CN112687157B - 一种流式细胞分析技术的教学实验仪器 - Google Patents

Abstract

本发明属于教学用具技术领域，提供了一种流式细胞分析技术的教学实验仪器，具有信号处理终端、控制箱、设置在控制箱上的驱动电机、细胞架和计数传感器以及设置在控制箱内部的接收储存器，细胞架在驱动电机的驱动下旋转，细胞架上的模拟细胞与细胞架同步旋转经过计数传感器，计数传感器产生脉冲信号并发送至接收储存器，接收储存器将脉冲信号发送至信号处理终端，得到计数结果，模拟流式细胞仪的工作原理，并以直观的形式展示出来。本发明提供的流式细胞分析技术的教学实验仪器，结构简单，成本低廉，体积较小，适宜在课堂教学中使用。本发明模拟了流式细胞仪的工作原理，用模拟细胞代替真实细胞，更加方便学生观察和学习。

Description

一种流式细胞分析技术的教学实验仪器

技术领域

本发明属于教学用具技术领域，具体涉及一种流式细胞分析技术的教学实验仪器。

背景技术

流式细胞分析技术是一种单细胞定量分析和分选技术。流式细胞仪主要利用流式细胞分析技术，流式细胞仪由液流系统、光学系统和电子系统三部分构成，主要工作原理是将待测细胞染色后制成单细胞悬液后，用一定的压力将该单细胞悬液压入流动室，再在高压下从鞘液管喷出的磷酸缓冲液制成的鞘液包裹着单细胞悬液作高速流动，形成一个圆形的流束，最后，待测细胞在鞘液的包被下依次通过激光照射的检测区域。流式细胞仪使悬浮在液体中分散的经荧光标记的细胞或微粒逐个通过样品池，同时由荧光探测器捕获荧光信号并转换成分别代表前向散射角、侧向散射角和不同荧光强度的电脉冲信号，经计算机处理形成相应的点图，直方图和加三维结构图像进行分析。这种流式细胞分析技术可以高速分析上万个细胞，并能同时从一个细胞中测得多个参数，具有速度快、精度高、准确性好的优点，是目前最先进的细胞定量分析技术之一，也是生物医学工程专业教学中的重点教授内容。教学装置能够辅助教师讲解相关知识，使学生能直观形象地理解教学内容，提高学生的学习兴趣，帮助学生更好地理解和掌握知识点，培养学生的观察能力和思维能力。但是，市面上的流式细胞仪造价昂贵，且体积较大，在教学中无法保证每个学生都能对流式细胞仪进行操作，大部分只能由教师做演示实验。而且，流式细胞仪本身的结构复杂，学生无法直观地感受到流式细胞仪的工作原理，不利于学生对流式细胞分析技术的理解和掌握。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种流式细胞分析技术的教学实验仪器。

本发明提供了一种流式细胞分析技术的教学实验仪器，具有这样的特征，包括：控制箱、驱动电机、细胞架、接收储存器、计数传感器、以及信号处理终端，其中，驱动电机安装在控制箱上；细胞架固定在驱动电机的输出端上，具有至少一个模拟细胞，模拟细胞与细胞架在驱动电机的驱动下以输出端为中心同步旋转；计数传感器设置在控制箱上，且与接收储存器连接，当模拟细胞经过计数传感器时，计数传感器产生脉冲信号；接收储存器设置在控制箱内，用于将脉冲信号发送给信号处理终端；信号处理终端与接收储存器通信连接，用于分析处理脉冲信号得到计数结果。

在本发明提供的流式细胞分析技术的教学实验仪器中，还可以具有这样的特征，还包括：固定件，其中，固定件安装在控制箱上，具有安装内腔，驱动电机位于安装内腔中，驱动电机的输出端穿过固定件外壁。

在本发明提供的流式细胞分析技术的教学实验仪器中，还可以具有这样的特征，还包括：传感器固定座，其中，传感器固定座固定在控制箱上，且靠近驱动电机输出端，用于固定计数传感器。

在本发明提供的流式细胞分析技术的教学实验仪器中，还可以具有这样的特征，其中，计数传感器为激光对射传感器，包括激光发射器和激光接收器，激光发射器和激光接收器分别固定在传感器固定座的两端。

