CN105393104A - 粒子分析装置和粒子分析方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种粒子分析装置和一种粒子分析方法，其能够获得具有高可靠性的检测数据，而不执行高频叠加。一种粒子分析装置被配置成包括：光照射单元，所述光照射单元用激光照射在流径内流动的粒子；光检测单元，所述光检测单元检测荧光或散射光或者荧光和散射光两者，从用激光照射的粒子发出荧光和散射光；以及信号处理单元，所述信号处理单元处理荧光或散射光的检测信号或者荧光和散射光两者的检测信号，从光检测单元输出荧光和散射光，光照射单元包括至少：光源，所述光源产生激光；以及激光检测器，所述激光检测器检测从光源发出的激光的一部分，该信号处理单元基于激光检测器中的检测结果来校正荧光或散射光的检测信号或者荧光和散射光两者的检测信号。

Description

粒子分析装置和粒子分析方法
技术领域
本技术涉及一种用于光学检测粒子的粒子分析装置和粒子分析方法。更具体地，本技术涉及一种提高粒子分析装置的检测精度的技术，以及一种用于检测从用光照射的粒子发出的荧光或散射光的粒子分析方法。
背景技术
为了辨别与生物相关的微粒(诸如细胞、微生物和脂质体)，使用流式细胞计(流式细胞仪)的光学检测方法被使用。流式细胞计为一种分析技术，其用于用特定波长的激光照射在流径内顺序流动的粒子并且检测从每个粒子发出的荧光或散射光，以辨别彼此的粒子。
同时，在流式细胞计中，由于来自粒子的流径、回光等的影响，激光的振荡波长以大约几十μs的量级波动。这导致从激光输出的光量的变化，并且这种变化被检测为噪声。这种噪声通常被称为“跳模噪声”并且成为检测数据变化或可靠性降低的原因。
流式细胞计具备激光输出调整系统(自动功率控制：APC)以便防止激光输出电平由于温度等的影响而波动。然而，APC的反馈控制被以大约几ms的量级执行，而无法处理以大约几十μs量级发生的跳模噪声。
在过去，高频叠加的使用已被提出作为减少跳模噪声并且使激光输出稳定的方法(参见专利文献1)。例如，在专利文献1中所描述的试样分析器中，提供在供给激光二极管的直流电上叠加高频分量的高频叠加电路，并且根据供给激光二极管的直流电的幅度来控制叠加在直流电上的高频波的振幅。
专利文献1：日本专利申请公开号2009-53020
发明内容
本发明要解决的问题
然而，使用高频叠加的激光输出稳定技术需要激光的高速闪烁以便改善效果。因此，峰值输出增加，并且有必要使用最大输出率为高的激光器，以减少平均输出等。此外，在这种情况下，高频叠加的振幅增加，并因此不必要的辐射也增加。
在这方面，本公开的主要目标为提供一种粒子分析装置和粒子分析方法，其能够获得具有高可靠性的检测数据，而不使用高频叠加。
解决问题的手段
根据本公开，提供一种粒子分析装置，包括：光照射单元，所述光照射单元用激光照射在流径内流动的粒子；光检测单元，所述光检测单元检测荧光或散射光或者荧光和散射光两者，从用激光照射的粒子发出荧光和散射光；以及信号处理单元，所述信号处理单元处理荧光或散射光的检测信号或者荧光和散射光两者的检测信号，从光检测单元输出荧光和散射光，光照射单元包括至少：光源，所述光源产生激光；以及激光检测器，所述激光检测器检测从光源发出的激光的部分，信号处理单元基于激光检测器中的检测结果来校正荧光或散射光的检测信号或者荧光和散射光两者的检测信号。
信号处理单元可以根据激光检测器的输出波动来校正一个或多个检测信号。
在这种情况下，信号处理单元可以通过使来自光检测单元的输出电压乘以根据激光检测器的输出波动的幅度设置的值(增益)来校正一个或多个检测信号。
另一方面，光照射单元可以包括分束器，所述分束器朝向激光检测器反射激光的一部分。
此外，光照射单元也包括光源驱动控制单元，所述光源驱动控制单元基于激光检测器中的检测结果来调整激光的输出，从光源输出激光。
