專利名稱：用于散射光和熒光檢測(cè)的便攜式流式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明申請(qǐng)屬于2000年8月2日提出的、美國專利申請(qǐng)序號(hào)為09/630,924的專利申請(qǐng)的部分延續(xù)申請(qǐng)，并請(qǐng)求該專利申請(qǐng)的權(quán)益。
對(duì)相關(guān)同時(shí)待決申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)與如下同時(shí)待決美國專利申請(qǐng)相關(guān)1.序號(hào)為09/630,927、發(fā)明人為Cabuz等、申請(qǐng)日為2000年8月2日、標(biāo)題為“用于流式血細(xì)胞計(jì)數(shù)的光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)”；2.序號(hào)為09/630,924、發(fā)明人為Cabuz等、申請(qǐng)日為2000年8月2日、標(biāo)題為“便攜式流式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器”；3.序號(hào)為09/630,923、發(fā)明人為Cabuz等、申請(qǐng)日2000年8月2日、標(biāo)題為“用于流式血細(xì)胞計(jì)數(shù)的流體驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)”；4.序號(hào)為09/896,230、發(fā)明人為Fritz、申請(qǐng)日為2001年6月29日、標(biāo)題為“用于流式血細(xì)胞計(jì)數(shù)的光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)”；5.序號(hào)為09/404,560、發(fā)明人為Cabuz等、申請(qǐng)日為1999年9月23日、標(biāo)題為“用于比例壓力或流量控制的可尋址閥陣列”，本申請(qǐng)以參照方式結(jié)合上述專利申請(qǐng)的全部內(nèi)容。
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般涉及流式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，更確切的說，本發(fā)明與感應(yīng)液流之中的微生物顆?；虺煞值墓鈱W(xué)特性的便攜式流式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器相關(guān)。
流式血細(xì)胞計(jì)數(shù)是一種通過感應(yīng)微生物顆?；虺煞值奶囟ü鈱W(xué)性能來確定這些顆粒或成分的某些物理或化學(xué)性能的技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，例如，在一種鞘液內(nèi)使用液動(dòng)式聚焦手段把微粒排列成一個(gè)縱列。然后，這些微粒被一束光束進(jìn)行逐個(gè)查詢。每個(gè)微粒將光束進(jìn)行散射，并產(chǎn)生一個(gè)散射特性。通常通過測(cè)量在不同散射角處的光強(qiáng)度來辨識(shí)微粒的散射特性。然后，可以從散射特性中確定每個(gè)微粒的特定物理和/或化學(xué)特性。
流式血細(xì)胞計(jì)數(shù)目前被廣泛用于許多種不同應(yīng)用之中，這里僅試舉幾例血液學(xué)、免疫學(xué)、遺傳學(xué)、食物科學(xué)、藥學(xué)、微生物學(xué)、寄生蟲學(xué)和腫瘤學(xué)。許多商業(yè)化的流式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的一個(gè)局限在于它們是相當(dāng)大的臺(tái)式設(shè)備，它們必須保持在中央試驗(yàn)室的環(huán)境中。因此，那些流式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器通常不能遠(yuǎn)距離使用或是被用于連續(xù)的血液學(xué)監(jiān)測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過提供一種可遠(yuǎn)距離使用于家中或野外等場所的小型便攜式和可佩戴的流式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，克服了之前同類產(chǎn)品的許多弊端。那樣的一種流式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器通過為個(gè)人提供詳盡的血液評(píng)估和揭示統(tǒng)計(jì)趨勢(shì)，有助于提高對(duì)患者的醫(yī)療水平。通過在早期監(jiān)測(cè)出某種感染，該種感染可能更易進(jìn)行治療。
在軍事應(yīng)用方面，本發(fā)明的便攜式小型流式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器通過在早期便檢測(cè)出由生物病原體引起的感染，能夠挽救許多人的生命。我們知道生物科學(xué)的日益活躍增大了人們意外接觸危險(xiǎn)的生物病原體的可能性。因?yàn)檫@些病原體易于制造，由此便產(chǎn)生了它們可能被恐怖分子、地區(qū)勢(shì)力或是發(fā)展中的第三世界國家濫用的嚴(yán)重威脅。國際公約雖然宣稱生物戰(zhàn)不合法，但缺少有效的監(jiān)控機(jī)制來防范它們，同時(shí)強(qiáng)有力的證據(jù)表明這些國際公約可能被違反，這便進(jìn)一步增強(qiáng)了對(duì)掌握強(qiáng)大的生物防御能力的需求。在生物戰(zhàn)中，在接觸病原體之前便檢測(cè)出相關(guān)病原體，或是在感染早期檢測(cè)出病原體，這兩種手段可以結(jié)合使用，以確保對(duì)人體進(jìn)行有效的防護(hù)。
作為人體抵御抗原的組成部分，白細(xì)胞數(shù)量在感染開始時(shí)會(huì)增加。人體內(nèi)存在幾種白細(xì)胞，包括中性粒細(xì)胞，淋巴細(xì)胞，單核細(xì)胞，嗜酸性粒細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞。淋巴細(xì)胞產(chǎn)生抗體來攻擊入侵者，并標(biāo)示物它們，使它們能被中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞消滅。在未經(jīng)慢性疾病(如肺結(jié)核和癌癥)感染的人體內(nèi)，淋巴細(xì)胞在整個(gè)白血球細(xì)胞中的百分比含量增加表明發(fā)生了病毒性感染。另一方面，中性粒細(xì)胞在整個(gè)白血球細(xì)胞中的百分比含量增加表明細(xì)菌性感染正在發(fā)展之中。通過計(jì)算中性粒細(xì)胞和淋巴細(xì)胞的數(shù)量，可以發(fā)出明確的感染警告，并能區(qū)分這是病毒性感染還是細(xì)菌性感染。
感染某些細(xì)菌性病原體如炭疽桿菌的第一臨床癥狀在1到6天后出現(xiàn)。在99％的情況下，出現(xiàn)癥狀的炭疽熱患者無法救治，絕大部分都會(huì)死亡。然而，如果能在第一癥狀出現(xiàn)之前施治，絕大部分病人便能被治愈。因此，在癥狀出現(xiàn)之前便能產(chǎn)生早期警示并對(duì)血液中的異常進(jìn)行診治無疑是十分理想的。在許多情況下，那種早期警示和診治可以改善對(duì)很多患者的診治結(jié)果。
在本發(fā)明的一個(gè)說明例中，提供了一種便攜式小型流式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器來識(shí)別和/或計(jì)算例如血樣本的一個(gè)流體樣品中的選定微粒數(shù)量。一個(gè)示意性的小型便攜式流式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器包括用于接收流體樣品的一個(gè)流體接收器。此外，它還提供了一個(gè)或多個(gè)庫來貯存如溶劑和鞘液之類的輔助性流體。在許多商業(yè)化的流式細(xì)胞系統(tǒng)中，提供了一個(gè)精確流體驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以便為各流體提供精確的壓力。這種方法的一個(gè)局限在于，精確流體驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可能較為龐大、復(fù)雜且可能還需要相當(dāng)多的電能。
為了避免以上這許多局限，一個(gè)說明例中采用了一種通過閉環(huán)反饋路徑進(jìn)行控制的非精確流體驅(qū)動(dòng)器。該非精確流體驅(qū)動(dòng)器被與流體接收器和各種輔助性流體庫相結(jié)合，并分別施加壓力到樣本流體和各個(gè)輔助性流體。為了控制樣本流體和輔助性流體的速度，一個(gè)或多個(gè)閥門被與流體驅(qū)動(dòng)器連接。這些閥門被用來控制通過非精確流體驅(qū)動(dòng)器施加到樣本流體和輔助性流體的非精確壓力。
為了完成反饋環(huán)路，在流體驅(qū)動(dòng)器下游提供了流量傳感器來測(cè)量樣本流體和輔助性流體的流體速度。一個(gè)控制器或處理器接收來自流量傳感器的信號(hào)，并調(diào)節(jié)合適的閥門，以達(dá)到想要的樣本流體和輔助性流體的流體速度。流量傳感器最好是熱風(fēng)速表型的流量傳感器。
在一個(gè)說明例中，非精確流體驅(qū)動(dòng)器是用人工提供動(dòng)力的。一個(gè)人工提供動(dòng)力的流體驅(qū)動(dòng)器可包括，如，一個(gè)帶止回閥的球狀物或一個(gè)柱塞。在任一種情況下，人工產(chǎn)生的壓力最好被施加到第一壓力室中。然后，設(shè)置第一閥門來將第一壓力室中的壓力有控制地釋放到第二壓力室。第二壓力室可設(shè)有第二閥門來將第二壓力室中的壓力有控制地排放出去。當(dāng)下游流體中的流體流量下降到第一預(yù)定值之下時(shí)，控制器開啟第一閥門，當(dāng)下游流體中的流體流量增加到第二預(yù)定值之上時(shí)，控制器開啟第二閥門。每個(gè)閥門最好是一個(gè)能夠被各自單獨(dú)尋址和控制的靜電驅(qū)動(dòng)微閥陣列。
