CN106383082A - 一种流式细胞仪无液路情况的光路调整装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种流式细胞仪无液路情况的光路调整装置，所述装置包括：照射光源、照射光斑整形光路、标准微球旋转装置、非前向散射光光束整形光路、非前向散射光检测电路、前向散射光及荧光光束整形光路、前向散射光检测电路、多色荧光分光光路及多通道荧光检测电路，其中，所述照射光源为荧光激发提供激励光源；所述照射光斑整形光路用于将光源光束压缩为一定尺寸的照明光斑；所述标准微球旋转装置用于使装载有标准微球的圆盘发生旋转从而模拟单个细胞逐一经过照射光斑；所述非前向散射光光束整形光路用于对一定范围内的非前向散射光光束进行聚焦；所述非前向散射光检测电路用于对非前向散射光进行光电转换并对产生的电脉冲信号实现参数提取。
Description
技术领域
本发明涉及流式细胞仪的光路调整及微球测量领域，特别是一种无液路情况的光路调整装置及方法。
背景技术
在流式细胞仪光路调整系统中，包括照射光斑的调整和激发光信号的分光收集。由于流式细胞仪中微球的检测区域位于照射光斑和液流方向的交点处，并且液路系统的不稳定会造成微球进入检测区域的相对位置存在差异，从而引起微球在检测区域中的照射激发程度不相同，造成前向散射光、非前向散射光以及各通道荧光信号强度差异性大。后续检测电路得到脉冲参数信息不准确。现有的光学调整系统完全依赖于高精度的液路控制系统，独立性差。液路控制系统异常复杂繁琐，并且控制精度及层流效果的验证方法并无标准指标。
因此，需要一种能有效解决上述问题的流式细胞仪在无液路情况的光路调整装置和方法。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种流式细胞仪无液路情况的光路调整装置，其特征在于，所述装置包括：照射光源、照射光斑整形光路、标准微球旋转装置、非前向散射光光束整形光路、非前向散射光检测电路、前向散射光及荧光光束整形光路、前向散射光检测电路、多色荧光分光光路及多通道荧光检测电路，其中，
所述照射光源为荧光激发提供激励光源；
所述照射光斑整形光路用于将光源光束压缩为一定尺寸的照明光斑；
所述标准微球旋转装置用于使装载有标准微球的圆盘发生旋转从而模拟单个细胞逐一经过照射光斑；
所述非前向散射光光束整形光路用于对一定范围内的非前向散射光光束进行聚焦；
所述非前向散射光检测电路用于对非前向散射光进行光电转换并对产生的电脉冲信号实现参数提取；
所述前向散射光及荧光光束整形光路用于对一定范围内的前向散射光及荧光光束进行聚焦；
所述前向散射光检测电路用于对前向散射光进行光电转换并对产生的电脉冲信号实现参数提取；
所述多色荧光分光光路用于将各波长范围的荧光信号进行分离并传输到相应的检测电路，该多通道荧光检测电路用于对各通道荧光信号进行光电转换并对产生的电脉冲信号实现参数提取。
优选地，采用一定功率及波长的激光器作为照射光源，并通过照射光斑整形光路对激光器发射光束进行压缩整形，该照射光斑整形光路根据标准微球旋转装置中微球运动方向实现两个正交方向的光斑尺寸压缩，同时通过调整光斑整形光路使运动微球在光斑焦点处进行照射。
优选地，该标准微球旋转装置包括一个装载有标准微球的转盘、一个转盘驱动装置及一个电机运动控制电路，该装载有标准微球的转盘通过转盘驱动装置与电机运动控制电路相连，通过调整电机转速实现对转盘转速的控制，从而改变微球被光斑照射时间及相邻微球被照射的时间间隔。
优选地，装载有标准微球的转盘由底层及顶层两部分组成，其中一层中有用于放置标准微球的凹坑，通过顶层与底层的粘合将标准微球密封在凹坑中防止微球在旋转过程中脱落。该装载有标准微球的转盘旋转过程中标准微球逐一通过照射光斑区域形成侧向散射光、前向散射光及各色荧光信号。
