本发明涉及多通道荧光检测技术领域，尤其涉及一种平面式微型多通道荧光检测光学系统。
背景技术：
荧光检测是一种自然发光反应，通过荧光素酶与atp进行反应，可检测人体细胞、细菌、霉菌、食物残渣，在15秒钟内得到反应结果。荧光光照度一般通过光感设备进行测量，并以数字形式予以表示。
目前荧光检测应用最为广泛的是荧光定量pcr技术，其是指在pcr反应体系中加入荧光基团，通过荧光信号不断累积而实现实时监测pcr全程，然后通过标准曲线对未知模板进行定量分析的方法。
通常，在荧光检测技术中需要设计相应的光学系统来确保发生光和荧光的稳定状态。传统的荧光检测光学系统只能一个光学系统来负责检测一个通道，或者使用机械转盘使用多个光学系统来满足检测多个通道的要求。这样会导致光学系统体积大，重量大，不易操作等问题。
技术实现要素：
本发明的技术方案是：一种平面式微型多通道荧光检测光学系统，可应用于荧光定量pcr、便携pcr、快速pcr等，解决了传统荧光检测光学系统体积大，立体式在设备中不好放置，光学元器件不好安装的问题。同时，也解决了传统多通道荧光检测光学系统需要使用到机械转盘等问题。
本方案采用n束光从同一通道发出，耦合进入发射光纤传输到反应池，完成激发过程后，被检测物辐射出荧光经过接收光纤传输到平面式采光系统，n束光分别从n个通道发出，最终通过n个光电二极管分别采集信号。
具体的，平面式微型多通道荧光检测光学系统包括：平面式激发光组件、反应池及平面式采光组件。平面式激发光组件形成的入射光经入射光纤传导至待测样品，入射光激发待测样品所产生的荧光由平面式采光组件传导至光电二极管上。
平面式激发光组件包括：单色led灯、滤管片、准直透镜、第一级二向色镜、第二级二向色镜、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜。
基础光路为：单个led光源光经滤光、准直后作为单通道光线穿透二向色镜和/或由二向色镜反射后聚焦至光纤。
因为二向色镜的特点是：对一定波长的光几乎完全透过，而对另一些波长的光几乎完全反射。在指定波长下二向色镜的两面都透射或者两面都反射。因此，根据本案中二向色镜的波段选择功能，将二向色镜的两个输出方向定义为：穿透方向和反射方向。在指定波长内穿透二向色镜的光路方向即为穿透方向，而在指定波长内被二向色镜放射的光路方向即为反射方向。
具体的，在本方中，穿透方向和反射方向上的入射光线均呈45°入射角。因此从光学系统的平面图上看，同一二向色镜上的两条入射光路呈垂直方位布置。但是，基于上述布置原理下，不排除存在因为二向色镜尺寸及表面斜度不同而存在的其他同原理的差别布置。
基于上述二向色镜的布置方法，在平面式激发光组件中，不同方向上的单通道光线经由第一级二向色镜后输出为相同出射方向上的一组光线束；不同方向上的光线束经由第二级二向色镜后输出为同一出射方向的一组多通道光线束组。
本方案中，每个第一级二向色镜的穿透方向对应一个单通道光线，其反射方向也对应一个单通道光线。即同一个第一级二向色镜上射入的两个单通道光线为一组，该组单通道光线经过第一级二向色镜后被选择为指定波段的一个光线束。
每个第一级二向色镜都会输出一组具有指定波段的光线束，因此当两个光线束作为的第二级二向色镜的一组入射光时，对应射入第二级二向色镜的穿透方向和反射方向，经过二次的波段选择输出为一个具有单一出射方向的多通道光线束组。
理论上本光学系统可以呈树形扩增，只需要输入和输出光的波段即可对应设计光学原件排布。
本方案中经第二级二向色镜输出的多通道光线束组再一次经过第一聚焦透镜和第二聚焦透镜后即可通过入射光纤进入反应池。
反应池为检测样品的放置区，具体的，在反应池上设置了多个用于放置样品容器的槽，光纤穿过反应池本体后抵触至样品容器的侧壁上。相应的在反应池上也接入一根接收荧光反应的出射光纤，同理出射光纤也抵触至样品容器的侧壁上。同一样品容器对应的出射光纤和入射光纤在对应关系上是相对的，且最佳位于同一液面高度。出射光纤接出并连接至平面式采光组件，经平面式采光组件传导检测设备。