上述受控的樣本流體和輔助性流體被供給一個(gè)流體回路，該流體回路進(jìn)行流體動(dòng)力聚焦，使得目標(biāo)微粒沿被一種鞘液包圍的核心流形成一個(gè)單一隊(duì)列。一個(gè)或多個(gè)光源或光源裝置提供透射該液流的光，并且一個(gè)或多個(gè)光探測(cè)器或光探測(cè)器裝置檢測(cè)該液流中微粒的散射特性和熒光。一個(gè)裝置可能包含一個(gè)或多個(gè)光源和/或一個(gè)或多個(gè)光探測(cè)器。一個(gè)裝置可能包含單一的光學(xué)器件或元件，或是這樣的器件或元件的陣列。一個(gè)處理器模塊采用來自光探測(cè)器的信號(hào)來識(shí)別和/或計(jì)算核心流中微粒的數(shù)量。
該小型便攜式流式細(xì)胞計(jì)可能被裝在一個(gè)足夠小的外殼中，以讓人舒適佩戴。在一個(gè)說明例中，該外殼尺寸形如一塊手表。該可佩戴的外殼可包括，如一個(gè)基板、一個(gè)蓋板和一個(gè)將基板固定到蓋板上的鉸鏈。非精確流體驅(qū)動(dòng)器和控制閥可以被集成到蓋板上，而貯液庫、流量傳感器和流體回路可被集成到一個(gè)插入到外殼中的可更換盒中。流體回路最好進(jìn)行稀釋血樣，紅細(xì)胞溶解和流體動(dòng)力聚焦來形成流體流動(dòng)和核心流。光源最好位于基板或蓋板之中，并與可卸除盒的液流排成一直線。光探測(cè)器最好與光源相對(duì)布置。處理器和電池可布置在外殼的基板或蓋板上。
上述光源可能包括一個(gè)或一個(gè)線型列的沿第一光源軸排列的第一光源。該第一光源軸可以相對(duì)液流的中心軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。在每個(gè)光源附近可能放置一個(gè)透鏡以將光聚焦于核心流中的微粒上。之后，單個(gè)光探測(cè)器或是成組的光探測(cè)器與光源或是每個(gè)光源成直線布置。那樣一種配置可以用來確定，例如，液流中核心流是否對(duì)準(zhǔn)和其寬度。如果核心流的微粒沒有被對(duì)準(zhǔn)，控制器便會(huì)調(diào)整樣本流體或是輔助性流體的速度來將核心流對(duì)準(zhǔn)。上述光探測(cè)器或成組光探測(cè)器也可被用來檢測(cè)每個(gè)微粒的速度和大小，以及這些微粒的數(shù)量。
沿第二光源軸可以布置另外的光源或成組光源。在每個(gè)光源附近可能放置一個(gè)透鏡以將光聚焦于核心流中的微粒上。之后，第二單個(gè)光探測(cè)器或是成組的光探測(cè)器被放置在每個(gè)光源的直列位置的任一側(cè)，以測(cè)量中選定微粒產(chǎn)生的小角度散射(SALS)。
上述第二光源或成組光源也可與第一成組光源結(jié)合使用來確定液流中微粒的飛行時(shí)間(time-of-flight)或速度。通過獲知微粒速度，控制器可以將由流體驅(qū)動(dòng)器造成的微小流速變化控制在最小范圍或是將其消除。
沿一個(gè)第三光源軸可設(shè)置一個(gè)第三光源或成組光源。在每個(gè)光源附近可以放置一個(gè)透鏡以便為液流提供平行光。正對(duì)光源或光源組可能放置一個(gè)或多個(gè)環(huán)形光探測(cè)器，以測(cè)量液流中選定微粒產(chǎn)生的前向角散射(FALS)。每個(gè)第一、第二、第三光源或成組光源可包括一列激光器，如在一個(gè)共同襯底上制造的垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)。每個(gè)第一、第二、第三光探測(cè)器或成組光探測(cè)器可能包括一只或一列光電光探測(cè)器，如p-i-n光電二極管、具有集成場效應(yīng)晶體管(FET)電路的砷化鎵光電二極管、共振腔型光電光探測(cè)器(RCPD)或其他任何合適的光探測(cè)器。
上述選定的微粒最好為中性粒細(xì)胞和/或淋巴細(xì)胞等白細(xì)胞。通過檢查每個(gè)微粒的散射特性，本發(fā)明的小型便攜式流式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器識(shí)別一份血樣中的中性粒細(xì)胞和淋巴細(xì)胞，并對(duì)它們進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而提供一個(gè)明確的感染警示，并能區(qū)分這是病毒性感染還是細(xì)菌性感染。
本發(fā)明的另一部分使用熒光來進(jìn)一步識(shí)別和分析不同的白細(xì)胞?？贵w可以與不同的白細(xì)胞相關(guān)聯(lián)?？贵w本身附有標(biāo)示物或標(biāo)簽。這些白細(xì)胞可以與光發(fā)生碰撞，使得與它們相關(guān)的標(biāo)簽或標(biāo)示物產(chǎn)生熒光并對(duì)外發(fā)光。這種光可以被收集起來，還可以根據(jù)需要進(jìn)行過濾，并被傳送至一個(gè)或多個(gè)光電光探測(cè)器。這種檢測(cè)手段可被用來從其他物質(zhì)中識(shí)別和監(jiān)控特定子類的白細(xì)胞和基于血的蛋白質(zhì)。
總之，所述的小型化便攜式流式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器具有兩個(gè)光學(xué)檢測(cè)子系統(tǒng)，即散射光系統(tǒng)和熒光系統(tǒng)。它還具有一個(gè)低功率的電子系統(tǒng)、一個(gè)緊湊的流體驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并可能使用直接的/未經(jīng)處理的血樣和一次性的微流體盒。
附圖的簡要說明查閱如下與附圖相關(guān)的詳細(xì)信息有助于更好的理解本發(fā)明的其他目的和附帶的許多其他優(yōu)點(diǎn)。這些附圖中，用彼此之間相類似的標(biāo)號(hào)來標(biāo)識(shí)各個(gè)裝置之間相類似的部分

圖1是本發(fā)明的一個(gè)示意性便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的透視圖；圖2是圖1中便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的示意圖；圖3是圖2中便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器蓋板尚未壓下時(shí)的詳細(xì)示意圖；圖4是圖2中便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器蓋板已壓下時(shí)的詳細(xì)示意圖；圖5是具有一個(gè)球狀物和一個(gè)止回閥的人工流體驅(qū)動(dòng)器的示意圖；圖6是表示一個(gè)可尋址列的微閥的比例壓力控制的曲線；圖7是表示通過圖3中流體動(dòng)力聚焦模塊88形成液流的過程的示意圖；
圖8是表示用以分析圖7中核心流的一列光源和一列光探測(cè)器的示意圖；圖9是表示沿圖8中光源軸所產(chǎn)生的光強(qiáng)度的曲線；圖10是表示圖8中的示意性光源和光探測(cè)器對(duì)的示意圖；圖11是表示三列彼此獨(dú)立的光源和光探測(cè)器的示意圖，其中每一列沿相對(duì)于圖7液流的中央液流軸略作旋轉(zhuǎn)的一條不同的光源軸進(jìn)行配置；圖12是表示圖11中所示的第一列的一個(gè)示意性光源和光探測(cè)器對(duì)的示意圖；圖13是表示圖11中所示的第二列的一個(gè)示意性光源和光探測(cè)器對(duì)的示意圖；圖14是表示圖11中所示的第三列的一個(gè)示意性光源和光探測(cè)器對(duì)的示意圖；圖15是一種適于佩戴在手腕上的一種小型血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的說明例的透視圖；圖16說明了一種集成了散射光和熒光學(xué)子系統(tǒng)的小型血細(xì)胞計(jì)數(shù)器盒；圖17示出了對(duì)散射光和熒光探測(cè)系統(tǒng)的布置；圖18是血液層次結(jié)構(gòu)圖，強(qiáng)調(diào)了施加血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的區(qū)域；圖19a和圖19b示出了與所研究的細(xì)胞或細(xì)菌相關(guān)的抗體和標(biāo)示物的結(jié)構(gòu)；圖20示出了光與用于熒光系統(tǒng)的光學(xué)器件的相互作用；圖21a、21b、21c、21d、21e分別示出了與用于散射光和熒光系統(tǒng)的液流導(dǎo)槽相關(guān)的光學(xué)結(jié)構(gòu)；圖22表示散射光和熒光探測(cè)系統(tǒng)的布置，具有與液流導(dǎo)槽分開的離散的透鏡；圖23是具有散射光和熒光系統(tǒng)且適于佩戴在人手腕上的小型便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的一個(gè)說明例的透視圖。
詳細(xì)說明圖1是本發(fā)明的一個(gè)示意性小型便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的透視圖。該血細(xì)胞計(jì)數(shù)器通常顯示為10，并包括一個(gè)外殼12和一個(gè)可拆卸或可替換的盒14。該示意性外殼12包括一個(gè)基板16、一個(gè)蓋板18和一個(gè)將基板16連到蓋板18上的鉸鏈?；?6包括光源22a和22b，以及與操作血細(xì)胞計(jì)數(shù)器相關(guān)的光學(xué)設(shè)備和必要的電子設(shè)備。蓋板18包括一個(gè)人工加壓單元、具有控制微閥的壓力室和具有相關(guān)光學(xué)元件的光探測(cè)器24a和24b。
可拆卸的盒14最好通過一個(gè)樣本收集端口32來接收樣本流體。當(dāng)可拆卸的盒14沒有被使用時(shí)，一個(gè)端蓋38可以被用來保護(hù)樣本收集端口32。可拆卸的盒14最好進(jìn)行血液稀釋、紅細(xì)胞溶解和用于形成核心流的流體動(dòng)力聚焦等工作?？刹鹦兜暮?4可以制作得與Micronics Technologies公司的流體回路相似，后者有一部分用具有蝕刻溝槽的薄板結(jié)構(gòu)制成。
當(dāng)蓋板18處于打開位置時(shí)，可拆卸結(jié)構(gòu)或盒14被插入到外殼中?？筛鼡Q盒14可包含基板16上接受定位銷28a和28b的孔26a和26b，這將有助于設(shè)備不同部分之間的對(duì)準(zhǔn)和配合。同樣，可更換盒14最好包括透明的液流窗30a和30b，它們與光源列22a和22b以及光探測(cè)器24a和24b排成一直線。當(dāng)蓋板被移動(dòng)到閉合位置，并且系統(tǒng)受到壓力時(shí)，蓋板18分別通過壓力供給端口36a、36b、36c給壓力接受端口34a、34b、34c提供受控壓力。
