1.本发明属于钙离子荧光探针检测技术领域，尤其涉及一种单通道高通量全自动钙离子探针筛选装置及方法。
背景技术：2.血液中的钙离子（ca
2+
）浓度对生物体的内环境稳态和正常生理活动开展都有重要的影响。而钙离子浓度研究领域中常使用钙离子荧光探针与钙离子的特异性结合来观察细胞内钙离子浓度水平变化，此类探针未结合钙离子时几乎无荧光，结合钙离子后，荧光强度显著增强。钙离子探针主要是依靠表达特定的基因序列而得到的。
3.但是为了得到更加优秀钙离子荧光探针，需要对表达钙离子荧光探针的基因序列做一系列的突变，并用突变过后的基因表达相应的钙离子荧光探针，通过筛选得到性能更加优越的钙离子荧光探针，然后对相应基因序列进行测序，最终得到优秀的钙离子荧光探针基因序列。基因突变会导致钙离子荧光探针性能表达的不确定性，为了在短时间内获得性能更为优越的的钙离子荧光探针，需要对基因突变表达的钙离子荧光探针进行高通量检测和筛选。
4.钙离子荧光探针检测的主要原理是通过特定波段的激发光激发结合钙离子的钙离子探针，然后再利用接收器接收钙离子探针的发射光。现在检测钙离子探针的主要方法有荧光显微镜、流式细胞术、荧光光谱法以及荧光酶标仪等。目前，现有钙离子荧光探针检测技术虽然能够检测钙离子探针，但是其成本昂贵，且存在无法快速高通量自动检测筛选的缺点，如全光谱酶标仪。专利cn105424668a采用白光led和滤光片作为特定波段的激发光，能量浪费严重，对于荧光效果弱的钙离子探针很难激发其荧光，而且采用ccd相机完成荧光成像，无法标准量化钙离子探针的发射光波段特性以及强度特性。
技术实现要素：5.本发明目的在于提供一种单通道高通量全自动钙离子探针筛选装置及方法，以解决上述的技术问题。
6.为解决上述技术问题，本发明的一种单通道高通量全自动钙离子探针筛选装置及方法的具体技术方案如下：一种单通道高通量全自动钙离子探针筛选装置，包括移动模块，光谱测量模块，控制电路模块和数据采集模块；所述移动模块用于搭载待测钙离子探针筛选溶液的样品孔位实现二维方向精准的移动和定位；所述光谱测量单元用于实现待测钙离子探针筛选样品溶液的荧光光谱测量与采集；所述控制电路模块用于控制led光源的恒流输出、实现二维方向精确的移动和定位；所述数据采集模块用于实现待测钙离子探针溶液的荧光光谱检测与数据的记录和保存。
7.进一步的，所述移动模块包括x轴移动单元和y轴移动单元，所述x轴移动单元用于实现x轴方向的移动，所述y轴移动单元实现y轴方向的移动。
8.进一步的，所述x轴移动单元包括第一步进电机、第一滚珠丝杠和第一移动块，所述第一步进电机与第一滚珠丝杠连接，所述第一移动块与第一滚珠丝杠螺纹套接，所述第一步进电机转动带动第一滚珠丝杠转动从而带动第一移动块沿x轴方向运动。
9.进一步的，所述y轴移动单元固定连接在x轴移动单元的第一移动块上，所述y轴移动单元包括第二步进电机、第二滚珠丝杠和96孔板支架，所述第二步进电机与第二滚珠丝杠连接，所述96孔板支架与第二滚珠丝杠螺纹套接，所述第二步进电机转动带动第二滚珠丝杠转动从而带动96孔板支架沿y轴方向运动；96孔板固定安装在96孔板支架上，所述96孔板承载不同浓度的待测样品。
10.进一步的，所述光谱测量模块包括蓝光led、第一准直镜、第一法兰盘、第一滤光片、第二滤光片、第二法兰盘、第二准直镜、标准光纤、微型光谱仪、微型光谱仪电源适配器；所述第一法兰盘和第二法兰盘固定连接在法兰盘支架上，所述第一法兰盘的上端连接第一准直镜，下端放置第一滤光片，所述蓝光led固定在第一准直镜上方；所述第二法兰盘上端连接第二滤光片、下端放置第二准直镜；所述标准光纤一端连接第二准直镜另一端连接微型光谱仪，所述微型光谱仪连接微型光谱仪电源适配器，微型光谱仪电源适配器微型光谱仪提供所需电源。
11.进一步的，所述控制电路模块包括第一步进电机驱动器、第二步进电机驱动器、stm32单片机控制板、led恒流控制板，所述stm32单片机控制板与第一步进电机驱动器、第二步进电机驱动器电连接，所述第一步进电机驱动器、第二步进电机驱动器分别与第一步进电机、第二步进电机电连接，所述stm32单片机控制板用于控制第一步进电机驱动器、第二步进电机驱动器的运行从而控制第一步进电机、第二步进电机的启停, 所述led恒流控制板与蓝光led41电连接，用于控制蓝光led的亮灭以及亮度。
