[发明专利]一种高通量测序碱基荧光识别系统装置与方法

说明书

技术领域

本发明属于高通量基因测序技术领域，涉及生命科学、计算机科学以及自动控制学科，特别涉及一种高通量测序碱基荧光识别系统装置。

背景技术

第一代基因测序技术是荧光标记的Sanger法。1977年Frederick Sanger发明的双脱氧核糖核酸链末端终止法是基因测序领域的成功先例。Sanger法拥有高精度和简单等特点。人类基因组的测序正是基于该技术完成的。但是DNA模板的组成或者二级结构有时候引起DNA聚合酶不正常终止。第二代基因测序技术的核心技术思想是边合成边测序技术，即是通过一系列技术手段捕获新合成的末端标记来确定DNA序列。2005年以后，高通量基因测序技术就指的是第二代测序，也被称为下一代测序技术(Next generation sequencing)，相对于第一代测序技术，测序速度大大提升。自从高通量基因测序技术问世以来，新兴的基因组测序技术展现出了无限的活力。

而测序碱基荧光识别作为高通量基因测序的核心环节，对测序过程中环境温度、亮度、洁净度以及光路结构都有较高要求。高通量基因测序仪中基因芯片的生存环境、光路结构性能的优劣直接决定了测序碱基荧光识别的精度。

现有高通量基因测序系统多采用激光从反应室下的棱镜穿过到达基因芯片下表面的激发方式，易受到周围环境的干扰，循环成像时位移平台的移动容易导致激光光束的偏差，造成成像后的部分区域不发光或光强微弱，影响后期对测序碱基的荧光识别。

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测序碱基荧光识别系统装置，将基因芯片放置在相对密闭无尘的反应室中，激光通过光路到达基因芯片上表面，实现碱基荧光成像，通过碱基识别算法，识别测序碱基，实现高通量测序碱基识别高精度、稳定性好的要求。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高通量测序碱基荧光识别系统装置，基因芯片放置于基因测序仪反应室内，包括：

位移控制模块100，通过步进电机驱动精密导轨移动反应室，以控制基因芯片的扫描进程；

反应室恒温模块200，利用温控系统208控制反应室的温度变化，温控系统208包括制热和制冷装置；

激光触发模块300，包括主要激发碱基A和碱基C上荧光基团的红色激光器302和主要激发碱基G和碱基T上荧光基团的绿色激光器301，红绿激光经过直角棱镜401，形成一道激光，打在基因芯片上，结合有不同dNTP的荧光基团在激光的照射下，发出不同光谱特性的四种荧光；

荧光成像模块400，利用sCMOS相机实现荧光图像成像，最后将图像传输到计算机进行测序碱基荧光识别。

所述基因测序仪反应室为相对密闭带卡扣的抽屉形式，便于对流动槽206进行清洗或更换，包括反应室主体203，反应室主体203上设置抽壳件204、X向插片201和Y向插片202，X向插片201和Y向插片202堆叠在反应室主体203的上表面，X向插片201和Y向插片202上各开有一条开口，两条开口相互垂直，以便使物镜与开口匹配，使得反应室处于一个相对封闭的状态。反应室主体203的顶部设置物镜固定夹205，反应室主体203内置载物台207、流动槽206以及温控系统208，其中，流动槽206设置在载物台207上，反应室主体203的侧面分别开有小孔，供硅胶软管插入，由注射针将软管里的试剂导入流动槽206，温控单元208放置在载物台207正下方，对温度进行闭环控制。

所述位移控制模块100中，利用X-Y导轨装置带动反应室运动；

所述反应室恒温模块200中，利用温度传感器采集温度，加热装置为位于载物台下方的电热片，制冷装置为带散热风扇的半导体制冷片；反应室与试剂组和试剂泵连接，其中试剂泵连接电机，控制器也与电机连接，控制试剂泵向基因芯片完成注入工作。

所述激光触发模块300中：

绿色激光器301的输出光依次经滤光片一303、准直透镜一305、孔径光阑一307，由反射镜一309反射到达半透半反镜311；

红色激光器302的输出光依次经滤光片二304、准直透镜二306、孔径光阑二308，由反射镜二310反射到达半透半反镜311；

两束光再一同被反射镜三312反射到反射镜四313，由反射镜四313将光束反射到透镜314，再经由直角棱镜401，将光束反射到滤波轮402，经由镜筒403和物镜404，到达基因芯片的上表面，激发携带有荧光基团的碱基发光。