專利名稱：一種光路自動校正的細(xì)胞激光激發(fā)檢測裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)測量和醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光路自動校正的細(xì)胞激光激發(fā)檢測裝置及其使用方法。
背景技術(shù)：
利用激光技術(shù)來對細(xì)胞或顆粒的大小和分布情況進(jìn)行測量，具有速度快、不與檢測物質(zhì)直接接觸等優(yōu)點(diǎn)，在粒度儀和細(xì)胞檢測儀等應(yīng)用中越來越受青睞。其中，激光粒度儀是采用激光器作為光源，運(yùn)用Mie散射理論來對粉末、液體和氣體中微小顆粒進(jìn)行快速計(jì)數(shù)和體積測量的儀器，并通過反演可以得到顆粒粒度分布，從而實(shí)現(xiàn)顆粒的檢測，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于石化、陶瓷、粉體、涂料、制藥、水泥、軍工等領(lǐng)域。但是傳統(tǒng)的激光粒度儀大多是通過檢測散射光來對粉體、懸液和氣體顆粒進(jìn)行粒徑大小和形態(tài)分布的測量，而對于顆粒本身的性質(zhì)和其內(nèi)部組分性質(zhì)無法進(jìn)行分析測量；也無法對生物細(xì)胞，比如對白細(xì)胞中的淋巴細(xì)胞、中性粒子細(xì)胞、單核細(xì)胞等細(xì)胞的大小、形態(tài)，以及細(xì)胞膜表面抗原抗體、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核的性狀等，將無法進(jìn)行測量和做定量分析。目前，對生物細(xì)胞進(jìn)行檢測，特別是對細(xì)胞抗原抗體及細(xì)胞內(nèi)的組分和形態(tài)進(jìn)行檢測，是通過細(xì)胞進(jìn)行染色標(biāo)記，然后利用流式細(xì)胞儀來測量的。對于流式細(xì)胞儀而言，雖然可以通過檢測細(xì)胞的前向、側(cè)向散射光和激發(fā)熒光來對細(xì)胞的體積和細(xì)胞內(nèi)部組分進(jìn)行分析，但是使用的流式細(xì)胞儀時(shí)間長了，其光路系統(tǒng)將會發(fā)生一定程度的偏移，而偏移量的多少很難準(zhǔn)確得到，使得整個(gè)光路系統(tǒng)調(diào)試比較困難，從而影響了最終測試的重復(fù)性。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述細(xì)胞檢測的不足之處，本發(fā)明專利提出了一種光路自動校正的細(xì)胞激光激發(fā)檢測裝置及其使用方法。具體方案如下
一種光路自動校正的細(xì)胞激光激發(fā)檢測裝置，包括激光輻射單元、流動檢測單元、前向探測單元、數(shù)據(jù)處理單元，還包括側(cè)向探測單元、光路校正單元；所述前向探測單元沿光傳播方向由會聚準(zhǔn)直鏡、前向?yàn)V光片和前向散射光探測器構(gòu)成；
所述前向散射光探測器采用同心環(huán)形結(jié)構(gòu)硅光電池探測器；
所述的硅光電池探測器環(huán)數(shù)大于2環(huán)，由內(nèi)至外，有用于檢測細(xì)胞前向散射光的直流分量的第一環(huán)、用于檢測細(xì)胞前向小角度散射光第二環(huán)；用于檢測細(xì)胞前向大角度散射光的第三環(huán)及外部其他各環(huán)；
