CN101813612A - 粒子分析仪及其温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对鞘液更加可靠的温控方式，本发明对鞘液采取了两级恒温措施，第一级为鞘液换热器，主要将进入鞘液换热器的鞘液加热或降温到目标温度，并使换热器出口液体温度保持恒定；第二级恒温装置用于将位于流动室内和/或位于从鞘液换热器到流动室之间的管道中的鞘液的温度控制在目标温度，可以防止管道内和/或流动室内的液体向外界环境散失过多热量，还可以修正流出鞘液换热器流进流动室的鞘液温度，使得流动室检测段液体温度保持恒定。两级恒温装置使鞘液温度更加稳定，使得连续测量和间隔时间段后测量粒子结果稳定性均较高。

Description

粒子分析仪及其温度控制方法

【技术领域】

本发明涉及一种粒子分析仪，尤其涉及粒子分析仪的温度控制系统及温度控制方法。

【背景技术】

目前常见的粒子分析仪(例如细胞分析仪)是基于流式细胞检测技术来对粒子进行分类统计的，基本测量原理为经过试剂处理的样本粒子(例如血液细胞)被鞘液包裹着在压力的推动下逐一通过流动室，在激光的照射下形成多种信号，如散射光信号、荧光信号、光吸收信号等，通过这些信号将不同类型的粒子的差异表现出来，以此将粒子进行分类统计。在样本(例如血液)进入流动室通过流式细胞技术检测前需和试剂进行恒温条件下的反应，其中有一种试剂为荧光染料，用于对血细胞进行染色，在检测中通过光学探测系统探测出荧光信号以便确定细胞核酸量。但这种荧光染料对于温度比较敏感，一般荧光物质的溶液随着温度的降低而荧光效率增强，荧光强度增加。当温度上升时荧光强度下降，主要原因是分子内部能量的转换作用随温度的升高而加快，同时激发分子和溶剂分子之间发生某些可逆的光化学反应。因此粒子分析仪的测量结果的稳定性很大程度上受温度的影响，温度变化，分析仪的测量散点图和直方图就会发生变化。在上述过程中，鞘液虽不参与粒子处理，只是起到了引流的作用，但在经和荧光染料反应后的样本流(例如血液)进入流动室后会和鞘液混合，鞘液的温度会影响到样本的温度，因此鞘液的温度发生变化会直接影响测量结果。由于鞘液放置在周围环境中，其温度容易受环境的影响，环境温度变化鞘液也随之发生变化。为了使鞘液温度保持恒温而不随环境温度变化，通过对鞘液进行加热或降温使其温度保持在目标温度，在一定程度上提高了测量结果的稳定性，但最终的测试结果在稳定性方面仍有待改进。

【发明内容】

本发明要解决的主要技术问题是，提供一种粒子分析仪及温度控制方法，通过对鞘液进行温度控制，减少环境温度对测量结果的影响，提高测量结果的稳定性。

根据本发明的一方面，提供一种粒子分析仪，包括：流动室，用于提供使粒子被鞘液包裹着逐一通过并可被光照射的通道；鞘液换热器，用于在鞘液进入流动室之前容纳鞘液并与鞘液进行热量交换；第一恒温控制装置，用于将位于鞘液换热器的鞘液的温度控制在目标温度；第二恒温控制装置，用于将位于流动室内和/或位于从鞘液换热器到流动室之间的管道中的鞘液的温度控制在目标温度。

根据本发明的另一方面，提供一种粒子分析仪温度控制方法，所述方法为：设置鞘液换热器，对进入流动室之前的鞘液进行恒温控制；对位于流动室内和/或位于从鞘液换热器到流动室之间的管道中的鞘液再次进行恒温控制。

【附图说明】

图1为粒子分析仪液路示意图；

图2为本发明一种实施例中鞘液换热器温度控制的结构示意图；

图3为本发明一种实施例中温度控制的电路图；

图4为本发明一种实施例中温度控制的原理图；

图5为本发明一种实施例中的流动室温度控制的结构示意图。

【具体实施方式】

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，在一种实施例中，粒子分析仪(例如血液细胞分析仪)探测粒子的主要结构部分包括了鞘液换热器100、流动室200、光学探测系统20、后处理系统21和废液池，以及第一恒温控制装置和第二恒温控制装置。其中第一恒温控制装置用于通过将鞘液换热器的温度控制在目标温度，从而将流出鞘液换热器的鞘液的温度控制在设定的温度，第二恒温控制装置用于鞘液进入流动室后将鞘液的温度控制在目标温度。第一恒温控制装置和第二恒温控制装置所控制的目标温度根据实际需要可以相同，也可以不同。测量时，鞘液从鞘液池经进液口10进入鞘液换热器100，在鞘液换热器100中被加热到目标温度，然后鞘液从鞘液换热器100的出液口9流出经输送管路由鞘液进口15进入到流动室200。样本流通过样本液进口16被输送到流动室200。样本流和鞘液同时在流动室200内流动，二者的流动方式为鞘液包裹着样本液流动，在流动过程中被再次加热到目标温度。如果连续测量样本，基本不用第二恒温控制装置再次加热，只是调节鞘液和样本流的温度；如果机器间隔一定时间段后再进行样本测量，则需用第二恒温控制装置再次加热。样本流被鞘液包裹着进入流动室光学探测段14后由光学探测系统20采集粒子(例如血液细胞)信息数据，后处理系统21将信息处理成可视信息。