12.进一步的，包括24v电源，所述24v电源连接第一步进电机、第二步进电机、蓝光led41和控制电路模块，为第一步进电机、第二步进电机、蓝光led和控制电路模块提供24v电源。
13.进一步的，所述数据采集模块包括上位机，所述控制电路模块通过数据线与上位机连接，建立数据通信。
14.本发明还公开了一种单通道高通量全自动钙离子探针筛选方法，包括如下步骤：准备步骤：步骤1：将24v电源以及微型光谱仪电源适配器通上电源后，将控制电路模块的数据线与装有上位机电脑相连接；步骤2：打开上位机，打开与控制电路模块的通讯端口，选择自动扫描模式；步骤3：将待测样品放入96孔板中，然后将96孔板固定在96孔板支架中；光源控制步骤：在上位机上选择蓝光led41亮度，控制电路模块接收到蓝光led41亮度指令后，控制蓝光led41亮度，点击开始自动检测；移动步骤：控制电路模块接收到自动检测指令后，控制电路模块将控制信号发送给x轴移动单元，x轴移动单元带动96孔板支架在x轴上移动，控制电路模块将控制信号发送给y轴移动单元，y轴移动单元将96孔板的每个孔依次送到检测点，并进行光谱检测；检测步骤：蓝光led发射蓝光经过第一准直镜被集中光束，透过第一滤光片产生中心波长为475nm，带宽25nm 的蓝光，照射到96孔板中的钙离子探针溶液，荧光基团受蓝光激
发发生荧光效应，发射出中心波长580nm左右的发射光，经过第二滤光片将波长小于500nm的杂光过滤后，再透过第二准直镜集中发光光束，经过标准光纤被收集到微型光谱仪里，最后在上位机里显示波形图，并保存其数据。
15.本发明的单通道高通量全自动钙离子探针筛选装置及方法具有以下优点：本发明的单通道高通量全自动钙离子探针筛选装置利用控制电路模块控制二维移动平台全自动控制96孔板，利用可控亮度的蓝光led芯片作为激发光透过滤光片激发96孔板中的钙离子探针筛选，然后透过滤光片被光谱仪接收，由于亮度可控，所以可根据钙离子探针筛选性能而作相应调整，该装置对钙离子探针筛选的检测灵敏度更高，并在上位机中显示当前光谱波形数据以及保存当前数据，由于本装置能够全自动的移动待测孔和记录相应数据，所以能够在短时间内对大批量的钙离子探针样本进行测量和筛选。本发明装置价格低廉，能够全自动扫描、检测、记录、显示数据，极大限度的节约了时间成本和人力成本。
附图说明
16.图1为本发明的单通道高通量钙离子探针筛选自动筛选装置整体结构示意图；图2为本发明的单通道高通量钙离子探针筛选自动筛选装置数据指令流程图；图3 为本发明的单通道高通量钙离子探针筛选自动筛选装置程序流程图；图4为本发明装置测得的钙离子探针筛选的荧光光谱数据曲线图；图中标记说明：11、第一步进电机；12、第一滚珠丝杠；13、第一移动块；21、第二步进电机；22、第二滚珠丝杠；23、96孔板支架；30、96孔板； 41、蓝光led；42、第一准直镜；43、第一法兰盘；44、第一滤光片；45、第二滤光片；46、第二法兰盘；47、第二准直镜；48、标准光纤；49、微型光谱仪；50、微型光谱仪电源适配器；51、第一步进电机驱动器；52、第二步进电机驱动器；31、24v电源；60、法兰盘支架。
具体实施方式
17.为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种单通道高通量全自动钙离子探针筛选装置做进一步详细的描述。
18.如图1所示，一种单通道高通量全自动钙离子探针筛选装置，包括移动模块，光谱测量模块，控制电路模块和数据采集模块。移动模块用于搭载待测钙离子探针筛选溶液的样品孔位实现二维方向精准的移动和定位；光谱测量单元用于实现待测钙离子探针筛选样品溶液的荧光光谱测量与采集；控制电路模块用于控制led光源的恒流输出、实现二维方向精确的移动和定位；数据采集模块用于实现待测钙离子探针溶液的荧光光谱检测与数据的记录和保存。
