基于二元光学器件的微流体芯片自动对准方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于二元光学器件的微流体芯片自动对准方法和系统，该方法包括：向微流体芯片注入包含标准荧光微流的样本流和鞘液流，使样本流被聚焦在流道的中心位置，控制二维台进行移动，直至光电检测器中检测到荧光微球的脉冲信号；根据出现荧光信号的极限位置，调整被聚焦样本流位于光斑的中心位置；根据预设特征波形控制二维台移动,调整被聚焦样本流位于焦平面上；根据荧光信号的变异系数对二维台进行微调直至最佳照射位置。本发明专利技术具有如下优点：采用二元光学器件作为光斑整形器件，并根据荧光微粒受激光照射后发出的荧光信号的特征判别微流体芯片的位置，并据此调节被聚焦样本流至最佳位置，从而实现最佳的检测效果和一致性。

【技术实现步骤摘要】

专利技术涉及流式细胞术、物理光学和微流体领域，具体涉及一种基于二元光学器件的微流体芯片自动对准方法和系统。
技术介绍
得益于微流体技术的发展以及流式细胞术在细胞检测方面的强大功能，近年来涌现出了大量基于微流体芯片的片上流式细胞仪。这些微流体芯片能够将细胞等生物微粒聚焦在流道的中心位置，而后这些生物微粒将被激光照射并发射出散射光和荧光。发射出的光信号被后续的光电检测传感器收集，并传入分析系统进行分析。一般用于照射的激光光斑尺寸仅为数十微米，这就要求被聚焦后的生物微粒恰好处于激光光斑照射的范围内且在焦平面上。对于传统的流式细胞仪而言，这一对准过程可以手动调节，因为调节后可将各个部件固定、后续除矫正外不需要频繁调节。但对于微流体芯片而言，由于需要频繁更换微流体芯片，以消除交叉污染，而手动调节费时费力且难以保证一致性。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决上述技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种基于二元光学器件的微流体芯片自动对准方法。本专利技术的另一个目的在于提出一种基于二元光学器件的微流体芯片自动对准系统。为了实现上述目的，本专利技术的实施例公开了一种基于二元光学器件的微流体芯片自动对准方法，包括激光器、二元光学器件、聚焦物镜、微流体芯片、光收集物镜、滤光片、光电检测器、计算机、二维台和荧光微球，所述激光器用于发射激光，所述激光经过所述二元光学器件整形并被聚焦物镜聚焦为所需光斑，所述光斑照射位于所述微流体芯片中所述荧光微球以使所述荧光微球发出荧光，所述荧光经所述光收集物镜收集并被所述滤光片滤除杂光后进入所述光电检测器，所述光电检测器将荧光信号转换为电信号，所述计算机根据所述电信号的波形特征判别微流体芯片的位置，并控制所述二维台调节所述微流体芯片中的所述被聚焦样本流的位置；所述方法包括以下步骤：S1：向所述微流体芯片注入包含标准荧光微流的样本流和鞘液流，使所述样本流被聚焦在流道的中心位置，控制所述二维台进行移动，直至所述光电检测器中检测到所述荧光微球的脉冲信号；S2：根据出现所述荧光信号的极限位置，控制所述二维台移动直至所述聚焦样本流位于所述光斑的中心位置；S3：根据预设特征波形控制所述二维台移动直至被所述聚焦样本流位于焦平面上；S4：根据所述荧光信号的变异系数对所述二维台进行微调直至所述被聚焦样本流位于最佳照射位置。根据本专利技术实施例的基于二元光学器件的微流体芯片自动对准方法，采用二元光学器件作为光斑整形器件，并根据标准荧光微粒受激光照射后发出的荧光信号的特征判别微流体芯片中被聚焦样本流的位置，并据此调节微流体芯片使被聚焦样本流位于最佳位置，从而实现最佳的检测效果。另外，根据本专利技术上述实施例的基于二元光学器件的微流体芯片自动对准方法，还可以具有如下附加的技术特征：进一步地，步骤S2进一步包括：S201：控制所述二维台向左移动，直至所述光电探测器探测不到荧光信号的左极限位置，并记录所述左极限位置；S202：控制所述二维台向右移动，直至所述光电探测器探测不到荧光信号的右极限位置，并记录所述右极限位置；S203：控制所述二维台移动、至所述被聚焦样本流位于所述左极限位置和所述右极限位置的中间位置；其中，所述二维台向左移动为垂直于所述聚焦物镜和所述光收集焦物镜之间的连线向左移动，所述二维台向右移动为垂直于所述聚焦物镜和所述光收集物镜之间的连线向右移动。