光学系统、基因测序设备和成像方法技术方案

本发明专利技术公开了一种光学系统、基因测序设备和成像方法。光学系统包括照明装置和成像装置，照明装置包括光源和导光组件，导光组件用于整形光源的出射光以形成照明光，照明光用于从基因测序芯片的侧面耦合进入基因测序芯片内并在基因测序芯片的同一介质内全反射传播，以产生倏逝波，基因测序芯片包括一承载有样本的样本承载面，倏逝波激发样本承载面上的样本中的荧光染料产生荧光信号；成像装置用于根据荧光信号生成成像光斑。如此，将照明光从侧方耦合进入基因测序芯片实现全内反射，基因测序芯片只有靠近反射面的区域会被照明，在反射面附近的样本可以被激发产生荧光，远离反射面的游离荧光分子不会被激发产生背景噪声，从而增加了图像的信噪比。加了图像的信噪比。加了图像的信噪比。

【技术实现步骤摘要】
光学系统、基因测序设备和成像方法


[0001]本专利技术涉及基因测序领域，尤其涉及一种光学系统、基因测序设备和成像方法。

技术介绍

[0002]基因测序仪工作时，需要使用激光对荧光染料进行激发照明。所用激光光源常为高斯或超高斯分布光束，这导致照明区域中心强、边缘暗，虽然可以达到对显微物面进行照明的目的，但无法达到最佳照明效果。为了将视野边缘样品也激发出足够的信噪比，需要增加激光功率，但与此同时会造成视野中心的激光强度过大，导致光漂白速度增加。并且，过大的光强会损伤中心视野的DNA，导致后续测序的结果错误率增加。
[0003]现有的基因测序仪常使用落射式照明系统，一方面，无法在物面上形成均匀照明，另一方面，背景信号较强，导致图像信噪比降低。因此，如何实现匀光照明和提高信噪比成为待解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种光学系统、基因测序设备和成像方法。
[0005]本申请实施方式的光学系统包括照明装置和成像装置，照明装置包括光源和导光组件，导光组件用于整形光源的出射光以形成照明光，照明光用于从基因测序芯片的侧面耦合进入基因测序芯片内并在基因测序芯片的同一介质内全反射传播，以产生倏逝波，基因测序芯片包括一承载有样本的样本承载面，倏逝波激发样本承载面上的样本中的荧光染料产生荧光信号；成像装置用于根据荧光信号生成成像光斑。
[0006]本申请实施方式的光学系统将照明光从基因测序芯片的侧面耦合进入基因测序芯片实现全内反射，基因测序芯片只有靠近全反射面的区域会被照明，在反射面附近的样本可以被激发产生荧光，远离反射面的游离荧光分子不会被激发产生背景噪声，从而大大增加了采集图像的信噪比，并且本方案能够在基因测序芯片表面实现均匀性较好的照明，保证测序效率。
[0007]在某些实施方式中，基因测序芯片包括盖玻片、载玻片和流道，流道位于盖玻片与载玻片之间，盖玻片与流道的界面为样本承载面，照明光用于从盖玻片的侧面耦合进入盖玻片内，使得照明光在盖玻片内发生全反射，对样本承载面进行照明。
[0008]如此，照明光可以激发位于盖玻片与流道的界面上的样本产生荧光信号。
[0009]在某些实施方式中，基因测序芯片包括盖玻片、载玻片和流道，流道位于盖玻片与载玻片之间，载玻片与流道的界面为样本承载面，照明光用于从载玻片的侧面耦合进入载玻片内，使得照明光在载玻片内发生全反射，对样本承载面进行照明。
[0010]如此，照明光可以激发位于载玻片与流道的界面上的样本产生荧光信号。
[0011]基因测序芯片包括载玻片，载玻片包括相对设置的第一表面和第二表面，样本承载于第一表面或第二表面，形成样本承载面，照明光从载玻片的侧面耦合进入载玻片内，照明光在载玻片内发生全反射，对样本承载面进行照明。
[0012]如此，照明光可以激发位于载玻片表面上的样本产生荧光信号。
[0013]在某些实施方式中，基因测序芯片包括第一侧面和与第一侧面相对的第二侧面，照明光从第一侧面入射至基因测序芯片内并向第二侧面传导，照明装置包括设置在第二侧面的反射结构，反射结构用于将传导至第二侧面的照明光反射进入基因测序芯片内。
[0014]如此，反射结构可以增加照明光在基因测序芯片内全反射的次数，从而提高能量利用率。
[0015]在某些实施方式中，反射结构包括反射镜和形成在第二侧面的反射膜中的至少一种。
[0016]如此，反射镜和反射膜可以增加照明光在基因测序芯片内全反射的次数，从而提高能量利用率。
[0017]在某些实施方式中，导光组件包括准直透镜和聚光透镜，准直透镜设置在光源和聚光透镜之间，准直透镜用于准直光源的出射光，聚光透镜用于汇聚透过准直透镜的光线以形成照明光。
[0018]如此，准直透镜和聚光透镜相互配合可以使得光源的出射光经过准直和汇聚后形成的照明光的均匀性较好，并且可以使得照明光集中耦合进入基因测序芯片内。
[0019]在某些实施方式中，准直透镜的光轴和聚光透镜的光轴同轴设置，聚光透镜的光轴与基因测序芯片的侧面大致垂直，从而使得照明光可以从基因测序芯片的侧面垂直进入基因测序芯片内实现全反射。
[0020]在某些实施方式中，准直透镜的光轴和聚光透镜的光轴同轴设置，聚光透镜的光轴相对于基因测序芯片的侧面倾斜设置，以增加照明光在基因测序芯片内的反射次数。
