CN111351745B - 用于流式细胞分析的多色传感器 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于检测各个体发光粒子的光谱传感器。传感器包括用于检测由所述各个体发光粒子发出的光的光敏检测器阵列和包括多个不同带阻滤光器的滤光器阵列。滤光器阵列被配置成将可检测波长区中的波长透射到光敏检测器阵列，并且其中每一带阻滤光器与一个或多个特定光敏检测器相关联，并且该多个不同带阻滤光器被配置成反射所述可检测波长区内的不同波长区间，以便该阵列的每一光敏检测器被配置成检测可检测波长区的、除关联于该光敏检测器的带阻滤光器的反射波长区间之外的波长。传感器还包括处理单元，所述处理单元与所述光敏检测器阵列通信并被配置成基于来自所述光敏检测器阵列的响应来确定个体发光粒子的光谱特性。

Description

用于流式细胞分析的多色传感器
技术领域
本发明概念涉及用于流式细胞分析的光谱传感器。具体而言，本发明概念涉及用于检测各个体发光粒子的光谱传感器。
背景技术
在许多应用中，需要采集物体的光谱信息。超光谱传感器例如可被用在被成像物体的分析中，诸如用于确定具有特定光谱轮廓的物质是否存在于该物体中。随着半导体制造的进步，生产基于互补金属氧化物半导体(CMOS)技术的传感器是可能的，其中包括光敏区阵列的基板与用于选择性地透射光到光敏区的滤光器集成在一起。
流式细胞分析(flow cytometry)是一种用于检测并测量一群细胞或粒子的特性的技术。细胞或粒子的流体悬浮液(通常用荧光标记)被引导通过聚焦激光束，且散射光(其是该类型的细胞或粒子的特性)被检测。流式细胞分析促进了高吞吐量，且包括数千细胞或粒子的样本可在短时间段期间被检查。
虽然流式细胞分析促进了以高流速进行各单个生物粒子的多参数分析，但可能需要光学滤光器的复杂集合才能执行多光谱流式细胞分析，其中获得各个体粒子的分开的光谱带。
多光谱流式细胞分析中频繁使用的检测器是“八边形多光谱传感器”。在此类传感器中，多个长通/带通滤光器和检测器组合以特定的几何方案来布置，以能够检测若干(例如8)荧光带。
文献US10,072,970涉及包括用于创建物体的多光谱图像的CCD或CMOS图像传感器的多光谱图像传感器。
因而现有技术中存在对使得能够从发出低强度光的样本中进行超光谱流式细胞分析的较不复杂的传感器的需求。
发明内容
本发明的目标是至少部分地克服现有技术的一个或多个限制。具体而言，目标是提供一种用于检测各个体发光粒子的光谱传感器以及包括此类传感器的流式细胞仪。
作为本发明的第一方面，提供了一种用于检测各个体发光粒子的光谱传感器，所述传感器包括：
用于检测由所述各个体发光粒子发出的光的光敏检测器阵列；
包括多个不同带阻滤光器的滤光器阵列；
其中滤光器阵列被配置成将可检测波长区中的波长透射到光敏检测器阵列，并且其中每一带阻滤光器与一个或多个特定光敏检测器相关联，并且其中多个不同带阻滤光器被配置成反射所述可检测波长区内的不同波长区间，以便该阵列的每一光敏检测器被配置成检测可检测波长区的、除关联于该光敏检测器的带阻滤光器的反射波长区间之外的波长；
处理单元，所述处理单元与所述光敏检测器阵列通信并被配置成基于来自所述光敏检测器阵列的响应来确定个体发光粒子的光谱特性。
光谱传感器可以用于各个体粒子的多光谱或超光谱检测。光谱信息可以针对可见光谱之内和/或之外的波长。
光谱传感器因而可纯用于检测带标记的粒子。因而，在各实施例中，光谱传感器不是图像传感器。
