一种新型二维光散射静态细胞仪方法及装置的制造方法_2

文档序号:8254927阅读:来源:国知局
以下步骤:
[0027]步骤一:制作与待测物品相对应的液基芯片;
[0028]步骤二:打开激光光源,来自二极管泵浦固体激光器的准直光束,经过中性密度滤光片降低功率后由第一物镜汇聚,调整第一三维位移台,使其耦合进入光纤的一端;
[0029]步骤三:光纤的另一端作为探针插入静态细胞样品安放装置的微通道中,液基芯片被固定在显微镜平台上,通过第二三维位移台的控制,光纤探针对静态的待测物品进行二维扫描;
[0030]步骤四:通过第二物镜监测光纤探针的移动,移动光纤探针定位溶液中的待测物品,保证激光垂直照射待测物品,待测物品被激光激发,形成分布于三维空间的散射光,散射光经过第二物镜后,被CMOS探测器探测并收集;
[0031]步骤五:将CMOS探测器探测并收集的二维光散射图样传送至计算机进行待测物品的显示及参数鉴别。
[0032]所述步骤四中,待测物品位于聚焦平面上时,CMOS探测器探测并收集的是待测物品图像;如果待测物品偏离焦平面,即“去焦”,那么观察到的就是待测物品的二维光散射图样。
[0033]所述步骤五中,首先模拟得到大量已知直径的待测物品模型的二维光散射图样,然后将模拟得到的二维光散射图样及经过步骤四得到的二维光散射图样的灰度值进行水平扫描,得到灰度图像的变化曲线;对扫描得到的灰度曲线进行快速行傅立叶变换(FFT),FFT曲线中会出现典型主波峰(FFT曲线中频率由高至低沿横向轴的第一个波峰),这个典型主波峰的位置作为特征值来表示待测物品的尺寸;对大量模拟二维光散射图样的处理结果进行统计分析,由线性拟合得到波峰频率值随直径变化的直线方程;利用该直线方程,根据待测物品的波峰频率值,即可快速得到待测物品的直径及折射率的大小。本方法中模拟结果亦可由实验结果代替。
[0034]所述待测物品为酵母细胞或微球,待测物品为酵母细胞时,由线性拟合得到波峰频率值随直径变化的直线方程;待测物品为微球时,由线性拟合得到波峰频率值随直径变化的直线方程。
[0035]本发明的有益效果:
[0036](I)本发明提出的基于细胞涂片光纤扫描的细胞分析仪器装置,即把细胞固定在常见的载玻片上、移动光纤探头来激发细胞,在去焦模式下获得被测细胞二维光散射图样的静态细胞分析仪,克服了传统流式细胞仪复杂、昂贵的微流体控制,具有广泛的适用性。
[0037](2)传统流式细胞仪通常采用一维曲线表征细胞的散射光或荧光强度,相比于一维方法,本发明采用的二维光散射法同时包含极角和方位角两个变量,能够在二维平面将大量的信息图形化,通过对图像信息的分析与检测,可以为我们提供更多关于生物细胞的信息。二维光散射法具有更高的分辨率,能够更清晰的反应出相关变化,对分析复杂的细胞结构具有重要的应用价值及优势。
[0038](3)本发明采用的无标记技术,克服了传统流式细胞仪需要对被测细胞经特殊染料或纳米颗粒进行标记从而损伤细胞的问题;也避免了免疫磁珠技术中抗原-抗体反应引起不同程度细胞活化的问题。
[0039](4)本发明提供的高分辨率单细胞及微粒分析的二维光散射静态细胞仪,操作简单、成本低,克服了传统流式细胞仪操作复杂的问题。
[0040](5)本发明提供的高分辨率单细胞及微粒分析的二维光散射静态细胞仪,将原来显微镜微米级的分辨率提高到了亚微米以及纳米层次,克服了传统光学显微镜分辨率低的问题,对于无标记的细胞诊断具有重大的潜力,比如癌症的前期筛查。
[0041](6)本发明提供的高分辨率细胞及微粒分析的新方法,克服了传统细胞分析装置如流式细胞仪分析精度低的问题。
[0042](7)本发明提供了一种新型的折射率判定方法。
