CN117607010A - 一种基于流式细胞仪的全光谱检测系统及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于流式细胞仪的全光谱检测系统及检测方法，包括：流动池；流动池的一侧设有激光模块，对流动池内的样本提供用于照射的光源；流动池另一侧还设有观察区，当样本被激光光源照射时，样本会发射荧光，光电检测模块与激光模块之间设有若干光学元件，对样本发射出的荧光进行反射和折射，这些反射和折射后的荧光通过观察区内的光电检测模块进行信号采集；光电检测模块将采集的信号发送至计算机进行解析，计算出多染样本中对应每个单染抗体的荧光强度。上述模块也同时检测原激光被颗粒折射和散射后的光。通过本申请设计的检测系统和方法检测出的多染样本中对应每个单染抗体的荧光强度误差较小，而且具有高灵敏度和高稳定性的优点。
Description
技术领域
本发明涉及流式细胞仪技术领域，尤其涉及一种基于流式细胞仪的全光谱检测系统及检测方法。
背景技术
流式细胞仪最常见的应用是用于免疫表型分析。该技术可识别并量化异质样本(通常是血液、骨髓或淋巴液)中的细胞亚群，通过在细胞表面用荧光标签标记群体特异性蛋白质来测量的，流式仪的工作原理是：将含有细胞或颗粒的样品悬浮在液体中并注入流式细胞仪仪器中，让细胞一个一个地通过聚焦的激光束，被细胞散射的光和细胞被照射后发射的光中含有细胞及其成分特征的信息。在测量前因这些细胞已用荧光标记进行标记，这些细胞会吸收某些波长的激光，然后以一定波长带宽再发射出荧光。流式仪有两种：传统流式仪和全光谱流式仪。
传统的流式细胞仪通过带通滤波器过滤发射光来解决荧光发射的问题，允许特定波长的光穿过每个检测器，然后使用补偿抵消其他荧光团的光溢出。滤光片通常对应于每个实验中使用的荧光团的峰值发射波长。传统的细胞仪只能从与检测器一样多的荧光参数中获取数据，当前传统细胞仪的荧光限制为15-20种颜色。
全光谱细胞仪的每个荧光接收通道并不对应一个荧光团。全光谱细胞仪有许多检测器(30+，多于传统的流式仪)，每个检测器只监测整个光谱中的很窄的波长范围的光信号，在检测混合的未知样品时，每个检测器能检测来自多个荧光团的光子信号。全光谱细胞仪不是通过抵消溢出来校正荧光团的信号重叠，而是使用解混的数学算法得到每个感兴趣的荧光的强度。
目前的全光谱的流式仪主要有两种分光技术：一种是采用光栅原理，例如集波分复用、光纤或波导等进行分光的，因为衍射会产生多级的衍射光谱，在分光时，只有一级的衍射光谱会被接收器接收，所以接收的灵敏度较低；采用光纤或波导光栅容易受温度的变化影响，产生误差。
另一种是利用棱镜色散特性，采用棱镜色散分光会有非线性特征，折射光向外扩散，同时也受到温度变化的影响。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于流式细胞仪的全光谱检测系统及检测方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种基于流式细胞仪的全光谱检测系统，包括：
流动池；
所述流动池的一侧设有激光模块，对所述流动池内的样本提供用于照射的光源；
所述流动池另一侧还设有观察区，当所述样本被光源照射时，通过所述观察区内的光电检测模块进行信号采集；
所述光电检测模块将采集的信号发送至处理器进行光谱分析；
所述光电检测模块与所述激光模块之间设有若干光学元件，对光源照射所述样本后的样本发射光进行反射和折射；
所述光学元件连接所述光电检测模块，对检测到的样本发射光进行信号采集。
作为上述技术方案的进一步描述：所述激光模块设有若干激光发射器，若干所述激光发射器沿所述流动池的方向依次设置。
作为上述技术方案的进一步描述：任一所述激光模块和若干所述光学元件对检测到的样本发射光进行反射折射，若干所述光学元件平行设置，将折射后的样本发射光通过所述光电检测模块进行收集。
作为上述技术方案的进一步描述：所述光学元件连接所述光电检测模块，对被反射和折射的样本发射出的光进行信号采集；
所述激光发射器在照射样本后发射出侧向散射光，侧向散射光通过所述光学元件进行发射和折射分离，被所述光电检测模块接收采集，照射出的前向折射光同样被所述光电检测模块接收采集，侧向散射光被下一光学元件采集。
作为上述技术方案的进一步描述：通过所述激光发射器和若干所述光学元件，使所述光源散射出前向折射光和若干侧向散射光。
