CN208791639U - 一种光学引擎系统及基因测序仪 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光学引擎系统及基因测序仪，包括第一波长激光组件、第二波长激光组件以及光束耦合组件；其中，所述第一波长激光组件用于发出第一波长激光准直光束，所述第二波长激光组件用于发出第二波长激光准直光束；所述光束耦合组件的输入端用于接收所述第一波长激光准直光束和第二波长激光准直光束。本申请提供的光学引擎系统，用于输出高稳定性的激光束，便于其在基因测序光路中的光路调节。且本申请提供的光学引擎系统，结构简单，便于安装，有效简化激光束在基因测序光路中的光路调节。

Description

一种光学引擎系统及基因测序仪

技术领域

本申请涉及基因测序技术领域，尤其涉及一种光学引擎系统及基因测序仪。

背景技术

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DNA片段的碱基序列，也就是腺嘌呤(A)、尿嘧啶(U)、胞嘧啶(C)与鸟嘌呤(G)的排列方式。

基因测序通常采用的设备仪器为基因测序仪。基因测序仪通过光学引擎系统分时序发射两种不同波长的激光(激发光)，同时基因测序芯片上的四种碱基仅使用两种荧光标记物进行标记，激发光激发两种荧光标记物产生两种波长的荧光，通过分时发射产生的两种荧光波长组合，能够区分四种碱基。现基因测序仪的光学引擎系统一般使用多根光纤分别耦合不同波长的激光束，再通过光纤熔接实现不同波长在同一根光纤终端输出。然而在具体使用中，光纤终端输出的激光束不稳定且调试不便。

实用新型内容

本申请提供了一种光学引擎系统及基因测序仪，提高输出激光束的稳定性，便于其在基因测序光路中的光路调节。

第一方面，本申请提供了一种光学引擎系统，包括第一波长激光组件、第二波长激光组件以及光束耦合组件；其中，

所述第一波长激光组件用于发出第一波长激光准直光束，所述第二波长激光组件用于发出第二波长激光准直光束；

所述光束耦合组件的输入端用于接收所述第一波长激光准直光束和第二波长激光准直光束。

可选的，上述光学引擎系统中，所述第一波长激光组件包括第一波长激光二极管和第一光学组件，所述第一光学组件用于准直所述第一波长激光二极管发出的第一波长激光光束，获取第一波长激光准直光束；

所述第二波长激光组件包括第二波长激光二极管和第二光学组件，所述第二光学组件用于准直所述第二波长激光二极管发出的第二波长激光光束，获取第二波长激光准直光束。

可选的，上述光学引擎系统中，所述系统还包括二向色镜，所述二向色镜位于所述第一波长激光准直光束和第二波长激光准直光束的交点处。

可选的，上述光学引擎系统中，所述二向色镜的中轴线分别与所述第一波长激光准直光束和第二波长激光准直光束的夹角为45°。

可选的，上述光学引擎系统中，所述光束耦合组件包括耦合透镜、耦合光纤和第三光学组件；

所述耦合光纤的输入端位于所述耦合透镜的焦点，所述耦合光纤的输出端位于所述第三光学组件的焦点。

可选的，上述光学引擎系统中，所述第一光学组件包括聚焦透镜、微透镜阵列、柱面镜组或光纤合束器的一种或多种；和/或第二光学组件包括聚焦透镜、微透镜阵列、柱面镜组或光纤合束器的一种或多种。

可选的，上述光学引擎系统中，所述第三光学组件包括聚焦透镜、微透镜阵列、柱面镜组或光纤合束器的一种或多种。

可选的，上述光学引擎系统中，所述耦合透镜为消色差透镜，所述消色差透镜具有正的光焦度，其有效焦距为5-25mm。

可选的，上述光学引擎系统中，所述二向色镜透射所述第一波长激光准直光束，所述二向色镜反射所述第二波长激光准直光束。

可选的，上述光学引擎系统中，所述第一波长激光准直光束的波长为520-550nm，所述第二波长激光准直光束的波长为635-670nm。

第二方面，基于本申请提供的光学引擎系统，本申请还提供了一种基因测序仪，包括光学引擎系统，所述光学引擎系统为上述任意一项所述的光学引擎系统。

本申请提供的一种光学引擎系统，用于基因测序仪，第一波长激光组件产生第一波长激光准直光束，第二波长激光组件产生第二波长激光准直光束，第一波长激光准直光束和第二波长激光准直光束经光束耦合组件耦合，耦合后的激光光束聚焦到基因测序芯片的样品上，控制第一波长激光组件和第二波长激光组件的开闭进行基因测序。本申请提供的光学引擎系统，用于输出高稳定性的激光束，便于其在基因测序光路中的光路调节。且本申请提供的光学引擎系统，结构简单，便于安装，有效简化激光束在基因测序光路中的光路调节。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的光学引擎系统的结构示意图。

