CN107782657A - 一种流式细胞仪液流系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种流式细胞仪液流系统及控制方法，该系统包括样液通道、鞘液通道、负压源通道和流动室；样液通道、鞘液通道、负压源通道均与流动室连接；鞘液通道设有位置势能稳定装置，该装置包括鞘液容器、鞘液缓存装置、第一鞘液循环泵、第二鞘液循环泵；鞘液缓存装置具有一个鞘液入口、两个鞘液出口；第一鞘液循环泵的入口与鞘液容器连通，其出口与鞘液缓存装置的鞘液入口连通；鞘液缓存装置的一个鞘液出口与流动室连通，鞘液缓存装置的一个鞘液出口与第二鞘液循环泵的入口连通，第二鞘液循环泵的出口与鞘液容器连通，且鞘液缓存装置中与第二鞘液循环泵相连的鞘液出口高于其与流动室相连的鞘液出口。本发明对鞘液控制精确、杜绝了鞘液脉动。

Description

一种流式细胞仪液流系统及其控制方法

技术领域

本发明属于分析仪器技术领域，涉及生物检测、颗粒检测、细胞分析技术，具体涉及一种流式细胞仪液流系统及其控制方法。

背景技术

流式细胞仪一般包括液流系统，光学系统，电子与信号处理系统。其原理为：将被标记的待测细胞(或颗粒)制备成单细胞(或颗粒)悬液，作为样液。该样液在液流系统的作用下，被鞘液包裹起来，聚焦形成层流，稳定的流过激光聚焦光斑并被激发出荧光。荧光被探测系统接收并作进一步数据分析，从而得到样本的信息。

从上述原理可知，液流系统是仪器稳定准确的关键因素。若聚焦宽度不稳定，会导致不能形成稳定的单细胞流，从而出现探测误差；若聚焦速度不稳定，会导致信号采样和处理出现误差，影响结果分布。

目前液流系统的动力源主要有三种形式：注射泵、正压推动及负压抽动。注射泵由于使用不便已不常见。目前正压推动的动力源主要有蠕动泵、真空泵或者类似真空泵装置三种，正压推动可以很好地实现液流控制，但是若使用蠕动泵作为正动力源，会导致液体流动过程中出现脉动，对于信号分析很不利。尤其是具有分选功能的流式细胞仪，当检测到目标细胞后，需要在流道的下游位置对目标细胞捕获(如形成液滴等)，但脉动现象常常会导致捕获失败。若使用真空泵或类似装置作为正动力源，则需要鞘液和(或)样液处于密封状态。这种状态下，压力的作用会使得大量的气体溶入鞘液和(或)样液。而这些溶有气体的液体，在管道中流动的过程中，由于压力的改变，会将气体释放出来形成气泡。这些气泡会导致分析数据错误，甚至严重情况下会使得仪器不能正常工作。另外密封要求会导致设备的体积过大、增加仪器的复杂度和用户的耗材成本。

负压抽动的液流系统，包括负压的控制、鞘液稳定性的控制，以及样液聚焦状况的反馈控制。目前液流系统的负压动力装置一般包括两个以上的主动装置，如总负压和鞘液负压(或正压)，以便对各个流道分别控制，同时引入压力反馈，实现动力的稳定输出。

鞘液稳定性方面，大量实验证明，其稳定性对仪器的性能有很大的影响，而且相当敏感。公开的CN104749085A专利申请中，使用了一个总主动负压装置和一个主动鞘液负压装置。其中鞘液负压驱动装置用来驱动鞘液，从而得到较为稳定的鞘液流量。然而，由于鞘液的液位高度随着使用而减少，其位置势能是在不断变化的，因此该技术方案还是很难得到稳定的鞘液流量。

如果上述鞘液负压驱动装置在使用过程中进行持续改变压力，则可以补偿这种变化。但是由于实际使用过程中，并不能精确的得到鞘液的消耗量，因此这种补偿方式较为粗糙，甚至只能梯度性的补偿。比如美国公开的专利申请 US20040031521A描述了一种保持鞘液液位高度的方法。它在鞘液瓶中安装一个液位传感器来检测鞘液的液位高度，当高度降低时，通过传感器的反馈数据来驱动泵往鞘液瓶中补充鞘液，从而保持鞘液的位置势能不变，因此也就不需要持续改变鞘液负压装置的压力。然而这只是理想状态，实际过程中，如上所说，由于传感器精度和灵敏度的限制，以及器件相应的滞后性，这种补偿方式并不准确，而且可能会造成鞘液脉动。同时过多的器件加入也降低了系统稳定性，增加了仪器负担。

样液聚焦的控制及反馈，包括绝对计数、状态监控，流量调节，以及清洗排堵等方面。绝对计数可以使用蠕动泵抽取样液或者使用流量传感器检测。 CN103900944中即采用蠕动泵进样。如前所述，蠕动泵具有脉动效应，而且其内部的样品残留量也是个问题。相较而言，使用流量传感器配合系统的其他传感器(如负压传感器等)进行反馈，并通过动力装置控制是比较可取的选择。

对于样液流量调节方面，现有技术中并不能实现“改变样液流量的同时，保持样液的聚焦宽度不变”。如公开的中国专利CN104749085A的调节方法，当样液流量档位在高中低三档切换时，其聚焦宽度均不相同，从而会改变单细胞流过的状态，造成检测结果的不准确。样液聚焦的反馈及控制方式随液流系统原理和布局的不同而不同，但总体来说，目前现有方案并不能保证聚焦状态恒定不变。

在申请号为CN201610655002.3的一种用于流式细胞术的液流系统中，鞘液容器和样本容器无需密闭，安装方便。但上述液流系统依然没有实现对鞘液稳定性的控制，样液聚焦状况的反馈控制，没有解决更换不同档位对聚焦宽度的影响，进而对实验准确性的影响。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种新型流式细胞仪液流系统及控制方法，通过鞘液位置势能稳定装置实现了对鞘液的精确控制，同时不需要实时调节鞘液流道的压力，杜绝了鞘液脉动现象；通过反馈实现了对样液聚焦状态的监控以及聚焦宽度的精细调节。另外本发明还有利于清洗和排堵，且简洁高效。高度集成性大大减小了液流系统的体积、功耗和噪声，进而还降低了液流系统的制造和使用成本。本发明还可以实现自动续加鞘液和自动排放废液，作业过程高效。

