专利名称：一种光路自动校正的细胞激光激发检测装置及其方法
技术领域：
本发明涉及生物医学测量和医疗器械技术领域，具体涉及一种光路自动校正的细胞激光激发检测装置及其使用方法。
背景技术：
利用激光技术来对细胞或颗粒的大小和分布情况进行测量，具有速度快、不与检测物质直接接触等优点，在粒度仪和细胞检测仪等应用中越来越受青睐。其中，激光粒度仪是采用激光器作为光源，运用Mie散射理论来对粉末、液体和气体中微小颗粒进行快速计数和体积测量的仪器，并通过反演可以得到颗粒粒度分布，从而实现颗粒的检测，已经被广泛应用于石化、陶瓷、粉体、涂料、制药、水泥、军工等领域。但是传统的激光粒度仪大多是通过检测散射光来对粉体、悬液和气体颗粒进行粒径大小和形态分布的测量，而对于颗粒本身的性质和其内部组分性质无法进行分析测量；也无法对生物细胞，比如对白细胞中的淋巴细胞、中性粒子细胞、单核细胞等细胞的大小、形态，以及细胞膜表面抗原抗体、细胞质和细胞核的性状等，将无法进行测量和做定量分析。目前，对生物细胞进行检测，特别是对细胞抗原抗体及细胞内的组分和形态进行检测，是通过细胞进行染色标记，然后利用流式细胞仪来测量的。对于流式细胞仪而言，虽然可以通过检测细胞的前向、侧向散射光和激发荧光来对细胞的体积和细胞内部组分进行分析，但是使用的流式细胞仪时间长了，其光路系统将会发生一定程度的偏移，而偏移量的多少很难准确得到，使得整个光路系统调试比较困难，从而影响了最终测试的重复性。
发明内容
为了克服上述细胞检测的不足之处，本发明专利提出了一种光路自动校正的细胞激光激发检测装置及其使用方法。具体方案如下
一种光路自动校正的细胞激光激发检测装置，包括激光辐射单元、流动检测单元、前向探测单元、数据处理单元，还包括侧向探测单元、光路校正单元；所述前向探测单元沿光传播方向由会聚准直镜、前向滤光片和前向散射光探测器构成；
所述前向散射光探测器采用同心环形结构硅光电池探测器；
所述的硅光电池探测器环数大于2环，由内至外，有用于检测细胞前向散射光的直流分量的第一环、用于检测细胞前向小角度散射光第二环；用于检测细胞前向大角度散射光的第三环及外部其他各环；
所述光路校正单元由I/O卡和三维机械扫描平台依次电气连接构成；激光辐射单元固定于光路校正单元的三维机械扫描平台上。激光辐射单元发出激光，打在流动检测单元，由前向探测单元、侧向探测单元将成像的光信号转换成电信号，再由数据处理单元处理成数字信号、数据分析软件分析处理，经数据分析软件处理后的电信号经过I/O卡输出至三维机械扫描平台的三个步进电机，实现三维机械扫描平台的上下、前后和左右的平行移动，以此来实现光路的自动校正。为了达到更好的检测效果，所述硅光电池探测器环数为2-5环，优选为5环，由内至外，有用于检测细胞前向散射光的直流分量的第一环、用于检测细胞前向小角度散射光第二环；用于检测细胞前向大角度散射光的第三环及外部其他各环。所述激光辐射单元沿光传播方向依次由激光器组件、准直透镜聚焦透镜构成； 所述的激光器组件沿光传播方向由三个不同波长的激光器和两个不同选通波长的二
色分光镜构成；
激光器I发出的光与激光器2和激光器3发出的光成90度，二色分光镜I将激光器发出的光顺利通过，而将激光器发出的光垂直反射，使得激光器发出的光和激光器发出的光平行而出；二色分光镜2将激光器和激光器发出的光顺利通过，而将激光器发出的光垂直反射，最终使得激光器、激光器和激光器发出的光三者混合平行而出；
二色分光镜与激光器和激光器发出的光均成45度夹角，二色分光镜与二色分光镜平行，且在同一条直线上。所述流动检测单元从外至内为检测室、检测室内的鞘流管、鞘流管内的样品管、位于流动监测单元下部的喷嘴构成，样品管和鞘流管均与喷嘴相连，样品液和鞘流液可从喷嘴喷出；
