CN108641933A - 一种基于dlp技术的荧光定量pcr检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于DLP技术的荧光定量PCR检测装置，包括：DLP投影组件，其用于生成激发光；光检测通道，其包括校直透镜、二向分色镜、发散透镜和检测器件。检测时，只需要采用DLP投影组件对待检测的试管内顺次投射相同强度或者带有精确补偿量的激发光，检测器件瞬间即可检测到相应试管内的荧光强度，从而得出模板DNA浓度，无需采用机械移动机构带动激发光源依次对各试管投射，大大节约了检测的时间；DLP投影组件的激发光投***度高，光的亮度调节比高且调整方便，能对各个待检孔位投射均匀一致的激发光，更可以有选择地对各个待检孔位按需求依次照亮，可以有效提高检测数据的准确性和检测效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物学检测技术领域，具体涉及一种基于DLP技术的荧光定量PCR检测装置。
背景技术
DLP是“Digital Light Processing”的缩写，即数字光处理，其要先把影像信号经过数字处理，然后再把光投影出来。DLP的技术核心是DMD芯片，一个DMD可被简单描述成为一个半导体光开关，50-130万个微镜片聚集在CMOS硅基片上。一个微镜片表示一个像素，变换速率为1000次/秒，或更快。DMD可以提供1670万种颜色和256段灰度层次，从而确保DLP投影装置可投影的活动影像画面色彩艳丽的细腻、自然逼真。
聚合酶链式反应(PCR)是一种用于放大扩增特定的DNA片段的分子生物学技术。PCR是利用DNA在体外95℃高温时变性会变成单链，低温(通常是60℃左右)时引物与单链按碱基互补配对的原则结合，再调温度至DNA聚合酶最适反应温度(72℃左右)，DNA聚合酶沿着磷酸到五碳糖的方向合成互补链，将靶DNA进行数百万倍的扩增。
荧光定量PCR检测，是指在PCR反应体系中加入荧光基团，通过使用不同波长的激发光或者单一波长的激发光照射试管，当试管中的试剂被激发出荧光时，通过光学传感器采集到荧光强度信号。目前荧光定量PCR检测装置，一般采用移动机构带动检测头依次对各试管孔进行检测，检测速度比较慢，检测效率低下。在公告号为CN1170145C的专利文献中公开了一种荧光定量PCR分析***，其荧光检测装置位于变温金属模块的下方，由步进电机带动来回移动的同步带，检测头则设置在同步带上，检测速度慢。在公告号为CN101698823B的专利文献中公开了一种基于高速伺服电机和光定位的荧光定量PCR检测***，其是采用高速伺服电机及传动机构带动光学激发检测扫描头对各试管孔依次进行荧光检测，虽然其采用了伺服电机代替了传统步进电机提高了移动速度，但整个检测过程还是比较耗时。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供了一种基于DLP技术的荧光定量PCR检测装置。
为达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于DLP技术的荧光定量PCR检测装置，包括：
DLP投影组件，其用于生成激发光；
光检测通道，其包括校直透镜、二向分色镜、发散透镜和检测器件；
所述DLP投影组件的激发光经校直透镜校直后直射透过二向分色镜，发散透镜将光路方向转换后垂直射到待检测试管内；从待检测试管中反射的荧光依次经过发散透镜、二向分色镜后进入检测器件进行检测。
本发明相较于现有技术，检测时，只需要采用DLP投影组件对待检测的多个试管内顺次投射相同强度或者带有精确补偿量的激发光，检测器件瞬间即可检测到相应试管内的荧光强度，从而得出模板DNA浓度，无需采用机械移动机构带动激发光源依次对各试管投射，大大节约了检测的时间；DLP投影组件的激发光投***度高，光的亮度调节比高且调整方便，能对各个待检孔位投射均匀一致的激发光，更可以有选择地对各个待检孔位按需求依次照亮，可以有效提高检测数据的准确性和检测效率。
