CN115093949A - 一种荧光pcr装置 - Google Patents

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陈启跃
程鹏飞
金小竣
刘珺
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Abstract

本发明涉及荧光检测技术领域，尤其涉及一种荧光PCR装置，包括激发光源部、样品池部分、荧光检测部；激发光源部包括光源和导光机构，导光机构包括光源发射端和样品端，光源发射端对应有多个光源，导光机构用于将光源发出的激发光汇聚到样品端，照射到样品池部分；荧光检测部包括检测器、与检测器对应的荧光通道，检测器对应至少一个光源；荧光通道包括主荧光通道和副荧光通道，副荧光通道与主荧光通道连通，且样品池部分发出的荧光由主荧光通道反射到副荧光通道，或直射到主荧光通道，进而照射到对应的检测器处。本发明减少了结构的复杂度，提高了测试波长的数量，减小了多个检测器带来的一致性离散。

Description

一种荧光PCR装置
技术领域
本发明涉及荧光检测技术领域，尤其涉及一种荧光PCR装置，主要用于减少滤光片和检测器的数量，减少成本。
背景技术
随着核酸检测技术的不断推广和应用，实时定量荧光PCR仪（以下简称PCR仪）已经成为了核酸检测必不可少的仪器设备。PCR仪的光学系统是荧光检测的核心技术，直接关联着荧光激发强度及荧光检测的灵敏度。
传统的PCR仪为了实现多波长可选择激发光，通常都会有结构较为复杂的光学系统，用于实现多个光源的折转，汇聚，不同波长的选择和切换等等。这样的结构既增加装配难度和物料成本，又给仪器稳定运行带来了隐患。同时增加的波长数量越多，实现起来越难，因此通常的PCR仪都只有4个可选测试波长，即四个通道。同时不同的检测器对于同一个波长值的响应也是有差异的，用的检测器数量越多，检测器之间的差异就表现得越明显，只有通过提前对检测器进行测试，分组，配对来消除这部分差异，这无疑会增加生产成本同时降低生产效率。
综上所述，传统的PCR仪存在着以下问题：
传统的PCR仪一个光源对应一个通道和一个检测器，这导致结构复杂、成本高，限制了测试波长的数量；
检测器使用越多，检测器之间的差异就表现得越明显。
发明内容
本发明提供了一种荧光PCR装置，采用导光机构，减小了结构复杂度，减少了滤光片的数量和检测器的数量，节约了成本，同时检测器复用，从而减小多个检测器带来的一致性离散。
本发明实施例提供了一种荧光PCR装置，包括激发光源部、样品池部分、荧光检测部；所述激发光源部包括光源和导光机构，所述导光机构包括光源发射端和样品端，所述光源发射端对应有多个光源，所述导光机构用于将所述光源发出的激发光汇聚到所述样品端，照射到所述样品池部分；所述荧光检测部包括检测器、与所述检测器对应的荧光通道，所述检测器对应至少一个光源；所述荧光通道包括主荧光通道和副荧光通道，所述副荧光通道与所述主荧光通道连通，且所述样品池部分发出的荧光由所述主荧光通道反射到所述副荧光通道，或直射到所述主荧光通道，进而照射到对应的检测器处。
本发明激发光源部使用导光机构将光源发出的激发光均匀、准确地照射到样品池部分，其中，不管光源位于所述导光机构光源发射端的哪个方位，经过导光机构后，均可以在样品端形成一个均匀的光斑，进而准确的将激发光照射到样品池部分处，省去了大量滤光片、透镜等光学器件，大大减小了荧光PCR装置的结构复杂度。本发明中可根据需求设有多个光源，而不仅仅局限于4个，进而可以根据需要选择多个测试波长的数量；本发明中一个检测器至少对应一个光源，减少了检测器的使用数量，从而可减小多个检测器带来的一致性离散；本发明中荧光检测部分副荧光通道与主荧光通道连通，使得所述样品池部分发出的荧光由主荧光通道反射到副荧光通道，或直射到主荧光通道，进而照射到对应的检测器处，实现了主荧光通道的复用，进一步减小了结构的复杂度。综上所述，本发明减少了结构的复杂度，提高了测试波长的数量，减小了多个检测器带来的一致性离散。
可选地，所述光源与所述导光机构之间设有第一滤光片，所述第一滤光片用于将所述光源发出的激发光变成单色光。
可选地，多个所述光源集成在光源板上，且所述激发光源部还包括用于安装所述光源板的安装槽。
