一种快速多荧光实时定量PCR仪[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 112595668 A(43)申请公布日 2021.04.02

(21)申请号 202011360978.0(22)申请日 2020.11.27

(71)申请人 南京溯远基因科技有限公司

地址 211800 江苏省南京市浦口区江浦街

道浦滨大道88号3-2B座11层1105室(72)发明人 陈功俊　陈峰　

(74)专利代理机构 南京苏博知识产权代理事务

所(普通合伙) 32411

代理人 陈婧(51)Int.Cl.

G01N 21/01(2006.01)G01N 21/64(2006.01)

权利要求书1页 说明书4页 附图2页

CN 112595668 A(54)发明名称

一种快速多荧光实时定量PCR仪(57)摘要

本发明公开了一种快速多荧光实时定量PCR仪，包括光源、滤色片、样品池、热循环模块、多组传导光纤、光栏、滤光片、第一光学镜头、透射光栅、第二光学镜头、传感器和计算模块，光源发射出激发光经过滤色片后变成单波段或多波段窄带激发光；热循环模块将试剂进行变温，试剂中的核酸在复性和延伸时，激发光照射在试剂上，试剂发出荧光，激发光和荧光经过传导光纤进行传输，经过滤光片后，激发光被滤除，荧光经过第一光学镜头变成平行荧光，再经过透射光栅分光，分光后的多波长荧光再经过第二光学镜头照射在传感器上；计算模块读取传感上的信号，通过计算将相关荧光分开，最终计算出相关实验结果，提高检测的可靠性。

CN 112595668 A

权　利　要　求　书

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1.一种快速多荧光实时定量PCR仪，其特征在于，所述快速多荧光实时定量PCR仪包括光源、滤色片、样品池、热循环模块、多组传导光纤、光栏、滤光片、第一光学镜头、透射光栅、第二光学镜头、传感器和计算模块，所述光源、所述滤色片，所述样品池、所述热循环模块、多组所述传导光纤、所述光栏、所述滤光片、所述第一光学镜头、所述透射光栅、所述第二光学镜头、所述传感器和所述计算模块依次连接；

所述光源，用于利用一种或多种波长的LED光源或者激光光源发出激发光；所述滤色片，用于将所述激发光变成窄带波长的激发光；所述样品池，用于盛放样品；所述热循环模块，用于使用金属浴或者空气浴的方式使所述样品池中的试剂变温；所述传导光纤，用于将所述激发光和激发出的荧光传导到设定位置；所述光栏，用于将多组所述传导光纤传输的光进行分隔；所述滤光片，用于将所述激发光滤除；所述第一光学镜头，用于将所述荧光变成平行光；所述透射光栅，用于将所述荧光在X方向上进行空间分离；所述第二光学镜头，用于将所述荧光聚集，并投射到所述传感器上；所述传感器，用于获取投射过来的所有所述荧光；所述计算模块，用于读取所述传感器上的信号，利用对应的计算方法进行荧光分开，得到对应的实验结果。

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说　明　书

一种快速多荧光实时定量PCR仪

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技术领域

[0001]本发明涉及生物检测技术领域，尤其涉及一种快速多荧光实时定量PCR仪。背景技术

[0002]市面上对多基因位点检测仪器中，QPCR和基于毛细管电泳的基因分析仪占据了大部分市场，QPCR的优点是仪器简单，无特殊耗材，上机简单，缺点是检测位点少，通常在4个左右，从技术方向上分为两大类，扫描式和滤光轮式：[0003]扫描式通过纵向或横向排列多组荧光滤色片并通过机械运动对反应孔进行逐个扫描，所用传感器一般为PMT或者光电二极管，扫描的次数等于样品孔乘以滤色片组数，一般为96*5＝480次，每次扫描完在8秒左右时间。

[0004]滤光轮式通过大面积的光学镜头将反应孔中的荧光图像采集至CCD或者CMOS芯片上，在上述光路加上同心圆的多组滤光片，检测时通过滤光片的转动来实现不同荧光管图像的采集，一次采集滤光轮工作约为10秒左右时间。[0005]无论是扫描式还是滤光轮式，都存在一个显著的缺点，空间上的不确定性和检测时机的滞后性。在核酸片段的复性和延伸阶段的时候采集图像时，上述两种方案都要显著延长反应时间用来检测。另外在做融解曲线时，上述两个方案的时间滞后性会导致曲线的分辨率下降，无法获取更高分辨率的曲线，导致可靠性降低。发明内容

