專利名稱：微粒分析設(shè)備和微粒分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微粒分析設(shè)備和微粒分析方法。更具體地，本發(fā)明涉及用于光學(xué)分析諸如細胞和細微顆粒的微粒的特性的微粒分析設(shè)備等。
背景技術(shù)：
作為相關(guān)技術(shù)，將微粒分析設(shè)備用在以下情況，S卩，其中，用光照射形成在微型芯片上的流動池(flow cell)或流路中流動的微粒，并檢測來自微粒的散射光和通過微粒本身或被給至微粒作為標(biāo)簽物質(zhì)的熒光物質(zhì)所生成的熒光，從而測量微粒的光學(xué)特性。在該微粒分析設(shè)備中，作為光學(xué)特性測量結(jié)果在多種微粒中被確定為滿足預(yù)定條件的群體(組群)的分級收集(fractional collection)也被執(zhí)行。在微粒分析設(shè)備中，具體地，例如， 測量作為微粒的細胞的光學(xué)特性并執(zhí)行滿足預(yù)定條件的細胞群體的分級收集的設(shè)備被稱作流式細胞計數(shù)器(flow cytometer)或細胞分類器。例如，日本專利公開第2007-46947號(下文中，專利文獻1)披露了“流式細胞計數(shù)器，包括以預(yù)定周期及彼此不同的相位發(fā)射具有彼此不同波長的多個激發(fā)光束 (excitation light beam)的多個光源以及將多個激發(fā)光束引導(dǎo)至相同的入射光路上并將光束會聚在染色顆粒上的光引導(dǎo)部件”。這種流式細胞計數(shù)器包括多個光源，輻射多個波長彼此不同的激發(fā)光束；光引導(dǎo)部件，將多個激發(fā)光束引導(dǎo)至相同的入射光路上，并將光束會聚在染色顆粒上；以及多個熒光檢測器，檢測由多個激發(fā)光束的每一個對顆粒的激發(fā)所生成的熒光，并且輸出熒光信號(見專利文獻1中的權(quán)利要求1和權(quán)利要求3及圖1和圖 3)。在如專利文獻1中所披露的相關(guān)微粒分析設(shè)備中，從微?；蜃鳛闃?biāo)簽物質(zhì)被給至微粒的熒光物質(zhì)所生成的熒光通過使用波長濾波器或分色鏡被空間上分成多個波長區(qū)的熒光，并且通過獨立檢測器檢測各個波長區(qū)中被分離的熒光。圖6示意性示出了在相關(guān)技術(shù)的微粒分析設(shè)備中用于熒光檢測的光路。來自由圖中參考數(shù)字11所表示的光源的光(激發(fā)光)穿過準(zhǔn)直透鏡12和反射鏡13，通過聚光透鏡 14照射在形成于微芯片上的流動池或流路中流動的微粒P上。在圖中，箭頭F表示在流動池等中鞘流的流送方向。由于用激發(fā)光照射而從微粒P或作為標(biāo)簽物質(zhì)被給至微粒P的熒光物質(zhì)生成的熒光穿過聚光透鏡15，并連續(xù)透過多個波長濾波器161 164。此時，預(yù)定波長區(qū)的熒光被每個波長濾波器分散。由各個波長濾波器分散的熒光被為每個波長濾波器設(shè)置的檢測器171 174檢測，并被轉(zhuǎn)換成電信號。圖7示出了由檢測器171 174所檢測的熒光的波長區(qū)的實例。這個實例對應(yīng)于通過檢測器171檢測波長區(qū)λ 1中的熒光以及通過檢測器 172 174分別檢測波長區(qū)λ 2 λ 4中的熒光的情況。

發(fā)明內(nèi)容
在包括如圖6所示的熒光檢測路徑的相關(guān)微粒分析設(shè)備中，用來獨立地檢測各個波長區(qū)中被空間分離的熒光的多個檢測器是必需的。因此，相關(guān)技術(shù)設(shè)備存在設(shè)備尺寸大并且設(shè)備制造成本高的問題。需要本發(fā)明提供一種設(shè)備作為微粒分析設(shè)備，這種設(shè)備能夠?qū)奈⒘；蜃鳛闃?biāo)簽物質(zhì)被給至微粒的熒光物質(zhì)生成的熒光分離成多個波長區(qū)，并且不需要設(shè)置多個檢測器就能獨立檢測被分離的熒光。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，提供了一種微粒分析設(shè)備，包括光源，被配置為用光照射微粒；以及聲光調(diào)制器，被配置為衍射由于光照射而從微粒生成的熒光。微粒分析設(shè)備進一步包括狹縫，被配置為僅允許在來自聲光調(diào)制器的衍射光束中衍射中心波長區(qū)的衍射光透過；以及檢測器，被配置為檢測透過狹縫的衍射中心波長區(qū)中的衍射光。