CN203534970U - 一种微粒荧光检测波长即时配置分光系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种微粒荧光检测波长即时配置分光系统，包括激发光源和光学整形单元，所述激发光源前面设置有光学整形单元，所述光学整形单元前面设置有流体成型单元，所述流体成型单元前面设置有声光可调谐滤波器，所述声光可调谐滤波器与射频驱动器连接，所述流体成型单元包括鞘液，样品，微粒和微粒检测区。本实用新型技术方案实现了微粒荧光检测过程中，根据染料种类和需要动态配置待测目标荧光波长通道，在可调谐声光滤波器的工作范围内任意选取中心波长、控制荧光通道带宽、调制荧光透过率；弥补现有流式细胞仪等微粒荧光检测分光结构中荧光检测分光通道相对固定难于调整的不足；可唯一或与滤光片分光方法组合作为微粒荧光检测的分光方案。
Description
技术领域
本实用新型涉及样本的荧光分析方法和装置领域，具体涉及一种微粒荧光检测波长即时配置分光系统。
背景技术
荧光分析方法常用于细胞生物学的研究中。该方法中如具有较强的波长分辨能力有助于多种染料的多参数分析与鉴别。因为不同的荧光染料应用领域不同，通常采用多种染料搭配使用可以较好的分析表面抗体、核酸序列和蛋白种类，所以采用可动态配置荧光波长参数的探测通道有助于系统适应不同的染料种类，获得更好的分析结果。
上述荧光分析方法典型应用于流式细胞分析方法中。流式细胞分析方法是一种高速颗粒样本分析过程，通过测量目标颗粒散射光源的散射光和染料受激发射的荧光等光学参数分析目标颗粒特性的方法。流式细胞分析系统通常由流体成型单元1100、荧光激发单元1300、光收集分光探测单元1200等硬件和计算机数据处理软件组成。
流式细胞分析系统工作时，微球、细胞等目标检测物在流体成型单元中形成流式聚焦并通过微粒检测区。在检测区，每个颗粒被通常来自于多个光源的多波长激发光照射，形成散射光和荧光信号。光信号被光收集分光探测单元收集、分离至不同参数通道由探测器转换输出至数据处理系统，最终分析输出结果。
微球、细胞等目标检测物通常需由荧光探针等材料标记，用于帮助探测识别被探测目标。由于多种不同的颗粒或者同种颗粒的不同组分被染色的荧光染料种类、浓度不同。因此，这些目标颗粒可以被同时测量，并通过光谱结构和强度识别。传统的流式细胞分析系统为了具备识别不同荧光种类的能力而配置了众多的荧光参数通道，据报道最多的系统其用于探测不同种类染料而配置的荧光参数通道已达17种之多。但是由于传统荧光参数通道的分光方案是使用固定中心波长与带宽的的滤光片系统实现不同的荧光分离。通常每个荧光参数通道的滤光片系统由两部分组成，第一部分是二色滤光片，可将上一组二色滤光片传递来的荧光根据其滤光特性分离为两部分，一部分透射一部分反射。第二部分为窄带滤光片，选择透过与特定目标染料荧光相匹配的荧光。如PE染料探测通道的透过特性可为585 nm +/_20nm,其中585nm是PE染料的特征峰值波长。由于滤光片的参数特性，一旦被制造，其光学特性就固定，因此流式细胞分析系统为了具备多种荧光的探测能力，需具备较多的荧光探测参数通道，且每一组荧光参数通道一旦配置即固定下来，如需改变通道荧光通过的种类和带宽就必须改变滤光片配置方案、并更换滤光片。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种微粒荧光检测波长即时配置分光系统。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：
一种微粒荧光检测波长即时配置分光系统激发光源，光学整形单元和声光可调谐滤波器，所述激发光源前面设置有光学整形单元，所述光学整形单元前面设置有流体成型单元，所述流体成型单元前面设置有声光可调谐滤波器，所述声光可调谐滤波器与射频驱动器连接，所述流体成型法单元包括鞘液，样品，微粒和微粒检测区。
进一步的，所述声光可调谐滤波器前面设置有色散元件，所述色散元件的前面设置有探测器。
进一步的，所述流体成型单元与所述声光可调谐滤波器之间设置有荧光收集镜头。
进一步的，所述探测器前面设置有第一正光焦度镜头。
进一步的，所述荧光收集镜头与所述声光可调谐滤波器之间设置有第二正光焦度镜头。
