CN111504888A - 一种微粒分析分选装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种微粒分析分选装置及方法，其中所述装置包括激光器、第一镜头、液流室、缓冲区、第一探测单元、第二探测单元以及分选板；所述激光器用于发射至少一种激光；所述第一镜头用于将所述激光分为第一激光和第二激光使得所述第一激光照射到所述液流室中的微粒上；所述第一探测单元用于检测所述荧光信号和所述散射光信号；所述第二探测单元用于检测所述动态光散射信号；所述分选板用于利用所述微粒的特征将所述微粒放入指定位置。本申请实施例提供的一种微粒分析分选装置及方法，能够有效分析直径在0.2nm‑100um范围内的微粒。
Description
技术领域
本申请涉及光学检测领域，特别是涉及一种微粒分析分选装置及方法。
背景技术
现有的流式细胞仪只能有效观察到直径在0.5um以上的细胞。目前有通过提高信噪比的方式，如Apogee公司的MicroPlus设备在保证测量小微粒的前提下以较低的测量性能，也仅能测量直径为70nm的微粒。由于基于米氏散射(Mie scattering)或瑞利散射的直接散射探测方法难以过滤掉信号中的碎片等背景噪声，对于一些小微粒，如细菌、囊泡、大病毒等直径在50nm以下的微粒，目前还没有能够精确测量直径在70nm以下的微粒的装置和方法。
发明内容
本申请提供一种微粒分析分选装置及方法，基于动态光散射(Dynamic laserlight scattering，DLS)光强自相关函数，能够有效分析直径在0.2nm-100um范围内的微粒。
本申请提供一种微粒分析分选装置，所述装置包括激光器、第一镜头、液流室、缓冲区、第一探测单元、第二探测单元以及分选板；
所述激光器用于发射至少一种激光；所述第一镜头用于将所述激光分为第一激光和第二激光使得所述第一激光照射到所述液流室中的微粒上；
所述液流室用于限制所述微粒的流动，使得所述微粒依次受到所述第一激光的照射产生光信号，所述光信号包括荧光信号和散射光信号；
所述缓冲区用于储存包含所述微粒的样本液，所述第二激光照射到所述缓冲区中的包含所述微粒的所述样本液后产生动态光散射信号；
所述第一探测单元用于检测所述荧光信号和所述散射光信号，获取所述微粒以下特征中的一个或多个：所述微粒的大小、所述微粒的内部成分、所述微粒的结构、所述微粒的复杂度、所述微粒的荧光特征信息；
所述第二探测单元用于检测所述动态光散射信号，获取所述微粒的直径和所述微粒在所述样本液中的分布；
所述分选板用于利用所述微粒的特征将所述微粒放入指定位置。
优选地，所述缓冲区为透光容器；所述样本液内的所述微粒在所述缓冲区中进行布朗运动；所述布朗运动与所述微粒大小的关系为D＝kT/3ηπd；其中，D为所述微粒在所述样本液中的扩散系数，k为波尔兹曼常数，T为绝对温度，d为所述微粒的直径，η为所述样本液的粘度；
所述第二探测单元包括第五探测器和相关器；
所述第五探测器用于接收所述动态光散射信号并输入所述相关器进行计算；
所述相关器用于计算得到所述微粒的直径d及所述微粒在所述样本液内的分布。
优选地，所述第五探测器接收的所述动态光散射信号的方向与所述第二激光的方向垂直。
优选地，所述缓冲区的光学厚度H＜0.1，H＝ξL，其中ξ为样本液的浊度，L为所述第二激光透过样本液的距离；
所述第五探测器接收的所述动态光散射信号的光强I(t)的时间自相关函数为R(τ)＝[I(t)I*(t+τ)]＝A+Be-2Γτ＝A+Be-2Dk^2τ；其中，A为自相关函数的基线，B是指数衰减函数的系数，e为自然常数，Γ为强度自相关曲线的衰减率，τ为延时。
优选地，所述第二探测单元还包括第六镜头和第六探测器；
所述第六镜头用于将所述动态光散射信号分为第一动态信号和第二动态信号；
所述第五探测器用于接收所述第一动态信号并输入至所述相关器进行互相关计算；
所述第六探测器用于接收所述第二动态信号并输入至所述相关器进行互相关计算；
所述相关器用于利用单光束互相关动态光散射法进行互相关计算，互相关函数CAB(τ)为：
CAB(τ)＝<IA(t)IB(t+T)>/(<IA(t)><IB(t)>)＝1+βexp(-Γ′τ)＝1+βexp(-Dk2τ)
其中，β为约束信噪比的相干系数，Γ’为衰减线宽，τ为延时，IA和IB分别为在相同时间的所述第五探测器接收到的所述第一动态信号的光强值和所述第六探测器接收到的所述第二动态信号的光强值。
