CN114252420B - 一种测序仪荧光分光系统及分光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种测序仪荧光分光系统，包括光源组件、光路组件和成像装置；光路组件包括激发滤光片、激发二向色镜、物镜、不能透光的反射模块、发射滤光片模块；激发滤光片和激发二向色镜均安装在光源组件所发射激发光的光路上；物镜安装在反射激发光的光路上；成像装置包括第一成像装置和第二成像装置，第一成像装置安装在激发二向色镜所透射荧光的光路上；反射模块活动设置在激发二向色镜所透射荧光的光路上；第二成像装置安装在反射模块所反射荧光的光路上；第一成像装置和第二成像装置均在其接收荧光的光路上安装有发射滤光片，同时公开了利用该系统进行分光的方法。该发明成本低、通用性强、使用条件要求不高、兼容性更好。
Description
技术领域
本发明涉及测序仪领域，尤其是一种测序仪荧光分光系统及分光方法。
背景技术
常用测序仪的光路原理图如图6所示，准直光源发射激发光，经过激发滤光片，被激发二向色镜反射到物镜中，聚焦的光照射到多种荧光物质标记的样品上，产生的荧光被物镜收集后，透过激发二向色镜，经过荧光二向色镜，指定波长范围的荧光被反射，经过发射滤光片模块（包括筒镜和发射滤光片）滤光后被成像装置接收，产生图像一；另外指定波长范围的荧光透射通过荧光二向色镜，经过发射滤光片模块滤光后被成像装置接收，产生图像二。
因此，可以看出常用测序仪中多种荧光染料的分光使用二向色镜来实现荧光分光，如图6中器件所示，使用此方法存在以下几个缺陷：
1，二向色镜开发成本高，二向色镜需要针对特定波长实现选择性的透过和反射，并且要求透过波长的透过率高于90%，非透过波长的透过率低于10-3，部分非透过波长的透过率甚至要求低于10-7，这些技术指标对镀膜工艺要求极高，并且生产过程中的不良率较高，从而导致开发成本高，单片价格昂贵；
2，二向色镜依赖进口，荧光信号普遍偏弱，对二向色镜的透过率和截止率要求极高，当前高质量二向色镜都是国外品牌，基本上靠进口；
3，二向色镜通用性不强，二向色镜属于定制产品，需要根据所用荧光染料的波长定制开发，前期镀膜工艺研发成本高，而且一旦荧光染料更换，需要重新定制二向色镜，定制周期长，费时费钱；
4，二向色镜使用条件苛刻，二向色镜对入射光的准直性和角度要求较高，有入射角度范围和光锥大小范围要求，一旦超过要求，可以透过的波长范围会发生蓝移或者红移，影响最终成像质量。
发明内容
针对现有的不足，本发明提供一种测序仪荧光分光系统及分光方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种测序仪荧光分光系统，包括光源组件、光路组件和成像装置，所述光源组件是用于发射激发光的光源组件；所述光路组件包括激发滤光片、激发二向色镜、物镜、不能透光的反射模块、发射滤光片模块；所述激发滤光片和激发二向色镜均安装在光源组件所发射激发光的光路上，且激发滤光片处在激发二向色镜和光源组件之间；所述物镜安装在激发二向色镜所反射激发光的光路上；所述成像装置包括第一成像装置和第二成像装置，所述第一成像装置安装在激发二向色镜所透射荧光的光路上；所述反射模块在第一成像装置和激发二向色镜之间活动设置在激发二向色镜所透射荧光的光路上；所述第二成像装置安装在反射模块所反射荧光的光路上；所述第一成像装置和反射模块之间在其接收荧光的光路上安装有第一发射滤光片模块，所述第二成像装置和反射模块之间在其接收荧光的光路上安装有第二发射滤光片模块；所述反射模块包括不透光的反射镜、安装反射镜的安装座，所述安装座以水平移动或转动的方式活动设置在激发二向色镜所透射荧光的光路上，且反射镜对应于荧光入射的方向成45°夹角设置在安装座上。
