CN108027324A - 光谱显微镜 - Google Patents

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Abstract

在一个实现中，光谱显微镜可以包括具有平面透镜的衬底，平面透镜包括包含轴向焦点和倾斜焦点的相位剖面；光源，用以激发多个粒子之中的粒子的信号；以及检测器，用以接收来自平面透镜的轴向焦点的从光源生成的光和来自平面透镜的倾斜焦点的所述粒子的受激发信号的光谱颜色分量。

Description

光谱显微镜
背景技术
荧光信号的光谱(spectral)分析是用在许多不同的生命科学领域中的常见工具。使用光谱显微镜的光谱分析的一个示例是流式细胞术，其除生命科学中的其它领域之外还可以用于免疫学、分子生物学中的粒子的检测和分析，和/或癌症检测。流式细胞术中的光谱分析可以提供粒子的多个物理和化学特性。
附图说明
图1图示了与本公开一致的光谱显微镜的示例的图。
图2图示了与本公开一致的光谱显微镜的示例的图。
图3图示了与本公开一致的光谱显微镜的示例方法的流程图。
图4图示了与本公开一致的用于光谱显微镜的检测器的示例的图。
具体实施方式
本文描述用于光谱显微镜的数个设备和方法。光谱显微镜的一个示例可以是流式细胞仪。常规的流式细胞仪可能要求光学组件的组合的使用以提供光谱分析功能性。例如，常规的流式细胞仪可能要求光学组件，诸如具有复杂和/或微妙的对准配置的特殊光栅和/或棱镜。此外，常规的流式细胞仪可能是可能昂贵的大仪器。光学组件的尺寸、成本以及复杂和/或微妙的对准可能致使常规的流式细胞仪不适合于某些功能，诸如不适合于照护点医疗保健应用。
如本文所使用的，光谱显微镜可以是指可以提供成像以及光谱检测而没有对于复杂且微妙的光学组件对准的需要的设备。也就是说，光谱显微镜可以包括具有平面透镜的衬底，所述平面透镜包括包含轴向焦点和倾斜焦点的相位剖面(phase profile)，激发多个粒子之中的粒子的信号的光源，以及从平面透镜的轴向焦点接收从光源生成的光并且从平面透镜的倾斜焦点接收粒子的受激发信号的光谱颜色分量的检测器。
图1图示了与本公开一致的光谱显微镜100的示例的图。光谱显微镜100可以包括透明芯片104、通道102、粒子101、衬底110、平面衍射透镜112、光源108和检测器114。检测器114可以包括轴向位置116和倾斜位置118-1、118-2、118-3。
如本文所使用的，光谱显微镜可以是用于由检测装置、通过传递包括粒子(例如粒子101)的流体而进行的粒子计数、成像、分类(sorting)和/或检测的设备。如本文所使用的，粒子可以是包括荧光化学化合物的微量物质。例如，要被计数、成像、分类和/或检测的粒子在尺寸方面可以从0.6微米(μm)变动至20.0μm，但是本公开的实施例不被如此限制。
尽管将光谱显微镜100描述为用于粒子计数、成像、分类和/或检测的设备，但是本公开的示例不被如此限制。例如，光谱显微镜100可以执行与粒子相关的其它功能。此外，光谱显微镜100可以执行与牵涉流体的粒子不相关的其它功能。例如，除其它功能之外，光谱显微镜100还可以用于对表面增强的拉曼光谱学衬底进行成像，对计数腔中的细胞进行计数，和/或空气(例如微阵列、载玻片上的固定细胞等)中的粒子计数/分析。
光谱显微镜100可以包括位于透明芯片104中的通道102，其中通道102可以包括多个粒子(例如粒子101)。粒子101可以是悬浮在流体中的数个粒子之中的粒子。例如，除悬浮在流体中的其它类型的粒子之外，粒子101还可以是经荧光染色的红血细胞或白血细胞、蛋白质和/或核酸。通道102可以是位于透明芯片104中的微流体通道。
尽管将粒子101描述为悬浮在流体中，但是本公开的实施例不被如此限制。例如，粒子101可以是未悬浮在流体中的粒子。
透明芯片104可以是透明材料以允许来自光源(例如光源108)的光传播通过透明芯片104，如本文将进一步描述的。例如，透明芯片104可以是熔融硅石。作为另一示例，透明芯片104可以是熔融石英。
尽管将透明芯片104描述为是诸如熔融硅石或熔融石英之类的透明材料，但是本公开的示例不被如此限制。例如，透明芯片104可以是一个类型的玻璃、透明聚合物或允许来自光源108的光传播通过透明芯片104的任何其它类型的透明材料。