其中：

100-第一波长激光组件，101-第一波长激光二极管，102-第一光学组件，200-第二波长激光组件，201-第二波长激光二极管，202-第二光学组件，300-光束耦合组件，301-耦合透镜，302-耦合光纤，303-第三光学组件，400-二向色镜。

具体实施方式

本申请提供了一种光学引擎系统及基因测序仪，提高输出激光束的稳定性，便于其在基因测序光路中的光路调节。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

附图1为本申请实施例提供的光学引擎系统的基本结构。如附图1所示，本申请实施例提供的光学引擎系统包括第一波长激光组件100、第二波长激光组件200以及光束耦合组件300。

第一波长激光组件100和第二波长激光组件200用于产生不同波长的激光准直光束。具体的，第一波长激光组件100用于发出第一波长激光准直光束，可选的第一波长激光准直光束的波长为500-550nm；第二波长激光组件200用于发出第二波长激光准直光束，可选的第二波长激光准直光束的波长为610-670nm。优选的，所述第一波长激光准直光束的波长为520-550nm，所述第二波长激光准直光束的波长为635-670nm。通常，第一波长激光组件100和第二波长激光组件200分别包括产生不同波长激光的光源，如激光二极管，还包括对激光光束进行准直处理的装置，如聚焦透镜、柱面镜、准直透镜等光学件。在本申请具体实施方式中，第一波长激光组件100和/或第二波长激光组件200还可以分别包括激光二极管阵列和光学组件，所述光学组件可以为聚焦透镜、微透镜阵列、柱面镜组或光纤合束器等中的一种或多种。

光束耦合组件300的输入端用于接收所述第一波长激光准直光束和第二波长激光准直光束，将第一波长激光准直光束和第二波长激光准直光束进行耦合。光束耦合组件300的输出端用于输出激光光束，并通过基因次序光路中的物镜聚焦到基因测序芯片的样品上。光束耦合组件300包括光纤，第一波长激光准直光束和第二波长激光准直光束通过光纤进行耦合。光束耦合组件300的输出端输出用于基因测序的激发光。

具体的，基因测序芯片上的A、T、G、C四种碱基使用两种荧光染料进行标记，其中，A碱基和G碱基分别只和其中一种荧光染料结合，T碱基不和荧光染料结合，C碱基和两种荧光染料都结合，而这两种荧光染料，只能分别被第一波长激光光束和第二波长激光光束中的一种激发，另一波长激光光束对其不能激发。第一波长激光组件100开启，基因芯片上的样品(DNA纳米球)被第一波长激光光束激发荧光并被光学系统成像到相机，相机检测到荧光信号并拍照，然后第一波长激光组件100关闭，第二波长激光组件200打开，样品被第二波长激光光束激发荧光并被光学系统成像到相机，相机检测到荧光信号并拍照。在同一位置的样品被激光激发时，若检测到荧光信号则标记为1，没有检测到则记为0，依次记录其两次拍照时的荧光信号状态。若是A碱基，只结合一种荧光染料，第一波长激光光束激发时能检测到荧光信号，第二波长激光光束激发时不能检测到荧光信号，则记为10；同理，G碱基，只结合了另一种荧光染料，第一波长激光光束激发时不能检测到荧光信号，第二波长激光光束激发时能检测到荧光信号，则记为01；T没有结合荧光染料，所以两次不同波长激发都不能检测到荧光信号，记为00；C碱基结合了两种荧光染料，两次不同波长激发时都能检测到荧光信号，记为11。当光学系统按顺序完成两次拍照，并记录每个DNA纳米球位置的荧光信号状态，就能检测到其碱基信息。因此，本申请实施例提供的光学引擎系统，可实现不同波长激光光束的快速切换，简化激光束在基因测序光路中的光路调节。

本申请提供的一种光学引擎系统，用于基因测序仪，第一波长激光组件产生第一波长激光准直光束，第二波长激光组件产生第二波长激光准直光束，第一波长激光准直光束和第二波长激光准直光束经光束耦合组件耦合，耦合后的激光光束聚焦到基因测序芯片的样品上，控制第一波长激光组件和第二波长激光组件的开闭进行基因测序。本申请提供的光学引擎系统，用于输出高稳定性的激光束，便于其在基因测序光路中的光路调节。且本申请提供的光学引擎系统，结构简单，便于安装，有效简化激光束在基因测序光路中的光路调节。

下面结合具体实施例对本申请实施例提供的光学引擎系统进一步说明，具体如下：

实施例一

在本实施例具体实施方式中，如附图1所示，第一波长激光组件100包括第一波长激光二极管101和第一光学组件102，第一光学组件102为准直透镜，第一波长激光二极管101产生第一波长激光光束，第一光学组件102用于准直所述第一波长激光二极管101发出的第一波长激光光束，获取第一波长激光准直光束。第一光学组件102用于减少第一波长激光二极管101发出的第一波长激光光束的发散角，提高第一波长激光光束的能量耦合效率。

