FR2532425A1 - Cellule a ecoulement pour systeme optique a ecoulement pour l'analyse de particules en suspension - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN SYSTEME OPTIQUE A ECOULEMENT POUR L'ANALYSE DES PARTICULES DANS UN COURANT D'ECOULEMENT, ET NOTAMMENT UNE CELLULE A ECOULEMENT. LA CELLULE A ECOULEMENT10 DE L'INVENTION POUR L'ETUDE DES PARTICULES EN SUSPENSION LIQUIDE COMPREND UN ORIFICE DE DETECTION DE PARTICULES14 ET EST CONSTRUITE POUR RECEVOIR UN RAYONNEMENT POUR ILLUMINER UNE PARTICULE DONNEE DANS LEDIT ORIFICE14 DE DETECTION DE PARTICULES ET POUR TRANSMETTRE DES SIGNAUX OPTIQUES EMIS PAR LE PASSAGE DE LADITE PARTICULE DANS LE RAYONNEMENT. CETTE CELLULE A ECOULEMENT COMPREND UN PASSAGE AMONT16 FORME A UNE EXTREMITE20 DE LA CELLULE, L'ORIFICE DE DETECTION DEPARTICULE14 ETANT DISPOSE EN COMMUNICATION DE FLUIDE AVEC LEDIT PASSAGE AMONT, UN ELEMENT SENSIBLEMENT SPHERIQUE12 OPERANT COMME UNE STRUCTURE MONOLITHIQUE; UN AXE OPTIQUE D'ILLUMINATION40 LE LONG DUQUEL LA RADIATION DOIT ETRE RECUE ET AU MOINS UN AXE OPTIQUE DE CAPTAGE DE LUMIERE40, 50 LE LONG DUQUEL LES SIGNAUX OPTIQUES SONT CAPTES. LESDITS AXES OPTIQUES SONT ALIGNES POUR COUPER LEDIT ORIFICE14 ET L'ELEMENT SPHERIQUE EST ESSENTIELLEMENT RADIALEMENT SYMETRIQUE PAR RAPPORT AUXDITS AXES OPTIQUES. LA PRESENTE INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT DANS LE DOMAINE DE L'ANALYSE DES PARTICULES ETOU DE LA CHROMATOGRAPHIE.

Description

La présente invention concerne et a essentiellement pour objet des systèmes optiques à écoulement dans lesquels les particules contenues dans le courant d'écoulement sont analysées.

Pour beaucoup d'application des analyseurs de particules à travers un écoulement, automatiqueS il n'est pas possible d'utiliser juste un petit nombre dsidentificateurs de particules pour identifier chaque type de cellules présents dans la population de cellules hétérodispersées d'un échantillon. Actuellement, beaucoup de systemes à écoulement mesurent la fluorescence, la diffusion de la lumière ou le volume de cellules électronique .Cependant, la plus grande partie des problèmes sont occasionnés par l'utilisation de mesures optiques et mesures d'impédance dans un analyseur de particules combinées électro-optique. La plupart de ces analyseurs de particules électro- optiques de l'art antérieur réalise les mesures du volume de cellules électronique avant les mesures optiques rendant ainsi nécessaire une corrélation de ces deux types de mesures.Ce problème de corréla- tion n'est pas important à des vitesses d'écoulement de particules très basses ; cependant, å vitesses élevées d'écoulement des particules, il est possible que les signaux détectés soient brouillés par des artifacts comme des
agrégats de cellules qui se séparent après avoir traversé, l'orifice sensible de volume, de sorte à se déplacer séparément vers la zone sensible optique,àla présence de particules non fluorescentes ; et la possibilité à deux cellules voisines de changer de position dans le courant d'écoulement. Les études de l'art antérieur ont approché ce problème de corrélation de deux manières. Un chemin de développement a conduit au développement d'un circuit spécial pour compenser le retard de temps entre les signaux optiques électroniques pour une particule donnée.L'autre chemin de développement a conduit à un analyseur de particules électr-optique dans lequel toutes les mesures sont réalisées simultanément pour ainsi éliminer les données de corrélation complexes et incertaines obtenues à partir de mesures séquentielles en aval. Ce dernier analyseur de particulesélectro-optique est décrit dans un article intitulé "Combined Optical and
Electronic Analysis of Cells with QMAC Transducers", publié dans ThE JOURNAL OF HISTOCHEMISTRY AND CYTOCHEMISTRY,
Volume 25, N 7 (1977), pages 827 - 835.Cet anaylseur de particule à multiparamètre utilise une chambre sensible carrée ou un orifice dans lequel tous les paramètres sont mesurés simultanément. L'orifice carré est enfermé à l'intérieur d'un cube fermé par quatre pyramides attachées ensemble. Cependant, les caractéristiques optiques et mécaniques de cet arrangement ont été démontrées comme 'étant pas optimum.

