流式细胞仪采集镜头及双色激光流式细胞仪的光学系统技术方案

本发明专利技术公开了一种流式细胞仪采集镜头及双色激光流式细胞仪的光学系统，采集镜头包括依次设置的第一平凸透镜、正弯月透镜、第一胶合透镜组和第二胶合透镜组，第一胶合透镜组包括第一双凸透镜和第一负弯月透镜，第二胶合透镜组包括第二负弯月透镜和第二双凸透镜；双色激光流式细胞仪的光学系统包括荧光采集透镜组、D形反射镜、第一荧光采集光路、第二荧光采集光路；D形反射镜安装于荧光采集透镜组的焦面上，且与荧光采集透镜组的焦面成45°夹角，第一荧光采集光路、第二荧光采集光路中包含多个按照等光程、位相补偿的方法设置的二向色滤光片。本发明专利技术采集镜头性能优异，各光路的光波能量损失少且损失一致，并不会对后续的信号处理造成较大影响。

【技术实现步骤摘要】
流式细胞仪采集镜头及双色激光流式细胞仪的光学系统
本专利技术属于光学仪器
，涉及生物检测、细胞分析技术，具体涉及一种流式细胞仪采集镜头及双色激光流式细胞仪的光学系统。
技术介绍
流式细胞分析及流式细胞术，是一种对单细胞或其他生物粒子进行定量分析和分选的检测手段，可以短时间内高速分析成千上万个细胞，并能同时从一个细胞中测得多个参数。流式细胞仪被称为实验室的CT，流式细胞仪的液流系统将细胞样液聚焦为单细胞流层流，细胞排队依次通过激光照射区。采用激光照射样本，细胞的散射光，以及从细胞携带的染料上激发出的荧光，以细胞为中心，朝四周发射。因此，细胞可以看作是点光源。通过对荧光的收集分析，从而得到样本的信息。由于荧光信号很微弱，而且类似于点光源朝着四周发射。因此，尽可能多的接收荧光信号，是提高流式细胞仪探测性能的关键。而提高采集量的关键则是使用大数值孔径的收集镜头。目前大数值孔径的镜头主要为显微镜头，然而显微镜头的工作距离一般为小于1mm，流式细胞仪的流动室壁厚则一般都大于1.5mm，无法匹配。对于更加昂贵的大数值孔径、长工作距的显微镜头，其物高往往很小。因为显微镜可以移动载物台，所以设计镜头时往往只对轴上物点做优化。而对于配置多个激光光源的流式细胞仪，其光斑之间的最大间距可以达到400μm，面对这种场景，长工作距的显微镜头也无法胜任。因此，设计大视场范围、长工作距离、大数值孔径的采集镜头是高性能流式细胞仪急需解决的问题。公开号为CN103091821A的中国专利公布了一种光收集系统及细胞分析仪，该采集镜头数值孔径为1.2，轴上光斑RMS半径为100μm，轴外光斑RMS半径为200μm。然而该4组6片的采集镜头，却用掉了5种不同的玻璃，显然镜头结构还不是最优。美国专利US6510007B1采用了BK7和SF8两种常见的肖特玻璃，实现了1.75mm的工作距离，轴上光斑RMS小于100μm。该镜头总共5组8片，镜片较多，镜头相对较长。目前用于流式细胞仪的采集镜头大多只针对单激光的配置，这些镜头的视场范围小，不能满足多色光流式细胞仪的需求。而视场范围大，数值孔径大的镜头又较为复杂，或者材料要求高，或者镜片数量多，价格昂贵。对于多色激光流式细胞仪而言，当流式细胞仪配置多个激光时，激光聚焦点沿着流动室轴线纵向分布，每个激光聚焦点都会激发出荧光和散射光，此时可以看作在流动室的轴线上有多个点光源。每两个光点的间隔在几十微米到两百微米之间。为了将这些光点从空间上分开，一般方法为：先使用采集透镜组将光点轴向放大，然后使用反射镜进行空间分光，或者直接使用光纤接收。由于成本以及空间结构的限制，采集镜头的放大倍数一般在10～20倍之间，因此像点间距不可能被放得很大。而反射镜分光的方式仅为左右、或者上下反射，考虑到反射镜尺寸的限制和安装的限制，反射镜分光的方式一般只适合于2～3色激光的系统，而超过3色激光的系统使用光纤分光更为直接和便捷。