优选地，该非前向散射光光束整形光路放置于非前向散射角检测区域，对一定角度范围内的非前向散射光进行聚焦整形，并将整形后的光束传输到非前向散射光检测电路。该非前向散射光检测电路实现非前向散射光信号的光电转换及电脉冲信号的调理处理，并实现对表征微球特性的电脉冲参数进行提取。
优选地，该前向散射光及荧光光束整形光路放置于照射光束方向，对一定角度范围内的前向散射光及多通道荧光光束进行聚焦整形，并将整形后的光束传输到前向散射光检测电路及多色荧光分光光路。该前向散射光检测电路实现对前向散射光信号的光电转换及电脉冲信号的调理处理，并实现对表征微球特性的电脉冲参数进行提取。
优选地，该多色荧光分光光路通过一系列光学装置对多通道荧光信号进行分离，并将分离后的各色荧光光束传输到相应的多通道荧光检测电路。该多通道荧光检测电路实现对荧光信号的光电转换及电脉冲信号的调理处理，并实现对表征微球特性的电脉冲参数进行提取。
根据本发明的另一方面，提供了一种流式细胞仪无液路情况的光路调整方法，包括步骤：
照射光斑整形光路对照射光源产生的光束进行压缩等处理，得到一定尺寸的照射光斑，并调整光斑焦距使微球从焦点处经过；
标准微球旋转装置调整微球的运动速度，改变微球检测频率及微球照射时间，从而改变相应光脉冲及电脉冲频率及持续时间；
非前向散射光光束整形光路对非前向散射光进行整形等处理，调整光路焦距使非前向散射光检测电路中的探测器处于焦点位置；
非前向散射光检测电路实现对非前向散射光的光电转换、电脉冲调理、模/数转换及参数提取等处理，识别电脉冲的起始点和结束点；
前向散射光及荧光光束整形光路对前向散射光及荧光光束进行整形等处理，并将聚焦后的光束传输到多色荧光分光光路；
多色荧光分光光路根据波长信息将前向散射光及各通道荧光光束进行分光处理，并将分光后的光束传输到前向散射光检测电路及相应的多通道荧光检测电路；
前向散射光检测电路实现对前向散射光的光电转换、电脉冲调理、模/数转换及参数提取等处理，识别电脉冲的起始点和结束点；
多通道荧光检测电路实现对各荧光的光电转换、电脉冲调理、模/数转换及参数提取等处理，识别电脉冲的起始点和结束点。
应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。
附图说明
参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：
图1为本发明流式细胞仪无液路情况的光路调整装置的实施方式示意图；
图2为本发明的流式细胞仪组成连接示意图。
图3a-3c为图2所示照射光源及照射光斑整形光路的一种示例性结构示意图。其中图3a示出了照射光源发出的激光在经过整形透镜后光斑的形状变化。图3b-3c为图3a所示整形后照射光斑光强分布示意图。
图4a-4b示出了标准微球旋转装置及标准微球的一个实施示意图。
图5示出了示意性的非前向散射光光束整形光路的一个具体光路实施例结构图。
图6示出了非前向散射光检测电路的具体电路模块图。
图7示出了前向散射光检测电路的具体电路模块图。
图8示出了示意性的多色荧光分光光路的具体光路实施例结构图。
图9示出了另一示意性的多色荧光分光光路的具体光路实施例结构图。
图10示出了多通道荧光检测电路的一个具体电路模块图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。
通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。
针对本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