為開始進(jìn)行測(cè)試，蓋板18被拉起，同時(shí)一個(gè)新的可更換盒14被放置并對(duì)準(zhǔn)在基板16上。一份血樣被引入到樣本采集器32中。蓋板18被閉合，且系統(tǒng)受到人工按壓。只要受壓后，該設(shè)備便進(jìn)行了一次白細(xì)胞計(jì)數(shù)測(cè)量。可更換盒14提供用以形成核心流的血液稀釋，紅細(xì)胞溶解以及流體動(dòng)力聚焦等工作。光源22a和22b、光探測(cè)器24a和24b以及相關(guān)的控制和處理電子裝置，在光散射熒光信號(hào)的基礎(chǔ)上進(jìn)行白細(xì)胞種類區(qū)分和計(jì)數(shù)工作。除了將鉸接結(jié)構(gòu)用于外殼12以外，還可以采用滑動(dòng)式盒槽或其他任何合適的結(jié)構(gòu)。
圖2是圖1中示意性血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的示圖。如上所述，基板16可以包括光源22a和22b，以及用于操作血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的相關(guān)的光學(xué)元件和必要的控制和處理電子裝置40。基板16也可以包括為血細(xì)胞計(jì)數(shù)器供電的電池42。如圖所示，蓋板12具有一個(gè)人工按壓單元44，和帶控制微閥的壓力室46a、46b、46c，以及具有相關(guān)光學(xué)元件的光探測(cè)器24a和24b。
可更換盒14可以通過采樣端口32來接收樣本流體。當(dāng)受到蓋板18按壓時(shí)，可更換盒進(jìn)行本器件中的核心形成的血液稀釋、紅細(xì)胞溶解和流體動(dòng)力聚焦等操作。核心一旦形成，便會(huì)沿一條液流路徑50向下流動(dòng)，并流經(jīng)圖1中的液流窗30a和30b?；迳系墓庠?2a和22b以及相關(guān)的光學(xué)元件通過液流窗30a和30b將光通過和送至核心流。光探測(cè)器24a和24b以及相關(guān)光學(xué)元件同樣通過液流窗30a和30b分別接收來自核心流的散射光和非散射光。控制器或處理器40接收來自光探測(cè)器24a和24b的信號(hào)，同時(shí)區(qū)分和識(shí)別核心流中選定的白細(xì)胞并進(jìn)行計(jì)數(shù)。
可考慮在可更換盒14上設(shè)一個(gè)用來幫助控制各流體速度的流體控制模塊48。在本說明例中，流體控制模塊48包括用來感知不同流體速度的流量傳感器，并將速度告知控制器或處理器40?？刂破骰蛱幚砥?0然后調(diào)整與壓力室46a、46b、46c相關(guān)的微閥以達(dá)到所要的壓力，從而取得正常操作血細(xì)胞計(jì)數(shù)器所要的流體速度。
因?yàn)檠汉推渌飶U料能傳播疾病，可更換盒14最好在液流窗30a和30b下游有一個(gè)廢料庫52。廢料庫52接收和儲(chǔ)存可更換盒14的液流中的流體。當(dāng)一項(xiàng)測(cè)試完成后，可更換盒可拆下并最好丟棄在一個(gè)與生物廢料兼容的容器中。
圖3是更詳細(xì)的示意圖，示出了當(dāng)蓋板18沒有被按下時(shí)圖2中的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器。圖4是一張更詳細(xì)的示意圖，示出了當(dāng)蓋被按下時(shí)圖2中的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器。如圖所示，蓋板18具有一個(gè)人工按壓單元44、壓力室46a、46b、46c和通常處于60所示位置的控制微閥。在這些圖中，沒有示出光源和光探測(cè)器。
有三個(gè)壓力室46a、46b和46c，每一個(gè)室用于傳送壓力給一種流體。在本說明例中，壓力室46a將壓力傳送給一個(gè)血樣庫62，壓力室46b將壓力傳送給一個(gè)溶解(lyse)庫64，壓力室46c將壓力傳送給一個(gè)鞘液(sheath)庫66。每個(gè)壓力室46a、46b和46c的尺寸和形狀都可以被進(jìn)行調(diào)整，以傳送所要的壓力特性給對(duì)應(yīng)的流體。
壓力室46a包括一個(gè)第一壓力室70和一個(gè)第二壓力室72。在第一壓力室70和第二壓力室72之間設(shè)有第一閥門74，以將第一壓力室70中的壓力有控制地釋放到第二壓力室72。一個(gè)與第二壓力室72流體連通的第二閥門76有控制地將第二壓力室72中的壓力排放出去。每個(gè)閥門最好是由一列可單獨(dú)尋址和控制的靜電驅(qū)動(dòng)的微閥組成，如美國專利申請(qǐng)序號(hào)為09/404,560，標(biāo)題為“用于比例壓力或流量控制的可尋址閥門陣列”的同時(shí)待決申請(qǐng)中所述(本申請(qǐng)以參照方式結(jié)合該申請(qǐng))。壓力室46b和46c具有相似的閥門來分別控制傳送到溶劑庫64和鞘液庫66的壓力。此外，每個(gè)閥門還可以由一列具有可控工作循環(huán)來進(jìn)行脈沖調(diào)制的靜電啟動(dòng)微閥組成，以取得受控的“有效”流量或泄漏速率。
可更換盒14具有從蓋板18接收受控壓力的壓力接受端口34a、34b和34c。如圖所示，受控壓力被傳送到血液庫62、溶劑庫64和鞘液庫66。溶劑庫64和鞘液庫66最好在可更換盒14被裝上使用之前便已被灌注而血液庫62從采樣端口32灌注。一份血樣被傳送到采樣端口32，并通過毛細(xì)管作用，被吸入血液庫62。一旦血樣到了血液庫62，蓋板18便可被閉合，系統(tǒng)也可以開始受壓工作。
在進(jìn)行流體動(dòng)力聚焦前，一個(gè)流量傳感器設(shè)置成與每種流體排成一直線。每個(gè)流量傳感器80、100和102可測(cè)量對(duì)應(yīng)流體的速度。流量傳感器最好是熱式風(fēng)速計(jì)型流量傳感器，尤以微橋型(microbridge)流量傳感器為佳。微橋型流量傳感器如美國專利號(hào)4478076、4478077、4501144、4651564、4683159、5050429等所述(上述專利均以參照方式結(jié)合于本申請(qǐng))。來自每個(gè)傳感器80、100、102的輸出信號(hào)被傳送到控制器即處理器40。
當(dāng)血樣的速度下降到一個(gè)第一預(yù)定值之下時(shí)，控制器或處理器40打開第一閥門74，當(dāng)血樣的速度增加到一個(gè)第二預(yù)定值之上時(shí)，它打開第二閥門76。閥門84、86、94和96以類似的方式工作以控制溶劑和鞘液的速度。
在操作過程中，為了給系統(tǒng)提供壓力，人工按壓單元44被按下。在圖示的實(shí)例中，人工壓力單元44包括3個(gè)柱塞，且每個(gè)柱塞進(jìn)入對(duì)應(yīng)的第一壓力室中。柱塞在第一壓力室中建立一個(gè)相對(duì)高的非精確壓力。通過開啟第一閥門70、84和94，在第二壓力室形成較低的受控壓力，這便創(chuàng)造了一條進(jìn)入第二壓力室的可控壓力泄漏導(dǎo)槽。如果在第二壓力室中產(chǎn)生了過高的壓力，相應(yīng)的排出閥76、86和96便被開啟以減小壓力。
當(dāng)蓋板18閉合時(shí)，常開的第一閥門74、84和94閉合，而排出閥76、86和96開啟。當(dāng)?shù)谝粔毫κ抑袎毫_(dá)到一個(gè)預(yù)定壓力P時(shí)，排出閥76、86和96閉合，而第一閥門74、84和94被打開以在第二壓力室中形成一個(gè)較低壓力P’。第二壓力室中的受控壓力為可更換盒14的流體回路提供了必要的壓力，以形成血液、溶劑和鞘液的液流。然后，通過下游的流量傳感器80、100和102來測(cè)量液流速度。每個(gè)流量傳感器產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)，該信號(hào)被控制器或處理器40用來控制相應(yīng)的第一閥門和排出閥的操作，以為每種流體提供一個(gè)理想且恒定的速度。
也可設(shè)置通常顯示在110處的下游閥門。控制器或處理器40也可將下游閥門110關(guān)閉，直到系統(tǒng)受壓時(shí)為止。這可以防止血液、溶劑和鞘液在回路受壓之前便流入流體回路。在本發(fā)明的另一說明例中，當(dāng)蓋板被閉合時(shí)，下游閥門110通過機(jī)械作用打開。
圖5是示意圖，示出了具有一個(gè)球狀物100和一個(gè)止回閥102的示意性的人工流體驅(qū)動(dòng)器。止回閥102最好是一種允許空氣進(jìn)入第一壓力室104但不允許它從其中流出的單向閥。當(dāng)球狀物100被按下時(shí)，其內(nèi)部106的空氣被迫穿過止回閥102而進(jìn)入第一壓力室104。最好提供另一個(gè)單向排液閥105，以使大氣中的空氣進(jìn)入球狀物100的內(nèi)部106，卻不能從其中流出。于是，當(dāng)球狀物釋放時(shí)，單向排液閥105便可讓替換空氣流入球狀物100的內(nèi)部。
也可不使用人工操作的流體驅(qū)動(dòng)器，而考慮使用任何相對(duì)小的壓力源，包括一種靜電驅(qū)動(dòng)的中間泵。在美國專利號(hào)為5836750、發(fā)明人為Cabuz的專利文獻(xiàn)中有對(duì)這種中間泵的描述，該專利以參照方式結(jié)合于此申請(qǐng)。
圖6示出了通過一個(gè)可尋址的8×7微閥陣列進(jìn)行比例壓力控制的情形。為了產(chǎn)生圖6中所示的曲線，6.5磅/平方英尺的壓力被加到第一壓力室120。在第二壓力室122處設(shè)有一個(gè)小開口，微閥如圖中124所示，它們將第二壓力室122中的壓力排出。通過改變閉合的可尋址微閥數(shù)目，可以改變和控制第二壓力室中的壓力。如該曲線圖所示，第二壓力室122中的壓力可以從當(dāng)8×7微閥陣列中沒有閥門閉合時(shí)的0.6磅/平方英尺變到當(dāng)所有8×7微閥陣列中的閥門閉合時(shí)的6.5磅/平方英尺。這些低功率的、微機(jī)械加工的硅質(zhì)微閥可用來控制直到10磅/平方英尺或更大的壓力。
圖7是示意圖，示出了通過圖3中的流體動(dòng)力聚焦功能塊88來形成液流和核心流的情形。流體動(dòng)力聚焦功能塊88以受控的速度從流體驅(qū)動(dòng)器接收血液、溶劑和鞘液。血液被與溶劑相混合，這導(dǎo)致紅細(xì)胞被除去。溶液的pH值比紅細(xì)胞低。這常被稱為紅細(xì)胞溶解或溶劑閑置(lyse-on-the-fly)。剩下的白細(xì)胞向下通過一個(gè)被鞘液包圍的中心腔150來產(chǎn)生液流50。液流50包括一條被鞘液152包圍的核心流160。如圖所示，導(dǎo)槽的尺寸被減小，以使得白細(xì)胞154和156成單列排列。鞘液的速度最好約為核心流速度的9倍。然而，鞘液和核心流的速度應(yīng)當(dāng)保持足夠低，以維持在液流導(dǎo)槽中的層流。
