RU2757988C1

RU2757988C1 - Optical system for carrying out amplification of nucleic acids

Info

Publication number: RU2757988C1
Application number: RU2020142334A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Владимирович Каникевич
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью «Троицкий инженерный центр» (ООО «ТИЦ»)
Priority date: 2020-12-22
Filing date: 2020-12-22
Publication date: 2021-10-25

Abstract

FIELD: biotechnology.

SUBSTANCE: invention relates to the field of biotechnology. An optical system is proposed for carrying out amplification of nucleic acids. The system consists of a unit for excitation of fluorescence of reaction wells of a chip-cartridge and a unit for receiving a fluorescence signal. The place for the horizontal position of the chip-cartridge is located in the lower zone of the optical system, and the LEDs are made narrow-band and are installed along the side ends of the chip-cartridge. The unit for receiving the fluorescence signal is located above the reaction wells of the chip-cartridge, equipped with multispectral sensors or separate photodiodes.

EFFECT: invention provides an increase in the compactness, versatility and speed of the optical system with an increase in its reliability when carrying out various studies not only in the laboratory, but also in the field in real time.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области биотехнологии и предназначено для использования оптической системы в компактном переносном приборе для проведения ПЦР в режиме реального времени.The invention relates to the field of biotechnology and is intended for using an optical system in a compact portable device for real-time PCR.

Из области техники известен прибор - «лаборатория на чипе», включающий лазерный источник с фильтром, первое и второе зеркала, управляющие направлением света, проходящего через первый фильтр, поляризатор, поляризующий свет, отраженный вторым зеркалом, светоделитель, разделяющий поляризованный свет, проходящий через поляризатор, линзу, которая коллимирует поляризованный свет на образец в микроканале, линзу, которая собирает флуоресценцию, излучаемую флуоресцентно меченными биоматериалами, третье зеркало, контролирующее направление флуоресценции, проходящей через линзу, второй фильтр, фильтрующий флуоресценцию, отраженную третьим зеркалом, поляризованный светоделитель, разделяющий флуоресценцию, проходящую через второй фильтр, третий фильтр, который фильтрует флуоресценцию, проходящую через поляризованный светоделитель, вертикальные и горизонтальные фотоэлектронные умножители, которые измеряют сигналы флуоресценции излучаемого света, проходящего через третий фильтр, в вертикальной и горизонтальной плоскостях, поляризатор, установленный перед горизонтальным ФЭУ, осциллограф, который измеряет поляризацию флуоресценции, проходящую через фотоэлектронные умножители (ФЭУ), между первым фильтром и первым зеркалом помещается оптический прерыватель, состоящий из вращающегося диска с прорезями, для периодического включения / выключения источника света (см. опубликованную заявку US2007117220, МПК C12M3/00, оп. в 2007 г.). Данное техническое решение представляет собой достаточно сложное и громоздкое устройство, которое количественно измеряет взаимодействие между биомолекулами и флуоресцентно мечеными биоматериалами, а также активность ферментов с использованием измерения поляризация флуоресценции FP.A device known in the art is a "laboratory on a chip", which includes a laser source with a filter, first and second mirrors that control the direction of light passing through the first filter, a polarizer that polarizes the light reflected by the second mirror, a beam splitter that separates the polarized light passing through the polarizer , a lens that collimates polarized light onto a sample in a microchannel, a lens that collects fluorescence emitted by fluorescently labeled biomaterials, a third mirror that controls the direction of fluorescence passing through the lens, a second filter that filters fluorescence reflected by a third mirror, polarized light-emitting diode passing through a second filter, a third filter that filters fluorescence passing through a polarized beam splitter, vertical and horizontal photomultiplier tubes that measure the fluorescence signals of the emitted light passing through a third filter in vertical and zonal planes, a polarizer installed in front of the horizontal PMT, an oscilloscope that measures the polarization of fluorescence passing through photomultiplier tubes (PMTs), an optical chopper is placed between the first filter and the first mirror, consisting of a rotating disk with slots, for periodically turning on / off the light source ( cm. published application US2007117220, IPC C12M3 / 00, op. in 2007). This technical solution is a rather complex and cumbersome device that quantitatively measures the interaction between biomolecules and fluorescently labeled biomaterials, as well as enzyme activity using the FP fluorescence polarization measurement.