整个过程中，鞘液首先经过鞘液换热器100时被第一次加热恒温处理，而后经管路散失一定热量后进入流动室200被第二次温度调整。

请参考图2-4，在一种实施例中，第一次恒温处理的结构如图2所示，包括鞘液换热器和第一恒温控制装置，第一恒温控制装置用于控制鞘液换热器主体的温度，由于鞘液换热器盛有鞘液，鞘液换热器主体和鞘液之间进行热量交换，从而改变鞘液的温度。

在本实施例中，鞘液换热器包括主体和位于主体内的空腔2，主体包括主板1和盖板3，主板1内设有凹陷的空腔2，盖板3上有进液口10，主板1上有出液口9，主板1与盖板3依靠螺纹孔11、连接孔12等锁紧，依靠密封垫圈8紧密配合，二者之间存在用于容纳鞘液的空腔2。液体由进液口10进入换热器，在空腔2内被充分加热后，由出液口9流出。

在本实施例中，如图3所示，第一恒温控制装置包括第一温度控制电路22、第一温度传感器7和第一变温器4、5，第一温度传感器7和第一变温器4、5分别和第一温度控制电路22相连，第一温度传感器7设置在鞘液换热器主板上的出液口9处，如图2所示，第一温度传感器7用于感应从空腔2流出的鞘液的温度，依靠控制此处的温度，来控制空腔2内的鞘液的温度。第一变温器4、5分别设置在主板1的外侧和盖板3的外侧，如图2所示。第一变温器4、5可采用片状或膜状的加热膜，贴附或机械固定在所述主体的外侧。

第一温度控制电路22获取第一温度传感器7的输出信号，由此得到鞘液的温度信息，根据鞘液的温度信息控制第一变温器4、5的电功率，控制第一变温器4、5改变温度，实现闭环控制。热量由第一变温器4、5分别向盖板3和主板1上传递，然后经盖板3和主板1向空腔2内的液体传递，从而控制空腔2中的鞘液的温度，使其达到目标温度。

如图4所示为第一恒温控制装置的温控原理，采用PID闭环控制方式，将目标温度与从温度传感器获得实际温度值作为增量式PID控制器23的输入，经过控制器23解算获得相对于目前实际温度控制增量。将温度控制转化为加热时间控制，最终实现对鞘液换热器的温度闭环控制。

在改进的实施例中，将温度开关6安装在盖板3侧面，如图2所示，起到超温保护的功能。

片状或膜状的第一变温器4、5分别粘贴或机械固定在盖板3和主板1上，粘胶可采用具有优良导热性能的导热硅胶。

鞘液换热器加热的为鞘液试剂，因此主板1、盖板3及密封垫圈8应具有较好的化学稳定性，密封垫圈8可采用像氟橡胶一样具有较好化学稳定性的材料。因热量需要从由第一变温器4、5经盖板3和主板1向空腔2内部的鞘液传递，因此主板1和盖板3还需要有较好的导热性能。综合对化学稳定性和导热性能的要求，主板1和盖板3可以采用金属钛、不锈钢及铝板表层镀铬等。

空腔2可以为设置在主板1上的一个凹槽，也可以是设置在主板内的一个独立的腔体。

鞘液换热器的主体除了上述结构，还可以是一体式结构，在主体内设有空腔，在主体上设有与空腔连通的进液口和出液口。

被加热的鞘液体积V由空腔2的面积S和空腔2的深h决定的。关系式为V＝Sh。

鞘液在空腔2内被加热到目标温度后，由出口9流向流动室，进行第二次恒温处理。

在一种实施例中，第二次恒温处理的结构如图5所示，包括流动室和第二恒温控制装置。

流动室的基本结构包括整流段13、光学探测段14、鞘液进口15及样本液进口16。鞘液换热器流出的液体经鞘液进口15流入流动室，样本液经样本液进口16流入流动室。先后经整流段13、光学探测段14后流出流动室，整流段是将鞘液的流动状态调整为速度较为稳定的层流，以便于包裹着样本流稳定的进入光学探测段。光学探测段是光学系统采集粒子信息的区域，此区域内鞘液包裹着样本流，使样本流在液流的中心区，鞘液在周围，激光光斑透过鞘液打到样本上，通过散射和荧光获知样本流内的粒子信息。

