專利名稱：基于發(fā)光二極管的測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及基于發(fā)光二極管的測(cè)量系統(tǒng)。某些實(shí)施例涉及包括沿著微球體或其它熒光發(fā)射樣品的流動(dòng)路徑排列的一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管的測(cè)量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
通常，當(dāng)聚苯乙烯珠或細(xì)胞(cell)直線地通過流量室時(shí)，流量細(xì)胞計(jì)提供由激光對(duì)它們激發(fā)的熒光強(qiáng)度的測(cè)量。然而，流量細(xì)胞計(jì)也可用來提供對(duì)其它粒子的一種或多種特性的測(cè)量。一些系統(tǒng)被配置成對(duì)由與激發(fā)源成90或180度處的粒子散射的光能級(jí)進(jìn)行測(cè)量、對(duì)用來確定作為粒子“身份”的分類的熒光進(jìn)行兩種或多種測(cè)量，以及進(jìn)行人們稱為“信息(reporter)”的附加測(cè)量，這些測(cè)量通常被用來驗(yàn)證感興趣的化學(xué)反應(yīng)。熒光測(cè)量中的每一種以不同的波長進(jìn)行。
通常用在流量細(xì)胞計(jì)中的一種激發(fā)激光器是532納米固態(tài)激光器。這樣的激光器趨向于具有比較大的光束直徑(例如，約0.3mm)。透鏡系統(tǒng)可被用來把激光器的光束直徑減少至具有約75μm×25μm的側(cè)向直徑的橢圓點(diǎn)。該橢圓點(diǎn)位于光學(xué)傳感器的探測(cè)窗口內(nèi)。但是，對(duì)532nm激光器而言有幾個(gè)缺點(diǎn)。例如，532nm激光器很昂貴(例如，每臺(tái)約5500美元)，消耗巨大的電能，以及產(chǎn)生大量的熱。
用在市場(chǎng)上可得到的流量細(xì)胞計(jì)的另一種激光器是氬離子488nm激光器。然而，對(duì)這種激光器而言也有幾個(gè)缺點(diǎn)。例如，它比較大(例如，占地約幾立方英尺)，要求大電源，以及需要有強(qiáng)制空冷以維持穩(wěn)定性。還有其它較小的和較便宜的激光器在市場(chǎng)上可以得到。但是，這些激光器通常不適合于流量細(xì)胞計(jì)。例如，染料激光器作為適合的光源在基于流量細(xì)胞計(jì)的測(cè)量系統(tǒng)中使用時(shí)燒壞的太快。此外，He-Cd激光器用于流量細(xì)胞計(jì)測(cè)量噪聲會(huì)太大。
此外，激光二極管的光束外形與標(biāo)準(zhǔn)的氬離子激光器的光束外形相比較相對(duì)不均勻。由于熒光測(cè)量實(shí)質(zhì)上取決于粒子和細(xì)胞中的均勻的激發(fā)，不均勻性對(duì)流量分析器呈現(xiàn)出巨大的障礙。通過使用諸如棱鏡擴(kuò)束器、波束成形擴(kuò)束器和微棱鏡陣列的波束成形光學(xué)裝置把波束外形中的外部峰向中央引導(dǎo)，來光學(xué)地校正波束已經(jīng)作了一些嘗試。但是，這樣的光學(xué)裝置較為昂貴并且增加了流量細(xì)胞計(jì)的制造復(fù)雜性。此外，即使在使用昂貴的和復(fù)雜的光束成形光學(xué)裝置時(shí)，所得到的光束外形仍不能夠令人滿意(例如，流動(dòng)路徑兩端能量強(qiáng)度有10％到15％的變化)。
因此，把比上述激光器更便宜、消耗更少能量的、產(chǎn)生更少熱量的、尺寸更小的、具有更長使用壽命的和/或更弱的激發(fā)源提供給基于測(cè)量系統(tǒng)的流量細(xì)胞計(jì)是有利的。該激發(fā)源最好同樣具有適合于流量細(xì)胞計(jì)型測(cè)量的波長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及包括作為有效的激發(fā)源的幾個(gè)便宜的發(fā)光二極管(LEDs)的測(cè)量系統(tǒng)。通過以陣列形式排列多個(gè)LED片并沿著生成的電脈沖的長度進(jìn)行積分，可以提高信噪(S/N)比以使熒光測(cè)量成為可能。例如，當(dāng)生成的電脈沖正比于LED片的數(shù)量被延長時(shí)，由數(shù)字信號(hào)處理器或另一種處理器積分的信號(hào)的S/N比得到增加，使得便宜的LED成為對(duì)當(dāng)前使用在測(cè)量系統(tǒng)中的更昂貴的二極管激光器的有效替代物。此外，多個(gè)LED線性陣列可用來為了用相同波長的任何一種更多光(例如，在一個(gè)陣列上提供增加的亮度)照射試管的長度，用來用多個(gè)波長同時(shí)照射試樣，或者這二者。
一個(gè)具體的實(shí)施例涉及包括沿著試樣的流動(dòng)路徑排列的LED陣列的測(cè)量系統(tǒng)。該陣列被配置成在試樣沿著流動(dòng)路徑移動(dòng)時(shí)照射試樣。該測(cè)量系統(tǒng)也包括一個(gè)或多個(gè)配置成探測(cè)由陣列對(duì)試樣的照射產(chǎn)生的光。該試樣可包括我微球體。此外，該系統(tǒng)可配置成如流量細(xì)胞計(jì)型測(cè)量系統(tǒng)。
陣列的分立的LED可被配置成用近似相同的波長或多個(gè)波長的光照射試樣。此外，陣列的分立的LED被配置成在沿著流動(dòng)路徑的不同位置照射試樣。此外，陣列的分立的LED以幾乎直線的排列設(shè)置以使分立的LED被配置成在近似相同的照射角度照射試樣。此外，陣列的分立的LED可以被放置成使間隙安排在分立的LED的有效區(qū)域之間，并使陣列被進(jìn)一步配置成在試樣沿著流動(dòng)路徑移動(dòng)時(shí)用一系列離散的光脈沖照射試樣。
在另一個(gè)實(shí)施例中，陣列的分立的發(fā)光二極管被設(shè)置在二維陣列中以使分立的LED的第一部分被配置成在沿著流動(dòng)路徑的不同位置以近似相同的照射角度照射試樣，并且使分立的LED的第二部分被配置成在沿著流動(dòng)路徑的不同位置中的一個(gè)位置以不同的照射角度照射試樣。在再一個(gè)實(shí)施例中，陣列的分立的LED被配置成在沿著流動(dòng)路徑的單個(gè)位置照射試樣。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，分立的LED被進(jìn)一步配置成用實(shí)質(zhì)上相同波長的光在單個(gè)位置照射試樣。在不同的這樣的實(shí)施例中，分立的LED被進(jìn)一步配置成用不同波長的光在單個(gè)位置照射試樣在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)也可包括一個(gè)或多個(gè)附加的LED陣列。陣列和一個(gè)或多個(gè)附加的陣列沿著流動(dòng)路徑的不同部分排列。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)附加的陣列被配置成在試樣沿著流動(dòng)路徑移動(dòng)時(shí)用不同于該陣列的波長的光的波長的光照射試樣。在另一個(gè)這樣的實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)附加的陣列被配置成在試樣沿著流動(dòng)路徑移動(dòng)時(shí)以不同于陣列的照射角度的照射角度照射試樣。
在不同的實(shí)施例中，該陣列和一個(gè)或多個(gè)附加的陣列可沿著流動(dòng)路徑的相同部分排列。在這樣的實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)附加的陣列被配置成在試樣沿著流動(dòng)路徑移動(dòng)時(shí)用不同于該陣列的波長的光的波長的光照射試樣。在另一個(gè)這樣的實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)附加的陣列被配置成在試樣沿著流動(dòng)路徑移動(dòng)時(shí)以不同于陣列的照射角度的照射角度照射試樣。
一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器被配置成產(chǎn)生表示由照射試樣產(chǎn)生的光的輸出信號(hào)。在這樣的實(shí)施例中，系統(tǒng)可包括處理器。處理器可配置成把對(duì)應(yīng)于試樣的單個(gè)微球體的輸出信號(hào)組合成具有比每個(gè)輸出信號(hào)的S/N比更大的S/N比的單個(gè)輸出信號(hào)。在另一個(gè)這樣的實(shí)施例中，處理器可配置成把對(duì)應(yīng)于試樣的單個(gè)微球體的輸出信號(hào)組合成具有比每個(gè)輸出信號(hào)的脈沖長度更長的脈沖長度的單個(gè)輸出信號(hào)。在這個(gè)實(shí)施例中，單個(gè)輸出信號(hào)的脈沖長度近似地正比于產(chǎn)生所述的每一輸出信號(hào)的陣列中的發(fā)光二極管的數(shù)量。