[0021]如此，通过以上技术方案，可以增大照明光的入射角，增加照明光在盖玻片内全反射的次数，从而提高能量利用率。
[0022]在某些实施方式中，聚光透镜的光轴相对于准直透镜的光轴偏移设置，以增加照明光在基因测序芯片内的反射次数。
[0023]如此，可以增大照明光的入射角，增加照明光在盖玻片内全反射的次数，从而提高能量利用率。
[0024]在某些实施方式中，照明光为面照明光和/或线照明光。
[0025]如此，线照明光和/或面照明光可以改变照明光在基因测序芯片的照明范围，从而改变照明光的均匀性。
[0026]本申请实施方式的基因测序设备包括光学系统。如此，可以提高基因测序的效率。
[0027]本申请实施方式的成像方法为，先将照明装置发出的照明光从基因测序芯片的侧面耦合进入基因测序芯片内，以使照明光在基因测序芯片的同一介质内全反射传播并产生倏逝波，基因测序芯片包括一承载有样本的样本承载面，倏逝波激发样本承载面上的样本中的荧光染料产生荧光信号，然后利用成像装置获取荧光信号而生成成像光斑。
[0028]如此，将照明光从基因测序芯片的侧面耦合进入基因测序芯片实现全内反射，基因测序芯片只有靠近全反射面的区域会被照明，在反射面附近的样本可以被激发产生荧光，远离反射面的游离荧光分子不会被激发产生背景噪声，从而大大增加了采集图像的信噪比，并且本方案能够在基因测序芯片表面实现均匀性较好的照明，保证测序效率。
[0029]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变
得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0030]本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本专利技术实施方式的光学系统的结构示意图；图2是本专利技术实施方式的基因测序芯片的结构示意图；图3是本专利技术一实施方式的照明装置和基因测序芯片配合的示意图；图4是本专利技术一实施方式的照明光在基因测序芯片上的能量密度的分布图；图5是本专利技术实施方式的基因测序芯片的结构示意图；图6是本专利技术一实施方式的照明装置和基因测序芯片配合的示意图；图7是本专利技术一实施方式的照明光在基因测序芯片上的能量密度的分布图；图8是本专利技术实施方式的基因测序芯片的结构示意图；图9是本专利技术另一实施方式的照明装置和基因测序芯片配合的示意图；图10是本专利技术另一实施方式的照明光在基因测序芯片上的能量密度的分布图；图11是本专利技术实施方式的照明装置和基因测序芯片配合的示意图；图12是本专利技术实施方式的照明装置和基因测序芯片配合的示意图；图13是本专利技术又本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学系统，其特征在于，包括：照明装置，所述照明装置包括光源和导光组件，所述导光组件用于整形所述光源的出射光以形成照明光，所述照明光用于从基因测序芯片的侧面耦合进入所述基因测序芯片内并在所述基因测序芯片的同一介质内全反射传播，以产生倏逝波，所述基因测序芯片包括一承载有样本的样本承载面，所述倏逝波激发所述样本承载面上的样本中的荧光染料产生荧光信号；和，成像装置，所述成像装置用于根据所述荧光信号生成成像光斑。2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述基因测序芯片包括盖玻片、载玻片和流道，所述流道位于所述盖玻片与所述载玻片之间，所述盖玻片与所述流道的界面为所述样本承载面，所述照明光用于从所述盖玻片的侧面耦合进入所述盖玻片内，使得所述照明光在所述盖玻片内发生全反射，对所述样本承载面进行照明。3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述基因测序芯片包括盖玻片、载玻片和流道，所述流道位于所述盖玻片与所述载玻片之间，所述载玻片与所述流道的界面为所述样本承载面，所述照明光用于从所述载玻片的侧面耦合进入所述载玻片内，使得所述照明光在所述载玻片内发生全反射，对所述样本承载面进行照明。4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述基因测序芯片包括载玻片，所述载玻片包括相对设置的第一表面和第二表面，所述样本承载于所述第一表面或第二表面，形成所述样本承载面，所述照明光从所述载玻片的侧面耦合进入所述载玻片内，所述照明光在所述载玻片内发生全反射，对所述样本承载面进行照明。5.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述基因测序芯片包括第一侧面和与所述第一侧面相对的第二侧面，所述照明光从所述第一侧面入射至所述基因测序芯片内并向所述第二侧面传导，所述照明装置包...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁倩，陈龙超，王谷丰，赵陆洋，
申请(专利权)人：深圳赛陆医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：