如图1中所示，光谱显微镜100可以包括具有平面衍射透镜112的衬底110。平面衍射透镜112可以包括包含轴向焦点和倾斜焦点的相位剖面。平面衍射透镜112可以是具有两个焦点(例如轴向焦点和倾斜焦点)的高数值孔径衍射透镜。例如，平面衍射透镜112的数值孔径可以在0.2和0.6之间，但是本公开的示例不被如此限制。作为附加示例，平面衍射透镜112的数值孔径可以是0.45。平面衍射透镜112的轴向焦点可以用于成像，并且平面衍射透镜112的倾斜焦点可以用于光谱检测，如本文将进一步描述的。
平面衍射透镜112的相位剖面可以包括轴向相位剖面。平面衍射透镜112的轴向相位剖面可以使得光以轴向方式被聚焦，这可以被称为平面衍射透镜112的轴向聚焦。例如，以特定波长的光可以以轴向方式通过轴向相位剖面聚焦在检测器的焦平面上的位置(例如检测器108上的轴向位置116，如本文将进一步描述的)处。如本文所使用的，检测器(例如检测器108，如本文将进一步描述的)的焦平面可以是垂直于平面衍射透镜112的轴并且穿过平面衍射透镜112的焦点的平面。
平面衍射透镜112的相位剖面可以包括倾斜相位剖面。平面衍射透镜112的倾斜相位剖面可以使得光以倾斜方式被聚焦，这可以被称为平面衍射透镜112的倾斜聚焦。例如，以各种波长的光可以以倾斜方式通过倾斜相位剖面聚焦在检测器的焦平面上的各种位置(例如检测器108上的倾斜位置118-1、118-2、118-3，如本文将进一步描述的)处。
在一些示例中，平面衍射透镜112可以位于衬底110上。例如，平面衍射透镜112可以是衬底110上图案化的透镜。平面衍射透镜112可以通过光刻而在衬底110上图案化。如本文所使用的，光刻可以是在微制造或纳米制造中使用以使所沉积的材料成形和/或更改以形成晶片(例如衬底110)上的图案的过程。晶片可以涂有诸如光致抗蚀剂或电子束(e-束)抗蚀剂之类的化学品，并且晶片然后经由掩模而暴露于短波长光或暴露于电子束。所暴露的区可以通过溶液洗掉。作为另一示例，纳米压印光刻可以用于图案化衬底110上的平面衍射透镜112。如本文所使用的，纳米压印光刻可以是通过其经由压印抗蚀剂的机械变形来创建图案的过程。
图案化衬底110上的平面衍射透镜112可以包括图案化衬底110上的轴向相位剖面和倾斜相位剖面。例如，平面衍射透镜112的相位剖面可以包括作为轴向相位剖面和倾斜相位剖面的组合的二元(binary)近似的轴向相位剖面和倾斜相位剖面。可以通过光刻的单个步骤在衬底110上图案化轴向相位剖面和倾斜相位剖面。也就是说，相位剖面可以是衬底110上的轴向相位剖面和倾斜相位剖面的单个图案近似。
平面衍射透镜112的相位剖面可以通过组合轴向相位剖面和倾斜相位剖面来限定。例如，可以针对轴向相位剖面和倾斜相位剖面确定正弦光栅，并且加和轴向相位剖面和倾斜相位剖面导致平面衍射透镜112的相位剖面。
在一些示例中，平面衍射透镜112的相位剖面可以通过迭代数值优化来限定。例如，焦平面中的相位可以用作自由参数，并且目标函数可以被限定为针对感兴趣的波长的期望位置(例如轴向和/或倾斜)处的最大聚焦强度。
在一些示例中，平面衍射透镜112可以被划分成离散空间区段。例如，一个空间区段可以包括轴向相位剖面，并且另一空间区段可以包括倾斜相位剖面。平面衍射透镜112的相位剖面然后通过对应于衬底110中的离散蚀刻深度的离散数目的相位等级来包裹(wrap)和近似。
具有平面衍射透镜112的衬底110可以定位成邻近于透镜芯片104。例如，衬底110可以定位成使得来自光源108的光传播通过透明芯片104、通过衬底110并且最终通过平面衍射透镜112，如本文将进一步描述的。
衬底110可以是透明材料以允许来自光源(例如光源108)的光传播通过衬底110。可以根据光源108的操作波长来选择衬底110，如本文将进一步描述的。例如，衬底110可以是玻璃、分级熔融硅石、石英或氟化钙。玻璃、分级熔融硅石、石英和氟化钙可以允许由光源108生成的光通过衬底110的传播而同时减少对光的材料损失，因为这些材料更容易允许紫外(UV)和近红外光谱中的光传播。
尽管将衬底110描述为是玻璃、分级熔融硅石、石英或氟化钙，但是本公开的示例不被如此限制。例如，衬底110可以是允许由光源108生成的光的传播而没有在光传播通过衬底110时对光的显著材料损失的任何材料。
尽管在图1中未示出，但是在一些示例中，平面衍射透镜112可以直接位于透明芯片104上。例如，平面衍射透镜112可以是图案化在透明芯片104上的透镜。平面衍射透镜112可以通过光刻被图案化在透明芯片104上。平面衍射透镜112可以替代地是旋涂在衬底上并且图案化的e束、光致抗蚀剂或压印抗蚀剂的层。