在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)可包括配置成把來自LED的光定向在流動(dòng)路徑上的一個(gè)或多個(gè)透鏡。在另一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)包括配置成會(huì)聚由照射產(chǎn)生的光并將會(huì)聚光充分定向在一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器的感光表面的整個(gè)區(qū)域上的一個(gè)或多個(gè)透鏡。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)可包括配置成會(huì)聚由照射產(chǎn)生的光并將會(huì)聚光直接地定向在一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器的感光表面上的一個(gè)或多個(gè)透鏡。在其它實(shí)施例中，系統(tǒng)可包括配置成會(huì)聚由照射產(chǎn)生的光并使用一條或多條光纖電纜將會(huì)聚光間接地定向在一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器的感光表面上的一個(gè)或多個(gè)透鏡。
在實(shí)施例中，由照射產(chǎn)生的光包括由試樣發(fā)射的熒光。在不同的實(shí)施例中，由照射產(chǎn)生的光包括由試樣散射的光。在再一個(gè)實(shí)施例中，由照射產(chǎn)生的光可包括由試樣發(fā)射的熒光和由試樣散射的光。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)可包括配置成在試樣沿著流動(dòng)路徑移動(dòng)時(shí)照射試樣的另外的光源。在這樣的實(shí)施例中，由陣列照射試樣產(chǎn)生的光可包括由試樣發(fā)射的熒光，由另外的光源照射試樣產(chǎn)生的光可包括由試樣散射的光。上述的每一個(gè)系統(tǒng)的實(shí)施例可進(jìn)一步配置成在此描述的那樣。
另一個(gè)實(shí)施例涉及包括在沿著微球體的流動(dòng)路徑的不同位置照射微球體的測(cè)量方法。該方法也包括探測(cè)由照射微球體產(chǎn)生的光以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于在不同位置照射微球體的分立的輸出信號(hào)。此外，該方法包括組合分立的輸出信號(hào)以產(chǎn)生具有比分立的輸出信號(hào)的S/N比更大的S/N比的單個(gè)輸出信號(hào)。該單個(gè)輸出信號(hào)也具有比每個(gè)分立的輸出信號(hào)的脈沖長度更大的脈沖長度。
在一個(gè)實(shí)施例中，照射微球體包括用一個(gè)或多個(gè)沿著微球體的流動(dòng)路徑排列的LED陣列照射微球體。一個(gè)或多個(gè)陣列被配置成在微球體沿著流動(dòng)路徑移動(dòng)時(shí)照射微球體。在一些實(shí)施例中，照射微球體包括用近似相同的波長或多個(gè)波長的光在不同的位置照射微球體。在另一個(gè)實(shí)施例中，照射微球體包括在不同位置以近似相同的照射角度照射微球體。在附加的實(shí)施例中，照射微球體包括用一系列離散的光脈沖在不同的位置照射微球體。
在另一個(gè)實(shí)施例中，照射微球體可以包括用多個(gè)分立的LED以多個(gè)照射角度在不同位置中的一個(gè)位置照射微球體。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，多個(gè)分立的LED產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上波長相同的光。在不同的這樣的實(shí)施例中，多個(gè)分立的LED產(chǎn)生不同波長的光。
在實(shí)施例中，不同的位置可以沿著流動(dòng)路徑的第一部分安排。在這樣的實(shí)施例中，照射微球體可包括用第一波長的光在不同的位置照射微球體。該方法還可包括用不同于第一波長的光的第二波長的光在沿著微球體的流動(dòng)路徑的第二部分的另外位置照射微球體。在不同的這樣的實(shí)施例中，照射微球體可包括以第一照射的角度在不同的位置照射微球體，并且該方法可包括用不同于第一照射角的第二照射角在沿著微球體的流動(dòng)路徑的第二部分的另外位置照射微球體。
在一些實(shí)施例中，照射微球體可包括用配置成產(chǎn)生具有不同波長的光的兩個(gè)或兩個(gè)以上的LED陣列在不同的位置照射微球體。在另一個(gè)實(shí)施例中，照射微球體可包括用以不同的照射角度的排列的兩個(gè)或兩個(gè)以上的LED陣列在不同的位置照射微球體。在這樣的實(shí)施例中，兩個(gè)或兩個(gè)以上的陣列可配置成用以每個(gè)不同的照射角度用不同波長的光照射微球體。
在再一個(gè)實(shí)施例中，探測(cè)光可包括用一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器探測(cè)由照射微球體產(chǎn)生的光。在另外的實(shí)施例中，該方法可包括會(huì)聚由照射微球體產(chǎn)生的光和把會(huì)聚光直接地定向在一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器的感光表面上。一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器如上文所描述的那樣探測(cè)光。在另一個(gè)實(shí)施例中，該方法可包括會(huì)聚由照射微球體產(chǎn)生的光和使用一條或多條光纖電纜把會(huì)聚光間接地定向在一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器的感光表面上。在這個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器也如上文所描述的那樣探測(cè)光。
在一個(gè)實(shí)施例中，由照射微球體產(chǎn)生的光可包括由微球體發(fā)射的熒光。在不同的實(shí)施例中，由照射微球體產(chǎn)生的光可包括由微球體散射的光。在再一個(gè)實(shí)施例中，由照射微球體產(chǎn)生的光可包括有微球體發(fā)射的熒光和由微球體散射的光。上述方法實(shí)施例中的每一個(gè)可包括在此描述的任何其它步驟。
一個(gè)附加的實(shí)施例涉及計(jì)算機(jī)實(shí)施的方法。該方法包括組合分立的輸出信號(hào)以產(chǎn)生具有比分立的輸出信號(hào)的S/N比更大的S/N比的單個(gè)輸出信號(hào)。該單個(gè)輸出信號(hào)也具有比每個(gè)分立的輸出信號(hào)的脈沖長度更大的脈沖長度。分立的輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)于由沿著微球體的流動(dòng)路徑在不同的位置照射微球體產(chǎn)生的光。
在一個(gè)實(shí)施例中，照射可包括通過沿著微球體的流動(dòng)路徑排列的LED的陣列的的照射。該陣列被配置成在微球體沿著流動(dòng)路徑移動(dòng)時(shí)照射微球體。在另一個(gè)實(shí)施例中，分立的輸出信號(hào)由一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器產(chǎn)生。
在另外的實(shí)施例中，照射包括用近似相同的波長或多個(gè)波長的光在不同位置照射。在另一個(gè)實(shí)施例中，照射可包括以近似相同的照射角度在不同位置的照射。在一些實(shí)施例中，照射包括使用近似相同的波長的光以不同的角度在不同的位置的照射。在其它實(shí)施例中，照射包括使用不同波長的光以不同的照射角度在不同的位置的照射。在再一個(gè)實(shí)施例中，照射包括一系列離散的光脈沖。
在一個(gè)實(shí)施例中，由照射產(chǎn)生的光包括由微球體發(fā)射的熒光。在另一個(gè)實(shí)施例中，由照射產(chǎn)生的光包括由微球體散射的光。在不同的實(shí)施例中，由照射產(chǎn)生的光包括由微球體發(fā)射的熒光和由微球體散射的光。上面描述的方法的每個(gè)實(shí)施例可包括在此描述的任何其它步驟。


本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)在閱讀下面的詳細(xì)說明和參照附圖時(shí)將變得更加明顯，其中圖1是示出由可以是配置成探測(cè)由用3個(gè)LED片照射激發(fā)的來自微球體的熒光發(fā)射的探測(cè)器產(chǎn)生的一系列脈沖的一個(gè)例子的示意圖；以及圖2-8是示出基于發(fā)光二極管的測(cè)量系統(tǒng)的各種實(shí)施例的示意圖。
雖然本發(fā)明能容許各種修改和替換形式，但其特定實(shí)施例在附圖中用示例的方式被示出并將在此做詳細(xì)描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解，附圖和對(duì)其詳細(xì)說明的目的不在于把本發(fā)明限制成所揭示的特定形式，而相反，本發(fā)明覆蓋了落入由附屬的權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有修改、等效物和替換物。
具體實(shí)施例方式
盡管在此描述的實(shí)施例與微球體或聚苯乙烯珠有關(guān)，應(yīng)理解該測(cè)量系統(tǒng)和方法也可使用微粒、珠、微珠、膠乳粒子、膠乳珠、熒光珠、熒光粒子、彩色粒子、彩色珠和細(xì)胞。微球體可用作分子反應(yīng)的載色劑。適當(dāng)?shù)奈⑶蝮w、珠和粒子的例子在Fulton的第5,736,330號(hào)美國專利，Chandler等人的第5,981,180號(hào)美國專利，F(xiàn)ulton的第6,057,107號(hào)美國專利，Chandler的第6,268,222號(hào)美國專利，Chandler的第6,449,562號(hào)美國專利，Chandler等人的第6,514,295號(hào)美國專利，Chandler等人的第6,524,793號(hào)美國專利和Chandler等人的第6,528,165號(hào)美國專利中示出，其通過引用猶如全部被給出而包括在此。在此描述的測(cè)量系統(tǒng)和方法也可使用在這些專利中描述的任何微球體、珠和粒子。此外，用于在流量細(xì)胞計(jì)中的微球體可從諸如德克薩斯州奧斯汀的Luminex有限公司的制造商處獲得。術(shù)語“試樣”和“微球體”在此被互換使用。
