CN115901703A - 高通量的基因测序成像系统、方法及基因测序仪 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及高通量的基因测序成像系统、方法及基因测序仪，整形镜组接收光源的激发光束，整形后输出至振镜模组；振镜模组改变激发光束经二向色镜进入扫描物镜的角度和方向，以对移动载物台上的生物样品形成激发范围；二向色镜将生物样品应激产生的荧光反射到第一成像模块。利用了扫描物镜的大成像视野，通过改变振镜模块而随变激发光束进入扫描物镜的角度和方向，实现了振镜模组和扫描物镜之间的协同配合，移动载物台不参与运动即可实现生物样品的大视野成像扫描，相对于常规成像技术，实现单个成像面积的有效扩大，从而减少了移动载物台的运动次数及运动时间，缩减整体成像时间，在不增加设备成本和制造难度的前提下提高测序仪的图像采集能力。
Description
技术领域
本申请涉及基因测序仪成像系统领域，特别是涉及高通量的基因测序成像系统、方法及基因测序仪。
背景技术
基因测序的通量主要受限于测序仪的图像采集能力、芯片密度大小以及包括碱基合成/切除在内的脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid，DNA)样品生化时间。其中，图像采集能力由单个成像视野(field of view，FOV，亦称视场)的面积、成像时间以及运动平台的移动速度所决定。常规的基因测序仪成像系统，带动生物样品运动实现全样品的扫描成像，其移动载物台的运动时间较长，限制图像采集能力的提升。
目前，提高图像采集能力的手段主要包括采用大视野物镜、通过增强样品荧光信号或提高激发光功率以减少样品曝光时间以及提高移动载物台的运动速度等，而上述手段往往受到物镜固有特性例如视野与分辨率的矛盾关系、移动载物台运动速度的机械上限以及样品对曝光时间的需求等方面的限制，无法进一步提高，限制了图像采集能力的提升。具体地说明如下。
首先，物镜的视野和分辨率是一对矛盾关系，提高物镜的视野必然导致分辨率的下降，同时会增大物镜的体积，增加其制造难度和成本。
其次，样品曝光时间的长短对图像质量的影响非常大，生物样品的荧光信号与染料密切相关，难以无限制提高；同时，提高激发光功率会存在因过度激发而导致生物样品损伤或荧光信号淬灭的风险。
再次，移动载物台属于高精密的机械设备，其移动速度受到机械加工、运动定位精度以及运动范围等方面的影响，提高运动速度对制造工艺和成本需求较大，不利于产品的集成和推广。
发明内容
基于此，有必要提供一种高通量的基因测序成像系统、方法及基因测序仪。
一种高通量的基因测序成像系统，其包括整形镜组、振镜模组、二向色镜、扫描物镜、移动载物台及第一成像模块；
所述整形镜组用于接收光源的激发光束，整形后输出至所述振镜模组；
所述振镜模组用于改变所述激发光束经所述二向色镜进入所述扫描物镜的角度和方向，以对所述移动载物台上的生物样品形成激发范围；
所述二向色镜还将所述生物样品应激产生的荧光反射到所述第一成像模块。
上述高通量的基因测序成像系统，充分利用了扫描物镜的大成像视野，通过改变振镜模块而随变激发光束进入扫描物镜的角度和方向，实现了振镜模组和扫描物镜之间的协同配合，在移动载物台不参与运动的前提下即可实现生物样品的大视野成像扫描，相对于常规成像技术，实现单个成像面积的有效扩大，从而减少了移动载物台的运动次数及运动时间，缩减整体成像时间，在不增加设备成本和制造难度的前提下提高测序仪的图像采集能力，提升了测序效率，实现了高通量测序。
在其中一个实施例中，所述高通量的基因测序成像系统还包括工控机，所述工控机分别连接所述振镜模组、所述移动载物台及所述第一成像模块，所述工控机用于分别控制所述振镜模组的扫描参数及开关、所述移动载物台的移动参数及开关、所述第一成像模块的对焦参数及开关。
在其中一个实施例中，所述高通量的基因测序成像系统还包括光源，所述光源用于发出所述激发光束到所述整形镜组；
所述工控机还连接所述光源，且所述工控机还用于控制所述光源的输出参数及开关。
