CN114644980B - 一种多通道荧光pcr检测系统及多通道荧光检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多通道荧光PCR检测系统及多通道荧光检测方法，适用于对加入多种荧光基团的PCR反应体系进行检测，检测系统包括两个以上荧光检测模块，每个荧光检测模块包括光源、透镜、第一滤光片、二向色镜、出光窗口、第二滤光片及成像模块，各个荧光检测模块被配置为在外力驱动下逐个移动至各自的出光窗口与PCR反应体系相对的位置，以得到该荧光基团对应通道的PCR反应体系的完整图像；不同的荧光检测模块适配不同种类的荧光基团：不同的荧光检测模块中的第一滤光片/第二滤光片/二向色镜对应不同的第一波段范围/第二波段范围/带通范围。本发明设置多个荧光检测模块，依次对PCR反应体系的全部反应腔室进行逐个荧光通道的信号采集。

Description

一种多通道荧光PCR检测系统及多通道荧光检测方法

技术领域

本发明涉及荧光检测领域，尤其涉及一种多通道荧光PCR检测系统及多通道荧光检测方法。

背景技术

在微流控芯片上进行荧光定量聚合酶链式反应（QPCR）过程中，通常芯片上会包含多个（几个到几千个）PCR反应腔室，每个反应腔室会包含多种荧光染料。若采用一个光源激发所有荧光通道，会使得光源的光谱利用率较低，即大部分光能量会作为背景干扰，影响信号采集。因此，多通道的PCR检测技术成为研究方向。

现有技术中，比如公开号为CN 108181239A的中国专利申请提出了一种多通道荧光定量PCR仪的光学系统，装有样品的容器被放置在矩阵排列的孔载板上，采用多个不同的LED光源，按照需求将入光口对准其中一个LED光源，利用光纤进光端头来传导激发光给其中一个容器，并利用光纤出光端头向成像传感器返回该容器内的样品受激发后的发射光，通过切换不同的LED光源来实现切换激发不同的荧光基团，但是，阵列式的样品需要扫描透镜阵列采用行扫描或列扫描的方式完成载板的检测，造成PCR检测过程耗时很长。

再比如公开号为CN 109085148A的中国专利申请提出了一种多通道荧光检测光学系统，其周向设置多个光学检测通道，利用转动检测通道一周，可以使待测试剂能够完成多个光学检测通道的检测，同样的问题在于，每次单个光学检测通道对准一个检测孔，样品需要周向转动扫描的方式完成多个检测孔的多通道检测，由于周向长度有限，因此对应限制了检测孔的数量，即使将周向调整变大，则周向上多个检测孔的PCR检测因需要遍历各个检测通道而导致过程耗时很长。

综上，传统的多通道荧光PCR检测技术为设置多个光学检测通道来与检测样本中单个检测孔/容器单元对应，无论是单次启动一个检测通道，还是多个检测通道与检测样本一一对应并同时启动检测，都需要检测样本的多个（多至上千）检测孔单元均遍历各个通道的检测后，才完成一轮PCR检测，传统的微型光学检测装置每次只能收集一个或少量多个反应腔室的荧光信号，造成PCR过程耗时很长，无法满足市场快检的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种对PCR反应体系完整成像的多通道荧光PCR检测系统，支持多种不同的荧光染料。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种多通道荧光PCR检测系统，适用于对加入多种荧光基团的PCR反应体系进行检测，所述检测系统包括两个以上荧光检测模块，每个荧光检测模块包括光源、透镜、第一滤光片、二向色镜、出光窗口、第二滤光片及成像模块，其中，所述第一滤光片设置在所述透镜与二向色镜之间，所述第一滤光片被配置为使所述光源射出的并经过透镜的光中第一波段范围的光通过；所述第二滤光片设置在所述二向色镜与成像模块之间；

各个荧光检测模块被配置为在外力驱动下逐个移动至各自的出光窗口与所述PCR反应体系相对的位置，所述二向色镜被配置为使通过所述第一滤光片的光反射，且反射的光穿过所述出光窗口以激发所述PCR反应体系中的其中一种荧光基团；所述二向色镜还被配置为使该荧光基团被激发出的荧光通过，所述第二滤光片被配置为使透过所述二向色镜的光中的第二波段范围的光通过，所述成像模块被配置为接收通过所述第二滤光片的光以得到该荧光基团对应的通道图像；

