双光子荧光免疫分析仪光学控制系统

摘要

本发明涉及光学控制系统技术领域，尤其是一种双光子荧光免疫分析仪光学控制系统。其特征在于：在安装底板上安装设置有双光子激光发生模块、检测控制模块和调整传输模块；在检测控制模块内设置光电倍增管；所述双光子激光发生模块发射的双光子激光能够经过检测控制模块和调整传输模块聚焦到反应杯内，双光子激光激发反应杯内检测物质产生荧光，荧光能够经过调整传输模块返回至检测控制模块的光电倍增管进行测量。本发明通过设置双光子激光发生模块用于产生双光子，由于双光子波长较长，长波长的光相比于短波长的光受散射影响较小，容易穿透标本，还降低背景干扰荧光，提高设备检测分析的准确度。

说明书

技术领域

本发明涉及光学控制系统技术领域，尤其涉及一种双光子荧光免疫分析仪光学控制系统。

背景技术

在一般的荧光现象中，由于激发光的光子密度低，一个荧光分子只能同时吸收一个光子，再通过辐射跃迁发射一个荧光光子，这就是单光子荧光。目前，国内外荧光免疫分析仪都是以单光子荧光，对于单光子荧光免疫分析仪存在如下缺陷：由于单光子波长比较短，受散射影响较大，不易穿透标本；单光子激发荧光背景干扰荧光强，严重影响标本本身被激发出的荧光的检测和收集，导致分析结果精度降低。

此外，现有分析仪的激光束存在对焦定位不准确的问题。在实际使用过程中无法通过精确控制激光束，令其定向定距的偏转移动微小位移，以达到令激光束焦点设置在液体的正确深度位置处的目的，导致分析检测结果的准确可靠性降低。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种双光子荧光免疫分析仪光学控制系统。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种双光子荧光免疫分析仪光学控制系统，包括安装底板，其特征在于：在安装底板上安装设置有双光子激光发生模块、检测控制模块和调整传输模块；在检测控制模块内设置光电倍增管；所述双光子激光发生模块发射的双光子激光能够经过检测控制模块和调整传输模块聚焦到反应杯内，双光子激光激发反应杯内检测物质产生荧光，荧光能够经过调整传输模块返回至检测控制模块的光电倍增管进行测量。

优选的，在检测控制模块内还设置有散射检测器，所述双光子激光激发反应杯内检测物质的双光子激光散射光能够经过调整传输模块返回至检测控制模块的散射检测器进行测量；测得散射信号中产生的峰值用于确定扫描何时停止以及何时记录在可见波长下测量的荧光信号。

优选的，在检测控制模块中设置“上”字形双光子激光通路，所述双光子激光通路包括前通路和后通路，前通路的末端和后通路的中部垂直联通；所述前通路的前端设置第一入口，第一入口连接双光子激光发生模块，在前通路的前部设置衰减器，前通路的中部垂直联通前支路的前端，在前通路和前支路的联通处设置分束镜，在前支路的后端联通设置散射检测器；在前通路和后通路的连接处设置二向色镜；在后通路的一端联通光电倍增管，在后通路的另一端设置第一出口，所述第一出口衔接调整传输模块；

双光子激光发生模块发出的双光子激光能够通过第一入口进入检测控制模块的前通路，所述双光子激光穿过衰减器和分束镜后，由二向色镜反射，顺由后通路穿出第一出口；

双光子激光散射光由第一出口进入检测控制模块的后通路后，经过二向色镜和分束镜反射后，进入散射检测器进行检测；

荧光由第一出口进入检测控制模块的后通路后，经过二向色镜的透射，能够进入光电倍增管进行检测。

优选的，所述衰减器包括衰减器镜架，在衰减器镜架内设置光路衰减通道，衰减器镜架设置在前通路中；在前通路的外部上表面通过衬套和电机支架安装变速箱电机，所述变速箱电机的电机轴向下插入前通路内并连接衰减器镜架，变速箱电机能够带动电机轴和衰减器镜架同步转动，继而调节入射光的衰减量。

