用于流式細(xì)胞儀的光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于流式細(xì)胞儀的光學(xué)系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)于2014年3月12日作為PCT國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)峤?，并要?013年3月15日提交的標(biāo)題為“OPTICS SYSTEM FOR A FLOW CYTOMETER”(用于流式細(xì)胞儀的光學(xué)系統(tǒng))的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)61/793，771的優(yōu)先權(quán)，該美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi)容據(jù)此全文以引用方式并入。
【背景技術(shù)】
[0003]技術(shù)人員使用流式細(xì)胞儀鑒定樣品的內(nèi)容物。在使用流式細(xì)胞儀時(shí)，首先將樣品引入液流束，隨后用光束照射液流束。光束進(jìn)入液流后會(huì)與樣品相互作用，接著從液流沿多個(gè)方向散射出光。光的一部分光被樣品吸收，并發(fā)出熒光。通過(guò)評(píng)定光從流體射出和發(fā)出熒光的方式，可以確定樣品的特征。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]概括地說(shuō)，本發(fā)明涉及用于流式細(xì)胞儀的光學(xué)系統(tǒng)。作為非限制性實(shí)例，此光學(xué)系統(tǒng)的一種可能配置包括濾光罩，該濾光罩對(duì)基于一定角度從液流束射出的光進(jìn)行過(guò)濾(例如，阻擋或傳輸)，所述角度為光從流體射出的角度。本發(fā)明描述了多個(gè)方面，包括但不限于以下各方面。
[0005]—個(gè)方面是流式細(xì)胞儀的光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)包括:集光光學(xué)組件，其被布置和構(gòu)造為鄰近液流流路定位并與來(lái)自光源的光束路徑對(duì)準(zhǔn)，以便收集在液流流路中由液流或液流中的顆粒自光束射出的光線；準(zhǔn)直器，其被布置為接收來(lái)自集光光學(xué)組件的光線，其中準(zhǔn)直器引導(dǎo)這些光線穿過(guò)焦點(diǎn)不敏感區(qū)域，在該區(qū)域中，光線的位置不受液流流路相對(duì)于集光光學(xué)組件的位置的波動(dòng)影響；以及定位在焦點(diǎn)不敏感區(qū)域處的濾光罩，其基于與所述光線相關(guān)聯(lián)的發(fā)射角有選擇地對(duì)這些光線進(jìn)行過(guò)濾。
[0006]另一個(gè)方面是使用包括至少一條光學(xué)路徑的光學(xué)系統(tǒng)對(duì)流式細(xì)胞儀中的發(fā)射光進(jìn)行過(guò)濾的方法，該方法包括:用光源產(chǎn)生光束；引導(dǎo)光束沿第一方向進(jìn)入液流束，其中液流束包括沿液流路徑流動(dòng)的液流和液流中的顆粒；收集自液流或液流中的顆粒所射出的光線，其中這些光線相對(duì)于第一方向成偏轉(zhuǎn)角射出；以及用濾光罩至少部分地基于這些光線的發(fā)射角有選擇地對(duì)這些光線進(jìn)行過(guò)濾，其中濾光罩定位在至少一條光學(xué)路徑中的一位置處，在該位置處，至少部分地基于光線的發(fā)射角有選擇性地對(duì)這些光線進(jìn)行過(guò)濾不受液流路徑朝著或遠(yuǎn)離集光光學(xué)組件移動(dòng)的影響。
[0007]又一個(gè)方面是流式細(xì)胞儀，該流式細(xì)胞儀包括:(1)液流噴嘴，其被構(gòu)造為提供沿液流流路移動(dòng)的液流；(2)光源，其被構(gòu)造為產(chǎn)生用于照射液流的光束；(3)光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)包括:集光光學(xué)組件，其鄰近液流流路定位并與光束路徑對(duì)準(zhǔn)，以便收集在液流流路中由液流或液流中的顆粒自光束射出的光線；準(zhǔn)直器，其被布置為接收來(lái)自集光光學(xué)組件的光線，其中準(zhǔn)直器引導(dǎo)這些光線穿過(guò)焦點(diǎn)不敏感區(qū)域，在該區(qū)域中，光線的位置不受液流流路相對(duì)于集光光學(xué)組件的位置的波動(dòng)影響；以及定位在焦點(diǎn)不敏感區(qū)域處的濾光罩，其基于與所述光線相關(guān)聯(lián)的發(fā)射角有選擇地對(duì)這些光線進(jìn)行過(guò)濾；以及(4)傳感器分析儀，其可操作用于接收并檢測(cè)穿過(guò)濾光罩的光線。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為根據(jù)本發(fā)明的示例性流式細(xì)胞儀的示意性框圖。
