专利名称：微粒分析设备和微粒分析方法
技术领域：
本发明涉及微粒分析设备和微粒分析方法。更具体地，本发明涉及用于光学分析诸如细胞和细微颗粒的微粒的特性的微粒分析设备等。
背景技术：
作为相关技术，将微粒分析设备用在以下情况，S卩，其中，用光照射形成在微型芯片上的流动池(flow cell)或流路中流动的微粒，并检测来自微粒的散射光和通过微粒本身或被给至微粒作为标签物质的荧光物质所生成的荧光，从而测量微粒的光学特性。在该微粒分析设备中，作为光学特性测量结果在多种微粒中被确定为满足预定条件的群体(组群)的分级收集(fractional collection)也被执行。在微粒分析设备中，具体地，例如， 测量作为微粒的细胞的光学特性并执行满足预定条件的细胞群体的分级收集的设备被称作流式细胞计数器(flow cytometer)或细胞分类器。例如，日本专利公开第2007-46947号(下文中，专利文献1)披露了“流式细胞计数器，包括以预定周期及彼此不同的相位发射具有彼此不同波长的多个激发光束 (excitation light beam)的多个光源以及将多个激发光束引导至相同的入射光路上并将光束会聚在染色颗粒上的光引导部件”。这种流式细胞计数器包括多个光源，辐射多个波长彼此不同的激发光束；光引导部件，将多个激发光束引导至相同的入射光路上，并将光束会聚在染色颗粒上；以及多个荧光检测器，检测由多个激发光束的每一个对颗粒的激发所生成的荧光，并且输出荧光信号(见专利文献1中的权利要求1和权利要求3及图1和图 3)。在如专利文献1中所披露的相关微粒分析设备中，从微粒或作为标签物质被给至微粒的荧光物质所生成的荧光通过使用波长滤波器或分色镜被空间上分成多个波长区的荧光，并且通过独立检测器检测各个波长区中被分离的荧光。图6示意性示出了在相关技术的微粒分析设备中用于荧光检测的光路。来自由图中参考数字11所表示的光源的光(激发光)穿过准直透镜12和反射镜13，通过聚光透镜 14照射在形成于微芯片上的流动池或流路中流动的微粒P上。在图中，箭头F表示在流动池等中鞘流的流送方向。由于用激发光照射而从微粒P或作为标签物质被给至微粒P的荧光物质生成的荧光穿过聚光透镜15，并连续透过多个波长滤波器161 164。此时，预定波长区的荧光被每个波长滤波器分散。由各个波长滤波器分散的荧光被为每个波长滤波器设置的检测器171 174检测，并被转换成电信号。图7示出了由检测器171 174所检测的荧光的波长区的实例。这个实例对应于通过检测器171检测波长区λ 1中的荧光以及通过检测器 172 174分别检测波长区λ 2 λ 4中的荧光的情况。
发明内容
在包括如图6所示的荧光检测路径的相关微粒分析设备中，用来独立地检测各个波长区中被空间分离的荧光的多个检测器是必需的。因此，相关技术设备存在设备尺寸大并且设备制造成本高的问题。需要本发明提供一种设备作为微粒分析设备，这种设备能够将从微粒或作为标签物质被给至微粒的荧光物质生成的荧光分离成多个波长区，并且不需要设置多个检测器就能独立检测被分离的荧光。根据本发明的实施方式，提供了一种微粒分析设备，包括光源，被配置为用光照射微粒；以及声光调制器，被配置为衍射由于光照射而从微粒生成的荧光。微粒分析设备进一步包括狭缝，被配置为仅允许在来自声光调制器的衍射光束中衍射中心波长区的衍射光透过；以及检测器，被配置为检测透过狭缝的衍射中心波长区中的衍射光。根据发明的另一实施方式，提供了一种微粒分析方法，包括步骤通过设置有对应于所检测得荧光波长区的衍射中心波长区的声光调制器来衍射由于光照射而从微粒生成的荧光；使得来自声光调制器的衍射光透过仅允许衍射中心波长区中的衍射光透过的狭缝；以及检测透过狭缝的衍射中心波长区中的衍射光。