[实用新型]流式细胞仪采集镜头及双色激光流式细胞仪的光学系统

说明书

技术领域

本实用新型属于光学仪器技术领域，涉及生物检测、细胞分析技术，具体涉及一种流式细胞仪采集镜头及双色激光流式细胞仪的光学系统。

背景技术

流式细胞分析及流式细胞术，是一种对单细胞或其他生物粒子进行定量分析和分选的检测手段，可以短时间内高速分析成千上万个细胞，并能同时从一个细胞中测得多个参数。流式细胞仪被称为实验室的CT，流式细胞仪的液流系统将细胞样液聚焦为单细胞流层流，细胞排队依次通过激光照射区。采用激光照射样本，细胞的散射光，以及从细胞携带的染料上激发出的荧光，以细胞为中心，朝四周发射。因此，细胞可以看作是点光源。通过对荧光的收集分析，从而得到样本的信息。

由于荧光信号很微弱，而且类似于点光源朝着四周发射。因此，尽可能多的接收荧光信号，是提高流式细胞仪探测性能的关键。而提高采集量的关键则是使用大数值孔径的收集镜头。目前大数值孔径的镜头主要为显微镜头，然而显微镜头的工作距离一般为小于1mm，流式细胞仪的流动室壁厚则一般都大于1.5mm，无法匹配。对于更加昂贵的大数值孔径、长工作距的显微镜头，其物高往往很小。因为显微镜可以移动载物台，所以设计镜头时往往只对轴上物点做优化。而对于配置多个激光光源的流式细胞仪，其光斑之间的最大间距可以达到400μm，面对这种场景，长工作距的显微镜头也无法胜任。因此，设计大视场范围、长工作距离、大数值孔径的采集镜头是高性能流式细胞仪急需解决的问题。

公开号为CN103091821A的中国专利公布了一种光收集系统及细胞分析仪，该采集镜头数值孔径为1.2，轴上光斑RMS半径为100μm，轴外光斑RMS半径为200μm。然而该4组6片的采集镜头，却用掉了5种不同的玻璃，显然镜头结构还不是最优。

美国专利US6510007B1采用了BK7和SF8两种常见的肖特玻璃，实现了1.75mm的工作距离，轴上光斑RMS小于100μm。该镜头总共5组8片，镜片较多，镜头相对较长。

目前用于流式细胞仪的采集镜头大多只针对单激光的配置，这些镜头的视场范围小，不能满足多色光流式细胞仪的需求。而视场范围大，数值孔径大的镜头又较为复杂，或者材料要求高，或者镜片数量多，价格昂贵。

对于多色激光流式细胞仪而言，当流式细胞仪配置多个激光时，激光聚焦点沿着流动室轴线纵向分布，每个激光聚焦点都会激发出荧光和散射光，此时可以看作在流动室的轴线上有多个点光源。每两个光点的间隔在几十微米到两百微米之间。为了将这些光点从空间上分开，一般方法为：先使用采集透镜组将光点轴向放大，然后使用反射镜进行空间分光，或者直接使用光纤接收。由于成本以及空间结构的限制，采集镜头的放大倍数一般在10～20倍之间，因此像点间距不可能被放得很大。而反射镜分光的方式仅为左右、或者上下反射，考虑到反射镜尺寸的限制和安装的限制，反射镜分光的方式一般只适合于2～3色激光的系统，而超过3色激光的系统使用光纤分光更为直接和便捷。

光纤分光优点很多，如杂散光少、紧凑、布局自由等。然而它的容错率低，要求流式细胞仪的液流系统相当稳定，否则它能接收到的能量将会锐减。所以在2～3色激光系统里，反射镜分光是一个很好的选择，尤其是对于低成本的流式细胞仪。

授权公告号为CN104280327B的中国发明专利文献公开了一种流式荧光收集光学系统，其指出由于反射镜边缘分界尺寸精度很不好，容易引入不同激光激发的荧光串扰，容易导致过多杂散光进入荧光通道。因此，该发明描述了一种微分束镜，可以有效分离1.44mm间距内的、不大于60μm的像点。

而实际上，该发明所描述的微分束镜也只是尺寸更小的反射镜(或具有类似功能的器件)。如上面所述，反射镜分光的应用场合限制在2～3色激光。如果采集镜头的性能够优秀的话，完全可以将荧光像点间的间距放大到4～5mm，并且保证光斑的RMS半径尺寸很小，配合后续更合理的荧光光路，可以使用反射镜进行空间分光，而不产生所谓的杂散光以及串扰。