优选地，所述第二探测单元还包括第六探测器、第七镜头、第八镜头、第九镜头和第十镜头；
所述第七镜头用于将所述第二激光分为第三激光和第四激光；
所述第八镜头用于反射所述第三激光；
所述第九镜头用于将所述第四激光以及经过所述第八镜头反射后的所述第三激光会聚到所述缓冲区，所述第三激光在被所述第八镜头反射后经过所述第九镜头后照射在所述缓冲区中包含所述微粒的所述样本液上产生第三动态信号，所述第四激光经过第九镜头后照射在所述缓冲区中包含所述微粒的所述样本液上产生第四动态信号；
所述第十镜头用于准直所述第三动态信号和所述第四动态信号；
所述第五探测器用于接收准直后的所述第三动态信号并输入所述相关器进行互相关计算；
所述第六探测器用于接收准直后的所述第四动态信号并输入所述相关器进行互相关计算；
所述相关器用于利用双光束互相关动态光散射法进行互相关计算，互相关函数GAB(τ)为：
CAB(τ)＝<I′A(t)I′B(t+τ)>/(<I′A(t)><I′B(t)>)＝I′A I′B(1+β′|S(k，τ)|2)
＝I′AI′B(1+β′exp(-Dk2τ))
其中，I′A和I′B分别为所述第五探测器接收到的所述第三动态信号的平均散射光强和所述第六探测器接收到的所述第四动态信号的平均散射光强，S(k，τ)为动态结构因子，β′为约束信噪比的相干系数。
本申请还提供一种微粒分析分选方法，所述方法包括：
控制激光器发射至少一种激光，利用第一镜头将所述激光分为第一激光和第二激光，所述第一激光照射到液流室中的微粒上；所述微粒依次在所述第一激光的照射下产生光信号，所述光信号包括荧光信号和散射光信号；将包含所述微粒的样本液储存在缓冲区中，所述第二激光照射到所述缓冲区中的包含所述微粒的样本液后产生动态光散射信号；
利用第一探测单元检测所述荧光信号和所述散射光信号，获取所述微粒以下特征中的一个或多个：所述微粒的大小、所述微粒的内部成分、所述微粒的结构、所述微粒的复杂度、所述微粒的荧光特征信息；
或者，利用第二探测单元检测所述动态光散射信号；
利用微粒的特征将所述微粒放入指定位置。
优选地，所述利用第二探测单元检测所述动态光散射信号具体包括：
所述样本液内的所述微粒在所述缓冲区中进行布朗运动；所述布朗运动与所述微粒大小的关系为D＝kT/3ηπd；其中，D为所述微粒在所述样本液中的扩散系数，k为波尔兹曼常数，T为绝对温度，d为所述微粒的直径，η为所述样本液的粘度；
所述第二探测单元包括第五探测器和相关器，利用所述第五探测器接收所述动态光散射信号并输入所述相关器进行计算；
利用所述相关器计算得到所述微粒的直径d及所述微粒在所述样本液内的分布。
优选地，所述第五探测器接收的所述动态光散射信号的方向与所述第二激光的方向垂直。
优选地，所述缓冲区的光学厚度H＜0.1，H＝ξL，其中ξ为样本液的浊度，L为所述第二激光透过样本液的距离；
所述第五探测器接收的所述动态光散射信号的光强I(t)的时间自相关函数为R(τ)＝[I(t)I*(t+τ)]＝A+Be-2Γτ＝A+Be-2Dk^2τ；其中，A为自相关函数的基线，B是指数衰减函数的系数，e为自然常数，Γ为强度自相关曲线的衰减率，τ为延时。
优选地，所述第二探测单元还包括第六镜头和第六探测器；
利用所述第六镜头将所述动态光散射信号分为第一动态信号和第二动态信号；
利用所述第五探测器接收所述第一动态信号并输入至所述相关器进行互相关计算；
利用所述第六探测器接收所述第二动态信号并输入至所述相关器进行互相关计算；
利用所述相关器进行互相关计算，互相关函数CAB(τ)为：
CAB(τ)＝<IA(t)IB(t+τ)>/(<IA(t)><IB(t)>)＝1+βexp(-Γ′τ)＝1+βexp(-Dk2τ)
其中，β为约束信噪比的相干系数，Γ’为衰减线宽，τ为延时，IA和IB分别为在相同时间的所述第五探测器接收到的所述第一动态信号的光强值和所述第六探测器接收到的所述第二动态信号的光强值。
优选地，所述第二探测单元还包括第六探测器、第七镜头、第八镜头、第九镜头和第十镜头；
利用所述第七镜头将所述第二激光分为第三激光和第四激光；
利用所述第八镜头反射所述第三激光；
利用所述第九镜头将所述第四激光以及经过所述第八镜头反射后的所述第三激光会聚到所述缓冲区，所述第三激光在被所述第八镜头反射后经过所述第九镜头后照射在所述缓冲区中包含所述微粒的所述样本液上产生第三动态信号，所述第四激光经过第九镜头后照射在所述缓冲区中包含所述微粒的所述样本液上产生第四动态信号；
利用所述第十镜头准直所述第三动态信号和所述第四动态信号；
