CN108204960A - 一种编码微球的解析系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种编码微球的解析系统及方法，包括：激光源、第一透镜、第二透镜、鞘流形成装置、小孔、光电二极管、第三透镜、滤光片、光电倍增管和处理器；所述激光源发出的激光经过第一透镜的准直后，经过所述第二透镜汇聚到鞘流形成装置的样本测量窗口上；所述编码微球从鞘流形成装置的样本通道流过，所述编码微球被激发出的前向散射光通过小孔，被光电二极管接收；所述编码微球被激发出的侧向荧光通过第三透镜汇聚后通过滤光片，被光电倍增管接收；所述处理器连接光电倍增管和光电二极管。本发明提高了判别微球的准确度；增加了微球编码的类型，解析出更多种类的粒子；降低了编码微球的制作难度和成本；简化了芯片识别系统的设计，节约成本。

Description

一种编码微球的解析系统及方法
技术领域
本发明涉及检测领域，尤其涉及编码微球的解码系统及方法。
背景技术
液相生物芯片技术是集流式技术、荧光微球化学合成技术、生物分子杂交技术、高效数字信号处理技术为一体的尖端生物分子检测技术。液相生物芯片技术的核心是荧光编码标记的功能性高分子微球。目前，荧光微球的编码和解码思想是：以Luminex100为例，系统采用红色和橙色两种荧光染料对直径为5.5～5.6um大小的聚苯乙烯微球进行编码，将每种染料以荧光强度分成10等分，形成10×10的100种不同荧光编码，分别偶联上100种不同的探针分子用于生物检测。检测时用激光逐个激发荧光微球，使激发出的荧光信号通过一系列二向色镜和滤光片，再用PMT(photomultiplier tube，光电倍增管)进行收集，最终将信号送入处理器进行处理。而液相生物芯片需要对尺寸统一的微球用两种相邻波段荧光染料进行编码。这种方法具有以下局限性：(1)传统流式细胞仪，当系统的二向色镜和滤光片确定之后，系统所能接收的荧光波段也就确定了，使得应用中只能选择一些特定波段的荧光物质进行编码，而荧光波段只有10几种，限制了编码数量；(2)液相生物芯片系统，由于相邻波段的荧光光谱有重叠区域，因此在解调时需要采用经验补偿的方法对重叠区荧光强度进行补偿，这样就影响了系统的检测精度；(3)对一个微球同时标记两种荧光，同一批次制备的每个微球上两种荧光发光强度必须十分均一，使得双荧光微球的制备具有较高的难度，否则由于同一批次规格的荧光微球的荧光强度不一致，在计算机进行分析时，可能会出现解码错误。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种编码微球的解析系统，旨在解决现有的编码微球的解析系统的编码数量较少，检测精度较低和荧光微球的制备难度高的问题。
本发明的技术方案如下：
一种编码微球的解析系统，其特征在于，包括：激光源、第一透镜、第二透镜、鞘流形成装置、小孔、光电二极管、第三透镜、滤光片、光电倍增管和处理器；所述激光源发出的激光经过第一透镜的准直后，经过所述第二透镜汇聚到鞘流形成装置的样本测量窗口上；所述编码微球从鞘流形成装置的样本通道流过样本检测窗口，所述编码微球被激发出的前向散射光通过小孔，被光电二极管接收；所述编码微球被激发出的侧向荧光通过第三透镜汇聚后通过滤光片，被光电倍增管接收；所述处理器连接光电倍增管和光电二极管。
所述小孔仅允许前向低角度散射光通过，接收角度一般为1°至10°。
所述第三透镜一般设置在与入射角成90°的方向上。
所述滤光片一般选用与受激发荧光相同波段的长通滤光片或者带通滤光片。
所述处理器测量光电倍增管和光电二极管的脉冲信号高度，从而得到散射光和侧向荧光的光强。
