CN211856293U - 流式细胞仪光学装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了流式细胞仪光学装置，包括对称的设于流动池两侧的第一光通道和第二光通道，激光源和前向散射光探测器分别设于流动池的另两侧；光通道的入口端设置非球面镜，出口端设置荧光收集组件；荧光收集组件包括依次设于探测器前的聚焦透镜和带通滤光片；于前向散射光探测器与流动池之间，设置收集透镜和聚焦透镜，且于收集透镜和流动池之间的主光轴上，设置挡光条。本发明集激光及其整形系统，荧光收集系统，荧光分离系统，前向散射光收集系统，可同时进行多个光谱收集，结构简单，使用方便，荧光收集效率是单个透镜的2倍，效率高，成本低，可用于粒子（包含细胞、微生物、细菌和人造标准微球等）分析领域，具有很强的实用性和广泛的适用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学装置，具体涉及流式细胞仪光学装置。
背景技术
在医疗和生物领域，通常采用流式细胞仪来分析细胞、DNA、细菌等微小粒子，流式细胞仪及流式细胞术，是一种在功能水平上对单细胞可其它微小粒子进行定量分析或分选的检测手段，可以高速的分析大量细胞(速度一般1万个每秒以上)，并能同时检测一个细胞的多个参数。激光束经过整形后照射到样本流上，样本流里含有被标记了荧光染料的待测细胞，当待测细胞在激光束的照射下产生荧光和侧向角散射光，产生的荧光很弱，而且荧光向整个空间360度立体角发散。荧光收集镜头的作用就是尽可能多的收集荧光信号，荧光信号被收集的越多，仪器的荧光探测性能就越高，对弱荧光信号的灵敏度就越高。
目前，各种流式细胞仪的荧光收集镜主要有四种：(一)直接采用现成的显微物镜产品镜头；(二)采用单个非球面镜；(三)针对流式定制的物镜；(四)是采用反射式的收集方式(前三种为透射式)。
显微物镜的NA与工作距离成反比，NA 1.0以上的工作距离基本在0.5mm以内，由于流式细胞仪上的流动池壁厚一般需要在1.4mm以上(壁厚太小容易在安装时折断且加工困难)，所以只能采用工作距离符合要求但NA一般小于0.4的物镜，因此收集的荧光信号能量有限，且显微物镜的成本很高。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种简单、高效的流式细胞仪光学装置。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
流式细胞仪光学装置，两个光通道：第一光通道和第二光通道，对称的设于流动池的两侧，激光源和前向散射光探测器分别设于流动池的另两侧；
所述光通道的入口端设置焦点为流动池的中点的非球面镜，出口端设置荧光收集组件：包括依次设于探测器前的聚焦透镜和带通滤光片；匹配第一光通道和第二光通道的带通滤光片分别为：第一带通滤光片和第二带通滤光片，且第一带通滤光片和第二带通滤光片的带通范围不同；流动池内的复色光，经非球面镜折射后于光通道内传播，经带通滤光片后，于带通范围内的复色光透射后再经聚焦透镜汇聚向探测器，于带通范围外的复色光被反射回光通道中，再经非球面镜折射后投向流动池；
于前向散射光探测器与流动池之间，设置导传散射光的第一透镜组：包括收集透镜和聚焦透镜，收集透镜的焦点为流动池的中点；且于收集透镜和流动池之间的主光轴上，设置挡光条。
于激光源和流动池之间，设置导传激光的第二透镜组：包括准直非球面镜和柱面镜。
进一步的，上述准直非球面镜设于激光源前端，激光通过置于准直非球面镜和柱面镜之间反射镜，折向柱面镜。
上述第一光通道的中部，侧接第三光通道，接口处设置入射角为45度的长波通滤光片；
