CN115144381A - Pcr仪的发射光检测器及pcr仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种PCR仪的发射光检测器及PCR仪，该PCR仪的发射光检测器包括：第一聚焦透镜和多个检测模块，检测模块包括筛选滤光片和光电传感器，多个检测模块的筛选滤光片的型号不同；多个检测模块依次布置，经第一聚焦透镜透射的发射光向首个检测模块的筛选滤光片传播，发射光的一部分波段的光线经筛选滤光片透射以向光电传感器传播，另一部分波段的光线经筛选滤光片反射至下一个检测模块进行处理，并依次经过剩余的检测模块以进行处理，解决了具有多个荧光检测通道的检测器的整体结构尺寸较大，并且检测结果会受到串扰的不利影响的技术问题。

Description

PCR仪的发射光检测器及PCR仪

技术领域

本发明涉及荧光检测的技术领域，尤其涉及一种PCR仪的发射光检测器及PCR仪。

背景技术

聚合酶链式反应（PCR）是一种用于放大扩增特定的DNA片段的分子生物学技术，它可看作是生物体外的特殊DNA复制，PCR的最大特点是能将微量的DNA大幅增加。实时荧光定量PCR技术，是指在PCR反应体系中加入荧光物质，利用荧光物质的荧光信号的积累实时监测整个PCR进程，最后通过标准曲线对未知模板进行定性定量分析的方法。

荧光定量PCR仪是用来实现实时荧光定量PCR技术的仪器，荧光检测模块是荧光定量PCR仪所必备的光学检测器件。荧光检测模块的结构大都采用“三联件”式，即：激发光滤光片、二向色镜和发射光滤光片，外加一些聚焦透镜组合而成。荧光检测通道以带通滤光片来作为“荧光波长选择器”，即：通过带通滤光片来截取荧光物质中激发光和发射光效率较高的波段，并以每个PCR循环后，此波段的荧光光强来反应荧光信号的实时增长过程。

“三联件”式的荧光检测模块中，激发光与发射光的组合是固定的，每种滤光片的组合构成一个荧光检测通道。常用的荧光检测通道有FAM（激发470nm，发射520nm）、VIC（激发530nm，发射565nm）、ROX（激发570nm，发射615nm）、Cy5（激发630nm；发射665nm）等。如果为了适用更多的检测试剂或者检测靶标而增加仪器的荧光检测通道，就要增加“三联件”的组合数，这增大了整个荧光检测模块的整体结构尺寸，导致仪器越来越笨重，同时使得仪器整体的运转以及荧光信号读取与处理越来越繁琐，增大了整个仪器的控制程序设计以及信号读取与处理的难度。

另外，这种检测特定波段的荧光光强的检测模式，使得其检测过程中只能反映待测荧光物质发射出的光谱中的一部分光能量，这使得在多靶标或多通道检测过程中，多个检测通道间的荧光串扰无法避免，严重时会造成荧光信号的误判，进而影响到最终的检测结果的准确性。

发明内容

本发明的目的是提供一种PCR仪的发射光检测器及PCR仪，以解决具有多个荧光检测通道的检测器的整体结构尺寸较大，并且检测结果会受到串扰的不利影响的技术问题。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供了一种PCR仪的发射光检测器，包括：第一聚焦透镜和多个检测模块，所述检测模块包括筛选滤光片和光电传感器，多个所述检测模块的所述筛选滤光片的型号不同；多个所述检测模块依次布置，经所述第一聚焦透镜透射的发射光向首个所述检测模块的所述筛选滤光片传播，发射光的一部分波段的光线经所述筛选滤光片透射以向所述光电传感器传播，另一部分波段的光线经所述筛选滤光片反射至下一个所述检测模块进行处理，并依次经过剩余的所述检测模块以进行处理。

在优选的实施方式中，所述PCR仪的发射光检测器还包括至少一个反射镜，所述反射镜设置于相邻的两个所述检测模块之间，经所述筛选滤光片反射的发射光向所述反射镜传播，并经所述反射镜反射后向下一个所述检测模块中的所述筛选滤光片传播。

在优选的实施方式中，多个所述检测模块沿直线分布。

在优选的实施方式中，所述反射镜与所述筛选滤光片相平行。

在优选的实施方式中，所述PCR仪的发射光检测器还包括光传播体，所述检测模块和所述反射镜分别布置于所述光传播体的两侧，多个所述检测模块间隔分布。

在优选的实施方式中，所述PCR仪的发射光检测器还包括光传播体，多个所述检测模块依次交替地布置于所述光传播体的两侧。

在优选的实施方式中，所述筛选滤光片的检测带宽范围为10nm~30nm。

在优选的实施方式中，各个所述检测模块中的所述筛选滤光片的可透射光波长依次减小或依次增长或无序变化。

本发明提供了一种PCR仪，包括：激发光源、耗材单元和上述的PCR仪的发射光检测器，所述耗材单元用于安装耗材，所述激发光源发出的激发光能够射向所述耗材并激发出荧光发射光，所述荧光发射光向所述PCR仪的发射光检测器中的所述第一聚焦透镜传播。

