[go: up one dir, main page]

RU2569053C2 - Scanning cytometer - Google Patents

Scanning cytometer Download PDF

Info

Publication number
RU2569053C2
RU2569053C2 RU2014109619/28A RU2014109619A RU2569053C2 RU 2569053 C2 RU2569053 C2 RU 2569053C2 RU 2014109619/28 A RU2014109619/28 A RU 2014109619/28A RU 2014109619 A RU2014109619 A RU 2014109619A RU 2569053 C2 RU2569053 C2 RU 2569053C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
capillary
signal
amplitude
biological objects
objects
Prior art date
Application number
RU2014109619/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014109619A (en
Inventor
Павел Валерьевич Горбунов
Алексей Александрович Ивахненко
Кирилл Валерьевич Макрушин
Original Assignee
Павел Валерьевич Горбунов
Алексей Александрович Ивахненко
Кирилл Валерьевич Макрушин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Павел Валерьевич Горбунов, Алексей Александрович Ивахненко, Кирилл Валерьевич Макрушин filed Critical Павел Валерьевич Горбунов
Priority to RU2014109619/28A priority Critical patent/RU2569053C2/en
Publication of RU2014109619A publication Critical patent/RU2014109619A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2569053C2 publication Critical patent/RU2569053C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention relates to field of examination and analysis of biological materials and deals with method for counting biological objects in sample and scanning cytometer on its basis. To realise counting of biological objects sample is placed in rectangular capillary, made with possibility of reflecting fluorescence signal from upper surface of rectangular capillary. Additional collection of fluorescence signal is provided by means of parabolic reflector, in focus of which analysed zone of capillary is placed, and replacement of analysed zones with biological objects is realised by moving capillary along its axis. Detected light flow is divided by wavelength and directed on first and second photomultipliers, output signals of which are proportional to light flow and fluorescence signal. From photomultipliers output signals are transmitted to amplitude and phase transformers for simultaneous processing and following multiplication of arrays of data, obtained from outlets of amplitude and phase transformers of signals in microprocessor.
EFFECT: technical result consists in increase of accuracy and simplification of measurement method, as well as in reduction of dimensions and increase of device mobility.
13 cl, 4 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение относится к области сканирующих цитометров, использующих обнаружение флуоресценции от объектов, которые облучают интенсивным и модулированным светом. Устройство может быть использовано в медицине, контроле окружающей среды и объектов жизнеобеспечения, в космических исследованиях.The present invention relates to the field of scanning cytometers using fluorescence detection from objects that are irradiated with intense and modulated light. The device can be used in medicine, environmental control and life support facilities, in space research.

Уровень техникиState of the art

Одним из наиболее распространенных в настоящее время методов подсчета клеток является проточная цитометрия (ПЦ). К достоинствам ПЦ можно отнести возможность исследования в ходе одного анализа большого числа клеток (более 100000), высокую чувствительность, что позволяет выявлять бактериальные клетки в количестве 10-100 в 1 мл жидкости и обеспечивать высокую скорость подсчета.One of the most common cell counting methods currently used is flow cytometry (PC). The advantages of the PC include the possibility of studying a large number of cells (over 100,000) during one analysis, high sensitivity, which allows the detection of bacterial cells in an amount of 10-100 in 1 ml of liquid and ensuring a high counting rate.

Известны проточные цитометры для использования в медицинских и биологических применениях. Наиболее широко представлены цитометры, которые основаны на обнаружении флуоресценции от флуорохромов, связанных с объектами измерения.Flow cytometers are known for use in medical and biological applications. The most widely represented are cytometers, which are based on the detection of fluorescence from fluorochromes associated with measurement objects.

Одним из основных недостатков метода ПЦ является сложность и дороговизна его технической реализации. Аппарат для ПЦ включает в себя измерительную ячейку в виде капилляра сечением 100-300 мкм, специальной конструкции для обеспечения ламинарного потока жидкости, протекающей через ячейку, систему подачи пробы в аппарат, систему дозирования флуоресцентного красителя, насос для обеспечения постоянной скорости движения жидкости, систему промывки измерительного тракта, предотвращающую кросс-контаминацию - заражение измеряемых образцов предыдущими образцами, оптическую систему с лазером, приемником, фотоумножителем, оптическими фильтрами.One of the main disadvantages of the PC method is the complexity and high cost of its technical implementation. The apparatus for the PC includes a measuring cell in the form of a capillary with a cross section of 100-300 μm, a special design to ensure a laminar flow of fluid flowing through the cell, a system for supplying a sample to the apparatus, a dosing system for a fluorescent dye, a pump to ensure a constant speed of fluid movement, a washing system measuring path that prevents cross-contamination - infection of the measured samples with previous samples, an optical system with a laser, receiver, photomultiplier, optical filters.

В патенте США № US 5270548 описан проточный цитометр, использующий фазовый детектор для подсчета в потоке клеток, помеченных флуоресцентными красками с перекрывающимися спектрами излучения, но с различным временем жизни флуоресценции. Однако в силу конструкционных особенностей проточных цитометров в каждый момент времени источник света освещает область, в которой может находиться не более одной клетки, и фазовый детектор фиксирует сигнал от одной клетки [1].US Pat. No. 5,270,548 describes a flow cytometer using a phase detector to count in a stream of cells labeled with fluorescent inks with overlapping emission spectra but with different fluorescence lifetimes. However, due to the design features of flow cytometers, at each instant of time, the light source illuminates the region in which no more than one cell can be located, and the phase detector captures the signal from one cell [1].

В заявке на патент США № US 20130327957 описан проточный цитометр микроструйного типа. Прямоугольный канал внутри съемного полимерного прозрачного чипа освещается лазерным лучом. Относительное положение чипа и лазерного луча механически подстраивается для достижения лучшего соотношения сигнала к шуму. Цитометр имеет два приемника излучения, один из которых принимает шум, а другой принимает полезный сигнал флуоресценции [2].U.S. Patent Application No. US20130327957 describes a microjet type flow cytometer. The rectangular channel inside the removable polymer transparent chip is illuminated by a laser beam. The relative position of the chip and the laser beam is mechanically adjusted to achieve a better signal to noise ratio. The cytometer has two radiation detectors, one of which receives noise, and the other receives a useful fluorescence signal [2].

Известен патент США US 5009503, в котором для подсчета микроорганизмов используется микроскоп с моторизованным двухкоординатным столиком, на котором расположены цилиндрические стеклянные капилляры с агаризованной питательной средой с микробными клетками или колониями. Капилляры освещаются лазерным лучом, который точно направляется системой подвижных зеркал вдоль оси капилляра. При движении столика происходит автоматическая фокусировка объектива. Датчик или фотоумножитель последовательно регистрирует свет, отраженный от каждой клетки. Данная система отличается сложностью, дороговизной, невысокой скоростью сканирования, длительной и трудоемкой пробоподготовкой. Применение цилиндрического капилляра усложняет оптическую схему [3].Known US patent US 5009503, which uses a microscope with a motorized two-coordinate table for counting microorganisms, on which there are cylindrical glass capillaries with an agarized nutrient medium with microbial cells or colonies. The capillaries are illuminated by a laser beam that is precisely guided by a system of moving mirrors along the axis of the capillary. When the table moves, the lens automatically focuses. A sensor or photomultiplier sequentially detects the light reflected from each cell. This system is notable for its complexity, high cost, low scanning speed, long and laborious sample preparation. The use of a cylindrical capillary complicates the optical scheme [3].