每个荧光检测模块被配置为收集PCR反应体系的全部反应腔的荧光信号，不同的荧光检测模块适配不同种类的荧光基团，包括：不同的荧光检测模块中的第一滤光片对应不同的第一波段范围，不同的荧光检测模块中的第二滤光片对应不同的第二波段范围，不同的荧光检测模块中的二向色镜对应不同的带通范围。

进一步地，所述成像模块包括成像镜头和成像传感器，所述荧光检测模块被配置为与所述PCR反应体系的间距可调，以使所述PCR反应体系同时位于穿过所述出光窗口的光线范围内以及所述成像镜头的视场范围内。

进一步地，自所述二向色镜反射的光束发散角与所述成像镜头的视场角的比例范围为0.9:1至1.1:1。

进一步地，自所述二向色镜反射的光束发散角与所述成像镜头的视场角相等，且所述成像镜头的视场不受所述出光窗口干涉。

进一步地，所述成像镜头相对于所述出光窗口的高度被配置为满足所述成像镜头的中心到所述出光窗口两侧的虚拟射线间的夹角与所述成像镜头的视场角的比例范围为0.95:1至1.05:1；和/或，

所述透镜、二向色镜相对于透镜的位置被配置为满足受所述二向色镜反射的光束穿过所述出光窗口的面积与出光窗口的本体面积的比例范围为0.95:1至1:1。

进一步地，多个荧光检测模块并排设置，在外力驱动下，所述荧光检测模块作直线运动；或者，

多个荧光检测模块沿圆周设置，在外力驱动下，所述荧光检测模块绕圆心作转动。

进一步地，多通道荧光PCR检测系统还包括上座体和下座体，其中，所述下座体上设有与多个荧光检测模块一一对应的第一通道，所述上座体上设有与多个荧光检测模块一一对应的第二通道；

所述上座体与下座体上设有相互配合的倾斜面，所述荧光检测模块的二向色镜设置在所述倾斜面上，且各个荧光检测模块的二向色镜分别设置在对应的第一通道与第二通道的交汇处。

进一步地，所述荧光检测模块的第一滤光片设置在所述第一通道上远离倾斜面的通道口，所述荧光检测模块的第二滤光片设置在所述第二通道上远离倾斜面的通道口；

所述成像模块设置在所述上座体的上方，所述PCR反应体系设置在所述下座体的下方，所述光源、透镜设置在所述第一滤光片上远离下座体的一侧。

进一步地，所述第一通道的通道口设有与第一滤光片相适配的插槽，所述第二通道的通道口设有与第二滤光片相适配的插槽，所述第一滤光片、第二滤光片被配置为与插槽可插拔连接。

进一步地，所述光源为LED二极管，且其数量为一个；和/或，

所述透镜为球透镜。

根据本发明的另一方面，提供了一种PCR系统，包括PCR反应体系及如上所述的多通道荧光PCR检测系统。

根据本发明的再一方面，提供了一种基于如上所述的多通道荧光PCR检测系统的多通道荧光PCR检测方法，包括以下步骤：

根据PCR反应体系加入的多种荧光基团，选择多组具有相应滤光波段范围的第一滤光片和第二滤光片，以及具有相应带通范围的二向色镜；

将选定的荧光检测模块依次移动至与PCR反应体系相对的位置，打开光源，利用成像模块对PCR反应体系进行成像，得到多个通道图像。

进一步地，在移动荧光检测模块之前还包括：

调节所述荧光检测模块与所述PCR反应体系的间距，以使所述PCR反应体系同时位于穿过出光窗口的光线范围内以及成像模块的成像镜头的视场范围内。

本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：

a. 设置多个荧光检测模块，以支持包含多种荧光染料的PCR检测；

b. 每个荧光检测模块单次对PCR反应体系的全部反应腔室进行单光源的荧光激发和单通道的荧光成像，若PCR反应体系中存在n种荧光染料，仅需n次单光源的荧光激发和单通道的荧光成像即可完成PCR检测，而不限于反应腔室的数量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一个示例性实施例提供的多通道荧光PCR检测系统的结构示意图；

