KR102547788B1 - 플로우 사이토미터 및 그 레이저 광학 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

혈액 분석기의 플로우 사이토미터는 횡-전기(TE, transverse-Electric) 레이저 다이오드, 플로우 셀, 사분파장판(QWP, quarter wave plate), 복수의 렌즈 및 측방 산란 검출기를 포함한다. TE 레이저 다이오드는 광축을 따라 레이저 빔을 출력하도록 구성되며 약 16도에서 약 25도의 고속 축 반값전폭(FWHM) 발산을 갖는다. QWP는 TE 레이저 다이오드와 플로우 셀 사이의 광축을 따라 배치되고 레이저 빔을 원형 편광화하도록 구성된다. 복수의 렌즈는 TE 레이저 다이오드와 플로우 셀 사이에 배치되고 플로우 셀에서 레이저 빔의 초점을 맞추도록 구성된다.

Description

플로우 사이토미터 및 그 레이저 광학 어셈블리
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2020년 6월 17일에 출원된 미국 가출원 제63/040,035호의 이익 및 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 여기에 참조로 통합된다.
본 개시는 플로우 사이토미터(flow cytometer)에 관한 것으로, 특히, 예를 들어, 혈액학 또는 혈액 분석기용의 플로우 사이토미터, 및 플로우 사이토미터용 레이저 광학 어셈블리에 관한 것이다.
플로우 사이토미터는 일반적으로 상대적으로 좁은 샘플 코어 스트림을 통과하기 위해 레이저 빔을 필요로 하여 샘플 코어 스트림을 통해 유동하는 입자가 레이저 빔에 의해 조명되어 입자의 굴절률, 크기, 형상, 및 기타 특성에 따라 레이저 광을 흡수하고 산란시킨다. 각 입자에 대해, 흡수 및 산란된 빛의 강도가 측정된다. 흡수 및 산란 측정은 입자 유형 및 입자 특성을 식별하고 정량화하는데 사용된다. 보다 최근에는, 비행 시간(TOF, time-of-flight) 측정이 입자 유형 및/또는 특성을 결정하기 위해 추가적으로 또는 대안적으로 활용되었다.
플로우 사이토미터에서, 코어 스트림 유동에 평행한 빔의 양질의 가우시안 공간 강도 프로파일(Gaussian spatial intensity profile)을 유지하는 것이 중요하다. 이 경우, 입자가 프로파일을 통해 유동함에 따라, 검출된 산란광 또한 강도 프로파일을 일시적으로 가질 것이고, 검출된 산란 신호는 입자가 빔의 가우시안 강도 프로파일로 유동함에 따라 증가하고, 빔의 공간 강도 최대값에서 최대화되고, 그런 다음 입자가 빔의 가우시안 강도 프로파일 밖으로 유동함에 따라 감소한다.
프로파일 강도 로브, 예를 들어, 숄더 또는 가우시안 피크 근처의 상대적으로 작은 피크는, 큰 입자가 빔을 통해 유동하는 경우 작은 입자로 오인될 수 있기 때문에 바람직하지 않다. 가우시안 피크의 양측 상의 작은 피크 또는 숄더를 무시함으로써 로브의 영향을 완화할 수 있지만, 이는 로브와 동시에 발생하는 의미 있는 정보가 손실될 수 있으므로 최적의 솔루션이 아니다.
일부 플로우 사이토미터의 다른 관심은, 일부 또는 모든 입자 유형에 대해 측정된 TOF를 신뢰할 수 있는 입자 구분자로 사용될 수 있도록 가우시안 강도 프로파일의 폭을 설정하는 것이다. 폭이 너무 크면, 작은 입자에 대한 해상도가 손실된다.
본 개시는: 프로파일 강도 로브를 제거하거나, 로브를 작거나 무시할 수 있는 강도, 예를 들어, 메인 가우시안 피크의 강도의 최대 7%로 감소시키고; 우수한 비행 시간(TOF) 기능을 제공하고; 예를 들어, 30도 이하의 비교적 낮은 전방 각도(레이저 빔의 광축에 대해), 및 예를 들어, 50도 내지 120도의 비교적 높은 측방 각도(레이저 빔의 광축에 대해)에서 산란된 광의 검출을 가능하게 하고; 및 비편광 및 편광된 산란광 모두에 대해 전방 및 측방 산란 모두에 우수한 감도를 제공하는, 플로우 사이토미터 및 그 레이저 광학 어셈블리를 제공한다.
본 개시의 상기 및 기타 측면 및 특징은 아래에서 상세히 설명된다. 일관된 범위에서, 여기서 설명된 임의의 측면 및 특징은, 이러한 측면 및 특징이 여기 아래에서 함께 또는 개별적으로 설명되는지 여부에 관계 없이, 여기서 설명된 임의의 다른 측면 및 특징과 함께 또는 없이 이용될 수 있다.
본 개시의 측면에 따라 제공되는 것은 횡-전기(TE, transverse-electric) 레이저 다이오드, 플로우 셀, 사분파장판(QWP, quarter wave plate), 복수의 렌즈, 및 측방 산란 검출기를 포함하는 혈액 분석기의 플로우 사이토미터이다. TE 레이저 다이오드는 광축을 따라 레이저 빔을 출력하도록 구성된다. 레이저 빔은 약 16도 내지 약 25도의 고속 축 반값전폭(FWHM, full width at half maximum) 발산을 갖는다. QWP는 TE 레이저 다이오드와 플로우 셀 사이에 광축을 따라 배치되고, 레이저 빔이 통과함에 따라 레이저 빔을 원형 편광화하도록 구성된다. 복수의 렌즈는 TE 레이저 다이오드와 플로우 셀 사이에 배치된다. 렌즈는 플로우 셀에서 레이저 빔의 초점을 맞추도록 협력한다. 측방 산란 검출기는 광축에 대해 약 50도 내지 약 120도의 각도에서 플로우 셀로부터 측방 산란광을 검출하도록 구성된다.
본 개시의 일 측면에서, 적어도 하나의 전방 산란 검출기가 제공된다. 일 측면에서, 적어도 두개의 전방 산란 검출기, 예를 들어, 하나 이상의 고각 전방 산란 검출기(FSH), 및 저각 전방 산란 검출기(FSL)가 제공된다. 소멸 센서(extinction sensor)가 추가적으로 또는 대안적으로 제공될 수 있다. 적어도 하나의 전방 산란 검출기, 예를 들어, 하나 이상의 FSH는 광축에 대해 약 30도 미만의 각도에서 플로우 셀로부터 전방 산란광을 검출하도록 구성될 수 있다. 이러한 측면에서, 적어도 하나의 전방 산란 검출기는 광축에 대해 약 11.5도 내지 약 15.5도의 각도에서 플로우 셀로부터 전방 산란광을 검출하도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 전방 산란 검출기, 예를 들어, FSL은 광축에 대해 약 2.0도 내지 약 2.4도의 각도에서 플로우 셀로부터 전방 산란광을 검출하도록 구성될 수 있다.
본 개시의 다른 측면에서 코어 스트림의 중심에 정점이 있는 레이저 빔 중심에 대한 측방 산란 검출 각도는 강한 측방 산란 신호를 제공하기 위해 78도에 집중된다. 산란 강도는, 예를 들어 광축에 대해 약 67도 내지 약 89도에 대응하는 원형 렌즈 개구를 통해 검출 가능하다. 최대 개구 폭은 약 78도에서 발생할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 플로우 셀로부터의 측방 산란 광 강도는 광축에 대해 약 50도 내지 약 120도의 각도 범위에서 측방 산란 검출기에 의해 검출될 수 있다. 이는 예를 들어, 그 전체 내용이 여기에 참조로 포함된 미국 특허 제6,618,143호에 상세히 설명된 것과 같은 수집 또는 초점 렌즈 없이 높은 개구수 검출기를 사용함으로써 달성될 수 있다.
