CN216013113U - 一种应用于便携式荧光定量pcr仪的光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种应用于便携式荧光定量PCR仪的光学系统，包括至少一组荧光检测光电模组和光纤，所述荧光检测光电模组内集成有光源、准直透镜、第一滤光片、二向色镜、第一聚焦透镜、第二滤光片、第二聚焦透镜、光电二极管；其优点在于：首先，利用二向色镜将激发和检测光路集成，结构简化，便于携带；其次，通过光纤将激发和检测光路同光路传导，在确保荧光检测的实时性、重复性和精密性的同时使结构更加简化且实现了检测的便利性；再次，加入驱动机构，可以依次或同时检测多波长通道荧光信号，极大的提高了检测效率。

Description

一种应用于便携式荧光定量PCR仪的光学系统

技术领域

本实用新型涉及光学检测领域，特别地，涉及一种便携式荧光定量PCR仪的光学系统。

背景技术

样本受到激发光激发后，发射出比激发光波长更长的光，也就是荧光。荧光检测技术就是通过光电传感器实时采集检测发射的荧光信号并进行信号处理的技术，该技术的核心是荧光检测的实时性、重复性和精密性。

该技术目前已经广泛用于医疗检测设备，尤其是实时荧光定量PCR仪中。实时荧光定量PCR仪是医学检测的主流设备，在核酸检测、食品检测、药物疗效考核等方面有广泛应用。

目前技术中，一部分采用顶部激发扫描的方式进行荧光检测，它的缺点是信号比较弱，且机械结构不易改变；一部分是采用侧面激发的方式，激发和接收光纤全都是从侧面引出，然后采用镜头和CCD相机进行检测，它的缺点是由于激发和检测光路是分开的，且由于镜头和CCD相机的体积制约，导致占用的空间较大，不利于便携设计。

目前实时荧光定量PCR仪中检测荧光的光电探测器主要有光电二极管、光电倍增管、CCD相机等。光电倍增管是一种具有极高灵敏度和超快时间响应的光探测器件，它的缺点是电路设计较复杂，电路板占用体积较大，成本较高；CCD作为一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号，是理想的CCD相机元件，它的缺点是体积较大、便携性差且比较依赖进口。

实用新型内容

为解决现有技术问题，本实用新型提出一种应用于便携式荧光定量PCR仪的光学系统,利用二向色镜的特性，将激发光光源和荧光的光路集成，利用光纤传导光，从而在具备了荧光检测实时性、重复性和精密性的同时，还具备了良好的便携性。

为了实现该功能，本实用新型提出以下技术方案：一种应用于荧光定量PCR仪的便携式光学系统，包括至少一组荧光检测光电模组和光纤，其特征在于：所述荧光检测光电模组内集成有光源、准直透镜、第一滤光片、二向色镜、第一聚焦透镜、第二滤光片、第二聚焦透镜、光电二极管，其中；

所述光纤的一端端面与所述第一聚焦透镜同轴且位于所述第一聚焦透镜的像方焦距处，且所述光纤的数值孔径大于或等于所述第一聚焦透镜的像方数值孔径；

所述准直透镜、第一滤光片同轴形成第一轴线，所述光源位于第一轴线上，所述光源发出的光首先照射到准直透镜，经由准直透镜准直的平行光照射到第一滤光片，经由第一滤光片过滤的光照射向二向色镜并由二向色镜反射照射到第一聚焦透镜，并由所述第一聚焦透镜聚焦耦合进所述光纤；

所述第一聚焦透镜、第二滤光片、第二聚焦透镜同轴形成第二轴线，所述光电二极管位于第二轴线上，所述光纤采集的荧光照射向第一聚焦透镜，荧光由第一聚焦透镜准直后照射向二向色镜且透射过二向色镜照射到第二滤光片，经第二滤光片过滤的荧光照射到第二聚焦透镜并由第二聚焦透镜聚焦照射到光电二极管；需要说明的是，这里荧光是指前述光源光经光学处理后对待检测样品照射后待检测样品被激发出来的荧光；

第一轴线垂直于第二轴线，所述二向色镜位于垂足位置且镜面与第一轴线和第二轴线均形成45度夹角;

所述第一滤光片包括但不限于带通滤光片和/或分光滤光片和/或中性密度滤光片和/或反射滤光片，第一滤光片的作用在于对光源发出的光进行波长过滤，使光源发出的光经过第一滤光片后仅保留所需要波长的光；

所述第二滤光片包括但不限于带通滤光片和/或分光滤光片和/或中性密度滤光片和/或反射滤光片，第二滤光片的作用在于对通过的荧光进行波长过滤，使荧光经过第二滤光片后仅保留所需要波长的荧光信号。

