一种流式细胞仪的光路和探测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种流式细胞仪的光路和探测系统，其包括光源组、合束镜、光束整形系统、流动室、探测系统；所述光源组包括至少两种光源，所述合束镜为二向色镜，至少两种光源通过二向色镜实现合束；所述光束整形系统包括两组旋转轴正交设置的柱透镜组：第一柱透镜组和第二柱透镜组；二向色镜设于第一柱透镜组和第二柱透镜组之间；所述探测系统包括光学采集系统和探测器，探测器设于所述光学采集系统的后焦距之外；所述流动室的中心轴位于所述第二柱透镜组的后焦点上，且位于光学采集系统的前焦距之内。本实用新型专利技术激光聚焦光斑尺寸和位置可以精确调整，且采用离焦方式，配合挡板和小孔，即使在流动室内径污染的情况下依然能得到很高的信噪比。

An optical path and detection system for flow cytometry

The utility model discloses a light path and detection system of a flow cytometer, which comprises a light source group, a beam combining mirror, a beam shaping system, a flow chamber and a detection system; the light source group comprises at least two light sources, the beam combining mirror is a dichroic mirror, and at least two light sources are combined through a dichroic mirror. The system comprises two groups of cylindrical lenses orthogonally arranged on the rotating axis: the first cylindrical lenses and the second cylindrical lenses; the dichroic lenses are arranged between the first cylindrical lenses and the second cylindrical lenses; the detection system includes an optical acquisition system and a detector, the detector is located outside the rear focal length of the optical acquisition system; and the flow chamber. The central axis is located on the rear focus of the second cylindrical lens group and within the front focal length of the optical acquisition system. The size and position of the laser focusing spot of the utility model can be accurately adjusted, and the defocusing mode, together with the baffle plate and the small hole, can obtain a high signal-to-noise ratio even in the case of the flow chamber diameter pollution.

