CN105324657A - 用于流式细胞仪的辐射光过滤 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于流式细胞仪的滤光片掩膜，所述滤光片掩膜包括阻光特征结构和透光孔。所述流式细胞仪用于通过照射样品和载流体并收集从所述样品和所述载流体辐射的光线，从而评价所述样品的一个或多个特征。所述光线穿过所述滤光片掩膜。所述滤光片掩膜的阻光特征结构被布置成以一定辐射角选择性地阻挡辐射光，同时允许具有其他辐射角的光线穿过其中。传感器分析器接收穿过的所述光线以评价所述样品的至少一个特征。所述光线还可被分离成两个光束，可使用不同的滤光片掩膜独立地过滤所述两个光束。然后，可比较结果以提供关于所述样品的特征的甚至更多信息。

Description

用于流式细胞仪的辐射光过滤
相关专利申请的交叉引用
该申请作为PCT国际专利申请提交于2014年3月14日，并且要求于2013年3月15日提交的名称为“RADIATEDLIGHTFILTERINGFORAFLOWCYTOMETER”(用于流式细胞仪的辐射光过滤)的美国专利序列号61/798,548的优先权，该专利的公开内容据此以引用方式全文并入。
背景技术
流式细胞仪用于评价样品的内容物。将样品引入到流体流中，然后用光束照射。光束进入流体后与样品交互，然后光从流体沿各个方向辐射出来并发出荧光。通过评价光从流体辐射的方式，可确定样品的特征。
发明内容
一般而言，本公开涉及用于流式细胞仪的辐射光过滤。在一个可能的构造中并且作为非限制性例子，提供了选择性地过滤被样品辐射的光的滤光片掩膜。
一个方面是用于流式细胞仪中的滤光片掩膜，该滤光片掩膜包括：主体，该主体包括：阻光特征结构，该阻光特征结构包括：外部阻挡件；被构造成阻挡具有阻挡辐射角的光线的次级阻挡件；以及被构造成允许具有大于和小于阻挡辐射角的辐射角的光线穿过主体的透光孔。
另一个方面是流式细胞仪，该流式细胞仪包括：被构造成沿着流动路径提供流体的液流喷嘴，所述流体将样品颗粒包含在其中；被构造成生成朝向流动路径导向的光束的光源，其中当光束与流动路径相交时，光线被流体和颗粒以辐射角辐射；被构造成接收辐射光线并沿着光学路径导向光线的光学系统，该光学组件包括至少第一滤光片掩膜，该第一滤光片掩膜包括定位在第一滤光片掩膜中以选择性地阻挡具有特定辐射角的光线的阻光特征结构；以及布置在光学路径的末端以收集和分析穿过光学系统的光线的传感器分析器。
又一个方面是使用流式细胞仪评价颗粒的方法，该方法包括：沿着流体流动路径在流体中传递颗粒；使用光束照射颗粒和流体；使用光学系统收集从流体和光束辐射的光线；使用滤光片掩膜选择性地阻挡光线中具有一定辐射角的一些；使用滤光片掩膜选择性地使所述光线中的其他部分穿过；以及使用传感器分析器检测穿过滤光片掩膜的光线以评价所述颗粒的至少一个特征。
附图说明
图1为根据本公开的示例性流式细胞仪的示意性框图。
图2为示出图1所示的示例性流式细胞仪的一部分的侧视图的示意图。
图3为示例性滤光片掩膜的前正视图。
图4为另一个示例性滤光片掩膜的前正视图。
图5为另一个示例性滤光片掩膜的前正视图。
图6为另一个示例性滤光片掩膜的前正视图。
图7为另一个示例性滤光片掩膜的前正视图。
图8为另一个示例性滤光片掩膜的前正视图。
图9为另一个示例性滤光片掩膜的前正视图。
图10为示例性光学系统的剖面侧视图。
图11为图10所示的示例性光学系统的剖面顶视图。
图12为示出示例性平滑掩膜的示例性响应曲线的示意图。
图13为示出示例性分离掩膜的示例性响应曲线的示意图。
图14为示例性掩膜架的前透视图。
图15为图14所示的示例性掩膜架的后透视图。
图16为图14所示的示例性掩膜架的前正视图。
具体实施方式
下面将结合附图详细描述各种实施例，其中在若干附图中，类似的附图标号表示类似的部件和组件。对各种实施例的提及并不是对本文所附权利要求的范围进行限制。另外，本说明书中列举的任何例子并非意图加以限制，仅仅是针对所附权利要求书陈述多个可能的实施例中的一些。
图1为示例性流式细胞仪100的示意性框图。在该例子中，流式细胞仪100包括液流喷嘴102、光源104、样品收集器106、光学系统108、传感器分析器110，以及计算装置和控制电子器件112。光学系统108包括滤光片掩膜120。
液流喷嘴102接收含有颗粒的样品以供流式细胞仪100分析。液流喷嘴102具有小孔，该小孔一次仅允许一个或少量颗粒通过，诸如以便排列颗粒使其例如以单列形式通过液流喷嘴102。液流喷嘴102的例子包括流动室和空气中喷射式喷嘴。在一些实施例中，流动室包括具有极细通道的透明主体。含有颗粒的流体流由沿着延伸穿过流动室的流体路径的通道的壁导向并且经过光源104。在其他实施例中，空气中喷射式喷嘴用于沿着流体路径喷射流体流。流体动力使流体以连续流体流的形式流动并且在颗粒经过光源104时对颗粒进行限制。其他实施例采用其他液流喷嘴102。
将样品与鞘液混合，并且将所得到的含有样品的流体流F沿着流动路径FP导向。样品可以是各种不同类型的，并且一些实施例会在单个样品内包括多种类型。样品颗粒类型的例子包括微珠、血液、细菌、酵母、浮游生物、微粒(例如，来自细胞的质膜)以及线粒体。