Известен прибор для детектирования капельной ПЦР-амплификации на основе микрофлюидного чипа, включающий светодиодный источник возбуждения света, асферическую линзу, причем светодиод в качестве точечного источника света помещен в фокус линзы так, что свет, излучаемый светодиодом, коллимируется через линзу для формирования параллельного пучка света, отображаемого в области чип (см. патент CN109652298, Кл. C12M 1/00, оп. в 2019 г.). В этом устройстве капля, содержащая молекулы ДНК, вводится в капельный микрофлюидный чип с помощью пипетки, затем чип помещают в блок амплификации капельной ПЦР для проведения реакции ПЦР-амплификации, а флуорохром в капле возуждается с помощью светодиода и светофильтра. Изображение флуоресцентной капли фокусируют с помощью алгоритма автофокусировки. Затем получают ряд изображений различных частей чипа с помощью сканирования. Сделанные изображения объединяют для получения полной информации об исследуемой области капли чипа. С помощью этой автоматизированной конструкции получают конечный результат очень медленно. В ней не предусмотрено ускорение работы и увеличение количества исследуемых образцов. There is a known device for detecting drop PCR amplification based on a microfluidic chip, including an LED source of light excitation, an aspherical lens, and the LED as a point light source is placed in the focus of the lens so that the light emitted by the LED is collimated through the lens to form a parallel light beam, displayed in the area of the chip (see patent CN109652298, CL. C12M 1/00, op. in 2019). In this device, a droplet containing DNA molecules is introduced into a droplet microfluidic chip using a pipette, then the chip is placed in a droplet PCR amplification unit to carry out a PCR amplification reaction, and the fluorochrome in the droplet is excited by an LED and a light filter. The fluorescent droplet image is focused using an autofocus algorithm. Then a series of images of different parts of the chip are obtained by scanning. The obtained images are combined to obtain complete information about the investigated region of the chip droplet. With this automated design, the end result is obtained very slowly. It does not provide for the acceleration of work and an increase in the number of samples under study.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является прибор для проведения ПЦР-анализа с помощью одноразового чипа, включающая оптическую головку, состоящую из 6 идентичных по устройству каналов, каждый из которых включает оптическую систему возбуждения и считывания флуоресценции, при этом система возбуждения состоит из излучающего светодиода, коллиматора, узкополосного светофильтра и объектива, с помощью которого освещается реакционная камера чипа, а для считывания флуоресцентного сигнала используют аналогичную оптическую схему с использованием регистрирующего фотодиода. Вся оптическая головка находится на каретке линейного привода и способна совершать движения вдоль камер чипа, последовательно считывая флуоресценцию из каждой реакционной камеры каждым из спектральных каналов (см. патент RU №2703776, МПК С12Q 1/6806, опубл. В 2019 году). Специфика медленной работы оптической системы и ее использования обоснованы ограничивающими конструктивными признаками прибора.The closest analogue to the claimed invention is a device for carrying out PCR analysis using a disposable chip, which includes an optical head consisting of 6 channels identical in structure, each of which includes an optical system for exciting and reading fluorescence, while the excitation system consists of an emitting LED, a collimator, a narrow-band light filter and a lens, with which the reaction chamber of the chip is illuminated, and a similar optical scheme is used to read the fluorescent signal using a recording photodiode. The entire optical head is located on the linear drive carriage and is capable of moving along the chambers of the chip, sequentially reading the fluorescence from each reaction chamber by each of the spectral channels (see patent RU No. 2703776, IPC C12Q 1/6806, published in 2019). The specifics of the slow operation of the optical system and its use are justified by the limiting design features of the device.

