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CN111896515A - 微液滴双荧光信号检测装置 - Google Patents

微液滴双荧光信号检测装置 Download PDF

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CN111896515A
CN111896515A CN202010930793.2A CN202010930793A CN111896515A CN 111896515 A CN111896515 A CN 111896515A CN 202010930793 A CN202010930793 A CN 202010930793A CN 111896515 A CN111896515 A CN 111896515A
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light
laser
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dichroic mirror
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周跃
夏雷
梁欢迎
于海侠
黄海旺
白宇
杨文军
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Original Assignee
Xinyi Manufacturing Technology Beijing Co ltd
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Abstract

本发明涉及一种微液滴双荧光信号检测装置，包括：合光模块、物镜、光处理模块；其特征在于，所述检测装置还包括整体移动模块，该整体移动模块与所述光处理模块连接，并设置为将所述合光模块与所述光处理模块构成的光路模块整体移动，以使混合激光共聚焦于待检测微液滴上。本发明的微液滴双荧光信号整体移动检测装置能够整体移动通过合光模块及光处理模块获取微液滴的双荧光检测信号，这样对运动机构的直线度，运动精度，跳动有很大改善，通过固定物镜与光阑面的相对位置关系，保证焦平面的像在光阑面相对固定。通过整体移动光路寻找采集焦点，达到采集信号稳定，一致的目的。

Description

微液滴双荧光信号检测装置
技术领域
本发明涉及微流控芯片技术领域，具体涉及一种微液滴双荧光信号整体移动检测装置。
背景技术
微流控芯片技术通过过化学分析设备的微型化与集成化,最大限度地把分析实验室的功能集成到便携设备上,甚至是方寸大小的芯片上.而由于检测器的总体性能将影响整个微流控芯片分析系统的检出限、检测速度、适用范围以及体积等指标,是微流控芯片分析系统的一个关键部分,因此有关检测器和检测方法的研究已经成为微流控芯片领域的一个重点和热点.基于不同检测原理的众多检测方法都被运用于微流控芯片分析的研究中.微流控芯片检测器一般按照其原理分类,大致可以分为光学检测器、电化学检测器和质谱检测器等.
目前检测手段可分为CCD扫描和激光共聚焦扫描两种，CCD扫描系统相对于激光共聚焦扫描系统来说，结构较简单、检测速度较快，但横向分辨率较低，若要提高横向分辨力，需要提高成像系统的放大倍数，而这将导致相应视场减小(即一次测量的芯片面积较小)，当需要测量的芯片面积较大时，只能多次分块测量后再拼接，由于分块扫描实际上是通过机械运动方式使芯片与成像系统做相对运动，故机械定位误差将形成扫描图像的拼接误差，所以这种方法不适用于高精度的高密度生物芯片检测。
基于激光共聚焦原理构建的生物芯片检测系统对生物芯片进行逐点扫描，由于生物芯片始终处于焦平面，因此激发光的光斑尺寸非常小，横向分辨率较高。激光共聚焦检测方式具有高分辨率和高灵敏度的特点，能够获得生物芯片上用荧光标记的抗体等的清晰数字荧光图像和定量分析结果，可以成为高密度生物芯片扫描所主要采用的检测新手段，但目前的激光共聚焦荧光检测信号装置皆为单一荧光检测信号，其检测信号获取及相应结果获取皆较为单一，单次检测结果获取局限性较大，适用场景、领域较为狭窄，同时导致实验成本较高。同时，检测装置光路中各模块之间的相对移动也会对检测结果的准确性造成一定的影响。