进一步的，所述第一正光焦度镜头与所述色散元件之间设置有第一准直镜头。
进一步的，所述声光可调谐滤波器与所述色散元件之间设置有第二准直镜头。
进一步的，所述声光可调谐滤波器作为核心元件，所述声光可调谐滤波器覆盖的波长范围和配置数量以及输入输出接口为空气传输的自由型和光纤传输的光纤型可以根据目标波长特性选择。
优选的，所述射频驱动器具备改变射频驱动信号频率实现荧光参数通道动态改变中心波长和带宽的能力；所述射频驱动器的射频驱动信号可以为单一中心频率信号，也可以为多个独立的不同中心频率信号的叠加，所述中心频率值取决于目标探测荧光的中心波长；所述射频驱动信号是以中心频率为中心值的具有一定带宽的信号。
进一步的，所述色散元件色散由所述声光可调谐滤波器偏转输出的目标荧光，可采用光栅或棱镜，所述光栅可以为反射光栅或透射光栅。
进一步的，所述荧光收集镜头是高数值孔径的且典型NA值应大于0.6，所述荧光收集镜头具备准直特性，将被测颗粒的激发荧光转化为近似平行光，所述近似平行光的发散角度应小于0.5度。
优选的，目标探测荧光经所述色散元件色散后经过经所述第一正光焦度镜头聚焦于所述探测器，可使系统适应由于输入射频信号频带较宽，而所述声光可调谐滤波器输出波长宽度较宽，色散后空间位置较宽的问题，所述探测器收集较宽光谱的荧光。
进一步的，目标探测荧光经所述色散元件后经过所述第一准直镜头转化成平行光，然后再经过所述第一正光焦度镜头聚焦于所述探测器。
进一步的，由所述荧光收集镜头转换成近似平行光的目标探测荧光经所述第二正光焦度镜头聚焦于所述声光可调谐滤波器中，可以减少由于光斑的声渡越时间造成的声光作用延迟。
进一步的，用于色散所述声光可调谐滤波器偏转光信号的所述色散元件为凹面反射光栅，可将所述目标探测荧光转换成平行光输出，经所述凹面反射光栅色散并转换成平行光后，经所述第一正光焦度镜头聚焦于所述探测器。
优选的，由所述声光可调谐滤波器偏转光信号经所述第二准直镜头转换成平行光，且用于色散经所述第二准直镜头转换成平行光的所述色散元件为平面反射光栅或平面透射光栅；所述目标探测荧光经所述色散元件色散后经所述第一准直镜头转换成平行光再经过经所述第一正光焦度镜头聚焦于所述探测器。
本实用新型的有益效果:
采用本实用新型技术方案，利用声光可调谐滤波器和色散元件实现了微粒荧光检测波长的即时配置与分光。
（1）实现微粒荧光检测过程中，根据染料种类和需要动态配置待测目标荧光波长通道，即可通过改变一个或多个作用于声光可调谐滤波器的射频驱动信号的中心频率和频率宽度以及射频功率，在可调谐声光滤波器的工作范围内任意选取中心波长、控制荧光通道带宽、调制荧光透过率。弥补了现有流式细胞仪等微粒荧光检测分光结构中，荧光检测分光通道由多个固定中心波长和带宽的滤波片系统组成，更改荧光探测参数时需要配置分光结构，置换滤波片系统的复杂操作，难于即时调整的不足。
（2）由于声光可调谐滤波器可同时输入多个射频驱动信号，配合色散单元实现了以减少器件数量的方式实现了多通道荧光按波长分光的能力。克服了由于荧光参数变多系统分光结构越复杂，成本越高的缺陷。
（3）声光可调谐滤波器的透过率达到80%以上，可以达到与多滤光片组级联荧光通道的一致效果的应用水平。
（4）该系统可唯一或与滤光片分光方法组合作为为微粒荧光检测的分光方案。
附图说明
图1是本实用新型的基本结构图；
图2是本实用新型基本结构在多射频信号同时输入的情况示意图；
图3是本实用新型基本结构增加色散单元后的变形结构一的示意图；
图4是本实用新型变形结构一增加荧光收集镜头后的变形结构二的示意图；
图5是本实用新型变形结构二增加正光焦度镜后的变形结构三的示意图；
图6是本实用新型变形结构三增加准直镜头的变形结构四的示意图；
图7是本实用新型变形结构二增加正光焦度镜头的变形结构五的示意图；
图8是本实用新型变形结构五增加准直镜头的变形结构六的示意图。
图中标号说明：1100、流体成型单元，1101、鞘液，1102、样品，1103、微粒，1104、微粒检测区，1200，光收集分光探测单元，1201、声光可调谐滤波器，1202、射频驱动器，1203、色散元件，1204、荧光收集镜头、1205、第一正光焦度镜头，1206、探测器，1207、第一准直镜头，1208、第二正光焦度镜头，1210、第二准直镜头，1300、荧光激发单元，1301、激发光源，1302、光学整形单元。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本实用新型。
