CN104136922B - 一种微流体分析仪及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一个用于病理学检测的微流体分析仪。所述微流体分析仪包含多个缓冲通道，样本通道，中心流动通道，多个光刺激通道，和多个光接收通道。所述多个光刺激通道和所述多个光接收通道被以预设的角度放置在中心流动通道上。所述多个光刺激通道刺激流过中心流动通道上样本溶液中的细胞。被刺激的细胞产生一个或多个光信号。所述一个或多个光信号被所述多个光接收通道接收。所述微流体分析仪包含放置在每个所述多个光接收通道上的多个检测器，以检测一个所述一个或多个光信号。被检测的光信号被发送至一个计算单元，以用于病理学检测。

Description

一种微流体分析仪及其方法
相关申请
本发明已于2012年2月4日获得了印度专利4067/CHE/2011的专利优先权，此专利文件的全部内容在此文被引入参考。
技术领域
本发明涉及一个微流体分析仪，具体涉及一种病理学检测的微流体分析仪。
背景技术
人类免疫性缺陷病毒(HIV)是一种最危险的传染病，在2009年全世界有将近有3330万感染者。在这些感染者中，250万人小于15岁，其中估计146万人需要抗逆转录病毒治疗(ART)。那些细胞计数小于350的人通常被推荐使用ART。
在获得性免疫缺损综合征(AIDS)病人中，HIV导致了CD4细胞的显著的减少。CD4细胞是身体免疫响应的发起者。因此，一个监测AIDS病人的有效途径是在HIV治疗过程中，检测病人血液样本中的CD4细胞的比例。病人需要每3至6个月监测一次，以验证此疾病的发展。
当前，HIV的诊断是使用酶联免疫吸附试验(ELISA)或通过传统的流式细胞计技术进行。ELISA是一种用于诊断HIV的常见的定性方法，并且是一种对于HIV检测的有效方法。通常，流式细胞计通过CD4细胞计数在免疫响应中的增加来测量HIV感染的程度。这些庞大的治疗过程是一个不利之处，这需要昂贵的药物，彻底的维护和有经验的医护人员，来运行和维护它们的有效运转。这使得AIDS的诊断在当前变成了一个非常昂贵和冗长的事件。
因而，需要一种更经济的系统和技术，以用于病理学检测。
发明内容
现有技术的短处被克制，而额外的长处已在描述中通过一种方法和系统的配置来实现。
在一个实施例中，本发明提供一个微流体分析仪以用于病理学检测。所述微流体分析仪包括多个缓冲通道，一个样本通道，一个中心流动通道，多个第一光刺激通道，多个第一光接收通道，多个第一检测器，其中还有一个或多个第二光刺激通道，一个或多个第二光接收通道和一个或多个第二检测器。所述多个缓冲通道被配置用于承载缓冲溶液而样本通道被配置用于承载样本溶液。所述中心流动通道被配置接收缓冲溶液和样本溶液，其特征在于，所述多个缓冲通道和所述样本通道汇聚于所述中心流动通道的输入端，以便在所述中心流动通道内形成狭窄路径，便于所示样本溶液在所述中心流动通道内流动。所述多个第一光刺激通道被垂直放置在所述中心流动通道。每个所述多个第一光刺激通道与一个第一套光纤耦合激光源连接，以刺激样本溶液中的细胞流过所述中心流动通道，以产生一个或多个第一光信号。与每个所述多个第一光刺激通道连接的所述第一套光纤耦合激光源终止于一个透镜光纤。每个所述多个第一光接收通道被以和每个所述多个第一光刺激通道的光轴相隔预设的角度分别放置，以接收一个或多个第一光信号。从所述多个第一光接收通道接收到的一个控制反馈被用于通过一输液泵分别控制流经所述多个缓冲通道的缓冲溶液和流经所述样本通道的样本溶液的流动速率；其中，所述输液泵与每个所述多个缓冲通道和所述样本通道相连。被放置在每个所述多个第一光接收通道上的每个所述多个第一检测器检测到至少一个信号，此信号属于所述一个或多个第一光信号。
每个所述一个或多个第二光刺激通道以和所述中心流动通道预设的角度放置。每个所述一个或多个第二光刺激通道与一个第二套光纤耦合激光源连接，以刺激样本溶液中的细胞流过所述中心流动通道，以产生一个或多个第二光信号。与每个所述一个或多个第二光刺激通道连接的所述第二套光纤耦合激光源终止于一个透镜光纤。每个所述一个或多个第二光接收通道被以和所述中心流动通道预设的角度放置，以接收一个或多个第二光信号。一个所述一个或多个第二光接收通道被配置了一个从每个所述一个或多个第二光刺激通道发出的激光，此激光通过布拉格光纤光栅滤光片发出。每个所述一个或多个第二检测器被放置在每个所述一个或多个第二光接收通道上以检测至少一个信号，此信号属于所述一个或多个第二光信号。
在一个实施例中，本发明提供一个使用所述微流体分析仪进行病理学检测的方法。所述方法包括接收缓冲溶液和样本溶液分别通过一个中心流动通道流过多个缓冲通道和一个样本通道，其中所述多个缓冲通道和所述样本通道汇聚在所述中心流动通道的输入端，以便在所述中心流动通道内形成狭窄路径，便于所示样本溶液在所述中心流动通道内流动。当通过所述中心流动通道接收所述缓冲溶液和所述样本溶液时，所述样本溶液中的细胞流过所述中心流动通道，并被多个第一套光纤耦合激光源所刺激，以产生一个或多个第一光信号。所述多个第一套光纤耦合激光源分别同多个第一光刺激通道相连。与每个所述多个第一光刺激通道连接的所述第一套光纤耦合激光源终止于一个透镜光纤。所述一个或多个第一光信号从多个第一接收光信号中接收。当接收所述一个或多个第一光信号时，每个多个第一检测器被分别放置在每个所述多个第一光接收通道，以检测一个信号，此信号属于所述一个或多个第一光信号。所述检测到的所述一个或多个第一光信号由用于病理学检测的计算单元接收。从所述多个第一光接收通道接收到的一个控制反馈被用于通过一输液泵分别控制流经所述多个缓冲通道的缓冲溶液和流经所述样本通道的样本溶液的流动速率；其中，所述输液泵与每个所述多个缓冲通道和所述样本通道相连。