В международной заявке № WO 9702482 для подсчета клеток лейкоцитов, окрашенных флуоресцентным красителем, интерколярно присоединенным к ДНК или РНК, помещают подготовленную пробу в стеклянный или акриловый капилляр прямоугольного сечения с внутренним сечением 200-400 мкм на 1-3 мм и длиной, точно обеспечивающей необходимый объем пробы. Пробу освещают сфокусированным лазерным лучом, капилляр сканируют в двух направлениях и последовательно регистрируют с помощью фотоумножителя флуоресценцию от отдельных клеток [4].In the international application No. WO 9702482 for counting leukocyte cells stained with a fluorescent dye interlinked to DNA or RNA, the prepared sample is placed in a glass or acrylic capillary of rectangular cross section with an internal cross section of 200-400 μm by 1-3 mm and a length that precisely provides the necessary sample volume. The sample is illuminated with a focused laser beam, the capillary is scanned in two directions, and fluorescence from individual cells is successively recorded using a photomultiplier [4].

Недостатком описанного способа и устройства является сканирование капилляра в двух направлениях, а также необходимость его точного позиционирования по отношению к объективу. Эта конструктивная особенность, а также применение лазера удорожает устройство.The disadvantage of the described method and device is the scanning of the capillary in two directions, as well as the need for its accurate positioning in relation to the lens. This design feature, as well as the use of a laser, makes the device more expensive.

Известны разнообразные электронные схемы для регистрации флуоресцентного излучения, использующие амплитудный метод. Например, в проточном цитометре, описанном в патенте Японии № JPH 046440, свет от движущейся окрашенной частицы, попадающей в освещенную лазером область, регистрируется последовательно несколько раз, каждый раз в новой ячейке фотоприемника, выполненного в виде линейки ПЗС. Запись в ячейки тактируется с генератора. Суммарный заряд, накопленный в фотоприемнике, фиксируется как сигнал от одной клетки, причем специальная схема следит за тем, чтобы сигнал от разных клеток не смешивался [5].A variety of electronic circuits are known for detecting fluorescence radiation using the amplitude method. For example, in a flow cytometer described in Japanese Patent No. JPH 046440, light from a moving colored particle falling into the laser-illuminated region is detected several times in succession, each time in a new photodetector cell made in the form of a CCD line. Writing to cells is clocked from the generator. The total charge accumulated in the photodetector is recorded as a signal from one cell, and a special circuit ensures that the signal from different cells is not mixed [5].

Известен проточный цитометр, описанный в патенте США №8415627, который предназначен для анализа широкого круга объектов, таких как белки, клетки, ДНК, РНК или ферменты [6]. Устройство может одновременно работать на нескольких частотах возбуждающего сигнала и различать одновременно два или более различных биологических веществ. Схема возбуждения источника света, в качестве которого используется лазер, может иметь несколько источников излучения с разными частотами. Кроме того, схема управления лазером имеет три генератора, один из которых является тактовым, другой генератор определяет частоту модуляции, третий генератор генерирует опорный сигнал для определения времени релаксации флуоресценции. При этом сигнал модуляции и опорный сигнал синхронизированы друг с другом. Блок обработки сигналов извлекает информацию о фазовой задержке флуоресценции и принимает сигнал, который получают из бокового рассеянного света. При этом такую обработку ведут в разных каналах обработки сигналов на разных диапазонах волн. Для увеличения точности определения времени релаксации флуоресценции частота сигнала модуляции отличается от частоты опорного сигнала, и анализирующее устройство дополнительно содержит устройства преобразования вещественной и мнимой части сигнала, а анализ требует оцифровки этих данных и их хранения в анализирующем устройстве. Сложная схема преобразования сигналов вызвана задачей одновременной идентификации нескольких типов биологических объектов.Known flow cytometer described in US patent No. 8415627, which is designed to analyze a wide range of objects, such as proteins, cells, DNA, RNA or enzymes [6]. The device can simultaneously operate at several frequencies of the exciting signal and distinguish simultaneously two or more different biological substances. The excitation circuit of a light source, which is used as a laser, can have several radiation sources with different frequencies. In addition, the laser control circuit has three oscillators, one of which is a clock, the other oscillator determines the modulation frequency, and the third oscillator generates a reference signal to determine the fluorescence relaxation time. In this case, the modulation signal and the reference signal are synchronized with each other. The signal processing unit extracts information about the phase delay of fluorescence and receives a signal that is obtained from the side scattered light. Moreover, such processing is carried out in different signal processing channels on different wave ranges. To increase the accuracy of determining the fluorescence relaxation time, the frequency of the modulation signal differs from the frequency of the reference signal, and the analyzing device additionally contains devices for converting the real and imaginary parts of the signal, and the analysis requires digitization of these data and their storage in the analyzing device. A complex signal conversion scheme is caused by the task of simultaneously identifying several types of biological objects.

Существует потребность разработки более простых переносных компактных цитометров для задач быстрого обнаружения одного из разных типов биологических объектов в окружающей среде или в местах нахождения людей, например местах общего пользования (больницы, метро, спортивные сооружения, магазины и т.д.). Для этой цели более эффективно могут быть использованы портативные цитометры с малым токопотреблением, простотой подготовки пробы, малыми габаритами и весом и с возможностью передачи данных через сеть интернета или мобильную связь с базами данных, в которые включают результаты сканирования множества удаленных друг от друга объектов, с тем, чтобы определить степень заражения водоемов, или воздуха, или жилых и других помещений. Малые габариты и вес, простота и прочность конструкции и применение капилляра в приборе позволяют использовать его в биологических исследованиях в условиях космоса. Для создания малогабаритных сканирующих цитометров крайне необходимо использовать новые технические решения, позволяющие повысить точность и воспроизводимость измерений.There is a need to develop simpler portable compact cytometers for the tasks of quickly detecting one of different types of biological objects in the environment or in places where people are located, such as public places (hospitals, metro, sports facilities, shops, etc.). For this purpose, portable cytometers with low current consumption, simplicity of sample preparation, small dimensions and weight and with the ability to transfer data via the Internet or mobile communications with databases, which include the results of scanning multiple objects from each other, can be used more effectively. in order to determine the degree of infection of water bodies, or air, or residential and other premises. Small dimensions and weight, simplicity and structural strength and the use of a capillary in the device allow it to be used in biological research in space. To create small-sized scanning cytometers, it is imperative to use new technical solutions to improve the accuracy and reproducibility of measurements.