本发明中使用了多种三通电磁阀，为了便于描述，在此做以下约定：

1.所有三通电磁阀均忽略其“一进两出”或者“两进一出”的性质，仅仅表现为一个常闭阀口、一个常开阀口，和一个公共阀口；

2.常闭阀口用“B”表示，常开阀口用“O”表示，公共阀口用“P”表示。

本发明的技术方案如下：

一种流式细胞仪液流系统，其包括样液通道、鞘液通道、负压源通道和流动室，所述样液通道、鞘液通道、负压源通道均与所述流动室连接；其特征在于，所述鞘液通道设置有位置势能稳定装置，所述位置势能稳定装置包括盛装鞘液用的鞘液容器、鞘液缓存装置、第一鞘液循环泵、第二鞘液循环泵；所述鞘液缓存装置具有至少一个鞘液入口、至少两个鞘液出口；所述第一鞘液循环泵的入口与所述鞘液容器连通，所述第一鞘液循环泵的出口与所述鞘液缓存装置的鞘液入口连通；所述鞘液缓存装置的至少一个鞘液出口与所述流动室连通，所述鞘液缓存装置的至少一个鞘液出口与所述第二鞘液循环泵的入口连通，所述第二鞘液循环泵的出口与所述鞘液容器连通，且鞘液缓存装置中与第二鞘液循环泵相连的鞘液出口高于其与流动室相连的鞘液出口，同时经所述第一鞘液循环泵流向所述鞘液缓存装置的鞘液流量大于等于所述鞘液缓存装置流向所述流动室的鞘液流量。

优选的技术方案，所述鞘液缓存装置为具有单一腔室的容器，其鞘液入口和鞘液出口处于同一个容器内。

优选的技术方案，所述鞘液缓存装置为连通器，所述鞘液缓存装置为具有多个腔室的容器，所述鞘液缓存装置的鞘液入口设置在其中一个腔室上，鞘液缓存装置的鞘液出口设置在其它腔室上。

优选的技术方案，所述鞘液缓存装置相对于所述样液进样针底部的高度可以精确调节，以实现对流体聚焦的精细控制，所述鞘液缓存装置不密封，优选地可通过一个空气过滤器与大气连通，以保证鞘液干净。

优选的技术方案，所述鞘液缓存装置与所述流动室之间还依次设有流量传感器、鞘液调节器、鞘液过滤器、止逆阀。

优选的技术方案，所述负压源通道包括负压动力装置、废液容器、负压传感器和两位两通电磁阀；所述负压传感器和废液容器相连，和负压动力装置组成闭环，以调节废液容器中的压力；所述两位两通电磁阀的一端与流动室相连，另一端与所述废液容器连通；所述负压动力装置包括真空泵、第一三通电磁阀、第二三通电磁阀；所述第一三通电磁阀和所述第二三通电磁阀并联，并且所述第一三通电磁阀的常开阀口与第二三通电磁阀的常闭口均和所述真空泵一端相连，所述第一三通电磁阀的常闭阀口与第二三通电磁阀的常开阀口均和所述真空泵另一端相连；所述第一三通电磁阀的公共阀口与废液容器相连，所述第二三通电磁阀的公共阀口和大气相连。

优选的技术方案，其还包括废液排除通道，所述废液排除通道包括第三三通电磁阀、外接废液桶、废液量传感器，所述废液量传感器与废液容器安装在一起，以测定废液容器中废液的多少，所述废液量传感器可以为液位传感器、重力传感器、光电传感器，或者其他任何可以反映废液多少的传感器；所述第三三通电磁阀串联在所述废液容器和所述两位两通电磁阀之间，且所述第三三通电磁阀的公共阀口与废液容器相连，所述第三三通电磁阀的常开阀口与两位两通电磁阀的一端相连，所述第三三通电磁阀的常闭阀口与一个外接废液桶相连。

优选的技术方案，其还包括清洗通道，所述清洗通道包括第四三通电磁阀，所述第四三通电磁阀串联在所述第一鞘液循环泵和所述鞘液缓存装置之间，其中所述第四三通电磁阀的常开阀口与所述鞘液缓存装置的鞘液入口连接，所述第四三通电磁阀的常闭阀口与所述流动室的鞘液入口连接，所述第四三通电磁阀的公共阀口与所述第一鞘液循环泵的鞘液出口连接。

优选的技术方案，其还包括自动鞘液续液通道，所述自动鞘液续液通道包括第五三通电磁阀、外接鞘液桶和鞘液量传感器，所述鞘液量传感器可以为液位传感器、重力传感器、光电传感器，或者其他任何可以反映鞘液多少的传感器；所述鞘液量传感器与鞘液容器安装在一起，以测定鞘液容器中鞘液的多少；所述第五三通电磁阀串联在所述第二鞘液循环泵和所述鞘液缓存装置之间，其中所述第五三通电磁阀的常开阀口与所述鞘液缓存装置连接，所述第五三通电磁阀的常闭阀口与所述外接鞘液桶连接，所述第五三通电磁阀的公共阀口与第二鞘液循环泵连接。

本发明的另一目的是提供一种流式细胞仪液流系统控制方法，其包括以下步骤：

S1、进样聚焦过程，在负压动力装置的作用下，样液经样液通道流入流动室，鞘液缓存装置中的鞘液也流入流动室；其中，当鞘液缓存装置中的液面高于与第二鞘液循环泵连通的鞘液出口时，第二鞘液循环泵将高出该鞘液出口的鞘液吸回鞘液容器中；当鞘液缓存装置中的液面低于与第二鞘液循环泵连通的鞘液出口时，第二鞘液循环泵将空气吸入鞘液容器中，即在进样聚焦过程中始终确保从鞘液缓存装置中流入流动室的鞘液出口处的鞘液势能保持恒定；