Техническая проблема заключается в том, что описанные устройства работают медленно и не обеспечивают достижения высокой точности исследований при проведении анализа прибором ПЦР в «полевых» (не лабораторных) условиях в режиме реального времени, например, при выезде на дом к больному, в автомобиле, на улице. В них остается нерешенной задача упрощения средств исследования при высокой результативности. Решение данной задачи не должно ограничиваться только возможностью проведения амплификации нуклеиновых кислот в лабораторных условиях. Найденное решение должно давать возможность проводить различные исследования не только в лабораторных условиях, но и в местах, не предназначенных для медицинских целей. The technical problem lies in the fact that the described devices operate slowly and do not provide high accuracy of studies when analyzing with a PCR device in "field" (non-laboratory) conditions in real time, for example, when going home to a patient, in a car, on street. In them, the problem of simplifying research tools with high efficiency remains unsolved. The solution to this problem should not be limited only by the possibility of carrying out amplification of nucleic acids in laboratory conditions. The found solution should make it possible to carry out various studies not only in laboratory conditions, but also in places not intended for medical purposes.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи повышения компактности, универсальности и быстродействия оптической системы для проведения амплификации нуклеиновых кислот с увеличением ее надежности при проведении различных исследований.The present invention is aimed at solving the technical problem of increasing the compactness, versatility and speed of an optical system for carrying out amplification of nucleic acids with an increase in its reliability in carrying out various studies.

Решение поставленной технической задачи достигается за счет того, что в оптической системе для проведения амплификации нуклеиновых кислот, состоящей из узла возбуждения флуоресценции реакционных лунок чипа-картриджа, включающего светодиоды и светофильтры, и узла приема сигнала флуоресценции (фотоприемного устройства), место для горизонтального положения чипа-картриджа размещено в нижней зоне оптической системы, а светодиоды выполнены узкополосными и установлены вдоль боковых торцов чипа-картриджа, при этом узел приема сигнала флуоресценции (фотоприемное устройство) расположен непосредственно над реакционными лунками чипа-картриджа, причем узел приема сигнала флуоресценции (фотоприемное устройство) либо снабжен мульти-спектральными сенсорами, каждый из которых расположен над отдельной лункой, либо снабжен отдельными фотодиодами, каждый из которых расположен над отдельной лункой, выполненными с однополосными и/или многополосными интерференционными светофильтрами. Узел приема сигнала флуоресценции (фотоприемное устройство) снабжен одной или несколькими линзами.The solution to this technical problem is achieved due to the fact that in the optical system for carrying out amplification of nucleic acids, consisting of a unit for excitation of fluorescence of reaction wells of a chip-cartridge, including LEDs and light filters, and a unit for receiving a fluorescence signal (photodetector), a place for the horizontal position of the chip - the cartridge is located in the lower zone of the optical system, and the LEDs are made narrow-band and installed along the side ends of the cartridge chip, while the fluorescence signal receiving unit (photodetector) is located directly above the reaction wells of the cartridge chip, and the fluorescence signal receiving unit (photodetector) either equipped with multi-spectral sensors, each of which is located above a separate well, or equipped with separate photodiodes, each of which is located above a separate well, made with single-band and / or multi-band interference filters. The fluorescence signal receiving unit (photodetector) is equipped with one or more lenses.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображена оптическая система для проведения амплификации нуклеиновых кислот, вид спереди. На фиг. 2 - то же, в изометрии. На фиг. 3 изображен одноразовый чип-картридж.Figure 1 shows an optical system for carrying out amplification of nucleic acids, front view. FIG. 2 - the same, in isometric view. FIG. 3 shows a disposable chip cartridge.

