用于流式细胞仪的光学系统的制作方法
【专利说明】用于流式细胞仪的光学系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请于2014年3月12日作为PCT国际专利申请提交，并要求2013年3月15日提交的标题为“OPTICS SYSTEM FOR A FLOW CYTOMETER”(用于流式细胞仪的光学系统)的美国专利申请序列号61/793，771的优先权，该美国专利申请的公开内容据此全文以引用方式并入。
【背景技术】
[0003]技术人员使用流式细胞仪鉴定样品的内容物。在使用流式细胞仪时，首先将样品引入液流束，随后用光束照射液流束。光束进入液流后会与样品相互作用，接着从液流沿多个方向散射出光。光的一部分光被样品吸收，并发出荧光。通过评定光从流体射出和发出荧光的方式，可以确定样品的特征。
【发明内容】
[0004]概括地说，本发明涉及用于流式细胞仪的光学系统。作为非限制性实例，此光学系统的一种可能配置包括滤光罩，该滤光罩对基于一定角度从液流束射出的光进行过滤(例如，阻挡或传输)，所述角度为光从流体射出的角度。本发明描述了多个方面，包括但不限于以下各方面。
[0005]—个方面是流式细胞仪的光学系统，该光学系统包括:集光光学组件，其被布置和构造为邻近液流流路定位并与来自光源的光束路径对准，以便收集在液流流路中由液流或液流中的颗粒自光束射出的光线；准直器，其被布置为接收来自集光光学组件的光线，其中准直器引导这些光线穿过焦点不敏感区域，在该区域中，光线的位置不受液流流路相对于集光光学组件的位置的波动影响；以及定位在焦点不敏感区域处的滤光罩，其基于与所述光线相关联的发射角有选择地对这些光线进行过滤。
[0006]另一个方面是使用包括至少一条光学路径的光学系统对流式细胞仪中的发射光进行过滤的方法，该方法包括:用光源产生光束；引导光束沿第一方向进入液流束，其中液流束包括沿液流路径流动的液流和液流中的颗粒；收集自液流或液流中的颗粒所射出的光线，其中这些光线相对于第一方向成偏转角射出；以及用滤光罩至少部分地基于这些光线的发射角有选择地对这些光线进行过滤，其中滤光罩定位在至少一条光学路径中的一位置处，在该位置处，至少部分地基于光线的发射角有选择性地对这些光线进行过滤不受液流路径朝着或远离集光光学组件移动的影响。
[0007]又一个方面是流式细胞仪，该流式细胞仪包括:(1)液流喷嘴，其被构造为提供沿液流流路移动的液流；(2)光源，其被构造为产生用于照射液流的光束；(3)光学系统，该光学系统包括:集光光学组件，其邻近液流流路定位并与光束路径对准，以便收集在液流流路中由液流或液流中的颗粒自光束射出的光线；准直器，其被布置为接收来自集光光学组件的光线，其中准直器引导这些光线穿过焦点不敏感区域，在该区域中，光线的位置不受液流流路相对于集光光学组件的位置的波动影响；以及定位在焦点不敏感区域处的滤光罩，其基于与所述光线相关联的发射角有选择地对这些光线进行过滤；以及(4)传感器分析仪，其可操作用于接收并检测穿过滤光罩的光线。
【附图说明】
[0008]图1为根据本发明的示例性流式细胞仪的示意性框图。
[0009]图2为示出图1的示例性流式细胞仪的一部分的示意图。
[0010]图3为示例性滤光罩的正视平面图。
[0011]图4为根据本发明的另一种示例性流式细胞仪的示意性框图。
[0012]图5为图4的示例性流式细胞仪的示例性光学系统的示意性横截面侧视图。
[0013]图6为示例性滤光罩的正视平面图，示出了在流路偏移时该实例中出现的滤光不当现象。
[0014]图7为根据本发明的另一种示例性流式细胞仪的示意性框图。
[0015]图8为图7的示例性流式细胞仪的示例性光学系统的示意性横截面侧视图。
[0016]图9为示出图7的示例性流式细胞仪的焦点不敏感区域的示意图。
[0017]图10为根据本发明的另一种示例性流式细胞仪的示意性框图。
[0018]图11为图10的示例性流式细胞仪的示例性光学系统的示意性横截面侧视图。
[0019]图12为图11的示例性光学系统的示例性物理实施方式的横截面侧视图。
[0020]图13为根据本发明的另一种示例性流式细胞仪的示意性框图。
[0021]图14为图13的示例性流式细胞仪的示例性光学系统的横截面侧视图。
[0022]图15为图14的示例性光学系统的横截面顶视图。
【具体实施方式】
[0023]下面将结合附图详细描述各实施例，其中类似的附图标号代表类似的零件和组件。本说明书提及的各实施例不对所附权利要求书的范围构成限制。另外，本说明书陈述的任何实例并非意图对所附权利要求书进行限制，只是示出了所附权利要求书的多种可行实施例中的一些。