在其中一个实施例中，所述高通量的基因测序成像系统还包括光源，所述光源用于发出所述激发光束到所述整形镜组。
在其中一个实施例中，所述振镜模组包括至少一组振镜，且通过电机控制所述振镜模组或其各组振镜的偏转方向，以改变所述激发光束经所述二向色镜进入所述扫描物镜的角度和方向；及/或，
所述移动载物台设有载物台面及移动装置，所述移动装置用于带动所述载物台面在至少一个方向移动，以使所述移动载物台上的目标视场全部成像。
在其中一个实施例中，所述第一成像模块包括第一偏转镜、第一成像筒镜、第一滤光片以及第一成像装置；
所述第一偏转镜用于接收所述二向色镜所反射的所述荧光，且传输到所述第一成像筒镜，经所述第一滤光片滤光后聚焦到所述第一成像装置上。
在其中一个实施例中，所述高通量的基因测序成像系统还包括第二成像模块，所述第二成像模块包括第二二向色镜、第二成像筒镜、第二滤光片及第二成像装置；
所述第二二向色镜用于接收所述二向色镜所反射的部分所述荧光，且传输到所述第二成像筒镜，经所述第二滤光片滤光后聚焦到所述第二成像装置上；
所述第二二向色镜还用于将所述二向色镜所反射的部分所述荧光透射至所述第一偏转镜。
在其中一个实施例中，一种基因测序仪，其包括基因测序分析系统及任一项所述高通量的基因测序成像系统，所述基因测序分析系统连接所述高通量的基因测序成像系统的第一成像模块。
在其中一个实施例中，一种基因测序成像方法，其包括步骤：
通过整形镜组接收光源的激发光束，整形后输出至振镜模组；
通过振镜模组改变激发光束经二向色镜进入扫描物镜的角度和方向，对移动载物台上的生物样品形成激发范围；
将生物样品应激产生的荧光反射到第一成像模块；
调整移动载物台的位置，继续将生物样品应激产生的荧光反射到第一成像模块，直至移动载物台上的目标视场全部成像。
在其中一个实施例中，将生物样品应激产生的荧光反射到第一成像模块时，还将生物样品应激产生的荧光反射到第二成像模块。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统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是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，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为本申请所述高通量的基因测序成像系统一实施例的结构示意图。
图2为本申请所述高通量的基因测序成像系统另一实施例的结构示意图。
图3为本申请所述高通量的基因测序成像系统另一实施例的结构示意图。
图4为本申请所述高通量的基因测序成像系统另一实施例的结构示意图。
图5为传统成像系统的单次成像获取单一视场的示意图。
图6为本申请所述高通量的基因测序成像系统一实施例的单次成像获取单一视场的示意图。
图7为传统成像系统的单次成像相对于9×9的目标视场的示意图。
图8为本申请所述高通量的基因测序成像系统另一实施例的单次成像相对于9×9的目标视场的示意图。
图9为传统成像系统的单次成像相对于8×8的目标视场的示意图。
图10为本申请所述高通量的基因测序成像系统另一实施例的单次成像相对于8×8的目标视场的示意图。
图11为本申请所述基因测序成像方法一实施例的流程示意图。
图12为本申请所述基因测序成像方法另一实施例的流程示意图。
附图标记：
光源10、整形镜组20、振镜模组30、二向色镜40、扫描物镜50、移动载物台70、第一成像模块90；
激发光束101、荧光102、第二成像模块110、第二二向色镜111、第二成像筒镜112、第二滤光片113、第二成像装置114、第三成像模块120、目标视场130、单一视场131；
