CN103364327B - 波长并行的流式细胞测量仪和测量方法 - Google Patents

Abstract

一种波长并行的流式细胞测量仪，包括：鞘流系统，光源和偏振光起偏系统，其获得偏振态不同的n束入射偏振光，集光器使所述n束入射偏振光合成一束光在同一个位置照射穿过流经所述测量通道的样本流；分光器将经测量通道后的光束分为n束出射偏振光；n个滤波单元使每束出射偏振光中对应于起偏之前的波长的光通过；n组检偏单元分别包括n个不同的偏振器，测出每束出射偏振光的n个偏振分量；光电转换器将经检偏获得的n×n个偏振分量转换为相应的电信号；采集和处理单元采集和处理所述电信号以生成n×n个矩阵元，其中n≥2。在此还提供一种流式细胞测量方法。通过该流式细胞测量仪及方法，能够获取丰富和准确的微观结构检测信息。

Description

波长并行的流式细胞测量仪和测量方法

技术领域

本发明涉及流式细胞技术，特别是涉及一种波长并行的流式细胞测量仪和测量方法。

背景技术

流式细胞技术又称鞘流技术，是利用流体动力学原理产生鞘流，并控制鞘流中心位置的样本流直径和流速，使悬浮在样本液中的细胞沿样本流中心线排成队列，依次通过激光探测区域。流式细胞仪是一类基于鞘流技术的自动化细胞分析与分选仪器，它利用细胞的散射光和荧光光强，可以获得通过探测区域的单个细胞的大小、形态、内部结构和特定化学成分信息，并据此对细胞进行识别、分类计数或筛选。流式细胞仪已经在在生物和医学的很多领域得到应用。采用流式细胞技术对微生物进行逐个检测快速分类已经成为微生物研究的有力工具。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种波长并行的流式细胞测量仪和测量方法，可获取更为丰富且更准确的微观结构检测信息。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种波长并行的流式细胞测量仪,包括：

鞘流系统，用于使样本液中的细胞沿排成队列通过测量通道；

光源和偏振光起偏系统，所述偏振光起偏系统包括：

n个不同的偏振器，每个偏振器各自对波长不同的n束光中的不同束进行起偏，以获得偏振态不同的n束入射偏振光，

集光器，使所述n束入射偏振光合成一束光在同一个位置照射穿过流经所述测量通道的样本流；

偏振光检偏系统，所述偏振光检偏系统包括：

分光器，将经测量通道后的光束分为n束出射偏振光；

n个滤波单元，使每束出射偏振光中对应于起偏之前的波长的光通过；

n组检偏单元，每组检偏单元分别包括n个不同的偏振器，各组检偏单元分别用于接收经不同滤波单元的出射偏振光，每束出射偏振光经分光器分光后由对应组检偏单元的n个不同的偏振器进行检偏，分别测出每束出射偏振光的n个偏振分量；

光电转换器，用于将经检偏获得的n*n个偏振分量转换为相应的电信号；

采集和处理单元，用于采集和处理所述电信号以生成对应于所述n*n个偏振分量的n*n个矩阵元；

其中n≥2。

优选地，其中n为4，通过获得4*4个矩阵元，构成4*4的穆勒矩阵。

优选地，包括设置在所述偏振光检偏系统之前用于去除荧光的影响的滤波片。

优选地，所述偏振光起偏系统还包括在每个偏振器之前的滤波单元，用于获得所述波长不同的n束光。

一种流式细胞测量方法,包括：

使样本液中的细胞沿排成队列通过鞘流系统的测量通道；

使用n个不同的偏振器，每个偏振器各自对波长不同的n束光中的不同束进行起偏，以获得偏振态不同的n束入射偏振光；

集光器使所述n束入射偏振光合成一束光在同一个位置照射穿过流经所述测量通道的样本流；

分光器将经测量通道后的光束分为n束出射偏振光；

n个滤波单元使每束出射偏振光中对应于起偏之前的波长的光通过；

n组检偏单元每组检偏单元分别包括n个不同的偏振器，各组检偏单元分别用于接收经不同滤波单元的出射偏振光，每束出射偏振光经对应组检偏单元的n个不同的偏振器进行检偏，分别测出每束出射偏振光的n个偏振分量；

光电转换器将经检偏获得的n*n个偏振分量转换为相应的电信号；

采集和处理单元采集和处理所述电信号以生成对应于所述n*n个偏振分量的n*n个矩阵元；

其中n≥2。

优选地，其中n为4，通过获得4*4个矩阵元，构成4*4的穆勒矩阵。

优选地，在所述偏振光检偏系统之前用滤波片去除荧光的影响。

优选地，在每个偏振器之前用滤波单元获得所述波长不同的n束光。

本发明的有益技术效果：

通过在流式细胞测量仪中设立偏振光起偏系统和偏振光检偏系统，本发明对通过检测区的单个微生物进行偏振光散射后检偏，将经检偏获得的n*n个偏振分量转换为相应的电信号并最终生成对应于n*n个偏振分量的n*n个矩阵元，相比传统的方案，本发明能够有效地获取到关于被测样品的更为丰富也更为准确的微观结构信息。