第三光通道的出口端设置荧光收集组件，包括第三带通滤光片。入射到长波通滤光片的复色光，波长小于起始响应波长的会被反射，波长大于起始波长的会透射。
进一步的，上述第三带通滤光片的带通范围与第一带通滤光片、第二带通滤光片的带通范围均不同。
进一步的，上述第三光通道的中部，侧接第五光通道，接口处设置入射角为45度的长波通滤光片；
第五光通道的出口端设置荧光收集组件，包括第五带通滤光片。
上述第二光通道的中部，侧接第四光通道，接口处设置入射角为45度的长波通滤光片；
第四光通道的出口端设置荧光收集组件，包括第四带通滤光片。
进一步的，上述第四带通滤光片的带通范围与第一带通滤光片、第二带通滤光片的带通范围均不同。
进一步的，上述第四光通道的中部，侧接第六光通道，接口处设置入射角为45度的长波通滤光片；
第六光通道的出口端设置荧光收集组件，包括第六带通滤光片。
本发明的有益之处在于：
本发明的流式细胞仪光学装置，使用2个非球面收集透镜，对称式放置，每个非球面后的光通路通过不同带通范围的长波通滤光片进行光谱的分离，同时利用带通滤光片的反射特性，使得不在其带通范围内的光谱会被反射，按原光路返回流动池中心，进入另一个荧光收集透镜，最终进入真正需要此光谱的光通道内。
通过在流动池的前端设置前向散射光探测器，用于接收产生于流动池中心，被待测物散射的沿激光原传播方向散射的激光信号；同时在流动池与前向散射光探测器中间设置一挡光条，用于阻挡未被待测物散射的激光本底信号。
本发明可根据需求设置不同的带通范围，且可同时进行多个光谱收集，结构简单，使用方便，荧光收集效率是单个透镜的2倍，效率高，制作成本低，可用于粒子(包含细胞、微生物、细菌和人造标准微球等)分析领域，集合激光及其整形系统，荧光收集系统，荧光分离系统，前向散射光收集系统，具有很强的实用性和广泛的适用性。
附图说明
图1为本发明的流式细胞仪光学装置的结构示意图。
图2为人外周血裂解红细胞处理后剩余的白细胞在流式细胞仪上检测的前向散射光和侧向散射光分析图。
附图中标记的含义如下：1、流动池，2、非球面镜，31、第一长波通滤光片，32、第二长波通滤光片，33、第三长波通滤光片，34、第四长波通滤光片，41、第一带通滤光片，42、第二带通滤光片，43、第三带通滤光片，44、第四带通滤光片，45、第五带通滤光片，46、第六带通滤光片，5、聚焦透镜，6、探测器，7、挡光条，8、散射光收集透镜，9、散射光聚焦透镜，10、前向散射光探测器，11、激光源，12、准直非球面镜，13、反射镜，14、柱面镜。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
流式细胞仪光学装置，由流动池、两个光通道、一个激光源(激光二极管)及激光通道、和一个前向散射光探测器及散射光通道组成。两个光通道，即第一光通道和第二光通道，对称的设于流动池的两侧；激光源和前向散射光探测器，分别通过激光通道与散射光通道设于流动池的另两侧。
流动池1：其中间有方形的流道，可以让待测物(如细胞、细菌或人工微球等)在液流聚焦下沿其中心穿过，优选玻璃材质为熔融石英，内部、外部均为方形。
如图1所示，第一光通道和第二光通道，于光通道的入口端分别设置非球面镜2，非球面镜2的焦点为流动池1的中点；于光通道的出口端设置荧光收集组件。
第一光通道的中部，侧接第三光通道，接口处设置入射角为45度的第一长波通滤光片31；第三光通道的出口端设置荧光收集组件。第三光通道的中部，侧接第五光通道，接口处设置入射角为45度的第三长波通滤光片33；第五光通道的出口端设置荧光收集组件。
第二光通道的中部，侧接第四光通道，接口处设置入射角为45度的第二长波通滤光片32；第四光通道的出口端设置荧光收集组件。第四光通道的中部，侧接第六光通道，接口处设置入射角为45度的第四长波通滤光片34；第六光通道的出口端设置荧光收集组件。
