粒子分析儀及其溫度控制方法

專利名稱：粒子分析儀及其溫度控制方法
粒子分析儀及其溫度控制方法
技術領域：
本發明涉及一種粒子分析儀，尤其涉及粒子分析儀的溫度控制系統及溫度控制方法。
背景技術：
目前常見的粒子分析儀(例如細胞分析儀)是基于流式細胞檢測技術來對粒子 進行分類統計的，基本測量原理為經過試劑處理的樣本粒子(例如血液細胞)被鞘液包裹 著在壓力的推動下逐一通過流動室，在激光的照射下形成多種信號，如散射光信號、熒光信 號、光吸收信號等，通過這些信號將不同類型的粒子的差異表現出來，以此將粒子進行分類 統計。在樣本(例如血液)進入流動室通過流式細胞技術檢測前需和試劑進行恒溫條件下 的反應，其中有一種試劑為熒光染料，用于對血細胞進行染色，在檢測中通過光學探測系統 探測出熒光信號以便確定細胞核酸量。但這種熒光染料對于溫度比較敏感，一般熒光物質 的溶液隨著溫度的降低而熒光效率增強，熒光強度增加。當溫度上升時熒光強度下降，主要 原因是分子內部能量的轉換作用隨溫度的升高而加快，同時激發分子和溶劑分子之間發生 某些可逆的光化學反應。因此粒子分析儀的測量結果的穩定性很大程度上受溫度的影響， 溫度變化，分析儀的測量散點圖和直方圖就會發生變化。在上述過程中，鞘液雖不參與粒子 處理，只是起到了引流的作用，但在經和熒光染料反應后的樣本流(例如血液)進入流動室 后會和鞘液混合，鞘液的溫度會影響到樣本的溫度，因此鞘液的溫度發生變化會直接影響 測量結果。由于鞘液放置在周圍環境中，其溫度容易受環境的影響，環境溫度變化鞘液也隨 之發生變化。為了使鞘液溫度保持恒溫而不隨環境溫度變化，通過對鞘液進行加熱或降溫 使其溫度保持在目標溫度，在一定程度上提高了測量結果的穩定性，但最終的測試結果在 穩定性方面仍有待改進。

發明內容本發明要解決的主要技術問題是，提供一種粒子分析儀及溫度控制方法，通過對 鞘液進行溫度控制，減少環境溫度對測量結果的影響，提高測量結果的穩定性。根據本發明的一方面，提供一種粒子分析儀，包括流動室，用于提供使粒子被鞘 液包裹著逐一通過并可被光照射的通道；鞘液換熱器，用于在鞘液進入流動室之前容納鞘 液并與鞘液進行熱量交換；第一恒溫控制裝置，用于將位于鞘液換熱器的鞘液的溫度控制 在目標溫度；第二恒溫控制裝置，用于將位于流動室內和/或位于從鞘液換熱器到流動室 之間的管道中的鞘液的溫度控制在目標溫度。根據本發明的另一方面，提供一種粒子分析儀溫度控制方法，所述方法為設置鞘液換熱器，對進入流動室之前的鞘液進行恒溫控制；對位于流動室內和/或位于從鞘液換 熱器到流動室之間的管道中的鞘液再次進行恒溫控制。

圖1為粒子分析儀液路示意圖；圖2為本發明一種實施例中鞘液換熱器溫度控制的結構示意圖；圖3為本發明一種實施例中溫度控制的電路圖；圖4為本發明一種實施例中溫度控制的原理圖；圖5為本發明一種實施例中的流動室溫度控制的結構示意圖。
具體實施方式下面通過具體實施方式
結合附圖對本發明作進一步詳細說明。如圖1所示，在一種實施例中，粒子分析儀(例如血液細胞分析儀)探測粒子的主 要結構部分包括了鞘液換熱器100、流動室200、光學探測系統20、后處理系統21和廢液池， 以及第一恒溫控制裝置和第二恒溫控制裝置。其中第一恒溫控制裝置用于通過將鞘液換熱 器的溫度控制在目標溫度，從而將流出鞘液換熱器的鞘液的溫度控制在設定的溫度，第二 恒溫控制裝置用于鞘液進入流動室后將鞘液的溫度控制在目標溫度。第一恒溫控制裝置和 第二恒溫控制裝置所控制的目標溫度根據實際需要可以相同，也可以不同。