所述方法也包括通过一个多个第二套光纤耦合激光源刺激样本溶液中的细胞，以产生一个或多个第二光信号，其中所述多个第二套光纤耦合激光源分别连接一个或多个第二光刺激通道。所述一个和多个第二光信号由多个第二光接收通道接收。当接收所述一个或多个第一第二信号时，每个所述多个第二检测器分别放置在每个所述多个第二光接收通道，检测一个信号，此信号属于一个或多个第二光信号。一个所述一个或多个第二光接收通道被配置了一个从每个所述一个或多个第二光刺激通道发出的激光，此激光通过布拉格光纤光栅滤光片发出。所述检测到的所述一个或多个第二光信号由用于病理学检测的计算单元接收。
前面所做的概要只是用于说明，并不做任何限制。除了上面的说明范围，实施例和特征，更多的保护范围，实施例和特征通过附图和以下详细描述是显而易见相关的。
附图说明
此发明的新特征和特性在从属权利要求中有详尽的解释。然而本发明自身，它的使用的优先方式，它的未来的对象和优点，可以被下列详细描述的实施例和阅读相关附图所更好的理解。一个或多个实施例如今被描述成，以举例的方式，与相关附图有关，其中就像参考号代表元素并且其中：
图1为本发明的一个微流体分析仪用于病理学检测与相关实施例的方案设计；
图2为本发明的一个微流体分析仪用于病理学检测与又一个相关实施例的典型方案设计；
图3为本发明的一个微流体分析仪用于病理学检测与又一个相关实施例的典型方案设计；
图4为本发明的一个微流体分析仪用于病理学检测与又一个相关实施例的典型方案设计；
图5为本发明的一个微流体分析仪用于病理学检测与又一个相关实施例的典型方案设计；
图6a显示了产生于被刺激细胞的一个或多个光信号；
图6b显示了产生于当细胞被一个或多个以预设角度设置的光刺激通道刺激时，一个或多个光信号强度表。
图7为本发明的用于病理学检测与相关实施例的系统框图；
图8为一个硬件系统的结构框图，以检测和分析产生于被刺激细胞的光信号；
图9a显示了一个在样本溶液上附带的激光脉冲表；
图9b显示了一个检测的脉冲附图，其中检测的脉冲附图振幅被减少；并且
图10为本发明的用户界面，用于泡沫的数据表示检测与一个相关的实施例。
这些附图指出了本发明的实施例，它只是为了说明的目的。一个本领域的技术人员可以轻易的从以下的描述中认出相关的具体的结构和方法，而此结构和方法可能并非与本发明所描述的原则所背离。
具体实施例
上文概述了本发明的特征和技术优点。为了更好的理解本发明，接下来本发明额外的特征和优点将会在下文中详细描述。这形成了本发明的权利要求的主体。应当理解，对于本领域的技术人员，可能轻易的利用本发明的概念和具体的实施例，做一个基本的修改或设计成其它结构以用于实现与本发明相同的目的。也应当认识到，对于本领域的技术人员，如同附属权利要求上解释的那样，这些相同的构造并没有脱离本发明的精神和范围。这些技术特征将会结合以下的描述和附图被更好的理解。然而，应当理解，每附图只是用于解释和描述的目的，而不是作为本发明的限定。
在一个实施例中，本发明提供一个用于病理学检测的微流体分析仪。
图1为本发明的一个微流体分析仪，用于病理学检测与相关实施例的方案设计。所述微流体分析仪包括多个缓冲通道(B1，B2)，一个样本通道(S)，一个中心流动通道(C)，一个废品储存器(W)，多个第一光刺激通道(FR1，FR2)，多个第一光接收通道(FR3，FR4)，多个第一检测器(未在附图中显示)，一个或多个第二光刺激通道(F1，F4a)，一个或多个第二光接收通道(F2，F4b)和一个或多个第二检测器(未在附图中显示)。每个所述多个缓冲通道(B1和B2)被配置用于承载缓冲溶液而样本通道(C)被配置用于承载样本溶液。所述缓冲溶液包括，但并非限定于，水，荧光素溶液，血清，磷酸盐缓冲盐水(PBS)和其它盐缓冲溶液。所述样本溶液包括，但并非限定于，血小板，培养细胞线中的单细胞，血清，细菌，纯净液体中的污染物和被贴上发光标签的细胞。所述中心流动通道(C)被配置分别从所述多个缓冲通道(B1，B2)和所述样本通道(S)接收缓冲溶液和样本溶液。所述多个缓冲通道(B1，B2)和所述样本通道(S)汇聚于所述中心流动通道(C)的输入端，以便在所述中心流动通道(C)内形成狭窄路径，便于所示样本溶液在所述中心流动通道(C)内流动。所述样本通道(S)的狭窄路径允许样本溶液内的每个细胞线性运动。在一个实施例中，所述多个缓冲通道(B1，B2)和所述样本通道(S)被配置成一个微流体芯片。所述废品储存器(W)被配置在所述中心流动通道(C)的出料侧以在从中心流动通道分析后收集样本。
在一个实施例中，每个所述多个缓冲通道(B1，B2)和所述样本通道(S)和一个输液泵连接以控制缓冲溶液和样本溶液的流动，使它们分别流过所述多个缓冲通道(B1，B2)和所述样本通道(S)。与每个所述多个缓冲通道(B1，B2)和所述样本通道(S)相连的输液泵被连接至一个计算单元。每个所述多个第一光刺激通道(FR1，FR2)被垂直放置在所述中心流动通道。
每个所述多个第一光刺激通道(FR1，FR2)与一个第一套光纤耦合激光源连接。所述第一套光纤耦合激光源终止于一个透镜光纤。每个所述多个第一光接收通道(FR3，FR4)被以和每个所述多个第一光刺激通道(FR1，FR2)的光轴相隔预设的角度分别放置。在一个实施例中，每个所述多个第一光接收通道(FR3，FR4)中的预设角度被设置为分别与每个所述多个第一光刺激通道(FR1，FR2)的光轴相隔±5度角。
