一种用于基因测序仪的光学系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种用于基因测序仪的光学系统，包括：激光器，用于依次间隔发射两种不同波长的用于激发荧光标记物的激发光；耦合器，用于准直激发光；第一二向色镜，用于反射激发光并容许荧光信号透过；显微物镜，用于将激发光汇聚照射于荧光标记物上并汇聚荧光信号；第二二向色镜，用于容许荧光信号透过并用于配合自动对焦模块进行对焦；筒镜，用于汇聚荧光信号以进行曝光成像；相机，用于曝光以拍到所需的荧光照片；其中，筒镜，设于第二二向色镜和相机之间。通过分时发射产生的两种荧光波长的组合，能够区分四种碱基，高效率实现对样品的荧光激发和检测成像，从而实现基因的测序过程，光路有很大的简化，光路调整简便，也较大的降低了成本。

Optical system for gene sequencer

The utility model discloses an optical system for gene sequencing, including: laser for successively interval transmitting two different wavelengths for excitation of fluorescent marker luminescence; coupler for collimating the excitation light; the first two dichroic mirror for reflecting the excitation light and allow the fluorescence signal through microscope, used; the excitation light irradiation on the fluorescent marker on the convergence and the convergence of the fluorescence signal; 22 dichroic mirror, allowing for the fluorescence signal transmitted and used in conjunction with autofocus module focusing cylindrical mirror, for convergence; fluorescence signal for exposure imaging; for camera, exposure to photographed fluorescent photographs required; the cylindrical mirror in section 22, between the mirror and the color camera. The combination of two kinds of fluorescence emission wavelength through the time, can distinguish between four bases, to achieve high efficiency of sample fluorescence excitation and detection imaging, so as to realize the process of gene sequencing, has greatly simplified optical path, optical path adjustment is simple, but also greatly reduces the cost.

【技术实现步骤摘要】
一种用于基因测序仪的光学系统
本技术涉及光学
，尤其涉及一种用于基因测序仪的光学系统。
技术介绍
