CN108801883B - 一种微小悬浮颗粒流动光学检测机构以及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微小悬浮颗粒流动光学检测装置、检测机构以及检测方法，可以以微米级的精度精确调整样品流向与照明光轴之间的垂直、样品流向与成像光轴之间的共轴和照明激发光轴与成像焦面之间的共面关系，保证轴向流动光学成像的成像效果和测量精度。在液相测量条件下保证液体的密封。可以使照明面上的光强空间分布更加均匀，避免激光侧向照明成像中的散斑噪声和阴影效应。通过温湿度传感器可以监测密封腔内的温湿度，预警因密封失败导致的液体泄漏。利用本发明所述的装置可以实现高精度的轴向流动成像，对液体样品中的微小颗粒实现更精准、更快速的测量检测，推动轴向流动光学成像测量技术在各种生物、化学、医学和环境分析中的应用。

Description

一种微小悬浮颗粒流动光学检测机构以及检测方法

技术领域

本发明涉及生物、化学和医学分析仪器技术领域，尤其涉及一种微小悬浮颗粒流动光学检测装置、检测机构以及检测方法。

背景技术

快速分析气相或液相下的微小悬浮颗粒如大气微粒、生物细胞、人工合成微纳颗粒、微生物等，是生物、化学、医学、环境科学中常见的检测任务。由于光学检测的非接触、非侵入、无损快速等特点，对这类样品的分析常常借助于光学仪器完成，例如光学显微镜、激光散射仪、流式细胞分析仪等。为了增加检测分析的速度和通量，采用流过式(Flow-through)的检测分析方案越来越受到关注，即流体中的悬浮微粒在某种机制的操控下，快速流过检测通道，在一个检测区域内对样品进行某种方式的光学激励，经微粒样品调制后的光信号被光学仪器检测，达到分析目的。这类技术目前已经在逐步应用于生物、化学、医学、环境等领域，对气相和液相悬浮颗粒的分析速度和精度均起到了显著地提升作用。

在各种流式检测技术中，流式成像测量技术对高速流动的目标进行成像测量，可以对大量微小颗粒样品进行较快速度的分析。随着成像探测器技术与计算机技术的发展，这一技术的检测速度可以达到上千个颗粒每秒，其应用越来越引起人们的重视。然而，传统的流式成像测量技术在对快速流动的目标进行成像时普遍采用横向成像方式，即样品流动方向与成像光轴方向垂直，如图1所示，其成像速度和成像质量间的平衡严重受限于拖尾模糊。为了追求更快的流式成像分析速度，需要进一步提升样品的流速，而更快的流速所导致的成像质量下降则会严重降低分析的准确性，导致分析结果的可靠性下降。

为了解决这一问题，Patrick Ambrose等人于2001年首次提出了将液体样品的流动方向与成像光轴方向共轴的检测方案，利用激光生成的椭圆形截面激光束以垂直于流动方向激发经过荧光染色的DNA碎片，照明光轴恰好与成像系统的焦面共面，可以对大量DNA片段实现快速的二维荧光成像。由于样品流动方向与成像方向共轴，因此流速的加快不会导致拖尾模糊的产生，因此大大提升了检测通量。利用类似思想，Paul Johnson于2005年提出了“喷泉”成像流式细胞仪的设计。在这一设计中，液体样品的流动方向也是和成像光轴方向共轴，而对样品的照明/激发采用落射式荧光照明，液体样品中的悬浮颗粒发射的荧光被成像系统记录下来形成二维图像，用于后续分析。2013年，吴江来等人提出了一种基于光片照明激发的轴向流动荧光显微成像方法，用于藻类细胞的成像分析。在该方法中，他们利用柱透镜和显微物镜生成了厚度更薄的激光光片，对轴向流动的微藻细胞进行照明/激发，利用水浸物镜在样品流动方向上对细胞发出的荧光进行三维层析显微成像。如图2所示，与传统的横向流动成像技术不同，上述轴向流动光学成像测量技术本质上是将悬浮颗粒流动方向与成像方向共轴，与照明光轴方向垂直，片状照明的光层与成像焦面共面。这样不仅可以避免高速运动拍照时的拖尾模糊问题，也等效扩大了成像系统的景深。