本发明提供了一种流式细胞仪无液路情况的光路调整装置，图1为本发明流式细胞仪无液路情况的光路调整装置的系统框图示意图，如图1所示，所述装置包括：照射光源101、照射光斑整形光路102、标准微球旋转装置103、非前向散射光光束整形光路104、非前向散射光检测电路105、前向散射光及荧光光束整形光路106、前向散射光检测电路107、多色荧光分光光路108及多通道荧光检测电路109，其中，
所述照射光源101为荧光激发提供激励光源；
所述照射光斑整形光路102用于将光源光束压缩为一定尺寸的照明光斑；
所述标准微球旋转装置103用于使装载有标准微球的圆盘发生旋转从而模拟单个细胞逐一经过照射光斑；
所述非前向散射光光束整形光路104用于对一定范围内的非前向散射光光束进行聚焦；
所述非前向散射光检测电路105用于对非前向散射光进行光电转换并对产生的电脉冲信号实现参数提取；
所述前向散射光及荧光光束整形光路106用于对一定范围内的前向散射光及荧光光束进行聚焦；
所述前向散射光检测电路107用于对前向散射光进行光电转换并对产生的电脉冲信号实现参数提取；
所述多色荧光分光光路108用于将各波长范围的荧光信号进行分离并传输到相应的检测电路；
所述多通道荧光检测电路109用于对各通道荧光信号进行光电转换并对产生的电脉冲信号实现参数提取。
图2为本发明流式细胞仪无液路情况的光路调整装置的一个较佳实施方式示意图。其中示意性地示出了照射光源101、标准微球旋转装置103、非前向散射光光束整形光路104和前向散射光及荧光光束整形光路106几个部分。
优选地，采用一定功率及波长的激光器作为照射光源101，并通过照射光斑整形光路102对激光器发射光束进行压缩整形，该照射光斑整形光路102根据标准微球旋转装置103中微球运动方向实现两个正交方向的光斑尺寸压缩，同时通过照射光斑整形光路102使运动微球在光斑焦点处进行照射。图3a-3c为图2所示照射光源及照射光斑整形光路的一种示例性结构示意图。其中图3a示出了照射光源101发出的激光在经过整形透镜后光斑的形状变化。图3b-3c为图3a所示整形后照射光斑光强分布示意图。
优选地，图4a-4b示出了标准微球旋转装置103及标准微球的一个实施示意图。该标准微球旋转装置103包括一个装载有标准微球的转盘、一个转盘驱动装置及一个电机运动控制电路，该装载有标准微球的转盘通过转盘驱动装置与电机运动控制电路相连，通过调整电机转速实现对转盘转速的控制，从而改变微球被光斑照射时间及相邻微球被照射的时间间隔。
优选地，装载有标准微球的转盘由底层及顶层两部分组成，其中一层中有用于放置标准微球的凹坑，通过顶层与底层的粘合将标准微球密封在凹坑中防止微球在旋转过程中脱落。该装载有标准微球的转盘旋转过程中标准微球逐一通过照射光斑区域形成侧向散射光、前向散射光及各色荧光信号。
图5示出了示意性的非前向散射光光束整形光路104的一个具体光路实施例结构图。优选地，该非前向散射光光束整形光路放置于非前向散射角检测区域，对一定角度范围内的非前向散射光进行聚焦整形，如图5所示，通过收集透镜收集非前向散射光，然后经过阻挡滤光片的过滤后，再通过聚焦透镜，将整形后的光束传输到非前向散射光检测电路105。
非前向散射光检测电路105实现非前向散射光信号的光电转换及电脉冲信号的调理处理，并实现对表征微球特性的电脉冲参数进行提取。图6示出了非前向散射光检测电路105的具体电路模块图。如图6所示，非前向散射光检测电路105包括传感器，用于将收集的光信号转换成电信号，对传感器输出的电脉冲信号进行放大、滤波等处理，并将调理后的电脉冲信号传输到后续的模数转换模块以转换成数字信号，再输入到电脉冲参数提取模块用于提取所需的电信号参数。
