本申请公开了用于台式流式细胞仪的光学引擎，该光学引擎包括激光源组；用于每个激光源的不同的光束整形光学系统组，其中每一组包括两个透镜，沿X轴水平可调地聚焦光线到同一水平位置，并且沿Y轴竖直可调地聚焦光线到沿同一平面的不同竖直位置；采集光学系统，其从流通室中采集荧光；过滤光学系统，其根据波长范围将从流通室中已采集的荧光过滤到不同检测通道中；以及用于每个检测通道的检测器，其将过滤的荧光转换成电信号，其中电信号被处理以使得来自位于不同竖直位置的每个激光源的荧光在同一检测器中被区分。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2013年11月19日递交的序列号为61/906,367的美国临时专利申请的优先权，以及2014年5月18日递交的序列号为61/994,980的美国临时专利申请的优先权。
本专利技术涉及流式细胞测量仪器，更具体地涉及用于流式细胞仪的具有可互换部件的光学引擎，光学引擎具有用于每个激光源的光束整形光学系统和滤光光学系统组，光束整形光学系统将激发激光光束沿被测样本的流动方向竖直定位在不同位置，过滤光学系统组将来自不同竖直位置的荧光过滤到多个过滤器通路，其中来自每个竖直位置的荧光可以通过同一个检测器单独测量。
技术介绍
流式细胞测量是基于激光的生物物理技术，其中，耦合在细胞上的荧光分子通过流通室，并且由激光源组所激活。利用特定的检测波长将荧光采集和分离至不同的通路，并且转换成电信号，通过电脑分析。多色流式细胞测量，例如三色流式细胞测量使用具有不同激发和发射波长的荧光识别生物样本的不同染色情况。具体地，激发光通过光束整形、转向、和导向光学部件而传送至流通室。一般来说，此类部件设置用于使来自全部激光源的光线，在到达流通室前，通过相同组的光束整形、转向和导向光学部件。这种光束整形光学系统包括，例如，消色差透镜(圆柱形或球形)以适应不同激光源的不同波长。此外，光束转向/导向部件引导全部光束至流通室的中心区域到沿着样本流动方向的相同位置或者不同位置。然而，这种方法的局限性是，提供用于激光源组的光学系统组相同，光束整形和光束导向光学系统的作用被折中，，它们将不同波长的光束整形为一些次优的光束尺寸和转向到次优的聚焦位置。因此，需要能够改善光束尺寸和聚焦点的光学照明方法。此外，光束尺寸和聚焦点应该可以根据每个激光源而单独调整。除了荧光，还有其他两种类型的光散射能够在流式细胞测量中被测量，即侧散射和前向散射。前向散射(FSC)被视为是低角度散射并且大致与细胞的直径成正比。因此，前向散射对于基于细胞的尺寸从其他亚群中识别出特定的细胞亚群有益。由于前向散射通常沿与光束传播相同的路径测量，通常将光束遮挡板添加在流通室的后面，沿着激光束传播的光路来阻挡非散射的、高强度的原激光束。遮挡板设计的挑战在于，它应该阻挡非散射的原激光束，但是允许低角度的前向散射光通过并用于检测。一般来说，遮挡板可以是矩形或者十字形状。遮挡板的几何图形通常是根据经验来设计的，一些几何图形阻挡过多的前向散射光，而其他一些设计又缺乏对非散射光的充分阻挡。因此，需要改进光束遮挡板，使得其能够改进在对非散射光阻挡而允许前向散射光通过阻挡上的平衡。在另一种流式细胞测量中，荧光从流经流通室中心的粒子(例如细胞)中采集。应用复杂的设计从粒子中采集荧光光线，该复杂的设计包括在相对于彼此和相对于流通室的精确位置上设置多个透镜。这样的采集光学系统制造昂贵，并且校准和调整困难。在很多情况下，光线采集效率是有限的。因此，也需要改善采集光学系统，使其包括更少的光学部件，并且具有高的光束采集效率。
技术实现思路
