CN114480111A - 一种实时荧光定量pcr仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实时荧光定量PCR仪，涉及生物检测技术领域。该实时荧光定量PCR仪包括激发机构、反应机构、输出机构、成像机构和数据处理机构。激发机构用于发射激发光。反应机构设在激发机构的发射端，反应机构用于承载样品并提供反应环境。输出机构的输入端设在反应机构处，输出机构能够获取并传输样品发出的荧光。成像机构设在输出机构的输出端，成像机构能够获取样品发出的荧光并将荧光转换为测量响应信号。数据处理机构与成像机构连接，数据处理机构内预设有荧光与预设响应信号的映射关系。该实时荧光定量PCR仪能够有效实现仪器的小型化，提高PCR仪的适用范围，并能够满足现场即使检测的检测需求。
Description
技术领域
本发明涉及生物检测技术领域，尤其涉及一种实时荧光定量PCR仪。
背景技术
生实时荧光定量PCR技术是一种在DNA扩增反应中以荧光化学物质检测每次PCR循环后产物总量的方法。由于其简便高效，又具有较高的敏感性、重复性和特异性，在生物医学领域有着广泛的应用。
实时荧光定量PCR仪集成了先进的定量PCR技术和实时PCR技术，由荧光检测系统和计算机组成。荧光检测系统部分包括激发光源、热循环系统、信号采集与处理等部分；计算机部分包括数据采集和系统分析软件。通过荧光检测系统检测每经过一次循环的荧光强度信号，再通过计算机对荧光强度变化进行分析，可得到一条荧光扩增曲线，最后通过与标准曲线进行对比，就可对模板浓度进行定量分析。
目前市场上的实时荧光定量PCR仪产品光学系统一般都包含激发光源、激发光路、激发滤光片、检测光路、发射滤光片、荧光采集模块。通过切换激发滤光片和发射滤光片来实现多通道荧光信号采集，由旋转机构带来的机器校正。
因此，亟需一种实时荧光定量PCR仪，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种实时荧光定量PCR仪，能够有效实现仪器的小型化，提高PCR仪的适用范围，并能够满足现场即使检测的检测需求。
为实现上述技术效果，本发明的技术方案如下：
一种实时荧光定量PCR仪，包括：激发机构，所述激发机构用于发射激发光；反应机构，所述反应机构设在所述激发机构的发射端，所述反应机构用于承载样品并提供反应环境；输出机构，所述输出机构的输入端设在所述反应机构处，所述输出机构能够获取并传输所述样品发出的荧光；成像机构，所述成像机构设在所述输出机构的输出端，所述成像机构能够获取所述样品发出的荧光并将荧光转换为测量响应信号；数据处理机构，所述数据处理机构与所述成像机构连接，所述数据处理机构内预设有荧光与预设响应信号的映射关系。
进一步地，所述激发机构包括：光源，所述光源的主波长在第一预设范围内；整形单元，所述整形单元与所述光源的出光端连接，所述整形单元的通光波段为第二预设范围，所述第二预设范围位于所述第一预设范围内。
进一步地，所述成像机构包括长通膜，所述长通膜的通光波段在第三预设范围内，所述第三预设范围位于所述第一预设范围外，且所述样品的荧光的波长位于所述第三预设范围内。
进一步地，所述光源包括蓝绿色光源，所述蓝绿色光源的主波长为495nm，所述整形单元的通光波段为495±10nm，所述整形单元的截止波段的截止深度为OD5～6，所述长通膜的通光波段为520nm长通，所述长通膜的截止波段的截止深度为OD5～6。
进一步地，所述激发机构还包括多根发射光纤，多根所述发射光纤阵列设置，多根所述发射光纤的第一端连接于所述整形单元，多根所述发射光纤的第二端对应所述反应机构设置；所述输出机构包括多根接收光纤，多根所述接收光纤阵列设置，多根述接收光纤的一端对应所述反应机构设置，多根所述接收光纤的第二端对应所述成像机构设置；其中：多根所述发射光纤的第二端和多根所述接收光纤的第一端均位于所述反应机构的下方。
进一步地，所述整形单元包括：准直透镜组，所述准直透镜组朝向所述光源设置；带通滤光片，所述带通滤光片设在所述准直透镜组背离所述光源的一测。
进一步地，所述数据处理机构内预设有两组所述映射关系，一组所述映射关系为第一荧光与第一响应信号的映射关系，另一组所述映射关系为第二荧光与第二响应信号的映射关系。
进一步地，所述实时荧光定量PCR仪还包括反馈机构，所述反馈机构与所述激发机构连接，所述反馈机构用于采集所述激发机构发射的所述激发光的光源信息。
进一步地，所述反应机构包括：反应池，所述反应池用于盛放所述样品及荧光化学物质；温控单元，所述温控单元用于控制所述反应池的内部温度。