根據(jù)發(fā)明的另一實施方式，提供了一種微粒分析方法，包括步驟通過設(shè)置有對應(yīng)于所檢測得熒光波長區(qū)的衍射中心波長區(qū)的聲光調(diào)制器來衍射由于光照射而從微粒生成的熒光；使得來自聲光調(diào)制器的衍射光透過僅允許衍射中心波長區(qū)中的衍射光透過的狹縫；以及檢測透過狹縫的衍射中心波長區(qū)中的衍射光。在本發(fā)明的實施方式中，“微?！睆V泛地包括諸如細胞、微生物及脂質(zhì)體的生物相關(guān)微粒，諸如乳膠顆粒、凝膠顆粒及工業(yè)顆粒的合成顆粒等。生物相關(guān)微粒包括構(gòu)成各種細胞的染色體、脂質(zhì)體、線粒體、細胞器官等。作為目標(biāo)的細胞包括動物細胞(血細胞等)和植物細胞。微生物包括諸如大腸菌的細菌、諸如煙草花葉病毒的病毒、諸如酵母菌的真菌等。此外，在生物相關(guān)微粒中，還包括諸如核酸、蛋白質(zhì)及其配合物的生物相關(guān)聚合物。例如，工業(yè)顆粒可以為有機或無機聚合物材料或金屬。有機聚合物材料包括聚苯乙烯、苯乙烯二乙烯苯、聚甲基丙烯酸甲酯等。無機聚合物材料包括玻璃、硅石、磁性材料等。金屬包括金膠體、鋁等。這些微粒的形狀通常為球形。但是，形狀可以為非球形，并且也不具體限定尺寸、質(zhì)量等也。本發(fā)明的實施方式作為微粒分析設(shè)備提供了一種設(shè)備，該設(shè)備能夠?qū)奈⒘；蜃鳛闃?biāo)簽物質(zhì)被給至微粒的熒光物質(zhì)生成的熒光分離成多個波長區(qū)，并且能夠獨立地檢測所分離的熒光而無需提供多個檢測器。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的用于說明微粒分析設(shè)備的熒光檢測路徑的示意圖；圖2示出了用于說明被聲光調(diào)制器衍射并被設(shè)置在狹縫表面的各個波長的熒光束的示意圖；圖3示出了用于說明通過頻率控制器施加至聲光調(diào)制器的聲波的頻率f與在衍射角θ的方向上被衍射的熒光的衍射中心波長λ之間的關(guān)系的示意圖；圖4示出了用于說明通過頻率控制器施加至聲光調(diào)制器的聲波的頻率f與通過檢測器所檢測的熒光的波長區(qū)之間的關(guān)系的示意圖；圖5A 圖5D示出了用于說明通過頻率控制器的頻率f的切換定時和通過檢測器的熒光檢測時間的定時的圖表示圖；圖6示出了用于說明相關(guān)技術(shù)的微粒分析設(shè)備中用于熒光檢測的光路的示意圖；以及圖7示出了用于說明通過設(shè)置在相關(guān)技術(shù)的微粒分析設(shè)備中的多個檢測器的每一個所檢測的熒光的波長區(qū)的示意圖。
具體實施例方式下面，將參照附圖描述用于執(zhí)行本發(fā)明的優(yōu)選模式。應(yīng)該注意，下面所描述的本發(fā)明的實施方式示出了本發(fā)明典型實施方式的一個實例，因此不能由于該實施方式而狹隘地解釋本發(fā)明的范圍。圖1示意性示出了根據(jù)實施方式的微粒分析設(shè)備的熒光檢測路徑。來自圖中由參考標(biāo)號1表示的光源的光(激發(fā)光)通過由準(zhǔn)直透鏡2、反射鏡3、聚光透鏡4等所構(gòu)成的輻射系統(tǒng)被照射至在微芯片上所形成的流動池或流路中流動的微粒P 上。圖中，箭頭F表示在流動池等中的鞘流的流送方向。用光照射微粒P的光輻射系統(tǒng)可以具有與公知的微粒分析設(shè)備類似的結(jié)構(gòu)，并不局限于圖中所示的結(jié)構(gòu)。由于照射激發(fā)光而從微粒或作為標(biāo)簽物質(zhì)被給至微粒的熒光物質(zhì)所生成的熒光穿過聚光透鏡51，并被引導(dǎo)至由聲光調(diào)制器8、聚光透鏡52、狹縫9、檢測器7等所構(gòu)成的檢測系統(tǒng)。此外，根據(jù)實施方式的微粒分析設(shè)備中的檢測系統(tǒng)類似于公知的微粒分析設(shè)備 (省略了其圖示)被構(gòu)成，包括檢測器，用于檢測來自微粒的散射光；以及反射鏡、濾光器等，用于將散射光引導(dǎo)至檢測器。入射在聲光調(diào)制器8的熒光被聲光調(diào)制器8中的布拉格衍射光柵(Bragg diffraction grating)衍射，并且通過聚光透鏡52被會聚在聚光透鏡52的焦平面處所設(shè)置的狹縫9上。由聲光調(diào)制器8衍射的各個波長的熒光以依賴于衍射光柵的節(jié)距具有最高衍射效率的衍射中心波長的光處于中心的這種方式被設(shè)置在狹縫9的表面上。在圖1中， 符號θ表示衍射中心波長的光的衍射角。圖2示意性示出了由聲光調(diào)制器8衍射并被設(shè)置在狹縫9表面上的各個波長的熒光。在聲光調(diào)制器8的晶體內(nèi)部，通過由頻率控制器6所施加的頻率為f且聲波速率為ν的聲波，形成節(jié)距d為v/f的衍射光柵。如果將入射在衍射光柵上的熒光的入射角定義為θ/2，則根據(jù)布拉格條件的衍射公式通過下面所示的等式(1)表示衍射角θ的方向上具有最高衍射效率的衍射中心波長入。[表達式1]2d sin( θ/2) = πιλ · ·.等式(1)
