CN115728213A - 用于纳米粒子的检测系统和样本处理仪 - Google Patents

Abstract

本公开涉及用于纳米粒子的检测系统和用于纳米粒子的样本处理仪。该检测系统包括光发射单元和光收集单元。所述光发射单元配置成发射光束并且将所述光束投射到待检测的纳米粒子上。所述光收集单元配置成从所述纳米粒子收集光束以便根据收集的光束对所述纳米粒子进行分析。所述光发射单元包括多个光源和聚焦透镜，所述多个光源发射的光束通过所述聚焦透镜聚焦于所述纳米粒子将要通过的同一检测位置。

Description

用于纳米粒子的检测系统和样本处理仪

技术领域

本公开涉及用于诸如流式细胞分选仪/分析仪之类的样本处理仪的检测系统，特别是，用于纳米粒子的检测系统以及包括该检测系统的样本处理仪。

背景技术

本部分的内容仅提供了与本公开相关的背景信息，其不一定构成现有技术。

样本处理仪通常用于对包括小的悬浮微粒(例如，生物粒子、非生物粒子)或细胞的液体样本进行分析和/或用于将其中的粒子或细胞进行分选。现有样本处理仪适于检测具有尺寸较大(常常大于1000纳米)的粒子或细胞的样本。现有样本处理仪的检测系统包括多个光源，多个光源聚焦于流式池的检测通道中的不同检测位置处。这样，可以防止或减小串扰。由于传统分析的粒子(诸如细胞)的相对较大尺寸，因此容易捕获该粒子的光学信号，使得该样本在流式池中的流速也可以较快。因此，延迟时间较短，对液流稳定性的要求也较低。

然而，现有的样本处理仪的检测系统却不太适于检测尺寸非常小的粒子，诸如生物纳米粒子(例如，细胞外囊泡)或非生物纳米颗粒(例如，纳米珠)。例如，许多传统的样品处理仪根本不够灵敏，无法检测或辨别来自这些非常小的粒子的光信号，从而会导致不准确的检测结果。

发明内容

在本部分中提供本公开的总概要，而不是本公开完全范围或本公开所有特征的全面公开。

鉴于现有样本处理仪的检测系统的上述问题，本公开的一个目的在于提供一种用于纳米粒子的具有较高精度的检测系统和样本处理仪。

根据本公开的一个方面，提供了一种用于纳米粒子的检测系统。该检测系统包括光发射单元和光收集单元。所述光发射单元配置成发射光束并且将所述光束投射到待检测的纳米粒子上。所述光收集单元配置成从所述纳米粒子收集光束以便根据收集的光束对所述纳米粒子进行分析。所述光发射单元包括多个光源和聚焦透镜，所述多个光源发射的光束通过所述聚焦透镜聚焦于所述纳米粒子将要通过的同一检测位置。

在根据本公开的一些示例中，所述多个光源发射的光束具有彼此不同的波长，在每个光源与所述聚焦透镜之间设置有分色镜。分色镜可以组合不同波长的光束。

在根据本公开的一些示例中，所述多个光源发射的光束经由所述分色镜反射或透射为共线光束。

在根据本公开的一些示例中，在每个光源与相应的分色镜之间设置有长聚焦透镜(例如，球面透镜或非球面透镜)。

在根据本公开的一些示例中，所述分色镜和所述长聚焦透镜是可调节的，由此调节光束的聚焦点的在垂直于光学轴线的方向上的位置。

在根据本公开的一些示例中，在每个光源与相应的长聚焦透镜之间设置有扩束器，所述扩束器根据所需光束的光斑的大小进行配置，还配置成调节光束在沿着光学轴线的方向上的束腰位置(聚焦位置)。

在根据本公开的一些示例中，所述扩束器由两个光学部组成，所述两个光学部之间的距离是可调节的。所述两个光学部中的每个光学部选自凸透镜、凸透镜组、凹透镜和凹透镜组中的一者。

在根据本公开的一些示例中，所述光收集单元包括侧向收集部。所述侧向收集部包括光学聚焦透镜组、收集光纤、分束器、第一波分复用器和第二波分复用器。所述光学聚焦透镜组包括凹面反射镜和非球面透镜，并配置用于对从纳米粒子发出的光束进行聚焦。所述光学聚焦透镜组将光束聚焦到所述收集光纤中。所述分束器用于将来自所述收集光纤的入射光束分为侧向散射光光束和荧光光束。所述第一波分复用器用于从所述分束器经由第一光纤接收所述侧向散射光光束。所述第二波分复用器用于从所述分束器经由第二光纤接收所述荧光光束。在本文中还描述了其他示例构造。

在根据本公开的一些示例中，所述收集光纤的直径与所述第一光纤和所述第二光纤的直径不同。

在根据本公开的一些示例中，所述收集光纤的直径小于所述第一光纤和所述第二光纤的直径。

在根据本公开的一些示例中，所述第一波分复用器包括与多个光信道对应的多个光传输路径，并且针对所述多个光信道中的每个光信道包括第一滤光片和第二滤光片，并且每个光信道的所述第一滤光片和所述第二滤光片沿着该光信道的光传输路径彼此相距一定距离并且以不平行的方式设置。

在根据本公开的一些示例中，所述第二波分复用器针对每个光信道包括单一滤光片。

在根据本公开的一些示例中，所述光收集单元还包括前向收集部。所述前向收集部包括凹面反射镜和前向检测器。所述凹面反射镜具有椭球形表面并且在所述椭球形表面上涂覆有反射材料以对来自所述纳米粒子的前向散射光束进行反射和聚焦。所述前向检测器接收从所述凹面反射镜反射的光束。