然而，除了Paul Johnson的发明外，其余发明未涉及如何实现上述轴向流动光学成像测量技术中样品流动方向、照明光轴方向、成像光轴方向和成像焦面之间空间配合方案。照明也仅仅是连续照明，没有在时间、偏振等维度上进行调制。

发明内容

为了克服上述不足，本发明提出一种微小悬浮颗粒流动光学检测装置，包括：管身，管身内设有通腔，管身的第一端设有开口，管身的第二端设有接头；

通腔的两端分别与开口和接头相连通。

优选地，通腔为长方体结构，管身采用光学透明材料制作；通腔的横截面为正方形，或矩形；管身为长方体结构，或正方体结构，或多边体结构，或不规则形状体结构；

开口为喇叭形张口，喇叭张口的张角应大于等于成像物镜的收集角。

优选地，开口处连接有长方体腔体，长方体腔体的腔壁上设有光学窗口面和流体接口。

一种微小悬浮颗粒流动光学检测机构，包括：检测装置以及遮光检测腔，遮光检测腔包括：腔顶，腔底以及多个腔侧面；

在多个腔侧面中，第一腔侧面与第二腔侧面相对设置，第三腔侧面与第四腔侧面相对设置；

第一腔侧面上设有装置腔通孔，装置腔通孔上套设有夹持器，光学检测装置的管身的外壁通过夹持器穿过装置腔通孔；第二腔侧面安置有检测物镜；

第三腔侧面和第四腔侧面分别设有用于安置照明激发装置的安置位；第三腔侧面安置的照明激发装置的光轴与第四腔侧面安置的照明激发装置的光轴共轴，且与检测物镜焦面共面；检测物镜的焦点，第三腔侧面安置的照明激发装置的焦点以及第四腔侧面安置的照明激发装置的焦点重合；

管身的通腔内部悬浮颗粒样品流动方向与检测物镜的光轴共轴。

优选地，还包括：自由度调节装置；

自由度调节装置套设在装置腔通孔上，管身通过夹持器套设在自由度调节装置上；

通过调节自由度调节装置，使得通腔内部的悬浮颗粒样品流动方向与检测物镜的光轴共轴，并调节通腔的开口一侧到检测物镜的距离；

照明激发装置通过自由度调节装置套设在所述安置位上；

通过自由度调节装置的调节，使得第三腔侧面安置的照明激发装置的光轴与第四腔侧面安置的照明激发装置的光轴共轴，且与检测物镜焦面共面；检测物镜的焦点，第三腔侧面安置的照明激发装置的焦点以及第四腔侧面安置的照明激发装置的焦点重合；

遮光检测腔内设有密封连接腔；

管身的开口一侧延伸至密封连接腔内，管身被固定于夹持器中，夹持器的外壁与密封连接腔的腔壁通过异形密封圈密封；

检测物镜采用水浸物镜，检测物镜延伸至密封连接腔内，检测物镜通过O 型圈与密封连接腔的腔壁密封连接；

密封连接腔的腔壁上设有一端延伸至密封连接腔内部的液体管接头，液体管接头的另一端延伸出遮光检测腔外部；

密封连接腔的腔壁上还设有一端延伸至密封连接腔内部的熔融石英棒，熔融石英棒的另一端延伸出密封连接腔；延伸出密封连接腔的熔融石英棒一端连接有深紫外照明装置；深紫外照明装置对检测装置的检测端进行照射，以防止生物膜的形成导致长期使用后的生物附着。

优选地，遮光检测腔的腔壁上设有液体管接头；

长方体腔体的光学窗口面距离检测物镜端面的距离适配；流体接口通过管路与液体管接头相连通；

遮光检测腔内设有温湿度传感器；温湿度传感器用于检测遮光检测腔内部的温度和湿度，并将检测的温湿度传输至上位机。

一种微小悬浮颗粒流动光学检测方法，方法采用微小悬浮颗粒流动光学检测机构，方法包括：

在进行流动光学检测时，微小悬浮颗粒样品从微小悬浮颗粒流动光学检测机构的管身开口流入，进入检测区域，从流体接口排出；或微小悬浮颗粒从微小悬浮颗粒流动光学检测机构的流体接口流入，进入检测区域，从管身开口排出；

