一种生物荧光检测系统的制作方法

本发明实施例涉及光学检测技术领域，尤其涉及一种生物荧光检测系统。

背景技术：

聚合酶链式反应(PCR)是生物学领域中常用的技术手段，除了能够用于扩增得到DNA外，也能够通过DNA扩增来实现基因检测，从而达到微生物菌种鉴定及分析的目的。为了能够实时地监控PCR的进行，现有的PCR设备中多附加有荧光检测功能。其主要原理为：通过发射光源得到发射光，投射至含有荧光物质的样品中产生激发光，再对激发光进行检测，即可得到样品中荧光物质的含量，从而对样品中PCR过程进行监控。

目前荧光检测系统主要有两类，正交光路系统和共焦光路系统。正交光路系统中，发射光倾斜入射至样品池，激发效率低，对发射光的能量利用率也相应较低，导致整个检测系统的灵敏度偏低。共焦光路系统中，发射光与激发光位于同一直线上，能量利用率相对较高，因此，共焦系统被广泛应用。

现有技术中，共焦光路系统采用的发射光源为发光二极管，其发射出的光较为发散，不仅使一部分光不能进入样品池，在检测过程中还容易产生杂光，影响检测效果。

技术实现要素：

本发明提供一种生物荧光检测系统，以提高光源能量的利用率及检测的灵敏度。

第一方面，本发明实施例提供了一种生物荧光检测系统，所述生物荧光检测系统包括：

激光发射单元，用于产生激光；

准直透镜组，设置在所述激光的光路上，用于对所述激光进行准直，所述准直透镜组包括一个球面镜片和一个非球面镜片；

二向色镜，用于对准直后的所述激光进行反射使所述激光投射至样品上激发产生荧光，并对所述荧光进行透过；

第一会聚透镜，设置在所述二向色镜与所述样品之间，用于会聚所述激光及所述荧光；

滤光单元，设置在所述二向色镜透过后所述荧光的光路上，用于滤除所述荧光中的杂光；

光电检测单元，设置在所述滤光单元后面，用于对所述荧光进行检测。

进一步地，所述生物荧光检测系统，还包括：

分光镜，设置在所述准直透镜组与所述二向色镜之间，从准直后的所述激光中分出一束作为反馈光；

光源调节装置，接收所述反馈光并根据所述反馈光的强度对所述激光发射单元产生激光的强度进行调节。

进一步地，所述分光镜的分光比为5:95，其中光强较低的光作为反馈光。

进一步的，所述生物荧光检测系统，还包括：

反射镜，设置在所述二向色镜和所述第一会聚透镜之间，用于将所述激光和所述荧光转向。

进一步地，所述生物荧光检测系统，还包括：

第二会聚透镜，设置在所述滤光单元和所述光电检测单元之间，用于会聚所述荧光。

进一步地，所述准直透镜组的工作距小于3mm。

本发明实施例提供一种生物荧光检测系统，由激光发射单元产生激光，该激光被准直透镜组准直后被二向色镜反射，然后被第一会聚透镜会聚后投射值样品池中，样品手激发产生荧光，激发出的荧光中经滤光单元滤除杂光后进入光电检测单元进行检测。本发明实施例的生物荧光检测系统，通过采用准直性好、单色性好、发散角度小的激光光源，同时采用准直透镜组以进一步提高准直性且缩短焦距，使得进入样品池的光能大幅提高，提高样品的荧光激发效果，同时提高整个光学系统的检测灵敏度。

附图说明

图1是本发明实施例一中的一种生物荧光检测系统的结构示意图；

图2a是本发明实施例二中的一种生物荧光检测系统的结构示意图；

图2b是本发明实施例二中的一种生物荧光检测系统的样品端的结构示意图；

图3是本发明实施例三中的生物荧光检测系统对不同浓度样品进行模拟检测的实验结果图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种生物荧光检测系统的结构示意图，本实施例可适用于对荧光含量进行检测的情况，该荧光物质可以是异硫氰酸荧光素(Fluorescein Isothiocyanate,FITC)、罗丹明染料(Tetramethyl Rhodamine Isothiocynate,TRITC)或者4，6-联脒-2-苯基吲哚(4',6-Diamidino-2-Phenylindole，DAPI)等。如图1所示，该生物荧光检测系统包括：激光发射单元110，准直透镜组120，二向色镜130，第一会聚透镜140，滤光单元150和光电检测单元160。