传统物镜501、第一偏转镜901、第一成像筒镜902、第一滤光片903、第一成像装置904。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”或“设置于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。本申请的说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”、“下”可以是第一特征直接和第二特征接触，或第一特征和第二特征间接地通过中间媒介接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
除非另有定义，本申请的说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本申请的说明书所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本申请公开了一种高通量的基因测序成像系统、方法及基因测序仪，其包括以下实施例的部分技术特征或全部技术特征。在本申请一个实施例中，一种高通量的基因测序成像系统，其包括整形镜组、振镜模组、二向色镜、扫描物镜、移动载物台及第一成像模块；所述整形镜组用于接收光源的激发光束，整形后输出至所述振镜模组；所述振镜模组用于改变所述激发光束经所述二向色镜进入所述扫描物镜的角度和方向，以对所述移动载物台上的生物样品形成激发范围；所述二向色镜还将所述生物样品应激产生的荧光反射到所述第一成像模块。上述高通量的基因测序成像系统，充分利用了扫描物镜的大成像视野，通过改变振镜模块而随变激发光束进入扫描物镜的角度和方向，实现了振镜模组和扫描物镜之间的协同配合，在移动载物台不参与运动的前提下即可实现生物样品的大视野成像扫描，相对于常规成像技术，实现单个成像面积的有效扩大，从而减少了移动载物台的运动次数及运动时间，缩减整体成像时间，在不增加设备成本和制造难度的前提下提高测序仪的图像采集能力，提升了测序效率，实现了高通量测序。
常规的基因测序仪成像系统，通过将移动载物台承载生物样品进行移动，实现全生物样品的扫描成像。该方案的图像采集能力受限于物镜的FOV以及移动载物台的运动时间，限制图像采集能力的提升。从而限制了基因测序通量的提升。因此本申请各实施例的设计思路是，在不增加制造成本和工艺难度的前提下，提高测序仪的图像采集能力，从而提高整体测序通量，在其中一个实施例中，一种高通量的基因测序成像系统如图1所示，其包括整形镜组20、振镜模组30、二向色镜40、扫描物镜50、移动载物台70及第一成像模块90；所述整形镜组20用于接收光源10的激发光束101，整形后输出至所述振镜模组30；所述振镜模组30用于改变所述激发光束101经所述二向色镜40进入所述扫描物镜50的角度和方向，以对所述移动载物台70上的生物样品60形成激发范围；所述二向色镜40还将所述生物样品60应激产生的荧光102反射到所述第一成像模块90。进一步地，在其中一个实施例中，所述高通量的基因测序成像系统的光路顺序经过所述整形镜组20、所述振镜模组30、所述二向色镜40、所述扫描物镜50、所述二向色镜40及所述第一成像模块90。进一步地，在其中一个实施例中，结合图2，所述振镜模组30用于通过改变自身的偏转方向而改变所述激发光束101的输出方向，从而改变所述激发光束101经所述二向色镜40进入所述扫描物镜50的角度和方向。这样的设计，通过所述振镜模组30的偏转方向，替代传统高通量的基因测序成像系统对于移动载物台70的位置控制，且由于振镜模组30的偏转方向控制更快更准确，因此所述激发光束101进入所述扫描物镜50的角度和方向的变化亦更为快速及准确，配合扫描物镜的大成像视野，通过改变振镜模块而随变激发光束进入扫描物镜的角度和方向，增大了一次成像的成像视野，从而相对于传统高通量的基因测序成像系统对于移动载物台70的位置控制具有更大的单个成像面积，只需移动载物台70进行更少次数的移动，即可对移动载物台70台或其上的全部生物样品60的目标视场完成全部成像，因此有效地缩减整体成像时间，实现了在不增加设备成本和制造难度的前提下提高测序仪的图像采集能力。
在其中一个实施例中，一种高通量的基因测序成像系统如图2所示，其还包括光源10，所述光源10用于发出所述激发光束101到所述整形镜组20。在其中一个实施例中，光源10可为激光器、LED或卤素灯等不同光源，根据实际使用场景而定，本申请各实施例对此不作具体限制。
