CN217651223U - 一种实时荧光pcr的移动扫描式光电检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种实时荧光PCR的移动扫描式光电检测装置，包括固定板，以及可滑动的安装于所述固定板上的活动板，还包括用于控制所述活动板滑动的控制结构，所述固定板上沿第一方向设有若干第一光纤连接结构，所述第一光纤连接结构包括沿第二方向分布的若干第一光纤连接孔，所述第一光纤连接孔朝向所述活动板的一侧透光，所述活动板上设有若干光电探测器，所述活动板上的若干光电探测器的数量和分布方式与同一所述第一光纤连接结构的若干第一光纤连接孔的数量和分布方式一致。

Description

一种实时荧光PCR的移动扫描式光电检测装置

技术领域

本实用新型涉及生物检测技术领域，具体涉及一种实时荧光PCR的移动扫描式光电检测装置。

背景技术

实时荧光PCR检测系统和实时等温荧光PCR检测系统中的最核心的部件就是高灵敏度荧光检测系统。为了增加检测的准确度，实时荧光PCR检测系统和等温荧光PCR检测系统一般会采用多个荧光通道的检测，便于检测病毒的多个典型的标志物。目前最常见的PCR检测系统采用4-6个荧光通道，老式的PCR检测系统则采用单通道或者双通道。一般来说，PCR检测系统中的荧光检测通道越多，它能够使用的试剂种类就对越多，检测效率也会更高。

目前的实时荧光PCR检测系统和等温荧光PCR检测系统有一下的常见的荧光检测方法：

1、采用单个多通道的荧光检测头，通过机械移动的方式对每一个检测的试管做逐一扫描，这种方式的优点是只需要使用单个多通道的荧光检测头；其缺点也非常明显：通过机械移动的方式对每一个检测的试管做逐一扫描需要花费较长的时间，因此导致整个检测过程的需要的时间变得较长；通过机械移动的装置容易出现问题和故障。

2、采用制冷型CCD成像技术做多个试管的荧光检测，这种方式的优点是不需要机械移动就可以做多个试管的荧光检测，检测时间短，效率更高；其缺点也非常明显：制冷型CCD成像技术会有边缘效应，在CCD成像中心的试管的检测更加灵敏，而在边缘的试管的检测的灵敏度会有所下降；这类设备对校正的要求很高，一旦磕磕碰碰或者搬动后，就必须做重新校正，而且校正比较费时，对操作者的技术水平的要求也会比较高。

实用新型内容

1、实用新型要解决的技术问题

本实用新型目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种实时荧光PCR的移动扫描式光电检测装置，它使得检测变得更加高效，检测时间短，只应用非常简单的运动部件，也不需要经常校正；兼顾了使用光电探测器的数量少，同时扫描范围很小，又是非常简单的直线运动扫描，能够快速完成扫描的优势。

2、技术方案

为解决上述问题，本实用新型提供的技术方案为：

一种实时荧光PCR的移动扫描式光电检测装置，包括固定板，以及可滑动的安装于所述固定板上的活动板，还包括用于控制所述活动板滑动的控制结构，所述固定板上沿第一方向设有若干第一光纤连接结构，所述第一光纤连接结构包括沿第二方向分布的若干第一光纤连接孔，所述第一光纤连接孔朝向所述活动板的一侧透光，所述活动板上设有若干光电探测器，所述活动板上的若干光电探测器的数量和分布方式与同一所述第一光纤连接结构的若干第一光纤连接孔的数量和分布方式一致。

可选地，还包括用于防止相邻两个所述第一光纤连接孔射出的荧光相互干扰的第一防干扰结构。

可选地，所述第一防干扰结构包括若干第一连接器，所述第一连接器内部中空且两端均开口，所述第一连接器的一端固连于所述活动板上且罩设于所述光电探测器外侧，另一端滑动抵接于所述固定板上。

可选地，所述第一连接器内设有用于成像聚光的第一透镜。

可选地，所述第一防干扰结构包括设于相邻两个所述第一光纤连接孔之间的第一隔光板。

可选地，所述固定板上沿第一方向设置有若干第二光纤连接结构，所述第二光纤连接结构包括沿第二方向分布的若干第二光纤连接孔，所述活动板上设有若干发光模块，所述活动板上的若干发光模块的数量和分布方式与同一所述第一光纤连接结构的若干第二光纤连接孔的数量和分布方式一致。