发明内容
因此，为了解决上述问题，本发明提供一种微液滴双荧光信号整体移动检测装置，该装置对运动机构的直线度，运动精度，跳动有很大改善，通过固定物镜与光阑面的相对位置关系，保证焦平面的像在光阑面相对固定。通过整体移动光路寻找采集焦点，达到采集信号稳定，从而能够通过合光模块及光处理模块获取微液滴的双荧光检测信号。
为此，本发明提供一种微液滴双荧光信号检测装置，包括：
合光模块，用于将具有第一波长的第一激光与具有第二波长的第二激光合成为混合激发光；
物镜，处于所述混合激发光的光线传导路径上，并用于将所述混合激发光共聚焦于待检测微液滴上，以激发产生对应于所述第一激光的第一荧光及对应于所述第二激光的第二荧光；
光处理模块，包括获取第一荧光的第一光电倍增管、获取第二荧光的第二光电倍增管、用于将所述混合激发光由合光模块反射至所述物镜的第一二向色镜、以及将所述第一荧光与第二荧光分离的第二二向色镜；
其特征在于，所述检测装置还包括整体移动模块，该整体移动模块与所述光处理模块连接，并设置为将所述合光模块与所述光处理模块构成的光路模块整体移动，以使混合激光共聚焦于待检测微液滴上。
优选地，所述整体移动模块包括电机模块、滑块固定架、与光路连接件，其中，电机模块与滑块固定架连接，滑块固定架与光路连接件连接，光路连接件与所述光处理模块连接，从而使得电机模块能够驱动光路模块整体上下垂直移动。
优选地，所述光处理模块还包括凸透镜，所述凸透镜处于所述第一二向色镜与所述第二二向色镜之间，以使经由其的散乱光折射为平行光。
优选地，所述光处理模块还包括第一滤色片，所述第一滤色片处于所述第一光电倍增管与所述第二二向色镜之间，和/或，所述光处理模块还包括第二滤色片，所述第二滤色片处于所述第二光电倍增管与所述第二二向色镜之间。
优选地，所述光处理模块还具有安装壳体，所述安装壳体构造有光线传导通道，所述光线传导通道具有对应于所述第一光电倍增管的第一小孔以及对应于所述第二光电倍增管的第二小孔，所述第一小孔与所述第二小孔共轭设置。
优选地，所述安装壳体包括固定件、第一连接件、第二连接件、第三连接件，所述固定件具有第一光线射入口、第一光线射出口、第二光线射出口，所述第一光线射入口与所述第一光线射出口同轴，所述第二光线射出口与所述第一光线射出口垂直，所述第二连接件连接于所述第一光线射入口处，且两者之间夹设所述凸透镜；所述第三连接件连接于所述第一光线射出口处，且两者之间夹设有所述第二二向色镜，所述第三连接件背离所述固定件的一端设置有第一光电倍增管固定座，且所述第三连接件与所述第一光电倍增管固定座之间沿光线传导路径依次夹设有所述第一滤色片、第一小孔件；所述第二光线射出口连接有第二光电倍增管固定座，且所述第三连接件与所述第二光电倍增管固定座之间沿光线传导路径依次夹设有所述第二滤色片、第二小孔件；所述第一连接件连接于所述第二连接件远离所述固定件的一侧，且两者之间夹设有所述第一二向色镜。
优选地，所述第一连接件与所述第二连接件之间的连接处，和/或，所述第二连接件与所述固定件之间的连接处，和/或，所述第三连接件与所述固定件之间的连接处，和/或，所述第一光电倍增管固定座与所述第三连接件之间的连接处，和/或，所述第二光电倍增管固定座与所述固定件之间的连接处设有密封减震件。
优选地，所述物镜连接于所述第一连接件背离所述第二连接件的一侧。
优选地，所述合光模块包括第一激光器、第二激光器、反光镜及第三二向色镜，所述第一激光器发出的所述第一激光经所述反光镜反射后与所述第二激光器发出的所述第二激光在所述第三二向色镜合成为所述混合激发光。
优选地，所述合光模块还包括固定板、合光暗盒，所述第一激光器、第二激光器及合光暗盒固定连接于所述固定板上，所述反光镜及第三二向色镜设置于所述合光暗盒中，所述合光暗盒具有混合激发光射出口。
优选地，所述第一激光器为473nm激光器；和/或，所述第二激光器为532nm激光器。
本发明提供的微液滴双荧光信号整体移动检测装置，对运动机构的直线度，运动精度，跳动有很大改善，通过固定物镜与光阑面的相对位置关系，保证焦平面的像在光阑面相对固定，通过波长不同的第一激光与第二激光在合成形成所述混合激发光后对待检测微液滴进行激发并形成所述第一荧光及第二荧光，并通过所述第一光电倍增管及第二光电倍增管分别进行获取后传到至对应的数据处理设备(例如计算机等)进行相应的处理(例如计数)，从而实现了单次检测可以获取多项检测参数，使检测结果更加丰富，适用场景及领域更加广泛，这能够极大程度的降低实验成本并提高检测工作效率。
