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DE69527292T2 - Pseudo-telezentrischer optischer aufbau für ein durchflusszytometrisches analysegerät für blutzellen - Google Patents

Pseudo-telezentrischer optischer aufbau für ein durchflusszytometrisches analysegerät für blutzellen

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Publication number
DE69527292T2
DE69527292T2 DE69527292T DE69527292T DE69527292T2 DE 69527292 T2 DE69527292 T2 DE 69527292T2 DE 69527292 T DE69527292 T DE 69527292T DE 69527292 T DE69527292 T DE 69527292T DE 69527292 T2 DE69527292 T2 DE 69527292T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
detectors
light
lens
group
optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE69527292T
Other languages
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DE69527292D1 (de
Inventor
L. Chupp
N. Mehta
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Abbott Laboratories
Original Assignee
Abbott Laboratories
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US08/482,678 external-priority patent/US5656499A/en
Priority claimed from US08/488,532 external-priority patent/US5631165A/en
Application filed by Abbott Laboratories filed Critical Abbott Laboratories
Application granted granted Critical
Publication of DE69527292D1 publication Critical patent/DE69527292D1/de
Publication of DE69527292T2 publication Critical patent/DE69527292T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung betrifft einen mehrdimensionalen optischen Aufbau. Genauer erläutert, betrifft die Erfindung einen optischen Aufbau eines mehrdimensionalen Systems, das gleichzeitig fünf oder mehrere verschiedene Eigenschaften von Partikeln oder Zellen erfassen kann, wenn der Aufbau an einem durchflusszytometrisches Analysegerät angelegt wird.
  • Partikelanalysen, die allgemein als Durchflusszytometrie bekannt sind, setzen sich daraus zusammen, dass Partikel nacheinander durch einen Abtastbereich einer Durchflusszelle geführt und die Eigenschaften oder Merkmale eines jeden Partikels erfasst werden. Diese besonderen Eigenschaften, die manchmal als Dimensionen bezeichnet werden, sind normalerweise Kombinationen aus mehrwinkligem Streulicht und mehrfarbiger Fluoreszenz.
  • Die Durchflusszytometrie ist ein besonders wichtiges Verfahren zum Analysieren von Blutzellen im Hämatologielabor geworden, wo die Testbelastung eines Patienten eine wichtige Messung darstellt. Dies ist so, weil das Verfahren schnell ist und es ermöglicht, dass fünf- bis zehntausend Zellen pro Sekunde analysiert werden, und weil es statistisch viel genauer ist als das manuelle Mikroskopuntersuchungsverfahren. Es ist für das Hämatologielabor jedoch wichtig, dass der gesamte Ablauf - sowohl die Probenvorbereitung als auch die Analyse - automatisiert wird.
  • Heutzutage besteht eine große Produktanzahl, die eine solche mehrdimensionale Fähigkeit zum Merkmal hat, aber nur wenige automatisieren den gesamten Ablauf. Zwei der bekanntesten dieser Produkte, in denen der gesamte Ablauf der Blutzellanalyse oder Differenzierung voll automatisch ist, sind die von Abbott- Diagnostics hergestellten Analysatoren der Cell-Dyn®-Serien 3000 und 3500. Jedes dieser Geräte misst gleichzeitig vier Dimensionen, die drei Winkel einer Laserlichtstreuung einschließen, und eine vierte Dimension, die depolarisiertes Streulicht ist.
  • Es existiert eine Reihe an Produkten, die mehrere gleichzeitige Dimensionen der Fluoreszenz und der Streuung messen, in denen nur die Analyse automatisch ist. Eines des bekanntesten davon ist das Becton Dickinson FACScan®-Durchfluss-Zytometer. Dieses Gerät ist in der Lage, gleichzeitig eine Dimension von Vorwärtsstreuung, eine Dimension von Seitenstreuung und drei Fluoreszenzfarben zu erfassen.
