[发明专利]基于二维光散射的单颗粒多模态流式成像检测装置及方法

说明书

本发明公开了基于二维光散射的单颗粒多模态流式成像检测装置及方法，其中，装置包括：光片发生单元，所述光片发生单元将激光光束均匀激发在样本控制单元均匀流动的待测样本，待测样本的二维光散射图像和荧光图像由图像采集单元捕获，交由成像分析单元进行数据分析；所述方法可实现单颗粒尺寸鉴别、荧光分析和粒子计数。所述多模态流式成像检测装置及方法可同时采集单个颗粒的二维光散射图像与荧光图像，实现颗粒尺寸识别，并可确定混合颗粒中荧光与非荧光颗粒的数量及其比例关系。

技术领域

本发明涉及光学仪器成像技术领域，特别是涉及基于二维光散射的单颗粒多模态流式成像检测装置及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提到了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

近年来,随着研究技术的进步,对各种疾病的诊断、检测以及机理研究不断深入,在单个分子、颗粒以及细胞层面统计分析目标物的物理、化学特性及生物学效应已成为趋势。然而传统的分析方法主要从宏观层面考察复杂体系中的大量颗粒的整体或平均行为，忽略了整体平均下的局部差异以及个体的行为，这些个体行为间的差异性，在许多生理过程和化学反应过程中发挥着至关重要的作用。在生物医学领域，某些疾病的发生发展也使得研究者将目光更多地转向单个细胞、亚细胞层甚至分子层面，如基因突变和蛋白质的错误折叠等。因此,实现对个体差异性的分析,在单分子、单颗粒层面研究分子、颗粒的动力学特征,对诸多生物、物理学过程的揭示和疾病的高灵敏检测具有重要的指导意义。

细胞外囊泡(EVs)是细胞主动释放的一种具有脂质双分子层结构的囊泡，根据其大小以及生物物理特性的不同，可分为外泌体(30nm–200nm)、微囊泡(200nm–2000nm)、凋亡小体(500nm–2000nm)。最初细胞外囊泡被认为是细胞碎片，因而其价值遭到低估。但随着研究的深入，现在细胞外囊泡越来越被认为是细胞间通讯、疾病诊断和愈后循环生物标志物的重要载体。尽管EVs极具临床应用潜力，但由于缺乏灵敏的单细胞外囊泡分析技术，其在临床转化上仍存在困难。

光散射技术作为一种无标记方法在单细胞检测领域扮演重要角色。通过探测颗粒的一维光散射强度，可实现对颗粒的尺寸鉴别。二维光散射可以同时反映光强度在方位角和极角两个方向上的分布，获取包括细胞亚结构、折射率等更丰富的信息。研究表明二维光散射技术可用于区分识别宫颈癌细胞、衰老细胞等。利用二维光散射技术也可识别不同尺寸的微米颗粒，还可以和其他技术诸如机器学习等相结合，进行更大规模的细胞或微粒识别。

自20世纪以来，荧光显微成像技术飞速发展，其空间分辨率高，可用来定位细胞中的特定分子，观察活细胞内的一系列动态过程。荧光成像技术通常和其他的成像模态相结合，一个典型的例子就是流式细胞仪。传统的流式细胞仪除了测量颗粒的前向或侧向散射，往往还集成了荧光通道以检测特定的荧光探针发出的荧光。但传统细胞仪通常需要使用各种荧光试剂或染料对细胞进行复杂的染色标记，操作过程繁琐复杂，可能会对细胞的结构和功能产生一定的损害，而且无法获得关于单个细胞的诸如细胞形态及内含物等更多的信息。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了基于二维光散射的单颗粒多模态流式成像检测装置及方法；可同时采集单个颗粒的二维光散射图像与荧光图像，实现颗粒尺寸识别与荧光特异性检测，并可确定混合颗粒中荧光与非荧光颗粒的数量及其比例关系。

第一方面，本发明提供了基于二维光散射的单颗粒多模态流式成像检测装置；

基于二维光散射的单颗粒多模态流式成像检测装置，包括：

光片发生单元，所述光片发生单元将激光光束均匀激发在样本控制单元均匀流动的待测样本，待测样本的二维光散射图像和荧光图像由图像采集单元捕获，交由成像分析单元进行数据分析，实现尺寸鉴别、荧光分析和粒子计数。

第二方面，本发明提供了基于二维光散射的单颗粒多模态流式成像检测方法；

基于二维光散射的单颗粒多模态流式成像检测方法，包括：