可选地，所述光纤数量至少为一条，所述光纤为单根光纤或多根光纤组成的光纤束。

可选地，还包括驱动机构，所述驱动机构带动所述荧光检测光电模组做平行于所述光纤端面的运动；所述驱动机构包括但不限于电机/马达直接驱动，其主要功能在于精确地驱使目标部件运动到设定的位置；根据荧光检测光电模组和光纤数量的不同，驱动机构具备的功能有三种情况：第一种情况是荧光检测光电模组为多组，光纤为一根，这种情况是驱动机构驱使每组荧光检测光电模组依次扫描光纤或直接驱使指定的荧光检测光电模组扫描光纤；第二种情况是只有一组荧光检测光电模组而有多条光纤，这种情况是驱动机构驱使荧光检测光电模组依次扫描光纤或直接驱使荧光检测光电模组扫描指定的光纤；第三种情况是荧光检测光电模组和光纤数量均大于一，这种情况是驱动机构驱动荧光检测光电模组按特定顺序分别扫描光纤或驱使指定的荧光检测光电模组扫描指定的光纤。

可选地，所述光源数量大于等于两个时，各个光源为相同波长的光源或不同波长的光源。

可选地，所述二向色镜具有半透半反功能，对短波长光表现为高反射率，对长波长光表现为高透射率。

可选地，所述二向色镜的透射截止波长可以根据需要进行镀膜设计，低于透射截止波长的光照射到二向色镜时发生反射，高于透射截止波长的光照射到二向色镜时发生透射。

本实用新型的优点在于：

本实用新型提供了一种应用于便携式荧光定量PCR仪的光学系统，首先，利用二向色镜将激发和检测光路集成，结构简化，便于携带；其次，通过光纤将激发和检测光路同光路传导，在确保荧光检测的实时性、重复性和精密性的同时使结构更加简化且实现了检测的便利性；再次，加入驱动机构，可以依次或同时检测多波长通道荧光信号，极大的提高了检测效率。

综上所述，本实用新型提供的应用于便携式荧光定量PCR仪的光学系统，具有明显的便携性、且在使检测工作更加便利的同时还极大的提高了效率。

附图说明

图1为本实用新型的光路示意图

图2为本实用新型的主体外观图

图3为本实用新型的第一实施例图

图4为本实用新型的第二实施例图

图5为本实用新型的第三实施例图

图6为本实用新型的第四实施例图

其中：1为光源；2为准直透镜；3为第一滤光片；4为二向色镜；5为第一聚焦透镜；6为光纤；7为第二滤光片；8为第二聚焦透镜；9为光电二极管；10为荧光检测光电模组；11为样本块；12为待检测样本孔；13为驱动机构。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面结合实施例并配合附图予以详细说明。

图1为本实用新型的光路示意图，图2为本实用新型的主体外观图。

如图1和图2所示，荧光检测光电模组10内集成有光源1、准直透镜2、第一滤光片3、二向色镜4、第一聚焦透镜5、第二滤光片7、第二聚焦透镜8、光电二极管9；且第一聚焦透镜5、第二滤光片7、第二聚焦透镜8同轴形成第一轴线，准直透镜2和第一滤光片3同轴形成第二轴线且垂直于第一轴线，光源1位于第二轴线，二向色镜4位于第一轴线和第二轴线的垂足位置且与第一轴线和第二轴线均形成45度夹角。

光源1发出的光经准直透镜2准直后形成一束平行光，光源1可以选用碳弧灯、卤素灯、高压钠灯、LED灯或其它人造光源中的任意一种，由准直透镜2准直的平行光经第一滤光片3过滤,第一滤光片3的带通波长取决于光源1的波长，第一滤光片3可以选用带通滤光片、分光滤光片、中性密度滤光片、反射滤光片中的任意一种，第一滤光片3过滤的光呈45度角照向二向色镜4，二向色镜4具有半透半反功能，对光源1发出的短波长光表现为高反射率，对被激发出来的长波长荧光表现为高透射率，经由二向色镜4反射出来的光照射到第一聚焦透镜5，并由聚焦透镜5聚焦耦合进光纤6并由光纤6传导至待检测样本并激发待检测样本发出荧光。

在待检测样本发出荧光时，荧光经由光纤6采集并传导至第一聚焦透镜5，荧光经第一聚焦透镜5准直后照射向二向色镜4，由于荧光波长较长，故而透射过二向色镜4并照向第二滤光片7，第二滤光片7可以选用带通滤光片、分光滤光片、中性密度滤光片、反射滤光片中的任意一种，荧光经第二滤光片7过滤掉无效信号后照向第二聚焦透镜8，并由第二聚焦透镜8聚焦后被光电二极管9所检测，第二聚焦透镜8和光电二极管9之间的距离由第二聚焦透镜8的焦距决定。

如图3所示本实用新型第一实施例，荧光检测光电模组10直接与一根光纤6配合使用，这里需要说明的是光纤6的另一端固设于样本块11上，且光纤6的端面出射光直接照射样本块11中的待检测样本孔12。