  • Jedoch ist in keinem dieser mehrdimensionalen Produkte, die mehrere Fluoreszenzfarben und das Lichtstreuung verbinden, der gesamte Ablauf automatisiert. Ein Teil des Grunds dafür liegt in der Komplexität des Aufbaus eines Systems, das stabil genug ist, um die richtige Ausrichtung für viele gleichzeitige Dimensionen aufrechtzuhalten, während es zur selben Zeit die Messintegrität einer jeden Zelle oder eines jeden Partikels im Probenstrom für alle Dimensionen gewährleistet.
  • Unter den Beiträgen aus dem Stand der Technik befindet sich das Auer et al. US-Patent Nr. 4.038.556, das ein zweidimensionales System mit einer Durchflusszelle, einer Laserlicht- Quelle und zwei simultanen Lichtwegen, einem Seitenwinkel- Sammelsystem zum Messen der Zellfluoreszenz und einem Vorwärtswinkelsystem zum Messen der Lichtstreuung beschreibt. Das Patent lehrt, dass sich durch das Plazieren des Vorwärtswinkeldetektors in den hinteren Brennpunkt einer Lichtsammellinse eine wichtige und praktische Vereinfachung der Systemausrichtung ergibt; das präzise Verhältnis des optischen Vorwärtswinkelsystems in Bezug auf die restlichen Elemente des Systems wird stark gelockert. Obwohl der Seitenwinkelstrahlbrennpunkt, der Laserstrahlbrennpunkt und der Durchflussbrennpunkt in den Lehren Auers et al. so errichtet werden müssen, dass sie wechselseitig kollinear sind, ist dies für den Vorwärtswinkelweg nicht nötig. Dies ist so infolge des Aufbaus des Vorwärtswegsystems, das die zweidimensionale Verteilung der Intensität vs. Winkelverteilung in der Durchflusszelle zur Intensität vs. räumliche Verteilung am Detektor umwandelt.
  • Im US-Patent Nr. 4.953.979 beschreibt Hirako ein Seitens winkel-Sammelsystem für die Durchflusszytometrie, das die PMT- Vorderflächen mit der Kondensor-Austrittspupille konjugiert hat, während der Durchflussstrom (der die Partikel oder die Zellen enthält) mit einer externen Blende konjugiert wird, die sich zwischen dem Kondensor und dem PMT befindet. Die externe Blende, die ungewolltes Licht im Hintergrund begrenzt, befindet sich am vorderen Brennpunkt einer zweiten Linse, die funktioniert, um die Kondensor-Austrittspupille auf dem PMT abzubilden. Das Patent lehrt, dass, da sich die Durchflussstellung oder sie Zellstellung innerhalb des Durchflusses ändert, die Wirkung auf den Zellkoeffizienten der Varianz ("C.V. ") die Empfindlichkeitsänderungen des Detektors ausgeschaltet wird.
  • Hirako ignoriert die C.V.-Wirkung der Durchfluss- oder Zellstellungsänderungen innerhalb der Durchflusszelle auf die Winkelintegrität des Streulichts in Bezug auf den Laserstrahl.
  • Ein durchflusszytometrisches optisches System gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2 ist aus US-A-4 690 561 oder US-A-5 135 302 bekannt.
  • Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, die Winkelintegrität des Steulichts in Bezug auf den Laserstrahl sowohl im Vorwärts- als auch Seitenwinkellichtweg beizubehalten.
  • Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, die Stabilität und gleichzeitig die Ausrichtungs- und Nachlauferfordernisse eines mehrdimensionalen Durchflusszytometers zu verbessern.
  • Es ist wiederum eine, andere Aufgabe dieser Erfindung, diese Aufbaumöglichkeit mit einem Mehrelement-Arraydetektor und einem einfachen Laserstrahlübertragungssystem zu kombinieren, um die Strahl- zu Stromnachlauf-Vereinfachung zu gewährleisten, während gleichzeitig die Messintegrität eines jeden Partikels oder einer jeden Zelle unabhängig von der Zellstellung im Durchfluss oder der genauen Durchflussstellung in der Durchflusszelle sichergestellt wird.
  • Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, diese Vorteile in mindestens zwei getrennten Lichtwegen gleichzeitig zu maximieren.