Технической задачей данного изобретения является расширение арсенала цитометров с высокой точностью, малыми габаритами, высокой мобильностью и простотой получения результатов для получения большого массива данных в исследуемом регионе.The technical task of this invention is to expand the arsenal of cytometers with high accuracy, small dimensions, high mobility and ease of obtaining results to obtain a large data array in the study region.

Другой технической задачей является увеличение соотношения сигнал/шум, что приводит к увеличению динамического диапазона и разрешающей способности устройства.Another technical problem is to increase the signal-to-noise ratio, which leads to an increase in the dynamic range and resolution of the device.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Одним из аспектов изобретения является способ подсчета биологических объектов в пробе, который содержит: предварительный отбор образцов с биологическими объектами, смешение с флуоресцентным красителем и инкубацию, освещение рабочей зоны с исследуемым объектом для формирования флуоресцентного свечения исследуемых объектов, разделение световых потоков, их детектирование, обработку и анализ количества обнаруженных биологических частиц. При этом раствор с биологическими объектами помещают в прямоугольный капилляр, выполненный с возможностью отражения сигнала флуоресценции от верхней поверхности прямоугольного капилляра. Дополнительный сбор сигнала флуоресценции обеспечивают с помощью параболического отражателя, в фокусе которого устанавливают исследуемую зону капилляра. Смену исследуемых зон с биологическими объектами осуществляют за счет перемещения капилляра вдоль его оси. Детектируемый световой поток разделяют по длине волны и направляют на первый и второй фотоумножители, выходные сигналы которых пропорциональны падающему световому потоку и сигналу флуоресценции. Сигналы поступают на амплитудный и фазовый преобразователи для одновременной обработки и последующего перемножения массивов данных, полученных с амплитудного и фазового преобразователей сигналов. Данные предварительно собирают, оцифровывают и помещают в память микропроцессора, при этом перед запуском основного алгоритма обработки проводят калибровку, при которой распознают сигнал от единичных биологических объектов и фиксируют интервал, на котором происходит регистрация единичных объектов, а число объектов определяют как сумму сигналов на интервале.One of the aspects of the invention is a method for counting biological objects in a sample, which comprises: preliminary selection of samples with biological objects, mixing with a fluorescent dye and incubation, illumination of the working area with the studied object to form a fluorescent glow of the studied objects, separation of light fluxes, their detection, processing and analysis of the number of detected biological particles. The solution with biological objects is placed in a rectangular capillary configured to reflect the fluorescence signal from the upper surface of the rectangular capillary. An additional collection of the fluorescence signal is provided using a parabolic reflector, in the focus of which the studied area of the capillary is set. The change of the studied zones with biological objects is carried out by moving the capillary along its axis. The detected light flux is separated by the wavelength and sent to the first and second photomultipliers, the output signals of which are proportional to the incident light flux and the fluorescence signal. The signals are fed to the amplitude and phase converters for the simultaneous processing and subsequent multiplication of the data arrays obtained from the amplitude and phase signal converters. The data are pre-collected, digitized and stored in the microprocessor memory, while before starting the main processing algorithm, a calibration is carried out at which the signal from individual biological objects is recognized and the interval is recorded at which individual objects are recorded, and the number of objects is determined as the sum of signals in the interval.

К другому аспекту изобретения относится устройство для измерения количества биологических объектов в пробе. Устройство содержит: узел формирования светового потока, в который входит источник света и оптические элементы для формирования узкого светового потока, узел крепления капилляра с исследуемым объектом, узел детектирования, электронный узел преобразования сигналов, микропроцессор, дисплей, модулятор. При этом узел крепления капилляра содержит параболический отражатель, снабженный прямоугольным вырезом, в который устанавливают прямоугольный капилляр с исследуемым образцом, с возможностью перемещения рабочих зон капилляра относительно светового потока с помощью шагового двигателя. Верхняя поверхность капилляра имеет зеркальное покрытие, отражающее сигнал флуоресценции на вход узла детектирования. Узел детектирования содержит оптическую часть, в которую входят первый и второй светоделители, полосовые оптические фильтры, первый и второй фотоумножители, выходы которых подключены ко входам электронного узла. Электронный узел содержит амплитудный и фазовый преобразователи и первый и второй АЦП, при этом входы амплитудного и фазового преобразователей подключены к выходам первого и второго фотоумножителей, выходы преобразователей подключены ко входам первого и второго АЦП, выходы которых подключены к микропроцессору. Микропроцессор обеспечивает возможность обработки массива данных, управление модулятором и вывод данных на дисплей.Another aspect of the invention relates to a device for measuring the number of biological objects in a sample. The device comprises: a light flux forming unit, which includes a light source and optical elements for forming a narrow light flux, a capillary attachment unit with an object to be studied, a detection unit, an electronic signal conversion unit, a microprocessor, a display, a modulator. At the same time, the capillary attachment unit contains a parabolic reflector equipped with a rectangular cutout, into which a rectangular capillary with a test sample is mounted, with the possibility of moving the working zones of the capillary relative to the light flux using a stepper motor. The upper surface of the capillary has a mirror coating that reflects the fluorescence signal at the input of the detection unit. The detection unit contains an optical part, which includes the first and second beam splitters, band-pass optical filters, the first and second photomultipliers, the outputs of which are connected to the inputs of the electronic node. The electronic unit contains amplitude and phase converters and the first and second ADCs, while the inputs of the amplitude and phase converters are connected to the outputs of the first and second photomultipliers, the outputs of the converters are connected to the inputs of the first and second ADCs, the outputs of which are connected to the microprocessor. The microprocessor provides the ability to process the data array, control the modulator and display data.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Фиг.1. Структурная схема формирования светового потока и его передачи на узел крепления капилляра.Figure 1. Structural diagram of the formation of the light flux and its transmission to the capillary mount.

Фиг.2. Вид сечения параболического отражателя и капилляра.Figure 2. Section view of a parabolic reflector and capillary.

Фиг.3. Структурная схема, поясняющая разделение светового потока.Figure 3. Structural diagram explaining the separation of the light flux.

Фиг.4. Структурная схема электронного узла и его связь с микропроцессором, дисплеем, модулятором и узлом перемещения капилляра.Figure 4. The block diagram of the electronic unit and its connection with the microprocessor, display, modulator and capillary movement unit.

Описание изобретенияDescription of the invention

В рассматриваемом способе обнаружения биологических объектов, таких как микроорганизмы, клетки, вирусы, белки, ферменты, РНК, ДНК, точность измерения количества объектов повышают за счет синергетического воздействия аппаратных и программных решений. При этом на аппаратном уровне используют капилляры с возможностью усиления сигнала флуоресценции не менее чем в 1,5-2 раза. На программном уровне осуществляют обработку сигналов от амплитудного и фазового преобразователей и увеличивают отношение сигнал/шум за счет перемножения массивов данных, полученных с амплитудного и фазового преобразователей, предварительно собранных, оцифрованных и помещенных в память микропроцессора.In the considered method of detecting biological objects, such as microorganisms, cells, viruses, proteins, enzymes, RNA, DNA, the accuracy of measuring the number of objects is increased due to the synergistic effect of hardware and software solutions. At the same time, capillaries are used at the hardware level with the possibility of amplifying the fluorescence signal by at least 1.5-2 times. At the software level, the signals from the amplitude and phase converters are processed and the signal-to-noise ratio is increased by multiplying the data arrays obtained from the amplitude and phase converters previously collected, digitized, and stored in the microprocessor memory.