附图说明
图1为本发明实施例的微液滴生成装置的系统结构示意图；
图2为图1中供气模块的连接结构示意图；
图3为本发明实施例中的芯片本体的俯视结构示意图；
图4为本发明实施例中的芯片本体的仰视结构示意图；
图5为本发明实施例中的芯片本体的微液滴生成过程示意图。
附图标记表示为：
图1为根据本发明一个实施例的微液滴双荧光信号整体移动检测装置的分解结构示意图；
图2为图1中整体移动光路的整体移动模块的结构示意图
图3为本发明实施例的微液滴双荧光信号整体移动检测装置的光传导路径示意图；
图4为图1中的光处理模块的分解结构示意图；
图5为图1中的合光模块的分解结构示意图。
附图标记为：
1、合光模块：12、第一激光器；11、第二激光器；13、固定板；14、合光暗盒；141、反光镜；142、第三二向色镜。
2、光处理模块：25、物镜；22、第一光电倍增管；21、第二光电倍增管；261、第一二向色镜；289、第二二向色镜；285、第一滤色片；292、第二滤色片；28、固定件；26、第一连接件；27、第二连接件；29、第三连接件；24、第一光电倍增管固定座；2810、第一小孔件；23、第二光电倍增管固定座；296、第二小孔件；282、凸透镜；293、286、283密封垫；297、287密光垫；减震垫262、291。
3、整体移动模块：31、电机模块；32、滑块固定架；33、光路连接件。
具体实施方式
光处理模块2，包括获取第一荧光的第一光电倍增管(PMT)22、获取第二荧光的第二光电倍增管21、用于将所述混合激发光由合光模块反射至所述物镜25的第一二向色镜261、以及将所述第一荧光与第二荧光分离的第二二向色镜289；
其中，光路模块包括合光模块1和光处理模块2；
整体移动模块3，用于将光路模块整体移动使混合激光共聚焦于待检微测液滴上，光路连接件33通过与第一连接件26和第二连接件27上的螺钉孔连接，再与滑块固定架32连接，从而使电机模块31可以带动光路模块整体上下垂直移动找到焦平面。
在该实施例中，通过波长不同的第一激光与第二激光在合成形成所述混合激发光后对待检测微液滴进行激发并形成所述第一荧光及第二荧光，并通过所述第一光电倍增管22及第二光电倍增管21分别进行获取后传到至对应的数据处理设备(例如计算机等)进行相应的处理(例如计数)，从而实现了单次检测可以获取多项检测参数，使检测结果更加丰富，通过整体移动光路寻找采集焦点，达到采集信号稳定，一致的目的。适用场景及领域更加广泛，这能够极大程度的降低实验成本并提高检测工作效率。值得一提的是，本申请的检测装置形成的光处理架构，光路更简单、光程更短、聚焦光的能量更集中，结构件更少，可以采用较少的光学镜片从而使所述装置的生产制造降低。
优选地，所述光处理模块2还包括凸透镜282，所述凸透镜282处于所述第一二向色镜261与所述第二二向色镜289之间，以使经由其的散乱光折射为平行光，以使通过所述凸透镜282的光线能够更为规整地射向所述第二二向色镜289，保证后续荧光信号的检测精度。
进一步的，所述光处理模块2还包括第一滤色片285，所述第一滤色片285处于所述第一光电倍增管22与所述第二二向色镜289之间，和/或，所述光处理模块2还包括第二滤色片292，所述第二滤色片292处于所述第二光电倍增管21与所述第二二向色镜289之间。
具体的，所述光处理模块2还具有安装壳体，所述安装壳体构造有光线传导通道，所述光线传导通道具有对应于所述第一光电倍增管22的第一小孔以及对应于所述第二光电倍增管21的第二小孔，所述第一小孔与所述第二小孔共轭设置。更为具体的，所述安装壳体包括固定件28、第一连接件26、第二连接件27、第三连接件29，所述固定件28具有第一光线射入口、第一光线射出口、第二光线射出口，所述第一光线射入口与所述第一光线射出口同轴，所述第二光线射出口与所述第一光线射出口垂直，所述第二连接件27连接于所述第一光线射入口处且连接整体移动模块31，且于所述第一光线射入口处之间夹设所述凸透镜282；所述第三连接件29连接于所述第一光线射出口处，且两者之间夹设有所述第二二向色镜289，所述第三连接件29背离所述固定件28的一端设置有第一光电倍增管固定座24，且所述第三连接件29与所述第一光电倍增管固定座24之间沿光线传导路径依次夹设有所述第一滤色片285、第一小孔件2810(所述第一小孔构造于其上)；所述第二光线射出口连接有第二光电倍增管固定座23，且所述第三连接件29与所述第二光电倍增管固定座23之间沿光线传导路径依次夹设有所述第二滤色片292、第二小孔件296(所述第二小孔构造于其上)；所述第一连接件26连接于所述第二连接件27远离所述固定件26的一侧，且两者之间夹设有所述第一二向色镜261。