平面式采光组件包括：柱面透镜、第二级二向色镜、第一级二向色镜、聚焦透镜、滤光片。
基础光路为：样品所激发的荧光反应经柱面透镜后穿透二向色镜和/或由二向色镜反射后分离成多个不同方向的单通道荧光，单通道荧光经聚焦、滤光后传输至光电二极管光敏面上。
采用柱面透镜来做光束的准直，是为了多个平面式激发光系统配合一个平面式采光系统来检测多个被检测物。
平面式采光组件中第二级二向色镜、第一级二向色镜也均采用45°角设置，因此从光学系统的平面图上看，同一二向色镜上的两条出射光路呈垂直方位布置。但是，基于上述布置原理下，不排除存在因为二向色镜尺寸及表面斜度不同而存在的其他同原理的差别布置。
本方案中，单一方向上的荧光反应光经由第二级二向色镜后，第二级二向色镜的穿透方向对应一个出射的荧光束，其反射方向也对应一个出射的荧光束。即，第一级二向色镜有选择的输出指定波段的两个荧光束。
基于二向色镜的特点，每组荧光束再经第一级二向色镜后输出为两个不同出射方向的单通道荧光。最终单通道荧光会依次经过第三透镜、滤光片后达到光电二极管上。
通过上述光路系统布置后，可以对被测样品进行荧光检测。但是，根据样品被测属性的不同，本系统可以进行布置变换。例如，若需要检测多个被检测物的n种特性，只需放置多个反应池，每个反应池对应一个平面式激发光系统，而多个反应池只需配合一个平面式采光系统即可。
综上的平面式激发光组件和平面式采光组件在设计及制备上，将结构尺寸合理的设计为40*40*10mm，因此，本光学系统的体积很小、厚度薄，便于组装和安装。
本发明的优点是：将n束光从同一通道发出，耦合进入发射光纤传输到反应池，完成激发过程后，被检测物辐射出荧光经过接收光纤传输到平面式采光系统，n束光分别从n个通道发出，最终通过n个光电二极管分别采集信号。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为平面式微型多通道荧光检测光学系统的技术原理图；
附图中各标记为：单色led(1-1、1-2、1-3、1-4)；激发光滤光片(2-1、2-2、2-3、2-4)；准直透镜(3-1、3-2、3-3、3-4)；激发光二向色镜(4-1、4-2、4-3)；激发光聚焦透镜(5-1、5-2)；入射光纤(6-1)；出射光纤(6-2)；反应池(7)；柱面透镜(8)；采光二向色镜(9-1、9-2、9-3)；采光聚焦透镜(10-1、10-2、10-3、10-4)；采光滤光片(11-1、11-2、11-3、11-4)；光电传感器(12-1、12-2、12-3、12-4)。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，平面式激发光组件包括：单色led(1-1、1-2、1-3、1-4)、激发光滤光片(2-1、2-2、2-3、2-4)、准直透镜(3-1、3-2、3-3、3-4)、激发光二向色镜(4-1、4-2、4-3)、激发光聚焦透镜(5-1、5-2)。
如图1所示，平面式采光组件包括：柱面透镜(8)、采光二向色镜(9-1、9-2、9-3)、采光聚焦透镜(10-1、10-2、10-3、10-4)、采光滤光片(11-1、11-2、11-3、11-4)、光电传感器(12-1、12-2、12-3、12-4)。
如图1所示，在平面式激发光组件和平面式采光组件之间包括反应池(7)，反应池(7)通过入射光纤(6-1)对接平面式激发光组件，反应池(7)通过出射光纤(6-2)对接平面式采光组件。
工作过程：
四个单色led灯发出4束光束通过激发光滤光片滤去杂光，再通过准直透镜进行光束准直，再通激发光二向色镜进行束光合束，最后通过激发光聚焦透镜进行聚焦耦合进入入射光纤(6-1)，光束进入到反应池(7)完成荧光激发过程后，被检测物辐射出的多束荧光通过出射光纤(6-2)传输到柱面透镜(8)做光束准直，再通过采光二向色镜分出四束光，再通过采光聚焦透镜进行聚焦，最后光束通过采光滤光片滤除杂光后，最终照射到光电传感器的表面进行光学信号的收集，由此完成整个光学系统的流程。
与传统的荧光检测光学系统相比：
