专利名称：荧光检测装置和荧光检测方法
技术领域：
本发明涉及朝向测量对象物照射激光并对此时发出的荧光进行测量的荧光检测 装置和荧光检测方法。
背景技术：
应用于医疗、生物领域的流式细胞仪中内置有一种荧光检测装置，该荧光检测装 置接收测量对象物的荧光色素通过激光照射而发出的荧光，由此识别出测量对象物的种 类。特别是，近年来为了查出蛋白质等细胞内的局部信息，一直尝试着利用荧光色素进行荧 光测量的方法。为了查出细胞内的局部信息，必须将测量分辨率提高为高于以往测量分辨率的水 平。在目前使用的流式细胞仪中使用如下述非专利文献1所记载的流动池(流通体)。 该流动池为截面呈长方形的细长的石英制的中空腔室，其为用来透射激光且朝向样品中的 细胞照射激光的部件。通过该流动池的激光被照射在经过流动池中的测量点的测量对象物 后，荧光通过另设的检测系统而被检测出来。该文献中记载有以下内容激光束的光强度分布为高斯分布，并形成有下述光学 系统，即，使该射束以呈椭圆形来聚光和聚束，由此提高光强度，且所述光学系统不会一次 性地照射多个细胞。激光在到达流动有细胞的样品流之前，透过两个圆筒形的聚光透镜形 成椭圆形的激光束。通过第一个透镜调整射束的宽度，通过第二个透镜调整射束的高度。通 过第二个透镜后，椭圆形的射束被照射在截面呈长方形的细长的流动池内流动的细胞上。 如果降低样品压力，则样品流会变得较细，会在激光中央的光强度变化较少的部分上通过， 因此测量分辨率得到提高。非专利文献1 :FCM的原理入门讲座-Vhttp//www, bc-cytometry. com/FCM/fcmprinciple 5. html#5_lhttp//www, bc-cytometry. com/FCM/fcmprinciple 6~1. html (2007 年 11 月 28 日检索)然而，上述非专利文献1中所记载的装置存在无法将测量分辨率提高到能够查出 蛋白质等细胞内的局部信息的程度的问题。

发明内容
因此，本发明为了解决上述问题点，其目的在于提供一种能够将测量分辨率提高 到能够查出蛋白质等细胞内的局部信息程度的荧光检测装置和荧光检测方法。为了得到上述目的，本发明提供一种荧光检测装置，该荧光检测装置朝向测量对 象物照射激光并对此时发出的荧光进行测量，其特征在于，包括流动池，其中形成有使测 量对象物进行流动的流路；激光光源部，朝向经过流路中的测量点的测量对象物照射激光； 受光部，接收测量对象物被激光照射后所发出的荧光并输出受光信号；处理部，根据输出 自所述受光部的受光信号，输出荧光强度的输出值，在所述流动池的表面上，透镜按照横切激光光路的方式进行设置，假设在经过测量对象物的测量点且与测量对象物的移动方向呈 垂直的面上切断所述透镜时，所述透镜的截面形成以所述测量点为中心的圆形形状的一部 分。在此，优选所述透镜为形成以所述测量点为焦点位置的球体形状的一部分的球面透镜。另外，优选形成在所述流动池中的所述流路的截面形状为矩形形状，所述激光按 照光轴平行于该矩形形状的一边的方式进行照射，在所述矩形形状中，相对于与所述激光 光轴呈平行的边的长度，与该边呈正交的其它边的长度与所述边的长度比例为1 2. 5。此时，优选平行于所述激光光轴的边的长度为测量对象物的平均直径的30 200倍。另外，优选所述流动池和所述透镜由相同材料构成。进一步优选，位于所述测量点和所述受光部之间的荧光光路中的所述流动池的表 面上另设透镜，所述透镜的截面形成以所述测量点为中心的圆形形状的一部分。另外，测量对象物例如其为细胞，所述激光对所述测量点上的细胞中的一部分进 行照射，所述受光部接收细胞内的蛋白质所发出的荧光。另外，为了达到上述目的，本发明进一步提供荧光检测方法，该荧光检测方法朝向 测量对象物照射激光并对此时发出的荧光进行测量，其特征在于，包括以下步骤使测量对 象物于设置在流动池上的流路中流动；通过设置在所述流动池表面上的透镜对激光进行聚束，并将该激光照射在经过所 述流路中的测量点的测量对象物上，其中，所述透镜假设在经过测量对象物的测量点且与 测量对象物的移动方向呈垂直的面上切断所述透镜时，其截面形成以所述测量点为中心的 圆形形状的一部分；接收测量对象物被激光照射后所发出的荧光并输出受光信号；根据所输出的所述受光信号输出荧光强度的输出值。此时，优选所述透镜为形成以所述测量点为中心的球体形状的一部分的球面透