进一步地，所述DLP投影组件包括激发光源、聚光透镜、均光片、校直透镜组、TIR棱镜、DMD模块，激发光源的发射光线依次经聚光透镜会聚、均光片均光、校直透镜组校直、TIR棱镜全反射后射到DMD模块上，DMD模块根据接受的控制信号生成激发光。
采用上述优选的方案，激发同一类荧光的激发光来自DLP投影组件的同一激发光源，通过DMD模块来控制激发光投射强度和投影位置，确保透射到各待检测试管的激发光性能稳定。
进一步地，所述光检测通道上设有换镜装置，所述换镜装置包括移动块、驱动机构，所述移动块上设有多个不同滤光波长的分色镜，所述驱动机构可驱动移动块来回移动，从而使各分色镜的一种与光检测通道配合。
采用上述优选的方案，通过换镜装置可以快速切换设于光检测通道内对应不同波长的二向分色镜，可以检测多种类型荧光强度，提高了装置的通用性。
进一步地，所述二向分色镜包括1号蓝光分色镜、1号红光分色镜和1号绿光分色镜；所述移动块上设有安装1号蓝光分色镜的第一管腔、安装1号红光分色镜的第二管腔和安装1号绿光分色镜的第三管腔；所述驱动机构可驱动移动块来回移动，从而使1号蓝光分色镜、1号红光分色镜和1号绿光分色镜中的一种与光检测通道配合。
进一步地，所述激发光源可为多种颜色光源或者多种颜色光源的组合。
采用上述优选的方案，可以提供不同类型的激发光，以用于检测更多种试剂类型，可以在同一装置内同时进行多通量的检测，大大提高了检测效率。
进一步地，所述激发光源包括蓝光光源、绿光光源、红光光源，绿色光源和红色光源的光线发射方向与蓝色光源的光线发射方向垂直，光路通道内与绿色光源相对应的位置设有2号绿光分色镜，光路通道内与红色光源相对应的位置设有2号红光分色镜。
进一步地，所述发散透镜包括凹透镜和菲涅尔透镜，所述菲涅尔透镜覆盖于整个待检测试管孔板正上方。
采用上述优选的方案，采用菲涅尔透镜可以提高入射到待检测试管内光线的平行度和均匀度。
进一步地，所述检测器件为PMT光探测器或CCD检测器。
采用上述优选的方案，PMT光探测器荧光检测灵敏度高，响应时间快，可以提高检测效率和检测准确度；CCD检测器探测谱线范围广，能实时波峰校正，不需要使用高压，故障发生率低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种实施方式的结构示意图；
图2是本发明另一种实施方式的结构示意图；
图3是本发明另一种实施方式的结构示意图；
图4是图3中A-A的剖视图；
图5是图3中B-B的剖视图；
图6是本发明一种实施方式的光路原理图；
图7是本发明加热盖板另一种实施方式的结构示意图；
图8是本发明加热扩增时加热盖板的工作原理图；
图9是本发明定量检测时加热盖板的工作原理图。
图中数字和字母所表示的相应部件的名称：
31-加热盖板；311-透光孔；312-透镜；313-透光薄膜；314-热介质支路；315-弹性隔膜；316-介质腔室；317-气动腔室；41-金属温块；7-试管孔板；8-光检测通道；80-校直透镜；81-二向分色镜；811-1号蓝光分色镜；812-1号红光分色镜；813-1号绿光分色镜；82-发散透镜；821-凹透镜；822-菲涅尔透镜；83-检测器件；84-换镜装置；841-移动块；9-DLP投影组件；91-激发光源；911-蓝光光源；912-绿光光源；9121-2号绿光分色镜；913-红光光源；9131-2号红光分色镜；92-聚光透镜；93-均光片；94-校直透镜组；95-TIR棱镜；96-DMD模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-6所示，一种基于DLP技术的荧光定量PCR检测装置，包括：