根据本公开，提供一种粒子分析方法，包括以下步骤：通过激光检测器检测从光源输出的激光的一部分；检测荧光或散射光或者荧光和散射光两者，从用激光照射的粒子发出荧光和散射光；以及通过信号处理单元基于激光检测器中的检测结果来校正荧光或散射光的检测信号或者荧光和散射光两者的检测信号。
校正一个或多个检测信号的步骤可以包括根据激光检测器的输出波动来校正一个或多个检测信号。
在这种情况下，校正一个或多个检测信号的步骤可以包括通过使输出电压乘以根据激光检测器的输出波动的幅度设置的值(增益)来校正一个或多个检测信号，从检测荧光或散射光或者荧光和散射光两者的步骤获得输出电压。
本发明的效果
根据本公开，有可能获得具有高可靠性的检测数据，而不使用高频叠加。应注意，本文所描述的效果不一定是有限的，并且可以产生本文所描述的效果中的任何一个。
附图说明
[图1]图1是示意性地示出本公开的第一实施方案的粒子分析装置的配置的图。
[图2]图2的部分A是示出激光检测器的输出波动的图，并且图2的部分B是示出来自相关技术中的粒子分析装置的光检测单元的输出信号的图。
[图3]图3的部分A是示出激光检测器的输出波动的图，并且图3的部分B是示出来自本实施方案的粒子分析装置的光检测单元的输出信号的图。
[图4]图4是示意性地示出本公开的第一实施方案的修改后的实例的粒子分析装置的配置的图。
具体实施方式
实现本发明的模式
在下文中，将参照附图详细地描述用于实现本公开的模式。应注意，本公开不限于稍后描述的实施例。此外，将按以下顺序给出描述。
1.第一实施例
(基于激光检测器的检测结果校正检测信号的粒子分析装置的实例)
2.第一实施例的修改后的实例
(在光源驱动控制单元中提供激光检测器的粒子分析装置的实例)
<1.第一实施例>
[装置的整体配置]
首先，将使用检测在流径内流动的微粒的情况的实例来描述本公开的第一实施例的粒子分析装置。图1是示意性地示出本实施例的粒子分析装置的配置的图。如图1中所示，本实施例的粒子分析装置包括光照射单元1、光检测单元4和信号处理单元5。光照射单元1用激光6照射微粒3。光检测单元4检测从用光照射的微粒3发出的荧光7或散射光8。信号处理单元5处理从光检测单元4输出的检测信号。
[光照射单元1]
光照射单元1包括激光器11和透镜14。激光器11产生激光6。透镜14向微粒3收集激光6。此外，光照射单元1包括检测激光6的激光检测器12，并且具有从激光器11输出的激光6的部分被反射在例如分束器13上以输入到激光检测器12的配置。这里，激光检测器12仅需要能够检测激光6的以大约几十μs的量级产生的输出波动，并且光电二极管等可以为此使用。
[微芯片2]
微芯片2包括在其中微粒3可以流动的流径21。在流径21中，例如，引入含有充当检测目标的微粒3的样品溶液。微芯片2可以由玻璃或各种类型的塑料(PP、PC、COP、PDMS等)制成。微芯片2的材料没有被特别地限制，但理想的是相对于从光照射单元1施加的激光6具有渗透性并具有较少的光学误差的材料。
微芯片2的形成可以通过湿蚀刻或干蚀刻玻璃衬底或通过奈米压印、注射成型或机械加工塑料衬底来执行。流径21等在其中被形成的衬底可以通过由相同的材料或不同的材料制成的衬底来密封，以由此形成微芯片2。
[微粒3]
通过本实施例的粒子分析装置检测的“微粒3”广泛包括与生物相关的微粒(诸如细胞、微生物和核糖体)，或合成粒子(诸如胶乳粒子、凝胶粒子)，以及用于工业用途的粒子。
与生物相关的微粒包括形成各种细胞的染色体、核糖体、线粒体、细胞器等。此外，细胞包括植物细胞、动物细胞、造血细胞等。此外，微生物包括细菌(诸如大肠杆菌)、病毒(诸如烟草花叶病毒)、真菌(诸如酵母菌)等。与生物相关的微粒可以包括与生物相关的聚合物，诸如核酸、蛋白质和其复合物。
用于工业用途的粒子的实例包括由有机聚合物材料、无机材料、金属材料等制成的粒子。聚苯乙烯、苯乙烯-二乙烯苯、聚甲基丙烯酸甲酯等可以被用作有机聚合物材料。此外，玻璃、硅石、磁性材料等可以被用作无机材料。例如，金胶体、铝等可以被用作金属材料。应注意，那些微粒通常具有球形，但可能具有非球形。此外，那些微粒的大小、质量等也没有被特别地限制。
