RU2774888C1 - Apparatus for recording pcr results with a monochromator - Google Patents

Apparatus for recording pcr results with a monochromator Download PDF

Info

Publication number
RU2774888C1
RU2774888C1 RU2021111435A RU2021111435A RU2774888C1 RU 2774888 C1 RU2774888 C1 RU 2774888C1 RU 2021111435 A RU2021111435 A RU 2021111435A RU 2021111435 A RU2021111435 A RU 2021111435A RU 2774888 C1 RU2774888 C1 RU 2774888C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
monochromator
pcr
recording
samples
exciting
Prior art date
Application number
RU2021111435A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вероника Михайловна Вахрушева
Алексей Михайлович Хорохоров
Original Assignee
Вероника Михайловна Вахрушева
Filing date
Publication date
Application filed by Вероника Михайловна Вахрушева filed Critical Вероника Михайловна Вахрушева
Application granted granted Critical
Publication of RU2774888C1 publication Critical patent/RU2774888C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: computing technology.
SUBSTANCE: invention relates to an apparatus for recording the results of a polymerase chain reaction (PCR). Apparatus for recording PCR results comprises a light source (1) with a wide emission spectrum, a lighting lens (8), a cell (9) with samples, and a recording system. A monochromator is installed between the light source (1) and the lighting lens (8), providing illumination of the samples with monochromatic excitation light, as well as return of fluorescent emission in the course of autocollimation by the lens (8) to the output slot (7) of the monochromator and focusing thereof into the slot (10) located in the plane of the input slot (3) of the monochromator and distanced therefrom by the value of linear dispersion of the monochromator, corresponding to the difference in the wavelengths of the exciting and fluorescent emission.
EFFECT: apparatus allows for PCR diagnostics using stains with different absorption and fluorescence spectra, and provides a possibility of resetting the wavelength of exciting emission without the need for application of narrow-band filters, temporary degradation whereof can lead to errors in the operation of the apparatus.
1 cl, 2 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к устройствам регистрации. В частности, изобретение относится к устройству регистрации результатов ПЦР с использованием красителей с различными спектрами поглощения и флуоресценции. Устройство может найти применение в медицине, контроле за микробиологическим загрязнением окружающей среды и продуктов питания, криминалистике.The invention relates to registration devices. In particular, the invention relates to a device for recording PCR results using dyes with different absorption and fluorescence spectra. The device can be used in medicine, control of microbiological contamination of the environment and food, forensics.

Уровень техникиState of the art

Полимеразная цепная реакция является одним из методов молекулярной биологии. В основе этого метода лежит многократное копирование (амплификация) определенных участков ДНК и РНК в процессе повторяющихся температурных циклов.The polymerase chain reaction is one of the methods of molecular biology. This method is based on repeated copying (amplification) of certain sections of DNA and RNA in the process of repeated temperature cycles.

На Фиг. 2 приведена обобщенная схема оптико-электронного блока устройства, предназначенного для проведения и регистрации результатов ПЦР. Реакционная смесь (14), имеющая в своем составе исследуемый биологический материал, размещается в контейнере (15), который в свою очередь располагается в амплификаторе (16), осуществляющем циклическое температурное воздействие на образцы материала. В результате полимеразной цепной реакции при наличии в образце фрагментов искомой ДНК происходит экспоненциальное увеличение их числа. Это увеличение регистрируется по флуоресцентному излучению красителя, который вводят в состав реакционной смеси перед диагностикой. Интенсивность флуоресцентного излучения возрастает пропорционально количеству продукта амплификации. Для возбуждения флуоресцентного излучения и его регистрации служит оптико-электронный блок (17), который включает в себя объектив (18), источник квазимонохроматического возбуждающего излучения (19), приемник излучения (20), спектроделитель (21), фильтр возбуждения (22) и фильтр регистрации (23), представляющие собой узкополосные интерференционные фильтры. Спектры флуоресценции красителей сдвинуты в длинноволновую область относительно спектров возбуждающего излучения на 30-40 нм. Поэтому полоса пропускания фильтра (23) смещена относительно полосы пропускания фильтра (21) на такую же величину.On FIG. Figure 2 shows a generalized diagram of the optical-electronic unit of the device intended for conducting and recording PCR results. The reaction mixture (14), which contains the studied biological material, is placed in a container (15), which, in turn, is located in an amplifier (16), which performs cyclic temperature exposure to material samples. As a result of the polymerase chain reaction, in the presence of fragments of the desired DNA in the sample, an exponential increase in their number occurs. This increase is recorded by the fluorescent radiation of the dye, which is introduced into the reaction mixture before diagnosis. The intensity of fluorescent radiation increases in proportion to the amount of amplification product. For excitation of fluorescent radiation and its registration, an optoelectronic unit (17) is used, which includes an objective (18), a source of quasi-monochromatic exciting radiation (19), a radiation receiver (20), a spectrum splitter (21), an excitation filter (22) and registration filter (23), which are narrow-band interference filters. The fluorescence spectra of dyes are shifted to the long wavelength region relative to the spectra of exciting radiation by 30–40 nm. Therefore, the passband of the filter (23) is shifted relative to the passband of the filter (21) by the same amount.

