流式细胞仪中用于增强照明效果的照明系统的利记博彩app
【专利摘要】流式细胞仪中用于增强照明效果的照明系统，解决现有流式细胞仪中光照效果受到影响，降低了光的有效利用率。进而降低了信号强度等问题，本发明用于增强照射到通过反射腔体的物体上光强。该反射腔体内表面为椭球形状，在该反射腔体有若干小孔分布在该椭球面上。液流经由该椭球上的两个孔穿过该椭球，并穿过该椭球的第一焦点。一束入射光照射经由该椭球上的入射孔进入该反射腔体，光线在该反射腔体内经该椭球内表面来回反射多次，以此增强照射在物体上的光强强度。从物体上发出的散射光，经由出射孔被探测器接收。利用该反射腔体对入射光的重复利用，提高了信号的信噪比和探测系统的灵敏度。
【专利说明】流式细胞仪中用于増强照明效果的照明系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种对运动物体照明，并探测和分析运动物体的性质的装置和方法，该方法通过增加照射到物体上的光通量，用以增强散射或者激发光信号强度，该物体可以是细胞。
【背景技术】
[0002]随着流式技术的发展，其功能得到了很多发展，但是对于其功能和性能的要求也是越来越高，比如对于普通细胞的检测已经不能满足大量的其它的研宄，包括对于微小细菌等尺度小于200纳米的对象，目前典型的流式细胞仪还很难对其进行研宄。就一般流式细胞仪本身，信噪比，灵敏度和高度是其重要的性能指标，主要原因在于，光线对于相同细胞照射在不同的侧面，散射光的分布也是不同的，并且散射出的荧光属于很微弱的信号，因此在流式细胞仪当中就会产生很多的随机干扰信号。急需一种能有效提高入射到细胞上的光的系统，用于提高该系统的信噪比(SNR)。
[0003]在非成像式的流式细胞仪中，通常使用光电倍增管(PMT)用于微弱散射光的探测，但是探测信号的质量依赖于流动时内照射到细胞上的光强强度，也就是说，需要采用高功率的激光器才能得到高质量的荧光信号。
[0004]流式细胞仪噪声在光学系统方面来说主要来源于光信号本身的随机性，这种随机性符合泊松统计。在入射到物体(细胞，微球，微生物等)上光子数固定的情况下，这种随机性是不可避免的，因此要想提高信噪比，只能提高照射到物体上的光子数。要想提高入射到探测器上的光子数量，除了直接提高光源强度以外，还可以对入射光进行重复利用，这样同样可以增强，比如在专利US6947136B2中公开的一种，利用两个相对成锐角的反射面，入射光入射到第一反射面后又经过液流，经过第二反射面反射，后又穿过液流，如此反复，直到光线射出该腔体。但是该发明对于安装精度要求很高，而且只能利用直线穿过液柱的光线，而由于液柱无法避免的对入射光具有折射的作用，会改变光线的方向，因此光照效果就会受到影响，因此降低了光的有效利用率。在流式细胞仪当中，保持细胞被多角度均匀照射是重要的，因为流式细胞仪照明系统中照明系统和被照射物体存在相对运动，物体存在一定的空间分布，通常做法是把入射光的宽度展宽，保证在一定物体分布范围之内能被有效的照射，但是这样牺牲了照射在物体上的平均光强，因此降低了信号强度。
[0005]有必要提供一种能更有效利用光能量，能量利用对折射效应不敏感，而且全面收集光线剩余能量的方法。
【发明内容】
[0006]本发明为解决现有流式细胞仪中照明系统只能利用直线穿过液柱的光线，而由于液柱无法避免对入射光具有折射的作用，会改变光线的方向，因此光照效果受到影响，降低了光的有效利用率。进而降低了信号强度等问题，提供一种用于增强照明效果的装置。
[0007]流式细胞仪中用于增强照明效果的照明系统，该照明系统由一个内表面形状为椭球的腔体组成，所述椭球为一个长轴，两个相等短轴的椭球，在所述内表面上设有液流入孔，液流出孔，入射孔，出射孔，所述液流入孔和液流出孔中心连线垂直穿过椭球长轴，且交点与椭球的第一焦点重合，光源发出的入射光线经入射孔穿过第一焦点并垂直于液流入孔和液流出孔的中心连线，出射光线垂直于中心连线和入射光线；
[0008]经所述液流入孔流入液流柱内的物体经过被检测位置后从液流出孔射出照明系统，所述入射光线穿过被检测位置对液流柱内的物体照明，入射光线穿过液流柱，部分光线经椭球内壁发生多次反射，实现对被检测位置的液流柱内的物体多次照射；最终反射光线经出射孔进入光学系统，获得物体的像。