光源104生成光束LB。光源104的例子为激光，其生成激光束。其他实施例使用其他光源，诸如弧光灯。光束LB沿光束LB进入流体的方向A1导向至流体路径FP。虽然光束LB通常由光源104本身朝向流体路径FP导向，但在其他实施例中，在光束从光源104射出之后，光束LB可另选地由一个或多个光学装置(诸如透镜、反射镜、棱镜等)导向。
在沿着流体路径FP行进之后，流体流F被导向至样品收集器106。在一些实施例中，样品收集器106是废弃物容器。在其他实施例中，样品收集器106包括一个或多个存储容器。在另一个可能的实施例中，流式细胞仪100是分选流式细胞仪，并且样品收集器106用于基于流体中颗粒的一个或多个所检测到的特征将颗粒分选到多个容器中。
当光束LB进入流体流F时，光线LR中的至少一些被流体内的颗粒辐射(例如，前向、侧向或后向)。这些光线中的一些是前向散射的，如图1所示，而其他光线是侧向散射和反向散射的。还会生成荧光，该荧光同样沿前向、侧向或后向方向辐射。辐射角θ(有时也称为散射角)是通过流体流F散射或发出荧光之后，光线LR相对于光束LB的方向A1的角度。由于光束LB包括可沿不同方向单独辐射的许多光线LR，因此不同光线LR可同时沿不同方向辐射并具有不同辐射角θ。前向散射(和发出荧光)将结合图2更详细地示出和描述。虽然图1仅示出垂直辐射角θ，但光线LR也可以水平维度(即，以全部三个维度)辐射。
光学系统108邻近流体路径FP定位以接收辐射光线。在一些实施例中，光学系统108包括滤光片掩膜120。滤光片掩膜120被布置和构造成阻挡光线LR中具有一定辐射角θ的一部分，并且使光线中具有不同辐射角θ的另一部分穿过。滤光片掩膜120的例子在本文中有所描述。
如上所述，光学系统108的至少一部分通常邻近流体路径FP布置。在图示的例子中，光学系统108被定位成与流体路径相距距离D1。不同实施例可具有不同距离D1。例如，一些实施例具有在约10mm至约15mm范围内的距离。
光线LR穿过光学系统108之后，被传感器分析器110检测到。传感器分析器110检测光线的各个特征，诸如所检测光的光度和位置、颗粒横穿光束时光脉冲的持续时间、脉冲形状、偏振和波长中的一者或多者。
计算装置和控制电子器件112与传感器分析器110交互，以评价流体中颗粒的特征。在一些实施例中，计算装置112包括显示器，并且在显示器上生成用户界面以向用户传达关于流体中颗粒的特征的信息。计算装置112通常包括至少一个处理装置(诸如中央处理单元)，以及至少一些形式的计算机可读介质，诸如计算机可读存储介质。计算机可读介质的例子在本文中有所描述。
在一些实施例中，流式细胞仪100是分选流式细胞仪，其中计算装置和控制电子器件112用于至少部分地基于由传感器分析器110检测到的前向辐射光将颗粒分选到样品收集器106的多个不同容器中。例如，流体液滴由液流喷嘴102选择性地充电，然后在液流喷嘴102处基于包含在液滴中的颗粒的所检测到的特征从流体流分离。接着使液滴穿过样品收集器106处的带电板，从而将液滴分选到不同容器中。带电板使液滴发生偏转，落入适当的容器中。
图2为示出示例性流式细胞仪100的一部分(诸如图1所示流式细胞仪100的一部分)的侧视图的示意图。流式细胞仪100的图示部分示出光束LB、流体流F、被流体流F辐射的光线LR以及光学系统108。在该例子中，光学系统108包括滤光片掩膜120。
当光束LB进入流体流F时，流体(和包含在流体中的任何颗粒)使光线LR沿不同方向辐射(由辐射角θ示出)。辐射沿垂直和水平方向两者进行。垂直辐射如图2所示，其中示出光线LR在45°(向上)和-45°(向下)之间垂直辐射。辐射还会沿水平方向进行，诸如在-12°(从光束LB的角度看向左)与+12°(向右)之间进行。辐射还可在这些范围之外进行，并且一些实施例在这些范围之外收集、过滤和/或评价光线LR。
然而，已经发现的是，当评价样品的一个或多个特征时，并非所有辐射光线LR都具有同等的信息性。因此，滤光片掩膜120可用于选择性地阻挡光线的某些部分，同时允许所关注的光线穿过。
作为一个假设的例子，假定仅仅所关注的光线是辐射角θ介于20°至35°，和-20°至-35°之间的那些。滤光片掩膜120可被布置和构造成阻挡光线的不期望部分(诸如辐射角介于-20°和+20°之间的那些，以及辐射角大于+/-35°的那些)。滤光片掩膜120可类似地布置和构造成具有在精确位置处形成的孔，其允许具有所关注的辐射角θ的光线LR(诸如辐射角θ介于20°至35°，和-20°至-35°之间的那些)穿过。
在一些实施例中，光线LR由光学系统108沿着光学路径收集和重新导向，然后由滤光片掩膜120过滤。例如，在一些实施例中，光学系统108包括一个或多个透镜，其沿着光学路径收集光线LR并对光线LR进行导向。
即使光线LR的方向在光学系统中可改变，但方便的是通过其辐射角指示，光线被流体以该角度辐射。