Le captage de la lumière fluorescente divergente qui est émise à-partir de la zone de détection de l'analyseur de particule , demande que la lumière reste assez coordonnée
pour que les éléments optiques suivants puissent focaliser la lumière pour un traitement ultérieur. Par exemple, pour filtrer les dispersions de lumière hors de la lumière fluorescente, la lumière fluorescente est typiquement focalisée de sorte qu'elle passe à travers une ouverture de pore . De plus, des filtres barrières et des tubes photomultiplicateurs travaillent avec beaucoup plus d'efficacité avec une lumière arrivant perpendiculairement sur leur surface . De plus, étant coordonnée, la lumière fluorescente divergente pour être captée doit avoir un angle solide raisonnable par rapport à la zone de détection.En d'autres termes, la focalisation de la lumière pour le filtrage ou pour la création d'une lumière orthogonale demande au moins un élément optique telle qu'une lentille collimatrice
La plus puissante des lentilles doit pourvoir focaliser la lumière la plus divergente reçue par la lentille collimatrice. Les limitations pratiques sur les lentilles
collimatricesnon coûteuses demandent que ces lentilles possèdent un nombre de focale par inférieur à 0;7, ce qui limite le captage de la lumière à un demi angle d'environ 40 .L'imposition de surfaces optiques du cube décrit ci-dessus provoque la sortie de la lumière dans une condition hautement divergente depuis la périphérie extérieure plate du cube.Ainsi, quand on utilise une seule lentille collimatrice conventionneIeet non coûteuse, seulement une partie dé la lumière hautement divergente peut être recueillie dans-un faisceau coordonné et dirigé. Par exemple, quand on utilise un orifice carré, la quantité de lumière disponible pour une coordination précise,et limitée à la surface sous tendue par une des surfaces plates de l'orifice carré. Quand cet orifice carré est combiné avec la périphérie extérieure plate de la configuration d'un cube, seulement une partie de la lumière qui arrive sur la surface plate de l'orifice peut être collectée ceci est dû à la grande divergence créée par la configuration de cube. Egalement, le degré possible
de grande illumination d'angle est hautement diminué par la configuration en cube.

Egalement,l'imposition de surfaces optiques du cube complique le captage de la lumièredispersée, parti culièrement quand la lumière dispersée est en corrélation avec la déviation d'angle solide à partir de l'axe central du rayon illuminant incident. Egalement, les surfaces optiques du cube compliquent l'application d'optiques à transformation de FourierO
il est bien connu dans le domaine de la microscopie que la disposition d'un objet à l'intérieur de lentilles d'objectif résulte dans la plus grande efficacité de rassemblement de la lumière et de la résolution. il est également bien connu que l'utilisation d'optiques à immersion dans l'eau donne une plus -grande efficacité optique que les optiques sèches, mais non pas une aussi grande efficacité que celles obtenues avec un milieu d'immersion qui a un indice de réfraction égal à celui de la lentille.

L'invention concerne une cellule optiquement claire à écoulement pour mesurer les signaux optiques émis quand les particules, qui sont suspendues dans un courant de fluide, passent à travers un orifice formé dans la cellule à écoulement et sont irradiées par une source de rayonnement.

La cellule à écoulement a au moins une partie sensiblement sphérique pour le captage du rayonnement. La partie sensiblement sphérique définit une surface de révolution qui est radialement symétrique par rapport à l'axe optique qui passe à travers i'orifice. Quand un orifice carré est utilisé, au moins une surface plate de celui-ci est alignée en relation perpendiculaire avec l'axe optique de collection de lumière. Dans le premier mode réalisation, la cellule à écoulement comprend un élément sphérique optiquement clair ayant un orifice en son centre. Dans le second mode de réalisation, l'orifice est positionné éxcentré
par rapport au centre de courbure de l'élément sphérique.

En fonctionnement, le rayonnement illuminant illumine les particules individuelles dans le courant de fluide dans la zone de détection à l'intérieur de l'orifice pour produire des signaux optiques ; tandis que simulta- nément des mesures de l'impédance des particules peuvent être facultativement réalisées sur chaque particule illuminée. Dans le premier mode de réalisation, la zone de détection et positionnée au centre de l'élément sphérique ; ainsi, la périphérie sphérique de l'élément sphérique minimise la réfraction de la lumière du signal optique pour ainsi permettre aux signaux optiques de continuer à partir de l'élément sphérique comme un rayonnement relativement organisé avec un degré raisonnable de divergence. Dans le second mode de réalisation, la périphérie sphérique de l'élément sphérique le long d'une extrémité de l'axe optique de collection de la lumière, agit comme une lentille plus puissante de sorte que le rayonnement continue depuis l'élément sphérique avec un relativement faible degré de divergence. La mise en oeuvre préféré des premier et second modes de réalisation comprend l'utilisation d'un orifice ayant au moins une surface plate.

Le rayonnement qui est émis à partir du centre de l'orifice et arrive sur la surface plate, est réfracté par l'interface verre-courant d'une manière radialemett symétrique autour de l'axe optique de collection de lumière, puis est réfracté par l'interface air-verre de la surface sphérique dune manière radialement symétrique autour de l'axe optique de collection de lumière pour ainsi permettre un captage efficace de la lumière hautement coordonnée, ou organisée.

Dans une variante du premier mode de réalisation de l'invention, une partie de l'élément sphérique peut avoir un revêtement réflectif pour augmenter le captage de la lumière et/oul'fliumination. Dans les premier et second modes de réalisation, l'élément sphérique peut être utilisé avec une lumière illuminante non dirigée, au lieu d'une lumière dirigée, pour éliminer les problèmes dus à l'illumination inégale à l'intérieur des particules. Dans les premier et second modes de réalisation, une ou plusieurs parties de la périphérie sphérique de l'élément sphérique peut être modifiée pour comprendre une partie sphérique de plus grande courbure, pour faire converger de nouveau le rayonnement selon une manière coordonnée.Dans d'autres dispositions, la cellule à écoulement a une ou plusieurs parties sphériques et au moins une partie non sphérique pour procurer des surfaces additionnelles de captage de lumière.