荧光收集组件，包括依次设于探测器6前的聚焦透镜5和带通滤光片；复色光经带通滤光片后，于带通范围内的复色光透射后再经聚焦透镜5汇聚向探测器6，于带通范围外的复色光被反射回光通道中。对应的第一光通道、第二光通道、第三光通道、第四光通道、第五光通道、第六光通道的荧光收集组件，分别使用第一带通滤光片41、第二带通滤光片42、第三带通滤光片43、第四带通滤光片44、第五带通滤光片45、第六带通滤光片46，带通范围均不同。
长波通滤光片用于滤光，入射的复色光，波长小于起始响应波长的会被反射，波长大于起始波长的会透射。
流动池1内的复色光，经非球面镜2折射后于光通道内传播，反射回的复色光再经非球面镜2折射后投向流动池1，再射向对面的光通道。
散射光通道由收集透镜、聚焦透镜和挡光条组成；收集透镜和聚焦透镜组构成第一透镜组；收集透镜置于前端用于汇集流动池的散射光，折成射向聚焦透镜的平行光，再经聚焦透镜聚焦折向前向散射光探测器；挡光条置于聚焦透镜的前端，遮挡主光轴上的散射光。
激光通道由准直非球面镜、柱面镜和反射镜组成；准直非球面镜和柱面镜构成第二透镜组；准直非球面镜置于前端用于汇集激光源的激光，折成射向柱面镜的平行光，如图1所示，激光方向，与准直非球面镜及柱面镜的中点不处于同一直线，因此，平行光于途中经反射镜反射后折向柱面镜，经柱面镜汇聚折向流动池。
实施例
如图1所示的流式细胞仪光学装置，物料规格如下：
流动池1，内部尺寸0.25*0.25mm，外部尺寸4*4mm，均为方形。
非球面镜2，规格均为NA 0.64，直径6.3mm，中心厚度.1mm，有效焦距4.03mm。
长波通滤光片：
| 标记号 | 长波通滤光片 | 起始响应波长 |
| 31 | 第一长波通滤光片 | 730nm |
| 32 | 第二长波通滤光片 | 660nm |
| 33 | 第三长波通滤光片 | 506nm |
| 34 | 第四长波通滤光片 | 552nm |
带通滤光片：
| 标记号 | 带通滤光片 | 中心波长/半波宽 |
| 41 | 第一带通滤光片 | 785/71 |
| 42 | 第二带通滤光片 | 692/47 |
| 43 | 第三带通滤光片 | 488/10 |
| 44 | 第四带通滤光片 | 525/51 |
| 45 | 第五带通滤光片 | 575/35 |
| 46 | 第六带通滤光片 | 615/26 |
流式细胞仪检测的待测物是单细胞、人工微球或其它颗粒的悬液，待测物在流式细胞仪液流系统的作用下沿流动池中间流道的中心线流动形成样本流，激光的传播方向与样本流方向正交，即激光束的中心与样本流中心正交。样本流中的待测物会一个一个的通过激光束，当激光照射到待测物内部时，待测物内部的微结构会反射激光，方向与激光传播方向垂直的为侧向散射光信号，沿着原激光方向传播的为前向散射光。
侧向散射光：由对称设于流动池两侧的光通路收集、分离、解析，待测物内部越复杂(即颗粒度越大)则侧向散射光越强。
经过非球面镜2后的光束与长波通滤光片的入射角均为45度，与带通滤光片的入射角均为0度。
对其中任一通道，如被第四光通道的探测器6接收的荧光光谱范围，取决于第四带通滤光片44的规格(525/51),525/51的荧光产生于流动池1中心，其向360度立体角反射，被两个非球面镜2分别收集部分；
其中，被第二光通道的非球面镜2收集的部分，经过第二长波通滤光片32(660nm)被反射，又经过第四长波通滤光片34(552nm)再次被反射，经过第四带通滤光片44透射进去，经聚焦透镜5聚焦后最终到达探测器6；