  • Diese und weitere Vorteile werden in Zusammenhang mit der anschließenden detaillierten Beschreibung klarer.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein durchflusszytometrisches optisches System für die gleichzeitige Erfassung mehrerer Eigenschaften von in einem fließenden Medium schwebenden Partikeln, worin das System folgendes umfasst: eine Durchflusszelle, durch die die Partikel im wesentlichen nacheinander dringen, ein optisches System zum Führen des Lichts aus einer Lichtquelle auf die in der Durchflusszelle fließenden Partikel, ein optisches Seitenwinkel-Sammelsystem zum Empfangen des Lichts aus den strömenden Partikeln und zum Führen des Lichts auf einen oder mehrere Detektoren einer ersten Gruppe von Detektoren, und ein Vorwärtswinkel-Sammelsystem zum Empfangen des Lichts aus den strömenden Partikeln und zum Führen des Lichts auf einen oder mehrere Detektoren einer zweiten Gruppe von Detektoren. Das optische Seitenwinkel-Sammelsystem umfasst folgendes: eine Kondensorlinse zum Führen des Lichts in Richtung erste Detektorgruppe, wobei sich eine Austrittspupille der Kondensorlinse an der hinteren Brennpunktebene der Kondensorlinse befindet; wobei sich eine lichtempfindliche Oberfläche von einem oder mehreren Detektoren der ersten Detektorengruppe an konjugierten Punkten der hinteren Brennpunktebene der Kondensorlinse befindet, und zwar derart, dass ein Bild der Austrittspupille an der lichtempfindliche Oberfläche von einem oder mehreren Detektoren der ersten Detektorengruppe positioniert wird. Das optische Vorwärtswinkel-Sammelsystem umfasst eine Sammellinse zum Führen des Lichts in Richtung zweite Detektorengruppe, worin sich die Sammellinsen-Austrittspupille in der hinteren Brennpunktebene der Sammellinse befindet und sich eine lichtempfindliche Oberfläche von einem oder mehreren Detektoren der zweiten Detektorengruppe an der hinteren Brennpunktebene der Sammellinse befindet.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Fig. 1 ist eine schematische Ansicht der optischen Eigenschaften eines einfachen Mikroskops.
  • Fig. 2 ist eine optische Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
  • Die Fig. 3a und 3b sind ein Schema eines Vorwärtsstreuung-Optiksystems einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 4 ist eine äquivalentes Schema mit dünnen Linsen, das die Grundsätze des optischen Seitenwinkel-Sammelsystems der vorliegenden Erfindung darstellt.
    • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Obwohl die geometrische bildliche Darstellung in einem Durchfluss-Zytometersystem nicht dieselbe Bedeutung hat wie in einem Beugungs-beschränkten System wie beispielsweise einem optischen Mikroskop, wird die Leistung eines durchflusszytometrischen Systems am besten mithilfe einer einfachen geometrischen Bilddarstellungsanalyse verstanden werden.
  • In allen richtig entwickelten Systemen gibt es zwei Systemblenden, die funktionieren, um die Strahlenwege durch das System zu begrenzen. An jedem Punkt am Lichtweg bestimmen diese Blenden oder die Abbildungen dieser Blenden die Extremen der Strahlenwege, die im System zugelassen sind. n der klassischen geometrischen Optik kann man auf die eine Blende als "Feld"- Blende und auf die andere als "Pupillen"-Blende Bezug nehmen. Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines einfachen Mikroskops, das dies darstellt. Die Linse in der Fig. 1 ist aufgebaut, um eine Bedingung zu erfüllen, die von den Entwicklern von Mikroskopsystemen als "telezentrischer" Zustand bezeichnet wird. Ein allgemeines Verständnis der Leistung eines "telezentrischen" Aufbaus ist für das Verständnis einiger Schlüsselaspekte dieser Erfindung nützlich.