进一步地，所述成像机构能够同时采集所述输出机构输出的所有荧光信号。
本发明的有益效果为：
激发机构能够在其发射端将激发光发射至反应机构内，反应机构内的所有样品在反应环境下受到激发光作用后分别能够发出荧光，输出机构能够将多个样品输出的荧光输送至成像机构。由于不同荧光在成像机构上的RGB感光分量有所不同，不同荧光与预设响应信号的映射关系又是固定关系，可以通过预设于数据处理机构内，从而使得成像机构在获取荧光后能够将荧光转换为测量响应信号，数据处理机构能够获取采集到的测量响应信号，再将其与预设的荧光与预设响应信号的映射关系进行对比，即可确定成像机构所采集到的多个样品各自发出的荧光类型。
根据本发明的实时荧光定量PCR仪，由于是通过成像机构获取荧光并将荧光转换为测量响应信号，数据处理机构又能根据其内预设的荧光与预设响应信号的映射关系判定成像机构接收到的荧光类型，从而能够通过对比比照实现对双通道的区分，而无须额外设置复杂的旋转机构、也无须进行校准操作，使得该PCR仪光路简单、操作便捷，能够有效实现仪器的小型化，提高PCR仪的适用范围，并能够满足现场即使检测的检测需求。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是本发明具体实施方式提供的实时荧光定量PCR仪的结构示意图；
图2是本发明具体实施方式提供的发射光纤和反馈光纤的结构示意图；
图3是本发明具体实施方式提供的输出机构的内部结构示意图。
附图标记
1、激发机构；11、光源；12、整形单元；121、准直透镜组；122、带通滤光片；13、发射光纤；21、反应池；22、温控单元；3、输出机构；31、接收光纤；4、成像机构；5、数据处理机构；6、反馈机构；61、反馈光纤；62、反馈光图像传感器；7、光纤固定件。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”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；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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
下面参考图1-图3描述本发明实施例的实时荧光定量PCR仪的具体结构。
如图1-图3所示，图1公开了一种实时荧光定量PCR仪，其包括激发机构1、反应机构、输出机构3、成像机构4和数据处理机构5。激发机构1用于发射激发光。反应机构设在激发机构1的发射端，反应机构用于承载样品并提供反应环境。输出机构3的输入端设在反应机构处，输出机构3能够获取并传输样品发出的荧光。成像机构4设在输出机构3的输出端，成像机构4能够获取样品发出的荧光并将荧光转换为测量响应信号。数据处理机构5与成像机构4连接，数据处理机构5内预设有荧光与预设响应信号的映射关系。
可以理解的是，激发机构1能够在其发射端将激发光发射至反应机构内，反应机构内的所有样品在反应环境下受到激发光作用后分别能够发出荧光，输出机构3能够将多个样品输出的荧光输送至成像机构4。由于不同荧光在成像机构4上的RGB感光分量有所不同，不同荧光与预设响应信号的映射关系又是固定关系，可以通过预设于数据处理机构5内，从而使得成像机构4在获取荧光后能够将荧光转换为测量响应信号，数据处理机构5能够获取采集到的测量响应信号，再将其与预设的荧光与预设响应信号的映射关系进行对比，即可确定成像机构4所采集到的多个样品各自发出的荧光类型。
根据本实施例的实时荧光定量PCR仪，由于是通过成像机构4获取荧光并将荧光转换为测量响应信号，数据处理机构5又能根据其内预设的荧光与预设响应信号的映射关系判定成像机构4接收到的荧光类型，从而能够通过对比比照实现对双通道的区分，而无须额外设置复杂的旋转机构、也无须进行校准操作，使得该PCR仪光路简单、操作便捷，能够有效实现仪器的小型化，提高PCR仪的适用范围，并能够满足现场即使检测的检测需求。
在一些实施例中，如图1所示，激发机构1包括光源11和整形单元12。光源11的主波长在第一预设范围内。整形单元12与光源11的出光端连接，整形单元12的通光波段为第二预设范围，第二预设范围位于第一预设范围内。
可以理解的是，通过将光源11的主波长的范围进行限制，再通过整形单元12进一步缩小光源11发出的激发光的主波长，能够对激发光起到纯化效果，既便于提高对样品的照射效果，又能便于成像机构4在接收荧光时将光源11的激发光进行过滤，从而提高成像机构4将荧光转换为测量响应信号的可靠性。