发光粒子可以是有机或无机粒子或细胞，诸如哺乳动物细胞。粒子可以本身是发荧光的，或者它可包括用于发出不同波长光谱的一个或多个染料。作为示例，发光粒子可以是用至少两个荧光团来标记的细胞。
光敏检测器是用于检测光子的传感器元件，例如光电检测器。光敏检测器可被布置成将光子转换成电流。光敏检测器阵列可以是二维或只是一行。
带阻滤光器(或即带除滤光器)是透射可检测波长区的大多数波长但反射该滤光器的特定波长区间中的那些波长的滤光器。因而，带阻滤光器可以与带通滤光器相反。带阻滤光器可以是具有20-100nm(诸如约50nm)的光谱带宽的阻带的陷波滤光器。
传感器的可检测波长区可跨至少500nm，诸如可见光区，诸如在400和900nm之间。可检测波长带还可包括紫外波长，诸如10nm和400nm之间的波长，以及红外波长，诸如700nm和1mm之间的波长。
带阻滤光器可以是干涉滤光器，诸如多层干涉滤光器。
带阻滤光器阵列被布置成使得由检测器检测到的光通过了至少一个带阻滤光器。因而，带阻滤光器阵列被布置在到检测器的光路中。因为滤光器阵列包括不同类型的带阻滤光器，即反射可检测波长区内的不同波长区间的波长的滤光器，所以光敏检测器阵列形成用于检测除关联于光敏检测器的带阻滤光器的反射波长区间之外的不同波长范围的传感器元件阵列。
处理单元可被布置成检测样本的粒子或细胞中标记的存在。处理单元因此可不被配置成创建或生成被检测粒子或细胞的图像。
在第一方面的各实施例中，处理单元被配置成基于所确定的光谱特性来检测个体发光粒子中至少一个标记的存在。作为示例，处理单元可被配置成基于数值优化技术(诸如，最小二乘优化技术或矩阵正则化技术)来检测个体发光粒子中至少一个标记的存在。
处理单元可以是接收设备或包括具有计算机可读指令的计算机可读介质。因而，处理单元可包括处理器和系统存储器。处理器因而可包括用于基于来自所述光敏检测器阵列的响应来确定或计算个体发光粒子的光谱特性的指令。
个体发光粒子的光谱特性可以是一个或若干个特定波长的强度值、波长范围中的发射光谱、发光粒子内可能的荧光团或染料组合。光谱特性可以形成个体粒子的光谱“指纹”。
本发明的第一方面基于以下洞察：与关联于带通滤光器的检测器阵列相比，具有带阻滤光器的检测器阵列将能够检测来自发光粒子的更大数目的光子。因此，本发明的检测器将适于需要快速响应的应用，诸如在高流速处检测发光粒子时的流式细胞分析应用。与具有八边形设置的现有技术传感器相比，根据第一方面的传感器较不复杂。此外，与具有带通超光谱滤光器的传感器相比，本公开的传感器更灵敏，并且因而适于具有对灵敏度的高要求的应用。在具有带N个带通滤光器的阵列的经典设置的超光谱传感器中，每一光子具有1/N机会降落在正确检测器上，而在本公开的设置中(其中使用带阻滤光器阵列)，每一光子具有(N-1)/N机会被检测到。来自各个体检测器的检测到的光子计数随后可使用例如最小二乘优化来被计算成光谱。
因此，本发明的第一方面的传感器提供了高总体光子检测概率。该传感器进一步促进更紧凑的组装件(诸如具有单个检测器元件且没有分立滤光器)和更简单的光学系统，这进而简化了对准并使得系统更稳健。此外，传感器可允许更小的检测器区域，因为光可在前面紧紧聚焦，这从而给出较低总体暗电流。
滤光器阵列可包括至少两个(诸如至少三个)不同类型的带阻滤光器。不同类型的带阻滤光器反射可检测波长区的不同波长区间。作为示例，滤光器阵列可包括至少五个不同类型的带阻滤光器。
