全内反射单分子基因测序系统技术方案

本发明专利技术提供一种全内反射单分子基因测序系统，涉及基因测序技术领域，包括：全内反射测序芯片、成像测温装置、照明装置以及精密位移台；全内反射测序芯片，包含棱镜基板、盖板、固定架以及多片流道板；其中，棱镜基板的上表面与下表面分别与一片流道板贴合，流道板又与一片盖板贴合，所述流道板的中间加工有贯穿上下表面的流道；成像测温装置，包含显微物镜、成像模块、对焦测温模块；照明装置，包含照明镜头、照明镜头位移器以及照明光偏折镜。本发明专利技术能够不依赖镜油进行单分子成像的全内反射单分子基因测序，可靠性高，且维护成本低。且维护成本低。且维护成本低。

【技术实现步骤摘要】
全内反射单分子基因测序系统


[0001]本专利技术涉及基因测序
，具体地，涉及一种全内反射单分子基因测序系统。

技术介绍

[0002]基因测序技术既是现代生物医学中的重要研究手段，又是现代医学中的重要诊断方法，更是未来基因存储技术中的关键技术。目前基因测序技术主要分为荧光测序法和纳米孔测序法两大类，而高通量测序则主要依靠荧光测序法。基因测序仪是运行整个基因测序流程的重要仪器，一般包括检测试剂、测序芯片和测序机三大部分。在荧光高通量测序仪中，测序芯片的作用在于承载测序样品和试剂，测序机负责对测序芯片输送试剂并进行荧光成像。目前荧光高通量测序仪分为第二代和第三代，第三代荧光高通量测序仪的主要特征在于单分子测序，即每个测序点位只包含一个DNA分子，其测序机的成像装置可实现单分子荧光成像。
[0003]单分子成像需要达到很高的信噪比，即单分子荧光信号与样品背景光信号的比值。目前，实现高信噪比成像主要依靠全内反射照明(TIRF)成像方式，即照明光以一定角度由光密介质射向光疏介质并在光密与光疏介质的界面发生全内反射，所产生的隐逝光波可以激发荧光子使其发射荧光。由于隐逝光的强度随传播距离急剧衰减，有效作用范围仅有数百纳米，大大小于样品到物镜之间的距离，几乎没有背景杂光进入物镜，因此这种成像方式的信噪比大大高于一般的落射照明荧光成像方式。
[0004]全内反射照明成像主要通过两种方式实现：一种是物镜型，即通过物镜发射照明光束，样品位于玻璃皿的内部表面，玻璃皿内装有溶液，玻璃皿的底部紧贴物镜，照明光束在玻璃皿与溶液的界面发生全内反射并产生隐逝光激发样品，产生的荧光再被物镜接收从而成像；另一种是棱镜型，样品的存放方式与前者相同，然而物镜位于玻璃皿的上方，玻璃皿的底部紧贴一块梯形棱镜，照明光由梯形棱镜的一侧斜面射入到达玻璃皿与溶液的界面后发生全内反射产生隐逝光并激发样品，反射光由棱镜的另一侧斜面射出，样品产生的荧光被位于玻璃皿上方的物镜接收并成像。
[0005]实际上不论是物镜型还是棱镜型的全内反射照明成像，由于盛放样品的玻璃皿与棱镜或者物镜之间存在微小的间隙，该间隙内必须填充与玻璃折射率相同的镜油，否则照明光束在间隙与棱镜或者物镜的界面处就会发生全内反射，无法到达溶液与玻璃皿之间的界面。在测序仪中，测序芯片代替了普通的成像玻璃皿，如果使用棱镜型或者物镜型的全内反射照明成像方式，测序芯片与棱镜或者物镜之间也必须填充有镜油，然而测序芯片属于耗材，测序仪又是封闭仪器，随着测序芯片的频繁更换，镜油也必将产生损耗，这就需要为测序仪配备自动补油装置，然而镜油的主要成分为香柏油，如果长时间暴露于空间将会固化从而永久污染物镜或者棱镜，这又要求系统内配备自动清洗装置，这将大大提高了仪器复杂度，降低仪器的可靠性。因此设计一种能够不依靠镜油进行全内反射照明单分子成像的测序仪是本领域技术人员亟需解决问题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种全内反射单分子基因测序系统。
[0007]根据本专利技术提供的一种全内反射单分子基因测序系统，所述方案如下：
[0008]一种全内反射单分子基因测序系统，所述系统包括：全内反射测序芯片、成像测温装置、照明装置以及精密位移台；所述全内反射测序芯片安装于所述精密位移台上，所述成像装置位于所述全内反射测序芯片的上方，所述照明装置位于所述全内反射测序芯片的侧边；
[0009]所述全内反射测序芯片，包含棱镜基板、盖板、流道板以及固定架；所述棱镜基板、盖板以及流道板由粘合剂粘合为一个整体并安装于所述固定架上；其中，所述棱镜基板的上表面与下表面分别与一片流道板贴合，所述流道板又与一片盖板贴合，所述流道板的中间加工有贯穿上下表面的流道；
[0010]所述成像测温装置，包含显微物镜、红外二相色镜、对焦位移器、成像模块以及对焦测温模块，所述显微物镜以及成像模块的光轴与所述红外二相色镜的透射光轴同轴并位于所述红外二相色镜的两端，所述对焦测温模块的光轴与所述红外二相色镜的反射光轴同轴并垂直于所述显微物镜与所述成像模块的光轴，所述显微物镜、红外二相色镜以及对焦测温模块共同安装于所述对焦位移器上
[0011]所述照明装置，包含照明光源、照明镜头、照明镜头位移器以及照明光偏折镜，所述照明镜头安装于所述照明镜头位移器上并将所述照明光源发出的光进行准直，所述照明光偏折镜安装于所述精密位移台上并处于所述照明镜头出射光线的路径上。
