基因測序光學系統的製作方法
2023-09-11 02:06:50
基因測序光學系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種基因測序光學系統，包括光源，第一、第二分光鏡，第一、第二、第三聚焦鏡，以及第一、第二光信號採集裝置；第一分光鏡用於將光源發射的光束反射給第一聚焦鏡；第一聚焦鏡用於將來自第一分光鏡的光束聚焦成光斑後照射到待測基因樣品表面，及將待測基因樣品被激發的光信號聚焦後通過第一分光鏡照射至第二分光鏡；第二分光鏡用於將來自第一分光鏡的光線分為兩束，分別沿第一、第二光路傳輸；第二、第三聚焦鏡分別用於將沿第一、第二光路傳輸的光線匯聚至第一、第二光信號採集裝置上。本發明通過第二分光鏡將成像光路分為兩條，對每條光路上的聚焦鏡進行特定波長消色差設計，使光信號採集裝置可以採集到清晰的信號。
【專利說明】基因測序光學系統
【技術領域】
[0001] 本發明涉及基因測序領域，特別是涉及一種基因測序光學系統。
【背景技術】
[0002] 在基因測序【技術領域】，焦磷酸測序技術（Pyrosequencing)，是由Nyren等人於 1987年發展起來的一種新型的酶級聯測序技術，其可重複性和精確性能與Sanger法基因 測序技術相媲美，而速度卻大大的提高。
[0003] 焦磷酸測序技術是由4種酶催化的同一反應體系中的酶級聯化學發光反應。焦磷 酸測序技術的原理是：依靠生物發光進行基因序列分析的技術，在多種酶的協同作用下，當 鹼基正確配對時，發生一個合成反應和一個化學發光反應的偶聯，釋放光信號。該光信號實 時被高靈敏度的圖像傳感器（例如CCD)捕獲，最終達到測序的目的。
【發明內容】
[0004] 基於此，有必要提供一種用於焦磷酸測序等基因測序技術的基因測序光學系統。
[0005] -種基因測序光學系統，包括光源、第一分光鏡、第二分光鏡、第一聚焦鏡、第二聚 焦鏡、第三聚焦鏡、第一光信號採集裝置及第二光信號採集裝置；所述第一分光鏡用於將光 源發射的光束反射給所述第一聚焦鏡；所述第一聚焦鏡用於將來自第一分光鏡的光束聚焦 成光斑後照射到待測基因樣品的表面，還用於將所述待測基因樣品被激發的光信號聚焦後 通過所述第一分光鏡照射至第二分光鏡；所述第二分光鏡用於將來自第一分光鏡的光線分 為兩束，一束沿第一光路傳輸，另一路沿第二光路傳輸；所述第二聚焦鏡用於將沿所述第一 光路傳輸的光線匯聚至所述第一光信號採集裝置上；所述第三聚焦鏡用於將沿所述第二光 路傳輸的光線匯聚至所述第二光信號採集裝置上。
[0006] 在其中一個實施例中，所述光源用於交替發射第一波長和第二波長的光束，所述 光源同一時刻最多發射一種波長的光束。
[0007] 在其中一個實施例中，所述第一波長的光束對應激發所述待測基因樣品兩種波長 的光信號，所述第二分光鏡將其中一種波長的光信號透射從而沿所述第一光路傳輸，將另 一種波長的光信號反射從而沿所述第二光路傳輸；所述第二波長的光束對應激發所述待測 基因樣品另外兩種波長的光信號，所述第二分光鏡同樣將其中一種波長的光信號透射從而 沿所述第一光路傳輸，將另一種波長的光信號反射從而沿所述第二光路傳輸。
[0008] 在其中一個實施例中，還包括設於所述光源和第一分光鏡之間的光束整形裝置， 用於將光源發射的光束整形為均勻準直的光束。
[0009] 在其中一個實施例中，還包括第一全反鏡，用於將自光束整形裝置出射的光束反 射至第一分光鏡上。
[0010] 在其中一個實施例中，還包括設於所述第一光路上的第一濾光鏡，和設於所述第 二光路上的第二濾光鏡。
[0011] 在其中一個實施例中，所述第一濾光鏡設於所述第二聚焦鏡與所述第一光信號採 集裝置之間，所述第二濾光鏡設於所述第三聚焦鏡與所述第二光信號採集裝置之間。
[0012] 在其中一個實施例中，還包括第二全反鏡，用於將所述第一分光鏡反射的光束反 射至第一聚焦鏡上，以及將所述第一聚焦鏡的待測基因樣品被激發的光信號反射至第一分 光鏡上。
[0013] 在其中一個實施例中，還包括第三全反鏡，用於將所述第二分光鏡反射的光信號 反射至第三聚焦鏡上。
[0014] 在其中一個實施例中，所述第一聚焦鏡是顯微聚焦鏡，所述將來自第一分光鏡的 光束聚焦成光斑是聚焦成方形光斑。