根据本公开的另一方面，提供了一种用于纳米粒子的样本处理仪。该样本处理仪包括流体系统、流式池和检测系统。所述流体系统构造用于输送各种处理和清洗流体。所述流式池配装有用于向其内供给含有纳米粒子的样本的样本针，在所述流式池中通过所述流体系统供给的鞘液包裹着样本以获得稳定的样本流。所述检测系统如上所述并且配置成对流过所述流式池的样本中的纳米粒子进行检测。

在根据本公开的一些示例中，所述流式池设置有气泡排出通道，所述流式池内流体中的气泡经由所述气泡排出通道被排出。

在根据本公开的一些示例中，所述流式池在不同水平高度处设置有至少两个气泡排出通道。

在根据本公开的一些示例中，所述至少两个气泡排出通道中的两个气泡排出通道分别定位成邻近于所述流式池的流体汇集腔室的底部和顶部。

在根据本公开的一些示例中，所述流体系统包括：泵，所述泵包括缸体和在所述缸体内往复运动的活塞；以及切换装置，所述切换装置配置成使所述泵选择性地与所述样本针或样本源流体连通。

在根据本公开的一些示例中，所述切换装置包括三通阀，所述三通阀包括连接至所述泵的第一端口、连接至所述样本针的第二端口和连接至所述样本源的第三端口，所述三通阀在允许所述泵连通至所述样本针的第一位置与允许所述泵连通至所述样本源的第二位置之间切换。

在根据本公开的一些示例中，所述切换装置包括三通连接件和二通阀。所述三通连接件包括连接至所述泵的第一端口、连接至所述样本针的第二端口和连接至所述样本源的第三端口。所述二通阀设置在所述第三端口与所述样本源之间，并且在允许所述第三端口与所述样本源连通的打开位置与中断所述第三端口与所述样本源连通的关闭位置之间切换。

在根据本公开的一些示例中，所述样本处理仪适于检测40纳米至1000纳米的粒子。特别地，所述样本处理仪适于检测40纳米至200纳米的粒子。

在根据本公开的一些示例中，所述流体系统配置成以0.55mL/min至1.5mL/min的流速供给鞘液，并且以1uL/min至6uL/min的流速供给样本。

在根据本公开的一些示例中，在所述流体系统中针对鞘液设置有精度可达5nm至20nm的过滤器。

通过下文中给出的详细描述和仅以说明的方式给出并且因此并不认为是限制本公开的附图，将更充分地理解本公开的上述及其他目的、特征和优点。

附图说明

通过以下参照附图的描述，本公开的一个或多个实施方式的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：

图1为流式细胞分析仪的流式池的立体示意图；

图2为图1的流式池的纵向截面示意图；

图3为根据本公开实施方式的检测系统的示意图；

图4为图3的检测系统的光路的示意图；

图5为根据本公开实施方式的扩束器调节光束的束腰位置的示意图；

图6为根据本公开实施方式的前向反射镜的立体示意图；

图7为根据本公开实施方式的流体系统的一部分的示意图；

图8为图7的流体系统的变型的示意图；

图9为根据本公开另一实施方式的样本处理仪的流式池的纵向截面示意图；

图10A示出根据本公开的检测系统的多个光源同时照射样本中的粒子；

图10B示出传统检测系统的多个光源不同时照射样本中的粒子；

图11A和图11B示出从激光二极管发出的光束的光斑；

图12为检测系统的变型的示意图，示出分束器和两个波分复用器；以及

图13为检测系统的另一变型的示意图，示出分束器和两个波分复用器。

具体实施方式

下面将参照附图通过示例性实施方式对本公开进行详细描述。在若干附图中，类似的附图标记表示类似的部件和组件。对本公开的以下详细描述仅仅是出于说明目的，而绝不是对本公开及其应用或用途的限制。本说明书中所述的实施方式并非穷举，仅仅是多个可能的实施方式中的一些。示例性实施方式可以以许多不同的形式实施，并且也不应当理解为限制本公开的范围。在一些示例性实施方式中，可能不会对公知的过程、公知的装置结构和公知的技术进行详细描述。

出于说明性目的，本文中将以流式细胞分析仪作为示例样本处理单元进行描述。然而，应理解的是，本公开不局限于图示的流式细胞分析仪，而是可以适于具有其他结构的流式细胞分析仪或其他类型的样本处理仪。特别地，本发明适于检测、分选或以其他方式处理纳米粒子的各种类型的样本处理仪。

本文中所述的纳米粒子指的是具有纳米级尺寸的粒子。例如，粒子可以具有小于等于1000nm(纳米)、特别地40nm至200nm的尺寸(例如，直径、最大尺寸或平均尺寸)。纳米粒子可以是生物纳米粒子(例如，细胞外囊泡)或非生物纳米颗粒(例如，纳米珠)。

流式细胞分析仪包括流式池、包括泵和阀的流体系统、光学检测系统、样本分析系统。流体系统通过泵和阀将样本和鞘液输送至流式池中。在流式池中，鞘液包裹着样本，使得含在样本中的纳米粒子能够呈单列线性流过流式池，以便逐个采集纳米粒子的信号。当纳米粒子通过检测区域时，纳米粒子受光学检测系统的光源(通常为激光光源)照射。该照射可以使样本中的粒子发出散射光(例如，产生侧向散射光信号或前向散射光信号)。在一些情况下，样本可以包括荧光粒子(例如，与荧光团共轭或以其他方式相关联的感兴趣的纳米颗粒，本身是荧光的感兴趣的纳米颗粒)，其响应于照射可以发出荧光信号。这些信号由光学检测系统收集。采集到的纳米粒子的信号由样本分析系统进行处理和分析，获得检测的纳米粒子的信息。