图2为图1中的多通道荧光PCR检测系统的结构爆炸图；

图3为图1中的多通道荧光PCR检测系统的剖视结构示意图；

图4为本发明的一个示例性实施例提供的多通道荧光PCR检测系统的光学原理示意图；

图5为本发明的一个示例性实施例提供的待拼接荧光检测模块单体结构的检测系统的状态示意图；

图6为本发明的一个示例性实施例提供的由多个荧光检测模块单体结构拼接而成的检测系统的结构示意图。

其中，附图标记包括：1-架体，10-固定座，100-上座体，101-下座体，102-第一通道，103-第二通道，11-镜头安装座，110-安装孔；

2-荧光检测模块，20-光路单元，200-二向色镜，201-第一滤光片，202-透镜压环，203-透镜，204-固定环，205-光源，21-成像模块，210-成像镜头，211-成像传感器，212-第二滤光片，213-滤光片压环；

3-保护壳，30-散热孔，41-芯片板，42线路板，43-信号传输端部。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本发明的一个实施例中，提供了一种多通道荧光PCR检测系统，适用于对加入多种荧光基团的PCR反应体系进行检测，如图1至4所述，所述检测系统包括两个以上荧光检测模块2，每个荧光检测模块2被配置为收集PCR反应体系的全部反应腔的荧光信号，参见图2和图3，每个荧光检测模块2包括光源205、透镜203、第一滤光片201、二向色镜200、出光窗口、第二滤光片212及成像模块21，所述成像模块21包括成像镜头210和成像传感器211，以图1和图2为例，荧光检测模块2的数量为四个，其图1和图2的立体视角定义四个荧光检测模块2排列的方向为左右方向，二向色镜200、第二滤光片212、成像镜头210、成像传感器211依次由下向上排列，光源205、透镜203、第一滤光片201、二向色镜200依次由前向后排列。

具体地，第一滤光片201设置在透镜203与二向色镜200之间，第一滤光片201被配置为使所述光源205射出的并经过透镜203的光中第一波段范围的光通过；所述二向色镜200被配置为使通过所述第一滤光片201的光反射，各个荧光检测模块2被配置为在外力驱动下逐个移动至各自的出光窗口与所述PCR反应体系相对的位置，在这种情况下，自二向色镜200反射的光穿过所述出光窗口以激发所述PCR反应体系中的其中一种荧光基团，该种荧光基团被激发出相应波段的荧光，二向色镜200还被配置为使该荧光基团被激发出的向上发射的荧光通过，由于第二滤光片212设置在所述二向色镜200与成像模块21之间，即设置在二向色镜200的上方，因此，透过二向色镜200的荧光光波到达第二滤光片212，第二滤光片212被配置为使透过所述二向色镜200的光中的第二波段范围的光通过。因此，荧光光波透过第二滤光片进入成像镜头210，并利用成像传感器211得到该荧光基团对应的通道图像，成像传感器211可以为CCD或者CMOS。

参见图2，本实施例中的荧光检测模块2设置在检测系统的架体1上，架体1包括固定座10和镜头安装座11，固定座10包括上下拼接的上座体100和下座体101，其中，所述下座体101上设有与多个荧光检测模块2一一对应的前后贯通的第一通道102，所述上座体100上设有与多个荧光检测模块2一一对应的上下贯穿的第二通道103；

所述上座体100与下座体101上设有相互配合的倾斜面作为拼接面，所述荧光检测模块2的二向色镜200设置在所述倾斜面上，且各个荧光检测模块2的二向色镜200分别设置在对应的第一通道102与第二通道103的交汇处，本实施例中，荧光检测模块2的第一滤光片201设置在所述第一通道102上远离倾斜面的通道口，荧光检测模块2的第二滤光片212设置在所述第二通道103上远离倾斜面的通道口，第一滤光片201竖直设置，第二滤光片212水平设置，二向色镜200与水平面的夹角为45°；此外，镜头安装座11上一一对应设有与第二通道103对齐的安装孔110，位于下座体101内底部形成与第二通道103对齐的所述出光窗口。