此外，盡管在此描述的實(shí)施例與發(fā)光二極管(LED)有關(guān)，應(yīng)理解在此描述的方法和系統(tǒng)也可使用其它光源，尤其是使用具有較低能量密度和低能耗的便宜的小光源。
LED技術(shù)的最新發(fā)展已經(jīng)生產(chǎn)出光強(qiáng)度比以前可得到的單元大大增加的便宜器件。其能量密度比二極管激光器的能量密度還要低數(shù)十倍。如果單個(gè)LED在流量細(xì)胞計(jì)中被用作激發(fā)源，來自珠的合成的熒光信噪比(S/N)不會(huì)超過系統(tǒng)中光電探測(cè)器的探測(cè)界限。因此，流量細(xì)胞計(jì)型測(cè)量不可能將單個(gè)LED用作激發(fā)源。
一種可能的想法是通過組合為LED器件的二維矩陣和把它們成像成單個(gè)75μm×25μm的點(diǎn)有可能克服較低能量密度，該尺寸是當(dāng)前用在流量細(xì)胞計(jì)系統(tǒng)中的點(diǎn)尺寸。然而，由于單個(gè)透鏡系統(tǒng)的眾所周知的光學(xué)特性，在成像平面的能量密度不能超過源的能量密度的。因此，使用傳統(tǒng)的單個(gè)透鏡系統(tǒng)，不可能組合多個(gè)LED的輸出功率以增加在成像平面的能量密度(超過單個(gè)LED的能量密度)。
雖然使用具有LED的二維矩陣的簡單透鏡設(shè)計(jì)不可能獲得激光的能量密度，流量細(xì)胞計(jì)的幾何結(jié)構(gòu)把它自己變成獲得比通過使用作為照射源的單個(gè)LED片所得到的S/N比更高的另一種結(jié)構(gòu)。
在流量細(xì)胞計(jì)中，熒光地加標(biāo)記的聚苯乙烯珠流經(jīng)流量室(例如，在垂直方向)并通過探測(cè)窗口。在聚苯乙烯流經(jīng)探測(cè)窗口時(shí)光源照射它們。照射可以使聚苯乙烯珠發(fā)射具有一種或多種波長或波長譜帶的的熒光。由聚苯乙烯珠發(fā)射的熒光使用一個(gè)和多個(gè)透鏡聚焦在光電探測(cè)器上。光電探測(cè)器的輸出電流正比于入射在其上的熒光并產(chǎn)生電流脈沖。該電流脈沖可以轉(zhuǎn)換成電壓脈沖，低通濾波，并然后通過A/D轉(zhuǎn)換器被數(shù)字化。諸如數(shù)字處理器(DSP)的處理器對(duì)該脈沖下面(under)的區(qū)域進(jìn)行積分以提供表示熒光的幅度的數(shù)字。
因?yàn)樵肼暿请S機(jī)函數(shù)，通過積分，故它的效應(yīng)隨脈沖長度延長而衰減。因此，如果脈沖能夠加寬，光探測(cè)器輸出的S/N比將增加。因?yàn)橥ㄟ^這種機(jī)理增大S/N比，在保持相同幅度和整個(gè)系統(tǒng)增益的同時(shí)，該系統(tǒng)將從激發(fā)源要求越來越小的能量密度以產(chǎn)生可測(cè)量的熒光讀數(shù)。
如前所述，聚苯乙烯珠以沿著流動(dòng)路徑的大體直線方向(例如，垂直地)流經(jīng)流量細(xì)胞計(jì)。因此，多個(gè)LED片能夠沿著試樣的流動(dòng)路徑排列以在試樣沿著流動(dòng)路徑移動(dòng)時(shí)照射它們。在一些實(shí)施例中，LED陣列可以用近似線性的布局設(shè)置以致分立的LED以實(shí)質(zhì)上相同的照射角度照射試樣。陣列的分立的LED可以為一次測(cè)量(例如，一次熒光測(cè)量)提供照明。用此方式，用于單次測(cè)量的珠照明時(shí)間正比于陣列中LED片的數(shù)量而延長。如果可以包括一個(gè)或多透鏡的透鏡系統(tǒng)，把探測(cè)窗口的幾乎全部長度聚焦于光學(xué)探測(cè)器或探測(cè)器的感光表面上，那么，由探測(cè)器探測(cè)到的脈沖將近似地正比于陣列中分立的LED的數(shù)量被有益地延長，分立的LED產(chǎn)生所述的每一個(gè)輸出信號(hào)，而輸出信號(hào)組合成微球體的單個(gè)輸出信號(hào)。
LED片很可能在它們的有效區(qū)域之間具有較小的間隙，并在陣列長度兩端產(chǎn)生一系列光脈沖。因此，如圖1所示，在圖1中三個(gè)LED片的活動(dòng)區(qū)域僅用于例示目的被示出，在一時(shí)間階段，試樣將經(jīng)歷一系列離散的光脈沖，每個(gè)光脈沖由陣列的不同分立的LED產(chǎn)生。應(yīng)當(dāng)理解，在陣列中的LED片的數(shù)量可大不相同，例如，從兩個(gè)LED片到四個(gè)或更多個(gè)LED片。在加工電子設(shè)備中光學(xué)裝置的下游的低通濾波器將有助于平滑脈沖之間的波谷，但是只要它是基本上不隨時(shí)間變化的，復(fù)合脈沖的最終形狀是不重要的。在儀器校正過程中進(jìn)行的信號(hào)積分可用來使脈沖形狀正?；?。此外，重要的是注意，由于在流動(dòng)路徑的照射區(qū)域之間的間隙比較小，試樣的微球體將幾乎得不到從一個(gè)被照射的區(qū)域轉(zhuǎn)換或混和到下一個(gè)被照射區(qū)域的機(jī)會(huì)。這樣，能夠相對(duì)地確定組合起來產(chǎn)生高S/N比脈沖的分立脈沖對(duì)應(yīng)于單個(gè)微球體。
當(dāng)選擇陣列的LED數(shù)量時(shí)有幾個(gè)要考慮的方面。例如，流動(dòng)路徑的照射區(qū)域的放大倍數(shù)最好會(huì)產(chǎn)生適合于光電探測(cè)器的有效區(qū)域的圖形。此外，流動(dòng)路徑的照射區(qū)域的放大倍數(shù)可以近似地匹配探測(cè)器的感光區(qū)域的面積以使脈沖的長度被延長到其最大而沒有損耗。例如，與單個(gè)球面鏡不同，可以使用一組柱面透鏡以加寬圖像帶以使它幾乎充滿探測(cè)器的整個(gè)感光區(qū)域。
另一個(gè)要被考慮的因素是數(shù)字化裝置的能力。更重要的是，對(duì)數(shù)字化的脈沖進(jìn)行積分的處理器或測(cè)量系統(tǒng)的DSP的處理功率和存儲(chǔ)容量，在選擇陣列的LED的數(shù)量時(shí)要加以考慮。最好是，用LED的陣列照射試樣產(chǎn)生的脈沖足夠小以使它能夠被處理器適當(dāng)?shù)夭倏v。此外，在微球體之間的統(tǒng)計(jì)間距也要被考慮。然而，對(duì)用在流量細(xì)胞計(jì)型測(cè)量系統(tǒng)中使用的典型的間距來說，統(tǒng)計(jì)間距可以不是一個(gè)因素。最后，由探測(cè)器(背景)累積的雜散光經(jīng)隨著探測(cè)器感光區(qū)域的增加而增加。
圖2-8是示出基于LED的測(cè)量系統(tǒng)的各種實(shí)施例的局部橫截面?zhèn)纫晥D。注意圖2-8沒有按比例畫出。特別是，圖形的一些元件的比例被大大放大以強(qiáng)調(diào)元件的特征。同樣要注意的是圖2-8沒有以相同的比例繪出。在為類似配置的一個(gè)以上的圖中示出的元件已經(jīng)使用相同的標(biāo)號(hào)表示。為了清楚起見，測(cè)量系統(tǒng)的一些元件諸如液壓泵未包括在圖中。
圖2示出了基于LED的測(cè)量系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例。如在圖2中示出，微球體10通過液壓泵(未示出)可被輸送到試管12中。試管提供了通過其進(jìn)行微球體的測(cè)量的探測(cè)窗口。在一個(gè)例子中，試管可以是諸如在標(biāo)準(zhǔn)的流量細(xì)胞計(jì)中使用的標(biāo)準(zhǔn)的石英試管。但是，任何其它類型的觀察或輸送室也可被用來輸送用于分析的試樣。例如，液壓泵可以是注射泵。液壓泵可以從試樣液體容器(未示出)抽出包含微球體的試樣液體并在試管的大約收縮成頸狀的區(qū)域把一滴試樣液體輸送進(jìn)鞘液的液流中。試管收縮成頸狀的區(qū)域是類似于沙漏的下半部的試管部分。
試樣液體中的微球體通過液體泵的末端出來，并包蓋在鞘液中。相對(duì)于試管的較大部分的收縮成頸狀的區(qū)域的縮小的橫截面使鞘液加速。結(jié)果，試樣液體和鞘液的匯合形成同軸的、雙組分流體，而試樣流體形成流體的內(nèi)部組分。鞘液延長了試樣液體從而使包含在其中的微球體在它們到達(dá)LED14、16和18的焦點(diǎn)區(qū)時(shí)實(shí)質(zhì)上成單行地流動(dòng)。此外，盡管在圖2中示出的系統(tǒng)包括3個(gè)LED，應(yīng)當(dāng)理解系統(tǒng)可以包括任何其它合適的數(shù)量的LED。
LED14、16和18沿著試樣的流動(dòng)路徑以陣列排列。LED的陣列被配置成當(dāng)試樣沿著流動(dòng)路徑移動(dòng)時(shí)照射試樣。如圖2中示出，LED可以用實(shí)質(zhì)上線性排列的方式設(shè)置，以使分立的LED以近似相同的照射角度各自照射試樣。如圖2中進(jìn)一步示出，LED可以被排列以使微球體被每個(gè)LED在不同的時(shí)間照射。每一LED可以用具有近似相同的波長或相同范圍的波長的光照射微球體。例如，每一LED可配置成用藍(lán)光照射微球體。例如，由LED發(fā)射的光的波長或波長范圍可以依賴正在被測(cè)量的試樣的類型和/或與試樣相關(guān)聯(lián)的材料(例如，粘合到試樣微球體的表面的材料)而變化。例如，在不同的實(shí)施例中，LED14、16和18被配置成發(fā)射綠光。
