一种光路自动校正的细胞激光激发检测装置及其方法
阅读：731发布：2023-02-15
专利汇可以提供一种光路自动校正的细胞激光激发检测装置及其方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种细胞激 光激发 检测装置，包括激光 辐射 单元、流动检测单元、前向探测单元、 数据处理 单元，还包括侧向探测单元光路校正单元。本发明既可以对细胞的前向和侧向散射光探测来实现细胞大小和分布进行测量之外，还可以校正光路。相比其他类型的细胞检测装置和技术，本发明在提高测量准确度、光路校正、系统 稳定性 等方面有较大的提高，具有很好的实用性。，下面是一种光路自动校正的细胞激光激发检测装置及其方法专利的具体信息内容。
1.一种光路自动校正的细胞激光激发检测装置，其特征在于包括激光辐射单元
（100）、流动检测单元（200）、前向探测单元（300）、数据处理单元（500），还包括侧向探测单元（400）、光路校正单元（600）；所述前向探测单元（300）沿光传播方向由会聚准直镜（310）、前向滤光片（320）和前向散射光探测器（330）构成； 所述前向散射光探测器（330）采用同心环形结构硅光电池探测器； 所述的硅光电池探测器环数大于2环，由内至外，有用于检测细胞前向散射光的直流分量的第一环（331）、用于检测细胞前向小角度散射光第二环（332）；用于检测细胞前向大角度散射光的第三环（333）及外部其他各环； 所述光路校正单元（600）由I/0卡（610）和三维机械扫描平台（620）依次电气连接构成；激光辐射单元（100）固定于光路校正单元（600）的三维机械扫描平台（620）上。
2.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于所述硅光电池探测器环数为2-5环，优选为5环，由内至外，有用于检测细胞前向散射光的直流分量的第一环（331）、用于检测细胞前向小角度散射光第二环（332）；用于检测细胞前向大角度散射光的第三环（333）及外部其他各环。
3.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于： 所述激光辐射单元（100）沿光传播方向依次由激光器组件（110）、准直透镜（120）、聚焦透镜（130）构成； 所述的激光器组件（110）沿光传播方向由三个不同波长的激光器和两个不同选通波长的二色分光镜构成； 激光器1（111）发出的光与激光器2（112）和激光器3（113）发出的光成90度，二色分光镜1（114）将激光器（111）发出的光顺利通过，而将激光器（112）发出的光垂直反射，使得激光器（111）发出的光和激光器（112）发出的光平行而出；二色分光镜2（115）将激光器（111）和激光器（112）发出的光顺利通过，而将激光器（113）发出的光垂直反射，最终使得激光器（111）、激光器（112）和激光器（113）发出的光三者混合平行而出； 二色分光镜（114）与激光器（111）和激光器（112）发出的光均成45度夹角，二色分光镜（115）与二色分光镜（114）平行，且在同一条直线上。
4.如权利要求书1所述的检测装置，其特征在于所述流动检测单元（200）从外至内为检测室（210）、检测室内的鞘流管（220）、鞘流管内的样品管（230）、位于流动检测单元下部的喷嘴（240）构成，样品管和鞘流管均与喷嘴相连，样品液和鞘流液可从喷嘴喷出。
5.如权利要求书4所述的检测装置，其特征在于所述的检测室（210）为透明石英玻璃材料制成的中空封闭室，检测室的内外玻璃面保持平行。
6.如权利要求书1所述的检测装置，其特征在于所述侧向探测单元（400）沿光传播方向由侧向光接收镜（410）、双色性反射镜（420）、侧向散射光探测单元（430）和荧光探测单元（440）构成； 所述侧向散射光探测单元(430) 沿光传播方向由侧向散射光滤光片(431)、侧向散射光傅里叶透镜（432）和侧向散射光探测器(433)构成； 所述的侧向散射光探测单元（430）和荧光探测单元（440）以双色性反射镜（420）成夹角90度分布，其中散射光探测单元（430）光轴与侧向光轴平行，荧光探测单元（440）光轴与侧向光轴垂直； 荧光探测单元（440）沿光传播方向由荧光滤光片轮组件(441)、荧光傅里叶透镜（442）和荧光探测器（443）构成。
7.如权利要求书6所述的检测装置，其特征在于所述的侧向散射光探测器（433）和荧光探测器（443）均采用光电倍增管，其响应光波长范围从200nm到1000nm。
8.如权利要求书1所述的检测装置，其特征在于所述数据处理单元（500）由多路开关（510）、信号放大器（520）、数据采集卡（530）、计算机（540）、数据分析软件（550）依次电气连接构成。