优选的，所述调整传输模块包括第一镜框、第二镜框、升降控制装置和物镜；所述第一镜框通过升降控制装置连接第二镜框，所述物镜安装在第二镜框的上部；

在第一镜框的侧面设置第二入口，在第一镜框的顶部设置第二出口，在第一镜框内设置第一反射镜；

在第二镜框的底面设置第三入口，在第二镜框的顶部设置第三出口，在第二镜框内设置两组第二反射镜，两组第二反射镜均与水平面呈45度角且相对设置；所述两组第二反射镜分别安装在两组压电陶瓷控制功能组上且两组压电陶瓷控制功能组能够分别控制两组第二反射镜转动扫描；第二出口通过伸缩镜筒衔接第三入口；在第三出口的上端衔接设置物镜，在物镜的上方设置反应杯；

从第一出口射出的双光子激光能够通过第二入口进入第一镜框，并通过第一反射镜的反射后从第二出口射出，经由伸缩镜筒进入第三入口，再经过两组第二反射镜反射后射出第三出口，并通过物镜射入反应杯。

优选的，所述压电陶瓷控制功能组包括衬套座，所述衬套座安装在第二镜框的外侧面；所述第二反射镜安装在镜架上，镜架固定设置在安装轴的内端，所述安装轴外端穿过第二镜框并穿出衬套座；安装轴的中部通过两组轴承固定在第二镜框和/或衬套座的内部，在两组轴承之间的安装轴上设置推转平面，在安装轴的外端设置弹簧驱动旋转装置；所述弹簧驱动旋转装置包括弹簧锁、驱转弹簧和弹簧定位环，所述弹簧锁固定在衬套座的外壁上，弹簧定位环固定在安装轴的外端，所述驱转弹簧为套装在安装轴上的扭簧，扭簧的一端固定在弹簧锁上，扭簧的另一端插入弹簧定位环中；所述弹簧驱动旋转装置能够给安装轴施加单向扭力，令其能够围绕自身中轴线单向转动；

所述衬套座内通过套管固定压电陶瓷，所述压电陶瓷的伸缩端垂直于安装轴的推转平面并与其相接触；通过电压能够控制压电陶瓷伸缩动作的启停及伸缩量，推动安装轴围绕自身中轴线顺时针或逆时针转动，使得镜架连同其上安装的第二反射镜顺时针或逆时针转动。

优选的，所述升降控制装置包括步进电机，所述步进电机的上端连接有螺纹传动套筒，所述螺纹传动套筒上设置上端敞口的内螺纹孔，在螺纹传动套筒的内螺纹孔内插装升降螺栓的下端，所述升降螺栓的上端连接提升块的一端，提升块的令一端通过滑动机构连接第二镜框。

优选的，所述滑动机构包括导轮安装板、导轮和导轨，所述导轨的内侧通过螺钉安装在第二镜框的外部，导轨的外侧通过螺栓与提升块的一端固定在一起；所述导轮安装板通过螺栓固定在第一镜框上，所述导轨的两侧夹持设有两对纵向排列且对称设置的导轮，四个所述导轮通过螺钉安装在导轮安装板上；

当提升块上下升降时，能够带动导轨在导轮的夹持导向作用下上下移动，同时带动第二镜框同步升降。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过设置双光子激光发生模块用于产生双光子，由于双光子波长较长，长波长的光相比于短波长的光受散射影响较小，容易穿透标本。双光子激发的关键特点之一是激发仅发生在焦点的明显的三维(3D)附近。在焦点体积外，即在周围的样品介质中和在光学部件中产生最小的背景荧光。激发体积非常小(在飞升的范围内)，最适合于观察小的样品体积和结构。

2、本发明采用压电陶瓷控制功能组控制双反射镜片(即两组第二反射镜)作为扫描仪使用的优势在于：利用DA转换器控制电压，通过电压的变化控制压电陶瓷的伸缩量，继而控制两组第二反射镜开始寻找粒子的扫描操作。该扫描过程可采用固定模式的扫描形式，即令两组第二反射镜在固定的角度范围内定速转动，以实现扫描散射光的目的。当散射信号达到预设的阈值，扫描结束，光电倍增管开始检测荧光并将荧光光子转换为模拟信号，分析仪将开始测量来自粒子的荧光信号，进行数据比对分析。在此过程中，压电陶瓷控制单元具有反应速度快、频率稳定性好、精度高，且体积小、不吸潮、寿命长、抗干扰性强的优势。由于压电陶瓷在电场作用下产生的形变量很小，最多不超过本身尺寸的千万分之一，利用该微小形变量可精准控制(双光子)激光束定向定距的偏转，保证了分析仪实验结果的精确性。