参照图1所示，一种微粒荧光检测波长即时配置分光系统，包括激发光源1301，光学整形单元1302和声光可调谐滤波器1201，所述激发光源1301前面设置有光学整形单元1302，所述光学整形单元1302前面设置有流体成型单元1100，所述流体成型单元1100前面设置有声光可调谐滤波器1201，所述声光可调谐滤波器1201与射频驱动器1202连接，所述流体成型单元1100包括鞘液1101，样品1102，微粒1103和微粒检测区1104。
进一步的，所述声光可调谐滤波器1201前面设置有色散元件1203，所述色散元件1203的后面设置有探测器1206。
进一步的，所述流体成型单元1100与所述声光可调谐滤波器1201之间设置有荧光收集镜头1204。
进一步的，所述探测器1206前面设置有第一正光焦度镜头1205。
进一步的，所述荧光收集镜头1204与所述声光可调谐滤波器1201之间设置有第二正光焦度镜头1208。
进一步的，所述第一正光焦度镜头1205与所述色散元件1203之间设置有第一准直镜头1207。
进一步的，所述声光可调谐滤波器1201与所述色散元件1203之间设置有第二准直镜头1210。
进一步的，所述声光可调谐滤波器1201作为核心元件，所述声光可调谐滤波器1201覆盖的波长范围和配置数量以及输入输出接口为空气传输的自由型和光纤传输的光纤型可以根据目标波长特性选择。
优选的，所述射频驱动器1202具备改变射频驱动信号频率实现荧光参数通道动态改变中心波长和带宽的能力；所述射频驱动器1202的射频驱动信号可以为单一中心频率信号，也可以为多个独立的不同中心频率信号的叠加，所述中心频率值取决于目标探测荧光的中心波长；所述射频驱动信号是以中心频率为中心值的具有一定带宽的信号。
进一步的，所述色散元件1203色散由所述声光可调谐滤波器1201偏转输出的目标荧光，可采用光栅或棱镜，所述光栅可以为反射光栅或透射光栅。
进一步的，所述荧光收集镜头1204是高数值孔径镜头的且典型NA值应大于0.6，所述荧光收集镜头1204具备准直特性，将被测颗粒的激发荧光转化为近似平行光，所述近似平行光的发散角度应小于0.5度。
本实用新型的原理：
本法明中使用的声光可调谐滤波器1201是一种较新型的声光分光器件，其内部的声光晶体在由射频驱动信号经换能器转换的超声波作用下形成周期性折射率变化，该周期性折射率变化起到了类似光栅的作用，可见满足衍射条件的单色平面波从非偏转光中偏转分离出来。改变射频驱动信号频率将改变超声频率，改变周期性折射率变化的周期，同时改变了声光可调谐滤波器1201偏转单色平面波的波长。此处，需要指明的是所谓的单色平面波仍然是包含一定波长宽度的光波，其中心波长与声光可调谐滤波器射频驱动信号中心频率相关，半波宽度与射频驱动信号中心频率宽度相关。目前的声光可调谐滤波器1201具备了可同时输入多个独立射频驱动信号的能力，此处的独立是指多个射频驱动信号的中心频率和频率宽度以及射频功率,相互独立。
实施例：
流式细胞检测系统将被测样本中的目标待测颗粒通过流式聚焦技术处理，实现通过激发检测区时为单个层流流过，该技术保持了颗粒在检测区内状态稳定、受激均匀且可发射稳定的染料荧光并散射激发光。被散射激发光的大小与目标待测颗粒的大小与内部结构相关。荧光波长和强度与受激发光激发的荧光染料种类和浓度相关。流式细胞检测系统通过测量散射光和染料荧光种类与强度，并经处理现实为单点图、直方图、等高线图等报告目标待测颗粒参数特征。流式细胞检测系统主要包括流体成型单元1100、荧光激发单元1300、光收集分光探测单元1200等硬件和计算机数据处理软件组成。如图1所示：
荧光激发单元1300通常由激发光源1301和光学整形单元1302组成。激发光源优选采用相干公司的488nmCUBA激光器。光学整形单元优选互为正交的两个不同焦距的凸柱面透镜。激发光经光学整形单元整形后照射在流体上形成微粒检测区1104。