9.如权利要求书1所述的检测装置，其特征在于所述的激光辐射单元（100）的光轴与流动检测单元的流动检测室（200）水平中心线及前向探测单元（300）的光轴在同一条直线，与侧向探测单元光轴成90度夹角。
10.权利要求1所述细胞激光激发检测装置的使用方法，其特征在于包括如下步骤： 开机，将样品加入样品管中，激光辐射单元发出激光，打在流动检测单元样品管内的被测细胞上，前向探测单元和侧向探测单元分别接收被测细胞的前向散射光和侧向散射光及侧向荧光后，再将成像的光信号转换成电信号，由数据处理单元处理成数字信号后，再由数据分析软件对数据信号分析处理，得出光偏移量；根据光偏移量把数据分析软件处理后的电信号经过I/0卡（610）输出至三维机械扫描平台（620）的三个步进电机，实现三维机械扫描平台（620）的上下、前后和左右的平行移动，以此来实现光路的自动校正。
一种光路自动校正的细胞激光激发检测装置及其方法
技术领域
背景技术
[0002] 利用激光技术来对细胞或颗粒的大小和分布情况进行测量，具有速度快、不与检测物质直接接触等优点，在粒度仪和细胞检测仪等应用中越来越受青睐。其中，激光粒度仪是采用激光器作为光源，运用Mie散射理论来对粉末、液体和气体中微小颗粒进行快速计数和体积测量的仪器，并通过反演可以得到颗粒粒度分布，从而实现颗粒的检测，已经被广泛应用于石化、陶瓷、粉体、涂料、制药、水泥、军工等领域。但是传统的激光粒度仪大多是通过检测散射光来对粉体、悬液和气体颗粒进行粒径大小和形态分布的测量，而对于颗粒本身的性质和其内部组分性质无法进行分析测量；也无法对生物细胞，比如：对白细胞中的淋巴细胞、中性粒子细胞、单核细胞等细胞的大小、形态，以及细胞膜表面抗原抗体、细胞质和细胞核的性状等，将无法进行测量和做定量分析。目前，对生物细胞进行检测，特别是对细胞抗原抗体及细胞内的组分和形态进行检测，是通过细胞进行染色标记，然后利用流式细胞仪来测量的。对于流式细胞仪而言，虽然可以通过检测细胞的前向、侧向散射光和激发荧光来对细胞的体积和细胞内部组分进行分析，但是使用的流式细胞仪时间长了，其光路系统将会发生一定程度的偏移，而偏移量的多少很难准确得到，使得整个光路系统调试比较困难，从而影响了最终测试的重复性。
发明内容
[0004] 具体方案如下：一种光路自动校正的细胞激光激发检测装置，包括激光辐射单元、流动检测单元、前向探测单元、数据处理单元，还包括侧向探测单元、光路校正单元；所述前向探测单元沿光传播方向由会聚准直镜、前向滤光片和前向散射光探测器构成；
所述前向散射光探测器采用同心环形结构硅光电池探测器；
所述的硅光电池探测器环数大于2环，由内至外，有用于检测细胞前向散射光的直流分量的第一环、用于检测细胞前向小角度散射光第二环；用于检测细胞前向大角度散射光的第三环及外部其他各环；
所述光路校正单元由I/0卡和三维机械扫描平台依次电气连接构成；激光辐射单元固定于光路校正单元的三维机械扫描平台上。
所述前向散射光探测器采用同心环形结构硅光电池探测器；
所述的硅光电池探测器环数大于2环，由内至外，有用于检测细胞前向散射光的直流分量的第一环、用于检测细胞前向小角度散射光第二环；用于检测细胞前向大角度散射光的第三环及外部其他各环；
所述光路校正单元由I/0卡和三维机械扫描平台依次电气连接构成；激光辐射单元固定于光路校正单元的三维机械扫描平台上。
[0005] 激光辐射单元发出激光，打在流动检测单元，由前向探测单元、侧向探测单元将成像的光信号转换成电信号，再由数据处理单元处理成数字信号、数据分析软件分析处理，经数据分析软件处理后的电信号经过I/0卡输出至三维机械扫描平台的三个步进电机，实现三维机械扫描平台的上下、前后和左右的平行移动，以此来实现光路的自动校正。
[0006] 为了达到更好的检测效果，所述硅光电池探测器环数为2-5环，优选为5环，由内至外，有用于检测细胞前向散射光的直流分量的第一环、用于检测细胞前向小角度散射光第二环；用于检测细胞前向大角度散射光的第三环及外部其他各环。
[0007] 所述激光辐射单元沿光传播方向依次由激光器组件、准直透镜聚焦透镜构成；所述的激光器组件沿光传播方向由三个不同波长的激光器和两个不同选通波长的二色分光镜构成；
激光器1发出的光与激光器2和激光器3发出的光成90度，二色分光镜1将激光器发
出的光顺利通过，而将激光器发出的光垂直反射，使得激光器发出的光和激光器发出的光平行而出；二色分光镜2将激光器和激光器发出的光顺利通过，而将激光器发出的光垂直反射，最终使得激光器、激光器和激光器发出的光三者混合平行而出；