第二恒温控制装置可以与第一恒温控制装置的组成和控制原理相同，例如包括第二温度控制电路、第二温度传感器和第二变温器，第二温度传感器、第二变温器分别和第二温度控制电路相连，第二温度传感器18设置在整流段13的出口处，如图5所示，第二温度传感器18用于感应所处位置的温度，通过热量传递间接获知从整流段流出的鞘液的温度；第二变温器17与整流段13的管壁接触，例如第二变温器17为片状或膜状的加热膜，贴附或机械固定在整流段13的管壁外侧。第二温度控制电路响应第二温度传感器的输出，控制第二变温器改变温度，第二变温器因与整流段的管壁接触，所以与整流段13的管壁之间进行热量交换，整流段13的管壁再和整流段13内流过的鞘液和样本液进行热量交换，从而改变鞘液的温度。当鞘液的温度超过设定的温度阈值后，第二温度控制电路控制温度开关19断开，对第二变温器17断电以进行超温保护。

整个过程中，鞘液首先经过鞘液换热器100时被第一次加热恒温处理，第一次加热恒温处理主要作用是将鞘液温度加热到目标温度，保证流出鞘液换热器100的液体温度始终恒定。但如果只有第一级温控装置，流出鞘液换热器100的液体在进入流动室前散失热量，在流动室整流段13中继续散失热量，进入探测段14时已经偏离了鞘液目标温度，而且这种偏离受到环境温度直接影响，鞘液温度因此受到了环境温度的影响。所以在鞘液进入流动室200后对鞘液进行第二次温度补偿，此次补偿完成后直接进入探测段14进行检测。第二次在流动室200的温控作用为调节来自鞘液换热器100的液体温度，补偿沿管路的散热，使其重新稳定在目标温度，保持流动室整流段13内的液体温度一直恒定。

鞘液恒温的关键在于它流经流动室光学探测段时温度恒定，在进入流动室前设置鞘液换热器进行恒温处理，经加热或降温将鞘液的温度控制在目标温度，但在鞘液流出鞘液换热器后温度会受到环境温度的影响，不断向外散失热量会吸收热量，使其温度不断下降或升高，从而偏离目标温度。并且在换热器和流动室之间的管路以及流动室腔体内储存了一部分的没有进行温度控制的液体，这部分液体也会直接受到外界环境温度的影响。温度变化了的鞘液进入了流动室光学探测段，使得测量结果受到环境温度的影响。如果机器间隔一定时间段后进行下一次测量，储存液体的温度偏离目标温度较大，测量结果会更加不稳定。本实施例通过两级温度控制，保证进入流动室光学探测段的液体温度恒定，使得连续测量和间隔时间段后测量粒子结果稳定性均较高。

第一、二变温器不仅仅限于膜式或片式结构，还可以采用棒式结构。当需要对鞘液进行降温处理时，第一、二变温器还可以采用制冷膜。

在另一实施例中，第二恒温控制装置用于对位于鞘液换热器和流动室之间的管道中的鞘液进行恒温控制。此种情况下，温度传感器感应从鞘液换热器到流动室之间的管道中的鞘液的温度，并反馈到温度控制电路，温度控制电路控制变温器改变温度，而变温器与所述管道的管壁接触并与管道的管壁之间进行热量交换，从而实现对管道内的鞘液的温度控制。

在又一实施例中，第二恒温控制装置可以同时既控制流动室内的鞘液的温度，又控制从鞘液换热器到流动室之间的管道中的鞘液的温度。第二恒温控制装置可以采用同一套温度控制装置来控制位于流动室内和管道内的鞘液的温度，也可以采用两套独立的温度控制装置来分别控制位于流动室内和管道内的鞘液的温度，即：一套温度控制装置用于控制流动室内的鞘液的温度，包括第二温度控制电路、第二温度传感器和第二变温器，具体结构可以如图5所示。另一套温度控制装置用于控制从鞘液换热器到流动室之间的管道中的鞘液的温度，包括第三温度控制电路、第三温度传感器和第三变温器；第三温度传感器和第三变温器分别和第三温度控制电路相连；第三温度传感器用于感应从鞘液换热器到流动室之间的管道中的鞘液的温度；第三温度控制电路响应第三温度传感器的输出，控制第三变温器改变温度；第三变温器与所述管道的管壁接触并与管道的管壁之间进行热量交换，从而控制管道中的鞘液的温度。