Среди приборов, оптико-электронный блок которых построен по приведенной схеме, можно отметить прибор для ПЦР диагностики (CFX96 Touch Real-Time PCR Detection System от Bio-Rad [1]), прибор для ПЦР диагностики (амплификатор детектирующий DTprime 4М1 от ДНК-Технология [2]). В этих приборах источниками возбуждающего излучения являются светодиоды.Among the devices, the optical-electronic unit of which is built according to the above scheme, one can note a device for PCR diagnostics (CFX96 Touch Real-Time PCR Detection System from Bio-Rad [1]), a device for PCR diagnostics (amplifier detecting DTprime 4M1 from DNA-Technology [2]). In these devices, the sources of exciting radiation are light-emitting diodes.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является прибор ПЦР диагностики в реальном времени (7500 Fast Dx Real-Time PCR System от Thermo Fisher Scientific [3]). Прибор содержит кювету для образцов, термоциклер и оптико-электронный блок, состоящий из источника возбуждения флуоресценции на базе галогенной лампы и регистратора на основе камеры с ПЗС-матрицей. Прибор имеет возможность проводить мультиплексные исследования на пяти фиксированных длинах волн возбуждающего излучения при одновременном использовании до пяти красителей. Для этого в приборе предусмотрена установка сменных фильтров возбуждения и регистрации.The closest in technical essence to the proposed invention is a real-time PCR diagnostic device (7500 Fast Dx Real-Time PCR System from Thermo Fisher Scientific [3]). The device contains a cuvette for samples, a thermal cycler, and an optoelectronic unit consisting of a fluorescence excitation source based on a halogen lamp and a recorder based on a camera with a CCD array. The device has the ability to conduct multiplex studies at five fixed wavelengths of exciting radiation while using up to five dyes. To do this, the device provides for the installation of replaceable excitation and registration filters.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Задачей изобретения является обеспечение работы прибора с излучением любой длины волны.The objective of the invention is to ensure the operation of the device with radiation of any wavelength.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что выделение монохроматического излучения требуемой длины волны для возбуждения флуоресценции осуществляется монохроматором. Данный монохроматор выделяет также флуоресцентное излучение от исследуемых образцов и направляет его на входной зрачок системы регистрации.The essence of the proposed invention lies in the fact that the selection of monochromatic radiation of the required wavelength for excitation of fluorescence is carried out by a monochromator. This monochromator also selects fluorescent radiation from the studied samples and directs it to the entrance pupil of the registration system.

Преимущество предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом заключается в возможности перестройки длины волны возбуждающего излучения и отсутствии необходимости применения узкополосных фильтров, временная деградация которых может привести к возникновению погрешностей в работе прибора.The advantage of the proposed invention in comparison with the prototype lies in the possibility of tuning the wavelength of the exciting radiation and the absence of the need to use narrow-band filters, the temporal degradation of which can lead to errors in the operation of the device.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Фиг. 1 - схема оптико-электронного блока настоящего изобретения.Fig. 1 is a diagram of the optical-electronic unit of the present invention.

Фиг. 2 - обобщенная схема оптико-электронного блока устройства для ПЦР диагностики.Fig. 2 - a generalized diagram of the optical-electronic unit of the device for PCR diagnostics.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

На Фиг. 1 представлен пример конкретного исполнения оптико-электронного блока прибора для ПЦР контроля с монохроматором.On FIG. 1 shows an example of a specific design of the optical-electronic unit of the device for PCR control with a monochromator.