【附图说明】
[0043]图1为本发明装置的结构及原理图;
[0044]图2为二维光散射图样探测记录系统示意图;
[0045]图3(a)-图3(j)为不同尺寸的酵母细胞模型的二维光散射图样;
[0046]图4(a)-图4(j)为不同酵母细胞的二维光散射实验图样;
[0047]图5为不同尺寸的酵母细胞模型散射光强的FFT曲线示意图;
[0048]图6为不同尺寸的酵母细胞散射光强的FFT曲线示意图;
[0049]图7为二维光散射静态细胞仪应用于细胞尺寸纳米分辨率鉴别结果示意图;
[0050]图8 (a)-图8 (f)为平均直径3.87 μ m和4.19 μ m微球的二维光散射图样FFT处理结果示意图;
[0051]图9为二维光散射静态细胞仪应用于颗粒尺寸亚微米分辨率鉴别结果示意图;
[0052]图中,1、激光光源,2、中性密度滤光片,3、四倍物镜,4、光纤耦合器,5、三维位移台,6、光纤,7、静态细胞样品安放装置,7-1、载玻片,8、被测细胞,9、十倍物镜,10、二维CMOS探测器,11、二维光散射图样,12、分析系统。
【具体实施方式】
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[0053]下面结合附图对本发明进行详细说明:
[0054]新型二维光散射静态细胞仪装置,融合了光学显微镜的高分辨率与流式细胞仪的高通量,系统集成了包括激光光源1、光学透镜及光纤耦合系统、静态细胞样品安放装置7、二维光散射图样探测记录系统、以及分析系统,可用于细胞以及微粒的高精度分析。
[0055]激光光源1:用于提供样品安放装置上静态细胞的激发光源,本发明中选择单频激光而不是宽频带激光,是为了避免光在入射过程中的波长发生变化,进而引起散射光谱的变化。波长为532nm的绿色激光具有穿透力较强的特点,符合大多数细胞实验要求。本发明中使用二极管泵浦固体激光器(DPSS),该激光器利用输出固定波长的半导体激光器代替了传统的氪灯或氙灯来对激光晶体进行泵浦,具有工作时间长、效率高、体积小等优势;出于对操作人员的安全考虑,同时也为了降低激发细胞样本的能量,延长样本的使用时间,选择了中性密度滤光片2来降低激光的功率。
[0056]光学透镜及光纤耦合系统:用于调整激光,使其适合作为激发样品安放装置上静态细胞的探针。为了保证直径为1.0mm的激光光束能最大限度的耦合入直径125um、数值孔径0.22的光纤6中,四倍物镜3与光纤耦合器4相连,本发明中选择数值孔径0.1的四倍物镜3对激光光束进行汇聚,之后移动固定有光纤6的三维位移台5,使光纤6的一端端点处于该四倍物镜3的焦点,以保证最佳激光-光纤耦合状态;光纤6的另一端作为探针用于激发芯片上的单细胞或微粒。
[0057]静态细胞样品安放装置7:用于固定被测细胞8样品,包括两片载玻片7-1、两片盖玻片和显微镜三维载物台。载玻片7-1两端分别放置一片盖玻片,中间滴入样品,之后在上面盖上另一片载玻片7-1,构成微通道,控制好样本溶液的浓度,可形成单细胞薄层;另外,该上层载玻片7-1可用于固定插入溶液中的光纤探针。通过三维位移台5的控制,光纤探针可以很好的对静态的细胞样品进行二维扫描。
[0058]二维光散射图样探测记录系统:用于记录被测细胞8的二维光散射图样11,包括十倍物镜9和互补金属氧化物半导体(CMOS)探测器。通过显微镜物镜可以监测光纤探针的移动,移动光纤探针定位芯片上的细胞,保证激光垂直照射细胞。被测细胞8被激光激发,可形成分布于三维空间的散射光
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