測量時，鞘液從 鞘液池經進液口 10進入鞘液換熱器100，在鞘液換熱器100中被加熱到目標溫度，然后鞘液 從鞘液換熱器100的出液口 9流出經輸送管路由鞘液進口 15進入到流動室200。樣本流通 過樣本液進口 16被輸送到流動室200。樣本流和鞘液同時在流動室200內流動，二者的流 動方式為鞘液包裹著樣本液流動，在流動過程中被再次加熱到目標溫度。如果連續測量樣 本，基本不用第二恒溫控制裝置再次加熱，只是調節鞘液和樣本流的溫度；如果機器間隔一 定時間段后再進行樣本測量，則需用第二恒溫控制裝置再次加熱。樣本流被鞘液包裹著進 入流動室光學探測段14后由光學探測系統20采集粒子(例如血液細胞)信息數據，后處 理系統21將信息處理成可視信息。整個過程中，鞘液首先經過鞘液換熱器100時被第一次加熱恒溫處理，而后經管 路散失一定熱量后進入流動室200被第二次溫度調整。請參考圖2-4，在一種實施例中，第一次恒溫處理的結構如圖2所示，包括鞘液換 熱器和第一恒溫控制裝置，第一恒溫控制裝置用于控制鞘液換熱器主體的溫度，由于鞘液 換熱器盛有鞘液，鞘液換熱器主體和鞘液之間進行熱量交換，從而改變鞘液的溫度。在本實施例中，鞘液換熱器包括主體和位于主體內的空腔2，主體包括主板1和蓋 板3，主板1內設有凹陷的空腔2，蓋板3上有進液口 10，主板1上有出液口 9，主板1與蓋 板3依靠螺紋孔11、連接孔12等鎖緊，依靠密封墊圈8緊密配合，二者之間存在用于容納鞘 液的空腔2。液體由進液口 10進入換熱器，在空腔2內被充分加熱后，由出液口 9流出。在本實施例中，如圖3所示，第一恒溫控制裝置包括第一溫度控制電路22、第一溫 度傳感器7和第一變溫器4、5，第一溫度傳感器7和第一變溫器4、5分別和第一溫度控制電 路22相連，第一溫度傳感器7設置在鞘液換熱器主板上的出液口 9處，如圖2所示，第一溫 度傳感器7用于感應從空腔2流出的鞘液的溫度，依靠控制此處的溫度，來控制空腔2內的 鞘液的溫度。第一變溫器4、5分別設置在主板1的外側和蓋板3的外側，如圖2所示。第 一變溫器4、5可采用片狀或膜狀的加熱膜，貼附或機械固定在所述主體的外側。第一溫度控制電路22獲取第一溫度傳感器7的輸出信號，由此得到鞘液的溫度信息，根據鞘液的溫度信息控制第一變溫器4、5的電功率，控制第一變溫器4、5改變溫度，實 現閉環控制。熱量由第一變溫器4、5分別向蓋板3和主板1上傳遞，然后經蓋板3和主板 1向空腔2內的液體傳遞，從而控制空腔2中的鞘液的溫度，使其達到目標溫度。如圖4所示為第一恒溫控制裝置的溫控原理，采用PID閉環控制方式，將目標溫度與從溫度傳感器獲得實際溫度值作為增量式PID控制器23的輸入，經過控制器23解算獲 得相對于目前實際溫度控制增量。將溫度控制轉化為加熱時間控制，最終實現對鞘液換熱 器的溫度閉環控制。在改進的實施例中，將溫度開關6安裝在蓋板3側面，如圖2所示，起到超溫保護 的功能。片狀或膜狀的第一變溫器4、5分別粘貼或機械固定在蓋板3和主板1上，粘膠可 采用具有優良導熱性能的導熱硅膠。鞘液換熱器加熱的為鞘液試劑，因此主板1、蓋板3及密封墊圈8應具有較好的化 學穩定性，密封墊圈8可采用像氟橡膠一樣具有較好化學穩定性的材料。因熱量需要從由 第一變溫器4、5經蓋板3和主板1向空腔2內部的鞘液傳遞，因此主板1和蓋板3還需要 有較好的導熱性能。綜合對化學穩定性和導熱性能的要求，主板1和蓋板3可以采用金屬 鈦、不銹鋼及鋁板表層鍍鉻等。空腔2可以為設置在主板1上的一個凹槽，也可以是設置在主板內的一個獨立的 腔體。