S2、液流监控过程，鞘液流量计和鞘液调节器组成一个实时反馈控制回路；负压传感器和真空泵组成一个实时反馈控制回路；样液流量计、鞘液流量计，鞘液调节器、负压源，以及信号处理系统组成了一个实时反馈控制回路；正常工作时，负压源和鞘液调节器按预定的参数工作；当鞘液通道受到外界因素干扰时，鞘液调节器进行自动补偿外界的变化，确保流入流动室中的鞘液流量保持稳定；当样本流量传感器检测到样本流量发生变化时，控制主机自动调整真空泵和鞘液调节器(粗调)，以及鞘液缓存装置相对于样液入口的高度(精调)，使得鞘液流量与样液流量的比值和正常值相同；控制主机内预设有输出负压报警范围，当输出负压在系统设置的输出负压报警范围内时，控制主机会启动系统管道部分堵塞告警，并提示进行排堵冲洗；当输出负压超出该输出负压预设范围上限时控制主机给出系统堵塞严重报警，必须停止进样，并启动清洗流程；

S3、换挡过程，当更换挡位后，查表得到样液流量的数值，调节真空泵，使得样液流量达到该数值；同时真空泵也始终处于稳定反馈输出中；调节鞘液压力调节器，使得鞘液流量和样液流量的比值在正常范围内，完成“粗调”过程。继续调节鞘液缓存装置的高度，使得鞘液流量和样液流量的比值与正常值相同，完成换档“精调”过程；

S4、清洗流程，所述清洗过程为：第四三通电磁阀的常开阀口关闭、常闭阀口打开，增加第一鞘液循环泵和第二鞘液循环泵的功率，鞘液通过第四三通电磁阀直接进入流动室，一部分鞘液沿废液通道流入废液容器，一部分鞘液由样液通道逆向外排到离心管中；

S5、废液自动排放流程，该系统的控制主机中设置有废液量传感器相应的阈值，当废液量传感器反馈的数值大于设定的最大阈值时，第一、第二三通电磁阀的常开阀口关闭、常闭阀口打开；真空泵由抽气模式切换到打气模式；第三三通电磁阀的常开阀口关闭、常闭阀口打开；在真空泵的作用下，废液容器中的废液被推向外接的废液桶中，直至废液量传感器反馈的数值小于设定的最小阈值，执行前过程相反的操作，完成废液的自动排放。

S6、鞘液自动续液流程，该系统的控制主机中设置有鞘液量传感器相应的阈值，当鞘液量传感器反馈的数值小于设定的最小压力阈值时，控制主机打开第二鞘液循环泵，第五三通电磁阀的常开阀口关闭、常闭阀口打开，外接鞘液桶中的鞘液在第二鞘液循环泵的作用下被抽至鞘液容器中，直至鞘液量传感器反馈的数值大于设定的最大阈值时，执行前过程相反的操作，完成鞘液自动续液过程。

本发明的动力源仅为一个真空泵负压源。从负压源到废液容器的通道上依次有两个并联的第一三通电磁阀和第二三通电磁阀，以及一个负压传感器。负压传感器检测废液容器中的负压，和真空泵组成回路以实现稳定的负压输出。并联两个三通电磁阀的目的是为了实现将废液容器中的废液排入外接的废液桶中。事实上，如果不需要此功能的话，仅需要第一三通电磁阀，此时该三通电磁阀的目的为：仪器完成工作后，释放掉废液容器中的压力。

我们把负压源通道中，与废液相关的部分统称为废液通道，包括一个废液容器、一个废液量传感器，一个三通电磁阀、一个外接的大容量废液桶、以及一个两位两通电磁阀。废液容器同时与负压传感器、第一三通电磁阀的公共阀口和第三三通电磁阀的公共阀口相连。正常工作时，从流动室流出的废液依次经过两位两通电磁阀、第三三通电磁阀进入到废液容器中。当废液量传感器的数值到达最大阈值时，第一三通、第二三通和第三三通电磁阀的常开阀口关闭、常闭阀口打开，通时真空泵由抽气模式变为打气模式，从而将废液容器中的废液压入到外接的大容量废液桶中。当废液量传感器的数值小于最小阈值时，执行相反操作，完成排出废液过程。

样液通道主要包括：进样针、样液流量计。在负压作用下，样液从离心管经进样针进入流动室，流量计安装在进样针上，用以监控样液的流量。

鞘液通道部件包括：止逆阀、鞘液过滤器、鞘液调节器、鞘液流量计、位置势能稳定装置、第四三通电磁阀、第五三通电磁阀、鞘液量传感器和外接大容量鞘液桶。在负压源的作用下，鞘液从位置势能稳定装置的出口，依次经过流量计、鞘液调节器、鞘液过滤器和止逆阀进入流动室。第四三通电磁阀用于清洗管路，第五三通电磁阀、鞘液量传感器和外界鞘液桶用于给液流系统补充鞘液，详见实施例。鞘液流量计用来测量鞘液流量，根据其数值实时调节负压源参数、鞘液调节器参数、位置势能稳定装置高度等参数，以实现样液的稳定聚焦，详见液流控制实施例。鞘液过滤器用来过滤鞘液中的杂质、气泡等小颗粒；止逆阀用来防止流动室中的液体倒流回鞘液通道。

鞘液调节器用来直接控制鞘液流量或者控制压力降来间接控制鞘液的流量，根据压力降与速度的关系：

ΔP＝32μlv/d₂+ξv²/2g ①

其中，ΔP为压力降，v为速度，ξ为流道形状因子，μ为液体动力粘度，l 为流道长度，d为流道直径，g为重力加速度。

因此调节鞘液流道上的压力降就能调节鞘液的速度，从而调节鞘液的流量。本发明中鞘液调节器可以为电子压管阀、电磁节流阀、流量比例阀、压力阻尼器等。对鞘液流量而言，鞘液调节器并不会增加“在负压源作用下，鞘液能达到的最大流量”，因此，我们可以称之为“被动型”鞘液调节器。使用这种器件的好处是1)不会引入鞘液脉动，2)不会造成气体溶入鞘液，3)相对“主动型”器件而言，体积功耗小、配套附件简单。

对于本发明的鞘液流入方式，应用质量守恒定理可以得到样液聚焦宽度公式为：

其中，d为样液的聚焦宽度；ρ为流动聚焦室内的液体密度，D为流动聚焦室的水力直径，ρ1为样液密度；ρ2为鞘液密度；Q1为样液流量，Q2为鞘液流量。

由此可知，当流动室尺寸确定后，聚焦宽度与样液和鞘液的流量比成正比，调节流量就能调节聚焦状态。因此，本发明采用单一负压动力源，和鞘液调节器就可以实现对聚焦流的精确控制，形成稳定的单细胞流。

