一种实时荧光PCR的光电检测装置的制作方法

一种实时荧光pcr的光电检测装置
技术领域
1.本实用新型涉及生物检测技术领域，具体涉及一种实时荧光pcr的光电检测装置。


背景技术：

2.实时荧光pcr检测系统和实时等温荧光pcr检测系统中的最核心的部件就是高灵敏度荧光检测系统。为了增加检测的准确度，实时荧光pcr检测系统和等温荧光pcr检测系统一般会采用多个荧光通道的检测，便于检测病毒的多个典型的标志物。目前最常见的pcr检测系统采用4-6个荧光通道，老式的pcr检测系统则采用单通道或者双通道。一般来说，pcr检测系统中的荧光检测通道越多，它能够使用的试剂种类就对越多，检测效率也会更高。
3.目前的实时荧光pcr检测系统和等温荧光pcr检测系统有一下的常见的荧光检测方法：
4.1、采用单个多通道的荧光检测头，通过机械移动的方式对每一个检测的试管做逐一扫描，这种方式的优点是只需要使用单个多通道的荧光检测头；其缺点也非常明显：通过机械移动的方式对每一个检测的试管做逐一扫描需要花费较长的时间，因此导致整个检测过程的需要的时间变得较长；通过机械移动的装置容易出现问题和故障。
5.2、采用制冷型ccd成像技术做多个试管的荧光检测，这种方式的优点是不需要机械移动就可以做多个试管的荧光检测，检测时间短，效率更高；其缺点也非常明显：制冷型ccd成像技术会有边缘效应，在ccd成像中心的试管的检测更加灵敏，而在边缘的试管的检测的灵敏度会有所下降；这类设备对校正的要求很高，一旦磕磕碰碰或者搬动后，就必须做重新校正，而且校正比较费时，对操作者的技术水平的要求也会比较高。


技术实现要素：

6.1、实用新型要解决的技术问题
7.针对前的实时荧光pcr检测系统和等温荧光pcr检测系统检测效率低的技术问题，本实用新型提供了一种实时荧光pcr的光电检测装置，它通过光纤进行荧光的传输，在无机械运动不易损坏的状态下，无需逐步扫描，同时检测多个试管，可大幅提高检测效率。
8.2、技术方案
9.为解决上述问题，本实用新型提供的技术方案为：
10.一种实时荧光pcr的光电检测装置，包括若干荧光滤光器，每个所述荧光滤光器内均具有若干滤光通道，以使入射荧光被分离成若干种不同波长和带宽的单色出射荧光，每个所述滤光通道均连接有荧光入射光纤和荧光出射光纤，还包括若干光电探测器，同一所述光电探测器用于接收同种波长和带宽的单色出射荧光。
11.可选地，还包括若干第一光纤分路器和第二光纤分路器，与同一所述荧光滤光器相连的若干所述荧光入射光纤均连接于同一所述第一光纤分路器上，所述第一光纤分路器上连接有主荧光入射光纤；与同一所述荧光滤光器相连的若干所述荧光出射光纤均连接于
同一所述第二光纤分路器上，所述第二光纤分路器上连接有主荧光出射光纤。
12.可选地，所述滤光通道内安装有滤光片。
13.可选地，所述滤光通道内位于所述滤光片的两侧均设有透镜。
14.可选地，还包括用于连接所述荧光出射光纤和所述光电探测器的第一连接器，所述第一连接器内部中空且表面不透光，所述第一连接器与所述荧光出射光纤相连的一端设有若干第一光纤连接头。
15.可选地，所述第一连接器内设有用于成像聚光的第一透镜。
16.可选地，还包括若干发光模块，以及与所述发光模块相连的发光光纤。
17.可选地，还包括用于连接所述发光模块和发光光纤的第二连接器，所述第二连接器内部中空且表面不透光，所述第二连接器与所述发光光纤相连的一端设有若干第二光纤连接头。
18.可选地，所述第二连接器内设有用于成像聚光的第二透镜。
19.可选地，还包括检测试管温度控制体，所述检测试管温度控制体上设有检测试管固定槽，以及与每个所述检测试管固定槽连通的进光口和出光口。
20.可选地，所述进光口和出光口为所述检测试管温度控制体上的同一开口。
21.3、有益效果
22.采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
23.(1)本实时荧光pcr的光电检测装置避免使用任何机械移动部件，不再需要对每个试管依次轮流进行扫描检测，可有效地缩短了总体的检测时间。
24.(2)本实时荧光pcr的光电检测装置避免使用任何机械移动部件，有效地避免了机械移动装置容易出现问题和故障的情况，提高了整个设备的抗出错冗余。
25.(3)本实时荧光pcr的光电检测装置无需采用制冷型ccd成像技术来做多个试管的荧光检测，有效地避免了制冷型ccd成像技术会有的边缘效应。
