CN210136163U

CN210136163U - 一种流式细胞仪光学系统

Info

Publication number: CN210136163U
Application number: CN201920795221.0U
Authority: CN
Inventors: 陈忠祥; 王策; 吴云良; 裴智果; 钟金凤; 马玉婷; 严心涛; 宋飞飞
Original assignee: Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology of CAS
Current assignee: Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology of CAS
Priority date: 2019-05-29
Filing date: 2019-05-29
Publication date: 2020-03-10
Anticipated expiration: 2029-05-29

Abstract

本实用新型公开了一种流式细胞仪光学系统，流动室中设置有供待检测物质通过的通道；光源模块的激发光源在通道中形成不重合的聚焦光斑；光收集模块用于收集散射光和/或荧光，并将其会聚后输出；前向检测模块用于接收散射光并检测；荧光检测模块包括光信号传输模块、分光模块及探测模块，光信号传输模块设置在所述光学镜片全孔径范围内互不相交的任一位置，用于使得光收集模块输出的光信号发生偏转，分光模块用于将偏转后的光信号输出，探测模块用于对光信号进行检测。通过实施本实用新型，可以在荧光检测模块中设置多个光电传感器及分光装置，克服了采用光纤传输时因光收集模块微小移动导致测量结果劣化或者失效的问题，增强了系统的稳定性。

Description

一种流式细胞仪光学系统

技术领域

本实用新型涉及细胞检测及分析技术领域，具体涉及一种流式细胞仪光学系统。

背景技术

流式细胞仪是一种可以对细胞，或者一些微粒(如聚苯乙烯微球)的特性 (如大小、折射率、内部结构的复杂程度等)进行快速分析的仪器。含有细胞的样本被鞘液压缩聚焦，进入流体池中后形成层流，细胞被压缩在样本流线上，一个一个地通过激光光斑，使用探测器在光轴方向的前方和光轴的侧向测试细胞经过激光光斑时产生的散射光，以及所携带的荧光染料产生的特异性荧光，从而测试细胞或微小颗粒的生物物理、生物化学特性。

随着技术的革新，生物研究及临床诊断对流式细胞能测试的荧光通道数要求越来越多，单激光流式细胞仪已不能满足他们的需求，人们开发出了多个激发光的流式细胞仪，从而使得流式细胞仪能测量的荧光通道数越来越多，现有的多个激发光组成的流式细胞仪，为了避免荧光串扰，大多采用多个(例如三个)激发光立体激发(三个光源在流动室形成的三个焦点不是重合的，是分离的)，物镜配合光纤进行光信号的收集、传输的方案，但这种方案受限于空间位置有限(三个焦点之间的距离通常只有80um到200um左右，假设采用40倍物镜，距离才3.2mm到8mm左右)，无法放置多个光电传感器及分光装置来收集多个激光产生的光信号，无法适配多个激发光的测试方案。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种流式细胞仪光学系统，以解决现有的多个激发光组成的流式细胞仪受限于空间位置有限，无法放置多个光电传感器及分光装置的技术问题。

本实用新型提出的技术方案如下：

本实用新型实施例提供一种流式细胞仪光学系统，该流式细胞仪光学系统包括：流动室、光源模块、光收集模块、前向检测模块及荧光检测模块；所述流动室中设置有供待检测物质通过的通道，所述通道能够透射光信号；所述光源模块中设置至少两个激发光源，所述激发光源在通道中形成不重合的聚焦光斑；所述光收集模块中设置至少一片光学镜片，所述光学镜片用于收集待检测物质经激发光源照射产生的散射光和/或荧光，并对所述散射光和/或荧光进行会聚后输出；所述前向检测模块用于接收待检测物质经激发光源照射产生的散射光，并对所述散射光进行检测，得到待检测物质的生物物理信息；所述荧光检测模块包括光信号传输模块、分光模块及探测模块，所述光信号传输模块设置在所述光学镜片全孔径范围内互不相交的任一位置，用于使得光收集模块输出的光信号发生偏转，所述分光模块用于将偏转后的光信号按照特定波长输出，所述探测模块用于对分光模块输出的光信号进行检测，得到待检测物质的生物物理、生物化学信息。

