CN204389397U - 一种快速、多通道实时荧光定量检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种快速、多通道实时荧光定量检测装置，包括激发光源、激发光滤光结构、导光光纤、透镜线阵列、荧光滤光结构、空间光调制器和光电倍增管；激发光源发出的激发光束经过激发光滤光结构后，耦合进入导光光纤，从光纤出射的激发光束经过透镜线阵列汇聚照射到待检目标物上激发出荧光，荧光被荧光透镜线阵列和导光光纤收集后，再由荧光滤光结构滤光，以滤掉背景干扰光，然后经过空间光调制器调制滤波，最终到达光电倍增管，形成可以检测计算的信号。本装置同时实现了多目标多通道的快速检测，增强了系统整体性，减少了机械振动，提高了检测精度。

Description

一种快速、多通道实时荧光定量检测装置

技术领域

本实用新型涉及生物分子荧光检测领域，特别是一种快速、多通道实时荧光定量检测装置，主要应用于96孔PCR反应板或酶标板的荧光定量检测。

背景技术

实时荧光定量检测系统，可以有效地实现实时定量检测PCR(Polymerase Chain Reaction，聚合酶链式反应)，其具有特异性好、零度高、线性关系好、线性范围宽、操作简单、安全、自动化程度高、无污染、检测速度快、高通量等优点，在疾病防治、转基因检测、医学检验、优生优育等领域有着广泛的应用前景。目前常用的实时荧光定量检测方法主要是将激发光源照射到荧光物质上，通过激发光照射荧光物质，使得荧光物质电子发生能级跃迁，不稳定的跃迁电子回到基态发射出荧光。由于不同的荧光物质有不同的激发波长和荧光波长，使用的不同的激发光波长就可以激发不同的荧光物质产生特定荧光，通过不同荧光物质与不同PCR反应产物结合的特异性，实现不同目标PCR反应产物的荧光定量检测。在每一次PCR反应结束后，检测荧光物质发射出来的荧光强度来间接得到荧光物质的浓度，而荧光物质浓度与PCR反应产物浓度成正比，因此由荧光物质浓度即可检测PCR反应产物浓度。

为实现多通道、快速、准确的实时荧光定量，通常采用的方法有单波长激发多波长检测以及多波长激发多波长检测，常用的光路结构主要是共聚焦形式，探测器件一般采用增益较大的光电倍增管。由于单波长激发波谱响应窄，某些波长荧光激发效率低，在多波长检测中受到很多限制，而多波长激发可以保证不同荧光的激发效率。但目前的多波长激发检测方法需要设置不同的传动机构以实现不同波长的转换，同时由于光电倍增管每次只能检测一个目标，所以也需要增加传动结构或者开关结构实现不同通道的选择，加入的大量传动机构或者开关结构，破坏了系统的稳定性，其检测精度与检测速度在一定程度上互相制约。因此，简化多通道检测系统的结构是实现快速准确定量检测的发展方向。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种简易的实现多波长 激发、多波长检测，且整体性更优化的实时荧光定量检测装置。

为实现上述技术目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种快速、多通道实时荧光定量检测装置，包括多波长的激发光发射系统、分束光纤、同轴光纤、透镜线阵列、荧光调制系统和光电倍增管；其中所述激发光发射系统包括激光器阵列、激发光准直透镜、激发光滤光镜轮和激发光耦合透镜；所述同轴光纤由两层光纤包裹组成，外层光纤环状排列并包裹内层光纤，同轴光纤用以实现激发光的传导以及荧光的传导；所述荧光调制系统包括荧光光纤束、荧光准直透镜、荧光滤光镜轮、汇聚透镜和空间光调制器；所述空间光调制器中包括孔阵列，所述孔阵列的排布方式与所述荧光光纤束的排列方式对应，其功能在于可以同时实现荧光光纤束中对应光纤的选通以及滤除杂散光，通过在空间光调制器中载入孔阵列图像，实现不同通道光纤的通光与阻绝光。

所述激光器阵列产生的连续激发光经激发光准直透镜准直后通过激发光滤光镜轮，由激发光滤光镜轮滤光形成窄波段的单色激发光出射；出射激发光经激发光耦合透镜均匀分入若干条分束光纤中，再分别导入相应数量同轴光纤的内层光纤中；激发光自若干同轴光纤出射后分别经过透镜线阵列中相应数量的透镜单元汇聚到对应待检目标物上，待检目标物激发的荧光再经过透镜线阵列分别收集导入同轴光纤的外层光纤中，所述荧光经相应数量的荧光光纤束传导至荧光准直透镜，出射荧光通过荧光滤光镜轮后由汇聚透镜汇聚照射到空间光调制器上，被空间光调制器选通的光纤中的荧光进入光电倍增管进行检测。