作为上述技术方案的进一步描述：所述光学元件连接所述光电检测模块，对散射后的所述前向折射光和若干所述侧向散射光进行信号采集。
作为上述技术方案的进一步描述：所述光学元件的输出端连接所述光电检测模块，所述光电检测模块包括若干光电转换器、信号放大器和模数转换器，对采集的光信号进行放大后转换为数字信号。
作为上述技术方案的进一步描述：所述光学元件包括若干薄膜过滤器，接收到的样本发射光经所述薄膜过滤器反射和折射，被反射的样本发射光由光电转换器接收，被所述薄膜过滤器折射的光再由另一个薄膜过滤器反射和折射，被反射的光由了另一光电转换器接收。
作为上述技术方案的进一步描述：所述薄膜过滤器至少设置有一个。
作为上述技术方案的进一步描述：所述模数转换器连接所述处理器，对采集的信号进行处理和存储。
还包括一种在计算机中基于流式细胞仪的全光谱检测方法，包括：
S1：对样品进行预处理，对若干个样本分别进行单染色处理后，使样品逐个流入流动池中；
S2：通过激光模块逐个对流动池中的样品进行照射，样本发射出的荧光通过光学元件进行反射和折射，通过光电检测模块采集监测后的光信号，并转化为数字信号发送给处理器处理后存入计算机；
S3：对样品进行多染色处理后，使样品流入流动池中；
S4：通过激光模块对流动池中的多染样品进行照射，样本发射出的荧光通过光学元件进行反射和折射，通过光电检测模块采集监测后的光信号，并转化为数字信号发送给处理器处理后存入计算机；
S5：计算机中的解析算法把采集到的多染信号与采集到的若干单染信号进行解析，而得到样本的特征数据。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：
1、通过本申请设计的非光栅、非色散的光学元件使照射样本的光源进行光谱分离，并通过对分离后的前向折射光和侧向散射光进行信号处理，通过处理器计算对比，不仅使得检测误差较小，而且有高灵敏度和高稳定性的优点。
附图说明
图1为本发明提出的检测系统的结构示意图；
图2为本发明中光学元件的结构示意图；
图3为本发明提出的检测方法的流程图。
图例说明：
1、流动池；2、激光模块；21、激光发射器；3、光电检测模块；31、光电转换器；4、处理器；5、光学元件；51、薄膜过滤器；6、计算机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1-图2，本发明提供的一种实施例：一种基于流式细胞仪的全光谱检测系统，包括：流动池1；流动池1的一侧设有激光模块2，对流动池1内的样本提供用于照射的光源；流动池1另一侧还设有观察区，当样本被光源照射时，通过观察区内的光电检测模块3进行信号采集；光电检测模块3将采集的信号发送至处理器4进行光谱分析；光电检测模块3与激光模块2之间设有若干光学元件5，对光源照射所述样本后的样本发射光进行反射和折射；光学元件5连接光电检测模块3，对检测到的样本发射光进行信号采集。
在本实施例中，通过样本通过荧光标记后，通过流动池1控制样本逐个进行输送，样本为待测细胞，将待测细胞悬浮液以非常稳定的速度和方向通过流动池，使细胞单个进入激光照射区域，流动池输入端设置有压力控制系统未示出，控制细胞样本的流动速度。
通过激光模块2进行光源照射，激光模块2产生高能量的激光，用于照射通过流动池中的细胞，当样本被激光光源照射时，样本会激发出荧光，这些激发出的荧光通过观察区内的光电检测模块进行信号采集；光电检测模块3将采集的信号发送至处理器4进行信号处理后，再通过计算机6进行解析处理，得到样本的特征数据；光电检测模块3与激光模块2之间设有若干光学元件5，对样本激发的荧光进行折射；在使用时，先用上述系统的每个通道分别储存每个单染样本的激发荧光，然后再用上述系统的每个通道分别储存多染样本的激发荧光；把上述每个通道收集到的若干个单染样本的激发荧光信号与收集到的多染样本的激发荧光信号通过解析算法，计算出多染样本中对应每个单染抗体的荧光强度。用上面描述的检测系统和算法检测出的多染样本中对应每个单染抗体的荧光强度误差较小，而且具有高灵敏度和高稳定性的优点。
激光模块2设有若干激光发射器21，若干激光发射器21沿流动池1的方向依次设置。
