CN212532961U

CN212532961U - 一种荧光定量pcr光学激发装置及成像装置、荧光定量pcr仪

Info

Publication number: CN212532961U
Application number: CN202020935081.5U
Authority: CN
Inventors: 邬鹏程; 高飞
Original assignee: Hunan Lezhun Zhixin Biotechnology Co ltd
Current assignee: Hunan Lezhun Zhixin Biotechnology Co ltd
Priority date: 2020-05-28
Filing date: 2020-05-28
Publication date: 2021-02-12
Anticipated expiration: 2030-05-28

Abstract

本实用新型公开了一种荧光定量PCR光学激发装置及成像装置、荧光定量PCR仪，其中荧光定量PCR光学激发装置包括光源，该光源的出光方向上设有激发光滤光片和二向色镜，还包括设于激发光滤光片与二向色镜之间的光均匀化透镜组；所述光均匀化透镜组包括平行透镜、复眼透镜和积分透镜，激发光滤光片、平行透镜、复眼透镜、积分透镜、二向色镜沿光源的出光方向依次设置；所述光源为宽光谱光源。本实用新型能够获得照度均匀的激发光，并能够在不同的光谱通道进行检测，使用寿命长，光源更换次数少；成像效果好；尤其适用于微流体芯片的荧光定量PCR检测。

Description

一种荧光定量PCR光学激发装置及成像装置、荧光定量PCR仪

技术领域

本实用新型属于生物学检测技术领域，特别涉及一种荧光定量PCR光学激发装置及成像装置、荧光定量PCR仪。

背景技术

荧光定量PCR是分子诊断市场占有率最高的检测项目，广泛应用于传染性疾病、遗传、基因筛查、肿瘤癌症等领域。荧光定量PCR仪具有高特异性、实时性强、通用性强、准确性高等优势，其具有更大的应用价值，例如在新型冠状病毒(2019-nCoV)检测中，PCR技术被广泛应用于病毒检测与肺炎确诊，足见其临床应用价值。

1996年，美国PE公司推出了第一台荧光定量PCR仪，在此之后，ABI、Roche、Bio-Rad等国外巨头也相继推出了一系列的荧光定量PCR仪。

在荧光定量PCR仪高端市场中，国外厂商如美国ABI的7500、7300、7900，Bio-Rad公司的CFX系列、Cepheid公司的Smart Cycler系列，瑞士Roche公司的Light Cycler系列，德国Eppendorf公司的MX系列均占有绝对优势。

目前，通用的荧光定量PCR仪主要针对离心管设计，体积较大，因而利用子系统荧光定量PCR光学激发装置很难获得均匀的激发光。由于激发光不均匀，因而需要采取辅助手段对激发光进行校准，如在样品中添加ROX试剂，由于ROX试剂浓度在所有样品中相同，可以保证ROX试剂荧光强度与激发光呈线性正相关，通过ROX试剂对不均匀的照明激发进行校准。

随着微流体芯片技术的发展，需要在微流体芯片上进行荧光定量PCR检测，如果沿用现有技术中针对离心管设计的荧光定量PCR光学激发装置，由于不能获得均匀的激发光，因而给检测带来了不便。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对现有荧光定量PCR光学激发装置不能获得均匀激发光的不足，提供一种荧光定量PCR光学激发装置及成像装置、荧光定量PCR仪，能够获得照度均匀的激发光。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种荧光定量PCR光学激发装置，包括光源，该光源的出光方向上设有激发光滤光片和二向色镜，其结构特点是还包括设于激发光滤光片与二向色镜之间的光均匀化透镜组。

借由上述结构，光源发出的光经激发光滤光片滤光后，经过光均匀化透镜组，获得照度均匀的激发光，再通过二向色镜折射后获得均匀的激发光。

作为一种优选方式，所述光均匀化透镜组包括平行透镜、复眼透镜和积分透镜，激发光滤光片、平行透镜、复眼透镜、积分透镜、二向色镜沿光源的出光方向依次设置。

借由上述结构，首先由平行透镜对激发光滤光片的出射光进行平行和聚焦，再利用复眼透镜对平行透镜的出射光进行均匀化处理，最后由积分透镜对复眼透镜的出射光进行聚焦收缩，通过二向色镜折射后，获得照度均匀的激发光。

作为一种优选方式，所述光源为宽光谱光源。

借由上述结构，预先给光学激发装置配置多个透射率不同的激发光滤光片(激发光滤光片属于现有成熟产品，是指只有激发荧光的波长可通过的滤光片。根据现有技术能够获得多个透射率不同的激发光滤光片)，在使用时根据需要选择所需透射率对应的激发光滤光片，可以获得所需检测波段的激发光，从而实现在不同的光谱通道进行检测。