所述的检测室为透明石英玻璃材料制成的中空封闭室，检测室的内外玻璃面保持平行。流动室内部的鞘流管中充满流动的鞘液，鞘液可为磷酸盐缓冲液。被测细胞悬液在正压力下，形成样本流通过样品管被吸入流动室内，并且通过喷嘴喷出，而鞘液在高压下通过鞘流管喷出。由于鞘液的流速大于被测细胞悬液的流速，通常被测细胞悬液样本流的流速控制在lOm/s以下，而鞘液流速相比样本流流速比在1:50至几百。这样就使得被测细胞悬液在鞘流液的包裹下，以细胞液柱的形式同轴通过轴流的中央，并且被测细胞以单个细胞排队的形式通过流过检测区在该孔的中心。所述侧向探测单元沿光传播方向由侧向光接收镜、双色性反射镜、侧向散射光探测单元和荧光探测单元构成；
所述侧向散射光探测单元沿光传播方向由侧向散射光滤光片、侧向散射光傅里叶透镜和侧向散射光探测器构成；
所述的侧向散射光探测单元和荧光探测单元以双色性反射镜成夹角90度分布，其中散射光探测单元光轴与侧向光轴平行，荧光探测单元光轴与侧向光轴垂直。荧光探测单元沿光传播方向由荧光滤光片轮组件、荧光傅里叶透镜和荧光探测器构成；
所述的侧向散射光探测器和荧光探测器均采用光电倍增管，其响应光波长范围从200nm 到 lOOOnm。所述数据处理单元由多路开关、信号放大器、数据采集卡、计算机、数据分析软件依次电气连接构成；
所述的激光辐射单元的光轴与流动检测单元的流动检测室水平中心线及前向探测单元的光轴在同一条直线，与侧向探测单元光轴成90度夹角。所述的样品管，其内部被测样品流速小于鞘流管中鞘流的流速，被测样品流速控制在IOm/s之内。所述的前向滤光片为吸收式带通滤光片，其选通中心波长为488nm。所述的机械扫描平台由三个步进电机控制，可以实现机械扫描平台的上下、前后和左右的平行移动。我们将前向散射光探测器设计为5个环，如图5所示。由内至外，其中第一环主要用于检测细胞散射光转换电信号的直流分量；第二环主要用于检测细胞的前向小角度散射光、第三环用检测细胞的前向大角度散射光、第四环和第五环主要用于检测受损细胞的前向大角度散射光。根据散射光角度分布，我们设0 I度的前向散射光分布在中心第一环，I 6度分布在第二环,6 15度分布在第三环，15 30度分布在第四环，30 45度分布在第五环。按照三角正切函数定律，即公式(2):
权利要求
1.一种光路自动校正的细胞激光激发检测装置，其特征在于包括激光辐射单元(100)、流动检测单元(200)、前向探测单元(300)、数据处理单元(500)，还包括侧向探测单元(400)、光路校正单元(600);所述前向探测单元(300)沿光传播方向由会聚准直镜(310)、前向滤光片(320)和前向散射光探测器(330)构成；所述前向散射光探测器(330)采用同心环形结构硅光电池探测器；所述的硅光电池探测器环数大于2环，由内至外，有用于检测细胞前向散射光的直流分量的第一环(331)、用于检测细胞前向小角度散射光第二环(332);用于检测细胞前向大角度散射光的第三环(333)及外部其他各环；所述光路校正单元(600)由I/O卡(610)和三维机械扫描平台(620)依次电气连接构成；激光辐射单元(100)固定于光路校正单元(600)的三维机械扫描平台(620)上。
2.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于所述硅光电池探测器环数为2-5环，优选为5环，由内至外，有用于检测细胞前向散射光的直流分量的第一环(331)、用于检测细胞前向小角度散射光第二环(332);用于检测细胞前向大角度散射光的第三环(333)及外部其他各环。