具体地，光源11包括LED光源或其他光源。
在一些实施例中，成像机构4包括长通膜，长通膜的通光波段在第三预设范围内，第三预设范围位于第一预设范围外，且样品的荧光的波长位于第三预设范围内。
可以理解的是，由于试验过程中输送机构通常会同时输送样品发出的荧光以及激发光，长通膜能够对由输送机构输送的光起到过滤效果，由于长通膜的通光波段的范围位于激发光的发光范围外，使得长通膜能够有效滤除激发光的影响，而仅保证荧光进入成像机构4内，从而提高成像机构4将荧光转换为测量响应信号的可靠性。
具体地，成像机构4包括成像传感器，成像传感器能够接收并传输荧光。长通膜镀设于成像传感器上。具体地，本实施例的成像传感器为彩色传感器，包括CCD传感器或CMOS传感器。
在一些实施例中，光源11包括蓝绿色光源，蓝绿色光源的主波长为495nm，整形单元12的通光波段为495±10nm，整形单元12的截止波段的截止深度为OD5～6，长通膜的通光波段为520nm长通，长通膜的截止波段的截止深度为OD5～6。
在一些实施例中，如图1-图3所示，激发机构1还包括多根发射光纤13，多根发射光纤13阵列设置，多根发射光纤13的第一端连接于整形单元12，多根发射光纤13的第二端对应反应机构设置。输出机构3包括多根接收光纤31，多根接收光纤31阵列设置，多根接收光纤31的一端对应反应机构设置，多根接收光纤31的第二端对应成像机构4设置。其中，多根发射光纤13的第二端和多根接收光纤31的第一端均位于反应机构的下方。
可以理解的是，将多根发射光纤13的第二端和多根接收光纤31的第一端均位于反应机构的下方，能够进一步提高实时荧光定量PCR仪的内部结构紧密程度，使其结构较为小巧，能够适用于临床检验、床边检验等场合，提高了实时荧光定量PCR仪的适用范围。
具体地，如图2和图3所示，多根接收光纤31的第一端呈矩形阵列，多根发射光纤13的第二端呈近似矩形排列。
具体地，如图2和图3所示，本实施例中，接收光纤31和发射光纤13分别设有16根，其能实现对16个样品的同时检测。
具体地，如图1所示，实时荧光定量PCR仪还包括光纤固定件7，多根光纤固定件7均设在反应机构的下方，每根光纤固定件7内分别设有一根接收光纤31和一根发射光纤13，从而能够对多根发射光纤13和多根接收光纤31起到可靠的固定效果。
在一些实施例中，如图1所示，整形单元12包括准直透镜组121和带通滤光片122。准直透镜组121朝向光源11设置。带通滤光片122设在准直透镜组121背离光源11的一测。
可以理解的是，准直透镜组121能够对激发光起到整形和准直效果，从而便于使得激发光能够准确输送至反应机构内。带通滤光片122能够对光源11起到过滤纯化效果，以确保输送至反应机构内的激发光的波长在指定范围内。
具体地，本实施例中的带通滤光片122为窄带带通滤光片。
具体地，准直透镜组121包括玻璃球透镜组或玻璃非球面透镜，其均能起到较好的准直效果。
在一些实施例中，数据处理机构5内预设有两组映射关系，一组映射关系为第一荧光与第一响应信号的映射关系，另一组映射关系为第二荧光与第二响应信号的映射关系。
可以理解的是，通过上述设置，使得本实施例的实时荧光定量PCR仪能够适用于双通道的荧光信号采集分析，从而便于提高采集效率。
当成像机构4采集到的荧光转换为的测量响应信号与第一响应信号对应时，即可认为该荧光信号为第一荧光，当成像机构4采集到的荧光转换为的测量响应信号与第二响应信号对应时，即可认为该荧光信号为第二荧光，当成像机构4采集到的荧光转换为的测量响应信号介于第一响应信号与第二响应信号之间时时，即可认为该荧光信号介于第一荧光与第二荧光之间。
具体地，本实施例中，第一荧光为FAM(5/6-羧基荧光素)，第二荧光为VIC(绿色荧光蛋白)，在本发明的其他实施例中，数据处理机构5内还能预设其他荧光(如SYBR Green等)与其他响应信号的映射关系，在此无须赘述。
在一些实施例中，如图1所示，实时荧光定量PCR仪还包括反馈机构6，反馈机构6与激发机构1连接，反馈机构6用于采集激发机构1发射的激发光的光源信息。
可以理解的是，通过反馈机构6获取激发机构1发射的激发光的光源信息，能够便于系统调整激发机构1发射的激发光的强度等参数，从而便于提高激发机构1的激发光的强度等参数的校正调整。
具体地，如图1所示，反馈机构6包括反馈光纤61和反馈光图像传感器62，通过反馈光纤61能够将激发光的一部分传输至反馈光图像传感器62，再通过反馈光图像传感器62即可获取激发光的实时参数。
在一些实施例中，如图1所示，反应机构包括反应池21和温控单元22。反应池21用于盛放样品及荧光化学物质。温控单元22用于控制反应池21的内部温度。