利用所述第五探测器接收准直后的所述第三动态信号并输入所述相关器进行互相关计算；
利用所述第六探测器接收准直后的所述第四动态信号并输入所述相关器进行互相关计算；
利用所述相关器进行互相关计算，互相关函数GAB(τ)为：
CAB(τ)＝<I′A(t)I′B(t+τ)>/(<I′A(t)><I′B(t)>)＝I′A I′B(1+β′|S(k，τ)|2)
＝I′AI′B(1+β′exp(-Dk2τ))
其中，I′A和I′B分别为所述第五探测器接收到的所述第三动态信号的平均散射光强和所述第六探测器接收到的所述第四动态信号的平均散射光强，S(k，τ)为动态结构因子，β′为约束信噪比的相干系数。
本申请实施例所提供的一种微粒分析分选装置及方法，可以实现的有益效果是：不仅能够分析分选直径大于50nm的微粒，还能够灵敏地观测分析直径在50nm以下的微粒，包括但不限于细菌，囊泡，大病毒等微粒，应用范围广，分析分选的效率高、准确率高。
附图说明
图1是本申请实施例微粒分析分选装置的第一结构示意图；
图2是本申请实施例微粒分析分选装置的第二结构示意图；
图3是本申请实施例微粒分析分选装置的第三结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
除非上下文明确地另外指明，否则单数形式“一”和“所述”包括复数指代物。如本申请中所使用的，用语“第一”和“第二”可互换使用，以将一个或一类构件分别与另一个或另一类区分开，且不旨在表示独立构件的位置或重要性。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，本申请实施例提供了一种微粒分析分选装置，所述装置包括激光器100、第一镜头101、液流室102、缓冲区105、第一探测单元和第二探测单元。
所述激光器100用于发射至少一种激光；所述激光器100可以同时发射多种激光。所述第一镜头101可以是分光片。所述激光经过所述第一镜头101后被分为第一激光和第二激光两个部分。所述第一激光照射到所述液流室102中的微粒115上。所述液流室102用于限制所述微粒115的流动，例如，所述液流室102仅允许一个所述微粒115通过，使得所述微粒115依次受到所述第一激光的照射产生光信号，所述光信号包括荧光信号和散射光信号。所述缓冲区105用于储存包含所述微粒115的样本液，第二激光经过第五镜头104后照射到缓冲区105中包含所述微粒115的样本液后产生动态光散射信号。
所述第一探测单元用于检测所述荧光信号和所述散射光信号，获取微粒以下特征中的一个或多个：所述微粒115的大小、所述微粒115的内部成分、所述微粒115的结构、所述微粒115的复杂度、所述微粒115的荧光特征信息；所述第二探测单元用于检测动态光散射信号，获取所述微粒115的直径和微粒在样本液内的分布。
所述微粒115可以是细胞、细菌等包括但不限于生物学的微粒物质，例如微生物、核糖体、染色体、线粒体、细胞器官等，所述微生物包括例如大肠杆菌等细菌、例如烟草花叶病毒等病毒、例如酵母等真菌，所述生物学的微粒还包括核酸、蛋白质及其复合物等有关生物学的聚合物；所述微粒115也可以是人造微粒，例如乳胶粒、凝胶粒、工业微粒等，所述工业微粒包括但不限于由有机聚合材料、无机材料以及金属材料等形成的微粒，所述有机聚合材料包括聚苯乙烯等，所述无机材料包括玻璃、二氧化硅、磁性材料等，所述金属材料包括金属胶体等。所述微粒115的大小、质量等也不受限制。例如，所述微粒被样本液包裹，可以在液流室中流动。
在本申请另一实施例中，所述第一探测单元包括第一探测器109。所述第一探测器109用于接收所述光信号的第一部分，所述光信号的第一部分包括散射光信号。在本申请的一个可选实施例中，所述光信号的第一部分还可以经过第二镜头后被所述第一探测器109接收。所述第二镜头可以是会聚镜头，例如凸透镜、凹透镜或凸透镜和凹透镜的组合。例如，所述第二镜头和所述第一探测器109在所述激光器100、所述第一镜头101、所述液流室102形成的水平线上，所述光信号的第一部分的方向与所述第一激光的方向平行，所述光信号的第一部分可以称为前向散射光(forward scatter，FSC)。所述第一探测器109用于获取所述微粒115的大小。在本申请的可选实施例中，所述第一探测器109用于测量直径在0.5um-100um之间的微粒的大小。