在其中一个实施例中，整形镜组20可为1个光学透镜、2个光学透镜或更多个光学透镜组合成的整形镜组，同时可根据实际使用需求增加相关的衍射光学元件或掩膜版等，用于将光源10发出的激发光束101整形成所需的目标光束，包括光束的形状和能量等。
本实施例中，所述高通量的基因测序成像系统还包括工控机80，所述工控机80分别连接所述振镜模组30、所述移动载物台70及所述第一成像模块90，所述工控机80用于分别控制所述振镜模组30、所述移动载物台70及所述第一成像模块90。在其中一个实施例中，工控机80通过电缆和信号线与光源10、振镜模组30、移动载物台70及所述第一成像模块90，例如通过电缆和信号线与所述第一成像模块90的第一偏转镜901及第一成像装置904进行连接，进行指令控制和信号传输。
在其中一个实施例中，所述高通量的基因测序成像系统还包括工控机80，所述工控机80分别连接所述振镜模组30、所述移动载物台70及所述第一成像模块90，所述工控机80用于分别控制所述振镜模组30的扫描参数及开关、所述移动载物台70的移动参数及开关、所述第一成像模块90的对焦参数及开关。在其中一个实施例中，所述扫描参数包括但不限于偏转方向及位置移动；在其中一个实施例中，所述移动参数包括但不限于移动方向及移动距离；在其中一个实施例中，所述对焦参数包括但不限于对焦位置、对焦方向及对焦时间等。在其中一个实施例中，所述高通量的基因测序成像系统还包括光源10，所述光源10用于发出所述激发光束101到所述整形镜组20；所述工控机80还连接所述光源10，且所述工控机80还用于控制所述光源10的输出参数及开关。
振镜即激光振镜，亦称激光扫描器，振镜模组30可由1组或多组振镜组合而成，通过电机控制振镜的偏转方向，从而改变激发光束101的偏转方向和进入扫描物镜50的角度，在移动载物台70不动的前提下实现生物样品60不同区域的荧光102激发，从而获取大成像视野。在其中一个实施例中，所述振镜模组30包括至少一组振镜，如图2所示实施例中，所述高通量的基因测序成像系统的所述振镜模组30包括一组振镜，且所述振镜模组30由第一振镜301和第二振镜302组合而成或者所述振镜模组30包括第一振镜301和第二振镜302；其他实施例中，所述振镜模组30包括两组振镜、三组振镜或者更多组振镜，且通过电机控制所述振镜模组30或其一组振镜或各组振镜的偏转方向，以改变所述激发光束101经所述二向色镜40进入所述扫描物镜50的角度和方向。所述振镜模组30可包括所述电机，或者所述电机邻近所述振镜模组30设置；对于具有所述工控机80的实施例，所述工控机80连接所述电机以控制所述电机的开关，以及通过所述电机以控制所述振镜模组30的扫描参数等。
在其中一个实施例中，样品60可通过压力吸附或机械压紧等方式固定在移动载物台70上；在其中一个实施例中，移动载物台70为一维、二维或多维移动平台，根据具体需求而定，不作具体限制；本申请各实施例中，如果目标视场较小，具有更大的单个成像面积的前提下，一次成像即可完成对移动载物台70台或其上的全部生物样品60的目标视场全部成像，此时所述移动载物台70可以保持一直不动，否则所述移动载物台70还是需要移动以使所述移动载物台70上的目标视场全部成像，但是移动次数远远少于传统方式。具体的，在其中一个实施例中，所述移动载物台70设有载物台面及移动装置，所述移动装置用于带动所述载物台面在至少一个方向移动，以使所述移动载物台70上的目标视场全部成像。亦即目标视场包括视野的全部视场，所述移动载物台70移动之前一次成像一个视场，在所述移动载物台70每次移动分别成像一个视场，顺序进行直至所述移动载物台70上的目标视场全部成像。其中，至少一个方向可以在同一平面上例如在XY平面直角坐标系上，亦可在不同平面上例如在XYZ空间直角坐标系或者球坐标系上。亦即本申请所述移动载物台70在测序成像过程中并非完全不动，而是由于获取了相对于传统技术更大成像视野，因此可以少动几次，从而提升了测序效率，且降低了所述移动载物台70的故障率，有利于保证所述高通量的基因测序成像系统的设计寿命。