二色分光镜与激光器和激光器发出的光均成45度夹角，二色分光镜与二色分光镜平行，且在同一条直线上。
激光器1发出的光与激光器2和激光器3发出的光成90度，二色分光镜1将激光器发
出的光顺利通过，而将激光器发出的光垂直反射，使得激光器发出的光和激光器发出的光平行而出；二色分光镜2将激光器和激光器发出的光顺利通过，而将激光器发出的光垂直反射，最终使得激光器、激光器和激光器发出的光三者混合平行而出；
二色分光镜与激光器和激光器发出的光均成45度夹角，二色分光镜与二色分光镜平行，且在同一条直线上。
[0008] 所述流动检测单元从外至内为检测室、检测室内的鞘流管、鞘流管内的样品管、位于流动监测单元下部的喷嘴构成，样品管和鞘流管均与喷嘴相连，样品液和鞘流液可从喷嘴喷出；所述的检测室为透明石英玻璃材料制成的中空封闭室，检测室的内外玻璃面保持平行。
[0009] 流动室内部的鞘流管中充满流动的鞘液，鞘液可为磷酸盐缓冲液。被测细胞悬液在正压力下，形成样本流通过样品管被吸入流动室内，并且通过喷嘴喷出，而鞘液在高压下通过鞘流管喷出。由于鞘液的流速大于被测细胞悬液的流速，通常被测细胞悬液样本流的流速控制在10m/s以下，而鞘液流速相比样本流流速比在1：50至几百。这样就使得被测细胞悬液在鞘流液的包裹下，以细胞液柱的形式同轴通过轴流的中央，并且被测细胞以单个细胞排队的形式通过流过检测区在该孔的中心。
[0010] 所述侧向探测单元沿光传播方向由侧向光接收镜、双色性反射镜、侧向散射光探测单元和荧光探测单元构成；所述侧向散射光探测单元沿光传播方向由侧向散射光滤光片、侧向散射光傅里叶透镜和侧向散射光探测器构成；
所述的侧向散射光探测单元和荧光探测单元以双色性反射镜成夹角90度分布，其中散射光探测单元光轴与侧向光轴平行，荧光探测单元光轴与侧向光轴垂直。
所述的侧向散射光探测单元和荧光探测单元以双色性反射镜成夹角90度分布，其中散射光探测单元光轴与侧向光轴平行，荧光探测单元光轴与侧向光轴垂直。
[0012] 所述数据处理单元由多路开关、信号放大器、数据采集卡、计算机、数据分析软件依次电气连接构成；所述的激光辐射单元的光轴与流动检测单元的流动检测室水平中心线及前向探测单元的光轴在同一条直线，与侧向探测单元光轴成90度夹角。
[0013] 所述的样品管，其内部被测样品流速小于鞘流管中鞘流的流速，被测样品流速控制在10m/s之内。
[0014] 所述的前向滤光片为吸收式带通滤光片，其选通中心波长为488nm。
[0015] 所述的机械扫描平台由三个步进电机控制，可以实现机械扫描平台的上下、前后和左右的平行移动。
[0016] 我们将前向散射光探测器设计为5个环，如图5所示。由内至外，其中第一环主要用于检测细胞散射光转换电信号的直流分量；第二环主要用于检测细胞的前向小角度散射光、第三环用检测细胞的前向大角度散射光、第四环和第五环主要用于检测受损细胞的前向大角度散射光。
[0017] 根据散射光角度分布，我们设0～1度的前向散射光分布在中心第一环，1～6度分布在第二环，6～15度分布在第三环，15～30度分布在第四环，30～45度分布在第五环。按照三角正切函数定律，即公式（2）：(2)
其中 为前向散射光探测器第i环的环半径，f为会聚准直镜的焦距， 为散射角度。
其中 为前向散射光探测器第i环的环半径，f为会聚准直镜的焦距， 为散射角度。
[0018] 按照公式（2），就可以算出前向散射光探测器各环的尺寸。假设会聚准直镜的焦距f=50.8mm计算,则第一环的半径尺寸范围为0mm～0.887mm；第二环的半径尺寸范围为0.887mm～5.339mm；第三环的半径尺寸范围为10.5mm～13.612mm，第四环的半径尺寸范围为13.612mm～29.329mm，第五环的半径尺寸范围为：29.329mm～50.8mm。其结构示意图如图4所示。
[0019] 前向散射光探测器的各个环可以用来作光路校正，其光路自动校正原理示意图如图6所示。其中图6（a）为第一环的V-T（电压-时间）图；图6（b）为第二环的V-T（电压-时间）图，第三环、第四环和第五环原理同第二环，不再赘述；图6（c）为光路空间偏移示意图。其原理如下所述：当被测细胞由上至下流过入射激光光束1聚焦所在的高斯光斑区域时，其第一环所接收的光信号转化成的电信号的形状，应该是：在被测细胞没有进入光斑区域到临近光斑区域的这段时间时，即：t’，其电压幅值最大且设为V1伏；当被测细胞开始进入光斑区域，到完全被光斑覆盖，第一环所接收的电压信号是从大到小并按照高斯指数函数形式减少到0伏，然后，被测细胞再从完全覆盖到流出光斑区域，第一环所接收的电压信号是从小到大并按照同上高斯指数函数形式增大到V伏，从临近进入光斑区域到临近流出光斑区域这段时间，即为t1；然后后一个被测细胞重复上述过程，所以第一环所得到的电信号如图6（a）所示。而前向散射光探测器的其他各环，由于在被测细胞没有进入光斑区域到临近光斑区域的这段时间时，即：t’，是没有探测到散射光的，所以其他各环转化的电信号为0伏，而当被测细胞开始进入光斑区域，到完全被光斑覆盖，再到流出光斑区域这段时间，即：t2=t1，其他各环探测器所转换的电信号是从小（即：0伏）到大（即：V2伏），再从大（即：V2伏）到小（即：0伏）按照高斯指数函数形式变化的，其电信号趋势与中心第一环反向，如图6（b）所示。由于中心第一环探测的细胞散射光能量相比其他各环是最大的，所以其电压幅值V1伏大于第二环(332)的电压幅值V2伏及其他各环。