在本申请另一实施例中，所述第一探测单元还包括第三镜头110和第二探测器112。例如，所述第三镜头110可以是分光片。所述光信号的第二部分经过所述第三镜头110后被分为多个信号，例如所述光信号的第二部分也包括荧光信号和散射光信号，所述光信号的第二部分经过所述第三镜头110后被分为散射光探测部分和荧光探测部分，所述散射光探测部分被所述第二探测器112接收。例如，设置所述第三镜头110使得所述散射光探测部分的方向与所述第一激光的方向垂直，所述散射光探测部分可以称为侧向散射光(sidescatter，SSC)。所述第二探测器112用于获取微粒以下特征中的一个或多个：所述微粒115的内部成分、所述微粒115的结构、所述微粒115的复杂度。所述微粒115的复杂度可以包括微粒115表面的微观信息，例如微粒115表面的粗糙程度。
在本申请另一实施例中，所述第一探测单元包括第三探测器113、第四探测器114和第四镜头111。例如，第四镜头111可以是分光片。所述荧光探测部分经过第四镜头111被分为所述荧光探测部分的第一部分和所述荧光探测部分的第二部分。第三探测器113用于接收所述荧光探测部分的第一部分，第四探测器114用于接收所述荧光探测部分的第二部分。所述第三探测器113和第四探测器114用于获取所述微粒115的荧光特征信息。例如，所述第三探测器113用于获取直径大于等于0.5um的微粒的荧光特征信息，所述第四探测器114用于获取直径小于0.5um的微粒的荧光特征信息。所述荧光探测部分可以称为荧光探测光路。例如，使用不同的荧光素或荧光染料标记微粒115，不同的微粒115中包含的特征物不同，所述特征物可以是不同的细胞质，例如抗原、DNA、RNA等。包含不同的特征物的微粒在被标记后对应的荧光特征信息也不同。所述荧光特征信息包括微粒以下特征中的一个或多个：微粒115的荧光波长，微粒115的荧光能量，微粒115包含的荧光素含量，微粒115中包含的特征物，微粒115中包含的各特征物的数量。
在本申请另一实施例中，所述第二探测单元包括第五探测器107和相关器108。第五探测器107用于接收所述动态光散射信号并输入所述相关器108进行自相关计算。例如，所述第五镜头104可以为反射镜。第五探测器107接收的动态光散射信号的方向与经过第五镜头104反射的第二激光的夹角角度在0度至180度之间。在本申请的可选实施例中，第五探测器107接收的动态光散射信号的方向与经过第五镜头104反射的第二激光的方向垂直，此时所述第五探测器接收的信号的信噪比高，使得分析微粒的效率高、准确率高。所述缓冲区105为透光容器，所述缓冲区105内的样本液相对静止，例如，缓冲区105内的样本液每分钟流入液流室102的流量小于所述缓冲区105总容量的1/100，使得样本液内的微粒115在缓冲区105内能够进行充分的布朗运动。利用斯托克斯-爱因斯坦方程定义的布朗运动速度与微粒大小之间的关系：D＝kT/3ηπd；其中，D为微粒115在样本液中的扩散系数，k为波尔兹曼常数，T为绝对温度，d为微粒115的直径，η为样本液的粘度。微粒的布朗运动导致相关器108接收到的光信号的光强发生变化。相关器108用于利用接收到的光信号的光强进行相关计算，例如相关器108用于计算短时间内的光信号强度波动得到相关曲线。例如，相关器108用于利用自相关动态光散射法进行自相关计算，例如，所述第五探测器接收的所述动态光散射信号的光强I(t)的时间自相关函数为R(τ)＝[I(t)I*(t+τ)]＝A+Be-2Γτ＝A+Be-2Dk^2τ；其中，A为自相关函数的基线，B是指数衰减函数的系数，e为自然常数，Γ为强度自相关曲线的衰减率，τ为延时。在本申请的可选实施例中，如果所述微粒115的直径d在0.2nm-500nm之间，所述相关器108可以计算所述微粒115的直径d及所述微粒115在所述样本液内的分布。在本申请的可选实施例中，所述动态光散射信号主要是由单散射产生的，例如，设置缓冲区105使得光学厚度H＜0.1，H＝ξL，其中ξ为样本液的浊度，L为第二激光透过样本液的距离。样本液可以根据微粒的种类、大小进行选择。在本申请的可选实施例中，所述第五探测器107和所述第一探测器109可以为同一个设备，所述装置还包括和光镜头，所述和光镜头使得所述第五探测器107或所述第一探测器109可以接收所述动态光散射信号以及所述光信号的第一部分，例如，当微粒在缓冲区时，第五探测器107接收动态光散射信号；当微粒进入流动室后，第五探测器107接收光信号的第一部分。在本申请的可选实施例中，所述第二探测单元用于测量直径在0.2nm-500nm之间的微粒的大小。
