[发明专利]紧凑式光学检测系统

说明书

相关申请的交叉引用 

本申请要求2006年8月24日提交的美国临时专利申请60/839,678的优先权，并将其全部内容合并于此以作参考。 

技术领域

本发明总体涉及光学检测系统，具体涉及用于检测荧光信号的紧凑式光学检测系统。 

背景技术

目前已为各种应用(如新药研发、病原体检测等)开发出片上实验室系统。这些系统对生物或化学样品进行处理，并提供对于目标分子或微粒的定量或定性检测。这样的系统使用微型化组件，并被设计为便携式的，支持现场样品测试。 

特别地，在现场使用便携式设备来检测生物武器、病原体或病毒的需要促使人们去开发新类型的便携式热循环器，便携式热循环器对核酸的聚合酶链反应(PCR)检测十分有用，核酸的聚合酶链反应(PCR)检测包括实时PCR方法，亦称定量PCR。 

在这些便携式检测系统中采用了不同的检测技术，包括：质量流、电气化学和光学检测法。由于其鲁棒性、较高的信噪比和灵敏度，光学检测法(如荧光信号检测)更为常用。此类方法对于如实时PCR、毛细管电泳以及其他分析方法等应用而言是必不可少的。 

用于荧光信号检测的光学系统通常包括以下组件：光源，用于发出适当波长的光；激发滤波器，用于消除无用光；分色镜，用于分离激发和发射波长；发射滤波器，用于抑制激发波长；以及具有后级电子器件的检测器。 

用于实验室设备中的光学检测系统中的常用光源是水银灯、金属卤化 物灯、激光、以及最近出现的发光二极管(LED)。水银灯具有较高的输出功率和较宽的发射谱。激光也表现出较高的输出功率，并且不需要发射滤波器，因为激光是单色的。 

LED是最常见光源，因为它们比可选替代光源实质上更便宜。此外，由于LED寿命较长，因此LED优于激光。由于LED的光输出可以调制，因此LED还是十分方便的光源。由于LED的直径和长度只有几毫米，因此可以被集成入便携式系统，如用于实时PCR的便携式系统。 

然而，由于整个非定向荧光发射往往无法被通常集成于上述设备中的相对较小的检测器完全接收，因此往往需要具有较高增益的光学检测器。用于荧光光学检测系统的最常见的检测器是光电倍增管(PMT)、雪崩光电二极管、光子计数模块(PCM)、或基于电荷耦合器件(CCD)。上述检测器可能十分复杂、巨大或者昂贵，并且通常需要特殊的工作条件，如工作在完全黑暗或低温环境下。 

因此，需要一种设计简单、紧凑，可用于手持便携式设备中的用于检测荧光信号的改进的光学检测系统。 

发明内容

本发明涉及一种检测系统，用于检测例如来自包含于样品中的荧光团的荧光信号，检测系统内的部件的布置被设计为使得检测系统可以被制造为具有适当的尺寸(即较小的覆盖区)以包含于手持设备中。 

所述检测系统包括：已调制光源(例如LED光源)、激发滤波器、分束器、发射滤波器、一个或多个聚焦透镜、以及光检测器。 

所述检测系统包括传统反射镜，分束器和传统反射镜的组合用于以如下方式来反射激发光束和发射光束：光源和检测器可以被布置于相同平面内。方便地，样品可以位于不同平面内。举例而言，可以使用布置为实质上互相垂直的光源和检测器来配置检测系统。传统反射镜同分束器(如用于引导激发和发射光束方向的分色镜)的组合及所产生的光源和检测器的布置，导致了检测系统的组件布置更为紧凑，使检测系统易于微型化，并适于包含于手持片上实验室设备中。 

因此，一方面，提供了一种用于检测荧光信号的检测系统，包括：光 源，产生激发光，所述激发光具有足以激发样品中荧光团的波长；激发滤波器，位于沿所述激发光的路径的第一路线上，所述激发滤波器透射来自所述光源的激发光；分束器，位于所述第一路线上，所述分束器沿第二路线将所述激发滤波器透射的激发光反射向位于所述分束器一侧的反射镜，并且透射沿所述第二路线反射的发射光；所述反射镜被放置为，沿垂直于所述第一和第二路线的第三路线，将来自所述分束器的所述激发光反射至所述样品中的荧光团，其中，所述反射镜还沿所述第二路线将沿所述第三路线发射的发射光反射向所述分束器；发射滤波器，位于所述第二路线上所述分束器的另一侧；以及检测器，检测所述发射滤波器透射的发射光。