Этапы способа включают в себя следующие стадии. Предварительно отбирают биологический образец, например, содержащий микробные клетки, в пробирку и после добавления флуоресцентного красителя перемешивают и инкубируют раствор. Отбирают часть инкубационного раствора в капилляр, который выполнен с возможностью отражения флуоресцентного сигнала, и устанавливают его на узел перемещения с возможностью последовательного освещения рабочих зон капилляра. Для освещения капилляра формируют узкий световой луч, для чего световой поток от источника света фокусируют коллиматорной линзой в параллельный пучок и пропускают через многослойный полосовой оптический фильтр. Далее с помощью щелевой диафрагмы формируют узкий луч, падающий на капилляр с образцом, вызывая флуоресцентное свечение окрашенных красителем клеток. При этом флуоресцентное излучение собирают на входном окне второго фотоумножителя, при этом флуоресцентный сигнал формируется за счет синергетического действия отражающей поверхности размещенной на верхней стороне поверхности прямоугольного капилляра и отражающей поверхности параболического зеркала.The steps of the method include the following steps. A biological sample, for example, containing microbial cells, is preliminarily taken into a test tube and, after the addition of a fluorescent dye, the solution is mixed and incubated. A part of the incubation solution is taken into the capillary, which is configured to reflect the fluorescent signal, and set it on the displacement unit with the possibility of sequential illumination of the working areas of the capillary. To illuminate the capillary, a narrow light beam is formed, for which the light flux from the light source is focused by a collimator lens into a parallel beam and passed through a multilayer band-pass optical filter. Then, using a slit diaphragm, a narrow beam is formed, incident on the capillary with the sample, causing a fluorescent glow of dye-stained cells. In this case, fluorescence radiation is collected at the input window of the second photomultiplier, while the fluorescence signal is formed due to the synergistic action of the reflecting surface located on the upper side of the surface of the rectangular capillary and the reflecting surface of the parabolic mirror.

Параллельный пучок света на выходе параболического зеркала фокусируют коллиматорными линзами в параллельный пучок света и подают через светоделители на два фотоумножителя. При этом свет, попадающий на первый фотоумножитель, предварительно пропускают через селективный светоделитель, выполненный в виде плоского зеркала, и далее свет проходит через полосовой оптический фильтр, пропускающий только световой поток от источника света и не пропускающий флуоресцентное свечение, что вызывает появление на выходе первого фотоумножителя сигнала амплитуды, пропорционального световому потоку (далее опорный сигнал). Дополнительно используют второй светоделитель и второй оптический фильтр, пропускающий только флуоресцентное свечение на вход второго фотоумножителя, с выхода которого снимают полезный сигнал о флуоресценции биологических объектов.A parallel light beam at the output of a parabolic mirror is focused by collimator lenses into a parallel light beam and fed through two beam splitters to two photomultipliers. In this case, the light incident on the first photomultiplier is preliminarily transmitted through a selective beam splitter made in the form of a flat mirror, and then the light passes through a band-pass optical filter that transmits only the light flux from the light source and does not pass the fluorescent glow, which causes the appearance of the first photomultiplier amplitude signal proportional to the luminous flux (hereinafter reference signal). Additionally, a second beam splitter and a second optical filter are used, passing only the fluorescence to the input of the second photomultiplier, from the output of which a useful signal about the fluorescence of biological objects is removed.

Полезный сигнал и опорный сигнал с выходов фотоумножителей подают на входы амплитудного и фазового преобразователей сигналов и через аналого-цифровые преобразователи данные поступают в память микропроцессора, в котором на программном уровне осуществляют обработку сигналов от амплитудного и фазового преобразователей. При этом увеличивают отношение сигнал/шум за счет перемножения массивов данных, полученных с амплитудного и фазового преобразователей.The useful signal and the reference signal from the outputs of the photomultipliers are fed to the inputs of the amplitude and phase signal converters and, through analog-to-digital converters, the data are transferred to the microprocessor memory, in which the signals from the amplitude and phase converters are processed at the software level. At the same time, the signal-to-noise ratio is increased due to the multiplication of data arrays obtained from the amplitude and phase converters.

Устройство для измерения количества биологических объектов в пробе, выполненное для реализации способа, содержит:A device for measuring the number of biological objects in a sample, made to implement the method, contains:

узел формирования светового потока, в который входит: источник света 1, коллиматорная линза 2, первый полосовой оптический фильтр 3, щелевая диафрагма 4, цилиндрическая линза 5;a light flux forming unit, which includes: a light source 1, a collimator lens 2, a first band-pass optical filter 3, a slit diaphragm 4, a cylindrical lens 5;

узел крепления капилляра 26, который содержит: параболический отражатель 7, снабженный прямоугольным вырезом 8, в который устанавливают капилляр 6 с образцом, предметный столик 21 для перемещения капилляра 6 с помощью шагового двигателя 22;a capillary mounting unit 26, which comprises: a parabolic reflector 7 provided with a rectangular cutout 8, into which a capillary 6 with a sample is mounted, an object stage 21 for moving the capillary 6 using a stepper motor 22;

узел детектирования, который содержит: оптическую часть, в которую входят первый и второй светоделители, выполненные в виде плоских зеркал 10 и 13, полосовые оптические фильтры 11 и 14, первый и второй фотоумножители 9 и 12;detection unit, which contains: the optical part, which includes the first and second beam splitters, made in the form of flat mirrors 10 and 13, band-pass optical filters 11 and 14, the first and second photomultipliers 9 and 12;

электронный узел, который содержит: амплитудный 15 и фазовый 16 каналы, первый и второй АЦП 17 и 18, микропроцессор 19, дисплей 20, модулятор 23.an electronic node that contains: amplitude 15 and phase 16 channels, the first and second ADCs 17 and 18, a microprocessor 19, a display 20, a modulator 23.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В пробирку с объемом не менее 100 мкл, содержащую микробные клетки в количестве от 101 до 108 в мл, добавляют флуоресцентный краситель, например SYTO 9 фирмы Invitrogen, присоединяемый к нуклеиновым кислотам. Смесь перемешивают вручную или в мешалке и инкубируют в течение 1-30 мин при температуре от 15 до 25°C, затем отбирают часть образца жидкости с красителем в капилляр в количестве 20-200 мкл для последующего сканирования капилляра с отобранным образцом. Для сканирования формируют узкий световой поток и регистрируют интенсивность флуоресцентного свечения и подсчитывают по формуле количество микробных клеток.In a test tube with a volume of at least 100 μl containing microbial cells in an amount of 10 1 to 10 8 per ml, a fluorescent dye, for example, SYTO 9 from Invitrogen, attached to nucleic acids, is added. The mixture is stirred manually or in a mixer and incubated for 1-30 min at a temperature of 15 to 25 ° C, then part of a sample of liquid with a dye is taken into a capillary in an amount of 20-200 μl for subsequent scanning of a capillary with a sample taken. For scanning, a narrow luminous flux is formed and the fluorescence intensity is recorded and the number of microbial cells is calculated by the formula.