所述光路校正單元由I/O卡和三維機(jī)械掃描平臺依次電氣連接構(gòu)成；激光輻射單元固定于光路校正單元的三維機(jī)械掃描平臺上。激光輻射單元發(fā)出激光，打在流動檢測單元，由前向探測單元、側(cè)向探測單元將成像的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，再由數(shù)據(jù)處理單元處理成數(shù)字信號、數(shù)據(jù)分析軟件分析處理，經(jīng)數(shù)據(jù)分析軟件處理后的電信號經(jīng)過I/O卡輸出至三維機(jī)械掃描平臺的三個(gè)步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)三維機(jī)械掃描平臺的上下、前后和左右的平行移動，以此來實(shí)現(xiàn)光路的自動校正。為了達(dá)到更好的檢測效果，所述硅光電池探測器環(huán)數(shù)為2-5環(huán)，優(yōu)選為5環(huán)，由內(nèi)至外，有用于檢測細(xì)胞前向散射光的直流分量的第一環(huán)、用于檢測細(xì)胞前向小角度散射光第二環(huán)；用于檢測細(xì)胞前向大角度散射光的第三環(huán)及外部其他各環(huán)。所述激光輻射單元沿光傳播方向依次由激光器組件、準(zhǔn)直透鏡聚焦透鏡構(gòu)成； 所述的激光器組件沿光傳播方向由三個(gè)不同波長的激光器和兩個(gè)不同選通波長的二
色分光鏡構(gòu)成；
激光器I發(fā)出的光與激光器2和激光器3發(fā)出的光成90度，二色分光鏡I將激光器發(fā)出的光順利通過，而將激光器發(fā)出的光垂直反射，使得激光器發(fā)出的光和激光器發(fā)出的光平行而出；二色分光鏡2將激光器和激光器發(fā)出的光順利通過，而將激光器發(fā)出的光垂直反射，最終使得激光器、激光器和激光器發(fā)出的光三者混合平行而出；
二色分光鏡與激光器和激光器發(fā)出的光均成45度夾角，二色分光鏡與二色分光鏡平行，且在同一條直線上。所述流動檢測單元從外至內(nèi)為檢測室、檢測室內(nèi)的鞘流管、鞘流管內(nèi)的樣品管、位于流動監(jiān)測單元下部的噴嘴構(gòu)成，樣品管和鞘流管均與噴嘴相連，樣品液和鞘流液可從噴嘴噴出；
所述的檢測室為透明石英玻璃材料制成的中空封閉室，檢測室的內(nèi)外玻璃面保持平行。流動室內(nèi)部的鞘流管中充滿流動的鞘液，鞘液可為磷酸鹽緩沖液。被測細(xì)胞懸液在正壓力下，形成樣本流通過樣品管被吸入流動室內(nèi)，并且通過噴嘴噴出，而鞘液在高壓下通過鞘流管噴出。由于鞘液的流速大于被測細(xì)胞懸液的流速，通常被測細(xì)胞懸液樣本流的流速控制在lOm/s以下，而鞘液流速相比樣本流流速比在1:50至幾百。這樣就使得被測細(xì)胞懸液在鞘流液的包裹下，以細(xì)胞液柱的形式同軸通過軸流的中央，并且被測細(xì)胞以單個(gè)細(xì)胞排隊(duì)的形式通過流過檢測區(qū)在該孔的中心。所述側(cè)向探測單元沿光傳播方向由側(cè)向光接收鏡、雙色性反射鏡、側(cè)向散射光探測單元和熒光探測單元構(gòu)成；
所述側(cè)向散射光探測單元沿光傳播方向由側(cè)向散射光濾光片、側(cè)向散射光傅里葉透鏡和側(cè)向散射光探測器構(gòu)成；
所述的側(cè)向散射光探測單元和熒光探測單元以雙色性反射鏡成夾角90度分布，其中散射光探測單元光軸與側(cè)向光軸平行，熒光探測單元光軸與側(cè)向光軸垂直。熒光探測單元沿光傳播方向由熒光濾光片輪組件、熒光傅里葉透鏡和熒光探測器構(gòu)成；
所述的側(cè)向散射光探測器和熒光探測器均采用光電倍增管，其響應(yīng)光波長范圍從200nm 到 lOOOnm。所述數(shù)據(jù)處理單元由多路開關(guān)、信號放大器、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)分析軟件依次電氣連接構(gòu)成；