以具体成像为例，在其中一个实施例中，所述第一成像模块90包括第一偏转镜901、第一成像筒镜902、第一滤光片903以及第一成像装置904；所述第一偏转镜901用于接收所述二向色镜40所反射的所述荧光102，且传输到所述第一成像筒镜902，经所述第一滤光片903滤光后聚焦到所述第一成像装置904上。如果无需偏转的话，亦可省略所述第一偏转镜901，此时可以直接地采用所述第一成像筒镜902接收所述二向色镜40所反射的所述荧光102；但在实际应用中，由于角度设计，通常需要采用所述第一偏转镜901将所述二向色镜40所反射的所述荧光102进行定向反射，使其传输到所述第一成像筒镜902，然后所述荧光102通过所述第一滤光片903进行滤光后聚焦到所述第一成像装置904上。在其中一个实施例中，第一成像筒镜902由1个光学镜片、2个光学镜片或更多个光学镜片组合而成，起到对荧光102信号光束进行聚焦的作用。
在具体应用中，所述高通量的基因测序成像系统的实现流程说明如下。光源10发出的激发光束101经整形镜组20进行整形，传输到振镜模组30上，通过振镜模组30的第一振镜301和第二振镜302之后，激发光束101以一定的角度和方向通过二向色镜40进入扫描物镜50，并在扫描物镜50的作用下聚焦到生物样品60上，其中生物样品60由移动载物台70进行承载。在激发光束101的作用下，样品60发射的荧光102信号通过扫描物镜50并经二向色镜40反射到第一偏转镜901，并传输到第一成像筒镜902，经第一滤光片903后聚焦到第一成像装置904上。在所述系统中，通过改变振镜模块30中第一振镜301和第二振镜302的偏转角度，可以改变激发光束101进入扫描物镜50的角度和方向，在移动载物台不运动的前提下即可实现生物样品60的大视野成像。
在具体应用中，所述的一种高通量的基因测序成像系统可仅具有1个成像模块即所述第一成像模块90，也可以多个成像模块进行耦合。在其中一个实施例中，一种高通量的基因测序成像系统如图3所示，其还包括第二成像模块110，所述第二成像模块110包括第二二向色镜111、第二成像筒镜112、第二滤光片113及第二成像装置114；所述第二二向色镜111用于接收所述二向色镜40所反射的部分所述荧光102，且传输到所述第二成像筒镜112，经所述第二滤光片113滤光后聚焦到所述第二成像装置114上；所述第二二向色镜111还用于将所述二向色镜40所反射的部分所述荧光102透射至所述第一偏转镜901。可以理解的是，所述第二二向色镜111亦是二向色镜，其与所述二向色镜40可以相同亦可不同，但本质上均为根据波长透过或反射光实现光谱分光。亦即当有2个及2个以上的成像模块时，中间位置需有二向色镜以实现不同波段荧光102信号之间的反射和透射。这样的设计，有利于实现一次检测两种成像，从而进行两种荧光成像检测。
在其中一个实施例中，一种高通量的基因测序成像系统如图4所示，其还包括第三成像模块120，其结构与所述第二成像模块110相同，亦包括第三二向色镜、第三成像筒镜、第三滤光片及第三成像装置；同样地，所述第二二向色镜111还用于将所述二向色镜40所反射的部分所述荧光102透射至所述第三成像模块120的第三二向色镜，第三二向色镜用于接收所述第二二向色镜111所透射的部分所述荧光102，且传输到所述第三成像筒镜，经所述第三滤光片滤光后聚焦到所述第三成像装置上；所述第三二向色镜还用于将所述二向色镜40所反射且经所述第二二向色镜111透射的部分所述荧光102透射至所述第一偏转镜901。可以理解的是，所述高通量的基因测序成像系统还可包括更多的成像模块例如第N成像模块，其中，N大于等于三，以此类推即可。