所述第一套光纤耦合激光源与每个所述多个第一光刺激通道(FR1，FR2)连接，以刺激样本溶液(S)中的细胞流过所述中心流动通道(C)。被刺激的细胞产生一个或多个第一光信号。所述一个或多个第一光信号至少是来自被刺激细胞正向散射的信号，从其它方向而非正向散射的信号，和来自被刺激细胞中发出的荧光信号之一。每个所述多个第一光接收通道(FR3，FR4)来自被刺激细胞中收到一个或多个第一光信号。
在一个实施例中，每个所述多个第一检测器被放置在每个所述多个第一光接收通道(FR3，FR4)。所述多个第一检测器至少是与铟镓砷化物(InGaAs)检测器，硅基光电倍增器(Si-PMT)检测器，硅基光探测器，和硅雪崩光电二极管耦合的光纤之一。所述在FR3上的第一检测器检测一个所述一个或多个第一光信号。被所述第一光探测器检测的一个所述一个或多个第一光信号是来自被刺激细胞正向散射的信号。所述在FR3上的第一检测器发送被检测的一个所述一个或多个第一光信号至一个计算单元。所述计算单元分析来自被刺激细胞正向散射的信号，对其进行病理学检测。来自被刺激细胞正向散射的信号的强度大约与细胞的大小或直径成比例。所述在FR4上的第一检测器检测一个所述一个或多个第一光信号。被所述第一光探测器检测的一个所述一个或多个第一光信号是来自被刺激细胞正向散射的信号。所述在FR4上的第一检测器发送被检测的一个所述一个或多个第一光信号至一个计算单元。所述计算单元分析来自被刺激细胞正向散射的信号，对其进行病理学检测。从所述多个第一光接收通道(FR3，FR4)收到的控制反馈被用于控制一个输液泵，此泵依次控制缓冲溶液和样本溶液的流动速率。
在一个实施例中，每个所述一个或多个第二光刺激通道(F1，F4a)以预设的角度放置于所述中心流动通道(C)。例如，F1被以垂直的角度放置于所述中心流动通道(C)而F4被以45度角放置于所述中心流动通道(C)。每个所述一个或多个第二光刺激通道(F1，F4a)与一个第二套光纤耦合激光源相连，以刺激样本溶液中的细胞。所述第二套光纤耦合激光源终止于一个透镜光纤。所述第二光刺激通道F1与一个终止于一个透镜光纤的第二套光纤耦合激光源相连，所述第二光刺激通道F4a与一个终止于一个透镜光纤的第二套光纤耦合激光源相连。与每个所述一个或多个第二光刺激通道F1和F4a相连的所述第二套光纤耦合激光源刺激了样本溶液中的细胞，以产生一个或多个第二光信号。所述一个或多个第二光信号至少是来自被刺激细胞正向散射的信号，从其它方向而非来自被刺激细胞正向散射的信号，和来自被刺激细胞中发出的荧光信号之一。
每个所述一个或多个第二光接收通道(F2，F4b)接收所述一个或多个第二光信号。每个所述一个或多个第二光接收通道(F2，F4b)以预设的角度放置于所述中心流动通道(C)。F2被以垂直的角度放置于所述中心流动通道(C)而F4b被以45度角放置于所述中心流动通道(C)。F1和F2的光轴是相同的。所述微流体分析仪进一步包括一个或多个第二检测器，其特征在于，每个所述一个或多个第二检测器放置在每个一个或多个第二光接收通道(F2，F4b)。所述多个第二检测器至少是与铟镓砷化物(InGaAs)检测器，硅基光电倍增器(Si-PMT)检测器，硅基光探测器，和硅雪崩光电二极管耦合的光纤之一。所述一个或多个第二检测器检测一个所述一个或多个第二光信号。在F2上的所述第二检测器检测来自被刺激细胞上发出的荧光信号并发送检测到的荧光信号至所述计算单元。所述计算单元分析荧光信号以用于病理学检测。在F4b上的所述第二检测器检测从其它方向而非来自被刺激细胞正向散射的信号并发送检测信号至所述计算单元。所述计算单元分析了从其它方向而非来自被刺激细胞正向散射的信号以用于病理学检测。在一个实施例中，一个所述一个或多个第二光接收通道被配置了一个从每个所述一个或多个第二光刺激通道(F1，F4a)发出的激光，此激光通过布拉格光纤光栅滤光片发出。例如，F2被配置成布拉格光纤栅格。
图2结合另一个本发明的实施例说明了一个微流体分析仪用于病理学检测的方案设计。所述微流体分析仪包含两个缓冲通道(B1，B2)和一个样本通道(S)。所述缓冲通道(B1，B2)和所述样本通道(S)汇聚于所述中心流动通道(C)的输入端。所述微流体分析仪包含多个以垂直的角度放置于所述中心流动通道(C)的第一光刺激通道(FR1，FR2)。所述第一套光纤耦合激光源与每个所述多个第一光刺激通道(FR1，FR2)连接，以刺激样本溶液中的细胞流过所述中心流动通道(C)以产生一个或多个第一光信号。所述微流体分析仪包含多个所述第一光接收通道(FR3，FR4)，此通道分别以和光轴相隔预设的角度放置，以接收所述一个或多个第一光信号。所述微流体分析仪使用光通道FR1，FR2，FR3和FR4进行病理学检测的过程在图1中显示。
所述微流体分析仪包含一个或多个第二光刺激通道。在这个实施例中，所述微流体分析仪包含一个第二光刺激通道(F1)，它以预设的角度放置于所述中心流动通道。例如，F1被以垂直的角度放置于所述中心流动通道(C)。此外，F1与一个第二套光纤耦合激光源相连，以刺激样本溶液中的细胞。所述第二套光纤耦合激光源终止于一个透镜光纤。与F1相连的所述第二套光纤耦合激光源刺激样本溶液中的细胞以产生一个或多个第二光信号。所述一个或多个第二光信号至少是来自被刺激细胞正向散射的信号，从其它方向而非来自被刺激细胞正向散射的信号，和来自被刺激细胞中发出的荧光信号之一。