在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)包括配置成把來自LED的光指向(例如，聚焦)微球體或流動(dòng)路徑的一個(gè)或多個(gè)透鏡。例如，一個(gè)或多個(gè)透鏡可包括配置成把來自多個(gè)LED的光指向(例如，聚焦)微球體或流動(dòng)路徑上的單球面鏡19。在另一個(gè)例子中，排列在單個(gè)復(fù)合透鏡中的兩個(gè)或多個(gè)透鏡可被用來把來自LED的光指向微球體或流動(dòng)路徑上。在再一個(gè)例子中，如在圖4所示，柱面透鏡組21可以被配置成把來自多個(gè)LED的光指向(例如，聚焦)微球體或流動(dòng)路徑上。該組的每個(gè)柱面透鏡可以與LED中一個(gè)相耦合。一個(gè)或多個(gè)透鏡也可包括在現(xiàn)有技術(shù)中公知的任何其它合適的透鏡。
如圖2-4中示出，由于通過照明的激發(fā)引起的由微球體散射的光或由微球體發(fā)射的熒光通過透鏡22被會(huì)聚。在圖2-4中示出的實(shí)施例中，由于通過LED14、16和18中的每一個(gè)的照明引起的由微球體散射或發(fā)射的光被單個(gè)透鏡會(huì)聚。在一個(gè)實(shí)施例中，單個(gè)透鏡是球面鏡。在一些實(shí)施例中，該透鏡可以僅包括一個(gè)透鏡。或者，該透鏡可以是復(fù)合透鏡。盡管在圖2-4中示出的透鏡22是折射光學(xué)組件，應(yīng)當(dāng)理解該透鏡可以用不同類型的光定向組件(例如反射、反射折射的等)來代替。
如上所述，LED照明可被用于由微球體發(fā)射的熒光和由微球體散射的光二者的測(cè)量。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，用相對(duì)于LED排列在合適的位置的不同探測(cè)器(諸如在圖6中示出的和在下面進(jìn)一步描述的那些探測(cè)器)可以同時(shí)進(jìn)行測(cè)量。在另一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)LED陣列可用來進(jìn)行不同的測(cè)量。多個(gè)LED陣列的一個(gè)這樣的例子在此做進(jìn)一步描述。在不同的實(shí)施例中，不同(例如，非LED)光源(未示出)可用來為試樣的光散射測(cè)量提供照明。用于散射測(cè)量的光源可包括在現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何合適的光源。此外，依賴試樣的散射特性(例如，微球體的折射系數(shù))，使用比LED具有更高能量密度的單個(gè)光源是有利的，以使散射光具有足夠的強(qiáng)度以產(chǎn)生滿足要求的輸出信號(hào)。
透鏡22被配置成把會(huì)聚的光定向在探測(cè)器24的感光面上。在一些實(shí)施例中，透鏡可以被配置成把光聚焦在探測(cè)器的感光面上(例如，如同以物鏡的方式)。在其它實(shí)施例中，透鏡可以被配置成把光在探測(cè)器的感光表面上成像(例如，如同以成像透鏡的方式)。在一個(gè)實(shí)施例中，探測(cè)器可以是光電倍增管、光電二極管、感光元件的線性陣列、諸如電荷耦合器件(CCD)攝像機(jī)或延時(shí)積分(TDI)攝像機(jī)的感光元件的二維陣列，或現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何其它合適的探測(cè)器。另一種方法是經(jīng)由一條或多條光纖電纜(未示出)把來自試管或透鏡22的光間接地耦合到遠(yuǎn)程定位的光學(xué)探測(cè)器。
探測(cè)器的輸出信號(hào)可以如在此描述地被處理。例如，系統(tǒng)可以包括如在此描述一樣配置的處理器(未在圖2中示出)。在一些實(shí)施例中，輸出信號(hào)可以被處理以確定微球體的身份?；蛘?，輸出信號(hào)可以被處理成確定有關(guān)在微球體的表面發(fā)生的反應(yīng)的信息或有關(guān)與微球體相關(guān)聯(lián)的一種或多種材料的信息。在圖2-4中示出的系統(tǒng)可以被進(jìn)一步配置成如在此描述的。
在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)可包括包含設(shè)置在二維陣列中的分立的LED的LED陣列。在這樣的陣列中，分立的發(fā)光二極管的第一部分可以被配置成在沿著流動(dòng)路徑的不同位置以近似相同的照射角度照射試樣。分立的發(fā)光二極管的第二部分可以被配置成在沿著流動(dòng)路徑的不同位置中的一個(gè)以不同的照射角度照射試樣。
例如，如圖4中所示，二維陣列包括被配置成在沿著流動(dòng)路徑的不同位置以近似相同的照射角度照射試樣LED14、16和18。此外，該陣列包括被配置成在沿著流動(dòng)路徑的不同位置中的一個(gè)(或單一位置)以不同的照射角度照射試樣LED18、18a和18b。換言之，LED18、18a和18b被安排在沿著系統(tǒng)的z軸的不同位置。系統(tǒng)也可包括被被配置成在沿著流動(dòng)路徑的不同位置中的其它位置以不同的照射角度照射試樣的其它LED(未示出)。盡管在圖4中示出的z軸為大體直線的，但是，例如，LED在任何x平面的位置可根據(jù)試管的外部直徑和/或形狀(例如，正方形、矩形、圓形等)而變化。
如在圖4中示出，沿著y軸排列的二維陣列的分立的LED被各自耦合到被配置成把光聚焦到沿著Y軸的不同位置的分立的透鏡21中的一個(gè)(或透鏡微陣列的一個(gè))。此外，沿著z軸排列的所有3個(gè)光源被各自耦合到一個(gè)或多個(gè)分立的透鏡以使來自光源的光被定向到沿著流動(dòng)路徑組合的單個(gè)位置。沿著z軸的每個(gè)LED的波長可以相同以提供增加的功率，或者不同用于以一個(gè)以上的不同波長同時(shí)照射。注意盡管在圖4中示出的系統(tǒng)包括在二維陣列中沿著y軸以及z軸排列的LED，作為替換該系統(tǒng)可包括如圖2和3中示出的僅沿著y軸排列的LED或僅沿著z軸排列的LED。
在圖5中示出的不同實(shí)施例中，由于分立的LED14、16和18的照射由微球體散射或發(fā)射的光可以被透鏡26、28和30分開地會(huì)聚。換言之，每一透鏡最好是會(huì)聚由陣列的僅一個(gè)LED照射試樣產(chǎn)生的光。在一個(gè)實(shí)施例中，透鏡26、28和30可以是柱面透鏡。但是，透鏡26、28和30也可以是現(xiàn)有技術(shù)中已知的其它合適的透鏡。在一些實(shí)施例中，透鏡26、28和30可以具有實(shí)質(zhì)上相同的特性?；蛘撸哥R26、28和30可具有不同的特性，這取決于例如探測(cè)器24的特性而不同。透鏡26、28和30可以直接或間接地(例如，經(jīng)由光纖電纜)把會(huì)聚的光定向(例如，聚焦、成像等)在探測(cè)器24的感光表面上。因此，系統(tǒng)可以包括光學(xué)地耦合到一個(gè)探測(cè)器的一個(gè)以上的會(huì)聚透鏡。
此外，透鏡26、28和30可以把會(huì)聚光定向在探測(cè)器24的感光表面的不同區(qū)域上。此外，透鏡26、28和30可以把會(huì)聚光定向在小于探測(cè)器24的感光表面的全部區(qū)域的區(qū)域上。但是，這些透鏡最好把會(huì)聚光聚焦在近似等于探測(cè)器的感光表面的全部區(qū)域的區(qū)域上。照這樣，脈沖長度對(duì)給定的探測(cè)器而言可以被延長到近似于它的最大值，從而盡可能地增加S/N比。在圖5中示出的系統(tǒng)可以進(jìn)一步配置成如在此描述的。
在圖6中示出的另一個(gè)實(shí)施例中，由LED14、16和18中的每一個(gè)的照射使微球體散射或發(fā)射的光可以被透鏡26、28和30分開地會(huì)聚。透鏡26、28和30可以配置成如上述描述的那樣。由每一透鏡會(huì)聚的光可以定向(例如，聚焦、成像等)在不同探測(cè)器的感光表面上。例如，由透鏡26會(huì)聚的光可以直接或間接地(例如，經(jīng)由光纖電纜)定向(例如，聚焦、成像等)在探測(cè)器32的感光表面上，由透鏡28會(huì)聚的光可以直接或間接地(例如，經(jīng)由不同光纖電纜)定向(例如，聚焦、成像等)在探測(cè)器34的感光表面上，由透鏡30會(huì)聚的光可以直接或間接地(例如，經(jīng)由另一不同的光纖電纜)定向(例如，聚焦、成像等)在探測(cè)器36的感光表面上。探測(cè)器32、34和36的整個(gè)感光區(qū)域可以比圖2-5中示出的探測(cè)器24的感光區(qū)域小。這樣，由探測(cè)器32、34和36產(chǎn)生的信號(hào)可包括更小的雜散光或背景噪聲。如此，通過使用一個(gè)以上的探測(cè)器可以增加整個(gè)S/N比。此外，透鏡可以透鏡把會(huì)聚光定向在近似等于探測(cè)器的感光表面的全部區(qū)域的區(qū)域上。如此，脈沖長度對(duì)給定的系統(tǒng)可以被延伸至近似其最大值，從而盡可能地增加S/N比。在圖6中示出的系統(tǒng)可進(jìn)一步配置成如下所描述的那樣。