19.移动模块包括x轴移动单元和y轴移动单元，x轴移动单元用于实现x轴方向的移动，y轴移动单元实现y轴方向的移动。x轴移动单元包括第一步进电机11、第一滚珠丝杠12和第一移动块13，第一步进电机11与第一滚珠丝杠12连接，第一移动块13与第一滚珠丝杠12螺纹套接，第一步进电机11转动带动第一滚珠丝杠20转动从而带动第一移动块13沿x轴方向运动。y轴移动单元固定连接在x轴移动单元的第一移动块13上，y轴移动单元包括第二步进电机21、第二滚珠丝杠22和96孔板支架23，第二步进电机21与第二滚珠丝杠22连接，96孔板支架23与第二滚珠丝杠22螺纹套接，第二步进电机21转动带动第二滚珠丝杠22转动从
而带动96孔板支架23沿y轴方向运动。第一滚珠丝杠20、第二滚珠丝杠22采用fsl40型号，结构简单具有0.05mm的精度，导程为4mm。96孔板30固定安装在96孔板支架23上，96孔板30承载不同浓度的待测样品。
20.光谱测量模块包括蓝光led41、第一准直镜42、第一法兰盘43、第一滤光片44、第二滤光片45、第二法兰盘46、第二准直镜47、标准光纤48、微型光谱仪49、微型光谱仪电源适配器50。第一法兰盘43和第二法兰盘46通过法兰盘支架60分别固定在96孔板30的上面和下面。第一法兰盘43的上端连接第一准直镜42，下端放置第一滤光片44，蓝光led41固定在第一准直镜42上方。蓝光led41用于产生470nm到475nm的蓝光作为激发光；第一准直镜42用于实现蓝光准直。具体的，第一准直镜42采用74uv准直镜，具有sma905/fc光纤接口，具有准直聚焦功能，适用于200nm到2500nm光的准直；第一滤光片44采用窄带滤波片，中心波长475nm，直径25mm，25nm带宽，用于产生中心波长为475nm，带宽25nm 的蓝光。第二法兰盘46上端连接第二滤光片45、下端放置第二准直镜47。标准光纤48一端连接第二准直镜47另一端连接微型光谱仪49，微型光谱仪49连接微型光谱仪电源适配器50，微型光谱仪电源适配器50为微型光谱仪49提供所需电源。第二准直镜47用于实现发射光的准直，具体的，第二准直镜47采用74uv准直镜，具有sma905/fc光纤接口，具有准直聚焦功能，适用于200nm到2500nm光的准直；第二滤光片45采用高性能长通滤波片，直径25mm，用于过滤波长小于500nm的杂散光。蓝光led41发射蓝光经过第一准直镜42被集中光束，透过第一滤光片44产生中心波长为475nm，带宽25nm 的蓝光，照射到96孔板30中的钙离子探针溶液，荧光基团受蓝光激发发生荧光效应，发射出中心波长580nm左右的发射光，经过第二滤光片45将波长小于500nm的杂光过滤后，再透过第二准直镜47集中发光光束，经过标准光纤48被收集到微型光谱仪49里。标准光纤48采用sma905接口光纤，适用波段在360nm-2500nm。微型光谱仪49采用fx2000光纤光谱仪，探测范围在200-1100nm，波长分辨率能达到0.11nm，信噪比为250：1。
21.控制电路模块包括第一步进电机驱动器51、第二步进电机驱动器52、stm32单片机控制板、led恒流控制板，stm32单片机控制板与第一步进电机驱动器51、第二步进电机驱动器52电连接，第一步进电机驱动器51、第二步进电机驱动器52分别与第一步进电机11、第二步进电机21电连接，stm32单片机控制板用于控制第一步进电机驱动器51、第二步进电机驱动器52的运行从而控制第一步进电机11、第二步进电机21的启停, 第一步进电机驱动器51、第二步进电机驱动器52采用dm542c型号步进电机驱动器，工作电压在12-36v之间输出电流在1.0-4.2a之间，可设置400-25600的细分。led恒流控制板与蓝光led41电连接，用于控制蓝光led41的亮灭以及亮度。
22.24v电源31连接第一步进电机11、第二步进电机21、蓝光led41和控制电路模块，为第一步进电机11、第二步进电机21、蓝光led41和控制电路模块提供24v电源。24v电源31采用lrs-75系列，输入电压是220v交流电压，输出是24v直流电压。
23.数据采集模块包括上位机，控制电路模块通过数据线与上位机连接，建立数据通信。