进一步地，步骤S3进一步包括：S301：设定所述被聚焦样本流位于所述焦面上以及附近时的预设的荧光微球发出的荧光脉冲信号的波形特征；S302：控制所述二维台向前后方向移动，直至在所述计算机采集波形特征与预设波形特征相符合时停止所述二维台移动调整所述被聚焦样本流至所述聚焦物镜的焦面上。进一步地，步骤S4进一步包括：S401：控制所述二维台在左右方向上进行调节，并采集在调节过程中荧光信号的变异系数；S402：控制所述二维台移动使所述被聚焦样本流位于所述变异系数最小对应的位置。进一步地，在步骤S4之后还包括：S5：通入清洗剂清洗流道。为了实现上述目的，本专利技术的实施例公开了一种基于二元光学器件的微流体芯片自动对准系统，包括激光器、二元光学器件、聚焦物镜、微流体芯片、光收集焦物镜、滤光片、光电检测器、计算机、二维台和荧光微球，所述激光器用于发射激光，所述激光经过所述二元光学器件整形并被聚焦物镜聚焦为所需光斑，所述光斑照射位于所述微流体芯片中所述荧光微球以使所述荧光微球发出荧光，所述荧光经所述光收集物镜收集并被所述滤光片滤除杂光后进入所述光电检测器，所述光电检测器将荧光信号转换为电信号；泵或其他液流源向所述微流体芯片注入包含标准荧光微流的样本流和鞘液流，使所述样本流被聚焦在流道的中心位置后，所述计算机控制所述二维台进行移动所述光电检测器中检测到所述荧光微球的脉冲信号；所述计算机还用于根据出现所述荧光信号的极限位置，控制所述二维台移动直至所述被聚焦样本流位于所述光斑的中心位置；所述计算机还用于根据预设的荧光微球发出的荧光脉冲信号的特征波形控制所述二维台移动直至被聚焦样本流位于焦平面上；所述计算机还用于根据所述荧光信号的变异系数对所述二维台进行微调直至被聚焦样本流位于最佳照射位置。根据本专利技术实施例的基于二元光学器件的微流体芯片自动对准系统，采用二元光学器件作为光斑整形器件，并根据标准荧光微粒受激光照射后发出的荧光信号的特征判别微流体芯片中被聚焦样本流的位置，并据此调节微流体芯片使被聚焦样本流位于最佳位置，从而实现最佳的检测效果。另外，根据本专利技术上述实施例的基于二元光学器件的微流体芯片自动对准系统，还可以具有如下附加的技术特征：进一步地，所述计算机进一步用于：控制所述二维台向左移动，直至所述光电探测器不能检测到荧光信号的左极限位置，并记录所述左极限位置；控制所述二维台向右移动，直至所述光电探测器不能检测到荧光信号的右极限位置，并记录所述右极限位置；控制所述二维台移动直至被聚焦样本流位于所述左极限位置和所述右极限位置的中间位置；其中，所述二维台向左移动为垂直于所述聚焦物镜和所述光收集焦物镜之间的连线向左移动，所述二维台向右移动为垂直于所述聚焦物镜和光收集聚焦物镜之间的连线向右移动。进一步地，所述计算机进一步用于：设定所述被聚焦样本流位于所述焦面上以及附近时的的荧光微球发出的荧光脉冲信号的预设波形特征；控制所述二维台向前后方向移动，直至在所述计算机采集波形特征与所述预设波形特征相符合时停止所述二维台移动调整所述被聚焦样本流至所述聚焦物镜的焦面上。进一步地，所述计算机进一步用于：控制所述二维台在左右方向上进行移动，并采集在移动过程中荧光信号的变异系数；控制所述二维台移动至直至所述被聚焦样本流位于所述变异系数最小对应的位置。进一步地，所述光电检测器为光电培增管、光电倍增管阵列、电荷藕荷单元或光电二极管。