如图2所示，在本申请另一实施例中，所述第二探测单元还包括第六镜头119和第六探测器120。例如，第六镜头119可以是分光片。与第二激光垂直的动态光散射信号经过第六镜头119后被分为第一动态信号和第二动态信号两个部分。第五探测器107用于接收第一动态信号并输入至相关器108进行自相关计算，第六探测器120用于接收第二动态信号并输入至相关器108进行自相关计算。所述相关器108用于利用单光束互相关动态光散射法进行互相关计算。例如，互相关函数CAB(τ)为延时τ的指数函数：
CAB(τ)＝<IA(t)IB(t+τ)>/(<IA(t)><IB(t)>)＝1+βexp(-Γ′τ)＝1+βexp(-Dk2τ)
其中，β为约束信噪比的相干系数，Γ′为衰减线宽，IA和IB分别为在相同时间的第五探测器107接收到的所述第一动态信号的光强值和第六探测器120接收到的所述第二动态信号的光强值。在本实施例中，所述动态光散射信号可以是由单散射产生，也可以是由多重散射产生，所述单光束互相关动态光散射法均能有效过滤噪声，所述装置在所述光学厚度H≥0.1或H＜0.1的情况下均能对微粒115进行有效分析分选，所述装置可以分析直径d在0.2nm-500nm之间的微粒115以及微粒115在样本液内的分布，且不受所述样本液中微粒115浓度的限制。
如图3所示，在本申请另一实施例中，所述第二探测单元还包括第七镜头116、第八镜头117、第九镜头118和第十镜头121。例如，第七镜头116可以是分光片。第二激光经过第七镜头116后被分为第三激光和第四激光两个部分。第八镜头117可以是反射镜，经过第八镜头117反射后的第三激光的方向与第四激光的方向可以不一致。第九镜头118可以是会聚镜头，例如凸透镜、凹透镜或凸透镜和凹透镜的组合，所述会聚镜头用于将散落的光收集起来会聚到一个点上。第四激光以及经过第八镜头117反射后的第三激光经过第九镜头118后会聚到缓冲区105产生动态光散射信号。例如，经过第八镜头117反射后的第三激光经过第九镜头118后照射在缓冲区105中包含所述微粒115的样本液上产生第三动态信号，第四激光经过第九镜头118后照射在缓冲区105中包含所述微粒115的样本液上产生第四动态信号。第十镜头121可以是准直镜头，例如凸透镜、凹透镜或凸透镜和凹透镜的组合。第十镜头121用于准直第三动态信号和第四动态信号。第五探测器107用于接收准直后的第三动态信号并输入所述相关器108进行自相关计算。第六探测器120用于接收准直后的第四动态信号并输入所述相关器108进行自相关计算。所述相关器108用于利用双光束互相关动态光散射法进行互相关计算。例如，互相关函数GAB(τ)为延时τ的指数函数：
CAB(τ)＝<I′A(t)I′B(t+τ)>/(<I′A(t)><I′B(t)>)＝I′A I′B(1+β′|S(k，τ)|2)
＝I′AI′B(1+β′exp(-Dk2τ))
其中，I′A和I′B分别为第五探测器107接收到的所述第三动态信号的平均散射光强和第六探测器120接收到的所述第四动态信号的平均散射光强，S(k，τ)为动态结构因子，β′为约束信噪比的相干系数。第五探测器107接收的准直后的第三动态信号的方向与经过第九镜头118后的第三激光的方向夹角角度在0度至180度之间，第六探测器120接收的准直后的第四动态信号的方向与经过第九镜头118后的第四激光的方向夹角角度在0度至180度之间。在本申请的可选实施例中，第五探测器107接收的准直后的第三动态信号的方向与经过第九镜头118后的第三激光的方向垂直，第六探测器120接收的准直后的第四动态信号的方向与经过第九镜头118后的第四激光的方向垂直。在本实施例中，所述动态光散射信号可以是由单散射产生，也可以是由多重散射产生，所述双光束互相关动态光散射法均能有效过滤噪声，所述装置在所述光学厚度H≥0.1或H＜0.1的情况下均能对微粒115进行有效分析分选，所述装置可以分析直径d在0.2nm-500nm之间的微粒115以及微粒115在样本液内的分布，且不受所述样本液中微粒115浓度的限制。