[0009]圖2為示出圖1的示例性流式細(xì)胞儀的一部分的示意圖。
[0010]圖3為示例性濾光罩的正視平面圖。
[0011]圖4為根據(jù)本發(fā)明的另一種示例性流式細(xì)胞儀的示意性框圖。
[0012]圖5為圖4的示例性流式細(xì)胞儀的示例性光學(xué)系統(tǒng)的示意性橫截面?zhèn)纫晥D。
[0013]圖6為示例性濾光罩的正視平面圖，示出了在流路偏移時(shí)該實(shí)例中出現(xiàn)的濾光不當(dāng)現(xiàn)象。
[0014]圖7為根據(jù)本發(fā)明的另一種示例性流式細(xì)胞儀的示意性框圖。
[0015]圖8為圖7的示例性流式細(xì)胞儀的示例性光學(xué)系統(tǒng)的示意性橫截面?zhèn)纫晥D。
[0016]圖9為示出圖7的示例性流式細(xì)胞儀的焦點(diǎn)不敏感區(qū)域的示意圖。
[0017]圖10為根據(jù)本發(fā)明的另一種示例性流式細(xì)胞儀的示意性框圖。
[0018]圖11為圖10的示例性流式細(xì)胞儀的示例性光學(xué)系統(tǒng)的示意性橫截面?zhèn)纫晥D。
[0019]圖12為圖11的示例性光學(xué)系統(tǒng)的示例性物理實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D。
[0020]圖13為根據(jù)本發(fā)明的另一種示例性流式細(xì)胞儀的示意性框圖。
[0021]圖14為圖13的示例性流式細(xì)胞儀的示例性光學(xué)系統(tǒng)的橫截面?zhèn)纫晥D。
[0022]圖15為圖14的示例性光學(xué)系統(tǒng)的橫截面頂視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面將結(jié)合附圖詳細(xì)描述各實(shí)施例，其中類(lèi)似的附圖標(biāo)號(hào)代表類(lèi)似的零件和組件。本說(shuō)明書(shū)提及的各實(shí)施例不對(duì)所附權(quán)利要求書(shū)的范圍構(gòu)成限制。另外，本說(shuō)明書(shū)陳述的任何實(shí)例并非意圖對(duì)所附權(quán)利要求書(shū)進(jìn)行限制，只是示出了所附權(quán)利要求書(shū)的多種可行實(shí)施例中的一些。
[0024]圖1為示例性流式細(xì)胞儀100的示意性框圖。在該實(shí)例中，流式細(xì)胞儀100包括液流噴嘴102、光源104、樣品收集器106、光學(xué)系統(tǒng)108、傳感器分析儀110和計(jì)算設(shè)備兼控制電子設(shè)備112。光學(xué)系統(tǒng)108包括濾光罩120。
[0025]液流噴嘴102接收含有顆粒的樣品，供流式細(xì)胞儀100分析。液流噴嘴102具有小孔，所述小孔每次只許一個(gè)顆?；蛏倭款w粒通過(guò)，比方說(shuō)，使顆粒排成單列穿過(guò)液流噴嘴102。樣品與鞘液混合，得到含有樣品的液流F，該液流F沿著流路FP引導(dǎo)。液流噴嘴102的實(shí)例包括流通池和空氣噴射式噴嘴。在一些實(shí)施例中，流通池的主體是透明的，其中包括極細(xì)的通道。含有顆粒的液流束被通道壁沿著延伸穿過(guò)流通池的液流路徑引導(dǎo)，并經(jīng)過(guò)光源104。在其他實(shí)施例中，使用空氣噴射式噴嘴沿著液流路徑噴射液流束。液流在水動(dòng)力作用下以連續(xù)液流束的形式流動(dòng)，并在穿過(guò)光源104時(shí)約束顆粒。其他實(shí)施例使用其他液流噴嘴102。
[0026]光源104產(chǎn)生光束LB。光源的實(shí)例為產(chǎn)生激光束的激光器。光束LB沿方向A1引導(dǎo)到液流路徑FP上，方向A1為光束LB探詢液流的方向。盡管通常情況下光束LB是由光源104本身朝著液流路徑FP引導(dǎo)，但在其他實(shí)施例中，作為另外一種選擇，也可先由光源發(fā)出光束LB，再利用一個(gè)或多個(gè)光學(xué)設(shè)備(例如透鏡、反射鏡、棱鏡等)引導(dǎo)光束。光源104的另一個(gè)實(shí)例為弧光燈。