본 개시의 또 다른 측면에서, QWP는 QWP 상의 레이저 빔의 중심 입사각이 약 7도 이하가 되도록 TE 레이저 다이오드에 대해 위치된다.
본 개시의 또 다른 측면에서, QWP의 복굴절 축(birefringent axes)은, 레이저 빔을 오른손 방향 또는 왼손 방향으로 원형 편광화하도록, 레이저 빔의 편광축에 대하여 광축을 중심으로 ±45도 회전된다.
본 개시의 또 다른 측면에서, 복수의 렌즈는 레이저 다이오드와 QWP 사이에 배치되는 콜리메이팅 렌즈, 및 QWP와 플로우 셀 사이에 배치되는 대물 렌즈를 포함한다. 이러한 측면에서, 복수의 렌즈는 콜리메이팅 렌즈(collimating lens)와 대물 렌즈 사이에 배치되는 양의 실린더리컬(positive cylindrical lens) 렌즈 및 음의 실린더리컬(negative cylindrical lens) 렌즈를 더 포함할 수 있다.
본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 플로우 셀 내의 코어 스트림에서, 상기 레이저 빔은 상기 코어 스트림의 유동 방향에 평행한 방향으로 약 6.7μm 내지 약 9μm의 빔 웨이스트 1/e2 직경(beam waist 1/e2 diameter)을 형성하고 및/또는 유동 셀의 유동 방향에 수직인 방향으로 약 140μm 내지 약 210μm의 빔 1/e2 직경을 형성하는 플로우 사이토미터.
본 개시의 또 다른 측면에서, TE 레이저 다이오드는 적어도 10mW의 전력을 출력하도록 구성된다. 추가적으로 또는 대안적으로, TE 레이저 다이오드는 적어도 20mW의 전력을 출력하도록 구성된다.
본 개시에 따라 제공되는 망상 적혈구 및 과립 백혈구 검출 방법은, 망상 적혈구 또는 과립 백혈구 중 적어도 하나를 포함하는 혈액 샘플을, 시스 유체(sheath fluid)와 함께, 플로우 셀을 통해 유동시키는 단계; 횡-전기(TE) 레이저 다이오드로부터 광축을 따라 레이저 빔을 방출하는 단계로서, 레이저 빔은 약 16도 내지 약 25도의 고속 축 반값전폭(FWHM) 발산을 갖는 단계; 레이저 빔이 통과함에 따라 레이저 빔을 원형 편광화하도록, TE 레이저 다이오드와 플로우 셀 사이의 광축을 따라 배치되는 사분파장판(QWP)을 통해 레이저 빔을 통과시키는 단계; 플로우 셀에서 레이저 빔의 초점을 맞추기 위해 TE 레이저 다이오드와 플로우 셀 사이에 배치되는 복수의 렌즈를 통해 레이저 빔을 통과시키는 단계; 및 광축에 대해 약 50도 내지 약 120도의 각도에서 플로우 셀로부터 측방 산란광을 검출하는 단계를 포함한다.
본 개시의 일 측면에서, 방법은 광축에 대해 약 30도 미만의 각도에서 플로우 셀로부터 산란광을 검출하는 단계를 더 포함한다. 이러한 측면에서, 플로우 셀로부터의 전방 산란광은 광축에 대해 약 11.5도 내지 약 15.5의 각도에서 검출될 수 있다. 적어도 하나의 전방 산란 검출기, 예를 들어 상술된 각도에서 검출하기 위한 하나 이상의 고각 전방 산란 검출기(FSH)가 이용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 낮은 각도, 예를 들어, 광축에 대해 약 2.0도 내지 약 2.4도의 각도에서 산란된 광을 검출하기 위해 저각 전방 산란 검출기(FSL)가 제공될 수 있다. 소멸 센서가 추가적으로 또는 대안적으로 제공될 수 있다.
본 개시의 또 다른 측면에서, 레이저 빔 중심에 대한 측방 산란 검출 각도는 강한 측방 산란 신호를 제공하기 위해 78도에 집중된다. 산란 강도는, 일 측면에서, 광축에 대해 약 67도 내지 약 89도에 대응하는 원형 렌즈 개구를 통해 검출 가능하다. 추가적으로 또는 대안적으로, 플로우 셀로부터의 측방 산란 광 강도는 광축에 대해 약 50도 내지 약 120도의 각도 범위에서 측방 산란 검출기에 의해 검출될 수 있다. 이는 예를 들어, 수집 또는 초점 렌즈 없이 높은 개구수 검출기를 사용함으로써 달성될 수 있다.
본 개시의 또 다른 측면에서, QWP를 통과하는 레이저 빔은 약 7도 이하인 QWP 상의 레이저 빔의 중심 입사각을 형성한다.
본 개시의 또 다른 측면에서, QWP를 통과하는 레이저 빔은 QWP에 의해 오른손 방향 또는 왼손 방향으로 원형 편광화된다.
본 개시의 또 다른 측면에서, 복수의 렌즈는 레이저 빔이 QWP를 통과하기 전에 콜리메이팅 렌즈를 통과하도록 위치된 콜리메이팅 렌즈를 포함한다. 이러한 측면에서, 복수의 렌즈는 레이저 빔이 QWP를 통과한 후에 대물 렌즈를 통과하도록 위치된 대물 렌즈를 더 포함할 수 있다.
본 개시의 또 다른 측면에서, 플로우 셀에서, 레이저 빔은 유동에 평행한 방향으로 약 6.7μm 내지 약 9μm의 빔 웨이스트 1/e2 직경을 형성하고 및/또는 유동에 수직인 방향으로 약 140μm 내지 약 210μm의 빔 1/e2 직경을 형성한다.
본 개시의 또 다른 측면에서, 레이저 빔을 방출하기 위한 TE 레이저 다이오드의 전력 출력은 적어도 10mW이고; 적어도 20mW이다.
현재 개시된 플로우 사이토미터 및 그 레이저 광학 어셈블리의 다양한 측면 및 특징은, 유사한 참조 부호가 유사하거나 동일한 요소를 식별하는 도면을 참조하여 여기서 설명된다.
도 1은, 본 개시에 따라 제공되는 플로우 사이토미터의 레이저 광학 장치, 플로우 셀, 및 센서를 포함하는 모듈의 사시도이고;
도 2는, 도 1의 모듈의 길이 방향 단면도이고;
도 3은, 도 1의 모듈의 레이저 광학 어셈블리의 사시, 부분 단면도이고;
도 4는, 선택된 대물 렌즈 초점 길이에서 빔 발산과 초점이 맞춰진 빔 직경 1/e2 웨이스트 사이의 관계를 설명하는 표이고; 및
도 5는, 지정된 초점 길이 및 유효경(clear aperture) 직경을 갖는 선택된 콜리메이팅 렌즈에 대한 렌즈의 유효경에서의 빔 발산과 상대적인 빔 강도 사이의 관계를 설명하는 표이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 개시는 레이저 광학 장치, 플로우 셀, 및 센서를 포함하는, 일반적으로 참조 부호 10에 의해 식별되는 것으로 보여지는 모듈을 포함하는 예를 들어, 혈액학 또는 혈액 분석기의, 플로우 사이토미터를 제공한다. 모듈(10)은 일반적으로 장착 플랫폼(100), 장착 플랫폼(100)에 고정되는 레이저 광학 어셈블리(200), 장착 플랫폼(100)에 고정되고 레이저 광학 어셈블리(200)에 대해 작동 가능하게 위치되는 플로우 셀 어셈블리(300), 및 장착 플랫폼(100)에 고정되고 전방 및 측방 산란 검출 모두를 위해 레이저 광학 어셈블리(200) 및 플로우 셀 어셈블리(300)에 작동 가능하게 위치되는 센서 어셈블리(400)를 포함한다. 여기서 명시적으로 설명하지 않거나 모순되지 않는 모듈(10)의 추가 기능은 2019년 3월 28일에 출원된, 발명의 명칭 "플로우 사이토미터, 그 레이저 광학 어셈블리, 및 그 어셈블링 방법(FLOW CYTOMETER, LASER OPTICS ASSEMBLY THEREOF, AND METHODS OF ASSEMBLING THE SAME)"의 미국 특허 출원 공개 제2019/0302391에서 찾아볼 수 있으며, 이는 여기에 참조로 통합된다.
