CN113218822A - 聚焦结构及包含该结构的微粒检测装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及聚焦结构及包含该结构的微粒检测装置及其使用方法，其中聚焦结构包括管体以及与所述管体连接的至少一超声换能装置，所述管体内部具有可供带颗粒样本液流通的管通道，通过所述超声换能装置使被吸取至所述管通道的带颗粒样本液中的至少一颗粒与所述管体同轴，以实现样本液中颗粒的聚焦。本发明通过设置以正交或非正交的方式设置超声换能装置可以实现颗粒的中心与管体的中心同轴，并且在颗粒聚焦完成之后使颗粒受层流作用聚焦并限制在流动室的中心轴线，从而被激光光源照射并实现检测分析，其具有成本低，稳定性高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及细胞分析设备领域，尤其涉及聚焦结构及包含该结构的微粒检测装置及其使用方法。
背景技术
微粒检测装置实现样品流动聚焦的方法通常是在流动室中，高速运动的鞘液压缩从进样针中流出的样本液，使样本液沿着中心运动，样本液的颗粒会向样本液中心聚集，使样本液中的生物颗粒沿中心依次经过激光检测点。但是上述聚焦的方式所涉及到的系统结构体积过于庞大以及结构过于复杂，其只适用于有鞘液的工况。另外由于上样管路的内径小、长度长并且具有折弯，易造成样本堵塞，从而无法保证微粒检测装置使用的稳定性。
发明内容
针对上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供聚焦结构及包含该结构的微粒检测装置及其使用方法，以解决现有技术中的一个或多个问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
聚焦结构，所述聚焦结构包括管体以及与所述管体连接的至少一超声换能装置，所述管体内部具有可供带颗粒样本液流通的管通道，通过所述超声换能装置使被吸取至所述管通道的带颗粒样本液中的至少一颗粒与所述管体同轴，以实现样本液中颗粒的聚焦。
进一步的，所述超声换能装置包括第一部件以及第二部件，所述第一部件的第一中轴线与所述第二部件的中轴线正交并共同与所述管体的轴心相交。
所述超声换能装置包括第三部件以及第四部件，所述第三部件的第三中轴线与所述第四部件的第四中轴线非正交，使所述第三部件或所述第四部件中的至少一者与所述管体的轴心非相交。
所述管体的高度不小于样本液颗粒数量与颗粒尺寸的乘积。
微粒检测装置，包括光源、流动室以及与所述流动室近端连接的上述的聚焦结构，所述流动室的远端连接第二管体的近端，所述第二管体的远端连接负压抽吸装置的近端，通过所述负压抽吸装置吸取或排放被聚焦的样本液，使所述样本液流入流动室并使样本液内的颗粒依次被所述光源照射，以实现对所述颗粒实现分析。
进一步的，所述微粒检测装置还具有至少一第一阀，所述第一阀设置于所述第二管体与负压抽吸装置之间，以用于通过所述第一阀控制第二管体与负压抽吸装置之间液路的通断。
进一步的，所述微粒检测装置还包括清洗组件，所述清洗组件包括第三管体，所述第三管体与所述负压抽吸装置的远端连接，所述第三管体用于储存液体介质，以用于通过所述负压抽吸装置抽吸所述液体介质并反向清洗流动室及第一管体。
进一步的，所述清洗组件还包括至少一第二阀，所述第二阀设置于所述负压抽吸装置与第三管体之间，以用于通过所述第二阀控制负压抽吸装置与第三管体之间液路的通断。
微粒检测装置的使用方法，包括以下步骤：
取样：吸取样本液至第一管体，并静置所述吸入第一管体的样本液；
聚焦：启动超声换能装置，使样本液中的至少一颗粒运动至第一管体的中心，以实现颗粒在第一管体内的聚焦；
取样分析：控制负压抽吸装置吸取已聚焦的样本液至流动室；
排样：控制负压抽吸装置将位于流动室中已分析的样本液从第一管体排出；
清洁液吸取：通过负压抽吸装置吸取清洁液；
清洁液排出：通过负压抽吸装置从第一管体排出清洁液。
