CN211471428U - 一种针对pcr仪的荧光扫描系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种针对PCR仪的荧光扫描系统，其包括PCR管温浴孔开孔结构、光路结构、运动驱动组件，所述PCR管温浴孔结构安装于PCR温控模块上，所述光路结构安装于所述运动驱动组件上，所述光路结构位于所述PCR温浴孔开孔结构的侧面，所述光路结构相对于所述PCR管温浴孔开孔结构形成对射或者反射，同时能高效高速地将收集所激发的荧光，进行滤光和光电检测。本实用新型不仅使得实时荧光定量PCR系统结构简单、荧光扫描效率高，还能实时性好、应用灵活，可以很容易实现多光路同时或分时扫描、多重PCR同时地、独立地工作。

Description

一种针对PCR仪的荧光扫描系统

技术领域

本实用新型涉及实时荧光定量PCR领域，具体涉及一种高效、高速、灵活的PCR的实时荧光扫描的系统方案。

背景技术

简单的说，PCR就是利用DNA聚合酶对特定基因做体外或试管内In Vitro的大量合成，基本上它是利用DNA聚合酶进行专一性的连锁复制。而PCR仪就是提供整个PCR过程的一种仪器。为了更好地监测PCR过程，同时对目标DNA进行定量，实时荧光定量PCR仪也应运而生了。而实时荧光定量PCR仪的荧光定量技术，也决定了本PCR仪的主要性能。PCR的荧光检测技术有很多种，目前市售的仪器，大多为成像及扫描两种技术路线。成像方式的光路组成，一种结构是采用大功率的激发光源，如卤钨灯，其可以激发96孔所有反应位置，发射的荧光通过镜头被成像器件收集并进行判断，此种方式不同反应位置存在光程差，导致检测数据的差异。另一种成像方式是采用光纤作为光传输机构，解决了光程差的问题，但光纤带来的传输损失会影响检测灵敏度。扫描模式大多采用EP管顶部扫描或底部扫描，顶部扫描一般是弓形扫描，对96个位置进行行列扫描检测，但由于顶盖一般存在热盖，对于结构设计来说比较复杂，另外，热盖的温度也会对检测器件造成影响，进而影响检测数据的均一性。底部扫描模式，由于底部存在加热器件及散热器件，再集成光路，一是结构复杂问题，再者PCR温控模块的升降温对检测器件和光路的影响更大，会加大检测数据的标准偏差。上采集和底部采集都会由于热盖或者加热器的结构件造成荧光采集距离加大，光学采集效率是与采集距离是平方关系，上采集和底部采集的光学采集效率会因此大大降低。现有荧光扫描技术，一般都是连续扫描的，由于多路不同荧光通道同时采样，容易造成不同荧光通道间的信号串扰。为了解决这个信号的串扰问题，还需要额外考虑增加各种结构和算法。本荧光扫描系统就是提供一种高效、高速、灵活的PCR的实时荧光扫描的系统方案，能够良好解决以上不足。

实用新型内容

本实用新型是提供一种高效、高速、灵活的PCR实时荧光扫描系统方案。本实用新型可以灵活地应用到一路、二路、多路光路的荧光扫描，同时可以进行高速地、高灵敏度地、高动态范围地扫描荧光，从根本上提高实时定量PCR仪的关键性能。

一种荧光扫描系统，包括PCR管温浴孔开孔结构、光路结构、运动驱动组件，所述PCR管温浴孔结构安装于PCR温控模块上，主要特征在于光路结构位于PCR管温浴孔结构侧面的运动驱动组件上，激发光和发射光是在PCR管温浴孔结构的侧面进行激发和荧光扫描。所述的扫描是连续运动的线扫描，扫描过程中不停顿。此类扫描运动可以大大提高采集系统的实时性，提高信号采集的稳定性，并同时减少扫描时的运动噪声。

进一步地，所述的PCR管温浴孔开孔结构，温浴孔的侧面开孔，且不限于单侧或者双侧开孔。一般地，单侧开孔，应用的是激发光与发射光形成反射光路；双侧开孔，应用的是激发光与发射光形成对射光路。

进一步地，由于光路并列排列，与运动方向平行，所有光路都可以路过所有的PCR管温浴孔，因此所述的光路结构可以是单光路的采集结构，也可以是多光路的采集结构。

进一步地，所述的光路结构，光电检测元件一般不限于单检测元件或多检测元件。

进一步地，所述单检测元件，可以应用于单光路检测和多光路检测。单光路检测的激发光源可以恒定打开，多光路检测的激发光源可以通过分时闪烁的方法进行多光路检测。

进一步地，所述的光路结构中，可以直接在运动结构上集成光学器件，可以通过光纤将光路导引到其他稳定结构处进行光学处理。

进一步地，所述的光路结构中的光电检测器件，不限于光电池、雪崩二极管、光电倍增管等，光源也不限于发光二极管LED、激光器、惰性气体灯等。最优方案是光电倍增管的光电检测器件加上发光二极管LED，能够很方便实现高灵敏度、高响应速率、高稳定度、长寿命的光学检测系统。

进一步地，运动驱动组件，可以是高精度定位的运动结构，其运动机构不限于步进电机、伺服电机、直流电机等，其定位也不限于步进电机脉冲定位、光电编码器定位、磁编码器定位等