在第一方面的各实施例中，滤光器阵列的每一带阻滤光器被配置成反射所述可检测波长区中的一波长区间并透射所述波长区间中的所有其他波长，其中所述滤光器阵列的至少两个带阻滤光器被配置成反射不交叠的波长区间。
此外，滤光器阵列可包括一个以上相同类型的带阻滤光器。作为示例，滤光器阵列可包括至少三个(诸如至少五个)类型的带阻滤光器，并且每一类型至少两个带阻滤光器。
在第一方面的各实施例中，多个带阻滤光器的不同反射波长区间交叠小于50nm。作为示例，不同反射波长带可根本不交叠，或可交叠小于20nm，诸如小于10nm。
带阻滤光器所反射的波长区间的长度可以是50-100nm，诸如约100nm。
滤光器阵列可包括如下带阻滤光器：其反射波长区间一起覆盖传感器的可检测波长区的至少50％，诸如至少75％，诸如至少90％的区间。
因而，如果传感器的可检测区是约500nm，则滤光器阵列可包括一起覆盖至少300nm的带阻滤光器。滤光器阵列所反射的不同波长区间可以沿可检测波长区分布，诸如分布在该波长区的中心波长的周围，其中交叠小于50nm。
在第一方面的各实施例中，光敏检测器中的至少一者选自雪崩式光电二极管(APD)和硅光电倍增器。
雪崩式光电二极管(APD)和硅光电倍增器是促进以高速率对低强度样本进行分析的检测器。
APD是具有根据入射光子产生大量电子的内增益机制的基于半导体的光电检测器。与标准光电二极管相比，APD提供更高灵敏度。
硅光电倍增器可以是单光子灵敏器件且可以基于实现在共同硅基板上的单光子雪崩二极管(SPAD)。
作为示例，所有光敏检测器可以选自雪崩式光电二极管(APD)和硅光电倍增器。
在第一方面的各实施例中，检测器还包括布置在到所述光敏检测器阵列的光路中用于反射所述可检测波长区外的光的至少一个附加滤光器。
此类附加滤光器可例如是低通、高通、或带通滤光器。该一个或多个附加滤光器可以用于反射例如已被用于激发被检测的发光粒子中的荧光团的激发光。
光路中的其他滤光器可被布置以设置可检测波长区的边界。
在第一方面的各实施例中，滤光器阵列被集成在光敏检测器阵列的顶部。
所集成的滤光器阵列可以使用来CMOS制造技术生产，这允许生产非常小尺寸的层结构。因而，使用CMOS制造技术来创建与包括光敏检测器的基板集成在一起的滤光器是可能的。因而，滤光器阵列可以单片集成在光敏检测器阵列上。这暗示着滤光器阵列与光敏检测器固定关联，并且滤光器阵列与光敏检测器之间的关系在传感器被制造之后将不被更改。因此，滤光器阵列可以使用CMOS制造工艺来生产在光敏检测器阵列上，诸如选择性沉积和蚀刻各层以形成不同干涉滤光器和带阻滤光器的滤光器堆叠。这可有益地与提供光敏检测器阵列的CMOS基板一起使用。
在本发明的第一方面的各实施例中，处理单元被配置成确定光谱特性，作为所述粒子中不同发光染料的可能组合。
其他可测量光谱特性包括光吸收率和光散射，这可在细胞大小、形状、密度、粒度、和染色吸收(stain uptake)的测量中使用。
处理单元可被配置成接收来自光敏检测器阵列的输入数据。处理单元还可被配置成执行例如可被存储在存储器上的计算机代码指令。存储器因而可形成用于存储这些计算机代码指令的(非瞬态)计算机可读介质。处理单元可另选地是硬件组件的形式，诸如专用集成电路、现场可编程门阵列等。
处理单元可被配置成基于数值优化技术(诸如最小二乘优化或矩阵正则化技术)确定光谱特性。
在第一方面的各实施例中，处理单元被配置成将发光粒子的所确定的光谱特性与已知类型的发光粒子的参考进行比较，从而确定该发光粒子的类型。