[光检测单元4]
光检测单元4检测荧光7或散射光8，或者检测荧光7和散射光8两者，从用激光6照射的微粒3发出荧光7和散射光8。例如，光检测单元4包括荧光检测器41或散射光检测器42，或者包括荧光检测器41和散射光检测器42两者。这里，光电倍增管(PMT)等可以用于荧光检测器41，并且光电二极管等可以用于散射光检测器42。
此外，光检测单元4通过分色镜44使荧光7和散射光8与光分离，光从微粒3被发出并输入到光检测单元4，并且将荧光7和散射光8分别输入到荧光检测器41和散射光检测器42。对于在这种情况下使用的分色镜44，例如，可以使用使荧光7穿过其中并且反射散射光8的分色镜。
此外，光检测单元4可以包括零级光去除部件43，其阻止激光6等的除了荧光7和散射光8以外的光分量(零级光9)为激发光。对于零级光去除部件43，可以使用掩模、选择性地阻止特定光的滤光器等，但零级光去除部件43不限于那些部件。零级光去除部件43仅需要是能够阻止零级光9的光学部件。此外，其中零级光去除部件43被安置的位置也没有被特别地限制，并且可以在荧光检测器41和散射光检测器42的前面。
[信号处理单元5]
信号处理单元5基于激光检测器12中的检测结果来校正荧光7或散射光8的检测信号或者荧光7和散射光8两者的检测信号。信号处理单元5包括荧光信号处理单元5a、散射光信号处理单元5b等以便对应于所检测的光。如上所述，在不执行高频叠加的情况下，由于回光10，可能在激光器11的输出中发生电平波动，并且波形可能会被干扰。这种干扰也对从来自微粒3的荧光7或散射光8得到的信号具有影响。
在这方面，本实施例的粒子分析装置根据激光检测器12的输出波动，校正荧光信号处理单元5a中的荧光7的检测信号，并且校正散射光信号处理单元5b中的散射光8的检测信号。这里，校正每个检测信号的方法没有被特别地限制，但例如可以通过使来自光检测单元4的输出电压乘以根据激光检测器12的输出波动的幅度设置的值(增益)来校正荧光7和散射光8的检测信号。
此外，增益可以是通过使在任何时间的作为输出电压的参考电压Vstd除以在任何时间之后的时间的输出电压Vout所获得的值，例如，如下面的表达式1中所示。
[数学计算1]
Gain＝Vstd/Vout
Gain增益
[操作]
接着，将对本实施例的粒子分析装置的操作(即，使用本实施例的粒子分析装置来分析微粒3的方法)给出描述。在本实施例的粒子分析装置中，将含有例如充当检测目标的微粒3的样品溶液引入被提供在微芯片2中的流径21中。从激光器11输出的激光6被透镜14等收集，并且被施加到在微芯片2的流径21内流动的微粒3。
在那时，从激光器11输出的激光6的一部分被分束器13等分离并且被输入到激光检测器12。激光检测器12检测分离的激光6的强度并且将结果输出到信号处理单元5。
此外，在零级光被零级光去除部件43去除之后，从用激光6照射的微粒3发出并输入到光检测单元4的光被分色镜44分离成荧光7和散射光8，然后被单独地检测。具体地，已穿过分色镜44的荧光7通过荧光检测器41来检测，并且已被反射在分色镜44上的散射光8通过散射光检测器42来检测。
将荧光检测器41和散射光检测器42的检测结果输出到信号处理单元5。具体地，将荧光检测器41的检测信号输出到信号处理单元5的荧光信号处理单元5a，并且将散射光检测器42的检测信号输出到信号处理单元5的散射光信号处理单元5b。图2的部分A是示出激光检测器的输出波动的图，并且图2的部分B是示出来自相关技术中的粒子分析装置的光检测单元的输出信号的图。图3的部分A是示出激光检测器的输出波动的图，并且图3的部分B是示出来自本实施例的粒子分析装置的光检测单元的输出信号的图。
如图2的部分A和图2的部分B中所示，在相关技术中的粒子分析装置中，其中不执行对应于激光输出波动的校正，峰值的变化是由激光器11的输出波动的影响而引起(参见由图2的部分B中的折线包围的部分)。与此相反，本实施例的粒子分析装置使用基于激光检测器12的输出设置的增益来校正检测信号。因此，如图3的部分A和图3的部分B中所示，可以抑制信号中的变化，并且可以获得具有高可靠性的检测数据(参见由图3的部分B中的折线包围的部分)。