所述的激光輻射單元的光軸與流動檢測單元的流動檢測室水平中心線及前向探測單元的光軸在同一條直線，與側(cè)向探測單元光軸成90度夾角。所述的樣品管，其內(nèi)部被測樣品流速小于鞘流管中鞘流的流速，被測樣品流速控制在IOm/s之內(nèi)。所述的前向?yàn)V光片為吸收式帶通濾光片，其選通中心波長為488nm。所述的機(jī)械掃描平臺由三個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械掃描平臺的上下、前后和左右的平行移動。我們將前向散射光探測器設(shè)計(jì)為5個(gè)環(huán)，如圖5所示。由內(nèi)至外，其中第一環(huán)主要用于檢測細(xì)胞散射光轉(zhuǎn)換電信號的直流分量；第二環(huán)主要用于檢測細(xì)胞的前向小角度散射光、第三環(huán)用檢測細(xì)胞的前向大角度散射光、第四環(huán)和第五環(huán)主要用于檢測受損細(xì)胞的前向大角度散射光。根據(jù)散射光角度分布，我們設(shè)0 I度的前向散射光分布在中心第一環(huán)，I 6度分布在第二環(huán),6 15度分布在第三環(huán)，15 30度分布在第四環(huán)，30 45度分布在第五環(huán)。按照三角正切函數(shù)定律，即公式(2):
權(quán)利要求
1.一種光路自動校正的細(xì)胞激光激發(fā)檢測裝置，其特征在于包括激光輻射單元(100)、流動檢測單元(200)、前向探測單元(300)、數(shù)據(jù)處理單元(500)，還包括側(cè)向探測單元(400)、光路校正單元(600);所述前向探測單元(300)沿光傳播方向由會聚準(zhǔn)直鏡(310)、前向?yàn)V光片(320)和前向散射光探測器(330)構(gòu)成；所述前向散射光探測器(330)采用同心環(huán)形結(jié)構(gòu)硅光電池探測器；所述的硅光電池探測器環(huán)數(shù)大于2環(huán)，由內(nèi)至外，有用于檢測細(xì)胞前向散射光的直流分量的第一環(huán)(331)、用于檢測細(xì)胞前向小角度散射光第二環(huán)(332);用于檢測細(xì)胞前向大角度散射光的第三環(huán)(333)及外部其他各環(huán)；所述光路校正單元(600)由I/O卡(610)和三維機(jī)械掃描平臺(620)依次電氣連接構(gòu)成；激光輻射單元(100)固定于光路校正單元(600)的三維機(jī)械掃描平臺(620)上。
2.如權(quán)利要求1所述的檢測裝置，其特征在于所述硅光電池探測器環(huán)數(shù)為2-5環(huán)，優(yōu)選為5環(huán)，由內(nèi)至外，有用于檢測細(xì)胞前向散射光的直流分量的第一環(huán)(331)、用于檢測細(xì)胞前向小角度散射光第二環(huán)(332);用于檢測細(xì)胞前向大角度散射光的第三環(huán)(333)及外部其他各環(huán)。
3.如權(quán)利要求1所述的檢測裝置，其特征在于所述激光輻射單元(100)沿光傳播方向依次由激光器組件(110)、準(zhǔn)直透鏡(120)、聚焦透鏡(130)構(gòu)成；所述的激光器組件(110)沿光傳播方向由三個(gè)不同波長的激光器和兩個(gè)不同選通波長的二色分光鏡構(gòu)成；激光器I (111)發(fā)出的光與激光器2 (112)和激光器3 (113)發(fā)出的光成90度，二色分光鏡I (114)將激光器(111)發(fā)出的光順利通過，而將激光器(112)發(fā)出的光垂直反射，使得激光器(111)發(fā)出的光和激光器(112)發(fā)出的光平行而出；二色分光鏡2 (115)將激光器(111)和激光器(112)發(fā)出的光順利通過，而將激光器(113)發(fā)出的光垂直反射，最終使得激光器(111)、激光器(112)和激光器(113)發(fā)出的光三者混合平行而出；二色分光鏡(114)與激光器(111)和激光器(112)發(fā)出的光均成45度夾角，二色分光鏡(115)與二色分光鏡(114)平行，且在同一條直線上。
4.如權(quán)利要求書I所述的檢測裝置，其特征在于所述流動檢測單元(200)從外至內(nèi)為檢測室(210 )、檢測室內(nèi)的鞘流管(220 )、鞘流管內(nèi)的樣品管(230 )、位于流動檢測單元下部的噴嘴(240)構(gòu)成，樣品管和鞘流管均與噴嘴相連，樣品液和鞘流液可從噴嘴噴出。
5.如權(quán)利要求書4所述的檢測裝置，其特征在于所述的檢測室(210)為透明石英玻璃材料制成的中空封閉室，檢測室的內(nèi)外玻璃面保持平行。