以上讨论可知，控制聚焦主要表现为控制样液和鞘液的流量比。本发明中，样液流量计、鞘液流量计，鞘液调节器、负压源，以及信号处理系统组成了一个实时反馈控制回路。正常工作时，负压源和鞘液调节器按预定的参数工作。当外部环境改变时，如进样针部分堵塞，此时样液流量Q1减少。由公式2知，此时样液聚焦宽度d变小，需要改变Q2。首先通过查表法得到Q2的目标值，然后调节鞘液调节器，同时监控鞘液流量计，使得Q2减小至目标值，从而保证聚焦宽度d不变。此时，液流的整体速度变慢，光电探测器检测到的单个细胞散射信号的频率改变。调节负压源输出更大负压，可补偿速度的变化，使得散射信号的频率改变至原来的值。若此时负压源的输出增量在预设的范围内，系统将给予部分堵塞警告，并提示进行排堵冲洗。若负压源的输出增量超过了预设范围，说明堵塞较为严重，需要立即冲洗，系统将给出报警，并停止进样工作。

该回路同样可以用来实现对“样液流量档位”的控制。当需要实现从低档调至高档时，增加负压的输出。此时，样液流量Q1增大，聚焦宽度d增大。根据公式2，调节鞘液调节器，使得Q2改变至相应的目标值。从而实现样液档位的调节，且不改变聚焦状态。

以上的方法可以实现样液聚焦的稳定控制，但是其前提是鞘液和样液能稳定输入。由于鞘液流量远远大于样液流量，故而其稳定性起绝对主导作用。

在实际过程中，随着鞘液的消耗，鞘液的位置势能在不断减少。对本系统使用伯努利定理，过流断面分别选取在鞘液的水平面和鞘液管入口，则有：

P₀/ρg+h+α₁v₀ ²/2g＝P₁/ρg+α₂v₂ ²/2g+ΔP ③

其中，P0为大气压力，h为鞘液面的高度，v0为鞘液瓶中液体的下降速度； P1为鞘液入口处的负压；v2为鞘液管中的速度；ΔP为粘性运动造成的压力损失。α为修正系数。

根据流量守恒，③式总可以写为：

P₀/ρg+h＝P₁/ρ_g+βv₂ ²/2g+ΔP ④

由此可见，当h减小时，即鞘液被消耗时，鞘液管中的速度一直在变化，从而导致鞘液流量在变化。根据公式2，这将导致流动室的聚焦产生变化。要使得速度不变，只有持续改变作用在鞘液上的负压。如前面所述，这种补偿精度并不高，甚至只能选择梯度做补偿。

本发明的位置势能稳定装置的核心思想为：即使鞘液被消耗，也能保证鞘液容器中鞘液的高度h不变。由此产生的一种装置包括一个鞘液容器，用来盛装鞘液；一个鞘液缓存装置，该缓存装置为一个单一腔体，具有一个进液口，两个出液口；第一个鞘液循环泵，该泵和进液口相连，用以将鞘液从鞘液容器中抽出并注入鞘液缓存装置；第二个鞘液循环泵，该泵和鞘液缓存装置的其中一个出液口相连，用以将鞘液从鞘液缓存装置中抽出并注回到鞘液容器。鞘液缓存装置的另外一个出液口与流动室连通，且该出液口的位置低于与第二鞘液循环泵相连的出液口的位置。

其工作过程为：第一鞘液循环泵将鞘液注入到鞘液缓存装置，当水位高于与第二鞘液循环泵相连的出液口时，高出的鞘液被第二鞘液循环泵吸回到鞘液容器中，从而保证鞘液缓存装置中的液位高度始终为两个出液口的高度差。

鞘液缓存装置为单一腔体可能带来的问题是：系统稳定性容易被第一鞘液循环泵的注入动作影响。优选地，该鞘液缓存装置可以采用具有多个腔室的容器，如连通器。比如具有两个腔室时，缓存装置包括一个鞘液注入区，鞘液注入区设有一个注入口；还包括一个鞘液稳定区，其设有一个回吸口和一个鞘液出口。注入区和稳定区通过一个过流口连通。为了保证注入区的鞘液及时流入稳定区，优选的，过流口的面积大于注入口的面积。鞘液稳定区中的回吸口与鞘液出口具有高度差，即为上式中的h。

第一鞘液循环泵持续从鞘液容器将鞘液注入到鞘液注入区中，当水位高过过流口时，高出的鞘液将流入鞘液稳定区中。而当鞘液稳定区中的水位高过鞘液回吸口时，高出的鞘液将被第二鞘液循环泵回吸到鞘液容器中。

由于从注入口注入的鞘液，一部分从鞘液出口进入到流动室中，因此需要从鞘液的回吸口回吸的量少于注入量，同时由于鞘液出口流量小于鞘液注入口流量，因此不会出现鞘液在鞘液稳定区中堆积或减少的情景，保证了鞘液水位和鞘液回吸口孔齐平，也即保证了鞘液出口处的位置势能恒为h。

本发明只需满足鞘液回吸口的孔位高过鞘液出口的孔位，而对其他孔的高度无要求。

公式4虽然是对鞘液使用伯努力定理而得出结论，其对整个液流系统也是实用的。只不过h应为包括样液入口位置在内的广义上的高度。具体的，h为鞘液缓存装置(流入流动室)的出液口，与样本进样口的高度差。

根据公式4，改变此高度会影响鞘液的流量，进而影响样液的聚焦。一般而言，此高度在设备定型后就固定了。但我们可以进一步利用这个高度，比如将鞘液缓存装置竖直上下移动。事实上，目前的导轨或者丝杆的精度完全可以以毫米、甚至微米量级来调节这个高度。这个量级的高度改变对聚焦的影响，比起第2点中改变负压源和鞘液调节器参数来得更为精确。因此我们把这种方法称为精调，而把调节负压源和鞘液调节器的方法称为粗调(虽然其也很精确)。

综上所述本发明的有益效果在于：

1、鞘液流量控制精准。鞘液通道设置有位置势能稳定装置，该位置势能稳定装置包含的鞘液缓存装置上设有两个出液口，其中与鞘液容器相连的出液口高于与流动室相连的出液口，进而保证从鞘液缓存装置中流向流动室的鞘液位置势能恒定，且该装置不依靠传感器，具有很高的精度和快速响应度，同时成本还很低。鞘液通道中设置有流量传感器用以监控鞘液的流量；而鞘液调节器用来调节鞘液通道上的流量，配合负压装置即能实现液流系统的压力—流量控制。相比现有的鞘液控制方法，本发明不需要实时调节鞘液调节器，实现简单，响应快精度高，杜绝了鞘液脉动现象。

