CN205368375U - 基因测序仪光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于光学技术领域，提供了一种基因测序仪光学系统，用于激发基因测序芯片上的荧光标记物并采集该荧光标记物发射的荧光信号，其包括：激光源，可发射用于激发荧光标记物的激发光；物镜，用于将激发光汇聚照射于荧光标记物上并汇聚荧光信号；信号采集装置，用于采集荧光信号；第一二向色镜，用于反射激发光并容许荧光信号透过；第一二向色镜设于激光源与物镜之间，将激发光反射至物镜上，第一二向色镜还位于物镜与信号采集装置之间，透过第一二向色镜的荧光信号射至信号采集装置上。本实用新型通过设置第一二向色镜，大大简化了基因测序仪光学系统的结构，易于调试，同时又能够保证信号采集的准确性。

Description

基因测序仪光学系统

技术领域

本实用新型属于光学技术领域，尤其涉及一种基因测序仪光学系统。

背景技术

核酸测序/基因测序(包括DNA测序和RNA测序)是研究核酸的重要方法之一。DNA测序(DNAsequencing，或译DNA定序)是指分析特定DNA片段的碱基序列，也就是腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)与鸟嘌呤(G)的排列方式。同理，RNA测序是指分析特定RNA片段的碱基序列，也就是腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和尿嘧啶(U)的排列方式。

目前普遍使用荧光标记的方法进行基因测序，基因测序仪中需要设置光学系统用于激发荧光标记物并采集这些荧光标记物所发射出的荧光信号(荧光信号为光线)，但是现有的基因测序仪光学系统结构复杂，因此导致调试非常不便，而且还具有成本高等的不足，另外，由于光学系统的结构复杂，还会伴随着准确度不高的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种结构简单、易于调试、准确度高的基因测序仪光学系统。

本实用新型是这样实现的，一种基因测序仪光学系统，用于激发基因测序芯片上的荧光标记物并采集该荧光标记物发射的荧光信号，其包括：

激光源，可发射用于激发所述荧光标记物的激发光；

物镜，用于将所述激发光汇聚照射于所述荧光标记物上并汇聚所述荧光信号；

信号采集装置，用于采集所述荧光信号；

第一二向色镜，用于反射所述激发光并容许所述荧光信号透过；

所述第一二向色镜设于所述激光源与所述物镜之间，将所述激发光反射至所述物镜上，所述第一二向色镜还位于所述物镜与所述信号采集装置之间，透过所述第一二向色镜的荧光信号射至所述信号采集装置上。

进一步地，所述信号采集装置包括第一信号采集相机和第二信号采集相机，所述荧光信号含有第一波长荧光信号和第二波长荧光信号，所述信号采集装置与所述第一二向色镜之间还设有第二二向色镜，所述第二二向色镜用于反射所述第一波长荧光信号并容许所述第二波长荧光信号透过，所述第二二向色镜将所述第一波长荧光信号反射至所述第一信号采集相机上，透过所述第二二向色镜的所述第二波长荧光信号射至所述第二信号采集相机上。

更进一步地，所述基因测序仪光学系统还包括反射镜，所述反射镜用于将透过所述第一二向色镜的荧光信号反射至所述第二二向色镜上，所述反射镜设于所述第一二向色镜与所述第二二向色镜之间。

具体地，所述基因测序仪光学系统还包括第一透镜、第二透镜、第一滤光片和第二滤光片，所述第一透镜设于所述第二二向色镜与所述第一信号采集相机之间，所述第一滤光片设于所述第一透镜与所述第一信号采集相机之间；所述第二透镜设于所述第二二向色镜与所述第二信号采集相机之间，所述第二滤光片设于所述第二透镜与所述第二信号采集相机之间。

进一步地，所述信号采集装置包括多个信号采集相机，所述荧光信号含有多种波长的荧光信号，所述信号采集相机与所述第一二向色镜之间设有多个二向色镜，每个不同的所述二向色镜可反射不同波长的所述荧光信号并容许不同波长的所述荧光信号透过。

更进一步地，所述多个二向色镜之间设有多个反射镜。

具体地，所述激光源包括可输出激光的激光器、可传导激光的光纤以及用于准直激光的准直器，所述光纤两端分别连接所述激光器和所述准直器，所述准直器所输出的激光为所述激发光。

