CN116297367A - 荧光检测模组及荧光检测装置 - Google Patents

Abstract

一种荧光检测模组及荧光检测装置，涉及生物及分析检测技术领域。该荧光检测模组包括光源和设置于光源的出光侧的光学模组，光学模组包括激发滤光片、透镜组、二向色片、显微物镜、接收滤光片、成像透镜和成像元件；光源出射的光束通过激发滤光片的光谱选择和透镜组后，经二向色片的反射后经过显微物镜照射待测样本，激发待测样本形成的激发荧光经显微物镜入射二向色片，经二向色片透射的激发荧光通过接收滤光片，接收滤光片对激发荧光进行光谱选择后经成像透镜由成像元件接收为图像信号。该荧光检测模组能够通过调节透镜组实现提高成像效果或提高检测速度，进而提高荧光检测模组的通用性以满足用户多样化的需求。

Description

荧光检测模组及荧光检测装置

技术领域

本发明涉及生物及分析检测技术领域，具体而言，涉及一种荧光检测模组及荧光检测装置。

背景技术

核酸检测和基因检测主要采用聚合酶链式反应(Polymerase chain reaction，PCR)技术，PCR是一种在体外特异性扩增靶DNA序列的技术，其通过多个循环的变性、退火和延伸，能够使微量的遗传物质在几小时内得到几百万倍的扩增，然后通过检测PCR扩增后的荧光信号来定性或定量。PCR作为生物科学领域最基本也是最重要的基因处理技术之一，已经成为了生命科学研究和临床分子诊断领域最重要的支撑技术和核心驱动力。

PCR技术主要包括荧光定量PCR(qPCR)技术和数字PCR(dPCR)技术。其中，qPCR技术是将扩增的结果通过荧光信号采集系统实时采集信号连接，输送到计算机分析处理系统得出量化的实时结果输出。现阶段使用的新冠病毒检测试剂盒使用的就是qPCR技术，与此同时，qPCR技术还应用于各型肝炎、艾滋病、禽流感、结核、性病等传染病诊断和疗效评价，以及地中海贫血、血友病、性别发育异常、智力低下综合症、胎儿畸形等优生优育检测；甚至肿瘤标志物及瘤基因检测等肿瘤病诊断，以及遗传基因检测等遗传病诊断。然而，现有的荧光检测模组的检测方式较为单一，基本都是采用光电检测器对待测样本进行检测分析的，难以满足用户多样化的需求；且无法做到在宽场成像和降低曝光时间之间的切换，通用性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种荧光检测模组及荧光检测装置，其能够通过调节透镜组实现宽场成像以提高成像效果，或者通过调节透镜组实现提高光通量、缩短曝光时间以提高检测速度，从而能够提高荧光检测模组的通用性以满足用户多样化的需求。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明的一方面，提供一种荧光检测模组，该荧光检测模组包括光源和设置于光源的出光侧的光学模组，光学模组包括激发滤光片、透镜组、二向色片、显微物镜、接收滤光片、成像透镜和成像元件；光源出射的光束通过激发滤光片的光谱选择和透镜组后，经二向色片的反射后经过显微物镜照射待测样本，激发待测样本形成的激发荧光经显微物镜入射二向色片，经二向色片透射的激发荧光通过接收滤光片，接收滤光片对激发荧光进行光谱选择后经成像透镜由成像元件接收为图像信号。该荧光检测模组能够通过调节透镜组实现宽场成像以提高成像效果，或者通过调节透镜组实现提高光通量、缩短曝光时间以提高检测速度，从而能够提高荧光检测模组的通用性以满足用户多样化的需求。

可选地，透镜组包括固定架和安装于固定架上的至少两个子透镜，相邻的子透镜分别能够在固定架上沿主光轴方向移动，以相互靠近或相互远离。

可选地，光学模组还包括第一遮光壳体，光源、激发滤光片、透镜组均设于第一遮光壳体内；第一遮光壳体上开设有用于供透镜组的出射光出射的第一出口。

可选地，荧光检测模组还包括第二遮光壳体，二向色片和接收滤光片设于第二遮光壳体内；第二遮光壳体上开设有与第一出口连通以供透镜组的出射光入射的第一入口、用于供二向色片的反射光出射的第二出口以及用于供接收滤光片的出射光出射的第三出口。