26.(4)本实时荧光pcr的光电检测装置无需采用制冷型ccd成像技术做多个试管的荧光检测，让设备的校正变得更加简单，而且也不再需要经常做费时费力的校正。
27.(5)本实时荧光pcr的光电检测装置不需要对每一个试管和每一个荧光检测通道使用单独的光电探测器，大幅降低了设备的成本。
28.(6)本实时荧光pcr的光电检测装置提供了两种荧光通道滤光器，一种结构简单，体积更小，成本更低；另一种的滤光效果更好，方便实时荧光pcr设备的设计者按需选择使用。
29.(7)本实时荧光pcr的光电检测装置可对于每个试管使用2-3颗高亮度的led来构建发光模块，然后通过光纤将激发光导到每一个试管，而2-3颗高亮度的led同时出问题的概率极低，因此也提高了整个装置的抗出错冗余。
30.(8)本实时荧光pcr的光电检测装置可以让导入的激发光和导出的荧光公用一个试管的光导入导出口，减少了加工费用，让装置的结构变得更加紧凑，在试管的四周留下了更多的没有使用过的空白表面，大幅增加了实时荧光pcr装置的设计，调试和安装的灵活性。
附图说明
31.图1为本实用新型实施例提出的一种实时荧光pcr的光电检测装置的结构示意图(所述进光口和出光口为所述检测试管温度控制体上的同一开口)；
32.图2为本实用新型实施例提出的一种实时荧光pcr的光电检测装置的结构示意图(设有第一光纤分路器和第二光纤分路器)；
33.图3为本实用新型实施例提出的一种实时荧光pcr的光电检测装置中荧光滤光器的结构示意图；
34.图4为本实用新型实施例提出的一种实时荧光pcr的光电检测装置中荧光滤光器的结构示意图(设有透镜)；
35.图5为本实用新型实施例提出的一种实时荧光pcr的光电检测装置中第一连接器的结构示意图；
36.图6为本实用新型实施例提出的一种实时荧光pcr的光电检测装置中第二连接器的结构示意图；
37.1、荧光滤光器；2、荧光入射光纤；3、荧光出射光纤；4、光电探测器；5、第一光纤分路器；6、第二光纤分路器；7、主荧光入射光纤；8、滤光片；9、透镜；10、第一连接器；11、第一光纤连接头；12、第一透镜；13、发光模块；14、发光光纤；15、第二连接器；16、第二光纤连接头；17、第二透镜；18、检测试管温度控制体；19、检测试管固定槽；20、进光口；21、出光口；22、主荧光出射光纤。
具体实施方式
38.为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本实用新型，并不限定本实用新型的保护范围。
39.需要说明的是，当元件被称为“固定于”、“设置于”、“固设于”或“安设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。进一步地，当一个元件被认为是“固定连接”另一个元件，二者可以是可拆卸连接方式的固定，也可以不可拆卸连接的固定，如套接、卡接、一体成型固定、焊接等，在现有技术中可以实现，在此不再累赘。当元件与另一个元件相互垂直或近似垂直是指二者的理想状态是垂直，但是因制造及装配的影响，可以存在一定的垂直误差。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
40.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
41.本实用新型中涉及的“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。
42.结合附图1-6，本实施例的一种实时荧光pcr的光电检测装置，包括若干荧光滤光器1，每个所述荧光滤光器1内均具有若干滤光通道，所述滤光通道内安装有滤光片8，相邻
两个所述滤光通道之间有光隔离，每个所述滤光片8使入射荧光被分离成若干种波长和带宽的单色出射荧光，方便光电探测器对该种荧光的检测，每个所述滤光通道均连接有荧光入射光纤2和荧光出射光纤3，所述荧光入射光纤2和荧光出射光纤3分别紧密连接所述滤光片的两侧，还包括若干光电探测器4，同一所述光电探测器4用于接收同种波长和带宽的单色出射荧光，以使同种波长和带宽的单色出射荧光均射入至同一所述光电探测器4内进行检测，所述荧光入射光纤2将被测试试管中试剂的荧光导入到所述荧光滤光器4中，所述荧光出射光纤将3将被分离成若干种具有特定波长带宽的单色出射荧光连接到若干所述光电探测器4上，如果相同的单色出射荧光数量太多，将无法连接到同一个所述光电探测器4上，一般情况下可以将8个试管的同种波长和带宽的单色出射荧光通过8根荧光出射光纤3连接到同一个光电探测器4，多于8根就需要增加新的光电探测器4了；具体能够用同一个光电探测器4的荧光出射光纤的数量和荧光出射光纤的直径以及光电探测器光检测面积相关，人们需要根据所述光纤的直径和光电探测器光检测面积来做优化和选择。