优选的，所述激光器阵列由若干不同波长的激光器组成，激发光输出的波长范围为270nm-750nm，激发光出射面位于激发光准直透镜的焦面上，准直得到平行光。

进一步优选的，所述激发光滤光镜轮由单色滤光片组成，其滤光片数量与所述激光器阵列中的激光器数量相同。

优选的，所述分束光纤耦合断面位于激发光汇聚透镜的焦面上。

优选的，所述透镜线阵列中的透镜单元呈线状排列，其数值孔径不小于0.2，焦距不小于11mm。

优选的，所述荧光准直透镜由单个或多个透镜组成，所述荧光光纤束出射端面位于荧光准直透镜焦面上，出射光准直得到平行光。

优选的，所述荧光滤光镜轮由1、2、4、6或8个单色滤光片环状排列组成。

优选的，所述空间光调制器位于汇聚透镜焦面上。

优选的，所述分束光纤和同轴光纤均为1×N光纤结构；所述荧光光纤束为N合束光纤，可由N根单光纤经过外包层包覆而成，其中光纤之间呈规律排布；所述透镜线阵列由1×N透镜单元组成；其中N≥2；

进一步优选的，所述N为8。

本技术方案原理为：

多个光源产生不同波长的光，波长范围涵盖270nm-750nm，经过准直透镜形成准直光束，然后透过由高质量的滤光镜组成的激发光滤光镜轮形成窄波段的单色激发光，最后通过激发光耦合透镜耦合进入分束光纤。不同光源可匹配相应波长的滤光片，与滤光镜轮组成一体的转换装置，通过光源和滤光镜的变换可以实现不同波长的激发光耦合进入分束光纤。

透镜线阵列由1×N个透镜元组成，可以同时实现N个目标试剂孔的激发和荧光收集，通过一维位移装置驱动试剂孔板平移可以完成整板试剂孔的检测。

与透镜线阵列对应的1×N同轴光纤阵列，其由内外两层光纤包裹而成，内层完成激发光传导，外层完成单独对应检测目标的荧光收集传导。激发光从光纤内层出射经过透镜线阵列汇聚照射到检测目标，荧光经过透镜线阵列收集进入光纤外层。

荧光光纤束出射的荧光经过准直透镜准直，然后通过荧光滤光镜形成窄带荧光，同时滤除其他背景杂散光，经汇聚透镜汇聚后照射到空间光调制器上，在空间光调制器上形成一个与荧光光纤束光纤排布对应的点光斑阵列。空间光调制器位于汇聚透镜焦面上，空间光调制器同时完成小孔滤波和光开关选择的双重功能。空间光调制器通过快速变换调制方式，实现不同光点的通光和阻绝光，实现快速控制不同目标荧光进入光电倍增管进行检测的目的。

本实用新型技术方案具有以下优点：

1.本实用新型使用的透镜线阵列可以同时实现多个96孔PCR反应板或酶标板试剂孔的检测，减少了平移维度，简化了系统结构，增强了系统整体性，提高了系统精度，同时避免了光纤过多使得系统过于繁杂、难于维修的缺点；

2.本实用新型使用同轴光纤，避免了光在空气介质中传导所带来的问题，使系统更趋稳定紧凑，区别于传统方式中需要设置二向色镜来分离激发光和荧光的方法，简化了系统；

3.使用空间光调制器，同时实现了小孔滤波和光开关选通的功能，将传统结构独立的两个器件合并成一个，极大地简化了系统结构，同时通过光调制代替了传统的机械控制，提高了检测速度；

附图说明

图1为本实用新型实施例实时荧光定量检测装置结构立体图。

其中：

1.激光器阵列；2.激发光准直透镜；3.激发光滤光镜轮；4.激发光耦合透镜；5.分束光纤；6.同轴光纤；7.透镜线阵列；8.待检目标物；9.荧光光纤束；10.荧光准直透镜；11.荧光滤光镜轮；12.汇聚透镜；13.空间光调制器；14.光电倍增管。 

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本实用新型做进一步说明，以便更好地理解本实用新型。

结合图1，本实施例实时荧光定量检测装置由激光器阵列1、激发光准直透镜2、激发光滤光镜轮3、激发光耦合透镜4、分束光纤5、同轴光纤6、透镜线阵列7、荧光光纤束9、荧光准直透镜10、荧光滤光镜轮11、汇聚透镜12、空间光调制器13和光电倍增管14组成；激光器阵列1中由4个激光器光源产生不同波长的光，波长范围在270nm-750nm之间，激发光带宽小于20nm，光出射面位于激发光准直透镜2的焦面上；本实施例采用八通道设计，分束光纤5、同轴光纤6和透镜线阵列7均为1×8；激发光准直透镜2与激发光耦合透镜4同轴相距50mm，激发光滤光镜轮3包括4个滤光镜，位于激发光准直透镜2与激发光耦合透镜4之间，分束光纤5耦合断面位于激发光汇聚透镜4焦面上，激发光经过同轴光纤6出射，经过透镜线阵列7汇聚在待检目标物8上，待检目标物8盛放于96孔板中，宽度方向为8列，与透镜线阵列7一一对应。待检目标物8激发出来的荧光经过透镜线阵列7收集耦合进入同轴光纤6，荧光从荧光光纤束9出射，荧光光纤束9出射端面位于荧光准直透镜10焦面上，荧光滤光镜轮11位 于荧光准直透镜10后方25mm处，荧光经过汇聚透镜12汇聚，汇聚透镜12与准直透镜11同轴相距50mm，空间光调制器13位于汇聚透镜12焦面上，光电倍增管14位于空间光调制器13后方10mm处。

