用于高通量dPCR基因芯片一次性成像的荧光成像系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于高通量dPCR基因芯片一次性成像的荧光成像系统，激发光源发出的激发光经过匀光装置输出准直激光，垂直入射到第一滤波片，经过第一滤波片滤波后再经过二向色镜反射，反射出的平行光打在样品上；样品激发的荧光经过二向色镜透射，透射光经过第二滤波片滤波后进入显微成像系统，显微成像系统为大视场荧光精缩物镜，对样本进行一次性成像。本发明专利技术系统能以6.6°小视场角完成φ35mm大成像范围，且放大倍率为‑0.65倍。系统数值孔径为0.106，可分辨直径为10微米的微反应通道。本发明专利技术针对485nm～656nm波长范围的荧光能清晰优异成像，像质清晰明亮，并且结构紧凑，成像效果好，孔径大，分辨率高。

Fluorescence imaging system for one-off imaging of high-throughput dPCR gene chip

【技术实现步骤摘要】
用于高通量dPCR基因芯片一次性成像的荧光成像系统
本专利技术涉及一种显微成像技术，特别涉及一种用于高通量dPCR基因芯片一次性成像的荧光成像系统。
技术介绍
数字PCR(聚合酶链反应)技术是一种新型的高灵敏核酸绝对定量检测技术,在生物医疗领域具有非常重要的应用价值，尤其对于基因分析及疾病的精准诊断是一种重要的工具。由于dPCR技术是一种终端分析法，如果目标DNA分子没有被极限稀释，将会大大降低检测的准确度，dPCR的灵敏度以及准确度随着反应通道数量增多而变大。通过液滴微流控技术目前2万甚至2万以上的反应通道数量已广泛用于dPCR检测以及应用，但是反应单元的增加也增加了检测的难度，导致传统的荧光检测方法效率不足以应对如此高通量的检测。目前，多采用拼接成像的方法对高通量基因芯片成像。但是由于现有显微物镜的放大倍率较大以及视场较小等因素，往往需要拼接10次以上，效率依旧不高且容易发生拼接误差。28mm*18mm高通量荧光基因芯片在荧光显微镜设计领域中，同时实现大视场和高分辨率的DNA检测是一个巨大的困难。目前没有可满足28mm*18mm大视场、高分辨率荧光成像的荧光检测系统。目前荧光显微系统多将二色镜以滤光片放置中间平行光位置，但这不利于大视场荧光检测。由于激发光线通过大视场显微物镜，照明均匀性不足以满足大视场照明。
技术实现思路
本专利技术是针对现在高通量dPCR基因芯片成像采用拼接成像，导致检测效率低且容易引入拼接误差的问题，提出了一种用于高通量dPCR基因芯片一次性成像的荧光成像系统，同时实现大视场和高分辨率。本专利技术的技术方案为：一种用于高通量dPCR基因芯片一次性成像的荧光成像系统，包括接收图像的接收装置、对样品芯片进行成像的显微成像系统、用于分开激发光和荧光的滤波装置、样品以及用于激发荧光的照明装置；滤波装置包括第一滤波片、第二滤波片以及二向色镜，照明装置包括激发光源和匀光装置；激发光源发出的激发光经过匀光装置输出准直激光，准直激光垂直入射到第一滤波片，经过第一滤波片滤波后再经过二向色镜反射，反射出的平行光打在样品上；样品激发的荧光经过二向色镜透射，透射光经过第二滤波片滤波后进入显微成像系统，显微成像系统为大视场荧光精缩物镜，对样本进行一次性成像，显微成像系统将图像信息送入接收装置。所述第一滤光片与第二滤光片均为窄带通滤光片；第一滤光片的窄带中心波长对应激发样品荧光的激发光中心波长；第二滤光片的窄带中心波长对应样品发出的荧光中心波长。所示第一滤光片正对照明装置，第二滤光片正对显微成像系统中精缩物镜，二色镜置于第一滤光片和第二滤光片之间，并与两者均成45°放置；二色镜的厚度要求范围根据样品激发的非平行荧光经过二色镜透射而引起的像差进行设计。