一種用於血液細胞分析的光電傳感器的製作方法

2023-06-10 22:59:46 1

專利名稱：一種用於血液細胞分析的光電傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種光電傳感器，尤其是一種用於血液細胞分析的光電傳感器， 屬於血液細胞分析的技術領域。
背景技術：
人體外周血中的血液細胞有三類分別為紅細胞、白細胞和血小板，其中白細胞分為五類，分別是嗜酸性粒細胞、中性粒細胞、嗜鹼性粒細胞、淋巴細胞、單核細胞。早期對血液細胞進行分析都是依靠人工在顯微鏡下通過形態學進行人工識別，後來Coulter發明了一種能夠對血液細胞進行自動分析的儀器，其原理是粒子流過一個充滿液體小孔的時候會導致此孔兩端的電導率發生變化，電導率的變化率和粒子的體積成正比關係，這樣就可以利用血液細胞體積的差異性將外周血的血液細胞分成三類白細胞、紅細胞和血小板，因為從體積上來看白細胞體積比紅細胞大，紅細胞體積比血小板大。然而Coulter原理卻無法將白細胞的五個子類分開，因為白細胞的五個子類在體積上有重疊，差異是在內部結構上。在Becton Dikinson公司發明了流式細胞儀之後，利用光學散射的原理能夠將細胞的內部結果區分出來，上世紀90年代很多公司紛紛將流式細胞儀技術引入到血液細胞分析儀中，形成以及將白細胞進行五分類的現代五分類血液細胞分析儀，著名的公司有 Beckman Coulter, ABBOTT, Sysmex, Siemens, ABX, Mindray。專利US6228652揭露了一種基於流式細胞儀的血液細胞分析儀器，其利用前向低角度散射(LMALQ和前向高角度散射光(UMALQ對白細胞進行部分分類。專利US2009310122揭露了另外一種血液細胞分析儀，利用前向散射光、側向散射光和螢光對白細胞進行五分類。專利US5631165揭露了另外一種五分類血液細胞分析儀，利用了多角度偏振和消偏振散射光進行白細胞五分類。以上基於流式細胞術的方法對血液細胞進行分析的儀器，都採用了前向散射光對細胞的體積進行分辨。然而細胞的體積對前向散射光的角度範圍非常敏感，這樣就要求儀器的前向散射角度精度非常嚴格，這樣為儀器的生產調試和維護帶來較高的成本。
發明內容本實用新型的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種用於血液細胞分析的光電傳感器，其結構緊湊，安裝調節方便，降低使用成本，穩定性高，安全可靠。按照本實用新型提供的技術方案，所述用於血液細胞分析的光電傳感器，包括允許鞘液和樣本液流通的流動室，所述樣本液在鞘液的包裹下在流動室內流動時，樣本液內血液細胞能逐個通過流動室端部的檢測區；流動室對應於設置檢測區的一端設有光照射單元及光電探測單元，所述光照射單元形成的聚焦光斑照射檢測區內的血液細胞時，光電探測單元能接收經過血液細胞產生的散射光和螢光，所述光電探測單元將接收的散射光和螢光轉換為血液細胞分析信號輸出。
3[0010]所述流動室包括由光學透明材料製成的室體，所述室體對應於設置檢測區的另一端設置整流區，所述整流區的中心區設置樣本液輸入區；所述整流區通過加速區與檢測區相連通。所述室體內一端的中心區通過設置檢測孔形成檢測區，所述檢測孔的軸線與室體的軸線位於同一直線上；所述檢測孔呈矩形或方形，檢測孔的孔徑為200μπΓ400μπι。所述流動室內鞘液流層流的雷諾數小於2300。所述光照射單元包括至少一個半導體雷射光源，所述半導體雷射光源的光線傳播方向上依次設有雷射準直透鏡及第一聚焦透鏡，半導體雷射光源射出的光線通過雷射準直透鏡及第一聚焦透鏡聚焦後焦點位於檢測區的中心區。