SE429479B

SE429479B - Flow cell

Info

Publication number: SE429479B
Application number: SE8205032A
Authority: SE
Inventors: R C Leif
Original assignee: Coulter Electronics
Priority date: 1982-09-03
Filing date: 1982-09-03
Publication date: 1983-09-05
Also published as: SE8205032D0

Abstract

The invention relates to a flow cell 12 for the study of individual particles in a liquid suspension and provided with a particle detection opening 14 through which the particle suspension is taken. The particle detection opening 14 is illuminated by means of a beam 36 and particles passing though the opening 14 transmit optical signals. The particle detection opening 14 is connected by liquid to an upstream duct 16 formed by an end 20 of the flow cell 12. The flow cell 12 is provided with an essentially spherical element 12 operating as a monolithic construction and there is an optical illumination shaft 40 along which the beam is to be received and at least one light-collecting optical shaft 40 along which the optical signals are collected. The optical shafts are aligned and intersect the said opening 14 and the spherical element 12 lies essentially radially symmetrically with regard to the optical shafts. <IMAGE>

Description

azosusz-s UF HISTUCHEMISTRY AND CYTÛCHEMISTRY; Vol. 25, No. 7,(l977), sid. 827- _835. Denna multiparameter-partikelanalysator använder en kvadratisk avkänningskammare eller öppning där alla parametrar mätas samtidigt. azosusz-s UF HISTUCHEMISTRY AND CYTÛCHEMISTRY; Vol. 25, no. 7, (1977), p. 827- _835. This multi-parameter particle analyzer uses a square sensing chamber or orifice where all parameters are measured simultaneously.

Den-kvadratiska öppningen är innesluten i en kub utbildad genom att fyra pyramider limmas ihop. De optiska och mekaniska egenskaperna hos detta arrangemang har visat sig vara underoptimala.The square opening is enclosed in a cube formed by gluing four pyramids together. The optical and mechanical properties of this arrangement have been found to be suboptimal.

Uppsamlandet av divergerande fluorescent ljus som härstammar från en detekteringszon hos partikelanalysatorn erfordrar att ljuset är tämligen organiserat, så att efterföljande optiska element kan fokusera ljuset för ytterligare behandling. Sålunda kommer i ett typiskt fall, för att filtrera bort ströljus från det fluorescenta ljuset, detta fluorescenta ljus att fokuseras så att det går genom en knappnåls- stor öppning. Spärrfilter och fotomultiplikatorrör arbetar vidare effektivare när ljus faller in rätvinkligt mot deras ytor. Förutom att vara organiserat skall det divergenta fluorescenta ljuset för- att kunna uppsamlas uppvisa en rimlig rymdvinkel i avseende på detek- teringszonen. Med andra ord måste för att fokusera ljuset för filtre- ring eller för att alstra rätvinklígt ljus åtminstone ett optiskt element erfordras,exempelvís en kollimatorlins. Ju mera divergent det ljus är som kollimatorlinsen mottar desto större styrka måste linsen uppvisa. Praktiska begränsningar ifråga om en billig kolli- matorlins erfordrar att linsen har ett f-värde som icke är mindre än 0,7, och detta begränsar ljusuppsamlingen till en halv vinkel av *ungefär 40 grader. Den börda som pålägges av de optiska ytorna i den redan beskrivna kuben orsakar att ljuset går ut från kubens yttre plana omkrets mycket divergerande. Vid användning av en enda billig kollimatorlins av vanligt slag kan endast en del av detta mycket divergerande ljus uppsamlas till ett organiserat knippe av i huvudsak parallella strålar. Exempelvis vid användning av en kvadratisk öpp- ning är den ljusmängd som finns tillgänglig för en precis organisering begränsad till den area som står mot en av den kvadratiska öppningens plana ytor. När denna kvadratiska öppning kombineras med konfigura- tionens plana yttre omkrets kommer icke allt det ljus som träffar öppningens plana yta att kunna uppsamlas på grund av den stora divergens som kubkonfiguratibnen.alstrar. Även graden av möjlig Vidvinkel- 8205032-9 belysning har i hög grad inskränkts genom kubkonfigurationen. Ävenså komplicerar den börda som pålägges genom kubens optiska ytor uppsamlandet av spritt ljus, särskilt när det spridda ljuset är korrele- rat till dess rymdvinkel ifråga om avvikelsen från det infallande belysande ljusknippets centrala axellinje. Likaså komplicerar kubens optiska ytor tillämpandet av optik för Fourier-omvandling.The collection of divergent fluorescent light originating from a detection zone of the particle analyzer requires that the light be properly organized so that subsequent optical elements can focus the light for further processing. Thus, in a typical case, in order to filter out stray light from the fluorescent light, this fluorescent light will be focused so that it passes through a pin-sized aperture. Blocking filters and photomultiplier tubes also work more efficiently when light falls at right angles to their surfaces. In addition to being organized, in order to be able to be collected, the divergent fluorescent light must have a reasonable spatial angle with respect to the detection zone. In other words, in order to focus the light for filtering or to generate rectangular light, at least one optical element must be required, for example a collimator lens. The more divergent the light that the collimator lens receives, the greater the power the lens must exhibit. Practical limitations regarding a cheap collimator lens require that the lens have an f-value of not less than 0.7, and this limits the light collection to a half angle of * approximately 40 degrees. The burden imposed by the optical surfaces of the cube already described causes the light emanating from the outer flat circumference of the cube to be very divergent. When using a single inexpensive collimator lens of the ordinary kind, only a part of this highly divergent light can be collected into an organized bundle of substantially parallel rays. For example, when using a square aperture, the amount of light available for a precise organization is limited to the area facing one of the flat surfaces of the square aperture. When this square aperture is combined with the flat outer circumference of the configuration, not all of the light hitting the flat surface of the aperture will be able to be collected due to the large divergence generated by the cube configuration tubes. The degree of possible wide-angle lighting has also been greatly reduced by the cube configuration. Also, the burden imposed by the optical surfaces of the cube complicates the collection of scattered light, especially when the scattered light is correlated to its spatial angle in terms of the deviation from the central axis of the incident illuminating light beam. Likewise, the optical surfaces of the cube complicate the application of optics for Fourier conversion.

För fackmannen inom mikroskopiområdet är det väl känt att placeringen av ett föremål inom objektivlinsen resulterar i den största effektivi- teten ifråga om ljussamling och upplösning. Det är även väl känt att användningen av vattenimmersionsoptik resulterar i högre optisk effek- tivitet än torr optik men dock icke så stor effektivitet som den som ernâs genom ett immersionsmedium med en brytningsindex som är lika med linsens.It is well known to those skilled in the microscopy field that the placement of an object within the objective lens results in the greatest efficiency in terms of light collection and resolution. It is also well known that the use of water immersion optics results in higher optical efficiency than dry optics, but not as great efficiency as that obtained by an immersion medium with a refractive index equal to that of the lens.

Uppfinningen riktar sig mot en optiskt klar flödescell för mätning av optiska signaler alstrade när partiklar uppburna i ett medíumflöde går genom en öppning utbildad i flödesoellen och bestrålas av en strål- ningskälla. Flödescellen har åtminstone en i huvudsak sfärisk del för strålningsuppsamlíng. Den i huvudsak sfäriska delen anger en rota- tíonsyta som radiellt är symmetrisk i avseende på en optisk axellinje som går genom öppningen. Då en kvadratisk öppning användes är åtmins- tone en plan yta på densamma inriktad i rätvinkligt samband med den ljussamlande optiska axellinjen. I den första utföringsformen omfattar flödescellen ett optiskt klart sfäriskt element med en öppning belägen i detsammas centrum. I den andra utföringsformen är öppningen placerad centrumförskjuten i förhållande till det sfäriska elementets kröknings~ centrum.The invention is directed to an optically clear flow cell for measuring optical signals generated when particles supported in a medium flow pass through an opening formed in the flow cell and are irradiated by a radiation source. The flow cell has at least one substantially spherical portion for radiation collection. The substantially spherical part indicates a surface of rotation which is radially symmetrical with respect to an optical axis passing through the aperture. When a square aperture is used, at least one flat surface thereof is oriented in a perpendicular relationship with the light-collecting optical axis. In the first embodiment, the flow cell comprises an optically clear spherical element with an opening located in the center thereof. In the second embodiment, the opening is located center-offset relative to the center of curvature of the spherical element.

