CN112858246B - 含有多光路组件的微液滴芯片分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种含有多光路组件的微液滴芯片分析仪，包括第一多光路组件、第二多光路组件，所述第一多光路组件及第二多光路组件中分别包括多个LED光源组件，所述LED光源组件用于发出预设波长的激发光，所述第一多光路组件中的多个LED光源组件分别发出的激发光的预设波长与所述第二多光路组件中的多个LED光源组件分别发出的激发光的预设波长彼此不同且间隔邻接。本发明中第一多光路组件与第二多光路组件分别具有的多个LED光源组件分别发出的激发光的预设波长彼此不同且间隔邻接，能够使同一个多光路组件中发出的激发光的各个预设波长之间的差距较大，能够较好的解决邻近预设波长信号之间的干扰问题，显著增加了检测液的单次检测指标，提高了检测效率。

Description

含有多光路组件的微液滴芯片分析仪

技术领域

本发明属于数字PCR分析仪技术领域，具体涉及一种含有多光路组件的微液滴芯片分析仪。

背景技术

数字PCR是最新的定量技术，其基于单分子PCR方法来进行计数的核酸定量，是一种绝对定量的方法。其主要采用微流控或微滴化方法，将大量稀释后的核酸溶液分散至芯片的微反应器或微滴中，每个反应器的核酸模板数少于或者等于1个。这样经过PCR循环之后，让特定波长的光对微液滴进行照射，有一个核酸分子模板的反应器就会给出特定荧光信号，没有模板的反应器就没有特定荧光信号。根据相对比例和反应器的体积，就可以推算出原始溶液的核酸浓度。在微液滴芯片分析仪中，光路装置是使特定波长的激发光照射微液滴，并使微液滴中的荧光基团发射出特定波长的荧光的重要装置。由于邻近波长的荧光信号容易互相干扰，影响信号分析精度，因此传统的微液滴芯片分析仪多是采用2光路及3光路装置。随着科技的发展，医疗机构及科研院所等对微液滴芯片分析仪的检测速度、效率及通量等提出了更高的要求，这就要对微液滴芯片分析仪的光路装置提出了新的挑战。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种含有多光路组件的微液滴芯片分析仪，第一多光路组件与第二多光路组件分别具有的多个LED光源组件分别发出的激发光的预设波长彼此不同且间隔邻接，能够较好的解决邻近预设波长信号之间的干扰问题，显著增加了检测液的单次检测指标，提高了检测效率。

为了解决上述问题，本发明提供一种微液滴芯片分析仪，包括第一多光路组件、第二多光路组件，所述第一多光路组件及第二多光路组件中分别包括多个LED光源组件，所述LED光源组件用于发出预设波长的激发光，所述第一多光路组件中的多个LED光源组件分别发出的激发光的预设波长与所述第二多光路组件中的多个LED光源组件分别发出的激发光的预设波长彼此不同且间隔邻接。

优选地，所述微液滴芯片分析仪还包括光路支撑组件，所述光路支撑组件包括相对间隔设置的第一光路支撑板、第二光路支撑板，所述第一光路支撑板与所述第二光路支撑板之间相对间隔连接有第一光路连接板、第二光路连接板，所述第一光路连接板上连接所述第一多光路组件，所述第二光路连接板上连接所述第二多光路组件，所述第一光路连接板与所述第二光路连接板之间的空间用于放置微液滴芯片。

优选地，所述第二光路连接板可沿第一方向滑动地连接于所述第一光路支撑板与所述第二光路支撑板之间，且在所述第二多光路组件的位置调整结束后，所述第二光路连接板的位置能够被锁定。

优选地，所述第一光路连接板背离所述第二光路连接板的一侧连接有丝杆电机，所述第一多光路组件通过所述丝杆电机与所述第一光路连接板连接，且所述丝杆电机能够调整所述第一多光路组件的高度。

优选地，所述丝杆电机通过电机连接件连接于所述第一光路连接板上，且所述电机连接件能够带动所述丝杆电机及所述第一多光路组件相对所述第一光路连接板沿第二方向滑动，所述第二方向与所述第一方向异面且正交。