流式池是流式细胞分析仪的关键部件。图1为示例流式细胞分析仪的流式池10的立体示意图，图2为图1的流式池10的纵向截面示意图。如图1和图2所示，流式池10包括本体11、配装在本体11中的样本针13和比色皿15。本体11中形成有流体汇集腔室12和一个或多个鞘液通道14(图1中仅示出一个鞘液通道)。鞘液经由鞘液通道14被输送至流体汇集腔室12中，并且样本经由样本针13被输送至流体汇集腔室12中。比色皿15中形成有检测通道18。比色皿15可以由透光材料制成。在样本和鞘液流过检测通道18时，对样本内的纳米粒子进行光学检测。即，比色皿15形成纳米粒子的检测区域。

下面将参照图3至图6来描述根据本公开实施方式的检测系统。

图3为根据本公开实施方式的检测系统100的示意图，图4为图3的检测系统100的光路的示意图。参见图3和图4，检测系统100包括光发射单元110和光收集单元120(包括前向散射光单元和/或侧向散射光单元)。光发射单元110配置成发射光束并且将光束照射到流经比色皿15的检测通道18的纳米粒子上。光收集单元120配置成收集从纳米粒子散射或发出的光以便根据收集的光对纳米粒子进行分析。

光发射单元110包括四个光源111a至111d，例如，激光器。四个光源111a至111d用于发出具有不同波长的光束，例如，激光器的405nm、488nm、561nm和638nm的光束。在图中所示的示例中，四个光源111a至111d并行地布置。应理解的是，光源的数量、类型和布置不局限于图示的具体示例，而是可以根据需要而改变。例如，系统可以包括三个、五个、六个或任何其他合适数量的光源。

光发射单元110还包括聚焦透镜119。从光源111a至111d发出的光束经由聚焦透镜119聚焦于比色皿15的检测通道18中的同一检测位置，该检测位置可以被称为聚焦点或询问点。

如图10A所示，根据本公开的检测系统控制多个光源的光束B1和B2聚焦于同一询问点L，即，被鞘液包裹的样本内的纳米粒子在通过检测通道18中的询问点L时同时受到光束B1和B2的照射。因此，可以基本消除如图10B所示的现有技术中出现的检测时间延迟的问题。

图10B示出传统检测系统中出现的检测时间延迟。如图10B所示，传统检测系统包括分别发出光束B1和B2的两个光源。光束B1和B2聚焦于比色皿15的检测通道18中的不同点L1和L2。当样本向上流动通过检测通道18时，含在样本中的粒子首先到达点L1，此处受到光束B1的照射并且散射或发出光以便检测。然后，粒子进一步向上到达点L2，此处受到光束B2的照射并且散射或发出光以便检测。如此，从粒子散射或发出的光当然将在时间上产生漂移Δt。传统系统可以通过简单地使时间漂移Δt来解释这种漂移，以便系统可以将在点L1和L2处进行的散射/发射光的测量与同一粒子相关联。

然而，在检测非常小的纳米粒子时，期望的是使样本的流速显著减小以确保能够捕获纳米粒子。降低流速会增加流动可变性，因此可能无法依靠恒定的Δt进行时间漂移测量。如果使用图10B所示的常规检测系统在降低的流速下检测纳米颗粒，由于样本流中存在明显波动，因此Δt将非常大且是变化的。

与常规检测系统相比，根据本公开的检测系统通过使用具有在相同位置同时照射样本的共线光束的光学系统能够消除检测时间延迟。因此，无需时间漂移测量，使得减小流速造成变化的Δt的问题不再成为问题。相应地，流体在检测通道18中的流动速度可以降低，这对于检测纳米粒子是特别有利的。

在光源111a至111d与聚焦透镜119之间可以分别设置有分色镜117a至117d。分色镜117a至117d中的每一者用于反射与之相对应的光源111a至111d的光束，而允许其他光源的光束透过。分色镜117a至117d可以根据相应的光源111a至111d发出的光束波长进行选择和设置。例如，分色镜117b可以配置成用于反射光源111b发出的波长的光并且配置成用于使光源111a发出的波长的光透过；分色镜117c可以配置成用于反射光源111c发出的波长的光并且配置成用于使光源111a和111b发出的波长的光透过；分色镜117d可以配置成用于反射光源111d发出的波长的光并且配置成用于使光源111a、111b和111c发出的波长的光透过。光源111a至111d发出的光束经由分色镜117a至117d反射或透射之后形成为共线光束。共线光束指的是具有相同的光学轴线(如图5所示的光学轴线A)。通过共线光束有利于实现多个光源的共焦，即，聚焦于同一检测位置。分色镜117a至117d的位置或取向是可调节的，由此可以调节光束的聚焦点的位置，特别是在垂直于光学轴线的平面上的位置。尽管在图中未示出，然而在一些实施方式中，光束可以配置使得其不共线，而是仍然聚焦于相同点的会聚光束。即，光束可能并非都具有相同的光学轴线，但它们都被配置为聚焦在比色皿15的样本通道中的单一点上。