所述光電探測單元包括第二聚焦透鏡，所述第二聚焦透鏡位於垂直於光照射單元的光線傳播方向上；第二聚焦透鏡會聚光路上設有二向色分光鏡，所述二向色分光鏡的反射光路上設有第二光電探測器，二向色分光鏡的透射光路上設有第一光電探測器。所述第一光電探測器與二向色分光鏡間設有長通濾色片及第一光闌，所述長通濾色片鄰近二向色分光鏡。所述第二光電探測器與二向色分光鏡間設有第二光闌。所述光照射單元照射在檢測區中心區的光斑呈橢圓形，所述光斑對應橢圓形短軸方向為樣本液中血液細胞的流動方向，所述橢圓形短軸長度小於兩個白細胞的直徑；光斑對應橢圓形長軸小於檢測區寬度。所述流動室上設有吸樣與夜路控制單元，所述光探測單元的輸出端與信號處理與數據分析單元相連。本實用新型的優點流動室內同時注入鞘液和樣本液，樣本液在鞘液包裹和壓縮下進入檢測區，血液細胞逐個通過檢測區；光照射單元聚焦後形成的橢圓形光斑照射在血液細胞上，並產生側向散射光和螢光，所述螢光通過第一光電探測器接收轉換為電信號，側向散射光通過第二光電探測器接收轉換為電信號；信號處理與數據分析單元根據第一光電探測器及第二光電探測器的電信號處理後輸出白細胞檢測分析結果；採樣分析時，前向散射光沒有參與細胞分類，沒有對前向散射光進行接收和探測，簡化了檢測系統結構，降低了生產和維護成本，同時使得系統穩定性提高，結構緊湊，安裝使用方便，提高了檢測精度，安全可靠。

[0020]圖1為本實用新型的使用狀態圖。[0021]圖2為本實用新型的結構框圖。[0022]圖3為本實用新型流動室的結構示意圖。[0023]圖4為圖3的A-A向剖視圖。[0024]圖5為本實用新型流動室檢測區的檢測示意圖。[0025]圖6為二向色分光鏡功能示意圖。[0026]圖7為長通濾色片的光譜曲線圖。[0027]圖8為本實用新型整體結構的示意圖。[0028]圖9為本實用新型光照射單元的結構示意圖。[0029]附圖標記說明1-半導體雷射光源、2-雷射準直透鏡、3-第一聚焦透鏡、4-第二聚焦透鏡、5- 二向色分光鏡、6-長通濾色片、7-第一光闌、8-第一光電探測器、9-第二光闌、10-第二光電探測器、11-光照射單元、12-流動室、13-光探測單元、14-光斑、20-基板、 30-光源組件、40-流動室座、50-透鏡座、60-第一探測組件、70- 二色鏡組件、80-第二探測器組件、100-光電傳感器、121-整流區、122-加速區、123-檢測區、124-檢測孔、125-室體、 126-樣本液輸入區、200-信號處理與數據分析單元及300-吸樣及液路控制單元。
具體實施方式
下面結合具體附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。 如圖1所示為了能夠對白細胞內五類細胞進行檢測，所述光電傳感器100包括光照射單元11、流動室12及光探測單元13 ；所述流動室12內允許鞘液和樣本液的流通，當樣本液在鞘液的包裹下在流動室12內流動時，樣本液內的細胞能逐個通過流動室12端部的檢測區123。所述光照射單元11及光探測單元13均位於流動室12對應於設置檢測區123 的端部，且光探測單元13位於垂直於光照射單元11的光傳播方向上。光照射單元11光傳播方向上聚焦形成的光斑14照射檢測區123內的血液細胞上，光斑14通過血液細胞產生散射光和螢光，光探測單元13能夠接收產生的散射光和螢光，並將所述接收的散射光和螢光轉換為血液細胞分析信號輸出到信號處理與數據分析單元200，所述信號處理與數據分析單元200能夠根據血液細胞分析信號能夠完成對白細胞內五類細胞的檢測。流動室12 上設有吸樣及液路控制單元300，通過吸樣及液路控制單元300能夠控制向流動室12內流通的鞘液和樣本液，使之能夠滿足檢驗的要求。如圖3和圖4所示所述流動室12包括室體125，所述室體125為由光學透明材料製成的長方體或立方體結構。