圖7還示出了基于LED的測(cè)量系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)可以被配置成用不同波長的光照射微球體。例如，系統(tǒng)可包括一個(gè)以上的LED陣列。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)包括包含LED38、40和42的第一LED陣列。此外，該系統(tǒng)可包括包含LED44、46和48的第二LED陣列。盡管包括3個(gè)LED的每一陣列被作為例子示出，應(yīng)當(dāng)理解每個(gè)陣列的LED的數(shù)量可以依賴?yán)鏛ED的強(qiáng)度或試樣的特性而變化。此外，盡管示出了包括兩個(gè)LED陣列的系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)理解系統(tǒng)可以包括兩個(gè)以上的LED陣列。
第一LED陣列被配置成用光的第一波長或第一多元波長照射微球體。第二LED陣列被配置成用第二波長或第二多元波長的光照射微球體。第二波長不同于第一波長。例如，第二波長可以包含藍(lán)光，第一波長可以包含綠光。如此，在一次測(cè)量過程中可以用光的不同波長照射微球體。取決于用來激發(fā)微球體的光的不同波長，微球體可發(fā)射不同類型的熒光。因此，測(cè)量系統(tǒng)能夠在一次測(cè)量過程中進(jìn)行多次測(cè)量。如此，系統(tǒng)的測(cè)量能量和靈敏度隨著LED陣列的數(shù)量的增加而提高。
在圖7中示出的系統(tǒng)也可被配置成以使由于LED38、40、42、44、46和48中的每一個(gè)的照射而由微球體散射或發(fā)射的光可以被透鏡50、52、54、56、58和60分開地會(huì)聚。在一個(gè)實(shí)施例中，透鏡50、52、54、56、58和60可以是柱面透鏡。但是，這些透鏡也可以是現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何其它合適的透鏡。透鏡50、52、54、56、58和60可以直接或間接地(例如，經(jīng)由光纖電纜)把會(huì)聚的光定向(例如，聚焦、成像等)在探測(cè)器62、64、66、68、70和72的感光表面上。如此，每一透鏡可以光學(xué)地耦合到不同的探測(cè)器上。在一個(gè)替換實(shí)施例中，每一透鏡可以把會(huì)聚光聚焦在一個(gè)探測(cè)器的的感光表面上(未示出)。不同的探測(cè)器或單個(gè)探測(cè)器可以如上面描述的那樣被配置。在另一個(gè)實(shí)施例中，透鏡50、52、54、56、58和60可以用單個(gè)透鏡來替代，這個(gè)透鏡可如上面描述的那樣來配置。單個(gè)透鏡可以配置成直接或間接地(例如，經(jīng)由光纖電纜)把會(huì)聚的光聚焦在單個(gè)探測(cè)器或多個(gè)探測(cè)器上。在不同的實(shí)施例中，透鏡50、52和54可以用一個(gè)透鏡來替代，并且透鏡56、58和60可以用另一個(gè)透鏡來替代。以這樣的方式，每個(gè)LED的陣列可以包括它自己的會(huì)聚透鏡。
盡管在圖7中示出的LED的陣列被相對(duì)緊密地排列在一起以建立近似連續(xù)的照射或探測(cè)窗口，應(yīng)當(dāng)理解LED陣列可以沿著流動(dòng)路徑被間隔開。此外，如圖7中所示，兩個(gè)LED陣列可以被配置成以近似相同的方向(例如，近似相同的照射角)來照射微球體。或者，兩個(gè)LED陣列可以被配置成在不同方向(例如，不同的照射角)照射微球體。以這樣的方式，LED陣列在環(huán)繞試管的周長彼此隔開。在這個(gè)例子中，LED陣列也可以沿著流動(dòng)路徑彼此隔開或沿著流動(dòng)路徑彼此不隔開。例如，LED陣列可配置成在流動(dòng)期間在同一時(shí)間從不同的方向照射微球體?；蛘撸琇ED的子集在流動(dòng)期間在不同的時(shí)間從不同的方向照射微球體。在圖7中示出的系統(tǒng)可以如在此描述的那樣被進(jìn)一步配置。
圖8示出了沿著通過微球體10流經(jīng)的試管12的橫截面的平面的基于LED的測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)施例。因此，LED陣列只有一個(gè)LED在圖8中示出。此外，應(yīng)當(dāng)理解在圖8中示出的探測(cè)系統(tǒng)如上文所述那樣可以包括一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器。此外，應(yīng)當(dāng)理解一個(gè)或多個(gè)透鏡(未示出)可以如上述那樣被光學(xué)地耦合到每一個(gè)探測(cè)系統(tǒng)。以類似方式，應(yīng)當(dāng)理解一個(gè)或多個(gè)透鏡(未示出)可以如上述的那樣被光學(xué)地耦合到陣列中的每一個(gè)LED。LED74和LED74作為其一部分的陣列也可被配置成如上文所述的那樣。
從微球體向前散射的光通過折疊式反射鏡或任何其它合適的光定向部件可以指向探測(cè)系統(tǒng)76?；蛘撸綔y(cè)系統(tǒng)76可以直接設(shè)置在向前散射的光路中。以此方式，折疊式反射鏡或其它光導(dǎo)向組件可不包括在此系統(tǒng)中。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖8中所示，向前散射的光可以是由微球體以從LED74照射的方向成約180度角而散射的光。向前散射的光的角度可以不是從LED照射的方向正好成180度，以使來自光源的入射光不入射在探測(cè)系統(tǒng)的感光區(qū)域上。例如，向前散射的光可以是由微球體以從照射方向成小于或大于180度的角度而散射的光(例如，在約170度、約175度、約185度或約190度角而散射的光)。
由微球體以從LED照射的方向成約90度角而散射和/或發(fā)射的光也可以被會(huì)聚。在一個(gè)實(shí)施例中，這個(gè)散射光通過一個(gè)或多個(gè)分光鏡可以被分成一個(gè)以上的光束。例如，以從LED的方向成約90度角而散射的光通過分光鏡82可以被分成兩束不同的光束。這兩束不同的光束通過分光鏡84和86又被分開以產(chǎn)生四束不同的光束。分光鏡82、84和86可以包括現(xiàn)有技術(shù)中已知的諸如分色鏡的適當(dāng)?shù)姆止忡R。
每束光可以被定向到不同的探測(cè)系統(tǒng)，該探測(cè)系統(tǒng)可以包括一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器。例如，四束光中的一束可以被定向到探測(cè)系統(tǒng)88。探測(cè)系統(tǒng)88可以被配置成探測(cè)由微球體散射的光。其它三束光可被定向到探測(cè)系統(tǒng)90、92和94。探測(cè)系統(tǒng)90、92和94可以被配置成探測(cè)由微球體發(fā)射的熒光。。每一個(gè)探測(cè)系統(tǒng)可以配置成探測(cè)不同波長或不同波長范圍的熒光。例如，一種探測(cè)系統(tǒng)可以配置成探測(cè)綠熒光。另一種探測(cè)系統(tǒng)被配置成探測(cè)桔黃熒光。還一種探測(cè)系統(tǒng)配置成探測(cè)紅熒光。
在一些實(shí)施例中，濾譜器96、98和100可以被分別耦合到每一個(gè)探測(cè)系統(tǒng)。濾譜器可被配置成阻擋除探測(cè)系統(tǒng)配置成探測(cè)的那些波長之外的熒光。另一個(gè)實(shí)施例(未示出)將使用一個(gè)或多個(gè)光纖電纜以將發(fā)射的熒光定向到一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器。在多波長LED被用作沿著珠或粒子的流動(dòng)路徑的激發(fā)源的情況下，單個(gè)探測(cè)器或探測(cè)系統(tǒng)通過使用多個(gè)光纖對(duì)每個(gè)分立的區(qū)域成像能夠被用于每個(gè)對(duì)應(yīng)發(fā)射波長。在圖8中示出的測(cè)量系統(tǒng)可進(jìn)一步配置成如在此描述的那樣。
探測(cè)器的輸出電流正比于入射在它上面的熒光并導(dǎo)致電流脈沖。電流脈沖可轉(zhuǎn)換成電壓脈沖，低通濾波，然后由A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)字化。諸如DSP的處理器102對(duì)脈沖下的區(qū)域求積分以提供代表熒光幅度的數(shù)值。此外，處理器可執(zhí)行在此描述的其它功能(例如，組合分立的輸出信號(hào)以產(chǎn)生具有比分立的輸出信號(hào)的S/N比更大的S/N比的單個(gè)輸出信號(hào))。如圖8中示出，處理器102經(jīng)由傳輸介質(zhì)104可被耦合到探測(cè)器88。處理器102也可經(jīng)由傳輸介質(zhì)104和諸如A/D轉(zhuǎn)換器的一個(gè)或多個(gè)其它組件(未示出)間接地耦合到探測(cè)器88。處理器可以用相似的方式耦合到系統(tǒng)的其它部件。
在其中LED陣列能夠用來替代目前在系統(tǒng)中使用的激發(fā)源或光源的測(cè)量系統(tǒng)的另外的例子在Chandler等人的第5,981,180號(hào)美國專利，Chandler的第6,046,807號(hào)美國專利，Chandler的第6,139,800號(hào)美國專利，Chandler的第6,366,354號(hào)美國專利，Chandler的第6,411,904號(hào)美國專利，Chandler等人的第6,449,562號(hào)美國專利，Chandler等人的第6,524,793號(hào)美國專利中示出，其通過引用猶如全部被給出而包括在此。在此描述的測(cè)量系統(tǒng)也可以如在這些專利中所描述的那樣被進(jìn)一步配置。
