CN104483254A - 一种多色多参数便携式流式细胞仪 - Google Patents

Abstract

多色多参数便携式流式细胞仪，涉及生命科学和医学领域，解决了现有流式细胞仪存在的体积大、成本高、激发光源种类少、检测通道少的问题。包括LED光源组、光源整形系统、流动室、液流驱动系统、前向通道信号获取系统、侧向通道信号获取系统和数据分析系统，LED光源组发射多个不同波长光线经光源整形系统后发出长方形光斑，被检测物被液流驱动系统送至流动室并依次通过流体通道到达激光检测区，长方形光斑照射被检测物激发出不同波段散射光和荧光，前向通道信号获取系统将散射光信号转换为电信号，侧向通道信号获取系统将散射光和荧光信号转换为电信号，数据分析系统接收电信号输出分析结果。本发明体积小、携带方便、具有多种激发光源和多检测通道。

Description

一种多色多参数便携式流式细胞仪

技术领域

本发明涉及生命科学和医学技术领域，具体涉及一种多色多参数便携式流式细胞仪。

背景技术

流式细胞仪能够对处在快速流动状态下的细胞或生物微粒进行多参数、定量分析或分选，已广泛应用于细胞生物学、免疫学、生理学、分子生物学等基础研究，同时也被用于医学的临床诊断、环境检测等方面。

具有多种激发光源、能够分析多种荧光参数的流式细胞仪一直是各大流式细胞仪厂商争夺的热点领域，目前主要通过三个途径来改进流式细胞仪的多色多参数测量。一是开发新型荧光探针，使得一种波长激光能够同时激发多种荧光材料，市场上已出现了488nm波长单激光激发5色到7色的仪器，如BDFACSAria和LSRII，Beckman Coulter的FC500和CyAnADP等；二是优化系统光路设计，通过增加不同波长激光器的数量，实现多种激光激发多种荧光材料，如Partec公司的CyFlowML应用5种激光器激发13色荧光，实现16个参数的测量。三是质谱技术，以流式细胞术为核心，使用各种金属元素作为标签，用质谱代替荧光素，并采用ICP质谱技术作为检测手段，检测参数可达100多种，极大扩增了流式细胞术原有的极限，典型代表是美国DVS Sciences公司的CyTOF。但是上述方法必然会带来仪器体积的增大和成本的增加，不利于流式细胞仪小型化和便携性的推广。目前已有如挪威BioDETECT公司的microCyte，美国ORFLO公司的MoxiFlow等采用微流控技术的便携式流式细胞仪，但激发光源种类少、检测通道少，应用范围受限。因此，研制出一种体积小、携带方便，又具有多种激发光源、多种检测通道的多色多参数流式细胞仪具有非常实用的价值。

发明内容

为了解决现有流式细胞仪存在的体积大、成本高、激发光源种类少、检测通道少的问题，本发明提供一种体积小、携带方便、具有多种激发光源和多检测通道的多色多参数便携式流式细胞仪。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的一种多色多参数便携式流式细胞仪，包括：

LED光源组，发射多个不同波长光线；

由第一平凸透镜、第二平凸透镜、平行玻璃板和圆柱透镜组成的光源整形系统，多个不同波长的光线依次经第一平凸透镜聚焦、第二平凸透镜准直、平行玻璃板调节、圆柱透镜整形后发出长方形光斑；

成长方体结构的流动室，内部设有截面为梯形的流体通道，长方形光斑照射到流动室的激光检测区；

与流动室相连的液流驱动系统，液流驱动系统将被检测物输送至流动室中，被检测物依次有序的通过流体通道并到达激光检测区，长方形光斑照射到被检测物激发出不同波段的散射光信号和荧光信号；

用于收集散射光信号的前向通道信号获取系统，所述前向通道信号获取系统将散射光信号转换为电信号；

用于收集散射光信号和荧光信号的侧向通道信号获取系统，所述前向通道信号获取系统与侧向通道信号获取系统光路的光轴成90°，所述侧向通道信号获取系统将散射光信号和荧光信号转换为电信号；