在光源111a至111d与各自的分色镜117a至117d之间可以设置有透镜115a至115d。透镜115a至115d可以是长聚焦透镜。在一些示例中，透镜115a至115d可以是球面透镜。在另一些示例中，透镜115a至115d可以是非球面透镜。透镜115a至115d中的每一者可以使光束转变为平行光束。在图示的示例中，透镜115a至115d中的每一者为平凸透镜的形式，具有彼此相对的平面和凸面。例如，平凸透镜的凸面的聚焦长度可以为2400mm。透镜115a至115d的位置或取向是可调节的，由此可以调节光束的聚焦点的位置，特别是在垂直于光学轴线的平面上的位置。通常，分色镜117a至117d可以用于粗调光束的聚焦点的位置，而透镜115a至115d可以用于细调光束的聚焦点的位置。

应理解的是，分色镜和透镜的数量、类型和布置可以根据需要而改变，并不局限于本文描述的具体示例，只要其能够实现本文中描述的功能即可。此外，分色镜和透镜也可以由具有类似功能的其他光学元件或光学元件组替代。

在光源111a至111d与相应的透镜115a至115d之间可以设置有扩束器113a至113d。扩束器113a至113d中的每一者能够改变相应的光束的截面尺寸和发散角度。如此，扩束器113a至113d中的每一者可以根据所需光束的光斑的大小进行配置。

期望的是，照射到纳米粒子上的光束具有比传统系统小的光斑尺寸。该尺寸较小的光斑获得具有较高功率密度的更集中的光束以增加光束强度，并最终增加从纳米粒子收集的光信号的强度，由此可以大幅提升光信号的收集效率，并且可以具有更高的分辨率与灵敏度。例如，光斑的尺寸可以是3×15μm、10×80μm或这些尺寸之间的任何合适的尺寸。光斑的尺寸可以根据样本芯流的尺寸以及流动波动来确定。

可以通过使激光器(光源)的激光二极管的重新定向并且设置半波片来减小光束的光斑。如图4所示，激光器形式的光源111a至111d包括各自的激光二极管112a至112d，并且在分色镜117a至117d和透镜115a至115d之间分别设置半波片116a至116d。激光二极管112a至112d和半波片116a至116d可以以相同方式布置。为了说明的目的，图11A和图11B中仅示出了激光二极管112a。参考图11A，激光二极管112a发出具有椭圆形光斑的光束。图11A中的激光二极管112a以与传统检测系统相同的方式定向。发明人已经发现激光二极管112a可以旋转90度以减小光束的光斑，如图11B所示。这种旋转可以将快轴方向FA从水平方向改变为纵向方向。由于激光是线偏振的，当激光旋转90度时，其偏振方向也旋转90度。半波片的作用是使偏振方向旋转。这是因为小纳米粒子的光散射在竖向偏振更强。在一个示例中，半波片可以由石英制成。当偏振方向与晶轴方向成θ角时，通过半波片偏振方向将旋转2θ角。例如，如果θ＝45度，偏振方向将旋转90度。即，它与激光二极管112a旋转之前的偏振方向相同。这样，激光光斑的尺寸更小，能量密度更大，从而提高了信噪比，并且增加了侧向散射光和荧光的信号强度。

柱面透镜114a至114d可以设置在相应的扩束器113a至113d与相应的透镜115a至115d之间。通过改变具有不同曲率的柱面透镜，可以调节聚焦在比色皿15内的光束光斑的水平尺寸。

额外地或替代地，与常规系统相比，可以增加某些或所有光源的功率。例如，常规系统的特定光源可以具有30mW的功率，而本公开中所述的检测系统的相同光源可以具有50mW的增加的功率。光源的增加的功率同样可以提高检测灵敏度。各个光源的功率可以根据实际需要而确定。

扩束器113a至113d中的每一者大体由第一光学部和第二光学部形成。在图示的示例中，每个扩束器113a、113b、113c或113d由作为第一光学部的邻近相应光源的凹透镜和作为第二光学部的远离相应光源的凸透镜组成。应理解的是，扩束器113a至113d中的每一者并不局限于图示的具体示例，而是可以由任何合适的光学透镜或透镜组组成。例如，第一光学部和第二光学部中的每个光学部可以选自凸透镜、凸透镜组、凹透镜以及凹透镜组中的一者。

对于每个扩束器而言，构成该扩束器的第一光学部(图示示例中的凹透镜)和第二光学部(图示示例中的凸透镜)之间的距离是可调节的，由此可以调节光束在光学轴线上的束腰位置(聚焦点)。图5为根据本公开实施方式的扩束器113a调节光束的束腰位置的示意图。下面参见图5以扩束器113a为例来描述光束的束腰位置的调节。

如图5所示，扩束器113a由光学路径上相对靠近光源111a的位置处的凹透镜1131和光学路径上相对远离光源111a的位置(与凹透镜1131相比较)处的凸透镜(示出位于两个可能的位置1132和1132’)组成。图5使用附图标记1132图示了在第一位置处的凸透镜并且还使用附图标记1132’图示了在第二位置处的相同凸透镜。凸透镜可以移动到这两个位置之一或移动到这两个位置之间的位置以最终改变束腰(例如，在比色皿15内)。例如，在凸透镜1132处于第一位置的情况下(图5中使用实线绘制)，光束经由凸透镜1132和聚焦透镜119聚焦于束腰位置P1。在凸透镜1132’处于第二位置的情况下(图5中使用虚线绘制)，光束经由凸透镜1132’和聚焦透镜119聚焦于束腰位置P2。在图5中，束腰位置P2沿光学轴线A相对于束腰位置P1向右移动。尽管未在图5中示出，然而比色皿15包括供样本通过其流过比色皿15的通道，并且位置P1和P2可以在该通道内。