可选地，还包括用于防止相邻两个所述第二光纤连接孔射出的荧光相互干扰的第二防干扰结构。

可选地，所述第二防干扰结构包括若干第二连接器，所述第二连接器内部中空且两端均开口，所述第二连接器的一端固连于所述活动板上且罩设于所述发光模块外侧，另一端滑动抵接于所述固定板上。

可选地，所述第二连接器内设有用于成像聚光的第二透镜。

可选地，所述第二防干扰结构包括设于相邻两个所述第二光纤连接孔之间的第二隔光板。

3、有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本实时荧光PCR的移动扫描式光电检测装置和常见的96个试管实时荧光PCR核酸检测设备相比，把96个两个方向的扫描部位，变成了总共12个单一方向的直线扫描部位，就可以完成96个试管的大通量实时荧光PCR的6个荧光通道的检测，因此可以大幅缩短设备对96个试管的总体的检测时间。

2、本实时荧光PCR的移动扫描式光电检测装置在完成对96个试管检测时，只需要做一维，即一个方向的直线扫描，比常见的96个试管实时荧光PCR核酸检测设备的二维扫描的机构简单很多，让设备在机械扫描部分的成本也能够有较大的下降；设备的成本的下降也有助于实时荧光PCR核酸检测设备的更大规模的投放和使用。

3、本实时荧光PCR的移动扫描式光电检测装置和采用制冷型CCD及镜头的成像技术来做多个试管的荧光检测的设备相比，有效地避免了制冷型CCD及镜头的成像技术会有边缘效应和镜头导致的畸变；而且也不再需要经常做费时费力的校正。

附图说明

图1为本实用新型实施例提出的一种实时荧光PCR的移动扫描式光电检测装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提出的一种实时荧光PCR的移动扫描式光电检测装置的侧面示意图(未设置第一连接器和第二连接器)；

图3为本实用新型实施例提出的一种实时荧光PCR的移动扫描式光电检测装置的侧面示意图(设置有第一连接器和第二连接器)；

图4为本实用新型实施例提出的一种实时荧光PCR的移动扫描式光电检测装置应用于现有的实时荧光PCR设备时的结构示意图；

1、固定板；2、活动板；3、第一光纤连接孔；4、光电探测器；5、第一连接器；6、第一隔光板；7、第二光纤连接孔；8、发光模块；9、第二连接器、10、荧光滤光器；12、荧光入射光纤；13、荧光出射光纤；14、发光光纤；15、检测试管温度控制体；16、检测试管固定槽；17、进光口；18、出光口；19、第二隔光板。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本实用新型，并不限定本实用新型的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”、“设置于”、“固设于”或“安设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。进一步地，当一个元件被认为是“固定连接”另一个元件，二者可以是可拆卸连接方式的固定，也可以不可拆卸连接的固定，如套接、卡接、一体成型固定、焊接等，在现有技术中可以实现，在此不再累赘。当元件与另一个元件相互垂直或近似垂直是指二者的理想状态是垂直，但是因制造及装配的影响，可以存在一定的垂直误差。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实用新型中涉及的“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

