用于成像流式细胞术的设备、系统和方法技术方案

本公开提供了用于在相对高的事件率下通过流式细胞术进行颗粒分析以及用于收集颗粒的高分辨率图像的设备、系统和方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于成像流式细胞术的设备、系统和方法
本公开涉及用于流体流动中细胞和其它微粒的成像设备、系统和方法的领域。
技术介绍
流式细胞术是以高速度对颗粒进行的分析，其中细胞或颗粒传输通过高度聚焦的激光束，在所述激光束中，积分的荧光和散射光由一组检测器收集。这通常以高度并行的方式进行，其中颗粒在其行进通过系统期间横越多个激光器/检测组。所得数据用于确定性质(如表面蛋白质、内部标记物、颗粒形状的粗略估计等)的存在或不存在。在典型的细胞计数器中，这种分析以每秒100到100,000个细胞的速率进行。期望收集与尽可能多的细胞相关联的光，但是在操作中，必须避免称为重合的情况。当多于一个细胞/颗粒同时处于激光束中时，重合就会发生。重合率与颗粒在激光器中花费的时间(探询时间)成正比。一般来说，探询时间越短，重合概率就越低。为此，通常采用非常低的占空比(<10％)和几微秒级的短探询时间以努力使重合事件最小化。然而，在收集足够的光子以进行检测时，微秒级的探询时间造成困难。为了克服这个问题，采用高功率激光器、光电子倍增检测器(如光电倍增管(PMT)和雪崩光电二极管(APD))以及快速电子器件的组合。几十年来，这一直是流式细胞术设计的标准。当信号是由整个细胞生成的积分响应时，这些超短探询时间通常是可接受的，就像传统流式细胞术方法中所做的那样。然而，如果需要更高的空间分辨率数据，如以允许细胞膜、细胞核、细胞质和/或细胞器可视化的方式对细胞进行成像，那么这样短的时间是有问题的。由于高分析速率所需的短探询时间，因此流式细胞术中的高分辨率成像受到限制。如与从整个细胞收集积分信号相反，如相机等成像检测器必须逐个像素地对来自细胞上的更小位置的光进行检测。以高速度收集单细胞高分辨率图像的挑战是困难的，因为由每个像素生成的光子计数远低于积分光子计数。为此，在流式细胞仪中进行的成像通常以较长的探询时间进行以增加光子计数。然而，较长的探询时间大大降低了事件率，并且因此成像流式细胞术主要用于利基应用。因此，本领域长期需要用于成像流式细胞术的设备、系统和方法，所述设备、系统和方法能够操作以便以相对缓慢和相对较快的探询时间收集信息。
技术实现思路
一方面，本公开提供了系统，其包括：流动通道，所述流动通道具有入口，并且所述流动通道限定了流体通过其连通的流动路径；第一光具组，所述第一光具组包括第一照明源和第一检测模块，所述第一检测模块被安置成接收与由所述第一照明源照亮的所述流动通道的第一区域相关的信号，所述第一区域定位在距所述流动通道的所述入口的第一距离处；第二光具组，所述第二光具组包括第二照明源和第二检测模块，所述第二检测模块被安置成与由所述第二照明源照亮的所述流动通道的第二区域相关的信号，所述第二区域定位在距所述流动通道的所述入口的第二距离处，所述第二距离大于所述第一距离，并且(a)其中所述流动通道的所述第一区域限定第一横截面面积，其中所述流动通道的所述第二区域限定第二横截面面积，并且其中所述第一横截面面积和所述第二横截面面积在面积上、形状上或在面积和形状两者上彼此不同，或(b)其中(i)所述系统包括进入所述流动通道的所述入口与所述流动通道的所述第一区域之间的所述流动通道的导管，(ii)所述系统包括进入所述流动通道的所述第一区域与所述第二区域之间的所述流动通道的导管，或(i)和(ii)两者，(c)其中所述系统包括流速调节器，所述流速调节器被配置成调节所述流动路径中的速度，或(d)所述系统进一步包括场模块，所述场模块被配置成增加或减少所述流动通道的区域处的场，以便使所述流动通道中的流动中的至少一些颗粒移动并且对从所述流动通道中的所述流动内的颗粒速度的速度流线S0到所述流动通道中的所述流动内的颗粒速度的速度流线S1的场敏感，其中在所述流动通道的第一区域与第二区域之间，系统操作期间S0处的所述颗粒速度不同于S1处的颗粒速度，或(a)、(b)、(c)、或(d)的任何组合。另一方面，本公开提供了方法，其包括：使颗粒群流动通过流动通道；使用第一光具组，在所述流动通道的第一区域处照亮所述颗粒群中的至少一些并收集与所述照明有关的第一信号；使用第二光具组，在所述流动通道的第二区域处照亮所述颗粒群中的至少一些并收集与所述照明有关的第二信号，所述流动通道的所述第一区域处的颗粒速度不同于所述流动通道的所述第二区域处的颗粒速度，并且所述第一信号不同于所述第二信号。进一步提供了方法，其包括：在从流动通道的第一区域朝向所述流动通道的第二区域的方向上使颗粒群传送通过所述流动通道；使用第一光具组，在所述流动通道的所述第一区域处照亮所述颗粒群中的至少一些并收集与所述照明有关的第一信号；使用第二光具组，在所述流动通道的所述第二区域处照亮所述颗粒群中的至少一些并收集与所述照明有关的第二信号；增加或减少所述流动通道的所述第一区域与所述第二区域之间的颗粒子集上的场，增加或减少所述场，以便将所述颗粒子集从所述流动通道内的颗粒速度的速度流线S0移动到所述流动通道内的颗粒速度的速度流线S1，其中S0处的所述颗粒速度不同于S1处的所述颗粒速度。附图说明当结合附图阅读时，将进一步理解
技术实现思路