所述微流体分析仪包含一个或多个第二光接收通道以接收所述一个或多个第二光信号。在此实施例中，所述微流体分析仪包含一个第二光接收通道(F2)，它被以垂直的角度放置于所述中心流动通道(C)。此外，F1和F2的光轴是相同的。所述微流体分析仪包含一个或多个第二检测器，其特征在于，每个所述一个或多个第二检测器放置在所述第二光接收通道(F2)上。所述多个第二检测器至少是与铟镓砷化物(InGaAs)检测器，硅基光电倍增器(Si-PMT)检测器，硅基光探测器，和硅雪崩光电二极管耦合的光纤之一。所述一个或多个第二检测器检测一个所述一个或多个第二光信号。在F2上的所述第二检测器检测来自被刺激细胞上发出的荧光信号并发送检测到的荧光信号至所述计算单元。所述计算单元分析荧光信号以用于病理学检测。在一个实施例中，F2被配置了一个从所述第二光刺激通道(F1)发出的激光，此激光通过布拉格光纤光栅滤光片发出。
所述微流体分析仪也包含多个第三检测器。每个所述第三检测器被放置在所述中心流动通道(C)的中轴和一个多个第一光刺激通道的光轴交叉点上，以检测从其它方向而非来自被刺激细胞正向散射的一个所述一个或多个第一光信号。所述第三检测器被放置在所述中心流动通道的中轴和F2的光轴交叉点上。
所述第三检测器检测从其它方向而非来自被刺激细胞正向散射的光信号。所述第三检测器发送检测到的光信号至一个所述计算单元，其特征在于，所述计算单元分析从其它方向而非来自被刺激细胞正向散射的信号以用于病理学检测。每个所述第三检测器被放置在所述中心流动通道的中轴和一个或多个第二光刺激通道的光轴交叉点上，以检测从其它方向而非来自被刺激细胞正向散射的一个所述一个或多个第二光信号。
又一个第三检测器也被放置在在所述中心流动通道(C)的中轴和F1的光轴交叉点上。所述第三检测器检测从其它方向而非来自被刺激细胞正向散射的光信号。所述第三检测器发送检测到的光信号至一个所述计算单元，其特征在于，所述计算单元分析从其它方向而非来自被刺激细胞正向散射的信号以用于病理学检测。
图3结合另一个本发明的实施例说明了一个微流体分析仪用于病理学检测的方案设计。所述微流体分析仪包含两个缓冲通道(B1，B2)和一个样本通道(S)。所述缓冲通道(B1，B2)和所述样本通道(S)汇聚于所述中心流动通道(C)的输入端。所述微流体分析仪包含多个以垂直的角度放置于所述中心流动通道(C)的第一光刺激通道(FR1，FR2)。所述第一套光纤耦合激光源与每个所述多个第一光刺激通道(FR1，FR2)连接，以刺激样本溶液中的细胞流过所述中心流动通道(C)以产生一个或多个第一光信号。所述微流体分析仪包含多个所述第一光接收通道(FR3，FR4)，此通道分别以和光轴相隔预设的角度放置，以接收所述一个或多个第一光信号。所述微流体分析仪使用光通道FR1，FR2，FR3和FR4进行病理学检测的过程在图1中显示。
所述微流体分析仪包含一个或多个第二光刺激通道(F1，F3a和F4a)。每个所述一个或多个第二光刺激通道(F1，F3a和F4a)以预设的角度放置在所述中心流动通道(C)。F1被以垂直的角度放置于所述中心流动通道(C)，而F3a和F4a被以45度角放置于所述中心流动通道(C)。F1，F3a和F4a与第二套光纤耦合激光源相连以刺激样本溶液中的细胞。F1与一个第二套光纤耦合激光源相连，并终止于一个透镜光纤。F3a与一个第二套光纤耦合激光源相连，并终止于一个透镜光纤。F4a与一个第二套光纤耦合激光源相连，并终止于一个透镜光纤。与每个所述多个第二光刺激通道F1，F3a和F4a相连的所述第二套光纤耦合激光源刺激样本溶液中的细胞以产生一个或多个第二光信号。所述一个或多个第二光信号至少是来自被刺激细胞正向散射的信号，从其它方向而非来自被刺激细胞正向散射的信号，和来自被刺激细胞中发出的荧光信号之一。
所述微流体分析仪包含一个或多个第二光接收通道(F2，F3b和F4b)以接收一个或多个第二光信号。例如，F2被垂直放置于所述中心流动通道(C)。而F3b被以45度角放置于所述中心流动通道(C)，而F4b被以±40度角放置于所述中心流动通道(C)。在另一个实施例中，F4b如图4中所示以45度角放置于所述中心流动通道(C)。所述微流体分析仪包含一个或多个第二检测器，其特征在于，每个所述一个或多个第二检测器放置在每个所述一个或多个第二光接收通道(F2，F3b和F4b)。所述多个第二检测器至少是与铟镓砷化物(InGaAs)检测器，硅基光电倍增器(Si-PMT)检测器，硅基光探测器，和硅雪崩光电二极管耦合的光纤之一。所述一个或多个第二检测器检测一个所述一个或多个第二光信号。在F2上的所述第二检测器检测来自被刺激细胞上发出的荧光信号并发送检测到的荧光信号至所述计算单元。所述计算单元分析荧光信号以用于病理学检测。在一个实施例中，F2被配置了一个从所述一个或多个第二光刺激通道发出的激光，此激光通过布拉格光纤光栅滤光片发出。F3b上的所述第二检测器检测到从其它方向而非来自被刺激细胞正向散射的信号并发送检测信号至所述计算单元。所述计算单元分析从其它方向而非来自被刺激细胞正向散射的信号以用于病理学检测。F4b上的所述第二检测器检测从其它方向而非来自被刺激细胞正向散射的信号并发送检测信号至所述计算单元。所述计算单元分析从其它方向而非来自被刺激细胞正向散射的信号以用于病理学检测。