Свет от источника излучения (1), обладающего широким спектром, например, от вольфрамовой галогенной лампы, фокусируется конденсором (2) на входной щели (3) монохроматора. Монохроматор состоит из входного (4) и выходного (5) объективов, диспергирующего элемента (6), например, призмы постоянного угла отклонения Аббе. При расположении выходной щели (7) монохроматора в передней фокальной плоскости осветительного объектива (8) образцы в кювете (9) освещаются параллельным пучком монохроматического света, длину волны которого можно изменять путем поворота призмы (6). Флуоресцентное излучение образцов в автоколлимационном ходе возвращается объективом (8) в щель (7) и в обратном ходе лучей фокусируется в щель (10), находящуюся в плоскости входной щели (3) и отстоящей от нее на величину линейной дисперсии монохроматора, соответствующей разности длин волн возбуждающего и флуоресцентного излучений и составляющей 30-40 нм. Пройдя через призму (11), флуоресцентное излучение собирается объективом (12), в плоскости изображения которого находится фоточувствительный слой приемника излучения (13), например, ПЗС-матрицы.Light from a radiation source (1) with a wide spectrum, for example, from a tungsten halogen lamp, is focused by a condenser (2) on the entrance slit (3) of the monochromator. The monochromator consists of input (4) and output (5) lenses, a dispersive element (6), for example, a prism of constant Abbe deflection angle. When the exit slit (7) of the monochromator is located in the front focal plane of the illumination objective (8), the samples in the cuvette (9) are illuminated by a parallel beam of monochromatic light, the wavelength of which can be changed by turning the prism (6). The fluorescent radiation of the samples in the autocollimation course is returned by the lens (8) to the slit (7) and, in the reverse course of the rays, is focused into the slit (10), which is in the plane of the entrance slit (3) and is separated from it by the value of the linear dispersion of the monochromator corresponding to the difference in wavelengths exciting and fluorescent radiation and a component of 30-40 nm. After passing through the prism (11), the fluorescent radiation is collected by the lens (12), in the image plane of which there is a photosensitive layer of the radiation receiver (13), for example, a CCD array.

Список литературы к заявкеList of references to the application

Устройство регистрации результатов ПЦР с монохроматоромDevice for recording PCR results with a monochromator

1. Bio-Rad. Real-Time PCR Systems [Электронный ресурс]. URL: https://www.bio-rad.com/ru-ru/product/cfx96-touch-real-time-pcr-detection-system (дата обращения: 01.04.2020).1. BioRad. Real-Time PCR Systems [Electronic resource]. URL: https://www.bio-rad.com/ru-ru/product/cfx96-touch-real-time-pcr-detection-system (Accessed: 04/01/2020).

2. ДНК-Технология. Детектирующие амплификаторы [Электронный ресурс]. URL: https://www.dna-technology.ru/dnaproducts/equipments/rtamplificators/dt_prime (дата обращения: 01.04.2020).2. DNA Technology. Detecting amplifiers [Electronic resource]. URL: https://www.dna-technology.ru/dnaproducts/equipments/rtamplificators/dt_prime (date of access: 04/01/2020).

3. Thermo Fisher Scientific. Real-Time PCR. Applied Biosystems Real-Time PCR Instruments [Электронный ресурс]. URL: https://www.thermofisher.com/ru/ru/home/life-science/pcr/real-time-pcr/real-time-pcr-instruments/7500-fast-real-time-pcr-system.html (дата обращения: 01.04.2020).3. Thermo Fisher Scientific. Real Time PCR. Applied Biosystems Real-Time PCR Instruments [Electronic resource]. URL: https://www.thermofisher.com/en/en/home/life-science/pcr/real-time-pcr/real-time-pcr-instruments/7500-fast-real-time-pcr-system. html (date of access: 04/01/2020).

Claims (1)

Устройство регистрации результатов ПЦР с монохроматором, содержащее источник света (1) с широким спектром излучения, осветительный объектив (8), кювету (9) с образцами и систему регистрации, отличающееся тем, что между источником света (1) и осветительным объективом (8) установлен монохроматор, который обеспечивает освещение образцов монохроматическим светом возбуждения, а также возвращение флуоресцентного излучения в автоколлимационном ходе объективом (8) в выходную щель (7) монохроматора и его фокусировку в щель (10), находящуюся в плоскости входной щели (3) монохроматора и отстоящую от нее на величину линейной дисперсии монохроматора, соответствующей разности длин волн возбуждающего и флуоресцентного излучения.Device for recording PCR results with a monochromator, containing a light source (1) with a wide spectrum of radiation, an illuminating lens (8), a cuvette (9) with samples and a registration system, characterized in that between the light source (1) and the illuminating lens (8) a monochromator is installed, which provides illumination of the samples with monochromatic excitation light, as well as the return of fluorescent radiation in the autocollimation course by the objective (8) to the exit slit (7) of the monochromator and its focusing into the slit (10), located in the plane of the entrance slit (3) of the monochromator and spaced from it by the value of the linear dispersion of the monochromator corresponding to the difference between the wavelengths of the exciting and fluorescent radiation.
RU2021111435A 2021-04-22 Apparatus for recording pcr results with a monochromator RU2774888C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2774888C1 true RU2774888C1 (en) 2022-06-24

