CN217638692U - 一种dPCR阅片系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种dPCR阅片系统，所述dPCR阅片系统包括图像采集子系统(1)和光源子系统(2)，其中，所述图像采集子系统(1)包括显微镜头和液态透镜，所述显微镜头的视场小于待检测生物芯片中微液滴区域的面积，所述光源子系统(2)设置为所述图像采集子系统(1)的旁路，便于实现多波长光源的切换，并且，使所述光源子系统(2)的辐射范围与所述显微镜头的视场相当或者略小于所述显微镜头的视场，所述液态透镜能够实现自动对焦，从而提高解决显微镜头在不断移动过程中对焦不准的问题。

Description

一种dPCR阅片系统

技术领域

本申请属于生物检测设备领域，特别涉及一种dPCR阅片系统。

背景技术

数字PCR(Digital PCR，dPCR)是一种核酸分子绝对定量技术，相较于实时荧光定量PCR(Quantitative Real-time PCR，qPCR)，数字PCR能够基于微液滴直接测算DNA分子的个数，是对起始样品的绝对定量。数字PCR基本原理是将一个样本分成几十到几万份，然后再将其分配到不同的反应单元中，使每个微液滴包含一个或多个拷贝的核酸分子(即DNA模板)，每个微液滴都会对目标分子进行扩增，再对每个微液滴进行荧光信号的统计并计算。

现有技术在对微液滴区域进行定量分析的过程中，采集所述微液滴区域的图像，再通过图像处理获取发出荧光的微液滴在微液滴总量中的占比，从而对目标DNA进行定量分析。

一般地，用于采集所述微液滴区域图像的图像采集子系统(1)的视场覆盖所述微液滴区域的全域，在图片尺寸相同的条件下，每个微液滴单元直径在成像靶面中所占像素过少，导致难以准确识别微液滴数量，进而导致定量分析的准确率较低。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的问题，本申请提供一种dPCR阅片系统，所述阅片系统包括图像采集子系统1和光源子系统2，其中，所述图像采集子系统1包括显微镜头和液态透镜，所述显微镜头的视场小于待检测生物芯片中微液滴区域的面积，从而提高所采集图像的分辨率，进而提高定量分析的准确度，然而，如果待检测区域被荧光激发后未能被及时采集图像，所述待检测区域的会发生荧光漂白，所述荧光漂白是荧光基团由于光引起的破坏而失去荧光的现象，一旦发生荧光漂白，则会导致样品的荧光信号损失，进一步导致检测的准确度降低，为解决该衍生问题，本申请将所述光源子系统2设置为所述图像采集子系统1的旁路，并且，使所述光源子系统2的辐射范围与所述显微镜头的视场相当或者略小于所述显微镜头的视场，从而使得待检测生物芯片的微液滴区域仅局部被荧光激发，并且，荧光激发的区域与所述显微镜头的视场相匹配，避免使待检测区域被大面积激发而导致的荧光漂白作用；进一步地，在显微镜头不断移动的过程中，物距可能会超出景深导致对焦不准，为解决该衍生问题，本申请在所述显微镜头前端设置有液态透镜，实现自动对焦，从而提高解决显微镜头在不断移动过程中对焦不准的问题。

本申请的目的在于提供一种dPCR阅片系统，所述dPCR阅片系统包括图像采集子系统1以及光源子系统2，其中，所述图像采集子系统1包括依次同轴设置的相机11、液态透镜12、显微镜头13以及镜头可切换滤光模块14，所述光源子系统2包括依次同轴设置的光源21、光束整形模块22和光源可切换滤光模块23，光源子系统2的光轴与所述图像采集子系统1的光轴不重合，并且，相交于待检测生物芯片的图像采集区域，所述显微镜头13的视场小于待检测生物芯片中微液滴区域的面积。

在一种可实现的方式中，显微镜头13的视场较小，通常仅为待检测生物芯片中微液滴区域面积的十分之一，甚至百分之一。

在一种可实现的方式中，所述镜头可切换滤光模块14与所述光源可切换滤光模块23的滤光波长相匹配。

在一种可实现的方式中，所述相机11的视场等于或者略大于所述光源21的辐射范围。

在一种可实现的方式中，所述dPCR阅片系统还包括用于承载生物芯片的生物芯片移动平台3，所述生物芯片移动平台3的移动平面与所述相机11的光轴垂直，可在所述生物芯片所在的平面内移动，并可沿与所述生物芯片平面垂直的方向往复移动。

本申请人发现，生物芯片结构简单、体积小，承载其所使用平台的体积也相应较小，因此，移动所述待检测生物芯片能够缩小所述dPCR阅片系统的整体体积，也便于操作，基于此，本申请提供的dPCR阅片系统优选使用生物芯片移动平台，而不是光学器件移动平台。