作为一种优选方式，所述光源为白色LED光源，光源光谱宽，能够应用于多通道，使用寿命长，减少了光源的更换次数。

进一步地，还包括对光源进行散热的散热单元。

作为一种优选方式，所述散热单元包括风扇和散热片。

基于同一个发明构思，本实用新型还提供了一种荧光定量PCR光学成像装置，包括荧光滤光片和成像单元，所述荧光滤光片位于成像单元的视场范围内；其结构特点是还包括所述的荧光定量PCR光学激发装置，所述光源设于二向色镜的一侧，所述荧光滤光片设于二向色镜的另一侧。

作为一种优选方式，所述成像单元包括CCD相机，所述荧光滤光片位于CCD相机的成像镜头的视场范围内。

作为一种优选方式，所述成像镜头为双远心成像镜头，确保成像低畸变、低渐晕，保证成像效果一致稳定。

基于同一个发明构思，本实用新型还提供了一种荧光定量PCR仪，其结构特点是包括所述的荧光定量PCR光学成像装置。

与现有技术相比，本实用新型能够获得照度均匀的激发光，并能够在不同的光谱通道进行检测，使用寿命长，光源更换次数少；成像效果好；尤其适用于微流体芯片的荧光定量PCR检测。

附图说明

图1为本实用新型所述荧光定量PCR光学激发装置结构示意图。

图2为本实用新型所述荧光定量PCR光学成像装置结构示意图。

图3为样品位置照明效果图。

图4为成像效果示意图。

其中，1为荧光定量PCR光学激发装置，101为光源，102为激发光滤光片，103为二向色镜，104为光均匀化透镜组，1041为平行透镜，1042为复眼透镜，1043为积分透镜，105为散热单元，1051为风扇，1052为散热片，2为荧光滤光片，3为成像单元，301为CCD相机，302为成像镜头，4为样品区域。

具体实施方式

如图1所示，荧光定量PCR光学激发装置1包括光源101，该光源101的出光方向上设有激发光滤光片102和二向色镜103，还包括设于激发光滤光片102与二向色镜103之间的光均匀化透镜组104。

本实施例中，所述光均匀化透镜组104包括平行透镜1041、复眼透镜1042和积分透镜1043，激发光滤光片102、平行透镜1041、复眼透镜1042、积分透镜1043、二向色镜103沿光源101的出光方向依次设置。由平行透镜1041、复眼透镜1042、积分透镜1043对激发光进行整形，从而获得均匀的激发光，对样品区域4形成均匀照明。

光均匀化透镜组104的参数如下表1：

表1光均匀化透镜组参数表

光源101发出的光经激发光滤光片102滤光后，首先由平行透镜1041对激发光滤光片102的出射光进行平行和聚焦，再利用复眼透镜1042对平行透镜1041的出射光进行均匀化处理，最后由积分透镜1043对复眼透镜1042的出射光进行聚焦收缩，通过二向色镜103折射至样品区域4，从而在样品区域4获得照度均匀的激发光，对样品区域4进行均匀照明。采用本实用新型，无需ROX试剂校准。

所述光源101为宽光谱光源，其光谱范围为450nm-700nm；预先给光学激发装置配置多个透射率不同的激发光滤光片102(激发光滤光片102属于现有成熟产品，是指只有激发荧光的波长可通过的滤光片。根据现有技术能够获得多个透射率不同的激发光滤光片102)，在使用时根据需要选择所需透射率对应的激发光滤光片102，可以获得所需检测波段的激发光，从而实现在不同的光谱通道进行检测。

例如，在450nm-700nm范围内，为对FAM/ROX/HEX三个检测波段进行检测，预先配置三个对应的激发光滤光片102，通过更换激发光滤光片102即可实现三个光谱通道的切换。在宽光谱光源的光谱范围内，可随时扩展预设的激发光滤光片102的配置，从而实现对更多其它波段的检测。可见，本实用新型具有灵活的扩展性。

所述光源101为白色LED光源，光源101光谱宽，能够应用于多通道，使用寿命长，减少了光源101的更换次数。

白光LED光源的光谱范围为450nm-700nm，光源101光谱范围决定了激发光的光谱范围必须在450-700nm之间。白光LED光源通过恒流电路驱动，以使得光源101输出稳定。

荧光定量PCR光学激发装置1还包括对光源101进行散热的散热单元105。所述散热单元105包括风扇1051和散热片1052。

如图1和图2所示，本实用新型还提供了一种荧光定量PCR光学成像装置，包括荧光滤光片2和成像单元3，所述荧光滤光片2位于成像单元3的视场范围内；还包括所述的荧光定量PCR光学激发装置1，所述光源101设于二向色镜103的一侧，所述荧光滤光片2设于二向色镜103的另一侧。积分透镜1043、荧光滤光片2与二向色镜103之间的夹角均为锐角α，α一般为45°。样品区域4与荧光滤光片2相对设置，且样品区域4与积分透镜1043位于二向色镜103的同侧。