流体成型单元1100包括鞘液1101和样品1102，样品1102在鞘液1101的作用下，以流式聚焦状态通过微粒检测区1104，通过微粒检测区1104时可以保证目标检测微粒1103单个居中通过微粒检测区1104。其中目标检测微粒1103的典型大小为1-20微米。当包含目标检测微粒1103的样品1102在鞘液1101的包裹下通过微粒检测区1104时，其上的荧光染料将被激发产生荧光。微粒1103散射激发光和受激荧光统称信号光。信号光将传播至声光可调谐滤波器1201的晶体窗口。声光可调谐滤波器1201的品牌包括AA 、 CTI 、 Brimrose等。本实例优选采用法国AA公司的AOTFnC-400.650型声光可调谐滤波器1201和与之匹配的MDS射频驱动器1202。其中声光可调谐滤波器1201在射频驱动器1203的多射频信号共同驱动时信号光的偏转情况，如图2所示。
微粒散射激发光和受激荧光在声光可调谐滤波器1201的作用下，与输入射频驱动信号相匹配的光波将偏转与非偏转光分离，到达色散元件1203。色散元件1203可为光栅、棱镜等元件的一种。本实例优选EO光学的600线反射闪耀光栅，色散元件1203将入射光分离为单色光线。这些光线空间相对独立的入射至探测器1206。探测器1206将光信号中包含的波长、强度、时间等信息最终转换为目标检测微粒1103大小、微粒染料含量的信息供软件分析，如图3所示。
为了更好的说明本发名的特点，优选的实例还包括上述实用新型实例的复杂化，如图4所示：
微粒散射激发光和受激荧光可被高数值孔径荧光收集镜头1204收集并准直，优选采用EO光学的32340透镜，其数值孔径可达0.6.该镜头将收集光转换为平行光输入声光可调谐滤波器1201中，光线在声光可调谐滤波器1201的作用下，与输入射频驱动信号相匹配的光线将偏转并与非偏转光分离，到达色散元件1203。色散元件1203将入射光分离为单色光线空间相对独立并入射至探测器1206。
为了更好的说明本发名的特点，优选的实例还包括上述实用新型实例的复杂化，如图5所示：
微粒散射激发光和受激荧光可被高数值孔径荧光收集镜头1204收集并准直，优选采用EO光学的32340透镜，其数值孔径可达0.6.该镜头将收集光转换为平行光输入声光可调谐滤波器1201中，光线在声光可调谐滤波器1201的作用下，与输入射频驱动信号相匹配的光线将偏转并与非偏转光分离，到达色散元件1203。色散元件1203将入射光分离为单色光线并经第一正光焦度镜头1205聚焦于探测器1206。
为了更好的说明本发名的特点，优选的实例还包括上述实用新型实例的复杂化，如图6所示：
微粒散射激发光和受激荧光可被高数值孔径荧光收集镜头1204收集并准直，优选采用EO光学的32340透镜，其数值孔径可达0.6.该镜头将收集光转换为平行光输入声光可调谐滤波器1201中，光线在声光可调谐滤波器1201的作用下，与输入射频驱动信号相匹配的光线将偏转并与非偏转光分离，到达色散元件1203。色散元件1203将入射光分离为单色光线并经第一准直镜头1207转换为平行光输出，各单色光经第一正光焦度镜头1205聚焦于探测器1206。
为了更好的说明本发名的特点，优选的实例还包括上述实用新型实例的复杂化，如图7所示：
微粒散射激发光和受激荧光可被高数值孔径荧光收集镜头1204收集并准直，优选采用EO光学的32340透镜，其数值孔径可达0.6.该镜头将收集光转换为平行光。然后经第二正光焦度镜头1208聚焦于声光可调谐滤波器1201中，其作用是可减少由于光斑声渡越时间造成的声光作用延迟。光线在声光可调谐滤波器1201的作用下，与输入射频驱动信号相匹配的光线将偏转并与非偏转光分离，到达由凹面光栅构成的色散元件1203。色散元件1203将入射光分离为单色光线并准直为平行光输出，各单色光经第一正光焦度镜头1205聚焦于探测器1206。
为了更好的说明本发名的特点，优选的实例还包括上述实用新型实例的复杂化，如图7所示：
