CN103900944B - 一种流式细胞仪的液流聚焦控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流式细胞仪的液流聚焦控制系统，包括流动室，流动室通过液流阻尼器连接第一电磁阀，第一电磁阀连接稳压罐，稳压罐连接第二电磁阀、压力传感器、第三电磁阀和第三单向阀，第二电磁阀的另一端连接所述液流阻尼器，第三单向阀通过鞘液泵连接鞘液过滤器，鞘液过滤器置于鞘液罐，鞘液罐内插有第一液位器和鞘液过滤器，第三电磁阀通过第一单向阀连接空气压缩泵，空气压缩泵连接空气过滤器的一端，流动室依次连接第二样品缓冲器、样品泵和第一样品泵缓冲器，第一样品泵缓冲器连接进样针和第四单向阀，第四单向阀通过废液泵连接废液罐，所述废液罐内置有第三液位器。本发明能对液体样品快速稳流、聚焦、排气泡和清洗。

Description

一种流式细胞仪的液流聚焦控制系统

技术领域

本发明涉及细胞学、免疫学检测与分析技术领域，具体涉及的是一种流式细胞仪的液流聚焦控制系统。

背景技术

流式细胞仪实现样品流聚焦的一般方法是：流动室内充满鞘液，并通过某些液流控制方法使鞘液形成稳定的层流，根据流体动力学原理，样品流在这种稳定的鞘液流环包下会聚焦，使得样品流不脱离液流的轴线方向，并且保证样品中每个待测微粒（细胞或是大小在一定范围的其它悬浮颗粒）等时间地通过激光激发区域，从而保证信号的准确一致性。

其中，一些公司的流式细胞仪的液流控制方法是采用空气压缩泵压缩空气，利用该压缩空气传输鞘液，并通过压力调节器使得整个鞘液液流的压力维持恒定，从而在流动室鞘液形成定常流，样品也在稳定气压的作用下，匀速地流到流动室中，并在鞘液层流环包下稳定聚焦。这样方法能较好的实现样品的稳定聚焦，但是该系统所涉及的气路和控制方法很复杂，并且由于样品和鞘液都是在恒定气压的作用下流动，所需的部件很多，系统组装体积会过于庞大。在一些专利中，所陈述的流式细胞仪的液流控制系统也有采用注射泵对样品进行抽样和推样的，这种方式的特点是样品进入流动室需要两个步骤，即先利用注射泵将样品抽入注射器或相应的管道中，之后再利用注射泵将注射器或相应管道中的样品匀速推入到流动室。不难发现，这种方式的缺点是样品的检测速度会降低，并且残留在注射器或相应管道中的样品不好清洗，容易造成试剂的交叉污染问题等。因聚焦液流在流式细胞仪的流动室中为层流，液流在流动室的侧壁上的流速会很低，当流动室中出现微小气泡时，仅利用该层流很难清除掉这种微小气泡，而在检测过程中，若流动室中残留有微小气泡，尤其在探测区域的侧壁上时，会严重干扰探测信号。因此，人们需要有一种流式细胞仪，能具有探测和处理微小气泡的功能，利用样品泵对样品抽样，同时能方便残留样品的清洗，并且在满足鞘液稳定流动条件下，尽量让系统控制简单。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种流式细胞仪的液流聚焦控制系统，能对液体样品快速稳流、聚焦、排气泡和清洗。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种流式细胞仪的液流聚焦控制系统，包括流动室，所述流动室通过气泡检测器连接第二单向阀，所述流动室通过液流阻尼器连接第一电磁阀，样品喷管的喷头置于所述流动室内，所述第一电磁阀连接稳压罐，所述稳压罐连接第二电磁阀、压力传感器、第三电磁阀和第三单向阀，所述稳压罐内设有第二液位器，所述第二电磁阀的另一端连接所述液流阻尼器，所述第三单向阀通过鞘液泵连接鞘液过滤器，所述鞘液过滤器置于鞘液罐，所述鞘液罐内插有第一液位器和鞘液过滤器，所述第三电磁阀通过第一单向阀连接空气压缩泵，所述空气压缩泵连接空气过滤器的一端，所述流动室依次连接第二样品缓冲器、样品泵和第一样品泵缓冲器，第一样品泵缓冲器连接进样针和第四单向阀，所述进样针插在样品管内，所述第四单向阀通过废液泵连接废液罐，所述废液罐内置有第三液位器。