作为优选，所述安装座以水平移动方式活动设置在激发二向色镜所透射荧光的光路上，所述安装座安装在一个在一维方向上接近或远离第二成像装置的位移台上，所述位移台电性连接有操控终端。
作为优选，所述安装座以转动的方式活动设置在激发二向色镜所透射荧光的光路上，所述安装座以任意一端为转动中心限位转动设置在激发二向色镜所透射荧光的光路上，且安装座转动中心的轴心线同时垂直于激发二向色镜所透射荧光的光路和反射镜所反射荧光的光路。
作为优选，所述安装座以转动的方式活动设置在激发二向色镜所透射荧光的光路上，所述安装座是能以与激发二向色镜所透射荧光的光路成顺时针45°夹角方向为轴向进行限位转动的转盘，所述转盘上并列设置有多个轴向与激发二向色镜所透射荧光的光路成顺时针45°夹角方向的通孔，所述反射镜也设置有多个且反射镜相间隔设置在通孔内。
作为优选，所述安装座传动连接有电机，所述电机电性连接有操控终端。
作为优选，所述反射镜是金属层反射镜、介质膜反射镜中的任意一种。
作为优选，所述第二成像装置并列设置有多个，所述反射模块和第二发射滤光片模块所设置的数量与第二成像装置的数量相同，且反射模块、第二发射滤光片模块、第二成像装置一一相对应设置。
作为优选，所述反射模块以45度角活动设置在激发二向色镜所透射荧光的光路上。
一种测序仪荧光分光方法，采用如前任意一项所述的测序仪荧光分光系统进行荧光分光。
本发明的有益效果在于：该发明中反射模块活动设置在透射的荧光光路上，在反射模块处在荧光光路上时使得荧光被反射，然后通过发射滤光片模块的滤光被成像装置吸收产生一种染料的荧光，当反射模块从荧光光路移开，荧光就直射在另一个发射滤光片模块上，经过滤光就能得到另一种染料的荧光，分光简单使用方便，而且反射模块开发成本低，反射模块所包含的各部件均为常用元器件，加工生成成熟，技术门槛低，单个价格相对更低，并且国产产品基本上可满足要求，不需要依赖进口；而且反射模块的通用性比较强，反射模块不受荧光染料限制，不同荧光染料都可以使用，反射镜对紫外光、可见光、近红外光都能以较高反射率反射；反射模块使用条件要求也不高，反射模块对入射光的准直性和角度要求不高，反射率只跟反射光的波长有关，兼容性更好。
附图说明
图1是本发明实施例反射模块水平移动的原理结构示意图；
图2是本发明实施例反射模块第一种转动的原理结构示意图；
图3是本发明实施例反射模块第二种转动的原理结构示意图；
图4是本发明实施例反射模块第二种转动的安装座结构示意图；
图5是本发明实施例并列设置多个反射模块的原理结构示意图；
图6是现有测序仪分光系统的原理结构示意图；
图中零部件名称及序号：1-光源组件2-激发滤光片3-激发二向色镜4-物镜5-反射模块6-成像装置60-第一成像装置61-第二成像装置7-第一发射滤光片模块70-第二发射滤光片模块8-荧光样品。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例的目的、技术方案和优点，下面将结合实施例对本发明作进一步说明，进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