核酸测序/基因测序(包括DNA测序和RNA测序)是研究核酸的重要方法之一。DNA测序(DNAsequencing，或译DNA定序)是指分析特定DNA片段的碱基序列，也就是腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)与鸟嘌呤(G)的排列方式。同理，RNA测序是指分析特定RNA片段的碱基序列，也就是腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和尿嘧啶(U)的排列方式。目前普遍使用荧光标记的方法进行基因测序，基因测序仪中需要设置光学系统用于激发荧光标记物并采集这些荧光标记物所发射出的荧光信号(荧光信号为光线)，但是现有的基因测序仪光学系统结构复杂，因此导致调试非常不便，而且还具有成本高等不足。现有技术一般使用一种荧光信号代表一种碱基，四种碱基就需要四种荧光。实现激发和检测四种荧光的光学系统结构复杂，因此导致调试非常不便，而且还具有成本高等的不足。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种结构简单、易于调试、准确度高的用于基因测序仪的光学系统。本技术通过如下技术方案实现：一种用于基因测序仪的光学系统，用于激发基因测序芯片上的荧光标记物并采集该荧光标记物发射的荧光信号，包括：激光器，用于依次间隔发射两种不同波长的用于激发上述荧光标记物的激发光；耦合器，用于准直上述激发光；第一二向色镜，用于反射上述激发光并容许上述荧光信号透过；显微物镜，用于将上述激发光汇聚照射于上述荧光标记物上并汇聚上述荧光信号，与筒镜配合将荧光信号成像在相机上；第二二向色镜，用于容许上述荧光信号透过并用于配合自动对焦模块进行对焦；筒镜，用于与上述显微物镜配合汇聚上述荧光信号以进行曝光成像；相机(CCD)，用于曝光以拍到所需的荧光照片；其中，上述筒镜，设于上述第二二向色镜和上述相机之间。进一步地，还包括：平面反射镜，设于上述第二二向色镜和上述筒镜之间，用于改变透过上述第二二向色镜的荧光信号的光路方向。进一步地，还包括：第一滤光片，设于上述耦合器和上述第一二向色镜之间，用于过滤激光波长，截止不需要的激光波段；第二滤光片，设于上述第二二向色镜和上述筒镜之间，用于过滤光线，允许荧光波段透过，截止不需要的激光背景光。进一步地，还包括：平面反射镜，设于上述第二二向色镜和上述筒镜之间，用于改变透过上述第二二向色镜的荧光信号的光路方向；第一滤光片，设于上述耦合器和上述第一二向色镜之间，用于过滤激光波长，截止不需要的激光波段；第二滤光片，设于上述第二二向色镜和上述平面反射镜之间，用于过滤光线，允许荧光波段透过，截止不需要的激光背景光。进一步地，两种不同波长的激发光分别是位于520～535nm和635～645nm两个波段范围的光波。进一步地，上述显微物镜的焦距为10mm，数值孔径为0.75。进一步地，上述基因测序芯片上固定有DNA纳米球，每个上述DNA纳米球成像到上述相机芯片的大小为2×2像素。进一步地，上述光学系统的放大倍率为12.22倍。本技术的光学系统中的激光器能够依次间隔发射(分时发射)两种不同波长的激发光，同时基因测序芯片上四种碱基仅使用两种荧光标记物进行标记，激发光激发两种荧光标记物产生两种波长的荧光，通过分时发射产生的两种荧光波长的组合，能够区分四种碱基，能够高效率实现对样品的荧光激发和检测成像，从而实现基因的测序过程，并且只使用一个相机，光路有很大的简化，光路调整简便，也较大的降低了成本。此外，光学系统中采用激光器作为激发光源，在功率密度、光束质量、波长的纯净度方面有比较大的优势。另外，光学系统采用滤光片组，分别有对应的通过波长和截止波长，保证激发光顺利到达样品而在相机前被截止，荧光顺利到达相机并被检测到。本基因测序仪光学系统通过特有的设计实现了将一个DNA纳米球产生的荧光信号成像在2×2像素范围内。通过对相机分辨率及像素大小的选择，实现了每张图片可以拍摄约1M的DNA纳米球。大大提高了测序通量。附图说明图1为本技术的用于基因测序仪的光学系统第一种实施方式的示意图；图2为本技术的用于基因测序仪的光学系统第二种实施方式的示意图；图3为四种碱基对应的荧光信号状态信息的一种实施方式的示意图；具体实施方式下面通过具体实施方式结合附图对本技术作进一步详细说明。本技术实施例的基因测序仪光学系统通过检测两种荧光信号从而检测到四种碱基信息的测序过程，有效的简化光学系统，从而实现基因的测序过程，光路有很大的简化，光路安装调试简便，大大降低了整个系统的成本。并且每个DNA纳米球产生的成像光斑能量一般分布在2×2像素点上，有效提高单次拍照包含的DNA纳米球数量，从而实现基因的测序过程，保证了DNA测序仪的通量。