[0020] 当主光轴与被测细胞及前向探测单元发生偏移，将导致被测样品细胞的散射光经会聚准直镜准直，再经前向滤光片滤波后，成像于前向散射光探测器的位置发生偏移，从而导致第一环及其他各环所探测并转换的电信号的幅值和时间发生偏移。如果光路系统发生偏移，为了便于分析，光路偏移即聚焦光斑发生偏移，如图6（c）所示，假设聚焦光斑从坐标原点 偏移至 , 将这个空间偏移量用矢量 表示，在欧几里德空间坐标（X,Y,Z）中，其空间偏移角度与X、Y、Z坐标夹角分别为 、 、， 在X、Y、Z方向上的偏移量分别为、 和 ，则可以得如下关系式（3）：（3）
另设光路的偏移导致前向散射光探测器第一环的电压幅值偏移量为△V1,时间偏移量为△t1，第二环的电压幅值偏移量为△V2,时间偏移量为△t2=△t1，第i环的电压幅值偏移量为△Vi，时间偏移量为△ti=△t1。则可以根据如下函数关系式（3）来做定量分析，从而得到具体的光路偏移量（ ， ， ）来校正光路系统。函数关系式（4）表示如下：
（4）
上述关系式（4）中，F1、F2和F3为每环电信号变化△V、△t导致实际测得的光路偏移量（△X,△Y,△Z）之间对应关系函数，△X可以通过每环电信号变化△V、△t，并根据函数F1来获得；△Y也可以通过每环电信号变化△V、△t，并根据函数F2来获得；；△Z也可以通过每环电信号变化△V、△t，并根据函数F3来获得。
另设光路的偏移导致前向散射光探测器第一环的电压幅值偏移量为△V1,时间偏移量为△t1，第二环的电压幅值偏移量为△V2,时间偏移量为△t2=△t1，第i环的电压幅值偏移量为△Vi，时间偏移量为△ti=△t1。则可以根据如下函数关系式（3）来做定量分析，从而得到具体的光路偏移量（ ， ， ）来校正光路系统。函数关系式（4）表示如下：
（4）
上述关系式（4）中，F1、F2和F3为每环电信号变化△V、△t导致实际测得的光路偏移量（△X,△Y,△Z）之间对应关系函数，△X可以通过每环电信号变化△V、△t，并根据函数F1来获得；△Y也可以通过每环电信号变化△V、△t，并根据函数F2来获得；；△Z也可以通过每环电信号变化△V、△t，并根据函数F3来获得。
[0021] 本发明还涉及细胞激光激发检测装置的使用方法，包括如下步骤：开机，将样品加入样品管中，激光辐射单元发出激光，打在流动检测单元样品管内的被测细胞上，前向探测单元和侧向探测单元分别接收被测细胞的前向散射光和侧向散射光及侧向荧光后，再将成像的光信号转换成电信号，由数据处理单元处理成数字信号后，再由数据分析软件对数据信号分析处理，得出光偏移量；根据光偏移量把数据分析软件处理后的电信号经过I/0卡输出至三维机械扫描平台的三个步进电机，实现三维机械扫描平台的上下、前后和左右的平行移动，以此来实现光路的自动校正。
[0022] 具体来讲使用时，沿光路传播方向，由激光器组件中三个激光器分别发出一定波长的光束，经两个二色分光镜合成为一束含三个波长的光束后，再经过准直透镜准直成平行光束，光束宽度约为5mm，准直后的光束由聚焦透镜聚焦后直接照射到流动检测单元的被测细胞上，由前向探测单元接收细胞的前向散射光，沿散射光传播方向，细胞的前向散射光由会聚准直镜，再经过前向滤光片滤波后，将488nm波长的前向散射光成像于前向硅光电池探测器上。根据Mie散射理论，体积大的细胞，散射光的发散角度小；反之，体积小的细胞，散射光的发散角度大，并且根据流式细胞仪中细胞光散射理论，可知对于前向小角度散射光，可以很好的反映细胞的体积大小，其角度一般为1～6度，前向大角度散射光可以反映细胞质存在与否以及提供细胞内的信息，其角度通常大于8度。另外，由侧向探测单元接收细胞的侧向散射光和荧光，沿光传播反向，侧向散射光先被侧向光接收镜接收后，经过双色性反射镜，将侧向散射光和荧光进行分离，双色性反射镜将侧向散射光透过，经过侧向散射光滤光片滤波后，再由侧向散射傅里叶透镜成像于侧向散射光探测器上，而侧向荧光被双色反射镜以侧向光轴成90度角度反射，反射后的光经过荧光滤光片轮组件滤波后，再由荧光傅里叶透镜成像于荧光探测器上。最后，由前向散射光探测器、侧向散射光探测器和荧光探测器将成像的光信号转换成相应的电信号后，经过多路开关，再经信号放大器放大和数据采集卡采集转换成相应的数字信号后，再经过PCI总线传输至计算机中，最后交予数据分析软件进行分析处理。经过数据处理，得出了光路偏移量，根据偏移量把数据分析软件处理后的电信号，经过I/0卡输出至三维机械扫描平台，分别控制三维机械扫描平台的三个步进电机，实现三维机械扫描平台的上下、前后和左右的平行移动，以此来实现光路的自动校正。
