CN107907452A - 粒子鞘流成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粒子鞘流成像装置。粒子鞘流成像装置包括装置本体，装置本体内设有中空的流体通道，流体通道在纵向方向上包括整流通道区、聚焦通道区和成像通道区，装置本体内还设有用于输送粒子的粒子输送通道和分别设置于粒子输送通道的两侧且用于输送鞘液的第一鞘液输送通道和第二鞘液输送通道，第一鞘液输送通道与第二鞘液输送通道均具有向整流通道区输出鞘液的鞘液输出段，第一鞘液输送通道的鞘液输出段和第二鞘液输送通道的鞘液输出段相对设置于粒子输送通道的两侧。该粒子鞘流成像装置利于将整流通道区的长度设置得较短，从而减小整个装置的体积。

Description

粒子鞘流成像装置

技术领域

本发明涉及粒子分析设备领域，特别涉及一种粒子鞘流成像装置。

背景技术

粒子鞘流成像装置是用鞘液通过计数池内的特制结构将样本粒子包裹并聚焦成扁平状，然后通过成像系统拍摄粒子图片从而得到样本粒子的相关信息的装置。现有技术中的粒子鞘流成像装置的鞘液通道包括较长的弧形壁面和整流区。较长的弧形壁面用于使鞘液的流速较稳定从而进入到整流区内。上述弧形壁面和整流区的设置使得整个粒子鞘流成像装置的外形尺寸较大，需要更多的安装空间。而且由于较长的弧形壁面的存在导致加工难度较大，且在清洗内部通道时容易产生涡流，起泡残留而影响下一次样本粒子的拍摄和识别。

发明内容

本发明的目的在于提供一种粒子鞘流成像装置，以减小体积且利于保证鞘液的流速平稳。

本发明提供一种粒子鞘流成像装置，包括装置本体，装置本体内设有中空的流体通道，流体通道在纵向方向上包括整流通道区、聚焦通道区和成像通道区，装置本体内还设有用于输送粒子的粒子输送通道和分别设置于粒子输送通道的两侧且用于输送鞘液的第一鞘液输送通道和第二鞘液输送通道，第一鞘液输送通道与第二鞘液输送通道均具有向整流通道区输出鞘液的鞘液输出段，第一鞘液输送通道的鞘液输出段和第二鞘液输送通道的鞘液输出段相对设置于粒子输送通道的两侧。