光發(fā)射器22a和22b以及相關(guān)的光學(xué)元件最好相鄰地設(shè)在液流50的一側(cè)。光探測(cè)器24a和24b以及相關(guān)的光學(xué)元件被配置在液流50的另一側(cè)，以透過液流50接收來自光發(fā)射器22a的光和來自發(fā)射熒光的微粒的光。光探測(cè)器24a和24b的輸出信號(hào)被傳送到控制器或處理器40，在該處進(jìn)行分析以識(shí)別核心流160中選定的白細(xì)胞和/或計(jì)算其數(shù)量。
圖8是示意圖，示出了通過圖7中的散射來分析核心流160的一列光源22a和一列光探測(cè)器24b。光源在圖中用”+”表示，而光探測(cè)器位于方框處。在所示的實(shí)例中，光源列與液流50的一側(cè)相鄰，而光探測(cè)器列與液流的對(duì)側(cè)相鄰。每個(gè)光探測(cè)器最好與其相應(yīng)的光源對(duì)準(zhǔn)。如圖所示，光源列和光探測(cè)器列沿一個(gè)相對(duì)于液流50軸線202略作旋轉(zhuǎn)的光源軸線200配置。
光源列22a最好是一列激光器，例如在一個(gè)共同的襯底上制造的垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)。由于它們垂直發(fā)射激光，VCSEL非常適于封裝在緊湊型設(shè)備如小型便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器中。那樣的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器能佩戴在身上。所用的VCSEL最好是工作于波長少于傳統(tǒng)的850nm的“紅色”VCSEL，尤以波長范圍處于670nm到780nm之間的為佳。紅色VCSEL可具備非常適于散射光測(cè)量的波長、功率和極化特性。
某些現(xiàn)有技術(shù)的臺(tái)式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器采用一種單一的發(fā)射激光波長為650nm的邊緣發(fā)射激光器。光束被聚焦到10×100微米的拉長形狀，以補(bǔ)償由于核心流沒有對(duì)準(zhǔn)和其寬度所造成的微粒位置的不確定性。與此相比，對(duì)于10×10微米發(fā)射器和100微米間距的布置，本發(fā)明的工作于670nm波長的紅色VCSEL輸出功率通常在1mw左右。因此，來自一個(gè)10個(gè)紅色VCSEL的線性光源列的光強(qiáng)度可與現(xiàn)有技術(shù)中的某些同類產(chǎn)品的大體相同。
使用一個(gè)線性列的相對(duì)于液流軸202成某一角度的激光器與之前采用單一光源相比具有一些重要的優(yōu)點(diǎn)。例如，一個(gè)線性列的激光器可以被用來確定核心流中微粒導(dǎo)槽的水平對(duì)準(zhǔn)情況。造成微粒流對(duì)準(zhǔn)存在不確定性的一個(gè)原因是核心流的寬度，這導(dǎo)致微粒導(dǎo)槽位置出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)性波動(dòng)。這些波動(dòng)可以從對(duì)光探測(cè)器數(shù)據(jù)的分析中確定，且能被控制器或處理器40用來調(diào)節(jié)流體驅(qū)動(dòng)器的閥門，以改變加于樣本流體和輔助性流體的相對(duì)壓力，來改變液流中選定微粒的對(duì)準(zhǔn)情況。
為了確定液流50中細(xì)胞的水平對(duì)準(zhǔn)情況，細(xì)胞通過幾個(gè)由VCSEL線性列產(chǎn)生的聚焦光點(diǎn)。這些細(xì)胞造成了相應(yīng)的與其成一直線的參考光探測(cè)器中信號(hào)強(qiáng)度的下降。信號(hào)的相對(duì)強(qiáng)度被控制器或處理器40用來確定微粒導(dǎo)槽的中心和對(duì)微粒寬度進(jìn)行測(cè)量。為了確定微粒導(dǎo)槽和其尺寸，激光器列24最好聚焦于核心流平面中的一系列高斯光點(diǎn)214(光強(qiáng)度為1000W/cm2數(shù)量級(jí))。光點(diǎn)214最好約與白細(xì)胞大小相同(10-12μm)。示意性的高斯光點(diǎn)如圖9所示。光探測(cè)器列24a和它們的聚焦光學(xué)元件被配置在液流50的對(duì)側(cè)。采用的透鏡具有較大的F數(shù)，以便為可更換盒的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器部分提供一個(gè)幾百微米的工作空間。
采用一線性列的激光器22a而不是采用單個(gè)激光器結(jié)構(gòu)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以確定每個(gè)細(xì)胞的速度。微粒速度在從光散射信號(hào)中估計(jì)微粒尺寸的過程中是一個(gè)很重要的參數(shù)。在傳統(tǒng)的血細(xì)胞計(jì)數(shù)法中，微粒速度是從泵的流速外推得出的。這種方法的局限在于泵必須很精確，血細(xì)胞計(jì)數(shù)器液流室的公差須嚴(yán)格控制，不能出現(xiàn)如泄漏之類的流體故障，并且不能引入干擾液流和核心流形成的微泡。為了確定每個(gè)細(xì)胞的速度，系統(tǒng)可以測(cè)量每個(gè)細(xì)胞通過相鄰或連續(xù)的兩點(diǎn)所需時(shí)間。例如，見圖8，一個(gè)細(xì)胞可以通過光探測(cè)器208，然后通過光探測(cè)器210。通過測(cè)量細(xì)胞從光探測(cè)器208移動(dòng)到光探測(cè)器210的所需時(shí)間，并通過得知光探測(cè)器208與光探測(cè)器210之間距離，控制器或處理器40可計(jì)算出細(xì)胞的速度。這會(huì)是一種近似的速度測(cè)量。以上通常被稱為飛行時(shí)間測(cè)量法。速度一旦被獲知，就可由通過該微粒中心所在的點(diǎn)所需的時(shí)間(幾微秒)求得微粒長度和尺寸的量度。
微粒速度被認(rèn)為還可用來幫助控制流體驅(qū)動(dòng)器。為了減小本發(fā)明裝置的大小、成本和復(fù)雜程度，圖1中的可替換盒可以用塑料層疊或模壓件制造。盡管那樣的生產(chǎn)工藝可以提供較便宜的部件，這些部件的尺寸通常較不準(zhǔn)確和較不具有可重復(fù)性，因?yàn)樗鼈兙哂蟹菍?duì)稱尺寸和較大公差的橫斷面。這些較大的公差可能造成微粒速度發(fā)生變化，特別是使用不同盒時(shí)更會(huì)如此。為了補(bǔ)償這些較大公差所產(chǎn)生的后果，以上所述的飛行時(shí)間測(cè)量可被控制器或處理器40用來調(diào)節(jié)加到血液、溶劑和鞘液上的受控壓力，從而使得核心流中微粒具有相對(duì)穩(wěn)定的速度。
為進(jìn)一步評(píng)估細(xì)胞大小，可以考慮將激光束沿著或橫越細(xì)胞路徑進(jìn)行聚焦。除此之外，可以分析穿越一個(gè)細(xì)胞的多份樣本來確定其結(jié)構(gòu)特征，并將形態(tài)學(xué)特征與其他細(xì)胞類型關(guān)聯(lián)起來。這種做法可以提供關(guān)于細(xì)胞大小的多個(gè)參數(shù)，并有助于將各種細(xì)胞類型彼此區(qū)分開。
使用一個(gè)線性列的激光器22a而不是使用單個(gè)激光器結(jié)構(gòu)的另一優(yōu)點(diǎn)在于在穿越液流導(dǎo)槽時(shí)可以提供相對(duì)穩(wěn)定的光照度。如圖9所示，這是通過將來自相鄰VCSEL的高斯光束進(jìn)行重疊實(shí)現(xiàn)的。在現(xiàn)有技術(shù)的單一激光器系統(tǒng)中，穿越液流導(dǎo)槽的光照度往往隨著穿越導(dǎo)槽位置的不同而發(fā)生變化。因此，如果一個(gè)微粒沒有處于液流導(dǎo)槽的中心位置，隨后的測(cè)量精度便會(huì)降低。
為了進(jìn)行上述測(cè)量，圖8中每個(gè)光探測(cè)器24a可以是單個(gè)的直線上(in-line)光探測(cè)器。然而，為了測(cè)量前向角散射(FALS)和小角散射(SALS)，每個(gè)光探測(cè)器24a還要包括兩個(gè)設(shè)在線上光探測(cè)器附近的環(huán)形光探測(cè)器，如圖10所示。參考圖10，一只VCSEL沿向上的方向發(fā)光。光是通過一個(gè)透鏡220發(fā)出的，后者將光聚焦于處于核心流平面的一個(gè)高斯光點(diǎn)。透鏡220是一種微透鏡或類似的裝置，它或者與VCSEL 218分開，或者與之集成。光通過核心流，并被另一個(gè)透鏡222例如一種衍射光元件接收。透鏡222將光傳送至線上光探測(cè)器226和環(huán)形光探測(cè)器228和230。線上光探測(cè)器226檢測(cè)沒有被核心流中的微粒顯著散射的光。環(huán)形光探測(cè)器228檢測(cè)前向角散射(FALS)光，環(huán)形光探測(cè)器230檢測(cè)小角散射(SALS)光。
圖11示出了包括三列彼此獨(dú)立的光源和光探測(cè)器的本發(fā)明的另一說明例。每一列光源和光探測(cè)器沿一個(gè)相對(duì)于液流的中心液流軸略作旋轉(zhuǎn)的不同的軸線配置。通過使用三列光源和光探測(cè)器，與每列相關(guān)的光學(xué)元件可以為某一特殊應(yīng)用或功能而優(yōu)化。為了檢測(cè)小角散射(SALS)，采用正好聚焦于核心流平面的激光比較理想。為了檢測(cè)前向角散射(FALS)，采用經(jīng)準(zhǔn)直的光比較理想。
特別參考圖11，一個(gè)第一列的光源和光探測(cè)器位于300處。光源和光探測(cè)器被沿第一光源軸配置成一線性列。第一光源軸相對(duì)于液流的液流軸作了旋轉(zhuǎn)。光源和光探測(cè)器可能與上述圖8的光源和光探測(cè)器相類似，并最好被用來測(cè)量，例如，液流中細(xì)胞的水平對(duì)準(zhǔn)、微粒大小以及微粒的速度。
圖12是示意圖，示出了圖11中的第一列300的一個(gè)示意性光源和光探測(cè)器對(duì)。如圖所示，一只VCSEL 302沿向上的方向發(fā)光。光通過一個(gè)透鏡304發(fā)出，光被聚焦成核心流平面上的一個(gè)高斯光點(diǎn)。該光透過核心流，被另一透鏡306接收。透鏡306將光傳送至線上光探測(cè)器308。線上光探測(cè)器308檢測(cè)沒有被核心流中的微粒顯著散射的光。