  • In Fig. 1 befindet sich ein zweidimensionales Objekt, das senkrecht zur Achse 110 der Linse 101 steht, an der Feldblende 100, die am vorderen Brennpunkt der Linse 101 aufgestellt wird. Der Objektpunkt 102 liegt auf der Linsenachse und fällt solchermaßen mit dem vorderen Brennpunkt der Linse 101 zusammen, während der Punkt 105 um einen kleinen Abstand zur Linsenachse 110 seitlich versetzt liegt. Gleichzeitig befindet sich die Linsenaustrittspupille 103 am hinteren Brennpunkt 104 der Linse 101. Das Objekt 100 kann solchermaßen als eine zweidimensionaler Intensitätverteilung vs. linearer Abstand zur Linsenachse ausgedrückt werden. Dieses Objekt wird in eine Intensität- vs. Winkelverteilung umgewandelt, nachdem es durch die Linse 101 tritt. Diese selbe Sichtbarmachung kann in der umgekehrten Richtung verwendet werden. Die Austrittspupille 103 kann als ein in der hinteren Brennpunktebene 103 befindliches Objekt mit einer Intensität- vs. lineare Abstand-Dimensionsverteilung beschrieben werden, das, nachdem es in einer umgekehrter Richtung durch die Linse 101 dringt, in eine Intensität- vs. Winkelverteilung umgewandelt wird.
  • Der einzigartige Aspekt eines telezentrischen Aufbaus liegt darin, dass jeder diskrete Punkt im Feld in ein kollimiertes Strahlenbündel mit einer diskreten Bahn im Raum der Austrittspupille umgewandelt wird. Im Gegesatz dazu wird jeder diskrete Punkt in der Austrittspupille in einen kollimierten Strahlenbündel mit einer diskreter Bahn im Raum des Felds umgewandelt. Solchermaßen befinden sich in der Fig. 1 die Strahlen 106, 107, die vom Feldpunkt 105 divergieren, beim Verlassen der Linse 101 parallel zueinander. Auf ähnliche Weise liegen die Strahlen 108 und 109, die vom Feldpunkt 102 divergieren, beim Verlassen der Linse 101 parallel zueinander, jedoch in einem kleinen Winkel in Bezug auf die parallelen Strahle, die vom Punkt 105 kommen. In der selben Richtung im umgekehrten Weg breiten sich die Strahlen 106 und 107, die leicht vom Pupillenpunkt 111 divergieren, parallel zueinander aus, wenn sie die Linse 101 verlassen.
  • Fig. 2 ist eine optische Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Der Strahl 121 vom Laser 120 wird mithilfe von Spiegeln 122 und 125, Strahlformungslinsen 123 und 124, einer Fokussierlinse 126 und einem Feineinstellungselement 127 auf die Durchflusszelle 128 gerichtet. Die Richtung des Flusses des Probenstroms 129 ist senkrecht zur Ebene der Figur. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht ein optisches Seitenwinkel-Sammelsystem 150 aus einer mehrgliedrigen Kondensorlinse 132, die Streu- und Fluoreszenzlicht aus Partikeln innerhalb des Probenstroms 129 sammelt und dieses Licht 133 auf die Fotovervielfacher-Detektoren 141, 142, 143 und 144 richtet. In der bevorzugten Ausführungsform wiest die Linse 132 eine 9,0 mm Brennweite auf, die mit einer resultierenden numerischen Blende von 1,2 optisch mit der Durchflusszelle verbunden ist. Dichroitische Strahlenteiler 138, 139 und 140 funktionieren, um den Lichtstrahl 137 wie für jeden Detektor geeignet spektral zu trennen. Optische Filter wie beispielsweise durch 147, 148 und 149 dargestellt, werden, wie vom speziellen Testprotokoll benötigt, automatisch eingefügt. Es sollte klar sein, dass die Wege, die mithilfe von dichroitischen Strahlenteilern 138, 139 und 140 gefaltet werden, optisch dem ungefalteten Strahl entsprechen, und um der Verständlichkeit willen wird der Grundsatz des optischen Seitenwinkel-Sammelsystems 150 leichter unter Bezugnahme auf das äquivalenten Schema mit dünnen Linsen aus der Fig. 4 verständlich.