对鞘液进行恒温控制时，可以采用独立的恒温控制装置分别控制鞘液换热器、流动室及鞘液换热器和流动室之间管道中的鞘液温度为目标温度，也可以采用同一套恒温控制装置对鞘液从鞘液换热器到流动室进行恒温控制，例如，将鞘液换热器、流动室及鞘液换热器和流动室之间的管道置于同一个恒温容器中。

恒温控制装置还可以采用其他结构和控制原理，例如恒温箱可以是气箱，以温度比较均匀的空气浴来同时控制鞘液及流动室的温度；也可以是水箱，通过温度恒定的水流对鞘液及流动室同时进行恒温控制。

当鞘液的目标温度高于环境温度时，对鞘液的温度控制可以通过加热使其达到目标温度，当鞘液的目标温度低于环境温度时，也可以通过降温使其达到目标温度。因此上述实施例中，恒温控制装置根据需要可以是控制加热装置，也可以是控制制冷装置。

在某些实施例中，在主体或管壁的外侧或加热片、加热膜外侧还包覆有隔热层，隔热层用于阻碍主体或管壁和外界的热交换。例如将隔热层粘接在主体或管壁的四周，包裹着加热膜，降低了加热膜向外界环境的散热量，提高了加热效率，同时也降低了主体或管壁向外界环境的散热量。

综上所述，本发明通过两级或三级温度控制，使得温控关键——流经流动室光学探测段的鞘液温度保持恒定，鞘液温度不但在连续测量时不发生较大变化，而且使间隔时间段后首次测量也不发生较大变化。这样可以保证鞘液温度始终保持基本恒定，不再较大影响分析仪的粒子测量结果的稳定性。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种粒子分析仪，包括：

流动室，用于提供使粒子被鞘液包裹着逐一通过并可被光照射的通道；其特征在于还包括：

鞘液换热器，用于在鞘液进入流动室之前容纳鞘液并与鞘液进行热量交换；

第一恒温控制装置，用于将位于鞘液换热器的鞘液的温度控制在目标温度；

第二恒温控制装置，用于将位于流动室内和/或位于从鞘液换热器到流动室之间的管道中的鞘液的温度控制在目标温度。

2.如权利要求1所述的粒子分析仪，其特征在于：所述鞘液换热器包括：

主体；

位于主体内的空腔，所述空腔用于容纳鞘液以使主体与鞘液之间进行热量交换，所述第一恒温控制装置用于和主体进行热交换以控制主体的温度。

3.如权利要求2所述的粒子分析仪，其特征在于：所述第一恒温控制装置包括第一温度控制电路、第一温度传感器和第一变温器，所述第一温度传感器和第一变温器分别和第一温度控制电路相连，所述第一温度传感器设置在所述主体上用于供鞘液流出的出液口处，用于感应从空腔流出的鞘液的温度，所述第一温度控制电路响应第一温度传感器的输出，控制第一变温器改变温度，所述第一变温器与所述主体接触并与主体之间进行热量交换。

4.如权利要求3所述的粒子分析仪，其特征在于：所述第一变温器为片状或膜状，贴附或机械固定在所述主体的外侧。

5.如权利要求1至4中任一项所述的粒子分析仪，其特征在于：所述流动室按液体流动方向包括整流段和光学探测段；所述第二恒温控制装置包括第二温度控制电路、第二温度传感器和第二变温器；所述第二温度传感器和第二变温器分别和第二温度控制电路相连；所述第二温度传感器设置在整流段的出口处，用于感应从整流段流出的鞘液的温度；所述第二温度控制电路响应第二温度传感器的输出，控制第二变温器改变温度；所述第二变温器与所述整流段的管壁接触并与整流段的管壁之间进行热量交换。

6.如权利要求5所述的粒子分析仪，其特征在于：所述第二变温器为片状或膜状，贴附或机械固定在所述整流段的管壁外侧。

7.如权利要求5所述的粒子分析仪，其特征在于还包括：所述第二恒温控制装置还包括第三温度控制电路、第三温度传感器和第三变温器；所述第三温度传感器和第三变温器分别和第三温度控制电路相连；所述第三温度传感器用于感应从鞘液换热器到流动室之间的管道中的鞘液的温度；所述第三温度控制电路响应第三温度传感器的输出，控制第三变温器改变温度；所述第三变温器与所述管道的管壁接触并与管道的管壁之间进行热量交换。

8.粒子分析仪温度控制方法，其特征在于：

设置鞘液换热器，对进入流动室之前的鞘液进行恒温控制；

对位于流动室内和/或位于从鞘液换热器到流动室之间的管道中的鞘液再次进行恒温控制。

9.如权利要求8所述的温度控制方法，其特征在于：采用独立的恒温控制装置分别对位于所述鞘液换热器、所述管道和所述流动室中的鞘液进行恒温控制，或采用同一恒温控制装置对位于所述鞘液换热器、所述管道和所述流动室中的鞘液进行恒温控制。

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