含有镂空全反射镜的微液滴荧光信号检测装置

技术领域

本发明属于微流控检测芯片技术领域，具体涉及一种含有镂空全反射镜的微液滴荧光信号检测装置。

背景技术

微流控芯片作为一种新的微型分析平台建立于20世纪90年代，它通过微细加工技术在芯片上构建由储液池、微反应室、微管道等微功能元件构成的微流路系统，加载生物样品和反应液后，在压力泵或者电场作用下形成微流路，于芯片上进行一种或连续多种的反应，达到对样品的高通量快速分析的目的。这也就需要一些能检测反应过程的装置。目前检测手段可分为CCD分时拍照和激光共聚焦扫描两种，CCD分时拍照结构较简单、开发周期短、技术难度低，但由于检测速度较慢、成本较高、灵敏度较低、占用空间较大等劣势，在未来应用中受到生物样本多样性、仪器自身性能等的限制，很难大规模批量化应用，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微流控芯片检测系统对微流控芯片进行逐点扫描，由于微流控芯片始终处于共焦平面，因此激发光的光斑尺寸非常小，横向分辨率较高。由于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，可以成为高密度微流控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。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种含有镂空全反射镜的微液滴荧光信号检测装置，采用所述镂空全反射镜替代现有技术中光线传导路径上的二向色镜，使混合激发光无需反射便可进入物镜，而同时产生的荧光信号则可以被其反射至光处理模块中，有效地提高荧光信号的接收效率、减少信号流失，可以实现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，极大程度地降低实验成本并提高检测工作效率。

为了解决上述问题，本发明提供一种微液滴荧光信号检测装置，包括：

合光模块，用于形成混合激发光；

检测镜头模块，包括物镜，所述物镜与所述合光模块具有的混合激发光射出孔同轴设置，且处于所述混合激发光的光线传导路径上，能够将所述混合激发光共聚焦于待检测微液滴上，以激发产生荧光信号；

荧光反射模块，处于所述合光模块与所述物镜之间，包括镂空全反射镜，所述镂空全反射镜具有通孔，所述混合激发光射出孔中射出的混合激发光经由所述通孔进入所述物镜中，且所述荧光信号能够被所述镂空全反射镜反射；

光处理模块，能够接收所述镂空全反射镜反射的荧光信号对所述荧光信号进行处理。

优选地，所述荧光反射模块还包括模块本体，所述模块本体上构造有第一光线传导通道，所述镂空全反射镜处于所述第一光线传导通道内。

优选地，所述模块本体包括第一连接件、第二连接件，所述第一连接件上具有与所述合光模块的混合激发光射出孔对应的第一混合荧光射入口，所述第二连接件上具有与所述光处理模块对应的第一混合荧光射出口，所述第一连接件与所述第二连接件之间夹设有所述镂空全反射镜。

优选地，所述第一连接件与所述第二连接件之间还夹设有密封减震垫。

优选地，所述合光模块包括用于产生具有第一波长的第一激光的第一激光器、产生具有第二波长的第二激光的第二激光器以及全反光镜、第一二向色镜，所述第二激光经所述全反光镜反射后与所述第一激光经所述第一二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，所述合光暗盒固定连接于所述固定板上，所述全反光镜、第一二向色镜设置于所述合光暗盒内，所述混合激发光射出孔构造于所述合光暗盒上。

优选地，所述荧光信号包括对应于所述第一激光的第一荧光以及对应于所述第二激光的第二荧光，所述光处理模块包括获取所述第一荧光的第一光电倍增管以及获取所述第二荧光的第二光电倍增管以及将所述第一荧光与所述第二荧光分离的第二二向色镜。

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镂空全反射镜与所述第二二向色镜之间。

优选地，所述光处理模块还包括第一滤色片、第二滤色片，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，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；和/或，所述光处理模块还具有安装壳体，所述安装壳体构造有第二光线传导通道，所述第二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、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、第三连接件，所述固定件与所述第三连接件之间夹设所述第二二向色镜，所述固定件具有与所述第一混合荧光射出口对应的第二混合荧光射入口以及经所述第二二向色镜分离的第一荧光射出口，所述第三连接件具有第二荧光射出口，所述第二混合荧光射入口与所述第一荧光射出口同轴，所述第二混合荧光射入口与所述第二荧光射出口垂直，所述固定件连接于所述第一混合荧光射出口处，所述凸透镜夹设于所述第一混合荧光射出口与所述第二混合荧光射入口之间，所述第一荧光射出口连接有第一光电倍增管固定座，且所述固定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；所述第二荧光射出口连接有第二光电倍增管固定座，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。