激发光滤光片102、二向色镜103、荧光滤光片2可配合实现光谱选择(三者均为标准产品。例如：针对FAM试剂，可以选用FAM的激发光滤光片102、二向色镜103、荧光滤光片2；针对HEX，选择HEX的激发光滤光片102、二向色镜103、荧光滤光片2)。

所述成像单元3包括CCD相机301，所述荧光滤光片2位于CCD相机301的成像镜头302的视场范围内。所述成像镜头302为双远心成像镜头。使用CCD相机301对样品区域4的样品图像进行信号捕捉，确保成像低畸变(畸变率小于0.1％)、低渐晕，保证成像效果一致稳定。双远心成像镜头的特点保证了拍摄的样品图片中心与边缘位置低的畸变，亮度与样品所在位置无关，在照明均匀的情况下可以忽略由成像装置带来的检测误差。CCD相机301可实时采集图像，且采集的图像可直接利用现有技术进行分析，从而实现对样品的实时监测。

本实用新型还提供了一种荧光定量PCR仪，包括所述的荧光定量PCR光学成像装置。

利用本实用新型进行荧光定量PCR光学成像的过程大致如下：

1、光源101发出的光经激发光滤光片102滤光。

2、平行透镜1041对激发光滤光片102的出射光进行平行和聚焦。

3、复眼透镜1042对平行透镜1041的出射光进行均匀化处理。

4、积分透镜1043对复眼透镜1042的出射光进行聚焦收缩。

5、二向色镜103将积分透镜1043的出射光折射至样品区域4，从而在样品区域4获得照度均匀的激发光，对样品区域4进行均匀照明。

6、样品区域4的试剂进行荧光发射，且发出的荧光经二向色镜103透射至荧光滤光片2。

7、CCD相机301采集样品图像。

CCD相机301采集的图像可直接利用现有技术进行分析，从而实现对样品的实时监测。

图1和图2中箭头所示方向为光路方向(仅示出一束作为示意)。

图3为利用实施例中所述荧光定量PCR光学激发装置1对样品位置进行照明的效果图，可见，本实施例能够保证在20mm×20mm的样品区域4范围内形成均匀照明(照明均匀性>96％)，且光束集中、边缘锐利。同时，照明范围仅略大于样品区域4范围，有较高的光源利用率。

将本实用新型应用于微流体芯片的荧光定量PCR检测，在样品区域4设置有多个样品池(实施例中为16个，且样品池排成4×4的方阵)，采用CCD相机301成像，能够一次性对样品区域4内的多个样品池成像，加快了检测进度。如图4所示，16个样品池均在CCD相机301的视野范围内、均可清晰成像；同时，非样品区域暗噪声很低，有较好的信噪比。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种荧光定量PCR光学激发装置，包括光源(101)，该光源(101)的出光方向上设有激发光滤光片(102)和二向色镜(103)，其特征在于，还包括设于激发光滤光片(102)与二向色镜(103)之间的光均匀化透镜组(104)。

2.如权利要求1所述的荧光定量PCR光学激发装置，其特征在于，所述光均匀化透镜组(104)包括平行透镜(1041)、复眼透镜(1042)和积分透镜(1043)，激发光滤光片(102)、平行透镜(1041)、复眼透镜(1042)、积分透镜(1043)、二向色镜(103)沿光源(101)的出光方向依次设置。

3.如权利要求1或2所述的荧光定量PCR光学激发装置，其特征在于，所述光源(101)为宽光谱光源。

4.如权利要求1或2所述的荧光定量PCR光学激发装置，其特征在于，所述光源(101)为白色LED光源。

5.如权利要求1或2所述的荧光定量PCR光学激发装置，其特征在于，还包括对光源(101)进行散热的散热单元(105)。

6.如权利要求5所述的荧光定量PCR光学激发装置，其特征在于，所述散热单元(105)包括风扇(1051)和散热片(1052)。

7.一种荧光定量PCR光学成像装置，包括荧光滤光片(2)和成像单元(3)，所述荧光滤光片(2)位于成像单元(3)的视场范围内；其特征在于，还包括如权利要求1至6任一项所述的荧光定量PCR光学激发装置(1)，所述光源(101)设于二向色镜(103)的一侧，所述荧光滤光片(2)设于二向色镜(103)的另一侧。

8.如权利要求7所述的荧光定量PCR光学成像装置，其特征在于，所述成像单元(3)包括CCD相机(301)，所述荧光滤光片(2)位于CCD相机(301)的成像镜头(302)的视场范围内。

9.如权利要求8所述的荧光定量PCR光学成像装置，其特征在于，所述成像镜头(302)为双远心成像镜头。

10.一种荧光定量PCR仪，其特征在于，包括如权利要求7至9任一项所述的荧光定量PCR光学成像装置。