[0023] 本发明的一种光路自动校正的细胞激光激发检测装置及其使用方法，与现有的装置和技术相比，具有的有益效果有：（1）本发明具有光路自动校正功能，克服了因系统光路发生偏移导致的测量不准确性，大大提高了细胞检测的准确度和可重复性。
[0025] 图1为本发明的俯视结构示意图。
[0026] 图2 为本发明的激光器组件示意图。
[0027] 图3为本发明的入射激光光斑示意图。
[0028] 图4为本发明的前向散射光探测器环形结构示意图。
[0029] 图5为本发明的光路自动校正原理示意图。
[0030] 图6为本发明的流动检测室侧面剖视图。
[0031] 图7为本发明的数据处理单元和光路校正单元连接示意图。具体实施例
[0032] 一种光路自动校正的细胞激光激发检测装置及其方法，如图1所示，包括激光辐射单元(100)、流动检测单元(200)、前向探测单元(300)、侧向探测单元(400)、数据处理单元（500）和光路校正单元（600），激光辐射单元(100)沿光传播方向依次包括激光器组件（110）、准直透镜（120）、聚焦透镜（130）构成；流动检测单元（200）从外到内由检测室（210）、检测室中包裹的鞘流管（220）、鞘流管中包裹的样品管（230）、流动检测单元下部的喷嘴（240）构成；前向探测单元(300)沿光传播方向由会聚准直镜(310) 前向滤光片(320)和前向散射光探测器(330)构成；侧向探测单元（400）沿光传播方向由侧向光接收镜(410)、双色性反射镜（420）、侧向散射光探测单元(430)和荧光探测单元(440)构成，侧向散射光探测单元(430)和荧光探测单元(440)以双色性反射镜（420）成夹角90度分布，其中侧向散射光探测单元(430) 沿光传播方向由侧向散射光滤光片(431)、侧向散射光傅里叶透镜（432）和侧向散射光探测器(433)构成；荧光探测单元（440）沿光传播方向由荧光滤光片轮组件(441)、荧光傅里叶透镜（442）和荧光探测器（443）构成；数据处理单元（500）由多路开关（510）、信号放大器（520）、数据采集卡（530）、计算机（540）、数据分析软件（550）依次电气连接构成；光路校正单元（600）由I/0卡（610）和三维机械扫描平台（620）依次电气连接构成。激光辐射单元（100）固定于光路校正单元（600）的三维机械扫描平台（620）上。
[0033] 由激光辐射单元(100)的激光器组件(110)发出激光光束，经准直透镜（120）准直成一定宽度约为5mm的平行光束，再由焦距为200mm的聚焦透镜（130）聚焦后直接照射到流动检测单元（200）样品管中的的被测细胞上，从而产生前向散射光（2）、侧向散射光（3）及侧向激发荧光（4）。
[0034] 激光辐射单元(100)为测量细胞提供入射光源，其中激光器组件(110)为可选由488nm激光器（111）、532nm激光器（112）、640nm激光器（113）和两个二色分光镜由波长488nm通过波长532nm反射的二色分光镜（114）、波长488nm、532nm通过而波长640nm反射的二色分光镜（115）构成，如图2所示。其中，三个激光器的激发波长分别为488nm、532nm和640nm；两个二色分光镜中其中一个为波长488nm通过波长532nm反射的二色分光镜（114），和另外一个为波长488nm、532nm通过而波长640nm反射的二色分光镜（115）构成。
488nm激光器（111）发出的光与532nm激光器（112）和640nm激光器（113）发出的光成90度，488nm通过532nm反射的二色分光镜（114）将488nm激光器（111）发出的光顺利通过，而将532nm激光器（112）发出的光垂直反射，使得488nm和532nm的光平行而出。488nm、
532nm通过而640nm反射的二色分光镜（115）将488nm和532nm光顺利通过，而将640nm的光垂直反射，最终使得488nm、532nm和640nm的混合光三者平行而出。