可选地，光学模组包括沿垂直于光轴的方向并排设置的多个，且多个光学模组的二向色片相互平行。

可选地，光源包括多个子光源，多个子光源用于和多个光学模组一一对应，且多个子光源出射的光束一一对应进入多个光学模组内。

可选地，光源包括多个子光源，荧光检测模组还包括沿垂直于子光源的出射方向设置的排架，多个子光源并排设置于排架上；驱动排架沿垂直于子光源的出射方向移动，子光源能够靠近或者远离光学模组。

可选地，光学模组还包括反射镜，反射镜设于二向色片和显微物镜之间，用于将二向色片反射的光束转折至显微物镜。

可选地，荧光检测模组还包括样本托盘，样本托盘上设有沿其中心轴呈圆周分布的多个固定位，多个固定位用于分别固定多个待测样本；通过中心轴驱动样本托盘转动，能够使得不同的待测样本与显微物镜的出光口对准。

可选地，荧光检测模组还包括第一驱动机构、第二驱动机构和第三驱动机构，第一驱动机构用于驱动样本托盘转动以实现待测样本的切换；第二驱动机构用于驱动样本托盘沿第一方向运动，第三驱动机构用于驱动样本托盘沿第二方向运动，第一方向、第二方向，以及样本托盘和显微物镜的排列方向两两垂直。

本发明的另一方面，提供一种荧光检测装置，该荧光检测装置包括上述的荧光检测模组。

本发明的有益效果包括：

本申请提供的荧光检测模组包括光源和设置于光源的出光侧的光学模组，光学模组包括激发滤光片、透镜组、二向色片、显微物镜、接收滤光片、成像透镜和成像元件；光源出射的光束通过激发滤光片的光谱选择和透镜组后，经二向色片的反射后经过显微物镜照射待测样本，激发待测样本形成的激发荧光经显微物镜入射二向色片，经二向色片透射的激发荧光通过接收滤光片，接收滤光片对激发荧光进行光谱选择后经成像透镜由成像元件接收为图像信号。本申请提供的荧光检测模组，首先，其采用了成像元件，相对现有技术采用光电检测器而言其接收的是图像信号，因此，其能够满足用户不同的需求；其次，本申请提供的荧光检测模组在光源和二向色片之间设置了透镜组，因此，其能够通过调节透镜组实现宽场成像以提高成像效果，或者，能够通过调节透镜组实现提高光通量、缩短曝光时间以提高检测速度。用户可以根据不用的需求对透镜组进行适当的调节，从而达到上述任意一种效果，从而能够提高荧光检测模组的通用性以满足用户多样化的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例提供的荧光检测模组的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的样本托盘的结构示意图。

图标：10-光源；20-激发滤光片；30-透镜组；31-非球面透镜；32-第二子透镜；40-二向色片；50-显微物镜；60-接收滤光片；70-成像透镜；80-成像元件；90-反射镜；91-样本托盘；911-固定位；92-待测样本。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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。

请参照图1，本实施例提供一种荧光检测模组，该荧光检测模组包括光源10和设置于光源10的出光侧的光学模组，光学模组包括激发滤光片20、透镜组30、二向色片40、显微物镜50、接收滤光片60、成像透镜70和成像元件80；光源10出射的光束通过激发滤光片20的光谱选择和透镜组30后，经二向色片40的反射后经过显微物镜50照射待测样本92，激发待测样本形成的激发荧光经显微物镜50入射二向色片40，经二向色片40透射的激发荧光通过接收滤光片60，接收滤光片60对激发荧光进行光谱选择后经成像透镜70由成像元件80接收为图像信号。该荧光检测模组能够通过调节透镜组30实现宽场成像以提高成像效果，或者通过调节透镜组30实现提高光通量、缩短曝光时间以提高检测速度，从而能够提高荧光检测模组的通用性以满足用户多样化的需求。

光源10设于光学模组的入光侧，其出射的光束能够入射至光学模组内。在本实施例中，光源10出射的光束能够入射至光学模组的激发滤光片20的入光侧。

光学模组包括激发滤光片20、透镜组30，设于所述透镜组30出光侧的二向色片40，设于所述二向色片40反射侧的显微物镜50、设于所述二向色片40透射侧的接收滤光片60、设于所述接收滤光片60出光侧的成像透镜70，以及设于所述成像透镜70出光侧的成像元件80。

其中，上述激发滤光片20用于进行光谱选择。在本实施例中，该激发滤光片20可以允许特定频段的波通过且同时屏蔽其他频段的波。

上述透镜组30的一部分子透镜设于激发滤光片20的出光侧，另一部分子透镜设于激发滤光片20的入光侧，用于对光束进行准直或扩束。在本实施例中，上述透镜组30包括多个子透镜，用户可以通过调节透镜组30的多个子透镜的间距，以及透镜组30中各子透镜与光源10之间的距离，便可以实现对光束在显微物镜50的后焦平面的具体聚焦位置进行调节。