优选地，所述第一光路连接板上还连接有位移调整组件，所述位移调整组件用于调整所述第一多光路组件在所述第二方向上的位置。

优选地，所述位移调整组件包括微调平台、第一定位板、第二定位板，所述微调平台朝向所述电机连接件的一侧依次连接所述第一定位板、第二定位板，所述第二定位板远离所述第一定位板的一侧与所述电机连接件连接，当所述微调平台运转时，所述第一定位板、第二定位板能够迫使所述电机连接件沿所述第二方向滑动；和/或，所述电机连接件的相对两侧设有导向件，所述导向件与所述第一光路连接板连接，相对设置的两个导向件形成所述电机连接件的滑动导向通道。

优选地，所述第一多光路组件中具有的物镜的轴心线与第二多光路组件中具有的物镜的轴心线相互平行且间隔预设距离，同时与所述第一方向共面。

优选地，所述预设距离为d，50μm≤d≤200μm。

优选地，所述LED光源组件包括依次线性排列的LED光源、LED固定件、球透镜、第二平凸透镜、滤光片、透镜座，其中，所述LED固定件、球透镜、第二平凸透镜、滤光片位于所述透镜座的安装孔中，所述LED光源内侧表面与所述透镜座外侧表面连接。

本发明提供的一种微液滴芯片分析仪，第一多光路组件与第二多光路组件分别具有的多个LED光源组件分别发出的激发光的预设波长彼此不同且间隔邻接，能够使同一个多光路组件中发出的激发光的各个预设波长之间的差距较大，能够较好的解决邻近预设波长信号之间的干扰问题，显著增加了检测液的单次检测指标，提高了检测效率。

附图说明

图1为本发明实施例的微液滴芯片分析仪的结构示意图；

图2为图1中的三光路组件的结构示意图；

图3为图1中的LED光源组件的结构示意图(拆解)；

图4为图1中的光路支撑组件的结构示意图；

图5为图1中的多光路组件(三光路组件)的原理示意图(图中箭头示出光线传递路径)；

图6为四种常用荧光染料的激发光谱与发射光谱图，图中纵坐标T％是透光率，无量纲，表示透过透明或半透明体的光通量与其入射光通量的百分率，横坐标为波长。

附图标记表示为：

300、LED光源组件；301、第一LED光源组件；302、第二LED光源组件；303、第三LED光源组件；100、第一多光路组件；200、第二多光路组件； 400、光路支撑组件；1、LED光源；2、LED固定件；3、球透镜；4、第二平凸透镜；5、滤光片；6、透镜座；7、第一二相色镜；8、第二二相色镜；9、第一安装件；10、第二安装件；11、第三安装件；12、物镜；13、第四安装件；14、第三二相色镜；15、第五安装件；16、第一平凸透镜；17、二相色镜压盖； 18、第四二相色镜；19、光纤连接件；20、镜头连接件；21、第一光路支撑板； 22、第二光路支撑板；23、第二光路连接板；24、第一光路连接板；25、微调平台；26、第一定位板；27、第二定位板；28、电机连接件；29、导向件；30、丝杆电机；31、微液滴芯片。

具体实施方式

结合参见图1至图6所示，根据本发明的实施例，提供一种含有多光路组件的微液滴芯片分析仪，包括第一多光路组件100、第二多光路组件200，所述第一多光路组件100及第二多光路组件200中分别包括多个LED光源组件 300，所述LED光源组件300用于发出预设波长的激发光，所述第一多光路组件100中的多个LED光源组件300分别发出的激发光的预设波长(所述预设波长根据具体的检测目标选择即可)与所述第二多光路组件200中的多个LED 光源组件300分别发出的激发光的预设波长彼此不同且间隔邻接。该技术方案中，第一多光路组件100与第二多光路组件200分别具有的多个LED光源组件300分别发出的激发光的预设波长彼此不同且间隔邻接，能够使波长(激发光、发射光波长)间距邻近的激发光分别设置在两个光路组件中，从而可以保证任何时刻两个光路都不在同一个液滴上检测，能够使同一个多光路组件中发出的激发光的各个预设波长之间的差距较大，能够较好的解决邻近预设波长信号之间的干扰问题，显著增加了检测液的单次检测指标，利于针对每种荧光染料采用最高效的波段来激发获得最强的信号值，提高了检测效率。