尽管图1中未示出，但是在一些示例中，检测器114可以定位成邻近于衬底110，并且平面衍射透镜112可以位于衬底110与透明芯片104之间并且与其邻近。例如，平面衍射透镜112可以邻近于透明芯片104，并且衬底110可以充当用于检测器114的窗口。
图案化透明芯片104上的平面衍射透镜112可以包括通过光刻在透明芯片104上图案化轴向相位剖面和倾斜相位剖面。例如，平面衍射透镜112的相位剖面可以包括作为轴向相位剖面和倾斜相位剖面的组合的二元近似的轴向相位剖面和倾斜相位剖面。可以通过光刻的单个步骤在透明芯片104上图案化轴向相位剖面和倾斜相位剖面。也就是说，相位剖面可以是衬底110上的轴向相位剖面和倾斜相位剖面的单个图案近似。
光谱显微镜100可以包括激发所述多个粒子之中的粒子101的信号的光源108。如本文所使用的，信号可以是作为粒子(例如从光源108)吸收来自光源(例如光源108，如本文将进一步描述的)的光(例如电磁辐射)并且变得被激发的结果的来自粒子(例如粒子101)的荧光信号(例如从粒子发射的光)。
光源108可以是发光二极管(LED)。如本文所使用的，LED可以是当被激活时发射光的半导体光源。例如，光源108可以是发射被引导朝向通道102中的粒子101的光的LED，如本文将进一步描述的。LED可以跨可见范围(例如400-700nm)、紫外(UV)范围(例如10-400nm)和/或红外范围(例如1mm-700nm)操作。
光源108可以是激光器。如本文所使用的，激光器可以是基于电磁辐射的发射、通过光学放大而发射光的设备。例如，光源108可以是发射被引导朝向通道102中的粒子101的光的激光器，如本文将进一步描述的。激光器可以跨可见范围(例如400-700nm)、紫外(UV)范围(例如10-400nm)和/或红外范围(例如1mm-700nm)操作。
光源108可以具有足够强以产生将由检测器(例如检测器114)检测到的粒子101的荧光信号的荧光激发的光强度。例如，光源108可以是具有100毫瓦(mW)的功率的LED。作为另一示例，光源108可以是具有1mW的功率的激光器。如本文所使用的，荧光激发可以是指粒子接收以特定波长的光并且随后以另一波长发射光。
尽管将光源108描述为具有100mW的功率的LED或具有1mW的功率的激光器，但是本公开的示例不被如此限制。例如，光源108可以是具有更高或更低功率的LED或激光器。尽管为了清楚并且以便不使本公开的实施例模糊而在图1中未示出，但是从光源108生成的光可以通过外部透镜聚焦在通道102上。
可以依靠数个因素来选择光源108的光强度。例如，通道102中的流体类型、粒子101的类型、平面衍射透镜112的效率、透明芯片104和衬底110的材料类型以及检测器114的灵敏度可能都影响光源108的光强度。例如，对于LED光源，光源108的光强度在粒子101是具有选择性附着的荧光团的红血细胞时可以是1mW，并且在粒子101是具有不同的选择性附着的荧光团的红血细胞时可以是2mW，但是本公开的示例不被如此限制。如本文所使用的，荧光团可以是可以在光激发时重发射光的荧光化学化合物，其中荧光团可以附着到某些粒子以充当标记物。
光谱显微镜100可以包括检测器114。检测器114可以从平面衍射透镜112的轴向焦点接收从光源108生成的光，并且从平面衍射透镜112的倾斜焦点接收粒子101的荧光信号的光谱颜色分量。
检测器114可以在轴向位置116处从平面衍射透镜112的轴向焦点接收从光源108生成的光。例如，平面衍射透镜112的轴向相位剖面可以使得来自光源108的光以轴向方式聚焦到检测器114的焦平面上的轴向位置116。在检测器114的轴向位置116处接收到的光可以用于对粒子101进行成像，如本文将进一步描述的。
检测器114可以从平面衍射透镜112的倾斜焦点接收粒子101的荧光信号的光谱颜色分量。例如，平面衍射透镜112的倾斜相位剖面可以使得来自光源108的光以倾斜方式聚焦到检测器114的焦平面上的各种倾斜位置118-1、118-2、118-3。尽管在图1中未示出，但是可以将颜色滤波器放置在平面衍射透镜112与接收粒子101的光谱颜色分量的检测器114的部分之间。可以选择颜色滤波器阻挡来自光源108的光以改进对粒子101的荧光信号的检测。
在检测器114的倾斜位置118-1、118-2、118-3处接收到的光可以用于检测粒子101的荧光信号的波长。检测器114可以通过确定在哪个倾斜位置118-1、118-2、118-3处接收到来自光源108的光的光谱颜色分量来确定粒子101的荧光信号的波长。