  • In der Fig. 4 werden die mehrgliedrigen Linsen mit der Krümmung, Dicke und dem Luftraum von äquivalenten dünnen Linsen ersetzt, die ein klareres Verständnis der Bildteilungseigenschaften der Erfindung ermöglichen. Die Austrittspupille 151 des Kondensors 132 befindet sich in der hinteren Brennpunktebene des Kondensors 132. Weiterhin ist ein Bild der Austrittspupille 151 mit der nominalen lichtempfindlichen Oberfläche 152 des Detektors 141 konjugiert. Man beachte, dass der Punkt 155 an der lichtempfindlichen Oberfläche 152 des Detektors mit dem Punkt 154 an der Außenkante der Austrittspupille 151 konjugiert ist, und dass die Strahlen, die von der Durchflusszelle ausgestrahlt werden, die durch diese Punkte 156 und 157 gehen, aufgrund der telezentrischen Natur des Aufbaus im Laser/Durchflusszellenraum wechselseitig parallel sind. Diese Kombination gewährleistet, dass alle Strahlen, die an einem gegebenen Punkt am Detektor ankommen, unabhängig davon, wo sich das Partikel innerhalb der Durchflusszelle befindet, einem besonderen Streuwinkel in Bezug auf den Laser entsprechen. Solchermaßen ist der C.V. der Partikel in der Durchflusszelle im wesentlichen unabhängig von der Stellung innerhalb des Stroms, der Stromstellung innerhalb der Durchflusszelle oder der spektralen Empfindlichkeit der lichtempfindlichen Oberfläche.
  • Ein zusätzliches Merkmal des Seitenwinkel-Sammelsystems 150 liegt darin, dass ein Bild des Stroms an der externen Blende 142' aufgestellt wird, die sich sehr nahe an der Feldlinse 145 befindet. Eine ähnliche Blende 146 befindet sich nahe an der Feldlinse 145'. Die Blende 142' funktioniert, um übermäßiges Hintergrundlicht von den Detektoren zu begrenzen; jedoch ist ihre Größe unkritisch, und solchermaßen ist sie dimensioniert, damit sie groß genug ist, um zu verhindern, dass irgendein Probenlicht in den Fällen vignettiert wird, in denen das Durchflussbild an der Blende infolge der Stromwanderung entlang der Strahlenachse 133 des Seitenwinkel-Sammelsystems defokussiert wird. Dieses System löst das gewöhnliche Problem des Bedarfs zur Neuausrichtung des Seitenwinkel-Lichtwegs, wann auch immer ein Durchflusszellen- oder ein Düsenproblem auftritt. Zusätzlich gewährleistet das System immanent die konsistente Winkelintegrität der Streulichtpartikel in Bezug auf die Laserbeleuchtungsquelle.
  • In den Fig. 2 und 4 wird auch das Vorwärtswinkel- Sammelsystem 160 dargestellt. Der Photodioden-Detektor 131 wird in die hintere Brennpunktebene der Linse 130 gesetzt. Fig. 4 stellt wiederum den Grundsatz dar, dass alle Strahlen, die am diskreten Punkt am Detektor ankommen, mit einer besonderen Winkelbahn von der Durchflusszelle ausgestrahlt werden. In der umgekehrten Wegrichtung entsprechen Punkte im Detektorraum den kollimierten Strahlen im Durchflusszellraum. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Detektor 131 ein Arraydetektor, in dem die räumliche Erstreckung eines jeden Arrayelements die Austrittspupille der Vorwärtswinkel-Sammellinse 130 wird.
  • Solange die Linse 130 und der Detektor 131 in Bezug aufeinander richtig ausgerichtet sind, wird solchermaßen ein äußeres Element 134', das einen kreisförmiger Ring mit einem Innendurchmesser von 3,6 mm und einem Außendurchmesser von 12,3 mm ist, nur Streulicht aus der Durchflusszelle mit einem Bereich von Streuwinkeln zwischen 3 und 10º zur Laserachse empfangen. Dieses Signal wird als Zwischenwinkel-Streuung (IAS) bezeichnet. Das innere Element 133' ist rechteckig geformt, um sich der Radialdivergenz des Lasers im Durchflusszellraum anzupassen. In der bevorzugten Ausführungsform sind die Ausmaße des Elements 133' 1,5 mm · 0,4 mm, was der senkrechten Radialdivergenz von 37 mrad und einer horizontalen Divergenz von 9,7 mrad entspricht. Die Gleichung, die das Pupillen-Radialausmaß mit der Winkeldivergenz in Bezug bringt, lautet:
  • Y = F Φ
  • worin Y das Radialausmaß an der Pupille ist und Φ der Streuwinkel in Bezug auf die Laserachse ist.