荧光检测模块2的光路单元20除了包括上述的二向色镜200、第一滤光片201、透镜203、光源205，还包括透镜压环202、固定环204，透镜压环202的后端抵在第一滤光片201上，透镜203为球透镜，其嵌在透镜压环202的后部且与第一滤光片201邻近，光源205嵌在固定环204内，固定环204嵌在透镜压环202的前部，且光源205与透镜203邻近，使得整体光路单元20紧凑小巧，光源205不需要采用LED阵列，而是可以仅采用单个LED，通过球透镜扩大出光光束范围，使得在射出出光窗口的光束具有较大的照射面积，以实现对PCR反应体系的全照射，每个荧光检测模块2单次对PCR反应体系的全部反应腔室进行单光源的荧光激发和单通道的荧光成像，若PCR反应体系中存在三种荧光染料，即使反应腔室成百上千，也仅需三次单光源的荧光激发和单通道的荧光成像即可完成PCR检测。上述第一滤光片201、透镜压环202、固定环204、透镜203、光源205中心对齐设置。具体地，球透镜的端面与第一滤光片201最短距离大于光源205与球透镜的端面最短距离。这样一来，更有利用光束的整形。

本实施例中，选用直径18mm的球透镜，成像镜头选用超大光圈F1.2、焦距12mm微距镜头提升进光量，从而提升检测灵敏度。如图3所示，成像镜头210底部的镜面封堵第二通道103的上端通道口，成像镜头210底部与第二滤光片212之间设有滤光片压环213，以将第二滤光片212压紧在第二通道103内的同时，使成像镜头210底部与第二滤光片212保持一定的距离。成像镜头210的上部安装在安装孔110中，成像传感器211安装在镜头安装座11的顶部，且成像镜头210顶部和成像传感器211之间距离可调，以实现成像镜头210的摄像范围可调，其原理类似于调整焦距。同时，二向色镜200呈45°倾斜，球透镜的中心至成像镜头210底面中心的水平垂距和竖直垂距分别为D1和D2，出光窗口的中心与成像镜头210的中心对齐设置，且球透镜的中心至出光窗口的检测端面的竖直垂距为D3，满足D2＜D3≤D1。

本例中，D1和D2比值约等于1.1757，D3与D2的比值与等于1.1162，目的是使得激发光经过球透镜后所形成的光束发散角与成像镜头210的视场角保持一致，不仅能够最大程度地实现对荧光基团的光能激发，还能够最大程度地增加镜头的进光量，以实现成像的精度和高分辨率。

成像镜头210的镜面与第二滤光片212之间的距离为D4，第二滤光片212至二向色镜200顶部的距离为D5，满足D4＞D5，这样有利于荧光信息的获取。

本实施例中，将四个成像传感器211自信号传输端部43并排对齐地集成在同一个芯片板41上，且采用同一个线路板42与四个光源205相连通，这样的设置方便实施依次控制四个光源205的通断以及成像传感器211的轮流工作，集成芯片板41/线路板42避免出现滞后性，提高控制精度。

同时，在线路板42的外周还增设具有散热通道30的保护壳3，通过保护壳3的设置，能够对光源205和线路板42进行保护和散热，延长光源205的使用寿命，且避免出现光衰减的问题，同时也不需要经常使用专用试剂进行校准，降低检测成本。

不同的荧光检测模块适配不同种类的荧光基团，不同的荧光检测模块中的第一滤光片201对应不同的第一波段范围，不同的荧光检测模块中的第二滤光片212对应不同的第二波段范围，不同的荧光检测模块中的二向色镜200对应不同的带通范围。本实施例中以红、黄、绿、蓝四种颜色的荧光基团为例，以下波段数字范围仅为更好地理解本发明，而非限定本发明的保护范围：