检测器114的倾斜位置118-1、118-2、118-3可以对应于不同的光谱颜色分量。例如，倾斜位置118-1可以对应于第一光谱颜色分量，倾斜位置118-2可以对应于第二光谱颜色分量，并且倾斜位置118-3可以对应于第三光谱颜色分量。
倾斜焦点的光谱颜色分量可以对应于粒子101的受激发(例如荧光)信号的波长。例如，对应于倾斜位置118-1的第一光谱颜色分量可以对应于与粒子101的荧光信号对应的波长。也就是说，粒子101可以具有有着对应于某个波长的第一光谱颜色分量的荧光信号，其中在倾斜位置118-1处在检测器114处接收到第一光谱颜色分量。
作为另一示例，对应于倾斜位置118-2的第二光谱颜色分量可以对应于与通道102中的所述多个粒子中的不同粒子对应的波长。也就是说，所述不同粒子可以具有有着对应于与粒子101的波长不同的波长的第二光谱颜色分量的荧光信号，其中在倾斜位置118-2处在检测器114处接收到第二光谱颜色分量。
作为另一示例，对应于倾斜位置118-3的第三光谱颜色分量可以对应于与通道102中的所述多个粒子中的另外的不同粒子对应的波长。也就是说，所述另外的不同粒子可以具有有着对应于与粒子101和所述不同粒子的波长不同的波长的第三光谱颜色分量的荧光信号，其中在倾斜位置118-3处在检测器114处接收到所述另外的不同粒子。
尽管在图1中将检测器114示出为具有三个倾斜位置118-1、118-2、118-3，但是本公开的示例不被如此限制。例如，检测器114可以具有超过三个倾斜位置或少于三个倾斜位置，从而允许具有光谱分辨率的许多光谱分量的检测。
在一些示例中，检测器114可以是互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。如本文所使用的，CMOS传感器可以是存储信息的半导体芯片。例如，CMOS传感器可以用于确定粒子101的荧光信号的波长。
在一些示例中，检测器114可以是电荷耦合器件(CCD)。如本文所使用的，CCD可以是供在光检测中使用的针对电荷的移动的设备。例如，CCD可以用于确定粒子101的荧光信号的波长。
尽管为了清楚和以便不使本公开的示例模糊而在图1中未示出，但是光谱显微镜100可以在透明芯片104中包括多个通道。所述多个通道中的每一个可以包括流体，并且每一个流体可以包括多个粒子，但是本公开的实施例不被如此限制。例如，所述多个通道可以包括未悬浮在流体中的多个粒子。所述多个通道可以是并行通道。
在一些示例中，所述多个通道中的每一个可以包括相同的流体。例如，流体和所述多个通道中的每一个中的每一个相应流体中的所述多个粒子相同。
在一些示例中，所述多个通道中的每一个可以包括不同的流体。例如，一个通道可以包括具有多个第一粒子的第一类型的流体，并且第二通道可以包括具有多个第二粒子的第二类型的流体。
衬底110可以包括多个平面衍射透镜。平面衍射透镜的数目可以对应于通道的数目。例如，光谱显微镜100可以包括三个通道和三个平面衍射透镜。所述多个平面衍射透镜中的每一个可以包括轴向焦点和倾斜焦点。
所述多个平面衍射透镜中的每一个可以包括相应的相位剖面。也就是说，所述多个平面衍射透镜中的每一个可以包括与透镜的轴向焦点对应的轴向相位剖面和与透镜的倾斜焦点对应的倾斜相位剖面。
在一些示例中，所述多个平面衍射透镜中的每一个可以包括相同的相位剖面。例如，如果所述多个通道中的每一个包括具有要标识的每一个相应流体中的相同类型的粒子的相同流体，所述多个平面衍射透镜中的每一个可以具有相同的相位剖面。
所述多个平面衍射透镜的相应相位剖面中的每一个可以基于要检测的粒子的类型来确定。例如，如果一个通道包括具有要检测的多个第一粒子的第一类型的流体，并且第二通道包括具有要检测的多个第二粒子的第二类型的流体，并且所述多个第一粒子不同于所述多个第二粒子，则对应于具有第一类型的流体的通道的第一平面衍射透镜可以具有与对应于具有第二类型的流体的通道的第二平面衍射透镜的相位剖面不同的相位剖面。
光源可以生成激发光以激发被包括在所述多个通道的流体中的每一个中的所述多个粒子的荧光信号。例如，光源(例如LED或激光器)可以生成激发光，用以激发两个不同通道中的两种不同流体的多个粒子的荧光信号。作为另一示例，光源(例如LED或激光器)可以生成激发光，用以激发两个不同通道中的两个流体的多个粒子的荧光信号，其中这两个流体是相同的流体。如本文所使用的，激发光可以是以可以产生特定粒子的荧光信号的波长由光源生成的光。