可选地，所述导光机构为导光柱，所述导光柱的光源发射端的面积大于所述样品端的面积。
可选地，所述光源发射端的端面为非球面。
可选地，所述主荧光通道上设有第二滤光片，所述第二滤光片设于所述主荧光通道与所述副荧光通道的连接处，使得所述主荧光通道对应的荧光透过所述第二滤光片直射入所述主荧光通道、所述副荧光通道对应的荧光经所述第二滤光片反射入所述副荧光通道。
可选地，所述第二滤光片为二向色镜或带通滤光片，使得所述主荧光通道对应的荧光透过、所述副荧光通道对应的荧光被反射。
可选地，所述第二滤光片的光密度值大于6，且所述第一滤光片透过部分的透过率大于90%。
可选地，所述副荧光通道与所述主荧光通道垂直连接；所述第一滤光片与所述副荧光通道的夹角为所述副荧光通道与所述主荧光通道夹角的1/2。
有益效果
1、本发明提出了一种荧光PCR装置，包括激发光源部、样品池部分、荧光检测部；所述激发光源部包括光源和导光机构，所述导光机构包括光源发射端和样品端，所述光源发射端对应有多个光源，所述导光机构用于将所述光源发出的激发光汇聚到所述样品端，照射到所述样品池部分；所述荧光检测部包括检测器、与所述检测器对应的荧光通道，所述检测器对应至少一个光源；所述荧光通道包括主荧光通道和副荧光通道，所述副荧光通道与所述主荧光通道连通，且所述样品池部分发出的荧光由所述主荧光通道反射到所述副荧光通道，或直射到所述主荧光通道，进而照射到对应的检测器处。本发明减少了结构的复杂度，提高了测试波长的数量，减小了多个检测器带来的一致性离散。
2、光源与导光机构之间设有第一滤光片，第一滤光片用于将光源发出的激发光变成单色光，以便激发特定的荧光物质发光，确保了检测的精准度。
3、多个所述光源集成在光源板上，且所述激发光源部还包括用于安装所述光源板的安装槽，便于光源的安装，确保了光源的稳定。
4、导光机构为导光柱，导光柱的光源发射端的面积大于样品端的面积，便于使得光源发出的激发光经过所述导光柱后在所述样品池端形成一均匀的光斑。
5、主荧光通道上设有第二滤光片，第二滤光片设于主荧光通道与副荧光通道的连接处，便于实现主荧光通道的复用，仅仅采用第二滤光片即能实现荧光从主荧光通道反射入副荧光通道，使得主荧光通道上的一部分滤光片、透镜等的实现复用，减少成本。
6、所述副荧光通道与所述主荧光通道垂直连接；所述第一滤光片与所述副荧光通道的夹角为所述副荧光通道与所述主荧光通道夹角的1/2,适应于副荧光通道的设计，以便于实现主荧光通道中的荧光能够准确地反射入副荧光通道。
应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本发明的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。
附图说明
结合附图并参考以下详细说明，本发明各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。
图1示出了本发明的实施例的一种荧光PCR装置的结构示意图；
图2示出了本发明的实施例的激发光源部结构示意图；
其中，1-激发光源部；1-1-光源；1-2-导光机构；1-21-光源发射端；1-22-样品端；1-3-第一滤光片；1-4-电源板；1-5-安装槽；2-样品池部分；3-荧光检测部；3-1-检测器；3-21-主荧光通道；3-211-第二滤光片；3-22-副荧光通道。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书一个或多个实施例中的技术方案，下面将结合本说明书一个或多个实施例中的附图，对本说明书一个或多个实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本说明书的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书一个或多个实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本文件的保护范围。
需要说明的是，本发明实施例描述的仅仅是为了更加清楚的说明本发明实施例的技术方案，并不构成对本发明实施例提供的技术方案的限定。