本实施例中，对四个荧光检测模块分别编号如下：1#荧光检测模块、2#荧光检测模块、3#荧光检测模块、4#荧光检测模块，其中，1#荧光检测模块的第一滤光片201的滤波范围（第一波段范围）为455至485nm，该波段激发蓝色荧光基团，激发得到的荧光波段在510至530nm，因此1#荧光检测模块的第二滤光片212的滤波范围（第二波段范围）为510至530nm，1#荧光检测模块的二向色镜200的光学特性为对小于505nm的光波近乎全反射，对大于505nm的光波几乎全透射；

2#荧光检测模块的第一滤光片201的滤波范围（第一波段范围）为525至535nm，该波段激发绿色荧光基团，激发得到的荧光波段在545至555nm，因此2#荧光检测模块的第二滤光片212的滤波范围（第二波段范围）为545至555nm，2#荧光检测模块的二向色镜200的光学特性为对小于540nm的光波近乎全反射，对大于540nm的光波几乎全透射；

3#荧光检测模块的第一滤光片201的滤波范围（第一波段范围）为585至595nm，该波段激发黄色荧光基团，激发得到的荧光波段在610至640nm，因此3#荧光检测模块的第二滤光片212的滤波范围（第二波段范围）为610至640nm，3#荧光检测模块的二向色镜200的光学特性为对小于605nm的光波近乎全反射，对大于605nm的光波几乎全透射；

4#荧光检测模块的第一滤光片201的滤波范围（第一波段范围）为620至640nm，该波段激发红色荧光基团，激发得到的荧光波段在655至675nm，因此4#荧光检测模块的第二滤光片212的滤波范围（第二波段范围）为655至675nm，4#荧光检测模块的二向色镜200的光学特性为对小于647nm的光波近乎全反射，对大于647nm的光波几乎全透射。

本实施例中，可以在PCR实时反应过程中对其进行多次检测，每次检测按顺序将四个荧光检测模块2逐个移动至PCR反应器的上方，打开当前相对设置的荧光检测模块2的光源205，荧光激发后的荧光光波向上透过二向色镜200和第二滤光片212后被成像镜头210接收，最终成像。本实施例中，每次成像的视场范围涵盖PCR反应器，以避免仅对PCR反应体系局部成像，具体如下：所述荧光检测模块2被配置为与所述PCR反应体系的间距可调，比如将荧光检测模块2设置在一个可升降支架上，显然，当荧光检测模块2升得越高（离PCR反应体系越远），则在PCR反应体系所在平面上形成的成像视场范围就越大，反之则越小；同时，如图4所示，光源205发出的光束经过第一滤光片201后被二向色镜200反射后的光束呈扩散状态，显然，当出光窗口离PCR反应体系越远，则在PCR反应体系所在平面上形成的光线范围就越大，反之则越小，因此，通过调节所述可升降支架来调节荧光检测模块2与PCR反应体系之间的间距，可以使所述PCR反应体系同时位于穿过所述出光窗口的光线范围内以及所述成像镜头210的视场范围内。本实施例中，在满足PCR反应体系同时位于穿过所述出光窗口的光线范围内以及所述成像镜头210的视场范围内的前提下，调节荧光检测模块2至距离PCR反应体系最近的位置，这样可以最大限度地利用激发光的能量，并且提高成像质量。

在本发明的一个实施例中，自二向色镜200反射的光束发散角与成像镜头210的视场角的比例为0.9:1；在另一个实施例中，自二向色镜200反射的光束发散角与成像镜头210的视场角的比例为1.1:1；

在一个具体的实施例中，自二向色镜200反射的光束发散角与成像镜头210的视场角的比例大致为1:1，即自所述二向色镜200反射的光束发散角与所述成像镜头210的视场角大致相等，且所述成像镜头210的视场不受所述出光窗口干涉。以上可以通过调节荧光检测模块2内部的部件位置关系来实现，比如：

成像镜头210设置在出光窗口的中心轴上，所述成像镜头210相对于所述出光窗口的高度被配置为满足所述成像镜头的中心到所述出光窗口两侧的虚拟射线间的夹角与所述成像镜头210的视场角的比例范围为0.95:1至1.05:1；

再比如：所述透镜203、二向色镜200相对于透镜203的位置被配置为满足受所述二向色镜200反射的光束穿过所述出光窗口的面积与出光窗口的本体面积的比例范围为0.95:1至1:1。