비록 도시되지 않았지만, 플로우 사이토미터는, 모듈(10)에 더하여, 예를 들어, 플로우 사이토미터의 내부 작동 가능 구성 요소를 둘러싸는 외부 하우징, 모듈(10)을 제어하고 그로부터 수신된 테스트 결과를 처리하도록 구성된 전자 모듈, 테스팅될 샘플을 수신하도록 구성된 샘플 수신 모듈, 플로우 셀 어셈블리(300)에 샘플 및 시스 유체를 펌핑하도록 구성되는 펌프 모듈, 테스팅 후 샘플 및 시스 유체의 안전한 수집을 가능하게 하도록 구성된 폐기물 모듈, 및 사용자로부터 입력 정보를 수신하고 사용자에게 정보를 디스플레이하는 사용자 인터페이스 모듈을 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 본 개시의 플로우 사이토미터의 모듈(10)과 함께 사용하기 위한 임의의 다른 적합한 모듈, 구성 요소, 및/또는 특징이 또한 고려된다.
위에서 언급된 바와 같이, 모듈(10)의 장착 플랫폼(100)은 레이저 광학 어셈블리(200), 플로우 셀 어셈블리(300) 및 센서 어셈블리(400)의 서로의 상대 위치와 장착 플랫폼(100)의 상대 위치를 유지하기 위해 예를 들어, 볼트 및/또는 임의의 다른 적절한 고정 구조를 사용하여 그 위에 이들 어셈블리(200 내지 400)를 장착할 수 있게 한다.
레이저 광학 어셈블리(200)는 아래에서 더 상세히 설명된다.
계속하여 도 1 및 도 2를 참조하면, 플로우 셀 어셈블리(300)는 샘플 유체를 노즐(320)로 전달하고 시스 유체를 입력부(310)로 전달하기 위해 하우징(330)에 의해 형성된 노즐(320)에 결합된 입력부(310), 노즐(320)의 하류에 연결되어 그로부터 샘플 및 시스 유체를 수용하는 플로우 셀(340), 및 테스팅 후 샘플 및 시스 유체를 적절한 수집 저장소로 향하게 하기 위해 플로우 셀(340)의 하류에 배치되는 출력부(350)를 포함한다. 플로우 셀 어셈블리(300)의 하우징(330)은, 장착 플랫폼(100)을 통해 형성되는 개구(120) 내에 안착되고,　플로우 셀(340)과 레이저 광학 어셈블리(200)의 실린더리컬 대물 렌즈(296) 사이에 규정된 거리를 유지하기 위해 복수의 볼트 또는 임의의 다른 적절한 방식 장착 플랫폼(100)에 고정된다.
센서 어셈블리(400)는 전방 산란 서브-어셈블리(410) 및 측방 산란 서브-어셈블리(420)를 포함한다. 전방 산란 서브-어셈블리(410)는 보드(412) 및 소멸 센서를 포함하는 센서 어레이(414), 전방 산란 저각(FSL) 센서, 및 예를 들어, 두개의 FSH 센서와 같은 하나 이상의 전방 산란 고각(FSH) 센서를 포함한다. 모듈(10), 그리고 보다 상세하게는, 아래에서 설명되는 그 레이저 광학 어셈블리(200)의 구성은, 전방 산란 서브-어셈블리(410)의 센서 어레이(414)가, 예를 들어, 레이저 빔의 광축에 대해 약 30도 이하의 비교적 낮은 각도에서 플로우 셀(340)로부터 전방 산란 광을 검출할 수 있게 한다. 실시예에서, 전방 광산란은 하나 이상의 FSH 센서를 사용하여 레이저 빔의 광축에 대해 약 11.5도 내지 약 15.5도 범위에서, 그리고 하나 이상의 FSL 센서를 사용하여 약 2.0도 내지 약 2.4도의 범위의 각도에서 검출된다. FSL 센서에서의 전방 산란 강도는 혈구의 크기에 대략 비례한다.
측방 산란 서브-어셈블리(420)는 렌즈 마운트(422), 렌즈 마운트(422) 내에 지지되는 렌즈(424), 및 측방 산란 센서 어레이(미도시)를 포함한다.　 모듈(10), 그리고 보다 상세하게는, 또한 아래에서 설명되는 바와 같은 그 레이저 광학 어셈블리(200)의 구성은, 측방 산란 서브-어셈블리(420)의 측방 산란 센서 어레이(미도시)가, 실시예에서, 레이저 빔의 광축에 대해 약 50도 내지 약 120도; 그리고 다른 실시예에서, 레이저 빔의 광축에 대해 약 65도 내지 약 91도의 각도에서 플로우 셀(340)로부터 측방 산란광을 검출할 수 있게 한다. 측방 산란광에 대한 최대 감도는 광축에 대해 약 78도일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적인 실시예에서, 산란 강도는 광축에 대해 약 67도 내지 89도의 각도에 대응하는 원형 렌즈 개구를 통해 검출 가능하다. 최대 개구 폭은 약 78도에서 발생할 수 있으므로, 동일한 개구가 등거리에 배치되나 최대 폭이 90도와 같은 더 높은 각도에서 발생하는 경우보다 측방 산란광에 더 많은 감도를 제공한다. 측방 산란 강도는 혈구의 굴절률과 내부 복잡도에 대략 비례한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 레이저 광학 어셈블리(200)는 클램프 서브-어셈블리(210), 콜리메이션 서브-어셈블리(230), 및 복수의 렌즈 서브-어셈블리(270, 280, 280)을 포함한다. 클램프 서브-어셈블리(210)는 레이저 광학 어셈블리(200)가 장착 플랫폼(100)에 견고하게 볼트 고정될 수 있도록 그를 통해 형성된 개구를 포함하는 대향 측면을 따라 적어도 한 쌍의 피트(feet)(214)를 형성하는 베이스 플레이트(212)를 포함한다. 베이스 플레이트(212)는 피트(214) 사이에서 베이스 플레이트(212)를 따라 연장되는 대체로 실린더리컬한 배럴(218)을 더 형성한다. 배럴(218)은, 배럴(218)의 길이를 따라 정렬된 제1, 제2, 제3, 및 제4 챔버(219, 221, 223, 225)를 형성한다. 챔버(219, 221, 223, 225)는 그 안에 각각, 콜리메이션 서브-어셈블리(230) 및 렌즈 서브-어셈블리(270, 280, 280)를 수용하도록 구성된다. 클램프 서브-어셈블리(210)는, 각각 그리고 서로에 대해 콜리메이션 서브-어셈블리(230) 및 렌즈 서브-어셈블리(270, 280, 280)를 챔버(219, 221, 223, 225) 내에 둘러싸고 고정하도록 베이스 플레이트(212) 상에 견고하게 볼트 고정되도록 구성되는 커버 플레이트(220, 222, 224, 226)를 더 포함한다.
