用于成像流式细胞仪的速度检测装置制造方法
【专利摘要】用于成像流式细胞仪的速度检测装置属于生物学和医学的光学仪器领域，该装置包括：阵列光传感器、聚焦透镜、分光板、激光器和显微物镜；所述激光器发出具有视场角的准直激光，经由分光板反射后，通过显微物镜聚焦在液流室中的待测细胞，待测细胞的后向散射光经由显微物镜后，透过分光板，通过聚焦透镜会聚到阵列光传感器，根据阵列光传感器不同感测位置的时序信号测得待测细胞运动速度。本发明采用激光光斑成像的方法，通过分析阵列光传感器多个感测位置的时序信号可以更精确地得到细胞运动速度；通过激光的后向散射测试细胞离焦量，能量利用率更高，整个系统的信噪比更好；该光学系统仅需要一组聚焦物镜，整个结构较为简单。
【专利说明】用于成像流式细胞仪的速度检测装置
【技术领域】
[0001]本发明属于生物学和医学的光学仪器领域，涉及到一种新型成像流式细胞仪的速度检测装置。
【背景技术】
[0002]流式细胞术是一种用以对液流中排成单列的细胞或其它生物微粒(如微球，细菌，小型模式生物等)逐个进行快速定量分析和分选的技术。成像流式细胞仪不仅能够获得大量细胞的群体分析数据，而且还能够实时看到细胞图像，每一步的分析结果都可以通过图像进行确认。
[0003]目前，成像流式细胞仪已经在国际上获得了极大的重视，以美国Merck Millipore旗下的Amnis公司为代表已经做出了性能不错的成像流式细胞仪，型号有Image StreamMark II和Flow Sight等，能实时捕获每个流动细胞最多可以达到12幅高分辨率图像，检测速率可达5000细胞/秒，并具有更强荧光灵敏度。成像流式细胞仪一般可以采用超高灵敏度 EM CCD (Electron-Multiplying CCD)或是 TDI CCD (Time Delay Integrat1n CCD)，Amnis选择TDI作为的传感器。保证TDI相机的行扫描和细胞像的流动处于完全同步，这种相对静止的状态可以克服拖尾问题，并且TDI的延时积分功能有效提高了系统的灵敏度。TDI相机的同步需要精确得到细胞的运动速度，否则系统亦会造成拖尾现象。Amnis的产品具有专门的细胞速度分析装置，根据光栅调制的原理测试细胞速度，速度信号反馈给TDI相机作同步，参见专利US6507391B2和US6532061B2。
[0004]然而，该测速装置采用激光的侧向散射，能量的利用率不高，需要高功率激光器和高灵敏度的探测器，成本较高；另外，光栅调制的测速方法要求光学系统的出瞳在系统的外部，也增加了光学系统的结构复杂性。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种成像流式细胞仪的测速装置，该装置可以保证高能量利用率和高精度地进行细胞运动速度测试。
[0006]本发明解决技术问题所采用的技术方案如下:
[0007]用于成像流式细胞仪的速度检测装置，该装置包括:阵列光传感器、聚焦透镜、分光板、激光器和显微物镜；所述激光器发出具有视场角的准直激光，经由分光板反射后，通过显微物镜聚焦在液流室中的待测细胞，待测细胞的后向散射光经由显微物镜后，透过分光板，通过聚焦透镜会聚到阵列光传感器，根据阵列光传感器不同感测位置的时序信号测得待测细胞运动速度。
[0008]本发明的有益效果是:本发明采用激光光斑成像的方法，通过分析阵列光传感器多个感测位置的时序信号可以更精确地得到细胞运动速度；通过激光的后向散射测试细胞离焦量，能量利用率更高，整个系统的信噪比更好；该光学系统仅需要一组聚焦物镜，整个结构较为简单。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1本发明用于成像流式细胞仪的速度检测装置【具体实施方式】结构图。
[0010]图2本发明成像流式细胞仪对应的阵列光传感器不同感测位置处的强度随时间的变化的示意图。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
