一种液滴式样品荧光检测系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种液滴式样品荧光检测系统和方法，系统包括：激发光模块(1)、激发光探测模块(3)、荧光探测模块(4)以及控制器模块(6)，所述控制器模块(6)连接荧光探测模块(4)和激发光探测模块(3)，且在激发光模块(1)和荧光探测模块(4)之间设有检测通道(32)，所述检测管路中设有待测的液滴样品，所述激发光模块(1)发出的光照射并激发，所述液滴样品中含有荧光染料的液滴发出荧光，所述荧光被所述荧光探测模块(4)接收后转换成数字信号，并发送到控制器模块(6)。

【技术实现步骤摘要】
一种液滴式样品焚光检测系统和方法
本专利技术属于，适用于数字PCR技术。
技术介绍
聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction, PCR)是80年代中期发展起来的 体外核酸扩增技术，具有特异性强、灵敏度高、操作简便、省时等特点。它可用于基因分离、 克隆和核酸序列分析等基础研究。数字PCR是近年来发展迅速的新一代定量PCR分析技术， 利用微流控技术将大量稀释后的核酸溶液分散至芯片的微反应器中，每个反应器的核酸模 板数少于或者等于1个。这样经过PCR循环之后，有至少一个核酸分子模板的反应器就会 给出荧光信号，没有模板的反应器就没有荧光信号。根据相对比例和反应器的体积，就可以 推算出原始溶液的核酸浓度。与传统的荧光定量PCR相比，具有高灵敏度、高特异性、无需 标准定量曲线等优点。数字PCR技术提出至今，相关技术和产业化发展都非常迅速，迄今为 止，数字PCR技术主要有三类：微反应室孔板、大规模集成微流控芯片和液滴数字PCR系 统。 早期的数字PCR采用96/384孔板作为反应单元，随着对测试灵敏度和准确度的要 求不断提高，反应单元的数目不断增加，使得操作的复杂度和所需试剂量也成倍增加。大规 模集成微流控芯片技术的出现为数字PCR分析提供了一个低成本、小体积和高通量平行分 析的方案。液滴式数字PCR系统源于乳液PCR技术，通过油水两相间隔得到的以液滴为单 位的PCR反应体系，比微孔板和集成微流控芯片系统更容易实现小体积和高通量，而且系 统简单，成本低，因此成为理想的数字PCR技术平台。 目前液滴式数字PCR中的检测方法可分为诱导荧光检测和显微镜成像两种。由 于显微镜在实验室中的普遍应用，显微镜成像法在科学研究中使用相当广泛。配备高速摄 像机的明场显微镜可以很方便地获得液滴的各种参数，如形状、大小、颜色以及其他肉眼可 观察的参数，但其灵敏度却相当有限。荧光显微镜通过使用高灵敏CCD和特殊设计的滤光 片，具有良好的弱光捕捉能力，能够捕捉到极其微弱的荧光，可准确区分含有不同数量目标 分子的液滴，从而大大提高其检测灵敏度。然而受限于CCD帧速率，显微镜成像技术在高通 量、连续测量的商业应用场合使用较少。 诱导荧光检测技术以其高速、高灵敏度的优势在商业化数字PCR设备中获得广泛 应用。通常的荧光检测系统包含荧光激发、样品池、荧光探测等功能模块，检测时通过将接 收到的荧光强度与事先设定的数值做对比，当荧光强度大于阈值时便视为存在荧光反应。 由于激发的荧光强度微弱，易受环境影响，可能为荧光检测过程中引入误差的来源包括光 源信号强度、液滴频率、液滴大小等。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供，用以解 决现有技术中存在的检测不精准的缺点。 本专利技术解决上述技术问题所采取的技术方案如下： -种液滴式样品荧光检测系统，包括：激发光模块（1)、激发光探测模块（3)、荧光 探测模块（4)以及控制器模块￠)，所述控制器模块（6)连接荧光探测模块（4)和激发光探 测模块（3)，且在激发光模块（1)和荧光探测模块（4)之间设有检测通道（32)，所述检测管 路中设有待测的液滴样品，所述激发光模块（1)发出的光照射并激发，所述液滴样品中含 有荧光染料的液滴发出荧光，所述荧光被所述荧光探测模块（4)接收后转换成数字信号， 并发送到控制器模块（6)。 进一步地，优选的结构是，所述待测的液滴样品存放于一储液池（10)中，所述储 液池（10)连接有样品管道（11)，样品管道（11)上设一控制阀（20)，且控制阀后的样片管 道连接有稀释机构，所述稀释机构包括与样品管道相连接的第一载流相通道（12)和第二 载流相通道（13)，其中，用于稀释的连续相液体从第一载流相通道（12)和第二载流相通道 (13)中通入，并以流路聚焦的方式与样品通道（11)合成后进入到所述检测通道（33)，所述 第一载流相通道（12)和第一载流相通道（13)还分别连接一动力机构（5)，动力机构（5)连 接所述控制器模块￠)，所述控制器模块（6)控制所述第一载流相通道（12)和第二载流相 通道（13)的连续相液体的滴入速度；其中，经过稀释后的液滴（33)进入到检测区域（16)， 并在检测区域受所述激发光模块（1)发出的光激发，并由荧光探测模块（4)中的光电探测 器（31)接收并产生电信号。 进一步地，优选的结构是，光电探测器（31)选取光电倍增管。 进一步地，优选的结构是，所述激发光模块（1)包含：至少一个激发光源（21)、准 直透镜（22)、滤光片（23)、分光镜（24)和聚焦透镜（25);由激发光源（21)发射出的光经 过准直镜（22)后，又通过滤光片（23)滤除激发光波长范围外的光线，经分光镜（24)分光， 一部分光束作为监测光束进入设于分光镜（24) -侧的所述激发光检测模块（3)，另一部分 光束被反射后经过聚焦透镜（25)进入到所述待测芯片的检测区域，并照射检测通道中的 液滴后发出荧光。 