La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple et illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention, dans lesquels
- la figure 1 est une vue de côté en coupe illustrant le premier mode de réalisation de la cellule à écoulement selon l'invention;;
- la figure 2 est une vue de côté en coupe selon la ligne Il-Il de la figure 1
- la figure 3 est une vue plane de dessus illustrant un second mode de réalisation de la cellule à écoulement selon la-présente invention
- la figure 4 est une vue en plan de dessus du premier mode de réalisation modifié dela cellule à écoulement illustrée aux figures 1 et 2
- la figure 5 est une vue partielle du mode de réalisation modifié de la figure 4 ; et
- la figure 6 est une vue de dessus en coupe du second mode de réalisation modifié de la figure 3
En référence à la figure 1, un premier mode de réalisation d'une cellule optique à écoulement 10 comprend un élément sphérique optiquement clair 12 de préférence formé en quartz.Un orifice 14, ayant de préférence une section transversale carrée, et centralement positionnée autour du centre 15 de courbure de l'élément sphérique 12.

Une paire de passages de liaison opposés, un passage 16 amont et un passage 18 aval, s'étendent vers l'extérieur, respectivement, depuis une paire d'extrémités ouvertes 20 et 22 de l'orifice 14 carré pour se terminer à la périphérie sphérique 23 de l'élément sphérique 12. Ainsi, les passages 16 et 18 et l'orifice 14 définissent un conduit pour recevoir le courant d'écoulement de fluide à travers l'élément sphérique 12. Les passages 16 et 18 et l'orifice 14 sont de préférence centrés sur l'axe d'écoulement 19 du courant d'éoeulement. Les passages 16 et 18 minimisent la chute de pression du courant d'écnulementàtravers l'élément sphérique 12.

On utilise la technique du courant d'écoulement laminaire, très bien connu, comme illustré dans le brevet
US NO 3 710 933 de Fulwyler et al. et le brevet US NO NO 3989 381 de Fulwyler. Un tube d'introductiond'échantil- lon 24 procure les particules individuellement isolées telles que des cellules, dans la suspension de fluide.

Le tube d'introduction et environné par une chambre amont 26, qui est utilisée pour produire une enveloppe de fluide pour centrer les particules entraînées quand elles passent à travers l'orifice 14. Une chambre avale 28 reçoit le fluide du courant d'écoulement après qu'il soit passé à travers l'orifice14 et le passage aval 18. Les chambres 26 et 28 sont reliées 'à l'élément sphérique 12 par une liaison étanche au fluide au moyen d'une paire de -joints conventionnels 29. Bien que l'orifice 14 a depréférence une section tranversale carrée, il peut être également réalisé avec d'autres formes de section transversale b < B3 que par exemple, une section circulaire.Comme cela sera décrit en détail ci après, il peut être préférable d'avoir une chambre avale 28 pour la mise en oeuvre de traducteurs tels que le triage de cellules ou analogues
Une paire d'électrodes, une électrode amont 30 et une électrode avale32, sont reliées électriquement avec les deux côtés de l'orifice 14 et ont une différence de potentiel appliquée entre elles. De manière connue dans le domaine de la technique, comme enseigné par le brevet pionnier US N0 2 656 508 de Coulter et le brevet US N0 4 014 611 de Simpson et aI., la détection d'impédance des particules s'écoulant à travers l'orifice 14 est réalisée, ce qui procure un comptage èt une donnée de volume.L'arrangement simple des deux électrodes 30 et 32 est indiqué seulement pour illustrer une manière de réalisation des mesures d'impédance des particules. D'autres dispositions des électrodes peuvent utiliser avec la cellule d'écoulement 10, telles que celles illustrées dans le brevet US N 4 019 134 de Hogg. Ainsi, une zone de détection 34 pour les mesures de comptage et d'impédance des particules entraînées existe dans l'orifice 14, au centre 15 de l'élément sphérique 12. Bien que l-a détection d'impédance est indiquée dans le premier mode de réalisation, la cellule à écoulement 10 peut être utilisée uniquement pour la mesure des signaux optiques comme décrit ci-après.

La zone de détection 34 est irradiée par une source de rayonnement 36 qui fournit un f sceau relativement dirigé 38, de préférence un. rayon de lazer, qui est centré sur un premier axe optique 40. La technique d'illumination d'un courant d'écoulement par détection de la lumière absorbée, lumière fluorescente et/ou lumière dispersée est bien connue dans le domaine de la technique comme illustrée par le brevet US NO 3 710 933 de Fulwyler et al. Pour incorporer ces techniques dtillumination, en utilisant une lumière relativement dirigée dans l'élément sphérique 12, une paire de surfaces plates opposées 41 et 42 sont formées sur l'élément sphérique 12 et sontdimensionnées et configurées pour être égales ou plus grandes que les dimensions de section transversale du faisceau 38.Ainsi, le faisceau de lumière 38 passe deux fois travers la périphérie 23 de l'élément sphérique 12 avec un minimum de réfraction de la lumière. Cette partie du faisceau 38 qui n'est pas dispersée par les particules entraînées, passe à travers l'élément sphérique 12, et est réfléchie par un miroir 43, puis collectée dans un transfert de faisceau 44. Le captage de la lumière dispersée dans une direction " en avant " est accompli par un détecteur 45 de dispersion de lumière placé en avant, selon une manière décrit dans le brevet US NO 3 510 933 de Fulyler et al.