进一步地，第一鞘液输送通道的鞘液输出段和所述第二鞘液输送通道的鞘液输出段均相对于所述粒子输送通道垂直设置。

进一步地，第一鞘液输送通道和第二鞘液输送通道对称设置于粒子输送通道的两侧。

进一步地，整流通道区具有与鞘液输出段连接的连接端面，连接端面与鞘液输送段形状配合。

进一步地，整流通道区包括第一分段，鞘液输出段的输出端位于第一分段内且在鞘液的流动方向上第一分段的流通面积逐渐变大。

进一步地，第一分段包括锥体结构。

进一步地，整流通道区还包括设置于第一分段的下游的第二分段，第二分段与第一分段平滑连接，第二分段的流通面积不变且鞘液在第二分段内的流动方向不变。

进一步地，聚焦通道区具有中分面以及相对于中分面对称设置的第一壁面和第二壁面，在鞘液的流动方向上，第一壁面和第二壁面均逐渐靠近中分面。

进一步地，粒子输送通道设置于中分面上且粒子输送通道具有向聚焦通道区输出粒子的粒子输出端。

进一步地，成像通道区的中心位于中分面上。

进一步地，粒子鞘流成像装置还包括设置于装置本体内的粒子输送管，粒子输送管的内腔形成粒子输送通道，粒子输送管为圆管。

基于本发明提供的粒子鞘流成像装置，包括装置本体，装置本体内设有中空的流体通道，流体通道在纵向方向上包括整流通道区、聚焦通道区和成像通道区，装置本体内还设有用于输送粒子的粒子输送通道和分别设置于粒子输送通道的两侧且用于输送鞘液的第一鞘液输送通道和第二鞘液输送通道，第一鞘液输送通道与第二鞘液输送通道均具有向整流通道区输出鞘液的鞘液输出段，第一鞘液输送通道的鞘液输出段和第二鞘液输送通道的鞘液输出段相对设置于粒子输送通道的两侧。该粒子鞘流成像装置在对样本粒子进行分析时，鞘液从相向的两个鞘液输出段进入到整流通道区内，此时两个鞘液输出段输出的鞘液形成对冲使进入到整流通道区前的鞘流速度较稳定，鞘流压力也较为均匀，与现有技术相比，利于将整流通道区的长度设置得较短，从而减小整个装置的体积。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的粒子鞘流成像装置的结构示意图；

图2为图1所示的粒子鞘流成像装置的俯视剖面结构示意图；

图3为图1所示的粒子鞘流成像装置的侧视剖面结构示意图；

图4为图3所示的侧视图的分区示意图；

图5为粒子处于通道中央时的结构示意图；

图6为粒子不处于通道中央时的结构示意图；

图7为本发明实施例的粒子鞘流成像装置形成的粒子流的结构示意图；

图8为鞘液的流动模拟示意图；

图9为鞘液经过整流通道区和聚焦通道区的的流向模拟示意图；

图10为鞘液经过聚焦通道区时与样本粒子流混合时的流动模拟的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1所示，本发明实施例的粒子鞘流成像装置包括装置本体1。装置本体1内设有中空的流体通道Q。如图4所示，流体通道Q在纵向方向上包括整流通道区C、聚焦通道区D和成像通道区E。装置本体1内还设有用于输送粒子的粒子输送通道和分别设置于粒子输送通道的两侧且用于输送鞘液的第一鞘液输送通道A1和第二鞘液输送通道A2。第一鞘液输送通道A1与第二鞘液输送通道A2均具有向整流通道区C输出鞘液的鞘液输出段。第一鞘液输送通道A1的鞘液输出段和第二鞘液输送通道A2的鞘液输出段相对设置于粒子输送通道的两侧。

该粒子鞘流成像装置在对样本粒子进行分析时，鞘液从相向的两个鞘液输出段进入到整流通道区C内，此时两个鞘液输出段输出的鞘液形成对冲使进入到整流通道区C前的鞘流速度较稳定，鞘流压力也较为均匀，与现有技术相比，利于将整流通道区的长度设置得较短，从而减小整个装置的体积。且利于保证鞘液的流速平稳。进一步地，整个装置的体积减小使得单位时间内通过的样本粒子和鞘液的量增大，提高检测效率。

优选地，第一鞘液输送通道A1的鞘液输出段和第二鞘液输送通道A2的鞘液输出段均相对于粒子输送通道垂直设置。这样上述两个鞘液输出段输出的鞘液的流动方向刚好相反，因此在进入整流通道区后形成对冲，使得鞘液的流动速度更稳定，利于保证鞘液的流速平稳，从而减小整流通道区的长度，进而减小整个装置的体积。

下面根据图1至图10对本发明具体实施例的粒子鞘流成像装置的结构进行详细说明。

如图1所示，本实施例的粒子鞘流成像装置包括设置于装置本体1内的粒子输送管2。粒子输送管2的内腔形成粒子输送通道，粒子输送管2为圆管。将粒子输送管设为圆管，圆管对鞘液流速产生的干扰小。

优选地，粒子输送管2的粒子输出端为扁口端。而且扁口端与圆管的内管之间设置有平滑的过渡区。

在本实施例中，第一鞘液输送通道A1和第二鞘液输送通道A2对称设置于粒子输送通道的两侧。如图8所示，本实施例的位于同一直线上的第一鞘液输送通道A1和第二鞘液输送通道A2的通道的流通面积相等，因此从两个鞘液输送通道进入到整流通道区的鞘液进行对冲，从而使鞘液的湍流速度减缓，速度较稳定。