本专利技术解决在流式细胞测量的设计和技术途径中的上述不足之处。本专利技术的一个方面，提供了一种用于流式细胞仪的光学引擎，该光学引擎包括激光源组，每个激光源被调谐到适合荧光分子激发的波长；用于每个激光源的光束整形光学系统组，其中每组包括两个透镜，可调地将光线沿X轴水平聚焦到同一水平位置，并将光线沿Y轴垂直地聚焦到同一平面内的不同竖直位置，其中该平面作为通过流式细胞仪的流通室的流动路径；采集光学系统，其用于从流通室中采集荧光；过滤光学系统，其根据波长范围，从流通室中将已采集的荧光过滤至不同过滤通道中；以及用于每个过滤通道的检测器，其用于将每个已过滤的荧光转化成电信号，其中电信号被处理，以便将来自每个激光源的不同竖直位置的荧光在同一个检测器中区分出来。对于本申请，每个激光源的光传播方向定义为Z轴，其垂直于水平的X轴和竖直的Y轴。光学引擎允许使用任意数量的激光源，但在某些实施例中至少具有三个激光源，其中每个激光源被调谐到不同的波长，并聚焦于流通室的不同的竖直位置上。将至少三个激光源中的每一个沿着样本的流动方向分别竖直聚焦在不同位置上，这使得能够通过相同的光检测器区分出由三个不同激光源中的每一个所激发的荧光，因为当通过三个不同激光源中的每一个时，三个不同激光源沿竖直轴线在空间上的分离将转变为由粒子发射的荧光的时序差异。在同一检测器中区分和分离来自不同激发激光源的荧光信号在本专利技术中是至关重要的，其中来自不同激发激光源的不同荧光信号检测通道共用同一个检测器。激光聚焦点沿流通室的分离，导致在检测到的由空间上分离的激光源所激发的荧光信号上的时间延迟。参考从特定激光源发射的前向散射，荧光信号的延迟时间是由激光源的分离距离和所检测样本的流速所决定的固定数值，它可用来确定所检测到的荧光信号和对应的激发激光源之间的关系。在其他的方法中，不同的激光源在时域被调制成不同频率。通过对应的调制信号对电信号(从荧光光线转换而来)解调，能够将检测到的荧光与激发激光源相互关联。用于激光源调制和已采集电信号(从荧光光线转换后)的解调的详细设备、方法和技术，可以在名称为“用于在流动通道中检测多个激发诱导光线的系统和方法”的在先申请中找到，其美国专利申请号是13/657,845，并作为引用整体合并于此。在一些实施例中，相邻的竖直位置之间的竖直间隔是80μm。在示例性实施例中，实现了来自单个样本通过流通室的十荧光信号的采集和分析。在另一实施例中，除了前向散射和侧散射测量之外，还可以从通过流通室的单个样本获得十三种荧光信号的采集。要强调本专利技术的一个重要特征是，来自不同的激发激光源的荧光通道之间共用用于测量和转换荧光光线的检测器。光学引擎的光学系统包括光束整形光学系统、采集光学系统和过滤光学系统。在优选的实施例中，光束整形光学系统组包括柱面透镜或者鲍威尔棱镜。在优选的实施例中，采集光学系统包括后跟有双合透镜的半球透镜。优选地，半球透镜由高折射率的材料制成。过滤光学系统可以包括长通和/或短通的双色镜、带通过滤器、聚焦透镜和其他过滤器或透镜。在一些实施例中，过滤光学系统通过半球透镜和双合透镜将已采集的荧光光线过滤至检测通道，检测通道具有以下波长特征：780/60nm、615/24nm、530/30nm、445/45nm、585/40nm(或572/28nm)和675/30nm。注意，全部的波长单位都是nm。上述的通道波长仅作为典型地例子，并不用于限制本专利技术。每个过滤通道设置检测器，其中，优选地为光电倍增管形式。优选地，荧光光线信号被转换成模拟电信号。同样优选地，模拟电信号然后通过模数转换器(ADC)被转换成数字信号，并且为了提高精度和速度被处理成数字形式。在优选的实施例中，细胞的前向散射(FSC)特征包括前向散射检测器、采集前向散射光线的前向散射聚焦透镜，以及将入射激光光束与其所要进入的前向散射聚焦透镜和前向散射检测器所隔开的遮挡板。荧光光线检测器处荧光信号的时序与前向散射检测器处的前向散射信号的时序之间的关系，提供用于确定哪个激光源诱导激发了在检测通道中检测的荧光信号的方法。