1、本方案采用平面式的方式放置光学元器件，平面式系统体积仅40*40*10mm使得光学系统体积小、轻薄、便于组装和安装。
2、采用led作为光源和光电二极管作为探测器，与传统的激光器和相机比较大大减小了成本，和系统空间，便于使用在便携式设备上以及各种对于光学系统体积有要求的微型空间里。
3、采用n个单色的led，再加上滤光片滤去杂光，可以保证光源波长单一性好。
4、使用光纤来作为连接荧光检测系统和反应池之间的光传输介质，能很好的节省空间和成本。
实施例2：
本方案中包括激发光二向色镜(4-1、4-2、4-3)，采光二向色镜(9-1、9-2、9-3)。
具体的，各二向色镜的透射及反射波段为：
激发光二向色镜(4-1)的规格为：400nm-485nm反射，500nm-700nm透射；
激发光二向色镜(4-2)的规格为：500nm-590nm反射，600nm-700nm透射；
激发光二向色镜(4-3)的规格为：400nm-550nm反射，560nm-700nm透射；
采光二向色镜(9-1)的规格为：450nm-580nm透射，600nm-750nm反射；
采光二向色镜(9-2)的规格为：500nm-630nm反射，650nm-700nm透射；
采光二向色镜(9-3)的规格为：400-535nm反射，550nm-700nm透射；
基于上述二向色镜的具体参数，本平面式微型多通道荧光检测光学系统具体如下：
如图1所示，平面式激发光组件上第一通道的单色led(1-1)发光经过激发光滤光片(2-1)滤除杂光，再经过激发光准直透镜(3-1)进行光束准直之后从45°放置的激发光二向色镜(4-1)反射到45°放置的激发光二向色镜(4-3)表面，再被激发光二向色镜(4-3)表面反射后到达激发光聚焦透镜(5-1、5-2)耦合进入到入射光纤(6-1)，入射光纤(6-1)接入反应池(7)。
反应池(7)内样品所激发出来的光束再通过出射光纤(6-2)传输到柱面透镜(8)，经过准直的光束从45°放置的采光二向色镜(9-1)透射到45°放置的采光二向色镜(9-3)，光束被采光二向色镜(9-3)反射之后经过采光聚焦透镜(10-1)进行光束聚焦后再透过采光滤光片(11-1)，最终入射到第一通道的光电传感器(12-1)表面。
如图1所示，平面式激发光组件第二通道的单色led(1-2)发光经过激发光滤光片(2-2)滤除杂光，再经过激发光准直透镜(3-2)进行光束准直之后从45°放置的激发光二向色镜(4-1)透射到45°放置的激发光二向色镜(4-3)表面被反射。反射光经过激发光聚焦透镜(5-1、5-2)耦合后进入到入射光纤(6-1)，入射光纤(6-1)接入反应池(7)。
反应池(7)内样品所激发出来的光束再通过出射光纤(6-2)传输到柱面透镜(8)，经过准直的光束从45°放置的采光二向色镜(9-1)透射到45°放置的采光二向色镜(9-3)，光束透射经过采光二向色镜(9-3)后经过采光聚焦透镜(10-2)进行光束聚焦，之后再透过采光滤光片(11-2)，最终入射到第二通道的光电传感器(12-2)表面。
如图1所示，平面式激发光组件第三通道的单色led(1-3)发光经过激发光滤光片(2-3)滤除杂光，再经过激发光准直透镜(3-3)进行光束准直后从呈45°放置的激发光二向色镜(4-2)反射到45°放置的激发光二向色镜(4-3)上进行透射，透射后到达激发光聚焦透镜(5-1、5-2)后，经耦合进入到入射光纤(6-1)，入射光纤(6-1)接入反应池(7)。
反应池(7)内样品所激发出来光束再通过出射光纤(6-2)传输到柱面透镜(8)，经过准直的光束从45°放置的采光二向色镜(9-1)反射到45°放置的采光二向色镜(9-2)，光束反射之后经过采光聚焦透镜(10-3)，光束聚焦后再透过采光滤光片(11-3)，最终入射到采光系统第三通道光电传感器(12-3)表面。
如图1所示，平面式激发光组件第四通道的单色led(1-4)发光经过激发光滤光片(2-4)滤除杂光，再经过激发光准直透镜(3-4)进行光束准直后从45°放置的激发光二向色镜(4-2)透射到45°放置的激发光二向色镜(4-3)，再经激发光二向色镜(4-3)透射后到达激发光聚焦透镜(5-1、5-2)，经聚光耦合进入到射光纤(6-1)，入射光纤(6-1)接入反应池(7)。