특히 도 2 및 도 3을 참조하면, 콜리메이션 서브-어셈블리(230)는 서로 작동 가능하게 결합되고 콜리메이션 서브-어셈블리(230)의 콜리메이팅 렌즈(238)를　콜리메이션 서브-어셈블리(230)의 레이저 다이오드(240)에 대한 위치에 유지하도록 구성된 지지 디스크(232), 지지 허브(234), 인서트(236), 및 스프링 와셔(237)를 포함한다.
레이저 다이오드(240)는 횡-전기(TE) 레이저 다이오드이고, 따라서, 방출된 레이저 광의 편광축은 고속 또는 보다 발산 축에 수직이다. 고속 또는 보다 발산 축은, 실시예에서, 약 16도 내지 약 25도; 다른 실시예에서, 약 20도 내지 약 23도; 또 다른 실시예에서, 약 21도 내지 약 22도의 반값전폭(FWHM) 발산을 가진다.
횡-자기(TM, transverse magnetic) 레이저 다이오드 대신에 횡-전기(TE) 레이저 다이오드가 이용된다는 점에 유의하여야 하는데, 이는 TM 레이저 다이오드가 일반적으로 더 큰 고속 축 발산을 가지기 때문이다. 이러한 큰 발산은 여러 문제를 일으킬 수 있다. 우선, 빔 클리핑(beam clipping)의 가능성이 높아지고, 결과적으로 로브가 커진다. 또한, 두가지 다른 절충안으로:　레이저 모듈이 더 길어지고, 온도 변화에 둔감해지기 어렵게 하는 큰 초점 길이 대물 렌즈가 필요하거나; 또는　광축을 따라 더 작은　실제 또는 겉보기 코어 스트림 시프트 둔감 범위와 예를 들어 더 큰 백혈구에 대한 비행 시간에 대한 더 낮은 감도를 모두 수용해야 한다.
그러나, 보상 없이, TE 레이저 다이오드를 사용하면, 편광 측방 산란 검출에 대한 감도가 떨어지는 단점이 있다. 편광 측방 산란에 대한 우수한 감도는 특히 망상 적혈구 및 과립 백혈구 식별과 관련 있다. 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, 레이저 광학 어셈블리(200)의 다른 구성 특징과 함께 사분파장판(277)의 사용은, 아래에서 또한 설명되는 바와 같이, 편광 측방 산란광에 대한 우수한 감도를 제공하도록 TE 레이저 다이오드(240)의 이 단점을 보상한다.
레이저 다이오드(240)는 실시예에서, 적어도 약 10mW, 다른 실시예에서, 적어도 약 20mW, 그리고 또 다른 실시예에서, 적어도 40mW의 전력을 포함한다. 10mW 내지 40mW, 또는 20mW 내지 40mW의 전력 또한 고려된다. 레이저 다이오드(240)는 전력 및 제어 전자 장치(미도시)에 연결할 수 있는 적절한 전기 커넥터를 포함한다. 레이저 다이오드(240)는 실시예에서, 약 630nm 내지 665nm 범위의 파장을; 다른 실시예에서, 약 635nm 내지 650nm 범위의 파장을; 또 다른 실시예에서, 레이저 다이오드(240)는 약 640nm의 공칭 파장을 갖는 적색광을 방출하도록 구성될 수 있다. 실시예에서, 레이저 다이오드(240)는 일본 도쿄의 USHIO OPTO SEMICONDUCTORS, INC.로부터 입수 가능한 HL6363MG-A 레이저 다이오드이다.
도 2 및 도 3을 계속하여 참조하면, 레이저 다이오드(240)는 지지 디스크(232) 내에 고정되도록 구성된다. 지지 디스크(232)는, 그 내부에 나사 결합으로 인서트(236)를 수용하는 지지 허브(234)에 예를 들어 볼트 고정과 같이 고정되도록 구성된다. 콜리메이팅 렌즈(238)는 지지 허브(234) 내에 배치되고, 지지 디스크(232)와 지지 허브(234) 사이, 및 인서트(236)와 지지 허브(234) 사이 결합을 통해 인서트(236)와 지지 디스크(232) 사이에 고정된 위치로 유지된다. 스프링 와셔(237)는, 그 사이 장력을 유지하도록　인서트(236)와 지지 디스크(232) 사이에 위치하여, 다양한 고정 구성 요소 사이의 유격을 제거한다.
콜리메이션 서브-어셈블리(230)의 다양한 구성 요소의 상술된 결합은, 콜리메이팅 렌즈(238) 및 레이저 다이오드(240)의 서로에 대한 수평, 수직, 및 축 정렬을 고정시켜,　레이저 다이오드(240)로부터 방출된 빔이 모두 잘 콜리메이팅되고, 지지 허브(234)와 동축 방향을 가리키도록 한다. 콜리메이션 서브-어셈블리(230)는　클램프 서브-어셈블리(210)의 베이스 플레이트(212)의 배럴(218)의 제1 챔버(219) 내에　콜리메이션 서브-어셈블리(230)의 지지 허브(234)를 안착하고, 지지 허브(234)에 대해 커버 플레이트(220)를 위치시키고, 예를 들어 볼트를 통해 지지 허브(234)의 어느 한 측면 상에 커버 플레이트(220)를 베이스 플레이트(212)와 결합시키는 것을 통해 클램프 서브-어셈블리(210) 상에 조립된다.
여전히 도 2 및 도 3을 참조하여, 상술된 바와 같이, 레이저 광학 어셈블리(200)는 세개의 렌즈 서브-어셈블리(270, 280, 280)를 포함한다. 각각의 렌즈 서브-어셈블리(270, 280, 290)는, 그 안에 각각　렌즈(276, 286, 296)를 고정식으로 유지하도록 구성된, 각각의 렌즈 포켓(274, 284, 294)을 각각 형성하는 렌즈 크래들(272, 282, 292)을 포함한다.
렌즈 서브-어셈블리(270)의 렌즈 크래들(272)은 그 내부에 사분파장판(QWP)(277)을 고정식으로 유지하는 추가 렌즈 포켓(275)을 더 포함한다. 추가 렌즈 포켓(275)은, 포켓(275)으로의 QWP(277)의 길이 방향 삽입을 가능하게 하기 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 렌즈 크래들(272) 내에 형성된 확장된 단부 개구(278)를 통해, 및/또는 포켓(275)으로의 가로 방향 삽입을 가능하게 하기 위해, 도 3에 도시된 바와 같이 렌즈 크래들(272) 내에 형성된 슬롯(279)을 통해 접근 가능할 수 있다. 포켓(275) 내에 QWP(277)를 안착시키기 위한 다른 구성 또한 고려된다. 추가 렌즈 포켓(275)에 대한 대안으로서, QWP(277)는 렌즈(276)와 함께 렌즈 포켓(274) 내에 장착될 수 있다. QWP(277)는 콜리메이팅 렌즈(238) 반대편 렌즈(276)의 측면 상에 위치될 수 있거나, 렌즈(276)의 콜리메이팅 렌즈 측면 상에 위치될 수 있다. 다른 대안으로서, QWP(277)는 콜리메이션 서브-어셈블리(230) 내에 배치될 수 있고, 렌즈(276)와 같이 콜리메이팅 렌즈(238)의 동일한 측면(그리고, 따라서, 레이저 다이오드(240)의 반대 측면) 상에 위치될 수 있다. 임의의 상기 구성에서, 레이저 광학 어셈블리(200)는 QWP(277) 상의 레이저 빔의 중심 입사각이 약 7도 이하가 되도록 구성될 수 있다.