因而，处理单元可以使用所确定的光谱特性并将其与参考样本相比较，以更快速地确定检测到的发光粒子的类型。处理单元因而可以使用所确定的光谱特性作为脚印并将其与需求检测到的参考样本相比较。参考样本的光谱特性可被存储在处理单元的存储器中或处理单元能访问的存储器或数据库上。
作为本发明的第二方面，提供了一种用于检测流动样本中的发光粒子的方法，包括以下步骤：
使用根据以上第一方面的光谱传感器来检测从流动样本中各个体发光粒子发出的光；以及
通过所述处理单元来确定各个体发光粒子的光谱特性。
该第二方面的效果和特征在很大程度上类似于上文结合第一方面所描述的那些效果和特征。关于第一方面所提及的各实施例在很大程度上与第二方面相兼容。
第二方面的方法是有利的，在于它允许快速确定流动样本中的发光粒子。因而，第二方面的方法允许确定处于高流速和高吞吐量的发光粒子。
在第二方面的各实施例中，步骤b)的确定包括确定光谱特性作为各个体发光粒子中不同发光染料的可能组合。
其他可测量光谱特性包括光吸收率和光散射，这可在细胞大小、形状、密度、粒度、和染色吸收的测量中使用。
此外，在第二方面的各实施例中，该方法包括基于步骤b)的确定来标识发光粒子的类型的步骤c)。
该标识步骤还可包括在屏幕上显示所标识的粒子的步骤。
该标识步骤还可包括对所标识的至少一种类型的发光粒子的数目进行计数，诸如对所标识的所有类型的发光粒子的数目进行计数，并将这些数目存储在存储器上。
在第二方面的各实施例中，步骤c)的标识包括将步骤b)的所确定的光谱特性与已知类型的发光粒子的参考进行比较，从而标识该发光粒子的类型。
在第二方面的各实施例中，发光粒子是使用至少一个发光染料来标记的细胞。
细胞可以例如是哺乳动物细胞或原核细胞。
第二方面的方法因而可以是流式细胞分析方法。
细胞可以是用荧光来标记的。荧光提供细胞的各生物化学和生物物理属性的定量测量，以及依赖于所确定的细胞类型的用于细胞分选的基础。
作为本发明的第三方面，提供了一种用于分析样本的各单个发光粒子的流式细胞仪；所述流式细胞仪包括：
用于激发所述发光粒子的激发光源；
用于接收并流传送要分析的所述样本通过所述激发光源的激发光的流动室(flowcell)；以及
根据本发明的第一方面的光谱传感器，用于检测所述样本的各单个发光粒子在所述激发光源的激发之际发出的光。
流式细胞仪因而可被布置成作出对细胞悬液中的各单独细胞的测量并显示这些测量。流式细胞仪可被布置用于分析包括多于一千个(诸如多于一万个)发光粒子的样本。
流式细胞分析概念需要快速检测器来检测荧光事件。归因于本公开的光谱传感器在流式细胞仪中的存在，能以更高的流速来分析样本。
激发光源可以是激光源或汞弧灯。
此外，激发光源和流动室可被布置成允许激发光聚焦在该室内。
流式细胞仪还可包括用于向样本施加流(诸如层流)以使得在单条线中细胞的流会流过聚焦激发光源的系统。
光谱传感器可被布置在流动室处，诸如邻近流动室，或被定位在距流动室一定距离处。因此，在第三方面的各实施例中，流式细胞仪还包括用于将所述发光粒子发出的光传送到所述光谱传感器的至少一个波导。
该至少一个波导可包括光纤。
在第三方面的各实施例中，流式细胞仪还包括用于基于来自光谱传感器的信息来分选发光粒子的分选设备。
该信息因而可以是与个体粒子的光谱特性或个体粒子的标识有关的信息，这两者都是由光谱传感器检测或标识的。这一信息因而可被用来将各个体粒子分选到不同区、输出或容器中。因此，流式细胞仪可包括基于粒子检测的粒子分选能力。