2、样液聚焦状态的监控及精确控制。样液流量传感器、鞘液流量传感器，鞘液调节器、负压动力装置，以及信号处理系统组成一个控制回路，可以实现对样液状态的监控和控制，改变样液的档位不会影响样液的聚焦状态。同时，配合鞘液缓存装置的上下移动，可以实现聚焦状态的精确控制。

3、采用单负压动力装置进行进样和进鞘液工作，负压动力装置和负压传感器组成一个控制回路，实现负压的精确稳定输出。鞘液端使用“被动型”鞘液调节器，故而不需要密封，空气不会溶入鞘液，大大降低了气泡发生的可能性。并且相比而言，“被动型”鞘液调节器及其相关附件体积小、功耗低，几乎无噪声。同时，不密封的特性减少了用户的使用成本和耗材成本。

4、本发明提供了简洁高效的清洗、排堵的控制和方法。

5、本发明可以实现废液的自动排放和鞘液的自动续加。外接的废液排放通道可以远离设备而放置他处，进而可以采用大容量的废液容器；同样，外接的鞘液容器也可以采用大容量容器。因此，整个液流系统可以封装于仪器内部，仅留有鞘液入口、样液入口和废液出口。用户外接一个大容量的鞘液桶和废液桶就能实现长时间的稳定工作，从而避免了用户频繁的打开鞘液瓶添加鞘液对系统稳定性带来的影响，以及交叉污染等问题。整个系统自动化程度高。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的流式细胞仪液流系统的单腔体的鞘液缓存装置剖视图。

图2为本实用新型实施例1的流式细胞仪液流系统中位置势能稳定装置原理图与工作流程图。

图3为本实用新型实施例1的流式细胞仪液流系统的结构示意图。

图4为本实用新型实施例2的流式细胞仪液流系统的结构示意图。

图5为本实用新型实施例3的流式细胞仪液流系统的结构示意图。

图6为本实用新型实施例3的流式细胞仪液流系统的液流状态监控及控制流程原理图。

图7为本实用新型实施例3的流式细胞仪液流系统的样液换挡控制流程原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

实施例1

图1为单腔体的鞘液缓存装置剖视图。鞘液缓存装置33具有至少一个入口和至少两个出口，其中入口333与第一鞘液循环泵连通，出口331与流动室连通，出口332与第二鞘液循环泵连通。出口331的高度低于出口332的高度。第一鞘液循环泵将鞘液注入到缓存装置中，当液位高于出口332时，高出的鞘液被第二鞘液循环泵抽出。出口332与出口331的高度差就决定了鞘液的位置势能，并且保持恒定。鞘液缓存装置通过一个空气过滤器与大气连通。

图2为位置势能稳定装置原理图与工作流程图。所述位置势能稳定装置包括盛装鞘液用的鞘液容器361、第一鞘液循环泵35，鞘液缓存装置33、第二鞘液循环泵37。图2对鞘液缓存装置进行了剖视，所述鞘液缓存装置具有至少一个鞘液入口333、至少两个鞘液出口331、332；所述第一鞘液循环泵35的入口与所述鞘液容器361连接，所述第一鞘液循环泵35的出口与所述鞘液缓存装置33的鞘液入口333连接；所述鞘液缓存装置33的至少一个鞘液出口331 与流动室连通，所述鞘液缓存装置33的至少一个鞘液出口332与所述第二鞘液循环泵37的入口连通，37的出口与鞘液容器361连通。鞘液缓存装置33 中出口332的高度高于其出口331的高度，同时经所述第一鞘液循环泵35流向所述鞘液缓存装置33的鞘液流量大于等于所述鞘液缓存装置33流向所述流动室的鞘液流量。鞘液缓存装置33至少具有两个腔体，其鞘液入口333设置在其中一个腔体335上，出口331、332设置在另一个腔体336上(即构成了一个鞘液缓存装置中有一个鞘液相对稳定区域)。腔体335和腔体336用隔板隔开，通过设置在隔板上的通孔334连通；所述鞘液缓存装置33通过一个空气过滤器与大气连通。

实施例2

如图3所示，一种流式细胞仪液流系统，其包括样液通道1、流动室2、鞘液通道3和负压源通道4，所述样液通道1、鞘液通道3、负压源通道4均与所述流动室2连接；所述样液通道1包括依序设置的进液样针10和样液流量传感器11，所述进液样针11中的样液经过样液流量传感器12后流入所述流动室内；

所述负压源通道4依次包括真空泵41、第一三通电磁阀42、废液容器441 和两位两通电磁阀45；所述真空泵41和第一三通电磁阀42的常开阀口连接，第一三通电磁阀42的常闭阀口与大气接通，其公共阀口与废液容器441连接；所述废液容器441经所述两位两通电磁阀45后与所述流动室2连接，另外废液容器441上连接有一个负压传感器43。

所述鞘液通道3设置有位置势能稳定装置，所述位置势能稳定装置包括盛装鞘液用的鞘液容器361、第一鞘液循环泵35，鞘液缓存装置33、第二鞘液循环泵37。所述鞘液缓存装置具有至少一个鞘液入口333、至少两个鞘液出口331、 332,并且通过空气过滤器与大气连通；所述第一鞘液循环泵35的入口与所述鞘液容器361连接，所述第一鞘液循环泵35的出口与所述鞘液缓存装置33的鞘液入口333连通；所述鞘液缓存装置33的至少一个鞘液出口331与流动室连通，所述鞘液缓存装置33的至少一个鞘液出口332与所述第二鞘液循环泵37的入口连通，37的出口与鞘液容器361连通。鞘液缓存装置33中出口332 的高度高于其出口331的高度，同时经所述第一鞘液循环泵35流向所述鞘液缓存装置33的鞘液流量大于等于所述鞘液缓存装置33流向所述流动室的鞘液流量。所述鞘液缓存装置33与所述流动室2之间还依次设有流量传感器32、鞘液调节器31、鞘液过滤器301、止逆阀300。