激光发射单元110，用于产生激光。准直透镜组120，设置在激光的光路上，用于对激光进行准直，准直透镜组120包括一个球面镜片和一个非球面镜片。二向色镜130，用于对准直后的激光进行反射使激光投射至样品池170中的样品上激发产生荧光，并对荧光进行透过。第一会聚透镜140，设置在二向色镜130与样品之间，用于会聚激光及荧光。滤光单元150，设置在二向色镜130透过荧光后的光路上，用于滤除荧光中的杂光。光电检测单元160，设置在滤光单元150后面，用于对荧光进行检测。

在本实施例中，激光发射单元110可以是能够产生激光的激光器或激光二极管，产生激光的颜色可根据荧光样品所采用的荧光素来对应的选择，例如：如果荧光素选择可激发蓝色荧光的DAPI染料，激光发射单元发射紫外激光；如果荧光素选择可激发绿色荧光的FITC，激光发射单元发射蓝色激光；如果荧光素选择可激发红色荧光的罗丹明染料，激光发射单元发射绿色激光等等。

准直透镜组120设置在激光的光路上，对激光发射单元110产生的激光进行准直，准直透镜组120包括一个球面镜片和非球面镜片，优选的，由着两个镜片组成的准直透镜组120的工作距离小于3mm，可有效的提高进入光路的激光能量。

激光被准直透镜准直后，到达二向色镜130，二向色镜130可以是一个表面镀膜的玻璃镜片，用于对准直后的激光进行反射使激光投射至样品上激发产生荧光，并对激发产生的荧光进行透过，在选择二向色镜130的时候，可根据样品中荧光素激发的荧光颜色及激光的颜色进行选择，例如可以是：反射紫外光透过蓝光、反射蓝光透过绿光或者反射绿光透过红光等。

经二向色镜130发射后的激光达到第一会聚透镜140，第一会聚透镜140可以是一个有塑料制成的球面镜片，该塑料例如可以是聚甲基丙烯酸甲酯(PolymethylMethacrylate，PMMA)。第一会聚透镜140设置在二向色镜130与样品之间，用于会聚激光及荧光，其工作距离大于10mm。汇聚后的激光投射至样品池170中样品上，使样品被激发产生荧光，被激发的荧光有一部分沿激光的光路返回，到达第一会聚透镜140后被准直，然后达到二向色镜130，由于二向色镜130可透过荧光，荧光透过二向色镜130后达到滤光单元150。

滤光单元150，设置在二向色镜130透过荧光后的光路上，用于滤除荧光中的杂光。滤光单元150根据荧光的颜色可以是蓝光滤光片、绿光滤光片或红光滤光片，滤光片的中心波长和带宽由荧光的颜色确定，示例性的，以绿色荧光为例，该绿光滤光片的中心波长可以是520-530nm之间的任意整数，带宽可以是15-25nm之间的任意整数。经滤光单元160过滤后的荧光投射到光电检测单元160。

光电检测单元160可以是由光电二极管组成的光电检测装置，设置在滤光单元150后面，用于对荧光的光强度进行检测，根据荧光的光强度进而分析样品中荧光物质的含量，实现对荧光的检测。

本实施例提供的技术方案，由激光发射单元产生激光，该激光被准直透镜组准直后被二向色镜反射，然后被第一会聚透镜会聚后投射值样品池中，样品手激发产生荧光，激发出的荧光中经滤光单元滤除杂光后进入光电检测单元进行检测。本发明实施例的生物荧光检测系统，通过采用准直性好、单色性好、发散角度小的激光光源，同时采用准直透镜组以进一步提高准直性且缩短焦距，使得进入样品池的光能大幅提高，提高样品的荧光激发效果，同时提高整个光学系统的检测灵敏度。

实施例二

图2a和图2b为本发明实施例二提供的一种生物荧光检测系统的结构示意图，以上述实施例为基础，如图2a和图2b所示，该生物荧光检测系统还包括：分光镜180，光源调节装置190，第二会聚透镜220，在样品端210中增加了反射镜211。

分光镜180，设置在准直透镜组120与二向色镜130之间，从准直后的激光中分出一束作为反馈光；光源调节装置190，接收反馈光并根据反馈光的强度对激光发射单元110产生激光的强度进行调节。

分光镜180的作用可以是将准之后的激光分成一束反射光和一束透射光，反射光与透射光的强度可一定的比例分配，其中作为反馈光所占的比例较小，即若反射光作为反馈光，则反射光比透射光的强度若，若透射光作为反馈光，则透射光要比反射光的强度弱。

优选的，分光镜180的分光比为5:95，其中光强较低的光作为反馈光。示例性的，将反射光作为反馈光，则反射光的强度占5％，透射光的强度占95％。能量较低的反射光被分光镜180反射达到光源调节单元190。