^Mi ο在本发明的荧光检测装置中，在形成有测量对象物流动用流路的流动池的表面设 有透镜，假设在经过测量对象物的测量点且与测量对象物的移动方向呈垂直的面上切断所 述透镜时，其截面形成以所述测量点为中心的圆形形状的一部分。因此与现有技术相比能 够提高NA(开口数)，且能够使激光的聚光束直径减小。特别是，由于使用将测量点作为焦 点位置的、形成球体形状的一部分的球面透镜，因此能够有效减小激光的聚光束直径。另外，使用上述透镜来检测荧光的方法中，与现有技术相比能够提高NA(开口 数)，且能够使激光的聚光束直径减小。特别是，由于使用将测量点作为焦点位置的、形成球 体形状的一部分的球面透镜，因此能够有效减小激光的聚光束直径。由此，能够将测量分辨率提高至查出蛋白质等细胞内的局部信息的程度。


图1为使用本发明荧光检测装置的流式细胞仪的概略构成图；图2为表示用于本发明荧光检测装置的激光光源部的一例的概略构成图3为表示用于本发明荧光检测装置的受光部的一例的概略构成图；图4a和图4b为对用于本发明荧光检测装置的流动池进行说明的说明图；图5为对激光透过现有流动池的状态进行说明的说明图。附图标记10流式细胞仪12 样品20信号处理装置22激光光源部22r R 光源22g G 光源22b B 光源23a!、23a2、26b!、26b2 分色镜23c、26a 透镜系统24、26 受光部26cl、26c2、26c3 带通滤波器27a 27c光电转换器28处理器29控制部30 管道31流动池31a球面透镜31b 流路32回收容器34r、34g、34b 激光驱动器80分析装置
具体实施例方式下面，对本发明的荧光检测装置和荧光检测方法进行详细说明。图1为使用本发明荧光检测装置的流式细胞仪10的概略构成图。流式细胞仪10包括信号处理装置(荧光检测装置)20，朝向作为测量对象的细 胞等样品12照射激光并对样品12中的蛋白质等的局部发出的荧光进行检测以进行信号处 理；分析装置80，根据从信号处理装置20所获得的处理结果对样品12中的测量对象物进 行分析。信号处理装置20包括激光光源部22 ；受光部24、26 ；处理部28，输出样品12的 荧光强度的输出值；控制部29，以规定强度照射激光且对各处理的动作进行控制管理；管 道30，样品12以包括在形成高速流的鞘液中的方式在其中流动；流动池31，与管道30的端 部连接，其中形成样品12的流动。在流动池31中，于样品12的流路上形成有激光的照射 点(测量点)。流动池31的出口侧设置有回收容器32。在流式细胞仪10的构成中也可以 配置用来通过激光照射在短时间内分离出样品12中的特定细胞等的细胞分类器，以将其分离于各自的回收容器。激光光源部22是发射三种不同波长的激光的部分，例如，发射λ工=405nm、λ 2 = 533nm和λ 3 = 650nm等激光。透镜系统按照使激光聚焦在流动池31的流路中的规定位置 的方式进行设置，该聚焦位置成为样品12的测量点。图2为表示激光光源部22的构成一例的图。激光光源部22的构成包括R光源22r、G光源22g、B光源22b、分色镜23ai、23a2、 透镜系统23c、激光驱动器34r、34g和34b、功率分配器35。R光源22r、G光源22g、B光源22b是波长为350nm 800nm的可视光中发射出激 光的部分，其中，R光源22ι 以规定的强度发射以红色为主的激光R ;G光源22g以规定的强 度发射绿色激光G ；B光源22b以规定的强度发射蓝色激光B。