装置的原理如下：由激光器阵列1射出的激发光，经过激发光准直透镜2准直形成平行光，平行光经过激发光滤光镜轮3的滤光片滤光形成窄波段光束，滤波后的激发光经过激发光耦合透镜4汇聚耦合进入分束光纤5，被均匀分成8束分别导入同轴光纤6，激发光从同轴光纤6出射，经过透镜线阵列7汇聚照射到待检目标表面，激发待检目标物发射出荧光，荧光经过透镜线阵列7收集耦合进入同轴光纤6，在出射端形成环状荧光光纤束9，出射荧光经过荧光准直透镜10准直形成平行光，然后经由荧光滤光镜轮11上滤光片滤光，以消除杂散光光干扰，再由汇聚透镜12汇聚在空间光调制器13上，空间光调制器周期性变换载入小孔方式，小孔排列对应不同荧光光纤束9中的光纤，实现不同光纤的周期性通光与阻绝光，通过的荧光进入光电倍增管14被收集检测。

后期通过计算机对得到的光电信号进行处理分析，可以得到对应的待检目标物8的荧光强度值及待检目标物浓度信息。

应理解，上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于供本领域技术人员了解本实用新型的内容并据以实施，并非具体实施方式的穷举，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种快速、多通道实时荧光定量检测装置，包括多波长的激发光发射系统，其特征在于：

还包括分束光纤(5)、同轴光纤(6)、透镜线阵列(7)、荧光调制系统和光电倍增管(14)；其中

所述激发光发射系统包括激光器阵列(1)、激发光准直透镜(2)、激发光滤光镜轮(3)和激发光耦合透镜(4)；

所述同轴光纤(6)由两层光纤包裹组成，外层光纤环状排列并包裹内层光纤；

所述荧光调制系统包括荧光光纤束(9)、荧光准直透镜(10)、荧光滤光镜轮(11)、汇聚透镜(12)和空间光调制器(13)；所述空间光调制器(13)中包括孔阵列，所述孔阵列的排布方式与所述荧光光纤束(9)的排列方式对应；

所述激光器阵列(1)产生的连续激发光经激发光准直透镜(2)准直后通过激发光滤光镜轮(3)，出射激发光经激发光耦合透镜(4)均匀分入若干条分束光纤(5)中，再分别导入相应数量同轴光纤(6)的内层光纤中；激发光自若干同轴光纤(6)出射后分别经过透镜线阵列(7)中相应数量的透镜单元汇聚到对应待检目标物(8)上，待检目标物(8)激发的荧光再经过透镜线阵列(7)分别收集导入同轴光纤(6)的外层光纤中，所述荧光经相应数量的荧光光纤束(9)传导至荧光准直透镜(10)，出射荧光通过荧光滤光镜轮(11)后由汇聚透镜(12)汇聚照射到空间光调制器(13)上，被空间光调制器(13)选通的光纤中的荧光进入光电倍增管(14)进行检测。

2.根据权利要求1所述的实时荧光定量检测装置，其特征在于：所述激光器阵列(1)由若干不同波长的激光器组成，激发光输出的波长范围为270nm-750nm，激发光出射面位于激发光准直透镜(2)的焦面上。

3.根据权利要求2所述的实时荧光定量检测装置，其特征在于：所述激发光滤光镜轮(3)由单色滤光片组成，其滤光片数量与所述激光器阵列(1)中的激光器数量相同。

4.根据权利要求1所述的实时荧光定量检测装置，其特征在于：所述分束光纤(5)耦合断面位于激发耦合聚透镜(4)的焦面上。

5.根据权利要求1所述的实时荧光定量检测装置，其特征在于：所述透镜线阵列(7)中的透镜单元呈线状排列，其数值孔径不小于0.2，焦距不小于11mm。

6.根据权利要求1所述的实时荧光定量检测装置，其特征在于：所述荧光准直透镜(10)由单个或多个透镜组成，所述荧光光纤束(9)出射端面位于荧光准直透镜(10)焦面上。

7.根据权利要求1所述的实时荧光定量检测装置，其特征在于：所述荧光滤光镜轮(11)由1、2、4、6或8个单色滤光片环状排列组成。

8.根据权利要求1所述的实时荧光定量检测装置，其特征在于：所述空间光调制器(13)位于汇聚透镜(12)焦面上。

9.根据权利要求1至8任一项所述的实时荧光定量检测装置，其特征在于：所述分束光纤(5)和同轴光纤(6)均为1×N光纤结构，所述荧光光纤束(9)为N合束光纤，所述透镜线阵列(7)由1×N透镜单元组成；其中N≥2。

10.根据权利要求9所述的实时荧光定量检测装置，其特征在于：所述N为8。