实施例3

如图4所示，一种流式细胞仪液流系统，其包括样液通道1、流动室2、鞘液通道3和负压源通道4，所述样液通道1、鞘液通道3、负压源通道4均与所述流动室2连接；所述样液通道1包括依序设置的进液样针10和样液流量传感器11，所述进液样针11中的样液经过样液流量传感器12后流入所述流动室内。

所述负压源通道4依次包括真空泵41、第一三通电磁阀42、废液容器441 和两位两通电磁阀45；所述真空泵41和第一三通电磁阀42的常开阀口连接，第一三通电磁阀42的常闭阀口与大气接通，其公共阀口与废液容器441连接；所述废液容器441经所述两位两通电磁阀45后与所述流动室2连接，另外废液容器441上连接有一个负压传感器43。

所述鞘液通道3设置有位置势能稳定装置，所述位置势能稳定装置包括盛装鞘液用的鞘液容器361、第一鞘液循环泵35，三通电磁阀34、鞘液缓存装置 33、第二鞘液循环泵37。所述鞘液缓存装置具有至少一个鞘液入口333、至少两个鞘液出口331、332,并且通过空气过滤器与大气连通；所述第一鞘液循环泵35的入口与所述鞘液容器361连接，所述第一鞘液循环泵35的出口与三通电磁阀34的公共阀口连接，三通电磁阀34的常闭阀口直接与流动室2连接，其常开阀口与所述鞘液缓存装置33的鞘液入口333连通；所述鞘液缓存装置 33的至少一个鞘液出口331与流动室连通，所述鞘液缓存装置33的至少一个鞘液出口332与所述第二鞘液循环泵37的入口连通，37的出口与鞘液容器361 连通。鞘液缓存装置33中出口332的高度高于其出口331的高度，同时经所述第一鞘液循环泵35流向所述鞘液缓存装置33的鞘液流量大于等于所述鞘液缓存装置33流向所述流动室的鞘液流量。所述鞘液缓存装置33与所述流动室 2之间还依次设有流量传感器32、鞘液调节器31、鞘液过滤器301、止逆阀300。

实施例4

如图5所示，一种流式细胞仪液流系统，其包括样液通道1、鞘液通道3、负压源通道4和流动室2，所述样液通道1、鞘液通道3、负压源通道4均与所述流动室2连接；所述样液通道1包括依序设置的进液样针11和样液流量传感器12，所述进液样针11中的样液经过样液流量传感器12后流入所述流动室内；

所述负压源通道4依次包括负压源装置、废液容器441、第三三通电磁阀47和两位两通电磁阀45；所述负压源装置包括真空泵41、第一三通电磁阀42 和第二三通电磁阀46；所述第一三通电磁阀和第二三通电磁阀并联；所述第一三通电磁阀42的常开阀口和第二三通电磁阀46的常闭阀口同时连接至真空气泵41的一端；所述第一三通电磁42的常闭阀口和第二三通电磁阀46的常开阀口同时连接至真空气泵41的另一端；电磁阀42的公共阀口与废液容器441 相连，电磁阀46的公共阀口与大气接通。废液容器441上还接有负压传感器 43。废液量传感器442也安装在废液容器441上，用来检测441中废液的量。废液量传感器442可以为液位传感器、重力传感器、光电传感器，或者其他任何可以反映废液多少的传感器。所述废液容器441还与第三三通电磁阀47的公共阀口相连，第三三通电磁阀47的常闭阀口与外接的大容量废液桶48相连， 47的常开阀口经过两位两通电磁阀45与流动室2接通。

所述鞘液通道3设置有位置势能稳定装置，所述位置势能稳定装置包括盛装鞘液用的鞘液容器361、第一鞘液循环泵35，第四三通电磁阀34、鞘液缓存装置33、第五三通电磁阀38、第二鞘液循环泵37。所述鞘液缓存装置具有至少一个鞘液入口333、至少两个鞘液出口331、332,并且通过空气过滤器与大气连通；所述第一鞘液循环泵35的入口与所述鞘液容器361连接，所述第一鞘液循环泵35的出口与三通电磁阀34的公共阀口连接，三通电磁阀34的常闭阀口直接与流动室2连接，其常开阀口与所述鞘液缓存装置33的鞘液入口 333连通；所述鞘液缓存装置33的至少一个鞘液出口331与流动室连通，所述鞘液缓存装置33的至少一个鞘液出口332与所述三通电磁阀38的常开阀口相连，所述三通电磁阀38的常闭阀口与外接的大容量鞘液桶相连，38的公共阀口与第二鞘液循环泵37的入口连通，37的出口与鞘液容器361连通。鞘液缓存装置33中出口332的高度高于其出口331的高度，同时经所述第一鞘液循环泵35流向所述鞘液缓存装置33的鞘液流量大于等于所述鞘液缓存装置33 流向所述流动室的鞘液流量。所述鞘液缓存装置33与所述流动室2之间还依次设有流量传感器32、鞘液调节器31、鞘液过滤器301、止逆阀300。在鞘液容器361上还安装有鞘液量传感器362，用来检测361中鞘液的量，所述鞘液传感器362可以为液位传感器、重力传感器、光电传感器，或者其他任何可以反映废液多少的传感器

如图5至图7所示，本实施例的工作原理如下：

一、进样聚焦过程

真空泵41处于抽气模式，通过第一三通阀42在废液容器441形成负压，该负压力通过第三三通阀47、两通阀45作用在流动室2上，从而使得样液经样液通道流入流动室，鞘液缓存装置中的鞘液也流入流动室，并形成稳定的聚焦。其中，当鞘液缓存装置33中的液面高于连通至鞘液容器361的鞘液出口 332时，第二鞘液循环泵37将鞘液缓存装置中的高出的鞘液抽出到鞘液容器中；当鞘液缓存装置中33的液面低于连通至鞘液容器361的鞘液出口332时，第二鞘液循环泵将空气吸入鞘液容器361中，即在进样聚焦过程中始终确保从鞘液缓存装置中流入流动室的鞘液出口331处的鞘液势能保持恒定。