在图5所示的示例中，凹透镜1131是固定的，而凸透镜1132相对于凹透镜1131是可移动的。类似地，在未示出的替代性示例中，凸透镜1132可以是固定的，而凹透镜1131可以相对于凸透镜1132是可移动的。或者，凹透镜1131和凸透镜1132两者均可以朝向彼此或背离彼此移动。

此外，扩束器113b至113d均可以以与扩束器113a相似的方式进行调节，因此不再详细描述。

如上所述，通过调节分色镜117a至117d、透镜115a至115d以及扩束器113a至113d，可以将各个光束聚焦于期望的询问点处，并且可以将多个光束聚焦于同一询问点处。应理解的是，可以采用任何其他光学元件或任何其他调节方式来实现光束聚焦点的位置的调节。对这些部件(分色镜、透镜、扩束器)的这些调整中的一个或多个可以手动进行，或者可以使用与联接至所述部件的一个或多个致动器相关联的计算设备(例如，控制器)以电子方式进行。

光收集单元120包括侧向收集部130和前向收集部150。侧向收集部130用作侧向散射光单元并且可以配置成收集当样本中的纳米粒子在通过比色皿15而受到光束照射时从其散射或发出的侧向散射光和荧光。在一些示例中，由该侧向收集部130从粒子收集的光束的光学轴线可以与被引向比色皿15的光束的光学轴线A大致垂直或大约成90度。前向收集部150用作前向散射光单元并且可以配置成收集来自纳米粒子的前向散射光。在一些示例中，由该前向收集部150从粒子收集的光束的光学轴线可以大致平行于被导向比色皿15的光束的光学轴线A或与其成大约0度。下面更详细地描述侧向收集部130和前向收集部150。

侧向收集部130包括具有凹面反射镜134和非球面透镜135的光学聚焦透镜组、收集光纤136、分束器133、第一波分复用器131和第二波分复用器132。凹面反射镜134反射在询问点处沿各个方向发散的散射光和荧光。凹面反射镜134和非球面透镜135将反射光聚焦于收集光纤136中，例如，如图4中虚线框所示聚焦于收集光纤136的同一点处。具体地，凹面反射镜134可以将光聚焦在光纤上。非球面透镜135可以使焦点变小(减少像差)。为了防止串扰，设置分束器133以将强度较高的散射光与强度较弱的荧光分开。分开的散射光和荧光经由各自的光纤分别进入第一波分复用器131和第二波分复用器132。在第一波分复用器131和第二波分复用器132中将各个不同波长的光信号分开以便进行分析。

应理解的是，光学聚焦透镜组可以采用其他光学元件或光学元件组，只要其能够实现本文中描述的功能即可。

分束器133包括分色镜1332和陷波滤光片1334。收集的光可以通过收集光纤朝向分色镜1332而被导入分束器中。收集纤维136可以取向使得光束以一定入射角(例如，45度的入射角)被导向分色镜1332。分色镜1332对出自收集纤维136的侧向散射光进行反射。经反射的侧向散射光经由第一光纤137进入第一波分复用器131。出自收集纤维136的荧光通过分色镜1332。透过分色镜1332的荧光以90度的入射角入射到陷波滤光片1334，然后通过陷波滤光片1334。荧光经由第二光纤138进入第二波分复用器132。根据多个光源的共焦设计，滤光片1332和1334各自具有多个波段。在这种情况下，滤波片1332和1334都具有阻挡4个激光波长的4个波段。滤光片1332或1334的频带数量对应于光源的数量。

分束器133将强度较高的侧向散射光与强度较弱的荧光分开，可以减小或防止侧向散射光对荧光的串扰。此外，通过设置分束器可以将多个光束分离并传输到两个或多个波分复用器中。现有的波分复用器大多具有有限的信号通道，例如，六个信号通道。在多于六个光信号的情况下，具有六个信号通道的单个波分复用器则是不够的。使用现有的波分复用器可以大大降低成本。

应理解的是，分束器133的光学元件及其类型和设置可以根据需要而变化，并不局限于图示的具体示例。

在一些示例中，参照图4，第一波分复用器131可以用于从分束器133经由第一光纤137接收侧向散射光光束并且将具有不同波长的侧向散射光的光信号彼此分开。在第一波分复用器131中，每个光信号沿着与其光信道对应的光传输路径1310进行传输。第一波分复用器131针对每个光信道可以包括第一滤光片1311和第二滤光片1312。第一滤光片1311和第二滤光片1312可以沿着相应光信道的光传输路径彼此相距一定距离并且以不平行的方式设置。通过设置两个滤光片可以减小或防止侧向散射光之间的串扰。第一滤光片1311和第二滤光片1312不平行设置，由此避免它们之间的光的多次反射并获得更好的光密度。然后，过滤后的光进入光检测元件1315(例如，光电二极管、雪崩光电二极管(APD)、光电倍增管)以进一步处理光。

在该示例中，第二波分复用器132可以用于从分束器133经由第二光纤138接收荧光光束并且将具有不同波长的荧光光束的光信号彼此分开。在第二波分复用器132中，每个光信号沿着与其光信道对应的光传输路径1320进行传输。由于荧光信号较弱，因此第二波分复用器132针对每个光信道可以仅包括单一滤光片1321。然后，过滤后的荧光进入光检测元件1325(例如，光电二极管、雪崩光电二极管(APD)、光电倍增管)以进一步处理光。