如圖所示，一個(gè)第二列光源和光探測(cè)器位于310處。其光源沿一個(gè)相對(duì)于液流的液流軸略作旋轉(zhuǎn)的第二光源軸配置。其光探測(cè)器包括三個(gè)線性列的光探測(cè)器。一列光探測(cè)器與上述光源線性列成直線配置。另外兩個(gè)線性列的光探測(cè)器被配置在處于直線上的光探測(cè)器列的任意一側(cè)，并且被用來測(cè)量由液流中選定微粒產(chǎn)生的小角散射。
圖13是示意圖，示出了圖11中的第二列的一個(gè)示意性的光源和與之對(duì)應(yīng)的光探測(cè)器。如圖所示，一只VCSEL 320沿向上的方向發(fā)光。光是通過一個(gè)透鏡322發(fā)出的，光被聚焦成核心流平面上的一個(gè)高斯光點(diǎn)。光透過核心流，并被另一只透鏡324如一種衍射光元件324所接收。透鏡324將光傳送至線上光探測(cè)器326和與之相對(duì)應(yīng)并被放置于線上光探測(cè)器326任一側(cè)的兩個(gè)光探測(cè)器328和330。
線上光探測(cè)器326可被用來檢測(cè)沒有被核心流中的微粒顯著散射的光。因此，第二列302的線上光探測(cè)器線性列可以被用來進(jìn)行與第一列300的線上光探測(cè)器列相同的測(cè)量。這兩列線上光探測(cè)器列的測(cè)量結(jié)果可以被進(jìn)行比較，也可以被結(jié)合起來，以得到一個(gè)更為準(zhǔn)確的結(jié)果。另外，或者除此之外，第二列302的線上光探測(cè)器可以被用作一組冗余的光探測(cè)器以提高血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的可靠性。
也可以考慮將第二列302的線上光探測(cè)器與第一列300的線上光探測(cè)器結(jié)合使用來更準(zhǔn)確測(cè)定液流中微粒的飛行時(shí)間或速度。這種測(cè)量結(jié)果可以更精確，因?yàn)楣馓綔y(cè)器之間的距離可以更大。如上所示，通過得知微粒的速度，由流體驅(qū)動(dòng)器造成的流速上的微小變化便可由控制器最小化或消除。
圖13中的光探測(cè)器328和330被用來測(cè)量由液流中選定微粒產(chǎn)生的小角散射(SALS)。因此光探測(cè)器328和330最好與線上光探測(cè)器326留有足夠的間隔來截取由液流中的選定微粒產(chǎn)生的小角散射(SALS)。
再來看圖11，一個(gè)第三列光源和光探測(cè)器350最好被用來測(cè)量由液流中選定微粒產(chǎn)生的前向角散射(FALS)。這些光源被沿一個(gè)相對(duì)于液流的液流軸旋轉(zhuǎn)的第三光源軸配置成一個(gè)線性列。每個(gè)光源最好具有一只相對(duì)應(yīng)的光探測(cè)器。每個(gè)光探測(cè)器最好呈環(huán)形，并且其中央配置有一個(gè)非敏感區(qū)域或是一只獨(dú)立的線上光探測(cè)器。這些環(huán)形光探測(cè)器最好被調(diào)整大小，以截取和檢測(cè)由液流中選定微粒產(chǎn)生的前向角散射(FALS)。
圖14是一張示意圖，示出了圖11中的第三光源和光探測(cè)器列350的一個(gè)示意性的光源和光探測(cè)器對(duì)。如圖所示，一只VCSEL 360沿向上的方向發(fā)光。光通過透鏡362例如一種提供基本準(zhǔn)直的光的準(zhǔn)直透鏡發(fā)出，該準(zhǔn)直透鏡將高度平行的光送至核心流。如上所示，平行光對(duì)檢測(cè)前向散射光是較為理想的。光通過核心流，并被另一透鏡364接收。透鏡364將接收到的光傳送至環(huán)形光探測(cè)器368。
環(huán)形光探測(cè)器368的大小最好確定成能截取和檢測(cè)由液流中微粒產(chǎn)生的前向角散射(FALS)。在環(huán)形光探測(cè)器368的中央，可設(shè)置一個(gè)非敏感區(qū)或一個(gè)獨(dú)立的線上光探測(cè)器370。如果提供的是一個(gè)獨(dú)立的線上光探測(cè)器370，它便可以被用來提供與第一列300和/或第二列302的線上光探測(cè)器相同的測(cè)量結(jié)果。當(dāng)這樣設(shè)置時(shí)，來自第一列300、第二列302和第三列350的所有線上光探測(cè)器列的測(cè)量結(jié)果可以被進(jìn)行比較或是被結(jié)合起來以得到一個(gè)更加準(zhǔn)確的結(jié)果。第三列350的線上光探測(cè)器可作為另一層次或冗余以提高血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的可靠性。
也可以考慮將第三列350的線上光探測(cè)器與第一列300和/或第二列302的線上光探測(cè)器結(jié)合使用來更準(zhǔn)確地測(cè)定液流中微粒的飛行時(shí)間或速度。這種測(cè)量結(jié)果可以更精確，因?yàn)楣馓綔y(cè)器之間的距離可以更大。如上所示，通過得知微粒的速度，由流體驅(qū)動(dòng)器造成的流速上的微小變化便可被控制器最小化或消除。
通過使用三列獨(dú)立的光源和光探測(cè)器，與其中每列相關(guān)的光學(xué)元件可為所想要進(jìn)行的應(yīng)用而優(yōu)化?？梢钥闯?，與第一列300相關(guān)的光學(xué)元件被設(shè)計(jì)用來將聚焦良好的激光投射到核心流平面上。這將有助于為第一列300對(duì)調(diào)準(zhǔn)、微粒大小和微粒速度等進(jìn)行的測(cè)量提供分辨能力。同樣的，與第二列302相關(guān)的光學(xué)元件被設(shè)計(jì)用來將聚焦良好的激光投射到核心流平面上。聚焦良好的光對(duì)于測(cè)量由液流中的選定微粒產(chǎn)生的小角散射是比較理想的。最后，與第三列350相關(guān)的光學(xué)元件被設(shè)計(jì)用來為核心流提供平行光。如上所示，平行光對(duì)于測(cè)量由液流中的選定微粒產(chǎn)生的前向角散射(FALS)是比較理想的。
圖15是本發(fā)明的可被佩戴在手腕上的小型便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的一個(gè)說明例的透視圖。這種血細(xì)胞計(jì)數(shù)器400可能與圖1中所示的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器相類似。一條帶402將血細(xì)胞計(jì)數(shù)器400固定在使用者的手腕上。
如上所示，使用者可以得到一個(gè)可更換盒，并可將一份血樣供給可更換盒的采樣端口32(見圖1)?？赏ㄟ^如戳破手指的方法來采集血樣。然后使用者可以將可更換盒插入到儀器箱體中，并手工按壓該系統(tǒng)。隨后該小型便攜式流式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器便可以提供一個(gè)讀數(shù)來指出使用者是否應(yīng)該尋求醫(yī)務(wù)治療。該讀數(shù)可以是一種視覺讀數(shù)，也可以是一種可聽見的聲音或其他任何合適的顯示形式。
不通過戳破手指或類似的手段來采集血樣，可以將導(dǎo)管404或類似的東西插入到使用者的一條血管之中，并將該導(dǎo)管與采樣端口32相連。這將允許系統(tǒng)在任何想要一個(gè)讀數(shù)時(shí)自動(dòng)從使用者處采集一份血樣?；蛘?，我們認(rèn)為小型便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器可以被植入人體內(nèi)，且其采樣端口32與某一合適的血液供應(yīng)源相連。
圖16示出了一個(gè)具有散射光學(xué)子系統(tǒng)501和熒光學(xué)子系統(tǒng)502的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器盒500。光學(xué)子系統(tǒng)501包括液流導(dǎo)槽兩側(cè)的窗或開口30a，光學(xué)子系統(tǒng)502包括窗或開口30b。在每個(gè)子系統(tǒng)中，存在著分布于液流導(dǎo)槽每一側(cè)的一個(gè)窗或開口。這些開口可能具有光學(xué)插件或透鏡。這種血細(xì)胞計(jì)數(shù)器根據(jù)其實(shí)現(xiàn)方式可以被佩戴，系在人體上或是被插入到人體內(nèi)。
圖17示出了分別集成了光學(xué)子系統(tǒng)501、502的系統(tǒng)503、504。系統(tǒng)503還包括用于測(cè)量核心流160中微粒如白細(xì)胞的散射特性的VCSEL列22a和光探測(cè)器列24a。這個(gè)系統(tǒng)可被用于淋巴細(xì)胞和中性粒細(xì)胞的計(jì)數(shù)和分類。自對(duì)準(zhǔn)功能可以通過一個(gè)基于紅色VCSEL列的光學(xué)子系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。散射系統(tǒng)503的說明例如上所述。
系統(tǒng)504是一種熒光激勵(lì)和檢測(cè)機(jī)構(gòu)，可被用來對(duì)特定子類的白細(xì)胞和血液中的蛋白質(zhì)進(jìn)行識(shí)別和計(jì)數(shù)。檢測(cè)白細(xì)胞子類可以通過某些可用的合適抗體來實(shí)現(xiàn)?？梢再I到許多這樣的呈現(xiàn)熒光共軛形態(tài)的抗體。圖18示出了一張血液成分簡圖和可以被熒光系統(tǒng)504進(jìn)行計(jì)數(shù)和識(shí)別的細(xì)胞。如上所述，送入血細(xì)胞計(jì)數(shù)器中有待觀察的血樣，其紅細(xì)胞已被溶解除去。檢查白細(xì)胞時(shí)，血小板被保留，因?yàn)槠漭^小尺寸不會(huì)影響血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的檢查結(jié)果。作為一個(gè)說明例，呈CD4陽性的T細(xì)胞505，其結(jié)構(gòu)如圖18所示，它在血液中所占比例和數(shù)量對(duì)于艾滋病(HIV)感染的臨床病程跟蹤是十分重要的。一種加入某種與CD4細(xì)胞相關(guān)的標(biāo)示物的抗體可與血樣相混合，以得到抗體(AB)506的一種“Y”形結(jié)構(gòu)和被附加到CD4細(xì)胞505上的標(biāo)示物(M)507，如圖19a所示。光源22b發(fā)射出光，且該光可以被標(biāo)示物507吸收。作為響應(yīng)，標(biāo)示物507發(fā)出熒光，并放射出特定波長的可被檢測(cè)出的光，以識(shí)別CD4細(xì)胞505。