其中，被第一光通道的非球面镜2收集的部分，经过第一长波通滤光片31(730nm)被反射，又经过第三长波通滤光片33(506nm)透射进去，到达第五带通滤光片45(575/35)，因525/51不在575/35范围内，所以会被反射回第三长波通滤光片33，反射透射，经过第一长波通滤光片31被反射，经过非球面镜2，到达流动池1中心，然后被第二光通道的非球面镜2收集，最终进入探测器6。
前向散射光：前向散射光沿着原激光的方向传播，但有小角度的偏离，偏离角度越大则散射信号越弱，一般偏离角度为±10度，前向散射属于米氏散射。待测物直径越大，前向散射光越强。
基于上述原理，流式细胞仪的前向散射光和侧向散射光信号可以将人外周血中白细胞三群(淋巴细胞、单核细胞和粒细胞)分开，因为它们的大小(即直径)和内部复杂程度有区别，具体为淋巴细胞直径最小(大淋巴细胞直径一般12-15微米，小淋巴细胞直径一般6-9微米)，单核细胞和粒细胞直径相差不大一般为15-30微米，粒细胞内部最复杂，单核细胞次之，淋巴细胞内部最简单。
如图2所示，为人外周血裂解红细胞处理后剩余的白细胞在流式细胞仪上检测的前向散射光和侧向散射光分析图，图中，FSC-H为前向散射光，SSC-H为侧向散射光。
根据使用需求，荧光也可以设置为侧向散射光探测器，各长波通滤光片的相应波长和各带通滤光片的带通范围，也可根据需求选择设置。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.流式细胞仪光学装置，其特征在于，两个光通道：第一光通道和第二光通道，对称的设于流动池的两侧，激光源和前向散射光探测器分别设于流动池的另两侧；
所述光通道的入口端设置焦点为流动池的中点的非球面镜，出口端设置荧光收集组件：包括依次设于探测器前的聚焦透镜和带通滤光片；匹配第一光通道和第二光通道的带通滤光片分别为：第一带通滤光片和第二带通滤光片，且第一带通滤光片和第二带通滤光片的带通范围不同；
于前向散射光探测器与流动池之间，设置导传散射光的第一透镜组：包括收集透镜和聚焦透镜，收集透镜的焦点为流动池的中点；且于收集透镜和流动池之间的主光轴上，设置挡光条。
2.根据权利要求1所述的流式细胞仪光学装置，其特征在于，于激光源和流动池之间，设置导传激光的第二透镜组：包括准直非球面镜和柱面镜。
3.根据权利要求2所述的流式细胞仪光学装置，其特征在于，所述准直非球面镜设于激光源前端，激光通过置于准直非球面镜和柱面镜之间反射镜，折向柱面镜。
4.根据权利要求1所述的流式细胞仪光学装置，其特征在于，所述第一光通道的中部，侧接第三光通道，接口处设置入射角为45度的长波通滤光片；
第三光通道的出口端设置荧光收集组件，包括第三带通滤光片。
5.根据权利要求4所述的流式细胞仪光学装置，其特征在于，所述第三带通滤光片的带通范围与第一带通滤光片、第二带通滤光片的带通范围均不同。
6.根据权利要求4所述的流式细胞仪光学装置，其特征在于，所述第三光通道的中部，侧接第五光通道，接口处设置入射角为45度的长波通滤光片；
第五光通道的出口端设置荧光收集组件，包括第五带通滤光片。
7.根据权利要求1所述的流式细胞仪光学装置，其特征在于，所述第二光通道的中部，侧接第四光通道，接口处设置入射角为45度的长波通滤光片；
第四光通道的出口端设置荧光收集组件，包括第四带通滤光片。
8.根据权利要求7所述的流式细胞仪光学装置，其特征在于，所述第四带通滤光片的带通范围与第一带通滤光片、第二带通滤光片的带通范围均不同。
9.根据权利要求7所述的流式细胞仪光学装置，其特征在于，所述第四光通道的中部，侧接第六光通道，接口处设置入射角为45度的长波通滤光片；
第六光通道的出口端设置荧光收集组件，包括第六带通滤光片。
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