示例性地，在一种实施方式中，用户对透镜组30进行调节，以使得入射至显微物镜50的后焦平面的是一个小的聚焦光斑，这样，经过显微物镜50后在待测样本92表面便能够形成一个较大的光斑，激发样本。如此，本申请提供的荧光检测模组便可以实现宽场成像，且能够使得照射在待测样本92上的光斑的光强度各处较为均匀，这样，最终在成像单元上的成像效果较佳。

在另一种实施方式中，用户对透镜组30进行调节，以使得入射至显微物镜50的后焦平面的是一个近准直扩束光，这样，经过显微物镜50后在待测样本92的表面能够形成一个较小的聚焦光斑，该聚焦光斑的光功率较大，如此，可以通过提高光通量降低曝光时间，以提高检测速度且能够满足成像要求。

本申请通过调节透镜组30实现宽场成像以提高成像效果，或者通过调节透镜组30实现提高光通量、缩短曝光时间以提高检测速度，这样，本申请提供的荧光检测模组的通用性得到了提高，能够满足用户多样化的需求。

需要说明的是，上述透镜组30的多个子透镜的具体位置可以根据需求先行设置好后安装至光学模组内，也可以将其安装在光学模组内后，再进行具体位置的调节，本申请对此不做限制，本领域技术人员可以自行选择合适的设置方式。

二向色片40设于透镜组30的出光侧，二向色镜用于对透镜组30出射的光束进行反射，并对显微物镜50出射的光束进行透射。自二向色片40的反射侧出射的光束能够通过显微物镜50后入射至待测样本92上。

接收滤光片60用于接收激发荧光，并进行光谱选择，以使特定波段的光束通过且同时屏蔽其他波段的光束。

成像透镜70和成像元件80用于成像，不同于现有技术中常见的采用光电检测器接收，本申请采用成像元件80接收待测样本92的图像，能够满足用户不同的需求。

本申请提供的荧光检测模组的光路传输过程如下：

光源10出射的光束经透镜组30的一部分子透镜(在本实施例中为非球面透镜31，本实施例中透镜组30包括非球面透镜31和第二子透镜32，下文将进行详述)进行光束近准直后通过激发滤光片20进行光谱选择后，通过另一部分子透镜(在本实施例中为第二子透镜32)实现光束弱聚焦，自透镜组30的整形、聚焦作用后的光束经二向色片40的反射后聚焦于显微物镜50的后焦平面，光束经显微物镜50后照射在待测样本92上以激发待测样本92形成激发荧光，激发荧光经过显微物镜50后透过二向色片40，经二向色片40透射的激发荧光通过接收滤光片60的光谱选择以及成像透镜70后由成像元件80接收为图像信号。

综上所述，本申请提供的荧光检测模组包括光源10和设置于光源10的出光侧的光学模组，光学模组包括激发滤光片20、透镜组30、二向色片40、显微物镜50、接收滤光片60、成像透镜70和成像元件80；光源10出射的光束通过激发滤光片20的光谱选择和透镜组30后，经二向色片40的反射后经过显微物镜50照射待测样本92，激发待测样本形成的激发荧光经显微物镜50入射二向色片40，经二向色片40透射的激发荧光通过接收滤光片60，接收滤光片60对激发荧光进行光谱选择后经成像透镜70由成像元件80接收为图像信号。本申请提供的荧光检测模组，首先，其采用了成像元件80，相对现有技术采用光电检测器而言其接收的是图像信号，因此，其能够满足用户不同的需求；其次，本申请提供的荧光检测模组在光源10和二向色片40之间设置了透镜组30，因此，其能够通过调节透镜组30实现宽场成像以提高成像效果，或者，能够通过调节透镜组30实现提高光通量、缩短曝光时间以提高检测速度。用户可以根据不用的需求对透镜组30进行适当的调节，从而达到上述任意一种效果，从而能够提高荧光检测模组的通用性以满足用户多样化的需求。

为便于透镜组30的调节，在本实施例中，透镜组30包括固定架和安装于固定架上的至少两个子透镜，相邻的子透镜分别能够在固定架上沿主光轴方向移动，以相互靠近或相互远离。