24.如图2所示，使用时，将24v电源31以及微型光谱仪电源适配器50通上电源后，将系统数据线与装有上位机电脑相连接。
25.（1）打开上位机，打开与控制电路模块的通讯端口，选择自动扫描模式。
26.（2）将待测样品放入96孔板30中，然后将96孔板30固定在96孔板支架23中。
27.（3）如图3所示，在上位机上选择蓝光led41亮度，控制电路模块接收到蓝光led41亮度指令后，控制蓝光led41亮度，点击开始自动检测，控制电路模块接收到自动检测指令后，控制电路模块将控制信号发送给第一步进电机驱动器51和第二步进电机驱动器52，第一步进电机驱动器51驱动第一步进电机11转动第一滚珠丝杠12，第一滚珠丝杠12带动96孔板支架23在x轴上移动，第二步进电机驱动器52驱动第二步进电机21转动第二滚珠丝杠22，第二滚珠丝杠22带动96孔板支架23在y轴上移动，将96孔板30的每个孔依次送到检测点，并进行光谱检测，检测完后会在上位机上显示实时光谱数据图，并保存每个孔的数据。
28.（4）在测量数据部分，蓝光led41发射蓝光经过第一准直镜42被集中光束，透过第一滤光片44产生中心波长为475nm，带宽25nm 的蓝光，照射到96孔板30中的钙离子探针溶液，荧光基团受蓝光激发发生荧光效应，发射出中心波长580nm左右的发射光，经过第二滤光片45将波长小于500nm的杂光过滤后，再透过第二准直镜47集中发光光束，经过标准光纤48被收集到微型光谱仪49里，最后在上位机里显示波形图，并保存其数据。
29.本发明针对钙离子探针做了相应的检测，采用本发明装置可以明显获得钙离子探针筛选的荧光光谱，测得数据如图4所示。
30.可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本技术的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。
技术特征：1.一种单通道高通量全自动钙离子探针筛选装置，其特征在于，包括移动模块，光谱测量模块，控制电路模块和数据采集模块；所述移动模块用于搭载待测钙离子探针筛选溶液的样品孔位实现二维方向精准的移动和定位；所述光谱测量单元用于实现待测钙离子探针筛选样品溶液的荧光光谱测量与采集；所述控制电路模块用于控制led光源的恒流输出、实现二维方向精确的移动和定位；所述数据采集模块用于实现待测钙离子探针溶液的荧光光谱检测与数据的记录和保存。2.根据权利要求1所述的单通道高通量全自动钙离子探针筛选装置，其特征在于，所述移动模块包括x轴移动单元和y轴移动单元，所述x轴移动单元用于实现x轴方向的移动，所述y轴移动单元实现y轴方向的移动。3.根据权利要求2所述的单通道高通量全自动钙离子探针筛选装置，其特征在于，所述x轴移动单元包括第一步进电机（11）、第一滚珠丝杠（12）和第一移动块（13），所述第一步进电机（11）与第一滚珠丝杠（12）连接，所述第一移动块（13）与第一滚珠丝杠（12）螺纹套接，所述第一步进电机（11）转动带动第一滚珠丝杠（20）转动从而带动第一移动块（13）沿x轴方向运动。4.根据权利要求3所述的单通道高通量全自动钙离子探针筛选装置，其特征在于，所述y轴移动单元固定连接在x轴移动单元的第一移动块（13）上，所述y轴移动单元包括第二步进电机（21）、第二滚珠丝杠（22）和96孔板支架（23），所述第二步进电机（21）与第二滚珠丝杠（22）连接，所述96孔板支架（23）与第二滚珠丝杠（22）螺纹套接，所述第二步进电机（21）转动带动第二滚珠丝杠（22）转动从而带动（96）孔板支架（23）沿y轴方向运动；96孔板（30）固定安装在96孔板支架（23）上，所述96孔板（30）承载不同浓度的待测样品。5.