鞘液換熱器的主體除了上述結構，還可以是一體式結構，在主體內設有空腔，在主 體上設有與空腔連通的進液口和出液口。被加熱的鞘液體積V由空腔2的面積S和空腔2的深h決定的。關系式為V = Sh0鞘液在空腔2內被加熱到目標溫度后，由出口 9流向流動室，進行第二次恒溫處理。在一種實施例中，第二次恒溫處理的結構如圖5所示，包括流動室和第二恒溫控 制裝置。流動室的基本結構包括整流段13、光學探測段14、鞘液進口 15及樣本液進口 16。 鞘液換熱器流出的液體經鞘液進口 15流入流動室，樣本液經樣本液進口 16流入流動室。先 后經整流段13、光學探測段14后流出流動室，整流段是將鞘液的流動狀態調整為速度較為 穩定的層流，以便于包裹著樣本流穩定的進入光學探測段。光學探測段是光學系統采集粒 子信息的區域，此區域內鞘液包裹著樣本流，使樣本流在液流的中心區，鞘液在周圍，激光 光斑透過鞘液打到樣本上，通過散射和熒光獲知樣本流內的粒子信息。第二恒溫控制裝置可以與第一恒溫控制裝置的組成和控制原理相同，例如包括第 二溫度控制電路、第二溫度傳感器和第二變溫器，第二溫度傳感器、第二變溫器分別和第二 溫度控制電路相連，第二溫度傳感器18設置在整流段13的出口處，如圖5所示，第二溫度 傳感器18用于感應所處位置的溫度，通過熱量傳遞間接獲知從整流段流出的鞘液的溫度； 第二變溫器17與整流段13的管壁接觸，例如第二變溫器17為片狀或膜狀的加熱膜，貼附 或機械固定在整流段13的管壁外側。第二溫度控制電路響應第二溫度傳感器的輸出，控制 第二變溫器改變溫度，第二變溫器因與整流段的管壁接觸，所以與整流段13的管壁之間進 行熱量交換，整流段13的管壁再和整流段13內流過的鞘液和樣本液進行熱量交換，從而改變鞘液的溫度。當鞘液的溫度超過設定的溫度閾值后，第二溫度控制電路控制溫度開關19 斷開，對第二變溫器17斷電以進行超溫保護。整個過程中，鞘液首先經過鞘液換熱器100時被第一次加熱恒溫處理，第一次加 熱恒溫處理主要作用是將鞘液溫度加熱到目標溫度，保證流出鞘液換熱器100的液體溫度 始終恒定。但如果只有第一級溫控裝置，流出鞘液換熱器100的液體在進入流動室前散失 熱量，在流動室整流段13中繼續散失熱量，進入探測段14時已經偏離了鞘液目標溫度，而 且這種偏離受到環境溫度直接影響，鞘液溫度因此受到了環境溫度的影響。所以在鞘液進 入流動室200后對鞘液進行第二次溫度補償，此次補償完成后直接進入探測段14進行檢 測。第 二次在流動室200的溫控作用為調節來自鞘液換熱器100的液體溫度，補償沿管路 的散熱，使其重新穩定在目標溫度，保持流動室整流段13內的液體溫度一直恒定。鞘液恒溫的關鍵在于它流經流動室光學探測段時溫度恒定，在進入流動室前設置 鞘液換熱器進行恒溫處理，經加熱或降溫將鞘液的溫度控制在目標溫度，但在鞘液流出鞘 液換熱器后溫度會受到環境溫度的影響，不斷向外散失熱量會吸收熱量，使其溫度不斷下 降或升高，從而偏離目標溫度。并且在換熱器和流動室之間的管路以及流動室腔體內儲存 了一部分的沒有進行溫度控制的液體，這部分液體也會直接受到外界環境溫度的影響。溫 度變化了的鞘液進入了流動室光學探測段，使得測量結果受到環境溫度的影響。如果機器 間隔一定時間段后進行下一次測量，儲存液體的溫度偏離目標溫度較大，測量結果會更加 不穩定。本實施例通過兩級溫度控制，保證進入流動室光學探測段的液體溫度恒定，使得連 續測量和間隔時間段后測量粒子結果穩定性均較高。第一、二變溫器不僅僅限于膜式或片式結構，還可以采用棒式結構。