进一步地，优选的结构是，所述激光光源（21)设置为多个，所述激发光模块（1)中 还设有合束镜，且每个激光光源（21)的前方都设置有滤光片（23)，所述合束镜设于滤光片 (23)和分光镜（24)之间，多个激光光源（21)发出的光经过各自对应的滤光片（23)滤光 后，经合束镜将光束合成，并且，各激发光源对应的滤光片（23)的波长范围互不重叠。 进一步地，优选的结构是，所述荧光检测模块（4)，具体包含：滤光片（29)、透镜 (30)和至少一组光电探测器（31)，检测通道中的液滴后发出的荧光经滤光片（29)后，又进 入至所述透镜（30)聚焦，并最终进入到光电探测器（31)，由光电探测器（31)接收后转换成 数字信号。 进一步地，优选的结构是，所述荧光检测模块（4)的光轴与激发光模块（1)的光轴 不平行，所述荧光检测模块（4)的光轴与激发光模块（1)的光轴之间的角度选取60°或垂 直。 进一步地，优选的结构是，所述激发光探测模块（3)，包括：滤光片（26)、聚焦透镜 (27)和光电探测器（28)，激发光在经过分光镜后的监测光束经过滤光片（26)、聚焦透镜 (27)后进入光电探测器（28)，所述光电探测器（28)将其转化成电信号，并传给控制模块 (6)。 一种液滴式样品荧光检测方法，基于以上液滴式样品荧光检测系统，包括： 通过激发光检测模块调整光源强度至指定强度I ; 将样品从储液池中吸入至充满样品通道，随后吸入载运液滴的分散相，并检测液 路稳定后荧光探测模块接收到的光强平均值作为背景荧光，设其强度为F tl ; 检测稀释后的样品液滴的荧光强度，在此过程中控制器模块通过激发光探测模块 和荧光探测模块收集激发光强度、液滴流速和液滴直径等参数； 根据时间-荧光强度曲线查找峰值，并利用上述参数识别有效液滴并校正测得的 荧光强度，根据每个液滴的峰值荧光强度与事先设定或自动调整识别的阈值对比确认液滴 是否带有荧光；分别统计荧光液滴与无荧光液滴的个数并根据泊松分布公式：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液滴式样品荧光检测系统，其特征在于，包括：激发光模块(1)、激发光探测模块(3)、荧光探测模块(4)以及控制器模块(6)，所述控制器模块(6)连接荧光探测模块(4)和激发光探测模块(3)，且在激发光模块(1)和荧光探测模块(4)之间设有检测通道(32)，所述检测管路中设有待测的液滴样品，所述激发光模块(1)发出的光照射并激发，所述液滴样品中含有荧光染料的液滴发出荧光，所述荧光被所述荧光探测模块(4)接收后转换成数字信号，并发送到控制器模块(6)。

【技术特征摘要】
1. 一种液滴式样品荧光检测系统，其特征在于，包括：激发光模块（I)、激发光探测模 块（3)、荧光探测模块⑷以及控制器模块（6)，所述控制器模块（6)连接荧光探测模块（4) 和激发光探测模块（3)，且在激发光模块（1)和荧光探测模块（4)之间设有检测通道（32)， 所述检测管路中设有待测的液滴样品，所述激发光模块（1)发出的光照射并激发，所述液 滴样品中含有荧光染料的液滴发出荧光，所述荧光被所述荧光探测模块（4)接收后转换成 数字信号，并发送到控制器模块（6)。2. 根据权利要求1所述的液滴式样品荧光检测系统，其特征在于，所述待测的液滴样 品存放于一储液池（10)中，所述储液池（10)连接有样品管道（11)，样品管道（11)上设一 控制阀（20)，且控制阀后的样片管道连接有稀释机构，所述稀释机构包括与样品管道相连 接的第一载流相通道（12)和第二载流相通道（13)，其中，用于稀释的连续相液体从第一载 流相通道（12)和第二载流相通道（13)中通入，并以流路聚焦的方式与样品通道（11)合成 后进入到所述检测通道（33)，所述第一载流相通道（12)和第一载流相通道（13)还分别连 接一动力机构（5)，动力机构（5)连接所述控制器模块￠)，所述控制器模块（6)控制所述 第一载流相通道（12)和第二载流相通道（13)的连续相液体的滴入速度；其中，经过稀释后 的液滴（33)进入到检测区域（16)，并在检测区域受所述激发光模块（1)发出的光激发，并 由荧光探测模块（4)中的光电探测器（31)接收并产生电信号。3. 根据权利要求2所述的液滴式样品荧光检测系统，其特征在于，光电探测器（31)选 取光电倍增管。4. 根据权利要求1或2所述的液滴式样品荧光检测系统，其特征在于，所述激发光模 块（1)包含：至少一个激发光源（21)、准直透镜（22)、滤光片（23)、分光镜（24)和聚焦透 镜（25);由激发光源（21)发射出的光经过准直镜（22)后，又通过滤光片（23)滤除激发光 波长范围外的光线，经分光镜（24)分光，一部分光束作为监测光束进入设于分光镜（24) - 侧的所述激发光检测模块（3)，另一部分光束被反射后经过聚焦透镜（25)进入到所述待测 芯片的检测区域，并照射检测通道中的液滴后发出荧光。5. 根据权利要求4所述的液滴式样品荧光检测系统，其特征在于，所述激光光源（21) 设置为多个，所述激发光模块（1)中还设有合束镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘聪，黎海文，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32