在本发明中，如图1至图5中所示，一种测序仪荧光分光系统，包括光源组件1、光路组件和成像装置6，所述光源组件1是用于发射激发光的光源组件,包含光源和准直系统；所述光路组件包括激发滤光片2、激发二向色镜3、物镜4、不能透光的反射模块5、发射滤光片模块，激发滤光片2就使得通过光源组件1发射的光中能激发荧光的波长的光通过，该波长的光经过激发二向色镜3被反射到物镜4中，通过物镜4聚焦的光照射到多种荧光物质标记的样品8上，产生的荧光被物镜4收集并透射通过激发二向色镜3，通过的荧光就被反射模块5分光；激发滤光片2和激发二向色镜3均安装在光源组件1所发射激发光的光路上，且激发滤光片2处在激发二向色镜3和光源组件1之间，这样就通过激发滤光片2将能激发荧光的波长过滤出来并予以通过，然后再经过激发二向色镜3的反射去照射激发荧光样品8的荧光；此时物镜4安装在激发二向色镜3所反射激发光的光路上，物镜4就将激发二向色镜3所反射的光照射到样品上，激发样品产生荧光；所述成像装置6包括第一成像装置60和第二成像装置61，用以接收荧光信号生成相应的图像，所述第一成像装置60安装在激发二向色镜3所透射荧光的光路上；所述反射模块5在第一成像装置60和激发二向色镜3之间活动设置在激发二向色镜3所透射荧光的光路上，反射模块5活动设置在激发二向色镜3所透射荧光的光路上就意味着反射模块5可以处在光路上，也可以从光路上移走，在其处在光路上时，就对荧光反射，反射的光就射向第二成像装置61，此时反射模块5以45度角活动设置在激发二向色镜3所透射荧光的光路上，能更好的对荧光进行反射，在其从光路移走时，光路上没有障碍物，就直接射向第一成像装置60，反射模块5相对于光路的两种不同状态，就使得荧光能以不同的路线被捕捉成像；所述第二成像装置61安装在反射模块5所反射荧光的光路上；所述第一成像装置60和反射模块5之间在其接收荧光的光路上安装有第一发射滤光片模块7，所述第二成像装置61和反射模块5之间在其接收荧光的光路上安装有第二发射滤光片模块70，第一发射滤光片模块7就对荧光进行滤光获得样品中一种染料的荧光，然后被第一成像装置60接收产生图像，第二发射滤光片模块70同样对荧光进行滤光获得样品中另一种染料的荧光，然后被第二成像装置61接收产生图像，两个发射滤光片模块均包含有筒镜和发射滤光片，两种不同的发射滤光片模块就获得不同的荧光。整个系统的运行过程就是光源组件1发射准直后的激发光，经过激发滤光片2，被激发二向色镜3反射到物镜4中，经过物镜4聚焦的光照射到多种荧光物质标记的样品8上，产生的荧光被物镜4收集后，透过激发二向色镜3，透过的荧光被反射模块5分光，当反射模块5在光路中，如虚线所示，荧光被反射，经过第二发射滤光片模块70滤光后获得其中一种染料的荧光，并被第二成像装置61接收，产生图像一；当反射模块5被移出光路时，如实线所示，荧光沿直线传播，经过第一发射滤光片模块7滤光后获得另一种染料的荧光，并被第一成像装置60接收，产生图像二。分光简单、使用方便，反射模块5开发成本低，反射模块5所包含的各部件均为常用元器件，加工生成成熟，技术门槛低，单个价格相对更低，并且国产产品基本上可满足要求，不需要依赖进口；而且反射模块5的通用性比较强，反射模块5不受荧光染料限制，不同荧光染料都可以使用，反射模块5的反射镜对紫外光、可见光、近红外光都能以较高反射率反射；反射模块5使用条件要求也不高，反射模块5对入射光的准直性和角度要求不高，反射率只跟反射光的波长有关，兼容性更好。
