CN215299777U - 一种具有硅光电倍增管的流式荧光点阵仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有硅光电倍增管的流式荧光点阵仪，包括基板；第一激光器，所述第一激光器固定安装于所述基板的表面；扩束透镜及安装座，所述扩束透镜及安装座固定安装于所述基板的表面；第一聚焦镜及安装座，所述第一聚焦镜及安装座固定安装于所述基板的表面，涉及硅光电倍增管技术领域。该具有硅光电倍增管的流式荧光点阵仪，通过将硅光电倍增管用于流式荧光技术中替代光电倍增管，达到解决光电倍增管缺陷的目的，硅光电倍增管作为新型的弱光感应的光电转换器件，其体积小、增益高、响应快、成本低，同时硅光电倍增管模块具有温度补偿功能，不易受温度影响，较低的工作电压区别于光电倍增管千伏级的高压，配置电路简单，安全可靠。

Description

一种具有硅光电倍增管的流式荧光点阵仪

技术领域

本实用新型涉及流式荧光点阵仪技术领域，具体为一种具有硅光电倍增管的流式荧光点阵仪。

背景技术

流式荧光技术是基于编码微球和流式技术的一种临床应用型的高通量发光检测技术，又被称为液态芯片、悬浮阵列等。该项技术是继生物芯片技术、化学发光技术之后的新一代高通量分子诊断技术平台，是临床诊断领域及生命科学研究中的一大热点。

以目前F4K流式荧光为例，仪器检测平台中包含一种直径5.6μm的聚苯乙烯微球，其被两种光谱特性不同的荧光染料染色。通过激光器激发微球上的荧光染料产生荧光，由于荧光光强极低，所有要用PMT光电倍增管进行采集，光电倍增管是真空器件制作工艺复杂成本较高，同时易受电磁干扰和温度影响

实用新型内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种具有硅光电倍增管的流式荧光点阵仪，解决了光电倍增管是真空器件制作工艺复杂成本较高，同时易受电磁干扰和温度影响的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种具有硅光电倍增管的流式荧光点阵仪，包括

基板；

第一激光器，所述第一激光器固定安装于所述基板的表面；

扩束透镜及安装座，所述扩束透镜及安装座固定安装于所述基板的表面；

第一聚焦镜及安装座，所述第一聚焦镜及安装座固定安装于所述基板的表面；

第二聚焦镜及安装座，所述第二聚焦镜及安装座固定安装于所述基板的表面；

第一二项色镜及安装座，所述第一二项色镜及安装座固定安装于所述基板的表面；

光电倍增管，所述光电倍增管固定安装于所述基板的表面；

鞘流池及安装座，所述鞘流池及安装座固定安装于所述基板的表面；

光电二极管及安装座，所述光电二极管及安装座固定安装于所述基板的表面；

收集透镜及安装座，所述收集透镜及安装座固定安装于所述基板的表面；

第一硅光电倍增管安装座，所述第一硅光电倍增管安装座固定安装于所述基板的表面；

第二硅光电倍增管安装座，所述第二硅光电倍增管安装座固定安装于所述基板的表面；

硅光电倍增管，所述硅光电倍增管固定安装于所述基板的表面；

第二激光器，所述第二激光器固定安装于所述基板的表面；

第二二项色镜及安装座，所述第二二项色镜及安装座固定安装于所述基板的表面。

进一步的，所述硅光电倍增管包括高压温补电源、温度传感器、SIPM传感芯片和高速跨阻放大器。

进一步的，所述高压温补电源分别与温度传感器和SIPM传感芯片电性连接，所述SIPM传感芯片与高速跨阻放大器电性连接。

进一步的，所述第一激光器、扩束透镜及安装座和第一聚焦镜及安装座相适配。

进一步的，所述光电二极管及安装座和收集透镜及安装座相适配。

进一步的，所述硅光电倍增管与第二激光器相适配。

(三)有益效果

本实用新型具有以下有益效果：

该具有硅光电倍增管的流式荧光点阵仪，通过将硅光电倍增管用于流式荧光技术中替代光电倍增管，达到解决光电倍增管缺陷的目的，硅光电倍增管作为新型的弱光感应的光电转换器件，其体积小、增益高、响应快、成本低，同时硅光电倍增管模块具有温度补偿功能，不易受温度影响，较低的工作电压区别于光电倍增管千伏级的高压，配置电路简单，安全可靠；较小的体积，仅为光电倍增管的1/10；具有从近紫外到近红外的光谱响应范围；快速响应能力和出色的时间分辨率；较高的光子探测效率；能够抵抗高强度机械冲击；耐受强光不会出现感光面老化，硅光电倍增管对磁场的不敏感性，能更好应对日趋复杂的电磁环境，如未来的5G网络电磁波，硅光电倍增管采用硅芯片生产工艺有利于大批量制造，保证供货稳定，更适合大批量使用。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型硅光电倍增管的结构原理图。

