CN205368376U - 基因测序仪光学系统及其对焦系统 - 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对焦系统，包括物镜，该基因测序仪对焦系统用于检测物镜与基因测序芯片之间的距离，其还包括：检测器，可输出照射至基因测序芯片上的探测光，且可采集探测光射至基因测序芯片上后反射的反馈光；第一二向色镜，可将探测光反射至物镜上、可将反馈光反射至检测器上，且容许特定波长的光透过；物镜设于基因测序芯片之上，第一二向色镜设于物镜与检测器之间，物镜将探测光汇聚于基因测序芯片上且将反馈光汇聚于第一二向色镜上。该对焦系统由于采用了第一二向色镜，其具有对焦准确的优点。本实用新型还提供了一种基因测序仪光学系统，该系统采用了上述对焦系统，其同样具有对焦准确的优点。

Description

基因测序仪光学系统及其对焦系统

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及其对焦系统。

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)。在进行基因测序之前，还需要对光学系统中的物镜和基因测序芯片进行对焦，但是现有技术中的基因测序仪对焦系统结构复杂而且对焦的准确度不高，同时，现有的基因测序仪光学系统整体结构也比较复杂，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、对焦准确的基因测序仪对焦系统和基因测序仪光学系统。

本实用新型所提供的基因测序仪对焦系统是这样实现的，一种基因测序仪对焦系统，包括物镜，该基因测序仪对焦系统用于检测所述物镜与基因测序芯片之间的距离，其还包括：

检测器，可输出照射至所述基因测序芯片上的探测光，且可采集所述探测光射至所述基因测序芯片上后反射的反馈光；

第一二向色镜，可将所述探测光反射至所述物镜上、可将所述反馈光反射至所述检测器上，且容许特定波长的光透过；

所述物镜设于所述基因测序芯片之上，所述第一二向色镜设于所述物镜与所述检测器之间，所述物镜将所述探测光汇聚于所述基因测序芯片上且将所述反馈光汇聚于所述第一二向色镜上。

进一步地，该基因测序仪对焦系统还包括用于改变所述探测光和所述反馈光传播方向的反射镜，所述反射镜设于所述第一二向色镜与所述检测器之间，将所述探测光反射至所述第一二向色镜上、将所述反馈光反射至所述检测器上。

更进一步地，该基因测序仪对焦系统还包括多个用于改变所述探测光和所述反馈光传播方向的反射镜。

具体地，该基因测序仪对焦系统还包括用于移动所述物镜的移动装置，所述物镜设于所述移动装置上。

本实用新型所提供的基因测序仪对焦系统采用了第一二向色镜，该第一二向色镜除了可以反射探测光和反馈光外，还可以容许特定波长的光透过，可以容许基因测序仪内的其他特定波长光线透过，这就能够使得基因测序仪内的其他特定波长光线可以与探测光和反馈光在同一光轴路径上进行传播，简化了基因测序仪内的光学系统，在保证能够准确对焦的同时，可以保证整个基因测序仪的准确性。

本实用新型所提供的基因测序仪光学系统是这样实现的，一种基因测序仪光学系统，用于激发所述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，该基因测序仪光学系统采用了上述基因测序仪对焦系统。

进一步地，该基因测序仪光学系统包括：

激光源，可发射用于激发所述荧光标记物的激发光；

信号采集装置，用于采集所述荧光信号；

第二二向色镜，用于反射所述激发光并容许所述荧光信号透过；

所述第一二向色镜容许所述激发光和所述荧光信号透过；

所述第二二向色镜设于所述激光源与所述第一二向色镜之间，将所述激发光反射至所述第一二向色镜上，透过所述第一二向色镜的所述激发光射至所述物镜上，所述物镜将所述激发光汇聚于所述基因测序芯片上；所述第二二向色镜还位于所述第一二向色镜与所述信号采集装置之间，所述物镜将所述荧光信号汇聚于所述第一二向色镜上，透过所述第一二向色镜的荧光信号射至所述第二二向色镜上，透过所述第二二向色镜的荧光信号射至所述信号采集装置上。

本实用新型所提供的基因测序仪光学系统由于采用了上述基因测序仪对焦系统，可以准确地进行物镜与基因测序芯片的对焦，简化了基因测序仪光学系统的结构。

附图说明

图1为本实用新型所提供的基因测序仪对焦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对焦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对焦系统对焦原理的简化示意图，其为物镜和基因测序芯片之间的局部放大图；

图4为本实用新型所提供的基因测序仪光学系统的示意图。

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对焦系统，包括物镜1，该基因测序仪对焦系统用于检测所述物镜1与基因测序芯片2之间的距离，其还包括：