所述精缩物镜的镜头沿光轴，并以光轴为中心轴，从左到右依次包括第一透镜群、第二透镜群和像面M1；第一透镜群为荧光显微物镜，第二透镜群为成像透镜，所述第一透镜群和第二透镜群的光焦度均为负。所述荧光显微物镜和成像透镜均由多个单透镜和胶合透镜组成，此组成方式矫正球差、色差、像差。所述第一透镜群从物侧至像侧方向依次设置有第一至第六透镜L1～L6；第一透镜L1为球面玻璃镜片，具有负焦距的负弯月形透镜，其凸面朝向孔径光阑方向，第一透镜L1的两个表面均为玻璃球面，其阿贝系数vd满足40<vd<45；第二透镜L2为球面玻璃镜片，具有负焦距的正弯月形透镜，其凸面朝向孔径光阑方向，第二透镜L2的两个表面均为玻璃球面，其阿贝系数vd满足47<vd<51；第三透镜L3和第四透镜L4均为球面玻璃镜片，第三透镜L3和第四透镜L4互相胶合后构成第一胶合透镜，第一胶合透镜为具有正焦距的双凸透镜，第三透镜L3和第四透镜L4的两个表面均为玻璃球面，其中第三透镜L3阿贝系数满足42<vd<45，第四透镜L4阿贝系数满足88<vd<92；第五透镜L5，具有负焦距的负弯月形透镜，其凸面朝向孔径光阑，第五透镜L5的两个表面均为玻璃球面，其阿贝系数满足40<vd<43；第六透镜L6，具有正焦距的正弯月形透镜，第六透镜L6的两个表面均为玻璃球面，其阿贝系数满足30<vd<33。所述第二透镜群从物侧至像侧方向依次设置有第七至第十三透镜L7～L13；第七透镜L7和第八透镜L8均为球面玻璃镜片，第七透镜L7和第八透镜L8互相胶合后构成第二胶合透镜，第二胶合透镜为具有正焦距的平凸透镜，其凸面朝向孔径光阑，第七透镜L7和第八透镜L8的两个表面均为玻璃球面，其中第七球面玻璃片阿贝系数满足30<vd<34，第八球面玻璃片阿贝系数满足65<vd<70；第九透镜L9、第十透镜L10和第十一透镜L11均为球面玻璃镜片，三者依次互相胶合后构成第三胶合透镜，第三胶合透镜为具有负焦距的双凹透镜，透镜L9、透镜L10和透镜L11的两个表面均为玻璃球面，其中第九透镜L9阿贝系数满足65<vd<69，第十透镜L10阿贝系数满足42<vd<45，第十一透镜L11阿贝系数满足47<vd<51；第十二透镜L12为球面玻璃镜片，具有正焦距的双凸透镜，第十二透镜L12的两个表面均为玻璃球面，其阿贝系数满足23<vd<27；第十三透镜L13为球面玻璃镜片，具有负焦距的负弯月型透镜，凹面对物侧，第十三透镜L13的两个表面均为玻璃球面，其阿贝系数满足16<vd<20。本专利技术的有益效果在于：本专利技术用于高通量dPCR基因芯片一次性成像的荧光成像系统，与现有技术相比，本专利技术能以6.6°小视场角完成φ35mm大成像范围，且放大倍率为-0.65倍。于此同时，本专利技术数值孔径为0.106，可分辨直径为10微米的微反应通道。本专利技术针对485nm～656nm波长范围的荧光能清晰优异成像，像质清晰明亮，并且结构紧凑，成像效果好，孔径大，分辨率高，解决了在DNA检测中同时实现大视场和高分辨率的巨大困难。附图说明图1为本专利技术的实施例一dPCR荧光基因芯片检测的成像系统的结构示意图；图2为本专利技术的实施例一中显微成像系统中精缩物镜的结构示意图；图3为本专利技术实施例中的精缩显微镜在436nm至656nm可见光波段下的光线像差图；图4为本专利技术实施例中的精缩显微镜在436nm至656nm可见光波段下的点列图；图5为本专利技术实施例中的精缩显微镜在436nm至656nm可见光波段下的MTF曲线图；图6为本专利技术实施例中的精缩显微镜在436nm至656nm可见光波段下的场曲/畸变曲线图；图7为本专利技术实施例中的精缩显微镜在436nm至656nm可见光波段下的垂轴相差曲线图；图8为本专利技术实施例中的精缩显微镜在436nm至656nm可见光波段下的色焦移；图9为常规荧光显微系统的光路图；图10为二向色镜加入常规无限远显微物镜设计的光路中的MTF曲线图。