图中，1-基板、2-第一激光器、3-扩束透镜及安装座、4-第一聚焦镜及安装座、5-第二聚焦镜及安装座、6-第一二项色镜及安装座、7-光电倍增管、8-鞘流池及安装座、9-光电二极管及安装座、10-收集透镜及安装座、11-第一硅光电倍增管安装座、12-第二硅光电倍增管安装座、13-硅光电倍增管、131-高压温补电源、132-温度传感器、133-SIPM传感芯片、134-高速跨阻放大器、14-第二激光器、15-第二二项色镜及安装座。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，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组件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。

请参阅图1-2，本实用新型实施例提供一种技术方案：一种具有硅光电倍增管的流式荧光点阵仪，包括

基板1；

第一激光器2，所述第一激光器2固定安装于所述基板1的表面；

扩束透镜及安装座3，所述扩束透镜及安装座3固定安装于所述基板1的表面；

第一聚焦镜及安装座4，所述第一聚焦镜及安装座4固定安装于所述基板1的表面；

第二聚焦镜及安装座5，所述第二聚焦镜及安装座5固定安装于所述基板1的表面；

第一二项色镜及安装座6，所述第一二项色镜及安装座6固定安装于所述基板1的表面；

光电倍增管7，所述光电倍增管7固定安装于所述基板1的表面；

鞘流池及安装座8，所述鞘流池及安装座8固定安装于所述基板1的表面；

光电二极管及安装座9，所述光电二极管及安装座9固定安装于所述基板1的表面；

收集透镜及安装座10，所述收集透镜及安装座10固定安装于所述基板1的表面；

第一硅光电倍增管安装座11，所述第一硅光电倍增管安装座11固定安装于所述基板1的表面；

第二硅光电倍增管安装座12，所述第二硅光电倍增管安装座12固定安装于所述基板1的表面；

硅光电倍增管13，所述硅光电倍增管13固定安装于所述基板1的表面；

第二激光器14，所述第二激光器14固定安装于所述基板1的表面；

第二二项色镜及安装座15，所述第二二项色镜及安装座15固定安装于所述基板1的表面。

流式荧原理：激光器经过透镜产生特定激光入射到鞘流池，激光与流过鞘流池中染有荧光染料的微球相遇，荧光染料受激产生荧光，荧光被侧边的收集透镜收集，经过滤光片过滤后入射到光电倍增管，光电倍增产生电信号，通过电路采集电信号传送到电脑分析荧光成分。

硅光电倍增管由工作在盖革模式下的APD(G-APD)微元阵列组成当光子入射硅光电倍增管时，由于雪崩效应，这些微元迅速雪崩导通，并在电场的加速下形成电流。由于雪崩效应的放大作用，硅光电倍增管的增益通常能达到10^5～10^6，与光电倍增管相当；雪崩效应是指硅光电倍增管的反向偏压大于其击穿电压的工作状态。如果加到PN结两端的反向偏压能够使PN结的耗尽层内产生足够强的电场，则在耗尽层内产生的载流子就会在电场的作用下获得足够大的动能，这样载流子便有一定的概率能与其它的硅原子发生碰撞电离，并产生新的电子-空穴对，这样的过程不断地持续下去，就会使载流子的数目急剧增加，这一过程称为雪崩倍增过程。

雪崩倍增过程一旦开始，就会一直持续下去。通常的做法是加入一个与雪崩光电二极管相串联的淬灭电阻进行分压来实现降低耗尽层内的电场强度的目的，流过淬灭电阻的电流会在淬灭电阻两端产生电压降，从而导致二极管内PN结两端的电压也会随之急剧降低，进而导致耗尽层内电场强度迅速减弱，达到停止雪崩的作用，这个过程叫做淬灭。