[0009]本发明的有益效果:本发明所述的照明系统用于增强照射到通过反射腔体的物体上光强。反射腔体内表面为椭球形状，在该反射腔体有若干小孔分布在该椭球面上。液流经由该椭球上的两个孔穿过该椭球，并穿过该椭球的第一焦点。一束入射光照射经由该椭球上的入射孔进入该反射腔体，光线在该反射腔体内经该椭球内表面来回反射多次，以此增强照射在物体上的光强强度。从物体上发出的散射光，经由出射孔被光学元件接收。利用该反射腔体对入射光的重复利用，提高了信号的信噪比和探测系统的灵敏度。本发明能有效提高照射到物体(这里的物体指细胞，标准珠，微生物等，下同)的光强，同时椭球体外壳屏蔽了部分杂散光，因而增强从物体上发出的光强强度，提高信噪比(SNR)，以此提高了检测结果的一致性。本发明降低了对光源强度的要求，且其照射效果对折射不敏感。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本发明所述的流式细胞仪中用于增强照明效果的照明系统的示意图；
[0011]图2为本发明所述的流式细胞仪中用于增强照明效果的照明系统中优选的增加数值孔径的照明系统
[0012]图3为本发明所述的流式细胞仪中用于增强照明效果的照明系统中具有防非散射光照射探测器的照明系统的示意图；
[0013]图4为流式细胞仪的系统总结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]本实施方式提出一种相对于已有发明，能更加有效提高照射到细胞上光强的照明系统。本实施方式通过一个椭球面重新收集穿过视场(物体被检测位置)的光线，并实现反复利用，并实现光线从不同角度照射到物体上，以此提高探测器接收到的信号强度，并增强信噪比。
[0015]结合图1至图4说明本实施方式，在照明系统100中，内腔体是一个椭球，检测位置101以椭球第一焦点107为中心，发明中的椭球形状，在本发明中优先选用两个轴长度相同的椭球，也就是一个长轴，另外两个短轴相等。这样的椭球，只有两个焦点。
[0016]光源发出的入射光线108从入射孔102穿过检测位置101，液流柱113夹带着物体106从液流入孔104进入照明系统100，穿过检测位置101，并从液流出孔105射出照明系统100，入射光线108在检测位置101对物体106进行了照明，但是在光能量中，只有很少部分得到了应用，光线在液流柱113上被折射，由于存在一定的随机性，光线出射的光线可能沿第一光线111方向或者第二光线112方向等，这些出射光线均是首先打到椭球内壁上，然后反射，根据椭球的性质，从第一个焦点107出射的光线，反射光线会到第二个焦点110，穿过第二个焦点110的光线再次从反射内壁反射，则会回到第一个焦点107，这个性质是由椭球的性质所决定了的，因此本发明中的第一光线111和第二光线112尽管方向不同，但均会穿过第二焦点110后回到第一焦点107，如此往复，就实现了对光能量的充分利用。
[0017]在已有的专利US6947136B2中，都假设光线沿直线传播，即图中第一光线111所示的方向，而光线直线传播的前提是介质没有折射率的变化或者垂直射入介质表面，而这两点在光线穿过液流柱的时候都是不能保证的，通常都会有变化，比如图中第二光线112所示的方向，在这种情况下，已有的专利中的原理将失效，而本专利中的原理仍然有效，也就是说被折射并偏离的光线仍然能重新被收集并照射到检测位置101中。
[0018]由于通过第一焦点107的光线会逐渐渐进到长轴方向上，并在长轴两个端点上来回反射，因此本实施方式中的椭球，液流入孔104和液流出孔105大小可以调节，比如把液流入孔104和液流出孔105调大，在一定范围内，不会影响照明效果，在我们的设计当中。椭球两个短轴长2厘米，长轴4厘米，液流入孔104和液流出孔105直径为0.5厘米。
[0019]从物体散射出来的光线109穿过出射孔103进入光学系统，一般选择使得，液流入孔104和液流出孔105中心连线a (图未示)垂直穿过长轴，交点选择在第一焦点107，该入射光线108中心也穿过第一焦点107，并且垂直于中心连线a，该出射光线109垂直于中心连线a和入射光线108。在本发明中，可以调节入射孔102和出射孔103的位置，实现不同的光照系统位型，但是保持上述相对位置关系不变。
[0020]为了提高出射的散射光的光强，本发明的实施方式优选位形结合图2，图2是本实施方式优选的增加数值孔径的照明系统，与图1所示不同的是，液流入孔104和液流出孔105连线穿过第一焦点107，出射孔103选择在尽量靠近第一焦点107的位置，该靠近的位置距离出射孔半径大于等于1mm，但是远离该椭圆长轴端点的一个位置，比如，出射光线与椭圆长轴成45度角。入射孔102依然保持上述的相对位置，所述入射孔102保持垂直于出射光线和液流柱，入射光线108穿过检测位置101，被物体散射，散射光穿过出射孔103。所述的检测位置101在第一焦点107附近，可以理解为在离第一焦点为中心的，半径很小(比如0.5mm)的球形范围内部。