如上文详细描述的，在本实施例的粒子分析装置中，检测激光器11的输出波动，并且基于检测结果来校正检测信号。因此，有可能准确地检测荧光或散射光或者检测荧光和散射光两者，而不使用高频叠加。以这种方式，本实施例的粒子分析装置可以获得具有高可靠性的检测数据，而不使用高频叠加。这使得可能使用最大额定值为低的激光器并且不需要对不必要的辐射采取措施。
应注意，图1示出其中使用微芯片执行测量的配置，但本公开不限于此。使用流动池等的配置在由于激光的输出波动而导致跳模噪声等的问题的各种装置中是有效的。此外，图1示出检测并校正荧光和散射光两者的装置，但本公开不限于此并且可以是检测并校正荧光和散射光中的任何一个的系统。
<2.第一实施例的修改后的实例>
接着，将描述根据本公开的第一实施例的修改后的实例的粒子分析装置。图4是示意性地示出本修改后的实例的粒子分析装置的配置的图。应注意，在图4中，用相同的参考符号表示与上文所述的第一实施例的粒子分析装置的那些元件相同的组成元件，并且其中的详细描述将被省略。
如图4中所示，在本修改后的实例的粒子分析装置中，在光照射单元1中提供调整激光器11的输出的光源驱动控制单元17。光源驱动控制单元17中的用于反馈控制的激光检测器15的检测结果被用来校正检测信号。本修改后的实例的粒子分析装置的光源驱动控制单元17包括激光器11、分束器13、激光检测器15、激光输出调整单元16等。从激光器11输出的激光6的部分被反射在分束器13上并通过激光检测器15来检测。
在本修改后的实例的粒子分析装置中，激光输出调整单元16基于激光检测器15中的检测结果来调整激光器11的输出。因此，有可能防止激光输出电平由于温度等的影响而波动。这个反馈控制通常被以大约几ms的量级执行。
此外，在本修改后的实例的粒子分析装置中，将激光检测器15中的检测结果输出到信号处理单元5，并且基于检测结果，校正荧光或散射光的检测信号或者荧光和散射光两者的检测信号。例如，对于每个数据处理执行这个校正。
以这种方式，使用被提供在光源驱动控制单元17中的激光检测器15的检测结果(输出波动)消除单独提供用于校正的检测器的必要性。因此，即使不另外提供装置、组件等，也可以提高荧光或散射光的检测性能，并且可以获得具有高可靠性的检测数据。应注意，在本修改后的实例中的以上所述的那些以外的配置、操作和效果与以上所述的第一实施例中的那些配置、操作和效果相同。
此外，本公开可以具有以下配置。
(1)一种粒子分析装置，包括：
光照射单元，所述光照射单元用激光照射在流径内流动的粒子；
光检测单元，所述光检测单元检测荧光或散射光或者所述荧光和所述散射光两者，从用所述激光照射的所述粒子发出所述荧光和所述散射光；以及
信号处理单元，所述信号处理单元处理所述荧光或所述散射光的检测信号或者所述荧光和所述散射光两者的检测信号，从所述光检测单元输出所述荧光和所述散射光，
所述光照射单元包括至少：
光源，所述光源产生激光，以及
激光检测器，所述激光检测器检测从所述光源发出的激光的一部分，
所述信号处理单元基于所述激光检测器中的检测结果来校正所述荧光或所述散射光的所述检测信号或者所述荧光和所述散射光两者的所述检测信号。
(2)根据(1)所述的粒子分析装置，其中
所述信号处理单元根据所述激光检测器的输出波动来校正一个或多个检测信号。
(3)根据(1)或(2)所述的粒子分析装置，其中
所述信号处理单元通过使来自所述光检测单元的输出电压乘以根据所述激光检测器的所述输出波动的幅度设置的值(增益)来校正所述一个或多个检测信号。
(4)根据(1)至(3)中任一项所述的粒子分析装置，其中
所述光照射单元包括分束器，所述分束器朝向所述激光检测器反射所述激光的所述一部分。
(5)根据(1)至(4)中任一项所述的粒子分析装置，其中