[0006]本发明的目的在于提供一种快速多荧光实时定量PCR仪，提高检测的可靠性。[0007]为实现上述目的，本发明提供了一种快速多荧光实时定量PCR仪，所述快速多荧光实时定量PCR仪包括光源、滤色片、样品池、热循环模块、多组传导光纤、光栏、滤光片、第一光学镜头、透射光栅、第二光学镜头、传感器和计算模块，所述光源、所述滤色片，所述样品池、所述热循环模块、多组所述传导光纤、所述光栏、所述滤光片、所述第一光学镜头、所述透射光栅、所述第二光学镜头、所述传感器和所述计算模块依次连接；[0008]所述光源，用于利用一种或多种波长的LED光源或者激光光源发出激发光；[0009]所述滤色片，用于将所述激发光变成窄带波长的激发光；[0010]所述样品池，用于盛放样品；[0011]所述热循环模块，用于使用金属浴或者空气浴的方式使所述样品池中的试剂变温；

[0012]所述传导光纤，用于将所述激发光和激发出的荧光传导到设定位置；[0013]所述光栏，用于将多组所述传导光纤传输的光进行分隔；[0014]所述滤光片，用于将所述激发光滤除；[0015]所述第一光学镜头，用于将所述荧光变成平行光；[0016]所述透射光栅，用于将所述荧光在X方向上进行空间分离；[0017]所述第二光学镜头，用于将所述荧光聚集，并投射到所述传感器上；

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CN 112595668 A[0018]

说　明　书

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所述传感器，用于获取投射过来的所有所述荧光；

[0019]所述计算模块，用于读取所述传感器上的信号，利用对应的计算方法进行荧光分开，得到对应的实验结果。

[0020]本发明的一种快速多荧光实时定量PCR仪，包括光源、滤色片、样品池、热循环模块、多组传导光纤、光栏、滤光片、第一光学镜头、透射光栅、第二光学镜头、传感器和计算模块，光源发射出激发光经过滤色片后变成单波段或多波段窄带激发光；热循环模块将试剂进行变温，试剂中的核酸在复性和延伸时，激发光照射在试剂上，试剂发出荧光，激发光和荧光经过传导光纤进行传输，经过滤光片后，激发光被滤除，荧光经过第一光学镜头变成平行荧光，再经过透射光栅分光，分光后的多波长荧光再经过第二光学镜头照射在传感器上；计算模块读取传感上的信号，通过计算将相关荧光分开，最终计算出相关实验结果，提高检测的可靠性。

附图说明

[0021]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0022]图1是本发明提供的一种快速多荧光实时定量PCR仪的结构示意图。[0023]图2是本发明提供的热循环模块的结构示意图。[0024]1‑光源、2‑滤色片、3‑样品池、4‑热循环模块、5‑传导光纤、6‑光栏、7‑滤光片、8‑第一光学镜头、9‑透射光栅、10‑第二光学镜头、11‑传感器、12‑计算模块、41‑箱体、42‑风扇、43‑进风管、44‑加热管、45‑加热电阻丝、46‑通孔、47‑均热层、48‑透气孔。具体实施方式

[0025]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。[0026]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。[0027]请参阅图1，本发明提供一种快速多荧光实时定量PCR仪，所述快速多荧光实时定量PCR仪包括光源1、滤色片2、样品池3、热循环模块4、多组传导光纤5、光栏6、滤光片7、第一光学镜头8、透射光栅9、第二光学镜头10、传感器11和计算模块12，所述光源1、所述滤色片2，所述样品池3、所述热循环模块4、多组所述传导光纤5、所述光栏6、所述滤光片7、所述第一光学镜头8、所述透射光栅9、所述第二光学镜头10、所述传感器11和所述计算模块12依次连接；

[0028]所述光源1，用于利用一种或多种波长的LED光源1或者激光光源1发出激发光；

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CN 112595668 A[0029][0030][0031]

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所述滤色片2，用于将所述激发光变成窄带波长的激发光；所述样品池3，用于盛放样品；所述热循环模块4，用于使用金属浴或者空气浴的方式使所述样品池3中的试剂变

温；

所述传导光纤5，用于将所述激发光和激发出的荧光传导到设定位置；

[0033]所述光栏6，用于将多组所述传导光纤5传输的光进行分隔；[0034]所述滤光片7，用于将所述激发光滤除；[0035]所述第一光学镜头8，用于将所述荧光变成平行光；[0036]所述透射光栅9，用于将所述荧光在X方向上进行空间分离；[0037]所述第二光学镜头10，用于将所述荧光聚集，并投射到所述传感器11上；[0038]所述传感器11，用于获取投射过来的所有所述荧光；[0039]所述计算模块12，用于读取所述传感器11上的信号，利用对应的计算方法进行荧光分开，得到对应的实验结果。[0040]在本实施方式中，光源1：使用一种或者多种波长的LED光源1或者激光光源1作为发射光源1，还可以是卤素灯，氙灯等光源1；光源1照射方向可以在正上方，也可以在底部和侧面；滤色片2：将发射光源1变成窄带波长的激发光；所述热循环模块4，可以使用金属浴或者空气浴的方法，实现方式可以是帕尔贴制冷片，加热丝等，所述样品池3一般为透明PE管；所述传导光纤5：将激发光和激发出的荧光传导到指定位置，材质一般为玻璃或者塑料，光纤位置可以在样品池3上方、底部或侧面，其中，所述传导光纤5可以是光纤，也可以其他光学结构，用来改变光的传输路径；所述光栏6：将多组光纤传输的光分隔，一般用硅基或者不锈钢等不透光材料；所述滤光片7：将激发光滤除，根据激发光的波长可以是多波段或单波段滤光片7；所述第一光学镜头8：将荧光变成平行光；所述透射光栅9：将荧光在X轴方向进行空间分离，其中，这里不限于透射光栅，图1只是为了表现其中的一种方法，可以将多光谱分开的光学器件，可以是透射光栅，反射光栅，三棱镜等；所述第二光学镜头10：对荧光聚焦，并投射在传感器11上；所述计算模块12可以是计算机或者单片机。