检测器3，可输出照射至所述基因测序芯片2上的探测光4，且可采集所述探测光4射至所述基因测序芯片2上后反射的反馈光5；

第一二向色镜6，可将所述探测光4反射至所述物镜1上、可将所述反馈光5反射至所述检测器3上，且容许特定波长的光透过；

所述物镜1设于所述基因测序芯片2之上，所述第一二向色镜6设于所述物镜1与所述检测器3之间，所述物镜1将所述探测光4汇聚于所述基因测序芯片2上且将所述反馈光5汇聚于所述第一二向色镜6上。

从检测器3射出的探测光4经第一二向色镜6反射至物镜1上，物镜1将该探测光4汇聚照射于基因测序芯片2上，基因测序芯片2反射出反馈光5，该反馈光5经物镜1汇聚照射至第一二向色镜6，经该第一二向色镜6反射后射至检测器3处，被检测器3采集，从而分析物镜1与基因测序芯片2之间是否处于合适的相对距离，一般来说物镜1的焦点刚好汇聚于基因测序芯片2上。

本实用新型所提供的基因测序仪对焦系统采用了第一二向色镜6，该第一二向色镜6除了可以反射探测光4和反馈光5外，还可以容许特定波长的光透过，可以容许基因测序仪内的其他特定波长光线透过，这就能够使得基因测序仪内的其他特定波长光线可以与探测光4和反馈光5在同一光轴路径上进行传播，简化了基因测序仪内的光学系统，在保证能够准确对焦的同时，可以保证整个基因测序仪的准确性。

参见图2，本实用新型所提供的基因测序仪对焦系统还可以包括用于改变所述探测光4和所述反馈光5传播方向的反射镜7，所述反射镜7设于所述第一二向色镜6与所述检测器3之间，将所述探测光4反射至所述第一二向色镜6上、将所述反馈光5反射至所述检测器3上。反射镜7的用途在于能够任意改变探测光4和反馈光5的传播方向，使得基因测序仪对焦系统内的光学部件能够按照需要安装到指定的位置。如果想多次改变探测光4和反馈光5的传播方向，本实用新型所提供的基因测序仪对焦系统还可以包括多个用于改变所述探测光4和所述反馈光5传播方向的反射镜。

本实用新型所提供的基因测序仪对焦系统还可以包括用于移动所述物镜1的移动装置，所述物镜设于所述移动装置上。该移动装置可以是自动化装置，也可以是人工调节装置，如果选用自动化的移动装置则可以提高基因测序仪对焦系统的自动化程度。移动装置可以选用目前市面上已有的产品，因此文中不再赘述，附图中不再详细示意。

图3所示为基因测序仪对焦系统对焦原理的简化示意图，标号13、14、15分别表示基因测序芯片2表面相对物镜1的三个相对位置，当基因测序芯片2位于这三个不同位置时，探测光4射至基因测序芯片2表面后的反射光(反馈光)就有三种不同的反射路径，位置13反射的反馈光为5，位置14反射的反馈光为5’，位置15反射的反馈光为5”，根据反馈光的不同，就能够检测出物镜1与基因测序芯片2之间是否处于准确的相对位置。应当理解，本实用新型的对焦原理并不以上述内容为限，本实用新型的对焦系统还可以基于其他对焦原理进行设计。

参见图4，本实用新型实施例还提供了一种基因测序仪光学系统，用于激发所述基因测序芯片2上的荧光标记物并采集该荧光标记物发射的荧光信号11(荧光信号为光线)，该基因测序仪光学系统采用了上述基因测序仪对焦系统。荧光标记物体积极其小，因此在图中并未示出。

具体地，该基因测序仪光学系统包括：

激光源8，可发射用于激发所述荧光标记物的激发光9；

信号采集装置10，用于采集所述荧光信号11；

第二二向色镜12，用于反射所述激发光9并容许所述荧光信号11透过；

所述第一二向色镜6容许所述激发光9和所述荧光信号11透过；

所述第二二向色镜12设于所述激光源8与所述第一二向色镜6之间，将所述激发光9反射至所述第一二向色镜6上，透过所述第一二向色镜6的所述激发光9射至所述物镜1上，所述物镜1将所述激发光9汇聚于所述基因测序芯片2上；所述第二二向色镜12还位于所述第一二向色镜6与所述信号采集装置10之间，所述物镜1将所述荧光信号11汇聚于所述第一二向色镜6上，透过所述第一二向色镜6的荧光信号11射至所述第二二向色镜12上，透过所述第二二向色镜12的荧光信号11射至所述信号采集装置10上。