吸取样本液至所述第一管体之前需要使所述样本液混合均匀。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下：
(一)通过设置超声换能装置可以实现颗粒的中心与管体的中心同轴，并且在颗粒聚焦完成之后使颗粒受层流作用聚焦并限制在流动室的中心轴线，从而被激光光源照射并且实现检测分析，其具有成本低，稳定性高的优点。
(二)进一步的，通过设置清洗组件可以实现对管体以及流动室的反清洗，避免出现样本堵塞的问题。
(三)进一步的，第一管体、第二管体均沿垂直方向布置，这种垂直布置的方式大大降低了样本液堵塞的风险。
附图说明
图1示出了本发明实施例一聚焦结构及包含该结构的微粒检测装置及其使用方法中微粒检测装置的结构示意图。
图2示出了本发明实施例一聚焦结构及包含该结构的微粒检测装置及其使用方法中超声换能装置与第一管体的连接示意图。
图3示出了本发明实施例二聚焦结构及包含该结构的微粒检测装置及其使用方法中超声换能装置与第一管体的连接示意图
图4示出了本发明实施例一聚焦结构及包含该结构的微粒检测装置及其使用方法中第一管体沿X方向剖视时颗粒的聚焦示意图。
图5示出了本发明实施例一聚焦结构及包含该结构的微粒检测装置及其使用方法中第一管体沿Y方向剖视时颗粒的聚焦示意图。
图6示出了本发明实施例一聚焦结构及包含该结构的微粒检测装置及其使用方法的流程示意图。
附图中标记：1、样本储存板；2、超声换能装置；201、第一部件；202、第二部件；203、第三部件；204、第四部件；3、第一管体；301、管通道；4、流动室；5、光源；6、第二管体；7、第一阀；8、负压抽吸装置；9、第二阀；10、第三管体；110、第一流动管路；111、第二流动管路；112、第三流动管路；113、第四流动管路。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的聚焦结构及包含该结构的微粒检测装置及其使用方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
本发明实施例中采用术语“近端”、“远端”，其中近端是指靠近朝向第一阀7的一端，远端是指朝向样本储存板1的一端，以图1为例，图1中第一管体3的上部为近端，第一管体3的下部为远端。
实施例一：
下面描述聚焦结构的具体结构如下：
请参考图1，所述聚焦结构包括第一管体3以及与所述第一管体3外侧连接的至少一超声换能装置2，所述第一管体3的内部具有可供样本液流入的第一管通道301，所述样本液中具有可供光学检测的颗粒，通过所述超声换能装置2使所述样本液中颗粒与所述第一管体3同轴，即所述颗粒聚焦于该第一管体3。
进一步的，请继续参考图1，所述第一管通道301沿轴向贯穿所述第一管体3，并且所述第一管通道301的长度与所述第一管体3的长度是相同的。
进一步的，在本发明实施例一所述聚焦结构中，所述第一管通道301的横截面形状优选为圆形，当然，在本发明的其他实施例中，所述第一管通道301的横截面形状优选为方形或其他任意形状，其只要满足可供样本液流动即可。
请继续参考图2，在本发明实施例一所述聚焦结构中，所述超声换能装置2包括第一部件201以及第二部件202，优选的，所述第一部件201以及第二部件202均采用压电陶瓷片，所述压电陶瓷片可与外设的控制电路连接，超声波的声源由所述压电陶瓷片提供，所述压电陶瓷片的功率可通过控制电路的输入功率获得。所述第一部件201与所述第二部件202互相分离，所述第一部件201及所述第二部件202均与所述第一管体3的外侧壁胶接。
进一步的，请继续参考图2，在本发明实施例一所述聚焦结构中，所述第一部件201的第一中轴线A1与所述第二部件202的第二中轴线A2相交并共同交汇于所述第一管体3的轴心，使所述第一部件201与所述第二部件202相对于所述第一管体3正交布置。
进一步的，请继续参考图2，所述正交布置具体是指所述第一中轴线A1与所述第二中轴线以垂直的方式相交并具有第一夹角α，所述第一夹角α的夹角为90°±10°，优选的，在本发明实施例一所述聚焦结构中，所述第一夹角α的夹角角度范围优选为90°±3°。