尽管本公开集中于第一波分复用器和第二波分复用器的这种特定配置，但是可以使用其他合适的配置。例如，在图12所示的一些示例中，第一波分复用器231和第二波分复用器232包括对应于各个荧光通道的陷波滤波器2314和2324。由于提供陷波滤波器2314和2324，可以减少或消除侧向散射光SSC对荧光FL的串扰。在这种情况下，分束器233可以仅包括分色镜2332，而不设置陷波滤波器。在如图13所示的替代示例中，类似地，分束器333可以仅包括分色镜3332，而不设置陷波滤波器。第一波分复用器331和第二波分复用器332可以包括分色滤光片3313和3323，首先用于将侧向散射光SSC与荧光FL分离以减少或消除侧向散射光SSC对荧光FL的串扰，如图13所示。

在侧向收集部130中，根据光传输效率，收集光纤136的直径可以不同于第一光纤137和第二光纤138的直径。分束器中的透镜可能会导致像差，因此输出光斑可能大于分束器的输入，并且可以选择光纤直径来解决此问题。一般而言，收集光纤136的直径小于第一光纤137和第二光纤138的直径。例如，收集光纤136的直径可以为约0.4mm，而第一光纤137和第二光纤138的直径可以为约0.6mm。应理解的是，各个光纤的直径可以根据需要而变化，不局限于本文中描述的具体示例。

前向收集部150包括遮光条155、凹面反射镜151、滤光片157和前向检测器159。遮光条155被配置为阻挡透射通过比色皿15(例如，在从比色皿发射到凹面反射镜151的光的中心半径内)的大部分光，以减少由直接穿过比色皿的光束产生的背景噪声。可以遮挡大部分光以免使检测器饱和。遮光条155可以由抗反射材料制成。凹面反射镜151被配置为反射从纳米粒子发射的前向散射光束。滤光片157被配置为允许具有高信噪比的光通过，并阻挡其他光。例如，可以选择滤光片157以允许从光源111a至111d发出的光之一通过并阻挡其他三个光。前向检测器159接收来自阻挡滤波片157的过滤后的前向散射光，处理和分析该前向散射光。

图6为根据本公开实施方式的前向反射镜(例如，椭球形反射镜)的立体示意图。如图6所示，凹面反射镜151包括椭球形表面151并且在椭球形表面151上涂覆有反射材料。可以选择反射材料以减少可能反射回比色皿并可能增加背景噪音的光。反射材料或涂层可以是保护铝(铝上的抗氧化涂层)、保护银(银上的抗氧化涂层)、介电膜和保护金(金上的抗氧化涂层)。对350nm至700nm的光反射率可达90％以上。凹面反射镜151被承载在支承架153上。支承架153在至少一个维度方向上是可调的，由此可以调节凹面反射镜151的位置或角度。支承架153的结构和安装方式可以根据实际需要而改变。反射材料可以是涂覆在光学元件上的常用的反射材料。前向检测器159也可以采用样本处理仪中已有的前向检测器，因此本文中不再赘述。

样本处理仪的检测系统不应局限于本文描述或图中所示的具体示例，而是根据实际检测需求可以变化。例如，根据检测性能要求，可以替换、减少或增加光学元件。例如，可以在球面透镜和分色镜之间设置有半波片以改变位相差。

为了检测样本中的纳米粒子，与传统系统相比降低样本和鞘液的流速是有益的。这种降低的流速允许样本内的粒子更长时间地暴露于导向粒子的光束，从而允许增加来自粒子的光散射和/或发射。当导向粒子的光束的光斑尺寸相对较小(与传统系统相比)时，降低流速尤为重要。此外，降低的流速会减少流动模式的变化并降低稳健的变异系数(rCV)。如本文所解释的，在一些示例系统中，减小光束的光斑尺寸以聚集光束并由此增加光束的强度从而允许增加的光收集可能是有利的。因此，在许多情况下，较小的光束光斑尺寸可能需要降低流速以确保目标粒子充分暴露于指向粒子的光束。下面将参见图7和图8来描述根据本公开实施方式的流体系统。需要注意的是，图7和图8仅示出了流体系统的改进部分，并不是完整的流体系统。

参见图7，流体系统300包括将鞘液源50连通至流式池10的鞘液管路51、将样本源30连通至流式池10(具体为样本针13)的样本管路31至33、设置在样本管路中的泵20、设置在样本管路中的切换装置(如图7所示的三通阀40或如图8所示的三通连接件90和二通阀80)以及用于将废液输送至废液容器70的废液管路71。

泵20用于将样本源30中的样本经由样本管路31抽吸到样本管路32中，以及将样本管路32中的样本泵送至样本针13以及流式池10中。泵20为活塞式泵。具体地，泵20包括缸体21和在缸体21中往复运动的活塞22。

活塞式泵可以适于流速较低且流体脉动较小的需求。泵20通常具有抽吸流体(从样本管路31抽吸到管路32中)和泵送流体(从样本管路32泵送至样本针13)的两个操作过程。泵送流体的能力与缸体21的容纳流体的腔室体积有关。因此，泵20可以具有精确的输出量，特别是，较少的输出量，这有利于进行定量分析，例如，体积计数等。与活塞式泵相比，蠕动式泵的脉动较大，且连续泵送流体，无法精确地确定输出的流体体积。在某些情况下，这可能也不适于进行定量分析。

在图7所示的示例中，鞘液管路51中设置有蠕动式泵60，这可以降低成本。然而，应理解的是，根据需要，蠕动式泵60也可以更换为活塞式泵，或者任何其他合适的泵。在根据本公开的样本处理仪中，例如，可以控制泵使得以0.5mL/min至1.5mL/min的流速供给鞘液并且以1uL/min至6uL/min的流速供给样本。