与前向通道信号获取系统与侧向通道信号获取系统相连的数据分析系统，数据分析系统接收前向通道信号获取系统和侧向通道信号获取系统输出的电信号并对其进行整合分析后输出分析结果。

所述LED光源组由多个不同波长的发光芯片组成，发射出多个不同波长的光线，通过控制发光芯片的工作模式使LED光源组处于不同工作模式。

所述发光芯片为4个，波长分别为405nm、488nm、642nm和695nm。

所述激光检测区位于流动室中部偏上位置。

所述流动室采用透明的无定型二氧化硅制成。

所述液流驱动系统包括：用于盛装被检测物的样品池、与流动室底部相连且用于吸入被检测物的采样针、通过连接件和管路与流动室顶部相连的三向电磁阀、分别通过管路与三向电磁阀相连的注射泵和废液池。

所述前向通道信号获取系统包括：滤光片组镜、第一透镜组、第一换能器、与第一换能器相连的第一声光可调谐滤波器、与第一声光可调谐滤波器和数据分析系统相连的第一雪崩光电二极管；

被检测物被长方形光斑照射后激发出的散射光信号经滤光片组镜过滤掉干扰波长，再经第一透镜组聚焦至第一声光可调谐滤波器上，通过第一换能器控制按照特定控制频率改变第一声光可调谐滤波器参数使其能够通过既定不同种类波长的光波，第一声光可调谐滤波器将接收的光信号传输给第一雪崩光电二极管并通过第一雪崩光电二极管转换为电信号传输给数据分析系统。

所述第一换能器用于驱动第一声光可调谐滤波器，使第一声光可调谐滤波器以一种或多种不同频率模式工作，使单一波长或不同波长的散射光信号被第一雪崩光电二极管接收，所述第一声光可调谐滤波器的工作模式取决于LED光源组的工作模式。

所述侧向通道信号获取系统包括：第二透镜组、第二换能器、与第二换能器相连的第二声光可调谐滤波器、分别与第二声光可调谐滤波器和数据分析系统相连的第二雪崩光电二极管；

被检测物被长方形光斑照射后激发出的散射光信号和荧光信号经第二透镜组聚焦至第二声光可调谐滤波器上，通过第二换能器控制按照特定控制频率改变第二声光可调谐滤波器参数使其能够通过既定不同种类波长的光波，第二声光可调谐滤波器将接收的光信号传输给第二雪崩光电二极管并通过第二雪崩光电二极管转换为电信号输出给数据分析系统。

所述第二换能器用于驱动第二声光可调谐滤波器，使第二声光可调谐滤波器以多种不同频率模式工作，使不同波长的散射光信号和不同波长的荧光信号被第二声光可调谐滤波器接收，所述第二声光可调谐滤波器的工作模式取决于LED光源组的工作模式。

本发明的有益效果为：

1、LED光源组具有不同发光波长的LED芯片，可以通过高速接通和切断，实现不同波长光束的高速切换，相比目前流式细胞仪采用多个激光光源进行不同波长光束切换的结构，本发明光源数量少，整形光路得到简化，有益于减小仪器体积、降低生产成本。

2、采用声光可调谐滤波器代替传统流式细胞仪多个滤光片、多个反射镜以及二向色镜的光路设计，实现了只使用一个探测器可对不同波长荧光和散射光信号的获取，既有益于减小仪器体积，又可降低生产成本。

3、经光源整形系统整形后的长方形光斑，相比椭圆形光斑，能够减小细胞或微粒在探测区内位置变化对仪器精度如CV值的影响，提高流式细胞仪的检测精度。

4、不使用鞘液的液流驱动系统和流动室，降低了实验损耗，减小仪器体积。同时，由于检测系统对细胞或微粒流内的单细胞或微粒进行直接检测，大大降低了对样品量和样品浓度的要求，实现对微量样本的分析。