Оптическая система для проведения амплификации нуклеиновых кислот предназначена для использования в компактном портативном приборе для проведения ПЦР в режиме реального времени и представляет собой конструкцию, состоящую из двух основных узлов: узла возбуждения флуоресценции (флуорофоров и флуоресцентных красителей) и узла приема сигнала флуоресценции. Узел возбуждения флуоресценции (флуорофоров и флуоресцентных красителей) включает расположенные на плате 1 по боковым сторонам корпуса узкополосные светодиоды 2 с минимальным углом расходимости излучения, расположенные непосредственно напротив соответствующих реакционных лунок 3 одноразового чипа-картриджа 4 по его боковым торцам. Вариант исполнения одноразового чипа-картриджа 4 показан на фиг. 3. На плате 1 могут располагать как один, так и несколько светодиодов 2 в зависимости от того, какие флуоресцентные красители предполагается использовать. А также в зависимости от количества лунок 3 и длины чипа-картриджа 4. При этом каждый светодиод 2 может возбуждать сразу несколько флуорофоров в нескольких лунках 3. Для спектрального разделения возбуждающего излучения и излучения флуорофоров (например, FAM, HEX, ROX и Cy5) между каждым светодиодом 2 и торцом чипа-картриджа 4 установлен соответствующий интерференционный светофильтр 5 с максимумами пропускания в диапазоне например 470, 520, 580, 635 нм. Для увеличения количества полезного излучения, проникающего внутрь чипа-картриджа 4, обеспечивают минимальное расстояние между возбуждающими светодиодами 2 и торцом чипа-картриджа 4.The optical system for carrying out amplification of nucleic acids is intended for use in a compact portable device for real-time PCR and is a structure consisting of two main units: a fluorescence excitation unit (fluorophores and fluorescent dyes) and a fluorescence signal receiving unit. The unit for excitation of fluorescence (fluorophores and fluorescent dyes) includes narrow-band LEDs 2 located on the board 1 on the sides of the housing with a minimum angle of radiation divergence, located directly opposite the corresponding reaction wells 3 of the disposable chip cartridge 4 along its side ends. An embodiment of a disposable chip cartridge 4 is shown in FIG. 3. On board 1, there can be one or several LEDs 2, depending on which fluorescent dyes are supposed to be used. And also depending on the number of wells 3 and the length of the chip-cartridge 4. In this case, each LED 2 can excite several fluorophores at once in several wells 3. For spectral separation of the exciting radiation and the emission of fluorophores (for example, FAM, HEX, ROX and Cy5) between each LED 2 and the end face of the chip-cartridge 4 is equipped with a corresponding interference filter 5 with transmission maxima in the range of, for example, 470, 520, 580, 635 nm. To increase the amount of useful radiation that penetrates into the inside of the chip cartridge 4, a minimum distance is provided between the exciting LEDs 2 and the end face of the chip cartridge 4.

Чип-картридж 4 (см. фиг. 3) представляет собой плоскую прозрачную пластину, изготовленную из полимерного материала с высокой биоинертностью, низкой автофлуоресценцией и высоким уровнем прохождения света. С нижней стороны в пластине выполнены реакционные лунки 3 (реакционные ячейки) для заправки исследуемыми образцами и реагентами. Каждая реакционная лунка 3 имеет заправочное отверстие 6 и отверстие 7 для выхода воздуха, расположенные сверху чипа-картриджа 4. Чип-картридж 4 имеет герметизирующую пленку с обеих сторон (на рисунке не показано), плотно прилегающую к поверхности и обеспечивающую полную герметизацию лунок 3 и отверстий 6 и 7. Одноразовый чип-картридж 4 может быть снабжен направляющими пазами 8, предназначенными для фиксации в нижней зоне оптической системы прибора для амплификации нуклеиновых кислот. Чип-картридж расположен на нагревательной пластине 9 термоциклера (на рисунке не показано). Прибор с оптической системой может быть снабжен устройством автоматической загрузки чипа-картриджа 4 (на рисунке не показано) в рабочее положение.Chip cartridge 4 (see Fig. 3) is a flat transparent plate made of a polymer material with high bioinertness, low autofluorescence and high light transmission. On the lower side of the plate, reaction wells 3 (reaction cells) are made for filling with the test samples and reagents. Each reaction well 3 has a filling hole 6 and an air outlet 7 located on top of the chip-cartridge 4. The chip-cartridge 4 has a sealing film on both sides (not shown in the figure), which adheres tightly to the surface and ensures complete sealing of the wells 3 and holes 6 and 7. The disposable chip cartridge 4 can be provided with guide grooves 8 intended for fixation in the lower zone of the optical system of the device for amplification of nucleic acids. The chip cartridge is located on the heating plate 9 of the thermal cycler (not shown in the figure). A device with an optical system can be equipped with a device for automatic loading of the chip-cartridge 4 (not shown in the figure) into the working position.