[0012]优选地，所述全内反射测序芯片及所述照明光偏折镜均固定于所述精密位移台上，并由所述精密位移台带动同沿水平方向同步移动；
[0013]所述照明镜头安装于所述照明镜头位移器上，所述照明镜头位移器带动所述照明镜头上下移动，所述照明镜头向所述照明光偏折镜发射照明光束，所述照明光偏折镜将照明光偏折并射入所述全内反射测序芯片。
[0014]优选地，所述棱镜基板上表面与下表面包含一条或多条测序区与镀膜区；
[0015]所述测序区的表面修饰有用于连接DNA分子的引物，所述镀膜区镀有高反射率金属薄膜，所述测序区与所述流道覆盖的区域重合；当照明光以垂直于所述棱镜基板左面或者右面的角度入射后，能够同时在上表面与下表面对应的两条测序区的内侧同时发生全内反射，从而向该区域外侧发射隐逝光波。
[0016]优选地，所述固定架的两端安装有电极，一端为正极，另一端为负极，且所述电极与所述棱镜基板的镀膜区导通；当所述电极通电时，所述棱镜基板的镀膜区会发热从而加热全内反射测序芯片的流道。
[0017]优选地，所述对焦测温模块包含二象限光电探测器、红外发光二极管以及信号处理模块；
[0018]对焦测温模块的工作模式分为对焦与测温两种模式；所述二象限光电探测器分A象限与B象限两个区域；当所述对焦测温模块工作在对焦模式时，所述红外二极管以特定角度向所述显微物镜的后方发射红外光束，红外光束经过所述显微物镜后到达待测样品表面后将发生反射并沿与入射光线方向对称的方向重新射入所述显微物镜；
[0019]所述二象限光电探测器接收所述红外二极管所发射后经过样品表面反射的光束，
并由所述信号处理模块输出A象限与B象限的差值放大信号。
[0020]优选地，所述二象限探测器接收由所述显微物镜接收到的样品在成像焦面处的自发红外信号，并由所述信号处理模块输出A象限与B象限的和值放大信号。
[0021]优选地，所述照明镜头射出的光束为射向所述光束偏折镜的平行准直光束，当所述精密位移台带动所述照明光偏折镜和所述全内反射测序芯片沿照明光束方向移动时，所述全内反射测序芯片上下表面全内反射光斑相对于所述全内反射测序芯片的相对位置不发生变化。
[0022]优选地，所述照明镜头位移器带动所述照明镜头上下移动，使得所述全内反射测序芯片内的全内反射光斑能够在不同流道之间切换。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0024]1、本专利技术基因全内反射测序芯片的基板实际上是一片横截面为平行四边形的棱镜，通过将照本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全内反射单分子基因测序系统，其特征在于，包括：全内反射测序芯片、成像测温装置、照明装置以及精密位移台；所述全内反射测序芯片安装于所述精密位移台上，所述成像装置位于所述全内反射测序芯片的上方，所述照明装置位于所述全内反射测序芯片的侧边；所述全内反射测序芯片，包含棱镜基板、盖板、流道板以及固定架；所述棱镜基板、盖板以及流道板由粘合剂粘合为一个整体并安装于所述固定架上；其中，所述棱镜基板的上表面与下表面分别与一片流道板贴合，所述流道板又与一片盖板贴合，所述流道板的中间加工有贯穿上下表面的流道；所述成像测温装置，包含显微物镜、红外二相色镜、对焦位移器、成像模块以及对焦测温模块，所述显微物镜以及成像模块的光轴与所述红外二相色镜的透射光轴同轴并位于所述红外二相色镜的两端，所述对焦测温模块的光轴与所述红外二相色镜的反射光轴同轴并垂直于所述显微物镜与所述成像模块的光轴，所述显微物镜、红外二相色镜以及对焦测温模块共同安装于所述对焦位移器上；所述照明装置，包含照明光源、照明镜头、照明镜头位移器以及照明光偏折镜，所述照明镜头安装于所述照明镜头位移器上并将所述照明光源发出的光进行准直，所述照明光偏折镜安装于所述精密位移台上并处于所述照明镜头出射光线的路径上。2.根据权利要求1所述的全内反射单分子基因测序系统，其特征在于，所述全内反射测序芯片及所述照明光偏折镜均固定于所述精密位移台上，并由所述精密位移台带动同沿水平方向同步移动；所述照明镜头安装于所述照明镜头位移器上，所述照明镜头位移器带动所述照明镜头上下移动，所述照明镜头向所述照明光偏折镜发射照明光束，所述照明光偏折镜将照明光偏折并射入所述全内反射测序芯片。3.根据权利要求1所述的全内反射单分子基因测序系统，其特征在于，所述棱镜基板上表面与下表面包含一条或多条测序区与镀膜区；所述测序区的表面修饰有用于连接DNA分子的引物，所述镀膜区镀有高反射率金属薄膜，所述测序区与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙嘉伟，吴开杰，邵志峰，沈玉梅，谷朝臣，关新平，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：