若干示例性光线在图2中示出。未被流体辐射的光线沿着光学路径的轴线A2继续，而被辐射的光线与轴线A2隔开。例如，一些光线的辐射角可为15°，而其他光线可以其他角度(诸如30°、45°、-15°、-30°和-45°，以及其间的其他角度，以及大于+/-45°的另外的其他角度)辐射。具有较大辐射角的光线与轴线A2相隔的距离比具有较小辐射角的光线大。在图示的例子中，以+/-15°辐射角辐射的光线在光学系统108中的给定点处与轴线A2相隔距离+/-D2(诸如与流体流F相隔距离D1)。类似地，以+/-30°和+/-45°辐射的光线分别与轴线A2相隔距离+/-D3和+/-D4。距离D4大于距离D3，而距离D3大于距离D2。在一些实施例中，可使用已知光线的辐射角和距离D1的基本三角法来计算D2、D3和D4的值。在其他实施例中，传递函数用于在光线的辐射角与位置之间进行映射，如本文所述。在一些实施例中，距离D2、D3和D4可随光线穿过光学系统而改变(诸如由光学系统的透镜引起的光线的发散度或会聚度导致)，但光线的相对位置仍然相同。
因此，滤光片掩膜120可定位在光学系统108中，以根据光线的辐射角对其进行过滤，从而阻挡某些光线，同时允许其他光线穿过其中。滤光片掩膜120的例子将结合图3-图9示出和描述。
然后，穿过滤光片掩膜120的光线由光学系统108收集并且导向至传感器分析器110，在其中对样品的一个或多个特征进行评价。
图2所示构造的益处是，可完成具有特定辐射角的光线LR的精确过滤，主要受到在滤光片掩膜120中精确形成孔的能力以及相对于光束LB方向A1正确定位滤光片掩膜120的能力所限制。
另一个益处是，可对滤光片掩膜进行选择以便在流式细胞仪内使用，该流式细胞仪具有针对特定应用优化的所需特征。例如，第一滤光片掩膜可插入光学系统中，其具有使其可用于第一应用的第一组特征，然后，可移除滤光片掩膜并替换为不同的滤光片掩膜以用于第二应用。在一些实施例中，除了移除滤光片掩膜并将其替换为具有所需特征的另一个滤光片掩膜，无需对光学系统108做出改变。另外的例子在本文中有所描述。
图3为示例性滤光片掩膜120的前正视图。在该例子中，滤光片掩膜120包括主体122、孔124和原点126。
滤光片掩膜120的主体122被布置和构造成阻挡辐射光线LR的某些部分穿过。例如，在一些实施例中，掩膜主体122由将会吸收光线LR的大多数或全部的材料形成。例如，滤光片掩膜120可由诸如塑料或金属的材料形成。在另一个可能的实施例中，主体由一种材料形成并且涂覆有一个或多个可吸收光线LR的大多数或全部的材料层。例如，在一些实施例中，主体由玻璃形成。将涂层涂覆到一个玻璃表面上，并且使用光刻技术选择性地移除涂层以形成穿过涂层的孔124。在该例子中，孔124未完全延伸穿过掩膜主体122，而是仅穿过涂层，但是由于玻璃的透明性，孔124仍然允许光线穿过其中。光刻技术可包括例如遮蔽主体122的阻光部分，以及从未被掩膜层保护的孔124部分蚀刻涂层。
根据滤光片掩膜在光学系统108内的所需位置以及具有各种不同辐射角的光线的已知相对位置来选择滤光片掩膜120的实际物理尺寸，如图2(例如，距离D2、D3和D4)所示。总高度H1和宽度W1被选择为足够大以阻挡不期望的光线沿着光学路径行进。
在一些实施例中，滤光片掩膜120被定位在光学路径中的某一位置处，在该位置处未被辐射的光线(轴线A2，如图2所示)朝向滤光片掩膜120的原点126导向。原点126为当滤光片掩膜120正确定位在光学系统108内时，滤光片掩膜120中未被辐射的光线会被导向的位置处的点。
图3所示的滤光片掩膜120包括形成于主体122中的孔124(在该例子中，包括孔124A和124B)。孔124定位在主体122中的特定位置处，以允许具有一定辐射角θ的辐射光线LR穿过其中。在该例子中，孔被定位成允许具有介于+/-20°与+/-35°之间的垂直辐射角以及介于-12°与+12°之间的水平辐射角的光线LR穿过其中。因此，孔124A具有与原点126相隔距离H2的内边缘，对应于辐射角为20°的光线的预期位置。孔124A的外边缘与原点126相隔距离H4，对应于辐射角为35°的光线的位置。孔124A的左边缘(从光束的角度来看)被定位成朝向原点126的左侧相隔距离W2，而孔124A的右边缘被定位在距原点126的右侧相等距离W3处，对应于+/-12°的水平辐射角。孔124B类似地定位成具有在相对(即，负)方向上与原点126相隔距离H3的内边缘和相隔距离H5的外边缘，并且具有相同的左边缘位置和右边缘位置。
在一些实施例中，使用传递函数确定滤光片掩膜120孔的具体位置。传递函数将辐射角映射到光学系统内的适当物理位置中。在一些实施例中，辐射角与滤光片掩膜特征结构的物理位置线性相关。在其他实施例中，传递函数可为非线性的，诸如具有对数、抛物线或其他非线性关系。在此类实施例中，可根据光学系统的具体特征确定传递函数，以允许在辐射角与物理位置之间针对滤光片掩膜的所需特征结构进行映射。
图4为另一个示例性滤光片掩膜120的前正视图。在该例子中，滤光片掩膜120包括主体122和孔124。主体122包括四个示例性阻光特征结构，其中包括外部阻挡件140、次级阻挡件142、中心阻挡件144和靶心阻挡件146。并非所有实施例均包括全部四个特征结构。例如，一些实施例包括这些特征结构中的一个、两个或三个。
如本文所述，主体122通常由一种或多种材料(诸如塑料、金属或玻璃)的薄片材形成。在一些实施例中，主体122包括一种或多种其他材料的一个或多个涂层。主体122用于阻挡具有一定辐射角的光线，同时包括允许其他光线穿过其中的孔124。在一些实施例中，主体122的阻挡部分由基本上吸收和/或阻挡光线的材料，诸如具有深颜色(例如，黑色)的材料形成。