图5结合另一个本发明的实施例说明了一个微流体分析仪用于病理学检测的方案设计。所述微流体分析仪包含两个缓冲通道(B1，B2)和一个样本通道(S)。所述缓冲通道(B1，B2)和所述样本通道(S)汇聚于所述中心流动通道(C)的输入端。所述微流体分析仪包含多个以垂直的角度放置于所述中心流动通道(C)的第一光刺激通道(FR1，FR2)。所述第一套光纤耦合激光源与每个所述多个第一光刺激通道(FR1，FR2)连接，以刺激样本溶液中的细胞流过所述中心流动通道(C)以产生一个或多个第一光信号。所述微流体分析仪包含多个所述第一光接收通道(FR3，FR4)，此通道分别以和光轴相隔预设的角度放置，以接收所述一个或多个第一光信号。所述微流体分析仪包含多个第一光接收通道(FR3，FR4)被以预设的角度和每个所述多个第一光刺激通道(FR1，FR2)的光轴分别放置，以接收所述一个或多个第一光信号。所述微流体分析仪使用光通道FR1，FR2，FR3和FR4进行病理学检测的过程在图1中显示。
所述微流体分析仪包含一个或多个第二光刺激通道(F1，F3a和F4a)。每个所述一个或多个第二光刺激通道(F1，F3a和F4a)以预设的角度放置在所述中心流动通道(C)。F1被以垂直的角度放置于所述中心流动通道(C)，而F3a和F4a被以45度角放置于所述中心流动通道(C)。F1，F3a和F4a与第二套光纤耦合激光源相连以刺激样本溶液中的细胞。F1与一个第二套光纤耦合激光源相连，并终止于一个透镜光纤。F3a与一个第二套光纤耦合激光源相连，并终止于一个透镜光纤。F4a与一个第二套光纤耦合激光源相连，并终止于一个透镜光纤。与每个所述多个第二光刺激通道(F1，F3a和F4a)相连的所述第二套光纤耦合激光源刺激样本溶液中的细胞以产生一个或多个第二光信号。所述一个或多个第二光信号至少是来自被刺激细胞正向散射的信号，从其它方向而非来自被刺激细胞正向散射的信号，和来自被刺激细胞中发出的荧光信号之一。
所述微流体分析仪包含一个或多个第二光接收通道以接收一个或多个第二光信号。在此实施例中，所述微流体分析仪包含一个第二光接收通道(F2)，它被以垂直的角度放置于所述中心流动通道(C)。所述微流体分析仪包含一个或多个第二检测器，其特征在于，每个所述一个或多个第二检测器放置在每个所述一个或多个第二光接收通道。所述一个或多个第二检测器至少是与铟镓砷化物(InGaAs)检测器，硅基光电倍增器(Si-PMT)检测器，硅基光探测器，和硅雪崩光电二极管耦合的光纤之一。每个所述一个或多个第二检测器检测一个所述一个或多个第二光信号。在F2上的所述第二检测器检测来自被刺激细胞上发出的荧光信号并发送检测到的荧光信号至所述计算单元。所述计算单元分析荧光信号以用于病理学检测。在一个实施例中，F2被配置了一个从所述一个或多个第二光刺激通道发出的激光，此激光通过布拉格光纤光栅滤光片发出。
在一个实施例中，来自被刺激细胞正向散射的信号提供了样本溶液中细胞的大小和存活信息。从其它方向而非来自被刺激细胞正向散射的信号提供了细胞的表面光洁度和内部结构(如间隔尺寸)的信息。荧光信号是用来计数对那些被污染的细胞做的特殊标记。
图6a显示了一个或多个产生于被刺激细胞的光信号。当样本溶液中的细胞被一个光纤耦合激光源刺激时，细胞会产生一个或多个光信号。所述一个或多个光信号是来自被刺激细胞正向散射的信号和从其它方向(直角方向)而非来自被刺激细胞正向散射的信号。所述产生的一个或多个光信号将会拥有同光纤耦合激光源相同的波长。如图6b所示，一个或多个光信号的强度在小角度是较高，而在大角度是较小。来自被刺激细胞正向散射的信号强度大约和细胞的大小或半径成比例，而从其它方向而非来自被刺激细胞正向散射的信号强度大约和细胞或细胞表面复合物的颗粒结构数量成比例。
在一个实施例中，来自被刺激细胞正向散射的信号(FS)和从其它方向而非来自被刺激细胞正向散射的信号(LS)被用于分辨人体血液样本中淋巴细胞，单核细胞和粒性白细胞的区别。淋巴细胞由于更小，并呈颗粒状，它们显示出更弱的FS和LS。嗜中性粒细胞由于更大，并呈颗粒状，它们显示出更强的FS和LS。单核细胞的信号强度介于淋巴细胞和嗜中性粒细胞之间。
图7结合另一个本发明的实施例说明了一个病理学检测的系统附图。系统包含一个微流体分析仪，激光器件，一个计算单元，检测器和泵电子器件和多个注入泵。所述微流体分析仪包含多个缓冲通道(B1，B2)，一个样本通道(S)，一个中心流动通道(C)，一个废品储存器(W)和多个光通道(FR1，FR2，FR3，FR4，F1，F2，F4a和F4b)，这些光通道被以预设的角度放置在一个中心流动通道(C)上。每个所述多个注入泵与每个所述多个缓冲通道(B1，B2)及所述样本通道(S)相连。所述注入泵控制缓冲溶液和所述样本溶液的流动，这些溶液分别流过所述多个缓冲通道(B1，B2)及所述样本通道(S)。每个所述多个注入泵被检测器和泵电子器件所控制，其特征在于，所述检测器和所述泵电子器件提供所需要的缓冲溶液和样本溶液以提供分析。FR1和FR2被用于刺激流过中心流动通道(C)的样本溶液中的细胞，其特征在于，被刺激的细胞产生一个或多个第一光信号。FR3和FR4被用于接收由被刺激细胞产生的一个或多个第一光信号。F1和F4a被用于刺激流过中心流动通道(C)的样本溶液中的细胞，其特征在于，被刺激的细胞产生一个或多个第二光信号。F2和F4b被用于接收由被刺激细胞产生的一个或多个第二光信号。所述激光器件包括第一套光纤耦合激光源和一个第二套光纤耦合激光源。所述第一套光纤耦合激光源终止于一个透镜光纤并且与FR1和FR2相连，所述第二套光纤耦合激光源终止于一个透镜光纤并且与F1和F4a相连。所述激光器件控制用于在样本溶液中刺激细胞的激光的波长。至少一个第一光探测器被放置在FR3和FR4上，以检测至少一个(一个或多个第一光信号)。被检测到的一个(一个或多个第一光信号)被发送到所述计算单元。所述计算单元分析接收到的检测信号以用于病理学检测。所述检测器连同泵电子设备控制控制所述第一和第二光探测器。
