專利名稱：用于流動型顆粒分析儀的雙反饋真空流動技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及用于在流體中的顆粒的分析的儀器、和它們的使用。
背景技術(shù)：
流動型顆粒分析儀，如流動型血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，是公知的分析工具，這些分析工具在諸如光散射和熒光之類的光學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上、或通過諸如阻抗之類的電性能，而實(shí)現(xiàn)顆粒的特征化。在流動型血細(xì)胞計(jì)數(shù)器中，例如，在流體懸浮液中的顆粒，如分子、分析物約束珠、或各個細(xì)胞，通過探測區(qū)域，在該探測區(qū)域中，顆粒暴露于典型地來自一個或更多個激光器的激發(fā)光，并且顆粒的光散射和熒光性質(zhì)被測量。顆?；蚱涑煞值湫偷赜脽晒馊玖蠘?biāo)記，以方便探測，并且通過使用光譜不同的熒光染料來標(biāo)記不同顆粒或成分，可以同時探測多種不同顆?；虺煞?。典型地，使用多種光探測器進(jìn)行探測，一種光探測器用于待探測的每種不同染料。流動型血細(xì)胞計(jì)數(shù)器和掃描型血細(xì)胞計(jì)數(shù)器二者都可以從例如BD Biosciences (San, Jose, CA)購得。流動型血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的描述提供在 Shapiro,2003, Practical Flow Cytometry, 4th ed.(John Wiley and Sons,Inc.Hoboken, NJ)中、和在其中弓I用的參考文獻(xiàn)中，它們?nèi)慷家詤⒐璉方式并入本文。在典型流動型血細(xì)胞計(jì)數(shù)器中，包含顆粒的樣本流體由無顆粒的包裹流體圍繞，該無顆粒的包裹流體在通過探測區(qū)域時，形成與樣本流體同軸的環(huán)狀流動，由此在流體流的中心中形成由無顆粒的包裹流體圍繞的、包含顆粒的樣本流體的以流體動力方式集中的流動。典型地，包裹流體與樣本流體的比率很高,使樣本流體只形成通過探測區(qū)域的總流體流的小部分。典型地，流動型血細(xì)胞計(jì)數(shù)器系統(tǒng)已經(jīng)使用壓力驅(qū)動流動技術(shù)實(shí)施，在這種壓力驅(qū)動流動技術(shù)中，在比環(huán)境壓力大的壓力下，將樣本流體和包裹流體提供給流動槽，該流動槽包含探測區(qū)域。通過改變在樣本管和/或包裹流體儲器(該樣本管和/或包裹流體儲器將流體進(jìn)給到流動槽中)中的壓力，實(shí)現(xiàn)通過壓力驅(qū)動流動系統(tǒng)的流動槽的流量變化。流經(jīng)流動槽的包裹流體與樣本流體的比率，既由在樣本管和包裹流體儲器中的壓力級支配，又由樣本流體路徑和包裹流體路徑的阻力的比率支配。可選擇地，流動型血細(xì)胞計(jì)數(shù)器系統(tǒng)已經(jīng)使用真空驅(qū)動流動技術(shù)實(shí)施，在該真空驅(qū)動流動技術(shù)中，真空泵將流動槽下游抽吸成真空,并且樣本流體和包裹流體保持在環(huán)境壓力下。通過真空驅(qū)動流動系統(tǒng)的流動槽的流量變化，借助于改變由真空泵抽吸的真空而實(shí)現(xiàn)；并且流經(jīng)流動槽的流體樣本與包裹流體的比率，由樣本流體路徑和包裹流體路徑的阻力的比率而支配?？傮w而言，壓力驅(qū)動流動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)因?yàn)閷τ谠?這些元件包括管子、連接件以及密封件，這些管子、連接件以及密封件承受高系統(tǒng)壓力級)的需要，比真空驅(qū)動流動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù)雜。