En outre, la cellule d'écoulement 10 ne demande pas nécessairement et n'est pas limitée à un captage de la lumière dispersée en avant, puisque la lumière dispersée passant à travers-n'importe quelle partie de la périphérie sphérique 23 peut être recueillie et analysée subséquemment ultérieurement selon des manières bien connues dans le domaine technique. De plus, la lumière dispersée peut être amenée à une focale d'un plan de fourier et soit détectée, soit traitée par les techniques bien connues des traitements des données optiques. Un avantage de ce premier mode de réalisation de la cellule à écoulement 10 est que, comme la lumière dispersée passe à-travers la périphérie sphérique 23, l'élément sphérique 12 agit sensiblement comme un élément non optique, en comparaison avec l'art antérieur utilisant une configuration en cube.En d'autres
termes, la lumière dispersée sort selon une direction sensiblement perpendiculaire à la périphéri-e sphérique 23 ainsi, la réfraction induisant une grande divergence de la lumière dispersée dans le cube de l'art antérieur est éliminée, comme illustré par les rayons lumineux 46.

Cependant, à cause de la réfraction due à l'interface verrecourant, la lumière sort-ante sera faiblement moins divergente par rapport à sa direction incidente dans l'orifice 14.

La figure 2 est une vue en coupe de la cellule à écoulement 10 prise par rapport à un plan de coupe passant à travers le centre de l'élément sphérique 12 et passant perpendiculairement au plan du dessin de la figure 1.

Comme dans la pratique courante du domaine de la technique, la lumière fluorescente émanente de la zone de détection 34 est de préférence recueillie à angles droits par rapport au faisceau 38. Plus particulièrement, dans le premier mode de réalisation, un filtre barrière 47 et un détecteur de lumière fluorescente 48 sont centrés sur un second axe optique~50^ qui est de préférence perpendiculaire au premier axe optique 40 Tdéalemant, le premier axe optique 40 et le second axe optique 50 définissent un plan- qui est sensiblement perpendiculaire à l'axe d'écoulement 19 du courant d'écoulement.Pour fournir une lumière dirigée vers ie filtre de barrière 47 et le détecteur 48, une lentille de captage 52 est utilisée. Idéalement,la lentille de captage 52 est disposée en position immédiatement adjacente à l'élément sphérique 12. Les dispositions des lentilles et détecteurs sont très bien connues dans le domaine de la technique comme illustré par le brevet US NO 3 710 933 de Fulwyler et al. Comme pour la lumière dispersée, la lumière fluorescente intersecte la périphérie sphérique 23 sous un angle d'approche sensiblement orthogonal, ainsi, la réfraction de la lumière fluorescente est minimisée.

Comme illustré par les rayons lumineux 53, la périphérie sphérique 23 permet à la lumière fluorescente de sortir de l'élément sphérique 12 d'une manière coordonnée avec un minimum de réfraction. Ainsi, le grand angle de divergence dû à la cionfiguration en cube de l'art antérieur est éliminé. En fait, la petite quantité de réfraction introduite par le premier mode de réalisation diminue faiblement la divergence de la lumière sortante.

Une caractéristique facultative du premier mode de réalisation de la cellule à écoulement 10,illustrée dans la figure 2, est constituée par un revêtement réfléchissant 54 appliqué sur un côté de la périphérie sphérique 23. Comme montré par le rayon lumineux 56 illustré, une partie de la lumière émanant de la zone de détection 34 se réfléchit sur le revêtement réfléchissant 54 et continue son chemin à travers la zone de détectim 34 et est ensuite captée.De nombreuses variantes de captage de la lumière fluorescente ou de n'importe quel autre signal optique sont évidentespour un homme de la technique Par exemple, le revêtement réfléchissant 54 peut être réalisé avec un matériau dichrolque pour réfléchir les radiations de longueursd'onde comprises dans un domaine, mais permettre le passage des radiations de longueurs d'onde comprises dans un autre domaine. De plus, la lumière dispersée ou lumière fluorescente de longueurs d'onde comprises dans l'autre domaine peut être collectée sur le côté de l'élément sphérique 12 comme illustré dans la figure 2 qui a un revêtement réfléchissant 54. De tels captages additionnels pourraient être accomplis par un revêtement réfléchissant 54 interceptant ou comprenant un type connu de revêtement réfléchissant dichroque 54 capable de séparer la lumière fluorescente de différentes longueurs d'ondes. Il peut être compréhensif pour un homme de la technique que la cellule à écoulement 10 peut être utilisée pour le captage de la lumière fluorescente seulement ou de la lumière dispersée seulement ou, comme dans le premier mode de réalisation, de la combinaison de celles-ci. En outre, la cellule à écoulement 10 peut être utilisée avec des techniques très bien connues de balayage à fente pour des études de polarisation de la lumière fluorescente. Par exemple, dans les études de polarisation, la lumière polarisée linéairement d'un laser entre en collision-avec les particules et est partiellement dépolarisée.Des intensités fluorescentes polarisées parallèlement et perpendiculairement au plan de la lumière incidente polarisée sont mesurées. De telles mesures demandent que les signaux de lumière fluorescente restent optiquement coordonnés. Ainsi, la cellule à écoulement 10 peut être utilisée pour capter n'importe quel signal qui provient de la zone de détection 34
Un autre avantage de l'élément sphérique 12 réside en ce que une illumination non dirigée peut être alimentée par la source 36 àleplaoedu faisceau dirigé 580 Plus particulièrement, la source de rayonnement 36 pourrait produire un faisceau qui est convergent sur la zone de détection 34.Ainsi, la lumière incidente arrive orthogonalement sur la périphérie sphérique 23 pour ainsi minimiser la réfraction de la lumière et permettre a1alumière d'arriver focalise dans la zona de détection 34 Des sources de lumière autresque les sources laser 9 tallas que des lampes à arc, au mercure ou xénon et une illumination conventionnelle épiscopique microscopiquepelRmM8tre utilisées à la place de l'illumination laser avec la cellule à écoulement 100 Cependant, les sources de lumière non dirigée diminuent la mesure de la diffusion de lumière "en avant
La chambre avale 28 peut avoir différentes formes bien connues dans le domaine de la technique.Elle peut être une simple chambre utilisée pour la réception du liquide provenant du courant d'écoulement tel que montré dans les brevets américains N0 3 746 976 de Hogg et
N 4 014 611 de Simpson et al Alternativement, la formation de gouttes (non-représentéei contenant des particules isolées individuellement, avec la sortie des gouttes suivantes peut être incorporée dans le système dlécoulement dè la cellule à écoulement 10. Dans ce cas, la chambre avale 28 n'est pas nécessaire et le passage aval18 est mis en communication directe avec l'atmosphère environnante.Une manière de réaliser cela consiste à utiliser un second arrangement formant enveloppe mis à la terre comme illustré dans le brevet US NO 3 710 933 de Fulwyler et al., ou d' utiliser un dispositif en forme de plaqua mis à la terre comme illustré dans le brevet US NO 3 380 584 de Fulwyler.