进一步的，所述进样针包括针筒、针管、侧壁接头、中间通道、外侧通道和接头通道，所述针管和所述针筒无泄漏地紧固配合连接环，所述针管与连接环、所述针筒与连接环之间采用过渡配合或结果胶粘连，所述进样针包括双层管。

进一步的，所述第一液位器、所述第二液位器、所述第三液位器、所述气泡检测器和所述压力传感器将信号传递给微型传感器，所述微型传感器通过USB线与上位机相连，所述微型传感器控制所述第一电磁阀、所述第二电磁阀、所述第三电磁阀、所述样品泵、所述鞘液泵、所述废液泵以及所述空气压缩泵。

进一步的，所述废液罐用于存储废液；所述样品喷管用于喷射样品，使样品进入所述流动室中；所述流动室用于鞘液和样品的流体动力学聚焦；所述气泡检测器采用超声波气泡检测器，可以用于检测流动室液流中是否存在微小气泡或大气泡；所述液流阻尼器用于消减鞘液脉动，采用囊式过滤器；空气过滤器用于过滤抽入气路中的气体；所述空气压缩泵用于提供所需的恒定气压；所述压力传感器用于检测稳压罐中的气压残留废液；所述废液泵用于抽取样品流路中的；所述鞘液泵用于抽取鞘液；液位器用于监控罐中液位；所述鞘液罐用于存储鞘液；所述鞘液过滤器用于鞘液的过滤；所述样品管用于存储待测样品；所述样品泵正转时用于从样品管中抽取待测样品，所述样品泵反转时用于从流动室中抽取鞘液，并排出整个样品流道中残留的样品；所述的第一样品缓冲器和第二样品缓冲器都采用压缩气囊式结构，用于消减样品脉动。

进一步的，所述稳压罐是一个密封罐，提供所需要的液压或气压,所述稳压罐中接有第一管道，作为鞘液泵向其输入鞘液的管道；所述稳压罐中接有第二管道，作为稳压罐中鞘液输出到流动室的管道；所述稳压罐中接有第三管道，作为空气压缩泵向其输入气体和其内气体输出到大气中的管道；所述稳压罐中接有第四管道，作为稳压罐中气体输出到流动室中的管道；所述第一管道和所述第二管道的末端都在稳压罐的底端，或至少低于稳压罐中所需的最低液位，防止所述稳压罐中的气体经所述第一电磁阀进入流动室中，对样品的聚焦和探测产生不好影响，第三管道和第四管道的末端都在稳压罐的罐盖处，或至少高于稳压罐中所需的最高液位。

进一步的，所述第一电磁阀和所述第二电磁阀用于控制液流的开或关；所述第三电磁阀采用三通电磁阀，用于控制气流的开或关。

进一步的，所述第一单向阀、所述第二单向阀、所述第三单向阀和所述第四单向阀用于控制流体的单向流动；所述第一单向阀可防止所述稳压罐中的压缩空气对所述空气压缩泵产生作用，保护所述空气压缩泵；所述第二单向阀防止所述废液泵在抽取废液时，所产生的有一定压力的空气和废液的混合体进入所述流动室中。

本发明的有益效果是:

（1）本发明具有鞘液和样品稳流、液路中微小气泡处理、残留样品清洗以及液路状态实时监控和处理等功能，为流式细胞仪的样品检测提供了稳定的液路环境。

（2）本发明采用可正反转控制的蠕动泵来对待测样品抽样，样品在各个管道中，不会有其它泵中的阀门或“死角”泵腔，方便残留样品的清洗，真正意义上实现样品的无交叉污染；正因为样品在蠕动泵中的蠕动管中流动，因其不会有隔膜泵、注射泵或柱塞泵所需要的“死角”泵腔残留样品的现象，所以比采用其它泵抽取样品所需的最小样品量都要小；采用蠕动泵抽取样品，不需要样品管在密闭环境，无接口要求；相对其它泵，蠕动泵的流量控制更加稳定和简单。