图8说明了一个硬件系统检测和分析从一个被刺激细胞产生的光信号的框图。例如，所述微流体分析仪使用一个雪崩光敏二极管作为一个光探测器以检测一个所述一个或多个来自被刺激细胞产生的光信号。这些被检测的光信号被送至可编程门阵列(FPGA)或是一个计算单元，它们通过一个模数转换器(ADC)来进行分析，因为被检测的光信号是模拟的。从APD检测到的模拟光信号被ADC转换成数字数据并被提供至FPGA。模数转换器(ADC)的采样率被FPGA所控制，并被设置成72MHz。FPGA控制一个激光驱动器，偏量电压被提供至APD。APD通过一个数模转换器(DAC)连接至FPGA。APD的偏量电压典型的范围是30V至70V，并且它被FPGA所控制以使检测器的灵敏性最大化，以减少错误检测。激光驱动控制激光源的波长使其能够入射到样本溶液上。一个5V电源被提供至ADC并且一个3.3V电源被提供至DAC和APD偏量。
APD被用作检测器以拥有更好的灵敏性。一个跨阻抗放大器被用于把入射功率转换成电压。一个激光驱动器有两个通道，每个都可以在脉冲状态时提供合适的电流，这会允许两个不同的激光器处于低电流运行，或是一个激光器运行于更高能量。运行的激光器的数量可以在未来随着使用更多激光驱动芯片而增加。在激光源的入射光照射下，附着在细胞上的分解物会发散出荧光。这些发散的信号被所述光接收通道截取，然后传送到一个或多个检测器。这些抵达检测器的光会在APD内引起一个成比例的电流。跨阻抗放大器转换电流至一个成比例的电压。在这个实施例中，模数转换器(ADC)的采样率被FPGA所控制，并被设置成72MHz。APD的偏量电压典型的范围是30V至70V，并且它被FPGA所控制以使检测器的灵敏性最大化，以减少错误检测。
在一个实施例中，APD的的偏量电压在未来会被第二门脉冲电压的应用所激发。在一个实施例中，门脉冲电压被从激光激励源中获取。在另一个实施例中，门脉冲电压从FPGA中产生。激励信号和门检测的调制有助于增加信号的信噪比。
在一个实施例中，所述微流体分析仪通过调整样本及其保护液体的流速来监视和控制样本的流速。所述微流体分析仪打开一个小功率红外线激光器，并产生一个正弦信号以调制此激光。此光线被所述光接收通道检测，从而激励光通道形成一条直线。被检测的光线也被正弦调制。一个电子的低通滤波器移除了光噪音并且此过滤后的正弦信号将会被发送至一个混合器。在混合器中，此正弦信号将会与另一个正弦信号相乘以产生一个D.C电压。当激励光通过细胞被收集光纤所阻挡时，D.C电压减少。D.C电压使用一个比较器同一个门限电压相比较，比较器的输出信号被传送至一个微控制器。一个第二对光纤在未来放置在流体通道的下游并且从那个电路导出的D.C电压也会被送到此微控制器。所述微控制器将会有一个时钟以测量两个比较器信号的时间差并计算细胞的速度。所述微控制器改变了缓冲溶液和样本溶液的流速，因此细胞的速度是一个常数。
在一个实施例中，所述微流体分析仪打开/关闭激励激光并检测了来自被刺激细胞正向散射的信号，从其它方向而非来自被刺激细胞正向散射的信号，和荧光信号。所述微流体分析仪包括一个大电流驱动器，以适应高功率脉冲激光器。所述微流体分析仪中的一个微控制器产生一个数字脉冲，此脉冲被发送至大电流驱动器以产生一个脉冲电流，此电流随后促使激光器产生一个光脉冲。同时，所述微流体分析仪产生三个另一脉冲的复制品。每个复制品将会当作这三个检测器的门脉冲。每个检测器的门脉冲在光脉冲击中检测器时同时应用于检测器。每个检测器的输出信号被传送到一个比较器并且它的电压会与门限电压相比较。比较器的输出信号被发送至所述微控制器，此微控制器记录了在每个检测器内的当前信号。所述微控制器随后发送信息至一个计算单元以用于未来的处理，此计算单元随后向用户显示一个图形用户界面。在一个实施例中，脉冲发生器，比较器和模数转换器是所述微控制器的内部组件。FPGA内的应用程序使用激光功率和平均数作为输入，计算和画出在mV内被APD检测的功率。从激光源传来的调制光，与光纤相连，被射入中心流动通道(C)，其中样本溶液和缓冲溶液通过中心流动通道流过。如图9a所示，此激光使用一个激光驱动电路，在一个很短的时间内(～10nS，重复率为1MHz)被激发，并被一个数字电路控制。此检测器的信号使用一个模数转换器(ADC)转成数字化。ADC的取样率由FPGA设置。未来，通过平均每一微秒的采样信号以减少噪声。这些激光参数，如脉冲宽度，功率，重复时间，APD偏离电压，平均数可以通过一个用户界面由用户设置。每个周期的最大值被作为输出发送。当样本通过激光束时，光线被抵达的检测器所阻止，脉冲的振幅减少，图案被显示在用户界面板上，如图9b所示。
在一个实施例中，一个布拉格光纤光栅滤光片被添加在所述光接收通道，以至于所述光刺激通道和所述光接收通道形成了一个具有高平均持续功率的激光腔。附着在细胞上的分解物被收集在光接收通道内的光信号的下降所检测到。
为了获得连续数据采集，在用户界面中提供了一个开始和一个停止按钮，如图10所示。附图中显示的数据是以水作留白以空气作样本实现的。当激光通过空气泡时，光线的强度浸润值会有一个下降。图10说明了一个用于气泡的数据表现的用户界面，它通过所述微流体分析仪使用一个红外脉冲激光和一个雪崩光电二极管检测器检测正向散射损耗来实现。
检测的速度和角度被优化，以便从小样本中获取快速散射信号。红外线激光被一个可见的激励源所替代，以随着散射信号收集荧光信号。