在本申请另一实施例中，所述装置还包括控制模块和分选板，所述控制模块用于整合、分析第一探测单元和第二探测单元获得的微粒的特征，并控制所述分选板将微粒放入指定位置。例如，所述控制模块用于综合微粒的大小、微粒的结构、微粒的荧光特征信息、微粒的形貌图像等微粒的特征，根据微粒的各项特征对所述微粒进行分类，为每个分类的微粒指定不同的位置，并根据微粒的特征自动控制所述分选板。所述分选板用于将所述微粒放入指定位置。例如，所述分选板还包括充电板、偏转板，所述充电板用于对包含微粒的液滴充电，使得包含微粒的液滴在脱离液流室后带电；所述偏转板用于吸引或排斥带电的包含微粒的液滴，使得带电的包含微粒的液滴发生偏转，或者，不带电的包含微粒的液滴不发生偏转，使得每个包含微粒的液滴分别落入指定的位置。在本申请的另一实施例中，所述分选板还用于获取每个所述液滴之间的间隔时间，利用所述液滴之间的间隔时间控制所述充电板对所述偏转板以及每个所述液滴进行充放电，使得每个液滴分别落入指定的位置。
基于上文所述微粒分析分选装置所实现的一种微粒分析分选方法，包括：控制激光器发射至少一种激光，利用第一镜头将所述激光分为第一激光和第二激光，所述第一激光照射到液流室中的微粒上；所述微粒依次在所述第一激光的照射下产生光信号，所述光信号包括荧光信号和散射光信号；利用第一探测单元检测所述荧光信号和所述散射光信号，获取微粒以下特征中的一个或多个：所述微粒的大小、所述微粒的内部成分、所述微粒的结构、所述微粒的复杂度、所述微粒的荧光特征信息；将包含所述微粒的样本液储存在缓冲区中，所述第二激光照射到缓冲区中的包含所述微粒的样本液后产生动态光散射信号；或者，利用第二探测单元检测动态光散射信号；利用微粒的特征将所述微粒放入指定位置。
在本申请另一实施例中，所述样本液内的所述微粒在所述缓冲区中进行布朗运动；所述布朗运动与所述微粒大小的关系为D＝kT/3ηπd；其中，D为所述微粒在所述样本液中的扩散系数，k为波尔兹曼常数，T为绝对温度，d为所述微粒的直径，η为所述样本液的粘度；所述第二激光照射到所述缓冲区中的包含所述微粒的样本液后产生所述动态光散射信号；所述第二探测单元包括第五探测器和相关器，利用所述第五探测器接收所述动态光散射信号并输入所述相关器进行计算；利用所述相关器计算得到所述微粒的直径d及所述微粒在所述样本液内的分布。
在本申请另一实施例中，所述第五探测器接收的所述动态光散射信号的方向与所述激光或所述第二激光的方向垂直。
在本申请另一实施例中，所述缓冲区的光学厚度H＜0.1，H＝ξL，其中ξ为样本液的浊度，L为激光透过样本液的距离；所述第五探测器接收的所述动态光散射信号的光强I(t)的时间自相关函数为R(τ)＝[I(t)I*(t+τ)]＝A+Be-2Γτ＝A+Be-2Dk^2τ；其中，A为自相关函数的基线，B是指数衰减函数的系数，e为自然常数，Γ为强度自相关曲线的衰减率，τ为延时。
在本申请另一实施例中，所述第二探测单元还包括第六镜头和第六探测器；利用所述第六镜头将所述动态光散射信号分为第一动态信号和第二动态信号；利用所述第五探测器接收所述第一动态信号并输入至所述相关器进行互相关计算；利用所述第六探测器接收所述第二动态信号并输入至所述相关器进行互相关计算；利用所述相关器进行互相关计算，互相关函数CAB(τ)为：
CAB(τ)＝<IA(t)IB(t+τ)>/(<IA(t)><IB(t)>)＝1+βexp(-Γ′τ)＝1+βexp(-Dk2τ)
其中，β为约束信噪比的相干系数，Γ’为衰减线宽，τ为延时，IA和IB分别为在相同时间的所述第五探测器接收到的所述第一动态信号的光强值和所述第六探测器接收到的所述第二动态信号的光强值。
在本申请另一实施例中，所述第二探测单元还包括第六探测器、第七镜头、第八镜头、第九镜头和第十镜头；利用所述第七镜头将所述第二激光分为第三激光和第四激光；利用所述第八镜头反射所述第三激光；利用所述第九镜头将所述第四激光以及经过所述第八镜头反射后的所述第三激光会聚到所述缓冲区，所述第三激光在被所述第八镜头反射后经过所述第九镜头后照射在所述缓冲区中包含所述微粒的所述样本液上产生第三动态信号，所述第四激光经过第九镜头后照射在所述缓冲区中包含所述微粒的所述样本液上产生第四动态信号；利用所述第十镜头准直所述第三动态信号和所述第四动态信号；利用所述第五探测器接收准直后的所述第三动态信号并输入所述相关器进行互相关计算；利用所述第六探测器接收准直后的所述第四动态信号并输入所述相关器进行互相关计算；利用所述相关器进行互相关计算，互相关函数GAB(τ)为：
CAB(τ)＝<I′A(t)I′B(t+τ)>/(<I′A(t)><I′B(t)>)＝I′A I′B(1+β′|S(k，τ)|2)
＝I′AI′B(1+β′exp(-Dk2τ))