488nm激光器（111）发出的光与532nm激光器（112）和640nm激光器（113）发出的光成90度，488nm通过532nm反射的二色分光镜（114）将488nm激光器（111）发出的光顺利通过，而将532nm激光器（112）发出的光垂直反射，使得488nm和532nm的光平行而出。488nm、
532nm通过而640nm反射的二色分光镜（115）将488nm和532nm光顺利通过，而将640nm的光垂直反射，最终使得488nm、532nm和640nm的混合光三者平行而出。
[0035] 波长分别为488nm、532nm和640nm的混合光经过准直透镜（120）准直，再由聚焦透镜(130)将聚焦的光直接照射至流动室(210)中的样品管的被测细胞上，聚焦光在流动检测单元（200）区域形成扁平椭圆型高斯光斑，如图3所示。高斯光斑的纵向直径d可由公式（1）确定：d=4λf/πD （1）
其中λ为激光波长；f为聚焦透镜（130）的焦距；D为激光束直径。设激光波长为
488nm, 聚焦透镜焦距为200mm, 激光束直径为5mm, 则根据公式（1），可得光斑纵向直径约为24.8μm。
其中λ为激光波长；f为聚焦透镜（130）的焦距；D为激光束直径。设激光波长为
488nm, 聚焦透镜焦距为200mm, 激光束直径为5mm, 则根据公式（1），可得光斑纵向直径约为24.8μm。
[0036] 流动检测单元（200）从外至内由流动室（210）、流动室中包裹的鞘流管(220)、鞘流管中包裹的样品管（230）、及位于流动检测单元下部的喷嘴(240)组成，其中流动室(210)为内部成横截面长方形中空的透明石英玻璃材料制成的封闭室，中空大小尺寸可为430μm×180μm，并且检测室石英玻璃的内外面要保持平行，其结构如图4所示。流动室(210)内部的鞘流管(220)中充满流动的鞘液，鞘液可为磷酸盐缓冲液。被测细胞悬液在正压力下，形成样本流通过样品管(230)被吸入流动室内，并且通过喷嘴(240)喷出，而鞘液在高压下通过鞘流管喷出。由于鞘液的流速大于被测细胞悬液的流速，通常被测细胞悬液样本流的流速控制在10m/s以下，而鞘液流速相比样本流流速比在1：50至几百。这样就使得被测细胞悬液在鞘流液的包裹下，以细胞液柱的形式同轴通过轴流的中央，并且被测细胞以单个细胞排队的形式通过流过检测区在该孔的中心。如图4所示，样品管中的被测细胞(250)在入射激光1的照射下，分成前向散射光2、侧向散射光3和侧向荧光4。其中，前向散射光2、侧向散射光3与入射激光的波长一致，而侧向荧光4是根据细胞染色材料的不同，通过一定波长的入射激光照射后，激发产生不同波长的荧光，通常荧光的波长要长于入射激发光的波长。
[0037] 被测细胞(250)的前向散射光2由会聚准直镜（310）平行而出，然后由前向滤光片（320）滤波，再平行成像于前向散射光探测器（330）上，其中会聚准直镜(310)的焦距为50.8mm；前向滤光片（320）为带通滤光片，选通中心波长为488nm；前向散射光探测器（330）为同心环形结构的硅光电池探测器，环数大于2环。根据流式细胞仪细胞光散射理论，可知对于前向小角度散射光,其角度一般为1-6度，前向大角度散射光,其角度通常大于8度。
我们将前向散射光探测器（330）设计为5个环，如图5所示。由内至外，其中第一环（331）主要用于检测细胞散射光转换电信号的直流分量；第二环（332）主要用于检测细胞的前向小角度散射光、第三环(333)用检测细胞的前向大角度散射光、第四环（334）和第五环（335）主要用于检测受损细胞的前向大角度散射光。
我们将前向散射光探测器（330）设计为5个环，如图5所示。由内至外，其中第一环（331）主要用于检测细胞散射光转换电信号的直流分量；第二环（332）主要用于检测细胞的前向小角度散射光、第三环(333)用检测细胞的前向大角度散射光、第四环（334）和第五环（335）主要用于检测受损细胞的前向大角度散射光。
[0038] 根据散射光角度分布，我们设0～1度的前向散射光分布在中心第一环（331），1～6度分布在第二环（332），6～15度分布在第三环（333），15～30度分布在第四环（334），30～45度分布在第五环（335）。按照三角正切函数定律，即公式（2）：
(2)
其中 为前向散射光探测器（330）第i环的环半径，f为会聚准直镜（310）的焦距，为散射角度。
(2)
其中 为前向散射光探测器（330）第i环的环半径，f为会聚准直镜（310）的焦距，为散射角度。
[0039] 按照公式（2），就可以算出前向散射光探测器（330）各环的尺寸。以会聚准直镜（310）的焦距f=50.8mm计算,则第一环（331）的半径尺寸范围为0mm～0.887mm；第二环（332）的半径尺寸范围为0.887mm～5.339mm；第三环（333）的半径尺寸范围为10.5mm～13.612mm，第四环（334）的半径尺寸范围为13.612mm～29.329mm，第五环(335)的半径尺寸范围为：29.329mm～50.8mm。其结构示意图如图4所示。