在本发明的实施方式中，“微粒”广泛地包括诸如细胞、微生物及脂质体的生物相关微粒，诸如乳胶颗粒、凝胶颗粒及工业颗粒的合成颗粒等。生物相关微粒包括构成各种细胞的染色体、脂质体、线粒体、细胞器官等。作为目标的细胞包括动物细胞(血细胞等)和植物细胞。微生物包括诸如大肠菌的细菌、诸如烟草花叶病毒的病毒、诸如酵母菌的真菌等。此外，在生物相关微粒中，还包括诸如核酸、蛋白质及其配合物的生物相关聚合物。例如，工业颗粒可以为有机或无机聚合物材料或金属。有机聚合物材料包括聚苯乙烯、苯乙烯二乙烯苯、聚甲基丙烯酸甲酯等。无机聚合物材料包括玻璃、硅石、磁性材料等。金属包括金胶体、铝等。这些微粒的形状通常为球形。但是，形状可以为非球形，并且也不具体限定尺寸、质量等也。本发明的实施方式作为微粒分析设备提供了一种设备，该设备能够将从微粒或作为标签物质被给至微粒的荧光物质生成的荧光分离成多个波长区，并且能够独立地检测所分离的荧光而无需提供多个检测器。
图1示出了根据本发明实施方式的用于说明微粒分析设备的荧光检测路径的示意图；图2示出了用于说明被声光调制器衍射并被设置在狭缝表面的各个波长的荧光束的示意图；图3示出了用于说明通过频率控制器施加至声光调制器的声波的频率f与在衍射角θ的方向上被衍射的荧光的衍射中心波长λ之间的关系的示意图；图4示出了用于说明通过频率控制器施加至声光调制器的声波的频率f与通过检测器所检测的荧光的波长区之间的关系的示意图；图5A 图5D示出了用于说明通过频率控制器的频率f的切换定时和通过检测器的荧光检测时间的定时的图表示图；图6示出了用于说明相关技术的微粒分析设备中用于荧光检测的光路的示意图；以及图7示出了用于说明通过设置在相关技术的微粒分析设备中的多个检测器的每一个所检测的荧光的波长区的示意图。
具体实施例方式下面，将参照附图描述用于执行本发明的优选模式。应该注意，下面所描述的本发明的实施方式示出了本发明典型实施方式的一个实例，因此不能由于该实施方式而狭隘地解释本发明的范围。图1示意性示出了根据实施方式的微粒分析设备的荧光检测路径。来自图中由参考标号1表示的光源的光(激发光)通过由准直透镜2、反射镜3、聚光透镜4等所构成的辐射系统被照射至在微芯片上所形成的流动池或流路中流动的微粒P 上。图中，箭头F表示在流动池等中的鞘流的流送方向。用光照射微粒P的光辐射系统可以具有与公知的微粒分析设备类似的结构，并不局限于图中所示的结构。由于照射激发光而从微粒或作为标签物质被给至微粒的荧光物质所生成的荧光穿过聚光透镜51，并被引导至由声光调制器8、聚光透镜52、狭缝9、检测器7等所构成的检测系统。此外，根据实施方式的微粒分析设备中的检测系统类似于公知的微粒分析设备 (省略了其图示)被构成，包括检测器，用于检测来自微粒的散射光；以及反射镜、滤光器等，用于将散射光引导至检测器。入射在声光调制器8的荧光被声光调制器8中的布拉格衍射光栅(Bragg diffraction grating)衍射，并且通过聚光透镜52被会聚在聚光透镜52的焦平面处所设置的狭缝9上。由声光调制器8衍射的各个波长的荧光以依赖于衍射光栅的节距具有最高衍射效率的衍射中心波长的光处于中心的这种方式被设置在狭缝9的表面上。在图1中， 符号θ表示衍射中心波长的光的衍射角。图2示意性示出了由声光调制器8衍射并被设置在狭缝9表面上的各个波长的荧光。在声光调制器8的晶体内部，通过由频率控制器6所施加的频率为f且声波速率为ν的声波，形成节距d为v/f的衍射光栅。如果将入射在衍射光栅上的荧光的入射角定义为θ/2，则根据布拉格条件的衍射公式通过下面所示的等式(1)表示衍射角θ的方向上具有最高衍射效率的衍射中心波长入。[表达式1]2d sin( θ/2) = πιλ · ·.等式(1)