或微小悬浮颗粒从密封连接腔的液体管接头流入，进入检测区域，由管身的开口流出；或微小悬浮颗粒从管身的开口流入，进入检测区域，从密封连接腔的液体管接头流出；

通过自由度调节装置的调节，使得第三腔侧面安置的照明激发装置的光轴与第四腔侧面安置的照明激发装置的光轴共轴，且与检测物镜焦面共面；检测物镜的焦点，第三腔侧面安置的照明激发装置的焦点以及第四腔侧面安置的照明激发装置的焦点重合，开启照明激发装置，开始进行检测。

优选地，方法包括：两个对向设置的照明激发装置发出激光，聚焦两束照明或激发激光至流经检测区域的微小颗粒；所述两束激光来自两台不同的激光器，两束激光具有相同的波长，或具有不同的波长；两束激光是光强相同的连续光输出或高重频脉冲光束，对检测区域的微小颗粒进行照明或激发。

优选地，方法包括：两个对向设置的照明激发装置，聚焦两束激光照明或激发样品流通管内流体中的微小颗粒；所述两束激光来自同一台激光器，通过光学分束器将激光输出光束分为光强相同的两束，并由一组平面镜分别导入两只照明激发装置。

优选地，方法包括：由一台激光器发出光束，发出的光束通过偏振分束器，分束得到的两束偏振方向正交的连续输出激光聚焦至流经检测区域的微小颗粒，或输出高重频脉冲光束对检测区域的微小颗粒进行照明或激发；

或，由一台激光器发出光束，发出的光束通过非偏振分束器分束，分束得到高重频脉冲输出激光，对其中一束激光的脉冲相位相对另一路激光延迟 180度，实现对流经检测区域微小颗粒的对向高频交替照明或激发。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

采用本发明所描述的装置和方法，首先可以以微米级的精度精确调整样品流向与照明光轴之间的垂直、样品流向与成像光轴之间的共轴和照明激发光轴与成像焦面之间的共面关系，从而保证轴向流动光学成像的成像效果和测量精度。其次可以在液相测量条件下保证液体的密封。最后可以使照明面上的光强空间分布更加均匀，避免激光侧向照明成像中的散斑噪声和阴影效应，提升成像质量。

利用本发明所述的装置可以实现高精度的轴向流动成像，对液体样品中的微小颗粒实现更精准、更快速的测量检测，进一步推动轴向流动光学成像测量技术在各种生物、化学、医学和环境分析中的应用。

通过自由度调节装置的调节，使得第三腔侧面安置的照明激发装置的光轴与第四腔侧面安置的照明激发装置的光轴共轴，且与检测物镜焦面共面；检测物镜的焦点，第三腔侧面安置的照明激发装置的焦点以及第四腔侧面安置的照明激发装置的焦点重合。五自由度调节装置可以分别对其夹持的元件进行x轴平移、y轴平移、z轴平移、x轴旋转、y轴旋转五个自由度的精细调整。

通过温湿度传感器可以监测密封腔内的温湿度，预警因密封失败导致的液体泄漏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为横向流动成像技术示意图；

图2为轴向流动成像技术示意图；

图3为微小悬浮颗粒流动光学检测装置实施例一侧视图；

图4为微小悬浮颗粒流动光学检测装置实施例一正视图；

图5为微小悬浮颗粒流动光学检测装置实施例二侧视图；

图6为微小悬浮颗粒流动光学检测装置实施例二正视图；

图7为微小悬浮颗粒流动光学检测机构实施例俯视图；

图8为微小悬浮颗粒流动光学检测机构实施例侧视图；

图9为异形密封圈结构示意图；

图10为微小悬浮颗粒流动光学检测机构另一实施例俯视图；

图11为微小悬浮颗粒流动光学检测机构另一实施例侧视图；

图12为夹持器夹持管身侧示意图；

图13为夹持器夹持管身正示意图；

图14为照明激发装置空间布局方式意图；

图15为设有光学分束器的检测方式示意图；

图16为采用不同波长光束的照明或激发方式示意图；

图17为两束相同波长光束对向照明或激发示意图；

图18为两束不相同波长光束对向照明或激发示意图；

图19为两束相同或不相同波长交替照明或激发示意图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将运用具体的实施例及附图，对本发明保护的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。