3、本发明是一种可以从同一样本中检测多个病原体、并可持续添加样本的免疫分析仪，能够实施九项呼吸道病原体联检，即一个样本检测同时报告九项检测结果。特异性和灵敏度与实验室领先的免疫检测方法对等，非常易于使用，适于7天24小时不间断使用。

4、抗原检测，缩短窗口期，便于早期诊断，及时治疗；性能指标方面准确性优于免疫层析，特异性优于分子诊断；反应体积小，试剂用量少，废液少，成本低；仅有加样液路，仪器维护简；适合大中小医疗机构使用。

5、该双光子光学系统检测方法与DFA检测方法相比总体一致性较好，该方法具有速度快、灵敏度高和智能全自动化程度高等优势，免疫过程免分离免清洗，操作简单，鉴定过程大幅缩减人工操作，节省成本和劳动力，提高工作效率。

附图说明

图1为本发明所述的的一种双光子荧光免疫分析仪光学控制系统的轴测图；

图2为双光子激光发生模块和检测控制模块的安装配合结构示意图；

图3为检测控制模块的俯视图(不含变速箱电机、电机支架和衬套)；

图4为调整传输模块的轴侧结构示意图；

图5为两组第二反射镜与两组压电陶瓷控制功能组的安装结构示意图；

图6为弹簧驱动旋转装置的结构示意图；

图7为一种双光子荧光免疫分析仪光学控制系统的结构示意图。

上述图中：粗实线部分为双光子激光线路，虚线部分为散射光线路，点划线部分为荧光线路。

其中图示标号含义如下：

1、安装底板；

2、双光子激光发生模块；

3、检测控制模块；3.1、第一入口；3.2、衰减器；3.3、分束镜；3.4、二向色镜；3.5、光电倍增管；3.6、第一出口；3.7、变速箱电机；3.8、电机支架；3.9、衬套；3.10、散射检测器；3.11、前通路；3.12、后通路；3.13、前支路；

4、调整传输模块；4.1、物镜；4.2、第二镜框；4.3、衬套座；4.4、第二反射镜；4.5、第一镜框；4.6、第一反射镜；4.7、步进电机；4.8、螺纹传动套筒；4.9、提升块；4.10、升降螺栓；4.11、镜架；4.12、安装轴；4.13、轴承；4.14、弹簧锁；4.15、驱转弹簧；4.16、弹簧定位环；4.17、压电陶瓷；4.18、套管；4.19、推转平面；4.20、导轨；4.21导轮安装板；4.22、导轮；

5、反应杯。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

如图1所示的一种双光子荧光免疫分析仪光学控制系统，包括安装底板1，在安装底板1上安装设置有双光子激光发生模块2、检测控制模块3和调整传输模块4。所述双光子激光发生模块12可选用双光子激光发生器。

如图2和3所示，在检测控制模块3中设置“上”字形双光子激光通路，所述双光子激光通路包括前通路3.11和后通路3.12，前通路3.11的末端和后通路3.12的中部垂直联通。所述前通路3.11的前端设置第一入口3.1，第一入口3.1连接双光子激光发生模块2，在前通路3.11的前部设置衰减器3.2，在前通路3.11的中部垂直联通前支路3.13的前端，在前通路3.11和前支路3.13的联通处设置分束镜3.3，在前支路3.13的后端联通设置散射检测器3.10；在前通路3.11和后通路3.12的连接处设置二向色镜3.4；在后通路3.12的一端联通光电倍增管3.5，在后通路3.12的另一端设置第一出口3.6，所述第一出口3.6衔接调整传输模块4。

所述衰减器3.2包括衰减器镜架，在衰减器镜架内设置光路衰减通道，衰减器镜架设置在前通路3.11中。在前通路3.11的外部上表面通过衬套3.9和电机支架3.8安装变速箱电机3.7，所述变速箱电机3.7的电机轴向下插入前通路内并连接衰减器镜架，变速箱电机3.7能够带动电机轴和衰减器镜架同步转动，继而调节入射光衰减量。