[0024]图1为示例性流式细胞仪100的示意性框图。在该实例中，流式细胞仪100包括液流喷嘴102、光源104、样品收集器106、光学系统108、传感器分析仪110和计算设备兼控制电子设备112。光学系统108包括滤光罩120。
[0025]液流喷嘴102接收含有颗粒的样品，供流式细胞仪100分析。液流喷嘴102具有小孔，所述小孔每次只许一个颗粒或少量颗粒通过，比方说，使颗粒排成单列穿过液流喷嘴102。样品与鞘液混合，得到含有样品的液流F，该液流F沿着流路FP引导。液流喷嘴102的实例包括流通池和空气喷射式喷嘴。在一些实施例中，流通池的主体是透明的，其中包括极细的通道。含有颗粒的液流束被通道壁沿着延伸穿过流通池的液流路径引导，并经过光源104。在其他实施例中，使用空气喷射式喷嘴沿着液流路径喷射液流束。液流在水动力作用下以连续液流束的形式流动，并在穿过光源104时约束颗粒。其他实施例使用其他液流喷嘴102。
[0026]光源104产生光束LB。光源的实例为产生激光束的激光器。光束LB沿方向A1引导到液流路径FP上，方向A1为光束LB探询液流的方向。尽管通常情况下光束LB是由光源104本身朝着液流路径FP引导，但在其他实施例中，作为另外一种选择，也可先由光源发出光束LB，再利用一个或多个光学设备(例如透镜、反射镜、棱镜等)引导光束。光源104的另一个实例为弧光灯。
[0027]液流F沿着液流流路FP前进，然后被引导到样品收集器106。在一些实施例中，样品收集器106为废液容器。在其他实施例中，样品收集器106包括一个或多个存放容器。在另一个可行的实施例中，流式细胞仪100为分选式流式细胞仪，样品收集器106用于基于检测到的一种或多种颗粒特征将液流中的颗粒分选到多个容器中。
[0028]在光束LB进入液流F后，液流中的颗粒会散射(例如，前向散射、侧向散射或后向散射)至少一些光线LR。图1的实例示出了前向散射的光线LR。另外，颗粒会将一部分光吸收掉，随后发出不同波长的荧光。于是液流发出散射光和荧光两种光。发射角Θ (有时也称散射角)是指液流F射出的光线LR相对于光束LB的方向A1的角度。因为光束LB包括可沿不同方向分开射出的许多条光线LR，所以，可同时沿不同的方向射出不同的光线LR(g卩，具有不同的发射角Θ)。前向散射(和荧光)结合图2较详细示出和描述。图1只示出了垂直维度上的发射角Θ，但应当理解，光线LR也可在水平维度上射出(S卩，在全部三种维度上射出)。
[0029]光学系统108邻近液流路径FP定位，用于接收所发射的光线。在一些实施例中，光学系统108包括滤光罩120。滤光罩120被布置和构造为阻挡具有第一组发射角Θ的第一部分光线LR，且让具有第二组不同发射角Θ的第二部分光线LR通过。可以调整各种可行的滤光罩120中的第一部分和第二部分的位置以用于有选择地阻挡且有选择地传输发射光的某些部分。在一些实施例中，除了阻挡和传输之外，或者作为阻挡和传输的替代，也可由滤光罩120的第一部分和第二部分执行其他类型的过滤。滤光罩120的一个实例结合图2至图3较详细示出和描述。另外，一些实施例包括可调式滤光罩120，其可手动调节，也可由计算设备以机械方式或电子方式调节。可调式滤光罩可包括能够被物理地移动到不同位置的机械可调元件。在其他可行的实施例中，滤光罩包括具有可调透明度的设备，诸如液晶显示器。另一个可行的实施例采用了(例如)微机电系统(MEM)反射镜。
[0030]如上所述，通常将光学系统108的至少一部分邻近液流路径FP布置。在图1示出的实例中，光学系统108定位在与液流路径相距D1的位置处。不同实施例的距离D1可能不同。在一些实施例中，距离例如在约10mm至约15mm的范围内。
[0031]然而，已经发现，液流路径FP在流式细胞仪100内相对于光学系统108的确切位置可能会移动。因此，距离D1会略有不同。举例来说，流路FP与光束LB相交的位置可能朝着㈠或远离⑴光学系统108移动约50 μ m(例如，移动约-50 μ m至约50 μ m范围内的距离)，使距离D1相应地缩小或增大。流束移位可能由多种因素造成，例如流式细胞仪中出现热变化、液流不稳定、压力改变、部件出现机械不稳定、存在外部振动等。本文将较详细讨论液流束移位对正穿过光学系统108的光线LR带来的影响。
[0032]光线LR穿过光学系统108后，用传感器分析仪110对其进行检测。传感器分析仪110检测光线的各种特征，例如探测到的光的强度和位置、颗粒穿过光束时产生的光脉冲的持续时间、脉冲形状、偏振和波长这些特征中的一种或多种。
[0033]计算设备兼控制电子设备112与传感器分析仪110进行交互，评估液流中颗粒的特征值。在一些实施例中，计算设备112包括显示器，用