在优选的实施方式中，所述激发光源包括全反射镜、长波通二向色镜、第一LED灯和第二LED灯，所述第二LED灯出射的第二光源照射至所述长波通二向色镜后经反射以射向所述耗材，所述第一LED灯出射的第一光源照射至所述全反射镜后经反射以射向所述长波通二向色镜，并透射过所述长波通二向色镜与所述第二光源汇聚以射向所述耗材。

本发明的特点及优点是：

该PCR仪的发射光检测器工作时，每个检测模块的筛选滤光片仅透射发射光的特定波段的光线，对应的光电传感器接收该波段的荧光信号并将其转换成电信号，发射光的其余波段的光线则反射至下一级检测模块，依次进行，以通过所有的检测模块，最终各个检测模块中的光电传感器将接收的荧光信号分别上传至信号处理单元。各个检测模块中的光电传感器接收的荧光信号是发射光中的一小段选定波长的荧光，信号处理单元可以根据所有检测模块中的光电传感器上传的数据，采用“描点谱线”法绘制发射光的全光谱；并且，光电传感器接收的数据是特定波段的荧光的真实数据，受入射角度的干扰较小，提高了全光谱曲线的准确度。通过该PCR仪的发射光检测器，不用增加“三联件”的组合数，也可以实现在一个仪器上检测更多的检测试剂或者检测靶标，有利于缩小仪器的整体结构尺寸，并且减少了多个荧光检测通道间荧光串扰的不利影响，提高了检测结果的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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为本发明提供的PCR仪的发射光检测器的结构示意图；

图2为图1中A处的局部放大图；

图3为本发明提供的PCR仪的发射光检测器的光路传播图；

图4为本发明提供的PCR仪的结构示意图；

图5为本发明提供的PCR仪中的激发光源的结构示意图。

附图标号说明：

10、检测模块；11、筛选滤光片；12、光电传感器；

20、反射镜；

30、光传播体；

40、第一聚焦透镜；

50、耗材单元；

60、激发光源；61、全反射镜；62、长波通二向色镜；631、第一LED灯；632、第二LED灯；

641、第二聚焦透镜；642、第三聚焦透镜。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

第一方面，本发明提供了一种PCR仪的发射光检测器，如图1-图3所示，该PCR仪的发射光检测器包括：第一聚焦透镜40和多个检测模块10，检测模块10包括筛选滤光片11和光电传感器12，多个检测模块10的筛选滤光片11的型号不同；多个检测模块10依次布置，经第一聚焦透镜40透射的发射光向首个检测模块10的筛选滤光片11传播，发射光的一部分波段的光线经筛选滤光片11透射以向光电传感器12传播，另一部分波段的光线经筛选滤光片11反射至下一个检测模块10进行处理，并依次经过剩余的检测模块10以进行处理。

该PCR仪的发射光检测器工作时，每个检测模块10的筛选滤光片11仅透射发射光的特定波段的光线，对应的光电传感器12接收该波段的荧光信号并将其转换成电信号，发射光的其余波段的光线则反射至下一级检测模块10，依次进行，以通过所有的检测模块10，最终各个检测模块10中的光电传感器12将接收的荧光信号分别上传至信号处理单元。各个检测模块10中的光电传感器12接收的光信号是发射荧光中的一小段选定波长的荧光，信号处理单元可以根据所有检测模块10中的光电传感器12上传的数据，采用“描点谱线”法绘制发射光的全光谱图；并且，光电传感器12接收的数据是特定波段的荧光的真实数据，受入射角度的干扰较小，提高了全光谱曲线的准确度。通过该PCR仪的发射光检测器，不用增加“三联件”的组合数，也可以实现在一个仪器上检测更多的检测试剂或者检测靶标，有利于缩小仪器的整体结构尺寸，并且减少了多个荧光检测通道间荧光串扰的不利影响，提高了检测结果的准确性。

在一实施方式中，该PCR仪的发射光检测器还包括至少一个反射镜20，如图1-图4所示，反射镜20设置于相邻的两个检测模块10之间，经筛选滤光片11反射的发射光向反射镜20传播，并经反射镜20反射后向下一个检测模块10中的筛选滤光片11传播。发射光在该PCR仪的发射光检测器中传播的过程中，通过反射镜20进行转向，有利于缩小该PCR仪的发射光检测器所占据的空间，简化结构。