显然，在成像镜头的中心到所述出光窗口两侧的虚拟射线间的夹角与所述成像镜头210的视场角的比例大致为1:1，且受所述二向色镜200反射的光束穿过所述出光窗口的面积与出光窗口的本体面积的比例为1:1的情况下，如图4所示，激发光的利用率以及荧光通道的视场成像率均达到理想状态。这使得比如出光窗口尺寸为5×5 mm的情况下，30×30mm的PCR反应区域的成像能够确保具有令人满意的分辨率。如图4所示，成像镜头210所形成的拍摄范围从5mm×5mm至30mm×30mm，所形成的拍摄范围足够对每一个PCR反应腔室所对应的样本实施完整荧光图像的成像及检测。显然，当出光窗口与PCR反应器的距离进一步增大时，可以形成大于30mm×30mm的拍摄区域；PCR反应器距离出光窗口越近，成像质量越高。

如图1和图2所示的多个荧光检测模块并排设置，在外力驱动下，所述荧光检测模块作直线运动，本实施例中，任意相邻两个荧光检测模块的间距相等，比如均为L，因此，在定位第一个荧光检测模块与PCR反应器正对的前提下，每次直线运动距离可以确定为L，实现其他荧光检测模块的快速定位。

在本发明的另一个实施例中，与并排设置的方式不同，多个荧光检测模块沿圆周设置（未图示），在外力驱动下，所述荧光检测模块绕圆心作转动，比如六个荧光检测模块在圆周上等分设置，将第一个荧光检测模块正对PCR反应器的前提下，后续每次转动的角度为60°就可以将下一个荧光检测模块正对PCR反应器。

相对于圆周设置，并排设置的方式更具有延展性，即根据PCR反应中荧光染料的种类数量增加，相应地，增加并排的荧光检测模块2的数量。在本发明的一个实施例中，提供积木式拼接的荧光检测模块2的单体结构，如图5所示，即荧光检测模块2的单体结构与架体1相同的是，同样具有固定座10（上下拼接的上座体100和下座体101）和镜头安装座11，不同的是，作为单体结构，上座体100上设有仅一个第二通道，下座体101上设有仅一个第一通道，镜头安装座11上设有仅一个安装孔，并且单体结构的上座体100、下座体101、镜头安装座11中的至少一个与检测系统的架体1的相应的上座体100、下座体101、镜头安装座11具有拼接连接结构，包括但不限于卡接、磁吸、捆绑的方式，使其可拼接为一体，完成一个或多个荧光检测模块2的拓展。

与上述实施例中架体1上设置多个荧光检测模块2不同的是，本实施例中检测系统的多个荧光检测模块2均呈单体结构，如图6所示，多个荧光检测模块2的单体结构拼接得到架体1。

在本发明的一个实施例中，所述第一通道的通道口设有与第一滤光片201相适配的插槽，所述第二通道的通道口设有与第二滤光片212相适配的插槽，所述第一滤光片201、第二滤光片212被配置为与插槽可插拔连接。本实施例可以根据PCR反应体系中实际加入的荧光基团来配置相应的第一滤光片201和第二滤光片212，通过插拔的简单操作更换符合要求的滤光片。

在本发明的一个实施例中，提供了一种基于如上所述的多通道荧光PCR检测系统的多通道荧光PCR检测方法，包括以下步骤：

根据PCR反应体系加入的多种荧光基团，选择多组具有相应滤光波段范围的第一滤光片和第二滤光片，以及具有相应带通范围的二向色镜。

具体地，比如加入的荧光基团为三种，分别为红色、黄色和蓝色，则选择如上的4#荧光检测模块、3#荧光检测模块、1#荧光检测模块。或者，根据具体的滤波波段需求，插拔更换合适的第一滤光片201/第二滤光片212，甚至可以将上座体100与下座体101分离以更换合适带通范围的二向色镜200。