在本发明提供的流式细胞分析技术的教学实验仪器中，还可以具有这样的特征，其中，细胞架具有轴座、至少一个固定臂以及安装在固定臂上的模拟细胞，轴座与驱动电机的输出端固定连接，固定臂一端与轴座固定连接，另一端与模拟细胞固定连接，模拟细胞为球体，直径小于激光发射器和激光接收器之间的距离，当模拟细胞经过激光发射器和激光接收器之间时，激光发射器发出的光线被遮挡，激光接收器未接收到光线，计数传感器向接收储存器输出脉冲信号。

在本发明提供的流式细胞分析技术的教学实验仪器中，还可以具有这样的特征，其中，固定臂的数量为多个，沿轴座的周向均匀分布，模拟细胞的数量为多个，每个固定臂上均安装有一个模拟细胞。

在本发明提供的流式细胞分析技术的教学实验仪器中，还可以具有这样的特征，其中，接收储存器包括8088CPU、8255A模块、8251A模块以及波特率产生器。

在本发明提供的流式细胞分析技术的教学实验仪器中，还可以具有这样的特征，其中，信号处理终端安装有C++图形用户界面应用程序开发框架。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的流式细胞分析技术的教学实验仪器，具有信号处理终端、控制箱、驱动电机、细胞架、计数传感器以及接收储存器，细胞架在驱动电机的驱动下旋转，细胞架上的模拟细胞与细胞架同步旋转经过计数传感器，计数传感器产生脉冲信号并发送至接收储存器，接收储存器将脉冲信号发送至信号处理终端，信号处理终端分析处理脉冲信号，得到计数结果，模拟流式细胞仪的工作原理，并以简单直观的形式展示出来。接收储存器设置在控制箱内部，驱动电机、细胞架和计数传感器设置在控制箱上，整体结构简单，布局紧凑，体积较小，方便在课堂教学中使用。综上，本发明提供的流式细胞分析技术的教学实验仪器，结构简单，成本低廉，易于制作和维修，体积较小，适宜在课堂教学中使用。同时，本发明形象地模拟了流式细胞仪的工作原理，用模拟细胞代替真实细胞，更加方便学生观察和学习。

附图说明

图1是本发明的实施例中流式细胞分析技术的教学实验仪器的结构示意图；

图2是本发明的实施例中流式细胞分析技术的教学实验仪器的结构爆炸图；

图3是本发明的实施例中控制箱的结构示意图；

图4是本发明的实施例中流式细胞分析技术的教学实验仪器的固定件和传感器安装座的结构示意图；

图5是本发明的实施例中流式细胞分析技术的教学实验仪器的固定件和传感器安装座的另一角度结构示意图；

图6是本发明的实施例中细胞架的结构示意图；

图7是本发明的实施例中接收储存器的接线图；

图8是本发明的实施例中的流式细胞分析技术的教学实验仪器对血细胞进行计数的整体流程图。

附图编号说明：控制箱10、固定件4、传感器固定座42、驱动电机5、细胞架7、计数传感器3、通孔411、安装内腔412、固定孔413、电机固定夹6、轴座71、固定臂72、模拟细胞73、传感器固定孔421、导线盒423、导线孔422。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明一种流式细胞分析技术的教学实验仪器作具体阐述。

<实施例>

本实施例详细描述流式细胞分析技术的教学实验仪器的具体结构和使用方法。

本实施例以流式细胞分析技术分析血细胞为例，对流式细胞分析技术的教学实验仪器进行说明。

图1是本实施例中流式细胞分析技术的教学实验仪器的结构示意图，图2是本实施例中流式细胞分析技术的教学实验仪器的结构爆炸图。

如图1、图2所示，流式细胞分析技术的教学实验仪器100包括控制箱10、固定件4、驱动电机5、细胞架7、传感器固定座42、计数传感器3、接收储存器、电源以及信号处理终端。

图3是本实施例中控制箱的结构示意图。

如图3所示，控制箱10包括箱体1和箱盖2。箱体1为半封闭的长方体盒，内部中空。箱盖2为矩形板，通过螺丝固定在箱体1上，箱盖2中部具有长腰孔22，长腰孔22周围分布着五个连接孔21。

图4是本实施例中流式细胞分析技术的教学实验仪器的固定件和传感器安装座的结构示意图，图5是本实施例中流式细胞分析技术的教学实验仪器的固定件和传感器安装座的另一角度结构示意图。

如图4、5所示，固定件4为半封闭的半筒状壳结构，通过穿过连接孔21的螺丝固定在箱盖2上。固定件4具有安装内腔412，固定件4侧面开设有通孔411，通孔411与安装内腔412连通。安装内腔412上开设有固定孔413。