进一步地，所述荧光扫描系统，不限于单件光路结构对应单PCR管温浴孔开孔结构，也可以单件光路结构对应双列PCR管温浴孔开孔结构，以此提高PCR检测的通量，且更加结构紧凑。

本实用新型还要求保护一种荧光扫描系统应用于实时荧光定量PCR领域。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，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实用新型的某些实施例，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为本实用新型的荧光扫描系统的结构示意图；

图2为本实用新型的光路结构示意图。

附图标记说明：

PCR加热模块11、PCR温浴孔12、运动驱动组件13、光路结构14、激发光LED 21、激发光滤片22、单色激发光23、发射光滤片24、光电检测器25、单波长的发射光26、二向色镜27、聚光物镜29。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型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实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

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。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”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；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。

实施例1

结合图1、图2，通过本实施例进一步描述本实用新型的荧光扫描系统。

本荧光扫描系统包括PCR加热模块11、PCR温浴孔12、运动驱动组件13、光路结构14。

PCR加热模块11通过半导体加热器控制温度，使得PCR温浴孔12得到温度变化，PCR温浴孔12是一个侧面开一个小孔的温浴孔，PCR管刚好放置于这个温浴孔12中。运动驱动组件13包括了电机、同步轮、同步带。光路结构14固定在同步带上，被电机拖动，使得光路结构14沿着图1中所示方向进行平行于小孔排列的方向运动。光路组件14包括激发光LED 21、激发光滤片22、二向色镜27、聚光物镜29、发射光滤片24、光电检测器25。

本实施例图1中的运动驱动组件13应用了步距角0.9°的步进电机，16细分的驱动器，使得脉冲的定位精度达到了几个um级别，利用此高精度位置分辨率，进行触发采样，可以很容易得到每个PCR温浴孔12的测孔300个数据，通过这300个数据进行数据积分、冒泡排序等算法，可以很有效地提高系统的灵敏度、信号稳定性、信噪比等关键性能。

本实施例图1中的光路结构14固定在同步带上，安装在高精度的滑轨上，使得光路在线性扫描过程中抖动小，光路稳定。由于本实施例中采用的光路结构14是按照共聚焦原理，使得光路系统具有极高的灵敏度和信噪比。光路结构14沿着图示的运动方向运动与PCR温浴孔12的测孔排列平行，因此一次的线性运动，可以扫描全部的小孔。由此，理论上如果不限于尺寸限制，可以安装无限多的光路都可以独立、同时扫描，以增加PCR系统的检测项目通量。

本实施例的图2中，光源21发出激发光，经过滤色片22的过滤变成了特定波长范围单色激发光23，再经过二向色镜27的全反射成28，最后经过聚焦物镜29的汇聚，到达激发目标PCR温浴孔12的测孔内，激发出荧光形成漫反射，被聚焦物镜29高效地收集，汇聚后透过二向色镜27，经过滤色片24的过滤形成单波长的发射光26，到达光电检测器件25。经过光电检测器件25的光电转换变成电信号导入到电路中。如果要形成共聚焦原理的光路，在滤色片24的后面加一组聚焦目镜和小孔，形成共聚焦，这样由于小孔的过滤，可以将大部分的背景杂散光滤除，大大提高系统的灵敏度，只是系统比较复杂，调试也难度较大。

Claims (9)

1.一种荧光扫描系统，其特征在于，所述系统包括PCR管温浴孔开孔结构、光路结构、运动驱动组件，所述PCR管温浴孔结构安装于PCR温控模块上，所述光路结构安装于PCR管温浴孔结构侧面的运动驱动组件上，激发光和发射光是在PCR管温浴孔结构的侧面进行激发和荧光扫描，所述的扫描是连续运动的线扫描。

2.根据权利要求1所述的荧光扫描系统，其特征在于，所述PCR管温浴孔开孔结构的温浴孔侧面开孔，所述开孔为单侧或者双侧开孔。

3.根据权利要求1所述的荧光扫描系统，其特征在于，所述光路结构的激发光与发射光为对射或者反射光路。

4.根据权利要求3所述的荧光扫描系统，其特征在于，所述光路结构为一路或多路的光学采集结构。

5.根据权利要求4所述的荧光扫描系统，其特征在于，所述光路结构包括光电检测元件，所述光电检测元件为一路检测元件对应一路光学光路或者一路检测元件对应多路光学光路。

6.根据权利要求5所述的荧光扫描系统，其特征在于，所述光电检测元件为光电池、雪崩二极管、或光电倍增管，光源为发光二极管LED、激光器、或惰性气体灯。

7.根据权利要求1所述的荧光扫描系统，其特征在于，所述运动驱动组件为高精度定位的运动结构，其运动机构为步进电机、伺服电机、或直流电机，其定位为步进电机脉冲定位、光电编码器定位、光栅尺定位、或磁编码器定位。

8.根据权利要求1所述的荧光扫描系统，其特征在于，所述系统为单件光路结构对应单PCR管温浴孔开孔结构，或者单件光路结构对应双列PCR管温浴孔开孔结构。

9.根据权利要求1所述的荧光扫描系统，其特征在于，所述线扫描过程的激发光为连续激发或者闪烁激发，发射光被采集系统连续采集或者闪烁采集，允许多路光路系统同时工作。

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