上述固定架用于安装子透镜，本申请对固定架的具体结构不做限制，本领域技术人员可以根据需要自行设置。

在本实施例中，透镜组30至少包括两个子透镜(例如，当包括两个子透镜时，可以分别为非球面透镜31和第二子透镜32，如图1所示)。当然，图1所示的透镜组30包括两个子透镜仅为本申请给出的示例，并非是对透镜组30的子透镜具体数量的限制。

其中，透镜组30的多个子透镜在光轴方向上的位置，在光学模组中可调节，例如，可通过旋转移动等方式实现，或者，也可以在之间相邻的两个子透镜之间设置不同尺寸的垫圈，通过更换垫圈实现调节。

可选地，光学模组还包括第一遮光壳体，光源10、激发滤光片20、透镜组30均设于第一遮光壳体内；第一遮光壳体上开设有用于透镜组30的出射光出射的第一出口。

本申请通过设置第一遮光壳体，一方面，可以将多个光学元件集成在一起，实现集成化、小型化；另一方面，第一遮光壳体的设置也可以避免外界干扰光进入光学模组，从而对荧光检测模组造成的影响。

需要说明的是，在一种可行的实施例中，上述光源10设置于第一遮光壳体内，这样的话，第一遮光壳体上便无需再设置用于供光源10发射的光束入射的入口。

可选地，荧光检测模组还包括第二遮光壳体，二向色片40和接收滤光片60设于第二遮光壳体内；第二遮光壳体上开设有与第一出口连通以供透镜组30的出射光入射的第一入口、用于供二向色片40的反射光出射的第二出口以及用于供接收滤光片60的出射光出射的第三出口。

与第一遮光壳体同理，第二遮光壳体的设置可以实现模块化，使得荧光检测模组呈整体设置，还可以避免串扰和外界光造成的不良影响。具体地，光学模组中各个光学元件通过第二遮光壳体的内壁的结构设计和卡持结构实现相对限位固定。

可选地，光学模组包括沿垂直于光轴的方向并排设置的多个，且多个光学模组的二向色片40相互平行。

多个光学模组沿垂直于光轴的方向并排设置，这样，多个光学模组可以直接应用于现有装置中即可实现多通道扫描。

需要说明的是，当光学模组包括多个时，可以每个光学模组分别配置一个光源10(该光源10可以包括多个子光源)，也可以多个光学模组共用一个光源10(该光源10可以包括多个子光源)，还可以多个光学模组共用一个白光光源10(该白光光源10单独设置在光学模组之外，每个光学模组中通过激发滤光片20的带通波段选择，实现同一个光源10为不同的光学模组提供不同波段的检测光)。

可选地，在一种可行的实施方式中，上述光源10包括多个子光源，多个子光源用于和多个光学模组一一对应，且多个子光源出射的光束一一对应进入多个光学模组内。

即，本申请提供的光源10包括多个子光源，每个子光源对应一个光学模组，这样，每个子光源出射的光束可以进入对应的光学模组内。

在另一种可行的实施方式中，光源10包括多个子光源，荧光检测模组还包括沿垂直于子光源的出射方向设置的排架(即排架的长度方向与子光源的出光方向垂直)，多个子光源并排设置于排架上；驱动排架沿垂直于子光源的出射方向移动，子光源能够靠近或者远离光学模组。

即，本申请提供的光源10包括多个子光源，且多个子光源沿排架的长度方向并排设置，排架的长度方向和光轴垂直。这样，驱动排架沿其长度方向移动，以使得多个子光源沿垂直于光轴的方向移动，便可以使得子光源靠近或者远离光学模组。

可选地，本申请提供的光学模组还包括反射镜90，该反射镜90设于二向色片40和显微物镜50之间，用于将二向色片40反射的光束转折至显微物镜50。

请结合参照图2，荧光检测模组还包括样本托盘91，样本托盘91上设有沿其中心轴呈圆周分布的多个固定位911，多个固定位911用于分别固定多个待测样本92；通过中心轴驱动样本托盘91转动，能够使得不同的待测样本92与显微物镜50的出光口对准。

本申请通过设置样本托盘91能够使得多个待测样本92被固定，从而根据需要转动样本托盘91使得需要的待测样本92被检测。

可选地，荧光检测模组还包括第一驱动机构、第二驱动机构和第三驱动机构，第一驱动机构用于驱动样本托盘91转动以实现待测样本92的切换；第二驱动机构用于驱动样本托盘91沿第一方向运动，第三驱动机构用于驱动样本托盘91沿第二方向运动，第一方向、第二方向以及样本托盘91和显微物镜50的排列方向(样本托盘91和显微物镜50的排列方向为光学模组的高度方向，对应至图1中则为竖直方向，对应至图2中则为垂直于纸面的方向)两两垂直。