驱动电机5通过套设在其两端的两个电机固定夹6以及穿过电机固定夹6和固定通孔413的螺丝，固定在固定件4的安装内腔412中。驱动电机5的输出端穿过通孔411。

电源设置在控制箱10的箱体1内，与驱动电机5通过穿过长腰孔22的导线电连接，为驱动电机5提供电能。

图6是本实施例中细胞架的结构示意图。

如图6所示，细胞架7具有轴座71、三个固定臂72以及三个模拟细胞73。轴座71为圆环状，固定在驱动电机5的输出端上。每个固定臂72均一端固定在轴座71上，另一端与一个模拟细胞73固定连接。三个固定臂72沿轴座71的周向均匀分布。驱动电机5的输出端旋转时，带动轴座71、固定臂72以及模拟细胞73以输出端为中心旋转。

本实施例中，三个模拟细胞73的直径不同，按直径由小到大分别模拟血细胞中的血小板、红细胞和白细胞。在实际应用中，多个模拟细胞的直径也可以相同，用于模拟其他细胞。

传感器固定座42安装在箱盖2上，紧贴固定件4且位于靠近驱动电机5的输出端的一侧。传感器固定座42中部具有凹槽，凹槽宽度大于模拟细胞73的直径，凹槽两侧分别具有两个传感器固定孔421。传感器固定座42底部具有导线盒423，导线盒423上开设有两个导线孔422，导线盒423一端封闭，另一端与安装内腔412连通。

计数传感器3通过导线与接收储存器电连接。计数传感器3为激光对射传感器，型号为EX-L211，包括激光发射器和激光接收器。激光发射器和激光接收器通过穿过传感器固定孔421的螺丝分别固定在传感器固定座42的凹槽的两侧。激光发射器和激光接收器的导线分别穿过对应的两个导线孔422，进入导线盒423。

当模拟细胞73经过激光发射器和激光接收器之间时，激光发射器发出的光线被遮挡，激光接收器未收到光线，向接收储存器输出脉冲信号。

接收储存器安装在控制箱10的箱体1内，包括8088CPU，8255A模块、8251A模块以及波特率产生器。

图7是本实施例中接收储存器的接线图。

如图7所示，8088CPU、8255A模块以及8251A模块互相通讯连接，波特率产生器与8251A模块的引脚RxC和引脚TxC通讯连接。计数传感器3的导线穿过导线孔422，通过导线盒423进入安装内腔412，再通过长腰孔22进入控制箱10的箱体1，与8255A模块的引脚PC0连接。

信号处理终端为电脑，通过串口和接口线与8251A的引脚RxD和引脚TxD通信连接。信号处理终端安装有QT Creator软件，QT Creator软件为QT Company开发的跨平台C++图形用户界面应用程序开发框架。使用者可以通过在QT Creator软件中进行编程，对8088CPU传入的脉冲信号进行分析处理，得到细胞计数结果。

图8是本实施例中的流式细胞分析技术的教学实验仪器对血细胞进行计数的整体流程图。

本实施例中以流式细胞分析技术的教学实验仪器对血细胞进行计数的工作过程为例进行说明，具体如下：

如图8所示，首先使用QT Creator软件进行编程，程序编写完毕后，使用USB连接线将接收储存器与信号处理终端连接在一起，点击程序中的开始测试按钮，驱动电机5的输出端在电源的驱动下开始旋转，带动细胞架7以输出端为中心进行旋转，三个模拟细胞73依次经过计数传感器3，当模拟细胞73经过激光发射器和激光接收器之间时，激光发射器发出的光线被遮挡，激光接收器未收到光线，向接收储存器输出脉冲信号。接收储存器将脉冲信号输送给信号处理终端，信号分析终端将脉冲信号以绘图表示，并分析接收到的脉冲信号的持续时间，根据时间计算每次经过计数传感器3的模拟细胞73的直径，对模拟细胞73进行分类并计数，显示测得的各类细胞的个数。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的流式细胞分析技术的教学实验仪器，具有信号处理终端、控制箱、驱动电机、细胞架、计数传感器以及接收储存器，细胞架在驱动电机的驱动下旋转，细胞架上的模拟细胞与细胞架同步旋转经过计数传感器，计数传感器产生脉冲信号并发送至接收储存器，接收储存器将脉冲信号发送至信号处理终端，得到计数结果，模拟流式细胞仪的工作原理，并以简单直观的形式展示出来。接收储存器设置在控制箱内部，驱动电机、细胞架和计数传感器设置在控制箱上，整体结构简单，布局紧凑，体积较小，方便在课堂教学中使用。