5、经优化的流动室特殊的拓扑结构，能够有效减小由于流动室外壁产生的折射和反射光对CV值的影响，提高仪器测量精度。

6、本发明实现了在有限空间下提供多种检测参数的流式细胞仪，可解决现有的低成本、小体积流式细胞仪以牺牲功能为代价的问题。

附图说明

图1为本发明的一种多色多参数便携式流式细胞仪的结构示意图。

图2为光源整形系统的光路结构示意图。

图3为液流驱动系统的结构示意图。

图4为前向通道信号获取系统的光路结构示意图。

图5为侧向通道信号获取系统的光路结构示意图。

图中：1、LED光源组，2、光源整形系统，3、流动室，4、液流驱动系统，401、注射泵，402、三向电磁阀，403、采样针，404、样品池，405、废液池，406、连接件，407、管路，5、前向通道信号获取系统，501、滤光片组镜，502、第一透镜组，503、第一声光可调谐滤波器，504、第一换能器，505、第一雪崩光电二极管，6、侧向通道信号获取系统，601、第二透镜组，602、第二声光可调谐滤波器，603、第二换能器，604、第二雪崩光电二极管，7、数据分析系统，8、激光检测区，9、被检测物，10、第一平凸透镜，11、第二平凸透镜，12、平行玻璃板，13、圆柱透镜。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明的一种多色多参数便携式流式细胞仪包括LED光源组1、光源整形系统2、流动室3、液流驱动系统4、前向通道信号获取系统5、侧向通道信号获取系统6和数据分析系统7。

LED光源组1由多个不同波长的发光芯片组成，可以发出多个不同波长的光。控制发光芯片的工作模式可使LED光源组1处于不同工作模式，单个发光芯片独自工作或者多个发光芯片以一定频率切换同时工作，LED光源组1中发光芯片的个数最好为4个，波长分别为405nm、488nm、642nm、695nm。

如图2所示，光源整形系统2由第一平凸透镜10、第二平凸透镜11、平行玻璃板12和圆柱透镜13组成，第一平凸透镜10、第二平凸透镜11、平行玻璃板12和圆柱透镜13依次排列。LED光源组1发出的多个不同波长的光线经过第一平凸透镜10聚焦、汇集能量，再经过第二平凸透镜11准直成平行光入射至平行玻璃板12、通过平行玻璃板12调节最后发出的光斑的位置，出射的光线经过圆柱透镜13整形光束形状后使原来椭圆形的光斑变成近似长方形的光斑，长方形光斑相比椭圆形光斑，能够减小被检测物9(如细胞或微粒等)在激光检测区8内位置变化对细胞仪精度如CV值的影响，提高细胞仪的检测精度。

如图1所示，激光检测区8位于流动室3中部偏上位置，LED光源组1发出的多个不同波长的光经光源整形系统2作用后产生长方形光斑，长方形光斑照射到流动室3的激光检测区8。流动室3整体为具有一定长度的长方体结构，其内部设置有截面为梯形的流体通道，流动室3采用透明的无定型二氧化硅制成。相比现有圆柱体结构或正方体结构，将流动室3设计成外部长方体结构、内部梯形截面能够有效减小由于流动室3外壁产生的折射光和反射光对细胞仪精度如CV值的影响，提高细胞仪的检测精度。

如图3所示，液流驱动系统4由注射泵401、三向电磁阀402、采样针403、样品池404、废液池405和连接件406组成，样品池404中盛装有被检测物9(如细胞或微粒等)，采样针403伸入到样品池404中用于吸入被检测物9(如细胞或微粒等)，流动室3底部连接采样针403，流动室3顶部通过连接件406和管路407连接到三向电磁阀402一端，三向电磁阀402另两端分别通过管路407与注射泵401和废液池405相连。控制三向电磁阀402使注射泵401与样品池404导通，启动注射泵401通过采样针403从样品池404中吸入被检测物9(如细胞或微粒等)，此时被检测物9(如细胞或微粒等)依次有序的通过流动室3内部截面为梯形的流体通道并到达激光检测区8，LED光源组1发出的多个不同波长的光经光源整形系统2作用后产生长方形光斑，长方形光斑照射到被检测物9(如细胞或微粒等)激发出不同波段的散射光信号和荧光信号。检测完毕后，控制三向电磁阀402使注射泵401与废液池405导通，使样品池404关断，启动注射泵401将废液排入废液池405。