所述光照射单元包括光源驱动控制单元，所述光源驱动控制单元基于所述激光检测器中的检测结果来调整激光的输出，从所述光源输出所述激光。
(6)一种粒子分析方法，包括以下步骤：
通过激光检测器检测从光源输出的激光的一部分；
检测荧光或散射光或者所述荧光和所述散射光两者，从用所述激光照射的粒子发出所述荧光和所述散射光；以及
通过信号处理单元基于所述激光检测器中的检测结果来校正所述荧光或所述散射光的检测信号或者所述荧光和所述散射光两者的检测信号。
(7)根据(6)所述的粒子分析方法，其中
校正一个或多个检测信号的步骤包括根据所述激光检测器的输出波动来校正所述一个或多个检测信号。
(8)根据(6)或(7)所述的粒子分析方法，其中
所述校正所述一个或多个检测信号的步骤包括通过使输出电压乘以根据所述激光检测器的所述输出波动的幅度设置的值(增益)来校正所述一个或多个检测信号，从所述检测荧光或散射光或者所述荧光和所述散射光两者的步骤获得所述输出电压。
符号描述
1光照射单元
2微芯片
3微粒
4光检测单元
5信号处理单元
5a荧光信号处理单元
5b散射光信号处理单元
6激光
7荧光
8散射光
9零级光
10回光
11激光器
12、15激光检测器
13分束器
14透镜
16激光输出调整单元
17光源驱动控制单元
21流径
41荧光检测器
42散射光检测器
43零级光去除部件
44分色镜

Claims (8)

1.一种粒子分析装置，包括：
光照射单元，所述光照射单元用激光照射在流径内流动的粒子；
光检测单元，所述光检测单元检测荧光或散射光或者所述荧光和所述散射光两者，从用所述激光照射的所述粒子发出所述荧光和所述散射光；以及
信号处理单元，所述信号处理单元处理所述荧光或所述散射光的检测信号或者所述荧光和所述散射光两者的检测信号，从所述光检测单元输出所述荧光和所述散射光，
所述光照射单元至少包括：
光源，所述光源产生激光，以及
激光检测器，所述激光检测器检测从所述光源发出的激光的一部分，
所述信号处理单元基于所述激光检测器中的检测结果来校正所述荧光或所述散射光的所述检测信号或者所述荧光和所述散射光两者的所述检测信号。
2.根据权利要求1所述的粒子分析装置，其中
所述信号处理单元根据所述激光检测器的输出波动来校正一个或多个所述检测信号。
3.根据权利要求2所述的粒子分析装置，其中
所述信号处理单元通过使来自所述光检测单元的输出电压乘以根据所述激光检测器的所述输出波动的幅度设置的值(增益)来校正一个或多个所述检测信号。
4.根据权利要求1所述的粒子分析装置，其中
所述光照射单元包括分束器，所述分束器朝向所述激光检测器反射所述激光的所述一部分。
5.根据权利要求1所述的粒子分析装置，其中
所述光照射单元包括光源驱动控制单元，所述光源驱动控制单元基于所述激光检测器中的检测结果来调整激光的输出，从所述光源发出所述激光。
6.一种粒子分析方法，包括以下步骤：
通过激光检测器检测从光源发出的激光的一部分；
检测荧光或散射光或者所述荧光和所述散射光两者，从用所述激光照射的粒子发出所述荧光和所述散射光；以及
通过信号处理单元基于所述激光检测器中的检测结果来校正所述荧光或所述散射光的检测信号或者所述荧光和所述散射光两者的检测信号。
7.根据权利要求6所述的粒子分析方法，其中
校正一个或多个所述检测信号的步骤包括根据所述激光检测器的输出波动来校正一个或多个所述检测信号。
8.根据权利要求7所述的粒子分析方法，其中
所述校正所述一个或多个检测信号的步骤包括通过使输出电压乘以根据所述激光检测器的所述输出波动的幅度设置的值(增益)来校正一个或多个所述检测信号，从所述检测荧光或散射光或者所述荧光和所述散射光两者的步骤获得所述输出电压。
CN201480040303.4A 2013-07-23 2014-06-06 粒子分析装置和粒子分析方法 Active CN105393104B (zh)

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