将选定的荧光检测模块依次移动至与PCR反应体系相对的位置，打开光源，利用成像模块对PCR反应体系进行成像，得到多个通道图像。

进一步地，在移动荧光检测模块之前还包括：

调节所述荧光检测模块与所述PCR反应体系的间距，以使所述PCR反应体系同时位于穿过出光窗口的光线范围内以及成像模块的成像镜头的视场范围内，即参见图4，从5mm×5mm至30mm×30mm的拍摄范围内选取一个最合适的拍摄高度，所谓最合适是指在拍摄范围全覆盖PCR反应体系的前提下，出光窗口与PCR反应体系的距离最近的位置，具体如系统实施例所述，在此不再赘述。

本发明在球透镜的中心至成像镜头底面中心垂距限制下，确保激发光源经过球透镜整形后光束所形成的发散角和成像镜头的发散角保持一致，因此，不仅能够准确且完整地获取样本的荧光图像，而且体积小，在焦距的调节下，能够获得较大的拍摄范围，进而满足检测需要，实用性强，同时采用LED光源，不仅体积小、便于散热、使用寿命长，而且也不存在光衰减的问题，更有利于荧光信息的获取，综上，本发明实施例提供的多通道荧光PCR检测系统具有以下优势：

1、整形透镜选用直径18mm的球形透镜，成像镜头选用超大光圈F1.2、焦距12mm微距镜头以提升进光量，从而提升检测灵敏度和成像精度；

2、通过保持D2＜D3≤D1，D1和D2比值约等于1.1757，D3与D2的比值与等于1.1162，激发光经过球透镜的整形后所形成的光束发散角与成像镜头的视场角保持一致，能够准确且完整地获取样本的荧光图像，而且缩短在上下方向上的尺寸；

3、在焦距的调节下，能够获得较大的拍摄范围（拍摄范围可以在5mm×5mm~30mm×30mm变化），进而满足检测需要，实用性强；

4、能够在短时间内依次获取PCR反应腔室的多通道荧光信号，满足PCR快检的市场需求；

5、采用LED为光源，不仅体积小，并在保护壳的保护和散热下使用寿命长，而且避免出现光衰减的问题，同时也不需要经常使用专用试剂进行校准，降低检测成本；

6、通过集成的成像传感器方便芯片板的加工成型，降低制造成本。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (13)

1.一种多通道荧光PCR检测系统，其特征在于，适用于对加入多种荧光基团的PCR反应体系进行检测，所述PCR反应体系包括多个反应腔，所述检测系统包括两个以上荧光检测模块(2)，每个荧光检测模块(2)包括光源(205)、透镜(203)、第一滤光片(201)、二向色镜(200)、出光窗口、第二滤光片(212)及成像模块(21)，其中，所述第一滤光片(201)设置在所述透镜(203)与二向色镜(200)之间，所述第一滤光片(201)被配置为使所述光源(205)射出的并经过透镜(203)的光中第一波段范围的光通过；所述第二滤光片(212)设置在所述二向色镜(200)与成像模块(21)之间；

各个荧光检测模块(2)被配置为在外力驱动下逐个移动至各自的出光窗口与所述PCR反应体系相对的位置，所述二向色镜(200)被配置为使通过所述第一滤光片(201)的光反射，且反射的光穿过所述出光窗口以激发所述PCR反应体系中的其中一种荧光基团；所述二向色镜(200)还被配置为使该荧光基团被激发出的荧光通过，所述第二滤光片(212)被配置为使透过所述二向色镜(200)的光中的第二波段范围的光通过，所述成像模块(21)被配置为接收通过所述第二滤光片(212)的光以得到该荧光基团对应的通道图像；

所述成像模块(21)包括成像镜头(210)，自所述二向色镜(200)反射的光束发散角与所述成像镜头(210)的视场角的比例范围为0.9:1至1.1:1，所述透镜(203)、二向色镜(200)相对于透镜(203)的位置被配置为满足受所述二向色镜(200)反射的光束穿过所述出光窗口的面积与出光窗口的本体面积的比例范围为0.95:1至1:1；所述荧光检测模块(2)被配置为与所述PCR反应体系的间距可调，以使所述PCR反应体系同时位于穿过所述出光窗口的光线范围内以及所述成像镜头(210)的视场范围内，使得每个荧光检测模块(2)被配置为在同一时间收集PCR反应体系的全部反应腔的荧光信号，不同的荧光检测模块(2)适配不同种类的荧光基团，包括：不同的荧光检测模块中的第一滤光片(201)对应不同的第一波段范围，不同的荧光检测模块中的第二滤光片(212)对应不同的第二波段范围，不同的荧光检测模块中的二向色镜(200)对应不同的带通范围。