[0041]光源1发射出激发光经过滤光片7后变成单波段或多波段窄带激发光；热循环模块

激发光照射在试剂上，试剂发出荧光激4将试剂进行变温，试剂中的核酸在复性和延伸时，

发光和荧光经过传导光纤5进行传输，经过滤光片7后，激发光被滤除，荧光经过第一光学镜头8变成平行荧光，再经过透射光栅9分光，分光后的多波长荧光再经过第二光学镜头10照射在传感器11上；计算模块12读取传感器11上的信号，通过计算将相关荧光分开，最终计算出相关实验结果，提高检测的可靠性。[0042]进一步的，所述热循环模块4包括箱体41、风扇42、进风管43、多个加热管44和多个加热电阻丝45，所述箱体41具有通孔46，所述通孔46贯穿所述箱体41，所述风扇42与所述箱体41固定连接，并位于所述通孔46中，所述进风管43与所述风扇42连通，且位于所述箱体41中，多个所述加热管44与所述进风管43连通，并分别位于所述进风管43一侧，多个所述加热电阻丝45与多个所述加热管44固定连接，并为所述加热管44中。[0043]在本实施方式中，如图2所示，将所述样品池3对应的放置在所述加热管44中，所述加热管44与所述样品池3接触部分为密封结构，启动所述风扇42和所述加热电阻丝45，当风扇42开始工作后，将外部的空气代入所述进风管43中，然后通过多个所述加热管44将进入

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的空气引流到所述样品池3附近，并由所述加热电阻丝45加热附近的空气，使所述热循环模块4使用空气浴的方式改变所述样品池3中的试剂温度，且不会对环境和试剂装置造成影响，结构简单，没有相对运动部件，导致试剂变温的可靠性高。并且所述加热电阻丝45的工作效率可以由所述计算模块12进行计算和控制，保证能够得到最准确的试验结果。[0044]进一步的，所述所述热循环模块4还包括均热层47，所述均热层47与所述箱体41固定连接，并位于所述箱体41和所述加热管44之间。[0045]在本实施方式中，为了保证多个所述加热管44中的所述样品池3中的样品的温度一致，利用所述均热层47将所述加热管44中的热量进行导热，使每个加热管44中的气体温度相同。

[0046]进一步的，所述箱体41具有多个透气孔48，多个所述透气孔48分别位于所述加热管44中。

[0047]在本实施方式中，为了减少所述箱体41中过多的空气的存留对所述热循环模块4造成破坏，在所述样品池3和所述加热管44之间，开设一个所述透气孔48来将所述加热管44中的热气进行排放，控制所述箱体41内的气压的恒定，也可以避免里面的空气的温度过高，影响试剂的成分，降低可靠性。

[0048]本发明可实现快速荧光检测和更多荧光检测，相比传统QPCR仪，本发明可将实验过程节省30％左右的时间，荧光管达8种以上，是一种全新的定量PCR仪，其检测时间和检测位点数均较传统QPCR仪有显著提高，另外此发明基于光栅同步分光技术，这里的光栅可以是刻划光栅和体光栅，可以是透射或者反射光栅，没有滤光转轮和扫描时间的限制，可实现超高分辨率的融解曲线，另外在结构上也相对简单，没有任何运动部件，可靠性高。[0049]本发明的一种快速多荧光实时定量PCR仪，包括光源1、滤色片2、样品池3、热循环模块4、多组传导光纤5、光栏6、滤光片7、第一光学镜头8、透射光栅9、第二光学镜头10、传感器11和计算模块12，光源1发射出激发光经过滤色片2后变成单波段或多波段窄带激发光；热循环模块4将试剂进行变温，试剂中的核酸在复性和延伸时，激发光照射在试剂上，试剂发出荧光，激发光和荧光经过传导光纤5进行传输，经过滤光片7后，激发光被滤除，荧光经过第一光学镜头8变成平行荧光，再经过透射光栅9分光，分光后的多波长荧光再经过第二光学镜头10照射在传感器11上；计算模块12读取传感上的信号，通过计算将相关荧光分开，最终计算出相关实验结果，提高检测的可靠性。

[0050]以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

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说　明　书　附　图

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图1

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说　明　书　附　图

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图2

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