图1示出了本发明的实施例的一种荧光PCR装置的结构示意图；图2示出了本发明的实施例的激发光源部结构示意图；参见图1、图2，所述荧光PCR装置包括激发光源部1、样品池部分2、荧光检测部3；所述激发光源部1包括光源1-1和导光机构1-2，所述导光机构1-2包括光源发射端1-21和样品端1-22，所述光源发射端1-21对应有多个光源1-1，所述导光机构1-2用于将所述光源1-1发出的激发光汇聚到所述样品端1-22，照射到所述样品池部分2；所述荧光检测部3包括检测器3-1、与所述检测器3-1对应的荧光通道，所述检测器3-1对应至少一个光源1-1；所述荧光通道包括主荧光通道3-21和副荧光通道3-22，所述副荧光通道3-22与所述主荧光通道3-21连通，且所述样品池部分2发出的荧光由所述主荧光通道3-21反射到所述副荧光通道3-22，或直射到所述主荧光通道3-21，进而照射到对应的检测器3-1处。
本实施例中，激发光源部1分主要采用导光机构1-2实现将光源1-1发出的激发光准确地照射到样品池部分2，利用导光机构1-2的全反射原理，光源1-1发出的激发光照射到导光机构的光源发射端1-21，光源发射端1-21的形状经过特殊的计算进行设计，使得从光源发射端1-21任意位置射入的激发光均能够在样品端1-22形成一个均匀得光斑，进而使得光源1-1发出的激发光被准确地照射到所述样品池部分2，进而可以根据需求设置多个光源1-1，同时，荧光检测部3分主要采用通道复用技术和检测器3-1复用技术，通道复用使得在空间一定的情况下能够设置更多的荧光通道，但本实施例中同时采用检测器3-1复用技术，即一个检测器3-1对应至少一个光源1-1，检测器3-1的数量少于所述光源1-1的数量,可根据具体需求，使得一个检测器3-1对应多个光源1-1，使用时，多个光源1-1分时点亮，即每个光源1-1发出的激发光照射到荧光物质后发出的荧光到达检测器3-1的时间点不同，以实现检测器3-1对多道荧光的检测，检测器3-1复用，而一个检测器3-1对应一个荧光通道，因此检测器3-1复用的同时实现了通道的进一步复用，可进一步增加检测的荧光波段数量，提高检测的便利性。
本实施例中提出了一种荧光PCR装置，包括激发光源部1、样品池部分2、荧光检测部3；所述激发光源部1包括光源1-1和导光机构1-2，所述导光机构1-2包括光源发射端1-21和样品端1-22，所述光源发射端1-21对应有多个光源1-1，所述导光机构1-2用于将所述光源1-1发出的激发光汇聚到所述样品端1-22，照射到所述样品池部分2；所述荧光检测部3包括检测器3-1、与所述检测器3-1对应的荧光通道，所述检测器3-1对应至少一个光源1-1；所述荧光通道包括主荧光通道3-21和副荧光通道3-22，所述副荧光通道3-22与所述主荧光通道3-21连通，且所述样品池部分2发出的荧光由所述主荧光通道3-21反射到所述副荧光通道3-22，或直射到所述主荧光通道3-21，进而照射到对应的检测器3-1处。本实施例减少了结构的复杂度，提高了测试波长的数量，减小了多个检测器3-1带来的一致性离散。
具体地，本实施例中为了对应检测不同的荧光物质，以免造成混淆，所述光源1-1与所述导光机构1-2之间设有第一滤光片1-31，所述第一滤光片1-31用于将所述光源1-1发出的激发光变成单色光。根据在光源1-1与导光机构1-2之间设置第一滤光片1-31，将光源1-1发出的全波段的光转换成单色的固定波段的光，第一滤光片1-31仅仅使得固定波段的光通过，其中，第一滤光片1-31的规格各异。多个光源1-1发出的激发光经过对应的第一滤光片1-31的过滤后可透过激发光的波长是不一样的，可一一对应检测样品中的多种荧光物质，而不是混合检测，便于对特定荧光物质的检测与分析，排斥其他物质对检测结果的影响，提高检测的精确度。本实施例中的第一滤光片1-31可使用窄带滤光片。经过第一滤光片1-31过滤后形成的的单色光照射到导光机构1-2上，经过导光机构1-2的传播调制后，在导光机构1-2的样品端1-22形成均匀的光斑，用于照射样品池部分2的样品，每个光源1-1发出的激发光经过对应的第一滤光片1-31过滤后形成的单色光经过导光机构1-2后均可在导光机构1-2的样品端1-22形成均匀的单色光斑，进而照射到样品池部分2激发对应的荧光物质发出荧光。具体地，所述导光机构1-2为导光柱，所述导光柱的光源发射端1-21的面积大于所述样品端1-22的面积。利用导光柱的全反射原理，使得从光源发射端1-21射入到导光柱的激发光在导光柱内进行若干次全反射后被近乎无损地传输到样品端1-22，导光柱的光源发射端1-21的面积大于样品池端的面积，更易激发光在经过导光柱的调制后在样品端1-22形成光斑，而减小激发光的散射。