2.根据权利要求1所述的多通道荧光PCR检测系统，其特征在于，所述荧光检测模块(2)包括可拼接的单体结构，多个单体结构的荧光检测模块(2)拼接，或者，单体结构的单个荧光检测模块(2)与非单体结构的多个荧光检测模块(2)拼接。

3.根据权利要求2所述的多通道荧光PCR检测系统，其特征在于，自所述二向色镜(200)反射的光束发散角与所述成像镜头(210)的视场角相等，且所述成像镜头(210)的视场不受所述出光窗口干涉。

4.根据权利要求2所述的多通道荧光PCR检测系统，其特征在于，所述成像镜头(210)相对于所述出光窗口的高度被配置为满足所述成像镜头的中心到所述出光窗口两侧的虚拟射线间的夹角与所述成像镜头(210)的视场角的比例范围为0.95:1至1.05:1。

5.根据权利要求1所述的多通道荧光PCR检测系统，其特征在于，多个荧光检测模块(2)并排设置，在外力驱动下，所述荧光检测模块作直线运动；或者，

多个荧光检测模块沿圆周设置，在外力驱动下，所述荧光检测模块绕圆心作转动。

6.根据权利要求1所述的多通道荧光PCR检测系统，其特征在于，还包括上座体(100)和下座体(101)，其中，所述下座体(101)上设有与多个荧光检测模块(2)一一对应的第一通道，所述上座体(100)上设有与多个荧光检测模块(2)一一对应的第二通道；

所述上座体(100)与下座体(101)上设有相互配合的倾斜面，所述荧光检测模块(2)的二向色镜(200)设置在所述倾斜面上，且各个荧光检测模块(2)的二向色镜(200)分别设置在对应的第一通道与第二通道的交汇处。

7.根据权利要求6所述的多通道荧光PCR检测系统，其特征在于，所述荧光检测模块(2)的第一滤光片(201)设置在所述第一通道上远离倾斜面的通道口，所述荧光检测模块(2)的第二滤光片(212)设置在所述第二通道上远离倾斜面的通道口。

8.根据权利要求6所述的多通道荧光PCR检测系统，其特征在于，所述成像模块(21)设置在所述上座体(100)的上方，所述PCR反应体系设置在所述下座体(101)的下方，所述光源(205)、透镜(203)设置在所述第一滤光片(201)上远离下座体(101)的一侧。

9.根据权利要求7所述的多通道荧光PCR检测系统，其特征在于，所述第一通道的通道口设有与第一滤光片(201)相适配的插槽，所述第二通道的通道口设有与第二滤光片(212)相适配的插槽，所述第一滤光片(201)、第二滤光片(212)被配置为与插槽可插拔连接。

10.根据权利要求1所述的多通道荧光PCR检测系统，其特征在于，所述光源(205)为LED二极管，且其数量为一个；和/或，

所述透镜(203)为球透镜。

11.一种PCR系统，其特征在于，包括PCR反应体系及如权利要求1至10中任一项所述的多通道荧光PCR检测系统。

12.一种基于如权利要求1至10中任一项所述的多通道荧光PCR检测系统的多通道荧光PCR检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据PCR反应体系加入的多种荧光基团，选择多组具有相应滤光波段范围的第一滤光片和第二滤光片，以及具有相应带通范围的二向色镜；

将选定的荧光检测模块依次移动至与PCR反应体系相对的位置，打开光源，利用成像模块对PCR反应体系进行成像，得到多个通道图像。

13.根据权利要求12所述的多通道荧光PCR检测方法，其特征在于，在移动荧光检测模块之前还包括：

调节所述荧光检测模块与所述PCR反应体系的间距，以使所述PCR反应体系的全部反应腔同时位于穿过出光窗口的光线范围内以及成像模块的成像镜头的视场范围内。

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