当然，在本发明的其他实施例中，所述第一部件201以及所述第二部件202与所述第一管体3的外侧壁也可以采用除胶接以外的其他连接方式，其只要满足可将第一部件201与第二部件202固定在第一管体3的外侧即可，对此本发明不作进一步限定。
进一步的，请参考图2，所述第一管体3的管通道301为圆形，在本发明的其他实施例中，所述第一管体3的管通道301为方形或其他任意形状，其只要满足可供样本液通过即可。
进一步的，请继续参考图2，所述第一管体3采用石英材料或不锈钢材料中的任意一种或多种制成。当然，在本发明的其他实施例中，所述第一管体3也可以采用其他任意材料，本发明对此不作进一步限制。
进一步的，请参考图1，所述第一管体3的高度H受单次分析的样本液中的颗粒数量和颗粒直径约束，其需要满足以下关系式：
H>x×d1
其中H表示第一管体的高度，x表示第一管体内样本液中颗粒的数量，d1表示每一颗粒的直径，通过上述关系式保证第一管体3的高度要超过单次分析样本液中颗粒依次排列的总长度。
相应的，请参考图1，本发明还提供一种微粒检测装置，所述微粒检测装置包括上述聚焦结构以及与所述聚焦结构一部分连接的流动室4，在靠近所述流动室4处具有光源5，具体的，所述流动室4的远端与聚焦结构中第一管体3的近端连接，所述流动室4的近端与第二管体6的远端连接，所述第二管体6的远端与负压抽吸装置8的第一接口(图中未示出)连接，以通过所述负压抽吸装置将聚焦完成后的样本液快速吸入流动室中，通过光源照射吸入流动室中样本液中的颗粒以进行光学检测，以避免利用鞘液进行流动聚焦。
进一步的，所述负压抽吸装置8可以精确控制吸入的样本液的体积，例如50μL、100μL、150μL、200μL、250μL中的任意一种或多种，当然在本发明的其他实施例中，所述负压抽吸装置8也可以抽吸除50μL～250μL之外的其余任何体积，对此本发明不作进一步限制。
具体的，请继续参考图1，所述负压抽吸装置8优选采用柱塞泵，为了控制样本液的通断，所述微粒检测装置还具有第一阀7，所述第一阀7采用通断阀，具体的，所述第二管体6的远端通过第一流动管路110与第一阀7的一部分连接，所述第一阀7的另一部分通过第二流动管路111连接上述负压抽吸装置8的第一接口，通过气动通断阀7，通断阀7打开阀门之后使第一流动管路110与第二流动管路111相连通，柱塞泵启动并依靠柱塞在缸体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现样本液的吸取以及样本液的排放。
当然，在本发明的其他实施例中，所述流动室4的近端也可以直接与第一流动管路110连接，其只要保证流动室4近端与第一流动管路110连接处密封即可。
进一步的，请继续参考图1，为了避免第一管体3的管路不易堵塞并且清洗便捷，所述微粒检测装置还包括清洗组件，通过所述清洗组件可使所述负压抽吸装置8吸取清洁液，并且通过第一阀7的开启来实现对第二管体6、流动室4以及第一管体3的反冲洗。具体的，所述清洗组件包括用于存储清洁液的第三管体10，所述负压抽吸装置8的第二接口(图中未示出)通过第三流动管路112与第二阀9的一部分连接，所述第二阀9的另一部分通过第四流动管路113连接第三管体10。
进一步的，请继续参考图1，在本发明实施例一所述聚焦结构中，所述第一管体3、第二管体6以及流动室4均沿垂直方向布置，且所述第一管体3与第二管体6、流动室4同轴布置，该种垂直布置的方式可以进一步降低样本液堵塞的风险。
下面具体描述所述微粒检测装置的使用方法，所述微粒检测装置的使用包括分析以及反清洗两个过程，下面首先描述分析的具体方法如下：
S1:取样，吸取样本液至第一管体3。