为了便于对比，传统成像系统的单次成像获取单一视场如图5所示，其采用传统物镜501对移动载物台60上的样品进行成像；本申请所述高通量的基因测序成像系统一实施例的单次成像获取单一视场如图6所示，对比可见由于本申请采用了振镜模块和扫描物镜之间的协同配合，而改变振镜模块即可随变激发光束进入扫描物镜的角度和方向，增大了一次成像的成像视野，图5及图6的对比结果为，相对于传统成像系统，本申请所述高通量的基因测序成像系统具有9倍单一视场的比例，即提升了8倍，在实际应用中可以更少或者更多，例如达到12倍、15倍、16倍、20倍、25倍、30倍乃至更高倍数。相比之下，图5的成像需要移动载物台进行移动80次或81次，而图6的成像仅需要移动载物台进行移动8次或9次，因此对于同样大小的目标视场，可大大地降低移动载物台的移动次数，从而提升了基因测序成像的效率，在同等条件下即相当于提升了基因测序的通量，因此可称为高通量的基因测序成像系统，当其应用于基因测序仪时，亦可称为高通量的基因测序仪成像系统。其余实施例以此类推，不做赘述。
进一步地，图5及图6的对比体现出本申请与传统成像方式的成像结果显著差异，利用振镜模组30和扫描物镜50之间的协同配合，在移动载物台70不参与运动的前提下即可实现生物样品60的大视野成像扫描，减少移动载物台70的运动次数，缩减整体成像时间。继续对比图5及图6，假设整张生物样品60分为9×9共81个FOV，移动载物台70在每个FOV之间的运动时间为t1，1次运动3个FOV的时间为t2，振镜模组30工作1次的时间为t3。因此，常规基因测序仪成像系统完成生物样品60的扫描成像，在移动载物台70的运动上总耗时为TA＝80t1。利用所述一种高通量的基因测序成像系统，通过振镜模组30和扫描物镜50的协同作用，可在移动载物台70保持不动的前提下实现3×3个FOV的大视野扫描成像。因此，完成对生物样品60的扫描成像，所述一种高通量的基因测序成像系统在运动模组即振镜模组30和移动载物台70上的总耗时为TB＝8t2+72t3。在系统中，振镜模组30的工作时间t3远小于移动载物台70的运动时间t1，同时移动载物台70单次运动3个FOV耗时t2比运动1个FOV的耗时t1微长，达不到3倍的关系，这是由于移动载物台的运动时间与距离之间没有绝对的比例关系，且在较短的运动行程内，行程长短对运动时间的影响较小。因此，完成生物样品60的扫描成像，常规高通量的基因测序成像系统与本申请所述高通量的基因测序成像系统，在运动模组上耗时差距为ΔT＝TA-TB＝80t1-8t2-72t3。当t2趋近于t1，t3随着技术改进而减小时，ΔT增大，更能体现本申请所述高通量的基因测序成像系统相对于常规高通量的基因测序成像系统的效率提升。
传统成像系统的单次成像相对于9×9的目标视场如图7所示，如前所述，其完成目标视场的全部成像需要成像81次，对应地，移动载物台需要移动80次或81次；而本申请所述高通量的基因测序成像系统的单次成像相对于9×9的目标视场如图8所示，如前所述，其完成目标视场的全部成像仅需要成像9次，对应地，移动载物台仅需要移动8次或9次。
对于不同比例或者单个成像面积的有效扩大而言，上述次数不是绝对的，可根据实际情况调整。传统成像系统的单次成像相对于8×8的目标视场如图9所示，类似地，其完成目标视场的全部成像需要成像64次，对应地，移动载物台需要移动63次或64次；而本申请所述高通量的基因测序成像系统的单次成像相对于8×8的目标视场如图10所示，类似地，其完成目标视场的全部成像仅需要成像8次，对应地，移动载物台仅需要移动7次或8次。对比可见，当目标视场越大，传统成像系统的单次成像会导致其效率相对较低，而本申请则具有显著提升的成像效率，且移动载物台的移动次数亦显著降低。
在其中一个实施例中，一种基因测序仪，其包括基因测序分析系统及任一实施例所述高通量的基因测序成像系统，所述基因测序分析系统连接所述高通量的基因测序成像系统的各个成像模块，包括但不限于第一成像模块90。这样的设计，充分利用了扫描物镜的大成像视野，通过改变振镜模块而随变激发光束进入扫描物镜的角度和方向，实现了振镜模组和扫描物镜之间的协同配合，在移动载物台不参与运动的前提下即可实现生物样品的大视野成像扫描，相对于常规成像技术，实现单个成像面积的有效扩大，从而减少了移动载物台的运动次数及运动时间，缩减整体成像时间，在不增加设备成本和制造难度的前提下提高测序仪的图像采集能力，一方面实现了高通量的基因测序成像，另一方面有利于快速地实现自动分析。