在一些示例中，不止一个光源可以生成激发光，用以激发被包括在所述多个通道的流体中的每一个中的所述多个粒子的荧光信号。例如，两个光源(例如两个LED或两个激光器)可以生成激发光，用以激发两个不同通道中的两种不同流体的多个粒子的荧光信号，其中每一个光源对应于相应通道。
在一些示例中，所述两个光源可以具有不同的光强度。例如，第一LED可以具有100mW的光强度，而第二LED可以具有25mW的光强度。
多个检测器可以对应于所述多个通道和所述多个平面衍射透镜。所述多个检测器可以从平面衍射透镜中的每一个的相应轴向焦点中的每一个接收激发光中的每一个相应激发光。另外，所述多个检测器可以从所述多个平面衍射透镜中的每一个的相应倾斜焦点中的每一个接收所述多个粒子的相应荧光信号中的每一个的光谱颜色分量。也就是说，每一个检测器可以从每一个相应平面衍射透镜的每一个相应轴向焦点接收激发光。另外，每一个检测器可以从每一个相应平面衍射透镜的每一个相应倾斜焦点接收光谱颜色分量。
在一些示例中，检测器可以对应于所述多个通道和所述多个衍射透镜。检测器可以从平面衍射透镜中的每一个的轴向焦点中的每一个接收激发光中的每一个。另外，检测器可以从所述多个平面衍射透镜中的每一个的相应倾斜焦点中的每一个接收所述多个粒子的相应荧光信号中的每一个的光谱颜色分量。也就是说，检测器可以从每一个相应平面衍射透镜的每一个相应轴向焦点接收激发光。另外，检测器可以从每一个相应平面衍射透镜的每一个相应倾斜焦点接收光谱颜色分量。
如本文所描述的，光谱显微镜可以在透明芯片中包括通道，其中通道包括多个粒子。光源可以激发所述多个粒子之中的粒子的荧光信号，其中通过平面衍射透镜传播荧光信号。检测器可以从平面衍射透镜的轴向焦点接收从光源生成的光以便对粒子进行成像，并且从平面衍射透镜的倾斜焦点接收光谱颜色分量以便标识粒子的波长。与本公开一致的示例可以减小光谱显微镜的尺寸和成本，从而允许在诸如照护点医疗测试和诊断之类的应用中使用。另外，与本公开一致的光谱显微镜可以被容易地适配和集成以用于与现有微流体通道设备一起使用，但是本公开的实施例不被如此限制。
图2图示了与本公开一致的光谱显微镜238的示例的图。光谱显微镜238可以包括透明芯片204、通道202、粒子201、衬底242、平面反射透镜244、光源240和检测器246。检测器246可以包括轴向位置247和倾斜位置248-1、248-2、248-3。
类似于图1中所描述的光谱显微镜(例如光谱显微镜100)，光谱显微镜238可以包括包含通道202的透明芯片204。透明芯片204可以是透明材料以允许来自光源(例如光源108)的光传播通过透明芯片204，如本文将进一步描述的。例如，透明芯片204可以是熔融硅石。作为另一示例，透明芯片可以是熔融石英或玻璃。
如图2中所示，光谱显微镜238可以包括具有平面反射透镜244的衬底242。平面反射透镜可以是部分反射的透镜。如本文所使用的，部分反射的透镜可以是允许光被部分透射和部分反射的透镜。平面反射透镜244可以包括包含轴向焦点和倾斜焦点的相位剖面。平面反射透镜244可以是具有两个焦点(例如轴向焦点和倾斜焦点)的高数值孔径反射透镜。平面反射透镜244的轴向焦点可以用于对激发进行聚焦，并且平面反射透镜244的倾斜焦点可以用于光谱检测，如本文将进一步描述的。
类似于图1中所描述的示例，平面反射透镜244可以位于衬底242上。例如，平面反射透镜244可以是在衬底242上图案化的透镜。平面反射透镜244可以通过光刻被图案化在衬底242上以创建平面反射透镜244。
衬底242可以是透明材料以允许来自光源(例如光源240)的光传播通过衬底242。可以根据光源240的操作波长来选择衬底242。例如，衬底242可以是玻璃、分级熔融硅石、石英或氟化钙，但是本公开的示例不被如此限制。
类似于图1中所描述的示例，光谱显微镜238可以包括光源240以激发所述多个粒子之中的粒子201的荧光信号。粒子201可以包括荧光信号和对应于荧光信号的波长。光源240可以是LED或激光器。
光谱显微镜238可以包括检测器246。检测器246可以从平面反射透镜244的轴向焦点接收从光源240生成的光，并且粒子201的荧光信号的光谱颜色分量可以从平面反射透镜244的倾斜焦点反射。如图2中所示，检测器246可以是透明芯片204的部分并且定位成邻近于通道202。