相反，在真空驅(qū)動流動型血細(xì)胞計(jì)數(shù)器系統(tǒng)中，對于樣本管和包裹流體供給儲器的流動連接的設(shè)計(jì)大大地簡化，因?yàn)樗鼰o需使用加壓管子、連接件以及密封件。加壓樣本管子的消除，進(jìn)一步有利于輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)，如自動管子升降器和機(jī)器人樣本裝載器的設(shè)if ο美國專利N0.5，395，588描述了一種用在流動型血細(xì)胞計(jì)數(shù)器中的真空控制系統(tǒng)，該美國專利以參引方式并入本文。該系統(tǒng)包括真空泵，該真空泵將來自敞開式供給儲器的包裹流體抽過流動槽(其中發(fā)生細(xì)胞分析)，并且將流動槽流出物排放到敞開式廢物儲器中。通過導(dǎo)管產(chǎn)生壓降，該導(dǎo)管從供給儲器弓I導(dǎo)到流動槽，這也將樣本(該樣本包括顆粒(例如，細(xì)胞)懸浮液)從敞開式樣本儲器吸移到流動槽并且吸移過流動槽。系統(tǒng)的流量通過監(jiān)視在流動槽的出口處的真空度而調(diào)節(jié)。聯(lián)接到真空傳感器上的控制回路，調(diào)節(jié)施加到真空泵馬達(dá)上的電功率，以在流動槽的出口處保持預(yù)定真空度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于流動型顆粒分析儀的改進(jìn)式真空驅(qū)動流動系統(tǒng)，在該改進(jìn)式真空驅(qū)動流動系統(tǒng)中，緊在分析之前，由系統(tǒng)組合兩個或更多流體源，如樣本流體和包裹流體，如在流動型血細(xì)胞計(jì)數(shù)器中。本發(fā)明的真空驅(qū)動流動系統(tǒng)，如在流動型血細(xì)胞計(jì)數(shù)器中使用的那樣，包括真空泵,該真空泵產(chǎn)生真空,該真空將來自包裹流儲器的包裹流體、和來自樣本管的樣本流體(該樣本流體包括待分析的顆粒)抽吸過流動槽，在該流動槽中進(jìn)行顆粒的分析。將廢棄流出物(該廢棄流出物是離開流動槽的樣本流體和包裹流體的混合物)抽吸過泵,并且排放到廢物儲器中。壓力傳感器(壓力換能器)構(gòu)造成用以測量跨過流動槽的壓降，這里稱作動態(tài)壓降。提供第一控制反饋回路，這里稱作動態(tài)控制反饋回路，該第一控制反饋回路能夠通過響應(yīng)測得的動態(tài)壓降以調(diào)節(jié)真空泵，而調(diào)節(jié)動態(tài)壓降。在一些優(yōu)選實(shí)施例中，真空驅(qū)動流動系統(tǒng)還包括第二壓力傳感器(壓力換能器)，該第二壓力傳感器構(gòu)造成用以相對于環(huán)境壓力測量真空(該真空由真空泵抽吸成)，這里稱作靜態(tài)壓降。提供第二控制反饋回路，這里稱作靜態(tài)控制反饋回路，該第二控制反饋回路能夠通過響應(yīng)測得的靜態(tài)壓降以調(diào)節(jié)真空泵，而調(diào)節(jié)靜態(tài)壓降?？刂苹芈吩试S對第一動態(tài)或第二靜態(tài)控制反饋回路加以選擇，從而可以響應(yīng)動態(tài)壓降或靜態(tài)壓降而調(diào)節(jié)真空泵馬達(dá)。下面進(jìn)一步描述兩個反饋控制回路的功能。優(yōu)選地，借助于調(diào)節(jié)提供給泵馬達(dá)的電功率而調(diào)節(jié)真空泵，以控制由泵抽吸的真空度。可選擇地，可以使用一個或更多個可調(diào)節(jié)閥或其它流動阻滯器(該一個或更多個可調(diào)節(jié)閥或其它流動阻滯器限制通過泵的流體的流動)來調(diào)節(jié)真空泵，以控制抽吸的真空度。在一些優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的真空驅(qū)動流動系統(tǒng)還包括在包裹流體路徑中的可變阻力流動阻滯器，該包裹流體路徑定位在包裹流體儲器與流動槽之間?？梢酝ㄟ^改變可變阻力流動阻滯器的阻力而調(diào)節(jié)抽吸過流動槽的包裹流體和樣本流體的相對比例。