分色镜23ai、23a2对规定波段的激光进行透射而对其它波段的激光进行反射。透镜系统23c将由激光R、G和B构成的激光聚焦在管道30中的测量点上。激光 驱动器34r、34g和34b分别驱动R光源22r、G光源22g、B光源22b。功率分配器35将所接收到的信号分别分配给激光驱动器34r、34g和34b。作为发射出这些激光的光源，例如使用半导体激光器。分色镜23 是透射激光R且反射激光G的分色镜，分色镜23a2是透射激光R和G 且反射激光B的分色镜。通过上述构成激光R、G和B被合成后形成对通过测量点的样品12进行照射的照 射光。激光驱动器34r、34g和34b与处理部28和控制部29相连接，并按照能够调整激 光R、G、B的发射强度的方式构成。R光源22r、G光源22g、B光源22b在预先确定的波段上进行振动，以使激光R、G 和B通过激发荧光色素使其发射出规定波段的荧光。被激光R、G和B激发的荧光色素附着 在需要测量的活体物质等样品12上，该荧光色素作为测量对象物通过流动池31的测量点 时，在测量点受到激光R、G和B的照射后以特定的波长发射荧光。受光部24按照夹着流动池31与激光光源部22相对而置的方式进行配置，且具有 光电转换器，该光电转换器借助通过测量点的样品12使激光发生前向散射，由此输出样品 12正在通过测量点的内容的检测信号。由该受光部24所输出的信号被供给到处理部28， 在处理部28中上述信号作为通知样品12正在通过管道30中的测量点的时间的触发信号 来使用。另一方面，受光部26配置在与发射自激光光源部22的激光光轴方向呈垂直方向、 且与流动池31的流路中的样品12的移动方向呈垂直的方向上。而且，受光部26具有光电 转换器，该光电转换器接收样品12在测量点被照射后所发出的荧光。图3表示受光部26的一例的概略构成的概略构成图。图3所示的受光部26包括透镜系统26a，对来自样品12的荧光信号进行聚焦； 分色镜26bi、26b2 ；带通滤波器26Cl 26C3 ；光电倍增管等光电转换器27a 27c。透镜系统26a按照将入射到受光部26的荧光聚焦在光电转换器27a 27c的受 光面的方式构成。分色镜26bi、26b2是对规定范围的波段的荧光进行反射而对其它荧光进行透射的分色镜。分色镜26bi、26b2的反射波段和透射波段按照在带通滤波器26Cl 26C3进行过滤 后在光电转换器27a 27c捕获规定波段的荧光的方式被设定。带通滤波器26Cl 26c3被设置在各光电转换器27a 27c的受光面的前面，其为 仅使具有规定波段的荧光透射的滤波器。透射的荧光波段被设定在与发出荧光色素的荧光 波段相对应的波段。光电转换器27a 27c包括如具有光电倍增管的传感器，且为在光电面将接收到 的光转换为电信号的传感器。控制部29为以规定强度照射激光且对处理部28中的各处理动作进行控制管理的 部分。处理部28为进行规定的信号处理且将荧光强度的输出值输出至分析装置80的部 分。分析装置80是利用由处理部28所供给的输出值，确定被包括在经过流动池31的 测量点的样品12中的活体物质的种类等，且对包括在样品12中的活体物质进行分析的装 置。因此，分析装置80能够在短时间内求出如包括在样品12中的活体物质的种类直方图 和各种特性。管道30的下端与流动池31相连接。流动池31是成为本发明特征的部分。图4a 是流动池31的概略立体图，图4b是对激光透射流动池31的状态进行说明的说明图。流动池31是呈长方体的透明部件，其由石英等来制造。激光从流动池31的侧面 入射，透过流动池31的内部，然后能够聚焦在被设定于流动池30中的、从管道30沿着纵方 向延伸的流路31b的中心位置上，该聚焦位置成为测量点P。该测量点P是激光光源部22 的透镜系统23c的焦点位置。在此，在激光入射的流动池31的侧面上设置有将测量点P作为焦点位置的、形成 球体的一部分形状的球面透镜31a。S卩，球面透镜31a按照横切激光光路的方式进行设置。 