实施例一：如图3和图4所示，

本实施例提供一种微小悬浮颗粒流动光学检测装置，包括：管身19，管身19内设有通腔21，管身19的第一端设有开口20，管身19的第二端设有接头22；通腔21的两端分别与开口20和接头22相连通。

其中，通腔21为长方体结构，管身19采用透明材料制作；通腔21的横截面为正方形或矩形；管身19的横截面为正方形或矩形。开口20为喇叭形张口，喇叭张口的张角应大于等于成像物镜的收集角。

通腔21为一个中间有通孔的长方体结构，可由透明度和强度较好的玻璃材料制成，如石英、蓝宝石等。通腔21截面为正方形或矩形，根据检测的悬浮颗粒大小不同，通孔直径可以在几十微米至若干毫米尺度。管身19截面也为正方形或矩形，任意一条边与内通孔侧壁平行，以保证照明或激发光垂直侧壁照射时不会引起波前的折射畸变。液体流通管一端为检测端，另一端为水管连接管。检测端的开口为喇叭形张口，喇叭张口的张角应大于等于成像物镜的收集角，以避免目标发出的光被管口边缘遮挡，造成成像测量质量恶化。通腔21通过连接接头22，可以与水管密封连接。

实施例二，如图5和图6所示，实施例二大部分与实施例一的内容相同，其中不同之处在于：

开口20处连接有长方体腔体23，长方体腔体23的腔壁上设有光学窗口面24和流体接口25。光学窗口面24与通腔21的中心线垂直。

开口20处的检测端等效于与一个长方体腔体23密封连接。长方体腔体的光学窗口面24与流通管的通孔中心对称轴垂直，样品发出的信号光可穿过窗口被检测物镜收集成像或检测。长方体腔体上也有一个流体接口25，可以与水管密封连接，用于液体样品的进出。

本发明还提供一种微小悬浮颗粒流动光学检测机构，如图7和图8所示，包括：上述实施例一中的光学检测装置以及遮光检测腔1，遮光检测腔1包括：腔顶，腔底以及多个腔侧面；

在多个腔侧面中，第一腔侧面与第二腔侧面相对设置，第三腔侧面与第四腔侧面相对设置；第一腔侧面上设有装置腔通孔，装置腔通孔上套设有夹持器9，光学检测装置的管身19的外壁通过夹持器9穿过装置腔通孔；第二腔侧面安置有检测物镜4；第三腔侧面和第四腔侧面分别设有用于安置照明激发装置的安置位；第三腔侧面安置的照明激发装置的光轴与第四腔侧面安置的照明激发装置的光轴共轴，且与检测物镜焦面共面；检测物镜的焦点，第三腔侧面安置的照明激发装置的焦点以及第四腔侧面安置的照明激发装置的焦点重合；管身19的通腔21内部悬浮颗粒样品流动方向与检测物镜4的光轴共轴。

照明激发装置5为光束发出装置，其发出的光束可以起到照明作用，也可以起到激发微小悬浮颗粒发射荧光的作用。

微小悬浮颗粒流动光学检测机构还包括：自由度调节装置10；自由度调节装置10套设在装置腔通孔上，管身19通过夹持器9套设在自由度调节装置10上。通过调节自由度调节装置10，使得通腔21内部的悬浮颗粒样品流动方向与检测物镜4的光轴共轴，并调节通腔21的开口20一侧到检测物镜4 的距离；照明激发装置通过自由度调节装置套设在其安置位上；通过自由度调节装置的调节，使得第三腔侧面安置的照明激发装置的光轴与第四腔侧面安置的照明激发装置的光轴共轴，且与检测物镜焦面共面；检测物镜的焦点，第三腔侧面安置的照明激发装置的焦点以及第四腔侧面安置的照明激发装置的焦点重合；五自由度调节装置可以分别对其夹持的元件进行x轴平移、y轴平移、z轴平移、x轴旋转、y轴旋转五个自由度的精细调整。

密封连接腔为六面体腔体结构，其中前后左右四个面上各有一个通孔，通孔侧壁带有O型环沟槽，用于连接及密封物镜或微小悬浮颗粒流动光学检测装置的管身；下表面上有一个通孔，用于连接及密封圆柱形熔融石英棒；上表面有一个通孔，用于连接及密封水管接头。微小悬浮颗粒流动光学检测装置可以包括液体样品流通管。