结合附图1-4，本实施例的一种实时荧光PCR的移动扫描式光电检测装置，包括若干荧光滤光器10，每个所述荧光滤光器10内均具有若干滤光通道，所述滤光通道内安装有，相邻两个所述滤光通道之间有光隔离，每个所述使入射荧光被分离成若干种波长和带宽的单色出射荧光，方便光电探测器对该种荧光的检测，每个所述滤光通道均连接有荧光入射光纤12和荧光出射光纤13，所述荧光入射光纤12和荧光出射光纤13分别紧密连接所述滤光片的两侧，还包括固定板1，以及可滑动的安装于所述固定板1上的活动板2，还包括用于控制所述活动板2滑动的控制结构，所述控制结构可以为现有的电动滑轨结构或螺杆驱动结构，上述两种结构均为现有技术，故不在此赘述，所述固定板1上沿第一方向设有若干第一光纤连接结构，所述第一光纤连接结构包括沿第二方向分布的若干第一光纤连接孔3(本实施例中，所述第一方向指的是所述固定板1的水平方向，所述第二方向指的是所述固定板1的竖直方向)，所述第一光纤连接孔3朝向所述活动板2的一侧透光，至少多个所述荧光滤光器10上的用于导出相同特定波长带宽的单色出射荧光的荧光出射光纤13连接至同一所述第一光纤连接孔3上，一般来说，同一所述第一光纤连接孔3内最多同时连接8根荧光出射光纤13，所述活动板2上设有若干光电探测器4，所述活动板2上的若干光电探测器4的数量和分布方式与同一所述第一光纤连接结构的若干第一光纤连接孔3的数量和分布方式一致，所述光电探测器4可接收通过所述第一光纤连接孔3射出的荧光并进行检测，所述固定板1上沿第一方向设置有若干第二光纤连接结构，所述第二光纤连接结构包括沿第二方向分布的若干第二光纤连接孔7，所述第二光纤连接孔7朝向所述活动板2的一侧透光，每个所述荧光入射光纤12内独立安装有一根发光光纤14，所述活动板2上设有若干发光模块8，所述活动板2上的若干发光模块8的数量和分布方式与同一所述第一光纤连接结构的若干第二光纤连接孔7的数量和分布方式一致，所述发光模块8发出的光线经所述发光光纤14导入至试管内，通过上述结构设计，通过所述活动板2的滑动，使得若干所述探测器4可逐步完成对所有所述第一光纤连接结构处的荧光检测，若干所述发光模块8也可以朝对应的试管提供入射光线。

本实时荧光PCR的移动扫描式光电检测装置和常见的96个试管实时荧光PCR核酸检测设备相比，把96个两个方向的扫描部位，变成了总共12个单一方向的直线扫描部位，就可以完成96个试管的大通量实时荧光PCR的6个荧光通道的检测，因此可以大幅缩短设备对96个试管的总体的检测时间；事实上，实时荧光PCR核酸检测设备会对试剂做40次左右的升温到95度然后降温到60度的热循环，每次热循环完成后，都需要对96个试管中的试剂做一次荧光检测，假如本实时荧光PCR的移动扫描式光电检测装置能够让常见的96个试管实时荧光PCR核酸检测设备的扫描时间压缩30秒钟，40个热循环周期的荧光检测就能够节省20分钟；压缩1分钟，就能够节省40分钟；这个对解决目前常见的96个试管实时荧光PCR核酸检测设备的出结果慢的问题还是非常有益的。

作为本实用新型的可选方案，光电探测器4需要具有很高的灵敏度，同时还要有较好的检测线性度，和较大的检测范围，一般常见的光电二极管，光电三极管，光敏电阻，光电池虽然都能够将光信号转换为电信号，但由于灵敏度，检测线性度，和检测范围等原因均不适用。光电探测器4一般需要使用高灵敏度的光电倍增管(PMT)或者新型的高灵敏度的雪崩二极管(APD)。一般来说，光电倍增管(PMT)的灵敏度比雪崩二极管更高一些，但其寿命较短，更加娇贵，也比较容易损坏，成本也更高。新型的高灵敏度的雪崩二极管(APD)已经做得越来越好，其灵敏度已经基本够用，寿命长，不娇贵，也较不易损坏，成本也更低。因此，光电探测器4可以根据实际应用的需求来选择高灵敏度的光电倍增管(PMT)，或者新型的高灵敏度的雪崩二极管(APD)，光电探测器4还可以选用新型的高灵敏度的混合光电探测器(Hybrid Photo Detector)，或者选用更加便宜一些的新型的高灵敏度的PIN二极管，和其他类型的高灵敏度的光敏探测器件，事实上，只要人们能够使用足够亮的激发光的光源，就完全有可能在保证设备的检测灵敏度的前提下，使用更加廉价的光电探测器4来达到高灵敏度的检测目的。

作为本实用新型的可选方案，常见的发光模块13中的大功率的LED选用470纳米的蓝色LED，使用大功率的LED的优点是寿命长，免维修；其缺点是输出光强比大功率的卤素灯稍弱；使用大功率的卤素灯的优点是输出光强比大功率的LED大；其缺点是寿命短，常需要更换，容易发热，也容易损坏，在使用卤素灯时，一般还需要加装相应的滤光片，增加了费用，由于近年来大功率的LED在输出功率上取得了长足的进步，更多的实时荧光PCR检测仪中的发光模块13使用大功率的LED；发光模块13为每一个需要同时检测的试管配置一个高亮度LED，通过若干发光光纤14将发光模块13的激发光直接导入到每一个试管的进光口。