等效地，可以在保持通過流動槽的恒定總流量的同時，借助于改變包裹流體路徑的阻力，而調(diào)節(jié)樣本流體流量?？蛇x擇地，本發(fā)明的真空驅(qū)動流動系統(tǒng)還包括在樣本流體路徑中的可變阻力流動阻滯器，該樣本流體路徑定位在樣本流體管與流動槽之間。在樣本流體路徑中的可變阻力流動阻滯器也可以與在包裹流體路徑中的可變阻力流動阻滯器一道使用?？傮w而言，優(yōu)選的是，使用在包裹流體路徑中的可變阻力流動阻滯器來控制樣本流體與包裹流體的比率。在一種典型流動型血細(xì)胞計(jì)數(shù)器中，包裹流體的流量的量級是樣本流體的流量的1，000倍(典型包裹流體流量的量級是毫升每分鐘；典型樣本流體流量的量級是微升每分鐘)，并且更容易精確地控制包裹流體的流量。本發(fā)明的真空驅(qū)動流動系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于，可以在保持通過流動槽的恒定總流量的同時，調(diào)節(jié)樣本流體流量。使用第一(動態(tài))反饋控制環(huán)路調(diào)節(jié)真空泵的功率以提供恒定動態(tài)壓降(該動態(tài)壓降由第一壓力傳感器測得)，而將總流量保持恒定。相反，以前描述的流動型血細(xì)胞計(jì)數(shù)器-它們使用真空驅(qū)動流動技術(shù)，如在美國專利N0.5，395，588中描述的那些，僅測量和控制靜態(tài)壓降。如果在流動槽上游的樣本和包裹路徑的流動阻力是恒定的，則恒定靜態(tài)壓降才提供通過比色皿(cuvette )的恒定流量。在僅監(jiān)視靜態(tài)壓降的真空驅(qū)動流動系統(tǒng)中樣本流量的變化將會需要對靜態(tài)壓降進(jìn)行徹底重新校準(zhǔn)。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，可變阻力流動阻滯器構(gòu)造成用以提供多個離散阻力水平。優(yōu)選地，這通過提供替代性可選擇式流體路徑而實(shí)現(xiàn)，每條流動路徑具有不同的流動阻力。流體路徑可以是導(dǎo)管(例如，管段)，這些導(dǎo)管具有不同的長度或直徑。閥位于包裹流體路徑中，以允許從多條替代性流體路徑中選擇合意的流體路徑。在本發(fā)明的一些備選實(shí)施例中，可變阻力流動阻滯器是連續(xù)可變化的。在一些優(yōu)選實(shí)施例中，包裹流體路徑包括導(dǎo)管，該導(dǎo)管包括至少部分地可壓縮的或可變形的材料，如塑料管段，并且將可調(diào)節(jié)壓力施加到管子的外側(cè)上。施加到管子外側(cè)上的壓力的調(diào)節(jié)改變管子的直徑和/或形狀，由此改變流動路徑的橫截面面積，并且伴隨地改變管子的流動阻力。連續(xù)可變的可變阻力流動阻滯器可以包括一段管子，這段管子被機(jī)械地壓縮。例如，管子可以繞圓柱形支柱纏繞，并且在各塊板之間壓縮，這些塊板中至少有一塊是可移動的，具有垂直于支柱的表面?？蛇x擇地，連續(xù)可變的可變阻力流動阻滯器可以包括一段管子，這段管子穿過壓力腔室的內(nèi)部，該壓力腔室具有可調(diào)節(jié)的內(nèi)部壓力。可以通過將腔室連接到可調(diào)節(jié)壓力源上(如連接到壓縮空氣源上)，或者通過改變壓力腔室的大小和/或形狀(如通過機(jī)械手段)，而調(diào)節(jié)壓力腔室的內(nèi)部壓力?？勺冏枇α鲃幼铚鞯淖枇Φ恼{(diào)節(jié)放在使用伺服機(jī)構(gòu)的自動控制下，以實(shí)現(xiàn)阻力設(shè)置值的變化。通過系統(tǒng)的樣本和包裹流動可被暫停，以允許例如在每個樣本分析之后改變到新樣本源。在本系統(tǒng)中，借助于關(guān)閉閥可以暫停流體的流動，該閥位于在流動槽與泵之間的流體路徑中。當(dāng)這個閥關(guān)閉時，動態(tài)壓降下降到零，在動態(tài)壓降與泵之間的動態(tài)反饋環(huán)路被停止，而在靜態(tài)壓降與泵之間的靜態(tài)反饋環(huán)路被致動。