更具体地，所述激光源包括多个所述激光器和多条所述光纤，所述激光源还包括可将多条光纤耦合成一条光纤的耦合器，每条所述光纤一端与所述耦合器连接，另一端与对应的所述激光器连接，所述耦合器上设有一条耦合光纤，所述耦合光纤与所述准直器连接。

进一步地，所述激光源包括两个所述激光器和两条所述光纤。

进一步地，所述基因测序仪光学系统还包括用于检测所述荧光标记物是否位于所述物镜前合适位置的对焦装置。

本实用新型通过设置第一二向色镜，利用第一二向色镜的反射功能，使得激发光和荧光信号在同一路径上传播，即射入荧光标记物的光线和荧光标记物受激发而发射出来的光线仅传播方向相反、而路径重叠，荧光信号沿激发光的原路返回；利用第一二向色镜的选择性透过功能，使得荧光信号可以被选择性地透过第一二向色镜，从而射至信号采集装置，由信号采集装置采集该荧光信号，大大简化了基因测序仪光学系统的结构，易于调试，同时又能够保证信号采集的准确性，可对基因进行高效测序。

附图说明

图1为本实用新型所提供的基因测序仪光学系统第一种实施方式的示意图；

图2为本实用新型所提供的基因测序仪光学系统第二种实施方式的示意图；

图3为本实用新型所提供的基因测序仪光学系统第三种实施方式的示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参见图1，本实用新型实施例提供了一种基因测序仪光学系统，用于激发基因测序芯片1上的荧光标记物(荧光标记物体积极其微小，因此未在图中示出)并采集该荧光标记物发射的荧光信号(荧光信号为光线)，其包括：

激光源2，可发射用于激发所述荧光标记物的激发光3；

物镜4，用于将所述激发光3汇聚照射于所述荧光标记物上并汇聚所述荧光信号5；

信号采集装置6，用于采集所述荧光信号5；

第一二向色镜7，用于反射所述激发光3并容许所述荧光信号5透过；

所述第一二向色镜7设于所述激光源2与所述物镜4之间，将所述激发光3反射至所述物镜4上，所述第一二向色镜7还位于所述物镜4与所述信号采集装置6之间，透过所述第一二向色镜7的荧光信号5射至所述信号采集装置6上。

激光源2射出的激发光3射至第一二向色镜7，经第一二向色镜7反射至物镜4，物镜4将激发光3汇聚射至基因测序芯片1的荧光标记物上，使荧光标记物受激发而发射出特有波长的光——荧光信号5，刚从荧光标记物射出的荧光信号5沿激发光3的原路射回，由物镜4汇聚后射至第一二向色镜7上，由于第一二向色镜7允许荧光信号5通过，因此荧光信号5透过第一二向色镜7后射入信号采集装置6，被信号采集装置6采集。

本实用新型通过设置第一二向色镜7，利用第一二向色镜7的反射功能，使得激发光3和荧光信号5在同一路径上传播，即射入荧光标记物的光线和荧光标记物受激发而发射出来的光线仅传播方向相反、而路径重叠，荧光信号5沿激发光3的原路返回；利用第一二向色镜7的选择性透过功能，使得荧光信号5可以被选择性地透过第一二向色镜7，从而射至信号采集装置6，由信号采集装置6采集该荧光信号5，大大简化了基因测序仪光学系统的结构，易于调试，同时又能够保证信号采集的准确性，可对基因进行高效测序。

结合图2，若荧光标记物发射的荧光信号5含有两种波长的荧光信号，则本实用新型中的信号采集装置6包括第一信号采集相机8和第二信号采集相机9，所述荧光信号5含有第一波长荧光信号10和第二波长荧光信号11，所述信号采集装置6与所述第一二向色镜7之间还设有第二二向色镜12，所述第二二向色镜12用于反射所述第一波长荧光信号10并容许所述第二波长荧光信号11透过，所述第二二向色镜12将所述第一波长荧光信号10反射至所述第一信号采集相机8上，透过所述第二二向色镜12的所述第二波长荧光信号11射至所述第二信号采集相机9上。第二二向色镜12可将荧光信号5中不同波长的光线信号分开来，使不同波长的光线信号可以被不同的信号采集相机所采集。