检测器246可以在轴向位置247处从平面反射透镜244的轴向焦点接收从光源240生成的光。例如，平面反射透镜244的轴向相位剖面可以使得来自光源240的光以轴向方式聚焦到检测器246的焦平面上的轴向位置247。在检测器246的轴向位置247处接收到的光可以用于对粒子201进行成像。
可以在倾斜位置248-1、248-2、248-3处在检测器246处接收来自粒子201的荧光信号。例如，由光源240生成的光可以传播通过衬底242、通过透明芯片204、通过粒子201，并且激发通过平面反射透镜244的轴向相位剖面收集的荧光信号，其中平面衍射透镜的轴向相位剖面将光引导(例如反射)到检测器246处的轴向位置247。
在检测器246的倾斜位置248-1、248-2、248-3处接收到的光可以用于检测粒子201的荧光信号的波长。检测器246可以通过确定在哪个倾斜位置248-1、248-2、248-3处接收到来自光源240的光来确定粒子201的荧光信号的波长。检测器246的倾斜位置248-1、248-2、248-3可以对应于不同的光谱颜色分量。例如，倾斜位置248-1可以对应于第一光谱颜色分量，倾斜位置248-2可以对应于第二光谱颜色分量，并且倾斜位置248-3可以对应于第三光谱颜色分量。
可以从平面反射透镜244的倾斜相位剖面在倾斜位置248-1、248-2、248-3处在检测器246处接收光谱颜色分量。例如，由光源240生成的光可以传播通过衬底242，激发粒子201的荧光信号，并且离开透明芯片204反射到平面反射透镜244的倾斜相位剖面。平面反射透镜244的倾斜相位剖面将光谱颜色分量引导(例如反射)到检测器246处的相应倾斜位置248-1、248-2、248-3。
图3图示了与本公开一致的光谱显微镜(例如分别结合图1和2描述的光谱显微镜100、238)的示例方法320的流程图。例如，方法320可以由检测器(例如分别结合图1和2描述的检测器114、247)执行以确定多个荧光信号的波长。
如在322处所图示的，方法320可以包括通过光源(例如分别结合图1和2描述的光源108、240)生成激发光以激发流体的多个粒子的多个荧光信号，其中流体位于通道(例如分别结合图1和2描述的通道102、202)中。可以以足够的光学功率生成激发光以生成可以被检测器检测到的所述多个粒子的荧光信号的荧光激发。
在一些示例中，激发光可以从光源传播通过透明芯片(例如结合图1描述的透明芯片104)并且进一步通过包括具有所述多个粒子的流体的通道。激发光可以照射通道中的流体的所述多个粒子之中的粒子(例如之前结合图1描述的粒子101)。激发光然后可以传播通过透明芯片(例如之前结合图1描述的透明芯片104)并且通过平面衍射透镜(例如之前结合图1描述的平面衍射透镜112)。
在一些示例中，激发光可以从光源传播通过衬底(例如结合图2描述的衬底242)并且进一步通过透明芯片(例如结合图2描述的透明芯片204)并且进一步通过包括具有所述多个粒子的流体的通道。激发光可以照射通道中的流体的所述多个粒子之中的粒子(例如结合图2描述的粒子201)。激发光被再次反射离开平面反射透镜。
如在324处所图示的，方法320可以包括在检测器处从平面衍射透镜的轴向焦点接收激发光。例如，在传播通过平面衍射透镜之后，激发光可以被在轴向位置(例如分别结合图1和2描述的轴向位置116、247)处在检测器处接收。
可以在轴向位置处在检测器处从平面衍射透镜或平面反射透镜的轴向相位剖面接收激发光。例如，激发光可以传播通过平面衍射透镜的轴向相位剖面，或反射离开平面反射透镜，其中平面衍射透镜或平面反射透镜的轴向相位剖面将激发光引导到检测器处的轴向位置。
从平面衍射透镜或平面反射透镜的轴向焦点接收的激发光可以用于对粒子进行成像。例如，对粒子进行成像可以包括确定粒子的尺寸和/或形状。粒子的尺寸和/或形状对于使用光谱显微镜采取的诊断测量而言可能是有用的。
尽管将对粒子进行成像描述为确定粒子的尺寸和/或形状，但是本公开的示例不被如此限制。例如，对粒子进行成像可以包括确定粒子的其它物理特性。
如在326处所图示的，方法320可以包括在检测器处从平面衍射透镜或平面反射透镜的倾斜焦点接收在检测器的多个位置处的所述多个荧光信号的多个光谱颜色分量。例如，在传播通过平面衍射透镜或反射离开平面反射透镜之后，所述多个粒子之中的粒子的荧光信号的光谱颜色分量可以在倾斜位置(例如分别结合图1和2描述的倾斜位置118-1、118-2、118-3、248-1、248-2、248-3)处在检测器处接收。