为了克服背景描述中提到的缺点，本发明提供了一个微流体分析仪，它不仅检测有荧光标签的免疫细胞，而且给出诸如感染水平的数量信息。本发明所述微流体分析仪，如图1中所示，极大的降低了HIV筛查中心的基础建设成本。传统的流式血细胞计数仪售价范围是50-100lakh(十万卢比)，而当前的微流体分析仪大约为2-4lakh(十万卢比)。相应的，这会使政府有动机去支持建设新的HIV筛查中心。
所述微流体分析仪不仅仅用于HIV监测，也可以用于一个其它广泛的应用，如用于细胞计数的大学模型，计算源于非荧光细胞人口背景的细胞，这对细胞培养化验，环境控制，如水污染计数，血球计数和肿瘤学应用以检测细胞增殖都有重要意义。
所述微流体分析仪具有如下的优点：低成本，便于携带，低样本采集量，易于使用，易于维护，易于修改和升级。
所述微流体分析仪可以和使用PIN光电二极管的廉价检测技术一起使用。非线性震动光谱已经和微流体设备结合以检测细胞大小。
当前技术致力于寻求一种解决方案，它能解决在HIV测试中使用的传统的流式血细胞计数仪的高成本和缺乏便携性的问题。在与当前示量性HIV检测技术比较中，本发明具有巨大的优点。
最后，出于可读性和教育性的目的，此说明书中使用的语言已经被大部分的选择过了，并且不会选择那些具有描述性的限定的独出心裁的主题。因而此发明的范围并不被此详细的描述所限定，但是被基于此应用的任何要求所限定。相应的，本发明的实施例规定为解说性的，而非限定的，以解释下面的要求。
关于本质上任何多个和/或单个条款在其中的使用，在本领域的技术人员可以从多数到单数和/或从单数到多数，翻译成恰当的文本和/或应用。不同的单个/多个序列可以由于清晰的缘故明显的被解释。
除此之外，本发明的特征范围由Markush组所描述，本领域的技术人员将会承认本发明也可以根据任何独立成员或Markush的独立的子成员所描述。
虽然本发明的不同方面和实施例在此被公开，但这些方面和实施例对本领域的技术人员来说将会是显而易见的。这些不同方面和实施例的公开仅是用于说明的目的，而并非限定，下述权利要求指出了真正的保护范围。

Claims (24)

1.一个微流体分析仪，用于病理学检测，包括：
多个缓冲通道，其特征在于：每个所述多个缓冲通道承载缓冲溶液；
一个用以承载样本溶液的样本通道；
一个中心流动通道，被配置为接收缓冲溶液和样本溶液，其中，所述多个缓冲通道和所述样本通道汇聚于所述中心流动通道的输入端，以便在所述中心流动通道内形成狭窄路径，便于所示样本溶液在所述中心流动通道内流动；
多个第一光刺激通道，被垂直放置在所述中心流动通道，其中，每个所述多个第一光刺激通道与一个第一套光纤耦合激光源连接，以刺激样本溶液中的细胞流过所述中心流动通道，以产生一个或多个第一光信号，其中，第一套光纤耦合激光源与每个所述多个第一光刺激通道相连，其终止于一个透镜光纤；
多个第一光接收通道，其中，多个第一光接收通道被以和每个所述多个第一光刺激通道的光轴相隔预设的角度分别放置，以接收一个所述一个或多个第一光信号，其中，从所述多个第一光接收通道接收到的一个控制反馈被用于通过一输液泵分别控制流经所述多个缓冲通道的缓冲溶液和流经所述样本通道的样本溶液的流动速率；其中，所述输液泵与每个所述多个缓冲通道和所述样本通道相连；
多个第一检测器，其中，被放置在每个所述多个第一光接收通道上的每个所述多个第一检测器检测到至少一个信号，此信号属于所述一个或多个第一光信号；
一个或多个第二光刺激通道，其中，每个所述一个或多个第二光刺激通道以和所述中心流动通道以预设的角度放置，每个所述一个或多个第二光刺激通道与一个第二套光纤耦合激光源连接，以刺激样本溶液中的细胞流过所述中心流动通道，以产生一个或多个第二光信号，其中，第二套光纤耦合激光源与每个所述一个或多个第二光刺激通道相连，其终止于一个透镜光纤；
一个或多个第二光接收通道，其中，每个所述一个或多个第二光接收通道被以和所述中心流动通道预设的角度放置，以接收一个所述一个或多个第二光信号，其中，一个所述一个或多个第二光接收通道被配置了一个从每个所述一个或多个第二光刺激通道发出的激光，此激光通过布拉格光纤光栅滤光片发出；和
一个或多个第二检测器，其中，每个所述一个或多个第二检测器被放置在每个所述一个或多个第二光接收通道上以检测至少一个信号，此信号属于所述一个或多个第二光信号。
2.根据权利要求1所述的微流体分析仪，其特征在于，所述多个缓冲通道和所述样本通道被配置在一个微流体芯片上。
3.根据权利要求1所述的微流体分析仪，其进一步包括多个第三检测器，其特征在于，每个所述多个第三检测器被放置在：
所述中心流动通道的中轴和一个所述多个第一光刺激通道的光轴交叉点上，以检测从其它方向而非来自被刺激细胞正向散射的一个所述一个或多个第一光信号；和
所述中心流动通道的中轴和一个所述一个或多个第二光刺激通道的光轴交叉点上，以检测从其它方向而非来自被刺激细胞正向散射的一个所述一个或多个第二光信号。
4.根据权利要求3所述的微流体分析仪，其特征在于，每个多个第三检测器至少是铟镓砷化物(InGaAs)检测器，硅基光电倍增器(Si-PMT)检测器，硅基光探测器，和硅雪崩光电二极管耦合的光纤中的一个。
5.根据权利要求1所述的微流体分析仪，其特征在于，每个所述多个第一光接收通道中的预设角度被设置为分别与每个所述多个第一光刺激通道的光轴相隔±5度角。
6.根据权利要求1所述的微流体分析仪，其特征在于，所述一个或多个第一光信号和所述一个或多个第二光信号至少是来自被刺激细胞正向散射的信号，从其它方向而非来自被刺激细胞的正向散射的信号，和来自被刺激细胞中发出的荧光信号之一。