进一步地，多个检测模块10沿直线分布，前一个检测模块10中的筛选滤光片11反射出的发射光，经反射镜20反射至下一个检测模块10，反射光在该PCR仪的发射光检测器中呈锯齿状的折线传播，将反射光的传播路径限制在检测模块10所在直线与各个反射镜20之间。更进一步地，反射镜20与筛选滤光片11相平行，通过对发射光的传播路径进行限制，使得该PCR仪的发射光检测器所占据的空间更小。

如图1-图4所示，该PCR仪的发射光检测器还包括光传播体30，检测模块10和反射镜20分别布置于光传播体30的两侧，多个检测模块10间隔分布。发射光进入光传播体30时发生折射，之后在反射镜20与筛选滤光片11的作用下，发射光在光传播体30中往复传播。

在另一实施方式中，发射光检测器还包括光传播体30，多个检测模块10依次交替地布置于光传播体30的两侧，一侧的检测模块10中的筛选滤光片11反射的发射光，在光传播体30中向另一侧的检测模块10中的筛选滤光片11传播，这样便于布置更多的检测模块10，提高检测模块10的密度和检测精度。

不同型号的筛选滤光片11可透射光波长不相同，各个筛选滤光片11的可透射光波长带宽可根据实际需求自由选取与组合。具体的，根据所要检测的发射光的光波段范围，对该PCR仪的发射光检测器中的检测模块10的数量及型号进行设计，减小筛选滤光片11的带宽，增加检测模块10的数量，有利于提高全光谱曲线的真实度。优选地，筛选滤光片11的检测带宽范围为10nm~30nm，相应地，相邻的检测模块10中的筛选滤光片11的可透射光波长相差10nm~30nm。更优选地，筛选滤光片11的检测带宽20nm，例如：发射光的整个波段范围为400nm-800nm，每隔20nm间隔设置一个筛选滤光片11，总共需要20个筛选滤光片11，第一个检测模块10中的筛选滤光片11负责令400nm-420nm波段的光透射至光电传感器12，第二个检测模块10中的筛选滤光片11负责420-440nm的波段的光透射至光电传感器12，依次类推，与光电传感器12连接的信号处理单元将20个光电传感器12各自收集的荧光信号所对应的发射光的波段汇总拟合成400-800nm的波段光谱图，既实现了收集发射光的全光谱图，提高检测结果的精度，同时也可以节约成本。

每一个检测模块10中的筛选滤光片11可透射一个波段的光线，以该波段光线的波长的中间值作为该筛选滤光片11可透射光波长。按各个检测模块10从前向后的布置顺序，各个检测模块10中的筛选滤光片11的可透射光波长可以是无序变化。为了便于对各个光电传感器12接收的荧光信号进行处理以绘制发射光的全光谱图，发明人对各个检测模块10的布置方式做了进一步的改进：按各个检测模块10从前向后的布置顺序，各个检测模块10中的筛选滤光片11的可透射光波长依次减小或依次增长。

本发明提供的PCR仪的发射光检测器可用于PCR检测，还可用于各种酶促反应，如聚合酶链式反应分析仪、恒温扩增仪和溶解曲线仪等。

第二方面，本发明提供了一种PCR仪，如图4所示，该PCR仪包括：激发光源60、耗材单元50和上述PCR仪的发射光检测器，耗材单元50用于安装耗材，耗材内装有待测样本，激发光源60发出的激发光能够射向耗材内的待测样本并激发出荧光发射光，荧光发射光向PCR仪的发射光检测器中的第一聚焦透镜40传播。该PCR仪具有上述PCR仪的发射光检测器的全部特征和有益效果，在此不再赘述。

激发光源60可以为卤素灯或钨灯。在另一实施方式中，如图5所示，激发光源60包括全反射镜61、长波通二向色镜62、第一LED灯631和第二LED灯632，第二LED灯632出射的第二光源照射至长波通二向色镜62后经反射以射向耗材内的待测样本，第一LED灯631出射的第一光源照射至全反射镜61后经反射以射向长波通二向色镜62，并透射过长波通二向色镜62与第二光源汇聚形成激发光以射向耗材内的待测样本。该激发光源60通过设置两个LED灯，提供两个不同波段的光源，同时两个光源经过汇聚形成一个宽波段的光源（也就是激发光）以射向耗材内的待测样本，这样设计可以满足不同的荧光波长检测需求，此外，将第一LED灯631及第二LED灯632汇聚成共轴平行光由同一出口通道射出，具有光源发热量小、功耗小的特点，结构小巧，维护简单，性能可靠。