[0040] 前向散射光探测器（330）的各个环可以用来作光路校正，其光路自动校正原理示意图如图6所示。其中图6（a）为第一环（331）的V-T（电压-时间）图；图6（b）为第二环（332）的V-T（电压-时间）图，第三环（333）、第四环（334）和第五环（335）原理同第二环（332），不再赘述；图6（c）为光路空间偏移示意图。其原理如下所述：当被测细胞（250）由上至下流过入射激光光束1聚焦所在的高斯光斑区域时，其第一环（331）所接收的光信号转化成的电信号的形状，应该是：在被测细胞（250）没有进入光斑区域到临近光斑区域的这段时间时，即：t’，其电压幅值最大且设为V1伏；当被测细胞（250）开始进入光斑区域，到完全被光斑覆盖，第一环（331）所接收的电压信号是从大到小并按照高斯指数函数形式减少到0伏，然后，被测细胞再从完全覆盖到流出光斑区域，第一环（331）所接收的电压信号是从小到大并按照同上高斯指数函数形式增大到V伏，从临近进入光斑区域到临近流出光斑区域这段时间，即为t1；然后后一个被测细胞重复上述过程，所以第一环(331)所得到的电信号如图6（a）所示。而前向散射光探测器(330)的其他各环，由于在被测细胞(250)没有进入光斑区域到临近光斑区域的这段时间时，即：t’，是没有探测到散射光的，所以其他各环转化的电信号为0伏，而当被测细胞(250)开始进入光斑区域，到完全被光斑覆盖，再到流出光斑区域这段时间，即：t2=t1，其他各环探测器所转换的电信号是从小（即：0伏）到大（即：V2伏），再从大（即：V2伏）到小（即：0伏）按照高斯指数函数形式变化的，其电信号趋势与中心第一环(331)反向，如图6（b）所示。由于中心第一环探测的细胞散射光能量相比其他各环是最大的，所以其电压幅值V1伏大于第二环(332)的电压幅值V2伏及其他各环。
[0041] 当主光轴与被测细胞(250)及前向探测单元(300)发生偏移，将导致被测细胞(250)的散射光经会聚准直镜（310）准直，再经前向滤光片（320）滤波后，成像于前向散射光探测器（330）的位置发生偏移，从而导致第一环（331）及其他各环所探测并转换的电信号的幅值和时间发生偏移。如果光路系统发生偏移，为了便于分析，光路偏移即聚焦光斑发生偏移，如图6（c）所示，假设聚焦光斑从坐标原点 偏移至 , 将这个空间偏移量用矢量 表示，在欧几里德空间坐标（X,Y,Z）中，其空间偏移角度与X、Y、Z坐标夹角分别为、 、 ， 在X、Y、Z方向上的偏移量分别为 、 和 ，则可以得如下关系式（3）：
（3）
另设光路的偏移导致前向散射光探测器第一环(331)的电压幅值偏移量为△V1,时间偏移量为△t1，第二环(332)的电压幅值偏移量为△V2,时间偏移量为△t2=△t1，第i环的电压幅值偏移量为△Vi，时间偏移量为△ti=△t1。则可以根据如下函数关系式（3）来做定量分析，从而得到具体的光路偏移量（ ， ， ）来校正光路系统。函数关系式（4）表示如下：
（4）
上述关系式（4）中，F1、F2和F3为每环电信号变化△V、△t导致实际测得的光路偏移量（△X,△Y,△Z）之间对应关系函数，△X可以通过每环电信号变化△V、△t，并根据函数F1来获得；△Y也可以通过每环电信号变化△V、△t，并根据函数F2来获得；；△Z也可以通过每环电信号变化△V、△t，并根据函数F3来获得。
（3）
另设光路的偏移导致前向散射光探测器第一环(331)的电压幅值偏移量为△V1,时间偏移量为△t1，第二环(332)的电压幅值偏移量为△V2,时间偏移量为△t2=△t1，第i环的电压幅值偏移量为△Vi，时间偏移量为△ti=△t1。则可以根据如下函数关系式（3）来做定量分析，从而得到具体的光路偏移量（ ， ， ）来校正光路系统。函数关系式（4）表示如下：
（4）
上述关系式（4）中，F1、F2和F3为每环电信号变化△V、△t导致实际测得的光路偏移量（△X,△Y,△Z）之间对应关系函数，△X可以通过每环电信号变化△V、△t，并根据函数F1来获得；△Y也可以通过每环电信号变化△V、△t，并根据函数F2来获得；；△Z也可以通过每环电信号变化△V、△t，并根据函数F3来获得。