Si cette caractéristique de sortie est incorporée, il est souhaitable que l'orifice 14 ait un rapport profondeur/ largeur d'approximativement 4/1. Sans sortie, il est souhaitable que ce rapport soit approximativement de 1/1.

La largeur de l'orifice 14 peut varier,en fonction de la dimension des particules devant être analysées. Bien que l'élément sphérique 12 est formé de préférence en quartz, d'autres matériaux qui ont des propriétés de transmission de la lumière élevéeg avec un bas indice de réfraction, tel que des plastiquas, saphirs,- peuvent être utilisés dans des applications spécifiques.

Ci-dessus, le premier mode de réalisation des figures 1 et 2 a été décrit pour l'étude des particules telles que des cellules biologiques, qui sont introduites par le tube d'introduction d'échantillon 24. D'autres utilisations du traducteur 10 peuvent être réalisées dans le domaine de la chromatographie, dans lequel les cellules optiques à écoulement sont communément utilisées pour analyser le fluide effluent chromatographique.Dans le domaine de la chromatographie, les techniques d'écoulement laminaire décrites précédemment, et donc le tube d'introduction d'échantillon 24,peuxntou ne puent Are utilisée En conséquence, les espèces devant être détectées peuvent ou ne peuvent être centrées dans le courant d'écoulement de liquide ou de verre.

Le terme "particule" est définit ici comme incluant les molécules fluorescentes de l'affluent fluide chromatographique.

En se reportant aux figures 1 et 2, l'orifice carré 14 est illustré avec une surface plate 58. Comme il est bien connu dans le domaine, la lumière émanant 59 de l'orifice 14 intersecte chaque surface plate 58 de telle manière que la réfraction causée par l'interface courantverre de la surface plate 58 infléchit la lumière d'une manière radialement symétrique autour des axes qptiques 40 et 50. N'importe quelle réfraction nouvelle due à la périphérie sphérique 23 causera de manière analogue un infléchissement de la lumière autour des axes optiques 40 et 50.Ainsi, la combinaison unique de la périphérie sphérique 23 et d'au moins une des surfaces plates 58 permet à la lumière d'être collectée les long de l'axe optique 50, avec une réfraction résultante provoquant un infléchissement radialement symétrique de la lumière. Ceci signifie que les lentilles sphériques- non coûteuses, telles que des lentilles condensatrices peuvent être utilisées pour capter la lumière d'uri faisceau hautement coordonné
Bien que cela ne soit pas illustré, le détecteur fluorescent 48 peut être également positionné sur le premier axe optique 4O,et utilise les avantages décrits ci-dessus des surfaces plates 58.Cependant, la source de rayonnement 36 et ses éléments optiques associés intarfèreront, à un degré limité, avec le captage de. lumière. également, le courant de particules peut être positionné à une position excentrée par rapport au centre de l'orifice carré 14 de sorte que une des surfaces plates 58 sous-tend une plus grande surface par rapport aux particules. Ainsi, ceci permet d'obtenir un grand angle de captage de lumière et des pulsations en forme carrée pour la détection dçimpédanceO
En se reportant à la figure 3, le second mode de réalisation de la cellule à écoulement comprend un axe d'écoulement 19 de l'orifice 14 qui est positionné excentré par rapport au centre 15 de l'élément sphérique 12. Comme il est connu dans le domaine de la miscroscopie, la position excentrée de la source de lumière dans un élément de lentille sphérique peut produire un élément de lentille ayant une ouverture numérique aussigrande que 1,4. Plus particulièrement, le rayonnement provenant de l'orifice 14 intersecte la périphérie sphérique 23 pour être réfracté selon une manière radialement symétrique par rapport au second axe optique 50. En conséquence, les rayons lumineux 60 qui cheminent depuis l'orifice 14 vers une partie 61 de l'élément sphérique 12 disposee de manière éloignée, sont réfractés à l'intérieur vers le second axe optique 50.