参见图2，图2所示的基因测序仪光学系统为本实用新型的第二种实施方式(图1所示的为第一种实施方式)，实施方式二与实施方式一的区别在于：基因测序仪光学系统还包括反射镜13，所述反射镜13用于将透过所述第一二向色镜7的荧光信号5反射至所述第二二向色镜12上，所述反射镜13设于所述第一二向色镜7与所述第二二向色镜12之间。反射镜13的作用在于可以改变光线传播的方向，使得光学系统内的各零部件可以按照需要调整它们的设置位置。

图1和图2所示的基因测序仪光学系统还包括第一透镜14、第二透镜15、第一滤光片16和第二滤光片17，所述第一透镜14设于所述第二二向色镜12与所述第一信号采集相机8之间，所述第一滤光片16设于所述第一透镜14与所述第一信号采集相机8之间；所述第二透镜15设于所述第二二向色镜12与所述第二信号采集相机9之间，所述第二滤光片17设于所述第二透镜15与所述第二信号采集相机9之间。透镜可用于汇聚光线，滤光片可以过滤光线，屏蔽不需要的光线。当然本实用新型中所用的透镜可以理解是一个整体的筒镜，筒镜内含有多个透镜。

参见图3，图3所示的基因测序仪光学系统为本实用新型的第三种实施方式，该实施方式中的信号采集装置6包括多个信号采集相机(图中示意性地画出了三个信号采集相机，标号为25、26、29)，所述荧光信号5含有多种波长的荧光信号，所述信号采集相机与所述第一二向色镜7之间设有多个二向色镜(图中示意性地画出了两个二向色镜，标号为27、30)，每个不同的所述二向色镜可反射不同波长的所述荧光信号并容许不同波长的所述荧光信号透过。技术人员可以根据需要设置所需数量的信号采集相机，并在合适的位置设置二向色镜，利用二向色镜能够选择性反射和透射特定波长光线的特性，可将荧光信号5中含有的不同波长的光线信号分离开来，使之被不同的信号采集相机采集。

第三种实施方式中的光学系统还可在所述多个二向色镜之间设有多个反射镜(图中示意性地画出了两个反射镜28、13)。反射镜的功能在于改变光线的传播方向，基于这种构思，技术人员可以任意改变光线的传播方向。当然第三种实施方式的光学系统中也可以设置对应的透镜和滤光片。

本实用新型中的激光源2包括可输出激光的激光器(图中仅示意性地画出了两个激光器18、19)、可传导激光的光纤(20、21)以及用于准直激光的准直器22，所述光纤两端分别连接所述激光器和所述准直器，所述准直器所输出的激光为所述激发光3。激光器所射出的光线通过光纤进行传输，使得激光器可以按照所需的位置设置，光纤一旦连接好后，在今后的使用过程中就无需重复调试，简化了光学系统的操作流程，而且在功率密度、光束质量、波长的纯净度方面有较大的优势。

所述激光源2可以包括多个所述激光器和多条所述光纤，所述激光源还包括可将多条光纤耦合成一条光纤的耦合器23，每条所述光纤一端与所述耦合器23连接，另一端与对应的所述激光器连接，所述耦合器23上设有一条耦合光纤24，所述耦合光纤24与所述准直器22连接。一个激光器对应一条光纤，一条光纤传输一种光线，所有光纤最终通过耦合器23进行耦合汇总，由一条耦合光纤24输出，最后由准直器进行准直，最终形成激发光3。

具体地，图1-图3中的激光源2包括两个所述激光器(第一激光器18和第二激光器19)和两条所述光纤(第一光纤20和第二光纤21)，每个激光器提供一种光源，两个激光器就能够提供两种光源。在本实施例中，基因测序芯片中附有四种荧光标记物，受激发后可以发出四种波长的光，每种激光器所发出的光可以激发两种荧光标记物。

为了能够调节物镜4与基因测序芯片1之间合适的距离，所述基因测序仪光学系统还包括用于检测所述荧光标记物是否位于所述物镜4前合适位置的对焦装置(图未示出)。

为便于理解本实用新型，以下简述图1-图3中光的传播路径：

图1：第一激光器18和第二激光器19所输出的光源分别经由第一光纤20和第二光纤21传输至耦合器23，经耦合器23耦合汇聚由一条耦合光纤24输出，经准直器22准直后输出激发光3，激发光3射至第一二向色镜7，被第一二向色镜7反射至物镜4，由物镜4汇聚射至基因测序芯片1，基因测序芯片1上的荧光标记物受激发发射出荧光信号5，荧光信号5由物镜4汇聚射至第一二向色镜7并透过该第一二向色镜7，荧光信号5继续射至第二二向色镜12，部分波长的荧光信号被第二二向色镜12反射至第一信号采集相机8，被第一信号采集相机8采集，部分波长的荧光信号透过第二二向色镜12射至第二信号采集相机9，被第二信号采集相机9采集。