[0027]液流F沿著液流流路FP前進(jìn)，然后被引導(dǎo)到樣品收集器106。在一些實(shí)施例中，樣品收集器106為廢液容器。在其他實(shí)施例中，樣品收集器106包括一個(gè)或多個(gè)存放容器。在另一個(gè)可行的實(shí)施例中，流式細(xì)胞儀100為分選式流式細(xì)胞儀，樣品收集器106用于基于檢測(cè)到的一種或多種顆粒特征將液流中的顆粒分選到多個(gè)容器中。
[0028]在光束LB進(jìn)入液流F后，液流中的顆粒會(huì)散射(例如，前向散射、側(cè)向散射或后向散射)至少一些光線LR。圖1的實(shí)例示出了前向散射的光線LR。另外，顆粒會(huì)將一部分光吸收掉，隨后發(fā)出不同波長(zhǎng)的熒光。于是液流發(fā)出散射光和熒光兩種光。發(fā)射角Θ (有時(shí)也稱散射角)是指液流F射出的光線LR相對(duì)于光束LB的方向A1的角度。因?yàn)楣馐鳯B包括可沿不同方向分開(kāi)射出的許多條光線LR，所以，可同時(shí)沿不同的方向射出不同的光線LR(g卩，具有不同的發(fā)射角Θ)。前向散射(和熒光)結(jié)合圖2較詳細(xì)示出和描述。圖1只示出了垂直維度上的發(fā)射角Θ，但應(yīng)當(dāng)理解，光線LR也可在水平維度上射出(S卩，在全部三種維度上射出)。
[0029]光學(xué)系統(tǒng)108鄰近液流路徑FP定位，用于接收所發(fā)射的光線。在一些實(shí)施例中，光學(xué)系統(tǒng)108包括濾光罩120。濾光罩120被布置和構(gòu)造為阻擋具有第一組發(fā)射角Θ的第一部分光線LR，且讓具有第二組不同發(fā)射角Θ的第二部分光線LR通過(guò)?？梢哉{(diào)整各種可行的濾光罩120中的第一部分和第二部分的位置以用于有選擇地阻擋且有選擇地傳輸發(fā)射光的某些部分。在一些實(shí)施例中，除了阻擋和傳輸之外，或者作為阻擋和傳輸?shù)奶娲?，也可由濾光罩120的第一部分和第二部分執(zhí)行其他類(lèi)型的過(guò)濾。濾光罩120的一個(gè)實(shí)例結(jié)合圖2至圖3較詳細(xì)示出和描述。另外，一些實(shí)施例包括可調(diào)式濾光罩120，其可手動(dòng)調(diào)節(jié)，也可由計(jì)算設(shè)備以機(jī)械方式或電子方式調(diào)節(jié)。可調(diào)式濾光罩可包括能夠被物理地移動(dòng)到不同位置的機(jī)械可調(diào)元件。在其他可行的實(shí)施例中，濾光罩包括具有可調(diào)透明度的設(shè)備，諸如液晶顯示器。另一個(gè)可行的實(shí)施例采用了(例如)微機(jī)電系統(tǒng)(MEM)反射鏡。
[0030]如上所述，通常將光學(xué)系統(tǒng)108的至少一部分鄰近液流路徑FP布置。在圖1示出的實(shí)例中，光學(xué)系統(tǒng)108定位在與液流路徑相距D1的位置處。不同實(shí)施例的距離D1可能不同。在一些實(shí)施例中，距離例如在約10mm至約15mm的范圍內(nèi)。
[0031]然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，液流路徑FP在流式細(xì)胞儀100內(nèi)相對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)108的確切位置可能會(huì)移動(dòng)。因此，距離D1會(huì)略有不同。舉例來(lái)說(shuō)，流路FP與光束LB相交的位置可能朝著㈠或遠(yuǎn)離⑴光學(xué)系統(tǒng)108移動(dòng)約50 μ m(例如，移動(dòng)約-50 μ m至約50 μ m范圍內(nèi)的距離)，使距離D1相應(yīng)地縮小或增大。流束移位可能由多種因素造成，例如流式細(xì)胞儀中出現(xiàn)熱變化、液流不穩(wěn)定、壓力改變、部件出現(xiàn)機(jī)械不穩(wěn)定、存在外部振動(dòng)等。本文將較詳細(xì)討論液流束移位對(duì)正穿過(guò)光學(xué)系統(tǒng)108的光線LR帶來(lái)的影響。
[0032]光線LR穿過(guò)光學(xué)系統(tǒng)108后，用傳感器分析儀110對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。傳感器分析儀110檢測(cè)光線的各種特征，例如探測(cè)到的光的強(qiáng)度和位置、顆粒穿過(guò)光束時(shí)產(chǎn)生的光脈沖的持續(xù)時(shí)間、脈沖形狀、偏振和波長(zhǎng)這些特征中的一種或多種。
[0033]計(jì)算設(shè)備兼控制電子設(shè)備112與傳感器分析儀110進(jìn)行交互，評(píng)估液流中顆粒的特征值。在一些實(shí)施例中，計(jì)算設(shè)備112包括顯示器，用