6.如權(quán)利要求書I所述的檢測裝置，其特征在于所述側(cè)向探測單元(400)沿光傳播方向由側(cè)向光接收鏡(410)、雙色性反射鏡(420)、側(cè)向散射光探測單元(430)和熒光探測單兀(440)構(gòu)成；所述側(cè)向散射光探測單兀(430)沿光傳播方向由側(cè)向散射光濾光片(431)、側(cè)向散射光傅里葉透鏡(432)和側(cè)向散射光探測器(433)構(gòu)成；所述的側(cè)向散射光探測單元(430)和熒光探測單元(440)以雙色性反射鏡(420)成夾角90度分布，其中散射光探測單元(430)光軸與側(cè)向光軸平行，熒光探測單元(440)光軸與側(cè)向光軸垂直；熒光探測單元(440)沿光傳播方向由熒光濾光片輪組件(441)、熒光傅里葉透鏡(442)和熒光探測器(443)構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求書6所述的檢測裝置，其特征在于所述的側(cè)向散射光探測器(433)和熒光探測器(443)均采用光電倍增管，其響應(yīng)光波長范圍從200nm到lOOOnm。
8.如權(quán)利要求書I所述的檢測裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理單元(500)由多路開關(guān)(510)、信號放大器(520)、數(shù)據(jù)采集卡(530)、計(jì)算機(jī)(540)、數(shù)據(jù)分析軟件(550)依次電氣連接構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求書I所述的檢測裝置，其特征在于所述的激光輻射單元(100)的光軸與流動檢測單元的流動檢測室(200)水平中心線及前向探測單元(300)的光軸在同一條直線，與側(cè)向探測單元光軸成90度夾角。
10.權(quán)利要求1所述細(xì)胞激光激發(fā)檢測裝置的使用方法，其特征在于包括如下步驟開機(jī)，將樣品加入樣品管中，激光輻射單元發(fā)出激光，打在流動檢測單元樣品管內(nèi)的被測細(xì)胞上，前向探測單元和側(cè)向探測單元分別接收被測細(xì)胞的前向散射光和側(cè)向散射光及側(cè)向熒光后，再將成像的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，由數(shù)據(jù)處理單元處理成數(shù)字信號后，再由數(shù)據(jù)分析軟件對數(shù)據(jù)信號分析處理，得出光偏移量；根據(jù)光偏移量把數(shù)據(jù)分析軟件處理后的電信號經(jīng)過I/o卡(610)輸出至三維機(jī)械掃描平臺(620)的三個(gè)步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)三維機(jī)械掃描平臺(620)的上下、前后和左右的平行移動，以此來實(shí)現(xiàn)光路的自動校正。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種細(xì)胞激光激發(fā)檢測裝置，包括激光輻射單元、流動檢測單元、前向探測單元、數(shù)據(jù)處理單元，還包括側(cè)向探測單元光路校正單元。本發(fā)明既可以對細(xì)胞的前向和側(cè)向散射光探測來實(shí)現(xiàn)細(xì)胞大小和分布進(jìn)行測量之外，還可以校正光路。相比其他類型的細(xì)胞檢測裝置和技術(shù)，本發(fā)明在提高測量準(zhǔn)確度、光路校正、系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面有較大的提高，具有很好的實(shí)用性。
文檔編號G01N21/15GK103063626SQ20121053798
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者劉國棟, 任重, 徐浩 申請人:江西科技師范大學(xué)