在一个附图未示出的实施例中，第一鞘液输送通道和第二鞘液输送通道可以不对称设置，只要使第一鞘液输送通道和第二鞘液输送通道的鞘液输出段对称设置即可。例如，第一鞘液输送通道还可以包括与鞘液输出段不同向设置的输送段。第二鞘液输送通道也是可以设置为其他任意形状。

为了使进入到整流通道区的鞘液形成稳定的层流，如图4所示，本实施例的整流通道区C包括第一分段C1。鞘液输出段的输出端位于第一分段C1内且在鞘液的流动方向上第一分段C1的流通面积逐渐变大。第一分段C1呈扩口状使得进入到整流通道区的鞘液的湍流速度减缓，形成稳定层流。

优选地，整流通道区C还包括设置于第一分段C1的下游的第二分段C2，第二分段C2与第一分段C1平滑连接，第二分段C2的流通面积不变且鞘液在第二分段C2内的流动方向不变。

具体在本实施例中，第一分段C1包括锥体结构。鞘液输出段与第一分段C1的小端截面高度尺寸大致相等，第二分段C2的流通口的大小与第一分段C1的大端截面高度尺寸大致相等，目的在于使进入到第一分段的鞘液的湍流速度减缓，形成稳定层流进入第二分段。

整流通道区设置第一分段和第二分段可以消除鞘液中从第一鞘液输送通道和第二鞘液输送通道汇入整流通道区时因样本通道的切割阻挡而产生的扰流，使到达聚焦通道区的鞘液流速稳定。

如图1所示，整流通道区C具有与鞘液输送通道A连接的连接端面。连接端面与鞘液输送通道形状配合。具体地，本实施例的鞘液输送通道A为柱状腔体结构，因此整流通道区C的连接端面为朝远离鞘液输送通道A的方向凸出的柱面结构。

具体在本实施例中，流体通道由顶壁5、底壁6、第一侧壁3和第二侧壁4围合而成。如图3所示，在第一分段内，顶壁5和底壁6均向通道内侧倾斜设置。在第二分段内顶壁5和底壁6平行设置。

具体地，在第一分段内，顶壁5与底壁6与通道中分面之间的夹角为7.92°。本实施例将顶壁5和底壁6对称设置更利于使样本粒子流位于通道的中央。

在流体通道的横向方向上的不同位置处，鞘液的速度不同，中心位置速度最大，越靠近通道内壁，速度越小。因此，如图5所示，当粒子处于通道中心时，粒子周围的鞘液的速度基本相同，利于保证粒子平稳直线移动，粒子会在鞘液的带动下移动到成像通道段。如图6所示，当粒子偏离通道中心时，粒子周围的鞘液的速度不相等，粒子会发生翻滚，进而导致无法拍摄到粒子清晰的照片。

基于上述理论，为了使粒子在通过成像通道区时能够处于通道中心以拍摄到粒子清晰的照片，如图2至图4所示，本实施例的聚焦通道区具有中分面以及相对于中分面对称设置的第一壁面和第二壁面，在鞘液的流动方向上，第一壁面和第二壁面均逐渐靠近中分面。也就是说，如图3所示，在聚焦通道区，顶壁5(形成第一壁面)和底壁6(形成第二壁面)均逐渐靠近中分面以使鞘液对样本粒子流进行对称挤压、聚焦，使样本粒子流在成像通道区形成一层极薄的流体，方便成像装置拍摄。

具体地，在聚焦通道区，顶壁5和底壁6相对于中分面对称设置。且顶壁5和底壁6与中分面之间的角度为15°。

为了使样本粒子流通道位于聚焦通道区的中央，具体地，本实施例的粒子输送通道设置于中分面上且粒子输送通道具有向聚焦通道区输出粒子的粒子输出端。

优选地，本实施例的成像通道区的中心位于聚焦通道区的中分面上。

图7示出了实施例的粒子鞘流成像装置在成像通道段形成的粒子流S。粒子流S的宽度H2为10-30μm。长度L2为1-4mm。通道的长度L1为1-7mm。粒子流S到顶壁5的距离H1为50-100μm，粒子流到底壁6的距离H3为50-100μm。通过加大鞘液注入的压力，其流速会增大，从而增大对样本粒子流的挤压使形成的样本鞘流层较薄，因此易于拍摄样本粒子流中的粒子。