當需要對鞘液 進行降溫處理時，第一、二變溫器還可以采用制冷膜。在另一實施例中，第二恒溫控制裝置用于對位于鞘液換熱器和流動室之間的管道 中的鞘液進行恒溫控制。此種情況下，溫度傳感器感應從鞘液換熱器到流動室之間的管道 中的鞘液的溫度，并反饋到溫度控制電路，溫度控制電路控制變溫器改變溫度，而變溫器與 所述管道的管壁接觸并與管道的管壁之間進行熱量交換，從而實現對管道內的鞘液的溫度 控制。在又一實施例中，第二恒溫控制裝置可以同時既控制流動室內的鞘液的溫度，又 控制從鞘液換熱器到流動室之間的管道中的鞘液的溫度。第二恒溫控制裝置可以采用同一 套溫度控制裝置來控制位于流動室內和管道內的鞘液的溫度，也可以采用兩套獨立的溫度 控制裝置來分別控制位于流動室內和管道內的鞘液的溫度，即一套溫度控制裝置用于控 制流動室內的鞘液的溫度，包括第二溫度控制電路、第二溫度傳感器和第二變溫器，具體結 構可以如圖5所示。另一套溫度控制裝置用于控制從鞘液換熱器到流動室之間的管道中的 鞘液的溫度，包括第三溫度控制電路、第三溫度傳感器和第三變溫器；第三溫度傳感器和第 三變溫器分別和第三溫度控制電路相連；第三溫度傳感器用于感應從鞘液換熱器到流動室 之間的管道中的鞘液的溫度；第三溫度控制電路響應第三溫度傳感器的輸出，控制第三變 溫器改變溫度；第三變溫器與所述管道的管壁接觸并與管道的管壁之間進行熱量交換，從 而控制管道中的鞘液的溫度。對鞘液進行恒溫控制時，可以采用獨立的恒溫控制裝置分別控制鞘液換熱器、流 動室及鞘液換熱器和流動室之間管道中的鞘液溫度為目標溫度，也可以采用同一套恒溫控制裝置對鞘液從鞘液換熱器到流動室進行恒溫控制，例如，將鞘液換熱器、流動室及鞘液換 熱器和流動室之間的管道置于同一個恒溫容器中。恒溫控制裝置還可以采用其他結構和控制原理，例如恒溫箱可以是氣箱，以溫度 比較均勻的空氣浴來同時控制鞘液及流動室的溫度；也可以是水箱，通過溫度恒定的水流 對鞘液及流動室同時進行恒溫控制。當鞘液的目標溫度高于環境溫度時，對鞘液的溫度控制可以通過加熱使其達到目標溫度，當鞘液的目標溫度低于環境溫度時，也可以通過降溫使其達到目標溫度。因此上述 實施例中，恒溫控制裝置根據需要可以是控制加熱裝置，也可以是控制制冷裝置。在某些實施例中，在主體或管壁的外側或加熱片、加熱膜外側還包覆有隔熱層，隔 熱層用于阻礙主體或管壁和外界的熱交換。例如將隔熱層粘接在主體或管壁的四周，包裹 著加熱膜，降低了加熱膜向外界環境的散熱量，提高了加熱效率，同時也降低了主體或管壁 向外界環境的散熱量。綜上所述，本發明通過兩級或三級溫度控制，使得溫控關鍵——流經流動室光學 探測段的鞘液溫度保持恒定，鞘液溫度不但在連續測量時不發生較大變化，而且使間隔時 間段后首次測量也不發生較大變化。這樣可以保證鞘液溫度始終保持基本恒定，不再較大 影響分析儀的粒子測量結果的穩定性。以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定 本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在 不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明的 保護范圍。
權利要求
一種粒子分析儀，包括流動室，用于提供使粒子被鞘液包裹著逐一通過并可被光照射的通道；其特征在于還包括鞘液換熱器，用于在鞘液進入流動室之前容納鞘液并與鞘液進行熱量交換；第一恒溫控制裝置，用于將位于鞘液換熱器的鞘液的溫度控制在目標溫度；第二恒溫控制裝置，用于將位于流動室內和/或位于從鞘液換熱器到流動室之間的管道中的鞘液的溫度控制在目標溫度。