DLP投影组件9，其用于生成激发光；
光检测通道8，其包括校直透镜80、二向分色镜81、发散透镜82和检测器件83；
DLP投影组件9的激发光经校直透镜80校直后，直射透过二向分色镜81，发散透镜82将光路方向转换后垂直射到待检测试管内；从待检测试管中反射的荧光依次经过发散透镜82、二向分色镜81后进入检测器件83进行检测。
采用上述技术方案的有益效果是：检测时，只需要采用DLP投影组件9对待检测的多个试管内顺次投射相同强度或者带有精确补偿量的激发光，检测器件瞬间即可检测到相应试管内的荧光强度，从而得出模板DNA浓度，无需采用机械移动机构带动激发光源依次对各试管投射，大大节约了检测的时间；DLP投影组件9的激发光投***度高，光的亮度调节比高且调整方便，能对各个待检孔位投射均匀一致的激发光，更可以有选择地对各个待检孔位按需求依次照亮，可以有效提高检测数据的准确性和检测效率。
如图4-6所示，在本发明的另一些实施方式中，DLP投影组件9包括激发光源91、聚光透镜92、均光片93、校直透镜组94、TIR棱镜95、DMD模块96，激发光源91的发射光线依次经聚光透镜92会聚、均光片93均光、校直透镜组94校直、TIR棱镜95全反射后射到DMD模块96上，DMD模块96根据接受的控制信号生成激发光。采用上述技术方案的有益效果是：激发同一类荧光的激发光来自DLP投影组件的同一激发光源，通过DMD模块96来控制激发光投射强度和投影位置，确保透射到各待检测试管的激发光性能稳定。
如图4-5所示，在本发明的另一些实施方式中，二向分色镜81包括1号蓝光分色镜811、1号红光分色镜812和1号绿光分色镜813；光检测通道8上设有换镜装置84，换镜装置84包括移动块841、驱动机构，移动块841上设有安装1号蓝光分色镜811的第一管腔、安装1号红光分色镜812的第二管腔和安装1号绿光分色镜813的第三管腔；所述驱动机构可驱动移动块841来回移动，从而使1号蓝光分色镜811、1号红光分色镜812和1号绿光分色镜813中的一种与光检测通道8配合。采用上述技术方案的有益效果是：通过换镜装置84可以快速切换设于光检测通道内对应不同波长的二向分色镜，可以检测多种类型荧光强度，提高了装置的通用性。
如图4、6所示，在本发明的另一些实施方式中，激发光源91包括蓝光光源911、绿光光源912、红光光源913，绿色光源912和红色光源913的光线发射方向与蓝色光源911的光线发射方向垂直，光路通道内与绿色光源912相对应的位置设有2号绿光分色镜9121，光路通道内与红色光源913相对应的位置设有2号红光分色镜9131。采用上述技术方案的有益效果是：可以提供不同类型的激发光，以用于检测更多种试剂类型，可以在同一装置内同时进行多通量的检测，大大提高了检测效率。
如图1、4、6所示，在本发明的另一些实施方式中，发散透镜82包括凹透镜821和菲涅尔透镜822，菲涅尔透镜822覆盖于整个待检测试管孔板7正上方。采用上述技术方案的有益效果是：采用菲涅尔透镜822可以提高入射到待检测试管内光线的平行度和均匀度。
在本发明的另一些实施方式中，检测器件83为PMT光探测器或CCD检测器。采用上述技术方案的有益效果是：PMT光探测器荧光检测灵敏度高，响应时间快，可以提高检测效率和检测准确度；CCD检测器探测谱线范围广，能实时波峰校正，不需要使用高压，故障发生率低。
如图1、7所示，一种PCR仪，包括上述的荧光定量PCR检测装置、金属温块41、加热盖板31，所述荧光定量PCR检测装置设置在加热盖板31的上方，待检测试管设于金属温块41上，加热盖板31上设有多个正对金属温块41上试管放置孔的透光孔311，所述荧光定量PCR检测装置透过透光孔311对待检测试管内试剂进行检测。