这样，可以通过第一驱动机构驱动样本托盘91，以转动样本托盘91使得不同的待测样本92可以进行切换；可以通过第二驱动机构驱动样本托盘91沿第一方向运动，通过第三驱动机构驱动样本托盘91沿第二方向运动。这样，样本托盘91既可以转动，又可以在平面内移动调节，一来能满足样本托盘91内的待测样本92与显微物镜50的出光口对准的需求；二来，在光学模组包括多个时，还能够满足样本托盘91在不同模组之间的移动，从而使得样本托盘91内的待测样本92与不同模组的显微物镜50的对准。

本发明的另一方面，提供一种荧光检测装置，该荧光检测装置包括上述的荧光检测模组。该荧光检测模组的具体结构及其有益效果均已在前文做了详细阐述，故本申请在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的可选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (11)

1.一种荧光检测模组，其特征在于，包括光源和设置于所述光源的出光侧的光学模组，所述光学模组包括激发滤光片、透镜组、二向色片、显微物镜、接收滤光片、成像透镜和成像元件；

所述光源出射的光束通过所述激发滤光片的光谱选择和所述透镜组后，经所述二向色片的反射后经过所述显微物镜照射待测样本，激发所述待测样本形成的激发荧光经所述显微物镜入射所述二向色片，经所述二向色片透射的激发荧光通过所述接收滤光片，所述接收滤光片对所述激发荧光进行光谱选择后经所述成像透镜由所述成像元件接收为图像信号。

2.根据权利要求1所述的荧光检测模组，其特征在于，所述透镜组包括固定架和安装于所述固定架上的至少两个子透镜，相邻的所述子透镜分别能够在所述固定架上沿主光轴方向移动，以相互靠近或相互远离。

3.根据权利要求1或2所述的荧光检测模组，其特征在于，所述光学模组还包括第一遮光壳体，所述光源、所述激发滤光片、所述透镜组均设于所述第一遮光壳体内；所述第一遮光壳体上开设有用于供所述透镜组的出射光出射的第一出口。

4.根据权利要求3所述的荧光检测模组，其特征在于，所述荧光检测模组还包括第二遮光壳体，所述二向色片和所述接收滤光片设于所述第二遮光壳体内；所述第二遮光壳体上开设有与所述第一出口连通以供所述透镜组的出射光入射的第一入口、用于供所述二向色片的反射光出射的第二出口以及用于供所述接收滤光片的出射光出射的第三出口。

5.根据权利要求1所述的荧光检测模组，其特征在于，所述光学模组包括沿垂直于光轴的方向并排设置的多个，且多个所述光学模组的二向色片相互平行。

6.根据权利要求5所述的荧光检测模组，其特征在于，所述光源包括多个子光源，多个所述子光源用于和多个所述光学模组一一对应，且多个所述子光源出射的光束一一对应进入多个所述光学模组内。

7.根据权利要求5所述的荧光检测模组，其特征在于，所述光源包括多个子光源，所述荧光检测模组还包括沿垂直于所述子光源的出射方向设置的排架，多个所述子光源并排设置于所述排架上；驱动所述排架沿垂直于所述子光源的出射方向移动，所述子光源能够靠近或者远离所述光学模组。

8.根据权利要求1所述的荧光检测模组，其特征在于，所述光学模组还包括反射镜，所述反射镜设于所述二向色片和所述显微物镜之间，用于将所述二向色片反射的光束转折至所述显微物镜。

9.根据权利要求1所述的荧光检测模组，其特征在于，所述荧光检测模组还包括样本托盘，所述样本托盘上设有沿其中心轴呈圆周分布的多个固定位，多个所述固定位用于分别固定多个所述待测样本；通过所述中心轴驱动所述样本托盘转动，能够使得不同的所述待测样本与所述显微物镜的出光口对准。

10.根据权利要求9所述的荧光检测模组，其特征在于，所述荧光检测模组还包括第一驱动机构、第二驱动机构和第三驱动机构，所述第一驱动机构用于驱动所述样本托盘转动以实现所述待测样本的切换；所述第二驱动机构用于驱动所述样本托盘沿第一方向运动，所述第三驱动机构用于驱动所述样本托盘沿第二方向运动，所述第一方向、所述第二方向，以及所述样本托盘和所述显微物镜的排列方向两两垂直。

11.一种荧光检测装置，其特征在于，包括权利要求1至10中任意一项所述的荧光检测模组。

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