进一步的改进，所述反射模块5包括不透光的反射镜、安装反射镜的安装座，所述安装座以水平移动或转动的方式活动设置在激发二向色镜3所透射荧光的光路上，且反射镜对应于荧光入射的方向成45°夹角设置在安装座上，反射镜就随着安装座同步运动，而安装座在光路上的活动设置则是在水平方向上相对光路的移动或者是相对光路的转动来实现的，同时反射镜在水平移动或转动至光路上时，其反射面则是始终能对着荧光的入射方向的。此时反射镜是金属层反射镜、介质膜反射镜中的任意一种，金属层反射镜其上的反射层是金、银、铝、铜、锡、纳等镜面反射金，反射镜的形状则是平面反射镜和反射棱镜等现有的任何一种反射镜形状。对于安装座在光路上的活动设置来说，如图1中所示，所述安装座以水平移动方式活动设置在激发二向色镜3所透射荧光的光路上，所述安装座安装在一个在一维方向上接近或远离第二成像装置的位移台上，所述位移台电性连接有操控终端，安装座的水平移动就通过位移台来实现，将安装座固定安装在位移台上，此位移台是一维方向上的移动，可采用现有任意一种位移台，仅使其根据系统光路的走向进行XYZ轴上任何一维的移动即可，比如丝杆，在第二成像装置61处在光路左右位置时，位移台就推动安装座左右移动，第二成像装置61处在光路前后位置时，位移台就推动安装座前后移动，位移台的移动则通过操控终端来进行操控，操控终端就采用电脑，在电脑上安装相应的操控程序来进行操控，操控终端根据不同的需求下达操控指令，指令就传输至位移台的控制线路板，控制线路板根据指令就操控位移台的相关部件工作使得位移台进行相应的移动，进而带动安装座水平移动，使得反射镜进入光路时，荧光被反射，移出光路时，荧光透射，从而实现荧光的分光功能。所述安装座以转动的方式活动设置在激发二向色镜3所透射荧光的光路上，转动方式则有两种不同的方式来实现，如图2中所示，一种是所述安装座以任意一端为转动中心限位转动设置在激发二向色镜3所透射荧光的光路上，且安装座转动中心的轴心线同时垂直于激发二向色镜3所透射荧光的光路和反射镜所反射荧光的光路，也就是说安装座转动的轴心线是垂直于荧光透射和反射所形成的平面的，这样才能使得安装座活动的处在激发二向色镜3所透射荧光的光路上，而对转动的限位则使得其转动到相应角度时对荧光能进行更好的反射，保持成像的一致性，避免产生系统性的误差，限位就可采用现有的任何一种限位方式，根据不同需要来进行相应的选择，如一次性转动到固定角度的位置，或通过电机驱动转动到任意需要的角度位置，其转动中心则依据第二成像装置61的位置来进行相应的设置，在安装座与第二成像装置61处在透射荧光光路的同一侧时，转动中心就设置在安装座的上端，安装座就相对远离第二成像装置61的方向转动，在安装座与第二成像装置61处在透射荧光光路的相对两侧侧时，转动中心就设置在安装座的下端，安装座就相对接近第二成像装置61的方向转动，实现对荧光的分光。如图3和图4中所示，另一种是所述安装座是能以与激发二向色镜所透射荧光的光路成顺时针45°夹角方向为轴向进行限位转动的转盘，所述转盘上并列设置有多个轴向与激发二向色镜3所透射荧光的光路成顺时针45°夹角方向的通孔，所述反射镜也设置有多个且反射镜相间隔设置在通孔内，即转盘绕其周向设置有多个通孔，反射镜在通孔中的安装则是相间隔安装在多个通孔内的，即一个通孔中安装反射镜，与其相邻的两个通孔中就不安装反射镜，依次类推就实现反射镜在通孔中的安装，此时反射镜安装在通孔中也是以其反射面正对荧光入射方向设置的，这样在转盘转动过程中，当未安装反射镜的通孔处在荧光光路上时，荧光就从通孔透射出去，射向第一成像装置60，当安装有反射镜的通孔处在荧光光路上时，反射镜对荧光进行反射，荧光就射向第二成像装置61，实现分光。而对于安装座的转动，驱动其动作的动力则是在所述安装座传动连接有电机，所述电机电性连接有操控终端，操控终端同样是采用电脑，通过电脑上的操控程序来驱动电机的运转，实现自动的调节，使得调节更精确，使用更方便。