孔124形成在主体122中以允许光穿过其中。孔124可整个延伸穿过主体122，或穿过光吸收和/或阻挡材料的一个或多个层。在一些实施例中，孔124是透明的。
主体122的四个示例性特征结构中的每一个在下文将依次描述。
外部阻挡件140被构造成阻挡辐射角大于所需最大垂直辐射角和水平辐射角的光线。在该例子中，外部阻挡件140包括外边缘152和内边缘154，以及在其间延伸的外部阻挡件140。外部阻挡件140具有适于阻挡其辐射角大于最大垂直辐射角和水平辐射角的光线沿着光学路径行进的高度和宽度(即，类似于H1和W1，如图3所示)。在一些实施例中，外部阻挡件140的外边缘152联接到筒外壳，其在沿着光学路径的某一位置处由流式细胞仪100的框架支撑。当滤光片掩膜120安装在流式细胞仪100中时，滤光片掩膜120被定位成使得原点126与光学路径的轴线A2(如图2所示)对齐。
外部阻挡件140的内边缘154限定孔124的外周边，并且因此限定可沿着光学路径行进的最大辐射角。在该例子中，内边缘154是椭圆形的。其他实施例具有其他形状，诸如圆形、正方形或矩形。内边缘154的半高H6限定被允许穿过滤光片掩膜120的光线的最大垂直辐射角。内边缘154的半宽W6限定被允许穿过滤光片掩膜120的光线的最大水平辐射角。通常，滤光片掩膜120垂直或水平地对称。在其他实施例中，还可形成非对称滤光片掩膜。
在一些实施例中包括部分142A和142B的次级阻挡件142被布置在外部阻挡件140的原点126与内边缘154之间的位置处，以阻挡原本会穿过外部阻挡件140的光线的一部分。次级阻挡件142可以线性构造或径向构造形成。图4中的例子示出包括线性次级阻挡件142的线性构造。图5中的例子示出包括径向次级阻挡件部分142C和142D的径向构造。
继续参照图4所示的例子，次级阻挡件142具有在外部阻挡件140的内边缘154之间水平延伸的矩形形状。次级阻挡件部分142A包括外边缘156和内边缘158。外边缘156定位在与原点126相距高度H7处，而内边缘定位在与原点126相距高度H8处。次级阻挡件部分142A在其间延伸，并且被构造成阻挡具有使得光线沿着光学路径在高度H7和H8之间穿过的辐射角的光线。次级阻挡件142的厚度为高度H7与H8之间的差值，其小于内边缘154的高度H6。次级阻挡件部分142B通常具有与次级阻挡件部分142A相同的形状，并且被布置在滤光片掩膜120的相对侧处。孔124被定位在次级阻挡件的上方和下方，允许不同辐射角的光线在次级阻挡件部分142A和142B中的每一个的上方和下方穿过。在一些实施例中，允许具有不同辐射角(大于和小于由次级阻挡件阻挡的角)的光线LR穿过滤光片掩膜的孔124，并由单个传感器分析器收集和分析(如图1所示)。
中心阻挡件144穿过原点126并且在外部阻挡件140的内边缘154的相对侧之间水平延伸，以阻挡具有小于最小垂直辐射角的光线的一部分。在该例子中，中心阻挡件144为矩形并具有外边缘160和162。外边缘160和162水平延伸并且定位成与原点126相距高度H9。在其他实施例中，边缘160和162是弯曲的，诸如具有弓形、部分圆形或抛物线形状。
靶心阻挡件146通常以原点126为中心，并且被构造成阻挡其辐射角小于最小辐射角的光线。在一些实施例中，靶心阻挡件146具有圆形形状。其他实施例具有其他形状，诸如椭圆形、正方形或矩形。靶心阻挡件具有外边缘164。在该例子中，外边缘164具有半高H10和半宽W10。当靶心阻挡件具有圆形形状时，高度H10和宽度W10等于圆形形状的半径。靶心阻挡件146用于阻挡来自光束的未被流体辐射的光线，以及其辐射角小于最小辐射角的那些光线。通过阻挡光线的明亮部分，例如，信噪比可显著提高。然而，在一些实施例中，类似功能也可以或另选地由中心阻挡件144执行。
图5为示出滤光片掩膜120的另一个例子的前正视图。图5所示的滤光片掩膜通常与图4所示相同，不同的是，在该例子中，次级阻挡件142具有径向构造。因此，滤光片掩膜120、主体122、外部阻挡件140、中心阻挡件144和靶心阻挡件146在此不作重复描述。
在该例子中，次级阻挡件142具有包括次级阻挡件部分142C和142D的径向构造，并且包括外边缘156和内边缘158。次级阻挡件142在外边缘156和内边缘158之间延伸。
在一些实施例中，边缘156和158具有圆形形状。其他实施例具有其他形状，诸如椭圆形、正方形或矩形。外边缘156具有高度H7和宽度W7。内边缘158具有高度H8和宽度W8。
图6-图9示出滤光片掩膜120的若干另外的例子。图6-图7示出被称为平滑掩膜的第一类滤光片掩膜。图8-图9示出被称为分离掩膜的第二类滤光片掩膜。
图6为示例性滤光片掩膜120A的前正视图。示例性滤光片掩膜120A包括主体122和孔124。主体122包括原点126、外部阻挡件140、次级阻挡件142和中心阻挡件144。滤光片掩膜120A为平滑掩膜的第一例子。