可以在倾斜位置处在检测器处从平面衍射透镜或平面反射透镜的倾斜相位剖面接收光谱颜色分量。例如，在照射(例如激发)粒子的荧光信号之后，激发光可以传播通过平面衍射透镜的倾斜相位剖面或反射离开平面反射透镜的倾斜相位剖面。平面衍射透镜或平面反射透镜的倾斜相位剖面将光谱颜色分量引导到检测器处的倾斜位置。
在检测器处接收所述多个光谱颜色分量可以包括在检测器上的不同位置处接收所述多个光谱颜色分量中的不同光谱颜色分量。不同粒子可以具有可以对应于独特光谱颜色分量的不同荧光信号。例如，具有第一光谱颜色分量的第一粒子可以具有与具有第二光谱颜色分量的第二粒子不同的荧光信号。将在第一倾斜位置处在检测器处接收第一粒子的第一光谱颜色分量，并且将在第二倾斜位置处在检测器处接收第二粒子的第二光谱颜色分量，其中检测器处的第一倾斜位置不同于检测器处的第二倾斜位置。
检测器上的不同位置可以对应于所述多个荧光信号的不同波长。例如，在第一倾斜位置处接收到的第一粒子的第一光谱颜色分量可以对应于635纳米(nm)的波长。在第二倾斜位置处接收到的第二粒子的第二光谱颜色分量可以对应于645nm的波长。
尽管将检测器的第一倾斜位置和检测器的第二倾斜位置描述为分别对应于635nm和645nm的波长，但是本公开的示例不被如此限制。例如，检测器上的不同位置可以对应于任何其它波长。
如在328处图示的，方法320可以包括通过检测器确定所述多个荧光信号的波长。所述多个荧光信号的波长可以使用从平面衍射透镜或平面反射透镜的轴向焦点接收的激发光以及检测器处的相应位置来确定，在所述相应位置处从平面衍射透镜或平面反射透镜的倾斜焦点接收所述多个光谱颜色分量中的每一个。
可以通过确定在其处在检测器处接收粒子的荧光信号的光谱颜色分量的位置来确定粒子的荧光信号的波长。例如，如果在对应于黄色光谱颜色分量的检测器的倾斜位置处接收到粒子的光谱颜色分量，并且对应于黄色光谱颜色分量的检测器的倾斜位置对应于635nm的波长，则检测器可以确定粒子的荧光信号的波长为635nm。作为另一示例，如果在对应于蓝色光谱颜色分量的检测器的倾斜位置处接收到粒子的光谱颜色分量，并且对应于蓝色光谱颜色分量的检测器的倾斜位置对应于645nm的波长，则检测器可以确定粒子的荧光信号的波长为645nm。
在一些示例中，检测器可以利用从平面衍射透镜或平面反射透镜的轴向焦点接收的激发光来纠正粒子的位置的横向移动。例如，可能在不期望的检测器处的倾斜位置处接收到来自粒子的光谱颜色，所述粒子具有关于微流体通道的中心的横向移动。检测器可以利用来自轴向焦点的激发光来纠正光谱颜色分量的移动。
可以在流体流过通道时确定所述多个粒子的所述多个荧光信号的波长。例如，包括所述多个粒子的流体可能正在流过通道，同时来自光源的激发光激发所述多个粒子的荧光信号。
可以在检测器移动经过透明芯片时确定所述多个粒子的所述多个荧光信号的波长。例如，透明芯片可以固定，同时检测器和光源移动经过透明芯片，使得来自光源的激发光激发多个粒子的荧光信号。
如本文所描述的，一种方法可以包括由光源生成激发光以激发多个粒子的多个荧光信号。检测器可以从平面衍射透镜或平面反射透镜的轴向焦点接收激发光，并且从平面衍射透镜或平面反射透镜的倾斜焦点接收所述多个荧光信号的多个光谱颜色分量。检测器可以进一步基于从平面衍射透镜或平面反射透镜的轴向焦点接收的激发光以及检测器处的相应位置来确定所述多个荧光信号的波长，在所述相应位置处从平面衍射透镜或平面反射透镜的倾斜焦点接收到所述多个光谱颜色分量中的每一个。利用该方法可以允许使用紧凑的光谱显微镜中的集成组件进行粒子成像和检测，从而消除对于利用具有复杂和/或微妙的对准配置的大光学组件的系统的需要。
图4图示了与本公开一致的用于光谱显微镜(例如分别结合图1和2描述的光谱显微镜100、238)的检测器431(例如分别结合图1和2描述的检测器114、247)的示例的图。检测器431可以包括存储器资源432和处理资源436。
检测器431可以包括硬件、非暂时性机器可读介质上的机器可读指令，或其组合，以执行结合图1-3描述的元件。
硬件例如可以包括处理资源436和/或存储器资源432(例如机器可读介质(CRM)、机器可读介质(MRM)、数据库等)。处理资源436，如本文所使用的，可以包括能够执行由存储器资源432存储的指令的任何数目的处理器。处理资源436可以实现在单个设备中或跨多个设备分布。机器可读指令(例如计算机可读指令(CRI))可以包括存储在存储器资源432上并且可由处理资源436执行以实现期望的元件(例如，检测器431用以基于从平面透镜的轴向焦点接收的激发光以及检测器431处的相应位置来确定多个荧光信号的波长等，在所述相应位置处从平面透镜的倾斜焦点接收到多个光谱颜色分量中的每一个)的指令。