本实用新型所提供的基因测序仪光学系统由于采用了上述基因测序仪对焦系统，可以准确地进行物镜1与基因测序芯片2的对焦，简化了基因测序仪光学系统的结构。

作为一种具体实施方式之一，本实施例中的信号采集装置10包括两个信号采集相机18和19，可用于采集荧光信号，信号采集相机18前设有滤光片22和透镜(或筒镜)20，信号采集相机19前设有滤光片23和透镜(或筒镜)21。图4所示的基因测序仪光学系统还包括二向色镜17和反射镜16，荧光信号11含有两种波长的荧光信号(第一波长荧光信号30和第二波长荧光信号31)，二向色镜17反射第一波长荧光信号30但允许第二波长荧光信号31透过。激光源8包括两个激光器(24和25)、两条光纤(28和29)、耦合器26、准直器27、耦合光纤32。

为能够更清楚地理解图4所示的基因测序仪光学系统，以下对该光学系统的光路进行简要描述：

检测器3射出探测光4，探测光4经第一二向色镜6反射至物镜1上，物镜1将探测光4汇聚至基因测序芯片2上，基因测序芯片2反射出反馈光5，反馈光5经物镜1汇聚射至第一二向色镜6，经第一二向色镜6反射回检测器3，被检测器3采集，从而对物镜1和基因测序芯片2进行对焦检测。图中的部分探测光4与部分激发光9基本重叠，因此图中标号为“4/9”，部分反馈光5与部分荧光信号11基本重叠，因此图中标号为“5/11”。

对焦完毕后，激光器24和25分别发射出两种波长的激光，分别经光纤28和29传播至耦合器26处，耦合器26将光纤28和29耦合成一条耦合光纤32，耦合光纤32内的光经准直器27准直后形成激发光9，激发光9经第二二向色镜12反射至第一二向色镜6，激发光9透过第一二向色镜6(第一二向色镜6允许激发光9和荧光信号11透过)，由物镜1汇聚至基因测序芯片2上，基因测序芯片2上的荧光标记物受激发后发射出荧光信号11，荧光信号11由物镜1汇聚后射至第一二向色镜6，荧光信号11依次透过第一二向色镜6和第二二向色镜12后，经反射镜16反射至二向色镜17，荧光信号11中的第一波长荧光信号30被二向色镜17反射至信号采集相机18，最终被信号采集相机18采集，荧光信号11中的第二波长荧光信号31透过二向色镜17射至信号采集相机19，最终被信号采集相机19采集。具体光路图可参见图4。

当然，基因测序仪光学系统内光学部件可以依照所需进行设置，并不以图4所示为限。

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 (6)

1.一种基因测序仪对焦系统，包括物镜，该基因测序仪对焦系统用于检测所述物镜与基因测序芯片之间的距离，其特征在于，还包括：

检测器，可输出照射至所述基因测序芯片上的探测光，且可采集所述探测光射至所述基因测序芯片上后反射的反馈光；

第一二向色镜，可将所述探测光反射至所述物镜上、可将所述反馈光反射至所述检测器上，且容许特定波长的光透过；

所述物镜设于所述基因测序芯片之上，所述第一二向色镜设于所述物镜与所述检测器之间，所述物镜将所述探测光汇聚于所述基因测序芯片上且将所述反馈光汇聚于所述第一二向色镜上。

2.如权利要求1所述的基因测序仪对焦系统，其特征在于：还包括用于改变所述探测光和所述反馈光传播方向的反射镜，所述反射镜设于所述第一二向色镜与所述检测器之间，将所述探测光反射至所述第一二向色镜上、将所述反馈光反射至所述检测器上。

3.如权利要求1所述的基因测序仪对焦系统，其特征在于：还包括多个用于改变所述探测光和所述反馈光传播方向的反射镜。

4.如权利要求1-3任一项所述的基因测序仪对焦系统，其特征在于：还包括用于移动所述物镜的移动装置，所述物镜设于所述移动装置上。

5.一种基因测序仪光学系统，用于激发所述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：采用了权利要求1-4任一项所述的基因测序仪对焦系统。

6.如权利要求5所述的基因测序仪光学系统，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；

信号采集装置，用于采集所述荧光信号；

第二二向色镜，用于反射所述激发光并容许所述荧光信号透过；

所述第一二向色镜容许所述激发光和所述荧光信号透过；

所述第二二向色镜设于所述激光源与所述第一二向色镜之间，将所述激发光反射至所述第一二向色镜上，透过所述第一二向色镜的所述激发光射至所述物镜上，所述物镜将所述激发光汇聚于所述基因测序芯片上；所述第二二向色镜还位于所述第一二向色镜与所述信号采集装置之间，所述物镜将所述荧光信号汇聚于所述第一二向色镜上，透过所述第一二向色镜的荧光信号射至所述第二二向色镜上，透过所述第二二向色镜的荧光信号射至所述信号采集装置上。