以第一多光路组件100以及第二多光路组件200皆为三光路组件为例，每个三光路组件中分别包括三个所述LED光源组件300，此时，当所述第一多光路组件100、第二多光路组件200同时采用时，此时形成所述分析仪的六光路装置，六个LED光源组件300分别各自发出相应的预设波长的激光，也即六种波长的激发光，设定这六种激发光按波长从小到大序号分别为a(对应荧光染料A)、b(对应荧光染料B)、c(对应荧光染料C)、d(对应荧光染料D)、e(对应荧光染料E)、f(对应荧光染料F)，激光的波长是根据荧光染料的选定设定的，而根据实际情况，所选的六种荧光染料的激发波长并不是在 480nm到700nm按等差数列分布的，有的荧光染料的激发波长非常接近(如图6中的荧光染料三、四)，有的荧光染料的激发波长则相差较大(如图6中的荧光染料一、二)，如果六光路装置做成一个整体，则六个激发光同时激发六种荧光染料，会存在激光一(激发光波长a)激发染料A，同时激光二(激发光波长b)对染料A也有一定的激发作用，而染料C只有激光三(激发光波长 c)对其有激发作用，造成发射出的荧光信号强弱不一致，信号在后续的传输分析过程中需要通过二相色镜进行分光，而现有的二相色镜技术有限，无法较好的将波长接近的多个光有效分光，会造成某个光的光强减弱，或者两个光进入同一个光电倍增管，这样就导致邻近的光信号干扰问题，最终取得的信号无法反应实际情况，而本发明中将一个整体的六光路装置分别为第一多光路组件100及第二多光路组件200，以第一多光路组件100为例，第一多光路组件100 光路设置的激光序号为一、三、五，所要激发的目标荧光染料序号为A、C、E，在后续的信号分析中，只需将可能存在的激发出的荧光染料B、D、F的光过滤掉即可，相应的，第二多光路组件200光路设置激光序号为B、D、F，信号分析同第一多光路组件100光路一样，这样，分别设置的各三光路的六光路形式相对于六光路一体的形式，较好地解决了信号干扰问题。

在一个实施方式中，所述微液滴芯片分析仪还包括光路支撑组件400，所述光路支撑组件400包括相对间隔设置的第一光路支撑板21、第二光路支撑板 22，所述第一光路支撑板21与所述第二光路支撑板22之间相对间隔连接有第一光路连接板24、第二光路连接板23，所述第一光路连接板24上连接所述第一多光路组件100，所述第二光路连接板23上连接所述第二多光路组件200，所述第一光路连接板24与所述第二光路连接板23之间的空间用于放置微液滴芯片31。该技术方案中，将所述第一多光路组件100与所述第二多光路组件200分别相对的设置在所述第一光路连接板24及第二光路连接板23上，使两个多光路组件能够被更加紧凑的布置，在一个具体的实现方式下，所述第一多光路组件100与所述第二多光路组件200彼此上下相对设置，此时，微液滴芯片31经由机械手或者手动放置于两者之间的空间。

优选地，所述第二光路连接板23可沿第一方向滑动地连接于所述第一光路支撑板21与所述第二光路支撑板22之间，且在所述第二多光路组件200的位置调整结束后，所述第二光路连接板23的位置能够被锁定，将所述第二光路连接板23设计为能够沿着第一方向滑动的连接，能够有效杜绝所述第二光路连接板23采用固定连接方式造成的加工尺寸误差，使其位置更加精准。前述的第一方向具体的可以为如图1所示出的使用方位下的水平方向且垂直于纸面的方向(垂直于纸面向内或者向外)。