附图说明

图1为本发明流式细胞测量仪的结构示意图；

图2为本发明流式细胞测量仪一种具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

参阅图1，在一些实施例里，流式细胞测量仪,包括鞘流系统、光源、偏振光起偏系统、偏振光检偏系统、光电转换器以及采集和处理单元。其中，鞘流系统用于使样本液中的细胞沿排成队列通过测量通道；所述偏振光起偏系统用于对来自光源的n束光以不同的偏振器进行起偏，以获得偏振态不同的n束入射偏振光，所述n束入射偏振光照射并穿过流经所述测量通道的样本流；偏振光检偏系统用于接收所述n束入射偏振光被细胞散射后的n束出射偏振光，并对每束出射偏振光用n个不同的偏振器进行检偏，分别测出每束出射偏振光的n个偏振分量；光电转换器用于将经检偏获得的n*n个偏振分量转换为相应的电信号；采集和处理单元用于采集和处理所述电信号以生成对应于所述n*n个偏振分量的n*n个矩阵元。

参阅图2，其中，其中，所述偏振光起偏系统包括n个不同的偏振器以及集光器。n个不同的偏振器中每个偏振器各自对波长不同的n束光中的不同束进行起偏，以获得偏振态不同的n束入射偏振光。集光器使所述n束入射偏振光合成一束光在同一个位置照射穿过流经所述测量通道的样本流。所述偏振光检偏系统包括分光器、n个滤波单元和n组检偏单元。分光器将经测量通道后的光束分为n束出射偏振光；n个滤波单元使每束出射偏振光中对应于起偏之前的波长的光通过；n组检偏单元中，每组检偏单元分别包括n个不同的偏振器，各组检偏单元分别用于接收经不同滤波单元的出射偏振光，每束出射偏振光经分光器分光后由对应组检偏单元的n个不同的偏振器进行检偏，分别测出每束出射偏振光的n个偏振分量。

其中n≥2，优选地，n为4，此时可获得4*4个矩阵元，从而构成4*4的穆勒矩阵。

在优选的实施例里，所述流式细胞测量仪还包括设置在所述偏振光检偏系统之前用于去除荧光干扰的滤波片。

另一些实施例是关于一种流式细胞测量方法,包括以下步骤：

步骤S1、使样本液中的细胞沿排成队列通过鞘流系统的测量通道；

步骤S2、使用n个不同的偏振器，每个偏振器各自对波长不同的n束光中的不同束进行起偏，以获得偏振态不同的n束入射偏振光；

步骤S3、集光器使所述n束入射偏振光合成一束光在同一个位置照射穿过流经所述测量通道的样本流；

步骤S4、分光器将经测量通道后的光束分为n束出射偏振光；

步骤S5、n个滤波单元使每束出射偏振光中对应于起偏之前的波长的光通过；

步骤S6、n组检偏单元每组检偏单元分别包括n个不同的偏振器，各组检偏单元分别用于接收经不同滤波单元的出射偏振光，每束出射偏振光经对应组检偏单元的n个不同的偏振器进行检偏，分别测出每束出射偏振光的n个偏振分量；

步骤S7、光电转换器将经检偏获得的n*n个偏振分量转换为相应的电信号；

步骤S8、采集和处理单元采集和处理所述电信号以生成对应于所述n*n个偏振分量的n*n个矩阵元；

其中n≥2。

优选地，其中n为4，通过获得4*4个矩阵元，构成4*4的穆勒矩阵。

优选地，在光束通过所述偏振光检偏系统之前用滤波片去除荧光的干扰。

本发明实施例里，利用鞘流系统把微生物细胞排列成队，然后对通过检测区的单个微生物进行偏振光散射。

在优选的实施例里，对于偏振光散射测量通道，光源发出的光经过分束，分别通过四个不同偏振器起偏，获得四个不同偏振态。本领域技术人员容易理解，起偏的四个偏振态和检偏的四个偏振态可以根据实际测量需要适当选取。

具体来说，每束入射偏振光照射鞘流系统中的样本流并被单个微生物散射后，以α角散射并被四个不同的偏振器检偏，分别测出对应每一束入射光散射后的四个偏振分量，然后分别被四个光电转换器接收转化成电信号；16路信号分别经过可经放大等处理，被数据采集卡采集；计算机的处理器对16个对应不同入射和散射偏振态的电信号数据进行处理，例如矩阵变换等方法，可获得16个穆勒矩阵元，其作为分析被测细胞各项特征的丰富和有用的信息，可予以存贮和显示，还可以根据检测需要对矩阵元进行组合、处理，获得更丰富的检测信息和检测结果。