图11为本专利技术成像系统实际对高通量dPCR基因芯片的成像图片；图12为本专利技术成像系统实际对高通量dPCR基因芯片的成像图片的局部放大图。具体实施方式在本实施例一中，本实施例提供的荧光检测成像系统可以对28mm×18mm的基因芯片进行大视场、高分辨率一次性成像。如图1所示dPCR荧光基因芯片检测的成像系统的结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于高通量dPCR基因芯片一次性成像的荧光成像系统，其特征在于，包括接收图像的接收装置、对样品芯片进行成像的显微成像系统、用于分开激发光和荧光的滤波装置、样品以及用于激发荧光的照明装置；滤波装置包括第一滤波片、第二滤波片以及二向色镜，照明装置包括激发光源和匀光装置；激发光源发出的激发光经过匀光装置输出准直激光，准直激光垂直入射到第一滤波片，经过第一滤波片滤波后再经过二向色镜反射，反射出的平行光打在样品上；样品激发的荧光经过二向色镜透射，透射光经过第二滤波片滤波后进入显微成像系统，显微成像系统为大视场荧光精缩物镜，对样本进行一次性成像，显微成像系统将图像信息送入接收装置。

【技术特征摘要】
1.一种用于高通量dPCR基因芯片一次性成像的荧光成像系统，其特征在于，包括接收图像的接收装置、对样品芯片进行成像的显微成像系统、用于分开激发光和荧光的滤波装置、样品以及用于激发荧光的照明装置；滤波装置包括第一滤波片、第二滤波片以及二向色镜，照明装置包括激发光源和匀光装置；激发光源发出的激发光经过匀光装置输出准直激光，准直激光垂直入射到第一滤波片，经过第一滤波片滤波后再经过二向色镜反射，反射出的平行光打在样品上；样品激发的荧光经过二向色镜透射，透射光经过第二滤波片滤波后进入显微成像系统，显微成像系统为大视场荧光精缩物镜，对样本进行一次性成像，显微成像系统将图像信息送入接收装置。2.根据权利要求1所述用于高通量dPCR基因芯片一次性成像的荧光成像系统，其特征在于，所述第一滤光片与第二滤光片均为窄带通滤光片；第一滤光片的窄带中心波长对应激发样品荧光的激发光中心波长；第二滤光片的窄带中心波长对应样品发出的荧光中心波长。3.根据权利要求1或2所述用于高通量dPCR基因芯片一次性成像的荧光成像系统，其特征在于，所示第一滤光片正对照明装置，第二滤光片正对显微成像系统中精缩物镜，二色镜置于第一滤光片和第二滤光片之间，并与两者均成45°放置；二色镜的厚度要求范围根据样品激发的非平行荧光经过二色镜透射而引起的像差进行设计。4.根据权利要求1所述用于高通量dPCR基因芯片一次性成像的荧光成像系统，其特征在于，所述精缩物镜的镜头沿光轴，并以光轴为中心轴，从左到右依次包括第一透镜群、孔径光阑STO、第二透镜群和像面M1；第一透镜群为荧光显微物镜，第二透镜群为成像透镜，所述第一透镜群和第二透镜群的光焦度均为负。5.根据权利要求4所述用于高通量dPCR基因芯片一次性成像的荧光成像系统，其特征在于，所述荧光显微物镜和成像透镜均由多个单透镜和胶合透镜组成，此组成方式矫正球差、场曲、色差。6.根据权利要求5所述用于高通量dPCR基因芯片一次性成像的荧光成像系统，其特征在于，所述第一透镜群从物侧至像侧方向依次设置有第一至第六透镜L1～L6；第一透镜L1为球面玻璃镜片，具有负焦距的负弯月形透镜，其凸面朝向孔径光阑方向，第一透镜L1的两个表面均为玻璃球面，其阿贝系数vd满足40&...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑继红，万新军，陈诚，孙刘杰，王子程，庄松林，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31