以及以下具体实施方式。出于说明本技术的目的，在附图中示出了本专利技术的示例性和优选实施例；然而，本公开不限于所公开的具体方法、组合物和装置。另外，附图不一定按比例绘制，并且附图的各个部分上的文本标签仅是说明性的并不限制所公开的技术。在附图中：图1提供了以不同速度横越不同探询区的颗粒的图示；图2描绘了具有不同横截面的流动池可以如何改变不同探询位置之间的颗粒的速度；图3A提供了流动池，所述流动池通过在探询区之间注入或移除鞘液来操作，以便在探询区之间产生颗粒的速度差；图3B提供了流动池，所述流动池通过在探询区之间采用流速调节器来操作，以便在探询区之间产生颗粒的速度差；图3C提供了流动池，所述流动池通过在探询区之间采用场模块来操作，以便在探询区之间产生颗粒的速度差；图4提供了流动池，所述流动池被配置成沿着颗粒流动的方向收集图像；图5提供了流动池，所述流动池被配置成沿着颗粒的流动路径收集图像；并且其中通过增大流动通道尺寸来减小颗粒的速度，并且可以通过适当调整输出端口的大小来进一步减小颗粒的速度以调整颗粒轨迹；图6描绘了常规流式细胞术数据(高度、面积和宽度)以及还有若干颗粒中的每一个颗粒的图像数据的集合；图7描绘了流式细胞仪，所述收流式细胞仪收集常规流式细胞术数据并在颗粒被分选之前捕获所述颗粒的一个或多个图像；图8描绘了流式细胞仪，所述流式细胞仪在颗粒/细胞被分选之后捕获颗粒/细胞的一个或多个图像或其它数据；并且其中分选后区域可以进一步包括阱和/或其它用于经过分选的颗粒/细胞的下游操纵的装置；图9描绘了一种系统，所述系统被配置成捕获合成图像，如收集同一图像内的明场和荧光数据两者；图10描绘了由成像光学器件产生的会聚波形；并且还有其中二色性选择性地允许光以产生无像差的图像的方式通过或反射，同时使用多个相机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统，其包括：/n流动通道，/n所述流动通道具有入口，并且/n所述流动通道限定了通过其连通的流体的流动路径；/n第一光具组，所述第一光具组包括第一照明源和第一检测模块，/n所述第一检测模块被安置成接收与由所述第一照明源照亮的所述流动通道的第一区域相关的信号，所述第一区域位于距所述流动通道的所述入口的第一距离处；/n第二光具组，所述第二光具组包括第二照明源和第二检测模块，/n所述第二检测模块被安置成接收与由所述第二照明源照亮的所述流动通道的第二区域相关的信号，所述第二区域位于距所述流动通道的所述入口的第二距离处；/n所述第二距离大于所述第一距离，并且/n(a)其中所述流动通道的所述第一区域限定第一横截面面积，其中所述流动通道的所述第二区域限定第二横截面面积，并且其中所述第一横截面面积和所述第二横截面面积在面积上、形状上或在面积和形状两者上彼此不同，或/n(b)其中(i)所述系统包括进入位于所述流动通道的所述入口和所述流动通道的所述第一区域之间的所述流动通道的导管，(ii)所述系统包括进入位于所述流动通道的所述第一区域和所述第二区域之间的所述流动通道的导管，或(i)和(ii)两者，/n(c)其中所述系统包括流速调节器，所述流速调节器被配置成调节所述流动路径中的颗粒的速度，或/n(d)所述系统进一步包括场模块，/n所述场模块被配置成增加或减小所述流动通道的区域处的场，以使所述流动通道中的一流体中的至少一些对场敏感的颗粒从所述流动通道中的所述流体内的颗粒的速度的速度流线S...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170331 US 62/479,7341.一种系统，其包括：
流动通道，
所述流动通道具有入口，并且
所述流动通道限定了通过其连通的流体的流动路径；
第一光具组，所述第一光具组包括第一照明源和第一检测模块，
所述第一检测模块被安置成接收与由所述第一照明源照亮的所述流动通道的第一区域相关的信号，所述第一区域位于距所述流动通道的所述入口的第一距离处；
第二光具组，所述第二光具组包括第二照明源和第二检测模块，
所述第二检测模块被安置成接收与由所述第二照明源照亮的所述流动通道的第二区域相关的信号，所述第二区域位于距所述流动通道的所述入口的第二距离处；
所述第二距离大于所述第一距离，并且
(a)其中所述流动通道的所述第一区域限定第一横截面面积，其中所述流动通道的所述第二区域限定第二横截面面积，并且其中所述第一横截面面积和所述第二横截面面积在面积上、形状上或在面积和形状两者上彼此不同，或
(b)其中(i)所述系统包括进入位于所述流动通道的所述入口和所述流动通道的所述第一区域之间的所述流动通道的导管，(ii)所述系统包括进入位于所述流动通道的所述第一区域和所述第二区域之间的所述流动通道的导管，或(i)和(ii)两者，
(c)其中所述系统包括流速调节器，所述流速调节器被配置成调节所述流动路径中的颗粒的速度，或
(d)所述系统进一步包括场模块，
所述场模块被配置成增加或减小所述流动通道的区域处的场，以使所述流动通道中的一流体中的至少一些对场敏感的颗粒从所述流动通道中的所述流体内的颗粒的速度的速度流线S0移动到所述流动通道中的所述流体内的颗粒的速度的速度流线S1，其中在系统操作期间，在所述流动通道的所述第一区域与所述第二区域之间，S0处的所述颗粒速度不同于S1处的所述颗粒速度，或
(a)、(b)、(c)或(d)的任何组合。