当然也可以采用非4*4的矩阵。比如只关心线偏振部分，可以只采用3路起偏和3路检偏。

以下以4路起偏和4路检偏为例，通过更具体的实施例进行说明。

如图2所示，在本实施例里，所述偏振光起偏系统包括4个不同的偏振器P1、P2、P3、P4和集光器WS1，每个偏振器各自对不同波长的光束起偏，以获得偏振态不同的4束入射偏振光，集光器WS1使所述4束入射偏振光合成一束光在同一个位置照射穿过流经所述测量通道的样本流。偏振光检偏那一侧包括分光器WS2、4个滤波单元F1、F2、F3、F4和4组检偏和转换单元D1、D2、D3、D4，分光器WS2将经测量通道后的光束分为4束出射偏振光，滤波单元F1、F2、F3、F4使每束出射偏振光中对应于起偏之前的波长的光通过，每组检偏和转换单元分别包括4个不同的偏振器Ai1、Ai2、Ai3、Ai4（i=1～4），各组检偏和转换单元分别用于接收经不同滤波单元F1、F2、F3、F4的出射偏振光，每束出射偏振光经分光器WSout,i（i=1～4）分为4束，分别由对应组检偏和转换单元的4个不同的偏振器Ai1、Ai2、Ai3、Ai4（i=1～4）进行检偏，分别测出每束出射偏振光的4个偏振分量，再经光电探测模块PDi1、PDi2、PDi3、PDi4（i=1～4），通过光电探测模块中的光电倍增管、脉冲放大器及积分放大电路等处理，获得电信号。然后，经模数转换器ADC转换，再送到计算机进行处理，最终获得16个穆勒矩阵元。

波长不同的4束光可以直接由不同光源提供。另一实施例里，所述偏振光起偏系统还包括在每个偏振器之前的滤波单元，以从同一光源获得所述波长不同的4束光。

根据波长并行方案，是将不同偏振态入射光用不同波长并行照射在鞘流系统中样本流的同一位置，散射光一分为四后，再分别通过四个不同检偏器后被光电转换器接收，最终获得每一波长的散射光偏振态四个分量。

波长并行方案下，细胞对不同入射波长的散射响应可能是不同的，这可能会引入误差。优选地，采用临近波长的光，波长之间的间隔小，可消除或者减小这种误差。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种波长并行的流式细胞测量仪,其特征在于,包括：

鞘流系统，用于使样本液中的细胞沿排成队列通过测量通道；

光源和偏振光起偏系统，所述偏振光起偏系统包括：

n个不同的偏振器，每个偏振器各自对波长不同的n束光中的不同束进行起偏，以获得偏振态不同的n束入射偏振光，

集光器，使所述n束入射偏振光合成一束光在同一个位置并行照射穿过流经所述测量通道的样本流；

偏振光检偏系统，所述偏振光检偏系统包括：

分光器，将经测量通道后的光束分为n束出射偏振光；

n个滤波单元，使每束出射偏振光中对应于起偏之前的波长的光通过；

n组检偏单元，每组检偏单元分别包括n个不同的偏振器，各组检偏单元分别用于接收经不同滤波单元的并行出射偏振光，每束出射偏振光经分光器分光后由对应组检偏单元的n个不同的偏振器进行检偏，分别测出每束出射偏振光的n个偏振分量；

光电转换器，用于将经检偏获得的n*n个偏振分量转换为相应的电信号；

采集和处理单元，用于采集和处理所述电信号以生成对应于所述n*n个偏振分量的n*n个矩阵元；

其中n≥2。

2.如权利要求1所述的流式细胞测量仪,其特征在于,其中n为4，通过获得4*4个矩阵元，构成4*4的穆勒矩阵。

3.如权利要求1所述的流式细胞测量仪,其特征在于,包括设置在所述偏振光检偏系统之前用于去除荧光的影响的滤波片。

4.如权利要求1至3任一项所述的流式细胞测量仪,其特征在于,

所述偏振光起偏系统还包括在每个偏振器之前的滤波单元，用于获得所述波长不同的n束光。

5.一种流式细胞测量方法,其特征在于,包括：

使样本液中的细胞沿排成队列通过鞘流系统的测量通道；

使用n个不同的偏振器，每个偏振器各自对波长不同的n束光中的不同束进行起偏，以获得偏振态不同的n束入射偏振光；

集光器使所述n束入射偏振光合成一束光在同一个位置并行照射穿过流经所述测量通道的样本流；

分光器将经测量通道后的光束分为n束出射偏振光；

n个滤波单元使每束出射偏振光中对应于起偏之前的波长的光通过；

n组检偏单元每组检偏单元分别包括n个不同的偏振器，各组检偏单元分别用于接收经不同滤波单元的并行出射偏振光，每束出射偏振光经对应组检偏单元的n个不同的偏振器进行检偏，分别测出每束出射偏振光的n个偏振分量；

光电转换器将经检偏获得的n*n个偏振分量转换为相应的电信号；

采集和处理单元采集和处理所述电信号以生成对应于所述n*n个偏振分量的n*n个矩阵元；

其中n≥2。

6.如权利要求5所述的流式细胞测量方法,其特征在于,其中n为4，通过获得4*4个矩阵元，构成4*4的穆勒矩阵。

7.如权利要求5所述的流式细胞测量方法,其特征在于,在所述偏振光检偏系统之前用滤波片去除荧光的影响。

8.如权利要求5至8任一项所述的流式细胞测量方法,其特征在于,

在每个偏振器之前用滤波单元获得所述波长不同的n束光。