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1374909A1 (en) * 1985-11-25 1996-12-10 Всесоюзный Научно-Исследовательский И Экспериментально-Конструкторский Институт Продовольственного Машиностроения Spectrolarimeter
AU6644896A (en) * 1995-08-07 1997-03-05 Roche Diagnostics Operations Inc. Biological fluid analysis using distance outlier detection
RU77680U1 (en) * 2008-04-07 2008-10-27 Закрытое акционерное общество "Научприбор" SPECTROPHOTOFLUORIMETRIC DETECTOR
US7777877B2 (en) * 2006-10-20 2010-08-17 California Institute Of Technology High efficiency coupling optics for pumping and detection of fluorescence
CN109374893A (en) * 2018-11-07 2019-02-22 国家纳米科学中心 Based on thermophoresis to the detection system and method for PD-L1 receptor
RU2716171C2 (en) * 2015-02-06 2020-03-06 Лайф Текнолоджиз Корпорейшн Methods and systems for biological instrument calibration

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1374909A1 (en) * 1985-11-25 1996-12-10 Всесоюзный Научно-Исследовательский И Экспериментально-Конструкторский Институт Продовольственного Машиностроения Spectrolarimeter
AU6644896A (en) * 1995-08-07 1997-03-05 Roche Diagnostics Operations Inc. Biological fluid analysis using distance outlier detection
US7777877B2 (en) * 2006-10-20 2010-08-17 California Institute Of Technology High efficiency coupling optics for pumping and detection of fluorescence
RU77680U1 (en) * 2008-04-07 2008-10-27 Закрытое акционерное общество "Научприбор" SPECTROPHOTOFLUORIMETRIC DETECTOR
RU2716171C2 (en) * 2015-02-06 2020-03-06 Лайф Текнолоджиз Корпорейшн Methods and systems for biological instrument calibration
CN109374893A (en) * 2018-11-07 2019-02-22 国家纳米科学中心 Based on thermophoresis to the detection system and method for PD-L1 receptor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Методы оптической спектроскопии (методическое пособие к задачам спецпрактикума кафедры химии нефти и органического катализа). под.ред. Кулаковой И.И. и др., Москва, 2015, [он-лайн], [найдено 07.12.2021]. Найдено в Интернет:https://istina.msu.ru/media/publications/book/911/a0d/9106754/MetodOptSpecPetrolChemMSU_2015.pdf. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11920191B2 (en) Systems and methods for assessing biological samples
EP1830174B1 (en) Multi-channel fluorescence sample analyzer
EP1984670B1 (en) Method and system for simultaneous real-time monitoring of optical signals from multiple sources
US7626704B2 (en) Methods and systems for simultaneous real-time monitoring of optical signals from multiple sources
US7046359B2 (en) System and method for dynamic chemical imaging
US6654119B1 (en) Scanning spectrophotometer for high throughput fluroescence detection
US5815262A (en) Apparatus for parallelized two-photon fluorescence correlation spectroscopy (TPA-FCS), and the use thereof for screening active compounds
US7352459B2 (en) Scanning Spectrophotometer for high throughput fluorescence detection and fluorescence polarization
KR101089045B1 (en) Real-time PCR Monitoring Apparatus
JP2007501414A (en) Multi-dimensional fluorescence apparatus and method for rapid and highly sensitive quantitative analysis of mixtures
RU2774888C1 (en) Apparatus for recording pcr results with a monochromator
WO2009098624A1 (en) Analysis system and method
CN101099081A (en) Method and apparatus for variable-field illumination
CN113711013A (en) Sample analysis method, analysis device, and computer program
WO2024034344A1 (en) Analysis method
Egan Low-Cost Molecular Spectroscopy Microscopy Instrumentation
Brunsting Patent Reviews: 6,642,522; 6,654,121; 6,737,629; 6,794,659; 6,794,670; 6,795,175; 6,795,222; 6,795,224; 6,798,562; 6,800,855; 6,804,000; 6,804,002; 6,806,455; 6,806,460; 6,806,953; 6,809,828
JPH02147939A (en) Microscopic spectroscope