可选地，所述光信号传输模块包括：反射镜、反射棱镜或折射棱镜中的任意一种。

可选地，所述前向检测模块包括：光阑，所述光阑用于阻挡传输到所述前向检测模块中预设角度的光信号。

可选地，所述光阑包括：孔径及阻挡条，所述阻挡条设置在所述孔径中，用于阻挡预设角度的光信号。

可选地，所述前向检测模块包括：第一滤光片和前向探测器，所述第一滤光片用于对待检测物质产生的散射光进行筛选，所述前向探测器对筛选后的光信号进行检测。

可选地，所述分光模块包括：第二滤光片，所述第二滤光片用于将偏转后的光信号中的荧光信号分离。

可选地，所述分光模块包括：具有正光焦度的透镜，所述探测模块包括多个光电探测器，所述透镜接收分离的光信号并聚焦形成光斑，所述光斑小于光电探测器的光敏面积。

可选地，所述光学镜片的成像距离大于或等于所述光学镜片到光电探测器的光学长度。

可选地，所述光学镜片的像方孔径角不大于5度。

可选地，所述光信号传输模块还包括：光纤及准直透镜，所述准直透镜设置在所述光纤的两端，所述光纤用于将经准直透镜接收的光信号传输到所述分光模块中。

本实用新型提出的技术方案，具有如下优点：

本实用新型实施例提供的流式细胞仪光学系统，通过在系统的荧光检测模块中设置光信号传输模块，用于对光收集模块输出的光信号进行偏转，且光信号传输模块设置在光收集模块全孔径范围内互不相交的任一位置，可以使得光收集模块输出的光信号分散，从而实现不同激发光所产生的光信号的分离，并设置多个光电传感器及分光装置。并且，相比现有技术中直接采用多个光纤收集多束光信号并将其传输到传感器中进行检测的方案，本实用新型实施例提供的流式细胞仪光学系统，通过设置的光信号传输模块对光收集模块输出的光信号进行偏转，可以使得偏转后的光信号被分光模块接收，不会出现直接采用光纤收集时，由于光纤端面的限制使得光路发生微小移动时光信号无法被光纤收集，导致测量结果的变异系数增大的问题，因此，本实用新型实施例提供的流式细胞仪光学系统，即使出现光路的小范围漂移，也不会出现光信号无法收集的问题，使得系统可容忍的误差增大，克服了采用光纤传输时因光收集模块微小移动导致测量结果劣化或者失效的问题，增强了系统的稳定性。此外，该流式细胞仪光学系统中设置的光阑可以阻挡预设角度的光信号，将未经待检测物质散射的激发光信号分离出去，提高散射光检测灵敏度，克服现有流式细胞仪前向散射光检测噪声较大的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本实用新型实施例的流式细胞仪光学系统的结构框图；

图2是根据本实用新型另一实施例的流式细胞仪光学系统的结构框图；

图3是根据本实用新型另一实施例的流式细胞仪光学系统的结构框图；

图4是根据本实用新型另一实施例的流式细胞仪光学系统的结构框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本实用新型实施例提供一种流式细胞仪光学系统，如图1所示，该流式细胞仪光学系统包括：流动室2、光源模块3、光收集模块4、前向检测模块1及荧光检测模块5；流动室2中设置有供待检测物质通过的通道，该通道能够透射光信号；光源模块3中设置至少两个激发光源31(图中所示为三个激发光源)，激发光源31在通道中形成不重合的聚焦光斑；光收集模块4中设置至少一片光学镜片，光学镜片用于收集待检测物质经激发光源照射产生的散射光和/或荧光，并对散射光和/或荧光进行会聚后输出；前向检测模块1用于接收待检测物质经激发光源照射产生的散射光，并对散射光进行检测，得到待检测物质的表面信息；荧光检测模块5包括光信号传输模块51、分光模块52及探测模块53，光信号传输模块51设置在光学镜片全孔径范围内互不相交的任一位置，用于使得光收集模块4输出的光信号发生偏转，分光模块52用于将偏转后的光信号按照特定波长输出，探测模块53用于对分光模块输出的光信号进行检测，得到待检测物质的内部信息。