在一种可实现的方式中，所述镜头可切换滤光模块14包括至少两种波长的滤光片，所述光源可切换滤光模块23包括至少两种波长的滤光片，所述光源可切换滤光模块23中滤光片的滤光波长与所述镜头可切换滤光模块14中滤光片的滤光波长相对应，使得所述镜头可切换滤光模块14与所述光源可切换滤光模块23可同步获取相应波长的单色光。

在一种可实现的方式中，所述镜头可切换滤光模块包括可旋转滤光片载台，所述旋转滤光片载台可围绕其自身中心轴旋转，可选地，所述可旋转滤光片载台设置有多个调节档位，每个调节档位与一种滤光片相对应。

进一步地，所述光源可切换滤光模块与所述镜头可切换滤光模块的结构相似或者相同。

在一种可实现的方式中，在所述光源21与所述光源可切换滤光模块23之间还设置有用于光束准直的光束整形模块22。

与现有技术相比，本申请提供的dPCR阅片系统采用显微镜头来采集待检测生物芯片的待检测区域的图像，所述显微镜头的视场范围小于所述待检测生物芯片的待检测区域的面积，提高系统物方分辨率，提高检测精度，并使用旁轴光源对待检测区域进行辐照，所述光源的辐照范围等于或者小于所述显微镜头的视场范围，并且，在所述显微镜头的前端设置有液态透镜，从而弥补生物芯片在不断移动过程中不可避免地物距超出所述显微镜头景深而导致的对焦不准的问题，进一步地，本申请在所述液态透镜的前端以及所述光源的前端分别设置有镜头可切换滤光模块和光源可切换滤光模块，从而实现多波长激发光源的切换，进而实现对同一生物芯片中不同标记的同时检测。

附图说明

图1示出本申请一种优选的dPCR阅片系统的结构示意图。

附图标记说明

1-图像采集子系统，11-相机，12-液态透镜，13-显微镜头，14-镜头可切换滤光模块，141-可旋转滤光片载台，2-光源子系统，21-光源，22-光束整形模块，23-光源可切换滤光模块，3-生物芯片移动平台。

具体实施方式

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实用新型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、本实用新型的一些方面相一致方法的例子。

下面通过具体的实施例对本申请提供的dPCR阅片系统的结构及其使用方法进行详细阐述。

首先，对本方案的使用场景作简要介绍。

本申请提供的dPCR阅片系统用于对生物芯片中的分区单元进行计数。具体地，计数对象包括显示荧光的分区单元以及未显示荧光的分区单元。通过计算显示荧光分区单元的数量占比等信息，对原始样本中目标DNA数量进行定量。

用于实现dPCR的生物芯片通常设置有一个微液滴区域，在所述微液滴区域中分布有大量体积几乎均匀的微液滴，每个微液滴即为一个分区单元，所述微液滴可以由流动相和分散相在线生成，例如，可以为油包水型微液滴，每个微液滴的体积可以为1nL，各所述分区单元中可能包含目标DNA片段，即，数字PCR的反应底物在PCR反应过程中，于各分区单元独立进行反应，互不干扰，如果所述分区单元中包含有目标DNA片段，则在完成PCR反应后被激发光束照射时，该分区单元会发出荧光，记为阳性液滴；而不含有目标DNA片段的分区单元，在完成PCR反应后，其被激发光束照射后不会发出荧光，记为阴性液滴，阳性液滴的数量与阴性液滴的数量之和即为所述生物芯片中微液滴的总数量，即，所述生物芯片中分区单元的总数量。

图1示出本申请一种优选的dPCR阅片系统的结构示意图，如图1所示，所述dPCR阅片系统包括图像采集子系统1以及光源子系统2，其中，所述光源子系统2设置于所述图像采集子系统1的旁路，即，光源子系统2的光轴与所述图像采集子系统1的光轴既不平行也不重合。

在本实例中，一种较为优选的方案为，所述光源子系统2的光轴与所述图像采集子系统1的光轴相交于待检测生物芯片的图像采集区域。

可以理解的是，在通常的dPCR检测中，所述待检测生物芯片的图像采集区域位于所述生物芯片的微液滴区域中，但在个别情况下，所述待检测生物芯片的图像采集区域也可能超出所述生物芯片的微液滴区域，而位于待检测生物芯片的其它区域。