[0042] 侧向光接收透镜（410）为准直透镜。双色性反射镜（420）为短通滤光反射片，它与侧向光接收的光轴成45度夹角，它将小于特定波长的侧向散射光通过，而将大于特定波长的荧光反射，反射方向与侧向光接收方向成夹角90度。若激光器(110)组件中某一激发波长为488nm,被测细胞(250)染色标记采用多甲藻叶绿素蛋白，由于多甲藻叶绿素蛋白在激发波长488nm激光的激发下，可以产生波长为677nm的激发荧光，双色性反射镜(420)的选通波长为560nm短通滤光反射片，则低于560nm的侧向散射光就可以平行与侧向光轴通过双色性反射镜(420)，而大于560nm的激发荧光则被双色性反射镜(420)以垂直侧向光轴方向反射。侧向散射光滤光片（431）选用波长488nm±10nm的带通滤光片，可以保证滤除波长488nm以外的侧向散射光。侧向散射光傅立叶透镜（432）的焦距为75mm。侧向散射光探测器（433）选用响应波长范围在200nm-900nm的光电倍增管来探测侧向散射光。
[0043] 由于不同染色剂在一定波长的激发下，产生不同波长的激发荧光，因此，荧光滤光片轮组件(441)为一系列不同选通波长的带通滤光片组成的滤光片轮盘转换器。荧光滤光片轮组件(441)可以选用北京奥普特斯光电技术有限公司生产的带通滤光片，其波长可为：532nm±30nm（型号：Opts-532-VLF）、578±20nm(型号：Opts-578-VLF)、600±20nm(型号：Opts-600-VLF) 、636±20nm（型号：Opts-636-VLF）、660±20nm(型号：Opts-660-VLF)、690±20nm（型号：Opts-690-VLF）等等，这些带通滤光片对入射光的峰值透射率均可以达到
75%。荧光傅里叶透镜（442）与侧向散射光傅立叶透镜(432)相一致。荧光探测器（443）与侧向散射光探测器（433）相一致，均选用响应波长范围在200nm-1000nm的光电倍增管。
75%。荧光傅里叶透镜（442）与侧向散射光傅立叶透镜(432)相一致。荧光探测器（443）与侧向散射光探测器（433）相一致，均选用响应波长范围在200nm-1000nm的光电倍增管。
[0044] 数据处理单元（500），如图7所示，由多路开关（510）、信号放大器（520）、数据采集卡（530）、计算机（540）、数据分析软件（550）、依次电气连接构成。其中信号放大器（520）为可编程增益电压放大器；数据采集卡（530）支持PCI或PXI总线的数据传输，分辨率为14bit。数据分析软件（550）为图形化编程软件LabVIEW或VC或VB编程语言。
[0045] 光路校正单元（600）由I/O卡（610）和三维机械扫描平台（620）依次电气连接构成。其中I/O卡（610）为支持PCI和PXI总线数据传输的数字I/O卡，可选美国国家仪器公司的NI PXI/CompactPCI系列I/O卡，如PXI/CompactPCI6513。三维机械扫描平台（620）分别由三个步进电机控制其上下、前后和左右的平行移动，移动步距角不大于1.8度/步。
[0046] 激光辐射单元（100）通过焊接固定于光路校正单元（600）的三维机械扫描平台（620）上。
[0047] 由前向散射光探测器（330）、侧向散射光探测器（433）和荧光探测器（443）将成像的光信号转换成相应的电信号后，经过多路开关（510），再经信号放大器（520）放大和数据采集卡（530）采集转换成相应的数字信号后，再经过PCI总线传输至计算机（540）中，再由数据分析软件（550）进行分析处理。经数据分析软件（550）处理后的电信号，经过I/0卡（610）输出至三维机械扫描平台（620）的三个步进电机，实现三维机械扫描平台（620）的上下、前后和左右的平行移动，以此来实现光路的自动校正。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 一种LED准直透镜的设计方法 | 2020-05-13 | 725 |
| 准直透镜结构 | 2020-05-11 | 35 |
| LED准直透镜 | 2020-05-11 | 580 |
| 准直透镜、照明单元及投影系统 | 2020-05-12 | 422 |
| 准直透镜结构 | 2020-05-11 | 486 |
| 准直透镜、照明单元及投影系统 | 2020-05-13 | 592 |
| 准直透镜 | 2020-05-11 | 896 |
| 一种准直透镜的设计方法 | 2020-05-13 | 469 |
| LED双向准直透镜 | 2020-05-11 | 338 |
| 一种LED准直透镜 | 2020-05-12 | 83 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
准直透镜热门专利
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