(在该等式中，m表示衍射级)在狭缝9中，形成了矩形孔径。这个矩形孔径以衍射中心波长λ的光位于中心的方式仅允许设置在狭缝9的表面上的各个波长的荧光束中包括衍射中心波长λ的具有波长宽度Δ X1的波长区中的荧光透过。图中，符号w表示狭缝9的孔径宽度。由于这个孔径，狭缝9仅将由声光调制器8所衍射的荧光束中在从λ -Δ λ /2波长至λ+Δ λ/2波长的衍射中心波长区中的荧光传输至检测器7(见图1)。此时，通过减小入射在衍射光栅上的荧光的入射角θ/2，能够将包含与衍射中心波长λ的偏差的光的衍射效率的降低最小化。
检测器7检测透过狭缝9的孔径的衍射中心波长区中的荧光，并且将所述荧光转换为电信号。检测器7和用于检测散射光的检测器(未示出)可以具有类似于公知的微粒分析设备的结构。例如，将光电倍增管(PMT)或诸如CCD或CMOS元件的区域成像元件用作检测器。通过检测器7和用于检测散射光的检测器所转换的电信号被用于测量微粒P的光学特性。用于光学特性测量的参数与公知的微粒分析设备所使用的参数相同。具体地，例如，采用前向散射光作为微粒P尺寸的确定中的参数。另外，在结构的确定中采用侧散射光，而荧光等被用在作为标签物质被给至微粒P的荧光物质存在或不存在的确定中。在上面的等式(1)中，如果假设衍射级m为1，从微粒P产生并入射在衍射光栅上的荧光的入射角(Θ/2)充分小，则在衍射角θ的方向上具有最高衍射效率的衍射中心波长λ由下面所示的等式( 表示。[表达式2]
权利要求
1.一种微粒分析设备，包括 光源，被配置为用光照射微粒；声光调制器，被配置为衍射由于所述光照射而从所述微粒生成的荧光； 狭缝，被配置为仅允许在来自所述声光调制器的衍射光束中衍射中心波长区中的衍射光透过；以及检测器，被配置为检测透过所述狭缝的所述衍射中心波长区中的所述衍射光。
2.根据权利要求1所述的微粒分析设备，进一步包括控制器，被配置为将声波施加至所述声光调制器，并且不连续地切换所述声波的频率。
3.根据权利要求2所述的微粒分析设备，进一步包括检测器，被配置为检测由于所述光照射而从所述微粒生成的散射光，其中所述控制器基于来自用于检测所述散射光的所述检测器的检测信号的输入来不连续地切换被施加至所述声光调制器的所述声波的所述频率。
4.一种微粒分析方法，包括步骤通过设置有对应于所检测的荧光波长区的衍射中心波长区的声光调制器来衍射由于光照射而从微粒生成的荧光；使得来自所述声光调制器的衍射光透过仅允许在所述衍射中心波长区中的衍射光透过的狭缝；以及检测透过所述狭缝的所述衍射中心波长区中的所述衍射光。
5.根据权利要求4所述的微粒分析方法，进一步包括步骤 不连续地切换被施加至所述声光调制器的声波的频率。
6.根据权利要求5所述的微粒分析方法，其中在由于所述光照射而从所述微粒生成的散射光的检测期间，不连续地切换被施加至所述声光调制器的所述声波的所述频率。
全文摘要
本发明披露了微粒分析设备和微粒分析方法。一种微粒分析设备，包括光源，被配置为用光照射微粒；声光调制器，被配置为衍射由于光照射而从微粒生成的荧光；狭缝，被配置为仅允许在来自所述声光调制器的衍射光束中衍射中心波长区中的衍射光透过；以及检测器，被配置为检测透过狭缝的衍射中心波长区中的衍射光。
文档编号G01N15/14GK102192871SQ20111003040
公开日2011年9月21日 申请日期2011年1月27日 优先权日2010年2月5日
发明者外石满, 福本敦 申请人:索尼公司