【技术实现步骤摘要】
一种流式细胞仪的光路和探测系统
本技术属于分析仪器
，涉及激光、流式细胞仪技术，具体涉及一种流式细胞仪的光路和探测系统。
技术介绍
流式细胞仪采用激光照射被测的微观颗粒(如细胞)，并通过采集系统收集散射光和被激发出的荧光，再对这些采集到的光分析，得到微观颗粒的信息。散射光包括前向散射和侧向散射。其中前向散射也称为小角度散射，其强度和细胞的大小、形状、内部结构、折射率等因素相关，和被测颗粒体积呈正相关，常用于免疫表型分析。前向散射光和激光穿过颗粒的直透光在同一个方向，因此需要在前向散射探测器前面，放置一个光束挡板，滤掉直透光。该光束挡板根据光路需要可以为矩形、十字形或其他异形结构(如CN105917211A所描述的菱形)。在使用过程中，流动室的内壁会或多或少吸附一些杂质或气泡，造成内壁上出现大量的杂散光。由于流动室的内径很小，对于采集透镜而言，内壁和颗粒的物距几乎相等(相差100微米左右)，它们的像距也几乎相等。因此，大量的杂散光将和前向散射光一起被聚焦到探测器上，很容易就淹没了信号。入射到颗粒上的激光光束往往需要整形为椭圆光斑，这样即便每个颗粒经过光斑的位置不同，也不会造成激发光能量有太大的差异。比较成熟的整形方法包括使用变型棱镜对，或者柱透镜实现对光束一维方向的压缩。另一方面，现代流式细胞仪往往会采用两个以上的激光器作为激发光源，而由于棱镜色散角度不大，采用变型棱镜对需要将激光器置于较远的距离才不会相互干涉，不便于小型化(如US20040061853所描述的方式)。所以大多数流式细胞仪依然采用一对交叉放置的柱透镜来实现光束整形。公告号为CN103430009A的中国专利公开了一种用于流式细胞术的轴向光损失传感器系统，其合束并整形的方法为：先将多束激光合束，然后再统一由整形器件整形。大多数流式细胞仪均采用这种方法，其不足点是：对整形器件的要求相对较高，而且每组光束的聚焦尺寸和聚焦位置只能折衷处理。公告号为CN105917211A的中国专利公开了一种用于流式细胞仪的光学引擎、流式细胞仪系统及使用方法，其对每个激光束都配置一对柱面镜。这种方案的好处是可以实现将每个激光源精确聚焦到流动室的不同位置，但是其存在的缺点则是：装调比较麻烦，而且对空间布置有要求。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本技术提供了一种新型流式细胞仪的光路和探测系统，其采用的光路布局和调节方法使得在多激光仪器中，每个激光聚焦光斑的空间位置能精确调节，并且光斑大小能满足使用要求，同时探测系统能大大减小杂散光的影响，且安装调试简单。本技术的技术方案如下：一种流式细胞仪的光路和探测系统，其包括光源组、合束镜、光束整形系统、流动室、探测系统；所述光源组包括至少两种光源，所述合束镜为二向色镜，至少两种光源通过二向色镜实现合束；所述光束整形系统包括两组旋转轴正交设置的柱透镜组：第一柱透镜组和第二柱透镜组；所述二向色镜设于所述第一柱透镜组和第二柱透镜组之间；所述探测系统包括光学采集系统和探测器，所述探测器设于所述光学采集系统的后焦距之外；所述流动室的中心轴位于所述第二柱透镜组的后焦点上，且位于所述光学采集系统的前焦距之内。优选的方案，所述第一柱透镜组的数量有多个，且和所述光源组一一对应，所述第一柱透镜组用来将被净化滤光片过滤后的光源光束，在垂直于所述第一柱透镜组所包含的各柱透镜的旋转轴方向上压缩。进一步优选的方案，所述第一柱透镜组所包含的各柱透镜均可以在垂直于各自的旋转轴方向，并且垂直于相应的光源光束入射方向上精确调节，使第一柱透镜组所对应的光源在流动室上的光斑沿着液流流动方向精确分开排布。所述第二柱透镜组的数量为一个，用来将合束后的光源光束在垂直于第二柱透镜组的旋转轴方向上压缩。所述第二柱透镜组可以在垂直于其旋转轴方向，并且垂直于合束后的光源光束入射方向上精确调节，使参考光源光束在流动室上的光斑的重心位于流动室中样本流流动的中心轴上。所述二向色镜的角度可精确微调，使参考光源光束之外的光源光束在流动室上的光斑的重心位于流动室中样本流流动的中心轴上。所述第一柱透镜组为平凸单柱透镜或二次曲面单柱透镜；所述第二柱透镜组为消色差柱透镜组或者复消色差柱透镜组。所述光学采集系统包括依次设置的光束挡板、第一采集透镜组、参考光源光束窄带滤光片、第二采集透镜组和小孔光阑；所述光束挡板位于流动室和第一采集透镜组之间。所述第一采集透镜组与所述流动室中心轴之间的距离，在所述第一采集透镜组的一个焦距范围内。所述小孔光阑位于所述“流动室的中心”经采集透镜组成像后的像点上。工作时，激光从激光器出射后，经过激光净化滤光片，滤掉激发波长以外的光波，入射到第一柱透镜上，该组柱透镜用来实现对激光束的Y方向(对流动室而言)的压缩聚焦。从第一柱透镜出射后的激光束，经过二向色镜实现光束合束。合束后的多波长激光束继续入射到第二柱透镜上，实现光束的X方向(对流动室而言)的压缩聚焦，最终入射到流动室上的光束被聚焦成椭圆光斑。在多激光流式细胞仪中，每种激光的聚焦位置需要在流动室X方向上精确调节，使得光斑重心落在流动室样本流的中心轴上。同时，不同波长的聚焦光斑需要在Y轴上分开，以实现对不同染色颗粒的激发。在本专利技术中，将其中一种波长的激光束(通常为前散射探测的波长)设为参考激光，其他激光束聚焦在流动室中心的光斑的高度以此为参考。所有激光束聚焦光斑在Y方向上的位置通过对相应的第一柱透镜在Y-Z平面平移实现。而X方向的聚焦位置，参考光束通过对第二柱透镜在X-Z平面的平移实现，其他光束则通过微调其相应的二向色镜的俯仰实现。当流动室中的颗粒经过聚焦光斑时，会产生前向散射，同时还会有大量的激光直透光。直透光的光强远远超过散射光强，因此在进入采集透镜前，使用光束挡板过滤掉直透光，光束挡板可以为矩形、十字形或其他满足要求的异性结构。本专利技术的采集透镜为两组透镜，其中第一组透镜用来收集前向散射光，第二组透镜将被收集到的前向散射光会聚到探测器上。两组透镜之间放置有一片窄带滤光片，用来过滤掉参考波长以外波长，以减少串扰。另一方面，如背景所述，来自内部的大量杂散光会淹没前向散射信号。为此，采集透镜的第一组透镜并不是将前向散射光准直，而是使其发散，即流动室中心位于第一组透镜的焦点内，而非焦点上。发散的前向散射光相对于第二组透镜形成虚物，物距缩小，同时虚物之间的距离则被放大，这样经过第二组透镜聚焦后，内壁和颗粒的像点分开。在探测器前面加入小孔光阑，该光阑位于颗粒的像点上，从而只有前向散射光能通过，来自内壁的杂散光则被阻挡，大大提高了信噪比。综上所述本技术的有益效果在于：1、激光聚焦光斑尺寸和位置可以精确调节，降低了对整形器件的要求，和布局空间的要求，同时调节简单。2、采用离焦方式，增加了内壁像点和颗粒像点之间的距离，使得过滤更容易实现；配合挡板和小孔，即使在流动室内径污染的情况下依然能得到很高的信噪比，最终实现了对前向散射高信噪比的探测。附图说明图1为本技术的一种三色激光激发系统布局图；图2为本技术的另一种三色激光激发系统以及前散射光路的布局图。1、2、3分别为不同波长光束的独立路径：第一激光光束、第二激光光束和第三激光光束，11、21、31分别为第一激光器、第二激光器、第三激光器，12、2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种流式细胞仪的光路和探测系统，其包括光源组、合束镜、光束整形系统、流动室、探测系统；其特征在于，所述光源组包括至少两种光源，所述合束镜为二向色镜，至少两种光源通过二向色镜实现合束；所述光束整形系统包括两组旋转轴正交设置的柱透镜组：第一柱透镜组和第二柱透镜组；所述二向色镜设于所述第一柱透镜组和第二柱透镜组之间；所述探测系统包括光学采集系统和探测器，所述探测器设于所述光学采集系统的后焦距之外；所述流动室的中心轴位于所述第二柱透镜组的后焦点上，且位于所述光学采集系统的前焦距之内。