该技术方案中提供一种所述光处理模块2的一种具体的实现方式，其采用各个相对独立的连接件及零部件相互拼凑组装形成，而可以理解的，为了保证所述光线传导通道的合理性，具体的，所述光线传导通道的设计符合于本申请的图2所示出的光处理路径，也即虽然前文中并未对所述第一连接件26、第二连接件27、第三连接件29中的相应光线传导通道进行具体的限定，但可以明确的是，所述第一连接件26、第二连接件27、固定件28、第三连接件29依次处于光线的传导路径上并满足图2所示出的光线传导要求，而为了保证图2的光线传导要求及所述光处理模块2的整体结构的紧凑性，所述第一连接件26、第二连接件27、第三连接件29在外形上皆采用了等腰直角三角形，也即他们皆具有一个45°的斜面，而固定件28也具有一个45°斜面。
为了保护所述光处理模块2中设置的凸透镜282等光学镜片免受损坏、并保证所述其免受外部光线的干扰，优选地，所述第一连接件26与所述第二连接件27之间的连接处，和/或，所述第二连接件27与所述固定件28之间的连接处，和/或，所述第三连接件29与所述固定件28之间的连接处，和/或，所述第一光电倍增管固定座24与所述固定件28之间的连接处，和/或，所述第二光电倍增管固定座23与所述固定件28之间的连接处设有密封减震件，所述密封减震件例如可以包括减震垫262、291、密光垫287、297密封垫286、293、283中的一种或者多种。
所述物镜25作为一种用于对待检测微液滴进行聚焦检测的部件，连接于所述第一连接件26背离所述第二连接件27的一侧，作为一种具体的实施方式，其采用20倍显微物镜即可，可以理解的是，此处的连接指的是所述物镜25具备与光路模块整体移动(沿着Z轴)的自由度，以保证检测人员能够灵活的调整所述物镜25的焦点(焦平面)，进一步的可以理解的是，所述物镜25的前述运动可以受控于丝杆电机等动力模块。
作为所述合光模块1的一种具体实施方式，优选地，所述合光模块1包括第二激光器11、第一激光器12、反光镜141及第三二向色镜142，所述第二激光器11发出的所述第一激光经所述反光镜141反射后与所述第一激光器12发出的所述第二激光在所述第三二向色镜142合成为所述混合激发光。例如，所述第二激光器11为532nm激光器，此时其为绿色激光器；和/或，所述第一激光器12为473nm激光器，此时其为蓝色激光器。更为具体的，所述合光模块1还包括固定板13、合光暗盒14，所述第一激光器12、第二激光器11及合光暗盒14固定连接于所述固定板13上，所述反光镜141及第三二向色镜142设置于所述合光暗盒14中，所述合光暗盒14具有混合激发光射出口。此时可以理解的是，所述合光模块1被构造成为一个整体，使所述微液滴双荧光信号检测装置在结构上进一步紧凑。
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 (11)

1.一种微液滴双荧光信号检测装置，包括：
合光模块(1)，用于将具有第一波长的第一激光与具有第二波长的第二激光合成为混合激发光；
物镜(25)，处于所述混合激发光的光线传导路径上，并用于将所述混合激发光共聚焦于待检测微液滴上，以激发产生对应于所述第一激光的第一荧光及对应于所述第二激光的第二荧光；
光处理模块(2)，包括获取第一荧光的第一光电倍增管(22)、获取第二荧光的第二光电倍增管(21)、用于将所述混合激发光由合光模块反射至所述物镜(25)的第一二向色镜(261)、以及将所述第一荧光与第二荧光分离的第二二向色镜(289)；
其特征在于，所述检测装置还包括整体移动模块(3)，该整体移动模块(3)与所述光处理模块(2)连接，并设置为将所述合光模块(1)与所述光处理模块(2)构成的光路模块整体移动，以使混合激光共聚焦于待检测微液滴上。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述整体移动模块(3)包括电机模块(31)、滑块固定架(32)、与光路连接件(33)，其中，电机模块(31)与滑块固定架(32)连接，滑块固定架(32)与光路连接件(33)连接，光路连接件(33)与所述光处理模块(2)连接，以使得所述电机模块(31)驱动所述光路模块整体上下垂直移动。