光纤分光优点很多，如杂散光少、紧凑、布局自由等。然而它的容错率低，要求流式细胞仪的液流系统相当稳定，否则它能接收到的能量将会锐减。所以在2～3色激光系统里，反射镜分光是一个很好的选择，尤其是对于低成本的流式细胞仪。授权公告号为CN104280327B的中国专利技术专利文献公开了一种流式荧光收集光学系统，其指出由于反射镜边缘分界尺寸精度很不好，容易引入不同激光激发的荧光串扰，容易导致过多杂散光进入荧光通道。因此，该专利技术描述了一种微分束镜，可以有效分离1.44mm间距内的、不大于60μm的像点。而实际上，该专利技术所描述的微分束镜也只是尺寸更小的反射镜(或具有类似功能的器件)。如上面所述，反射镜分光的应用场合限制在2～3色激光。如果采集镜头的性能够优秀的话，完全可以将荧光像点间的间距放大到4～5mm，并且保证光斑的RMS半径尺寸很小，配合后续更合理的荧光光路，可以使用反射镜进行空间分光，而不产生所谓的杂散光以及串扰。另外，经过反射镜后的光线需要进行进一步分光，从而实现每个波长单独探测。传统的做法是，使用二向色滤光片将不同波长的光依次滤出，如附图5所示，该图为授权公告号为CN104280327B的中国专利中描述的接收方式。每个二向色滤光片的反射率约为96％，透过率约94％，因此每使用一次二向色滤光片均会有5％左右的能量损失。这种做法，使得最先滤出的光损失较少的能量，而最后滤出的光波将损失很多能量。如用传统的方法使用二向色滤光片依次滤出680nm、625nm、575nm、525nm的荧光和488nm散射光，总共要使用4次二向色滤光片。若原本入射能量为1，那么最先出射的680nm光波，能量损失5％；而最后出射的525nm和488nm光波的能量只剩下了0.81，损失几乎达到了20％。每个光波损失的能量均不一致，对后续的信号处理造成了很大的影响。尤其是当使用的二向色滤光片镀膜不均匀的时候，这些损失将无法定量，信号处理更为困难。另一方面，这种接收方式没有考虑光线经过二向色滤光片后的位相变化。光线经过的二向色滤光片数量越多，光线的横向位移就会越大。从而需要更大尺寸的接收器，或者需要对接收器的位置重新调节，以免光线落入接收器的死区或者感光区之外，造成无效接收。综上可见，随着配置多色激光器的流式细胞仪成为主流，急需一种结构优化、性能优秀的荧光采集镜头和能最大限度降低光波能量损失、使光波能量损失一致、不对接收器提出更高要求的多色激光流式细胞仪系统。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种流式细胞仪采集镜头及双色激光流式细胞仪的光学系统，其荧光收集性能优异、采用的光学玻璃种类少、透镜数量少，且加工方便；光学系统中荧光到达探测器时，损失的能量相等，且光斑在探测器上的偏移量小，探测器尺寸要求低，安装调试更加简单。本专利技术的技术方案如下：一种流式细胞仪采集镜头，其包括设于流动室外部的荧光采集透镜组，所述荧光采集透镜组包括依次设置于流动室外且彼此共光轴的第一平凸透镜、正弯月透镜、第一胶合透镜组和第二胶合透镜组；所述第一平凸透镜的平面为光入射面，凸面为光出射面；所述正弯月透镜的凹面为光入射面，凸面为光出射面；所述第一胶合透镜组包括依次设置的第一双凸透镜和第一负弯月透镜，所述第一双凸透镜和第一负弯月透镜的半径较小面相胶合，且第一双凸透镜半径较大的一面朝向流动室；所述第二胶合透镜组包括依次设置的第二负弯月透镜和第二双凸透镜，两个透镜半径较小的一面相胶合，且第二负弯月透镜半径较大的一面朝向流动室。采用了6片透镜，两种常规材料，透镜数量少，镜头结构简单，长度短，更适合配置于小型便携的仪器。