Для формирования светового потока используют свет источника от лампы, светодиода или лазера с длиной волны от 200 до 780 нм. Световой поток фокусируют коллиматорной линзой 2 в параллельный пучок диаметром 1-3 мм, и далее световой поток пропускают через оптический фильтр 3, затем с помощью щелевой диафрагмы 4 шириной 5-20 мкм формируют узкий луч, который затем дополнительно фокусируется для компенсации дифракционного расширения луча цилиндрической линзой 5 с фокусным расстоянием от 1 до 3 мм.To form the luminous flux, the source light from a lamp, LED or laser with a wavelength of 200 to 780 nm is used. The luminous flux is focused by a collimator lens 2 into a parallel beam with a diameter of 1-3 mm, and then the luminous flux is passed through an optical filter 3, then a narrow beam is formed using a slit diaphragm 4 with a width of 5-20 μm, which is then further focused to compensate for the diffraction expansion of the cylindrical beam lens 5 with a focal length of 1 to 3 mm.

Узкий луч света падает на прямоугольный капилляр с образцом 6, выполненный из кварцевого или силикатного стекла с высотой отверстия от 1 мм до 1,5 мм и шириной от 0,5 мм до 1 мм, длиной 30-150 мм и толщиной стенки от 0,1 мм до 1 мм. Световой поток источника вызывает свечение окрашенных флуоресцентным красителем биологических частиц или клеток, находящихся в образце. Капилляр находится в фокусе параболического отражателя 7 с прямоугольным вырезом 8, предназначенным для установки капилляра внутри отражателя.A narrow beam of light falls on a rectangular capillary with sample 6 made of quartz or silicate glass with a hole height of 1 mm to 1.5 mm and a width of 0.5 mm to 1 mm, a length of 30-150 mm and a wall thickness of 0, 1 mm to 1 mm. The luminous flux of the source causes the luminescence of biological particles or cells in the sample stained with fluorescent dye. The capillary is in focus of the parabolic reflector 7 with a rectangular cutout 8, designed to install the capillary inside the reflector.

Для увеличения количества собираемого света флуоресценции верхняя стенка капилляра имеет зеркальное покрытие 25, например, в виде пленки алюминия, нанесенного методом вакуумного напыления.To increase the amount of fluorescence light collected, the upper wall of the capillary has a mirror coating 25, for example, in the form of an aluminum film deposited by vacuum deposition.

Параллельный пучок света на выходе параболического отражателя диаметром 7-20 мм фокусируется коллиматорными линзами 27 в параллельный пучок света диаметром 1-5 мм на входных окнах двух фотоумножителей.A parallel light beam at the output of a parabolic reflector with a diameter of 7-20 mm is focused by collimator lenses 27 into a parallel light beam with a diameter of 1-5 mm at the input windows of two photomultipliers.

Свет, попадающий на первый фотоумножитель 9, предварительно пропускается через селективный светоделитель в виде плоского зеркала 10, расположенного под углом 45 градусов к направлению луча, и полосовой оптический фильтр 11, пропускающий только свечение источника в диапазоне от 200 до 780 нм и не пропускающий флуоресцентное свечение, и вызывает появление на выходе первого фотоумножителя опорного сигнала.The light incident on the first photomultiplier 9 is preliminarily transmitted through a selective beam splitter in the form of a flat mirror 10 located at an angle of 45 degrees to the direction of the beam, and a band-pass optical filter 11, which transmits only the source’s luminescence in the range from 200 to 780 nm and does not transmit fluorescence , and causes the output of the first photomultiplier reference signal.

Свет, попадающий на второй фотоумножитель 12, предварительно пропускается через два светоделителя, выполненных в виде плоских зеркал 10 и 13, и полосовой оптический фильтр 14, пропускающий только флуоресцентное свечение в диапазоне от 390 до 810 нм и не пропускающий свет источника, вызывает появление на выходе второго фотоумножителя полезного сигнала флуоресценции.The light incident on the second photomultiplier 12 is preliminarily transmitted through two beam splitters made in the form of flat mirrors 10 and 13, and a band-pass optical filter 14, which transmits only fluorescence in the range from 390 to 810 nm and does not transmit light, causes an output to appear a second photomultiplier of the useful fluorescence signal.

Опорный и полезный сигналы с выходов первого и второго фотоумножителей 9 и 12 подаются на входы электронного узла.The reference and useful signals from the outputs of the first and second photomultipliers 9 and 12 are fed to the inputs of the electronic node.

Повышение разрешающей способности позволяет уменьшить вероятность ошибки при подсчете клеток, например, при одновременной регистрации в диапазоне от 1 до 10 клеток. Для реализации технической задачи электронная схема устройства имеет амплитудный 15 и фазовый 16 преобразователи сигналов.Increasing the resolution allows to reduce the likelihood of errors in cell counting, for example, while registering in the range from 1 to 10 cells. To implement the technical task, the electronic circuit of the device has an amplitude 15 and phase 16 signal converters.

На входы амплитудного преобразователя поступают сигналы с выходов первого и второго фотоумножителей 9 и 12. Амплитудный преобразователь формирует сигнал, пропорциональный отношению полезного сигнала флуоресценции и опорного сигнала.The inputs of the amplitude converter receive signals from the outputs of the first and second photomultipliers 9 and 12. The amplitude converter generates a signal proportional to the ratio of the useful fluorescence signal and the reference signal.

Фазовый преобразователь формирует сигнал, пропорциональный разности фаз модулированных сигналов флуоресценции и опорного сигнала.The phase converter generates a signal proportional to the phase difference of the modulated fluorescence signals and the reference signal.

Работа фазового преобразователя происходит следующим образом [7]. На вход подаются опорный и полезный сигналы с выходов первого и второго фотоумножителей 9 и 12, которые перемножаются, и затем результирующий сигнал пропускается через низкочастотный фильтр. На выходе детектора остается постоянная составляющая, пропорциональная фазовому сдвигу входных сигналов. При синусоидальной форме опорного и полезного сигналов работу фазового детектора можно проиллюстрировать следующим образом:The operation of the phase Converter occurs as follows [7]. The reference and useful signals from the outputs of the first and second photomultipliers 9 and 12, which are multiplied, are fed to the input, and then the resulting signal is passed through a low-pass filter. A constant component proportional to the phase shift of the input signals remains at the detector output. With a sinusoidal shape of the reference and useful signals, the operation of the phase detector can be illustrated as follows:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Видно, что выходной сигнал фазового детектора не зависит от частоты модуляции опорного сигнала. При отсутствии сдвига фазы между опорным и полезным сигналом выходной сигнал равен 0. При наличии сдвига фаз между сигналами на входе детектора выходной сигнал имеет постоянное значение, пропорциональное этому сдвигу.It can be seen that the output signal of the phase detector is independent of the modulation frequency of the reference signal. If there is no phase shift between the reference and the useful signal, the output signal is 0. If there is a phase shift between the signals at the detector input, the output signal has a constant value proportional to this shift.