球面透镜31a的中心，即球面透镜31a的曲率中心位置与样品12的测量点P相一致。图4b 中的23c为图2所示的激光光源部22的透镜系统(聚焦透镜)。球面透镜31a与流动池 31相同的材料制成，例如由石英等材料制成。如此地，将球面透镜31a设置在流动池31的激光入射面的原因在于需要减少激光 的聚光束直径且要提高测量分辨率。由于在流动池31上设置球面透镜31a，因此将透过透镜系统23c的激光聚焦在测 量点P时，激光入射到球面透镜31a的入射角为0度。因此，与没有设置球面透镜31a时的 情况相比，NA(开口数)得到提高。具体来说，透过流动池31的激光的聚光束的NA由(介质的折射率)X sin θ来表 示。在此，θ为激光朝向流动池31入射的入射角。此时，在球面透镜31a中，透过透镜系 统23c的激光通常以0度的入射角入射，因此θ没有发生变化，透过球面透镜31a时的NA 为介质的折射率Xsine的值。另一方面，如图5所示的现有例，没有球面透镜31a的情况 下，在激光入射到流动池31的侧面的入射角中，除了激光光轴部分以外，其它部分的入射 角并不是0度。因此，根据斯奈尔法则(Sneir s law)，透过流动池31的聚光束中的NA 为sin θ。综上所述，在本发明中通过设置球面透镜31a，以便当激光透过流动池31时，NA 在流动池31的边界面上不像以前那样降低。
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通过设置球面透镜31a，根据下述式能够与现有的相比使NA增大。由此，能够减少 聚光束的直径。下述式为假定激光具有高斯分布时的公式。聚光束的直径e = 4 X λ X f / (JI D) = 0. 64 λ /NA在此，λ为激光的波长、f为透镜焦点距离、D为透镜系统23c的开口径。如此地，由于在激光入射的流动池31的侧面设有球面透镜31a，因此能够减小聚 光束的直径。由此，将测量分辨率提高到能够查出蛋白质等细胞内的局部信息的程度。另外，对于本实施方式的球面透镜31a，其设置在呈直方体形状的流动池31的一 个侧面上，但也可以将球面透镜31a设置在透过荧光后到达受光部26的、流动池31的另一 个侧面，以便提高受光部26的荧光测量分辨率。这种情况下，也按照球面透镜31的焦点位 置位于测量点P的位置的方式进行配置。在本发明中，为了减小激光聚光束的尺寸，NA按照高于以往的NA值的方式进行设 置。因此，虽然将球面透镜31a设在流动池31的侧面，但因所设的NA较高，因此如下述式 所示，焦点深度变得较浅。因此担心测量分辨率会降低。焦点深度ζ = 0.64/(NA)2因此，在本发明中，优选形成在流动池31的流路31b的截面形状受到如下所述的 限制。即，设置在流动池31的流路31b的截面形状为图4b所示的矩形形状，激光按照光 轴平行于该矩形形状的一边的方式进行照射。此时，对于流路31b的矩形形状，相对于与激 光光轴呈平行的边的长度L1，与该边呈正交的其它边的长度L2与长度L1的比例为1 2. 5。 由于形成具有这种比例的矩形形状的流路31b，因此能够在激光光轴方向上对样品12通过 的位置进行限制。因此，通过将流路31b的矩形形状的比例设为1 2. 5来限制样品12的 流动位置，由此能够解决因NA较高而使焦点深度变浅的问题。另外，相对于测量样品12的 平均尺寸(直径)，将长度L1设为该尺寸的30 200倍。流式细胞仪10的构成如上所述。在具有这样的流动池31的流式细胞仪10中进行以下朝向样品12照射激光并对 此时发出的荧光进行测量的荧光检测方法。借助鞘液使样品12流动在被设置于流动池31中的流路上。然后，将通过设置在 流动池31表面的球面透镜31a而使聚束的激光照射在经过流路中的测量点的样品12上。 球面透镜31a为假设在经过样品12的测量点且与样品12的移动方向呈垂直的平面上切断 该球面透镜时，截面形成以测量点为中心的圆形形状的一部分的透镜。