另外，本实施例以直径较小的球体模拟血细胞，不仅贴合实际血细胞的球形形状，而且方便学生观察。模拟细胞装在固定臂顶端，随着细胞架的旋转而旋转，这部分模拟了流式细胞仪的其中一个工作步骤，即鞘液包裹着单细胞悬液作高速流动，形成一个圆形的流束；球体随着细胞架旋转依次经过计数传感器，即激光对射传感器，这部分模拟了流式细胞仪的检测步骤，最大限度还原流式细胞仪的工作原理，有助于学生理解和学习。

此外，信号处理终端具有跨平台C++图形用户界面应用程序开发框架，能够编写出相关用户界面，锻炼学生编程能力。信号处理终端将8088CPU传输来的信号进行处理，绘制成图像，能够直观地显示计数结果。

综上，本实施例提供的流式细胞分析技术的教学实验仪器，结构简单，成本低廉，易于制作和维修，体积较小，适宜在课堂教学中使用。同时，本实施例提供的流式细胞分析技术的教学实验仪器形象地模拟了流式细胞仪的工作原理，用模拟细胞代替真实细胞，更加方便学生观察和学习，也能提高学生的编程能力。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种流式细胞分析技术的教学实验仪器，其特征在于，包括：

控制箱、驱动电机、细胞架、接收储存器、计数传感器以及信号处理终端，

其中，所述驱动电机安装在所述控制箱上；

所述细胞架固定在所述驱动电机的输出端上，具有至少一个模拟细胞，所述模拟细胞与所述细胞架在所述驱动电机的驱动下以所述输出端为中心同步旋转；

所述计数传感器设置在所述控制箱上，且与所述接收储存器连接，当所述模拟细胞经过所述计数传感器时，所述计数传感器产生脉冲信号；

所述接收储存器设置在所述控制箱内，用于将所述计数 传感器输出的脉冲信号发送至信号处理终端；

所述信号处理终端与所述接收储存器通信连接，用于处理并分析所述脉冲信号得到计数结果，

其中，所述计数传感器为激光对射传感器，包括激光发射器和激光接收器，

所述信号处理终端根据所述脉冲信号的持续时间，计算每次经过所述计数传感器的所述模拟细胞的直径，对所述模拟细胞进行分类并计数。

2.根据权利要求1所述的流式细胞分析技术的教学实验仪器，其特征在于，还包括：

固定件，

其中，所述固定件安装在所述控制箱上，具有安装内腔，所述驱动电机位于所述安装内腔中，所述驱动电机的输出端穿过所述固定件外壁。

3.根据权利要求1所述的流式细胞分析技术的教学实验仪器，其特征在于，还包括：

传感器固定座，

其中，所述传感器固定座固定在所述控制箱上，且靠近所述驱动电机输出端，用于固定所述计数传感器。

4.根据权利要求3所述的流式细胞分析技术的教学实验仪器，其特征在于：

其中，所述激光发射器和所述激光接收器分别固定在所述传感器固定座的两端。

5.根据权利要求4所述的流式细胞分析技术的教学实验仪器，其特征在于：

其中，所述细胞架具有轴座、至少一个固定臂以及安装在所述固定臂上的所述模拟细胞，

所述轴座与所述驱动电机的输出端固定连接，

所述固定臂一端与所述轴座固定连接，另一端与所述模拟细胞固定连接，

所述模拟细胞为球体，直径小于所述激光发射器和所述激光接收器之间的距离，

当所述模拟细胞经过所述所述激光发射器和所述激光接收器之间时，所述激光发射器发出的光线被遮挡，所述激光接收器未接收到光线，所述计数传感器向所述接收储存器输出脉冲信号。

6.根据权利要求5所述的流式细胞分析技术的教学实验仪器，其特征在于：

其中，所述固定臂的数量为多个，沿所述轴座的周向均匀分布，所述模拟细胞的数量为多个，每个所述固定臂上均安装有一个所述模拟细胞。

7.根据权利要求1所述的流式细胞分析技术的教学实验仪器，其特征在于：

其中，所述接收储存器包括8088CPU、8255A模块、8251A模块以及波特率产生器。

8.根据权利要求1所述的流式细胞分析技术的教学实验仪器，其特征在于：

其中，所述信号处理终端安装有C++图形用户界面应用程序开发框架。

Images