激发光源60可以包括多个第二LED灯632和多个长波通二向色镜62，长波通二向色镜62及第二LED灯632的数量根据实际的检测需要来进行配置。当激发光源60包括多个第二LED灯632和多个长波通二向色镜62时，第二LED灯632出射光源后，出射光源由与其对应的长波通二向色镜62反射，经反射后的出射光源穿透前方的长波通二向色镜62，并与该长波通二向色镜62所反射的出射光源汇聚，最终多个第二LED灯632出射的光源汇聚到一起以形成激发光，激发光经出口通道发射出激发光源60，这样设计可以进一步拓宽激发光的波段范围，满足不同的荧光波长检测需求。

在一种可能的实施方式中，第一LED灯631可以采用宽谱白光LED，第二LED灯632可以采用短波长LED，该激发光源60可发射波长为360nm~700nm的宽谱光的激发光。

进一步地，激发光源60还包括第二聚焦透镜641和第三聚焦透镜642，第三聚焦透镜642设置于激发光源60的出口处；第二LED灯632与长波通二向色镜62之间设置有第二聚焦透镜641，第一LED灯631与全反射镜61之间也设置有第二聚焦透镜641，第一LED灯631与第二LED灯632发出的第一光源和第二光源分别经由第二聚焦透镜641汇聚成平行光，以使第一光源和第二光源的全部光线能够射向全反射镜61和长波通二向色镜62，进而保证第一光源和第二光源能够经全反射镜61和长波通二向色镜62反射后沿平行于出口通道的方向传播；第三聚焦透镜642对第一光源和第二光源起到再次聚焦的作用，保证激发光源60发出的光线均以同一传播方向向待测样本传播。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种PCR仪的发射光检测器，其特征在于，包括：第一聚焦透镜和多个检测模块，所述检测模块包括筛选滤光片和光电传感器，多个所述检测模块的所述筛选滤光片的型号不同；

多个所述检测模块依次布置，经所述第一聚焦透镜透射的发射光向首个所述检测模块的所述筛选滤光片传播，发射光的一部分波段的光线经所述筛选滤光片透射以向所述光电传感器传播，另一部分波段的光线经所述筛选滤光片反射至下一个所述检测模块进行处理，并依次经过剩余的所述检测模块以进行处理。

2.根据权利要求1所述的PCR仪的发射光检测器，其特征在于，所述PCR仪的发射光检测器还包括至少一个反射镜，所述反射镜设置于相邻的两个所述检测模块之间，经所述筛选滤光片反射的发射光向所述反射镜传播，并经所述反射镜反射后向下一个所述检测模块中的所述筛选滤光片传播。

3.根据权利要求2所述的PCR仪的发射光检测器，其特征在于，多个所述检测模块沿直线分布。

4.根据权利要求2或者3所述的PCR仪的发射光检测器，其特征在于，所述反射镜与所述筛选滤光片相平行。

5.根据权利要求4所述的PCR仪的发射光检测器，其特征在于，所述PCR仪的发射光检测器还包括光传播体，所述检测模块和所述反射镜分别布置于所述光传播体的两侧，多个所述检测模块间隔分布。

6.根据权利要求1所述的PCR仪的发射光检测器，其特征在于，所述PCR仪的发射光检测器还包括光传播体，多个所述检测模块依次交替地布置于所述光传播体的两侧。

7.根据权利要求1所述的PCR仪的发射光检测器，其特征在于，所述筛选滤光片的检测带宽范围为10nm~30nm。

8.根据权利要求1所述的PCR仪的发射光检测器，其特征在于，各个所述检测模块中的所述筛选滤光片的可透射光波长依次减小或依次增长或无序变化。

9.一种PCR仪，其特征在于，包括：激发光源、耗材单元和权利要求1-8中任一项所述的PCR仪的发射光检测器，所述耗材单元用于安装耗材，所述激发光源发出的激发光能够射向所述耗材并激发出荧光发射光，所述荧光发射光向所述PCR仪的发射光检测器中的所述第一聚焦透镜传播。

10.根据权利要求9所述的PCR仪，其特征在于，所述激发光源包括全反射镜、长波通二向色镜、第一LED灯和第二LED灯，所述第二LED灯出射的第二光源照射至所述长波通二向色镜后经反射以射向所述耗材，所述第一LED灯出射的第一光源照射至所述全反射镜后经反射以射向所述长波通二向色镜，并透射过所述长波通二向色镜与所述第二光源汇聚以射向所述耗材。

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