切换装置用于使泵20选择性地与样本针13或样本源30流体连通。在泵20抽吸样本时，切换装置使泵20与样本源30流体连通。在泵20泵送样本时，切换装置使泵20与样本针13流体连通。因此，切换装置可以在泵20连通至样本针13的第一位置与允许泵20连通至样本源30的第二位置之间切换。

在图7所示的示例中，切换装置为三通阀40。三通阀40包括连接至泵20的第一端口41、连接至样本针的第二端口42和连接至样本源的第三端口43。在三通阀40处于第一位置(未示出)时，第一端口41与第二端口42连通，但是不与第三端口43连通，此时允许泵20与样本针13连通。在三通阀40处于第二位置(如图7所示)时，第一端口41与第三端口43连通，但是不与第二端口42连通，此时允许泵20与样本源30连通。

在鞘液管路51中可以设置有过滤器52。可以根据待检测的样本中粒子的尺寸来选择过滤器52。例如，对于纳米粒子，可以采用精度为5nm至40nm、优选地5nm至20nm的过滤器52。通过设置过滤器52，防止鞘液中携带较大尺寸的杂质而导致不准确的检测结果。

图8为图7的流体系统的变型的示意图。图8所示的流体系统300’与图7所示的流体系统300的不同之处在于切换装置。图8中的切换装置包括三通连接件90和二通阀80。

三通连接件90包括连接至泵20的第一端口91、连接至样本针13的第二端口92和连接至样本源30的第三端口93。

二通阀80设置在第三端口93与样本源30之间的样本管路31中，以控制样本管路31的通断。二通阀80在允许第三端口93与样本源30连通的打开位置与中断第三端口93与样本源30连通的关闭位置之间切换，因此也可以称为开关阀。在二通阀80处于打开位置(未示出)时，第三端口93与样本源30连通，此时允许泵20与样本针13连通以将样本抽吸至样本管路32中。在二通阀80处于关闭位置(如图8所示)时，第三端口93与样本源30断开连通，此时允许泵20将样本管路32中的流体泵送至样本针13。

根据本公开的流体系统不应局限于本文描述和图中示出的具体示例，根据需求，可以在各个管路中设置各种阀、泵或其他流体元件。例如，可以在流体系统中设置传感器，用以检测输送的流体的量。例如，可以针对样本或鞘液设置传感器，用以感测与样本或鞘液有关的信息，例如，输送的体积、速度等。例如，可以在流体系统中设置具有处理器的控制装置。控制装置不仅可以控制各个流体元件的运行，而且可以根据传感器检测到的数据计算出所需参数的值，例如，流体输送的体积、速度等。

在鞘液和样本汇入流式池10的流体汇集腔室12中时，往往会产生气泡。气泡会使流体汇集腔室12中的流场发生变化，导致层流不稳定，从而会负面影响样本的检测结果。为了消除气泡，在流式池10的本体11中还形成有气泡排出通道16。下面再返回参照图1和图2来描述气泡排出通道16。

如图1所示，流体汇集腔室12具有光滑的内表面并且包括平滑过渡的大致圆柱形部段和锥形部段。样本与鞘液大致在流体汇集腔室12的锥形部段处汇集。样本针13相对于流体汇集腔室12的圆柱形部段同轴地设置。在样本针13与本体11之间的环形空间中形成鞘液的层流流动。

流体汇集腔室12的光滑的内表面可以减少气泡积聚和附着的机会。有利的是，相比于市面上现有的流式细胞仪，流体汇集腔室12具有减小的体积和表面积，从而进一步减少气泡附着在流体汇集腔室12的内表面上的机会。此外，流体汇集腔室12的较小体积提高了流体的流动速度，从而有助于气泡的排除。

气泡排出通道16的一端通向流体汇集腔室12，另一端可以附接有除气泡装置，比如真空泵，以用于将流体汇集腔室12中的气泡充分排出。

在图1和图2所示的示例中，在本体11的不同水平高度处设置有两个气泡排出通道16。一个气泡排出通道16邻近于流体汇集腔室12的顶部(或顶面)，另一个气泡排出通道16邻近于流体汇集腔室12的底部(或底面)。不同水平高度处的气泡排出通道16能够更加有效地排出气泡，从而提高样本中粒子的检测精度。

在图1和图2所示的示例中，样本针13位于流式池10的下侧，然而，应理解的是，流式池的结构不局限于图1和图2所示的具体结构。图9示出了具有另一种结构的流式池10’。流式池10’中，样本针13位于其上侧。流式池10’具有流体汇集腔室12’。气泡排出通道16’设置在流体汇集腔室12’的顶部处，以便从流体的上方排除气泡，这样可以使排除气泡的过程对流体稳定性的影响最小化。

流体汇集腔室12’可以具有倾斜的顶面121。顶面121可以由流式池10’的本体形成或者可以由本体上方的盖板形成。倾斜的顶面121可以引导气泡排出，防止气泡积聚在通道流体汇集腔室12’顶部的流动死区内。

应理解的是，气泡排出通道的结构(数量及其相对位置等)可以根据需要而变化，而不局限于图示的具体示例。

虽然已经参照示例性实施方式对本公开进行了描述，但是应当理解，本公开并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式。在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对示例性实施方式做出各种改变。在不矛盾的情况下，各个实施方式中的特征可以相互结合。或者，实施方式中的某个特征也可以省去。

Claims (23)