本发明提供的一种含有镂空全反射镜的微液滴荧光信号检测装置，采用所述镂空全反射镜替代现有技术中光线传导路径上的二向色镜，混合激发光能够直接通过所述镂空全反射镜上的通孔传导至所述物镜中进而被共聚焦于所述待检测微液滴上激发产生相应的荧光信号，而激发产生的荧光信号则能够被所述镂空全反射镜的反射面反射传导至所述光处理模块而无需经过现有技术中的二向色镜，从而可以实现单次检测可以获取多项检测参数，使检测结果更加丰富，同时所述镂空全反射镜能有效地提高荧光信号的接收效率、减少信号流失，更容易实现混合激发光与物镜的同轴性，适用场景及领域更加广泛，极大程度地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荧光信号检测装置的原理示意图(图中箭头示出光线传递路径)；

图2为本发明实施例的微液滴荧光信号检测装置的结构示意图；

图3为图2中的荧光反射模块的拆解结构示意图；

图4为图2中的合光模块的拆解结构示意图；

图5为图2中的光处理模块的拆解结构示意图。

附图标记表示为：

1、合光模块；11、第一激光器；12、第二激光器；13、固定板；14、合光暗盒；15、全反光镜；16、第一二向色镜；2、检测镜头模块；3、光处理模块；31、密封垫；311、固定件；312、第三连接件；313、第一光电倍增管固定座；314、第二光电倍增管固定座；315、第一光电倍增管；316、第二光电倍增管；32、减震垫；321、第二二向色镜；322、第二滤色片；324、凸透镜；323、第一滤色片；33、密光垫；35、第一小孔件；36、第二小孔件；4、荧光反射模块；41、第二连接件；42、第一连接件；43、镂空全反射镜；44、密封减震垫；100、待检测微液滴。

具体实施方式

结合参见图1至图5所示，根据本发明的实施例，提供一种微液滴荧光信号检测装置，包括：合光模块1，用于形成混合激发光；检测镜头模块2，包括物镜，所述物镜与所述合光模块1具有的混合激发光射出孔同轴设置，且处于所述混合激发光的光线传导路径上，能够将所述混合激发光共聚焦于待检测微液滴100上，以激发产生荧光信号；荧光反射模块4，处于所述合光模块1与所述物镜之间，包括镂空全反射镜43，所述镂空全反射镜43具有通孔，所述混合激发光射出孔中射出的混合激发光经由所述通孔进入所述物镜中，且所述荧光信号能够被所述镂空全反射镜43反射；光处理模块3，能够接收所述镂空全反射镜43反射的荧光信号对所述荧光信号进行处理，具体例如将获取后的荧光信号传导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)。该技术方案中，采用所述镂空全反射镜43替代现有技术中光线传导路径上的二向色镜，混合激发光能够直接通过所述镂空全反射镜43上的通孔传导至所述物镜中进而被共聚焦于所述待检测微液滴100上激发产生相应的荧光信号，而激发产生的荧光信号则能够被所述镂空全反射镜43的反射面反射传导至所述光处理模块3而无需经过现有技术中的二向色镜，从而可以实现单次检测可以获取多项检测参数，使检测结果更加丰富，同时所述镂空全反射镜43能有效地提高荧光信号的接收效率、减少信号流失，更容易实现混合激发光与物镜的同轴性，适用场景及领域更加广泛，极大程度地降低实验成本并提高检测工作效率。

可以理解的，所述荧光反射模块4还包括模块本体，所述模块本体上构造有第一光线传导通道，所述镂空全反射镜43处于所述第一光线传导通道内，所述模块本体包括第一连接件42、第二连接件41，所述第一连接件42上具有与所述合光模块1的混合激发光射出孔对应的第一混合荧光射入口，所述第二连接件41上具有与所述光处理模块3对应的第一混合荧光射出口，所述第一连接件42与所述第二连接件41之间夹设有所述镂空全反射镜43。具体的，所述第一连接件42、所述第二连接件41依次处于光线传导路径上并满足图1所示出的光线传导要求，而为了保证图1的光线传导要求及所述荧光反射模块4的整体结构的紧凑性，所述第一连接件42在外形上采用了等腰直角三角形，也即具有一个45°的斜面，而第一连接件41也具有一个45°斜面。

更为具体的，为了保护所述荧光反射模块4中设置的镂空全反射镜43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42与所述第二连接件41之间还夹设有密封减震垫44。

在一些实施方式中，所述合光模块1包括用于产生具有第一波长的第一激光的第一激光器11、产生具有第二波长的第二激光的第二激光器12以及全反光镜15、第一二向色镜16，所述第二激光经所述全反光镜15反射后与所述第一激光经所述第一二向色镜16合成为所述混合激发光。具体例如，所述第一激光器11为473nm激光器，此时其为蓝色激光器；所述第二激光器12为532nm激光器，此时其为绿色激光器。进一步的，所述合光模块1还包括固定板13、合光暗盒14，所述合光暗盒14固定连接于所述固定板13上，所述全反光镜15、第一二向色镜16设置于所述合光暗盒14内，所述混合激发光射出孔构造于所述合光暗盒14上。此时可以理解的是，所述激光器合光模块1被构造成为一个整体，使所述微液滴荧光信号检测装置在结构上进一步紧凑。而可以理解的是，所述合光模块1中当然还可以设置更多的激光器，以产生更多不同波长的激发光进而满足更多不同的检测项目的需求。