렌즈(276)는 양의 실린더리컬 렌즈로 구성되고, 렌즈 서브-어셈블리(270)의 일부로서, 베이스 플레이트(212)의 배럴(218)의 제2 챔버(221) 내에 위치되고 커버 플레이트(220, 222, 224, 226)를 통해 그 내부에 고정되도록 구성되어, 양의 실린더리컬 렌즈(276)가 콜리메이팅 렌즈(238)에 가장 가깝게 위치된다. 제2 커버 플레이트(222)는 또한 콜리메이팅 렌즈(238)와 비교할 때 양의 실린더리컬 렌즈(276)의 반대 측면(또는 위에서 언급된 것과 같은 임의의 다른 적절한 위치에) 상의 베이스 플레이트(212)의 배럴(218)의 제2 챔버(221) 내에 QWP(277)를 고정한다.
QWP(277)는, 도시된 구성에서, 베이스 플레이트(212)의 배럴(218)의 제2 챔버(221) 내에 위치되고 양의 실린더리컬 렌즈(276)와 함께 제2 커버 플레이트(222)를 통해 그 내부에 고정되는 복굴절 QWP이다. QWP(277)는 복굴절 축이 레이저 빔의 (TE) 편광축에 대해 레이저 빔 축을 중심으로 ±45도 회전하도록 배향된다. QWP(277)는, 그 평평하고 평행한 면에 수직이고 저속 정의된 축에 평행하게 편광된 QWP(277)를 가로지르는 레이저 빔이, 저속 축에 수직인 고속 정의된 축에 평행하게 편광된 빔보다 약 ¼ 파장 더 느리게 플레이트를 가로지를 수 있고, 따라서 빔의 원형 편광을 제공한다. QWP(277)의 저속 및 고속 축의 위치에 따라, QWP(277)로부터 나오는 라이트 빔은 오른손 또는 왼손 방향으로 원형 편광된다. 오른손 방향 또는 왼손 방향 편광 중 하나가 활용될 수 있다.
일부 구성에서, QWP(277) 및 렌즈(276)는 함께 결합되고, 예를 들어, QWP(277)가 렌즈(276)의 평면의 표면에 결합되고, 레이저 빔의 (TE) 편광축에 대해 QWP(277)의 복굴절 축의 상술된 배향을 유지하도록 위치된다. 이 구성에서, QWP(277)의 복굴절 축은 렌즈(276)의 실린더리컬 축에 대해 약 ±45도로 설정된다.　 QWP(277)와 렌즈(276) 사이의 정렬은 QWP의 저속 및 고속 축이 평면 볼록 양의 실린더리컬 렌즈(276)의 곡률의 축에 대해 ±45도로 배향되도록 보장하는 측정 및/또는 기점의 사용을 통해 달성 및 유지될 수 있다.
렌즈(286)는 음의 실린더리컬 렌즈로 구성되고, 렌즈 서브-어셈블리(280)의 일부로서, 베이스 플레이트(212)의 배럴(218)의 제3 챔버(223) 내에 위치되고, 제3 커버 플레이트(224)를 통해 그 내부에 고정되도록 구성되어, 음의 실린더리컬 렌즈(286)가　콜리메이션 서브-어셈블리(230)에 대해 반대 측면 상의　양의 실린더리컬 렌즈(276) 옆에 위치된다. 렌즈(296)는 실린더리컬 대물 렌즈로서 구성되고, 렌즈 서브-어셈블리(290)의 일부로서, 베이스 플레이트(212)의 배럴(218)의 제4 챔버(225) 내에 위치되고 제4 플레이트(226)를 통해 그 내부에 고정되도록 구성되어, 실린더리컬 대물 렌즈(296)가 양의 실린더리컬 렌즈(276)에 대해 반대 측면 상의 음의 실린더리컬 렌즈(286) 옆에 위치된다.
조립 동안, 콜리메이션 서브-어셈블리(230)가 설치되면, 렌즈 서브-어셈블리(290)는 그런 다음 챔버(225)에 삽입되고, 회전식으로 조정되며, 렌즈 서브-어셈블리(290)를 압축 하에서 베이스 플레이트(212)에 대한 위치에 고정하도록 커버 플레이트(226)를 통해 고정되어, 렌즈 서브-어셈블리(290)가 렌즈(296)와 콜리메이팅 렌즈(238)의 초점 길이의 합과 대략 동일한 콜리메이팅 렌즈(238)로부터의 거리에 설치된다. 렌즈 서브-어셈블리(290)의 설치 동안, 빔 웨이스트 1/e2 직경이 최소화되고 코어 스트림이 플로우 셀(340)을 통해 유동할 방향에 평행한 방향으로 약 6.7μm 내지 약 9μm 이내임을 보장하기 위해 검증이 수행된다.
렌즈 서브-어셈블리(290)의 조립 및 검증 후, 렌즈 서브-어셈블리(270)는 챔버(221)에 삽입되고, 회전식으로 조정되며, 압축 하에서 베이스 플레이트(212)에 대한 위치에 렌즈 서브-어셈블리(270)를 고정하기 위해 커버 플레이트(222)를 통해 고정된다. 렌즈 서브-어셈블리(270)의 양의 실린더리컬 렌즈(276)는 회전식으로 정렬되어 굴절력의 축이　실린더리컬 대물 렌즈(296)의 축에 수직이 되고, 이는 코어 스트림 유동 방향에 평행하게 약 6.7μm 내지 약 9μm의 빔 웨이스트 1/e2 직경이 유지됨을 다시 확인함으로써 증명된다. QWP(277)는 위에서 언급된 바와 같이 정렬되어, 그 복굴절 축은 레이저 빔의 (TE) 편광축에 대해 ±45도 회전된다. 이는 렌즈(276)의 정렬과 별도로 또는 함께 달성될 수 있다. 렌즈(276) 및 QWP(277)가 챔버(221)로 설치되기 전 서로 고정되는 구성에서, 그 사이의 상대 배향은 위에서 언급된 정렬을 달성하기 위해 서로 함께 정렬을 가능하게 하도록 선택된다. QWP(277)에 대한 렌즈(276)의 적절한 배향은 2개의 구성 요소가 함께 결합될 때 달성될 수 있다. 이러한 경우에, 상술된 바와 같은 렌즈(276)의 정렬은 QWP를 정확하게 배향시키기에 충분하다.
다음으로, 렌즈 서브-어셈블리(280)는 챔버(223)로 삽입되고, 회전식으로 및/또는 축방향으로 조정되고, 압축 하에서 베이스 플레이트(212)에 대한 위치에 렌즈 서브-어셈블리(280)를 고정하기 위해 커버 플레이트(224)를 통해 고정되어, 음의 실린더리컬 렌즈(286)의 굴절력의 축이 실린더리컬 대물 렌즈(296)의 축에 수직이 되고, 양의 실린더리컬 렌즈(276)의 축에 평행이 된다. 이는 코어 스트림 유동 방향에 평행하게 약 6.7μm 내지 약 9μm의 빔 웨이스트 1/e2 직경이 유지됨을 다시 확인함으로써 증명된다. 음의 실린더리컬 렌즈(286)의 축 방향 간격은 실시예에서, 플로우 셀(340)을 통해 유동할 코어 스트림 방향에 수직인 방향으로 약 140μm 내지 약 210μm의 빔 1/e2 폭을 달성하기 위해 조정된다. 비록, 하나의 조립 방법이 위에서 설명되었지만, 유사하거나 또는 다른 순서의 다른 적절한 조립 방법 또한 고려된다.