1.一种用于纳米粒子的检测系统，包括：

光发射单元，所述光发射单元配置成发射光束并且将所述光束投射到待检测的纳米粒子上；以及

光收集单元，所述光收集单元配置成从所述纳米粒子收集光束以便根据收集的光束对所述纳米粒子进行分析；

其中，所述光发射单元包括多个光源和聚焦透镜，所述多个光源发射的光束通过所述聚焦透镜聚焦于所述纳米粒子将要通过的同一检测位置。

2.根据权利要求1所述的检测系统，其中，所述多个光源发射的光束具有彼此不同的波长，在每个光源与所述聚焦透镜之间设置有分色镜。

3.根据权利要求2所述的检测系统，其中，所述多个光源发射的光束经由所述分色镜反射或透射为共线光束。

4.根据权利要求3所述的检测系统，其中，在每个光源与相应的分色镜之间设置有长聚焦透镜。

5.根据权利要求4所述的检测系统，其中，所述分色镜和所述长聚焦透镜是可调节的，由此在垂直于导向纳米粒子的光束的光学轴线的方向上调节该光束的聚焦点的位置。

6.根据权利要求5所述的检测系统，其中，在每个光源与相应的长聚焦透镜之间设置有扩束器，所述扩束器根据所需光束的光斑的大小进行配置，还配置成调节所述光束在沿着所述光学轴线的方向上的束腰位置。

7.根据权利要求6所述的检测系统，其中，所述扩束器由两个光学部组成，所述两个光学部之间的距离是可调节的，所述两个光学部中的每个光学部选自凸透镜、凸透镜组、凹透镜和凹透镜组中的一者。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的检测系统，其中，所述光收集单元包括侧向收集部，所述侧向收集部包括：

光学聚焦透镜组，所述光学聚焦透镜组包括凹面反射镜和非球面透镜，并配置用于对从纳米粒子发出的光束进行聚焦；

收集光纤，所述光学聚焦透镜组将光束聚焦到所述收集光纤中；以及

分束器，所述分束器用于将来自所述收集光纤的入射光束分为侧向散射光光束和荧光光束；

第一波分复用器，所述第一波分复用器用于从所述分束器经由第一光纤接收所述侧向散射光光束；以及

第二波分复用器，所述第二波分复用器用于从所述分束器经由第二光纤接收所述荧光光束。

9.根据权利要求8所述的检测系统，其中，所述收集光纤的直径与所述第一光纤和所述第二光纤的直径不同。

10.根据权利要求9所述的检测系统，其中，所述收集光纤的直径小于所述第一光纤和所述第二光纤的直径。

11.根据权利要求8所述的检测系统，其中，所述第一波分复用器包括与多个光信道对应的多个光传输路径，并且针对所述多个光信道中的每个光信道包括第一滤光片和第二滤光片，并且每个光信道的所述第一滤光片和所述第二滤光片沿着该光信道的光传输路径彼此相距一定距离并且以不平行的方式设置。

12.根据权利要求11所述的检测系统，其中，所述第二波分复用器针对每个光信道包括单一滤光片。

13.根据权利要求8所述的检测系统，其中，所述光收集单元还包括前向收集部，所述前向收集部包括：

凹面反射镜，所述凹面反射镜具有椭球形表面并且在所述椭球形表面上涂覆有反射材料以对来自所述纳米粒子的前向散射光束进行反射和聚焦；以及

前向检测器，所述前向检测器接收从所述凹面反射镜反射的光束。

14.一种用于纳米粒子的样本处理仪，包括：

流体系统，所述流体系统构造用于输送各种处理和清洗流体；

流式池，所述流式池配装有用于向其内供给含有纳米粒子的样本的样本针，在所述流式池中通过所述流体系统供给的鞘液包裹着样本以获得稳定的样本流；以及

根据权利要求1至13中的任一项所述的检测系统，所述检测系统配置成对流过所述流式池的样本中的纳米粒子进行检测。

15.根据权利要求14所述的样本处理仪，其中，所述流式池设置有气泡排出通道，所述流式池内流体中的气泡经由所述气泡排出通道被排出。

16.根据权利要求15所述的样本处理仪，其中，所述流式池在不同水平高度处设置有至少两个气泡排出通道。

17.根据权利要求16所述的样本处理仪，其中，所述至少两个气泡排出通道中的两个气泡排出通道分别定位在所述流式池的流体汇集腔室的底部和顶部。

18.根据权利要求14所述的样本处理仪，其中，所述流体系统包括：

泵，所述泵包括缸体和在所述缸体内往复运动的活塞；以及

切换装置，所述切换装置配置成使所述泵选择性地与所述样本针或样本源流体连通。

19.根据权利要求18所述的样本处理仪，其中，所述切换装置包括三通阀，所述三通阀包括连接至所述泵的第一端口、连接至所述样本针的第二端口和连接至所述样本源的第三端口，所述三通阀在允许所述泵连通至所述样本针的第一位置与允许所述泵连通至所述样本源的第二位置之间切换。

20.根据权利要求18所述的样本处理仪，其中，所述切换装置包括三通连接件和二通阀，

所述三通连接件包括连接至所述泵的第一端口、连接至所述样本针的第二端口和连接至所述样本源的第三端口，

所述二通阀设置在所述第三端口与所述样本源之间，并且在允许所述第三端口与所述样本源连通的打开位置与中断所述第三端口与所述样本源连通的关闭位置之间切换。

21.根据权利要求14至20中任一项所述的样本处理仪，其中，所述样本处理仪适于检测40纳米至1000纳米的粒子。

22.根据权利要求21所述的样本处理仪，其中，所述流体系统配置成以0.5mL/min至1.5mL/min的流速供给鞘液，并且以1uL/min至6uL/min的流速供给样本。

23.根据权利要求21所述的样本处理仪，其中，在所述流体系统中针对鞘液设置有精度可达5nm至20nm的过滤器。

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