分选设备可以是例如本领域已知的任何类型的粒子或细胞分选设备。因此，一旦发光粒子(诸如细胞)已被光谱传感器检测到，处理单元就可向分选设备发送触发信号，诸如工作请求。流式细胞仪因而可被配置成基于光谱传感器的标识来分选发光粒子。分选设备因而可被配置成直接接收来自光谱传感器的工作请求。换言之，光谱传感器在检测粒子时可以致动分选设备的分选机制。
然而，作为补充或替换，流式细胞仪可包括控制单元，该控制单元被配置成接收来自处理单元的所述信息并进一步配置成将工作请求发送给分选设备。工作请求因而可包括与如何基于光谱传感器的检测来分选粒子有关的信息。因而，分选设备可被配置成经由流式细胞仪的控制单元(诸如处理单元)间接接收来自光谱传感器的信息。
控制单元可包括处理器和系统存储器。处理器因而可包括用于确定如何基于来自光谱传感器的处理单元的输入来分选个体发光粒子的指令，并且还被配置成将工作请求发送给分选设备。
附图说明
参考附图，通过以下解说性和非限制性详细描述，将更好地理解本发明概念的以上以及附加目标、特征和优点。在附图中，除非另有说明，否则相同的附图标记将被用于相同的元件。
图1是本公开的光谱传感器的示意图。
图2是根据本公开的光谱传感器的侧视图。
图3是本公开的流式细胞仪的示意图。
图4提供了八边形、多光谱带通滤光器/检测器阵列和本公开的多光谱陷波滤光器/检测器阵列的模型之间的仿真比较。
图5示出了三个建模情形的所得测量云，其中两个珠发出相同数量的光子且只能基于它们的光谱信息来区分开。
具体实施方式
现在将参考附图描述本发明的详细实施例。
图1示出了根据本公开的实施例的光谱传感器1的示意图。传感器1用于检测各个体发光粒子并且是供在细胞分析和需要在颜色和亮度方面区分荧光事件的其他领域中使用的单元件多色检测器。
传感器1包括用于检测各个体发光粒子2发出的光的光敏检测器阵列3。在这一实施例中，所有个体检测器是雪崩式光电二极管(APD)。
传感器1还包括包含多个不同带阻滤光器5的滤光器阵列4。滤光器阵列被布置在到检测器的光路中，且被配置成将可检测波长区中的波长透射到光敏检测器阵列3。可检测波长区在图1中表示为Δλ。每一带阻滤光器5与一个或多个特定光敏检测器3相关联。在图1所示的实施例中，阵列3中的每一检测器与单个带阻滤光器5相关联，即阵列3的每一检测器上方有一个带阻滤光器5。
该多个不同带阻滤光器5被进一步配置成反射所述可检测波长区内的不同波长区间，使得该阵列的每一光敏检测器3被配置成检测可检测波长区的除关联于该光敏检测器3的带阻滤光器5的反射波长区间之外的波长。
这由图1中示出的解说性滤光器透射光谱来解说。光电检测器3a与带阻滤光器5a相关联，带阻滤光器5a被配置成反射波长区间Δλa中的波长，反射波长区间Δλa在可检测波长区Δλ内但显著更小。此外，光电检测器3b与带阻滤光器5b相关联，带阻滤光器5b被配置成反射波长区间Δλb中的波长，反射波长区间Δλb在可检测波长区Δλ内但显著更小。波长区间Δλa和Δλb被选择成使得它们不交叠。
例如，可检测波长区Δλ可以是约在400和900nm之间，而Δλa和Δλb可以是长度小于100nm。
图1中示出的九个检测器中的每一者可以与配置成反射不同波长区间Δλi中的波长的不同类型的带阻滤光器5相关联。不同波长区间Δλi可被选择成使得它们一起覆盖可检测波长区Δλ。不同波长区间Δλi可进一步被选择成使得它们不交叠，或者与另一波长区间在波长区间的每一端点处交叠小于30nm，诸如小于20nm。