在本实施例具体实施方式中，如附图1所示，第二波长激光组件200包括第二波长激光二极管201和第二光学组件202，第二光学组件202为准直透镜，第二波长激光二极管201产生第二波长激光光束，第二光学组件202用于准直所述第二波长激光二极管201发出的第二波长激光光束，获取第二波长激光准直光束。第二光学组件202用于减少第二波长激光二极管201发出的第二波长激光光束的发散角，提高第二波长激光光束的能量耦合效率。

第一波长激光二极管101和第二波长激光二极管201用于产生不同波长激光光束。在本申请中，第一波长激光二极管101产生的激光光束经准直后获得波长为520-550nm的第一波长激光准直光束，第二波长激光二极管201产生的激光光束经准直后获得波长为635-670nm。的第二波长激光准直光束。在本申请中，第一波长激光二极管101和第二波长激光二极管201优选半导体激光器。

在本申请实施例中，第一光学组件102和第二光学组件202所采用的准直透镜可以为非球面准直透镜，激光二极管设置在非球面准直透镜的像面工作距离以内，非球面准直透镜的数值孔径与激光二极管的发散角相匹配，非球面准直透镜可以将激光二极管的快轴和慢轴方向同时准直，从而获得截面为椭圆形的平行光束。在本申请具体实施方式中，第一光学组件102的数值孔径对应的接收角大于第一波长激光二极管101的发散角，第二光学组件202的数值孔径对应的接收角大于第二波长激光二极管201的发散角。在本申请具体实施方式中，非球面准直透镜具有正的光焦度且其有效焦距为2-5mm。为了提高非球面准直透镜的透射率，可以在非球面准直透镜的入射面和出射面设置激光二极管出光波长所在波段透射率为99％以上的增透膜。

在本申请具体实施方式中，如附图1所示，本申请提供的光学引擎系统还包括二向色镜400，二向色镜400设置在第一波长激光准直光束和第二波长激光准直光束的交点处。二向色镜400用于透射或反射第一波长激光准直光束以及第二波长激光准直光束，进行激光光束耦合前的激光合束。如附图1所示，二向色镜400用于透射第一波长激光准直光束以及反射第二波长激光准直光束，但不局限于此。

具体的，二向色镜400的中轴线分别与第一波长激光准直光束和第二波长激光准直光束的夹角为45。以二向色镜400透射第一波长激光准直光束以及二向色镜400反射第二波长激光准直光束为例，第一波长准直激光束以入射角45°的方向入射二向色镜400，该二向色镜400所镀膜系对第一波长激光光束45°入射高透，第二波长准直激光束以垂直于第一波长准直激光束的指向，且以入射角45°的方向入射二向色镜400，该二向色镜400所镀膜系对第二波长激光45°入射高透，该二向色镜400位于第一波长激光准直光束和第二波长激光准直光束的交叉处，将此两不同波长的准直激光束形成合束。

在本申请具体实施方式中，如附图1所示，光束耦合组件300包括耦合透镜301、耦合光纤302和第三光学组件303，耦合光纤302的输入端位于耦合透镜301的焦点，耦合光纤302的输出端位于第三光学组件303的焦点。第三光学组件(303)包括聚焦透镜、微透镜阵列、柱面镜组或光纤合束器的一种或多种。在本实施例中第三光学组件303为准直透镜。

耦合透镜301用于将第一波长激光准直光束和第二波长激光准直光束聚焦耦合，可以降低由第一波长激光准直光束和第二波长激光准直光束因波长差异引起的焦距差异，并且具有优越的聚焦效果(相比平凸单透镜)，进而提高第一波长激光准直光束和第二波长激光准直光束的光纤耦合效率。具体的，耦合透镜301优选为消色差透镜，消色差透镜具有正的光焦度，有效焦距为5-25mm。耦合光纤302为单模或多模光纤，单模光纤模场直径为4um-5um，多模光纤的纤芯直径为50um-400um。第一波长激光准直光束和第二波长激光准直光束经过耦合光纤302耦合后，由光纤输出端输出，经第三光学组件303准直处理。由于经过耦合光纤302输出的激发光具有一定的发散性，因此经第三光学组件303处理可减少激发光的发散角，有助于提高激发光能量耦合效率。第三光学组件303所采用的准直透镜可为非球面准直透镜，所述非球面准直透镜具有正的光焦度且其有效焦距为2-5mm，其结构以及性能与第一光学组件102采用的准直透镜相似，在此不再赘述。