앞서 여기에 참조로 통합된, 미국 특허 출원 공개 제2019/0302391호는 빔 1/e2 폭을, 코어 스트림 유동과 레이저 빔의 광축 모두에 수직인 방향으로 약 200μm로 설정하는 것을 설명한다. 이 폭은 실제로 또는 명백히 빔 폭이 측정되는 동일한 방향을 따라 약 ±15도 범위 내에서 코어 스트림이 이동하도록 허용하여, 레이저 빔이 코어 스트림 상 집중되는 경우에 비교하여 약 5% 이하의 산란 신호 저하가 발생하게 된다. 이 배열은 적어도 플로우 셀의 결함이 실질적으로 없는 경우에 이점이 있다. 보다 구체적으로 이 배열은 적어도 코어 스트림 유동에 수직인 플로우 셀의 프로파일이 직사각형이고, 결함은 광을 산란 검출기로 굴절 및/또는 산란시킬 수 있기 때문에, 돌출부, 피트(pit), 벌크 결함, 및/또는 유사한 것이 실질적으로 없는 경우에 이점이 있다.
플로우 셀 결함의 영향을 완화시키기 위해, 코어 스트림 유동 및 레이저 빔의 광축에 모두 수직인 방향의 빔 1/e2 폭은, 일 측면에서, 약 140μm 내지 약 160μm로; 다른 측면에서, 약 145μm 내지 약 155μm로; 또 다른 측면에서 약 150μm로 감소될 수 있다. 약 150μm의 빔 폭은, 예를 들어, 약 200μm의 빔 폭에 비교하여 플로우 셀의 측벽에서의 빔 강도를 약 5배 정도 감소시킨다. 약 150μm의 빔 폭(또는 위에서 언급한 범위 내)은 작은 입자 검출을 방해할 수 있는 플로우 셀의 에지 및/또는 측벽으로부터의 간헐적인 산란 또는 굴절을 최소화하거나 제거한다. 그러나, 단점은 빔 폭이 감소하면, 실제 또는 겉보기 코어 스트림 이동에 대한 감도가 증가한다는 것이고 5% 최대 신호 감소 수평 실제 또는 겉보기 코어 스트림 이동 범위가 ±12μm로 떨어진다. ±15μm에서, 신호 감소는 8% 증가될 것으로 예상된다.
플로우 셀 구성 및 정밀도, 테스팅될 샘플(들), 결과 처리 알고리즘(들), 전체 시스템 구성, 및/또는 위의 단점을 고려한 기타 요소에 따라, 코어 스트림 유동 및 레이저 빔의 광축에 모두 수직인 방향의 빔 1/e2 폭은 약 140μm 내지 약 210μm, 또는 보다 구체적으로는 위에서 언급된 임의의 범위 또는 기타 적절한 범위 내일 수 있다. 예를 들어, 플로우 셀이 임의의 결함 없이 정확하게 형성된 경우, 140μm 내지 약 210μm 범위의 빔 폭이 없어도 플로우 셀의 에지 및/또는 측벽으로부터 산란 또는 굴절이 발생할 것이다. 그러나, 플로우 셀의 내부 코너에 라운드, 필렛(fillet), 또는 기타 불규칙한 형상을 추가하거나 형성하면 더 넓은 빔 폭에서 산란 또는 굴절이 상당히 증가할 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 예를 들어 약 140μm 내지 약 160μm 또는 약 150μm이 이 미광을 완화하기 위해 이용될 수 있다.
일반적으로 도 1 내지 도 3을 참조하면, 모듈(10)의 작동에 관해, 레이저 다이오드(240)는 광축을 따라 레이저 빔을 생성한다. 레이저 다이오드(240)로부터 방출된 레이저 빔은 콜리메이팅 렌즈(238), 양의 실린더리컬 렌즈(276), QWP(277), 음의 실린더리컬 렌즈(286), 및　실린더리컬 대물 렌즈(296)를 통과하고, 플로우 셀(340)로 투사되어 플로우 셀(340)의 코어 스트림의 중심 상에 입사하는 레이저 빔은 약 6.7μm 내지 약 9μm의 플로우 셀에 평행한 방향의 제1 빔 웨이스트 1/e2 직경, 및 약 140μm 내지 약 210μm의 플로우 셀의 유동 방향에 수직인 방향의 제2 빔 1/e2 직경(또는 위에서 상세히 설명된 바와 같은 다른 적절한 범위)를 형성한다.
플로우 셀(340)의 코어 스트림 내의 입자 상에 입사하는 레이저 빔은: 전방 산란 서브-어셈블리(410)로 전방으로 및 측방 산란 서브-어셈블리(420)로 측방으로 산란된다. 위에서 언급된 바와 같이, 플로우 셀(340)로부터의 전방 산란광은, 예를 들어 약 30도 이하의 각도에서, 또는 보다 구체적으로, 약 11.5도 내지 약 15.5도(예를 들어, FSH 센서(들)의 경우) 및/또는 약 2.0도 내지 약 2.4도(예를 들어, FSL 센서(들)의 경우)의 범위의 각도에서 검출된다. 소멸 센서는 손실된 광의 양(입자로부터의 흡광 또는 산란)에 비례하는 응답을 제공한다. 또한 위에서 언급된 바와 같이, 산란광은, 실시예에서, 약 50도 내지 약 120도로부터의, 또는 보다 구체적으로, 약 65도 내지 약 91도의 각도에서 검출되고 및/또는　광축에 대해 약 67도 내지 약 89도에 대응하는 원형 렌즈 개구를 통해 검출 가능한 산란 강도로 검출된다. 측방 산란광에 대한 최대 감도는 약 78도일 수 있다.
또한, TE 레이저 다이오드(240) 및 QWP(277)의 존재는, 예를 들어 염색된 망상 적혈구 및 유핵 백혈구의 염색되지 않은(또는 염색된) 핵산 물질에 존재하는 것과 같은 산란 발색단에서 가능한 전기 쌍극자 전이와 상호 작용하기 위해 전체 범위의 선형 편광을 보장한다.　이러한 쌍극자 중 일부는, 편광 보존 산란의 경우에도 상당한 수직 편파(코어 스트림 유동 방향과 평행)을 가진다. 이러한 쌍극자로부터 측정 가능한 측방 산란 강도가 얻어질 수 있다.
완전히 편광된 산란은 산란된 빔에서 입사 레이저 빔의 편광을 보존하는 플로우 셀(340)로부터의 산란이다. 한편, 완전히 비편광된 산란은 산란된 빔의 편광이 무작위인 플로우 셀(340)로부터의 산란이다. 완전히 비편광된 측면 산란의 검출을 가능하게 하기 위해, 플로우 셀(340)을 조사하는 레이저 빔의 편광은 중요하지 않고; 측면 산란 신호는 입력 편파에 관계 없이 동일하다. 그러나, 부분적으로 또는 완전히 편광된 산란의 검출을 위해, 측정 가능한 수직 편광 강도를 갖는 측방 산란 강도만이 검출될 수 있기 때문에 산란 편광의 실질적인 구성 요소가 유동 셀(340)을 통한 유동 방향과 평행하다는 것이 중요하다.