（3）本发明的稳压罐为流式细胞仪的液流系统提供了各种液流控制状态下所需的液流压力，液流系统所占用的体积更小，控制更简单。

（4）本发明残留样品的清洗处理方法只需要让蠕动泵反转，直接从流动室中抽取其中的鞘液，同时利用废液泵从进样针的中间通道针尖将废液抽到废液罐中，该方法所需的组件少，控制也简单。

（5）本发明微小气泡的清除方法简单，配合气泡检测器的探测，能很好的避免在样品检测过程中，微小气泡贴在流动室的侧壁上的问题。

附图说明

图1整体结构示意图；

图2为本发明的原理图；

图3为本发明进样针的结构图。

图中标号说明：1、废液罐，2、第三液位器，3、样品喷管，4、流动室，5、第二单向阀，6、气泡检测器，7、液流阻尼器，8、第一电磁阀，9、第二液位器，10、空气过滤器，11、空气压缩泵，12、第一单向阀，13、压力传感器，14、废液泵，15、第三单向阀，16、鞘液泵，17、第四单向阀，18、第一液位器，19、鞘液罐，20、鞘液过滤器，21、样品管，22、进样针，23、第一样品缓冲器，24、样品泵，25、第二电磁阀，26、第二样品缓冲器，27、稳压罐，28、第三电磁阀，29、微型控制器，30、上位机，31、针管，32、连接环，33、针筒，34、侧壁接头，L1、第一管道，L2、第二管道，L3、第三管道，L4、第四管道，T1、中间通道，T2、外侧通道，T3、接头通道。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

参照图1所示，一种流式细胞仪的液流聚焦控制系统，包括流动室4，所述流动室（4通过气泡检测器6连接第二单向阀5，所述流动室4通过液流阻尼器7连接第一电磁阀8，样品喷管3的喷头置于所述流动室4内，所述第一电磁阀8连接稳压罐27，所述稳压罐27连接第二电磁阀25、压力传感器13、第三电磁阀28和第三单向阀15，所述稳压罐27内设有第二液位器9，所述第二电磁阀25的另一端连接所述液流阻尼器7，所述第三单向阀15通过鞘液泵16连接鞘液过滤器20，所述鞘液过滤器20置于鞘液罐19，所述鞘液罐19内插有第一液位器18和鞘液过滤器20，所述第三电磁阀28通过第一单向阀12连接空气压缩泵11，所述空气压缩泵11连接空气过滤器10的一端，所述流动室4依次连接第二样品缓冲器26、样品泵24和第一样品泵缓冲器23，第一样品泵缓冲器23连接进样针22和第四单向阀17，所述进样针22插在样品管21内，所述第四单向阀17通过废液泵14连接废液罐1，所述废液罐1内置有第三液位器2。

所述废液罐1用于存储废液；所述样品喷管3用于喷射样品，使样品进入所述流动室4中；所述流动室4用于鞘液和样品的流体动力学聚焦；所述气泡检测器6采用超声波气泡检测器，可以用于检测流动室液流中是否存在微小气泡或大气泡；所述液流阻尼器7用于消减鞘液脉动，采用囊式过滤器；空气过滤器10用于过滤抽入气路中的气体；所述空气压缩泵11用于提供所需的恒定气压；所述压力传感器13用于检测稳压罐中的气压残留废液；所述废液泵14用于抽取样品流路中的；所述鞘液泵16用于抽取鞘液；液位器用于监控罐中液位；所述鞘液罐19用于存储鞘液；所述鞘液过滤器20用于鞘液的过滤；所述样品管21用于存储待测样品；所述样品泵24正转时用于从样品管中抽取待测样品，所述样品泵24反转时用于从流动室中抽取鞘液，并排出整个样品流道中残留的样品；所述的第一样品缓冲器23和第二样品缓冲器26都采用压缩气囊式结构，用于消减样品脉动。