3.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于所述激光辐射单元(100)沿光传播方向依次由激光器组件(110)、准直透镜(120)、聚焦透镜(130)构成；所述的激光器组件(110)沿光传播方向由三个不同波长的激光器和两个不同选通波长的二色分光镜构成；激光器I (111)发出的光与激光器2 (112)和激光器3 (113)发出的光成90度，二色分光镜I (114)将激光器(111)发出的光顺利通过，而将激光器(112)发出的光垂直反射，使得激光器(111)发出的光和激光器(112)发出的光平行而出；二色分光镜2 (115)将激光器(111)和激光器(112)发出的光顺利通过，而将激光器(113)发出的光垂直反射，最终使得激光器(111)、激光器(112)和激光器(113)发出的光三者混合平行而出；二色分光镜(114)与激光器(111)和激光器(112)发出的光均成45度夹角，二色分光镜(115)与二色分光镜(114)平行，且在同一条直线上。
4.如权利要求书I所述的检测装置，其特征在于所述流动检测单元(200)从外至内为检测室(210 )、检测室内的鞘流管(220 )、鞘流管内的样品管(230 )、位于流动检测单元下部的喷嘴(240)构成，样品管和鞘流管均与喷嘴相连，样品液和鞘流液可从喷嘴喷出。
5.如权利要求书4所述的检测装置，其特征在于所述的检测室(210)为透明石英玻璃材料制成的中空封闭室，检测室的内外玻璃面保持平行。
6.如权利要求书I所述的检测装置，其特征在于所述侧向探测单元(400)沿光传播方向由侧向光接收镜(410)、双色性反射镜(420)、侧向散射光探测单元(430)和荧光探测单兀(440)构成；所述侧向散射光探测单兀(430)沿光传播方向由侧向散射光滤光片(431)、侧向散射光傅里叶透镜(432)和侧向散射光探测器(433)构成；所述的侧向散射光探测单元(430)和荧光探测单元(440)以双色性反射镜(420)成夹角90度分布，其中散射光探测单元(430)光轴与侧向光轴平行，荧光探测单元(440)光轴与侧向光轴垂直；荧光探测单元(440)沿光传播方向由荧光滤光片轮组件(441)、荧光傅里叶透镜(442)和荧光探测器(443)构成。
7.如权利要求书6所述的检测装置，其特征在于所述的侧向散射光探测器(433)和荧光探测器(443)均采用光电倍增管，其响应光波长范围从200nm到lOOOnm。
8.如权利要求书I所述的检测装置，其特征在于所述数据处理单元(500)由多路开关(510)、信号放大器(520)、数据采集卡(530)、计算机(540)、数据分析软件(550)依次电气连接构成。
9.如权利要求书I所述的检测装置，其特征在于所述的激光辐射单元(100)的光轴与流动检测单元的流动检测室(200)水平中心线及前向探测单元(300)的光轴在同一条直线，与侧向探测单元光轴成90度夹角。
10.权利要求1所述细胞激光激发检测装置的使用方法，其特征在于包括如下步骤开机，将样品加入样品管中，激光辐射单元发出激光，打在流动检测单元样品管内的被测细胞上，前向探测单元和侧向探测单元分别接收被测细胞的前向散射光和侧向散射光及侧向荧光后，再将成像的光信号转换成电信号，由数据处理单元处理成数字信号后，再由数据分析软件对数据信号分析处理，得出光偏移量；根据光偏移量把数据分析软件处理后的电信号经过I/o卡(610)输出至三维机械扫描平台(620)的三个步进电机，实现三维机械扫描平台(620)的上下、前后和左右的平行移动，以此来实现光路的自动校正。
全文摘要
本发明涉及一种细胞激光激发检测装置，包括激光辐射单元、流动检测单元、前向探测单元、数据处理单元，还包括侧向探测单元光路校正单元。本发明既可以对细胞的前向和侧向散射光探测来实现细胞大小和分布进行测量之外，还可以校正光路。相比其他类型的细胞检测装置和技术，本发明在提高测量准确度、光路校正、系统稳定性等方面有较大的提高，具有很好的实用性。
文档编号G01N21/15GK103063626SQ20121053798
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月13日 优先权日2012年12月13日
发明者刘国栋, 任重, 徐浩 申请人:江西科技师范大学