TE 레이저 다이오드(240)는 플로우 셀(340)을 통한 유동 방향에 수직으로 편광된 레이저 광의 횡파를 방출한다. 그러나, TE 레이저 다이오드(240)가 QWP(277)의 부재에서 생성될 것이므로, 플로우 셀(340)을 통한 유동 방향에 수직으로 편광된 입력 빔의 편광을 보존하는 측방 산란 강도는 0이어야 하며, 이는 완전 편광 산란 검출이 불가능함을 의미한다. 따라서, QWP(277)는 플로우 셀(340)을 통한 유동 방향에 평행한 편광 성분을 TE 레이저 다이오드(240)에서 발생하는 레이저 빔에 도입하기 위해 이용된다. 따라서, 부분적으로 또는 완전히 편광된 측방 산란의 강도를 측정할 수 있다. 부분적으로 또는 완전히 편광된 측방 산란 신호의 크기는 주어진 방사조도에 대해 예를 들어 QWP(277)에 의해 제공되는 것과 같은 더 큰 빔 방사조도, 예를 들어 전력 및/또는 더 큰 평행 편광 성분을 제공함으로써 증가된다.
도 4를 참조하면, 선택된 대물 렌즈 초점 길이에서 빔 발산과 초점이 맞춰진 빔 직경 1/e2 웨이스트 사이의 관계가 표 형식으로 보여진다. 초점이 맞춰진 빔 직경 1/e2 웨이스트, ω0(마이크로미터 단위)는 다음 매개 변수를 사용하여, 다음 방정식에 의해 결정된다:
Figure 112023018331937-pct00001
λ=0.64μm(적색 레이저 다이오드); M2=1.3(레이저 다이오드 광학의 일반적인 값); θFWHM=빔 발산 FWHM이 도 단위로 향하는 행으로부터 라디안으로 변환된 반값전폭(FWHM) 빔 발산; fcoll=콜리메이팅 렌즈의 초점 길이; 및 fobj=대물 렌즈의 초점 길이. 0.85 계수는 FWHM을 1/e2 최대 빔 강도(최대 빔 강도의 ½ 대신)에서 반폭으로 변환한다. 도 4에 도시된 표에 대해, 콜리메이팅 렌즈의 초점 거리는 5.5mm로 가정되며, 이는 콜리메이팅 렌즈(238)(도 2 및 도 3)의 초점 길이일 수 있다. 그러나, 표 항목에 사용된 초점 길이, 5.5mm를 원하는 다른 초점 길이의 비율을 곱함으로써 콜리메이팅 렌즈의 다른 초점 길이에 대해 표 항목을 수정할 수 있다. 유사하게, 상이한 대물 렌즈 초점 길이에 대해, 주어진 열의 표 항목은 원하는 상이한 초점 길이 대 표 헤딩 값의 비율, 예를 들어 네번째 열에 제공된 바와 같이 37mm로 곱해질 수 있다. 원하는 빔 폭 범위를 제공하는 것과 관련된 발산은 플로우 셀을 통과하는 유동 방향과 평행한 것이다.
도 4를 계속하여 참조하면, 표는 낮은 빔 FWHM 발산, 예를 들어 약 10도 미만의 경우 빔이 임의의 바람직한 대물 렌즈 초점 길이에 대해 바람직하지 않게 넓다는 것을 보여준다. 이러한 경우 더 작은 혈구의 비행 시간을 정확하게 측정하는 것이 불가능하지는 않더라도 손상된다. 유사하게, 빔이 더 발산할수록, 코어 스트림 이동에 대한 과민성을 피하기 위해 충분히 큰 직경의 빔 웨이스트를 제공하는 데 필요한 대물 렌즈 초점 길이가 더 커진다. 도 4의 표에서 음영 처리되지 않은 셀은 적절한 매개변수 세트, 예를 들어, 빔 발산 및 대물 렌즈 초점 길이,　따라서, 레이저 광학 어셈블리(200)(도 1 내지 도 3)에서의 구현을 위한 적절한 렌즈 및 레이저 다이오드 구성을 나타내나, 이를 구현하는 다른 적절한 매개변수 및 구성 요소 또한 고려된다.
도 5를 참조하면, 도 4에서와 같이 θFWHM에 대한 콜리메이팅 렌즈의 제한 유효경에서의 상대적인(집중된 빔 강도 최대로 가정된) 빔 강도는 빔 발산, 개구 직경 및 콜리메이팅 렌즈의 초점 길이의 함수로서 예시된다. 항목은 다음 방정식으로 결정된다:
Figure 112023018331937-pct00002
여기서 개구 직경은 변수 a로 나타내어지고, 1.7 계수는 FWHM을 1/e2 최대 빔 강도에서 전체 폭으로 변환한다.
열거된 fcoll 및 개구 직경 값에 대해 여러 렌즈(예를 들어, 미국 플로우리다주 올랜도 소재의 LightPath로부터 입수 가능한 렌즈)에 대해 클리핑 강도가 고려된다. 빔의 클리핑을 방지하기 위해, 렌즈는 상대적으로 큰 개구수를 갖도록 선택된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 표준의 상대적으로 높은 개구수 렌즈라도 빔이 높게 발산하는 경우 레이저 빔을 클리핑할 것이다. 이 클리핑은 FWHM 발산 약 25도 이상에서 눈에 띈다(코어 스트림에 초점을 맞춘 빔 단면에 작은 로브가 나타나기 시작함). 30도 이상에서는 클리핑이 훨씬 더 심하고 일반적으로 그에 따라 로브의 강도가 증가한다.
도 5의 표에서 음영 처리되지 않은 셀은 적합한 매개변수 세트, 예를 들어, 빔 발산, 개구 직경, 및 콜리메이팅 렌즈의 초점 길이, 따라서, 레이저 광학 어셈블리(200)(도 1 내지 도 3)에서의 구현을 위한 적절한 렌즈 및 레이저 다이오드 구성을 나타내나, 이를 구현하는 다른 적절한 매개변수 및 구성 요소 또한 고려된다. 도 4 및 도 5의 적합한 매개변수 세트(예를 들어, 음영 처리되지 않은 셀)를 함께 고려하면, 레이저 광학 어셈블리(200)(도 1 내지 도 3)를 위한 적합한 렌즈 및 레이저 다이오드 구성은:　프로파일 강도 로브를 제거하거나, 로브를 작거나 무시할 수 있는 강도, 예를 들어, 메인 가우시안 피크의 강도의 최대 7%로 감소시키고; 우수한 TOF 기능을 제공하고; 비교적 낮은 전방 각도, 및 예를 들어, 비교적 높은 측방 각도에서 산란된 광의 검출을 가능하게 하고; 및 비편광 및 편광된 산란광 모두에 대해 전방 및 측방 산란 모두에 우수한 감도를 제공하여 달성될 수 있다.
여기서 임의의 특정 수치에 대한 언급은 당업계에서 일반적으로 허용되는 재료 및 제조 공차 및/또는 당업계에서 일반적으로 허용되는 측정 장비의 오차 한계를 고려하는 값의 범위를 포함하는 것으로 이해된다.
상기로부터 그리고 다양한 도면을 참조하여, 통상의 기술자는 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 특정 수정이 또한 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 본 개시의 여러 실시예가 도면에 도시되어 있지만, 본 개시가 이에 제한되는 것은 아니며, 본 개시는 기술 분야가 허용하는 범위만큼 광범위하고 명세서도 마찬가지로 해석되어야 한다. 따라서, 위의 설명은 한정적인 것으로 해석되어서는 안되며, 특정 실시예의 예시로서만 해석되어야 한다. 통상의 기술자는 여기에 첨부된 청구항의 범위 및 사상 내에서 다른 수정을 구상할 것이다.