继续如图1所示，所述图像采集子系统1包括依次同轴设置的相机11、液态透镜12、显微镜头13以及镜头可切换滤光模块14。

本申请对相机11不做特别限定，可以使用现有技术中任意一种可用于图像采集的相机。

在本实例中，所述显微镜头13使得相机视场中每个分区单元直径在成像靶面中占20个左右像素，从而实现对待检测生物芯片中微液滴区域的高清拍摄。

可以理解的是，与普通成像镜头相比，显微镜头13的视场较小，通常仅为待检测生物芯片中微液滴区域面积的十分之一，甚至百分之一，因此，使用显微镜头作为成像镜头需要所述显微镜头在待检测生物芯片中微液滴区域中持续移动，以获得所述微液滴区域的完成图像。

进一步地，相比于生物芯片，光学器件的精密度高，频繁移动光学器件易造成光学器件精密度降低等后果，因此，本申请选择移动待检测生物芯片，以减少对光学器件的损耗。

更进一步地，生物芯片结构简单、体积小，承载其所使用平台的体积也相应较小，因此，移动所述待检测生物芯片而不是移动所述光学器件，还能够使所述dPCR阅片系统的整体体积最小化，也便于操作，基于此，本申请提供的dPCR阅片系统优选使用生物芯片移动平台，而不是光学器件移动平台。

如前所述，本申请提供的所述dPCR阅片系统还包括用于承载生物芯片的生物芯片移动平台3，所述生物芯片移动平台3的移动平面与所述相机11的光轴垂直，可在所述生物芯片所在的平面内移动，使得所述生物芯片可以所述生物芯片移动平台3的带动下移动，进一步地，所述生物芯片移动平台3还可沿与所述生物芯片平面垂直的方向往复移动，使得所述生物芯片还可在所述生物芯片移动平台3的带动下竖直地靠近或者远离所述图像采集子系统1。

可以理解的是，待检测生物芯片可能本身存在质量瑕疵，例如，其微液滴区域的表面并不平整；或者，微液滴区域的表面与移动平台的可移动平面不平行，导致所述待检测生物芯片在随着所述移动平台不断移动过程中，其微液滴区域的表面与显微镜头之间的距离会发生变化；再或者，所述移动平台的可移动平面本身与镜头的光轴不垂直，因此，在移动待检测生物芯片的过程中难以保证待检测生物芯片与所述显微镜头13之间的平行度，特别是对于微液滴区域远大于显微镜头视场的情形，二者之间的平行度更加难以保证。

进一步地，所述显微镜头13的景深通常较小，对成像距离有较为严格的限制，因此，在待检测生物芯片与所述显微镜头13之间的平行度难以保证的情况下，所述待检测生物芯片与所述显微镜头13之间的距离易超出景深，从而造成对焦不准，在此情况下采集所得的图像模糊，无法识别各个分区单元，最终导致无法进行定量分析。

基于此，本申请在所述显微镜头13前端设置有液态透镜12，本申请对所述液态透镜12不做特别限定，可以使用现有技术中任意一种可用的液态镜头。

在本申请中，所述液态透镜可通过调节自身透镜曲率来调节所述显微镜头13焦平面，从而实现自动对焦功能。

在本申请中，在所述液态透镜前端还设置有镜头可切换滤光模块14，所述镜头可切换滤光模块14包括可旋转滤光片载台141，所述可旋转滤光片载台141可围绕其自身中心轴旋转，所述可旋转滤光片载台141设置有多个调节档位，每个调节档位与一种滤光片相对应，使得所述镜头可切换滤光模块14可根据需要选用滤光波长适当的滤光片。

在本申请中，所述相机11的视场等于或者略大于所述光源21的辐射范围，以避免分区单元被提前激发而导致荧光漂白，从而提高定量的准确性。

继续如图1所示，在本申请中，所述光源子系统2包括依次同轴设置的光源21、光束整形模块22和光源可切换滤光模块23。

在本申请中，所述光源21所发出的光优选为白光，从而可使用光源可切换滤光模块23中的滤光片筛选出目标波长的单色光。

在本申请中，所述光源可切换滤光模块23包括至少两种波长的滤光片，可以理解的是，所述光源可切换滤光模块23中滤光片的数量与所述镜头可切换滤光模块14中的滤光片的数量相等，并且，光源可切换滤光模块23中各滤光片的滤光波长与镜头可切换滤光模块14中各滤光片的滤光波长一一对应，例如，FAM的最大激发效率的激发波长为493nm，其检测最大光强波长为519nm，则光源可切换滤光模块中包括滤光波长为470±25nm的滤光片，镜头可切换滤光模块中包括滤光波长为520±20nm的滤光片。