其中，I′A和I′B分别为所述第五探测器接收到的所述第三动态信号的平均散射光强和所述第六探测器接收到的所述第四动态信号的平均散射光强，S(k，τ)为动态结构因子，β′为约束信噪比的相干系数。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (12)
1.一种微粒分析分选装置，其特征在于，所述装置包括激光器、第一镜头、液流室、缓冲区、第一探测单元、第二探测单元以及分选板；
所述激光器用于发射至少一种激光；所述第一镜头用于将所述激光分为第一激光和第二激光使得所述第一激光照射到所述液流室中的微粒上；
所述液流室用于限制所述微粒的流动，使得所述微粒依次受到所述第一激光的照射产生光信号，所述光信号包括荧光信号和散射光信号；
所述缓冲区用于储存包含所述微粒的样本液，所述第二激光照射到所述缓冲区中的包含所述微粒的所述样本液后产生动态光散射信号；
所述第一探测单元用于检测所述荧光信号和所述散射光信号，获取所述微粒以下特征中的一个或多个：所述微粒的大小、所述微粒的内部成分、所述微粒的结构、所述微粒的复杂度、所述微粒的荧光特征信息；
所述第二探测单元用于检测所述动态光散射信号，获取所述微粒的直径和所述微粒在所述样本液中的分布；
所述分选板用于利用所述微粒的特征将所述微粒放入指定位置。
2.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述缓冲区为透光容器；所述样本液内的所述微粒在所述缓冲区中进行布朗运动；所述布朗运动与所述微粒大小的关系为D＝kT/3ηπd；其中，D为所述微粒在所述样本液中的扩散系数，k为波尔兹曼常数，T为绝对温度，d为所述微粒的直径，η为所述样本液的粘度；
所述第二探测单元包括第五探测器和相关器；
所述第五探测器用于接收所述动态光散射信号并输入所述相关器进行计算；
所述相关器用于计算得到所述微粒的直径d及所述微粒在所述样本液内的分布。
3.如权利要求2所述装置，其特征在于，所述第五探测器接收的所述动态光散射信号的方向与所述第二激光的方向垂直。
4.如权利要求2所述装置，其特征在于，所述缓冲区的光学厚度H＜0.1，H＝ξL，其中ξ为样本液的浊度，L为所述第二激光透过样本液的距离；
所述第五探测器接收的所述动态光散射信号的光强I(t)的时间自相关函数为R(τ)＝[I(t)I*(t+τ)]＝A+Be-2Γτ＝A+Be-2Dk^2τ；其中，A为自相关函数的基线，B是指数衰减函数的系数，e为自然常数，Γ为强度自相关曲线的衰减率，τ为延时。
5.如权利要求2所述装置，其特征在于，所述第二探测单元还包括第六镜头和第六探测器；
所述第六镜头用于将所述动态光散射信号分为第一动态信号和第二动态信号；
所述第五探测器用于接收所述第一动态信号并输入至所述相关器进行互相关计算；
所述第六探测器用于接收所述第二动态信号并输入至所述相关器进行互相关计算；
所述相关器用于利用单光束互相关动态光散射法进行互相关计算，互相关函数CAB(τ)为：
CAB(τ)＝<IA(t) IB(t+τ)>/(<IA(t)><IB(t)>)＝1+βexp(-Γ′τ)＝1+βexp(-Dk2τ)
其中，β为约束信噪比的相干系数，Γ’为衰减线宽，τ为延时，IA和IB分别为在相同时间的所述第五探测器接收到的所述第一动态信号的光强值和所述第六探测器接收到的所述第二动态信号的光强值。
6.如权利要求2所述装置，其特征在于，所述第二探测单元还包括第六探测器、第七镜头、第八镜头、第九镜头和第十镜头；
所述第七镜头用于将所述第二激光分为第三激光和第四激光；
所述第八镜头用于反射所述第三激光；
所述第九镜头用于将所述第四激光以及经过所述第八镜头反射后的所述第三激光会聚到所述缓冲区，所述第三激光在被所述第八镜头反射后经过所述第九镜头后照射在所述缓冲区中包含所述微粒的所述样本液上产生第三动态信号，所述第四激光经过第九镜头后照射在所述缓冲区中包含所述微粒的所述样本液上产生第四动态信号；
所述第十镜头用于准直所述第三动态信号和所述第四动态信号；
所述第五探测器用于接收准直后的所述第三动态信号并输入所述相关器进行互相关计算；
所述第六探测器用于接收准直后的所述第四动态信号并输入所述相关器进行互相关计算；
所述相关器用于利用双光束互相关动态光散射法进行互相关计算，互相关函数GAB(τ)为：
CAB(τ)＝<I′A(t) I′B(t+τ)>/(<I′A(t)><I′B(t)>)＝I′A I′B(1+β′|S(k，τ)|2)
＝I′AI′B(1+β′exp(-Dk2τ))