如本文所述，滤光片掩膜120的物理尺寸可根据光线的辐射角来描述，因为辐射角对应于光学路径内的特定物理位置。辐射角与实际物理尺寸成比例，所述实际物理尺寸可基于滤光片掩膜120在光学系统108中的具体物理位置进行计算。因此，图6根据垂直辐射角(-50°至+50°)和水平辐射角(-15°至+15°)来识别示例性滤光片掩膜120A的比例，并且这些角度将在下文中进一步讨论。
外部阻挡件140具有外边缘152。在该例子中，外边缘定位在+/-50°的垂直辐射角和+/-15°的水平辐射角处。
外部阻挡件140还具有椭圆形的内边缘154。内边缘154的顶部和底部定位在+/-45°的垂直辐射角处，而内边缘154的侧面定位在+/-12°的垂直辐射角处。
在该例子中，次级阻挡件142为线性次级阻挡件。次级阻挡件142包括部分142A和142B，其各自具有外边缘156和内边缘158。外边缘156布置在+/-39°的垂直辐射角处，而内边缘158布置在+/-33°的垂直辐射角处。
中心阻挡件144具有外边缘160和162。外边缘160和162布置在+/-16°的垂直辐射角处。
图7为示例性滤光片掩膜120B的前正视图。示例性滤光片掩膜120B包括主体122和孔124。主体122包括原点126、外部阻挡件140、次级阻挡件142和中心阻挡件144。滤光片掩膜120B为平滑掩膜的第二例子。
外部阻挡件140具有外边缘152。在该例子中，外边缘定位在+/-50°的垂直辐射角和+/-15°的水平辐射角处。
外部阻挡件140还具有椭圆形的内边缘154。内边缘154的顶部和底部定位在+/-42°的垂直辐射角处，而内边缘154的侧面定位在+/-12°的垂直辐射角处。
在该例子中，次级阻挡件142为径向次级阻挡件。次级阻挡件142包括外边缘156和内边缘158。外边缘156为具有与+/-37°的垂直辐射角相交的半径的圆形，而内边缘158为具有+/-31°的垂直辐射角相交的半径的圆形。换句话讲，次级阻挡件142被布置和构造成阻挡辐射角大小在31°与37°之间的光线。
中心阻挡件144具有外边缘160和162。外边缘160和162布置在+/-22°的垂直辐射角处。
图8为另一个示例性滤光片掩膜120C的前正视图。示例性滤光片掩膜120C包括主体122和孔124。主体122包括原点126、外部阻挡件140和中心阻挡件144。滤光片掩膜120C为分离掩膜的第一例子。
外部阻挡件140具有外边缘152。在该例子中，外边缘定位在+/-50°的垂直辐射角和+/-15°的水平辐射角处。
外部阻挡件140还具有椭圆形的内边缘154。内边缘154的顶部和底部定位在+/-19°的垂直辐射角处，而内边缘154的侧面定位在+/-12°的垂直辐射角处。
中心阻挡件144具有外边缘160和162。外边缘160和162布置在+/-12.2°的垂直辐射角处。
图9为示例性滤光片掩膜120D的前正视图。示例性滤光片掩膜120D包括主体122和孔124。主体122包括原点126、外部阻挡件140、次级阻挡件142和中心阻挡件144。滤光片掩膜120D为分离掩膜的第二例子。
外部阻挡件140具有外边缘152。在该例子中，外边缘定位在+/-50°的垂直辐射角和+/-15°的水平辐射角处。
外部阻挡件140还具有椭圆形的内边缘154。内边缘154的顶部和底部定位在+/-23°的垂直辐射角处，而内边缘154的侧面定位在+/-12°的垂直辐射角处。
在该例子中，次级阻挡件142为线性次级阻挡件。次级阻挡件142包括部分142A和142B，其各自具有外边缘156和内边缘158。外边缘156布置在+/-17°的垂直辐射角处，而内边缘158布置在+/-15°的垂直辐射角处。
中心阻挡件144具有外边缘160和162。外边缘160和162布置在+/-12.2°的垂直辐射角处。
图10-图11示出图1所示光学系统108的另一个例子。图10为示例性光学系统108的剖面侧视图。图11为示例性光学系统108的剖面顶视图。
在该例子中，光学系统108包括收集光学组件161、二次成像仪163、准直器165、光束分离组件167、滤光片掩膜120以及另外可能的光学部件169。
虽然结合光学系统108的特定物理具体实施(诸如包括特定类型的透镜和特定透镜构造)示出和描述了该例子，但是其他实施例可具有其他构造。在与本文同一天提交的标题为“OPTICSSYSTEMFORAFLOWCYTOMETER”(用于流式细胞仪的光学系统)的共同待审的美国专利申请序列号61/793,771中更详细地示出并描述了可能的光学组件的其他例子，该专利申请的公开内容以引用方式并入本文。
在一些实施例中，收集光学组件161包括透镜172和三胶合透镜174、包括双胶合透镜176和178的二次成像仪163以及包括双胶合透镜180的准直器165。
另外，一些实施例包括光束分离组件167，该光束分离组件167被布置和构造成将光线分离为两个或更多个独立光束，诸如光束192和光束194(图11)。在该例子中，光束分离组件167包括分束器202和反射镜204。分束器202被定位在光学系统108的光学路径中并被构造成使得光线的一半朝向反射镜204被反射以形成光束194(图11)，并且使得光线的另一半被透射以形成光束192(图11)。在一些实施例中，反射镜204被布置成朝向传感器分析器110重新导向光束194，使得光束192和194是平行的。如果需要，可使用另外的分束器将光线LR分离为另外的光束。在另一个可能的实施例中，可略去反射镜204，使得光束194沿垂直于光束192的方向继续行进，并且另一个传感器分析器110(或传感器分析器110的另一个部分)可沿着光束194路径定位。