Par le fait de cet infléchissement vers l'intérieur, un faisceau moins divergent, centré sur l'axe optique 50, provient de l'élément sphérique 12 et est collimaté par la lentille condensatrice 52. Cependant, en comparaison avec la lentille condensatrice 52 du premier mode de réalisation, la lentille condansatrîce 52 du second mode de réalisation est beaucoup moins puissante pour un mame captage de Sumière,et ainsi des économies substantielles de cotit' sont réalisées. Actuellement, une lentille condensatrice 52 de même puissance peut être utilisée pour intercepter et collimater sensiblement plus de lumière.Plus pQrticulière- ment, presque toute la lumière provenant d'une des surfaces plates 58 de 1'orifice carré peut etre captée par la lentille condansatrlce 52 en un faisceau collimaté. La source de rayonnement 36 fournit une illumination convergente, comme illustrée par les deux illustrations directionnelles de rayonnement lumineux 60. Ceci est accompli par l'utilisation dgun miroir 63 dichroïque conventionnel, qui peut être utilisé pour réfléchir le rayonnement illuminant pendant qu'il passe à travers la lumière fluorescente ou vice-versa. La lentille 52 est utilisée pour converger la lumière illuminante. La lentille 52 peut être soit espacée ou liée à l'élément sphérique 12.Dans le premier mode de réalisation des figures 1 et 2, la lumière coordonnée pourrait être recueillie, même si les axes optiques 40 et 50 ne sont pas perpendiculaires à l'axe du courant d'écc'ulament 19. Cependant, dans le second mode de réalisation comme illustré dans la figure 3, les axes optiques 40 et 50, qui sont colinéaires, doivent être perpendiculaires à l'axe du courant d'écoulement 19.

Egalement, le second axe optique 50 doit passer sensiblement à travers le centre 15 de l'élément sphérique 12. De plus, si on désire obtenir un grand angle d'illumination, le premier axe optique 40 doit être colinéaire avec le second axe optique 50. Par ailleurs, la construction et les opérations du second mode de réalisation sont. identiques au premier mode de réalisation.

La figure 4 illustre deux modifications auxmodes de réalisation décrits ci-dessus. La source de rayonnement 36 fournit un rayonnement qui est convergent dans le plan du dessin comme illustré par les rayons lumineux 640 Dans une direction perpendiculaire aux dessins, le rayonnement fourni par la source de radiation 36 et relativement étroit et faiblement convergent. Ainsi, les rayons lumineux 64, dans un faisceau en forme de fente convergent, sont dirigés vers l'orifice 14et comme de tels rayons sont sensiblement perpendiculaires à la périphérie sphérique 23, une quantité minimum de réfraction de la radiation sortante est reduite par l'interface verre-air de la surface sphérique.

Bien qu'une très faible quantité de déviation. est induite par l'interface courant -verre de l'orifice 14, le rayonnement convergent illuminera les particules traversant l'orifice 14, Une petite bande de revêtement réfléchissant 65 est appliquée sur la périphérie sphérique' 23 pour définir un miroir réfléchissant pour intercepter le rayonnement illuminant après son passage à travers l'orifice 140 Le revêtement réfléchissant 65 est illustré en détail dans la figure 5 avec la configuration du rayonnement illuminant, quand il arrive sur le revêtement réfléchissant 65, illustré comme étant une configuration 66 sensiblement elliptique.

La largeur du revêtement réfléchissant 65 est minimisée par rapport au rayonnement illuminant de sorte que la dispersion de la lumière peut être détectée au dessus ou en dèssous du revêtement réfléchissant, par l'utilisation dgun détecteur de dispersion de lumière 45. Il est possible de placer la cellule à écoulement 10 dans une chambre de lasers avec un miroir réfléchissant. Cette disposition permet l'utilisation d'une source de lumière faiblement puissante et non coûteuse. De plus, l'illumination sous un grand angle des particules, comme cela est connu dans le domaine de la technique, diminue les problèmes normalement rencontrés lors de l'illumination de cellules biologiques avec des faisceaux relativement étroits.Plus particulièrement, l'illumination de cellules avec des faisceaux relativement étroits de rayonnement illuminant, talque la lumière laser, crée "des foyers intenses" ctest-a-dire, des régions de densité énergétique relativement grande comparée à ceBe des régions avoisinantes à l'intérieur de la cellule. En d'autres termes, des régions de radiation non uniforme ou "foyers intenses" représentant une illumination inégale de sorte que toutes les parties de la cellule ne sont pas exposées à la même quantité d'énergie. Cas "foyers intenses" sont dus à des effets optiques sur la cellule et des limites orgziques. Ceci est particulièrement vrai pour les cellules qui sont irradiées par un rayonnement dirigé .En outre, il est connu dans la domaine de la technique que des dsceaux convergents, c'est-à-dire des rayonnements laser, avec un profil d'intensité gaussien deviennent collimatés en une région focale due à la difraction et donc créent " des foyers intenses de manière analogue.