Узел приема сигнала флуоресценции представляет собой оптическую фокусирующую систему (фотоприемное устройство), расположенную непосредственно над реакционными лунками 3 чипа-картриджа 4. Фокусирующая система состоит из одной или нескольких линз 10. Их количество зависит от типа фотоприемного устройства 11. При использовании в качестве фотоприемного устройства 11 отдельных фотодиодов, каждый из которых расположен над отдельной лункой 3, в систему устанавливают интерференционный светофильтр 12 со спектрами пропускания, соответствующими спектрам излучения флуоресцентных красителей. Например, такие сфетофильтры 12 могут иметь максимум пропускания в диапазонах 520, 560 и 680 нм и блокировку паразитного излучения возбуждающих светодиодов 2 в диапазонах 470 и 635 нм. При этом при использовании в схеме отдельного фотодиода в качестве фотоприемного устройства 11 допускается использование на выбор двух и более комбинаций флуоресцентных красителей, имеющих подходящие диапазоны излучения.The fluorescence signal receiving unit is an optical focusing system (photodetector) located directly above the reaction wells 3 of the chip cartridge 4. The focusing system consists of one or more lenses 10. Their number depends on the type of photodetector 11. When used as a photodetector 11 separate photodiodes, each of which is located above a separate well 3, an interference filter 12 with transmission spectra corresponding to the emission spectra of fluorescent dyes is installed in the system. For example, such photo filters 12 can have a maximum transmission in the ranges of 520, 560 and 680 nm and blocking of parasitic radiation of the exciting LEDs 2 in the ranges of 470 and 635 nm. In this case, when a separate photodiode is used in the circuit as a photodetector 11, it is allowed to use a choice of two or more combinations of fluorescent dyes having suitable emission ranges.

Также в оптическую систему в качестве фотоприемного устройства 11 допускается установка оптических мульти-спектральных сенсоров, представляющих собой сборку единичных фотодиодов, расположенных в общем корпусе, каждый из которых расположен над отдельной лункой 3 (на рисунке не показано). На каждый фотодиод устанавливают собственный интерференционный светофильтр (на рисунке не показано) с полосами пропускания, соответствующими спектрам излучения применяемых флуорофоров. При этом для увеличения площади фоточувствительного элемента и равномерного распределения излучения в плоскости фокусировки, фотодиоды с фильтрами каждого спектрального диапазона могут быть объединены в пары. В случае установки мульти-спектральных сенсорв не требуется установка дополнительных многополосных светофильтров, при этом появляется возможность проводить мультиплексную полимеразную цепную реакцию с возможностью одновременного определения большого числа мишеней в одной пробе - во всех реакционных лунках 3 чипа-картриджа 4 (до 24 мишеней).Also, in the optical system as a photodetector 11, it is allowed to install optical multi-spectral sensors, which are an assembly of single photodiodes located in a common housing, each of which is located above a separate hole 3 (not shown in the figure). Each photodiode is equipped with its own interference filter (not shown in the figure) with passbands corresponding to the emission spectra of the fluorophores used. In this case, to increase the area of the photosensitive element and uniform distribution of radiation in the focusing plane, photodiodes with filters of each spectral range can be combined in pairs. In the case of installing multi-spectral sensors, it is not required to install additional multiband light filters, while it becomes possible to carry out a multiplex polymerase chain reaction with the possibility of simultaneous determination of a large number of targets in one sample - in all reaction wells 3 of the chip cartridge 4 (up to 24 targets).