进一步的改进，如图5中所示，所述第二成像装置61并列设置有多个，所述反射模块5和第二发射滤光片模块70所设置的数量与第二成像装置61的数量相同，且反射模块5、第二发射滤光片模块50、第二成像装置61一一相对应设置，即一个反射模块5对应一个第二发射滤光片模块50，该第二发射滤光片模块70又对应一个第二成像装置61，就形成对荧光的反射成像，并列设置的多个就形成多路分光，可利用不同的第二发射滤光片模块70来进行多种荧光的分光，使用更便利，成本更低。
一种测序仪荧光分光方法，采用如前任意一项所述的测序仪荧光分光系统进行荧光分光，利用该系统将物镜聚焦的光照射到多种荧光物质标记的样品上即可，简单方便，不需要较高的使用要求就能实现很好的分光。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种测序仪荧光分光系统，其特征在于:包括光源组件、光路组件和成像装置，所述光源组件是用于发射激发光的光源组件；所述光路组件包括激发滤光片、激发二向色镜、物镜、不能透光的反射模块、发射滤光片模块；所述激发滤光片和激发二向色镜均安装在光源组件所发射激发光的光路上，且激发滤光片处在激发二向色镜和光源组件之间；所述物镜安装在激发二向色镜所反射激发光的光路上；所述成像装置包括第一成像装置和第二成像装置，所述第一成像装置安装在激发二向色镜所透射荧光的光路上；所述反射模块在第一成像装置和激发二向色镜之间活动设置在激发二向色镜所透射荧光的光路上；所述第二成像装置安装在反射模块所反射荧光的光路上；所述第一成像装置和反射模块之间在其接收荧光的光路上安装有第一发射滤光片模块，所述第二成像装置和反射模块之间在其接收荧光的光路上安装有第二发射滤光片模块；所述反射模块包括不透光的反射镜、安装反射镜的安装座，所述安装座以水平移动或转动的方式活动设置在激发二向色镜所透射荧光的光路上，且反射镜对应于荧光入射的方向成45°夹角设置在安装座上。
2.根据权利要求1所述测序仪荧光分光系统，其特征在于:所述安装座以水平移动方式活动设置在激发二向色镜所透射荧光的光路上，所述安装座安装在一个在一维方向上接近或远离第二成像装置的位移台上，所述位移台电性连接有操控终端。
3.根据权利要求1所述测序仪荧光分光系统，其特征在于: 所述安装座以转动的方式活动设置在激发二向色镜所透射荧光的光路上，所述安装座以任意一端为转动中心限位转动设置在激发二向色镜所透射荧光的光路上，且安装座转动中心的轴心线同时垂直于激发二向色镜所透射荧光的光路和反射镜所反射荧光的光路。
4.根据权利要求1所述测序仪荧光分光系统，其特征在于: 所述安装座以转动的方式活动设置在激发二向色镜所透射荧光的光路上，所述安装座是能以与激发二向色镜所透射荧光的光路成顺时针45°夹角方向为轴向进行限位转动的转盘，所述转盘上并列设置有多个轴向与激发二向色镜所透射荧光的光路成顺时针45°夹角方向的通孔，所述反射镜也设置有多个且反射镜相间隔设置在通孔内。
5.根据权利要求3或4所述测序仪荧光分光系统，其特征在于: 所述安装座传动连接有电机，所述电机电性连接有操控终端。
6.根据权利要求1所述测序仪荧光分光系统,其特征在于:所述反射镜是金属层反射镜、介质膜反射镜中的任意一种。
7.根据权利要求1所述测序仪荧光分光系统，其特征在于: 所述第二成像装置并列设置有多个，所述反射模块和第二发射滤光片模块所设置的数量与第二成像装置的数量相同，且反射模块、第二发射滤光片模块、第二成像装置一一相对应设置。
8.根据权利要求1所述测序仪荧光分光系统,其特征在于:所述反射模块以45度角活动设置在激发二向色镜所透射荧光的光路上。
9.一种测序仪荧光分光方法，其特征在于:采用如权利要求1至8任意一项所述的测序仪荧光分光系统进行荧光分光。
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