参见图1，本技术实施例提供一种基因测序仪光学系统，用于激发基因测序芯片1上的荧光标记物(荧光标记物体积极其微小，因此未在图中示出)并采集该荧光标记物发射的荧光信号，其包括：激光器2，用于依次间隔发射两种不同波长的用于激发荧光标记物的激发光；耦合器3，用于准直激发光；第一二向色镜5，用于反射激发光并容许荧光信号透过；显微物镜6，用于将激发光汇聚照射于荧光标记物上并汇聚荧光信号，与筒镜配合将荧光信号成像在相机上；第二二向色镜7，用于容许荧光信号透过并用于配合自动对焦模块8进行对焦；筒镜10，用于与显微物镜配合汇聚荧光信号以进行曝光成像；相机11，用于曝光以拍到所需的荧光照片；其中，筒镜10，设于第二二向色镜7和相机11之间。对于该实施例，需要说明的是：激光器2能够发射两种不同波长的激发光，例如绿激光21(波长位于520nm～535nm波段范围)和红激光22(波长位于635nm～645nm波段范围)，用于激发荧光标记物以产生两种波长的荧光。激光器2通过分时打开，达到分别对两种荧光进行激发拍照的目的。为了过滤光线，截止不需要的光线，可以在耦合器3和第一二向色镜5之间设置第一滤光片4；类似地，可以在第二二向色镜7和筒镜10之间设置第二滤光片9。自动对焦模块8保持系统在工作时让样品一直处于显微物镜的焦平面上。激光器2射出的激发光，经耦合器3准直后，通过第一滤光片4过滤，截止不需要的激光波段，然后射向第一二向色镜5，经第一二向色镜5反射至显微物镜6，再由显微物镜6聚焦，汇聚射至基因测序芯片1的荧光标记物上，在焦平面形成一个聚焦光斑，使荧光标记物受激发而发射出特定波长的光，从荧光标记物射出的荧光信号沿激发光的原路射回，由显微物镜6汇聚后射至第一二向色镜5上，由于第一二向色镜5允许荧光信号通过，因此荧光信号透过第一二向色镜5后射入第二二向色镜7，由于第二二向色镜7允许荧光信号通过，因此荧光信号透过第二二向色镜7射向第二滤光片9，然后进入筒镜10，经过筒镜10汇聚荧光信号以进行曝光成像，最终在相机11上曝光以拍到所需的荧光照片。本实施例的光学系统，大大简化了基因测序仪光学系统的结构，易于调试，同时又能够保证信号采集的准确性，可对基因进行高效测序。参见图2，其与图1的光学系统的差别在于：在第二滤光片9和筒镜10之间进一步设置一个平面反射镜12，用于改变透过第二二向色镜7的荧光信号的光路方向。平面反射镜12的作用在于可以改本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于基因测序仪的光学系统，用于激发基因测序芯片上的荧光标记物并采集该荧光标记物发射的荧光信号，其特征在于，包括：激光器，用于依次间隔发射两种不同波长的用于激发所述荧光标记物的激发光；耦合器，用于准直所述激发光；第一二向色镜，用于反射所述激发光并容许所述荧光信号透过；显微物镜，用于将所述激发光汇聚照射于所述荧光标记物上并汇聚所述荧光信号，与筒镜配合将荧光信号成像在相机上；第二二向色镜，用于容许所述荧光信号透过并用于配合自动对焦模块进行对焦；筒镜，用于与所述显微物镜配合汇聚所述荧光信号以进行曝光成像；相机，用于曝光以拍到所需的荧光照片；其中，所述筒镜设于所述第二二向色镜和所述相机之间。

【技术特征摘要】
2016.11.29 CN 20162129167381.一种用于基因测序仪的光学系统，用于激发基因测序芯片上的荧光标记物并采集该荧光标记物发射的荧光信号，其特征在于，包括：激光器，用于依次间隔发射两种不同波长的用于激发所述荧光标记物的激发光；耦合器，用于准直所述激发光；第一二向色镜，用于反射所述激发光并容许所述荧光信号透过；显微物镜，用于将所述激发光汇聚照射于所述荧光标记物上并汇聚所述荧光信号，与筒镜配合将荧光信号成像在相机上；第二二向色镜，用于容许所述荧光信号透过并用于配合自动对焦模块进行对焦；筒镜，用于与所述显微物镜配合汇聚所述荧光信号以进行曝光成像；相机，用于曝光以拍到所需的荧光照片；其中，所述筒镜设于所述第二二向色镜和所述相机之间。2.根据权利要求1所述的用于基因测序仪的光学系统，其特征在于，还包括：平面反射镜，设于所述第二二向色镜和所述筒镜之间，用于改变透过所述第二二向色镜的荧光信号的光路方向。3.根据权利要求1所述的用于基因测序仪的光学系统，其特征在于，还包括：第一滤光片，设于所述耦合器和所述第一二向色镜之间，用于过滤激光波长，截止...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨斌，姜鹤鸣，温欣，苏泽宇，梁元庆，黄燕樵，刘健，
申请(专利权)人：深圳华大智造科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44