Оптическую систему для проведения амплификации нуклеиновых кислот в компактном портативном приборе для проведения ПЦР в режиме реального времени используют следующим образом. Чип-картридж 4 с лунками 3, заправленными реагентами, вставляют в прибор через специальное отверстие, находящееся на передней панели амплификатора для проведения амплификации нуклеиновых кислот в зону действия оптической системы. Чип-картридж 4 фиксируют в нижней зоне оптической системы таким образом, чтобы он нижней стороной плотно прилегал к нагревательной пластине 9 термоциклера. Если чип-картридж оснащен пазами 8, то они должны совпасть с аналогичными пазами, расположенными в корпусе оптической системы. Чип-картридж 4 может фиксироваться внутри прибора специальным прижимным механизмом (на рисунке не показано).An optical system for carrying out amplification of nucleic acids in a compact portable device for real-time PCR is used as follows. Chip cartridge 4 with wells 3 filled with reagents is inserted into the device through a special hole located on the front panel of the amplifier to carry out amplification of nucleic acids into the zone of action of the optical system. The chip cartridge 4 is fixed in the lower zone of the optical system so that its bottom side fits snugly against the heating plate 9 of the thermal cycler. If the chip cartridge is equipped with slots 8, then they must coincide with similar slots located in the optical system housing. Chip cartridge 4 can be fixed inside the device with a special clamping mechanism (not shown in the figure).

В процессе работы прибора после каждого цикла термоциклирования производят измерение уровня флуоресценции специальных флуоресцентных красителей в исследуемом образце, при этом интенсивность излучения говорит о первоначальном количестве интересующих молекул в исследуемом образце. Измерение уровня флуоресценции осуществляют оптической системой с помощью узла возбуждения флуорофоров и флуоресцентных красителей и узла приема сигнала флуоресценции (узел возбуждения оптического сигнала и узел детекции). Во время амплификации происходит торцевое возбуждение флуорофоров и флуоресцентных красителей. Для спектрального разделения возбуждающего излучения и излучения флуорофоров между светодиодами 2 и торцом чипа-картриджа 4 установлены интерференционные светофильтры 5 с максимумами пропускания в диапазонах длин волн, соответствующих длинам волн поглощения флуоресцентных красителей. В оптической системе обеспечено минимальное расстояние между возбуждающими светодиодами 2 и торцами чипа-картриджа 4 для увеличения количества полезного излучения, проникающего внутрь чипа-картриджа 4.During the operation of the device, after each cycle of thermal cycling, the fluorescence level of special fluorescent dyes in the test sample is measured, while the radiation intensity indicates the initial number of molecules of interest in the test sample. The measurement of the fluorescence level is carried out by an optical system using a unit for excitation of fluorophores and fluorescent dyes and a unit for receiving a fluorescence signal (unit for excitation of an optical signal and a detection unit). During amplification, end-to-end excitation of fluorophores and fluorescent dyes occurs. For spectral separation of exciting radiation and fluorophore radiation, interference filters 5 with transmission maxima in the wavelength ranges corresponding to the absorption wavelengths of fluorescent dyes are installed between the LEDs 2 and the end of the cartridge chip 4. The optical system provides a minimum distance between the exciting LEDs 2 and the ends of the chip cartridge 4 to increase the amount of useful radiation that penetrates into the chip cartridge 4.