所述稳压罐27是一个密封罐，提供所需要的液压或气压,所述稳压罐27中接有第一管道L1，作为鞘液泵向其输入鞘液的管道；所述稳压罐27中接有第二管道L2，作为稳压罐中鞘液输出到流动室的管道；所述稳压罐27中接有第三管道L3，作为空气压缩泵向其输入气体和其内气体输出到大气中的管道；所述稳压罐27中接有第四管道L4，作为稳压罐中气体输出到流动室中的管道；所述第一管道L1和所述第二管道L2的末端都在稳压罐的底端，或至少低于稳压罐中所需的最低液位，防止所述稳压罐27中的气体经所述第一电磁阀8进入流动室4中，对样品的聚焦和探测产生不好影响，第三管道L3和第四管道L4的末端都在稳压罐的罐盖处，或至少高于稳压罐中所需的最高液位。

所述第一单向阀12、所述第二单向阀5、所述第三单向阀15和所述第四单向阀17用于控制流体的单向流动；所述第一单向阀12可防止所述稳压罐27中的压缩空气对所述空气压缩泵11产生作用，保护所述空气压缩泵11；所述第二单向阀5防止所述废液泵14在抽取废液时，所产生的有一定压力的空气和废液的混合体进入所述流动室4中。

当第一液位器检测到鞘液罐中液位低于H1时，微型控制器将会把这一信号反馈给上位机，提示鞘液已不足警告；当第二液位器检测到稳压罐中液位低于H2时，微型控制器将会处理这一信号，开启鞘液泵和第一电磁阀；当第三液位器检测到废液罐中液位高于H3时，微型控制器将会把这一信号反馈给上位机，提示废液将满警告。

第一电磁阀、第二电磁阀，用于控制液流的开或关；第三电磁阀，用于控制气流的开或关；所述的第三电磁阀，采用三通电磁阀；所述的第三电磁阀，当A与C接通时，用于连通空气压缩泵和稳压罐，让压缩的气体进入稳压罐中；所述的第三电磁阀，当B与C接通时，将稳压罐与大气连通，排放稳压罐中的压缩气体。

所述的气泡检测器，采用超声波气泡检测器，可以用于检测流动室液流中是否存在微小气泡或大气泡。其检测流动室中微小气泡或大气泡的方法为：在液流系统经过排气泡处理后，气泡检测器在特定时间内能否检测到微小气泡或大气泡，若未能检测到，则微型控制器停止接收气泡检测器信号；若还能检测到，则需要继续进行排气泡处理，之后再重复上述过程。

如图3所示，所述进样针22包括针筒33、针管31、侧壁接头34、中间通道T1、外侧通道T2和接头通道T3，所述针管31和所述针筒33无泄漏地紧固配合连接环32，所述针管31与连接环32、所述针筒33与连接环32之间采用过渡配合或结果胶粘连，所述进样针22包括双层管，中间通道T1作为待测样品或废液的流路，外侧通道T2作为废液泵14抽取废液的流路；接头通道T3作为外侧通道T2流出进样针22的流路。

本发明的控制原理如图2所示，其中，微型控制器29作为该系统的控制核心，其利用USB线与上位机30进行双向通讯，液流聚焦控制系统的整个液路控制过程主要通过微型控制器29对其系统中各个电磁阀和各个泵的控制来完成。所述的微型控制器与各个电磁阀输入控制线连接，可同时控制各个电磁阀的开或关；所述的微型控制器与各个液位器、压力传感器以及气泡检测器输出信号线连接，用于实时接收、存储、处理以及向上位机传输它们的响应信号；所述的微型控制器与各个泵的输入控制线连接，用于控制各个泵的流量大小或转动方向。

微型控制器29的输出信号可控制第一电磁阀8、第二电磁阀25、第三电磁阀28、样品泵24、鞘液泵16、废液泵14以及空气压缩泵11的启或停外，还可控制第三电磁阀28的流路，即第三电磁阀28的A与C连通或是B与C连通，除此之外，其还可控制样品泵24的流速大小和转动方向。微型控制器29的输入信号包含：第一液位器18、第二液位器9、第三液位器2分别上传的鞘液罐19、稳压罐27、废液罐1中液位信号；气泡检测器6上传的流动室4中是否还存在微小气泡或大气泡的信号；压力传感器13上传的稳压罐27中压力信号等。样品泵24的流速大小和运行时间可以由用户在上位机30中自行设置，上位机30再将这些设置通过USB线传输给微型控制器29，最后又微型控制器29对样品泵24的流速做控制；当系统中各个液位器所检测的液位信号达到预定的液位时，微型控制器29会将这些信号通过USB线传输给上位机30，由上位机30向用户发出液位警告。