一种编码微球的解析方法，包括以下步骤：
步骤S1：激发步骤，用激光对某个微球进行照射；
步骤S2：接收步骤，接收所述某个微球被激光激发后发出的前向散射脉冲信号和侧向荧光的脉冲信号；
步骤S3：判定步骤，将散射光强信度值与荧光的信号强度值标记到一个二维坐标系中，通过编码微球的散射光及荧光强度分布在二维坐标系中的区域，来判断微球的种类。
其中，步骤S1是由激光源发出激光经过第一透镜准直后，通过第二透镜汇聚到鞘流形成装置上照射微球；步骤S2是微球被激发出的前向散射光通过小孔由光电二极管接收，被激发出的侧向荧光通过第三透镜汇聚后通过滤光片由光电倍增管接收；步骤S3是由处理器测量光电倍增管和光电二极管的脉冲信号高度，得到散射光和侧向荧光的光强，标记到二维坐标系中并通过编码微球的散射光及荧光强度分布在二维坐标系中的区域，来判断微球的种类。
本发明的有益效果：本发明通过利用微球的前向散射信号和侧向荧光信号对微球类型进行解析；提高了判别微球的准确度；通过不同散射光强与荧光光强的组合，增加微球编码的类型，从而可以解析出更多种类的粒子，打破了传统流式细胞仪一种荧光代表一种标记物的限制；编码微球只需要标记一种荧光的不同强度，降低了编码微球的制作难度和成本；用于解析的信号为两种信号的光强，可以利用更少的接收器识别出更多种类的粒子，简化了芯片识别系统的设计，节约成本。
附图说明
图1是本发明提供的一种实施例的标记微球的解析系统框图。
图2是光强度脉冲信号图。
图3是微球编码图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的编码微球的解析系统包括：激光源1、第一透镜2、第二透镜3、鞘流形成装置4、小孔5、光电二极管6、第三透镜7、滤光片8、光电倍增管9和处理器10。
所述激光源1发出的激光经过第一透镜2准直后，经过所述第二透镜3汇聚到鞘流形成装置4的样本测量窗口上，当编码微球从鞘流形成装置的样本通道流过样本检测窗口时，编码微球即被激发出前向散射光和侧向荧光。所述编码微球被激光激发出的散射光通过小孔5，被光电二极管6接收。所述编码微球被激光激发出的侧向荧光通过第三透镜7，汇聚后通过滤光片8，由光电倍增管9接收。所述处理器10连接光电倍增管9和光电二极管6。
其中，所述小孔5仅允许前向低角度散射光通过，接收角度一般为1°至10°；所述第三透镜7一般设置在与入射角成90°的方向上；所述滤光片8用于过滤掉与激光源波长相同的侧向散射光，只保留荧光被光电倍增管10接收，滤光片8一般选用与受激发荧光相同波段的长通滤光片或者带通滤光片。
一个微球从鞘流形成装置的样本通道流过样本检测窗口时，光电二极管6和光电倍增管9会接收到如图2所示的脉冲信号，所述处理器10通过测量脉冲信号脉冲高度，从而得到散射光和侧向荧光的光强，然后将编码微球的散射光和侧向荧光信号强度投射到图3所示的坐标系中。
如图3所示，具有相同编码特征的同一组微球，散射光强和荧光光强差异不大，聚集在一定的范围内，且与其他不同编码规格的微球有明显的界限划分。在坐标系上，将不同区域的横竖坐标编上号码，横坐标区域号码加上纵坐标区域的号码代表了一类微球的编码，例如横坐标为2，纵坐标为1的区域中分布的微球，编码类型为21，横坐标为2，纵坐标为2的区域中分布的微球，编码类型为22，横坐标为3，纵坐标为1的区域中分布的微球，编码类型为31……以此类推，可以根据前向散射光强度等级m和侧向荧光强度的等级n，得到m×n种微球编码，从而实现了对微球的编码。
所述编码微球的解析系统的解析过程包括：
步骤S1：激发步骤，用激光对微球进行照射；
步骤S2：接收步骤，接收所述荧光微球被激光激发后发出的前向散射信号和侧向荧光信号；