然后，可单独地过滤和分析独立光束192和194中的每一者。在该例子中，光束192和194中的每一者穿过单独的滤光片掩膜1201和掩膜1202。滤光片掩膜1201和1202可以是相同的，也可以是不同的。例如，滤光片掩膜1201可用于允许光线中与一定辐射角θ相关的所选部分穿过，并且滤光片掩膜1202可用于允许光线中与其他辐射角θ相关的其他选择部分穿过。这样，传感器分析器110可针对流体流F的相同部分单独且同时地评价辐射光线的多个部分。
在一个示例性实施例中，滤光片掩膜1201是平滑掩膜并且滤光片掩膜1202是分离掩膜。平滑掩膜的例子在图6-图7中示出，并且分离掩膜的例子在图8-图9中示出。平滑掩码和分离掩膜还将结合图12-图13进行更详细地讨论。
一些实施例包括一个或多个另外的光学部件169。另外的光学部件的例子包括滤光部件206、透镜208和孔部件210。
在一些实施例中，提供了滤光部件206以在光线到达传感器分析器之前进一步过滤光线。滤光部件206的例子包括光谱滤光片、中性密度滤光片和偏振滤光片。
提供透镜208A和208B以使光线汇聚到焦点上，从而使得光线穿过孔部件210A和210B。孔部件210A和210B被定位在透镜208A和208B的焦点处并且被构造成阻挡来自传感器分析器的杂散光。另外的孔部件210同样可被定位在其他焦点处。
在图11所示的例子中，光束192和194的总路径长度不相等。更具体地讲，由于光束194被分束器偏移了与分束器202与反射镜204之间的距离相等的距离，因此光束194比光束192行进了更长的距离。在其他可能的实施例中，调节光学系统108以提供相等的路径长度。例如，可通过使光束192的路径长度增加相等的距离或通过使光束194的路径长度减少相等的距离来补偿光束194的偏移。作为更具体的例子，可增大或减小滤光部件206与透镜208之间的距离(例如在准直的或伪准直的区域中)，以提供具有相等路径长度的光束192和194。例如，在一些实施例中，将分束器202与传感器分析器110之间的距离增加(在滤光部件206A与透镜208A之间)与分束器202与反射镜204之间的距离相等的距离，使得光束192和194的路径长度相等。作为另一种选择，在另一个可能的实施例中，反射镜204与传感器分析器110之间的距离可减少相同的距离。
图12为示出平滑掩膜的示例性响应曲线的示意图。平滑掩膜的一些具体例子结合图6-图7示出和描述。图中示出了三种不同类型的颗粒(A类、B类和C类)的响应曲线。图12所示的具体数据是假设的，提供这些数据是为了帮助说明下述概念。
平滑掩膜是一种滤光片掩膜，对于给定类型的颗粒，它可对包含在样品中的颗粒的尺寸变化呈现出线性或基本线性的响应。因此，当已知颗粒类型时，可非常精确地测定颗粒的尺寸。图12示出这类响应的例子。在该例子中，对于给定类型的颗粒，辐射强度随颗粒尺寸的变化呈线性增加。换句话讲，特定类型(如，A类)的较大颗粒产生比相同类型的较小颗粒更大的检测辐射强度。因此，当样品包括单个已知类型的颗粒或具有共同响应曲线的单组颗粒时，检测到的辐射强度提供对颗粒尺寸的直接指示。
平滑掩膜对存在于样品中的颗粒的类型变化可具有一定程度的敏感性。例如，当样品包括多个不同类型的颗粒(如，A类、B类和C类)时，滤光片掩膜对于多个不同类型的颗粒可能不会呈现线性响应。作为一个例子，如果传感器分析器110(图1)检测到4×107的给定颗粒的辐射强度，并且样品中存在多个不同类型的颗粒(如，A类、B类和C类)，那么细胞仪100难以仅仅基于检测到的辐射强度确定粒度。如图所示，A类颗粒的粒度可为20μm，B类颗粒的粒度可为27μm，或C类颗粒的粒度可为33μm。因此，平滑掩膜可以使针对第一类型的较小颗粒(如，A类的20μm颗粒)所检测到的辐射强度大于针对第二类型的较大颗粒(如，C类的30μm颗粒)所检测到的辐射强度。在这种情形下，很难仅仅基于使用单个平滑掩膜时所检测到的辐射强度确定颗粒的相对或实际尺寸。
在一些实施例中，对平滑掩膜进行选择以最小化波动，得到散射强度函数的减小的路径长度。最小路径长度可能为直线，诸如图12所示。
图13为分离掩膜的示例性响应曲线的示意图。分离掩膜的一些具体例子结合图8-图9示出和描述。图中示出了三种不同类型的颗粒(A类、B类和C类)的响应曲线。图13所示的具体数据是假设的，提供这些数据是为了帮助说明下述概念。
分离掩膜是一种滤光片掩膜，其中针对给定粒度检测到的辐射强度在包含多个不同类型颗粒的情况下具有尽可能小的变化。在分离掩膜中，减少变化比线性响应更重要，并且因此分离掩膜可具有比平滑掩膜更多的波动(即，更大的路径长度)。