[0015] 上述基因測序光學系統，通過第二分光鏡將成像光路分為兩條，對每條光路上的 聚焦鏡進行特定波長的消色差設計，使光信號採集裝置可以採集到清晰的信號，提高了採 集到的信號的信噪比。整個光路系統設計緊湊，體積小，能夠減少成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 通過附圖中所示的本發明的優選實施例的更具體說明，本發明的上述及其它目 的、特徵和優勢將變得更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分，且並未刻 意按實際尺寸等比例縮放繪製附圖，重點在於示出本發明的主旨。
[0017] 圖1是一實施例中基因測序光學系統的結構示意圖；
[0018] 圖2是另一實施例中基因測序光學系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 為了便於理解本發明，下面將參照相關附圖對本發明進行更全面的描述。附圖中 給出了本發明的較佳實施例。但是，本發明可以以許多不同的形式來實現，並不限於本文所 描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發明的公開內容的理解更加透徹 全面。除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬於本發明的【技術領域】的技 術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體 的實施例的目的，不是旨在於限制本發明。本文所使用的術語"及/或"包括一個或多個相 關的所列項目的任意的和所有的組合。
[0020] 圖1是一實施例中基因測序光學系統的結構示意圖，包括光源10、第一分光鏡22、 第二分光鏡24、第一聚焦鏡32、第二聚焦鏡34、第三聚焦鏡36、第一光信號米集裝置42以 及第一光信號米集裝置44。
[0021] 光源10發射出的光束被第一分光鏡22反射後傳輸給第一聚焦鏡32,由第一聚焦 鏡32將光束聚焦成光斑後照射到待測基因樣品200的表面。在多種酶的協同作用下，當鹼 基正確配對時，待測基因樣品200發生一個合成反應和一個化學發光反應的偶聯，釋放光 信號。被激發的光信號經第一聚焦鏡32聚焦後通過第一分光鏡22透射至第二分光鏡24， 由第二分光鏡24將光線分為兩束，一束沿第一光路傳輸至第二聚焦鏡34,通過第二聚焦鏡 34聚焦後最終被第一光信號採集裝置42捕獲；另一路沿第二光路傳輸至第三聚焦鏡36,通 過第三聚焦鏡36聚焦後最終被第二光信號採集裝置44捕獲。第二聚焦鏡34和第三聚焦 鏡36是成像聚焦鏡。
[0022] 上述基因測序光學系統，通過第二分光鏡24將成像光路分為兩條，對每條光路上 的聚焦鏡進行特定波長的消色差設計，使光信號採集裝置可以採集到清晰的信號，提高了 採集到的信號的信噪比。整個光路系統設計緊湊，體積小，能夠減少成本。
[0023] 在其中一個實施例中，光源10可以發射兩種不同波長的光束，每種光束分別用於 激發兩種鹼基發光，兩種光束就可以激發4種鹼基發光。可以將兩種特定波長的激發光源 (半導體雷射器、大功率LED等）封裝在一起作為光源10,兩個激發光源交替工作，這樣同 一時間待測基因樣品最多只會有兩種鹼基受激發光，即同一時間待測基因樣品最多有兩種 波長的光信號被激發。通過對第二分光鏡24的設計，使得同一時間能夠被激發的兩種波長 光信號分別被第二分光鏡24透射和反射（也就是分別沿前述第一光路和第二光路傳輸）。
[0024] 在其中一個實施例中，可以在第一光路上設置第一濾光鏡52,在第二光路上設置 第二濾光鏡54,如圖2所示。設置濾光鏡能夠將非信號的光過濾掉，提高光信號純度和測序 精準度。圖2中採用的是光線先通過聚焦鏡聚焦再通過濾光鏡濾光的設計，即第一濾光鏡 52設於第二聚焦鏡34與第一光信號米集裝置42之間，第二濾光鏡54設於第三聚焦鏡36 與第二光信號採集裝置44之間。採用先聚焦再濾光的結構，相對於先濾光再聚焦，在設計 上更加簡單，能夠節省成本。
[0025] 在圖2所不實施例中，基因測序光學系統還包括設於光源10和第一分光鏡22之 間的光束整形裝置72,用於將光源10發射的光束整形為均勻準直的光束。在本實施中，第 一聚焦鏡32是顯微聚焦鏡，其將被光束整形裝置72均勻整形後的光束聚焦成特定尺寸的 方形光斑照射在待測基因樣品表面，使被照射區域的樣品得到充分、均勻的激發，從而使得 光信號採集裝置捕捉的光信號更加精準。