Under verksamheten belyser den belysande strålningen individuella partiklar i flödet vid en detekteringszon innanför öppningen för att frambringa optiska signaler, medan samtidigt partikelimpedansmätningar kan ske efter fritt val ifråga om varje belyst partikel. Vid den första utföringsformen är detekteringszonen belägen vid det sfäriska elemen- tets centrum och följaktligen kommer det sfäriska elementets sfäriska yta att till ett minimum nedbringa den optiska signalens ljusbrytning och därigenom tillåta de optiska signalerna att gå från det sfäriska 820503-2-9 lo elementet som en jämförelsevis organiserad strålning med en rimlig divergensgrad. I den andra utföringsformen verkar det sfäriska ele- mentets sfäriska periferi längs en ände av den ljussamlande optiska axellinjen som en kraftigare lins, så att strålningen går från det sfäriska elementet med en jämförelsevis ringa divergensgrad.During operation, the illuminating radiation illuminates individual particles in the flow at a detection zone within the aperture to produce optical signals, while at the same time particle impedance measurements can be made at the free choice of each illuminated particle. In the first embodiment, the detection zone is located at the center of the spherical element, and consequently, the spherical surface of the spherical element will minimize the refraction of the optical signal, thereby allowing the optical signals to pass from the spherical element which a comparatively organized radiation with a reasonable degree of divergence. In the second embodiment, the spherical periphery of the spherical element acts along one end of the light-collecting optical axis as a stronger lens, so that the radiation emanates from the spherical element with a comparatively small degree of divergence.

Det föredragna förverkligandet av den första och den andra utförings- formen inkluderar användning av en öppning med åtminstone en plan yta. Strålning som kommer från öppningens mitt och infaller mot den plana ytan brytes genom en flödes-glasgränsyta på ett radiellt symmet- riskt sätt omkring den ljussamlande optiska axellinjen och brytes därefter genom en glas-luftgränsyta hos den sfäriska ytan på ett ra- ' _ diellt symmetriskt sätt omkring den ljussamlande optiska axellinjen och medger därigenom det effektiva uppsamlandet av synnerligen orga- 'niserat ljus.The preferred embodiment of the first and second embodiments includes the use of an aperture having at least one flat surface. Radiation coming from the center of the aperture and incident on the planar surface is refracted through a flow glass interface in a radially symmetrical manner about the light-collecting optical axis and then refracted through a glass-air interface of the spherical surface in a radially symmetrical manner. around the light-collecting optical axis, thereby allowing the efficient collection of highly organized light.

Vid en modifikation av den första utföringsformen av uppfinningen kan en del av det sfäriska elementet vara försett med en reflekte- rande beläggning för att öka ljusuppsamlingen och/eller belysningen.In a modification of the first embodiment of the invention, a part of the spherical element may be provided with a reflective coating to increase the light collection and / or the illumination.

Vid såväl den första som den andra utföringsformen kan det sfäriska elementet användas med icke parallellt belysande ljus i stället för med parallellt ljus för att eliminera problem med ojämn belysning inom partiklarna. Vid såväl den första som den andra utföringsformen kan ett eller flera avsnitt av det sfäriska elementets sfäriska peri- ferí modifieras till att inkludera en sfärisk del med större krökning för att ytterligare konvergera strålningen på ett organiserat sätt.In both the first and second embodiments, the spherical element can be used with non-parallel illuminating light instead of with parallel light to eliminate problems of uneven illumination within the particles. In both the first and second embodiments, one or more sections of the spherical periphery of the spherical element may be modified to include a spherical portion with greater curvature to further converge the radiation in an organized manner.

Vid andra arrangemang har flödescellen en eller flera sfäriska delar och åtminstone en icke sfärisk del för att åstadkomma ytterligare ytor för ljusuppsamling.In other arrangements, the flow cell has one or more spherical portions and at least one non-spherical portion to provide additional surfaces for light collection.

Såsom uteslutande exempel kommer belysande utföringsformer av uppfin- ningen att nu beskrivas under hänvisning till de bifogade ritningar- na, där: Fíg. l är en tvärsektionssidovy av den första utföringsfor- men av flödescellen, Fig. 2 är en tvärsektionssidovy av den första utföringsfor- men av flödescellen tagen efter sektionslinjen 2-2 i fig. l, Fig.3 är en uppifrån sedd planvy av den andra utförings- 8205Û32*9 formen av flödescellen, Fig. 4 är en uppifrån sedd planvy av en modifierad första utföringsform enligt fig. l och 2, I Fig. 5 är en delvy av den modifierade utföringsformen en- ligt fig. 4, och Fig. 6 är en uppifrån sedd tvärsektionsvy av en modifierad andra utföringsform enligt fig. 3.As an exclusive example, illustrative embodiments of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. Fig. 1 is a cross-sectional side view of the first embodiment of the flow cell; Fig. 2 is a cross-sectional side view of the first embodiment of the flow cell taken along section line 2-2 of Fig. 1; Fig. 3 is a top plan view of the second embodiment. Fig. 4 is a top plan view of a modified first embodiment according to Figs. 1 and 2. Fig. 5 is a partial view of the modified embodiment according to Fig. 4, and Fig. 6 is a top sectional view of a modified second embodiment of Fig. 3.

Fig. l visar en första utföringsform av en optisk flödescell 10 som omfattar ett optiskt klart sfäriskt element 12, företrädesvis utbildat av kvarts. En öppning 14, företrädesvis med en kvadratisk tvärsek- tionskonfíguration, är beläget centralt omkring det sfäriska elementets 12 krökningscentrum. Ett par motstående förbindelsekanaler, en upp- strömskanal 16 och en nedströmskanal 18, sträcker sig utåt från ett par öppna ändar 20 och 22 hos den kvadratiska öppningen 14 för att sluta vid det sfäriska elenentets 12 sfäriska periferi 23. Följaktligen gen kommer kanalerna 16 och 18 och öppningen 14 att bilda en kanal för mottagning av etí mediumflöde genom det sfäriska elementet 12.Fig. 1 shows a first embodiment of an optical flow cell 10 comprising an optically clear spherical element 12, preferably formed of quartz. An opening 14, preferably with a square cross-sectional configuration, is located centrally around the center of curvature of the spherical member 12. A pair of opposite connecting channels, an upstream channel 16 and a downstream channel 18, extend outwardly from a pair of open ends 20 and 22 of the square opening 14 to terminate at the spherical periphery 23 of the spherical element 12. Consequently, the channels 16 and 18 and the opening 14 to form a channel for receiving medium flow through the spherical element 12.

Kanalerna 16 och 18 och öppningen 14 är företrädesvis centrerade på flödets axellinje 19 Kanalerna 16 och 18 nedbringar flödets tryckfall genom det sfäriska elementet 12 till ett minimum.The channels 16 and 18 and the opening 14 are preferably centered on the axis of flow 19. The channels 16 and 18 reduce the pressure drop of the flow through the spherical element 12 to a minimum.

Det väl kända förfarandet med laminärt flöde användes företrädesvis, såsom angivits i de amerikanska patenten nr. 3,7lÛ,933 och },989,381.The well-known laminar flow method is preferably used, as disclosed in U.S. Pat. 3,710, 933 and}, 989,381.