本实施例中由于设置有多个光源1-1，为了提高光源1-1安装的便利性，多个所述光源1-1集成在光源板1-4上，且所述激发光源部1还包括用于安装所述光源板1-4的安装槽1-5。其中，光源板1-4上的光源1-1可以固定连接，也可以拆卸式连接，一个光源板1-4上可根据需求调换光源1-1或增减光源1-1的数量实现不同检测的要求，也可以直接更换整个光源板1-4来实现。
具体地，所述光源发射端1-21的端面为非球面。且光源发射端1-21的端面经过非球面计算设计，以确保在光源发射端1-21的不同位置发出的光，经过导光机构1-2传播调制后，均会在导光机构1-2另一个端面形成均匀的光斑，其中，非球面计算可采用牛顿迭代法、近似法、最小二乘法等计算方法。本实施例中的导光机构1-2光源发射端1-21可以是标准的球面，非球面，自由曲面；导光机构1-2的形状可以是锥形，也可以设计为异型的特殊形状。
具体地，所述主荧光通道3-21上设有第二滤光片3-211，所述第二滤光片3-211设于所述主荧光通道3-21与所述副荧光通道3-22的连接处，使得所述主荧光通道3-21对应的荧光透过所述第二滤光片3-211直射入所述主荧光通道3-21、所述副荧光通道3-22对应的荧光经所述第二滤光片3-211反射入所述副荧光通道3-22。本实施例中第二滤光片3-211根据需求进行设置，所述第二滤光片3-211为二向色镜或带通滤光片，使得所述主荧光通道3-21对应的荧光透过、所述副荧光通道3-22对应的荧光被反射。第二滤光片3-211也可以为其他滤光片，在本实施例中不做限制。本实施例中副荧光通道3-22可以设有多个，多个副荧光通道3-22分别与主荧光通道3-21上不同的位置连接，而每个副荧光通道3-22与主荧光通道3-21的连接处均设有第二滤光片3-211，假设只有两个副荧光通道3-22，以荧光在主荧光通道3-21上的照射方向来看，样品池部分2激发的荧光首先进入主荧光通道3-21，然后，遇到第一个副荧光通道3-22对应的第二滤光片b，若荧光的波长位于第二滤光片b的透射范围内，则透过所述第二滤光片b，继续朝主荧光通道3-21照射，而若荧光的波长大于或小于第二滤光片b的透射范围内，则反射入第一个副荧光通道3-22，照射到第一个副荧光通道3-22对应的检测器3-1处；透过所述第二滤光片b后继续朝主荧光通道3-21照射的荧光接着遇到第二个副荧光通道3-22对应的第二滤光片d，若荧光的波长位于第二滤光片d的透射范围内，则透过所述第二滤光片d，沿着主荧光通道3-21照射到主荧光通道3-21对应的检测器3-1处，而若荧光的波长大于或小于第二滤光片d的透射范围内，则反射入第二个副荧光通道3-22,照射到第二个副荧光通道3-22对应的检测器3-1处。
具体地，所述第二滤光片3-211的光密度值大于6，且所述第一滤光片1-31透过部分的透过率大于90%。以便确保对应的荧光强度满足检测的需求，以提高检测结果的准确度。
具体地，所述副荧光通道3-22与所述主荧光通道3-21垂直连接；所述第一滤光片1-31与所述副荧光通道3-22的夹角为所述副荧光通道3-22与所述主荧光通道3-21夹角的1/2。副荧光通道3-22与主荧光通道3-21垂直连接，便于检测器3-1的布局，也便于第一滤光片1-31的布局，以顺时针方向看，若副荧光通道3-22设于主荧光通道3-21的左侧（以荧光照射方向看，参照图1），则主荧光通道3-21与副荧光通道3-22的夹角为90°，第一滤光片1-31与副荧光通道3-22的夹角为45°；若副荧光通道3-22设于主荧光通道3-21的右侧，则主荧光通道3-21与副荧光通道3-22的夹角为270°，第一滤光片1-31与副荧光通道3-22的夹角为135°。
