[发明专利]基于光片照明与鞘流技术的免标记微流控细胞仪及方法

说明书

本发明公开了一种基于光片照明与鞘流技术的免标记微流控细胞仪及方法，包括：激光光束整形模块产生激光光片入射到鞘流发生控制模块，鞘流发生控制模块通过水动力聚焦作用形成鞘流效果，从激光光束整形模块入射的激光光片与鞘流作用下的聚焦样品流耦合，并激发样品流中快速流动的待测颗粒或者细胞发生光散射，通过成像采集模块捕获待测颗粒或者细胞的二维光散射图像，并输送至图像处理系统进行数据分析和结果输出。本发明中的新型鞘流技术无需复杂微加工操作，可快速形成鞘流器；通过光片照明技术与该鞘流技术的耦合，可提高光散射检测信噪比，实现对流动颗粒或细胞的免标记、快速成像；本发明基于欧式距离的匹配度查询颗粒尺寸识别方法可实现流式状态下高精度颗粒尺寸识别。

技术领域

本发明涉及生物医学仪器、细胞检测技术、微流控技术、光片技术等领域，具体是基于光片照明与鞘流技术的免标记微流控细胞仪及方法。

背景技术

细胞识别与分类对临床病理分析和诊断极其重要。目前，流式细胞仪是细胞检测分析的主要工具之一。流式细胞仪通常借助鞘流技术对高速流动的细胞实现队列化，然后利用光散射技术和荧光标记技术实现对单个细胞的多参数定性或定量检测分析。流式细胞仪通过集成多波长激光，多色荧光标记以及多通道检测，具有检测速度快、特异性高等优点。其缺点主要表现在体积较大、价格昂贵、操作过程复杂以及需要专业人员操作等，这限制了流式细胞仪的推广使用，尤其是在欠发达地区。

针对以上存在的问题，人们提出了基于微流控技术的流式细胞检测。微流控流式细胞仪通过微加工技术和光学检测方法的融合，减小了仪器体积和成本，增强了仪器的灵活性、兼容性。此外，微流控流式细胞仪还具有样本量消耗小、反应速度快等优点。流式细胞仪中，鞘流作用将样品液聚焦成细流，让细胞以直线排列的方式快速流动，同时入射激光被整形成截面为圆形或椭圆形的光束，处于整形后光束中心的快速流动的细胞被激发，产生细胞散射光或荧光。鞘流效果不理想会使细胞偏离轴心，聚焦光束可能无法均匀、有较激发细胞，从而影响检测结果的准确性和稳定性。微流控细胞仪通常基于微加工技术，比如通过刻蚀技术实现不同的微流通道结构，进而实现鞘流作用，这对微加工操作水平和操作环境(超净间)要求较高。

流式细胞仪荧光标记检测技术具有特异性强、灵敏度高的特点，能有效实现对细胞的检测分类。然而，荧光染色的操作繁琐，标记物可能影响生物细胞性质，特别是活细胞。此外，荧光试剂的价格也比较昂贵。近年来，人们提出了不依赖荧光标记物的免标记检测方法，目的是在非干扰非侵入的自然状态下获取细胞的结构、组分信息。光散射检测是一种有效的免标记细胞检测方法。微流控光散射细胞仪将光散射技术与微流控技术相结合，可实现对细胞的免标记、快速无损分析，但光散射检测信号容易受到入射光、腔室壁反射光等的影响，尤其是对于弱散射样本，有效提高光散射检测信噪比是一个很重要的问题。

发明内容

研发新型鞘流技术、光束激发技术及其耦合技术有望促进微流控流式细胞仪发展。本发明提出了一种基于光片照明与鞘流技术的免标记微流控细胞仪及方法，所发明鞘流技术无需复杂微加工操作，可快速、低成本形成鞘流器，通过光片照明技术与该鞘流技术的耦合，可显著提高光散射检测信噪比，实现对流动颗粒或细胞的免标记、快速成像。本发明实现了对颗粒的亚微米尺寸识别以及对细胞的高通量、免标记、快速检测。所发明基于光片照明与鞘流技术的免标记微流控细胞仪及方法具有检测速度快、精度高、体积小、成本低、操作简单等特点，具有较高的推广价值。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明公开了一种基于光片照明与鞘流技术的免标记微流控细胞仪，包括：激光光束整形模块、鞘流发生控制模块、成像采集模块和图像处理系统；

所述激光光束整形模块产生激光光片入射到所述鞘流发生控制模块，所述鞘流发生控制模块通过水动力聚焦作用形成鞘流，激光光片与鞘流作用下的聚焦样品流耦合，样品流中快速流动的待测颗粒或者细胞被激发并发生光散射，通过所述成像采集模块捕获待测颗粒或者细胞的二维光散射图像，并输送至所述图像处理系统进行数据分析和结果输出。