一种基因测序仪的快速对焦装置的制作方法

[0001]
本实用新型涉及一种基因测序仪的快速对焦装置，属于光学检测领域。更具体的说，本实用新型涉及一种系统、设备用于基于光学方法的检测；特别是基因测序。


背景技术：

[0002]
基因测序是一种新型基因检测技术，能够从血液或者人体附属物中分析测定基因序列，预测患多种疾病的可能性，如癌症或白血病等。基因测序相关产品和技术已由实验室研究演变到临床使用。第二代基因测序一般采用基因芯片利用杂交测序方法，即通过与一组已知序列的核酸探针杂交进行核酸序列测定的方法，在一块基片表面固定了序列已知的靶核苷酸的探针。当溶液中带有荧光标记的核酸序列，与基因芯片上对应位置的核酸探针产生互补匹配时，通过确定荧光强度，获得一组序列完全互补的探针序列。据此可重组出待测核酸的序列。不同的测序方法，针对不同的芯片，都需要采用高灵敏度相机对荧光进行检测，而对焦准确与否直接影响荧光信号的检测效果。另一方面，对于目前采用的高通量芯片，相机拍照点数量达到数百甚至上千，拍照速度直接影响测序效率，而对焦速度正是影响拍照速度的关键环节。本实用新型公开一种快速对焦装置，采用单独的快速相机配合对焦模块，实现快速对焦功能。