夹持器，为一个具有通孔的圆柱形结构，通孔与流通管外径形状匹配，用于夹持管身，夹持方式如图12和图13所示。夹持器外面具有与五自由度调节装置连接的结构。

两个对向搁置的照明激发装置5，可聚焦两束激光照明或激发样品流通管内的微小颗粒。

本实施例由两束激光进行照射。可以实现两束激光同时长亮，或交替亮灭，可以根据检测需要设置亮灭频率，实现检测目的。

微小悬浮颗粒流动光学检测机构的最外面是一个遮光检测腔1，用于固定腔内各器件和遮光。为保证足够的强度以保护内部的装置和器件，遮光检测腔可以由金属材质制成，但不限于金属材质制成，如铝合金、不锈钢等。遮光检测腔内表面全部做发黑处理，吸收杂散光，以达到更好的遮光效果。遮光检测腔1内为一个六面体结构，与水平面垂直的四个面之间两两垂直，每个面上均有一个圆形通孔。遮光检测腔1外形可以为长方体或圆柱体。液体流通管3通过一个夹持器9，被固定于一个五自由度调节装置10中，穿过遮光检测腔的一个通孔，与检测物镜相对。检测物镜固定于遮光检测腔的另一个相对面上，其收集的光可以自由穿过通孔。通过调节五自由度调节装置10，可以使得通腔21中的悬浮颗粒样品流动方向与检测物镜4的光轴共轴，并可以精确调节其检测端喇叭开口20到检测物镜4的距离。通过自由度调节装置的调节，使得第三腔侧面安置的照明激发装置的光轴与第四腔侧面安置的照明激发装置的光轴共轴，且与检测物镜焦面共面；检测物镜的焦点，第三腔侧面安置的照明激发装置的焦点以及第四腔侧面安置的照明激发装置的焦点重合。

本实施例中遮光检测腔1内设有密封连接腔2，用于将微小悬浮颗粒流动光学检测装置放置于液相环境中进行检测；管身19的开口20一侧延伸至密封连接腔2内，管身19的外壁与密封连接腔2的腔壁通过异形密封圈7密封；检测物镜4采用水浸物镜，检测物镜4延伸至密封连接腔2内，检测物镜4 通过O型圈8与密封连接腔2的腔壁密封连接；密封连接腔(2)的腔壁上还设有一端延伸至密封连接腔(2)内部的熔融石英棒(12)，熔融石英棒(12) 的另一端延伸出密封连接腔(2)；延伸出密封连接腔(2)的熔融石英棒(12) 一端连接有深紫外照明装置(13)；深紫外照明装置(13)对进液管的检测端进行照射，以防止生物膜的形成导致长期使用后的生物附着。

本实施例中，密封连接腔2内为液相样品，密封连接腔2与遮光检测腔1 之间为非液体区域。

在实际测试时，液体样品将会从通腔21检测端出水口进出，为避免液体污染装置，将其出水口与物镜通过密封连接腔2连接并密封。为了让通腔21、照明激发装置5能够在空间上做五个自由度的微调，设计了一种异形密封圈7，如图9所示。异形密封圈7包括大密封圈27，小密封圈26以及连接大密封圈 27和小密封圈26的薄膜28。这个密封圈相当于两个通径不同的O型环之间用薄膜连接，起到加强密封的作用。通径不同的两个密封圈分别实现需要作机械调的整管身19，照明激发装置5和密封连接腔2腔体之间的密封；薄膜既保证了两个密封圈之间的密封，又保证了需要机械调整管身19、照明激发装置5的自由运动不受机械限制。检测物镜4可采用水浸物镜，用普通的O 型圈8与密封连接腔2之间进行密封。密封连接腔2上表面有一个水管连接头，可以与硅胶、特氟龙等聚合物材质的水管连接，穿过遮光密封腔盖18上的通孔，实现液体样品的进出。密封连接腔2的下表面有一根熔融石英棒12垂直穿入，可以将其下面的深紫外照明装置13，深紫外照明装置13可以采用深紫外LED，发出的250-280nm波段的深紫外光导入，实现对液体流通管3 检测端的照射，以防止生物膜的形成导致长期使用后的生物附着，这些生物附着会影响测量结果的准确性。