进一步地，通过开发新的遮挡板已实现改进的前向散射检测。在优选地实施例中，提供了一种菱形的遮挡板。在另一实施例中，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于台式流式细胞仪的光学引擎，所述光学引擎包括：a)激光源组，每个激光源被调谐至适用于激发荧光分子的波长；b)用于每个激光源的不同的光束整形光学系统组，其中每组包括两个透镜，用于沿X轴水平可调地聚焦光束至同一水平位置和沿Y轴竖直可调地聚焦光束至同一平面的不同竖直位置，其中所述平面位于通过所述流式细胞仪的流通室的流动路径内；c)采集光学系统，用于从所述流通室采集荧光；d)过滤光学系统，其根据波长范围将从流通室采集的荧光过滤至不同的过滤通道中；以及e)用于每个过滤通道的检测器，其将已过滤的荧光转换成电信号，其中所述电信号被处理以使得来自位于不同竖直位置处的每个激光源的荧光在同一检测器中被区分。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.19 US 61/906,367;2014.05.18 US 61/994,9801.一种用于台式流式细胞仪的光学引擎，所述光学引擎包括：a)激光源组，每个激光源被调谐至适用于激发荧光分子的波长；b)用于每个激光源的不同的光束整形光学系统组，其中每组包括两个透镜，用于沿X轴水平可调地聚焦光束至同一水平位置和沿Y轴竖直可调地聚焦光束至同一平面的不同竖直位置，其中所述平面位于通过所述流式细胞仪的流通室的流动路径内；c)采集光学系统，用于从所述流通室采集荧光；d)过滤光学系统，其根据波长范围将从流通室采集的荧光过滤至不同的过滤通道中；以及e)用于每个过滤通道的检测器，其将已过滤的荧光转换成电信号，其中所述电信号被处理以使得来自位于不同竖直位置处的每个激光源的荧光在同一检测器中被区分。2.根据权利要求1所述的光学引擎，其中所述激光源组包括三个激光源，每个激光源被调谐至不同的波长并且指向所述平面的不同竖直位置，从而提供沿所述流通室的三个不同的竖直位置。3.根据权利要求2所述的光学引擎，其中竖直位置之间分离80μm。4.根据权利要求2所述的光学引擎，包括来自通过所述流通室的单个样本的13个荧光通道。5.根据权利要求1所述的光学引擎，其中所述光束整形光学系统组包括柱面透镜或者鲍威尔棱镜。6.根据权利要求1所述的光学引擎，其中所述光束整形光学系统的第一透镜沿水平的X轴调整光束，所述光束整形光学系统的第二透镜沿竖直的Y轴调整光束。7.根据权利要求1所述的光学引擎，其中所述采集光学系统包括后跟随有双合透镜的半球透镜。8.根据权利要求1所述的光学引擎，其中所述过滤光学系统包括选自包括双色镜、带通过滤器和聚焦透镜的组中的部件。9.根据权利要求1所述的光学引擎，其中所述过滤通道包括以下波长：780/60nm、615/24nm、530/30nm、445/45nm、585/40或572/28nm和675/30nm。10.根据权利要求1所述的光学引擎，进一步包括前向散射(FSC)检测器、FSC聚焦透镜和遮挡板。11.根据权利要求10所述的光学引擎，其中所述遮挡板为菱形或矩形，所述矩形的水平尺寸与竖直尺寸一致或者长于竖直尺寸。12.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：李楠，陈业，郑贤先，李增强，王小波，
申请(专利权)人：艾森生物科学公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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