[0012]如图2所示，用于成像流式细胞仪的速度检测装置，该装置包括:阵列光传感器1、聚焦透镜2、二向色镜3、激光器4和显微物镜5 ;成像系统包括二向色镜堆栈9、成像物镜10、成像光电传感器件11和速度反馈系统12。
[0013]激光器4作为速度测试系统的光源，选用半导体激光器，连续发光工作模式，功率20mw，中心波长830nm，带宽lnm，光束视场角±1°，并且具有很好的准直性。
[0014]二向色镜3作为共光路的分光器件，选用短波通二向色镜，反射激发波长830nm的波段，透射小于该波段的短波光，满足对细胞明场、暗场和荧光成像波段的高透过率。
[0015]显微物镜5作为细胞高分辨率成像的关键器件，选用40X的放大倍率，焦距4.5mm，数值孔径0.75，视场60X128 μ m。
[0016]聚焦透镜2选择焦距90mm，对焦探测器I选择线阵的高速、高灵敏度CXD成像器件，分辨率512，像素大小7 μ m，光谱响应范围700?llOOnm。
[0017]二向色镜堆栈9作为成像流式细胞仪多光谱分解的光学器件，由6片长波通二向色镜组成，分光波段分别为 420-480nm，480_560nm，560_600nm，600_640nm，640_745nm，745_800nm。
[0018]成像物镜10作为多光谱成像光学系统，在以上6个光谱通道下均能清晰成像，其焦距225臟。
[0019]成像光电传感器件11作为流式细胞仪的成像探测器，可以采取超高灵敏度EMCXD或是TDI (XD，该实施方式中采用TDI CXD作为成像器件。
[0020]830nm激光器4发出一束±1°的准直激光束8，经过短波通二向色镜3反射和40X显微物镜5的聚焦于液流室7中运动的待测细胞6，待测细胞6的散射光经过显微物镜5、二向色镜3和90mm聚焦透镜2会聚到线阵CXD探测器I上，根据阵列光传感器不同位置的时序信号可以精确得到细胞运动速度，速度信号通过控制系统12反馈给TDI相机11作同步。显微物镜5完成高分辨率细胞成像，信号光经过短波通二向色镜3，被二向色镜堆栈9多光谱分解变为6个波长通道，成像物镜10聚焦到TDI相机11，进而拍摄得到细胞图像。在液流中运动的细胞均能够通过该发明实现速度的测试，并且反馈给TDI相机11作为同步信号，最终降低系统的拖尾现象，完成流式细胞仪的清晰成像。
[0021]本实施方式中，视场角±1°的准直激光束经过显微物镜的下半部分入射，显微物镜焦距4.5mm，数值孔径NA为0.75，聚焦物镜焦距90mm，整体垂直放大倍率β为20。如图2给出了待测细胞6穿过液流室7时在与路径A-H对应的传感器位置处的强度随时间的改变情况。如可以看到，待测细胞6首先沿着路径A遭遇照射，并且逐渐地在后续时间沿着其他路径遭遇照射，其中，路径H为接收光的最后路径。可以通过分析阵列光传感器多个感测位置的时序信号可以精确、直观地得到细胞运动速度。
【权利要求】
1.用于成像流式细胞仪的速度检测装置，其特征在于，该装置包括:阵列光传感器、聚焦透镜、分光板、激光器和显微物镜；所述激光器发出具有视场角的准直激光，经由分光板反射后，通过显微物镜聚焦在液流室中的待测细胞，待测细胞的后向散射光经由显微物镜后，透过分光板，通过聚焦透镜会聚到阵列光传感器，根据阵列光传感器不同感测位置的时序信号测得待测细胞运动速度。
2.如权利要求1所述的用于成像流式细胞仪的速度检测装置，其特征在于，所述激光器为近红外波段。
3.如权利要求1所述的用于成像流式细胞仪的速度检测装置，其特征在于，所述分光板采用半反半透平板、二向色镜平板或半口径的小反射镜。
4.如权利要求1所述的用于成像流式细胞仪的速度检测装置，其特征在于，所述阵列光传感器为一个或者多个的电荷耦合器件、电子倍增电荷耦合器件、雪崩光电二极管传感器或光电倍增管中任意一种。
【文档编号】G01P3/36GK104458545SQ201410833484
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月29日 优先权日:2014年12月29日
【发明者】李 灿, 孙强, 刘 英, 赵建, 张红鑫 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所