实时PCR仪中荧光检测模块的研制

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1、摘要摘要自1996年美国PE公司推出世界第一台商品化的荧光定量PCR仪以来，高性价比和小型化一直是国内外研制实时荧光PCR仪的重要目标，而光电检测模块的优化是实现这个目标的重要内容。课题着眼于研制小型化的实时荧光PCR仪光电检测模块，主要研究内容包括光电检测光路设计，光纤和反应池的光学模拟仿真，光电检测电路系统设计及荧光检测实验分析四部分。课题首先采用ZEMAX光学设计软件设计了PCR荧光检测光学系统，包括LED光源与光纤的耦合系统设计、激发光路系统设计、荧光采集透镜设计及检测光路设计，并对整体光路系统进行了优化、优化后，光纤耦合系统的耦合效率达

2、到了88．78％，在激发光路中，样品池底接收到的光效率为11．02％，在荧光收集光路中，对入射光进行滤波处理，荧光能量衰减了1．9％，实现了高效的光学滤波功能；采用蒙特卡罗方法在MATLAB环境下模拟分析了光子在样品池中的运动情况，得到样品对入射光子的吸收率为70．7％；设计了LED驱动电路和PMT光电检测预处理电路，并且设计了PMT的固定装配系统，使光学系统处于一个封闭的环境中，避免了杂散光干扰，提高了PCR光学系统的信噪比：最后采用PMT对加入了SYBRGreenI荧光染料的小牛胸腺DNA样品进行检测，PMT检测结果表明随着样品浓度的增加，P

3、MT电流输出随之增大，其与PMT增益拟合曲线的斜率也随之增大。课题设计了结构紧凑简单、光学效率高的光学系统；采用体积小、价格低的LED光源减小了光电模块的体积，提高了检测系统的性价比；采用PMT固定装配系统进行光电检测有效避免了系统中杂散光的干扰，提高了PCR光学系统的信噪比，初步研制出适用于便携式PCR仪的光电检测模块。关键词：实时PCR仪；荧光检测；光学设计；光电倍增管北京T业大学丁学硕1j学业论文皇皇!曼曼曼!曼曼曼!鼍!曼曼曼曼曼!I．_一IIIII一一—I皇曼曼曼皇曼曼ABSTRACTSincel996。theworld’Sfirstc

4、ommercializationquantitativefluorescencePCRinstrumentwasproducedbythePECorporationintheUnitedStates，high．performanceandminiaturizationbecomethemostimportanttargetforthedevelopmentofareal．timefluorescencePCRinstrumentindomesticandoverseas．Theoptimizationforphotoelectricdetecti

5、onmodulebecomesanimportantaspectfort11istarget．Thispaperfocusesonthestudyofminiaturizedphotoelectricdetectionmoduleforareal．timePCRinstrument．Themaincontentincludes：theopticaldesign．theopticalsimulationforopticalfiberandsamplepool，thehardwarecircuitdesign，andthefluorescentdet

6、ectionexperiment．First．afluorescentdetectionopticalsystemforPCRusingZEMAXsoftwarewasdevelopedinthisstudy,includingthedesignoftheLEDsourceandopticalfibercouplingsystem，theexcitinglightsystem，collectionlensforfluorescence，andthefluorescentdetectionsystem．Afteroptimizingtheovera

7、llopticalsystem，thecouplingefficiencycouldupto88．78％，andthereceivingefficiencyatthebottomofsamplepoolcoulduptol1．02％inexcitinglightsystem．Thehigh—performanceopticalfilterfunctionWasrealiziedthroughaddingafilterbehindthedetectorwhichmadetheexcitinglightattenuateto1．9％．Second，t

8、hephotonmovementinsamplepoolWasmodeledbyusingMonteCarlosimulationmet