与上述合光模块1相对应的，所述荧光信号包括对应于所述第一激光的第一荧光以及对应于所述第二激光的第二荧光，所述光处理模块3包括获取所述第一荧光的第一光电倍增管315以及获取所述第二荧光的第二光电倍增管316以及将所述第一荧光与所述第二荧光分离的第二二向色镜321。采用所述第二二向色镜321将第一荧光与第二荧光分离，进而能够采用后续的第一光电倍增管315以及第二光电倍增管316分别对应获取并处理。

最好的，所述光处理模块3还包括凸透镜324，所述凸透镜324处于所述镂空全反射镜43与所述第二二向色镜321之间，使经由所述凸透镜324的散乱光折射为平行光，进而使通过所述凸透镜324的光线能够更为规整地射向所述第二二向色镜321，保证后续荧光信号的检测精度。

优选地，所述光处理模块3还包括第一滤色片323、第二滤色片322，所述第一滤色片323处于所述第一光电倍增管315与所述第二二向色镜321之间，所述第二滤色片322处于所述第二光电倍增管316与所述第二二向色镜321之间；和/或，所述光处理模块3还具有安装壳体，所述安装壳体构造有第二光线传导通道，所述第二光线传导通道具有对应于所述第一光电倍增管315的第一小孔、对应于所述第二光电倍增管316的第二小孔，所述第一小孔与所述第二小孔共轭设置。参见图1可知，上述二路荧光由同一起点、经第二二向色镜321反射后彼此分离、并形成两两相互垂直的光路，经过各自对应的小孔，最后达到各自对应的光电倍增管。

在一些实施方式中，所述安装壳体包括固定件311、第三连接件312，所述固定件311与所述第三连接件312之间夹设所述第二二向色镜321，所述固定件311具有与所述第一混合荧光射出口对应的第二混合荧光射入口以及经所述第二二向色镜321分离的第一荧光射出口，所述第三连接件312具有第二荧光射出口，所述第二混合荧光射入口与所述第一荧光射出口同轴，所述第二混合荧光射入口与所述第二荧光射出口垂直，所述固定件311连接于所述第一混合荧光射出口处，所述凸透镜324夹设于所述第一混合荧光射出口与所述第二混合荧光射入口之间，所述第一荧光射出口连接有第一光电倍增管固定座313，且所述固定件311与所述第一光电倍增管固定座313之间沿光线传导路径依次夹设有所述第一滤色片323、第一小孔件35；所述第二荧光射出口连接有第二光电倍增管固定座314，所述第三连接件312与所述第二光电倍增管固定座314之间沿光线传导路径依次夹设有所述第二滤色片322、第二小孔件36，所述第一小孔与所述第二小孔则分别被一一构造于所述第一小孔件35以及第二小孔件36上，而所述第一光电倍增管315连接于所述第一光电倍增管固定座313上，所述第二光电倍增管316连接于所述第二光电倍增管314上。该技术方案中提供了所述光处理模块3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，为了保证所述第二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发明的图1所示出的光处理路径，也即虽然前文中并未对所述固定件311、所述第三连接件312中的相应光线传导通道进行具体的限定，但可以明确的是，所述固定件311、所述第三连接件312依次处于光线的传导路径上并满足图1所示出的光线传导要求，而为了保证图1的光线传导要求及所述光处理模块3的整体结构的紧凑性，所述第三连接件312在外形上采用了等腰直角三角形，也即具有一个45°的斜面，而固定件311也具有一个45°斜面。

进一步的，为了保护所述光处理模块3中设置的凸透镜324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，所述固定件311与所述第三连接件312之间的连接处、所述第一光电倍增管固定座313与所述第固定件311之间的连接处、所述第二光电倍增管固定座314与所述第三连接件312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密封垫31、减震垫32、密光垫33中的一种或者多种。

所述检测镜头模块2作为一种用于对待检测微液滴100进行聚焦检测的部件，活动连接于所述第二连接件41背离所述第一连接件42的一侧，作为一种具体的实施方式，其中的物镜采用20倍显微物镜即可，可以理解的是，此处的活动连接指的是所述物镜具备旋转(绕着Z轴)的自由度及平动(沿着Z轴或者X轴)自由度，以保证检测人员能够灵活的调整所述物镜的焦点(焦平面)，进一步的可以理解的是，所述物镜的前述运动可以受控于丝杆电机等动力模块。

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。