在上文中描述的各種測(cè)量系統(tǒng)實(shí)施例可用來執(zhí)行各種測(cè)量方法。在一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量方法包括在沿著微球體的流動(dòng)路徑的不同位置照射微球體。該方法也包括探測(cè)由照射微球體產(chǎn)生的光以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于在不同位置照射微球體的分立的輸出信號(hào)。此外，該方法包括組合分立的輸出信號(hào)以產(chǎn)生具有比分立的輸出信號(hào)的S/N比更大的S/N比的單個(gè)輸出信號(hào)。該單個(gè)輸出信號(hào)也具有比每個(gè)分立的輸出信號(hào)的脈沖長度更大的脈沖長度。
在一個(gè)實(shí)施例中，照射微球體可包括用一個(gè)或多個(gè)沿著微球體的流動(dòng)路徑排列的LED陣列照射微球體。一個(gè)或多個(gè)陣列被配置成在微球體沿著流動(dòng)路徑移動(dòng)時(shí)照射微球體。在一些實(shí)施例中，照射微球體包括用近似相同的波長或多個(gè)波長的光在不同的位置照射微球體。在另一個(gè)實(shí)施例中，照射微球體包括在不同位置以近似相同的照射角度照射微球體。在附加的實(shí)施例中，照射微球體包括用一系列離散的光脈沖在不同的位置照射微球體。
在一些實(shí)施例中，照射微球體可以包括用多個(gè)分立的LED以多個(gè)照射角度在不同位置中的一個(gè)位置照射微球體。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，多個(gè)分立的LED產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上波長相同的光。在不同的這樣的實(shí)施例中，多個(gè)分立的LED產(chǎn)生不同波長的光。以此方式，可以用不同波長的光或相同波長的光在不同的照射角度實(shí)質(zhì)上同時(shí)地照射微球體。
在實(shí)施例中，不同的位置可以沿著流動(dòng)路徑的第一部分安排。在這樣的實(shí)施例中，照射微球體可包括用光的第一波長在不同的位置照射微球體。該方法還可包括用不同于光的第一波長的光的第二波長在沿著微球體的流動(dòng)路徑的第二部分的另外位置照射微球體。在不同的這樣的實(shí)施例中，照射微球體可包括以第一照射的角度在不同的位置照射微球體，并且該方法可包括用不同于第一照射角的第二照射角在沿著微球體的流動(dòng)路徑的第二部分的另外位置照射微球體。
在一些實(shí)施例中，照射微球體可包括用配置成產(chǎn)生具有不同波長的光的兩個(gè)或兩個(gè)以上的LED陣列在不同的位置照射微球體。在另一個(gè)實(shí)施例中，照射微球體可包括用以不同的照射角度的排列的兩個(gè)或兩個(gè)以上的LED陣列在不同的位置照射微球體。在這樣的實(shí)施例中，兩個(gè)或兩個(gè)以上的陣列可配置成用以每個(gè)不同的照射角度用不同波長的光或以每個(gè)不同的照射角度用實(shí)質(zhì)上相同的波長的光照射微球體。
在再一個(gè)實(shí)施例中，探測(cè)光可包括用一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器探測(cè)由照射微球體產(chǎn)生的光。在另外的實(shí)施例中，該方法可包括會(huì)聚由照射微球體產(chǎn)生的光和把會(huì)聚光直接地定向在一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器的感光表面上。一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器如上文所描述的那樣探測(cè)光。在另一個(gè)實(shí)施例中，該方法可包括會(huì)聚由照射微球體產(chǎn)生的光和使用一條或多條光纖電纜把會(huì)聚光間接地定向在一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器的感光表面上。在這個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器也如上文所描述的那樣探測(cè)光。
在一個(gè)實(shí)施例中，由照射微球體產(chǎn)生的光可包括由微球體發(fā)射的熒光。在不同的實(shí)施例中，由照射微球體產(chǎn)生的光可包括由微球體散射的光。在再一個(gè)實(shí)施例中，由照射微球體產(chǎn)生的光可包括有微球體發(fā)射的熒光和由微球體散射的光。方法實(shí)施例中的每一個(gè)可包括在此描述的任何其它步驟。
一個(gè)附加的實(shí)施例涉及由在此描述的各種測(cè)量系統(tǒng)執(zhí)行的計(jì)算機(jī)實(shí)施的方法。例如，該方法可以通過在圖8中示出的處理器102執(zhí)行。該方法包括組合分立的輸出信號(hào)以產(chǎn)生具有比分立的輸出信號(hào)的S/N比更大的S/N比的單個(gè)輸出信號(hào)。該單個(gè)輸出信號(hào)也具有比每個(gè)分立的輸出信號(hào)的脈沖長度更大的脈沖長度。分立的輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)于由沿著微球體的流動(dòng)路徑在不同的位置照射微球體產(chǎn)生的光。
在一個(gè)實(shí)施例中，照射可包括通過沿著微球體的流動(dòng)路徑排列的LED的陣列的照射。該陣列被配置成在微球體沿著流動(dòng)路徑移動(dòng)時(shí)照射微球體。在另一個(gè)實(shí)施例中，分立的輸出信號(hào)由一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器產(chǎn)生。
在另外的實(shí)施例中，照射包括用近似相同的波長或多個(gè)波長的光在不同位置照射。在另一個(gè)實(shí)施例中，照射可包括以近似相同的照射角度在不同位置的照射。在再一個(gè)實(shí)施例中，照射可包括使用近似相同的波長的光以不同的角度在不同的位置的照射。在不同的實(shí)施例中，照射包括使用不同波長的光以不同的照射角度在不同的位置的照射。在再一個(gè)實(shí)施例中，照射包括一系列離散的光脈沖。
在一個(gè)實(shí)施例中，由照射產(chǎn)生的光包括由微球體發(fā)射的熒光。在另一個(gè)實(shí)施例中，由照射產(chǎn)生的光包括由微球體散射的光。在不同的實(shí)施例中，由照射產(chǎn)生的光包括由微球體發(fā)射的熒光和由微球體散射的光。上面描述的計(jì)算機(jī)實(shí)施的信號(hào)積分方法的每個(gè)實(shí)施例可包括在此描述的任何其它步驟。
諸如那些在此描述的程序指令實(shí)施方法可以在載體介質(zhì)上發(fā)送或存儲(chǔ)在載體介質(zhì)中。載體介質(zhì)可以是諸如導(dǎo)線、電纜、或無線傳輸線路的傳輸介質(zhì)，或沿著這樣的導(dǎo)線、電纜或線路傳播的信號(hào)。載體介質(zhì)也可以是諸如只讀存儲(chǔ)器、隨機(jī)存儲(chǔ)器、磁盤或光盤、或磁帶的存儲(chǔ)介質(zhì)。
在一個(gè)實(shí)施例中，處理器可以被配置成根據(jù)上面的實(shí)施例執(zhí)行程序指令以執(zhí)行計(jì)算機(jī)實(shí)施的方法。該處理器可以采用不同形式，包括使用數(shù)字信號(hào)處理芯片或現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列的專用處理板、個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、主機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、工作站、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、因特網(wǎng)設(shè)備、個(gè)人數(shù)字助理(“PDA”)、電視系統(tǒng)或其它設(shè)備。通常，術(shù)語“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”可以廣義地定義成包括具有一個(gè)或多個(gè)數(shù)字信號(hào)處理元件或其它處理元件的任何設(shè)備。
程序指令可以用任何不同的方式被執(zhí)行，其中包括基于步驟的技術(shù)，基于組件的技術(shù)，和/或面向?qū)ο蟮募夹g(shù)。例如，使用ActiveX控件、C++對(duì)象、JavaBeans、微軟基礎(chǔ)類(“MFC”)或其它技術(shù)或方法，可以如期望的那樣執(zhí)行程序指令。在應(yīng)用FPGA的情況下，使用諸如VHDL的高級(jí)語言可以用于設(shè)計(jì)嵌入設(shè)備內(nèi)的信號(hào)處理電路。
對(duì)那些由此公開受益的那些本領(lǐng)域技術(shù)人員來說應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明旨在提供基于發(fā)光二極管的測(cè)量系統(tǒng)的方法。根據(jù)本說明書，本發(fā)明的各方面的修改和替換實(shí)施例對(duì)那些本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。因此，本說明書僅被解釋為示例性的并且目的是用于教授本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員執(zhí)行本發(fā)明的一般方式。