Le problème avec cas "foyers- intenses" est que s'ils coïncident en position avec les parties de matériaux fluorescents à l'intérieur de la cellule, alors, ce matériau fluorescent émet un signal fluorescent d'intensité elevée par rapport au signal fluorescent d'intensité faible que le même matériau fluorescent aurait produire s' il n'avait pas été dans "un foyer ardent". De maniera plus brève si'te foyer ardent" colncide avec le matériau fluorescent, une lecture fluorescente inexacte est obtenue. Une illumination sous un angle telle qu' illustrés dans les figures 3 et 4, minimisent les problèmes décrits ci-dessus.

Egalement, la cellule piège la lumière de sorte que la lumière peut être uniformément émise à partir des cellules.

En se reportant à la figure 4, une partie de la périphérie sphérique 23 est modifiée pour comprendre une partie de lentille sphérique saillante 67 ayant une plus grande courbure que la partie sphérique 23, de sorte que la lumière dirigée peut être réalisée sans incorporation d'éléments optiques séparés telle que la lentille condensatrice 52 Ces parties de lentille peuvent être formées intégralement sur l'élément sphérique 12 ou elles peuvent être constituées par des pièces séparées qui sont montées sur l'élément sphérique 12 L'élément sphérique est par luimême, un élément monolithique.La nature monolithique de l'élément sphérique 12 donne un captage de lumière amélioré par l'élimination des surfaces adhérentes Plus particulièrement, la colle utilisée sur les surfaces adhérentes cause des inhomogénéités optiques qui induisent une lumière parasitez Ces-inhomogénéités peuvent être fluorescentes et avec le temps la colle peut tomber Comme illustré dans la figure 4, la périphérie sphérique 23 est définie comme ayant un rayon externe 68, qui est égal au rayon interna de la partie de lentille sphérique 67. La partie de lentille sphérique 67 a un rayon externe 70 qui tourna autour du centre de courbure 72 positionné sur le second axe optique 50.Le rayon externe 70 est dimensionnellement plus petit que le rayon 68 ; ainsi, la courbure, extérieure de la partie de lentille 67 est plus grande que celle de la périphérie sphérique 23. En clair, l'étendue de la présente invention comprend non seulement l'élément sphérique 12 mais peut compreY 'e également une ou plusieurs parties sphériques, telle qu'une partie de lentille 67 ou peut comprendra une ou plusieurs parties non sphériques intégralement formées sur l'élément sphérique 12 ou attaches sur celui-ci.

En se reportant à la figure 6, il apparaît évident à un homme de l'art, que l'élément sphérique 12 peut être formé dans un élément optique ayant une ou plusieurs parties sphériques, telle qu'une paire de parties sphériques opposées 74, et une ou plusieurs parties non sphériques, telle qu'une partie cylindrique 76. Le mode de réalisation illustre comment les parties sphériques, montrées par les contours sphériques 78 et les périphéries sphériques 23, peuvent être reliées de sorte que le centre excentré par rapport à l'orifice 14 peut hêtre utilisé pour capter la lumière provenant des parties sphériques multiples 74.

De plus, plus de deux parties sphériques 74 peuvent être reliées autour de l'orifice 14. La grand angle d'illumination de l'orifice 14 peut être utilisé, par exemple, pour produire un rayonnement convergent centré sur la premier axe optique 40, avec le second axe optique 50 du captage qui est colinéaire avec ledit premier axe Alternativement, par exemple, une illumination en forme de fente convergente peut être fournie le long de l'axa optique 80 avec la partie cylindrique 76 agissant comme une lentille convergente des larges dimensions de la section transversale du faisceau an forme de fente.

En se reportant aux dessins en général, tous les modes de réalisation de la cellule à écoulement 10 définissent un élément optique ayant au moins une ou plusieurs parties sphériques qui sont radialement symétriques par rapport à une position choisie du second axe optique 50.

Dans le premier mode de réalisation des figures n et 2, tant que le second axe optique 50 passe par le centre 15, le second axe optique 50 peut avoir n'importe quelle position, avec une périphérie sphérique entière 23 définissant une paire 'opposee de parties sphériques . Dans le second mode de réalisation de la figure 3, le second axe optique 50 doit passer à travers l'orifice 14 et le centre 15, qui sontmaintanant espacés l'un de l'autre, de sorte que la partie disposée éloignée 61 définit une partie sphérique qui est radialement symétrique autour du second axe optique 50.Dans le mode de réalisation modifié de la figure 4, la périphérie sphérique 23 et la partie de lentille sphérique 67 sont radialement symétriques par rapport au second axe optique 50 sur lequel est positionné les deux centres de courbures15 et 72. Dans la figure 6, la paire de centres 15 et l'orifice -14 sont positionnés sur le second axe optique 50. Si on utilise un orifice carré 14, au moins une des surfaces plates 58 sera orientée pour être perpendiculaire au second axe optique 50.

En se référant aux dessins, n'importa laquelle des parties sphériques,. telle que la partie sphérique 23, la partie de lentille sphérique 67 ou les parties sphériques 74 peut être non sphérique. pour, par exemple, corriger les aberrations sphériques. Ainsi, ces surfaces seront indiquées dans les revendications comme étant des parties sensiblement sphériques ou comme "parties périphériques convexes définissant une surface de révolution5' Plus particulièrement, la surface de révolution comprend une ligne de révolution courbe aprieatourtnat autour d'n axe optique pour générer une surface radialement symétrique. Par simplicité, de telles parties non sphériques ont des centres de courbure des configurations sphériques qui correspondent le plus possible avec les parties non- sphériques.