进一步的，所述第一光路连接板24背离所述第二光路连接板23的一侧连接有丝杆电机30，所述第一多光路组件100通过所述丝杆电机30与所述第一光路连接板24连接，且所述丝杆电机30能够调整所述第一多光路组件100的高度，具体的，所述第一多光路组件100与所述丝杆电机30的动子固定连接，当所述丝杆电机30运转时，所述动子将带动所述第一多光路组件100产生往复运动(例如升高或者降低，具体依据所述丝杆电机30的旋转方向)。

更进一步的，所述丝杆电机30通过电机连接件28连接于所述第一光路连接板24上，且所述电机连接件28能够带动所述丝杆电机30及所述第一多光路组件100相对所述第一光路连接板24沿第二方向滑动，所述第二方向与所述第一方向异面且正交，此时，所述第一多光路组件100的高度以及水平位置皆能够被灵活的调整，由于所述第二方向与所述第一方向异面且正交，复合所述丝杆电机30的高度调整作用，从而使两个光路组件100中的物镜12分别的聚焦调节更加精确、方便。可以理解的，所述第一光路连接板24上还连接有位移调整组件，所述位移调整组件用于调整所述第一多光路组件100在所述第二方向上的位置，具体的，所述位移调整组件包括微调平台25、第一定位板 26、第二定位板27，所述微调平台25朝向所述电机连接件28的一侧依次连接所述第一定位板26、第二定位板27，所述第二定位板27远离所述第一定位板 26的一侧与所述电机连接件28连接，当所述微调平台25运转时，所述第一定位板26、第二定位板27能够迫使所述电机连接件28沿所述第二方向滑动；和/或，所述电机连接件28的相对两侧设有导向件29，所述导向件29与所述第一光路连接板24连接，相对设置的两个导向件29形成所述电机连接件28的滑动导向通道。而当所述物镜12的水平位置(也即前述的第一方向以及第二方向)被确定后，将所述电机连接件28相对于所述第一光路连接板24的位置锁定后，可以将所述位移调整组件拆除即可。

在一些实施方式中，所述第一多光路组件100中具有的物镜12的轴心线与第二多光路组件200中具有的物镜12的轴心线相互平行且间隔预设距离，同时与所述第一方向共面，经发明人验证，所述预设距离优选处于50μm与200 μm之间，在这一范围内信号强度对比明显，信号抗干扰能力更明显。

最好的，所述第一多光路组件100与所述第二多光路组件200结构相同，而可以理解的，除了其中分别具有的LED光源组件300不同，其他结构件皆相同。以下以所述第一多光路组件100为三光路组件对其具体结构予以介绍：所述第一多光路组件100包括第一LED光源组件301、第二LED光源组件302、第三LED光源组件303、第一二相色镜7、第二二相色镜8、第三二相色镜14、物镜12、第一平凸透镜16、第四二相色镜18，所述第一LED光源组件301、第二LED光源组件302分别发出的激发光依次经过所述第一二相色镜7、第二二相色镜8、第三二相色镜14的作用，所述第三LED光源组件303发出的激发光经过所述第二二相色镜8、第三二相色镜14的作用后从所述物镜12射出到微液滴芯片31沟道中的微液滴上，被激发产生的荧光依次经过所述物镜12、第三二相色镜14、第一平凸透镜16后，在第四二相色镜18处进入光纤连接件 19中和/或镜头连接件20中，可以理解的，所述光纤连接件19将连接光纤，以将相应的荧光信号传导至光电倍增管等电子元器件中将光信号转为电信号进行信号分析，而荧光信号经由所述镜头连接件20进入相机中，相机连接到工控机显示屏上，可实时显示并记录微液滴芯片31中微液滴的运动情况。