二、聚焦监控过程

实际运行中，聚焦过程并非稳定不变的。外部的扰动、气泡的产生、以及进样针堵塞都会造成聚焦失败。因此，需要对聚焦进行监控。

本发明中，鞘液流量计和鞘液调节器组成一个实时反馈控制回路；负压传感器和真空泵组成一个实时反馈控制回路；样液流量计、鞘液流量计，鞘液调节器、负压源，以及信号处理系统组成了一个实时反馈控制回路。安装在废液容器上的负压传感器43实时监控废液容器中的负压大小，通过反馈并调节真空泵，使得废液容器中的负压保持恒定。正常工作时，负压源和鞘液调节器按预定的参数工作。当鞘液通道受到外界因素干扰时，鞘液调节器进行自动补偿外界的变化，确保流入流动室中的鞘液流量保持稳定。如图6所示，当样本流量传感器检测到样本流量发生变化时，调节鞘液调节器，同时监控鞘液流量计，使得Q2/Q1的值在正常状态范围内，从而保证聚焦宽度在误差范围内。此时，液流的整体速度将改变，光电探测器检测到的单个细胞散射信号的频率也会发生变化。调节负压源补偿速度的变化，使得散射信号的频率改变至原来的值。若此时负压源的输出增量在预设的范围内，系统将继续调节鞘液缓存装置的高度，使得Q2/Q1的值与正常值相同，并给出部分堵塞警告，提示进行排堵冲洗。若负压源的输出增量超过了预设范围，说明堵塞较为严重，需要立即冲洗，系统将给出报警，并停止进样工作。

三、换档过程

换挡过程可以看作聚焦监控的特殊情况。如图7所示，当更换挡位后，查表得到样液流量的数值，调节真空泵，使得样液流量达到该数值Q1。同时真空泵也始终处于稳定反馈输出中。调节鞘液压力调节器，使得Q2/Q1的值在正常范围内，完成“粗调”过程。继续调节鞘液缓存装置的高度，使得Q2/Q1的值与正常值相同，完成“精调”过程。由此，更换挡位并不会引起样液聚焦宽度的变化，不会对检测结果造成影响。

四、清洗流程

系统进入清洗程序后，第四三通电磁阀34的常开阀口O关闭，常闭阀口B 打开。鞘液在第一鞘液循环泵35的作用下，通过34的B口直接进入流动室2。一部分鞘液经过两位两通电磁阀45进入到废液容器441中，另一部分鞘液经过进样针10反冲回离心管中，从而完成管路清洗。当进样针堵塞时，可以选择关闭两通电磁阀45，使得冲洗力完全作用在进样针上。清洗完成后，打开第二三通电磁阀的常闭阀口B，释放掉密闭的废液容器中的压力。

五、鞘液自动续液过程

鞘液量传感器362和鞘液容器361安装在一起，用来检测361中鞘液的量。当362的数值达到设定的最小阈值时，主机将关闭鞘液自动续液所需部件之外的其他部件。此时，第五三通电磁阀38的常开阀口O关闭，常闭阀口B打开。外接大容量鞘液桶39中的鞘液被第二鞘液循环泵抽入至鞘液容器361中。当鞘液量传感器362的数值达到设定的最大阈值时，表明鞘液已经续满。此时，关闭第五三通电磁阀38的常闭阀口B，打开常开阀口O，完成自动续液过程。

六、废液自动排放过程

废液量传感器442和废液容器4411安装在一起，用来检测441中废液的量。当442的数值达到设定的最大阈值时，主机将关闭废液自动排放过程所需部件之外的其他部件。此时，第三三通电磁阀47的常开阀口O关闭，常闭阀口B打开，废液容器441与外接的大容量废液桶48连通。第一、第二三通电磁阀(42、46)的常开阀口关闭、常闭阀口打开；真空泵41由抽气模式切换到打气模式；在真空泵的作用下，废液容器441中的废液被推向外接的废液桶48中。当废液量传感器442反馈的数值小于设定的最小阈值时，表明废液被排空。此时，打开第一、第二、第三三通电磁阀的开口阀口O，关闭常闭阀口B，完成废液的自动排放。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种流式细胞仪液流系统，其包括样液通道、鞘液通道、负压源通道和流动室，所述样液通道、鞘液通道、负压源通道均与所述流动室连接；其特征在于，所述鞘液通道设置有位置势能稳定装置，所述位置势能稳定装置包括盛装鞘液用的鞘液容器、鞘液缓存装置、第一鞘液循环泵、第二鞘液循环泵；所述鞘液缓存装置具有至少一个鞘液入口、至少两个鞘液出口；所述第一鞘液循环泵的入口与所述鞘液容器连通，所述第一鞘液循环泵的出口与所述鞘液缓存装置的鞘液入口连通；所述鞘液缓存装置的至少一个鞘液出口与所述流动室连通，所述鞘液缓存装置的至少一个鞘液出口与所述第二鞘液循环泵的入口连通，所述第二鞘液循环泵的出口与所述鞘液容器连通，且鞘液缓存装置中与第二鞘液循环泵相连的鞘液出口高于其与流动室相连的鞘液出口，同时经所述第一鞘液循环泵流向所述鞘液缓存装置的鞘液流量大于等于所述鞘液缓存装置流向所述流动室的鞘液流量。

2.根据权利要求1所述的一种流式细胞仪液流系统，其特征在于，所述鞘液缓存装置为具有单一腔室的容器，其鞘液入口和鞘液出口处于同一个容器内。

3.根据权利要求1所述的一种流式细胞仪液流系统，其特征在于，所述鞘液缓存装置为具有多个腔室的容器，所述鞘液缓存装置的鞘液入口设置在其中一个腔室上，鞘液缓存装置的鞘液出口设置在其它腔室上。

4.根据权利要求1所述的一种流式细胞仪液流系统，其特征在于，所述鞘液缓存装置相对于所述样液进样针底部的高度可以精确调节，以实现对流体聚焦的精细控制，所述鞘液缓存装置不密封，优选地可通过一个空气过滤器与大气连通，以保证鞘液干净。