技术实现要素：

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一种基因测序仪的快速对焦装置，其特征在于包括，荧光信号采集相机、光源模块、对焦相机、滤光片组、对焦模块、物镜和基因检测芯片；其中所述光源包括第一光源和第二光源；第一光源为对焦光源，第二光源为荧光激发光源；所述荧光信号采集相机、对焦模块、物镜、滤光片组处于同一光轴，即第一光轴；所述对焦模块、物镜处于第一光轴中滤光片组的一侧，荧光信号采集相机处于光轴中滤光片组的另一侧；所述光源模块的光路方向与第一光轴垂直；所述对焦相机的光路方向与第一光轴垂直。
[0004]
根据优选的实施方式，所述第一光源为红色led激光光源，第二光源为蓝色led激光光源。
[0005]
根据优选的实施方式，所述滤光片组由半透半反镜a、b、c组成；a反射蓝光透射红光红光，b透射红光并且半透半反红光，c透射红光反射红光。
[0006]
根据优选的实施方式，红色led激光光源发出的光束通过滤光片b反射到物镜入口，蓝色led激光光源发出的光束通过滤光片a后被反射到物镜入口，光线被物镜汇聚后照射在基因检测芯片上。
[0007]
根据优选的实施方式，所述基因检测芯片上的发射光和/或激发光在半透半反镜a、b、c的作用下，照射到荧光信号采集相机或者对焦相机。
[0008]
根据优选的实施方式，所述对焦模块为压电陶瓷对焦或者直流电机对焦模块。
[0009]
根据优选的实施方式，所述对焦模块还具有快速模拟量输入输出端口。
[0010]
根据优选的实施方式，所述对焦相机为快速对焦相机，拍照速度大于5000 帧/秒。
[0011]
根据优选的实施方式，所述对焦模块对焦范围小于等于200微米。
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本实用新型的有益效果：本实用新型提供了一种适用于基因测序仪使用的快速对焦装置，该装置对焦精度高，对焦速度快，可以显著提高荧光图片采集效率。以前的对焦装置，荧光图像采集和对焦是用一台相机，相机的采样速度慢，对焦过程中每拍一张图片需要停顿一下，移动距离不能太长，这样在启停过程中浪费了大量时间。本装置只需要运动三次，就可达到对焦的目的。
附图说明
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通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。
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图1.对焦系统结构图。
具体实施方式
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下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然描述了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0016]
基因检测芯片用于基因测序。基因检测芯片是常见的测序芯片。不同种类的测序仪上基本都包括外形相似的基因检测芯片。虽然各种芯片的功能结构不同，但是其都是应用于基因测序，并且其检测的方法也比较接近。
[0017]
本实用新型公开一种基因测序仪的快速对焦装置，其特征在于包括，荧光信号采集相机、光源模块、对焦相机、滤光片组、对焦模块、物镜和基因检测芯片；其中所述光源包括第一光源和第二光源；第一光源为对焦光源，第二光源为荧光激发光源；所述荧光信号采集相机、对焦模块、物镜、滤光片组处于同一光轴，即第一光轴；所述对焦模块、物镜处于第一光轴中滤光片组的一侧，荧光信号采集相机处于光轴中滤光片组的另一侧；所述光源模块的光路方向与第一光轴垂直；所述对焦相机的光路方向与第一光轴垂直。
[0018]
对焦装置的结构如图1所示。根据图1的结构，整个成像结构包括：1-荧光信号采集相机；2-光源模块；3-对焦相机；4-滤光片组；5-对焦模块；6-物镜；7-基因检测芯片。
[0019]
光源模块2由明场红色对焦光源和荧光场信号蓝色激发光源组成，在模块内垂直安装，明场对焦光源发出的明场对焦光束和荧光场信号激发光源发出的激发光通过半透半反镜后形成一组平行光束，射入滤光片组模块4；
[0020]
对焦模块5与滤光片组4和物镜6处于同一光轴，通过物镜固定环把物镜(6)连接到光路上。对焦模块5可接收计算机发出的数字或模拟信号，驱动物镜6进行上下几百微米的移动，从而达到根据芯片表面状况，随时对焦，保证采集到的图像保持清晰；
[0021]
滤光片组4的作用是进行分光，透过有用的明场照明光束和荧光激发光束而滤除掉干扰信号采集的无用波长的杂光，并将光束分别导入荧光信号采集相机1和高速对焦相机3。滤光片组由半透半反镜a、b、c组成，a反射蓝光透射红光红光，b透射红光，半透半反红光，c透射红光反射红光。
[0022]
物镜6安装在和光源光束垂直的光路上，红色明场照明光束通过滤光片 b反射到物镜入口，蓝色荧光激发光束通过滤光片a后被反射到物镜入口，光线被物镜汇聚后照射在基因检测芯片上；
[0023]
荧光信号采集相机1与物镜6处于同一光轴，荧光激发光束激发的荧光信号与激发光波长不同，可以透过滤光片组4的滤光片a、b、c照射到荧光信号采集相机1，荧光信号从而被采集上传到计算机。
[0024]
红色对焦光束在滤光片组4被滤光片b反射，透过滤光片a进入物镜6并在芯片成像，反射光束透过滤光片a、b，经c反射进入高速对焦相机3，被相机采集并上传到计算机，经计算后驱动对焦模块运动，并进行下一次采集。
[0025]
选型和对焦精度与对焦速度的要求相关，例如本测序仪要求对焦精度 0.1um，对焦过程在100ms内完成。则最好选用能达到5000帧/秒的相机，优选达到10000，帧/秒的相机，像素200*200以上，便于对焦算法计算。
[0026]
对焦模块选型：压电陶瓷对焦模块或者直流伺服驱动模块，选型和对焦精度与对焦速度的要求相关，并受机械加工精度、结构精度的影响较大。例如本测序仪要求对焦精度0.1um，对焦过程在100ms内完成，焦面的调整范围是 100um，相邻两个焦面的调整范围是5um。则需要选择精度0.01um，行程100um 以上的压电陶瓷对焦模块或者直流伺服驱动模块，并具有快速模拟量输入输出端口，以减小通信时间。
[0027]
对焦模块可采用压电陶瓷对焦模块或者直流伺服驱动模块，用于在对焦过程中驱动物镜运动，配合对焦相机找到最佳焦面。
[0028]
运动过程：由于压电陶瓷对焦模块或者直流伺服驱动模块的运动过程中的位置信息与其输出的模拟量值严格对应，即得到电压值就是得到了运动的位置信息。压电陶瓷对焦模块或者直流伺服驱动模块的运动在启动和停止阶段是非线性的应当避免，中间一段是线性的，可以很好利用。
[0029]
对焦过程：到物镜移动到需要对焦的位置后，红光开启，快速相机以10帧 /ms的速度开始拍照，同时对焦模块以某个点为起点，由上向下开始运动一定距离，且不在中间停顿。与此同时计算机会10点/ms的速度采集记录对焦模块输出的模拟电压。运动结束后，计算机分析采集到的图片，找到最清晰的一张，由于快速相机和对焦模块是以相同速率同步工作，图片与电压采样点一一对应，此时即可根据图片序号找到相应的电压值，也就找到了相应的位置，对焦模块可直接运动到此位置，完成对焦。
[0030]
实施例1
[0031]
对焦装置的结构如图1所示。根据图1的结构，整个成像结构包括：1.高灵敏度荧光采集相机；2.光源模块；3.高速对焦相机；4.滤光片组；5.对焦驱动模块；6.物镜；7基因检测芯片。
[0032]
对焦与荧光采集过程如下：
[0033]
1、按照测序要求，基因检测芯片被安装到物镜下的xy平移台。荧光信号采集前，xy平移台先移动芯片到某个位置，此时对焦模块会按照以前的数据，预估一个对焦的行程区间，并移动到区间以外的一个点。使对焦模块的线性运动范围位于对焦行程区间，以避免启动和停止阶段的非线性给焦点位置来了的较大误差；
[0034]
2、明场对焦用红光开启，此时同时启动高速相机与对焦模块，可以采用软件触发
或者硬件触发保证同步性。高速相机用10帧/ms速度拍照，电压采集电路以10点/ms采样率采集对焦模块输出的位置传感器数据。例如对焦行程25um，总行程30um，对焦模块运动时间30ms，则在此过程中，高速相机采集300张图片，电压采集电路采集到300个表征对焦模块位置信息的电压值与其一一对应；
[0035]
3、计算机对300张照片运用相应对焦算法进行分析，找出清晰度最高的照片及其序号，此时即可映射到具有相同序号的电压值，根据此电压值，对焦模块可以直接运动到指定位置，也就是运动到了最佳焦点位置，对焦过程结束；
[0036]
4、红光关闭，蓝光开启，荧光数据采集相机启动拍照，并将数据上传。
[0037]
仪器进入下一轮对焦拍照流程。
[0038]
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

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