实施例1

系统的整个液路控制过程是通过微型控制器接收和处理液位器、压力传感器以及气泡检测器的信号，以及控制系统中各个泵和各个电磁阀的开或关来实现。本发明的整个液路控制过程包括：样品进样前的清洗过程、流动室液路排气泡过程、鞘液稳流过程、样品稳定聚集过程以及残留样品清洗过程五个控制过程。

样品进样前的清洗过程：开启空气压缩泵11，同时控制第三电磁阀28的流路，将稳压罐27中压力控制在P1值附近；开启鞘液泵16，抽取鞘液到稳压罐27中；同时开启第一电磁阀8，稳压罐27中鞘液在P1压力下，进入并充满流动室4；维持一段时间，完成流动室4的清洗过程。

流动室液路排气泡过程：开启空气压缩泵11，同时控制第三电磁阀28的流路，将稳压罐27中压力控制在P2值附近；开启第二电磁阀25，稳压罐27中的压缩气体进入流动室4，排空流动室4中的液体；将稳压罐27中压力控制在P1值附近；开启鞘液泵16，抽取鞘液到稳压罐27中；同时开启第一电磁阀8，稳压罐27中鞘液在P1压力下，进入并充满流动室4；气泡检测器6在特定时间内能否检测到微小气泡或大气泡，若未能检测到，则微型控制器29停止接收气泡检测器6信号；若还能检测到，则需要重复上述过程。

鞘液稳流过程：控制第三电磁阀28的流路和空气压缩泵11，将稳压罐27中压力控制在P3值附近；开启鞘液泵16，抽取鞘液到稳压罐27中；同时开启第一电磁阀8，稳压罐27中鞘液在P3压力下，进入流动室4，稳定维持流动室4中的鞘液压力。

样品稳定聚集过程：继续鞘液稳流状态；同时正向开启样品泵24，抽取样品管21中样品。

残留样品清洗过程：开启空气压缩泵11，同时控制第三电磁阀28的流路，将稳压罐27中压力控制在P1值附近；开启鞘液泵16，抽取鞘液到稳压罐27中；同时开启第一电磁阀8，稳压罐27中鞘液在P1压力下，进入流动室4；反向开启样品泵24，抽取流动室4中的鞘液；同时开启废液泵14，抽取进样针22中间通道针尖流出的鞘液与残留样品混合液；维持一段时间，完成残留样品的清洗过程。

Claims (7)

1.一种流式细胞仪的液流聚焦控制系统，其特征在于：包括流动室（4），所述流动室（4）通过气泡检测器（6）连接第二单向阀（5），所述流动室（4）通过液流阻尼器（7）连接第一电磁阀（8），样品喷管（3）的喷头置于所述流动室（4）内，所述第一电磁阀（8）连接稳压罐（27），所述稳压罐（27）连接第二电磁阀（25）、压力传感器（13）、第三电磁阀（28）和第三单向阀（15），所述稳压罐（27）内设有第二液位器（9），所述第二电磁阀（25）的另一端连接所述液流阻尼器（7），所述第三单向阀（15）通过鞘液泵（16）连接鞘液过滤器（20），所述鞘液过滤器（20）置于鞘液罐（19），所述鞘液罐（19）内插有第一液位器（18）和鞘液过滤器（20），所述第三电磁阀（28）通过第一单向阀（12）连接空气压缩泵（11），所述空气压缩泵（11）连接空气过滤器（10）的一端，所述流动室（4）依次连接第二样品缓冲器（26）、样品泵（24）和第一样品泵缓冲器（23），第一样品泵缓冲器（23）连接进样针（22）和第四单向阀（17），所述进样针（22）插在样品管（21）内，所述第四单向阀（17）通过废液泵（14）连接废液罐（1），所述废液罐（1）内置有第三液位器（2）。