43.本实时荧光pcr的具有高灵敏度的光电检测装置不再需要对每一个试管和每一个荧光检测通道使用单独的光电探测器或者对每一个试管进行逐步扫描，大幅降低了设备的成本，节约了检测时间，而且不易损坏，易于推广。
44.作为本实用新型的可选方案，光电探测器4需要具有很高的灵敏度，同时还要有较好的检测线性度，和较大的检测范围，一般常见的光电二极管，光电三极管，光敏电阻，光电池虽然都能够将光信号转换为电信号，但由于灵敏度，检测线性度，和检测范围等原因均不适用。光电探测器4一般需要使用高灵敏度的光电倍增管(pmt)或者新型的高灵敏度的雪崩二极管(apd)。一般来说，光电倍增管(pmt)的灵敏度比雪崩二极管更高一些，但其寿命较短，更加娇贵，也比较容易损坏，成本也更高。新型的高灵敏度的雪崩二极管(apd)已经做得越来越好，其灵敏度已经基本够用，寿命长，不娇贵，也较不易损坏，成本也更低。因此，光电探测器4可以根据实际应用的需求来选择高灵敏度的光电倍增管(pmt)，或者新型的高灵敏度的雪崩二极管(apd)，光电探测器4还可以选用新型的高灵敏度的混合光电探测器(hybrid photo detector)，或者选用更加便宜一些的新型的高灵敏度的pin二极管，和其他类型的高灵敏度的光敏探测器件，事实上，只要人们能够使用足够亮的激发光的光源，就完全有可能在保证设备的检测灵敏度的前提下，使用更加廉价的光电探测器4来达到高灵敏度的检测目的。
45.作为本实用新型的可选方案，所述滤光通道内位于所述滤光片8的两侧均设有透镜9，所述荧光入射光纤2和荧光出射光纤3分别连接至所述透镜9上，前置透镜9能够将从所述荧光入射光纤2射入的光变成平行光，让平行光能够垂直通过滤光片8，然后再通过后置透镜9将通过滤光片8平行光再变成点光源，方便导入到所述荧光出射光纤3中去，虽然加上前置和后置透镜9让所述荧光滤光器1的结构变得相对复杂一些，但是其滤光的效果也会相对好一些，人们可以根据实际应用的需求来做出选择。
46.如图2所示，还包括若干第一光纤分路器5和第二光纤分路器6，与同一所述荧光滤光器1相连的若干所述荧光入射光纤2均连接于同一所述第一光纤分路器5上，所述第一光纤分路器5上连接有主荧光入射光纤7；与同一所述荧光滤光器1相连的若干所述荧光出射光纤3均连接于同一所述第二光纤分路器6上，所述第二光纤分路器6上连接有主荧光出射光纤22，所述第一光纤分路器5能够把一个主荧光入射光纤7分路成多个所述荧光入射光纤
2；所述第二光纤分路器6能够将多个所述荧光出射光纤3合成一个主荧光出射光纤22，方便光电探测器4检测；当然地，所述第一光纤分路器5和所述第二光纤分路器6在光纤数量不是很多的情况下可以被省略，例如在只有几个试管的条件下，基本上不需要使用光纤分路器。
47.如图5所示，还包括用于连接所述荧光出射光纤3和所述光电探测器4的第一连接器10，所述第一连接器10内部中空且表面不透光，所述第一连接器10与所述荧光出射光纤3相连的一端设有若干第一光纤连接头11，所述光电探测器4安装于所述第一连接器10内远离第一光纤连接头11的一端，从而让从各个试管中所获得的荧光能够完全被封闭在其中，确保不会对相邻的光电探测器4的检测产生任何可能的干扰；同时增加了若干第一光纤连接头11，方便让数根所述荧光出射光纤3插接固定；在此基础上，所述第一连接器10内设有用于成像聚光的第一透镜12，从而让从被分离的单色出射荧光能够更多地被光电探测器4检测到，增加荧光检测的灵敏度。
48.作为本实用新型的可选方案，还包括若干发光模块13，以及与所述发光模块13相连的发光光纤14，常见的发光模块13中的大功率的led选用470纳米的蓝色led，使用大功率的led的优点是寿命长，免维修；其缺点是输出光强比大功率的卤素灯稍弱；使用大功率的卤素灯的优点是输出光强比大功率的led大；其缺点是寿命短，常需要更换，容易发热，也容易损坏，在使用卤素灯时，一般还需要加装相应的滤光片，增加了费用，由于近年来大功率的led在输出功率上取得了长足的进步，更多的实时荧光pcr检测仪中的发光模块13使用大功率的led。