光源调节单元190，用于对反馈光的强度进行分析，然后根据反馈光的强度对激光发射单元110产生的激光强度进行调节。示例性的，当光源调节单元190检测到反馈光的强度较强时，则调低激光发射单元110产生的激光强度；若光源调节单元190检测到反馈光的强度较弱时，则调高激光发射单元110产生的激光强度。

本实施例提供的技术方案，该生物荧光检测系统还包括：分光镜，设置在准直透镜组与二向色镜之间，从准直后的激光中分出一束作为反馈光，光源调节装置，接收反馈光并根据反馈光的强度对激光发射单元产生激光的强度进行调节。通过对反馈光强度的检测来灵活的调节激光发射单元产生的激光强度，既可以避免由于激光强度太强对荧光造成损害，又可以避免由于激光强度太弱而降低对荧光检测的灵敏度。

优选的，在该生物荧光检测系统的样品端210中还包括反光镜211。

反射镜211，设置在二向色镜130和第一会聚透镜140之间，用于将激光和所述转向。

反射镜211可以是一个具有全反射功能的镜片，例如平面镜。反射镜211可使光路发生转向，使转向后的光路所在的平面与原光路所在的平面相互垂直。即使激光产生光路平面和样品端光路平面相互垂直，这样可使得该生物荧光检测系统能够适应大多数PCR仪器的实际机械结构，更有利于该生物荧光检测系统在PCR中应用。

优选的，该生物荧光检测系统还包括：第二会聚透镜220。

第二会聚透镜220，设置在滤光单元150和光电检测单元160之间，用于会聚荧光。经滤光单元150过滤的荧光进入第二会聚透镜220中，被再一次会聚，使得更多的荧光进入光电检测单元160，从而进一步提高荧光检测的灵敏度。

实施例三

实施例三为本发明的一个优选实施例，在本实施例中，激光发射单元110产生蓝色激光，对应的样品池170中的荧光素被激光产生绿色荧光，分光镜180的分光比为5:95，二向色镜130为反射蓝光透射绿光，滤光单元150是中心波长为525nm、带宽为20nm的绿光滤光片，用于滤除荧光中的杂散光，第一会聚透镜140和第二会聚透镜220的工作距离大于10mm。

激光发射单元110产生蓝色激光，该蓝色激光被准直透镜组120准直。随后分光镜180将该激光分为两束，其中一束的光能为原激光的5％，另一束为原激光的95％。光能更低的一束作为反馈光被反射至反光源调节装置190上，使光源调节装置190能够根据该反馈光对激光发射单元进行调节。光能更高的一束被分光镜180透过，沿原光路投射至二向色镜130上。

由于二向色镜130反射蓝光的特性，该激光被反射至反射镜211上，并被反射镜211反射至第一会聚透镜140上，在第一会聚透镜140被准直后投射至样品池170，使样品池170中的样品受激发产生绿色荧光。荧光沿光路返回，在第一会聚透镜140被会聚后，再经反射镜211到达二向色镜130处，由于二向色镜130透射绿光的特性，该荧光穿过二向色镜130，随后被滤光单元150滤光，再被第二会聚透镜220会聚到光电检测单元160上。

随后，光电检测单元160检测得到荧光的光强，通过计算分析即可得到样品中的荧光物质含量，进而完成荧光检测的过程。

利用本发明实施例的生物荧光检测系统在PCR仪器上进行效果模拟实验，将激光发射单元110发射出的激光强度设置为50，采用生物荧光检测系统对模拟DNA扩增过程中高、中、低三种浓度的样品进行检测，结果如图3所示。

图3是本发明实施例三中的生物荧光检测系统对不同浓度样品进行模拟检测的实验结果图。

如图3所示，横坐标表示时间，纵坐标表示样品中荧光物质的浓度。曲线A表示高浓度样品的检测结果，曲线B表示中浓度样品的检测结果，曲线C表示低浓度样品的检测结果。

如图3所示，不同浓度的样品检测结果曲线之间分得很开，说明本发明的生物荧光检测系统对不同浓度范围的样品都能检测；低浓度曲线C的检测值达到8000左右，说明本发明的光学系统100灵敏度很高，即使是低浓度的样品也能准确检测到。

另外，相同的检测样品在采用传统的使用LED光源的光学系统进行检测时，光源光强设置为200的情况下，低浓度实验组的检测值为3000左右；本发明的生物荧光检测系统在激光发射单元110光强设为200的情况下，低浓度实验组的检测值高达17000左右。因此，采用本发明的光学系统灵敏度远高于传统的光学系统，检测范围更广，有利于不同情况下的结果检测及分析。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。