2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一横截面面积和所述第二横截面面积在面积上彼此不同，并且所述第一横截面面积与第二横截面面积的比率为约100:1到约1:100，但不包括1:1。


3.根据权利要求1至2中任一项所述的系统，其中所述流动通道限定了主轴线。


4.根据权利要求3所述的系统，其中所述第一照明源和所述第二照明源中的至少一个被配置成提供基本上平行于所述流动通道的所述主轴线的照明。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中所述流动路径至少部分是非线性的。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其进一步包括颗粒分离器，所述颗粒分离器与所述流动通道流体连通。


7.根据权利要求6所述的系统，其中所述分离器被配置成基于颗粒大小、颗粒形状、颗粒质量、与一个或多个颗粒相关联的信号，或其任何组合来使颗粒转向。


8.根据权利要求7所述的系统，其中所述分离器被配置成基于与一个或多个颗粒相关联的所述信号使所述流动通道内的颗粒转向。


9.根据权利要求6至8中任一项所述的系统，其中所述系统被配置成收集分离的颗粒的一个或多个图像。


10.根据权利要求1至9中任一项所述的系统，其中所述第一检测模块或所述第二检测模块中的至少一个包括多个检测器。


11.根据权利要求1至10中任一项所述的系统，其进一步包括与至少一个检测模块光连通的光反射器、分光器或两者。


12.根据权利要求1至11中任一项所述的系统，其中所述第一光具组或所述第二光具组中的一个或两个被配置成在所述流动通道内的两个或更多个平面处实现成像。


13.根据权利要求12所述的系统，其中所述第一光具组或所述第二光具组中的一个或两个被配置成在两个或更多个焦面处收集图像。


14.根据权利要求12至13中任一项所述的系统，其中所述第一光具组或所述第二光具组中的至少一个被配置成在两个或更多个平面处聚焦照明。


15.根据权利要求1至12中任一项所述的系统，其中所述第一光具组被配置成使得来自所述第一照明源的照明轴线偏离所述第一检测模块一定角度，其中所述第二光具组被配置成使得来自所述第二照明源的照明轴线偏离所述第二检测模块一定角度，或两者。


16.根据权利要求1至15中任一项所述的系统，其中所述第一照明源、所述第二照明源或两者包括激光器、灯、发光二极管，或其任何组合。


17.根据权利要求1至16中任一项所述的系统，其中所述第一检测模块、所述第二检测模块或两者包括光电倍增管、雪崩光电二极管、相机、硅光电倍增器，或其任何组合。


18.根据权利要求1至17中任一项所述的系统，其中所述系统被配置成使得(a)所述第二光具组的操作、(b)所述分离器的操作，如果存在的话，或(a)和(b)两者，与由所述第一光具组收集的信号有关。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·卡达查克，M·沃德，
申请(专利权)人：生命技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US