49.如图6所示，还包括用于连接所述发光模块13和发光光纤14的第二连接器15，所述第二连接器15内部中空且表面不透光，从而让发光模块13发出的光可以完全被封闭在其中，确保发光模块13发出的光除了被发光光纤14接收后导入到试管中去，不会对设备的内部的其他部件产生任何不利影响；同时，为了便于若干所述发光光纤14与所述第二连接器15的插接固定，所述第二连接器15与所述发光光纤14相连的一端设有若干第二光纤连接头16；在此基础上，所述第二连接器15内设有用于成像聚光的第二透镜17，从而让发光模块13发出的光能够更多地被所述发光光纤14接收后导入到试管中去。
50.作为本实用新型的可选方案，还包括检测试管温度控制体18，所述检测试管温度控制体18上设有检测试管固定槽19，以及与所述检测试管固定槽19连通的进光口20和出光口21，所述进光口20和出光口21的数量与所述检测试管固定槽19的数量一致，每个所述进光口20处均对应安装有一个发光模块13，若将所述发光模块13安装于所述检测试管温度控制体18上，则可以考虑省去所述发光光纤14；所述检测试管温度控制体可以有不同的形状，所述检测试管温度控制体可以是薄壁的或者厚壁的，所述检测试管温度控制体的截面可以是直筒型的，u型的或者v型的，或是其他的不规则的形状，只要能够让试管放置其中，将试管包裹在其中，并能够有效控制试管的温度即可。
51.可在同一所述检测试管温度控制体18上同时设置多个检测试管固定槽19，也可以在每个所述检测试管温度控制体18单独设置一个检测试管固定槽19，并将多个所述检测试管温度控制体18组合排布。
52.作为本实用新型的可选方案，所述进光口20和出光口21的设置方式具有多种选择，例如，从试管的侧面将光导入，从试管的侧面用光纤将光导出和检测；例如，从试管的侧面用光纤将光导入，从试管的侧面用光纤将光导出和检测；例如，从试管的底部光将光导
入，从试管的底部用光纤将光导出和检测；例如，从试管的底部用光纤将光导入，从试管的底部用光纤将光导出和检测；例如，从试管的底部的同一个开口中用光纤将光导入和光导出和检测；例如，从试管的侧面的同一个开口中用光纤将光导入和光导出和检测；例如，从试管的上方将光导入(发光模块放置在试管的顶部)，在从试管的侧面将光导出和检测；例如，从试管的上方将光导入(发光模块放置在试管的顶部)，在从试管的底部将光导出和检测。
53.如图1所示，也可以将所述进光口20和出光口21设计在一起，也就是说，此时，在所述检测试管温度控制体18上仅开设一个口既用于做激发光的导入，又用于将试剂被激发后所产生的荧光导出，上述设计既减少了加工费用，又在试管的四周留下了更多的没有使用过的空白表面，方便安装温度控制模块和温度检测模块等其他实时荧光pcr装置中所需要使用的部件，增加了实时荧光pcr装置的设计，调试和安装的灵活性，此时，所述发光模块13和若干所述光电探测器4均可以安装于同一电路板上，以优化结构，便于控制。
54.作为本实用新型的可选方案，在取消所述第一光纤分路器5和第二光纤分路器6的使用时，可将所述进光口20和出光口21扩大，方便将需要的光纤能够直接插入其中，这样做的好处有二：1)减少了光纤分路器，降低了生产成本；2)但更加重要的是可以增加采集每个试管发出荧光的光通量，有助于进一步提高本专利装置的总的荧光检测的灵敏度。
55.作为本实用新型的可选方案，在较小型的便携的核酸检测设备中，一般会需要同时检测2-8个试管，本实施例中的结构基本上无需变动，只要微调相应的光纤数量，就可以使用；在中型核酸检测设备中，一般会需要同时检测16-24个试管，而太多的光纤让单个光电探测器来检测，可能容易导致问题，在这种情况下，人们可以考虑让8个试管检测共用一套光电检测装置，总共使用2-3套光电检测装置即可；在较大型核酸检测设备中，一般会需要同时检测32-96个试管，人们需要按照实际的试管数量，来相应增加和使用多套光电检测装置。比如，32个试管的核酸检测设备可以使用4套光电检测装置，64个试管的核酸检测设备可以使用8套光电检测装置，而96个试管的核酸检测设备可以使用12套光电检测装置。
56.以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。