在其中一个实施例中，一种基因测序成像方法，其包括步骤：通过整形镜组20接收光源10的激发光束101，整形后输出至振镜模组30；通过振镜模组30改变激发光束101经二向色镜40进入扫描物镜50的角度和方向，对移动载物台70上的生物样品60形成激发范围；将生物样品60应激产生的荧光102反射到第一成像模块90；调整移动载物台70的位置，继续将生物样品60应激产生的荧光102反射到第一成像模块90，直至移动载物台70上的目标视场全部成像。在其中一个实施例中，一种基因测序成像方法采用任一实施例所述高通量的基因测序成像系统实现。这样的设计，利用振镜快速偏转改变激发光束的扫描角度，结合扫描物镜的大成像视野，在不移动生物芯片的前提下，即可对生物样品进行大面积成像；协同移动载物台的二维移动特性，带动芯片进行移动，实现全生物芯片的快速成像。与常规成像技术相比，本申请各技术方案通过振镜和扫描物镜，实现单个成像面积的有效扩大，减少移动载物台的运动时间，在不增加设备成本和制造难度的前提下提高测序仪的图像采集能力。
在其中一个实施例中，一种基因测序成像方法如图11所示，其包括步骤：通过整形镜组接收光源的激发光束，整形后输出至振镜模组；通过振镜模组改变激发光束经二向色镜进入扫描物镜的角度和方向，对移动载物台上的生物样品形成激发范围；将生物样品应激产生的荧光反射到第一成像模块；判断移动载物台上的目标视场是否全部成像，是则结束，否则调整移动载物台的位置，继续将生物样品应激产生的荧光反射到第一成像模块，继续判断移动载物台上的目标视场是否全部成像，依此循环，直至移动载物台上的目标视场全部成像。
为了实现双波长荧光成像，在其中一个实施例中，将生物样品60应激产生的荧光102反射到第一成像模块90时，还将生物样品60应激产生的荧光102反射到第二成像模块110，或者将生物样品60应激产生的荧光102通过第二成像模块110传输到第一成像模块90。这样的设计，如前所述，有利于区分不同的激发荧光波长。
在其中一个实施例中，一种基因测序成像方法如图12所示，其包括步骤：S001，光源发射激发光束通过整形镜组传输到振镜模组；S002，工控机控制第一振镜和第二振镜偏转一定的角度，使激发光束通过二向色镜后按照设定的角度进入扫描物镜；S003，激发光束在扫描透镜的作用下聚焦到放置于移动载物台上的生物样品；S004，生物样品反射的荧光通过二向色镜并经二向色镜反射到进入到第一成像模块；其中，工控机控制第一偏转镜移动，使荧光光束准确进入到第一成像装置上；S005，工控机控制振镜模组改变激发光束的方向，在移动载物台保证静止时，对生物样品进行大视野成像，获取第一个成像视野区域；S006，工控机控制移动载物台带动生物样品进行移动至下一个成像视野区域，再次由振镜模组控制激发光束方向进行扫描成像，直至完成生物样品的扫描成像。上述各实施例所述基因测序成像方法，创新性地结合振镜的快速偏转、扫描物镜的大成像视野以及移动载物台的二维移动三者的应用优势，尤其是利用振镜的快速偏转特性以及扫描物镜的大成像视野，以振镜偏转改变光束扫描位置来代替移动载物台带动芯片移动，在移动载物台不运动的前提下即可实现生物样品的大视野高速成像，减少移动载物台的运动时间以提高测序仪的图像采集能力，从而提高测序通量。
需要说明的是，本申请的其它实施例还包括，上述各实施例中的技术特征相互组合所形成的、能够实施的高通量的基因测序成像系统、方法及基因测序仪，亦可称为高通量的基因测序成像系统、高通量的基因测序成像方法及高通量的基因测序仪。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的专利保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种高通量的基因测序成像系统，其特征在于，包括整形镜组(20)、振镜模组(30)、二向色镜(40)、扫描物镜(50)、移动载物台(70)及第一成像模块(90)；