[0026] 在圖2所不實施例中，光束整形裝置72和第一分光鏡22之間的光路上設有第一 全反鏡62。第一分光鏡22與第一聚焦鏡32之間的光路上設有第二全反鏡64。第二分光 鏡24與第三聚焦鏡36之間的光路上設有第三全反鏡66。第一全反鏡62用於將入射的光 束向上轉90度後反射，第二全反鏡64用於將入射的光束向下轉90度後反射，第三全反鏡 66用於將入射的光束往回並向上反射，即將從圖2左邊入射的光束向左上反射，使反射後 光線的光路避開前述的第一光路上的各部件（第二分光鏡24、第二聚焦鏡34、第一濾光鏡 52)。通過合理設置全反鏡來改變光路，能夠調整整個基因測序光學系統的形狀和大小，從 而合理利用空間，設計出形狀、體積合理的光學設備。
[0027] 綜上，上述基因測序光學系統能夠準確、高靈敏地捕捉待測基因樣品釋放的光信 號，具備體積小，設備成本低，檢測數據準確，效率高等顯著優點。
[0028] 以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並 不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員 來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保 護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1. 一種基因測序光學系統，其特徵在於，包括光源、第一分光鏡、第二分光鏡、第一聚焦 鏡、第二聚焦鏡、第三聚焦鏡、第一光信號採集裝置及第二光信號採集裝置； 所述第一分光鏡用於將光源發射的光束反射給所述第一聚焦鏡； 所述第一聚焦鏡用於將來自第一分光鏡的光束聚焦成光斑後照射到待測基因樣品的 表面，還用於將所述待測基因樣品被激發的光信號聚焦後通過所述第一分光鏡照射至第二 分光鏡； 所述第二分光鏡用於將來自第一分光鏡的光線分為兩束，一束沿第一光路傳輸，另一 路沿第二光路傳輸； 所述第二聚焦鏡用於將沿所述第一光路傳輸的光線匯聚至所述第一光信號採集裝置 上； 所述第三聚焦鏡用於將沿所述第二光路傳輸的光線匯聚至所述第二光信號採集裝置 上。
2. 根據權利要求1所述的基因測序光學系統，其特徵在於，所述光源用於交替發射第 一波長和第二波長的光束，所述光源同一時刻最多發射一種波長的光束。
3. 根據權利要求2所述的基因測序光學系統，其特徵在於，所述第一波長的光束對應 激發所述待測基因樣品兩種波長的光信號，所述第二分光鏡將其中一種波長的光信號透射 從而沿所述第一光路傳輸，將另一種波長的光信號反射從而沿所述第二光路傳輸；所述第 二波長的光束對應激發所述待測基因樣品另外兩種波長的光信號，所述第二分光鏡同樣將 其中一種波長的光信號透射從而沿所述第一光路傳輸，將另一種波長的光信號反射從而沿 所述第二光路傳輸。
4. 根據權利要求1所述的基因測序光學系統，其特徵在於，還包括設於所述光源和第 一分光鏡之間的光束整形裝置，用於將光源發射的光束整形為均勻準直的光束。
5. 根據權利要求4所述的基因測序光學系統，其特徵在於，還包括第一全反鏡，用於將 自光束整形裝置出射的光束反射至第一分光鏡上。
6. 根據權利要求1所述的基因測序光學系統，其特徵在於，還包括設於所述第一光路 上的第一濾光鏡，和設於所述第二光路上的第二濾光鏡。
7. 根據權利要求6所述的基因測序光學系統，其特徵在於，所述第一濾光鏡設於所述 第二聚焦鏡與所述第一光信號採集裝置之間，所述第二濾光鏡設於所述第三聚焦鏡與所述 第二光信號採集裝置之間。
8. 根據權利要求1所述的基因測序光學系統，其特徵在於，還包括第二全反鏡，用於將 所述第一分光鏡反射的光束反射至第一聚焦鏡上，以及將所述第一聚焦鏡的待測基因樣品 被激發的光信號反射至第一分光鏡上。
9. 根據權利要求1所述的基因測序光學系統，其特徵在於，還包括第三全反鏡，用於將 所述第二分光鏡反射的光信號反射至第三聚焦鏡上。
10. 根據權利要求1所述的基因測序光學系統，其特徵在於，所述第一聚焦鏡是顯微聚 焦鏡，所述將來自第一分光鏡的光束聚焦成光斑是聚焦成方形光斑。
【文檔編號】G01N21/63GK104122237SQ201410339916
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月16日 優先權日:2014年7月16日
【發明者】施宏豔, 周朝明, 彭金明, 李珊, 高雲峰 申請人:深圳市大族雷射科技股份有限公司