3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述光处理模块(2)还包括凸透镜(282)，所述凸透镜(282)处于所述第一二向色镜(261)与所述第二二向色镜(289)之间，以使经由其的散乱光折射为平行光。
4.根据权利要求3所述的检测装置，其特征在于，所述光处理模块(2)还包括第一滤色片(285)，所述第一滤色片(285)处于所述第一光电倍增管(22)与所述第二二向色镜(289)之间，和/或，所述光处理模块(2)还包括第二滤色片(292)，所述第二滤色片(292)处于所述第二光电倍增管(21)与所述第二二向色镜(289)之间。
5.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述光处理模块(2)还具有安装壳体，所述安装壳体构造有光线传导通道，所述光线传导通道具有对应于所述第一光电倍增管(22)的第一小孔以及对应于所述第二光电倍增管(21)的第二小孔，所述第一小孔与所述第二小孔共轭设置。
6.根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于，所述安装壳体包括固定件(28)、第一连接件(26)、第二连接件(27)、第三连接件(29)，所述固定件(28)具有第一光线射入口、第一光线射出口、第二光线射出口，所述第一光线射入口与所述第一光线射出口同轴，所述第二光线射出口与所述第一光线射出口垂直，所述第二连接件(27)连接于所述第一光线射入口处且连接于整体移动模块(31)，且于所述第一光线射入口处夹设所述凸透镜(282)；所述第三连接件(29)连接于所述第一光线射出口处，且两者之间夹设有所述第二二向色镜(289)，所述第三连接件(29)背离所述固定件(28)的一端设置有第一光电倍增管固定座(24)，且所述第三连接件(29)与所述第一光电倍增管固定座(24)之间沿光线传导路径依次夹设有所述第一滤色片(285)、第一小孔件(2810)；所述第二光线射出口连接有第二光电倍增管固定座(23)，且所述第三连接件(29)与所述第二光电倍增管固定座(23)之间沿光线传导路径依次夹设有所述第二滤色片(292)、第二小孔件(296)；所述第一连接件(26)连接于所述第二连接件(27)远离所述固定件(28)的一侧，且两者之间夹设有所述第一二向色镜(261)。
7.根据权利要求6所述的检测装置，其特征在于，所述第一连接件(26)与所述第二连接件(27)之间的连接处，和/或，所述第二连接件(27)与所述固定件(28)之间的连接处，和/或，所述第三连接件(29)与所述固定件(28)之间的连接处，和/或，所述第一光电倍增管固定座(24)与所述固定件(28)之间的连接处，和/或，所述第二光电倍增管固定座(23)与所述第三连接件(29)之间的连接处设有密封减震件。
8.根据权利要求6所述的检测装置，其特征在于，所述物镜(25)连接于所述第一连接件(26)背离所述第二连接件(27)的一侧。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的检测装置，其特征在于，所述合光模块(1)包括第一激光器(11)、第二激光器(12)、反光镜(141)及第三二向色镜(142)，所述第一激光器(11)发出的所述第一激光经所述反光镜(141)反射后与所述第二激光器(12)发出的所述第二激光在所述第三二向色镜(142)合成为所述混合激发光。
10.根据权利要求9所述的检测装置，其特征在于，所述合光模块(1)还包括固定板(13)、合光暗盒(14)，所述第一激光器(11)、第二激光器(12)及合光暗盒(14)固定连接于所述固定板(13)上，所述反光镜(141)及第三二向色镜(142)设置于所述合光暗盒(14)中，所述合光暗盒(14)具有混合激发光射出口。
11.根据权利要求9所述的检测装置，其特征在于，所述第一激光器(11)为473nm激光器；和/或，所述第二激光器(12)为532nm激光器。
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