此时，接收被激光照 射的样品12所发出的荧光并输出受光信号。由所输出的受光信号输出荧光强度的输出值。另外，球面透镜31形成以测量点为聚焦位置的球体形状的一部分。另外，在本实施方式中，虽然将球面透镜31设置在流动池31上，但本发明中并不 限定于此。在激光入射的流动池31的表面上也可以使用假设在经过样品12的测量点且与 样品12的移动方向呈垂直的平面上切断球面透镜时，该球面透镜的截面形成圆形形状的 一部分的透镜。例如也可以使用柱面透镜。综上所述，对本发明的荧光检测装置和荧光检测方法进行了详细的说明，但本发 明并不限定在上述实施例，当然可以在不脱离本发明主题的范围内所进行各种改进或改变。
权利要求
一种荧光检测装置，该荧光检测装置朝向测量对象物照射激光并对此时发出的荧光进行测量，其特征在于，包括流动池，其中形成有测量对象物进行流动的流路；激光光源部，朝向经过流路中的测量点的测量对象物照射激光；受光部，接收测量对象物被激光照射后所发出的荧光并输出受光信号；处理部，根据输出自所述受光部的受光信号输出荧光强度的输出值，在所述流动池的表面上，透镜按照横切激光光路的方式进行设置，假设在经过测量对象物的测量点且与测量对象物的移动方向呈垂直的平面上切断所述透镜时，所述透镜的截面形成以所述测量点为中心的圆形形状的一部分。
2.如权利要求1所述的荧光检测装置，其特征在于所述透镜为形成以所述测量点为焦点位置的球体形状的一部分的球面透镜。
3.如权利要求1或2所述的荧光检测装置，其特征在于形成在所述流动池中的所述流路的截面形状为矩形形状，所述激光按照光轴平行于该 矩形形状的一边的方式进行照射，在所述矩形形状中，相对于与所述激光光轴呈平行的边 的长度，与该边呈正交的其它边的长度与所述边的长度比例为1 2. 5。
4.如权利要求3所述的荧光检测装置，其特征在于平行于所述激光光轴的边的长度为测量对象物的平均直径的30 200倍。
5.如权利要求1 4中任一项所述的荧光检测装置，其特征在于 所述流动池和所述透镜由相同材料构成。
6.如权利要求1 5中任一项所述的荧光检测装置，其特征在于位于所述测量点和所述受光部之间的荧光光路中的所述流动池的表面上另设透镜，其 中，所述透镜的截面形成以所述测量点为中心的圆形形状的一部分。
7.如权利要求1 6中任一项所述的荧光检测方法，其特征在于 测量对象物为细胞，所述激光对所述测量点上的细胞中的一部分进行照射， 所述受光部接收细胞内的蛋白质所发出的荧光。
8.一种荧光检测方法，该荧光检测方法朝向测量对象物照射激光并对此时发出的荧光 进行测量，其特征在于，包括以下步骤使测量对象物于设置在流动池上的流路中流动；通过设置在所述流动池表面上的透镜对激光进行聚束，并将该激光照射在经过所述流 路中的测量点的测量对象物上，其中，所述透镜假设在经过测量对象物的测量点且与测量 对象物的移动方向呈垂直的面上切断所述透镜时，其截面形成以所述测量点为中心的圆形 形状的一部分；接收测量对象物被激光照射后所发出的荧光并输出受光信号； 根据所输出的所述受光信号输出荧光强度的输出值。
9.如权利要求8所述的荧光检测方法，其特征在于所述透镜为形成以所述测量点为中心的球体形状的一部分的球面透镜。
全文摘要
一种荧光检测装置，其包括流动池，形成有使测量对象物进行流动的流路；激光光源部，朝向经过流路中的测量点的测量对象物照射激光；受光部，接收测量对象物被激光照射后所发出的荧光并输出受光信号；处理部，根据输出自所述受光部的受光信号输出荧光强度的输出值。在所述流动池的表面上设置有透镜，假设在经过测量对象物的测量点且与测量对象物的移动方向呈垂直的平面上切断所述透镜时，所述透镜的截面形成以所述测量点为中心的圆形形状的一部分。
文档编号G01N15/14GK101939632SQ20098010432
公开日2011年1月5日 申请日期2009年2月4日 优先权日2008年2月7日
发明者林弘能 申请人:三井造船株式会社