优选地，该前向散射光及荧光光束整形光路106放置于照射光束方向，对一定角度范围内的前向散射光及多通道荧光光束进行聚焦整形，传输到前向散射光检测电路107。该前向散射光检测电路107实现对前向散射光信号的光电转换及电脉冲信号的调理处理，并实现对表征微球特性的电脉冲参数进行提取。
图7示出了前向散射光检测电路107的具体电路模块图。如图7所示，前向散射光检测电路107包括传感器，用于将收集的光信号转换成电信号，对传感器输出的电脉冲信号进行放大、滤波等处理，并将调理后的电脉冲信号传输到后续的模数转换模块以转换成数字信号，再输入到电脉冲参数提取模块用于提取所需的电信号参数。
图8和图9分别示出了示意性的多色荧光分光光路108的具体光路实施例结构图。如图8和图9所示，通过收集透镜收集前向散射光，然后经过多个二向色性分光镜进行分光，经带通滤光片滤光后，通过多个光电倍增管(PMT1-6)进行信号倍增收集。优选地，该多色荧光分光光路108通过一系列光学装置对多通道荧光信号进行分离，并将分离后的各色荧光光束传输到相应的多通道荧光检测电路109。
该多通道荧光检测电路109实现对荧光信号的光电转换及电脉冲信号的调理处理，并实现对表征微球特性的电脉冲参数进行提取。图10示出了多通道荧光检测电路109的一个具体电路模块图。如图10所示，多通道荧光检测电路109包括多路荧光检测电路，每一路包括传感器，用于将收集的光信号转换成电信号，对传感器输出的电脉冲信号进行放大、滤波等处理，并将调理后的电脉冲信号传输到后续的模数转换模块以转换成数字信号，再输入到电脉冲参数提取模块用于提取所需的电信号参数。
本发明的另一方面，提供了一种流式细胞仪无液路情况的光路调整方法，包括步骤：
照射光斑整形光路102对照射光源101产生的光束进行压缩等处理，得到一定尺寸的照射光斑，并调整光斑焦距使微球从焦点处经过；
标准微球旋转装置调整微球的运动速度，改变微球检测频率及微球照射时间，从而改变相应光脉冲及电脉冲频率及持续时间；
非前向散射光光束整形光路对非前向散射光进行整形等处理，调整光路焦距使非前向散射光检测电路中的探测器处于焦点位置；
非前向散射光检测电路实现对非前向散射光的光电转换、电脉冲调理、模/数转换及参数提取等处理，识别电脉冲的起始点和结束点；
前向散射光及荧光光束整形光路对前向散射光及荧光光束进行整形等处理，并将聚焦后的光束传输到多色荧光分光光路；
多色荧光分光光路根据波长信息将前向散射光及各通道荧光光束进行分光处理，并将分光后的光束传输到前向散射光检测电路及相应的多通道荧光检测电路；
前向散射光检测电路实现对前向散射光的光电转换、电脉冲调理、模/数转换及参数提取等处理，识别电脉冲的起始点和结束点；
多通道荧光检测电路实现对各荧光的光电转换、电脉冲调理、模/数转换及参数提取等处理，识别电脉冲的起始点和结束点。
结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。
Claims (8)
1.一种流式细胞仪无液路情况的光路调整装置，其特征在于，所述装置包括：照射光源、照射光斑整形光路、标准微球旋转装置、非前向散射光光束整形光路、非前向散射光检测电路、前向散射光及荧光光束整形光路、前向散射光检测电路、多色荧光分光光路及多通道荧光检测电路，其中，
所述照射光源为荧光激发提供激励光源；
所述照射光斑整形光路用于将光源光束压缩为一定尺寸的照明光斑；
所述标准微球旋转装置用于使装载有标准微球的圆盘发生旋转从而模拟单个细胞逐一经过照射光斑；
所述非前向散射光光束整形光路用于对一定范围内的非前向散射光光束进行聚焦；
所述非前向散射光检测电路用于对非前向散射光进行光电转换并对产生的电脉冲信号实现参数提取；
所述前向散射光及荧光光束整形光路用于对一定范围内的前向散射光及荧光光束进行聚焦；