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本专利技术实施例的基于二元光学器件的微流体芯片自动对准系统的流程图；图2是本专利技术一个实施例的基于二元光学器件的微流体芯片自动对准系统的结构示意图；图3是本专利技术一个实施例的二元光学器件对激本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于二元光学器件的微流体芯片自动对准方法，其特征在于，包括激光器、二元光学器件、聚焦物镜、微流体芯片、光收集物镜、滤光片、光电检测器、计算机、二维台和荧光微球，所述激光器用于发射激光，所述激光经过所述二元光学器件整形并被聚焦物镜聚焦为所需光斑，所述光斑照射位于所述微流体芯片中所述荧光微球以使所述荧光微球发出荧光，所述荧光经所述光收集物镜收集并被所述滤光片滤除杂光后进入所述光电检测器，所述光电检测器将荧光信号转换为电信号，所述计算机根据所述电信号的波形特征判别被聚焦样本流的位置，并控制所述二维台调节所述微流体芯片中的所述被聚焦样本流的位置；所述方法包括以下步骤：S1：向所述微流体芯片注入包含标准荧光微流的样本流和鞘液流，使所述样本流被聚焦在流道的中心位置，控制所述二维台进行移动，直至所述光电检测器中检测到所述荧光微球的脉冲信号；S2：根据出现所述荧光信号的极限位置，控制所述二维台移动，调整被所述聚焦样本流至所述光斑的左右中心位置；S3：根据预设特征波形控制所述被聚焦样本流移动至焦平面上；S4：根据所述荧光信号的变异系数对所述二维台进行微调，直至所述被聚焦样本流位于最佳照射位置。

【技术特征摘要】
1.一种基于二元光学器件的微流体芯片自动对准方法，其特征在于，包括激光器、二元光学器件、聚焦物镜、微流体芯片、光收集物镜、滤光片、光电检测器、计算机、二维台和荧光微球，所述激光器用于发射激光，所述激光经过所述二元光学器件整形并被聚焦物镜聚焦为所需光斑，所述光斑照射位于所述微流体芯片中所述荧光微球以使所述荧光微球发出荧光，所述荧光经所述光收集物镜收集并被所述滤光片滤除杂光后进入所述光电检测器，所述光电检测器将荧光信号转换为电信号，所述计算机根据所述电信号的波形特征判别被聚焦样本流的位置，并控制所述二维台调节所述微流体芯片中的所述被聚焦样本流的位置；所述方法包括以下步骤：S1：向所述微流体芯片注入包含标准荧光微流的样本流和鞘液流，使所述样本流被聚焦在流道的中心位置，控制所述二维台进行移动，直至所述光电检测器中检测到所述荧光微球的脉冲信号；S2：根据出现所述荧光信号的极限位置，控制所述二维台移动，调整被所述聚焦样本流至所述光斑的左右中心位置；S3：根据预设特征波形控制所述被聚焦样本流移动至焦平面上；S4：根据所述荧光信号的变异系数对所述二维台进行微调，直至所述被聚焦样本流位于最佳照射位置。2.根据权利要求1所述的基于二元光学器件的微流体芯片自动对准方法，其特征在于，步骤S2进一步包括：S201：控制所述二维台向左移动，直至所述光电探测器探测不到荧光信号的左极限位置，并记录所述左极限位置；S202：控制所述二维台向右移动，直至所述光电探测器探测不到荧光信号的右极限位置，并记录所述右极限位置；S203：控制所述二维台移动至所述被聚焦样本流位于所述左极限位置和所述右极限位置的中间位置；其中，所述二维台向左移动为垂直于所述第一聚焦物镜和所述第二聚焦物镜之间的连线向左移动，所述二维台向右移动为垂直于所述第一聚焦物镜和所述第二聚焦物镜之间的连线向右移动。3.根据权利要求2所述的基于二元光学器件的微流体芯片自动对准方法，其特征在于，步骤S3进一步包括：S301：设定所述被聚焦样本流位于所述焦面上以及附近时的荧光微球发出的荧光脉冲信号的预设波形特征；S302：控制所述二维台向前后方向移动，直至在所述计算机采集波形特征与所述预设波形特征相符合时停止所述二维台移动调整所述被聚焦样本流至所述第一聚焦物镜的焦面上。4.根据权利要求3所述的基于二元光学器件的微流体芯片自动对准方法，其特征在于，步骤S4进一步包括：S401：控制所述二维台在左右方向上进行调节，并采集在调节过程中荧光信号的变异系数；S402：控制所述二维台移动使所述被聚焦样本流位于所述变异系数最小对应的位置。5.根据权利要求1-4任一项所述的基于二元光学器件的微流体芯片自动对准方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤政，赵精晶，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11