室體125內分別設有整流區121、加速區122及檢測區123，所述整流區121與檢測區123分別位於室體125內的兩端，整流區121通過加速區122與檢測區123相連通。整流區121、加速區122及檢測區123的軸線與室體125的軸線位於同一直線上。室體125內通過設置檢測孔IM形成檢測區123，所述檢測孔124的軸線與室體125 的軸線位於同一直線上，檢測孔1 為呈矩形或方形，檢測孔IM的孔徑為200 μ πΓ400 μ m。 整流區121的中心區設有樣本液輸入區126，通過樣本液輸入區126向室體125內輸入樣本液，整流區121對應於樣本液輸入區1 的外側為鞘液輸入區，從而經過整流區121後鞘液能夠包裹樣本液。樣本液輸入區126的出口為直徑0.3mm的圓孔，整流區121的出口為加速區122，所述加速區122呈漏鬥狀，加速區122對應於鄰近檢測區123的端部孔徑小於加速區122對應於鄰近整流區121的孔徑。室體125內流動鞘液流要滿足層流條件，即雷諾數小於2300，鞘液流的層流條件可以通過吸樣及液路控制單元300來控制實現。鞘液流與樣本液通過整流區121後，鞘液流包裹樣本液聚集，通過加速區122後進入檢測區123內時， 鞘液流將樣本液壓縮至小於2個血液細胞的寬度，以使樣本液中的血液細胞能夠逐個進入並通過檢測區123，從而每次能夠實現單個血液細胞的檢測。如圖2、圖5、圖6和圖7所示所述光照射單元11包括至少一個半導體雷射光源 1，所述半導體雷射光源1的出光端或光傳播方向端設有雷射準直透鏡2及第一聚焦透鏡 3。半導體雷射光源1中發出的雷射束通過雷射準直透鏡2準直後，再經過第一聚焦透鏡3 在互相垂直的兩個方向上分別聚焦，半導體雷射光源1聚焦後焦點位於流動室12的檢測區123的中心區。同時，半導體雷射光源1在檢測區123內形成的光斑14為橢圓形，所述橢圓形的短軸為血液細胞的流動方向，短軸長度小於兩個白細胞的直徑；光斑14對應於形成橢圓形長軸尺寸小於檢測孔1 的孔徑，否則會照射到流動室12的內稜上，產生大量雜散光， 不利於信號的檢測。所述光電探測單元13包括第二聚焦透鏡4，在流動室12內檢測孔124中流過的血液細胞受到橢圓形光斑的照射後產生螢光和散射光，所述螢光和散射光在垂直於半導體雷射光源1的光傳播方向上被第二聚焦透鏡4所收集，第二聚焦透鏡4所收集的角度範圍為 70^100度。在第二聚焦透鏡4的會聚光路上設置二向色分光鏡5，二向色分光鏡5能夠將收集的螢光透射，並能將收集的散射光反射輸出。因此，在二向色分光鏡5的螢光透射光路上設有第一光電探測器8，在二向色分光鏡5的反射光路上設有第二光電探測器10。由於螢光信號非常微弱，為了減少螢光的背景光，在進入第一光電探測器8之前，用一個長通濾色片6將非螢光的成分過濾掉，以提高螢光信號的對比度；同時長通濾色片6與第一光電探測器8間設有第一光闌7，通過第一光闌7能消除雜散光，提高信噪比。第二光電探測器10 與二向色分光鏡5間設有第二光闌9。圖7給出了一個螢光波長在650nm到850nm，照射光波長在635nm時所採用的長通濾色片6的光譜曲線實例。第一光電探測器8與第二光電探測器10分別接收到螢光信號與散射光信號後，將相應的光信號轉換為血液細胞分析電信號輸出，並將所述血液細胞分析信號輸入信號處理與數據分析單元200內。根據血液細胞內五類細胞對光斑14產生的螢光和散射光的不同，信號處理與數據分析單元200能夠將相應的白細胞分析結構輸出。所述第二光電探測器10可以採用光電二極體，第一光電探測器 8可以採用光電倍增管。如圖8和圖9所示為本實用新型的具體實現結構示意圖。整個光電傳感器位於一個基板20上。