[實用新型]流式細胞儀采集鏡頭及雙色激光流式細胞儀的光學系統

有效

• 申請號: 201720317687.0
• 申請日: 2017-03-29
• 公開（公告）號: CN206638567U
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發明（設計）人: 周丹;郝屹
• 申請（專利權）人: 南充索爾恩科技有限公司
• 主分類號: G01N15/14
• 分類號: G01N15/14;G02B13/00
• 代理公司: 成都環泰知識產權代理事務所(特殊普通合伙)51242
• 代理人: 鄒翠,李斌

技術領域

本實用新型屬于光學儀器技術領域，涉及生物檢測、細胞分析技術，具體涉及一種流式細胞儀采集鏡頭及雙色激光流式細胞儀的光學系統。

背景技術

流式細胞分析及流式細胞術，是一種對單細胞或其他生物粒子進行定量分析和分選的檢測手段，可以短時間內高速分析成千上萬個細胞，并能同時從一個細胞中測得多個參數。流式細胞儀被稱為實驗室的CT，流式細胞儀的液流系統將細胞樣液聚焦為單細胞流層流，細胞排隊依次通過激光照射區。采用激光照射樣本，細胞的散射光，以及從細胞攜帶的染料上激發出的熒光，以細胞為中心，朝四周發射。因此，細胞可以看作是點光源。通過對熒光的收集分析，從而得到樣本的信息。

由于熒光信號很微弱，而且類似于點光源朝著四周發射。因此，盡可能多的接收熒光信號，是提高流式細胞儀探測性能的關鍵。而提高采集量的關鍵則是使用大數值孔徑的收集鏡頭。目前大數值孔徑的鏡頭主要為顯微鏡頭，然而顯微鏡頭的工作距離一般為小于1mm，流式細胞儀的流動室壁厚則一般都大于1.5mm，無法匹配。對于更加昂貴的大數值孔徑、長工作距的顯微鏡頭，其物高往往很小。因為顯微鏡可以移動載物臺，所以設計鏡頭時往往只對軸上物點做優化。而對于配置多個激光光源的流式細胞儀，其光斑之間的最大間距可以達到400μm，面對這種場景，長工作距的顯微鏡頭也無法勝任。因此，設計大視場范圍、長工作距離、大數值孔徑的采集鏡頭是高性能流式細胞儀急需解決的問題。

公開號為CN103091821A的中國專利公布了一種光收集系統及細胞分析儀，該采集鏡頭數值孔徑為1.2，軸上光斑RMS半徑為100μm，軸外光斑RMS半徑為200μm。然而該4組6片的采集鏡頭，卻用掉了5種不同的玻璃，顯然鏡頭結構還不是最優。

美國專利US6510007B1采用了BK7和SF8兩種常見的肖特玻璃，實現了1.75mm的工作距離，軸上光斑RMS小于100μm。該鏡頭總共5組8片，鏡片較多，鏡頭相對較長。

目前用于流式細胞儀的采集鏡頭大多只針對單激光的配置，這些鏡頭的視場范圍小，不能滿足多色光流式細胞儀的需求。而視場范圍大，數值孔徑大的鏡頭又較為復雜，或者材料要求高，或者鏡片數量多，價格昂貴。

對于多色激光流式細胞儀而言，當流式細胞儀配置多個激光時，激光聚焦點沿著流動室軸線縱向分布，每個激光聚焦點都會激發出熒光和散射光，此時可以看作在流動室的軸線上有多個點光源。每兩個光點的間隔在幾十微米到兩百微米之間。為了將這些光點從空間上分開，一般方法為：先使用采集透鏡組將光點軸向放大，然后使用反射鏡進行空間分光，或者直接使用光纖接收。由于成本以及空間結構的限制，采集鏡頭的放大倍數一般在10～20倍之間，因此像點間距不可能被放得很大。而反射鏡分光的方式僅為左右、或者上下反射，考慮到反射鏡尺寸的限制和安裝的限制，反射鏡分光的方式一般只適合于2～3色激光的系統，而超過3色激光的系統使用光纖分光更為直接和便捷。

光纖分光優點很多，如雜散光少、緊湊、布局自由等。然而它的容錯率低，要求流式細胞儀的液流系統相當穩定，否則它能接收到的能量將會銳減。所以在2～3色激光系統里，反射鏡分光是一個很好的選擇，尤其是對于低成本的流式細胞儀。

授權公告號為CN104280327B的中國發明專利文獻公開了一種流式熒光收集光學系統，其指出由于反射鏡邊緣分界尺寸精度很不好，容易引入不同激光激發的熒光串擾，容易導致過多雜散光進入熒光通道。因此，該發明描述了一種微分束鏡，可以有效分離1.44mm間距內的、不大于60μm的像點。

而實際上，該發明所描述的微分束鏡也只是尺寸更小的反射鏡(或具有類似功能的器件)。如上面所述，反射鏡分光的應用場合限制在2～3色激光。如果采集鏡頭的性能夠優秀的話，完全可以將熒光像點間的間距放大到4～5mm，并且保證光斑的RMS半徑尺寸很小，配合后續更合理的熒光光路，可以使用反射鏡進行空間分光，而不產生所謂的雜散光以及串擾。