完成淬灭之后，淬灭电阻两端的电压降消失，PN结两端的电压又达到外加偏压的水平，雪崩光电二极管恢复到对光敏感的状态，准备接收下一个光子，并重复以上过程。

所述硅光电倍增管13包括高压温补电源131、温度传感器132、SIPM传感芯片133和高速跨阻放大器134。

所述高压温补电源131分别与温度传感器132和SIPM传感芯片133电性连接，所述SIPM传感芯片133与高速跨阻放大器134电性连接。

所述第一激光器2、扩束透镜及安装座3和第一聚焦镜及安装座4相适配。

所述光电二极管及安装座9和收集透镜及安装座10相适配。

所述硅光电倍增管13与第二激光器14相适配。

工作过程温度传感器测量SiPM传感芯片133当前的温度给温度传感器132，温度传感器132根据温度信号调整电压输出，保证SiPM传感芯片133具有在不同工作温度下的稳定增益，SiPM传感芯片133输出光电流经高速跨阻放大器变成电压信号供后面电路采集信号。

测试验证：采用28项两维分类编码微球，对硅光电倍增管进行测试，发现未补偿前数据X维度的探测器响应存在非线性，造成右上角的微球分辨偏移无法落在对应圈内，就无法识别编码微球造成数据失效或错误，实验数据变通过非线性补偿算法将硅光电倍增管获得的原始数据经过非线性补偿计算，得到的新值满足系统要求的线性范围，可以替换光电倍增管，硅光电倍增管的应用，使得原来使用价格昂贵工艺复杂的真空光电倍增管得到替代，大大降低了系统成本。经过误差补偿使传感器的缺陷得到弥补，从而在流式荧光应用中发挥极大作用。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种具有硅光电倍增管的流式荧光点阵仪，其特征在于：包括

基板(1)；

第一激光器(2)，所述第一激光器(2)固定安装于所述基板(1)的表面；

扩束透镜及安装座(3)，所述扩束透镜及安装座(3)固定安装于所述基板(1)的表面；

第一聚焦镜及安装座(4)，所述第一聚焦镜及安装座(4)固定安装于所述基板(1)的表面；

第二聚焦镜及安装座(5)，所述第二聚焦镜及安装座(5)固定安装于所述基板(1)的表面；

第一二项色镜及安装座(6)，所述第一二项色镜及安装座(6)固定安装于所述基板(1)的表面；

光电倍增管(7)，所述光电倍增管(7)固定安装于所述基板(1)的表面；

鞘流池及安装座(8)，所述鞘流池及安装座(8)固定安装于所述基板(1)的表面；

光电二极管及安装座(9)，所述光电二极管及安装座(9)固定安装于所述基板(1)的表面；

收集透镜及安装座(10)，所述收集透镜及安装座(10)固定安装于所述基板(1)的表面；

第一硅光电倍增管安装座(11)，所述第一硅光电倍增管安装座(11)固定安装于所述基板(1)的表面；

第二硅光电倍增管安装座(12)，所述第二硅光电倍增管安装座(12)固定安装于所述基板(1)的表面；

硅光电倍增管(13)，所述硅光电倍增管(13)固定安装于所述基板(1)的表面；

第二激光器(14)，所述第二激光器(14)固定安装于所述基板(1)的表面；

第二二项色镜及安装座(15)，所述第二二项色镜及安装座(15)固定安装于所述基板(1)的表面。

2.根据权利要求1所述的一种具有硅光电倍增管的流式荧光点阵仪，其特征在于：所述硅光电倍增管(13)包括高压温补电源(131)、温度传感器(132)、SIPM传感芯片(133)和高速跨阻放大器(134)。

3.根据权利要求2所述的一种具有硅光电倍增管的流式荧光点阵仪，其特征在于：所述高压温补电源(131)分别与温度传感器(132)和SIPM传感芯片(133)电性连接，所述SIPM传感芯片(133)与高速跨阻放大器(134)电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种具有硅光电倍增管的流式荧光点阵仪，其特征在于：所述第一激光器(2)、扩束透镜及安装座(3)和第一聚焦镜及安装座(4)相适配。

5.根据权利要求1所述的一种具有硅光电倍增管的流式荧光点阵仪，其特征在于：所述光电二极管及安装座(9)和收集透镜及安装座(10)相适配。

6.根据权利要求1所述的一种具有硅光电倍增管的流式荧光点阵仪，其特征在于：所述硅光电倍增管(13)与第二激光器(14)相适配。

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