所述基板20的一端設有光源組件30，光源組件30包括半導體雷射光源 1、雷射準直透鏡2和第一聚焦透鏡3，所述光源組件30 —側通過流動室座40安裝有流動室 12，流動室12的檢測區123位於光源組件30的傳播光路上。基板20上對應流動室座40的一側設有透鏡座50，所述透鏡座50垂直於光源組件30光傳播方向；透鏡座50內設有第二聚焦透鏡4，透鏡座50可以做三個平動自由度的調節。基板20對應於設置光源組件30及流動室座40的另一端設有第一探測組件60，所述第一探測組件60包括長通濾色片6、第一光闌7及第一光電傳感器8，第一探測組件60與透鏡座50間設有二向色組件70，所述二向色組件70內設有二向色分光鏡5，二向色分光鏡5的螢光透光光路與第一探測組件60相對應；二向色分光鏡5的散射光反射光路上設有第二探測器組件80，第二探測器組件80包括第二光闌9及第二光電探測器10。其中光源組件30可以在基板上20進行旋轉調節，以對準光路；流動室座40可以在基板上進行一維平動調節，調節方向垂直於雷射傳播方向；透鏡座50和流動室座40連接，且可以在流動室座40上進行三維平動調節；第一探測器組件用螺紋固定在基板20上；二色鏡組件用螺紋固定在基板20上；第二探測器組件80可以在基板20上進行二維平動調節。如圖廣圖9所示使用時，調整光照射單元11與流動室12的位置，使光照射單元 11的聚焦光斑14位於流動室12的檢測區123中心部。工作時，通過吸樣及液路控制單元 300向流動室12內注入鞘液及樣本液，樣本液通過樣本液輸入區1 輸入流動室12內，鞘液位於樣本液的外側，能夠形成鞘液包裹樣本液。經過整流區121及加速區122後，鞘液將樣本液壓縮進入檢測區123內，使樣本液內的血液細胞能逐個通過檢測區123。光照射單元 11內的半導體雷射光源1通過雷射準直透鏡2及第一聚焦透鏡3形成聚焦光斑14照射於檢測區123上，光斑14呈橢圓形。當檢測區123內有血液細胞通過時，血液細胞經過橢圓形光斑14的照射後，會分別產生側向散射光和螢光。產生的螢光經過第二聚焦透鏡4、二向色分光鏡5、長通濾色片6、第一光闌7及第一光電探測器8收集，第一光電探測器8將收集的螢光信號轉換為電信號輸出；同時產生的側向反射光通過第二聚焦透鏡4、二向色分光鏡5、第二光闌9及第二光電探測器10收集，第二光電探測器10將收集的側向散射光信號轉換為電信號輸出。信號處理與數據分析單元200同時接收第一光電探測器8與第二光電探測器10輸出的電信號，並根據不同白細胞內五分類細胞的對光斑14產生不同的螢光和散射光對白細胞進行檢測；實現了樣本液中單個血液細胞的檢測。當檢測上個血液細胞後，形成統計特性就是這個樣本液的總體特徵。 本實用新型流動室12內同時注入鞘液和樣本液，樣本液在鞘液包裹和壓縮下進入檢測區123，血液細胞逐個通過檢測區123 ；光照射單元11聚焦後形成的橢圓形光斑14 照射在血液細胞上，並產生側向散射光和螢光，所述螢光通過第一光電探測器8接收轉換為電信號，側向散射光通過第二光電探測器10接收轉換為電信號；信號處理與數據分析單元200根據第一光電探測器8及第二光電探測器10的電信號處理後輸出白細胞檢測分析結果；採樣分析時，前向散射光沒有參與細胞分類，沒有對前向散射光進行接收和探測，簡化了檢測系統結構，降低了生產和維護成本，同時使得系統穩定性提高，結構緊湊，安裝使用方便，提高了檢測精度，安全可靠。
權利要求1.一種用於血液細胞分析的光電傳感器，其特徵是包括允許鞘液和樣本液流通的流動室(12)，所述樣本液在鞘液的包裹下在流動室(12)內流動時，樣本液內血液細胞能逐個通過流動室(12)端部的檢測區(123)；流動室(12)對應於設置檢測區(123)的一端設有光照射單元(11)及光電探測單元(13 )，所述光照射單元(11)形成的聚焦光斑(14)照射檢測區(123)內的血液細胞時，光電探測單元(13)能接收經過血液細胞產生的散射光和螢光， 所述光電探測單元(13)將接收的散射光和螢光轉換為血液細胞分析信號輸出。