5.根据权利要求1所述的一种流式细胞仪液流系统，其特征在于，所述鞘液缓存装置与所述流动室之间还依次设有流量传感器、鞘液调节器、鞘液过滤器、止逆阀。

6.根据权利要求1所述的一种流式细胞仪液流系统，其特征在于，所述负压源通道包括负压动力装置、废液容器、负压传感器和两位两通电磁阀；所述负压传感器和废液容器相连，和负压动力装置组成闭环，以调节废液容器中的压力；所述两位两通电磁阀的一端与流动室相连，另一端与所述废液容器连通；所述负压动力装置包括真空泵、第一三通电磁阀、第二三通电磁阀；所述第一三通电磁阀和所述第二三通电磁阀并联，并且所述第一三通电磁阀的常开阀口与第二三通电磁阀的常闭口均和所述真空泵一端相连，所述第一三通电磁阀的常闭阀口与第二三通电磁阀的常开阀口均和所述真空泵另一端相连；所述第一三通电磁阀的公共阀口与废液容器相连，所述第二三通电磁阀的公共阀口和大气相连。

7.根据权利要求6所述的一种流式细胞仪液流系统，其特征在于，其还包括废液排除通道，所述废液排除通道包括第三三通电磁阀、外接废液桶、废液量传感器，所述废液量传感器与废液容器安装在一起，以测定废液容器中废液的多少，所述废液量传感器可以为液位传感器、重力传感器、光电传感器，或者其他任何可以反映废液多少的传感器；所述第三三通电磁阀串联在所述废液容器和所述两位两通电磁阀之间，且所述第三三通电磁阀的公共阀口与废液容器相连，所述第三三通电磁阀的常开阀口与两位两通电磁阀的一端相连，所述第三三通电磁阀的常闭阀口与一个外接废液桶相连。

8.根据权利要求1所述的一种流式细胞仪液流系统，其特征在于，其还包括清洗通道，所述清洗通道包括第四三通电磁阀，所述第四三通电磁阀串联在所述第一鞘液循环泵和所述鞘液缓存装置之间，其中所述第四三通电磁阀的常开阀口与所述鞘液缓存装置的鞘液入口连接，所述第四三通电磁阀的常闭阀口与所述流动室的鞘液入口连接，所述第四三通电磁阀的公共阀口与所述第一鞘液循环泵的鞘液出口连接。

9.根据权利要求1所述的一种流式细胞仪液流系统，其特征在于，其还包括自动鞘液续液通道，所述自动鞘液续液通道包括第五三通电磁阀、外接鞘液桶和鞘液量传感器，所述鞘液量传感器可以为液位传感器、重力传感器、光电传感器，或者其他任何可以反映鞘液多少的传感器；所述鞘液量传感器与鞘液容器安装在一起，以测定鞘液容器中鞘液的多少；所述第五三通电磁阀串联在所述第二鞘液循环泵和所述鞘液缓存装置之间，其中所述第五三通电磁阀的常开阀口与所述鞘液缓存装置连接，所述第五三通电磁阀的常闭阀口与所述外接鞘液桶连接，所述第五三通电磁阀的公共阀口与第二鞘液循环泵连接。

10.一种流式细胞仪液流系统控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1、进样聚焦过程，在负压动力装置的作用下，样液经样液通道流入流动室，鞘液缓存装置中的鞘液也流入流动室；其中，当鞘液缓存装置中的液面高于与第二鞘液循环泵连通的鞘液出口时，第二鞘液循环泵将高出该鞘液出口的鞘液吸回鞘液容器中；当鞘液缓存装置中的液面低于与第二鞘液循环泵连通的鞘液出口时，第二鞘液循环泵将空气吸入鞘液容器中，即在进样聚焦过程中始终确保从鞘液缓存装置中流入流动室的鞘液出口处的鞘液势能保持恒定；

S2、聚焦监控过程，鞘液流量计和鞘液调节器组成一个实时反馈控制回路；负压传感器和真空泵组成一个实时反馈控制回路；样液流量计、鞘液流量计，鞘液调节器、负压源，以及信号处理系统组成了一个实时反馈控制回路；正常工作时，负压源和鞘液调节器按预定的参数工作；当鞘液通道受到外界因素干扰时，鞘液调节器进行自动补偿外界的变化，确保流入流动室中的鞘液流量保持稳定；当样本流量传感器检测到样本流量发生变化时，控制主机自动调整真空泵和鞘液调节器(粗调)，以及鞘液缓存装置相对于样液入口的高度(精调)，使得鞘液流量与样液流量的比值和正常值相同；控制主机内预设有输出负压报警范围，当输出负压在系统设置的输出负压报警范围内时，控制主机会启动系统管道部分堵塞告警，并提示进行排堵冲洗；当输出负压超出该输出负压预设范围上限时控制主机给出系统堵塞严重报警，必须停止进样，并启动清洗流程；

S3、换挡过程，当更换挡位后，查表得到样液流量的数值，调节真空泵，使得样液流量达到该数值；同时真空泵也始终处于稳定反馈输出中；调节鞘液压力调节器，使得鞘液流量和样液流量的比值在正常范围内，完成“粗调”过程。继续调节鞘液缓存装置的高度，使得鞘液流量和样液流量的比值与正常值相同，完成“精调”过程；

S4、清洗流程，所述清洗过程为：第四三通电磁阀的常开阀口关闭、常闭阀口打开，增加第一鞘液循环泵和第二鞘液循环泵的功率，鞘液通过第四三通电磁阀直接进入流动室，一部分鞘液沿废液通道流入废液容器，一部分鞘液由样液通道逆向外排到离心管中，完成清洗，之后打开第二三通电磁阀的常闭阀口，释放掉密闭的废液容器中的压力；

S5、废液自动排放流程，该系统的控制主机中设置有废液量传感器相应的阈值，当废液量传感器反馈的数值大于设定的最大阈值时，第一、第二三通电磁阀的常开阀口关闭、常闭阀口打开；真空泵由抽气模式切换到打气模式；第三三通电磁阀的常开阀口关闭、常闭阀口打开；在真空泵的作用下，废液容器中的废液被推向外接的废液桶中，直至废液量传感器反馈的数值小于设定的最小阈值，执行前过程相反的操作，完成废液的自动排放；

S6、鞘液自动续液流程，该系统的控制主机中设置有鞘液量传感器相应的阈值，当鞘液量传感器反馈的数值小于设定的最小压力阈值时，控制主机打开第二鞘液循环泵，第五三通电磁阀的常开阀口关闭、常闭阀口打开，外接鞘液桶中的鞘液在第二鞘液循环泵的作用下被抽至鞘液容器中，直至鞘液量传感器反馈的数值大于设定的最大阈值时，执行前过程相反的操作，完成鞘液自动续液过程。