Claims (28)

  1. 혈액 분석기의 플로우 사이토미터(flow cytometer)로서,
    광축을 따라 레이저 빔을 출력하도록 구성되는 횡-전기(TE, transverse-electric) 레이저 다이오드로서, 상기 레이저 빔은 16도 내지 25도의 고속 축 반값전폭(FWHM, full width at half maximum) 발산을 갖는, TE 레이저 다이오드;
    플로우 셀;
    상기 TE 레이저 다이오드와 상기 플로우 셀 사이의 상기 광축을 따라 배치되는 사분파장판(QWP, quarter wave plate)으로서, 상기 레이저 빔이 통과함에 따라 상기 레이저 빔을 원형 편광화하도록 구성되는 QWP;
    상기 TE 레이저 다이오드와 상기 플로우 셀 사이에 배치되는 복수의 렌즈로서, 상기 플로우 셀에서 상기 레이저 빔의 초점을 맞추기 위해 협력하는 복수의 렌즈; 및
    상기 광축에 대해 50도 내지 120도의 각도에서 상기 플로우 셀로부터 측방 산란광을 검출하도록 구성되는 측방 산란 검출기를 포함하는 플로우 사이토미터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광축에 대해 30도 미만의 각도에서 상기 플로우 셀로부터 전방 산란광을 검출하도록 구성되는 적어도 하나의 전방 산란 검출기를 더 포함하는 플로우 사이토미터.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전방 산란 검출기는, 상기 광축에 대해 11.5도 내지 15.5도의 각도에서 상기 플로우 셀로부터 전방 산란광을 검출하도록 구성되는 플로우 사이토미터.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전방 산란 검출기는, 상기 광축에 대해 2.0도 내지 2.4도의 각도에서 상기 플로우 셀로부터 전방 산란광을 검출하도록 구성되는 플로우 사이토미터.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 플로우 셀로부터 검출된 상기 측방 산란광의 강도는, 상기 광축에 대해 67도 내지 89도의 각도에서 상기 측방 산란 검출기에 의해 검출되는 플로우 사이토미터.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 측방 산란 검출기는, 상기 광축에 대해 78도에 집중된 플로우 사이토미터.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 QWP는 상기 QWP 상의 상기 레이저 빔의 중심 입사각이 7도 이하가 되도록 상기 TE 레이저 다이오드에 대해 위치되는 플로우 사이토미터.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 QWP의 복굴절 축(birefringent axes)은, 상기 레이저 빔을 오른손 방향 또는 왼손 방향으로 원형 편광화하도록, 상기 레이저 빔의 편광축에 대하여 광축을 중심으로 ±45도 회전되는 플로우 사이토미터.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 렌즈는, 상기 레이저 다이오드와 상기 QWP 사이에 배치되는 콜리메이팅 렌즈, 및 상기 QWP와 상기 플로우 셀 사이에 배치되는 대물 렌즈를 포함하는 플로우 사이토미터.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 복수의 렌즈는, 상기 콜리메이팅 렌즈와 상기 대물 렌즈 사이에 배치되는 양의 실린더리컬 렌즈(positive cylindrical lens) 및 음의 실린더리컬 렌즈(negative cylindrical lens)를 더 포함하는 플로우 사이토미터.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 플로우 셀 내의 코어 스트림에서, 상기 레이저 빔은 상기 코어 스트림의 유동 방향에 평행한 방향으로 6.7μm 내지 9μm의 빔 웨이스트 1/e2 직경을 형성하는 플로우 사이토미터.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 플로우 셀 내의 상기 코어 스트림에서, 상기 레이저 빔은 상기 코어 스트림의 상기 유동 방향에 수직인 방향으로 140μm 내지 210μm의 빔 1/e2 직경을 형성하는 플로우 사이토미터.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 TE 레이저 다이오드는 적어도 10mW의 전력을 출력하도록 구성되는 플로우 사이토미터.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 TE 레이저 다이오드는 적어도 20mW의 전력을 출력하도록 구성되는 플로우 사이토미터.
  15. 망상 적혈구 및 과립 백혈구를 검출하는 방법으로서,
    망상 적혈구 또는 과립 백혈구 중 적어도 하나를 포함하는 혈액 샘플을, 시스 유체(sheath fluid)와 함께, 플로우 셀을 통해 유동시키는 단계;
    횡-전기(TE, transverse-electric) 레이저 다이오드로부터 광축을 따라 레이저 빔을 방출하는 단계로서, 상기 레이저 빔은 16도 내지 25도의 고속 축 반값전폭(FWHM, full width at half maximum) 발산을 갖는 단계;
    레이저 빔이 통과함에 따라 상기 레이저 빔을 원형 편광화하도록, 상기 TE 레이저 다이오드와 상기 플로우 셀 사이의 상기 광축을 따라 배치되는 사분파장판(QWP, quarter wave plate)을 통해 상기 레이저 빔을 통과시키는 단계;
    상기 플로우 셀에서 상기 레이저 빔의 초점을 맞추기 위해 상기 TE 레이저 다이오드와 상기 플로우 셀 사이에 배치되는 복수의 렌즈를 통해 상기 레이저 빔을 통과시키는 단계; 및
    상기 광축에 대해 50도 내지 120도의 각도에서 상기 플로우 셀로부터 측방 산란광을 검출하는 단계를 포함하는 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 광축에 대해 적어도 30도 미만의 각도에서 상기 플로우 셀로부터 산란광을 검출하는 단계를 더 포함하는 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 플로우 셀로부터의 산란광은 상기 광축에 대해 11.5도 내지 15.5도의 각도에서 검출되는 방법.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 플로우 셀로부터의 산란광은 상기 광축에 대해 적어도 2.0도 내지 2.4도의 각도에서 검출되는 방법.
  19. 청구항 15에 있어서,
    상기 플로우 셀로부터 검출된 상기 측방 산란광의 강도는, 상기 광축에 대해 67도 내지 89도의 각도에서 검출되는 방법.
  20. 청구항 15에 있어서,
    측방 산란광 강도의 최대 감도는 상기 광축에 대해 78도로 설정되는 방법.
  21. 청구항 15에 있어서,
    상기 QWP는, 상기 QWP 상의 상기 레이저 빔의 중심 입사각이 7도 이하가 되도록 상기 TE 레이저 다이오드에 대해 위치되는 방법.
  22. 청구항 15에 있어서,
    상기 QWP를 통과한 상기 레이저 빔은, 상기 QWP에 의해 오른손 방향 또는 왼손 방향으로 원형 편광화되는 방법.
  23. 청구항 15에 있어서,
    상기 복수의 렌즈는 콜리메이팅 렌즈를 포함하고, 상기 레이저 빔은 상기 QWP를 통과하기 전에 상기 콜리메이팅 렌즈를 통과하는 방법.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 복수의 렌즈는 대물 렌즈를 더 포함하고, 상기 레이저 빔은 상기 QWP를 통과한 후에 상기 대물 렌즈를 통과하는 방법.
  25. 청구항 15에 있어서,
    상기 플로우 셀의 코어 스트림에서, 상기 레이저 빔은 유동에 평행한 방향으로 6.7μm 내지 9μm의 빔 웨이스트 1/e2 직경을 형성하는 방법.
  26. 청구항 25에 있어서,
    상기 플로우 셀의 상기 코어 스트림에서, 상기 레이저 빔은 유동에 수직인 방향으로 140μm 내지 10μm의 빔 1/e2 직경을 형성하는 방법.
  27. 청구항 15에 있어서,
    상기 레이저 빔을 방출하기 위한 상기 TE 레이저 다이오드의 전원 출력은 적어도 10mW인 방법.
  28. 청구항 15에 있어서,
    상기 레이저 빔을 방출하기 위한 상기 TE 레이저 다이오드의 전원 출력은 적어도 20mW인 방법.
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