微粒散射激发光和受激荧光可被高数值孔径荧光收集镜头1204收集并准直，优选采用EO光学的32340透镜，其数值孔径可达0.6.该镜头将收集光转换为平行光。然后经第二正光焦度镜头1208聚焦于声光可调谐滤波器1201中，其作用是可减少由于光斑声渡越时间造成的声光作用延迟。光线在声光可调谐滤波器1201的作用下，与输入射频驱动信号相匹配的光线将偏转并与非偏转光分离，经第二准直镜头1210转换为平行光到达平面光栅构成的色散元件1203。色散元件1203将入射光分离为单色光线并经第一准直镜头1207转换为平行光输出，各单色光经第一正光焦度镜头1205聚焦于探测器1206。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种微粒荧光检测波长即时配置分光系统，包括激发光源（1301），光学整形单元（1302）和声光可调谐滤波器（1201），其特征在于，所述激发光源（1301）前面设置有所述光学整形单元（1302），所述光学整形单元（1302）前面设置有流体成型单元（1100），所述流体成型单元（1100）前面设置有声光可调谐滤波器（1201），所述声光可调谐滤波器（1201）与射频驱动器（1202）连接，所述流体成型法单元（1100）包括鞘液（1101），样品（1102），微粒（1103）和微粒检测区（1104）。
2.根据权利要求1所述的微粒荧光检测波长即时配置分光系统，其特征在于，所述声光可调谐滤波器（1201）前面设置有色散元件（1203），所述色散元件（1203）的前面设置有探测器（1206）。
3.根据权利要求1所述的微粒荧光检测波长即时配置分光系统，其特征在于，所述流体成型单元（1100）与所述声光可调谐滤波器（1201）之间设置有荧光收集镜头（1204）。
4.根据权利要求2所述的微粒荧光检测波长即时配置分光系统，其特征在于，所述探测器（1206）前面设置有第一正光焦度镜头（1205）。
5.根据权利要求3所述的微粒荧光检测波长即时配置分光系统，其特征在于，所述荧光收集镜头（1204）与所述声光可调谐滤波器（1201）之间设置有第二正光焦度镜头（1208）。
6.根据权利要求4所述的微粒荧光检测波长即时配置分光系统，其特征在于，所述第一正光焦度镜头（1205）与所述色散元件（1203）之间设置有第一准直镜头（1207）。
7.根据权利要求1所述的微粒荧光检测波长即时配置分光系统，其特征在于，所述声光可调谐滤波器（1201）与所述色散元件（1203）之间设置有第二准直镜头（1210）。
8.根据权利要求1所述的微粒荧光检测波长即时配置分光系统，其特征在于，所述声光可调谐滤波器（1201）作为核心元件，所述声光可调谐滤波器（1201）覆盖的波长范围和配置数量以及输入输出接口为空气传输的自由型或光纤传输的光纤型可以根据目标波长特性选择。
9.根据权利要求1所述的微粒荧光检测波长即时配置分光系统，其特征在于，所述射频驱动器（1202）具备改变射频驱动信号频率实现荧光参数通道动态改变中心波长和带宽的能力；所述射频驱动器（1202）的射频驱动信号可以为单一中心频率信号，也可以为多个独立的不同中心频率信号的叠加，所述中心频率值取决于目标探测荧光的中心波长；所述射频驱动信号是以中心频率为中心值的具有一定带宽的信号。
10.根据权利要求2所述的微粒荧光检测波长即时配置分光系统，其特征在于，所述色散元件（1203）色散由所述声光可调谐滤波器（1201）偏转输出的目标荧光，可采用光栅或棱镜，所述光栅为反射光栅或透射光栅。
11.根据权利要求3所述的微粒荧光检测波长即时配置分光系统，其特征在于，所述荧光收集镜头（1204）是高数值孔径镜头且典型NA值应大于0.6，所述荧光收集镜头（1204）具备准直特性，将被测颗粒的激发荧光转化为近似平行光，所述近似平行光的发散角度应小于0.5度。
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| CN104155242A (zh) * | 2014-07-24 | 2014-11-19 | 太仓能健生物技术有限公司 | 流体分析设备的光路装置 |
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- 2013-10-15 CN CN201320633232.1U patent/CN203534970U/zh not_active Expired - Lifetime
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