(在該等式中，m表示衍射級)在狹縫9中，形成了矩形孔徑。這個矩形孔徑以衍射中心波長λ的光位于中心的方式僅允許設(shè)置在狹縫9的表面上的各個波長的熒光束中包括衍射中心波長λ的具有波長寬度Δ X1的波長區(qū)中的熒光透過。圖中，符號w表示狹縫9的孔徑寬度。由于這個孔徑，狹縫9僅將由聲光調(diào)制器8所衍射的熒光束中在從λ -Δ λ /2波長至λ+Δ λ/2波長的衍射中心波長區(qū)中的熒光傳輸至檢測器7(見圖1)。此時，通過減小入射在衍射光柵上的熒光的入射角θ/2，能夠?qū)c衍射中心波長λ的偏差的光的衍射效率的降低最小化。
檢測器7檢測透過狹縫9的孔徑的衍射中心波長區(qū)中的熒光，并且將所述熒光轉(zhuǎn)換為電信號。檢測器7和用于檢測散射光的檢測器(未示出)可以具有類似于公知的微粒分析設(shè)備的結(jié)構(gòu)。例如，將光電倍增管(PMT)或諸如CCD或CMOS元件的區(qū)域成像元件用作檢測器。通過檢測器7和用于檢測散射光的檢測器所轉(zhuǎn)換的電信號被用于測量微粒P的光學(xué)特性。用于光學(xué)特性測量的參數(shù)與公知的微粒分析設(shè)備所使用的參數(shù)相同。具體地，例如，采用前向散射光作為微粒P尺寸的確定中的參數(shù)。另外，在結(jié)構(gòu)的確定中采用側(cè)散射光，而熒光等被用在作為標(biāo)簽物質(zhì)被給至微粒P的熒光物質(zhì)存在或不存在的確定中。在上面的等式(1)中，如果假設(shè)衍射級m為1，從微粒P產(chǎn)生并入射在衍射光柵上的熒光的入射角(Θ/2)充分小，則在衍射角θ的方向上具有最高衍射效率的衍射中心波長λ由下面所示的等式( 表示。[表達式2]
權(quán)利要求
1.一種微粒分析設(shè)備，包括 光源，被配置為用光照射微粒；聲光調(diào)制器，被配置為衍射由于所述光照射而從所述微粒生成的熒光； 狹縫，被配置為僅允許在來自所述聲光調(diào)制器的衍射光束中衍射中心波長區(qū)中的衍射光透過；以及檢測器，被配置為檢測透過所述狹縫的所述衍射中心波長區(qū)中的所述衍射光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微粒分析設(shè)備，進一步包括控制器，被配置為將聲波施加至所述聲光調(diào)制器，并且不連續(xù)地切換所述聲波的頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微粒分析設(shè)備，進一步包括檢測器，被配置為檢測由于所述光照射而從所述微粒生成的散射光，其中所述控制器基于來自用于檢測所述散射光的所述檢測器的檢測信號的輸入來不連續(xù)地切換被施加至所述聲光調(diào)制器的所述聲波的所述頻率。
4.一種微粒分析方法，包括步驟通過設(shè)置有對應(yīng)于所檢測的熒光波長區(qū)的衍射中心波長區(qū)的聲光調(diào)制器來衍射由于光照射而從微粒生成的熒光；使得來自所述聲光調(diào)制器的衍射光透過僅允許在所述衍射中心波長區(qū)中的衍射光透過的狹縫；以及檢測透過所述狹縫的所述衍射中心波長區(qū)中的所述衍射光。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微粒分析方法，進一步包括步驟 不連續(xù)地切換被施加至所述聲光調(diào)制器的聲波的頻率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微粒分析方法，其中在由于所述光照射而從所述微粒生成的散射光的檢測期間，不連續(xù)地切換被施加至所述聲光調(diào)制器的所述聲波的所述頻率。
全文摘要
本發(fā)明披露了微粒分析設(shè)備和微粒分析方法。一種微粒分析設(shè)備，包括光源，被配置為用光照射微粒；聲光調(diào)制器，被配置為衍射由于光照射而從微粒生成的熒光；狹縫，被配置為僅允許在來自所述聲光調(diào)制器的衍射光束中衍射中心波長區(qū)中的衍射光透過；以及檢測器，被配置為檢測透過狹縫的衍射中心波長區(qū)中的衍射光。
文檔編號G01N15/14GK102192871SQ20111003040
公開日2011年9月21日 申請日期2011年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月5日
發(fā)明者外石滿, 福本敦 申請人:索尼公司