[0021]在上述实施方式中，无法实现流式细胞仪中的明场照明，这种照明是实现明场入射光照射到物体上，穿过物体，在明场入射光的方向上被探测器接收。如图3所示，在本发明的实施方式中，可以在检位置101，出射孔103连线方向，并且与椭球面相交的点附近开一个漏光孔307。漏光孔307可以使得明场照明得以实现，明场光源发出的光穿过漏光孔307，入射到检测位置101，并穿过出射孔103被光学系统接收。漏光孔的另外一个作用就是防止入射光线108的非散射光直接穿过出射孔103被光学系统接收，因为这样的非散射光需要通过漏光孔307的位置才能沿着出射光线109的方向到达光学系统。
[0022]结合图4说明本实施方式，图4是成像流式细胞仪的系统总结构示意图。入射光线从光源401发出，在光线进入照明系统100之前可以对光线的波前进行调整(图未示)，波前调整可以改变波前的能量分布，优化照明效果，比如扩展光能量分布使得整个视场都被均匀照明。对该光源401，可以是激光器，激光器组，发光二极管等，照明系统100，可以是本实施方式中图1至图3中任意一形式的照明系统，对于图1和图2中的照明系统100，可以在出射后的光学系统中增加滤除非散射光的元件，比如滤波片，对于图3中的照明系统，可以增加明场光源(图未示)，可以实现对物体的明场照明，对于出射光线109经过物镜组404，经过色散元件405，这里色散元件可以是光栅，棱镜或者二相色镜组等，经过物镜组406在探测器407上成像，探测器407可以是TDI (time-delay-1ntegrat1n)探测器，CO)(电荷耦合元件)探测器，PMT(光电倍增管)等。
[0023]本发明中的照明系统不限于成像流式细胞仪，对于常用的传统流式细胞仪同样适用，只要是为了增强光照强度，减少对激光器功率的要求的情况，本发明都适用。
【权利要求】
1.流式细胞仪中用于增强照明效果的照明系统，其特征是，该照明系统(100)由一个内表面形状为椭球的腔体组成，所述椭球为一个长轴，两个相等短轴的椭球，在所述内表面上设有液流入孔(104)，液流出孔(105)，入射孔(102)，出射孔(103)，所述液流入孔(104)和液流出孔(105)中心连线垂直穿过椭球长轴，且交点与椭球的第一焦点(107)重合，光源发出的入射光线(108)经入射孔(102)穿过第一焦点(107)并垂直于液流入孔(104)和液流出孔(105)的中心连线，出射光线(109)垂直于中心连线和入射光线(108)； 经所述液流入孔(104)流入液流柱(113)内的物体(106)经过被检测位置(101)后从液流出孔(105)射出照明系统，所述入射光线(108)穿过被检测位置对液流柱(113)内的物体(106)照明，入射光线(108)穿过液流柱(113)，部分光线经椭球内壁发生多次反射，实现对被检测位置的液流柱(113)内的物体(106)多次照射；最终反射光线经出射孔(103)进入光学系统，获得物体的像。
2.根据权利要求1所述的流式细胞仪中用于增强照明效果的照明系统，其特征在于，所述被检测位置(101)是以所述第一焦点(107)为中心，半径为0.5mm的球形范围区域。
3.根据权利要求1所述的流式细胞仪中用于增强照明效果的照明系统，其特征在于，所述液流入孔(104)和液流出孔(105)连线穿过第一焦点(107)，出射孔(103)靠近第一焦点(107)，经出射孔(103)的出射光线(109)与椭球长轴成45度角。
4.根据权利要求1至3任意一项权利要求所述的流式细胞仪中用于增强照明效果的照明系统，其特征在于，还包括一个漏光孔(307)，所述漏光孔(307)位于出射孔(103)和第一焦点(107)的连线上，且该漏光孔(307)位于以该连线与椭球面相交的点为中心的圆孔。
【文档编号】G01N15/14GK104502256SQ201410831264
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月29日 优先权日:2014年12月29日
【发明者】曾琪峰, 杜杰, 牛文达, 高庆嘉, 赵建, 孙强 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所