在本实施例中，激光发射器21可以为氩离子激光器、固态激光器、半导体激光器等，可以发射不同波长的激光光束，在流动池1的方向可以设置不同类型的激光发射器21，对样本提供不同波长的光照，检测光照通过样本后折射光和荧光的强度，实现对多个单染色的样本进行采集，得到多个单染色样本的多个光信号，通过解混算法计算，得到样本的特征数据，提高样本检测的准确性。
任一激光模块2和若干光学元件5对检测到的样本发射光进行反射折射；通过激光发射器21和若干光学元件5，使光源散射出前向折射光(FSC)和若干侧向散射光(SSC)。
在本实施例中，设置有多个光学元件，用于对样本发射光进行反射和折射分离，激光发射器21在照射样本后发射出侧向散射光，侧向散射光通过光学元件5进行发射和折射分离，被光电检测模块3接收采集。
光学元件5连接光电检测模块3，对散射后的前向折射光FSC和若干侧向散射光SSC进行信号采集。照射出的前向折射光同样被光电检测模块3接收采集，侧向散射光被下一光学元件5采集。
在本实施例中，光电检测模块3通过光电倍增管PMT，或SiPMT，或雪崩光电二极管APD进行光信号检测，将过滤后的前向散射光和侧向散射光信号进行采集。
光学元件5的输出端连接光电检测模块3，光电检测模块3包括若干光电转换器31、信号放大器和模数转换器，对采集的光信号进行放大后转换为数字信号。
在本实施例中，光电转换器31可以为光电倍增管或硅光电倍增管或雪崩光电二极管，将光信号转为电信号，信号放大器将接收到的电信号经过放大器进行放大处理，以增强信号的强度，提高信噪比，通过模数转换器将放大后的电信号转换成数字信号，以便处理器4进行数字化处理和分析。
光学元件5包括若干薄膜过滤器51，接收到的样本发射光经薄膜过滤器51反射和折射，被反射的样本发射光由光电转换器31接收，被薄膜过滤器51折射的光再由另一个薄膜过滤器51反射和折射，被反射的光由了另一光电转换器31接收；薄膜过滤器51至少设置有一个。
在本实施例中，薄膜过滤器51设置有两个，薄膜过滤器51包括基底和膜层，其材料为透光材料，可以为氧化铝、氧化铬、氧化铟、氧化铪等，膜层方向靠近光照入射光的方向，对光照进行过滤后，通过基底照射出，未通过的在膜层处进行反射，通过设置两个薄膜过滤器51，实现对样本采集精度的控制，极大提高流式细胞仪的检测精度。
模数转换器连接处理器4，对采集的信号进行数字化处理、分析、存储判断。
在本实施例中，处理器4为MCU处理器，内置数据储存卡，负责接收并存储模数转换器输出的数字信号，通常包括多通道输入，高速采集和存储能力，保证对高速流式细胞数据进行准确采集，实时监测数据采集情况，进行数据存储、管理和分析。
参照图3，本发明还提供一种基于流式细胞仪的光谱检测方法的实施例，检测方法适用于上述技术方案中任一项检测系统，包括：
S1：对样品进行预处理，对若干个样本分别进行单染色处理后，使样品逐个流入流动池中；
S2：通过激光模块逐个对流动池中的样品进行照射，样本发射出的荧光通过光学元件进行反射和折射，通过光电检测模块采集监测后的光信号，并转化为数字信号发送给处理器处理后存入计算机；
S3：对样品进行多染色处理后，使样品流入流动池中；
S4：通过激光模块对流动池中的多染样品进行照射，样本发射出的荧光通过光学元件进行反射和折射，通过光电检测模块采集监测后的光信号，并转化为数字信号发送给处理器处理后存入计算机；
S5：计算机中的解析算法把采集到的多染信号与采集到的若干单染信号进行解析，而得到样本的特征数据。
在本实施例中，对样本进行预处理，通过荧光染料或标记物进行荧光染色后制备成单个的细胞悬浮液，根据试验要求，在处理器4处设置样本在流动池1中的流速和压力，打开激光模块2对样本进行照射，产生散射光信号和荧光信号，光电检测模块3收集细胞产生的荧光信号，并转化为数字信号发送给处理器4进行分析，得到特征数据，特征数据可以反映细胞大小、复杂度和表面蛋白等信息。
具体的，对荧光信号进行预处理，生成荧光强度数据，设定一光照强度的阈值范围，将处理后的荧光强度数据，与阈值范围进行比对，将超出阈值范围强度的荧光强度数据进行过滤，符合阈值范围的荧光强度数据进行误差检测，计算荧光强度数据的误差百分比，检测误差百分比是否限定在设定区间内，若误差百分比较大，可以认为荧光强度数据中有极小值数据存在，该极小值为荧光强度数据的负值，将极小值去除后再次进行计算，直到误差百分比在设定区间内，完成解混运算，设定区间为1-5％之间。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于流式细胞仪的全光谱检测系统，其特征在于，包括：