所述整形镜组(20)用于接收光源(10)的激发光束(101)，整形后输出至所述振镜模组(30)；
所述振镜模组(30)用于改变所述激发光束(101)经所述二向色镜(40)进入所述扫描物镜(50)的角度和方向，以对所述移动载物台(70)上的生物样品(60)形成激发范围；
所述二向色镜(40)还将所述生物样品(60)应激产生的荧光(102)反射到所述第一成像模块(90)。
2.根据权利要求1所述高通量的基因测序成像系统，其特征在于，还包括工控机(80)，所述工控机(80)分别连接所述振镜模组(30)、所述移动载物台(70)及所述第一成像模块(90)，所述工控机(80)用于分别控制所述振镜模组(30)的扫描参数及开关、所述移动载物台(70)的移动参数及开关、所述第一成像模块(90)的对焦参数及开关。
3.根据权利要求2所述高通量的基因测序成像系统，其特征在于，还包括光源(10)，所述光源(10)用于发出所述激发光束(101)到所述整形镜组(20)；
所述工控机(80)还连接所述光源(10)，且所述工控机(80)还用于控制所述光源(10)的输出参数及开关。
4.根据权利要求1所述高通量的基因测序成像系统，其特征在于，还包括光源(10)，所述光源(10)用于发出所述激发光束(101)到所述整形镜组(20)。
5.根据权利要求1所述高通量的基因测序成像系统，其特征在于，所述振镜模组(30)包括至少一组振镜，且通过电机控制所述振镜模组(30)或其各组振镜的偏转方向，以改变所述激发光束(101)经所述二向色镜(40)进入所述扫描物镜(50)的角度和方向；及/或，
所述移动载物台(70)设有载物台面及移动装置，所述移动装置用于带动所述载物台面在至少一个方向移动，以使所述移动载物台(70)上的目标视场全部成像。
6.根据权利要求1至5中任一项所述高通量的基因测序成像系统，其特征在于，所述第一成像模块(90)包括第一偏转镜(901)、第一成像筒镜(902)、第一滤光片(903)以及第一成像装置(904)；
所述第一偏转镜(901)用于接收所述二向色镜(40)所反射的所述荧光(102)，且传输到所述第一成像筒镜(902)，经所述第一滤光片(903)滤光后聚焦到所述第一成像装置(904)上。
7.根据权利要求6所述高通量的基因测序成像系统，其特征在于，还包括第二成像模块(110)，所述第二成像模块(110)包括第二二向色镜(111)、第二成像筒镜(112)、第二滤光片(113)及第二成像装置(114)；
所述第二二向色镜(111)用于接收所述二向色镜(40)所反射的部分所述荧光(102)，且传输到所述第二成像筒镜(112)，经所述第二滤光片(113)滤光后聚焦到所述第二成像装置(114)上；
所述第二二向色镜(111)还用于将所述二向色镜(40)所反射的部分所述荧光(102)透射至所述第一偏转镜(901)。
8.一种基因测序仪，其特征在于，包括基因测序分析系统及权利要求1至7中任一项所述高通量的基因测序成像系统，所述基因测序分析系统连接所述高通量的基因测序成像系统的第一成像模块(90)。
9.一种基因测序成像方法，其特征在于，包括步骤：
通过整形镜组(20)接收光源(10)的激发光束(101)，整形后输出至振镜模组(30)；
通过振镜模组(30)改变激发光束(101)经二向色镜(40)进入扫描物镜(50)的角度和方向，对移动载物台(70)上的生物样品(60)形成激发范围；
将生物样品(60)应激产生的荧光(102)反射到第一成像模块(90)；
调整移动载物台(70)的位置，继续将生物样品(60)应激产生的荧光(102)反射到第一成像模块(90)，直至移动载物台(70)上的目标视场全部成像。
10.根据权利要求9所述基因测序成像方法，其特征在于，将生物样品(60)应激产生的荧光(102)反射到第一成像模块(90)时，还将生物样品(60)应激产生的荧光(102)反射到第二成像模块(110)。
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