具体的，请参考图1，样本储存板1通过X向直线位移装置、Y向直线位移装置以及Z向直线位移装置移动至第一管体3的正下方，打开第一阀7，第一阀7的阀门打开，使第一流动管路110与第二流动管路111连通，并且负压抽吸装置8产生负压并使柱塞往复运动以精确吸取110μL，当第一管体3内吸取了110μL的样本液之后负压抽吸装置8停止工作，此时需要将吸取的110μL样本液静置，所述静置是指将样本液以静止的姿态放置一段时间，静置的目的是为了更好的实现静态超声聚焦，因为静态超声聚焦的效果好于动态超声聚焦。
在S1步骤的过程中从开启第一阀7至吸取110μL的用时时间为2s。
进一步的，在上述取样之前需要保证样本液是混合均匀的，否则会导致样本液中的所有颗粒都聚集在一起即所有颗粒聚集在同一位置且自上而下堆叠，所述样本液的浓度需要满足以下关系式：
其中，d1表示标准球形颗粒的直径，d2表示第一管体3中管通道301外径即第一管体3的内径，a表示样本液的体积浓度。
S2：聚焦，请参考图4和图5，超声换能装置2工作，超声换能装置2中部分部件或全部部件工作，使样本液中的至少一颗粒运动至第一管体3的中心位置。
具体的，请继续参考图1和图6，在本发明实施例一所述微粒检测装置中，分别打开第一部件201以及第二部件202即打开压电陶瓷片，所述压电陶瓷片的超声频率优选为200KHz～5MHz,通过调节超声频率使超声波在第一管体3的管通道301内形成驻波，该驻波的波腹位于管通道301的轴心，请参考图2，受驻波的影响样本液中的颗粒运动至管通道301的轴心，使颗粒的轴心与所述管通道301的轴心同轴即实现聚焦，该步骤用时为8s。
当然，在本发明的其他实施例中，所述第一部件201或所述第二部件202也可以仅开启其中一个，对此本发明不作进一步限制。
S3：取样分析：控制负压抽吸装置8吸取样本液。
具体的，请继续参考图1和图6，开启第一阀7，使第一流动管路110与第二流动管路111连通，此时负压抽吸装置8启动并产生负压，主要是通过柱塞泵中的柱塞向第一方向运动并产生负压，利用该负压使位于第一管体3内的已聚焦的样本液以1.2ml/min快速被吸入流动室4，由于层流状态颗粒依然会沿着流动室4的中心位置运动，因此被吸取的样本液中的颗粒会从流动室4的中心依次经过光源5，其中该光源5为激光光源，常用的有弧光灯或者激光器，其中激光器以氩离子激光器为主，也有配合氪离子激光器或染料激光器。当颗粒经过激光照射之后被激光激发并可进行样本分析，整个吸样及分析过程共用时10s。
S4：排样：控制负压抽吸装置8排出样本液。
具体的，请继续参考图1和图6，开启第一阀7，使第一流动管路110与第二流动管路111连通，此时负压抽吸装置8启动并产生负压，柱塞泵中的柱塞向相反于第一方向的第二方向运动并产生正压，从而利用该正压将存储于流动室4中的样本液排入第一管体3并从第一管体3的近端排出至样本储存板中。
S5：清洁液吸取：通过负压抽吸装置8吸取清洁液。
具体的，请继续参考图1，当完成分析之后，首先关闭第一阀7，然后开启第二阀9，第二阀9的打开使第三流动管路112以及第四流动管路113连通，此时负压抽吸装置8气动并且柱塞继续向第一方向运动产生负压抽吸110μL储存于第三管体10中的清洁液并储存于负压抽吸装置8即柱塞泵的缸体内部，整个吸取清洁液的过程用时1s。
S6：清洁液的排出：通过负压抽吸装置8排出清洁液。
具体的，请继续参考图1和图6，柱塞泵中的柱塞向相反于第一方向的第二方向运动并产生正压，然后关闭第二阀9并打开第一阀7，使第一流动管路110与第二流动管路111连通，清洁液通过正压释放并通过第二流动管路111、第一流动管路110依次排入第二管体6、流动室4以及第一管体3，并且从第一管体3的近端排出清洁液，以在排出清洁液的过程中将整个液路(包括第一流动管路110、第二流动管路111)以及第二管体6、流动室4及第一管体3清洗干净，避免堵塞，整个排液过程共用时1s，排出清洁液后即完成对样本液的单次分析，然后在返回至S1步骤以此循环。
当然，在本发明的其他实施例中，在该S6步骤中也可以仅打开第一部件201或第二部件202中的任意一种，其只要满足可以将颗粒运动至第一管体3的中心即可。