如图1-3所示，作为例子，假定一台实时荧光PCR核酸检测设备共计含有96个试管，但是在使用本专利的简单直线扫描装置后，假定每一个扫描位置需要同时检测的试管数量为8，在扫描12个部位后，就可以检测共计96个试管。在这种情况下，发光模块13只需要共计8个模块(图2-3中只显示了4个发光模块13，因为从这个角度只能看到2排发光模块中的1排)，和某些装置共计需要使用96个大功率的LED来照明96个试管相比，可以大幅节省大功率的LED的使用量。假定所述实时荧光PCR核酸检测设备需要6个荧光通道对每一个试管进行荧光检测，那么每一个扫描位置需要检测的荧光通道数量为6，而且8个试管中的同一个荧光通道共用同一个光电探测器，那么在每一个扫描位置，只需要6个光电探测器，在扫描12个部位后，就可以检测共计96个试管中所有6个通道的荧光信号。

作为本实用新型的可选方案，所述滤光通道内位于所述的两侧均设有透镜，所述荧光入射光纤12和荧光出射光纤13分别连接至所述透镜的焦点位置，根据几何光学中透镜能够将在焦点处的点光源变成平行光的成像特性，前置透镜能够将从所述荧光入射光纤12射入的光变成平行光，让平行光能够垂直通过，然后再通过后置透镜将通过平行光再变成点光源，方便导入到所述荧光出射光纤13中去，虽然加上前置和后置透镜让所述荧光滤光器10的结构变得相对复杂一些，但是其滤光的效果也会相对好一些，人们可以根据实际应用的需求来做出选择。

作为本实用新型的可选方案，还包括用于防止相邻两个所述第一光纤连接孔3射出的荧光相互干扰的第一防干扰结构，具体的来说，所述第一防干扰结构在本实施例中有两种实现方式，第一种，所述第一防干扰结构包括若干不透光的第一连接器5，所述第一连接器5内部中空且两端均开口，所述第一连接器5的一端固连于所述活动板2上且罩设于所述光电探测器4外侧，另一端滑动抵接于所述固定板1上，主要是让经所述第一光纤连接孔3射出的荧光可通过不透光的第一连接器5被所述光电探测器4所接收，所述第一连接器5在所述活动板2滑动时同步滑动，在此基础上，所述第一连接器5内设有用于成像聚光的第一透镜，从而让从被分离的单色出射荧光能够更多地被光电探测器4检测到，增加荧光检测的灵敏度；第二种，所述第一防干扰结构包括设于相邻两个所述第一光纤连接孔3之间的第一隔光板6，这种布置方式比较简单，成本角度，虽然防干扰的效果没有第一种好，但是依旧可以达到不错的防干扰效果。

作为本实用新型的可选方案，还包括用于防止相邻两个所述第二光纤连接孔7射出的荧光相互干扰的第二防干扰结构，具体的来说，所述第一防干扰结构在本实施例中有两种实现方式，第一种，所述第二防干扰结构包括若干不透光的第二连接器9，所述第二连接器9内部中空且两端均开口，所述第二连接器9的一端固连于所述活动板2上且罩设于所述发光模块8外侧，另一端滑动抵接于所述固定板1上，所述第二连接器9的具体结构与所述第一连接器5的结构相同，尺寸上可能存在细微的区别，主要是让经所述第一光纤连接孔3射出的荧光可通过不透光的第一连接器5被所述光电探测器4所接收，所述第一连接器5在所述活动板2滑动时同步滑动，在此基础上，所述第二连接器9内设有用于成像聚光的第二透镜，让发光模块8发出的光能够更多地被所述发光光纤14接收后导入到试管中去；第二种，所述第二防干扰结构包括设于相邻两个所述第二光纤连接孔7之间的第二隔光板19，与第一隔光板6一样，这种布置方式比较简单，成本角度，虽然防干扰的效果没有第一种好，但是依旧可以达到不错的防干扰效果。