遮光密封腔1内还设有温湿度传感器11，其数据线通过遮光密封腔上的通孔向外部传输数据，该通孔灌胶密封。通过温湿度传感器可以监测密封腔内的温湿度，预警因密封失败导致的液体泄漏。在进行检测时，液体样品可以通过各种如注射器泵、负压泵、蠕动泵、隔膜泵、重力泵等的推力进样，进样时的流速、进样体积等指标由泵控制。液体中的悬浮颗粒流经液体流通管3检测端，被照明或激发发射散射光或荧光信号，被检测物镜4收集进行成像或光电探测，信号经过模数转换可以被计算及分析，实现最终的生物、化学或医学分析目的。

本发明还提供一种实施例，如图10和图11所示，腔侧面上设有液体管接头；长方体腔体(23)的光学窗口面(24)距离检测物镜(4)端面的距离适配。流体接口25通过管路与液体管接头相连通。也即为利用上述实施例二的内容，涉及的微小悬浮颗粒流动光学检测装置。由于采用了可以在空气中使用的通腔21，因此不再需要密封连接腔2和各种密封圈。液体管接头15穿过遮光检测腔盖18，直接与液体样品流通管的长方体腔体上的接头连接，实现液体样品的进出。当液体样品中的悬浮颗粒流经通腔21的检测端时，其发出的散射光或荧光信号被检测物镜4收集进行成像或光电测量。由于检测物镜4不再需要与液体接触，因此可选用一般的空气物镜即可。

上述两种方案的根本区别在于检测物镜4是采用水浸物镜还是空气物镜。采用不同物镜会有不同的像差，导致最终成像质量的不同。在实践中优选哪种方案将由检测对象即液相悬浮微粒的物理如大小、化学如腐蚀性、生物如荧光特性等因素决定。

现有技术中，除了Paul Johnson的专利外，均未给出调整或操控液体样品流向、照明或激发光路、成像光轴三者之间在空间上垂直、共轴、共面方位关系的具体实现方法和装置。而实现这三者之间空间上的相对关系对于轴向流动光学成像的成像质量和测量精度至关重要。采用本发明所描述的装置，可以以微米级的精度精确调整三者之间的垂直液体流向与照明光轴之间、共轴液体流向与成像光轴之间和共面成像光轴与成像焦面之间关系，从而保证了轴向流动光学成像的成像效果和测量精度。

在液体样品流动管的四个平面侧壁设置四个照明/激发物镜，也可以实现采用本发明的轴向流动成像测量。遮光检测腔外形除了长方体、圆柱体外，亦有可能为其他形状，只要其内部腔体满足专利所述的结构。通腔21仅在检测端需要其外部和通孔截面为矩形或正方形，而其中部和靠近连接端的部分无论外径还是内径都可以为其它形状，例如圆形。本发明所述的装置可用于液体中的悬浮颗粒光学检测，经过适当优化和改动，亦可用于气体中的颗粒光学检测。

本发明还提供一种微小悬浮颗粒流动光学检测方法，如图14所示，方法采用上述的微小悬浮颗粒流动光学检测机构，方法包括：

在进行流动光学检测时，微小悬浮颗粒从微小悬浮颗粒流动光学检测机构的管身开口流入，进入检测区域，从流体接口排出；或微小悬浮颗粒从微小悬浮颗粒流动光学检测机构的流体接口流入，进入检测区域，从管身开口排出；

或微小悬浮颗粒从密封连接腔的液体管接头流入，进入检测区域，由管身的开口流出；或微小悬浮颗粒从管身的开口流入，进入检测区域，从密封连接腔的液体管接头流出；

通过自由度调节装置的调节，使得第三腔侧面安置的照明激发装置的光轴与第四腔侧面安置的照明激发装置的光轴共轴，且与检测物镜焦面共面；检测物镜的焦点，第三腔侧面安置的照明激发装置的焦点以及第四腔侧面安置的照明激发装置的焦点重合，开启照明激发装置进行检测。