光谱传感器1还包括与所述光敏检测器阵列3通信的处理单元6。此类处理单元被配置成基于来自所述光敏检测器阵列3的响应来确定个体发光粒子2的光谱特性。所测量的光谱特性可以例如是每一粒子的最可能的荧光团组合，这可被用于对粒子(诸如细胞)进行分类。
确定最可能的荧光团组合可如下执行：
来自每一检测到的粒子或细胞的光谱S可被写成荧光团光谱的线性组合
S＝a1S1+a2S2+…+aMSM
N个检测器元件中的响应R可使用正向滤光器-荧光团矩阵C来计算
对于测得的响应R，最可能的荧光团组合被如下估计
这可通过使用具有非负性约束的最小二乘优化来求解
a＝lsqnonneg(C,R)
在图1所示的各实施例中，存在九个检测器，即N＝9。
图2是本公开的光谱传感器1的又一实施例。图2是包括光敏检测器3的阵列3(其具有各个体光电检测器3a-d)的传感器1的示意截面图，其中在各个体光电检测器3a-d上布置了包括多个不同带阻滤光器5的滤光器阵列4。如在相关于以上图1讨论的实施例中，每一检测器3a-d与单个带阻滤光器5a-d相关联。带阻滤光器被选择成使得它们反射可检测波长区内的不同波长区间。如图4所示，带阻滤光器5a反射波长区间Δλa，带阻滤光器5b反射波长区间Δλb，带阻滤光器5c反射波长区间Δλc，且带阻滤光器5d反射波长区间Δλd。反射波长区间Δλa-Δλd可覆盖各唯一波长，或者它们可以交叠小于50nm，诸如小于20nm。
光敏检测器3a-d形成基板中的对入射光敏感的连续区域，并且不同类型的带阻滤光器5a-d肩并肩地布置在该单个连续区域上。在这一情形中，带阻滤光器阵列4单片集成在光敏检测器3a-d的顶部上。此外，存在被构建在盖玻(cover glass)上的附加滤光器7a-d，并且它们布置成距带阻滤光器阵列4达距离d处，如在到达光敏检测器3a-d的光的光路中看到的。附加滤光器7a-d可以是多频带滤光器，并且可以是相同或不同的。附加滤光器7可被选择成滤除光敏检测器3a-d的可检测波长区外的光。作为示例，附加滤光器7可被选择成滤除用于激发样本中被分析的粒子或细胞的激发光。单片集成的带阻滤光器5a-d和附加滤光器7的组合效果产生到达光敏检测器3a-d的更干净且更特定的透射光谱。布置在距滤光器阵列4一定距离处的附加滤光器7的使用放松了单片集成的滤光器的构造的约束。因而，附加滤光器7可以在分开的阶段制造，并且它造成进行单个生产运行光敏检测器3a-d和带阻滤光器并随后通过选择正确的附加滤光器7来进一步改变滤光器规范的机会。
如在相关于以上图1中讨论的实施例，传感器还包括处理单元6，处理单元6与所述光敏检测器阵列3通信且配置成基于来自所述光敏检测器阵列3的响应来确定个体发光粒子2的光谱特性。
图1和2中公开的光谱传感器1是组合高量子效率和低检测器面积的稳健、紧凑的多色检测器。光谱传感器1可按单片方式来构建。
图3示出了本公开的流式细胞仪10的示意图。流式细胞仪10用于分析各单个发光粒子，诸如细胞，并且可例如被用于细胞凋亡分析、细胞毒理学、细胞信号研究以及离子通量和细胞pH值的分析。
流式细胞仪10包括向其中提供要分析的样本的流动室10。这可通过使用样本供应单元15来达成，其与流动室10相连接且被布置成从样本管吸取样本。样本因而可以是包括用荧光标记的细胞2的样本。
流式细胞仪10还包括激发光源11，在这一实施例中是激光器。激光器11被布置成使得激发光聚焦入流动室10的一部分中。流动室10因而被定位成在区域16处接收聚焦激光束，在此发荧光的细胞2将激光束散射成荧光，即流动室被布置成接收并流传送要分析的所述样本通过激光器11的激发光。流动室10可以是流体系统的一部分，该流体系统布置成将所供应的样本在层流中流传送通过激光聚焦的区域16。流体系统因而可被布置成向样本施加流(诸如层流)以使得在单条线中细胞的流在流动室10的区域16处流过聚焦激发光源。