进一步的，所述第一多光路组件100包括结构主体，所述结构主体包括第一安装件9、第二安装件10、第三安装件11、第四安装件13、第五安装件15，所述第一安装件9、第二安装件10、第三安装件11、第四安装件13、第五安装件15组装成一体，且内部形成有光路通道，所述第一二相色镜7、夹设于所述第一安装件9与第二安装件10的连接处，所述第二二相色镜8夹设于所述第一安装件9与第三安装件11的连接处；所述物镜12连接于所述第三安装件11的安装孔中；所述第三二相色镜14夹设于所述第三安装件11与第四安装件 13的连接处；所述第一平凸透镜16夹设于所述第四安装件13与第五安装件 15的连接处；所述第四二相色镜18夹设于二相色镜压盖17与第五安装件15 之间；所述光纤连接件19连接于所述第五安装件15的端部，所述镜头连接件 20连接于所述第五安装件15的侧面。

所述LED光源组件300包括依次线性排列的LED光源1、LED固定件2、球透镜3、第二平凸透镜4、滤光片5、透镜座6，其中，所述LED固定件2、球透镜3、第二平凸透镜4、滤光片5位于所述透镜座6的安装孔中，所述LED 光源1内侧表面与所述透镜座6外侧表面连接。

本发明的微液滴芯片分析仪在装配调试时需进行必要的位置确定操作，具体可采用以下的方式进行：

结合参见图1及图4所示，初始安装确定位置时，六个LED光源1通电，发出6种不同波长的光；丝杆电机30动作，将第一三光路组件(也即所述第一多光路组件100的一种具体实现形式)升起到最高位置，为所述微液滴芯片 31的放置腾出空间；微液滴芯片31经由机械手或者手动放置于第一三光路组件和第二三光路组件(也即所述第二多光路组件200的一种具体实现形式)中间的特定结构上，该特定结构在算法控制下带动芯片左右及上下(图1所示方位)微动，以使沟道中的微液滴恰好处于第二三光路组件中物镜12的焦点上，此时微液滴在工控机显示屏上可成清晰的像，然后丝杆电机30动作，将第一三光路组件下降到一定位置，通过手动微调光路支撑组件400上的微调平台 25，通过第一定位板26、第二定位板27、电机连接件28、丝杆电机29，最终带动第一三光路组件微动，通过观察第一三光路组件上相机在工控机显示屏上的成像，使得第一三光路组件上物镜发出的光线对准微液滴芯片31上的沟道，然后固定电机连接件28上的螺栓，通过电机连接件28、丝杆电机30，使得第一三光路组件相对于光路支撑组件400位置固定，这样上下两个物镜12轴心位于如图1所示同一竖直平面上，微调平台25、第一定位板26、第二定位板 27及导向件29作为装配用工装便可拆除掉，通过手动微调第一光路连接板23 来微调第二三光路组件的前后位置，使得上下两个物镜12轴心位于平行于纸面的两个间距为50μm-200μm的不同平面上，紧固第一光路连接板23上的螺栓，使第二三光路组件Ⅴ位置固定，不再改变，至此，分析仪中第一三光路组件与第二三光路组件的相对位置(水平相对位置)被确定，在高度方式上则完全依靠丝杆电机30的上下调整(而可以理解的，分析仪之后的检测作用不再需要进行前述位置确定工序)。之后可以进行后续的检测作业，具体的，丝杆电机30继续上下微动，使沟道中的微液滴恰好处于第一三光路组件中物镜 12的焦点上，丝杆电机30的控制器记住此时的位置，可记为第一三光路组件的焦点位置，作为后续重复运动的位置，微液滴芯片31沟道中的液滴在垂直于纸面方向由远及近(与第一方向平行)运动，依次通过第一三光路组件和第二三光路组件所发射出光线的照射，即液滴在两个位置分别受到3个不同波长光线的照射，分别被激发出3种不同波长的荧光，2组激发的荧光分别通过各自的三光路组件，最后沿光纤进入2组光电倍增管等光学器件转化为电信号，通过算法进行分析，将2组3光路荧光信号分析结果进行拟合，最终输出6光路荧光信号分析结果。液滴分析完成后，丝杆电机30动作，将第一三光路组件升起到最高位置，芯片31经由机械手或者手动取出，放在指定的回收装置中。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种含有多光路组件的微液滴芯片分析仪，其特征在于，包括第一多光路组件（100）、第二多光路组件（200），所述第一多光路组件（100）及第二多光路组件（200）中分别包括多个LED光源组件（300），所述LED光源组件（300）用于发出预设波长的激发光，所述第一多光路组件（100）中的多个LED光源组件（300）分别发出的激发光的预设波长与所述第二多光路组件（200）中的多个LED光源组件（300）分别发出的激发光的预设波长彼此不同且间隔邻接；