前向通道信号获取系统5与侧向通道信号获取系统6光路的光轴成90°夹角，前向通道信号获取系统5用于收集散射光信号，侧向通道信号获取系统6用于收集散射光信号和荧光信号。

如图4所示，前向通道信号获取系统5由滤光片组镜501、第一透镜组502、第一声光可调谐滤波器503、第一换能器504和第一雪崩光电二极管505组成。第一换能器504与第一声光可调谐滤波器503相连，第一声光可调谐滤波器503与第一雪崩光电二极管505相连，第一雪崩光电二极管505与数据分析系统7相连，第一声光可调谐滤波器503由第一换能器504驱动，以一种或多种不同的频率模式工作，可使单一波长或不同波长的散射光信号通过系统被第一雪崩光电二极管505接收，第一声光可调谐滤波器503的工作模式取决于LED光源组1的工作模式。被检测物9(如细胞或微粒等)被长方形光斑照射后激发出的散射光信号通过滤光片组镜501过滤掉干扰波长，再经过第一透镜组502的聚焦作用将光线聚焦至第一声光可调谐滤波器503上，由第一换能器504控制按照一定控制频率改变第一声光可调谐滤波器503的参数使其能够通过既定不同种类波长的光波，然后将接收的光信号传输给第一雪崩光电二极管505，第一雪崩光电二极管505将接收的光信号转换为电信号后传输给数据分析系统7，经数据分析系统7整合分析输出分析结果。

如图5所示，侧向通道信号获取系统6由第二透镜组601、第二声光可调谐滤波器602、第二换能器603和第二雪崩光电二极管604组成。第二换能器603与第二声光可调谐滤波器602相连，第二声光可调谐滤波器602与第二雪崩光电二极管604相连，第二雪崩光电二极管604与数据分析系统7相连，第二声光可调谐滤波器602由第二换能器603驱动，第二换能器603控制第二声光可调谐滤波器602以多种不同的频率模式工作，可使不同波长的散射光信号和不同波长的荧光信号通过系统被第二声光可调谐滤波器602接收，第二声光可调谐滤波器602的工作模式取决于LED光源组1的工作模式。被检测物9(如细胞或微粒等)被长方形光斑照射后激发出的散射光信号和荧光信号经过第二透镜组601的聚焦作用将光线聚焦至第二声光可调谐滤波器602上，由第二换能器603控制按照一定控制频率改变第二声光可调谐滤波器602的参数使其能够通过既定不同种类波长的光波，然后将接收的光信号传输给第二雪崩光电二极管604，第二雪崩光电二极管604将接收的光信号转换为电信号后传输给数据分析系统7，经数据分析系统7整合分析输出分析结果。

数据分析系统7是通过现有技术实现的，其工作原理和组成在此不再重复说明。

Claims (10)

1.一种多色多参数便携式流式细胞仪，其特征在于，包括：

LED光源组(1)，发射多个不同波长光线；

由第一平凸透镜(10)、第二平凸透镜(11)、平行玻璃板(12)和圆柱透镜(13)组成的光源整形系统(2)，多个不同波长的光线依次经第一平凸透镜(10)聚焦、第二平凸透镜(11)准直、平行玻璃板(12)调节、圆柱透镜(13)整形后发出长方形光斑；

成长方体结构的流动室(3)，内部设有截面为梯形的流体通道，长方形光斑照射到流动室(3)的激光检测区(8)；

与流动室(3)相连的液流驱动系统(4)，液流驱动系统(4)将被检测物(9)输送至流动室(3)中，被检测物(9)依次有序的通过流体通道并到达激光检测区(8)，长方形光斑照射到被检测物(9)激发出不同波段的散射光信号和荧光信号；

用于收集散射光信号的前向通道信号获取系统(5)，所述前向通道信号获取系统(5)将散射光信号转换为电信号；

用于收集散射光信号和荧光信号的侧向通道信号获取系统(6)，所述前向通道信号获取系统(5)与侧向通道信号获取系统(6)光路的光轴成90°，所述侧向通道信号获取系统(6)将散射光信号和荧光信号转换为电信号；