在图13所示的例子中，使用分离掩膜获得的响应曲线并非完全是线性的。但是，多个不同颗粒类型(如，A类、B类和C类)的响应曲线彼此非常接近。因此，尺寸为20μm的任一种颗粒(A类、B类和C类)得到约4.5×107的检测辐射强度，并且尺寸为30μm的颗粒得到约6×107的检测辐射强度。无论颗粒的类型，对分离掩膜进行选择以在针对不同尺寸的颗粒检测到的辐射强度方面保持尽可能多的分离(图13中的“S”)。例如，分离S是针对给定尺寸(例如20μm)的A类颗粒检测到的辐射强度与针对较大给定尺寸(例如30μm)的C类颗粒检测到的辐射强度的差值。如果这些辐射强度重叠，那么滤光片掩膜的分离不足，因为细胞仪无法区分不同尺寸的颗粒。然而，如图13所示，当这些辐射强度不重叠时，细胞仪可区分两个不同尺寸的颗粒，尽管其为不同类型的颗粒。事实上，在尺寸上更为接近的颗粒可使用图12所示的分离掩膜例子区分彼此。
由于分离掩膜可提供响应曲线的分离，分离掩膜可用于确定粒度差异，即使当样品中存在不同类型的颗粒时也是如此。
在一些情况下，在细胞仪中可同时利用平滑掩膜和分离掩膜两者来获得甚至更好的结果以评价样品中的颗粒。通过将光束分离为两个或更多个独立光束，诸如图10-图11所示，平滑掩膜可被插入作为滤光片掩膜中的一者(如，1201)，并且分离掩膜可被插入作为滤光片掩膜中的另一者(如，1202)，以独立且同时地评价与相同颗粒相关的光线。例如，无论颗粒类型，使用分离掩膜确定的辐射强度可用于确定颗粒的近似尺寸。利用此信息，流式细胞仪可随后使用通过平滑掩膜确定的辐射强度来确定颗粒类型和颗粒的更精确的尺寸。因此，通过同时使用两个或更多个不同的滤光片掩膜所获得的结果可生成比通过使用两个或更多个滤光片掩膜中的任一个所生成的结果更好的结果。
另外类型的滤光片还可以用于获得关于样品的甚至更多信息。滤光片可包括基于辐射角选择性地阻挡光线或使光线穿过的一个或多个另外的滤光片掩膜，也可包括一个或多个光谱滤光片、中性密度滤光片和偏振滤光片。
图14-图16示出示例性掩膜架252，其包括外壳254和滤光片掩膜120。图14为前透视图，图15为后透视图，并且图16为前正视图。在该例子中，外壳254包括顶部260、侧面262和264、以及底部266。在该例子中，还示出了接合特征结构272，以及夹持特征结构274和276。
在该例子中，外壳254包括顶部260、侧面262和264、以及底部266。在一些实施例中，流式细胞仪100(图1)被构造成容纳可移除的滤光片掩膜120。在该例子中，滤光片掩膜120包括在掩膜架252中，该掩膜架252可根据需要被容易地插入流式细胞仪100中或从流式细胞仪100移除。例如，在一些实施例中提供了具有不同滤光片掩膜的多个不同掩膜架252，并且操作人员可根据样品的类型或即将执行的评价类型选择具体掩膜架。
在一些实施例中，掩膜架252由单块材料形成。例如，掩膜架252可模制而成。在另一个可能的实施例中，掩膜架252由一块实心材料形成，该实心材料经过加工、蚀刻或以其他方式形成所需构造。在其他实施例中，掩膜架252由两块或更多块材料形成。可能的材料的例子包括塑料、金属、玻璃以及这些材料或其他材料的组合。还可涂覆一种或多种涂料，诸如油漆。在一些实施例中，材料和/或涂料是吸光的和/或非反射的。
在一些实施例中，外壳254的尺寸和形状被设计成可插入对应尺寸的插孔中，该对应尺寸的插孔布置在细胞仪的光学系统中适当的位置处。
在一些实施例中，顶部260包括接合特征结构272。细胞仪的插孔上方的盖子或闩锁被构造成在掩膜架252被正确地插入插孔中时与接合特征结构272接合。
在一些实施例中，侧面262和264包括夹持特征结构274和276。在该例子中，夹持特征结构274和276被构造成由操作者的指尖抓持以便从细胞仪的插孔容易地移除掩膜架252。
在一些实施例中，掩膜架252具有图14-图16所示的高度H11、长度L11和宽度W11。各种实施例可具有不同的尺寸。作为一个例子，高度H11和长度L11在约0.5英寸至约2英寸的范围内。一些实施例具有约1英寸的高度H11和长度L11。作为另一个例子，宽度W11在约0.1英寸至约0.5英寸的范围内。一些实施例具有约0.25英寸的宽度W11。
在一些实施例中，滤光片掩膜120的厚度小于掩膜架252的宽度W11。作为一个例子，厚度在约0.01至约0.03英寸的范围内。一些实施例具有约0.02英寸(0.5mm)的厚度。
本文所述的掩膜架252以举例的方式提供，但广泛多种的另选的构造也是可能的。
如本文所述，流式细胞仪100的一些实施例包括一种或多种类型的计算机可读介质。计算机可读介质包括可由计算装置112访问的任何可用介质。举例来讲，计算机可读介质包括计算机可读存储介质和计算机可读通信介质。
计算机可读存储介质包括易失性的和非易失性的、可移除的和不可移除的介质，该介质在构造用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何装置中实现。计算机可读存储介质包括但不限于随机存取存储器、只读存储器、电可擦可编程只读存储器、闪存或其他存储技术、光盘只读存储器、数字通用盘或其他光存储器、磁盒式磁带、磁带、磁盘存储器或其他磁存储装置、或可用于存储所需信息且可由计算装置112访问的任何其他介质。计算机可读存储介质不包括计算机可读通信介质。