步骤S3：判定步骤，将前向散射光强度值与侧向荧光强度值标记到一个二维坐标系中，通过编码微球的在二维坐标系中的区域代码，来判断微球的种类。
其中，步骤S1是由激光源发出激光经过第一透镜准直后，通过第二透镜汇聚到鞘流形成装置上照射微球；步骤S2是微球被激发出的前向散射光通过小孔由光电二极管接收，被激发出的侧向荧光通过第三透镜汇聚后通过滤光片由光电倍增管接收；步骤S3是由处理器测量光电倍增管和光电二极管的脉冲信号高度，得到散射光和侧向荧光的光强，标记到二维坐标系中并通过编码微球的散射光及荧光强度分布在二维坐标系中的区域，来判断微球的种类。
本发明可以利用微球的前向散射信号和侧向荧光信号对被编码过的微球进行解码；提高了判别微球的准确度；增加微球编码的类型；降低了粒子解析设备的成本和设计难度。
应用这些编码微球时，把一组不同编码的微球通过鞘流形成装置同时流过，每个微球的前向散射光强度信息和侧向荧光强度信息，透射到已经划好区域的二维坐标系内，通过读取各个微球所处坐标系区域的编码，来判断微球的类型。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种编码微球的解析系统，其特征在于，包括：激光源、第一透镜、第二透镜、鞘流形成装置、小孔、光电二极管、第三透镜、滤光片、光电倍增管和处理器；所述激光源发出的激光经过第一透镜的准直后，经过所述第二透镜汇聚到鞘流形成装置的样本测量窗口上；所述编码微球从鞘流形成装置的样本通道流过，所述编码微球被激发出的前向散射光通过小孔，被光电二极管接收；所述编码微球被激发出的侧向荧光通过第三透镜汇聚后通过滤光片，被光电倍增管接收；所述处理器连接光电倍增管和光电二极管。
2.根据权利要求1所述的编码微球的解析系统，其特征在于，所述小孔仅允许前向低角度散射光通过，接收角度为1°至10°。
3.根据权利要求1所述的编码微球的解析系统，其特征在于，所述第三透镜设置在与入射角成90°的方向上。
4.根据权利要求1所述的编码微球的解析系统，其特征在于，所述滤光片选用与受激发荧光相同波段的长通滤光片或者带通滤光片。
5.一种编码微球的解析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：用激光对微球进行照射；
步骤S2：接收所述微球被激光激发后发出的前向散射光和侧向荧光；
步骤S3：将散射光强信度值与荧光的信号强度值标记到一个二维坐标系中，通过编码微球的散射光及荧光强度分布在二维坐标系中的区域，来判断微球的种类。
6.根据权利要求5所述的编码微球的解析方法，其特征在于，步骤S1中具体是：由激光源发出激光经过第一透镜准直后，通过第二透镜汇聚到鞘流形成装置上照射微球。
7.根据权利要求5所述的编码微球的解析方法，其特征在于，步骤S2中具体是：微球被激发出的前向散射光通过小孔由光电二极管接收，被激发出的侧向荧光通过第三透镜汇聚后，再通过滤光片由光电倍增管接收。
8.根据权利要求5所述的编码微球的解析方法，其特征在于，步骤S3中具体是：由处理器测量光电倍增管和光电二极管的脉冲信号高度，得到散射光和侧向荧光的光强，并将其标记到二维坐标系中，通过编码微球的散射光及荧光强度分布在二维坐标系中的区域，来判断微球的种类。
9.根据权利要求7所述的编码微球的解析方法，其特征在于，所述小孔仅允许前向低角度散射光通过，接收角度为1°至10°。
10.根据权利要求7所述的编码微球的解析方法，其特征在于，所述第三透镜设置在与入射角成90°的方向上。
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