如图3所示，双光子激光发生模块2发出的双光子激光能够通过第一入口3.1进入检测控制模块3的前通路3.11，所述双光子激光穿过衰减器3.2和分束镜3.3后，由二向色镜3.4反射，顺由后通路3.12穿出第一出口3.6。双光子激光散射光由第一出口3.6进入检测控制模块3的后通路3.12后，经过二向色镜3.4和分束镜3.3反射后，进入散射检测器3.10进行检测。荧光由第一出口3.6进入检测控制模块3的后通路3.12后，经过二向色镜3.4的透射，能够进入光电倍增管3.5进行检测。

如图4所示，所述调整传输模块4包括第一镜框4.5、第二镜框4.2、升降控制装置和物镜4.1。所述第一镜框4.5通过升降控制装置连接第二镜框4.2，所述物镜4.1安装在第二镜框4.2的上部。在第一镜框4.5的侧面设置第二入口，在第一镜框的顶部设置第二出口，在第一镜框4.5内设置第一反射镜4.6；在第二镜框4.2的底面设置第三入口，在第二镜框4.2的顶部设置第三出口，在第二镜框4.2内设置两组第二反射镜4.4，两组第二反射镜4.4均与水平面呈45度角且相对设置。所述两组第二反射镜分别安装在两组压电陶瓷控制功能组上且两组压电陶瓷控制功能组能够分别控制两组第二反射镜转动扫描。第二出口通过伸缩镜筒衔接第三入口；在第三出口的上端衔接设置物镜4.1，在物镜4.1的上方设置反应杯5。

从第一出口射出的双光子激光能够通过第二入口进入第一镜框4.5，并通过第一反射镜4.6的反射后从第二出口射出，经由伸缩镜筒进入第三入口，再经过两组第二反射镜4.4反射后射出第三出口，并通过物镜4.1射入反应杯5。

如图4、5和6所示，所述压电陶瓷控制功能组包括衬套座4.3，所述衬套座4.3安装在第二镜框4.2的外侧面。所述第二反射镜4.4安装在镜架4.11上，镜架4.11固定设置在安装轴4.12的内端，所述安装轴4.12的外端穿过第二镜框4.2并穿出衬套座4.3；安装轴4.12的中部通过两组轴承4.13固定在第二镜框4.2和/或衬套座4.3的内部，在两组轴承4.13之间的安装轴4.12上设置推转平面4.19，在安装轴4.12的外端设置弹簧驱动旋转装置。如图6所示，所述弹簧驱动旋转装置包括弹簧锁4.14、驱转弹簧4.15和弹簧定位环4.16，所述弹簧锁4.14固定在衬套座4.3的外壁上，弹簧定位环4.16固定在安装轴4.12的外端，所述驱转弹簧4.15为套装在安装轴4.12上的扭簧，扭簧的一端固定在弹簧锁4.14上，扭簧的另一端插入弹簧定位环4.16中；所述弹簧驱动旋转装置能够给安装轴4.12施加单向扭力，令其能够围绕自身中轴线单向转动。

所述衬套座4.3内通过套管4.18固定压电陶瓷4.17，所述压电陶瓷4.17的伸缩端垂直于安装轴4.12的推转平面4.19并与其相接触；所述衬套座内通过套管固定压电陶瓷，所述压电陶瓷的伸缩端垂直于安装轴的推转平面并与其相接触；通过电压能够控制压电陶瓷4.17伸缩动作的启停及伸缩量，推动安装轴4.12围绕自身中轴线顺时针或逆时针转动，使得镜架4.11连同其上安装的第二反射镜4.4顺时针或逆时针转动。在此过程中，弹簧驱动旋转装置能够给起到预设扭力和驱动复位的作用。

压电陶瓷控制单元工作原理：压电陶瓷4.17的尖部顶在安装轴4.12的推转平面4.19上，通过DA转换器控制电压，继而控制压电陶瓷4.17的伸缩，推动安装轴4.12围绕自身中轴线顺时针或逆时针转动，使得镜架4.11连同其上安装的第二反射镜4.4顺时针或逆时针转动，使光束偏转。(压电陶瓷的伸缩量控制原理为成熟度的现有技术，在此不再赘述)