Ett rör 24 för införandet av samplar åstadkommer individuellt isole- rade partiklar, exempelvis celler, i en mediumsuspension. Införsel- röret 24 omges av en uppströmskammare 26, som användes för att åstad- komma en mediummantel för att centrera de medtagna partiklarna när de går genom öppningen 14. En nedströmskammare 28 mottar flödets me- dium sedan detta gått genom öppningen 14 och nedströmskanalen 18.A sample 24 tube for introducing samples provides individually isolated particles, such as cells, in a medium suspension. The inlet tube 24 is surrounded by an upstream chamber 26, which is used to provide a medium jacket to center the entrained particles as they pass through the opening 14. A downstream chamber 28 receives the flow medium after it has passed through the opening 14 and the downstream channel 18.

Kamrarna 26 och 28 är under mediumtätning anbragta på det sfäriska elementet 12 medelst ett par vanliga tätningar 29. Ehuru öppningen 14 företrädesvis har en kvadratisk tvärsektionskonfiguration, kan den även antaga andra tvärsektionskonfigurationer, exempelvis en cir- kulär konfiguraticn. Såsom kommer att beskrivas mera detaljerat i det följande kan det vara önskvärt att icke inkludera nedströmskam- maren 28 vid vissa förverkliganden av omvandlare, exempelvis för cellsortering. 28205032-9 Ett par elektroder, en uppströmselektrod 30 och en nedströmselektrod 32, står i elektrisk förbindelse med öppningens 14 båda sidor och mellan den har pålagts en potentialskillnad. På för fackmannen väl känt sätt, som angivits genom det amerikanska pionjärpatentet nr. 2,656,5D8 till Coulter och det amerikanska patentet nr. 4,0l4,6ll, sker en impedansavkänning av partiklar som går genom öppningen 14, och härigenom åstadkommes räkning och volymdata. Det enkla arrange- manget med de två elektroderna 30 och 32 har visats endast för att angíua ett sätt på vilket impedansmätning av partiklar kan ske. Andra elektrodarrangemang kan användas tillsammans med flödescellen 10, exempelvis dem som visats i det amerikanska patentet nr. 4,0l9,l34.The chambers 26 and 28 are arranged on the spherical element 12 under medium sealing by means of a pair of common seals 29. Although the opening 14 preferably has a square cross-sectional configuration, it can also assume other cross-sectional configurations, for example a circular configuratic. As will be described in more detail below, it may be desirable not to include the downstream chamber 28 in certain implementations of transducers, for example for cell sorting. 28205032-9 A pair of electrodes, an upstream electrode 30 and a downstream electrode 32, are in electrical communication with both sides of the opening 14 and a potential difference has been applied between them. In a manner well known to those skilled in the art, as disclosed in U.S. Pat. No. 2,656.5D8 to Coulter and U.S. Pat. 4.0l4.6l, an impedance sensing of particles passing through the aperture 14 takes place, thereby providing counting and volume data. The simple arrangement with the two electrodes 30 and 32 has been shown only to indicate a way in which impedance measurement of particles can take place. Other electrode arrangements may be used with the flow cell 10, such as those disclosed in U.S. Pat. 4.019, 134.

-Följaktligen uppträder en detekteringszon 34 i öppningen 14 vid det sfäriska elementets 12 centrum 15 för impedans- och räkningsmätnin- gar av medtagna partiklar. Ehuru impedansavkänning visats vid den första utföringsformen, kan flödescellen 10 användas uteslutande för . mätning av optiska signaler, såsom kommer att beskrivas längre fram.Accordingly, a detection zone 34 appears in the opening 14 at the center 15 of the spherical element 12 for impedance and counting measurements of entrained particles. Although impedance sensing is shown in the first embodiment, the flow cell 10 can be used exclusively for. measurement of optical signals, as will be described later.

Detekteringszonen 34 bestrålas av en strålningskälla 36, som åstad- kommer ett jämförelsevis parallellt strålknippe 38, företrädesvis ett laserstrålknippe som.är centrerat på en första optisk axellinje 40. Förfarandet att belysa ett flöde för detektering av absorberat ljus, fluorescent ljus och/eller spritt ljus är väl känt av fackmannen, såsom visas genom det amerikanska patentet nr. 3,7l0,933. För att ínförliva dessa belysningsförfaranden under användning av jämförelsevis parallellt ljus in i det sfäriska elementet 12 har ett par motstående plana ytor 41 och 42 utbildats på det sfäriska elementet 12 och är dimensioneradeaoch utbildade med sådan konfiguration att vara lika stora eller större än strålknippets 38 tvärsektionsdimensioner. Följ- aktligen kommer strålknippet 38 att gå genom det sfäriska elementets 12 periferi 23 två gånger med minimal ljusbrytning. Den del av strål- knippet 38 som icke spritts genom de medförda partiklarna går genom det sfäriska elementet 12, reflekteras av en spegel 43 och samlas därefter i en avstjälpningsplats 44 för strålknippet. Uppsamlingen av ljus som spritts i framåtriktningen sker genom en spridningsdetektor 45 för framåtgående ljus på sätt som angivits i det amerikanska pa- tentet 3,7l0,933. Flödescellen 10 erfordrar emellertid icke nödvän- digtvis eller är begränsad till uppsamling av framåt spritt ljus, 8205032-'9 eftersom det spridda ljus som går genom någon del av den sfäriska periferin 23 kan uppsamlas och därefter analyseras på sätt som är väl känt för fackmannen. Dessutom kan det spridda ljuset bringas till en brännpunkt vid ett Fourier-plan och antingen detekteras där el- ler hanteras genom väl kända förfaranden för optisk databehandling.The detection zone 34 is irradiated by a radiation source 36 which provides a comparatively parallel beam 38, preferably a laser beam centered on a first optical axis 40. The method of illuminating a flux for detecting absorbed light, fluorescent light and / or scattered light. is well known to those skilled in the art, as shown by U.S. Pat. 3,710,933. To incorporate these lighting methods using comparatively parallel light into the spherical element 12, a pair of opposing planar surfaces 41 and 42 are formed on the spherical element 12 and are dimensioned and formed with such a configuration to be equal to or larger than the cross-sectional dimensions of the beam 38. Consequently, the beam 38 will pass through the periphery 23 of the spherical element 12 twice with minimal refraction. The part of the beam 38 which is not scattered through the entrained particles passes through the spherical element 12, is reflected by a mirror 43 and is then collected in a tipping point 44 for the beam. The light scattered in the forward direction is collected by a forward light scattering detector 45 in the manner set forth in U.S. Pat. No. 3,710,933. However, the flow cell 10 does not necessarily require or is limited to collecting forward scattered light, since the scattered light passing through any part of the spherical periphery 23 can be collected and then analyzed in a manner well known to those skilled in the art. In addition, the scattered light can be brought to a focal point at a Fourier plane and either detected there or handled by well-known optical data processing methods.

En fördel hos denna första utföringsform av flödescellen 10 är att, när det spridda ljuset går genom den sfäriska periferin 23. kommer det sfäriska elementet 12 att i huvudsak verka som ett optiskt icke- element i jämförelse med kubkonfigurationen enligt teknikens tidigare ståndpunkt. Detta betyder med andra ord att det spridda ljuset exi- sterar i en i huvudsak mot den sfäriska periferin 23 vinkelrät rikt- ning, och följaktligen elimineras den i kuben enligt teknikens tidi- gare ståndpunkt skeende ljusbrytníng som orsakade en vid divergens av det spridda ljuset, såsom illustreras genom ljusstrålarna 46. På grund av den ljusbrytníng som orsakas av flödes-glasgränsytan kommer det utgående ljuset att vara något mindre divergent i förhållande till dess infallsriktning i öppningen 14.An advantage of this first embodiment of the flow cell 10 is that, when the scattered light passes through the spherical periphery 23. the spherical element 12 will act essentially as an optical non-element in comparison with the cube configuration according to the prior art. In other words, the scattered light exists in a direction perpendicular to the spherical periphery 23, and consequently the refraction which occurs in the cube according to the prior art which caused a wide divergence of the scattered light is eliminated. as illustrated by the light beams 46. Due to the refraction of light caused by the flow glass interface, the outgoing light will be slightly less divergent with respect to its direction of incidence in the aperture 14.