要理解的是在此示出和描述的本發(fā)明的形式被認(rèn)為作為目前較佳的實(shí)施例。對(duì)在此示出的和描述的元件和材料可以被替代，部件和過程可以被改變，本發(fā)明的某些特征可以被單獨(dú)利用，所有這些對(duì)在從本發(fā)明的說明書受益之后的本領(lǐng)域的一個(gè)技術(shù)人員而言是顯而易見的。在不背離如在后面的權(quán)利要求書中描述的本發(fā)明的精神和范圍下，可以在在此描述的元件中做出改變。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量系統(tǒng)，包括沿著試樣的流動(dòng)路徑排列的發(fā)光二極管的陣列，其中所述陣列配置成在試樣沿著流動(dòng)路徑移動(dòng)時(shí)照射試樣；以及配置成探測(cè)由所述陣列照射試樣產(chǎn)生的光的一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述陣列的分立的發(fā)光二極管配置成用近似相同的波長的或多個(gè)波長的光照射試樣。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述陣列的分立的發(fā)光二極管配置成在沿著流動(dòng)路徑的不同位置照射試樣。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述陣列的分立的發(fā)光二極管以大體線性的排列設(shè)置以使分立的發(fā)光二極管被配置成以近似相同的照射角度照射試樣。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述陣列的分立的發(fā)光二極管以二維陣列方式設(shè)置以使分立的發(fā)光二極管的第一部分被配置成在沿著流動(dòng)路徑的不同位置以近似相同的照射角度照射試樣并且使分立的發(fā)光二極管的第二部分被配置成在沿著流動(dòng)路徑的不同位置中的一個(gè)位置以不同的照射角度照射試樣。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述陣列的分立的發(fā)光二極管在沿著流動(dòng)路徑的單個(gè)位置照射試樣。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述陣列的分立的發(fā)光二極管被進(jìn)一步配置成用實(shí)質(zhì)上相同的波長的光在單個(gè)位置照射試樣。
8.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述陣列的分立的發(fā)光二極管被進(jìn)一步配置成用不同波長的光在單個(gè)位置照射試樣。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述陣列的分立的發(fā)光二極管被設(shè)置成使間隙安排在分立的發(fā)光二極管之間并且使所述陣列被進(jìn)一步配置成在試樣沿著流動(dòng)路徑移動(dòng)時(shí)用一系列離散的光脈沖照射試樣。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括一個(gè)或多個(gè)附加的發(fā)光二極管的陣列，其特征在于，所述陣列和一個(gè)或多個(gè)所述的附加的陣列沿著流動(dòng)路徑的不同部分排列。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，一個(gè)或多個(gè)所述的附加的陣列被配置成在試樣沿著流動(dòng)路徑移動(dòng)時(shí)用不同于所述陣列的波長的光的波長的光照射試樣。
12.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，一個(gè)或多個(gè)所述的附加的陣列被配置成在試樣沿著流動(dòng)路徑移動(dòng)時(shí)以不同于所述陣列的照射角度的照射角度照射試樣。
13.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括一個(gè)或多個(gè)附加的發(fā)光二極管的陣列，其特征在于，所述陣列和一個(gè)或多個(gè)所述的附加的發(fā)光二極管陣列沿著流動(dòng)路徑的相同部分排列。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，一個(gè)或多個(gè)所述的附加的陣列被配置成在試樣沿著流動(dòng)路徑移動(dòng)時(shí)用不同于所述陣列的波長的光的波長的光照射試樣。
15.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，一個(gè)或多個(gè)所述的附加的陣列被配置成在試樣沿著流動(dòng)路徑移動(dòng)時(shí)以不同于所述陣列的照射角度的照射角度照射試樣。
16.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，一個(gè)或多個(gè)所述的探測(cè)器被進(jìn)一步配置成產(chǎn)生表示由照射試樣引起的光的輸出信號(hào)。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括配置成把對(duì)應(yīng)于試樣的單個(gè)微球體的輸出信號(hào)組合成具有比每個(gè)輸出信號(hào)的信噪比更大的信噪比的單個(gè)輸出信號(hào)的處理器。
18.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括配置成把對(duì)應(yīng)于試樣的單個(gè)微球體的輸出信號(hào)組合成具有比每個(gè)輸出信號(hào)的脈沖長度更大的脈沖長度的單個(gè)輸出信號(hào)的處理器。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，單個(gè)輸出信號(hào)的脈沖長度近似地正比于產(chǎn)生所述每一輸出信號(hào)的陣列中的發(fā)光二極管的數(shù)量。
20.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括配置成把來自發(fā)光二極管的光之間定向在流動(dòng)路徑上的一個(gè)或多個(gè)透鏡。
21.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括配置成會(huì)聚由照射產(chǎn)生的光和把會(huì)聚光大體定向在一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器的感光表面的整個(gè)區(qū)域上的一個(gè)或多個(gè)透鏡。
22.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括配置成會(huì)聚由照射產(chǎn)生的光和把會(huì)聚光直接定向在一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器感光表面上的一個(gè)或多個(gè)透鏡。
23.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括配置成會(huì)聚由照射產(chǎn)生的光和使用一條或多條光纖電纜把會(huì)聚光間接定向在一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器感光表面上的一個(gè)或多個(gè)透鏡。
24.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，由照射產(chǎn)生的光包括由試樣發(fā)射的熒光。
25.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，由照射產(chǎn)生的光包括由試樣散射的光。
26.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，由照射產(chǎn)生的光包括由試樣發(fā)射的熒光和由試樣散射的光。
27.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括配置成在試樣沿著流動(dòng)路徑移動(dòng)時(shí)照射試樣的另外的光源，其特征在于，由所述陣列照射試樣產(chǎn)生的光包括由試樣發(fā)射的熒光，以及由所述另外的光源照射試樣產(chǎn)生的光包括由試樣散射的光。
28.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述試樣包括微球體。
29.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)被配置成流量細(xì)胞計(jì)類型的測(cè)量系統(tǒng)。
30.一種測(cè)量方法，包括在沿著微球體的流動(dòng)路徑的不同位置照射微球體；探測(cè)由所述照射產(chǎn)生的光以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于在不同的位置的所述照射的分立的輸出信號(hào)；以及組合分立的輸出信號(hào)以產(chǎn)生具有比分立的輸出信號(hào)的信噪比更高的信噪比的單個(gè)輸出信號(hào)。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述照射包括用沿著微球體的流動(dòng)路徑排列的一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管陣列照射微球體，以及其中一個(gè)或多個(gè)所述陣列被配置成在微球體沿著流動(dòng)路徑移動(dòng)時(shí)照射微球體。