如图2所示，本实施例的粒子鞘流成像装置还设置有排液管7。鞘液在包裹粒子形成层流在通过成像通道段完成成像后，通过与成像通道段连通的排液管7从粒子鞘流成像装置排出。

在其他实施例中，如图1所示，也可以直接在装置本体上设置排液通道B以完成排液。

本实施例的流体通道Q的各个通道区的内壁均为平面，因此本实施例的鞘流成像装置易于加工且易于清洗。

下面对本实施例的粒子鞘流装置的结构及工作过程进行详细说明。

如图1所示，本实施例的粒子鞘流装置包括流体通道Q。鞘液通道Q包括整流通道区C、聚焦通道区D和成像通道区E。鞘液通道包括相对设置在装置本体内的同一轴线上的第一鞘液输送通道A1和第二鞘液输送通道A2且该第一鞘液输送通道A1和第二鞘液输送通道A2分别设置在样本输送通道的两侧。鞘液由第一鞘液输送通道A1和第二鞘液输送通道A2对流同时汇入整流通道区C。样本粒子通过粒子输送管2的入口进入到聚焦通道区D内。如图3所示，样本输送管2的样本输出端F位于聚焦通道区D内。鞘液在聚焦通道区D内与样本输送通道的样本输出端的样本粒子汇合，并在该聚焦通道区D将样本粒子包裹挤压成扁平状并聚焦，然后进入到成像通道区E以通过成像装置拍摄该区域的粒子图片，通过一系列的处理及计算得到该样本粒子的相关信息。

如图4所示，本实施例的整流通道区C分为第一分段C1和第二分段C2。第一分段C1为由小到大的呈喇叭状梯形流道；第二分段C2为长方体流道。如图8至图10所示，鞘液由两路相对同时进入整流通道区后，经过第一分段C1导流以及第二分段C2整流之后，鞘液形成稳定流速的液流进入聚焦通道区D。鞘液在通过整流通道区C整流后可以保证进入聚焦通道区D的鞘液流速平稳、无漩涡，且不受注入整流通道区前端鞘液的冲击影响。

而且本实施例的聚焦通道区为对称结构，样本粒子经样本输送通道的输出端流出后被经过整流后的鞘液汇合后进到聚焦通道区后，样本粒子流被聚焦通道区的鞘液对称式裹挟、挤压，从而聚焦成合适宽度、厚度的层流，进入成像通道区。

本实施例中，整流通道区的整流长度短(0-12mm)，层流性好，加工简便，对称聚焦稳定性好，样本包裹均匀，不会发生粒子聚焦偏移、翻转现象。

并且与现有技术相比，本实施例的流体通道没有弧形壁面结构，因此利于清洗，在清洗流体通道时，可反复冲洗鞘液入口，排去鞘液输送通道和样本输送通道内的流体因结构设计及棱线切割引起的气泡，保障下一样本检测的准确性。

本实施例的整流通道区的长度小于12mm，结合显微镜部件的硬件要求，根据软件模拟分析结果可得出，在样本粒子被鞘流挤压形成稳定的粒子流进入供显微镜部件拍摄的成像通道区，成像通道区拍摄区域中心到样本通道的出口的端面的距离为15.5mm。本实施例的粒鞘流成像装置的外形尺寸较短，仅为54mm×12mm×7.5mm，现有鞘流成像装置的外形尺寸基本为72mm×32mm×13.25mm，因此本实施例的鞘流成像装置较现有的鞘流成像装置体积缩小5-6倍。该尺寸对加工来说，在固定的原材料尺寸的条件下，可以下料加工的量更多，加上对称结构的设计，使得加工程序重复利用率高。且表面处理的时间更短，相对检验的时间缩短，提高效率。

本实施例的聚焦通道区D为一从整流通道区C到成像通道区E截面由大变小渐变且中分面到顶壁5和侧壁6的距离相等的对称通道。聚焦通道区D设置为上述对称式通道设置的目的在于通过鞘液对样本粒子流进行对称挤压、聚焦，使样本流在成像通道区形成一层极薄的流体，方便成像系统拍摄。