需要检测时，打开荧光检测光电模组10中的光源1，光源1发出的光经准直透镜2准直后成一束平行光，从准直透镜2出来的平行光由第一滤光片3过滤后，由二向色镜4反射至第一聚焦透镜5，并由聚焦透镜5聚焦耦合进光纤6并由光纤6传导，照射在样本块11中待检测样本孔12内的待检测样本上，从而激发待检测样本发出荧光；荧光回传进入光纤6并由光纤6传导至第一聚焦透镜5，荧光经第一聚焦透镜5准直后照射向二向色镜4，由于待检测样本发出的荧光波长比光源1发出的光波长更长，二向色镜4对波长短的光源1发出来的光具有高反射性，而对待检测样本被激发发出的荧光具有高透射性，故而荧光透射过二向色镜4，并照向设在二向色镜4后面的第二滤光片7，荧光经第二滤光片7过滤掉无效信号后照向第二聚焦透镜8，并由第二聚焦透镜8聚焦后被光电二极管9所检测，从而完成对待检测样品的检测工作。

如图4所示本实用新型第二实施例，其结构和第一实施例的区别在于，由多组荧光检测光电模组10集成，且各组荧光检测光电模组10内的光源1发出的光波长不同，相应的，第一滤光片3的带通波长也不相同而是分别与对应光源1的波长相匹配；同时，各组荧光检测光电模组10以预设的次序排列并集成，这里所述的次序可以是排列成一条直线也可以是排成一个圆形，同时第二实施例比第一实施例还增加了驱动机构13，驱动机构13驱使各组荧光检测光电模组10运动，工作时使指定荧光检测光电模组10扫描光纤6，驱动机构13可以是电机/马达直接驱动。

如图5所示本实用新型第三实施例，其结构和第一实施例的区别在于，有多条光纤6按预设次序排列，并固定在样本块11上；荧光检测光电模组10由驱动机构13驱动依次扫描每根光纤6，从而完成对每根光纤6对应的待检测样本孔12内待检测样品的检测。

如图6所示本实用新型第四实施例，其结构和第一实施例、第二实施例、第三实施例的区别在于，有多组荧光检测光电模组10和多根光纤6分别按照一定的顺序排列，由驱动机构13驱使荧光检测光电模组10运动，全部或部分多组荧光检测光电模组10与全部或部分光纤6配合使用，从而完成待检测样品的检测工作。

通过上述实施例，可以清晰的看出，本实用新型提供的应用于便携式荧光定量PCR仪的光学系统，具有明显的便携性、且在使检测工作更加便利的同时还极大的提高了效率。

以上皆为本实用新型具体实施例,但本实用新型的设计构思并不局限于此。凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本实用新型保护范围的行为。

Claims (6)

1.一种应用于便携式荧光定量PCR仪的光学系统，包括至少一组荧光检测光电模组和光纤，其特征在于：所述荧光检测光电模组内集成有光源、准直透镜、第一滤光片、二向色镜、第一聚焦透镜、第二滤光片、第二聚焦透镜、光电二极管，其中；

所述光纤的一端端面与所述第一聚焦透镜同轴且位于所述第一聚焦透镜的像方焦距处，且所述光纤的数值孔径大于或等于所述第一聚焦透镜的像方数值孔径；

所述准直透镜、第一滤光片同轴形成第一轴线，所述光源位于第一轴线上，所述光源发出的光首先照射到准直透镜，经由准直透镜准直的平行光照射到第一滤光片，经由第一滤光片过滤的光照射向二向色镜并由二向色镜反射照射到第一聚焦透镜，并由所述第一聚焦透镜聚焦耦合进所述光纤；

所述第一聚焦透镜、第二滤光片、第二聚焦透镜同轴形成第二轴线，所述光电二极管位于第二轴线上，所述光纤采集的荧光照射向第一聚焦透镜，荧光由第一聚焦透镜准直后照射向二向色镜且透射过二向色镜照射到第二滤光片，经第二滤光片过滤的荧光照射到第二聚焦透镜并由第二聚焦透镜聚焦照射到光电二极管；需要说明的是，这里荧光是指前述光源光经光学处理后对待检测样品照射后待检测样品被激发出来的荧光；

第一轴线垂直于第二轴线，所述二向色镜位于垂足位置且镜面与第一轴线和第二轴线均形成45度夹角。

2.如权利要求1所述的应用于便携式荧光定量PCR仪的光学系统，其特征在于：所述光纤数量至少为一条，所述光纤为单根光纤或多根光纤组成的光纤束。

3.如权利要求2所述的应用于便携式荧光定量PCR仪的光学系统，其特征在于：还包括驱动机构，所述驱动机构带动所述荧光检测光电模组做平行于所述光纤端面的运动。

4.如权利要求1所述的应用于便携式荧光定量PCR仪的光学系统，其特征在于：所述荧光检测光电模组数量大于一组时，各组荧光检测光电模组内的光源发出的光波长不同。

5.如权利要求1所述的应用于便携式荧光定量PCR仪的光学系统，其特征在于：所述二向色镜具有半透半反功能，对短波长光表现为高反射率，对长波长光表现为高透射率。

6.如权利要求1所述的应用于便携式荧光定量PCR仪的光学系统，其特征在于：所述二向色镜的透射截止波长可以根据需要进行镀膜设计，低于透射截止波长的光照射到二向色镜时发生反射，高于透射截止波长的光照射到二向色镜时发生透射。

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