32.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述照射包括用近似相同的波長或多個(gè)波長的光在不同的位置照射微球體。
33.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述照射包括以近似相同的照射角度在不同的位置照射微球體。
34.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述照射包括用一系列離散的脈沖在不同的位置照射微球體。
35.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述照射包括用多個(gè)分立的發(fā)光二極管以多個(gè)照射角度在不同位置中的一個(gè)位置照射微球體。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)分立的發(fā)光二極管產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上相同的波長的光。
37.如權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)分立的發(fā)光二極管產(chǎn)生不同波長的光。
38.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述的不同位置沿著流動(dòng)路徑的第一部分排列，其中所述照射包括用第一波長的光在不同的位置照射微球體，該方法還包括用不同于第一波長的光的第二波長的光在沿著微球體的流動(dòng)路徑的第二部分的另外的位置照射微球體。
39.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述的不同位置沿著流動(dòng)路徑的第一部分排列，其中所述照射包括以第一照射角度在不同的位置照射微球體，該方法還包括以不同于第一照射角度的第二照射角度在沿著微球體的流動(dòng)路徑的第二部分的另外的位置照射微球體。
40.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述照射包括用配置成產(chǎn)生具有不同波長的光的兩個(gè)或兩個(gè)以上發(fā)光二極管的陣列在不同的位置照射微球體。
41.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述照射包括用以不同的照射角度排列的兩個(gè)或兩個(gè)以上發(fā)光二極管的陣列在不同的位置照射微球體。
42.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述照射包括用以不同的照射角度排列的兩個(gè)或兩個(gè)以上發(fā)光二極管的陣列在不同的位置照射微球體，其中所述兩個(gè)或多個(gè)陣列配置成用不同波長的光以不同照射角度的每一個(gè)照射角度照射微球體。
43.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述單個(gè)輸出信號(hào)具有比每個(gè)分立的輸出信號(hào)的脈沖長度更長的脈沖長度。
44.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，還包括會(huì)聚由所述照射產(chǎn)生的光及把會(huì)聚光直接定向在一個(gè)或多個(gè)所述探測(cè)器的感光表面上，其中一個(gè)或多個(gè)所述探測(cè)器進(jìn)行所述探測(cè)。
45.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，包括會(huì)聚由所述照射產(chǎn)生的光及使用一條或多條光纖電纜把會(huì)聚光間接定向在一個(gè)或多個(gè)所述探測(cè)器的感光表面上，其中一個(gè)或多個(gè)所述探測(cè)器進(jìn)行所述探測(cè)。
46.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述探測(cè)包括用一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器探測(cè)由所述照射產(chǎn)生的光。
47.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，由所述照射產(chǎn)生的光包括由微球體發(fā)射的熒光。
48.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，由所述照射產(chǎn)生的光包括由微球體散射的光。
49.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，由所述照射產(chǎn)生的光包括由微球體產(chǎn)發(fā)射的熒光和由微球體散射的光。
50.一種計(jì)算機(jī)實(shí)施的方法，包括組合分立的輸出信號(hào)以產(chǎn)生具有比分立的輸出信號(hào)的信噪比更大的信噪比的單個(gè)輸出信號(hào)，其中所述單個(gè)輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)于由沿著微球體的流動(dòng)路徑在不同的位置照射微球體產(chǎn)生的光。
51.如權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于，所述照射包括通過沿著微球體的流動(dòng)路徑排列的LED的陣列的照射，其中所述陣列被配置成在微球體沿著流動(dòng)路徑移動(dòng)時(shí)照射微球體。
52.如權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于，所述分立的輸出信號(hào)由一個(gè)或多個(gè)所述探測(cè)器產(chǎn)生。
53.如權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于，所述照射包括用近似相同的波長或多個(gè)波長的光在不同位置的照射。
54.如權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于，所述照射包括以近似相同的照射角度在不同位置的照射。
55.如權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于，所述照射包括使用近似相同的波長的光以不同的角度在不同的位置的照射。
56.如權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于，所述照射包括使用不同波長的光以不同的照射角度在不同的位置的照射。
57.如權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于，所述照射包括一系列離散的光脈沖。
58.如權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于，所述單個(gè)輸出信號(hào)具有比每一所述分立的輸出信號(hào)的脈沖長度更長的脈沖長度。
59.如權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于，由所述照射產(chǎn)生的光包括由微球體發(fā)射的熒光。
60.如權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于，由所述照射產(chǎn)生的光包括由微球體散射的光。
61.如權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于，由所述照射產(chǎn)生的光包括由微球體發(fā)射的熒光和由微球體散射的光。
全文摘要
提供了各種基于發(fā)光二極管(LED)的測(cè)量系統(tǒng)和方法。一種系統(tǒng)包括沿著試樣(10)的流動(dòng)路徑(20)排列的一個(gè)或多個(gè)LED(14，16，18)的陣列。該陣列配置成在試樣沿著流動(dòng)路徑移動(dòng)時(shí)照射試樣。該系統(tǒng)也包括配置成探測(cè)由陣列照射試樣產(chǎn)生的光的一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器(24)。一種方法包括在沿著微球體的流動(dòng)路徑的不同位置照射微球體。該方法也包括探測(cè)由照射產(chǎn)生的光以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于在不同位置的照射的分立的輸出信號(hào)。該方法還包括組合分立的輸出信號(hào)以產(chǎn)生具有比分立的輸出信號(hào)的信噪比更大的信噪比的單個(gè)輸出信號(hào)。
文檔編號(hào)G01N15/14GK1846126SQ200480022468
公開日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2004年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月5日
發(fā)明者W·D·羅斯 申請(qǐng)人:盧米尼克斯股份有限公司