优选的，所述正弯月透镜的口径大于第一平凸透镜的口径，所述第一双凸透镜的口径大于正弯月透镜的口径，所述第一负弯月透镜的口径大于或等于第一双凸透镜的口径，所述第二负弯月透镜的口径大于或等于第一负弯月透镜的口径，所述第二双凸透镜的口径大于或等于第二负弯月透镜的口径。优选的，所述第一平凸透镜、正弯月透镜、第一双凸透镜、第二双凸透镜均为冕牌玻璃，所述第一负弯月透镜和第二负弯月透镜为火石玻璃。本专利技术只采用了冕牌玻璃中的H-K9L和火石玻璃中的ZF6两种玻璃，玻璃种类少，镜头结构相对简单，成本更低。优选的，所述荧光采集透镜组与流动室之间通过光学凝胶胶合。采用此方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流式细胞仪采集镜头，其包括设于流动室外部的荧光采集透镜组，其特征在于，所述荧光采集透镜组包括依次设置于流动室外且彼此共光轴的第一平凸透镜、正弯月透镜、第一胶合透镜组和第二胶合透镜组；所述第一平凸透镜的平面为光入射面，凸面为光出射面；所述正弯月透镜的凹面为光入射面，凸面为光出射面；所述第一胶合透镜组包括依次设置的第一双凸透镜和第一负弯月透镜，所述第一双凸透镜和第一负弯月透镜的半径较小面相胶合，且第一双凸透镜半径较大的一面朝向流动室；所述第二胶合透镜组包括依次设置的第二负弯月透镜和第二双凸透镜，所述第二负弯月透镜和第二双凸透镜通过半径较小的一面相胶合，且第二负弯月透镜半径较大的一面朝向流动室。

【技术特征摘要】
1.一种流式细胞仪采集镜头，其包括设于流动室外部的荧光采集透镜组，其特征在于，所述荧光采集透镜组包括依次设置于流动室外且彼此共光轴的第一平凸透镜、正弯月透镜、第一胶合透镜组和第二胶合透镜组；所述第一平凸透镜的平面为光入射面，凸面为光出射面；所述正弯月透镜的凹面为光入射面，凸面为光出射面；所述第一胶合透镜组包括依次设置的第一双凸透镜和第一负弯月透镜，所述第一双凸透镜和第一负弯月透镜的半径较小面相胶合，且第一双凸透镜半径较大的一面朝向流动室；所述第二胶合透镜组包括依次设置的第二负弯月透镜和第二双凸透镜，所述第二负弯月透镜和第二双凸透镜通过半径较小的一面相胶合，且第二负弯月透镜半径较大的一面朝向流动室。2.根据权利要求1所述的一种流式细胞仪采集镜头，其特征在于，所述正弯月透镜的口径大于第一平凸透镜的口径，所述第一双凸透镜的口径大于正弯月透镜的口径，所述第一负弯月透镜的口径大于或等于第一双凸透镜的口径，所述第二负弯月透镜的口径大于或等于第一负弯月透镜的口径，所述第二双凸透镜的口径大于或等于第二负弯月透镜的口径。3.根据权利要求1所述的一种流式细胞仪采集镜头，其特征在于，所述第一平凸透镜、正弯月透镜、第一双凸透镜、第二双凸透镜均为冕牌玻璃，所述第一负弯月透镜和第二负弯月透镜为火石玻璃。4.根据权利要求1所述的一种流式细胞仪采集镜头，其特征在于，所述荧光采集透镜组与流动室之间通过光学凝胶胶合。5.根据权利要求1所述的一种流式细胞仪采集镜头，其特征在于，所述荧光采集透镜组中各透镜的光轴共线，且和流动室的轴线垂直。6.根据权利要求1所述的一种流式细胞仪采集镜头，其特征在于，所述荧光采集透镜组中各透镜的半径公差为5个光圈，不规则度为0.5个光圈，厚度公差为0.05mm。7.一种双色激光流式细胞仪的光学系统，其特征在于，其包括荧光采集透镜组、D形反射镜、第一荧光采集光路、第二荧光采集光路；所述荧光采集透镜组包括多个透镜，用于将多种不同间隔较小的激光束激发的荧光物点放大为多个相互之间存在较大间距的荧光像点；所述D形反...

【专利技术属性】
技术研发人员：周丹，郝屹，
申请(专利权)人：南充索尔恩科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51