如图8所示，鞘液从第一鞘液输送通道A1和第二鞘液输送通道A2分别汇流进入到流体通道Q内并沿流体通道流动。如图9所示，鞘液在进入整流通道区后先通过第一分段进行导流然后在第二分段进行整流形成稳定流速后进入到聚焦通道区与粒子输出端输出的样本粒子流进行汇合以对样本粒子流进行聚焦。如图10所示，在聚焦通道区，鞘液对样本粒子流进行包裹和挤压使样本粒子流形成一层极薄的流体以使成像装置进行成像。在图10中，处于通道外侧的为鞘液，处于中部的为样本粒子流，在样本粒子流与鞘液之间的为鞘液与样本粒子形成的临界混合液。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (11)

1.一种粒子鞘流成像装置，其特征在于，包括装置本体(1)，所述装置本体(1)内设有中空的流体通道(Q)，所述流体通道(Q)在纵向方向上包括整流通道区(C)、聚焦通道区(D)和成像通道区(E)，所述装置本体(1)内还设有用于输送粒子的粒子输送通道和分别设置于所述粒子输送通道的两侧且用于输送鞘液的第一鞘液输送通道(A1)和第二鞘液输送通道(A2)，所述第一鞘液输送通道(A1)与所述第二鞘液输送通道(A2)均具有向所述整流通道区(C)输出鞘液的鞘液输出段，所述第一鞘液输送通道(A1)的鞘液输出段和所述第二鞘液输送通道(A2)的鞘液输出段相对设置于所述粒子输送通道的两侧。

2.根据权利要求1所述的粒子鞘流成像装置，其特征在于，所述第一鞘液输送通道(A1)的鞘液输出段和所述第二鞘液输送通道(A2)的鞘液输出段均相对于所述粒子输送通道垂直设置。

3.根据权利要求1所述的粒子鞘流成像装置，其特征在于，所述第一鞘液输送通道(A1)和所述第二鞘液输送通道(A2)对称设置于所述粒子输送通道的两侧。

4.根据权利要求1所述的粒子鞘流成像装置，其特征在于，所述整流通道区(C)具有与所述鞘液输出段连接的连接端面，所述连接端面与所述鞘液输送段形状配合。

5.根据权利要求1所述的粒子鞘流成像装置，其特征在于，所述整流通道区(C)包括第一分段(C1)，所述鞘液输出段的输出端位于所述第一分段(C1)内且在鞘液的流动方向上所述第一分段(C1)的流通面积逐渐变大。

6.根据权利要求5所述的粒子鞘流成像装置，其特征在于，所述第一分段(C1)包括锥体结构。

7.根据权利要求5所述的粒子鞘流成像装置，其特征在于，所述整流通道区还包括设置于所述第一分段(C1)的下游的第二分段(C2)，所述第二分段(C2)与所述第一分段(C1)平滑连接，所述第二分段(C2)的流通面积不变且鞘液在所述第二分段(C2)内的流动方向不变。

8.根据权利要求1所述的粒子鞘流成像装置，其特征在于，所述聚焦通道区(D)具有中分面以及相对于所述中分面对称设置的第一壁面和第二壁面，在鞘液的流动方向上，所述第一壁面和所述第二壁面均逐渐靠近所述中分面。

9.根据权利要求8所述的粒子鞘流成像装置，其特征在于，所述粒子输送通道设置于所述中分面上且所述粒子输送通道具有向所述聚焦通道区输出粒子的粒子输出端。

10.根据权利要求8所述的粒子鞘流成像装置，其特征在于，所述成像通道区的中心位于所述中分面上。

11.根据权利要求1所述的粒子鞘流成像装置，其特征在于，所述粒子鞘流成像装置还包括设置于所述装置本体(1)内的粒子输送管(2)，所述粒子输送管(2)的内腔形成所述粒子输送通道，所述粒子输送管(2)为圆管。