流式细胞仪10还包括光纤13，光纤13被定位成在激光被聚焦的区域16处收集来自细胞的荧光。
所收集的光被引导到以上相关于图1和2公开的用于检测由各单个发光粒子发出的光的光谱传感器。
来自检测器3的生成信号经由放大器14被引导到处理单元6，在此每一细胞基于所确定的光谱特性被表征。
样本可包括多于10000个细胞，并且这些细胞的光谱特性可被确定且还被列成表格。基于处理单元6的确定，细胞在通过流动室10的激发区16之后可借助于静电充电和后续电荷介导偏转来被分选到不同收集瓶，如本领域已知的。
来自处理单元的确定的结果可在执行单个参数研究时进一步以分布柱状图的形式显示，或者在执行多个参数研究时显示为二维图表。
如图3中解说的，流式细胞仪10还可包括布置在激发区16的下游的分选设备20。这一分选设备20被配置成基于来自光谱传感器1的处理单元6的信息来分选各个体发光粒子或细胞2。分选设备可以是例如本领域已知的任何类型的粒子或细胞分选设备。
在图3中解说的实施例中，流式细胞仪10包括配置成接收来自处理单元6的信息的控制单元21，如箭头A1解说的。该信息因而可包括与个体细胞粒子有关的数据，诸如与个体粒子2有关的标识数据或信息。这一控制单元21还被配置成基于从处理单元6接收到的信息以发送工作请求以触发或致动分选设备20，如箭头A2解说的。
然而，处理单元6与分选设备20之间的连接也可以是直接连接，即光谱传感器1可自己致动分选设备20，而无需将信息发送给控制单元21。因而，在各示例实施例中，流式细胞仪没有控制单元21，并且传感器1和分选设备20之间存在直接连接。
图4提供了现有技术八边形检测器、多光谱带通滤光器/检测器阵列和本公开的多光谱陷波滤光器/检测器阵列的模型之间的仿真比较。它示出了5个荧光团的光谱响应和包含这些荧光团的有限集的两个珠的响应。另外，在左侧，来自这三个模型系统的单个检测器的光谱响应被标绘成宽带照明。在右侧，示出了各个体检测器的仿真信号，假定来自珠的发射和所估计的起始信号。清楚的是，带通八边形每检测器给出了最大信号，因为这被设计成将所有光子引导到专用检测器。多光谱带通滤光器具有类似形状，但归因于光子在不同滤光器上的分布而示出了较少光子计数。相反，多光谱陷波滤光器集示出了相反的响应，但具有较大的光子计数。在所有情形中，起始信号被重构。
图5示出了三个建模情形的所得测量云，其中两个珠发出相同数量的光子且只能基于它们的光谱信息来区分开。陷波多光谱滤光器归因于其更好的光子收集效率而明显地优于带通多光谱滤光器，并且与高性能带通八边形模型表现相似。
在上文中已主要参考有限数量的示例描述了本发明的构思。然而，如本领域技术人员容易领会的，除了上文所公开的各示例以外的其他示例在如所附权利要求限定的本发明的构思的范围内同样是可能的。

Claims (14)

1.一种用于检测各个体发光粒子的光谱传感器，所述传感器包括：
用于检测由所述各个体发光粒子发出的光的光敏检测器阵列；
包括多个不同带阻滤光器的滤光器阵列；
其中所述滤光器阵列被配置成将可检测波长区中的波长透射到所述光敏检测器阵列，并且其中每一带阻滤光器与一个或多个特定光敏检测器相关联，并且其中所述多个不同带阻滤光器被配置成反射所述可检测波长区内的不同波长区间，以便所述阵列的每一光敏检测器被配置成检测所述可检测波长区的、除关联于该光敏检测器的带阻滤光器的反射波长区间之外的波长；以及