Fig. 2 är en tvärsektionsvy av flödescellen 10 tagen i avseende på ett sektionsplan som går genom det sfäriska elementets 12 centrum och går vinkelrätt mot ritningsplanet för fig. 1. Såsom är praxis inom detta tekniska område uppsamlas fluorescent ljus som härstam- mar från detekteringszonen 34 företrädesvis i rät vinkel mot strål- knippet 38. Specifikt är i den första utföringsformen ett spärrfil- ter 47 och en detektor för fluorescent ljus centrerade på en andra optisk axellinje 50, som företrädesvis är vinkelrät mot den första optiska axellinjen 40. I idealfallet anger den första optiska axellinjen 40 och den andra optiska axellinjen 50 ett plan som är i huvudsak vinkelrätt mot flödets flödesaxellinje 19. För att åstadkomma parallellt ljus till spärrfiltret 47 och detektorn 48 användes en samlingslins 52. I idealfallet är samlingslinsen 52 belägen omedelbart intill det sfäriska elementet 12. Arrangemang med linser och detektorer är väl kända för fackmannen, såsom visas i det amerikanska patentet nr. 3,7lU,933. Liksom vid det spridda ljuset korsar det fluorescenta ljuset den sfäriska periferin 23 i huvudsak vinkelrätt och därigenom kommer ljusbrytningen av det fluorescenta ljuset att bli minimal. Såsom anges genom ljusstrålarna 53 tillåter den sfäriska periferin 23 att det azosozz-9 fluorescenta ljuset går ut från det sfäriska elementet 12 på ett or- ganiserat sätt med minimal ljusbrytning. Följaktligen elimineras den vida divergens som kubkonfigurationen enligt teknikens tidigare stånd- punkt orsakat. I själva verket kommer den ringa ljusbrytning som in- föres genom den första utföríngsformen att något minska det utgående ljusets divergens.Fig. 2 is a cross-sectional view of the flow cell 10 taken with respect to a sectional plane passing through the center of the spherical member 12 and perpendicular to the plane of the drawing of Fig. 1. As is the practice in this technical field, fluorescent light is collected from the detection zone 34. specifically, at right angles to the beam 38. Specifically, in the first embodiment, a blocking filter 47 and a fluorescent light detector are centered on a second optical axis 50, which is preferably perpendicular to the first optical axis 40. Ideally, it indicates the first optical axis 40 and the second optical axis 50 a plane substantially perpendicular to the flow axis 19 of the flow. To provide parallel light to the cut-off filter 47 and the detector 48, a collection lens 52 is used. Ideally, the collection lens 52 is located immediately adjacent the spherical element 12. Arrangements with lenses and detectors are well known to those skilled in the art, as shown in the United States Norwegian patent no. 3.7lU, 933. As with the scattered light, the fluorescent light crosses the spherical periphery 23 substantially perpendicularly, and thereby the light refraction of the fluorescent light will be minimal. As indicated by the light beams 53, the spherical periphery 23 allows the azosozz-9 fluorescent light to exit the spherical element 12 in an organized manner with minimal light refraction. Consequently, the wide divergence caused by the cube configuration according to the prior art is eliminated. In fact, the slight refraction introduced by the first embodiment will slightly reduce the divergence of the outgoing light.

En valfri egenskap hos den första utföringsformen av flödescellen 10; sådan den visas i fig. 2, är en reflekterande beläggning Sä på- förd på en sida av den sfäriska periferin 23. Såsom visas genom den som exempel angivna ljusstrålen 56 reflekteras en del av det ljus som härstammar från detekteringszonen av den reflekterande beläggnin- gen 54 och går genom detekteringszonen 34 och uppsamlas därefter.An optional feature of the first embodiment of the flow cell 10; as shown in Fig. 2, a reflective coating Sä is applied to one side of the spherical periphery 23. As shown by the exemplary light beam 56, a portion of the light originating from the detection zone of the reflective coating is reflected. 54 and passes through the detection zone 34 and is then collected.

Många variationer ifråga om uppsamlandet av fluorescent ljus eller någon annan optisk signal är tydliga för en fackman. Sålunda kan exempelvis den reflekterande beläggningen 54 utgöras av ett dikroiskt material för att reflektera strålning inom ett våglängdsområde men tillåta att ett annat våglängdsområde går igenom. Dessutom kan fluore- scent ljus med en annan våglängd eller spritt ljus uppsamlas på den sida av det optiska elementet 12 som i fig. 2 visas försedd med den reflekterande beläggningen 54. Dylik ytterligare uppsamling kan ske genom uteslutning av den reflekterande beläggningen 54 eller inklu- dera en känd typ av dikroisk reflekterande beläggning 54 som är i stånd att särskilja fluoreseent ljus med skilda våglängder. Det är för fackmannen tydligt att flödescellen 10 kan användas för uppsam- ling av endast fluorescent ljust eller av endast spritt ljus eller, såsom i den första utföringsformen, en kombination därav. Vidare kan flödescellen lÛ användas tillsammans med väl kända slitsavkännings- förfaranden och för studium av polarisationen av fluorescent ljus.Many variations in the collection of fluorescent light or any other optical signal are apparent to one skilled in the art. Thus, for example, the reflective coating 54 may be a dichroic material for reflecting radiation within a wavelength range but allowing another wavelength range to pass through. In addition, fluorescent light of a different wavelength or scattered light may be collected on the side of the optical element 12 shown in Fig. 2 provided with the reflective coating 54. Such further collection may be effected by excluding the reflective coating 54 or including a known type of dichroic reflective coating 54 which is capable of distinguishing fluorescent light of different wavelengths. It will be apparent to those skilled in the art that the flow cell 10 may be used to collect only fluorescent light or only scattered light or, as in the first embodiment, a combination thereof. Furthermore, the flow cell 10 can be used in conjunction with well-known slit sensing methods and for studying the polarization of fluorescent light.

Vid exempelvis polarisationsstudium infaller linjärt polariserat ljus från en laser mot partiklarna och depolariseras delvis. Ljustyrkorna hos det polariserade ljus som är polariserat parallellt och vinkelrätt mot det polariserade infallande ljusets plan mätes. Dylika mätningar erfordrar att de fluorescenta ljussignalerna kvarstår optiskt organi- serade. Flödescellen lÛ kan följaktligen användas för att uppsamla vilken som helst optisk signal som går fram från detekteringszonen 34. 8205032-9 En annan fördel med det sfäriska elementet 12 är att belysning med _: icke parallellt ljus kan tillhandahållas av källan 36 i stället för det parallella strålkníppet 38. Särskilt kan strålningskällan 36 åstad- komma ett strålknippe som är konvergent mot detekteringszonen 34.In the study of polarization, for example, linearly polarized light from a laser is incident on the particles and is partially depolarized. The luminosities of the polarized light polarized in parallel and perpendicular to the plane of the polarized incident light are measured. Such measurements require that the fluorescent light signals remain optically organized. Accordingly, the flow cell 10 can be used to collect any optical signal emanating from the detection zone 34. Another advantage of the spherical element 12 is that illumination with non-parallel light can be provided by the source 36 instead of the parallel light. In particular, the beam 36 may provide a beam which is convergent with the detection zone 34.