Bien que des modes de réalisation particuliers de ltinvention ont été décrit ci-dessus, ces modes de réalisation n'ont été donnésqu7à titre d'exemple et ne limitent aucunement celle-cio

Claims (14)

R E V E N D I C A T I O N S

1. Une cellule d'écoulement pour l'étude de particules individuelles dans une suspension liquide, ladite cellule d'écoulement ayant un orifice de détection de particules(14)à travers lequel passe un courant desdites particules en suspension, ladite cellule à souplement étant contruite pour recevoir un rayonnement pour illuminer des particules données dans ledit orifice de détection de particule et pour -'.ransrnettre des signaux optiques induits par le passage de ladite particule donnée à travers le rayonnement, ladite cellule à écoulement ayant un passage amont formé à un extrémité de ladite cellule d'écoulement, ledit orifice de détection de particules étant disposé en relation de fluide avec ledit passage amont, ladite cellule d'écoulement étant caractérisée par un élément sensiblement sphérique (12), et ledit élément sphérique opérant comme une structure monolithique, un axe (40) optique d'illumination par la lumière le long duquel le rayonnement doit être reçu et au moins un axe optique de captage de la lumière (40, 50) le long duquel lesdits signaux optiques sont captés, lesdits axes optiques étant alignés pour couper ledit orifice et ledit élément sphérique étant essentiellement radialement symétrique par rapport auxdits axes optiques.

2. Cellule selon la revendication,1, caractérisée en ce que l'orifice (14) précité comprend au moins une surface plate (58), et ladite surface plate est disposée perpendiculaire à l'axe optique de captage de la lumière (40, 50), précité.

3. Cellule selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'orifice (14) précité est disposé autour du centre de courbure (15) de l'élément sphérique (12) précité.

4. Cellule selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le centre de courbure (15) de l'élément sphérique précité est positionné entre l'orifice (14) précité et l'élément sphérique (12) précité.

5. Cellule salon l'une des revendications précédentes, caractérisée entre qu'au moins une partie périphérique de I'élément Sphérique (12) précité a une partie de lentille courbe (52, 67) s'étendant au-delà du rayon externe de l'élément sphérique, et ladite partie de lentille courbe est positionnée sur l'axe optique de captage de la lumière (50) précité.

6. Cellule selon la revendication 5, caractériséee en ce que la partie lentille courbe (52, 67) précitée est défini par un rayon interne (68) et un rayon externe (70), ledit rayon interna est égal au rayon externe de l'élément sphérique (12) précité, et ledit rayon externe de ladite partie de lentille courbe est inférieur audit rayon interne

7 Cellule selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'élément sphérique (12) précité à une paire de surfaces plates opposées (41, 42) formées sur celui-ci, lesdites surfaces plates sont pogtionnées sur l'axe optique (40) d' illumination5 ledit axe optique d'illumination passe à travers l'orifice (14) et est disposé perpendiculairement auxdites surfaces plates et la cellule d'écoulement précité comprend également une source de rayonnement (36) d'un rayonnement dirigé centré sur ledit axe optique d'illumination

8. Cellule selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée par une source de rayonnement (56) de rayonnement convergent sensiblement focalisé sur l'orifice (14) précité.

9. Cellule d'écoulement selon l'une des revendications 3 à 8 comprenant également un détecteur de rayonnement (48) positionné sur l'axe optique de captage de la lumière (40, 50) pour recevoir le rayonnement émanant de l'orifice (14), caractérisée par une partie de l'élément sphérique précité.qui a un revêtement réfléchissant (54), et ladite partie revêtue dudit élément sphérique est positionnée sur ledit

axe optique de captage de la lumière (50) et sur le côté dudit élément sphérique opposé audit détecteur de rayonnement.

10. Cellule selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisée par une source de rayonnement (36) d'un rayonnement convergent ayant une configuration en section an forme de fente (66), qui est sensiblement focalise sur l'orifice (14), et par une bande étroite d'un revêtement réfléchissant (65) montée sur l'élément sphérique (12) précité pour réfléchir ledit rayonnement convergent après son passage à travers l'orifice (14).

11. Cellule selon la revendication 4, caractérisée par un miroir dichrolque (63) positionné sur l'axe de captage de la lumière (50), par lequel ledit miroir dichroiqua permet le captage de la lumière et l'irradiation le long dudit axe de captage de la lumière.

12. Cellule selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend une paire d'éléments sphériques opposées (74,74) qui sont radialement symétriques par rapport à l'axe de captage de la lumière (40), chaque élément sphérique de ladite paire d'éléments sphériques a son centre de courbure (15,15) espacé l'un par rapport à l'autre, et l'orifice (14) précité est positionné entre ces centres de courbure.

13. Cellule selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (30, 32) pour faire passer un courant électrique à travers l'orifice (14) simultanément avec le passage d'une particule à travers ledit orifice, et des moyens de détection sensibles aux variations de l'impédance électrique pour générer un signal de pulsation de particule avec le passage de ladite particule dans ledit orifice.

14. Cellule selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisée en e quelle comprend une pluralité d'axes optiquesdecaptagedelalumière (40, 50) pour capter le rayonnement, chacun desdits axes optiques de captage étant disposé pour couper ledit orifice, et des moyens de détection de rayonnement (45,48) positionnés sur chacun desdits axes optiques de captage de lumière pour capter lesdits signaux optiques.