还包括光路支撑组件（400），所述光路支撑组件（400）包括相对间隔设置的第一光路支撑板（21）、第二光路支撑板（22），所述第一光路支撑板（21）与所述第二光路支撑板（22）之间相对间隔连接有第一光路连接板（24）、第二光路连接板（23），所述第一光路连接板（24）上连接所述第一多光路组件（100），所述第二光路连接板（23）上连接所述第二多光路组件（200），所述第一光路连接板（24）与所述第二光路连接板（23）之间的空间用于放置微液滴芯片（31）；

所述第二光路连接板（23）可沿第一方向滑动地连接于所述第一光路支撑板（21）与所述第二光路支撑板（22）之间；

所述第一多光路组件（100）相对所述第一光路连接板（24）沿第二方向滑动，所述第二方向与所述第一方向异面且正交；

所述第一多光路组件（100）中具有的物镜（12）的轴心线与第二多光路组件（200）中具有的物镜（12）的轴心线相互平行且间隔预设距离，同时与所述第一方向共面。

2.根据权利要求1所述的微液滴芯片分析仪，其特征在于，在所述第二多光路组件（200）的位置调整结束后，所述第二光路连接板（23）的位置能够被锁定。

3.根据权利要求1所述的微液滴芯片分析仪，其特征在于，所述第一光路连接板（24）背离所述第二光路连接板（23）的一侧连接有丝杆电机（30），所述第一多光路组件（100）通过所述丝杆电机（30）与所述第一光路连接板（24）连接，且所述丝杆电机（30）能够调整所述第一多光路组件（100）的高度。

4.根据权利要求3所述的微液滴芯片分析仪，其特征在于，所述丝杆电机（30）通过电机连接件（28）连接于所述第一光路连接板（24）上，且所述电机连接件（28）能够带动所述丝杆电机（30）及所述第一多光路组件（100）相对所述第一光路连接板（24）沿第二方向滑动。

5.根据权利要求4所述的微液滴芯片分析仪，其特征在于，所述第一光路连接板（24）上还连接有位移调整组件，所述位移调整组件用于调整所述第一多光路组件（100）在所述第二方向上的位置。

6.根据权利要求5所述的微液滴芯片分析仪，其特征在于，所述位移调整组件包括微调平台（25）、第一定位板（26）、第二定位板（27），所述微调平台（25）朝向所述电机连接件（28）的一侧依次连接所述第一定位板（26）、第二定位板（27），所述第二定位板（27）远离所述第一定位板（26）的一侧与所述电机连接件（28）连接，当所述微调平台（25）运转时，所述第一定位板（26）、第二定位板（27）能够迫使所述电机连接件（28）沿所述第二方向滑动；和/或，所述电机连接件（28）的相对两侧设有导向件（29），所述导向件（29）与所述第一光路连接板（24）连接，相对设置的两个导向件（29）形成所述电机连接件（28）的滑动导向通道。

7.根据权利要求1所述的微液滴芯片分析仪，其特征在于，所述预设距离为d，50μm≤d≤200μm。

8.根据权利要求1所述的微液滴芯片分析仪，其特征在于，所述LED光源组件（300）包括依次线性排列的LED光源（1）、LED固定件（2）、球透镜（3）、第二平凸透镜（4）、滤光片（5）、透镜座（6），其中，所述LED固定件（2）、球透镜（3）、第二平凸透镜（4）、滤光片（5）位于所述透镜座（6）的安装孔中，所述LED光源（1）内侧表面与所述透镜座（6）外侧表面连接。

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