进一步地，所述光源可切换滤光模块23与所述镜头可切换滤光模块14的结构相同或者相似。

在本申请中，光束整形模块22设置于所述光源21与所述光源可切换滤光模块23之间，所述光束整形模块22用于实现光束准直。

本申请对光束整形模块22的结构不做特别限定，可以使用现有技术中任意一种可应用于本申请所述场景中的任意一种光束整形模块。

以下以图1示出的dPCR阅片系统为例，说明本申请提供dPCR阅片系统的使用方法。

向待检测生物芯片中加样，并将加样后的生物芯片放置于待检测生物芯片的生物芯片移动平台上，移动所述生物芯片移动平台带动所述待检测生物芯片移动至预设位置，并按照预设程序被处理，使得所述待检测生物芯片中微液滴区域分布有大量微液滴，并使各微液滴相对独立地完成PCR反应，在完成PCR反应后，启动本申请提供的dPCR阅片系统，具体地：

将所述待检测生物芯片的微液滴区域移动至所述图像采集子系统1的前端，调节镜头可旋转滤光装置以及光源可旋转滤光装置，使得两滤光装置所滤得的光波长相匹配，使所述微液滴区域在所述图像采集子系统1中能够清晰成像。按照预设的时间间隔以及预设的距离间隔持续移动所述待检测生物芯片，使得所述图像采集子系统1遍历所述微液滴区域的全部范围，从而拼接所述图像采集子系统1所采集的图像，能够获得所述微液滴区域的完成图像。

可以理解的是，在移动所述待检测生物芯片的过程中，所述微液滴区域与所述显微镜头的焦平面不重合，然而，所述液态透镜能够调节所述微液滴区域的成像位置位于所述相机的成像平面上，从而实现对微液滴区域的自动对焦。

进一步地，所述光源子系统2所辐照的光斑范围恰好等于或者略小于所述图像采集子系统1的视场范围，使得所述微液滴区域在图像采集过程中不会被大面积激发荧光，从而避免因微液滴被过度激发而产生的“漂白”现象所导致的定量不准确。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种dPCR阅片系统，其特征在于，所述dPCR阅片系统用于采集生物芯片中微液滴区域的图像，所述dPCR阅片系统包括图像采集子系统(1)以及光源子系统(2)，其中，所述图像采集子系统(1)包括依次同轴设置的相机(11)、液态透镜(12)、显微镜头(13)以及镜头可切换滤光模块(14)，所述光源子系统(2)包括依次同轴设置的光源(21)、光束整形模块(22)和光源可切换滤光模块(23)，光源子系统(2)的光轴与所述图像采集子系统(1)的光轴不重合，并且，相交于待检测生物芯片的图像采集区域，所述显微镜头(13)的视场小于待检测生物芯片中微液滴区域的面积。

2.根据权利要求1所述的dPCR阅片系统，其特征在于，显微镜头(13)的视场为待检测生物芯片中微液滴区域面积的十分之一以下。

3.根据权利要求1或2所述的dPCR阅片系统，其特征在于，所述镜头可切换滤光模块(14)与所述光源可切换滤光模块(23)的滤光波长相匹配。

4.根据权利要求1或2所述的dPCR阅片系统，其特征在于，所述相机(11)的视场等于或者略大于所述光源(21)的辐射范围。

5.根据权利要求1或2所述的dPCR阅片系统，其特征在于，所述dPCR阅片系统还包括用于承载生物芯片的生物芯片移动平台(3)，所述生物芯片移动平台(3)的移动平面与所述相机(11)的光轴垂直，可在所述生物芯片所在的平面内移动，并可沿与所述生物芯片平面垂直的方向往复移动。

6.根据权利要求1或2所述的dPCR阅片系统，其特征在于，所述镜头可切换滤光模块(14)包括至少两种波长的滤光片，所述光源可切换滤光模块(23)包括至少两种波长的滤光片，所述光源可切换滤光模块(23)中滤光片的滤光波长与所述镜头可切换滤光模块(14)中滤光片的滤光波长相对应。

7.根据权利要求1或2所述的dPCR阅片系统，其特征在于，所述镜头可切换滤光模块(14)包括可旋转滤光片载台(141)，所述旋转滤光片载台可围绕其自身中心轴旋转。

8.根据权利要求7所述的dPCR阅片系统，其特征在于，所述可旋转滤光片载台(141)设置有多个调节档位，每个调节档位与一片滤光片相对应。

9.根据权利要求1或8所述的dPCR阅片系统，其特征在于，所述光源可切换滤光模块(23)与所述镜头可切换滤光模块(14)的结构相同或者相似。

10.根据权利要求1或9所述的dPCR阅片系统，其特征在于，在所述光源(21)与所述光源可切换滤光模块(23)之间还设置有用于光束准直的光束整形模块(22)。

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