与前向通道信号获取系统(5)与侧向通道信号获取系统(6)相连的数据分析系统(7)，数据分析系统(7)接收前向通道信号获取系统(5)和侧向通道信号获取系统(6)输出的电信号并对其进行整合分析后输出分析结果。

2.根据权利要求1所述的一种多色多参数便携式流式细胞仪，其特征在于，所述LED光源组(1)由多个不同波长的发光芯片组成，发射出多个不同波长的光线，通过控制发光芯片的工作模式使LED光源组(1)处于不同工作模式。

3.根据权利要求2所述的一种多色多参数便携式流式细胞仪，其特征在于，所述发光芯片为4个，波长分别为405nm、488nm、642nm和695nm。

4.根据权利要求1所述的一种多色多参数便携式流式细胞仪，其特征在于，所述激光检测区(8)位于流动室(3)中部偏上位置。

5.根据权利要求1所述的一种多色多参数便携式流式细胞仪，其特征在于，所述流动室(3)采用透明的无定型二氧化硅制成。

6.根据权利要求1所述的一种多色多参数便携式流式细胞仪，其特征在于，所述液流驱动系统(4)包括：用于盛装被检测物(9)的样品池(404)、与流动室(3)底部相连且用于吸入被检测物(9)的采样针(403)、通过连接件(406)和管路(407)与流动室(3)顶部相连的三向电磁阀(402)、分别通过管路(407)与三向电磁阀(402)相连的注射泵(401)和废液池(405)。

7.根据权利要求1所述的一种多色多参数便携式流式细胞仪，其特征在于，所述前向通道信号获取系统(5)包括：滤光片组镜(501)、第一透镜组(502)、第一换能器(504)、与第一换能器(504)相连的第一声光可调谐滤波器(503)、与第一声光可调谐滤波器(503)和数据分析系统(7)相连的第一雪崩光电二极管(505)；

被检测物(9)被长方形光斑照射后激发出的散射光信号经滤光片组镜(501)过滤掉干扰波长，再经第一透镜组(502)聚焦至第一声光可调谐滤波器(503)上，通过第一换能器(504)控制按照特定控制频率改变第一声光可调谐滤波器(503)参数使其能够通过既定不同种类波长的光波，第一声光可调谐滤波器(503)将接收的光信号传输给第一雪崩光电二极管(505)并通过第一雪崩光电二极管(505)转换为电信号传输给数据分析系统(7)。

8.根据权利要求7所述的一种多色多参数便携式流式细胞仪，其特征在于，所述第一换能器(504)用于驱动第一声光可调谐滤波器(503)，使第一声光可调谐滤波器(503)以一种或多种不同频率模式工作，使单一波长或不同波长的散射光信号被第一雪崩光电二极管(505)接收，所述第一声光可调谐滤波器(503)的工作模式取决于LED光源组(1)的工作模式。

9.根据权利要求1所述的一种多色多参数便携式流式细胞仪，其特征在于，所述侧向通道信号获取系统(6)包括：第二透镜组(601)、第二换能器(603)、与第二换能器(603)相连的第二声光可调谐滤波器(602)、分别与第二声光可调谐滤波器(602)和数据分析系统(7)相连的第二雪崩光电二极管(604)；

被检测物(9)被长方形光斑照射后激发出的散射光信号和荧光信号经第二透镜组(601)聚焦至第二声光可调谐滤波器(602)上，通过第二换能器(603)控制按照特定控制频率改变第二声光可调谐滤波器(602)参数使其能够通过既定不同种类波长的光波，第二声光可调谐滤波器(602)将接收的光信号传输给第二雪崩光电二极管(604)并通过第二雪崩光电二极管(604)转换为电信号输出给数据分析系统(7)。

10.根据权利要求9所述的一种多色多参数便携式流式细胞仪，其特征在于，所述第二换能器(603)用于驱动第二声光可调谐滤波器(602)，使第二声光可调谐滤波器(602)以多种不同频率模式工作，使不同波长的散射光信号和不同波长的荧光信号被第二声光可调谐滤波器(602)接收，所述第二声光可调谐滤波器(602)的工作模式取决于LED光源组(1)的工作模式。