如图7-9所示，在本发明的另一些实施方式中，透光孔311的上部内嵌有透镜312，透光孔311的下部内嵌有具有弹性的透光薄膜313，加热盖板31内设有连通到各透光孔311上透镜312与透光薄膜313之间空间的热介质支路314，加热盖板31上还设有与热介质支路314相连通的腔室，该腔室由一弹性隔膜315隔离为一与热介质支路314连通的介质腔室316和一气动腔室317，加热盖板31上还设有用于对热介质支路314和介质腔室316冲排热介质的进出口，加热盖板31上还设有用于对气动腔室317冲放气的接口。采用上述技术方案的有益效果是：图8中，在PCR扩增反应时，在气动腔室317内充气，弹性隔膜315将介质腔室316中的热介质挤压到热介质支路314内，透光薄膜313与试管盖相贴合，试管盖上部能充分稳定受热，温度稳定，有效防止待检测试剂向试管盖挥发，确保试剂充分进行扩增反应；图9中，在进行荧光检测时，对气动腔室317吸气，热介质支路314内的热介质被回吸到介质腔室316中，各透光孔311内的透光薄膜313贴合到透镜312上，可以减少热介质对激发光和反射光光路的影响，提高检测准确度。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域普通技术人员能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种基于DLP技术的荧光定量PCR检测装置，其特征在于，包括：
DLP投影组件，其用于生成激发光；
光检测通道，其包括校直透镜、二向分色镜、发散透镜和检测器件；
所述DLP投影组件的激发光经校直透镜校直后直射透过二向分色镜，发散透镜将光路方向转换后垂直射到待检测试管内；从待检测试管中反射的荧光依次经过发散透镜、二向分色镜后进入检测器件进行检测。
2.根据权利要求1所述的基于DLP技术的荧光定量PCR检测装置，其特征在于，所述DLP投影组件包括激发光源、聚光透镜、均光片、校直透镜组、TIR棱镜、DMD模块，激发光源的发射光线依次经聚光透镜会聚、均光片均光、校直透镜组校直、TIR棱镜全反射后射到DMD模块上，DMD模块根据接受的控制信号生成激发光。
3.根据权利要求2所述的基于DLP技术的荧光定量PCR检测装置，其特征在于，所述光检测通道上设有换镜装置，所述换镜装置包括移动块、驱动机构，所述移动块上设有多个不同滤光波长的分色镜，所述驱动机构可驱动移动块来回移动，从而使各分色镜的一种与光检测通道配合。
4.根据权利要求3所述的基于DLP技术的荧光定量PCR检测装置，其特征在于，所述二向分色镜包括1号蓝光分色镜、1号红光分色镜和1号绿光分色镜；所述移动块上设有安装1号蓝光分色镜的第一管腔、安装1号红光分色镜的第二管腔和安装1号绿光分色镜的第三管腔；所述驱动机构可驱动移动块来回移动，从而使1号蓝光分色镜、1号红光分色镜和1号绿光分色镜中的一种与光检测通道配合。
5.根据权利要求2所述的基于DLP技术的荧光定量PCR检测装置，其特征在于，所述激发光源可为多种颜色光源或者多种颜色光源的组合。
6.根据权利要求5所述的基于DLP技术的荧光定量PCR检测装置，其特征在于，所述激发光源包括蓝光光源、绿光光源、红光光源，绿色光源和红色光源的光线发射方向与蓝色光源的光线发射方向垂直，光路通道内与绿色光源相对应的位置设有2号绿光分色镜，光路通道内与红色光源相对应的位置设有2号红光分色镜。
7.根据权利要求2所述的基于DLP技术的荧光定量PCR检测装置，其特征在于，所述发散透镜包括凹透镜和菲涅尔透镜，所述菲涅尔透镜覆盖于整个待检测试管孔板正上方。
8.根据权利要求2所述的基于DLP技术的荧光定量PCR检测装置，其特征在于，所述检测器件为PMT光探测器或CCD检测器。
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