通過檢查血液來檢測(cè)炭疽熱是當(dāng)前血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的另一應(yīng)用。與誘發(fā)炭疽熱的細(xì)菌509相對(duì)應(yīng)的抗體508被與血樣混合。這些抗體可以與細(xì)菌509結(jié)合在一起。這些抗體也含有受到光的撞擊后即發(fā)出熒光的標(biāo)示物510。抗體508的“Y”形結(jié)構(gòu)如圖19b所示。標(biāo)示物510發(fā)出一種特定帶寬的光，這種光的帶寬不同于CD4細(xì)胞505之抗體506的標(biāo)示物507所發(fā)光的帶寬。從而在同一個(gè)血樣測(cè)試中，通過比較具有不同波長、顏色和特征的熒光發(fā)射，可以將炭疽熱感染從艾滋病感染中獨(dú)立地辨識(shí)出來。在同一份血樣中同時(shí)檢測(cè)出的疑問狀態(tài)數(shù)可大于兩個(gè)。
作為另一說明例，NeupogenR(一種蛋白質(zhì))被視作用來增加接受抑制骨髓活性化療的癌癥患者體內(nèi)中性粒細(xì)胞的數(shù)量。在這種治療過程中，需要對(duì)白細(xì)胞數(shù)量(特別是處于neupogenR治療階段的中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞和血小板的數(shù)量)進(jìn)行準(zhǔn)確的監(jiān)控。本發(fā)明的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器可以被未經(jīng)訓(xùn)練的人使用，以便在那些接受化療的患者家中對(duì)他們進(jìn)行監(jiān)控。
本發(fā)明的小型便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器可用于生物戰(zhàn)中。它可被用于對(duì)生物病原體的定量檢測(cè)和識(shí)別。這種檢測(cè)和識(shí)別是建立在利用熒光測(cè)量實(shí)現(xiàn)的抗體-抗原型免疫分析基礎(chǔ)上的。環(huán)境、水和食物可受到監(jiān)控，以檢測(cè)出任何可能出現(xiàn)的生物病原體。這個(gè)過程會(huì)涉及為本發(fā)明的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的樣本采集和準(zhǔn)備。本血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的其他應(yīng)用包括對(duì)DNA和RNA進(jìn)行高通過量分析(使用其熒光檢測(cè)功能)和排序，研究細(xì)胞對(duì)試制藥物的反應(yīng)，分析白血病和淋巴瘤的免疫表現(xiàn)型，監(jiān)控癌癥患者體內(nèi)的剩余病變，以及對(duì)細(xì)胞進(jìn)行分選和隔離，包括對(duì)罕見種群的高速隔離。與它的其他特點(diǎn)相比，該裝置的以下特點(diǎn)更引人注意上述應(yīng)用和其他用途是使用單一的便攜式的和小型的具有緊湊的精確流體驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并集成了散射光系統(tǒng)和多色熒光系統(tǒng)的低功耗低成本血細(xì)胞計(jì)數(shù)器設(shè)備而實(shí)現(xiàn)的，在分析階段它不需要人員的干預(yù)和調(diào)節(jié)，不需要訓(xùn)練有素的人員對(duì)其進(jìn)行操作，并使用由衛(wèi)生的一次性塑料或其他材料制成的具有集成式光學(xué)元件和內(nèi)部血樣處理設(shè)備的微流體控制盒14。
圖17中的系統(tǒng)504具有一個(gè)激光源22b，該光源被配置在一個(gè)合適位置，使得它能將光511定向在液流導(dǎo)槽530中單一縱列流動(dòng)的微粒512上。為了說明起見，微粒512可以分別包括圖19a中的結(jié)構(gòu)513和圖19b中的結(jié)構(gòu)514。光511可以來自一個(gè)紅色或藍(lán)色激光源，如發(fā)光二極管，該光可以分別具有如650到700納米或是380到420納米的帶寬。其他具有合適波長的光源也能被用于產(chǎn)生光511。當(dāng)光511與熒光標(biāo)示物507和510發(fā)生碰撞時(shí)，這些標(biāo)示物發(fā)出熒光，同時(shí)分別放射出光515和516。因?yàn)檫@些標(biāo)示物彼此不同，光515和516具有不同的波長。因此，結(jié)構(gòu)513和514不僅可以從它們所發(fā)之光的波長中被辨識(shí)出來，而且可以在同一份樣品、血液或是其他物質(zhì)中被區(qū)分出來。光515和516可以到達(dá)二色分光器517，并由后者通過將它們導(dǎo)向不同方向，從而將這兩種光束分離開來。光束516可以到達(dá)一個(gè)熒光電光探測(cè)器518，并由后者對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)和轉(zhuǎn)換成送至處理器40的電信號(hào)520。光束515可到達(dá)一個(gè)熒光電光探測(cè)器521，并由后者對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)并轉(zhuǎn)換成送至處理器40的電信號(hào)522。處于光束516路徑上的帶通濾波器519能將來自光源22b且得以在光束516中出現(xiàn)的光511濾去。帶通濾波器523對(duì)于光束515的作用就如帶通濾波器519對(duì)于光束516的作用一樣。為了給光探測(cè)器521定位，鏡524被用來將光進(jìn)行重新定向，這樣做是為了對(duì)探測(cè)系統(tǒng)504進(jìn)行更緊湊的封裝，或是為了其他原因。在另一方面，鏡524也可以成為將不同波長的光525從光束515和516中分離出去的另一個(gè)二色分光器。更多的分光器可以被級(jí)聯(lián)起來或是被排列成其他結(jié)構(gòu)以濾除其他頻率成分的光。來自散射檢測(cè)系統(tǒng)503的光探測(cè)器列24a的信號(hào)也向處理器40行進(jìn)。
分光器517可以被其他裝置取代，以將不同波長的光分離出來或選擇特定波長的光。這些裝置可能包括不同類型的陷波濾波器和階躍函數(shù)型濾波器、可調(diào)式衍射光柵、薄膜介電疊層、發(fā)射式分光器，光子能隙濾波器、光子晶體、可調(diào)式帶通濾波器、標(biāo)準(zhǔn)梳齒和其他濾波結(jié)構(gòu)，以及具有附帶結(jié)構(gòu)性濾波和其他濾波裝置的光波導(dǎo)的晶片，用于吸收/濾除光波的具有波導(dǎo)和含有特定尺寸和節(jié)距的孔眼的硅晶片或玻璃晶片，等等。
圖20示出了熒光學(xué)子系統(tǒng)502的結(jié)構(gòu)。光源22b發(fā)出光束511，并穿過窗30b通過微透鏡526聚焦于微粒512上。光束511可被準(zhǔn)直也可不被準(zhǔn)直。微粒512可以具有一種能發(fā)熒光且透過窗30b發(fā)出分別經(jīng)過薄膜涂層濾波器527和微透鏡528的光束515、516的標(biāo)示物。濾波器527可將光511從光源22b中濾除。濾波器527可以是位于透鏡528下的介質(zhì)疊層和一種陷波或階躍函數(shù)型濾波器，以阻擋光源22b發(fā)出的光511。透鏡528可以將標(biāo)示物發(fā)出的熒光聚焦成光束515/516，該光束隨后到達(dá)分光器，例如分光器517。光束515/516可以被準(zhǔn)直也可以不被準(zhǔn)直。在處于液流導(dǎo)槽530的玻璃、石英或塑料(被切成或未被切成薄片)襯底上的窗30b或透鏡528四周或前后形成不透明的或是吸收性的層529。層529可以防止光源22b發(fā)出的任何光511與熒光515/516相混合。層或遮光濾光片529可以是一種對(duì)想要加以阻擋的波段的光呈黑色或不透明的薄膜。濾波器529可以是一種陷波或階躍函數(shù)型濾波器。另一玻璃、石英或塑料(被切成或未被切成薄片)襯底532形成了微粒512的核心流的液流導(dǎo)槽530。襯底531、532、窗30b以及透鏡526和528的構(gòu)成材料中不能含熒光成分。在一說明例中，光源22b發(fā)出的光511之方向相對(duì)于微粒512發(fā)出的熒光515/516之方向約成90度角。光源511所發(fā)之光與熒光515/516之間所成的這個(gè)角可以有效的減少或消除光源所發(fā)之光與熒光515/516的混合。在本例中，來自光源22b的光511之方向相對(duì)于液流導(dǎo)槽530的縱向尺寸方向或微粒512的核心流方向可以成約45度角。然而，在某些應(yīng)用中，光511的方向與光515/516的方向之間可以成0到120度角。
圖21a示出了用于散射光學(xué)子系統(tǒng)501的液流導(dǎo)槽530的端視圖，圖21a示出了用于熒光學(xué)子系統(tǒng)502的液流導(dǎo)槽530的端視圖。襯底531和532的厚度約為100到200微米。窗30a和30b的厚度約為25到30微米。微透鏡526和528可以是衍射或折射性的，可以由玻璃或塑料制成，并可以是非球面透鏡，其直徑約為500微米。導(dǎo)槽533可用激光切割而成。
圖21c、21d、21e是圖21a和21b的變形。圖21c示出了一條具有窗或開口30a和30b的液流導(dǎo)槽。開口或窗30a和30b可分別配置在液流導(dǎo)槽的一側(cè)。開口中可以有光學(xué)插件或透鏡。微透鏡526和528或其他類型的透鏡可以形成于、附著在、插入到在導(dǎo)槽兩側(cè)各形成一個(gè)的開口或窗30b和30a上，或與開口或窗30b和30a整體形成。圖21d示出了沒有附加微透鏡、也沒有在其表面形成微透鏡的窗30a和30b，但是卻在距其一定的和適當(dāng)距離的位置配置了透鏡541和542。圖21e示出了一個(gè)既附帶微透鏡526和528，也配置了分離式透鏡541和542的窗結(jié)構(gòu)，且微透鏡526與透鏡541對(duì)應(yīng)，微透鏡528與透鏡542對(duì)應(yīng)。
圖22示出了圖17中血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的一張示意圖，但同時(shí)在其中加入了透鏡541和542。如上所述，在透鏡541和542之外窗和開口30b還可以包括微透鏡，也可不包括微透鏡。