【技术特征摘要】
1.一种流式细胞仪的光路和探测系统，其包括光源组、合束镜、光束整形系统、流动室、探测系统；其特征在于，所述光源组包括至少两种光源，所述合束镜为二向色镜，至少两种光源通过二向色镜实现合束；所述光束整形系统包括两组旋转轴正交设置的柱透镜组：第一柱透镜组和第二柱透镜组；所述二向色镜设于所述第一柱透镜组和第二柱透镜组之间；所述探测系统包括光学采集系统和探测器，所述探测器设于所述光学采集系统的后焦距之外；所述流动室的中心轴位于所述第二柱透镜组的后焦点上，且位于所述光学采集系统的前焦距之内。2.根据权利要求1所述的一种流式细胞仪的光路和探测系统，其特征在于，所述第一柱透镜组的数量有多个，且和所述光源组一一对应，所述第一柱透镜组用来将被净化滤光片过滤后的光源光束，在垂直于所述第一柱透镜组所包含的各柱透镜的旋转轴方向上压缩。3.根据权利要求2所述的一种流式细胞仪的光路和探测系统，其特征在于，所述第一柱透镜组所包含的各柱透镜均可以在垂直于各自的旋转轴方向，并且垂直于相应的光源光束入射方向上精确调节，使第一柱透镜组所对应的光源在流动室上的光斑沿着液流流动方向精确分开排布。4.根据权利要求3所述的一种流式细胞仪的光路和探测系统，其特征在于，所述第二柱透镜组的数量为一个，用来将合束后的光源光束在垂直于第二柱透镜组...

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