[发明专利]一种高通量基因测序碱基荧光图像捕获系统装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于生物医学设备以及自动控制领域，特别涉及一种高通量基因测序碱基荧光图像捕获系统装置及方法。

背景技术

传统测序技术以末端终止法为核心的Sanger测序法，这种方法费时费力，需要大量的技术人员参与，耗费大量财力。新一代高通量测序方法(也称其为深度测序(deepsequencing)或下一代测序技术(nextgenerationsequencing，NGS)在技术上实现了质的飞跃，是一个里程碑式的生物技术平台，它可以同时将整个基因组在短时间内测序完成。开发高通量、全自动化而且价格便宜的测序仪器目前正在全世界展开激烈的科技和商业竞赛。国际顶尖科技公司都在开发各种高通量并行化的测序技术，以达到降低测序成本，推动广泛应用的目的。高通量基因测序市场也迅速成为整个生物医学领域新的增长点。

目前，针对高通量测序仪中所需的荧光检测方法一直是该设备的关键技术。对于基于生物芯片的荧光成像技术主要有点扫描共聚焦荧光检测方法和面成像荧光检测方法。点扫描共聚焦荧光检测方法采用共聚焦光路去除干扰光，激光会聚成点来激发荧光，具有很高的探测灵敏度；但是，成像需要二维机械扫描，增加了测量的时间和仪器的成本。面成像荧光检测方法使用面阵相机等装置直接探测整个生物芯片的荧光图像，具有探测时间短、设计简单、成本较低的优点；但是，由于激发光照射整个被测面，单位面积的激发功率较小，因此探测灵敏度较低。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高通量基因测序碱基荧光图像捕获系统装置及方法，能够对基因芯片上高密度的待测DNA片段序列荧光信号进行高效、稳定的捕获并实现仪器自动化，摆脱了人工现场管理，实现了高通量DNA测序仪的安全、稳定、高效的自动化操作，在高通量基因测序技术中，获得的原始图像是由含有碱基位信息的荧光点组成，通过图像处理和数据分析，可以得到所测DNA片段中的碱基位置序列信息。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高通量基因测序碱基荧光图像捕获系统装置，待测DNA片段样品放置于基因测序仪的基因芯片001中，包括：

激光控制单元，控制激光光源输出Y向的平行线型激光束对基因芯片001进行X向及Y向扫描，激发待测DNA片段样品中核苷酸携带的荧光染料基团发光；

图像捕获单元，对荧光染料基团所发的光进行分离得到几种不同波长的光，并利用TDI相机模块对该几种光成像。

所述基因芯片001中注入四种不同类型的荧光染料，所述激光控制单元包括绿激光器101和红激光器102以及其各自连接的电源，其中绿激光器101的输出光依次经滤光片五103、光闸一105和扩束镜一107后，被半透半反镜四110反射通过柱面镜一111后到达振镜112，红激光器102的输出光依次经滤光片六104、光闸二106和扩束镜二108后，由反射镜五109反射透过半透半反镜四110后通过柱面镜一111到达振镜112，两束光再一起被振镜112反射至位于基因芯片001下表面的偏振分光棱镜114上，由偏振分光棱镜114反射至基因芯片001的下表面。

所述偏振分光棱镜114位于导轨113上，步进电机009连接导轨113带动其沿Y向运动，实现Y向扫描。

所述图像捕获单元包括聚焦模块、半透半反镜模块、滤光片模块、反射镜模块以及TDI相机模块，其中：

所述聚焦模块用于收集所述荧光染料基团所发荧光并调节焦距，经收集后的光束进入半透半反镜模块；

所述半透半反镜模块用于控制特定波段的光束被反射，而其他波段的光束则能通过，反射的光进入滤光片模块；

所述滤光片模块用于筛选通过特定波长的光束，其他波长的光束则被阻断，通过的光束进入反射镜模块；

所述反射镜模块用于将光束进行反射使其对准TDI相机模块；

所述TDI相机模块用于对接收的光束进行成像，并将生成的图片传送至计算机。

所述聚焦模块包括物镜201、柱面镜二202和反射镜二203，所述荧光依次通过物镜201和柱面镜二202后，被反射镜二203反射；