圖23是一種同時(shí)具有散射光和熒光檢測(cè)和監(jiān)控系統(tǒng)的可佩戴在手腕上的小型便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的一個(gè)說明例的透視圖。這種血細(xì)胞計(jì)數(shù)器600可與圖1和圖16中所示的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器相類似。一條帶602將血細(xì)胞計(jì)數(shù)器600固定在使用者的手腕上。
如上所示，使用者可以得到一個(gè)可更換盒，并可將一份血樣導(dǎo)入到可更換盒的采樣端口32(見圖1、16、17和22)中?？梢酝ㄟ^如戳破手指的方法來采集血樣。然后使用者可以將可更換盒插入到儀器箱體中，并手工按壓該系統(tǒng)。隨后該小型便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器便可以提供一個(gè)讀數(shù)來指出使用者是否應(yīng)該尋求醫(yī)務(wù)治療。該讀數(shù)可以是一種視覺讀數(shù)，也可以是一種可聽見的聲音或其他任何合適的顯示形式。
可以不通過戳破手指或類似的手段來采集血樣，而將導(dǎo)管604或類似的東西插入到使用者的一條血管之中，并將該導(dǎo)管與采樣端口32相連。這將允許系統(tǒng)在任何想要一個(gè)讀數(shù)時(shí)自動(dòng)從使用者處采集一份血樣?；蛘?，可以將小型便攜式流式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器植入到體內(nèi)，且其采樣端口32與某一合適的血液供應(yīng)源相連。
盡管已經(jīng)用至少一個(gè)說明例對(duì)本發(fā)明作了描述，對(duì)于那些業(yè)內(nèi)行家來說，在讀過本說明后即不難理解本發(fā)明可能存在的許多變化和修改。因此，應(yīng)當(dāng)對(duì)所附的權(quán)利要求進(jìn)行從現(xiàn)有技術(shù)看來盡可能寬泛的解釋，以涵蓋對(duì)本發(fā)明的所有變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，其中包括一條位于一種結(jié)構(gòu)中的液流通路；一個(gè)靠近所述液流通路的光源裝置；一個(gè)靠近所述液流通路和所述光源裝置的第一光探測(cè)器裝置，其中所述光探測(cè)器裝置可探測(cè)熒光。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，還包括一個(gè)靠近所述液流通路和所述光源裝置的第二光探測(cè)器裝置，其中所述第二光探測(cè)器裝置可探測(cè)熒光。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，還包括一個(gè)將從所述液流通路發(fā)出的第一帶寬的熒光定向于所述第一光探測(cè)器裝置，并將從所述液流通路發(fā)出的第二帶寬的熒光定向于所述第二光探測(cè)器裝置的機(jī)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于所述光源裝置發(fā)出的光束相對(duì)于所述液流通路有一個(gè)入射角；且光以與所述液流通路成某一發(fā)射角的方式發(fā)射；其中，入射角和發(fā)射角之和可小于120度。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述液流通路中一種含有熒光標(biāo)示物的微?？杀粊碜运龉庠戳械墓馐矒簦⒁虼税l(fā)出被所述第一光探測(cè)器裝置和所述第二光探測(cè)器裝置探測(cè)到的熒光。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，還包括一個(gè)與所述第一光探測(cè)器裝置和所述第二光探測(cè)器裝置連接的處理器。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于一旦探測(cè)到熒光，所述第一光探測(cè)器裝置和所述第二光探測(cè)器裝置就向所述處理器輸出一個(gè)信號(hào)；并且接收到來自所述第一光探測(cè)器裝置和/或所述第二光探測(cè)器裝置的信號(hào)后，所述處理器可提供關(guān)于所述液流通路中該種微粒的信息。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，還包括靠近所述液流通路和所述光源裝置的至少一個(gè)增設(shè)的光探測(cè)器裝置，其中，該至少一個(gè)增設(shè)的光探測(cè)器裝置可檢測(cè)所述液流通路中該種微粒的標(biāo)示物發(fā)出的熒光。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，一旦探測(cè)到熒光，所述至少一個(gè)增設(shè)的光探測(cè)器裝置便會(huì)向所述處理器輸出一個(gè)信號(hào)。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于還包括一個(gè)靠近所述液流通路的第二光源裝置；靠近所述液流通路和所述第二光源裝置的另一個(gè)至少一個(gè)增設(shè)的光探測(cè)器裝置。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，一旦探測(cè)到所述液流通路中微粒散射的光，所述另一個(gè)至少一個(gè)增設(shè)的光探測(cè)器裝置就會(huì)向所述處理器輸出一個(gè)信號(hào)。
12.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)是指一種可插入某一儀器并可從中卸下的盒。
13.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于，所述盒是一次性的。
14.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，所述液流通路中的微粒是一種血液微粒。
15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)具有若干使光進(jìn)入并到達(dá)所述液流通路并使來自所述液流通路的光射出的開口。
16.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于，所述開口含有光學(xué)插件。
17.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其特征在于，所述光學(xué)插件是透鏡。
18.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于，所述開口是窗口。
19.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于，還包括靠近所述開口的透鏡。
20.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備是一種可佩戴在身上或是可插入體內(nèi)的小型化的便攜式器件。
21.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備能佩戴在手腕上。
22.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備含有一根能插入使用者靜脈的導(dǎo)管。
23.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備是一種能植入使用者體內(nèi)的小型化的便攜式器件。
24.一種設(shè)備，其中包括一條位于一種結(jié)構(gòu)中的通路；靠近所述通路的至少一個(gè)熒光探測(cè)器；靠近所述至少一個(gè)熒光探測(cè)器的至少一個(gè)光源，該光源可接近所述通路；可靠近所述通路的至少一個(gè)散射光探測(cè)器；以及靠近所述至少一個(gè)散射光探測(cè)器的至少一個(gè)光源，該光源可接近所述通路。
20.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其特征在于所述至少一個(gè)熒光探測(cè)器、靠近所述至少一個(gè)熒光探測(cè)器的所述至少一個(gè)光源、所述至少一個(gè)散射光探測(cè)器以及所述至少一個(gè)光源包含在一臺(tái)儀器中；且所述結(jié)構(gòu)是一種可插入該儀器的盒。
21.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其特征在于來自靠近所述至少一個(gè)熒光探測(cè)器的所述至少一個(gè)光源的光會(huì)撞擊所述通路中一種微粒的標(biāo)示物，這會(huì)導(dǎo)致該種微粒的標(biāo)示物發(fā)射熒光；所述至少一個(gè)熒光探測(cè)器可檢測(cè)來自該種微粒的標(biāo)示物的熒光；來自靠近所述至少一個(gè)散射光探測(cè)器的所述至少一個(gè)光源的光會(huì)撞擊所述通路中的微粒，這會(huì)導(dǎo)致散射光；且所述至少一個(gè)散射光探測(cè)器可檢測(cè)該散射光。
22.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其特征在于，還包括一個(gè)處理器，所述處理器與所述至少一個(gè)熒光探測(cè)器和所述至少一個(gè)散射光探測(cè)器相連。
23.如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其特征在于，還包括一個(gè)通過所述至少一個(gè)熒光探測(cè)器來選擇出該種微粒的標(biāo)示物釋放出的特定帶寬的熒光而進(jìn)行檢測(cè)的機(jī)構(gòu)。
24.如權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其特征在于，一旦檢測(cè)到熒光和散射光，所述至少一個(gè)熒光探測(cè)器和所述至少一個(gè)散射光探測(cè)器就各自傳送信號(hào)到所述處理器。
25.如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其特征在于，所述處理器能處理來自所述至少一個(gè)熒光探測(cè)器和所述至少一個(gè)散射光探測(cè)器的信號(hào)，并提供關(guān)于該通路中的該種微粒的信息。