根据权利要求1所述的单通道高通量全自动钙离子探针筛选装置，其特征在于，所述光谱测量模块包括蓝光led（41）、第一准直镜（42）、第一法兰盘（43）、第一滤光片（44）、第二滤光片（45）、第二法兰盘（46）、第二准直镜（47）、标准光纤（48）、微型光谱仪（49）、微型光谱仪电源适配器（50）；所述第一法兰盘（43）和第二法兰盘（46）固定连接在法兰盘支架（60）上，所述第一法兰盘（43）的上端连接第一准直镜（42），下端放置第一滤光片（44），所述蓝光led（41）固定在第一准直镜（42）上方；所述第二法兰盘（46）上端连接第二滤光片（45）、下端放置第二准直镜（47）；所述标准光纤（48）一端连接第二准直镜（47）另一端连接微型光谱仪（49），所述微型光谱仪（49）连接微型光谱仪电源适配器（50），微型光谱仪电源适配器（50）为微型光谱仪（49）提供所需电源。6.根据权利要求4所述的单通道高通量全自动钙离子探针筛选装置，其特征在于，所述控制电路模块包括第一步进电机驱动器（51）、第二步进电机驱动器（52）、stm32单片机控制板、led恒流控制板，所述stm32单片机控制板与第一步进电机驱动器（51）、第二步进电机驱动器（52）电连接，所述第一步进电机驱动器（51）、第二步进电机驱动器（52）分别与第一步进电机（11）、第二步进电机（21）电连接，所述stm32单片机控制板用于控制第一步进电机驱动器（51）、第二步进电机驱动器（52）的运行从而控制第一步进电机（11）、第二步进电机（21）的启停, 所述led恒流控制板与蓝光led（41）电连接，用于控制蓝光led（41）的亮灭以及亮度。7.根据权利要求6所述的单通道高通量全自动钙离子探针筛选装置，其特征在于，包括24v电源（31），所述24v电源（31）连接第一步进电机（11）、第二步进电机（21）、蓝光led（41）
和控制电路模块，为第一步进电机（11）、第二步进电机（21）、蓝光led（41）和控制电路模块提供24v电源。8.根据权利要求1所述的单通道高通量全自动钙离子探针筛选装置，其特征在于，所述数据采集模块包括上位机，所述控制电路模块通过数据线与上位机连接，建立数据通信。9.一种利用如权利要求1-8任一项所述的单通道高通量全自动钙离子探针筛选装置进行全自动钙离子探针筛选的方法，其特征在于，包括如下步骤：准备步骤：步骤1：将24v电源（31）以及微型光谱仪电源适配器（50）通上电源后，将控制电路模块的数据线与装有上位机电脑相连接；步骤2：打开上位机，打开与控制电路模块的通讯端口，选择自动扫描模式；步骤3：将待测样品放入96孔板（30）中，然后将96孔板（30）固定在96孔板支架（23）中；光源控制步骤：在上位机上选择蓝光led41亮度，控制电路模块接收到蓝光led（41）亮度指令后，控制蓝光led41亮度，点击开始自动检测；移动步骤：控制电路模块接收到自动检测指令后，控制电路模块将控制信号发送给x轴移动单元，x轴移动单元带动96孔板支架（23）在x轴上移动，控制电路模块将控制信号发送给y轴移动单元，y轴移动单元将96孔板（30）的每个孔依次送到检测点，并进行光谱检测；检测步骤：蓝光led41发射蓝光经过第一准直镜（42）被集中光束，透过第一滤光片（44）产生中心波长为475nm，带宽25nm 的蓝光，照射到96孔板（30）中的钙离子探针溶液，荧光基团受蓝光激发发生荧光效应，发射出中心波长580nm左右的发射光，经过第二滤光片（45）将波长小于500nm的杂光过滤后，再透过第二准直镜（47）集中发光光束，经过标准光纤（48）被收集到微型光谱仪（49）里，最后在上位机里显示波形图，并保存其数据。
技术总结本发明属于钙离子荧光探针检测技术领域，公开了一种单通道高通量全自动钙离子探针筛选装置及方法，包括移动模块，光谱测量模块，控制电路模块和数据采集模块；所述移动模块用于搭载待测钙离子探针筛选溶液的样品孔位实现二维方向精准的移动和定位；所述光谱测量单元用于实现待测钙离子探针筛选样品溶液的荧光光谱测量与采集；所述控制电路模块用于控制LED光源的恒流输出、实现二维方向精确的移动和定位；所述数据采集模块用于实现待测钙离子探针溶液的荧光光谱检测与数据的记录和保存。本发明装置价格低廉，能够全自动扫描、检测、记录、显示数据，极大限度的节约了时间成本和人力成本。力成本。力成本。
技术研发人员：张迪鸣 徐中原 吴越 杨文剑 廖雨恒 张小玉 张云山 郭鑫羽
受保护的技术使用者：之江实验室
技术研发日：2022.07.20
技术公布日：2022/11/1