耦合光纤302的输入端位于耦合透镜301的焦点，有助于保证耦合光纤302能够保证经过耦合透镜301聚焦耦合的激光准直光束全部进入耦合光纤302；耦合光纤302的输出端位于第三光学组件303的焦点，有助于保证耦合光纤302输出的激发光能够全部被第三光学组件303准直处理。因此可减少光束传导过程中的损耗。

实施例二

在本实施例具体实施方式中，第一波长激光组件100包括阵列排布的第一波长激光二极管和光学件，光学件用于将阵列排布的第一波长激光二极管产生的第一波长激光光束进行合束，阵列排布的第一波长激光二极管产生的第一波长激光光束由所述光学组件输出，所述光学件为透镜、微透镜阵列、柱面镜组或合束器。

在本实施例具体实施方式中，第二波长激光组件200包括阵列排布的第二波长激光二极管和光学件，光学件用于将阵列排布的第二波长激光二极管产生的第二波长激光光束进行合束，阵列排布的第二波长激光二极管产生的第一波长激光光束由所述光学组件输出，所述光学件为透镜、微透镜阵列、柱面镜组或合束器。

上述事实方式能够有效整合激光器输出功率，并能够最优化产品性能，在同等激光器输出功率情况下，有效缩减产品使用空间。

实施例三

在本实施例具体实施方式中，所述光学引擎系统包括阵列排布的第一波长激光组件100、第二波长激光组件200、光束耦合组件300以及第二光束耦合组件，第一波长激光组件100、第二波长激光组件200、光束耦合组件300的结构可参考上述实施例一和二，第二光束耦合组件的结构组成与光束耦合组件300相同，在此不再赘述。

以上各个实施例与其上述实施例均有相同之处，相同部分可相互参照，在此不再过多阐述。

基于本申请实施例提供的光学引擎系统，本申请还提供了一种基因测序仪，所述基因测序仪包括上述实施例提供光学引擎系统。该基因测序仪运用本申请实施例提供的光学引擎系统，由于光学引擎系统结构简单，在使用过程中安装方便、装调容易、易于实现、结构紧凑、成本较低，因此可以有效地简化激发光在基因测序光路中的光路调节。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种光学引擎系统，其特征在于，包括第一波长激光组件(100)、第二波长激光组件(200)以及光束耦合组件(300)；其中，

所述第一波长激光组件(100)用于发出第一波长激光准直光束，所述第二波长激光组件(200)用于发出第二波长激光准直光束；

所述光束耦合组件(300)的输入端用于接收所述第一波长激光准直光束和第二波长激光准直光束。

2.如权利要求1所述的光学引擎系统，其特征在于，所述第一波长激光组件(100)包括第一波长激光二极管(101)和第一光学组件(102)，所述第一光学组件(102)用于准直所述第一波长激光二极管(101)发出的第一波长激光光束，获取第一波长激光准直光束；

所述第二波长激光组件(200)包括第二波长激光二极管(201)和第二光学组件(202)，所述第二光学组件(202)用于准直所述第二波长激光二极管(201)发出的第二波长激光光束，获取第二波长激光准直光束。

3.如权利要求2所述的光学引擎系统，其特征在于，所述系统还包括二向色镜(400)，所述二向色镜(400)位于所述第一波长激光准直光束和第二波长激光准直光束的交点处。

4.如权利要求3所述的光学引擎系统，其特征在于，所述二向色镜(400)的中轴线分别与所述第一波长激光准直光束和第二波长激光准直光束的夹角为45°。

5.如权利要求1所述的光学引擎系统，其特征在于，所述光束耦合组件(300)包括耦合透镜(301)、耦合光纤(302)和第三光学组件(303)；

所述耦合光纤(302)的输入端位于所述耦合透镜(301)的焦点，所述耦合光纤(302)的输出端位于所述第三光学组件(303)的焦点。

6.如权利要求2所述的光学引擎系统，其特征在于，所述第一光学组件(102)包括聚焦透镜、微透镜阵列、柱面镜组或光纤合束器的一种或多种；

和/或，第二光学组件(202)包括聚焦透镜、微透镜阵列、柱面镜组或光纤合束器的一种或多种。

7.如权利要求5所述的光学引擎系统，其特征在于，所述耦合透镜(301)为消色差透镜，所述消色差透镜具有正的光焦度，其有效焦距为5-25mm。

8.如权利要求3所述的光学引擎系统，其特征在于，所述二向色镜(400)透射所述第一波长激光准直光束，所述二向色镜(400)反射所述第二波长激光准直光束。

9.如权利要求1所述的光学引擎系统，其特征在于，所述第一波长激光准直光束的波长为520-550nm，所述第二波长激光准直光束的波长为635-670nm。

10.一种基因测序仪，其特征在于，包括光学引擎系统，所述光学引擎系统如权利要求1-9任一项所述的光学引擎系统。