26.如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其特征在于，該信息可包括對(duì)該種微粒的識(shí)別與分析、其速度以及該種微粒和/或類似微粒的個(gè)數(shù)。
27.如權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其特征在于，該種微粒來自于被注入到盒中的血樣，該盒可插入儀器中以進(jìn)行識(shí)別、分析、速度測(cè)量和/或計(jì)數(shù)。
28.如權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其特征在于所述盒是一次性的。
29.如權(quán)利要求28所述的設(shè)備，其特征在于，所述盒是便攜式的、小型化的和可佩戴的。
30.一種用于血細(xì)胞計(jì)數(shù)的裝置，其中包括支持微粒流的裝置；照射該種微粒的第一照射裝置；檢測(cè)被該種微粒散射的光的第一檢測(cè)裝置；照射該種微粒的第二照射裝置；檢測(cè)該種微粒的標(biāo)示物的發(fā)射光的第二檢測(cè)裝置；以及處理來自所述第一和第二檢測(cè)裝置的信號(hào)的處理裝置。
31.如權(quán)利要求30所述的裝置，其特征在于，包括一個(gè)支持所述第一和第二照射裝置、所述第一和第二檢測(cè)裝置以及所述處理裝置的支持裝置。
32.如權(quán)利要求31所述的設(shè)備，其特征在于，支持微粒流的所述裝置是一個(gè)盒，可插入支持所述第一和第二照射裝置、所述第一種和第二檢測(cè)裝置以及所述處理裝置的支持裝置，并可從中卸下。
33.如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其特征在于所述第一檢測(cè)裝置可用于檢測(cè)被所述微粒散射的光；且所述第二檢測(cè)裝置可用于檢測(cè)由所述微粒的標(biāo)示物發(fā)出的熒光。
34.如權(quán)利要求33所述的設(shè)備，其特征在于，所述微粒來自進(jìn)入所述用于支持微粒流的裝置的血樣，該裝置可插入支持所述第一和第二種照射裝置、所述第一和第二檢測(cè)裝置以及處理裝置的所述支持裝置中。
35.如權(quán)利要求34所述的設(shè)備，其特征在于，所述盒是一次性的。
36.如權(quán)利要求35所述的設(shè)備，其特征在于，所述盒是便攜式的、小型的和可佩戴的。
37.一種用于血細(xì)胞計(jì)數(shù)的方法，包括以下步驟提供由至少一種微粒構(gòu)成的微粒流；對(duì)該至少一種微粒投射光；分析由該至少一種微粒的一種標(biāo)示物發(fā)出的第二種光。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于還包括以下步驟向該至少一種微粒投射第三種光；分析由該至少一種微粒散射的第三種光。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于投射一種光、分析第二種光、投射第三種光并分析第三種光的工作可由一臺(tái)儀器承擔(dān)；并且提供由至少一種微粒構(gòu)成的微粒流的工作由可插入所述儀器中的盒承擔(dān)。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，至少一種微粒可為血樣中的微粒。
41.一種設(shè)備，其中包括一條液流通路；一個(gè)靠近所述液流通路的光源；一個(gè)靠近所述液流通路的第一光探測(cè)器；一個(gè)靠近所述光源的第二光探測(cè)器；以及一個(gè)與所述第一和第二光探測(cè)器相連的處理器；其中所述第一光探測(cè)器用于檢測(cè)由所述光源發(fā)出的、被所述液流通路中的一種微粒散射的光；所述第二光探測(cè)器用于檢測(cè)當(dāng)該種微粒與來自光源的光相撞后發(fā)出的光；一旦檢測(cè)到光，所述第一和第二光探測(cè)器就產(chǎn)生信號(hào)；且所述處理器處理來自所述第一和第二光探測(cè)器的信號(hào)并提供關(guān)于該種微粒的信息。
42.如權(quán)利要求41所述的設(shè)備，其特征在于還包括一個(gè)包含所述液流通路的盒；一臺(tái)儀器，包括所述光源，所述第一和第二光探測(cè)器，以及所述處理器；所述盒可被插入所述儀器，也可從中卸下。
43.如權(quán)利要求42所述的設(shè)備，其特征在于，所述液流通路包括至少一個(gè)開口，當(dāng)所述盒被插入所述儀器時(shí)，該開口與所述光源和所述第一、第二光探測(cè)器大致排成一直線。
44.如權(quán)利要求43所述的設(shè)備，其特征在于，所述盒是一次性的。
45.如權(quán)利要求44所述的設(shè)備，其特征在于，所述至少一個(gè)開口包含至少一個(gè)靠近于它的透鏡。
46.如權(quán)利要求44所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備是便攜式的和小型化的。
47.如權(quán)利要求46所述的設(shè)備，其特征在于，所述盒主要由塑料制成。
48.如權(quán)利要求46所述的設(shè)備，其特征在于，所述盒主要由玻璃制成。
49.如權(quán)利要求46所述的設(shè)備，其特征在于所述微?？梢允且环N含有附帶熒光標(biāo)示物的抗體的細(xì)胞；所述第二光探測(cè)器可以感測(cè)來自該抗體的標(biāo)示物的熒光并將一個(gè)信號(hào)送到識(shí)別該種細(xì)胞的所述處理器中。
50.如權(quán)利要求49所述的設(shè)備，其特征在于，還包括至少一個(gè)增設(shè)的熒光探測(cè)器。
51.如權(quán)利要求50所述的設(shè)備，其特征在于，還包括一個(gè)用于將熒光濾波到所述第二光探測(cè)器和至少一個(gè)增設(shè)的熒光探測(cè)器中的機(jī)構(gòu)，以將所述液流中多種微粒發(fā)出的不同帶寬的熒光分離開。
52.如權(quán)利要求51所述的設(shè)備，其特征在于，用以選取至少一個(gè)帶寬的機(jī)構(gòu)包括至少一個(gè)可調(diào)整濾波器。
53.如權(quán)利要求51所述的設(shè)備，其特征在于，用以選取至少一個(gè)帶寬的機(jī)構(gòu)包括至少一個(gè)陷波濾波器。
54.如權(quán)利要求51所述的設(shè)備，其特征在于，用以選取至少一個(gè)帶寬的機(jī)構(gòu)包括至少一個(gè)階躍函數(shù)濾波器。
55.如權(quán)利要求51所述的設(shè)備，其特征在于，用以選取至少一個(gè)帶寬的機(jī)構(gòu)包括至少一個(gè)分光鏡。
56.如權(quán)利要求51所述的設(shè)備，用以選取至少一個(gè)帶寬的機(jī)構(gòu)包括一塊含有波導(dǎo)管和特定尺寸與節(jié)距的孔以吸收/過濾特定波長的光的硅晶片/玻璃片。
57.如權(quán)利要求51所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備是便攜式的和小型化的。
58.一種設(shè)備，其中包括盒中的用于流體和微粒流動(dòng)的一個(gè)通路；盒中的靠近所述通路的一個(gè)第一開口；盒中的靠近所述通路的一個(gè)第二開口；一臺(tái)設(shè)有所述盒的插入/卸下部位的儀器，其中包括靠近所述第一開口的第一部分的至少一個(gè)第一光源；靠近所述第一開口的第二部分的至少一個(gè)第二光源；靠近所述第二開口的第一部分的至少一個(gè)第一光探測(cè)器；靠近所述第二開口的第二部分的至少一個(gè)第二光探測(cè)器；以及與所述至少一個(gè)第一和第二光探測(cè)器相連的一個(gè)處理器；其中所述至少一個(gè)第一光探測(cè)器用于檢測(cè)被微粒散射的來自所述至少一個(gè)第一光源的光；所述至少一個(gè)第二光探測(cè)器用于檢測(cè)微粒被來自所述至少一個(gè)的第二光源的光撞擊后發(fā)出的光；一旦檢測(cè)到光，所述第一和第二光探測(cè)器就傳送信號(hào)到所述處理器；且所述處理器將該信號(hào)轉(zhuǎn)換為關(guān)于這些微粒的信息。
59.如權(quán)利要求58所述的設(shè)備，其特征在于，所述通路發(fā)出的光是熒光，來自與白細(xì)胞相關(guān)的抗體的標(biāo)示物。
60.如權(quán)利要求59所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一和第二開口包含光學(xué)插件。
61.如權(quán)利要求60所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一和第二開口的第二部分的光學(xué)插件是透鏡。
62.如權(quán)利要求59所述的設(shè)備，其特征在于，還包括靠近所述第一和第二開口的透鏡。
63.如權(quán)利要求62所述的設(shè)備，其特征在于，所述盒是一次性的。
64.如權(quán)利要求63所述的設(shè)備，其特征在于，所述盒主要由塑料制成。
65.如權(quán)利要求63所述的設(shè)備，其特征在于，所述盒主要由玻璃制成。
66.如權(quán)利要求63所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備是便攜式的和小型化的。
67.如權(quán)利要求66所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備是可佩戴的。
全文摘要
一種設(shè)備(10)具有檢測(cè)、分析和識(shí)別血液或其他所研究的流體中的散射光和多色熒光的能力。待檢樣品可注入一次性的微流體盒(14)中，后者可插入一個(gè)可手持的或是可植入體內(nèi)的小型便攜式流式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器(10)中。該血細(xì)胞計(jì)數(shù)器(10)在生物戰(zhàn)病原體檢測(cè)、血液學(xué)、其他臨床和研究領(lǐng)域可得到重要應(yīng)用。
文檔編號(hào)G01N33/49GK1739020SQ200380108998
公開日2006年2月22日 申請(qǐng)日期2003年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月26日
發(fā)明者A·帕德馬納布漢, B·S·弗里茨, C·卡布茲 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國際公司