进一步的，请继续参考图1，在步骤S1取样之前需要对所吸取的样本液混合均匀，所述混合均匀的具体方法是打开第一阀7，利用负压抽吸装置8分别吸取样本液或排出样本液数次，在本发明实施例一所述聚焦结构中，吸取样本液及排出样本液的次数优选为3～5次，使样本液中即将沉积的颗粒均匀的悬浮在样本液中，以达到将样本液混合均匀的效果。
实施例二：
请参考图3，实施例二与实施例一的结构以及使用方法及连接方式大部分相同，不同的是超声换能装置2具有至少一部件与第一管体3的轴心相交，并且相邻部之间非正交布置。具体的，在实施例二中所述超声换能装置2包括第三部件203以及第四部件204，优选的，所述第三部件203以及第四部件204也均采用压电陶瓷片。其中所述第三部件203的第三中轴线A3与第一管体3的轴心非相交，仅第四部件204的第四轴线A4与第一管体3的轴心相交，所述第三中轴线A3与所述第四中轴线以非垂直的方式相交并具有第二夹角β，所述第二夹角β的夹角为90°±15°，优选的，在本发明实施例二所述聚焦结构中，所述第二夹角β的夹角角度范围为90°±8°。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.聚焦结构，其特征在于：所述聚焦结构包括管体以及与所述管体连接的至少一超声换能装置，所述管体内部具有可供带颗粒样本液流通的管通道，通过所述超声换能装置使被吸取至所述管通道的带颗粒样本液中的至少一颗粒与所述管体同轴，以实现样本液中颗粒的聚焦。
2.如权利要求1所述的聚焦结构，其特征在于：所述超声换能装置包括第一部件以及第二部件，所述第一部件的第一中轴线与所述第二部件的中轴线正交并共同与所述管体的轴心相交。
3.如权利要求1所述的聚焦结构，其特征在于：所述超声换能装置包括第三部件以及第四部件，所述第三部件的第三中轴线与所述第四部件的第四中轴线非正交，使所述第三部件或所述第四部件中的至少一者与所述管体的轴心非相交。
4.如权利要求1所述的聚焦结构，其特征在于：所述管体的高度不小于样本液颗粒数量与颗粒尺寸的乘积。
5.微粒检测装置，其特征在于：包括光源、流动室以及与所述流动室近端连接的如权利要求1～4任意一项所述的聚焦结构，所述流动室的远端连接第二管体的近端，所述第二管体的远端连接负压抽吸装置的近端，通过所述负压抽吸装置吸取或排放被聚焦的样本液，使所述样本液流入流动室并使样本液内的颗粒依次被所述光源照射，以实现对所述颗粒实现分析。
6.如权利要求5所述的微粒检测装置，其特征在于：所述微粒检测装置还具有至少一第一阀，所述第一阀设置于所述第二管体与负压抽吸装置之间，以用于通过所述第一阀控制第二管体与负压抽吸装置之间液路的通断。
7.如权利要求5所述的微粒检测装置，其特征在于：所述微粒检测装置还包括清洗组件，所述清洗组件包括第三管体，所述第三管体与所述负压抽吸装置的远端连接，所述第三管体用于储存液体介质，以用于通过所述负压抽吸装置抽吸所述液体介质并反向清洗流动室及第一管体。
8.如权利要求7所述的微粒检测装置，其特征在于：所述清洗组件还包括至少一第二阀，所述第二阀设置于所述负压抽吸装置与第三管体之间，以用于通过所述第二阀控制负压抽吸装置与第三管体之间液路的通断。
9.微粒检测装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤：
取样：吸取样本液至第一管体，并静置所述吸入第一管体的样本液；
聚焦：启动超声换能装置，使样本液中的至少一颗粒运动至第一管体的中心，以实现颗粒在第一管体内的聚焦；
取样分析：控制负压抽吸装置吸取已聚焦的样本液至流动室；
排样：控制负压抽吸装置将位于流动室中已分析的样本液从第一管体排出；
清洁液吸取：通过负压抽吸装置吸取清洁液；
清洁液排出：通过负压抽吸装置从第一管体排出清洁液。
10.如权利要求9所述的微粒检测装置的使用方法，其特征在于：吸取样本液至所述第一管体之前需要使所述样本液混合均匀。
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