Det infallande ljuset kommer följaktligen att träffa_den sfäríska periferin 23 under rät vinkel och därigenom minskas ljusbrytningen till ett minimum för att tillåta att ljuset fokuseras vid detekte- ringszonen 34. Ljuskällor som icke är av lasertyp, såsom kvicksilver- eller xenonbåglampor och vanlig episkopisk mikroskopibelysning,kan användas i stället för laserbelysning tillsammans med flödescellen 10. Ljuskällor för ljus som icke är parallellt begränsar mätningen av framåtljusspridning.Consequently, the incident light will strike the spherical periphery 23 at right angles, thereby reducing the refraction of light to a minimum to allow the light to be focused at the detection zone 34. Non-laser light sources such as mercury or xenon arc lamps and ordinary episcopic microscopy. be used instead of laser illumination together with the flow cell 10. Light sources for non-parallel light limit the measurement of forward light scattering.

Nedströmskammaren 28 kan antaga många skilda Former som är väl kända av fackmannen. Den kan utgöras av en enkel kammare som användes för att taga hand om vätskan från flödet, såsom visas i de amerikanska patenten nr. 3,746,976 och 4,Ul4,6ll. Alternativt kan bildandet av droppar (icke visade) med individuellt isolerade partiklar däri, med efterföljande sortering av dropparna, införlivas med flödescellens 10 flödessystem. I detta fall skulle nedströmskammaren 28 icke er- fordras och nedströmskanalen 18 skulle stå i direkt förbindelse med den omgivande atmosfären. Ett sätt att göra detta skulle vara att använda ett andra jordat mantelarrangemang såsom visats i det amerikan- ska patentet nr. 3,7lÛ,933 eller alternativt använda ett jordat platt- arrangemang såsom visas i det amerikanska patentet 3,380,584. Om sor- teringsegenskapen har införlivats, är det önskvärt att öppningen 14 har ett förhållande mellan djup och vidd av ungefär 4 till l. Utan sortering är det önskvärt att detta Förhållande är ungefär l till l. Üppningens 14 vidd kan variera beroende på storleken av de partiklar som skall analyseras. Ehuru det sfäriska elementet 12 företrädesvis är utbildat av kvarts, kan även andra material som är mycket ljusgenom- släppande och har låg brytningsindex, exempelvis plast eller safir, användas vid specifika tillämpningar.The downstream chamber 28 can take many different forms which are well known to those skilled in the art. It may be a simple chamber used to take care of the liquid from the flow, as shown in U.S. Pat. 3,746,976 and 4, Ul4,611. Alternatively, the formation of droplets (not shown) with individually isolated particles therein, with subsequent sorting of the droplets, can be incorporated into the flow system 10 of the flow cell. In this case, the downstream chamber 28 would not be required and the downstream channel 18 would be in direct communication with the surrounding atmosphere. One way to do this would be to use a second grounded jacket arrangement as shown in U.S. Pat. 3,710,333 or alternatively use a grounded plate arrangement as shown in U.S. Patent 3,380,584. If the sorting property has been incorporated, it is desirable that the aperture 14 have a depth to width ratio of about 4 to 1. Without sorting, it is desirable that this ratio be about 1 to 1. The width of the aperture 14 may vary depending on the size of the particles to be analyzed. Although the spherical element 12 is preferably formed of quartz, other materials which are very light transmissive and have a low refractive index, for example plastic or sapphire, can also be used in specific applications.

Hittills har den första utföringsformen enligt fig.l och 2 beskri- vits såsom använd för studiet av partiklar, exempelvis biologiska celler, och dessa införas medelst sampelinförselröret 24. Ett annat 8205032-9 19 förverkligande av omvandlaren 10 är inom kromatografiområdet, där optiska flödesceller vanligen användas för att analysera ett ström- mande kromatografiskt medium. Inom kromatografiområdet kan de redan angivna förfarandena med laminär strömning, och därmed sampelinför- selröret 24, användas eller icke användas. Följaktligen kan de bestånds- delar som skall detekteras vara eller icke vara centrerade i vätske- flödet. Termen "partíkel" definieras här att inkludera de fluorescerande molekylerna i det strömmande kromatografíska mediet.Heretofore, the first embodiment of Figures 1 and 2 has been described as being used for the study of particles, for example biological cells, and these are introduced by means of the sample inlet tube 24. Another embodiment of the converter 10 is in the field of chromatography, where optical flow cells are usually be used to analyze a flowing chromatographic medium. In the field of chromatography, the already indicated methods of laminar flow, and thus the sample inlet tube 24, can be used or not used. Consequently, the constituents to be detected may or may not be centered in the liquid flow. The term "particle" is defined herein to include the fluorescent molecules in the flowing chromatographic medium.

I fig. 1 och 2 visas den kvadratiska öppningen 14 med flata ytor 58.Figures 1 and 2 show the square opening 14 with flat surfaces 58.

För fackmannen är det känt att ljus som härstammar från ett centrum' 59 hos öppningen 14 korsar varje flat yta 58 på sådant sätt att den ljusbrytning som införes genom flödes-glasgränsytan hos den flata ytan 58 böjer ljuset på ett radiellt symmetriskt sätt omkring de optiska axlarna 40 och 5Û.Den unika kombinationen av den sfäriska periferin 23 och åtminstone en av de flata ytorna 58 tillåter att ljus uppsam- las längs den optiska axeln 50, och den resulterande ljusbrytningen orsakar radiellt symmetrisk ljusböjning. Detta betyder att billiga sfäriska linser, exempelvis samlingslinsen 52, kan användas för att samla ljuset till ett väl organiserat strålknippe. Ehuru detta icke visats kan fluorescensdetektorn 48 även placeras på den första op- tiska axeln 40 och utnyttja de redan beskrivna fördelarna hos de flata ytorna 58. Strålningskällan 36 och därmed samhörande optiska element kommer emellertid att i begränsad omfattning störa ljusuppsamlingen. Ävenså kan partikelströmmen förläggas förskjuten från centrum i för- hållande till den kvadratiska öppningens 14 centrum, så att en av de flata ytorna 58 omfattar en större area i avseende på partiklarna.It is known to those skilled in the art that light originating from a center 59 of the aperture 14 crosses each flat surface 58 in such a way that the light refraction introduced through the flow glass interface of the flat surface 58 bends the light in a radially symmetrical manner about the optical axes. 40 and 5Û.The unique combination of the spherical periphery 23 and at least one of the flat surfaces 58 allows light to be collected along the optical axis 50, and the resulting refraction of light causes radially symmetrical light bending. This means that inexpensive spherical lenses, for example the collection lens 52, can be used to collect the light into a well-organized beam. Although not shown, the fluorescence detector 48 can also be placed on the first optical axis 40 and take advantage of the already described advantages of the flat surfaces 58. However, the radiation source 36 and associated optical elements will interfere to a limited extent with light collection. Also, the particle flow can be displaced from the center relative to the center of the square opening 14, so that one of the flat surfaces 58 comprises a larger area with respect to the particles.

Härigenom tillåtes följaktligen ljusuppsamling inom en vid vinkel och fyrkantformade pulser för impedansavkänning.Accordingly, this allows light collection within a wide angle and square pulses for impedance sensing.

I fig. 3 visas en andra utföringsform av flödescellen 10, där öpp- ningens 14 flödesaxellinje 19 är belägen förskjuten i förhållande till det sfäriska elementets 12 centrum l5. Såsom är känt inom mik- roskopiområdet kan placering av en ljuskälla centrumförskjuten i ett sfäriskt linselement frambrínga ett linselement med en numerisk aper- tur som är så stor som 1,4. Mera specifikt korsar strålning som fort- sätter från öppningen 14 den sfäriska periferin 23 för att brytas på v 827-05032-9 11 ett radiellt symmetriskt sätt i avseende på den andra optiska axeln 50.Fig. 3 shows a second embodiment of the flow cell 10, where the flow axis 19 of the opening 14 is located offset relative to the center 15 of the spherical element 12. As is known in the field of microscopy, placement of a light source center-offset in a spherical lens element can produce a lens element with a numerical aperture as large as 1.4. More specifically, radiation continuing from the aperture 14 crosses the spherical periphery 23 to be refracted in a radially symmetrical manner with respect to the second optical axis 50.