7.根据权利要求6所述的微流体分析仪，其特征在于，一个或多个第一光信号，其中之一被每个所述多个第一检测器检测到的是来自被刺激细胞的正向散射的信号。
8.根据权利要求6所述的微流体分析仪，其特征在于，当一个所述一个或多个第二光接收通道被垂直放置在所述中心流动通道时，一个所述一个或多个第二检测器从所述一个或多个第二光信号中检测到荧光信号。
9.根据权利要求6所述的微流体分析仪，其特征在于，当一个所述一个或多个第二光接收通道被以45度角放置在所述中心流动通道时，一个所述一个或多个第二检测器检测到从其它方向而非来自被刺激细胞正向散射的信号。
10.根据权利要求6所述的微流体分析仪，其特征在于，当一个所述一个或多个第二光接收通道被以±45度角放置在所述中心流动通道时，一个所述一个或多个第二检测器检测到从其它方向而非来自被刺激细胞正向散射的信号。
11.根据权利要求1所述的微流体分析仪，其特征在于，每个所述多个第一检测器至少是铟镓砷化物(InGaAs)检测器，硅基光电倍增器(Si-PMT)检测器，硅基光探测器，和硅雪崩光电二极管耦合的光纤之一。
12.根据权利要求1所述的微流体分析仪，其特征在于，每个所述一个或多个第二检测器至少是与铟镓砷化物(InGaAs)检测器，硅基光电倍增器(Si-PMT)检测器，硅基光探测器，和硅雪崩光电二极管耦合的光纤之一。
13.根据权利要求1所述的微流体分析仪，其特征在于，每个所述一个或多个第二刺激光学通道被预设放置的角度范围为40度至90度。
14.根据权利要求1所述的微流体分析仪，其特征在于，每个所述一个或多个第二接收光学通道被预设放置的角度范围为40度至90度。
15.根据权利要求1所述的微流体分析仪，其进一步包括，至少一个废品储存器(W)以便在中心流动通道分析后收集废弃样本。
16.根据权利要求1所述的微流体分析仪，其进一步包括一个计算单元，它具有：
接收来自每个所述多个第一光探测器和每个所述多个第三光探测器上检测的所述一个或多个第一光信号；
接收来自每个所述多个第二光探测器和每个所述多个第三光探测器上检测的所述一个或多个第二光信号；
分析收到的一个或多个第一光信号和所述一个或多个第二光信号，以用于病理学检测。
17.一种使用上述任一项权利要求所述的微流体分析仪在病理学检测中的应用，包括：
分别通过一个中心流动通道流过多个缓冲通道和一个样本通道接收缓冲溶液和样本溶液，其特征在于，所述多个缓冲通道和所述样本通道汇聚在所述中心流动通道的输入端，以便在所述中心流动通道内形成狭窄路径，便于所示样本溶液在所述中心流动通道内流动；
通过多个第一套光纤耦合激光源流过所述中心流动通道刺激样本溶液中的细胞，以产生一个或多个第一光信号，其中，多个第一套光纤耦合激光源分别连接多个第一光刺激通道，其中，连接着每个所述多个第一光刺激通道的所述第一套光纤耦合激光源终止于一个透镜光纤；
通过多个第一检测器检测一个所述一个或多个第一光信号，其中，每个所述多个第一检测器分别放置在每个多个第一光接收通道；
通过所述多个第一光接收通道接收检测的一个所述一个或多个第一光信号，并且将所述一个或多个第一光信号提供给一个计算单元以用于病理学检测；其中，从所述多个第一光接收通道接收到的一个控制反馈被用于通过一输液泵分别控制流经所述多个缓冲通道的缓冲溶液和流经所述样本通道的样本溶液的流动速率；其中，所述输液泵与每个所述多个缓冲通道和所述样本通道相连；
通过多个第二套光纤耦合激光源刺激样本溶液中的细胞，以产生一个或多个第二光信号，其中，多个第二套光纤耦合激光源分别连接一个或多个第二光刺激通道；
通过一个或多个第二检测器检测至少一个所述一个或多个第二光信号，其中，每个所述一个或多个第二检测器分别放置在一个或多个第二光接收通道，其中，一个所述一个或多个第二光接收通道被配置了一个从每个所述一个或多个第二光刺激通道发出的激光，此激光通过布拉格光纤光栅滤光片发出；
通过一个计算单元接收检测的至少一个所述一个或多个第二光信号，以用于病理学检测。
18.根据权利要求17所述的应用，其特征在于，缓冲溶液从一组包括水，荧光素溶液，血清，磷酸盐缓冲盐水(PBS)和其它含盐溶液中选择。
19.根据权利要求17所述的应用，其特征在于，样本溶液从一组包括血细胞，源于培养细胞系的单细胞，血清，细菌，纯液体和有荧光标签的细胞中的污染物中选择。
20.根据权利要求17所述的应用，其特征在于，所述一个或多个第一光信号和所述一个或多个第二光信号至少是来自被刺激细胞正向散射的信号，从其它方向而非来自被刺激细胞正向散射的信号，和来自被刺激细胞中发出的荧光信号之一。
21.根据权利要求20所述的应用，其特征在于，当一个所述一个或多个第二光接收通道被垂直放置在中心流动通道时，一个所述一个或多个第二检测器从一个或多个第二光信号中检测荧光信号。
22.根据权利要求20所述的应用，其特征在于，当一个所述一个或多个第二光接收通道被以45度角放置在所述中心流动通道时，一个所述一个或多个第二检测器检测到从其它方向而非来自被刺激细胞正向散射的信号。
23.根据权利要求20所述的应用，其特征在于，当一个所述一个或多个第二光接收通道被以±40度角放置在所述中心流动通道时，一个所述一个或多个第二检测器检测到从其它方向而非来自被刺激细胞正向散射的信号。
24.根据权利要求20所述的应用，其特征在于，一个或多个第一光信号，其中之一被每个所述多个第一检测器检测到的是来自被刺激细胞正向散射的信号。
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