流动池(1)；
所述流动池(1)的一侧设有激光模块(2)，对所述流动池(1)内的样本提供用于照射的光源；
所述流动池(1)另一侧还设有观察区，当所述样本被光源照射时，通过所述观察区内的光电检测模块(3)进行信号采集；
所述光电检测模块(3)将采集的信号发送至处理器(4)进行光谱分析；
所述光电检测模块(3)与所述激光模块(2)之间设有若干光学元件(5)，对光源照射所述样本后的样本发射光进行反射和折射；
所述光学元件(5)连接所述光电检测模块(3)，对检测到的样本发射光进行信号采集。
2.根据权利要求1所述的全光谱检测系统，其特征在于：所述激光模块(2)设有若干激光发射器(21)，若干所述激光发射器(21)沿所述流动池(1)的方向依次设置。
3.根据权利要求1所述的全光谱检测系统，其特征在于：任一所述激光模块(2)和若干所述光学元件(5)对检测到的样本发射光进行反射折射，若干所述光学元件(5)平行设置，将折射后的样本发射光通过所述光电检测模块(3)进行收集。
4.根据权利要求2所述的全光谱检测系统，其特征在于：通过所述激光发射器(21)和若干所述光学元件(5)，使所述光源散射出前向折射光(FSC)和若干侧向散射光(SSC)；
所述激光发射器(21)在照射样本后发射出侧向散射光，侧向散射光通过所述光学元件(5)进行发射和折射分离，被所述光电检测模块(3)接收采集。
5.根据权利要求4所述的全光谱检测系统，其特征在于：所述光学元件(5)连接所述光电检测模块(3)，对散射后的所述前向折射光(FSC)和若干所述侧向散射光(SSC)进行信号采集，照射出的前向折射光同样被所述光电检测模块(3)接收采集，侧向散射光被下一光学元件(5)采集。
6.根据权利要求1所述的全光谱检测系统，其特征在于：所述光学元件(5)的输出端连接所述光电检测模块(3)，所述光电检测模块(3)包括若干光电转换器(31)、信号放大器和模数转换器，对采集的光信号进行放大后转换为数字信号。
7.根据权利要求1所述的全光谱检测系统，其特征在于：所述光学元件(5)包括若干薄膜过滤器(51)，接收到的样本发射光经所述薄膜过滤器(51)反射和折射，被反射的样本发射光由光电转换器(31)接收，被所述薄膜过滤器(51)折射的光再由另一个薄膜过滤器(51)反射和折射，被反射的光由了另一光电转换器(31)接收。
8.根据权利要求7所述的全光谱检测系统，其特征在于：所述薄膜过滤器(51)至少设置有一个。
9.根据权利要求6所述的全光谱检测系统，其特征在于：所述模数转换器连接所述处理器(4)，对采集的信号进行处理和存储。
10.一种在计算机中基于流式细胞仪的全光谱检测方法，其特征在于，包括：
S1：对样品进行预处理，对若干个样本分别进行单染色处理后，使样品逐个流入流动池中；
S2：通过激光模块逐个对流动池中的样品进行照射，样本发射出的荧光通过光学元件进行反射和折射，通过光电检测模块采集监测后的光信号，并转化为数字信号发送给处理器处理后存入计算机；
S3：对样品进行多染色处理后，使样品流入流动池中；
S4：通过激光模块对流动池中的多染样品进行照射，样本发射出的荧光通过光学元件进行反射和折射，通过光电检测模块采集监测后的光信号，并转化为数字信号发送给处理器处理后存入计算机；
S5：计算机中的解析算法把采集到的多染信号与采集到的若干单染信号进行解析，而得到样本的特征数据。
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| CN202311768899.7A Pending CN117607010A (zh) | 2023-12-21 | 2023-12-21 | 一种基于流式细胞仪的全光谱检测系统及检测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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-
2023
- 2023-12-21 CN CN202311768899.7A patent/CN117607010A/zh active Pending
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