Följaktligen kommer ljusstrålar 60, som fortsätter från öppningen 14 till en på avstånd belägen del av 61 av det sfäriska elementet 12, att brytas inåt mot den andra optiska axeln 50. På grund av denna inåtböjning kommer ett mindre divergent strålknippe, som är centrerat på den optiska axeln 50, att fortsätta från det sfäriska elementet 12 och blir parallellt genom samlingslinsen 52. I jämförelse med sam- lingslinsen S2 i den första utföringsformen erfordrar samlingslinsen 52 i den andra utföringsformen mycket mindre brytkraft för samma ljus- uppsamling och därmed följer avsevärda kostnadsbesparingar. Alternativt kan en samlingslins _52 med samma brytkraft användas för att uppfånga och till parallella strålar omvandla mera ljus. Mera specifikt kan nästan allt ljus som fortsätter från en av den kvadratiska öppningens 14 flata sidor 58 uppsamlas av samlingslinsen 52 till ett knippe parallella strålar. Strålningskällan 36 åstadkommer konvergent belys- ning, såsom visas genom riktningen av de två ljusstrålarna 60. Detta åstadkommes genom användning av en vanlig dikroisk spegel 63, som kan användas för att reflektera belysande strålning samtidigt som den låter fluorescent ljus passera, eller vice versa. Linsen 52 använ--- des för att det belysande ljuset skall bli konvergent och för att göra det utgående fluorescenta ljuset konvergent. Linsen 52 kan vara skild från eller fastsatt på det sfäriska elementet 12. I den i fig. l och 2 visade första utföringsformen kan organiserat ljus uppsamlas även om de optiska axlarna 40 och 50 icke är vinkelräta mot flödets axellinje 19. Vid den i fig. 3 visade andra utföringsformen måste de optiska axlarna 40 och 50, som är sammanfallande, vara vinkelräta mot flödets axellinje 19. Ävenså måste den andra optiska axeln 50 i huvudsak gå genom det sfäriska elementets 12 centrum 15. 0m vid- vinkelbelysning önskas, måste vidare den första optiska axeln 40 sammanfalla med den andra optiska axeln 50. I andra avseenden är emel- lertid uppbyggnaden och arbetssättet hos den andra utföringsformen densamma som hos den första utföringsformen.Consequently, light rays 60 extending from the aperture 14 to a spaced-apart portion 61 of the spherical member 12 will be refracted inwardly toward the second optical axis 50. Due to this inward bending, a smaller divergent beam centered on the optical axis 50, to continue from the spherical element 12 and become parallel through the collecting lens 52. In comparison with the collecting lens S2 in the first embodiment, the collecting lens 52 in the second embodiment requires much less refractive power for the same light collection and thus considerable cost savings follow. Alternatively, a collection lens _52 with the same refractive power can be used to capture and convert more light into parallel rays. More specifically, almost all of the light continuing from one of the flat sides 58 of the square aperture 14 can be collected by the collection lens 52 into a bundle of parallel rays. The radiation source 36 provides convergent illumination, as shown by the direction of the two light rays 60. This is accomplished by using a standard dichroic mirror 63, which can be used to reflect illuminating radiation while allowing fluorescent light to pass, or vice versa. The lens 52 was used to make the illuminating light convergent and to make the outgoing fluorescent light convergent. The lens 52 may be separate from or attached to the spherical member 12. In the first embodiment shown in Figs. 1 and 2, organized light may be collected even if the optical axes 40 and 50 are not perpendicular to the axis of the flow 19. In the case shown in Figs. 3, the optical axes 40 and 50, which coincide, must be perpendicular to the axis 19 of the flow. Also, the second optical axis 50 must pass substantially through the center 15 of the spherical element 12. If wide-angle illumination is desired, it must further be the first optical axis 40 coincides with the second optical axis 50. In other respects, however, the structure and mode of operation of the second embodiment is the same as that of the first embodiment.

Fig.4 visar två modifikationer av de redan beskrivna utföringsformerna.Fig. 4 shows two modifications of the already described embodiments.

Strålningskällan 36 åstadkommer strålning som är konvergent i rit- ningsplanet, såsom visas genom ljusstrålarna 64. I en mot ritningen vinkelrät riktning är den av strålningskällan 36 åstadkomma strål- .azosnzz-Q 12 ningen jämförelsevis smal och något konvergent. Följaktligen kommer strålarna 64 att riktas mot öppningen 14 såsom ett konvergerande "slitsliknande“ strâlknippe. Eftersom dylika strålar är i huvudsak vinkelräta mot den sfäriska periferin 23, orsakas minimal brytning av den utgående strålningen genom den sfäriska ytans luft-glasgränsyta.The radiation source 36 produces radiation which is convergent in the plane of the drawing, as shown by the light rays 64. In a direction perpendicular to the drawing, the radiation source 36 produced by the radiation source 36 is comparatively narrow and somewhat convergent. Consequently, the beams 64 will be directed toward the aperture 14 as a converging "slit-like" beam, since such beams are substantially perpendicular to the spherical periphery 23, minimal refraction of the outgoing radiation through the air-glass interface of the spherical surface is caused.

Ehuru en mycket liten avböjning orsakas av öppningens 14 glas-flödes- I gränsyta, kommer den konvergerande: belysningen att belysa de partik- lar som fortsätter genom öppningen 14. Ett smalt band av en reflekte- rande beläggning 65 har pålagts på den sfäriska periferin 23 för att bilda en reflekterande spegel för att hindra den belysande strålnin- gen sedan den gått genom öppningen 14. Den reflekterande beläggnin- gen 65 visas i detalj i fig. 5 tillsammans med konfigurationen av den ' belysande strålningen, när denna träffar den reflekterande beläggningen 65, och detta visas genom den i stort sett elliptiska konfigurationen 66. Den reflekterande beläggningens 65 bredd göres minimal i avseende på den belysande strålningen för att ljusspridningen skall kunna detekteras ovanför och nedanför den reflekterande belägg- ningen medelst detektorn 45 för spritt ljus. Det är möjligt att placera flödescellen lÜ i ett laserhålrum tillsammans med den reflekterande spegeln. Detta arrangemang tillåter användning av en billig och svagare "ljuskälla. Dessutom minskar vidvinkelbelysning av partiklarna, såsom är känt för fackmannen, problem som normalt påträffas vid belysning av biologiska celler med jämförelsevis smala strålknippen. Mera spe- cifikt alstrar belysning av celler med jämförelsevis smala strålknip- pen av belysande strålning, exempelvis laserljus, "heta punkter", dvs. områden med en jämförelsevis hög energitäthet i jämförelse med närliggande områden inom cellen. Detta betyder med andra ord att områden med ojämn strålning eller "heta punkter" representerar ojämn belysning, och därigenom kommer icke alla delar av en cell att utsät- tas för samma energimängd. Dessa "heta punkter" beror på optiska effekter vid cell- och organgränser. För fackmannen är det vidare känt att konvergerande strålknippen, t.ex. lasersträlning, med en Gauss-intensitetsprofil blir parallella inom fokalområdet på grund av diffraktion och därför alstrar "heta punkter" på samma sätt. Prob- lemet med dessa "heta punkter" är att de ifråga om läget sammanfal- ler med områdena av fluorescent material inuti cellen, varvid detta 8205Û32'9 13 fluorescensmaterial avger en fluorescent signal med hög intensitet i förhållande till den signal med låg intensitet som samma fluorescens- material skulle frambragt om det icke befunnit sig i den "heta punk- ten". Detta betyder att om den "heta punkten" sammanfaller med fluore- scensmaterialet, kommer en onoggrann fluorescensavläsning att erhål- las. Vidvinkelbelysning av det slag som visas i fig. 3 och 4 nedbrin- gar de nu beskrivna problemen till ett minimum. Ävenså infångar cel- ler ljus så att ljus icke går ut likformigt från cellerna.Although a very small deflection is caused by the glass-flow interface of the aperture 14, the converging illumination will illuminate the particles continuing through the aperture 14. A narrow band of a reflective coating 65 has been applied to the spherical periphery 23. to form a reflecting mirror to obstruct the illuminating radiation as it passes through the aperture 14. The reflective coating 65 is shown in detail in Fig. 5 together with the configuration of the illuminating radiation as it strikes the reflective coating 65. , and this is shown by the substantially elliptical configuration 66. The width of the reflective coating 65 is minimized with respect to the illuminating radiation so that the light scattering can be detected above and below the reflective coating by the diffused light detector 45. It is possible to place the flow cell lÜ in a laser cavity together with the reflecting mirror. This arrangement allows the use of a cheaper and weaker "light source. In addition, wide angle illumination of the particles, as is known to those skilled in the art, reduces problems normally encountered in illuminating biological cells with comparatively narrow beams. More specifically, illumination of cells with comparatively narrow beams illuminating radiation, such as laser light, "hot spots", ie areas with a comparatively high energy density compared to nearby areas within the cell, in other words, areas with uneven radiation or "hot spots" represent uneven lighting, and as a result, not all parts of a cell will be exposed to the same amount of energy.These "hot spots" are due to optical effects at cell and organ boundaries.For those skilled in the art, it is further known that converging beams, such as laser radiation, with a Gaussian intensity profile becomes parallel within the focal area due to diffraction and therefore generates "hot spots" on the same way. The problem with these "hot spots" is that they coincide in position with the areas of fluorescent material inside the cell, this fluorescent material emitting a high intensity fluorescent signal relative to the low intensity signal as the same. fluorescent material would have been produced if it had not been in the "hot spot". This means that if the "hot spot" coincides with the fluorescence material, an inaccurate fluorescence reading will be obtained. Wide angle lighting of the type shown in Figs. 3 and 4 reduces the problems now described to a minimum. Cells also capture light so that light does not emit uniformly from the cells.