如图4所示，所述升降控制装置包括步进电机4.7，所述步进电机4.7的上端连接有螺纹传动套筒4.8，所述螺纹传动套筒4.8上设置上端敞口的内螺纹孔，在螺纹传动套筒4.8的内螺纹孔内插装升降螺栓4.10的下端，所述升降螺栓4.10的上端连接提升块4.9的一端，提升块4.9的另一端通过滑动机构连接第二镜框4.2。如图1和4所示，所述滑动机构包括导轮安装板4.21、导轮4.22和导轨4.20，所述导轨4.20的内侧通过螺钉安装在第二镜框4.2的外部，导轨4.20的外侧通过螺栓与提升块4.9的一端固定在一起；所述导轮安装板4.21通过螺栓固定在第一镜框4.5上，所述导轨4.20的两侧夹持设有两对纵向排列且对称设置的导轮4.22，四个所述导轮4.22通过螺钉安装在导轮安装板4.21上；当提升块4.9上下升降时，能够带动导轨4.20能够在导轮4.22的夹持导向作用下上下移动，同时带动第二镜框4.2同步升降。在第二镜框升降的过程中，第二出口和第三入口之间的伸缩镜筒能够随着距离的改变同步伸长或缩短，令第二出口和第三入口之间的光线传输始终在封闭的通路中进行。所述伸缩镜筒为可伸缩的套管式结构，属于成熟的光学设备配件，在此不再赘述其结构。

双光子激发路线：先打开双光子激光发生模块2，双光子激光发生模块2产生双光子激光，双光子激光通过第一入口3.1进入调整传输模块的前通路3.11，所述双光子激光顺序穿透衰减器3.2的光路衰减通道，从分束镜3.3透射至二向色镜3.4，再由二向色镜3.4反射穿出第一出口3.6，进入调整传输模块4的第二入口，通过第一镜框4.5内的第一反射镜4.6，反射出第二出口，穿过伸缩镜筒后由第三入口进入第二镜框4.2，经过两组第二反射镜4.4的两次反射后，到达物镜4.1。双光子激光穿过物镜向上透射至反应杯5中，双光子激光束撞击反应杯5中的微粒固相时，抗原抗体复合产生荧光。

荧光测量路线：荧光从物镜4.1中向下透射，经过两个第二反射镜4.4的反射，穿出第二镜框4.2并进入第一镜框4.5，经过第一镜框4.5内的第一反射镜4.6的反射，到达至二向色镜3.4，荧光从二向色镜3.4透射至光电倍增管3.5中，使得光电倍增管3.5对荧光进行测量。

散射检测器测量路线：双光子激光散射光穿过物镜4.1向下透射，经两个第二反射镜4.4反射穿出第二镜框4.2并进入第一镜框4.5，经过第一镜框4.5内的第一反射镜4.6的反射，到达二向色镜3.4，双光子激光散射光经二向色镜3.4反射后到达分束镜3.3，再从分束镜3.3反射至散射检测器3.10上，散射检测器3.10对散射光进行测量。散射光的信号中产生的峰值用于确定扫描何时停止以及何时记录在可见波长下测量的荧光信号：压电陶瓷4.17控制两组第二反射镜4.4进行横向扫描，一旦散射信号超过预设检测阈值时，横向扫描即行停止。

本发明的整体测量过程如下：测量前，将带有反应杯5的检测板移动到物镜4.1上方。开启双光子激光发生模块2，令物镜4.1向上移动，当双光子激光的焦点在反应杯5的底部时，双光子激光散射光反射回散射检测器3.10，物镜4.1移动将停止。当散射信号达到预设的阈值，扫描结束，光电倍增管开始检测荧光并将荧光光子转换为模拟信号，分析仪将开始测量来自粒子的荧光信号，进行数据比对分析。测量结束后，将物镜4.1驱动回原位，并准备开始下一次检测过程。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。分析仪对结果的比对、分析和计算步骤属于本领域的公知技术，且非本专利的主要创新点，在此不再赘述。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。