本实用新型实施例提供的流式细胞仪光学系统，通过在系统的荧光检测模块中设置光信号传输模块，用于对光收集模块输出的光信号进行偏转，且光信号传输模块设置在光收集模块全孔径范围内互不相交的任一位置，可以使得光收集模块输出的光信号分散，从而实现不同激发光所产生的光信号的分离，并设置多个光电传感器及分光装置。并且，相比现有技术中直接采用多个光纤收集多束光信号并将其传输到传感器中进行检测的方案，本实用新型实施例提供的流式细胞仪光学系统，通过设置的光信号传输模块对光收集模块输出的光信号进行偏转，可以使得偏转后的光信号被分光模块接收，不会出现直接采用光纤收集时，由于光纤端面的限制使得光纤发生微小移动时光信号无法被光纤收集，导致测量结果的变异系数增大的问题，因此，本实用新型实施例提供的流式细胞仪光学系统，即使光信号传输模块发生微小移动，也不会出现光信号无法收集的问题，使得系统可容忍的误差增大，克服了采用光纤传输时因光收集模块微小移动导致测量结果劣化或者失效的问题，增强了系统的稳定性。

具体地，本实用新型实施例提供的流式细胞仪光学系统中，激发光源31 发射的光信号的传播方向与流动室2中待检测物质的流动方向垂直。可选地，待检测物质可以是细胞或微粒(如聚苯乙烯微球)，也可以是其他物质，本实用新型对此不做限定。激发光源31中可以包含488nm、405nm、638nm三个波长的激光器。此外，激发光源31在通道中形成的聚焦光斑的中心线与待检测物质的流动线重合，该中心线和流动线可以在流动室2通道的中心。

本实用新型实施例提供的流式细胞仪光学系统中，光收集模块4可以是总体具有正的光焦度的物镜，该物镜的视场涵盖光源模块所有激发光源31在微小通道中的焦点，并对经待检测物质后的光信号进行会聚，形成等同数量的像点，或成像在无限远处。具体地，该物镜的成像距离大于或等于物镜到探测模块中光电探测器的光学长度。具体地，该物镜的像方孔径角不大于5度。可选地，，该物镜可选用数值孔径(NA)大于或等于0.6的物镜。

作为本实用新型实施例的一种可选的实施方式，光信号传输模块51包括：反射镜、反射棱镜或折射棱镜中的任意一种。该光信号传输模块51可以使光信号收集模块4输出的全部光信号发生偏转，偏转的角度在0度到180度之间。

作为本实用新型实施例的一种可选的实施方式，如图2所示，前向检测模块1包括：光阑11、镜组12、第一滤光片13和前向探测器14。

其中，光阑11用于阻挡传输到前向检测模块1中预设角度的光信号，具体地，光阑11可以阻挡光信号检测点0度到2度的光信号。如图3所示，光阑 11可以由孔径及阻挡条构成，孔径可以是椭圆形孔径，阻挡条设置在孔径中，用于阻挡预设角度的光信号。光阑11在该前向检测模块1中可以倾斜45度放置，该光阑11的通光孔径为圆形，其孔径角为10度。此外，光阑11阻挡光信号时，可以使预设角度的光信号偏转90度，偏转后的光信号可以采用光陷阱吸收。该流式细胞仪光学系统中设置的光阑11可以阻挡预设角度的光信号，将未经待检测物质散射的激发光信号分离出去，提高散射光检测灵敏度，克服现有流式细胞仪前向散射光检测噪声较大的问题。

第一滤光片13可以用于对待检测物质产生的散射光进行筛选，使得所需的光波长传输到前向检测模块1中。前向探测器14可以对筛选后的光信号进行检测。镜组12可以用于收集进入到前向检测模块1中的散射光，并将其传输到前向探测器14中进行检测，得到待检测物质的生物物理信息，如大小、折射率等。

作为本实用新型实施例的一种可选的实施方式，分光模块52包括：第二滤光片及具有正光焦度的透镜，第二滤光片用于将光信号传输模块输出的偏转后的光信号中的荧光信号分离，具有正光焦度的透镜接收分离出来的荧光信号并聚焦形成光斑。探测模块53中的光电探测器接收该光斑并进行分析，得到待检测物质的生物物理、生物化学信息，如待检测物质内部结构的复杂程度，表面蛋白质种类，表达量等。具体地，光斑的面积小于光电探测器的光敏面积。光电探测器可以采用雪崩二极管。

作为本实用新型实施例的一种可选的实施方式，如图4所示，光信号传输模块51还包括：光纤及准直透镜，准直透镜设置在光纤的两端，因此，可以采用带准直透镜的光纤54。当光信号传输模块中的反射镜或棱镜将光收集模块输出的光信号进行偏转之后，传输到带准直透镜的光纤54中，光纤54用于将接收的光信号传输到分光模块52中。