本发明中，微小悬浮颗粒流动光学检测方法还包括：两个对向设置的照明激发装置，发出激光，聚焦两束激光照明或激发流经检测区域的微小颗粒；所述两束激光来自两台不同的激光器，两束激光具有相同的波长，或具有不同的波长；两束激光是光强相同的连续光输出进行照明或激发，或高重频脉冲光束对流经检测区域的微小颗粒进行照明或激发。如图17所示，两束照明或激发激光分别为激光束51和激光束52。

本发明中，两个对向设置的照明激发装置，聚焦两束激光照明或激发样品流通管内流体中的微小颗粒；所述两束激光来自同一台激光器，通过光学分束器将激光输出光束分为光强相同的两束，并由一组平面镜分别导入两只照明激发装置。

如图16和图18所示，两束激光可以采用不同颜色的光束对微小悬浮颗粒进行照明或激发，实现检测目的。

本发明中，微小悬浮颗粒流动光学检测方法包括：如图15和19所示，

由一台激光器41发出光束，发出的光束通过偏振分束器42，分束得到的两束偏振方向正交的连续激光进行照明或激发，或输出高重频脉冲光束对流经检测区域的微小颗粒进行照明或激发；

或，由一台激光器发出光束，发出的光束通过非偏振分束器42分束，分束得到高重频脉冲输出激光，对其中一束激光的脉冲相位相对另一路激光延迟180度，实现对流经检测区域微小颗粒的对向高频交替照明或激发。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参考即可。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等如果存在是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种微小悬浮颗粒流动光学检测机构，其特征在于，包括：检测装置、自由度调节装置（10）以及遮光检测腔（1）；

检测装置包括：管身（19），管身（19）内设有通腔（21），管身（19）的第一端设有开口（20），管身（19）的第二端设有接头（22）；

通腔（21）的两端分别与开口（20）和接头（22）相连通;

遮光检测腔（1）包括：腔顶，腔底以及多个腔侧面；

在多个腔侧面中，第一腔侧面与第二腔侧面相对设置，第三腔侧面与第四腔侧面相对设置；

第一腔侧面上设有装置腔通孔，装置腔通孔上套设有夹持器（9），检测装置的管身（19）的外壁通过夹持器（9）穿过装置腔通孔；第二腔侧面安置有检测物镜（4）；

第三腔侧面和第四腔侧面分别设有用于安置照明激发装置的安置位；第三腔侧面安置的照明激发装置的光轴与第四腔侧面安置的照明激发装置的光轴共轴，且与检测物镜焦面共面；检测物镜的焦点，第三腔侧面安置的照明激发装置的焦点以及第四腔侧面安置的照明激发装置的焦点重合；

管身（19）的通腔（21）内部悬浮颗粒样品流动方向与检测物镜（4）的光轴共轴；

自由度调节装置（10）套设在装置腔通孔上，管身（19）通过夹持器（9）套设在自由度调节装置（10）上；

通过调节自由度调节装置（10），使得通腔（21）内部的悬浮颗粒样品流动方向与检测物镜（4）的光轴共轴，并调节通腔（21）的开口（20）一侧到检测物镜（4）的距离；

照明激发装置通过自由度调节装置套设在所述安置位上；

通过自由度调节装置的调节，使得第三腔侧面安置的照明激发装置的光轴与第四腔侧面安置的照明激发装置的光轴共轴，且与检测物镜焦面共面；检测物镜的焦点，第三腔侧面安置的照明激发装置的焦点以及第四腔侧面安置的照明激发装置的焦点重合。

2.根据权利要求1所述的微小悬浮颗粒流动光学检测机构，其特征在于，

遮光检测腔（1）内设有密封连接腔（2）；

管身（19）的开口（20）一侧延伸至密封连接腔（2）内，管身（19）被固定于夹持器（9）中，夹持器（9）的外壁与密封连接腔（2）的腔壁通过异形密封圈（7）密封；

检测物镜（4）采用水浸物镜，检测物镜（4）延伸至密封连接腔（2）内，检测物镜（4）通过O型圈（8）与密封连接腔（2）的腔壁密封连接；

密封连接腔（2）的腔壁上设有一端延伸至密封连接腔（2）内部的液体管接头（15），液体管接头（15）的另一端延伸出遮光检测腔（1）外部；

密封连接腔（2）的腔壁上还设有一端延伸至密封连接腔（2）内部的熔融石英棒（12），熔融石英棒（12）的另一端延伸出密封连接腔（2）；延伸出密封连接腔的熔融石英棒（12）一端连接有深紫外照明装置（13）；深紫外照明装置（13）对检测装置的检测端进行照射，以防止生物膜的形成导致长期使用后的生物附着。