Однако выходной сигнал зависит еще и от амплитуды опорного сигнала, что приводит к усилению шума на выходе фазового детектора. Например, случайное увеличение напряжения на источнике света приведет к увеличению опорного и полезного сигналов, так как при этом увеличивается яркость источника света и освещенность окрашенных клеток, что в свою очередь вызывает увеличение флуоресцентного свечения клеток. Амплитуды опорного и полезного сигналов увеличатся и мультипликативно увеличат выходной сигнал фазового детектора.However, the output signal also depends on the amplitude of the reference signal, which leads to increased noise at the output of the phase detector. For example, a random increase in voltage at the light source will lead to an increase in the reference and useful signals, since this increases the brightness of the light source and the illumination of stained cells, which in turn causes an increase in the fluorescence of the cells. The amplitudes of the reference and useful signals will increase and multiplicatively increase the output signal of the phase detector.

Наличие амплитудного преобразователя, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный отношению опорного и полезного сигналов, позволяет скомпенсировать шум в опорном канале. Для этого в алгоритме работы прибора предусмотрена операция перемножения массивов данных с амплитудного и фазового каналов, предварительно собранных, оцифрованных и помещенных в память микропроцессора. Из формул видно, что при этом не только исчезает зависимость выходного сигнала от опорного сигнала, но и квадратично увеличивается его зависимость от амплитуды полезного сигнала. Все это приводит к увеличению соотношения сигнал/шум и разрешению детектора, что позволяет более точно подсчитывать количество одновременно детектируемых клеток:The presence of an amplitude converter, at the output of which a signal is generated proportional to the ratio of the reference and useful signals, allows you to compensate for noise in the reference channel. To do this, the operation algorithm of the device provides for the operation of multiplying data arrays from the amplitude and phase channels previously collected, digitized and stored in the microprocessor's memory. It can be seen from the formulas that in this case, not only does the dependence of the output signal on the reference signal disappear, but its dependence on the amplitude of the useful signal also quadratically increases. All this leads to an increase in the signal-to-noise ratio and the resolution of the detector, which allows more accurate calculation of the number of simultaneously detected cells:

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Свет от источника 1 имеет амплитудную модуляцию, которую обеспечивает модулятор 23, под управлением микропроцессора 19. Частота модуляции составляет от 3 до 30 МГц. Коэффициент модуляции от 0,1 до 0,7. Флуоресцентное свечение при этом также приобретает амплитудную модуляцию. Флуоресцентное свечение возникает не сразу после попадания на флуорохром света, а с некоторым запаздыванием (для SYTO 9 запаздывание составляет около 6 нс), поэтому фаза сигнала регистрации отстает от фазы сигнала засветки. Таким образом, появление флуоресценции приводит к изменению сигналов на выходах амплитудного и фазового преобразователей.The light from the source 1 has amplitude modulation, which is provided by the modulator 23, under the control of the microprocessor 19. The modulation frequency is from 3 to 30 MHz. The modulation coefficient is from 0.1 to 0.7. The fluorescence glow also acquires amplitude modulation. The fluorescent glow does not occur immediately after the light enters the fluorochrome, but with some delay (for SYTO 9, the delay is about 6 ns), so the phase of the registration signal lags behind the phase of the illumination signal. Thus, the appearance of fluorescence leads to a change in the signals at the outputs of the amplitude and phase converters.

Сигналы амплитудного и фазового преобразователя цифруются с помощью двух АЦП 17 и 18 и поступают на входы микропроцессора 19. Результаты обработки массива данных отображаются на дисплее 20.The signals of the amplitude and phase converter are digitized using two ADCs 17 and 18 and fed to the inputs of the microprocessor 19. The results of the processing of the data array are displayed on the display 20.

Капилляр с исследуемым образцом закрепляют на однокоординатном столике 21, который приводится в движение шаговым двигателем 22. Таким образом, осуществляется поступательное движение капилляра с шагом 0,5-5 мкм перед щелевой диафрагмой 4, в результате которого луч от источника последовательно сканирует всю рабочую зону капилляра 6.The capillary with the test sample is fixed on a single-coordinate table 21, which is driven by a stepper motor 22. Thus, the capillary is progressively moved in increments of 0.5-5 μm in front of the slit diaphragm 4, as a result of which the beam from the source sequentially scans the entire working area of the capillary 6.

Определение количества клеток производится по следующему алгоритму.The determination of the number of cells is performed according to the following algorithm.

Координатный стол устанавливается в крайнее положение, затем осуществляется поступательное движение стола с выбранным шагом и количеством шагов (n), причем на каждом шаге (i) происходит измерение флуоресценции, при этом в память микропроцессора записывается

Figure 00000008
и
Figure 00000009
. После полного прохождения капилляра в памяти микропроцессора формируются одномерные массивы сигналов
Figure 00000010
и
Figure 00000011
длиной k. Затем происходит поэлементное перемножение этих массивов и формируется массив Uвых. По данным этого массива осуществляется калибровка, которая заключается в распознавании сигналов от единичных клеток. При этом фиксируется интервал, на котором происходит регистрация единичной клетки (от j до j+m), и определяется сумма сигналов на этом интервале (e).The coordinate table is set to the extreme position, then the translational movement of the table is carried out with the selected step and number of steps (n), and at each step (i), fluorescence is measured, while the microprocessor is recorded in the memory
Figure 00000008
and
Figure 00000009
. After complete passage of the capillary, one-dimensional arrays of signals are formed in the microprocessor memory
Figure 00000010
and
Figure 00000011
length k. Then there is an elementwise multiplication of these arrays and an array of U out is formed . According to the data of this array, calibration is carried out, which consists in the recognition of signals from single cells. In this case, the interval at which a single cell is registered (from j to j + m) is fixed, and the sum of the signals in this interval (e) is determined.

Калибровка проходит успешно, если образец содержит не более 104-105 КОЕ/мл. Если калибровка выполнена успешно, то определяется количество клеток по следующей формуле:Calibration is successful if the sample contains no more than 10 4 -10 5 CFU / ml. If the calibration is successful, then the number of cells is determined by the following formula:

Figure 00000012
Figure 00000012

Если же образец содержит большую концентрацию клеток, прибор определяет необходимую степень разведения образца и выводит соответствующее сообщение об этом, после чего образец необходимо разбавить соответствующее число раз и запустить прибор еще раз с разбавленным образцом.If the sample contains a large concentration of cells, the device determines the required degree of dilution of the sample and displays the appropriate message about it, after which the sample must be diluted the appropriate number of times and run the device again with the diluted sample.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Сканирующий цитометр прост в обслуживании, имеет малые габариты и вес.The scanning cytometer is easy to maintain, has small dimensions and weight.