本实用新型实施例提供的流式细胞仪光学系统，通过在系统的荧光检测模块中设置光信号传输模块，用于对光收集模块输出的光信号进行偏转，且光信号传输模块设置在光收集模块全孔径范围内互不相交的任一位置，可以使得光收集模块输出的光信号分散，从而实现不同激发光所产生的光信号的分离，并设置多个光电传感器及分光装置。相比现有技术中直接采用多个光纤收集多束光信号并将其传输到传感器中进行检测的方案，本实用新型实施例提供的流式细胞仪光学系统，通过设置的光信号传输模块对光收集模块输出的光信号进行偏转，可以使得偏转后的光信号被分光模块接收，不会出现直接采用光纤收集时，由于光纤端面的限制使得光纤发生微小移动时光信号无法被光纤收集，导致测量结果的变异系数增大的问题，因此，本实用新型实施例提供的流式细胞仪光学系统，即使出现光路的小范围漂移，也不会出现光信号无法收集的问题，使得系统可容忍的误差增大，克服了采用光纤传输时因光收集模块微小移动导致测量结果劣化或者失效的问题，增强了系统的稳定性。此外，该流式细胞仪光学系统中设置的光阑可以阻挡预设角度的光信号，将未经待检测物质散射的激发光信号分离出去，提高散射光检测灵敏度，克服现有流式细胞仪前向散射光检测噪声较大的问题。

虽然结合附图描述了本实用新型的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims

1.一种流式细胞仪光学系统，其特征在于，包括：流动室、光源模块、光收集模块、前向检测模块及荧光检测模块；

所述流动室中设置有供待检测物质通过的通道，所述通道能够透射光信号；

所述光源模块中设置至少两个激发光源，所述激发光源在通道中形成不重合的聚焦光斑；

所述光收集模块中设置至少一片光学镜片，所述光学镜片用于收集待检测物质经激发光源照射产生的散射光和/或荧光，并对所述散射光和/或荧光进行会聚后输出；

所述前向检测模块用于接收待检测物质经激发光源照射产生的散射光，并对所述散射光进行检测，得到待检测物质的生物物理信息；

所述荧光检测模块包括光信号传输模块、分光模块及探测模块，所述光信号传输模块设置在所述光学镜片全孔径范围内互不相交的任一位置，用于使得光收集模块输出的光信号发生偏转，所述分光模块用于将偏转后的光信号按照特定波长输出，所述探测模块用于对分光模块输出的光信号进行检测，得到待检测物质的生物物理、生物化学信息。

2.根据权利要求1所述的流式细胞仪光学系统，其特征在于，所述光信号传输模块包括：反射镜、反射棱镜或折射棱镜中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的流式细胞仪光学系统，其特征在于，所述前向检测模块包括：光阑，所述光阑用于阻挡传输到所述前向检测模块中预设角度的光信号。

4.根据权利要求3所述的流式细胞仪光学系统，其特征在于，所述光阑包括：孔径及阻挡条，所述阻挡条设置在所述孔径中，用于阻挡预设角度的光信号。

5.根据权利要求1所述的流式细胞仪光学系统，其特征在于，所述前向检测模块包括：第一滤光片和前向探测器，所述第一滤光片用于对待检测物质产生的散射光进行筛选，所述前向探测器对筛选后的光信号进行检测。

6.根据权利要求1所述的流式细胞仪光学系统，其特征在于，所述分光模块包括：第二滤光片，所述第二滤光片用于将偏转后的光信号中的荧光信号分离。

7.根据权利要求6所述的流式细胞仪光学系统，其特征在于，所述分光模块包括：具有正光焦度的透镜，所述探测模块包括多个光电探测器，所述透镜接收分离的光信号并聚焦形成光斑，所述光斑小于光电探测器的光敏面积。

8.根据权利要求6所述的流式细胞仪光学系统，其特征在于，所述光学镜片的成像距离大于或等于所述光学镜片到光电探测器的光学长度。

9.根据权利要求8所述的流式细胞仪光学系统，其特征在于，所述光学镜片的像方孔径角不大于5度。

10.根据权利要求1所述的流式细胞仪光学系统，其特征在于，所述光信号传输模块还包括：光纤及准直透镜，所述准直透镜设置在所述光纤的两端，所述光纤用于将经准直透镜接收的光信号传输到所述分光模块中。