  • Das innere Element 133' erfasst ein Signal, das allgemein mit der Partikelgröße in Bezug gebracht wird, das als axialer Lichtverlust (ALL) bezeichnet wird. Im ALL-System erfasst der Detektor 133 das Licht nur in einem Einfallskegel der Laserbeleuchtung. Das interessierende Signal ist ein negatives Signal, das vom Dauerzustand des Lasersignals subtrahiert wird.
  • Von Gesichtspunkt der Ausrichtung aus ist diese Anordnung einer Vorwärtswinkel-Sammeloptik gegenüber dem Stand der Technik eine wesentliche Vereinfachung. Das gewöhnliche Erfordernis, dass das Vorwärtswinkelsystem ganz genau mit dem Seitenwinkelsystem, dem Strom und dem Laser kollinear sein muss, ist nicht nötig. Zusätzlich ist die gewöhnliche Strahlblockierung und die entsprechende Einstellung nicht erforderlich, da anstatt des blockierten das Lasersignal verwendet wird. Wenn einmal das richtige Stellungsverhältnis zwischen der Linse 130 und dem Detektor 131 eingestellt wurde, besteht schließlich die Ausrichtung - infolge des hinteren Pupillenaspekts - daraus. den Detektor einfach für ein Signal des maximalen Dauerzustands in Abwesenheit irgendeines Partikels im Abtastbereich einzustellen. Solchermaßen gewährleistet der telezentrische Aspekt dieses Aufbaus in Verbindung mit der Laser-ALL-Messung die absolute Winkelintegrität des Detektors 131, und der lithographische Ablauf errichtet die verhältnismäßige Integrität der Array 134' und 133'.
  • In der Fig. 3 wird der Laser mithilfe des Feineinstellungsmechanismus 127 in eine maximale Koinzidenz mit dem Strom gebracht. Dieser besteht aus einem Paar von Keilprismen, die zwischen der Laserfokussierlinse 126 und der Durchflusszelle 128 befindlich sind. Die Keilprismen werden so aufgestellt, dass eine Änderung im Luftraum seitlich den Laserstrahl in der Durchflusszelle 128 versetzt, ohne dass die Beleuchtungswinkel irgendwie geändert werden. Der Mechanismus ist äußerst einfach zu steuern, damit Mikronstrahlverschiebungen in der Durchflusszelle für die maximale Signalempfindlichkeit angepasst werden. Da die Einstellung eher seitlich als dem Winkel nach erfolgt, bleiben sowohl die Ausrichtung des Vorwärtswinkel-Sammelsystems 160 als auch des Seiten-Streuungssystems 150 unbeeinflusst.
  • Obwohl zur Veranschaulichung der Erfindung bestimmte repräsentative Ausführungsformen und Details gezeigt wurden, können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden, ohne sich vom Schutzumfang der Erfindung, wie in den Ansprüchen definiert, zu lösen.
  • Wenn technische Merkmale in den Ansprüchen mit Bezugszeichen versehen sind, so sind diese Bezugszeichen lediglich zum besseren Verständnis der Ansprüche vorhanden. Dementsprechend stellen solche Bezugszeichen keine Einschränkungen des Schutzumfangs solcher Elemente dar, die nur exemplarisch durch solche Bezugszeichen gekennzeichnet sind.