2.根据权利要求1所述的流式细胞仪的液流聚焦控制系统，其特征在于：所述进样针（22）包括针筒（33）、针管（31）、侧壁接头（34）、中间通道（T1）、外侧通道（T2）和接头通道（T3），所述针管（31）和所述针筒（33）无泄漏地紧固配合连接环（32），所述针管（31）与连接环（32）、所述针筒（33）与连接环（32）之间采用过渡配合或结果胶粘连，所述进样针（22）包括双层管。

3.根据权利要求1所述的流式细胞仪的液流聚焦控制系统，其特征在于：所述第一液位器（18）、所述第二液位器（9）、所述第三液位器（2）、所述气泡检测器（6）和所述压力传感器（13）将信号传递给微型传感器（29），所述微型传感器（29）通过USB线与上位机（30）相连，所述微型传感器（29）控制所述第一电磁阀（8）、所述第二电磁阀（25）、所述第三电磁阀（28）、所述样品泵（24)、所述鞘液泵（16）、所述废液泵（14）以及所述空气压缩泵（11）。

4.根据权利要求1所述的流式细胞仪的液流聚焦控制系统，其特征在于：所述废液罐（1）用于存储废液；所述样品喷管（3）用于喷射样品，使样品进入所述流动室（4）中；所述流动室（4）用于鞘液和样品的流体动力学聚焦；所述气泡检测器（6）采用超声波气泡检测器，可以用于检测流动室液流中是否存在微小气泡或大气泡；所述液流阻尼器（7）用于消减鞘液脉动，采用囊式滤芯；空气过滤器（10）用于过滤抽入气路中的气体；所述空气压缩泵（11）用于提供所需的恒定气压；所述压力传感器（13）用于检测稳压罐中的气压；所述废液泵（14）用于抽取样品流路中的；所述鞘液泵（16）用于抽取鞘液；液位器用于监控罐中液位；所述鞘液罐（19）用于存储鞘液；所述鞘液过滤器（20）用于鞘液的过滤；所述样品管（21）用于存储待测样品；所述样品泵（24）正转时用于从样品管中抽取待测样品，所述样品泵（24）反转时用于从流动室中抽取鞘液，并排出整个样品流道中残留的样品；所述的第一样品缓冲器（23）和第二样品缓冲器（26）都采用压缩气囊式结构，用于消减样品脉动。

5.根据权利要求1所述的流式细胞仪的液流聚焦控制系统，其特征在于：所述稳压罐（27）是一个密封罐，提供所需要的液压或气压,所述稳压罐（27）中接有第一管道（L1），作为鞘液泵向其输入鞘液的管道；所述稳压罐（27）中接有第二管道（L2），作为稳压罐中鞘液输出到流动室的管道；所述稳压罐（27）中接有第三管道（L3），作为空气压缩泵向其输入气体和其内气体输出到大气中的管道；所述稳压罐（27）中接有第四管道（L4），作为稳压罐中气体输出到流动室中的管道；所述第一管道（L1）和所述第二管道（L2）的末端都在稳压罐的底端，或至少低于稳压罐中所需的最低液位，防止所述稳压罐（27）中的气体经所述第一电磁阀（8）进入流动室（4）中，对样品的聚焦和探测产生不好影响，第三管道（L3）和第四管道（L4）的末端都在稳压罐的罐盖处，或至少高于稳压罐中所需的最高液位。

6.根据权利要求1所述的流式细胞仪的液流聚焦控制系统，其特征在于：所述第一电磁阀（7）和所述第二电磁阀（25）用于控制液流的开或关；所述第三电磁阀（28）采用三通电磁阀，用于控制气流的开或关。

7.根据权利要求1所述的流式细胞仪的液流聚焦控制系统，其特征在于：所述第一单向阀（12）、所述第二单向阀（5）、所述第三单向阀（15）和所述第四单向阀（17）用于控制流体的单向流动；所述第一单向阀（12）可防止所述稳压罐（27）中的压缩空气对所述空气压缩泵（11）产生作用，保护所述空气压缩泵（11）；所述第二单向阀（5）防止所述废液泵（14）在抽取废液时，所产生的有一定压力的空气和废液的混合体进入所述流动室（4）中。