ЛитератураLiterature

1. STEINKAMP JOHN A. Phase-sensitive flow cytometer. US patent № US 5270548 (1993-12-14).1. STEINKAMP JOHN A. Phase-sensitive flow cytometer. US patent No. US 5270548 (1993-12-14).

2. AYLIFFE HAROLD E. FLUORESCENCE FLOW CYTOMETRY US patent applic. № US 2013327957 (2013-12-12).2. AYLIFFE HAROLD E. FLUORESCENCE FLOW CYTOMETRY US patent applic. No. US 2013327957 (2013-12-12).

3. MURPHY JR MARTIN J, STUBBS JACK B. Automated capillary scanning system. US 5009503 (1991-04-23).3. MURPHY JR MARTIN J, STUBBS JACK B. Automated capillary scanning system. US 5009503 (1991-04-23).

4. WOO SAM L BAER THOMAS M. VOLUMETRIC CELL QUANTIFICATION METHOD AND SYSTEM, PCT appl № WO9702482 (1997-01-23).4. WOO SAM L BAER THOMAS M. VOLUMETRIC CELL QUANTIFICATION METHOD AND SYSTEM, PCT appl No. WO9702482 (1997-01-23).

6. YAMAZAKIISAO, OKI HIROSHI PARTICLE ANALYZER. JP Patent № JPH 046440 (1992-01-10).6. YAMAZAKIISAO, OKI HIROSHI PARTICLE ANALYZER. JP Patent No. JPH 046440 (1992-01-10).

6. DOI KYOUJI, NAKADA SHIGEYUKI FLUORESCENCE DETECTION DEVICE USING INTENSITY-MODULATED LASER LIGHT AND FLUORESCENCE DETECTION METHOD. US Patent №8415627 (2013-04-09).6. DOI KYOUJI, NAKADA SHIGEYUKI FLUORESCENCE DETECTION DEVICE USING INTENSITY-MODULATED LASER LIGHT AND FLUORESCENCE DETECTION METHOD. US Patent No. 8415627 (2013-04-09).

7. I.N. Sinitsyn, P.V. Gorbunov THE EXPERIENCE IN THE DEVELOPING SUBOPTIMAL ALGORITHM OF ANALYSIS, MODELING AND INTERPRETING SIGNALS IN OUTER SCANNING ANALYZER OF MICROORGANISMS. The 11th International Conference on Pattern Recognition and Image Analysis: New Information Technologies (PRIA-11-2013). Samara, September 23-28, 2013. Conference Proceedings (Vol.I-II), Volume II, Samara: IPSI RAS, 2013. 410 p. (377-786 pp.).7. I.N. Sinitsyn, P.V. Gorbunov THE EXPERIENCE IN THE DEVELOPING SUBOPTIMAL ALGORITHM OF ANALYSIS, MODELING AND INTERPRETING SIGNALS IN OUTER SCANNING ANALYZER OF MICROORGANISMS. The 11th International Conference on Pattern Recognition and Image Analysis: New Information Technologies (PRIA-11-2013). Samara, September 23-28, 2013. Conference Proceedings (Vol.I-II), Volume II, Samara: IPSI RAS, 2013.410 p. (377-786 pp.).

Claims (13)

1. Способ подсчета биологических объектов в пробе, содержащий предварительный отбор образцов с биологическими объектами, смешение с флуоресцентным красителем и инкубацию, освещение рабочей зоны с исследуемым объектом для формирования флуоресцентного свечения исследуемых объектов, разделение световых потоков, их детектирование, обработку и анализ количества обнаруженных биологических частиц, отличающийся тем, что раствор с биологическими объектами помещают в прямоугольный капилляр, выполненный с возможностью отражения сигнала флуоресценции от верхней поверхности прямоугольного капилляра, где дополнительный сбор сигнала флуоресценции обеспечивают с помощью параболического отражателя, в фокусе которого устанавливают исследуемую зону капилляра, при этом смену исследуемых зон с биологическими объектами осуществляют за счет перемещения капилляра вдоль его оси, при этом детектируемый световой поток разделяют по длине волны и направляют на первый и второй фотоумножители, выходные сигналы которых пропорциональны световому потоку и сигналу флуоресценции и поступают на амплитудный и фазовый преобразователи для одновременной обработки и последующего перемножения массивов данных, полученных с амплитудного и фазового преобразователей сигналов, при этом данные предварительно собирают, оцифровывают и помещают в память микропроцессора, при этом перед запуском основного алгоритма обработки проводят калибровку, при которой распознают сигнал от единичных биологических объектов и фиксируют интервал, на котором происходит регистрация единичных объектов, а число объектов определяют как сумму сигналов на интервале.1. A method for counting biological objects in a sample, containing preliminary selection of samples with biological objects, mixing with a fluorescent dye and incubation, illumination of the working area with the studied object to form a fluorescent glow of the studied objects, separation of light fluxes, their detection, processing and analysis of the number of detected biological particles, characterized in that the solution with biological objects is placed in a rectangular capillary configured to reflect the fluo signal escence from the upper surface of a rectangular capillary, where an additional collection of the fluorescence signal is provided using a parabolic reflector, the focus of which sets the studied zone of the capillary, while changing the studied zones with biological objects is carried out by moving the capillary along its axis, while the detected light flux is divided along wavelength and sent to the first and second photomultipliers, the output signals of which are proportional to the luminous flux and the fluorescence signal, and on amplitude and phase converters for simultaneous processing and subsequent multiplication of data arrays obtained from amplitude and phase signal converters, while the data is pre-collected, digitized and stored in the microprocessor memory, while before starting the main processing algorithm, a calibration is performed in which the signal from single biological objects and fix the interval at which registration of single objects takes place, and the number of objects is determined as the sum of signals n interval. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что биологические объекты входят в группу, состоящую из микроорганизмов, клеток, вирусов, белков, ферментов, РНК, ДНК.2. The method according to p. 1, characterized in that the biological objects are included in the group consisting of microorganisms, cells, viruses, proteins, enzymes, RNA, DNA. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что инкубацию проводят при температуре от 15 до 25°C в течение 1-30 мин.3. The method according to p. 1, characterized in that the incubation is carried out at a temperature of from 15 to 25 ° C for 1-30 minutes 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что объем капилляра выбирают в пределах от 20 до 200 мкл.4. The method according to p. 1, characterized in that the volume of the capillary is selected in the range from 20 to 200 μl. 5. Устройство для измерения количества биологических объектов в пробе, содержащее узел формирования светового потока, в который входит источник света и оптические элементы для формирования узкого светового потока, узел крепления капилляра с исследуемым объектом, узел детектирования, электронный узел преобразования сигналов, микропроцессор, дисплей, модулятор, отличающееся тем, что узел крепления капилляра содержит параболический отражатель, снабженный прямоугольным вырезом, в который устанавливают прямоугольный капилляр с исследуемым образцом, с возможностью перемещения рабочей зоны капилляра относительно светового потока с помощью шагового двигателя, где верхняя поверхность капилляра имеет зеркальное покрытие, дополнительно отражающее сигнал флуоресценции на вход узла детектирования, узел детектирования содержит оптическую часть, в которую входят первый и второй светоделители, полосовые оптические фильтры, первый и второй фотоумножители, выходы которых подключены ко входам электронного узла, который содержит амплитудный и фазовый преобразователи и первый и второй АЦП, при этом входы амплитудного и фазового преобразователей подключены к выходам первого и второго фотоумножителей, выходы фазового и амплитудного преобразователей подключены ко входам первого и второго АЦП, выходы которых подключены к микропроцессору, который обеспечивает возможность обработки массива данных, управление модулятором и вывод данных на дисплей.5. A device for measuring the number of biological objects in a sample, comprising a light flux forming unit, which includes a light source and optical elements for forming a narrow light flux, a capillary attachment unit with an object to be studied, a detection unit, an electronic signal conversion unit, a microprocessor, a display, a modulator, characterized in that the capillary mount includes a parabolic reflector equipped with a rectangular cutout, into which a rectangular capillary is installed with the second sample, with the possibility of moving the working area of the capillary relative to the light flux using a stepper motor, where the upper surface of the capillary has a mirror coating that additionally reflects the fluorescence signal at the input of the detection unit, the detection unit contains an optical part, which includes the first and second beam splitters, band-pass optical filters, the first and second photomultipliers, the outputs of which are connected to the inputs of the electronic node, which contains the amplitude and phase converters and the first and the second ADC, while the inputs of the amplitude and phase converters are connected to the outputs of the first and second photomultipliers, the outputs of the phase and amplitude converters are connected to the inputs of the first and second ADCs, the outputs of which are connected to a microprocessor that provides the ability to process the data array, control the modulator and output data to display. 6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что капилляр выполнен из кварцевого или силикатного стекла с высотой отверстия от 1 мм до 1,5 мм, шириной от 0,5 мм до 1 мм, длиной 30-150 мм.6. The device according to p. 5, characterized in that the capillary is made of quartz or silicate glass with a hole height of 1 mm to 1.5 mm, a width of 0.5 mm to 1 mm, a length of 30-150 mm. 7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что капилляр выполнен с толщиной стенки от 0,1 мм до 1 мм.7. The device according to p. 6, characterized in that the capillary is made with a wall thickness of from 0.1 mm to 1 mm 8. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что первый и второй светоделители выполнены в виде плоских зеркал.8. The device according to p. 5, characterized in that the first and second beam splitters are made in the form of flat mirrors. 9. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что первый полосовой оптический фильтр работает в диапазоне от 200 до 780 нм.9. The device according to p. 5, characterized in that the first band-pass optical filter operates in the range from 200 to 780 nm. 10. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что второй полосовой оптический фильтр пропускает в диапазоне от 390 до 810 нм в зависимости от типа флуоресцентного красителя.10. The device according to p. 5, characterized in that the second band-pass optical filter passes in the range from 390 to 810 nm, depending on the type of fluorescent dye. 11. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что параболический отражатель имеет диаметр от 7 до 20 мм.11. The device according to p. 5, characterized in that the parabolic reflector has a diameter of from 7 to 20 mm 12. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источник светового потока работает с длиной волны от 200 до 780 нм.12. The device according to p. 1, characterized in that the light source works with a wavelength of from 200 to 780 nm. 13. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что частота модуляции составляет от 3 до 30 МГц, а коэффициент модуляции от 0,1 до 0,7. 13. The device according to p. 1, characterized in that the modulation frequency is from 3 to 30 MHz, and the modulation coefficient from 0.1 to 0.7.
RU2014109619/28A 2014-03-13 2014-03-13 Scanning cytometer RU2569053C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014109619/28A RU2569053C2 (en) 2014-03-13 2014-03-13 Scanning cytometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014109619/28A RU2569053C2 (en) 2014-03-13 2014-03-13 Scanning cytometer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014109619A RU2014109619A (en) 2015-09-20
RU2569053C2 true RU2569053C2 (en) 2015-11-20

