[發明專利]一種單分子熒光基因測序光學系統

有效

• 申請號: 202011612670.0
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112646703B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 周文超;吳一輝;王越
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: C12M1/34
• 分類號: C12M1/34;C12Q1/6874;G01N21/64
• 代理公司: 長春中科長光知識產權代理事務所(普通合伙) 22218
• 代理人: 高一明;郭婷

1.一種單分子熒光基因測序光學系統，其特征在于，包括：測序芯片(15)、用于激發熒光信號的單波長脈沖激光器組(1)；所述脈沖激光器組(1)激發四種不同波長的激光，依次通過激發光光路照射到測序芯片(15)上，對單鏈聚合延伸過程中的核酸進行頻率掃描；再通過熒光光路進行光學成像；

所述脈沖激光器組(1)發射的激光經過4-f光學系統(4)照射到二向色性濾光片組件(3)和反射鏡(2)中，最長或最短波長的發射激光通過反射鏡(2)進入光路系統中，其余波長的發射激光通過二向色性濾光片組件(3)進入所述激發光光路中；

四種激發光通過一個四通道帶通濾光片(5)并經一個成像物鏡(7)照射到測序芯片(15)上，激發產生的熒光信號通過該四通道帶通濾光片(5)和后端成像系統進行測序圖像傳感器成像；

后端成像系統包括依次安裝在熒光光路上的準直透鏡組(10)、后端濾光片(11)、后端準直透鏡(12)、筒鏡(13)以及測序圖像傳感器(14)；所述后端濾光片(11)用于對背景噪聲進行濾波，后端成像系統用于對熒光信號進行測序圖像傳感器成像；

所述脈沖激光器組(1)的每個掃描周期內，四種不同波長的激光器依次分別單獨激發；四種堿基的四個聚合延伸時間中的最小值，大于所述脈沖激光器的掃描周期；

確定不同堿基的判別準則如下：

A：0n≤2Ta/t；

AA：2Ta/tn≤3Ta/t；

AAA：3Ta/tn≤4Ta/t；

A_m：mTa/tn≤(m+1)Ta/t；

T：0n≤2Tt/t；

TT：2Tt/tn≤3Tt/t；

TTT：3Tt/tn≤4Tt/t；

T_m：mTt/tn≤(m+1)Tt/t；

G：0n≤2Tg/t；

GG：2Tg/tn≤3Tg/t；

GGG：3Tg/tn≤4Tg/t；

G_m：mTg/tn≤(m+1)Tg/t；

C：0n≤2Tc/t；

CC：2Tc/tn≤3Tc/t；

CCC：3Tc/tn≤4Tc/t；

C_m：mTc/tn≤(m+1)Tc/t；

其中，A、T、G、C分別表示四種堿基，Ta、Tt、Tg和Tc分別表示四種堿基的聚合延伸時間，n表示每個熒光分子在掃描過程中出現的次數，t表示每種激光器的掃描周期；

單分子熒光基因測序光學系統的測序步驟如下：

步驟一：將四種標記不同熒光分子的dNTPs混合液加入到測序芯片(15)上；

步驟二：使用四種不同波長的激光器對四種標記不同熒光分子掃描成像，記錄不同種類的熒光信號；

步驟三：對不同時刻的熒光信號進行解碼，根據上述堿基判別原則確定簡介種類與數目；

后端成像系統記錄的熒光信號對應的堿基初步序列為：

AAGGGCCCTTAATTGGCCCAAAAAATTCCGGGAAGCCGG；

根據堿基判別準則獲得堿基初步序列與實際被測序列之間的對應關系：

根據堿基初步序列與實際被測序列之間的對應關系得到的實際被測序列為：AGGCTATGCAAAATCGGAGCG。

2.如權利要求1所述的單分子熒光基因測序光學系統，其特征在于，還包括4-f光學系統(4)，所述脈沖激光器組(1)發射的激光經過所述4-f光學系統(4)匯入所述激發光光路，保證光場均勻分布以及與測序芯片(15)成像視場匹配。

3.如權利要求1所述的單分子熒光基因測序光學系統，其特征在于，所述四通道帶通濾光片(5)傾斜45°安裝在光路中，同時實現不同熒光激發波長波段的反射與熒光發射波長波段的透射。

4.如權利要求1所述的單分子熒光基因測序光學系統，其特征在于，所述準直透鏡組(10)中間加入一個針孔(101)，該針孔(101)設置在準直透鏡組(10)的兩個透鏡的前后共焦點上，用于高頻濾光得到高質量圖像。