作为本实用新型的可选方案，还包括检测试管温度控制体15，所述检测试管温度控制体可精准控制每一个插入其中的试管的温度，所述检测试管温度控制体15上设有检测试管固定槽16，以及与所述检测试管固定槽16连通的进光口17和出光口18，所述进光口17和出光口18的数量与所述检测试管固定槽16的数量一致，每个所述进光口17处均对应安装有一个发光模块8，若将所述发光模块8安装于所述检测试管温度控制体15上，则可以考虑省去所述发光光纤14。不过在这种情况下，如果总的试管数为96，人们需要安装共计96个发光模块。虽然可以节省所述发光光纤，但发光模块的成本会大幅增加。

作为本实用新型的可选方案，所述进光口17和出光口17可被设计在一起，也就是说，此时，在所述检测试管温度控制体15上仅开设一个口既用于做激发光的导入，又用于将试剂被激发后所产生的荧光导出，上述设计既减少了加工费用，又在试管的四周留下了更多的没有使用过的空白表面，方便安装温度控制模块和温度检测模块等其他实时荧光PCR装置中所需要使用的部件，增加了实时荧光PCR装置的设计，调试和安装的灵活性。

需要指出的是，由于空间的限制，也为了示意图的简洁，图4只展示了4个试管和4个荧光通道的情况；但是图1-3则展示了每个扫描位置检测8个试管和6个荧光通道的状态；人们需要将图4的展示的情况推广到8个试管和6个荧光通道的状态，以便让图1-3以及图4中的试管数量和检测每个试管的荧光通道数量相符。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种实时荧光PCR的移动扫描式光电检测装置，其特征在于：包括固定板，以及可滑动的安装于所述固定板上的活动板，还包括用于控制所述活动板滑动的控制结构，所述固定板上沿第一方向设有若干第一光纤连接结构，所述第一光纤连接结构包括沿第二方向分布的若干第一光纤连接孔，所述第一光纤连接孔朝向所述活动板的一侧透光，所述活动板上设有若干光电探测器，所述活动板上的若干光电探测器的数量和分布方式与同一所述第一光纤连接结构的若干第一光纤连接孔的数量和分布方式一致。

2.根据权利要求1所述的一种实时荧光PCR的移动扫描式光电检测装置，其特征在于：还包括用于防止相邻两个所述第一光纤连接孔射出的荧光相互干扰的第一防干扰结构。

3.根据权利要求2所述的一种实时荧光PCR的移动扫描式光电检测装置，其特征在于：所述第一防干扰结构包括若干第一连接器，所述第一连接器内部中空且两端均开口，所述第一连接器的一端固连于所述活动板上且罩设于所述光电探测器外侧，另一端滑动抵接于所述固定板上。

4.根据权利要求3所述的一种实时荧光PCR的移动扫描式光电检测装置，其特征在于：所述第一连接器内设有用于成像聚光的第一透镜。

5.根据权利要求2所述的一种实时荧光PCR的移动扫描式光电检测装置，其特征在于：所述第一防干扰结构包括设于相邻两个所述第一光纤连接孔之间的第一隔光板。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种实时荧光PCR的移动扫描式光电检测装置，其特征在于：所述固定板上沿第一方向设置有若干第二光纤连接结构，所述第二光纤连接结构包括沿第二方向分布的若干第二光纤连接孔，所述活动板上设有若干发光模块，所述活动板上的若干发光模块的数量和分布方式与同一所述第一光纤连接结构的若干第二光纤连接孔的数量和分布方式一致。

7.根据权利要求6所述的一种实时荧光PCR的移动扫描式光电检测装置，其特征在于：还包括用于防止相邻两个所述第二光纤连接孔射出的荧光相互干扰的第二防干扰结构。

8.根据权利要求7所述的一种实时荧光PCR的移动扫描式光电检测装置，其特征在于：所述第二防干扰结构包括若干第二连接器，所述第二连接器内部中空且两端均开口，所述第二连接器的一端固连于所述活动板上且罩设于所述发光模块外侧，另一端滑动抵接于所述固定板上。

9.根据权利要求8所述的一种实时荧光PCR的移动扫描式光电检测装置，其特征在于：所述第二连接器内设有用于成像聚光的第二透镜。

10.根据权利要求7所述的一种实时荧光PCR的移动扫描式光电检测装置，其特征在于：所述第二防干扰结构包括设于相邻两个所述第二光纤连接孔之间的第二隔光板。

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