所述前向散射光检测电路用于对前向散射光进行光电转换并对产生的电脉冲信号实现参数提取；
所述多色荧光分光光路用于将各波长范围的荧光信号进行分离并传输到相应的检测电路，该多通道荧光检测电路用于对各通道荧光信号进行光电转换并对产生的电脉冲信号实现参数提取。
2.根据权利要求1所述的光路调整装置，其特征在于：采用一定功率及波长的激光器作为照射光源，并通过照射光斑整形光路对激光器发射光束进行压缩整形，该照射光斑整形光路根据标准微球旋转装置中微球运动方向实现两个正交方向的光斑尺寸压缩，同时通过调整光斑整形光路使运动微球在光斑焦点处进行照射。
3.根据权利要求2所述的光路调整装置，其特征在于：该标准微球旋转装置包括一个装载有标准微球的转盘、一个转盘驱动装置及一个电机运动控制电路，该装载有标准微球的转盘通过转盘驱动装置与电机运动控制电路相连，通过调整电机转速实现对转盘转速的控制，从而改变微球被光斑照射时间及相邻微球被照射的时间间隔。
4.根据权利要求3所述的光路调整装置，其特征在于：装载有标准微球的转盘由底层及顶层两部分组成，其中一层中有用于放置标准微球的凹坑，通过顶层与底层的粘合将标准微球密封在凹坑中防止微球在旋转过程中脱落。该装载有标准微球的转盘旋转过程中标准微球逐一通过照射光斑区域形成侧向散射光、前向散射光及各色荧光信号。
5.根据权利要求4所述的光路调整装置，其特征在于：该非前向散射光光束整形光路放置于非前向散射角检测区域，对一定角度范围内的非前向散射光进行聚焦整形，并将整形后的光束传输到非前向散射光检测电路。该非前向散射光检测电路实现非前向散射光信号的光电转换及电脉冲信号的调理处理，并实现对表征微球特性的电脉冲参数进行提取。
6.根据权利要求4所述的光路调整装置，其特征在于：该前向散射光及荧光光束整形光路放置于照射光束方向，对一定角度范围内的前向散射光及多通道荧光光束进行聚焦整形，并将整形后的光束传输到前向散射光检测电路及多色荧光分光光路。该前向散射光检测电路实现对前向散射光信号的光电转换及电脉冲信号的调理处理，并实现对表征微球特性的电脉冲参数进行提取。
7.根据权利要求6所述的光路调整装置，其特征在于：该多色荧光分光光路通过一系列光学装置对多通道荧光信号进行分离，并将分离后的各色荧光光束传输到相应的多通道荧光检测电路。该多通道荧光检测电路实现对荧光信号的光电转换及电脉冲信号的调理处理，并实现对表征微球特性的电脉冲参数进行提取。
8.一种流式细胞仪无液路情况的光路调整方法，包括步骤：
照射光斑整形光路对照射光源产生的光束进行压缩等处理，得到一定尺寸的照射光斑，并调整光斑焦距使微球从焦点处经过；
标准微球旋转装置调整微球的运动速度，改变微球检测频率及微球照射时间，从而改变相应光脉冲及电脉冲频率及持续时间；
非前向散射光光束整形光路对非前向散射光进行整形等处理，调整光路焦距使非前向散射光检测电路中的探测器处于焦点位置；
非前向散射光检测电路实现对非前向散射光的光电转换、电脉冲调理、模/数转换及参数提取等处理，识别电脉冲的起始点和结束点；
前向散射光及荧光光束整形光路对前向散射光及荧光光束进行整形等处理，并将聚焦后的光束传输到多色荧光分光光路；
多色荧光分光光路根据波长信息将前向散射光及各通道荧光光束进行分光处理，并将分光后的光束传输到前向散射光检测电路及相应的多通道荧光检测电路；
前向散射光检测电路实现对前向散射光的光电转换、电脉冲调理、模/数转换及参数提取等处理，识别电脉冲的起始点和结束点；
多通道荧光检测电路实现对各荧光的光电转换、电脉冲调理、模/数转换及参数提取等处理，识别电脉冲的起始点和结束点。
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