Claims (13)

1. Ein durchflusszytometrisches optisches System für die gleichzeitige Erfassung mehrerer Eigenschaften von Partikeln, die in einem fließenden Medium suspendiert sind, das folgendes umfasst:
eine Durchflusszelle (128), durch die die Partikel im wesentlichen nacheinander passieren;
ein optisches Lichtführungssystem (122, 123, 124, 125, 126, 127) zum Führen von Licht (121) aus einer Lichtquelle (120) auf die in der Durchflusszelle (128) fließenden Partikel;
ein optisches Seitenwinkel-Sammelsystem (150), das eine Kondensorlinse (132) umfasst, um Licht aus den strömenden Partikeln zu empfangen und um das Licht an einen oder mehrere Detektoren einer ersten Gruppe von Detektoren (141, 142, 143, 144) zu führen;
ein optisches Vorwärtswinkel-Sammelsystem (160), das eine Sammellinse (130) umfasst, um Licht aus den strömenden Partikeln zu empfangen und um das Licht an einen oder mehrere Detektoren einer zweiten Gruppe von Detektoren (131) zu führen;
dadurch gekennzeichnet, dass
im optischen Seitenwinkel-Sammelsystem (150) eine Austrittspupille (151) der Kondensorlinse (132) an der hinteren Brennpunktebene der Kondensorlinse (132) befindlich ist, und dass eine lichtempfindliche Oberfläche (152) von einem oder mehreren Detektoren der ersten Gruppe von Detektoren (141, 142, 143, 144) an konjugierten Punkten der hinteren Brennpunktebene der Kondensorlinse (132) befindlich ist, und zwar derart, dass ein Bild der Austrittspupille (151) an der lichtempfindlichen Oberfläche (152) von einem oder mehreren Detektoren der ersten Gruppe von Detektoren (141, 142, 143, 144) positioniert ist,
und dadurch, dass
im optischen Vorwärtswinkel-Sammelsystem (160) die Austrittspupille der Sammellinse in der hinteren Brennpunktebene der Sammellinse (130) befindlich ist, und dass eine lichtempfindliche Oberfläche von einem oder mehreren Detektoren der zweiten Gruppe von Detektoren (131) an der hinteren Brennpunktebene der Sammellinse (130) befindlich ist.
2. Ein durchflusszytometrisches optisches System für die gleichzeitige Erfassung mehrerer Eigenschaften von Partikeln, die in einem fließenden Medium suspendiert sind, das folgendes umfasst:
eine Durchflusszelle (128), durch die die Partikel passieren;
ein optisches System zum Führen des Lichts (121) aus einer Laserlichtquelle (120) auf die in der Durchflusszelle (128) strömenden Partikel;
ein optisches Seitenwinkel-Sammelsystem (150), das eine Kondensorlinse (132) umfasst, um Licht aus den strömenden Partikeln zu empfangen und um das Licht an einen oder mehrere Detektoren einer ersten Gruppe von Detektoren (141, 142, 143, 144) zu führen;
ein optisches Vorwärtswinkel-Sammelsystem (160), das eine Sammellinse (130) umfasst, um Licht aus den strömenden Partikeln zu empfangen und um das Licht an einen oder mehrere Detektoren einer zweiten Gruppe von Detektoren (131) zu führen;
dadurch gekennzeichnet, dass
im optischen Seitenwinkel-Sammelsystem (150) eine Austrittspupille (151) der Kondensorlinse (132) an der hinteren Brennpunktebene der Kondensorlinse (132) befindlich ist, und dass eine lichtempfindliche Oberfläche (152) von einem oder mehreren Detektoren der ersten Gruppe von Detektoren (141, 142, 143, 144) an konjugierten Punkten der hinteren Brennpunktebene der Kondensorlinse (132) befindlich ist, und zwar derart, dass ein Bild der Austrittspupille (151) an der lichtempfindlichen Oberfläche (152) von einem oder mehreren Detektoren der ersten Gruppe von Detektoren (141, 142, 143, 144) positioniert ist,
und dadurch, dass
im optischen Vorwärtswinkel-Sammelsystem (160) die Austrittspupille der Sammellinse in der hinteren Brennpunktebene der Sammellinse (130) befindlich ist, und dass eine lichtempfindliche Oberfläche von einem oder mehreren Detektoren der zweiten Gruppe von Detektoren (131) an konjugierten Punkten der hinteren Brennpunktebene der Sammellinse (130) befindlich ist, und zwar derart, dass ein Bild der Austrittspupille an der lichtempfindlichen Oberfläche (152) von einem oder mehreren Detektoren der zweiten Gruppe von Detektoren (131) befindlich ist.