На фиг. 2 изображено условное движение светового сигнала от светодиодов 2 через боковые торцы светопрозрачного одноразового чипа-картриджа 4 в сторону реакционных лунок 3. Излучение флуоресцентного красителя исследуемого образца улавливает система линз 10 с интерференционным светофильтром 12 со спектрами пропускания, соответствующими спектрам излучения флуоресцентных красителей. Такие светофильтры имеют максимум пропускания в диапазонах, например 520, 560 и 680 нм и блокировку паразитного излучения возбуждающих светодиодов 2 в диапазонах 470 и 635 нм. Сигнал, зарегистрированный фотоприемным устройством 11 оптической системы, поступает в плату обработки сигнала, а встроенный компьютер обрабатывает данные и выводит их на дисплей в виде графика ПЦР-кривой (на рисунке не показано). На лицевой панели прибора может быть предусмотрена световая индикация различных режимов работы прибора (термоциклирования, наличия чипа, обнаружения патогена, сигнализированные о появлении различных неисправностей в работе и т.д). FIG. 2 shows the conventional movement of the light signal from LEDs 2 through the side ends of the translucent disposable chip cartridge 4 towards the reaction wells 3. The radiation of the fluorescent dye of the test sample is captured by a system of lenses 10 with an interference filter 12 with transmission spectra corresponding to the emission spectra of fluorescent dyes. Such filters have a maximum transmission in the ranges, for example, 520, 560 and 680 nm and blocking of parasitic radiation of exciting LEDs 2 in the ranges of 470 and 635 nm. The signal recorded by the photodetector 11 of the optical system enters the signal processing board, and the built-in computer processes the data and displays them on the display in the form of a PCR curve graph (not shown in the figure). On the front panel of the device, light indication of various modes of operation of the device (thermal cycling, presence of a chip, detection of a pathogen, signaling the appearance of various malfunctions, etc.) can be provided.

Оптическая система с одноразовым чипом-картриджем 4 для проведения амплификации нуклеиновых кислот может быть использована в молекулярной диагностике. Повышению эффективности исследования с помощью вышеописанной оптической системы способствует материал чипа-картриджа с высокой биоинертностью, низкой автофлуоресценцией и высоким уровнем светопропускания, обеспечивающий возможность использования узкополосных светодиодов 12 с боковых торцов чипа-картриджа 4. Что, в свою очередь, дает возможность значительно уменьшить габариты оптической системы и прибора в целом. Горизонтальное расположение чипа-картриджа в процессе проведения исследований способствует повышению равномерности прогревания и охлаждения образцов, исключает стекание жидкости в реакционных лунках 2 в одну сторону. Торцевое возбуждение флуорофоров дает возможность при уменьшении габаритов оптической системы повысить отношение сигнал/шум (ОСШ) фотоприемного устройства оптической системы. The optical system with a disposable chip-cartridge 4 for carrying out amplification of nucleic acids can be used in molecular diagnostics. An increase in the research efficiency using the above-described optical system is facilitated by the material of the cartridge-chip with high bioinertness, low autofluorescence and a high level of light transmission, which makes it possible to use narrow-band LEDs 12 from the side ends of the cartridge 4 chip. system and device as a whole. The horizontal arrangement of the chip-cartridge in the course of research helps to increase the uniformity of heating and cooling of the samples, excludes the flow of liquid in the reaction wells 2 in one direction. The edge excitation of fluorophores makes it possible to increase the signal-to-noise ratio (SNR) of the photodetector of the optical system while reducing the size of the optical system.

Таким образом, технический результат, достигаемый с использованием заявленного изобретения, заключается в повышении компактности, универсальности и быстродействия оптической системы для проведения амплификации нуклеиновых кислот с увеличением ее надежности при проведении различных исследований не только в лаборатории, но и в полевых условиях, например, у постели больного в режиме реального времени.Thus, the technical result achieved with the use of the claimed invention is to increase the compactness, versatility and speed of the optical system for carrying out amplification of nucleic acids with an increase in its reliability when carrying out various studies not only in the laboratory, but also in the field, for example, at the bedside. patient in real time.

Claims

1. An optical system for carrying out amplification of nucleic acids, consisting of a unit for excitation of fluorescence of reaction wells of a chip-cartridge, including LEDs and light filters, and a unit for receiving a fluorescence signal, characterized in that the place for the horizontal position of the chip-cartridge is located in the lower zone of the optical system, and the LEDs are narrow-band and installed along the side ends of the cartridge chip, while the fluorescence signal receiving unit is located directly above the reaction wells of the cartridge chip, and the fluorescence signal receiving unit is either equipped with multispectral sensors, each of which is located above a separate reaction well, or equipped with separate photodiodes, each of which is located above a separate reaction well, made with single-band and / or multi-band interference filters.

2. Optical system according to claim 1, characterized in that the fluorescence signal receiving unit is equipped with one or more lenses.