可以理解的是，温控单元22能够对反应池21内的温度循环进行控制，以实现样品的DNA扩增。通过上述结构设置，使得同一个温控单元22能够为反应池21内的所有样品提供完全相同的反应条件，同时所有样品又是通过同一个输出机构3、成型机构及数据处理机构5进行处理，也使得其能为所有样品提供完全相同的检测通道，从而在保证检测效率的同时又大大保证了检测的可靠性。
具体地，荧光化学物质包括荧光探针或荧光染料。
在一些实施例中，成像机构4能够同时采集输出机构3输出的所有荧光信号。
可以理解的是，通过上述设置，使得成像机构4在采集所有样品的荧光信号时没有时间差，能够确保多个样品的多路荧光信号的同时采集，在保证检测效率的同时又大大保证了检测的可靠性。
在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种实时荧光定量PCR仪，其特征在于，包括：
激发机构(1)，所述激发机构(1)用于发射激发光；
反应机构，所述反应机构设在所述激发机构(1)的发射端，所述反应机构用于承载样品并提供反应环境；
输出机构(3)，所述输出机构(3)的输入端设在所述反应机构处，所述输出机构(3)能够获取并传输所述样品发出的荧光；
成像机构(4)，所述成像机构(4)设在所述输出机构(3)的输出端，所述成像机构(4)能够获取所述样品发出的荧光并将荧光转换为测量响应信号；
数据处理机构(5)，所述数据处理机构(5)与所述成像机构(4)连接，所述数据处理机构(5)内预设有荧光与预设响应信号的映射关系。
2.根据权利要求1所述的实时荧光定量PCR仪，其特征在于，所述激发机构(1)包括：
光源(11)，所述光源(11)的主波长在第一预设范围内；
整形单元(12)，所述整形单元(12)与所述光源(11)的出光端连接，所述整形单元(12)的通光波段为第二预设范围，所述第二预设范围位于所述第一预设范围内。
3.根据权利要求2所述的实时荧光定量PCR仪，其特征在于，所述成像机构(4)包括长通膜，所述长通膜的通光波段在第三预设范围内，所述第三预设范围位于所述第一预设范围外，且所述样品的荧光的波长位于所述第三预设范围内。
4.根据权利要求3所述的实时荧光定量PCR仪，其特征在于，所述光源(11)包括蓝绿色光源，所述蓝绿色光源的主波长为495nm，所述整形单元(12)的通光波段为495±10nm，所述整形单元(12)的截止波段的截止深度为OD5～6，所述长通膜的通光波段为520nm长通，所述长通膜的截止波段的截止深度为OD5～6。
5.根据权利要求2所述的实时荧光定量PCR仪，其特征在于，所述激发机构(1)还包括多根发射光纤(13)，多根所述发射光纤(13)阵列设置，多根所述发射光纤(13)的第一端连接于所述整形单元(12)，多根所述发射光纤(13)的第二端对应所述反应机构设置；
所述输出机构(3)包括多根接收光纤(31)，多根所述接收光纤(31)阵列设置，多根所述接收光纤(31)的一端对应所述反应机构设置，多根所述接收光纤(31)的第二端对应所述成像机构(4)设置；其中：
多根所述发射光纤(13)的第二端和多根所述接收光纤(31)的第一端均位于所述反应机构的下方。
6.根据权利要求2所述的实时荧光定量PCR仪，其特征在于，所述整形单元(12)包括：
准直透镜组(121)，所述准直透镜组(121)朝向所述光源(11)设置；
带通滤光片(122)，所述带通滤光片(122)设在所述准直透镜组(121)背离所述光源(11)的一测。
7.根据权利要求1所述的实时荧光定量PCR仪，其特征在于，所述数据处理机构(5)内预设有两组所述映射关系，一组所述映射关系为第一荧光与第一响应信号的映射关系，另一组所述映射关系为第二荧光与第二响应信号的映射关系。
8.根据权利要求1所述的实时荧光定量PCR仪，其特征在于，所述实时荧光定量PCR仪还包括反馈机构(6)，所述反馈机构(6)与所述激发机构(1)连接，所述反馈机构(6)用于采集所述激发机构(1)发射的所述激发光的光源信息。
9.根据权利要求1所述的实时荧光定量PCR仪，其特征在于，所述反应机构包括：
反应池(21)，所述反应池(21)用于盛放所述样品及荧光化学物质；
温控单元(22)，所述温控单元(22)用于控制所述反应池(21)的内部温度。
10.根据权利要求1所述的实时荧光定量PCR仪，其特征在于，所述成像机构(4)能够同时采集所述输出机构(3)输出的所有荧光信号。
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