3.根据权利要求1所述的微小悬浮颗粒流动光学检测机构，其特征在于，

遮光检测腔的腔壁上设有液体管接头；

开口（20）处连接有长方体腔体（23），长方体腔体（23）的腔壁上设有光学窗口面（24）和流体接口（25）；

长方体腔体（23）的光学窗口面（24）距离检测物镜（4）端面的距离适配；流体接口（25）通过管路与液体管接头相连通；

遮光检测腔（1）内设有温湿度传感器（11）；温湿度传感器（11）用于检测遮光检测腔（1）内部的温度和湿度，并将检测的温湿度传输至上位机。

4.根据权利要求2所述的微小悬浮颗粒流动光学检测机构，其特征在于，

异形密封圈（7）包括：大密封圈（27），小密封圈（26）以及连接大密封圈（27）和小密封圈（26）的薄膜（28）。

5.根据权利要求1所述的微小悬浮颗粒流动光学检测机构，其特征在于，

通腔（21）为长方体结构，管身（19）采用光学透明材料制作；通腔（21）的横截面为正方形，或矩形；管身为长方体结构，或正方体结构，或多边体结构，或不规则形状体结构；

开口（20）为喇叭形张口，喇叭张口的张角应大于等于成像物镜的收集角。

6.一种微小悬浮颗粒流动光学检测方法，其特征在于，方法采用如权利要求3所述的微小悬浮颗粒流动光学检测机构，方法包括：

在进行流动光学检测时，微小悬浮颗粒从微小悬浮颗粒流动光学检测机构的管身开口流入，进入检测区域，从流体接口排出；或微小悬浮颗粒从微小悬浮颗粒流动光学检测机构的流体接口流入，进入检测区域，从管身开口排出；

通过自由度调节装置的调节，使得第三腔侧面安置的照明激发装置的光轴与第四腔侧面安置的照明激发装置的光轴共轴，且与检测物镜焦面共面；检测物镜的焦点，第三腔侧面安置的照明激发装置的焦点以及第四腔侧面安置的照明激发装置的焦点重合，开启照明激发装置进行检测。

7.根据权利要求6所述的微小悬浮颗粒流动光学检测方法，其特征在于，方法包括：

第三腔侧面安置的照明激发装置和第四腔侧面安置的照明激发装置同时发出激光，聚焦两束激光照明或激发流经检测区域的微小颗粒；所述两束激光来自两台不同的激光器，两束激光具有相同的波长，或具有不同的波长；两束激光是光强相同的连续光输出进行照明或激发，或输出高重频脉冲光束对流经检测区域的微小颗粒进行照明或激发。

8.根据权利要求6所述的微小悬浮颗粒流动光学检测方法，其特征在于，方法包括：

第三腔侧面安置的照明激发装置和第四腔侧面安置的照明激发装置同时发出激光，聚焦两束激光照明或激发样品流通管内流体中的微小颗粒；所述两束激光来自同一台激光器，通过光学分束器将激光输出光束分为光强相同的两束，并由一组平面镜分别导入两只照明激发装置。

9.根据权利要求6所述的微小悬浮颗粒流动光学检测方法，其特征在于，方法包括：

由一台激光器发出光束，发出的光束通过偏振分束器，分束得到的两束偏振方向正交的连续激光束进行照明或激发，或分束得到高重频脉冲光束对流经检测区域的微小颗粒进行照明或激发；

或，由一台激光器发出光束，发出的光束通过非偏振分束器分束，分束得到高重频脉冲输出激光，对其中一束激光的脉冲相位相对另一路激光延迟180度，实现对向光路的高频交替对检测区域的微小颗粒进行照明或激发。

10.一种微小悬浮颗粒流动光学检测方法，其特征在于，方法采用如权利要求2和4任一所述的微小悬浮颗粒流动光学检测机构，方法包括：

微小悬浮颗粒从密封连接腔的液体管接头流入，进入检测区域，由管身的开口流出；或微小悬浮颗粒从管身的开口流入，进入检测区域，从密封连接腔的液体管接头流出。

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