Enligt fig. 4 har ett område på den sfäriska periferin 23 modifie- rats till att inkludera ett utskjutande sfäriskt linsavsnitt 67 med större krökning än den sfäriska periferin 23, så att parallellt ljus kan erhållas utan införande av separata optiska element, exempelvis samlingslinsen 52. Dessa linsavsnitt kan utbildas i ett stycke med det sfäriska elementet 12 men de kan även utgöras av separata delar som fastsättas på det sfäriska elementet 12. Det sfäriska elementet 12 är i och för sig ett monolitiskt element. Det sfäriska elementets mrrrrnriska karaktär medför förbättrad ljusoppsamling genom att på- klistrade ytor eliminerats. Särskilt orsakar det klister eller lim som användes i de påklistrade ytorna optisk inhomogenitet och därigenom alstras spritt ljus. Inhomogeniteterna kan fluorescera och med tiden kan klistret lossna. Såsom visats i fig. 4 har den sfäriska periferin angivits med en yttre radie 68 som är lika med den inre radien hos det sfäriska linsavsníttet 67. Det sfäriska linsavsnittet 67 har en yttre radie 70 som roterar omkring ett krökningscentrum 72 beläget på den andra optiska axeln 50. Den yttre radien 70 är ifråga om di- mensionen mindre än radien 66, och följaktligen är linsavsnitets 67 yttre krökning större än den sfäriska periferins 23. Det är tydligt att den föreliggande uppfinningens omfång inkluderar icke endast det sfäriska elementet 12 utan även kan inkludera ett eller flera sfäriska avsnitt, exempelvis sådana som linsavsnittet 67, eller kan inkludera ett eller flera asfäriska avsnitt utbildade i ett stycke med det sfäris- ka elementet 12 eller fastsatta på detta.According to Fig. 4, an area of the spherical periphery 23 has been modified to include a projecting spherical lens section 67 with a greater curvature than the spherical periphery 23, so that parallel light can be obtained without the introduction of separate optical elements, for example the collection lens 52. These lens sections can be formed in one piece with the spherical element 12, but they can also consist of separate parts which are attached to the spherical element 12. The spherical element 12 is in itself a monolithic element. The mrrrrr character of the spherical element leads to improved light collection by eliminating glued surfaces. In particular, the adhesive or glue used in the glued surfaces causes optical inhomogeneity and thereby scattered light is generated. The inhomogeneities can fluoresce and over time the adhesive can come off. As shown in Fig. 4, the spherical periphery is indicated by an outer radius 68 equal to the inner radius of the spherical lens section 67. The spherical lens section 67 has an outer radius 70 which rotates about a center of curvature 72 located on the second optical axis. 50. The outer radius 70 is smaller in size than the radius 66, and consequently the outer curvature of the lens section 67 is larger than the spherical periphery 23. It is clear that the scope of the present invention includes not only the spherical element 12 but may also include one or more spherical sections, for example those such as the lens section 67, or may include one or more aspherical sections formed integrally with the spherical element 12 or attached thereto.

Ifråga om fig. 6 är det för en fackman tydligt att det sfäriska elemen- tet 12 kan utbildas som ett optiskt element med ett eller flera sfä- riska avsnitt, exempelvis ett par motstående sfäriska avsnitt 74, 1k och ett eller flera asfäriska avsnitt, exempelvis ett cylindriskt avsnitt 76. Utföringsformen visar hur sfäriska avsnitt, som visas genom sfäriska ytterlinjer 78 och sfäriska periferier 23, kan för- enas så att öppningens 14 från centrum förskjutna läge kan användas för att uppsamla ljus från ett flertal sfäriska avsnitt 7A. Dessutom kan flera än två sfäriska avsnitt 74 förenas omkring öppningen 14.In the case of Fig. 6, it is clear to a person skilled in the art that the spherical element 12 can be formed as an optical element with one or more spherical sections, for example a pair of opposite spherical sections 74, 1k and one or more aspherical sections, e.g. a cylindrical section 76. The embodiment shows how spherical sections, shown by spherical outer lines 78 and spherical peripheries 23, can be joined so that the position of the aperture 14 offset from the center can be used to collect light from a plurality of spherical sections 7A. In addition, more than two spherical sections 74 may be joined around the opening 14.