存储器资源432可以与处理资源436通信。存储器资源432，如本文所使用的，可以包括能够存储可以由处理资源436执行的指令的任何数目的存储器组件。这样的存储器资源432可以是非暂时性CRM或MRM。存储器资源432可以集成在单个设备中或跨多个设备分布。另外，存储器资源432可以完全或部分地集成在与处理资源436相同的设备中，或者它们可以是分离的但是对那些设备和处理资源436可访问。因此，要指出的是，检测器431可以实现在参与设备上、服务器设备上、服务器设备的集合上，和/或参与者设备和服务器设备的组合上。
存储器资源432可以经由通信链路(例如路径)434与处理资源436通信。通信链路434对与处理资源436相关联的机器(例如检测器431)而言可以是本地的或远程的。本地通信链路434的示例可以包括在机器(例如检测器)内部的电子总线，其中存储器资源432是经由电子总线与处理资源436通信的易失性、非易失性、固定和/或可移除存储介质中的一个。
如本文所使用的，“逻辑”是执行本文所描述的特定动作和/或元件的替代或附加的处理资源。逻辑可以包括硬件。硬件可以包括诸如电路之类的处理资源，其与机器可读介质上的机器可读指令不同。另外，如本文所使用的，“一个”或“数个”某物可以是指一个或多个这样的事物。例如，“数个小部件”可以是指一个或多个小部件。
上面的说明书、示例和数据提供了对方法和应用的描述，以及对本公开的系统和方法的使用。由于可以在不脱离本公开的系统和方法的精神和范围的情况下做出许多示例，因此本说明书仅阐述许多可能的示例配置和实现中的一些。

Claims (15)

1.一种光谱显微镜，包括：
具有平面透镜的衬底，平面透镜包括包含轴向焦点和倾斜焦点的相位剖面；
光源，用以激发多个粒子之中的粒子的信号；以及
检测器，用以接收：
来自平面透镜的轴向焦点的从光源生成的光；以及
来自平面透镜的倾斜焦点的所述粒子的受激发信号的光谱颜色分量。
2.权利要求1的光谱显微镜，其中所述多个粒子位于流体中。
3.权利要求1的光谱显微镜，其中倾斜焦点的光谱颜色分量对应于受激发信号的波长。
4.权利要求1的光谱显微镜，其中平面透镜的相位剖面包括：
基于平面透镜的轴向焦点的轴向相位剖面；以及
基于平面透镜的倾斜焦点的倾斜相位剖面。
5.权利要求1的光谱显微镜，其中平面透镜是衍射透镜。
6.权利要求1的光谱显微镜，其中光源是发光二极管。
7.权利要求1的光谱显微镜，其中光源是激光器。
8.一种方法，包括：
通过光源生成激发光以激发流体的多个粒子的多个荧光信号，其中流体位于透明芯片中的通道中；
在检测器处从平面透镜的轴向焦点接收激发光；
在检测器处从平面透镜的倾斜焦点接收在检测器的多个位置处的所述多个荧光信号的多个光谱颜色分量；以及
通过检测器基于以下来确定所述多个荧光信号的波长：
从平面透镜的轴向焦点接收的激发光；以及
检测器处的相应位置，在所述相应位置处从平面透镜的倾斜焦点接收到所述多个光谱颜色分量中的每一个。
9.权利要求8的方法，其中方法进一步包括在检测器上的不同位置处接收所述多个光谱颜色分量中的不同光谱颜色分量。
10.权利要求8的方法，其中检测器上的不同位置对应于所述多个荧光信号的不同波长。
11.权利要求8的方法，其中当流体流过通道时确定所述多个粒子的所述多个荧光信号的波长。
12.权利要求8的方法，其中当检测器移动经过透明芯片时确定所述多个粒子的所述多个荧光信号的波长。
13.一种光谱显微镜，包括：
透明芯片中的多个通道，其中所述多个通道中的每一个包括流体并且其中所述多个通道的流体中的每一个包括多个粒子；
具有多个平面透镜的衬底，其中所述多个平面透镜中的每一个包括轴向焦点和倾斜焦点；
光源，用以生成激发光以激发被包括在所述多个通道的流体中的每一个中的所述多个粒子的荧光信号；以及
多个检测器，用以接收以下中的每一个相应一个：
来自平面透镜中的每一个的相应轴向焦点中的每一个的激发光；以及
来自所述多个平面透镜中的每一个的相应倾斜焦点中的每一个的所述多个粒子的相应荧光信号中的每一个的光谱颜色分量。
14.权利要求13的光谱显微镜，其中所述多个平面透镜中的每一个包括相应相位剖面。
15.权利要求14的光谱显微镜，其中基于要检测的粒子的类型来确定所述多个平面透镜的相应相位剖面中的每一个。
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