处理单元，所述处理单元与所述光敏检测器阵列通信并被配置成基于来自所述光敏检测器阵列的响应来确定个体发光粒子的光谱特性，其中包括：
将来自每一检测到的粒子的光谱S写成荧光团光谱的线性组合：
S＝a1S1+a2S2+…+aMSM，
使用正向滤光器-荧光团矩阵C来计算检测器的N个元件中的响应R：
根据以下来估计最可能的荧光团组合：
通过使用具有非负性约束的最小二乘优化来求解a＝lsqnonneg。
2.如权利要求1所述的光谱传感器，其特征在于，所述滤光器阵列的每一带阻滤光器被配置成反射所述可检测波长区中的一波长区间并透射所述波长区间中的所有其他波长，其中所述滤光器阵列的至少两个带阻滤光器被配置成反射不交叠的波长区间。
3.如权利要求1所述的光谱传感器，其特征在于，所述多个不同带阻滤光器的不同反射波长区间交叠小于50nm。
4.如权利要求1所述的光谱传感器，其特征在于，所述光敏检测器中的至少一者选自雪崩式光电二极管(APD)和硅光电倍增器。
5.如权利要求1所述的光谱传感器，其特征在于，还包括布置在到所述光敏检测器阵列的光路中用于反射所述可检测波长区外的光的至少一个附加滤光器。
6.如权利要求1所述的光谱传感器，其特征在于，所述滤光器阵列被集成在所述光敏检测器阵列的顶部上。
7.如权利要求1所述的光谱传感器，其特征在于，所述处理单元被配置成将所述个体发光粒子中的一发光粒子的所确定的光谱特性与已知类型的发光粒子的参考进行比较，从而确定所述发光粒子的类型。
8.一种用于检测流动样本中的发光粒子的方法，所述方法包括：
a)使用如权利要求1所述的光谱传感器来检测从流动样本中各个体发光粒子发出的光；以及
b)通过所述处理单元来确定各个体发光粒子的光谱特性，其中包括：
将来自每一检测到的粒子的光谱S写成荧光团光谱的线性组合：
S＝a1S1+a2S2+…+aMSM，
使用正向滤光器-荧光团矩阵C来计算检测器的N个元件中的响应R：
根据以下来估计最可能的荧光团组合：
通过使用具有非负性约束的最小二乘优化来求解a＝lsqnonneg(C，R)。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括c)：基于b)的确定来标识发光粒子的类型。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，c)的标识包括将b)的所确定的光谱特性与已知类型的发光粒子的参考进行比较，从而标识发光粒子的类型。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述发光粒子是用至少一个发光染料来标记的细胞。
12.一种用于分析样本的单个发光粒子的流式细胞仪，所述流式细胞仪包括：
-用于激发所述发光粒子的激发光源；
-用于接收并流传送要分析的所述样本通过所述激发光源的激发光的流动室；以及
-如权利要求1所述的光谱传感器，用于检测所述样本的各单个发光粒子在所述激发光源的激发之际发出的光。
13.如权利要求12所述的流式细胞仪，其特征在于，还包括用于将由所述发光粒子发出的光传送到所述光谱传感器的至少一个波导。
14.如权利要求12所述的流式细胞仪，其特征在于，还包括用于基于来自所述光谱传感器的信息来分选所述发光粒子的分选设备。
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