Family

ID=54147536

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014109619/28A RU2569053C2 (en) 2014-03-13 2014-03-13 Scanning cytometer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2569053C2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2182329C2 (en) * 2000-03-24 2002-05-10 Институт аналитического приборостроения РАН Fluorometry detector
WO2011085465A1 (en) * 2010-01-18 2011-07-21 Institut National D'optique Flow cytometry analysis across optical fiber
US8415627B2 (en) * 2008-09-19 2013-04-09 Mitsui Engineering & Shipbuilding Co., Ltd. Fluorescence detection device using intensity-modulated laser light and fluorescence detection method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2182329C2 (en) * 2000-03-24 2002-05-10 Институт аналитического приборостроения РАН Fluorometry detector
US8415627B2 (en) * 2008-09-19 2013-04-09 Mitsui Engineering & Shipbuilding Co., Ltd. Fluorescence detection device using intensity-modulated laser light and fluorescence detection method
WO2011085465A1 (en) * 2010-01-18 2011-07-21 Institut National D'optique Flow cytometry analysis across optical fiber

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014109619A (en) 2015-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11946851B2 (en) Parallel flow cytometer using radiofrequency multiplexing
US9304122B2 (en) Microfluidic-based flow analyzer
US20140339446A1 (en) Scanning image flow cytometer
JPH04337446A (en) Method and device for measuring fine grain and constant quantity method
EP0426829A1 (en) High sensitivity fluorescent single particle and single molecule detection apparatus and method.
CN108426886B (en) Method and system for detecting and identifying circulating tumor cells
CN103913444A (en) Single-photon fluorescence excitation multi-channel quantitative determination device and detection method based on blue light optical tweezers
CN111208114A (en) Detection method and device for surface enhanced Raman scattering/fluorescence combined SPR sensing
CN101865843A (en) Device and method for detecting multi-component biomarkers
CN108463714A (en) The emission lifetime measurement method and equipment of average life span for measuring excited electronic state
JP3984132B2 (en) Fluorescence spectrometer
CN212321444U (en) Detection device combining surface enhanced Raman scattering with SPR sensing
US20060134775A1 (en) Systems, illumination subsystems, and methods for increasing fluorescence emitted by a fluorophore
KR101835815B1 (en) Apparatus and method for measuring fluorescence lifetime
CN105388131A (en) Fluorescence detection instrument and system based on micro-fluidic chip
EP3001183B1 (en) Detection of analytes using nanoparticles as light scattering enhancers
CN108802008A (en) A kind of method and apparatus detecting tumour cell in blood using stimlated Raman spectrum
RU2569053C2 (en) Scanning cytometer
US20190353578A1 (en) Quantum flow cytometer
CN207816824U (en) Antigen detection device based on upper conversion nano particle marker and linear light source excitation
CN1349093A (en) Multifunctional molecular radar
CN116519645A (en) Single molecule detection circuit and detection method
RU133932U1 (en) DEVICE FOR READING LUMINESCENT SIGNALS FROM THE BIOCHIP SURFACE
CN208872669U (en) A kind of device using tumour cell in stimlated Raman spectrum detection blood
Yu et al. Up-converting phosphor technology-based biosensor

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160314