3. Das optische System nach Anspruch 1, worin die Lichtquelle (120) ein Laser ist.
4. Das optische System nach den Ansprüchen 1 oder 2, worin die erste Gruppe von Detektoren (141, 142, 143, 144) eine oder mehrere Fotovervielfacherröhren umfasst.
5. Das optische System nach den Ansprüchen 1 oder 2, worin die Kondensorlinse (132) eine mehrgliedrige Linse ist und das von der mehrgliedrigen Kondensorlinse erzeugte Bild virtuell und innerhalb der Linse befindlich ist.
6. Das optische System nach Anspruch 1, worin die zweite Gruppe von Detektoren (131) eine einzige Silizium-Photodiode mit einem Winkelaufnahmebereich des von den Partikeln zerstreuten Lichts umfasst, der durch die linearen Ausmaße der lichtempfindlichen Oberfläche der Photodiode bestimmt wird.
7. Das optische System nach Anspruch 3, worin die zweite Gruppe von Detektoren (131) einen Arraydetektor umfasst, der zwei oder mehrere Elemente umfasst, wobei jedes Element einen Winkelaufnahmebereich des von den Partikeln zerstreuten Lichts definiert, wie er von den radialem, linear eingrenzenden Ausmaßen dieses Elements bestimmt wird.
6. Das optische System nach den Ansprüchen 1 oder 2, worin die Kondensorlinse (132) mindestens ein Bild des Medium-/ Partikelstroms der Durchflusszelle (128) an einer Stelle bildet, die zwischen der Kondensorlinse (132) und der ersten Gruppe von Detektoren (141, 142, 143, 144) befindlich ist.
9. Das optische System nach Anspruch 8, worin das optische Seitenwinkel-Sammelsystem (150) weiterhin mindestens eine jeweilige Blende (142, 146) umfasst, die an mindestens einem Medium-/Partikelstrombild der Durchflusszelle (128) befindlich ist, wobei die Blende (142', 146) das Licht an einen oder mehrere Detektoren der ersten Gruppe von Detektoren (141, 142, 143, 144) begrenzt.
10. Das optische System nach Anspruch 9, worin die Ausmaße der Blende (142, 146) größer sind als die Ausmaße des Medium-/Partikelstroms der Durchflusszelle (128), so dass die Defokussierwirkung des Stroms innerhalb der Durchflusszelle (128) wandert, wobei die Durchflusszellenersetzung oder die Ersetzung des Medium-/Partikelstrom-bildenden Mittels nicht nachteilig das Signal beeinflusst, das an einem Detektor empfangen wird.
11. Das optische System nach Anspruch 10, worin das optische Seitenwinkel-Sammelsystem (150) weiterhin eine Feldlinse (145) umfasst, die nahe bei oder an der Blende (142', 146) befindlich ist, wobei die Feldlinse (145) vorzugsweise eine mehrgliedrige Linse umfasst und an der lichtempfindlichen Oberfläche (152) von mindestens einem Detektor der ersten Gruppe von Detektoren (141, 142, 143, 144) ein Bild der Kondensor-Austrittspupille (151) erzeugt.
12. Das optische System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-11, worin das optische Lichtführungssystem (122, 123, 124, 125, 126, 127) ein Feineinstellungselement (127) umfasst, um eine seitliche Verschiebung des Laserstrahls innerhalb der Durchflusszelle (128) zu ermöglichen, ohne die Bahn des einfallenden Laserstrahls nachteilig zu beeinflussen.
13. Das optische System nach Anspruch 12, worin das Feineinstellungselement (127) ein Paar von Keilprismen umfasst, die von einem einstellbaren Luftraum getrennt werden, wobei das Prismenpaar zwischen einer Laserfokussierlinse (126) und der Durchflusszelle (128) befindlich ist.
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