检测效率。
4、控制系统通过导电环连接激发光源控制板，可以提高该系统的集成化程度，进行高效的荧光通道切换。
附图说明
图1为本发明实施例的一种荧光检测系统的结构示意图；
图2为本发明实施例的主视图；
图3为本发明实施例的局部结构示意图。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本发明技术方案，现结合说明书附图对本发明技术方案做进一步的说明。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
参阅图1至图3，本实施例公开了一种荧光检测系统，包括底座1以及底座1上的旋转滤光盘模块2、激发光源模块3、光纤导光模块4、荧光接收模块5、通道切换模块6和控制系统7。
所述旋转滤光盘模块2包括支架21、激发旋转滤光盘22、发射旋转滤光盘23、激发滤光片24和发射滤光片25，所述支架21固定在底座1上，在本实施例中，所述支架21截面成U形状，所述激发旋转滤光盘22能够转动的固定在支架21的右侧，所述发射旋转滤光盘23能够转动的固定在支架21内侧，所述激发旋转滤光盘22上设有至少两个激发滤光片24，所述激发滤光片24以激发旋转滤光盘22中心周向设置，所述发射旋转滤光盘23上设有与激发滤光片24数量相同的发射滤光片25，所述发射滤光片25以发射旋转滤光盘23中心周向设置，每个荧光波段都有一组对应的激发滤光片24和发射滤光片25，实施例中，所述激发滤光片24和发射滤光片25的数量均为6个，且每个滤光片的光学参数不同，对应的为六组荧光波段。
所述激发光源模块3包括激发光源控制板31和激发光源32，所述激发光源控制板31固定在激发旋转滤光盘22上，所述激发光源控制板31连接所述控制系统7，所述激发光源控制31上固定有与激发滤光片24位置和数量对应的激发光源32，在本实施例中所述激发光源32为不同波长的LED灯珠，每个LED灯珠都对应一个荧光通道，六个LED灯珠的带宽都较窄，可以有效降低相邻荧光通道间的荧光串扰；每个LED灯珠在对应的荧光通道上都有最大发光强度，通过选用小功率的LED灯珠，降低激发光源控制电路设计的复杂性。
所述光纤导光模块4包括多组光纤41、激发聚焦透镜组件42和发射聚焦透镜组件43，在本实施例中，该检测系统用于检测四联管8，四联管8固定在热沉片9上，热沉片9的侧面开有小孔，对应的设置4组光纤41，每组光纤41的一端为发射端411，每组光纤41的另一端一分为二且分别为激发端412和收集端413，四个发射端411伸入热沉片的小孔内，每组光纤41的激发端411均连接激发聚焦透镜组件42，所述激发聚焦透镜组件42以激发旋转滤光盘22的中心周向固定在支架21上，所述激发聚焦透镜组件42周向设置的直径与激发滤光片24周向设置的直径相同，保证激发旋转滤光盘22转动后能够致使所述激发滤光片24对准所述激发聚焦透镜组件42。同样的，每组光纤41的收集端413均连接发射聚焦透镜组件43，所述发射聚焦透镜组件43以发射旋转滤光盘23的中心周向固定在支架21上，所述发射聚焦透镜组件43周向设置的直径与发射滤光片25周向设置的直径相同，保证发射旋转滤光盘23转动后能够致使所述发射滤光片25对准所述发射聚焦透镜组件43。
所述荧光接收模块5固定在靠近激发旋转滤光盘22一侧的支架21上，所述荧光接收模块5与控制系统7电连接。在本实施例中，所述荧光接收模块5为四联管8数量对应的光电倍增管。
具体的，由四个发射聚焦透镜组43汇聚的荧光通过发射旋转滤光盘23上的四个滤光片51，被后方的四个光电倍增管接收，四个光电倍增管7将接收到的荧光转换为电压信号，发送给控制系统7，经过程序解析得到荧光强度值。
所述通道切换模块6包括驱动电机61、主动轴62、从动轴63、主动轮64、从动轮65、皮带66和编码器67，在本实施例中，所述驱动电机61为进步电机，所述驱动电机61固定在底座1上，所述驱动电机61的输出端连接所述主动轴62，所述主动轴62远离驱动电机61的一端贯穿支架21并同轴连接所述激发旋转滤光盘22，所述从动轴63一端贯穿支架21并同轴连接所述发射旋转滤光盘23，所述主动轴62上固定所述主动轮64，所述从动轴上固定所述从动轮65，所述主动轮64与从动轮65之间通过皮带66连接，所述从动轴63远离发射旋转滤光盘23的一端连接所述编码器67，所述驱动电机61和编码器67均连接控制系统7。
具体的，所述编码器67用来记录驱动电机61的旋转角度，并将角度数值返回给控制系统7，控制系统7根据角度数值控制驱动电机61的旋转，通过编码器67的角度反馈，驱动驱动电机61实现激发旋转滤光盘22和发射旋转滤光盘23的位置同步转动，不仅实现荧光通道的同步切换，使得每次切换荧光通道时，都有四个不同波段的荧光通道同时采集荧光，还提高了系统的荧光检测效率。
进一步的，所述底座1上还固定导电环支架10，所述导电环支架10上固定导电环(图中未标注)，所述控制系统7通过导电环连接所述激发光源控制板31，可以提高该系统的集成化程度，进行高效的荧光通道切换。