2.如權利要求1所述的粒子分析儀，其特征在于所述鞘液換熱器包括主體；位于主體內的空腔，所述空腔用于容納鞘液以使主體與鞘液之間進行熱量交換，所述 第一恒溫控制裝置用于和主體進行熱交換以控制主體的溫度。
3.如權利要求2所述的粒子分析儀，其特征在于所述第一恒溫控制裝置包括第一溫 度控制電路、第一溫度傳感器和第一變溫器，所述第一溫度傳感器和第一變溫器分別和第 一溫度控制電路相連，所述第一溫度傳感器設置在所述主體上用于供鞘液流出的出液口 處，用于感應從空腔流出的鞘液的溫度，所述第一溫度控制電路響應第一溫度傳感器的輸出， 控制第一變溫器改變溫度，所述第一變溫器與所述主體接觸并與主體之間進行熱量交換。
4.如權利要求3所述的粒子分析儀，其特征在于所述第一變溫器為片狀或膜狀，貼附 或機械固定在所述主體的外側。
5.如權利要求1至4中任一項所述的粒子分析儀，其特征在于所述流動室按液體流 動方向包括整流段和光學探測段；所述第二恒溫控制裝置包括第二溫度控制電路、第二溫 度傳感器和第二變溫器；所述第二溫度傳感器和第二變溫器分別和第二溫度控制電路相 連；所述第二溫度傳感器設置在整流段的出口處，用于感應從整流段流出的鞘液的溫度； 所述第二溫度控制電路響應第二溫度傳感器的輸出，控制第二變溫器改變溫度；所述第二 變溫器與所述整流段的管壁接觸并與整流段的管壁之間進行熱量交換。
6.如權利要求5所述的粒子分析儀，其特征在于所述第二變溫器為片狀或膜狀，貼附 或機械固定在所述整流段的管壁外側。
7.如權利要求5所述的粒子分析儀，其特征在于還包括所述第二恒溫控制裝置還包 括第三溫度控制電路、第三溫度傳感器和第三變溫器；所述第三溫度傳感器和第三變溫器 分別和第三溫度控制電路相連；所述第三溫度傳感器用于感應從鞘液換熱器到流動室之間 的管道中的鞘液的溫度；所述第三溫度控制電路響應第三溫度傳感器的輸出，控制第三變 溫器改變溫度；所述第三變溫器與所述管道的管壁接觸并與管道的管壁之間進行熱量交 換。
8.粒子分析儀溫度控制方法，其特征在于設置鞘液換熱器，對進入流動室之前的鞘液進行恒溫控制；對位于流動室內和/或位于從鞘液換熱器到流動室之間的管道中的鞘液再次進行恒 溫控制。
9.如權利要求8所述的溫度控制方法，其特征在于采用獨立的恒溫控制裝置分別對 位于所述鞘液換熱器、所述管道和所述流動室中的鞘液進行恒溫控制，或采用同一恒溫控 制裝置對位于所述鞘液換熱器、所述管道和所述流動室中的鞘液進行恒溫控制。
全文摘要
本發明公開了一種對鞘液更加可靠的溫控方式，本發明對鞘液采取了兩級恒溫措施，第一級為鞘液換熱器，主要將進入鞘液換熱器的鞘液加熱或降溫到目標溫度，并使換熱器出口液體溫度保持恒定；第二級恒溫裝置用于將位于流動室內和/或位于從鞘液換熱器到流動室之間的管道中的鞘液的溫度控制在目標溫度，可以防止管道內和/或流動室內的液體向外界環境散失過多熱量，還可以修正流出鞘液換熱器流進流動室的鞘液溫度，使得流動室檢測段液體溫度保持恒定。兩級恒溫裝置使鞘液溫度更加穩定，使得連續測量和間隔時間段后測量粒子結果穩定性均較高。
文檔編號G05D23/20GK101813612SQ20091010557
公開日2010年8月25日 申請日期2009年2月25日 優先權日2009年2月25日
發明者孟剛, 楚建軍, 郭文恒, 閆寶華 申請人:深圳邁瑞生物醫療電子股份有限公司