Vidvinkelbelysníng av öppningen 14 kan användas genom att exempelvis åstadkomma konvergent strålning centrerad på den första optiska axeln 40, med den andra optiska axeln 50 för uppsamling anordnad i linje med den förstnämnda. Alternativt kan exempelvis konvergent "slitslik- nande" belysning åstadkommas längs en optisk axel 80, med det cylind- riska avsnittet 76 verkande som en konvergerande lins för de breda dimensionerna hos det “slitsliknande" strålknippets tvärsektion. lfråga om ritningarna i sin helhet anger samtliga utföringsformer av flödescellen 10 ett optiskt element med åtminstone ett eller flera optiska avsnitt som är radiellt symmetriska i avseende på det valda läget av den andra optiska axeln 50. Vid den första utföringsformen enligt fig. l och 2 kan, så länge som den andra optiska axeln 50 går genom centrum 15, den andra optiska axeln 50 intaga vilket som helst läge, med hela den sfäriska periferin 23 angivande ett par motstående sfäriska avsnitt. Vid den andra utföringsformen enligt fig. 3 måste den andra optiska axeln 50 gå genom öppningen 14 och centrum 15, som nu är skilda åt, så att det på avstånd anbragta avsnittet 61 anger ett sfäriskt avsnitt som är radiellt symmetriskt omkring den andra optiska axeln 50. Vid den modifierade utföringsformen enligt fig. 4 är såväl den sfäriska periferin 23 som det sfäriska linsavsnittet 67 radiellt symmetriska i avseende på den andra optiska axeln 50, och båda krökningscentra 15 och 72 är belägna därpå. I fig. 6 är såväl paret centra 15 som öppningen 14 belägna på på den andra optiska axeln 50. Om en kvadratisk öppning 14 användes, kommer åtminstone en av dess flata ytor 58 att vara orienterad så att den är vinkelrät mot den andra optiska axeln 50.Wide-angle illumination of the aperture 14 can be used by, for example, providing convergent radiation centered on the first optical axis 40, with the second optical axis 50 for collection arranged in line with the former. Alternatively, for example, convergent "slit-like" illumination may be provided along an optical axis 80, with the cylindrical section 76 acting as a converging lens for the wide dimensions of the cross-section of the "slit-like" beam. of the flow cell 10 an optical element having at least one or more optical sections which are radially symmetrical with respect to the selected position of the second optical axis 50. In the first embodiment according to Figs. 1 and 2, as long as the second optical axis 50 can passes through the center 15, the second optical axis 50 assumes any position, with the entire spherical periphery 23 indicating a pair of opposite spherical sections.In the second embodiment of Fig. 3, the second optical axis 50 must pass through the aperture 14 and the center 15 , which are now separated, so that the spaced apart section 61 indicates a spherical section which is radially symmetrical about the other a optical axis 50. In the modified embodiment of Fig. 4, both the spherical periphery 23 and the spherical lens section 67 are radially symmetrical with respect to the second optical axis 50, and both centers of curvature 15 and 72 are located thereon. In Fig. 6, both the pair of centers 15 and the aperture 14 are located on the second optical axis 50. If a square aperture 14 is used, at least one of its flat surfaces 58 will be oriented so as to be perpendicular to the second optical axis 50. .

Ifråga om samtliga ritningar kan vilket som helst av de sfäriska av- snitten, exempelvis den sfäriska periferin 23, det sfäríska linsavsnit- tet 67 eller de sfäriska avsnitten 74 utbildas asfäriska för att exem- 8205032-9 15 pelvis korrigera för sfärisk aberration. Följaktligen kommer dessa ytor att i patentkraven betecknas som "i huvudsak sfäriska avsnitt" eller som "perifera konvexa avsnitt som anger en rotationsyta". Mera specifikt omfattar en rotationsyta en på ifrågakommande sätt krökt linje som roterar omkring en optisk axel för att alstra en radiellt symmetrisk yta. För enkelhetens skull kommer dylika asfäriska avsnitt att antagas ha krökningscentra hos de sfäriska konfigurationer som närmast svarar mot de asfäriska avsnitten.In the case of all drawings, any of the spherical sections, for example the spherical periphery 23, the spherical lens section 67 or the spherical sections 74, may be formed aspherically to correct for spherical aberration, for example. Accordingly, these surfaces will be referred to in the claims as "substantially spherical sections" or as "peripheral convex sections indicating a surface of rotation". More specifically, a surface of rotation comprises a linearly curved line which rotates about an optical axis to produce a radially symmetrical surface. For the sake of simplicity, such aspherical sections will be assumed to have centers of curvature of the spherical configurations most closely corresponding to the aspherical sections.

Ehuru särskilda utföringsformer av uppfinningen har visats och beskri- vits här, förefinns ingen avsikt att därigenom begränsa uppfinningen till dylika utföringsformers detaljer. I motsats härtill är avsikten att täcka alla modifikationer, alternativ, utföringsformer, bruk och ekvivalenter till den föreliggande uppfinningen som faller inom idén och omfånget för uppfinningen, beskrivningen och de bifogade patentkraven.Although particular embodiments of the invention have been shown and described herein, there is no intention to thereby limit the invention to the details of such embodiments. In contrast, it is intended to cover all modifications, alternatives, embodiments, uses, and equivalents of the present invention that fall within the spirit and scope of the invention, the description, and the appended claims.

Claims

8205032-'9 16 P A T E N T K R A V

Flow cell (10) for studying individual particles in liquid suspension, with Flow cell Equipped with a particle sensing aperture (14), through which a flow of said particles in suspension is conducted, with Flow cell constructed to receive radiation to illuminate a given particle in said particle sensing aperture.and to transmit optical signals caused by the passage of said given particle through the radiation, with the Flow Cell provided with an upstream channel (16) formed at one end (20) of the flow cell, and with said particle sensing aperture located in liquid communication with the said channel, characterized by a substantially spherical element (12) acting as a monolithic structure, an optical light illumination axis (40) along which the radiation is to be received and at least one light collecting optical axis (40,50) along which said optical signals are collected, with said optical axes located in line To cross the said a aperture, and with said spherical element substantially radially symmetrical with respect to said optical axes.

Flow cell according to claim 1, characterized in that the aperture (14) includes at least one flat surface (58), with this flat surface located in a perpendicular relationship with said light-collecting optical axis (40,50).

Flow cell according to claim 1 or 2, characterized in that said opening (lä) is located in environmental connection with the center of curvature (15) of said spherical element (12).

A flow cell according to claim 1 or 2, characterized in that the center of curvature (15) of said spherical element is located between said opening (1h) and said spherical element (12). 8205032-9 1!

Flow cell according to one of Claims 1 to 4, characterized in that at least one peripheral region of said spherical element (12) has a curved lens section (52; 67) which extends beyond the outer radius of the spherical element, and with said curved lens section located on said light collecting optical axis (50).

Flow cell according to claim 5, characterized in that said curved lens section (52; 67) is bounded by an inner radius (68) and an outer radius (70), with the inner radius equal to the outer radius of the spherical element. and the outer radius of the curved lens section is smaller than the said inner radius.

Flow cell according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the spherical element (12) has a pair of opposite flat surfaces (41, 42) formed therein, with said flat surfaces located on an optical axis (40). ) for illumination, with said optical illumination axis passing through the aperture (14) and located in a perpendicular relationship with said flat surfaces, furthermore the flow cell further includes a radiation source (36) for parallel radiation centered on said optical illumination axis.

Flow cell according to one of Claims 1 to 6, characterized by a radiation source (36) for convergent radiation and mainly focused on the aperture (14).

A flow cell according to any one of claims 3-8 and further including a radiation detector (48) located on said light collecting optical axis (40,5Û) for receiving radiation originating from the aperture (14), characterized by that a section of the spherical element has a reflective coating (54), with said coated section of the spherical element located on the light collecting optical axis (50) and on a side of the spherical element opposite said radiation detector.

Flow detector according to one of Claims 3 to 6, characterized by a radiation source (36) for convergent radiation with a slit-like cross-sectional configuration (66) and mainly focused on the opening (14), and with a narrow band reflective coating (65) applied to the spherical element (12) to reflect the '82 ÜåšÜ3'¿ “'- ä _ 18 said convergent radiation after passing through the aperture.

11. ll. Flow cell according to claim 4, characterized by a dichroic mirror (63) located on the light collecting shaft (50), whereby said dichroic mirror allows both light collecting and irradiation along said light collecting shaft.

Flow cell according to claim 4, characterized in that the flow cell has a pair of opposite spherical elements (74,74) which are radially symmetrical with respect to said light collecting shaft (40), with said pair of spherical elements with their centers of curvature (15 , l5) separated from each other and with the opening (14) located between said centers of curvature.

Flow cell according to one of claims 1 to 12, characterized by means (3Û, 30) for conducting an electric current through said opening (14) simultaneously with the passage of a particle through said opening, and detecting means which reacts For variations of the electrical impedance to generate a particle pulse signal at the passage of said particle through the aperture.

A flow cell according to any one of claims 1-13, characterized by a plurality of light collecting optical shafts (40,5Ü) for collecting radiation, with each light collecting optical shaft arranged to cross said aperture, and a radiation part texting means (45, b8) located on each said light collecting optical axis for collecting said optical signals. --- ooo ---