该检测系统通过激发旋转滤光盘22上设置六个激发滤光片24以及相对应的发射旋转滤光盘23上设置六片发射滤光片25，可实现六种不同波段的荧光检测，提高该系统的检测通量；同时通过光纤导光模块4进行传输激发光和收集荧光，能够有效降低激发光源模块3与四联管8的距离对荧光激发和收集效率的影响，提高荧光激发和收集的效率，提高该系统的检测精度。
本实施例的工作原理为：通过控制系统7控制所述激发光源控制板31，进而控制所述激发光源32打开，所述激发光源32产生的激发光贯穿激发滤光片24并由激发聚焦透镜组件42以及激发端412传送到发射端411，通过发射端411输出的激发光激发出四联管8内检测试剂的荧光，然后通过再将其传输到收集端413，收集端413将收集的荧光传输给发射聚焦透镜组件43，荧光再通过发射旋转滤光盘23上的四个滤光片51，被后方的四个光电倍增管接收，四个光电倍增管7将接收到的荧光转换为电压信号，发送给控制系统7，经过程序解析得到荧光强度值。
然后通过控制系统7控制驱动电机61的旋转，通过主动轴52和从动轴63将激发旋转滤光盘22和发射旋转滤光盘23的位置同步转动，带动所述激发光源32转动，并且使得激发光源32对准下一个激发旋转滤光盘22，再重复上述检测步骤，使得每次切换荧光通道时，都有四个不同波段的荧光通道同时采集荧光。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
以上所述实施例仅表示发明的实施方式，本发明的保护范围不仅局限于上述实施例，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。

Claims (10)

1.一种荧光检测系统，其特征在于：包括底座以及固定在底座上的旋转滤光盘模块、激发光源模块、光纤导光模块和荧光接收模块；
所述旋转滤光盘模块包括支架、激发旋转滤光盘、发射旋转滤光盘、激发滤光片和发射滤光片，所述支架固定在底座上，所述支架上固定有能够转动的激发旋转滤光盘和发射旋转滤光盘，所述激发旋转滤光盘上设有至少两个激发滤光片，所述激发滤光片以激发旋转滤光盘中心周向设置，所述发射旋转滤光盘上设有与激发滤光片数量相同的发射滤光片，所述发射滤光片以发射旋转滤光盘中心周向设置；
所述激发光源模块的输出端靠近激发滤光片设置；
所述光纤导光模块包括多组光纤、激发聚焦透镜组件和发射聚焦透镜组件，每组光纤的一端为发射端，每组光纤的另一端一分为二且分别为激发端和收集端，每组光纤的激发端均连接激发聚焦透镜组件，所述激发聚焦透镜组件以激发旋转滤光盘的中心周向固定在支架上，所述激发聚焦透镜组件周向设置的直径与激发滤光片周向设置的直径相同，每组光纤的收集端均连接发射聚焦透镜组件，所述发射聚焦透镜组件以发射旋转滤光盘的中心周向固定在支架上，所述发射聚焦透镜组件周向设置的直径与发射滤光片周向设置的直径相同；
所述荧光接收模块固定在靠近发射旋转滤光盘一侧的支架上。
2.根据权利要求1所述的一种荧光检测系统，其特征在于：所述激发光源模块包括激发光源控制板和激发光源，所述激发光源控制板固定在激发旋转滤光盘上，所述激发光源控制板上固定有与激发滤光片位置和数量对应的激发光源。
3.根据权利要求2所述的一种荧光检测系统，其特征在于：所述激发光源为不同波长的LED灯珠。
4.根据权利要求1所述的一种荧光检测系统，其特征在于：所述荧光接收模块为光电倍增管。
5.根据权利要求1所述的一种荧光检测系统，其特征在于：所述底座上还固定控制系统，所述激发光源模块和荧光接收模块均与控制系统连接。
6.根据权利要求5所述的一种荧光检测系统，其特征在于：所述底座上还固定导电环支架，所述导电环支架上固定导电环，所述控制系统通过导电环连接所述激发光源模块。
7.根据权利要求1所述的一种荧光检测系统，其特征在于：还包括固定在底座上的通道切换模块，所述通道切换模块输出端贯穿支架并连接所述激发旋转滤光盘和发射旋转滤光盘，驱动所述通道切换模块致使所述激发旋转滤光盘和发射旋转滤光盘同步转动。
8.根据权利要求7所述的一种荧光检测系统，其特征在于：所述通道切换模块包括驱动电机、主动轴、从动轴、主动轮、从动轮和皮带，所述驱动电机固定在底座上，所述驱动电机的输出端连接所述主动轴，所述主动轴远离驱动电机的一端贯穿支架并同轴连接所述激发旋转滤光盘，所述从动轴一端贯穿支架并同轴连接所述发射旋转滤光盘，所述主动轴上固定所述主动轮，所述从动轴上固定所述从动轮，所述主动轮与从动轮之间通过皮带连接。
9.根据权利要求8所述的一种荧光检测系统，其特征在于：所述从动轴远离发射旋转滤光盘的一端还连接编码器。
10.根据权利要求8所述的一种荧光检测系统，其特征在于：所述驱动电机为进步电机。
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