其中，I′A和I′B分别为所述第五探测器接收到的所述第三动态信号的平均散射光强和所述第六探测器接收到的所述第四动态信号的平均散射光强，S(k，τ)为动态结构因子，β′为约束信噪比的相干系数。
7.一种微粒分析分选方法，其特征在于，所述方法包括：
控制激光器发射至少一种激光，利用第一镜头将所述激光分为第一激光和第二激光，所述第一激光照射到液流室中的微粒上；所述微粒依次在所述第一激光的照射下产生光信号，所述光信号包括荧光信号和散射光信号；将包含所述微粒的样本液储存在缓冲区中，所述第二激光照射到所述缓冲区中的包含所述微粒的样本液后产生动态光散射信号；
利用第一探测单元检测所述荧光信号和所述散射光信号，获取所述微粒以下特征中的一个或多个：所述微粒的大小、所述微粒的内部成分、所述微粒的结构、所述微粒的复杂度、所述微粒的荧光特征信息；
或者，利用第二探测单元检测所述动态光散射信号；
利用微粒的特征将所述微粒放入指定位置。
8.如权利要求7所述方法，其特征在于，所述利用第二探测单元检测所述动态光散射信号具体包括：
所述样本液内的所述微粒在所述缓冲区中进行布朗运动；所述布朗运动与所述微粒大小的关系为D＝kT/3ηπd；其中，D为所述微粒在所述样本液中的扩散系数，k为波尔兹曼常数，T为绝对温度，d为所述微粒的直径，η为所述样本液的粘度；
所述第二探测单元包括第五探测器和相关器，利用所述第五探测器接收所述动态光散射信号并输入所述相关器进行计算；
利用所述相关器计算得到所述微粒的直径d及所述微粒在所述样本液内的分布。
9.如权利要求8所述方法，其特征在于，所述第五探测器接收的所述动态光散射信号的方向与所述第二激光的方向垂直。
10.如权利要求8所述方法，其特征在于，所述缓冲区的光学厚度H＜0.1，H＝ξL，其中ξ为样本液的浊度，L为所述第二激光透过样本液的距离；
所述第五探测器接收的所述动态光散射信号的光强I(t)的时间自相关函数为R(τ)＝[I(t)I*(t+-τ)]＝A+Be-2Γτ＝A+Be-2Dk^2τ；其中，A为自相关函数的基线，B是指数衰减函数的系数，e为自然常数，Γ为强度自相关曲线的衰减率，τ为延时。
11.如权利要求8所述方法，其特征在于，所述第二探测单元还包括第六镜头和第六探测器；
利用所述第六镜头将所述动态光散射信号分为第一动态信号和第二动态信号；
利用所述第五探测器接收所述第一动态信号并输入至所述相关器进行互相关计算；
利用所述第六探测器接收所述第二动态信号并输入至所述相关器进行互相关计算；
利用所述相关器进行互相关计算，互相关函数CAB(τ)为：
CAB(τ)＝<IA(t) IB(t+τ)>/(<IA(t)><IB(t)>)＝1+βexp(-Γ′τ)＝1+βexp(-Dk2τ)
其中，β为约束信噪比的相干系数，Γ’为衰减线宽，τ为延时，IA和IB分别为在相同时间的所述第五探测器接收到的所述第一动态信号的光强值和所述第六探测器接收到的所述第二动态信号的光强值。
12.如权利要求8所述方法，其特征在于，所述第二探测单元还包括第六探测器、第七镜头、第八镜头、第九镜头和第十镜头；
利用所述第七镜头将所述第二激光分为第三激光和第四激光；
利用所述第八镜头反射所述第三激光；
利用所述第九镜头将所述第四激光以及经过所述第八镜头反射后的所述第三激光会聚到所述缓冲区，所述第三激光在被所述第八镜头反射后经过所述第九镜头后照射在所述缓冲区中包含所述微粒的所述样本液上产生第三动态信号，所述第四激光经过第九镜头后照射在所述缓冲区中包含所述微粒的所述样本液上产生第四动态信号；
利用所述第十镜头准直所述第三动态信号和所述第四动态信号；
利用所述第五探测器接收准直后的所述第三动态信号并输入所述相关器进行互相关计算；
利用所述第六探测器接收准直后的所述第四动态信号并输入所述相关器进行互相关计算；
利用所述相关器进行互相关计算，互相关函数GAB(τ)为：
CAB(τ)＝<I′A(t) I′B(t+τ)>/(<I′A(t)><I′B(t)>)＝I′A I′B(1+β′|S(k，τ)|2)
＝I′AI′B(1+β′exp(-Dk2τ))
其中，I′A和I′B分别为所述第五探测器接收到的所述第三动态信号的平均散射光强和所述第六探测器接收到的所述第四动态信号的平均散射光强，S(k，τ)为动态结构因子，β′为约束信噪比的相干系数。
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2020
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