计算机可读通信介质通常为计算机可读指令、数据结构、程序模块或调制数据信号(诸如载波或其他传输机制)中的其他数据，并且包括任何信息传递介质。术语“调制数据信号”是指具有一个或多个其特征集合或以编码信号中的信息的这种方式改变的信号。举例来讲，计算机可读通信介质包括有线介质，诸如有线网络或直接有线连接；以及无线介质，诸如声音、射频、红外线和其他无线介质。上述中的任一个的组合也包括在计算机可读介质的范围内。
在一些实施例中，术语“基本上”是指小于5％的偏差。在其他实施例中，该术语是指小于1％的偏差。又一些实施例具有小于0.1％的偏差。其他实施例具有其他偏差量。
上述各种实施例仅以举例说明的方式提供，不应被视为对本文所附权利要求书的限制。本领域的技术人员将容易地理解，在不脱离以下权利要求的真实实质和范围的情况下，可以不遵循本文所述的示例性实施例和应用作出各种修改和变化。

Claims (20)

1.一种用于流式细胞仪的滤光片掩膜，所述滤光片掩膜包括：
主体，所述主体包括：
阻光特征结构，所述阻光特征结构包括：
外部阻挡件；和
次级阻挡件，所述次级阻挡件被构造成阻挡具有阻挡辐射角的光线；以及
透光孔，所述透光孔被构造成允许具有大于和小于所述阻挡辐射角的辐射角的光线穿过所述主体。
2.根据权利要求1所述的滤光片掩膜，其中所述外部阻挡件被布置和构造成阻挡所述流式细胞仪内与大于最大垂直辐射角和最大水平辐射角的辐射角相关的光线。
3.根据权利要求1所述的滤光片掩膜，其中所述次级阻挡件被布置和构造成阻挡所述流式细胞仪内与小于所述最大垂直辐射角和最大水平辐射角的辐射角相关的至少一些光线，并且被定位在所述外部阻挡件与所述滤光片掩膜的原点之间。
4.根据权利要求3所述的滤光片掩膜，其中所述次级阻挡件具有矩形形状。
5.根据权利要求3所述的滤光片掩膜，其中所述次级阻挡件具有曲线形状。
6.根据权利要求1所述的滤光片掩膜，还包括靶心阻挡件。
7.根据权利要求1所述的滤光片掩膜，还包括中心阻挡件。
8.根据权利要求1所述的滤光片掩膜，其中所述滤光片掩膜包含在所述掩膜架中。
9.根据权利要求1所述的滤光片掩膜，其中所述滤光片掩膜是平滑滤光片，所述平滑滤光片针对单一类型的颗粒具有基本线性的响应曲线。
10.根据权利要求1所述的滤光片掩膜，其中所述滤光片掩膜是分离滤光片，所述分离滤光片具有在不同类型的颗粒的响应曲线中的分离。
11.一种流式细胞仪，所述流式细胞仪包括：
液流喷嘴，所述液流喷嘴被构造成沿着流动路径提供流体，所述流体将样品颗粒包含在其中；
光源，所述光源被构造成生成朝向所述流动路径导向的光束，其中当所述光束与所述流动路径相交时，光线被所述流体和所述颗粒以辐射角辐射；
光学系统，所述光学系统被构造成接收所述辐射光线并沿着光学路径导向所述光线，所述光学组件包括至少第一滤光片掩膜，所述第一滤光片掩膜包括定位在所述第一滤光片掩膜中以选择性地阻挡具有特定辐射角的光线的阻光特征结构；以及
传感器分析器，所述传感器分析器布置在所述光学路径的末端以收集和分析穿过所述光学系统的光线。
12.根据权利要求11所述的流式细胞仪，其中所述光学系统包括插孔，并且其中所述第一滤光片掩膜可从所述插孔移除。
13.根据权利要求11所述的流式细胞仪，其中所述光学系统还包括：
光束分离组件，所述光束分离组件沿着所述光学路径布置以将所述光线分离成至少两个独立光束，其中所述第一滤光片掩膜沿着所述独立光束的第一个布置；以及
第二滤光片掩膜，所述第二滤光片掩膜沿着所述独立光束的第二个布置。
14.根据权利要求13所述的流式细胞仪，其中具有第一组辐射角的光线穿过所述第一滤光片掩膜，并且其中具有第二组辐射角的光线穿过所述第二滤光片掩膜。
15.根据权利要求14所述的流式细胞仪，其中所述辐射角中的至少一些在所述第一组和所述第二组中是相同的。
16.一种用流式细胞仪评价颗粒的方法，所述方法包括：
沿着流体流动路径在流体中传递颗粒；
使用光束照射所述颗粒和所述流体；
使用光学系统收集从所述流体和所述光束辐射的光线；
使用滤光片掩膜选择性地阻挡光线中具有一定辐射角的一些；
使用所述滤光片掩膜选择性地使所述光线中的其他部分穿过；以及
使用传感器分析器检测穿过所述滤光片掩膜的光线以评价所述颗粒的至少一个特征。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述至少一个特征选自所述颗粒的尺寸和所述颗粒的类型。
18.根据权利要求16所述的方法，还包括使用所述光学系统将所述光束分离成至少两个独立光束。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述选择性阻挡和所述选择性穿过涉及采用第一滤光片掩膜选择性地阻挡和选择性地穿过独立光束的第一个，并且还包括：使用第二滤光片掩膜选择性地阻挡所述独立光束的第二个的所述光线中具有一定辐射角的一些，其中所述第二滤光片掩膜阻挡的所述辐射角不同于所述第一滤光掩膜阻挡的所述辐射角。
20.根据权利要求16所述的方法，还包括：
将所述滤光片掩膜容纳到所述流式细胞仪的插孔中，所述滤光片掩膜被安放在掩膜架中，其中将所述滤光片掩膜容纳到所述流式细胞仪的插孔中发生在沿着所述流体流动路径在所述流体中传递所述颗粒之前。
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