具体地，所述荧光通道上靠近所述检测器3-1的位置设有陷波滤光片。所述荧光通道上靠近所述检测器3-1的位置、靠近所述样品池部分2的位置均设有非球面透镜。透镜的主要作用是将光汇聚到一点，本实施例中采用非球面透镜，从所述样品池部分2发出的荧光同样经过非球面透镜的聚焦、准直后发送到对应的荧光通道，在到达检测器3-1前，再进一步通过非球面透镜进程聚焦、准直，确保荧光更多地被检测器3-1检测到。其中，非球面透镜可以增大有效焦距，可以最大限度地消除球差，使得激发光更好地聚焦到样品池部分2、使得荧光更好地聚焦到检测器3-1部分。
具体地，所述激发光源部1分、样品池部分2、荧光检测部3分一体成型。例如可通过精密注塑工艺加工形成，可将加工，装配引入的误差降低到尽可能的小，可确保激发光源部1分、样品池部分2、荧光检测部3分在空间位置的一致性，进而确保荧光检测的稳定性。
以上描述仅为本发明的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本发明中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本发明中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (9)

1.一种荧光PCR装置，其特征在于，包括激发光源部（1）、样品池部分（2）、荧光检测部（3）；
所述激发光源部（1）包括光源（1-1）和导光机构（1-2），所述导光机构（1-2）包括光源发射端（1-21）和样品端（1-22），所述光源发射端（1-21）对应有多个光源（1-1），所述导光机构（1-2）用于将所述光源（1-1）发出的激发光汇聚到所述样品端（1-22），照射到所述样品池部分（2）；
所述荧光检测部（3）包括检测器（3-1）、与所述检测器（3-1）对应的荧光通道，所述检测器（3-1）对应至少一个光源（1-1）；
所述荧光通道包括主荧光通道（3-21）和副荧光通道（3-22），所述副荧光通道（3-22）与所述主荧光通道（3-21）连通，且所述样品池部分（2）发出的荧光由所述主荧光通道（3-21）反射到所述副荧光通道（3-22），或直射到所述主荧光通道（3-21），进而照射到对应的检测器（3-1）处。
2.根据权利要求1所述的一种荧光PCR装置，其特征在于：
所述光源（1-1）与所述导光机构（1-2）之间设有第一滤光片（1-3），所述第一滤光片（1-3）用于将所述光源（1-1）发出的激发光变成单色光。
3.根据权利要求1所述的一种荧光PCR装置，其特征在于：
多个所述光源（1-1）集成在光源板（1-4）上，且所述激发光源部（1）还包括用于安装所述光源板（1-4）的安装槽（1-5）。
4.根据权利要求1所述的一种荧光PCR装置，其特征在于：
所述导光机构（1-2）为导光柱，所述导光柱的光源发射端（1-21）的面积大于所述样品端（1-22）的面积。
5.根据权利要求4所述的一种荧光PCR装置，其特征在于：
所述光源发射端（1-21）的端面为非球面。
6.根据权利要求1所述的一种荧光PCR装置，其特征在于：
所述主荧光通道（3-21）上设有第二滤光片（3-211），所述第二滤光片（3-211）设于所述主荧光通道（3-21）与所述副荧光通道（3-22）的连接处，使得所述主荧光通道（3-21）对应的荧光透过所述第二滤光片（3-211）直射入所述主荧光通道（3-21）、所述副荧光通道（3-22）对应的荧光经所述第二滤光片（3-211）反射入所述副荧光通道（3-22）。
7.根据权利要求6所述的一种荧光PCR装置，其特征在于：
所述第二滤光片（3-211）为二向色镜或带通滤光片，使得所述主荧光通道（3-21）对应的荧光透过、所述副荧光通道（3-22）对应的荧光被反射。
8.根据权利要求6所述的一种荧光PCR装置，其特征在于：
所述第二滤光片（3-211）的光密度值大于6，且所述第一滤光片（1-3）透过部分的透过率大于90%。
9.根据权利要求6所述的一种荧光PCR装置，其特征在于：
所述副荧光通道（3-22）与所述主荧光通道（3-21）垂直连接；
所述第一滤光片（1-3）与所述副荧光通道（3-22）的夹角为所述副荧光通道（3-22）与所述主荧光通道（3-21）夹角的1/2。
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