图2：与图1的区别在于，透过第一二向色镜7的荧光信号5被反射镜13射至第二二向色镜12，其余的光路与图1的相似。

图3：与图2的区别在于被反射镜13反射后的荧光信号5部分被二向色镜30反射至信号采集相机29，部分透过二向色镜30射至二向色镜27；然后部分(荧光信号)光线被二向色镜27反射至信号采集相机25，部分(荧光信号)光线透过二向色镜27射至反射镜28，被反射至信号采集相机26。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基因测序仪光学系统，用于激发基因测序芯片上的荧光标记物并采集该荧光标记物发射的荧光信号，其特征在于，包括：

激光源，可发射用于激发所述荧光标记物的激发光；

物镜，用于将所述激发光汇聚照射于所述荧光标记物上并汇聚所述荧光信号；

信号采集装置，用于采集所述荧光信号；

第一二向色镜，用于反射所述激发光并容许所述荧光信号透过；

所述第一二向色镜设于所述激光源与所述物镜之间，将所述激发光反射至所述物镜上，所述第一二向色镜还位于所述物镜与所述信号采集装置之间，透过所述第一二向色镜的荧光信号射至所述信号采集装置上。

2.如权利要求1所述的基因测序仪光学系统，其特征在于：所述信号采集装置包括第一信号采集相机和第二信号采集相机，所述荧光信号含有第一波长荧光信号和第二波长荧光信号，所述信号采集装置与所述第一二向色镜之间还设有第二二向色镜，所述第二二向色镜用于反射所述第一波长荧光信号并容许所述第二波长荧光信号透过，所述第二二向色镜将所述第一波长荧光信号反射至所述第一信号采集相机上，透过所述第二二向色镜的所述第二波长荧光信号射至所述第二信号采集相机上。

3.如权利要求2所述的基因测序仪光学系统，其特征在于：还包括反射镜，所述反射镜用于将透过所述第一二向色镜的荧光信号反射至所述第二二向色镜上，所述反射镜设于所述第一二向色镜与所述第二二向色镜之间。

4.如权利要求2所述的基因测序仪光学系统，其特征在于：还包括第一透镜、第二透镜、第一滤光片和第二滤光片，所述第一透镜设于所述第二二向色镜与所述第一信号采集相机之间，所述第一滤光片设于所述第一透镜与所述第一信号采集相机之间；所述第二透镜设于所述第二二向色镜与所述第二信号采集相机之间，所述第二滤光片设于所述第二透镜与所述第二信号采集相机之间。

5.如权利要求1所述的基因测序仪光学系统，其特征在于：所述信号采集装置包括多个信号采集相机，所述荧光信号含有多种波长的荧光信号，所述信号采集相机与所述第一二向色镜之间设有多个二向色镜，每个不同的所述二向色镜可反射不同波长的所述荧光信号并容许不同波长的所述荧光信号透过。

6.如权利要求5所述的基因测序仪光学系统，其特征在于：所述多个二向色镜之间设有多个反射镜。

7.如权利要求1-6任一项所述的基因测序仪光学系统，其特征在于：所述激光源包括可输出激光的激光器、可传导激光的光纤以及用于准直激光的准直器，所述光纤两端分别连接所述激光器和所述准直器，所述准直器所输出的激光为所述激发光。

8.如权利要求7所述的基因测序仪光学系统，其特征在于：所述激光源包括多个所述激光器和多条所述光纤，所述激光源还包括可将多条光纤耦合成一条光纤的耦合器，每条所述光纤一端与所述耦合器连接，另一端与对应的所述激光器连接，所述耦合器上设有一条耦合光纤，所述耦合光纤与所述准直器连接。

9.如权利要求8所述的基因测序仪光学系统，其特征在于：所述激光源包括两个所述激光器和两条所述光纤。

10.如权利要求1所述的基因测序仪光学系统，其特征在于：还包括用于检测所述荧光标记物是否位于所述物镜前合适位置的对焦装置。