反应池(7)内样品所激发出来的光束再通过出射光纤(6-2)传输到柱面透镜(8)，，经过准直的光束从45°放置的采光二向色镜(9-1)反射到45°放置的采光二向色镜(9-2)，经采光二向色镜(9-2)透射之后经过采光聚焦透镜(10-4)，光束聚焦再透过采光滤光片(11-4)，最终入射到第四通道光电传感器(12-4)表面。
基于上述方案，本光学系统包括n个通道，每个led光源发出的光经过同样的光学元件。而且，n通道光程都相同，这样能保证各通道的光同样的衰减，光强便于控制，相比于其他光学系统，不需要电路系统做额外的对光强的控制，直接能达到光强相同的功能。
此外，采用n通道平面式激发光组件和平面式采光组件的光都只经过2次二向色镜，使得光束经过二向色镜次数最小从而达到对光束传播路径的控制。
同时，n通道的设计就可以来检测多个被检测物的n种特性，相比于传统的光学系统，此系统使得检测效率得到最大的提升。
本发明实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明的。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明的所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
1.一种平面式微型多通道荧光检测光学系统，基于光源、透镜组件、光纤、反应池及传感器，其特征在于：包括互不干涉的：平面式激发光组件及平面式采光组件；反应池内放置薄壁管，反应池分别通过光纤连接至平面式激发光组件、平面式采光组件；
所述平面式激发光组件包括：单个led光源光经滤光、准直后作为单通道光线穿透二向色镜和/或由二向色镜反射后聚焦至光纤；
不同方向上的单通道光线经由第一级的二向色镜后输出为相同出射方向上的一组光线束；不同方向上的光线束经由第二级的二向色镜后输出为同一出射方向的一组多通道光线束组；
所述平面式采光组件包括：荧光反应经柱面透镜后穿透二向色镜和/或由二向色镜反射后分离成多个不同方向的单通道荧光，单通道荧光经聚焦、滤光后传输至光电二极管光敏面上；
单一方向上的反应荧光经由第二级的二向色镜后输出为不同出射方向上的荧光束；每组荧光束再经第一级的二向色镜后输出为不同出射方向的单通道荧光。
2.根据权利要求1所述的一种平面式微型多通道荧光检测光学系统，其特征在于：所述二向色镜包括穿透方向和反射方向；所述穿透方向上与反射方向上的入射光线与对应镜面均呈45°入射角。
3.根据权利要求2所述的一种平面式微型多通道荧光检测光学系统，其特征在于：所述平面式激发光组件中：两个所述单通道光线为一组，每组单通道光线共用一个第一级的二向色镜；两个所述光线束为一组，每组光线束共用一个第二级的二向色镜。
4.根据权利要求2所述的一种平面式微型多通道荧光检测光学系统，其特征在于：所述平面式激发光组件中：第二级的二向色镜分离出两个不同出射方向上的荧光束，第一级的二向色镜分离出两个不同出射方向上的单通道荧光。
5.根据权利要求1所述的一种平面式微型多通道荧光检测光学系统，其特征在于：每个所述平面式激发光组件包括四个单色led灯。
6.根据权利要求1所述的一种平面式微型多通道荧光检测光学系统，其特征在于：包括多个反应池、多个平面式激发光组件及一个平面式采光组件来检测多个被检测物的不同特性。
7.根据权利要求1所述的一种平面式微型多通道荧光检测光学系统，其特征在于：所述平面式激发光组件中的每条光路上包括依次经过的：单色led灯、滤管片、准直透镜、二向色镜、聚焦透镜。
8.根据权利要求1所述的一种平面式微型多通道荧光检测光学系统，其特征在于：所述平面式采光组件中的每条管路上包括依次经过的：柱面透镜、二向色镜、聚焦透镜、滤光片。
9.根据权利要求1所述的一种平面式微型多通道荧光检测光学系统，其特征在于：所述反应池内放置有标准0.2ml的薄壁管。
技术总结