2.根據權利要求1所述的用於血液細胞分析的光電傳感器，其特徵是所述流動室 (12)包括由光學透明材料製成的室體(125)，所述室體(125)對應於設置檢測區(123)的另一端設置整流區(121)，所述整流區(121)的中心區設置樣本液輸入區(1 )；所述整流區 (121)通過加速區(122)與檢測區(123)相連通。
3.根據權利要求2所述的用於血液細胞分析的光電傳感器，其特徵是所述室體(125) 內一端的中心區通過設置檢測孔(IM)形成檢測區(123)，所述檢測孔(IM)的軸線與室體(125)的軸線位於同一直線上；所述檢測孔(124)呈矩形或方形，檢測孔(IM)的孔徑為 200 μ m 400 μ m。
4.根據權利要求1所述的用於血液細胞分析的光電傳感器，其特徵是所述流動室 (12)內鞘液流層流的雷諾數小於2300。
5.根據權利要求1所述的用於血液細胞分析的光電傳感器，其特徵是所述光照射單元(11)包括至少一個半導體雷射光源(1 )，所述半導體雷射光源(1)的光線傳播方向上依次設有雷射準直透鏡(2)及第一聚焦透鏡(3)，半導體雷射光源(1)射出的光線通過雷射準直透鏡(2)及第一聚焦透鏡(3)聚焦後焦點位於檢測區(123)的中心區。
6.根據權利要求1所述的用於血液細胞分析的光電傳感器，其特徵是所述光電探測單元(13)包括第二聚焦透鏡(4)，所述第二聚焦透鏡(4)位於垂直於光照射單元(11)的光線傳播方向上；第二聚焦透鏡(4)會聚光路上設有二向色分光鏡(5)，所述二向色分光鏡 (5)的反射光路上設有第二光電探測器(10)，二向色分光鏡(5)的透射光路上設有第一光電探測器(8)。
7.根據權利要求6所述的用於血液細胞分析的光電傳感器，其特徵是所述第一光電探測器(8)與二向色分光鏡(5)間設有長通濾色片(6)及第一光闌(7)，所述長通濾色片(6) 鄰近二向色分光鏡(5)。
8.根據權利要求6所述的用於血液細胞分析的光電傳感器，其特徵是所述第二光電探測器(10)與二向色分光鏡(5)間設有第二光闌(9)。
9.根據權利要求1或5所述的用於血液細胞分析的光電傳感器，其特徵是所述光照射單元(11)照射在檢測區(123)中心區的光斑(14)呈橢圓形，所述光斑(14)對應橢圓形短軸方向為樣本液中血液細胞的流動方向，所述橢圓形短軸長度小於兩個白細胞的直徑； 光斑(14)對應橢圓形長軸小於檢測區(123)寬度。
10.根據權利要求1所述的用於血液細胞分析的光電傳感器，其特徵是所述流動室 (12)上設有吸樣與夜路控制單元(300)，所述光探測單元(13)的輸出端與信號處理與數據分析單元(200)相連。
專利摘要本實用新型涉及一種用於血液細胞分析的光電傳感器，其包括允許鞘液和樣本液流通的流動室，所述樣本液在鞘液的包裹下在流動室內流動時，樣本液內血液細胞能逐個通過流動室端部的檢測區；流動室對應於設置檢測區的一端設有光照射單元及光電探測單元，所述光照射單元形成的聚焦光斑照射檢測區內的血液細胞時，光電探測單元能接收經過血液細胞產生的散射光和螢光，所述光電探測單元將接收的散射光和螢光轉換為血液細胞分析信號輸出。本實用新型前向散射光沒有參與細胞分類，沒有對前向散射光進行接收和探測，簡化了檢測系統結構，降低了生產和維護成本，同時使得系統穩定性提高，結構緊湊，安裝使用方便，提高了檢測精度，安全可靠。
文檔編號G01N21/64GK202177574SQ201120241249
公開日2012年3月28日 申請日期2011年7月8日 優先權日2011年7月8日
發明者孔巢城, 楚建軍, 錢剛祥, 陳力 申請人:無錫榮興科技有限公司