靜態(tài)反饋環(huán)路能夠在暫停狀態(tài)期間，將靜態(tài)壓降保持在恒定水平下，優(yōu)選地將它保持在系統(tǒng)的靜態(tài)壓降下，當(dāng)在使系統(tǒng)暫停之前在運(yùn)行狀態(tài)下的時候(當(dāng)在動態(tài)反饋環(huán)路的控制下的時候)，該靜態(tài)壓降存在。當(dāng)通過流動槽的流體流動被重新啟動時，將泵的控制切換回動態(tài)反饋環(huán)路，該動態(tài)反饋環(huán)路能夠?qū)⒖邕^流動槽的流量重新建立和維持成與它在使系統(tǒng)暫停之前相同的流量下，而無論在使系統(tǒng)暫停的時候，對可變阻力流動阻滯器的阻力水平進(jìn)行了任何變化。在反饋控制回路之間的這種切換，消除了在運(yùn)行和暫停狀態(tài)之間的過渡期間真空度的巨大波動，同時對于所有樣本而言都保持了通過流動槽的恒定流量。通過流動槽的恒定流量，或更具體地說，通過在流動槽內(nèi)的比色皿(在該比色皿中，發(fā)生細(xì)胞分析)的恒定流量，在多激光器流動型血細(xì)胞計(jì)數(shù)器中特別重要。多激光器流動型血細(xì)胞計(jì)數(shù)器典型地具有多個空間上分離的探測區(qū)域，顆粒在它們流過比色皿時通過這些探測區(qū)域。為了匹配在各探測區(qū)域中的每一個區(qū)域中探測到的信號，從而來自同一顆粒的所有信號都可被確定為來自該顆粒，必須確定從一個探測區(qū)域到下一個的過渡時間。典型地，使用兩激光器系統(tǒng)，在第一探測區(qū)域中在用第一激光器激發(fā)后測得的信號保持在電子回路中，直到已經(jīng)測量到在第二探測區(qū)域中在用第二激光器激發(fā)后測得的信號，并且然后將兩個信號一起發(fā)送，以便進(jìn)一步分析。在第一信號的到達(dá)與第二信號的到達(dá)之間的時間-常常稱作“激光器延遲”，取決于在各探測區(qū)域之間的距離，并且取決于流量。類似地，在具有多于兩個激光器的多激光器系統(tǒng)中，來自同一顆粒的各信號中的每一個信號都被存儲，直到測得最后信號，并且然后將多個信號傳遞到下游電子裝置，以便進(jìn)一步分析。本發(fā)明的真空驅(qū)動流動系統(tǒng)能夠保持通過比色皿的恒定流量，這可以保證恒定的激光器延遲，同時允許改變樣本流量。


圖1提供來自典型流動型血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的流動槽的元素的示意圖。在圖1中的流體流動方向是從頁面頂部向底部。圖2提供本發(fā)明的真空驅(qū)動流動系統(tǒng)的示意圖。在圖2中的流體流動方向是從頁面的底部向頂部，并且流動槽100表示在相對于其在圖1中的方位顛倒的方位中。圖3提供本發(fā)明的可變阻力流動阻滯器的示意圖。可變阻力流動阻滯器提供多個、可用閥選擇的、離散的流動阻力水平。圖4a和4b提供本發(fā)明的連續(xù)可變阻力流動阻滯器的示意圖。圖5提供本發(fā)明的連續(xù)可變阻力流動阻滯器的一個備選實(shí)施例的示意圖。圖6提供本發(fā)明的真空驅(qū)動流動系統(tǒng)的一個備選實(shí)施例的示意圖，該真空驅(qū)動流動系統(tǒng)具有在反饋回路控制下的連續(xù)可變阻力流動阻滯器，該反饋回路響應(yīng)樣本流體流量而調(diào)節(jié)阻力，該樣本流體流量由在樣本流體管線中的流量計(jì)所測得。
具體實(shí)施例方式為了清楚起見，提供如下定義。除非另有說明，全部術(shù)語如在本技術(shù)領(lǐng)域中常見的那樣使用。這里在上文和下文中引用的全部參考文獻(xiàn)以參引方式并入本文?！傲鲃有皖w粒分析儀”這里用來指任何儀器，并且包括例如分析或分類流動型血細(xì)胞計(jì)數(shù)器、血液分析儀以及細(xì)胞計(jì)數(shù)器，該儀器通過使顆粒通過一個或更多個光學(xué)探測器，而分析在流動流體流中懸浮的顆粒。流動型顆粒分析儀包含至少兩個流體源，并且緊(just)在分析之前，兩種流體由系統(tǒng)組合。例如，本發(fā)明的流動型血細(xì)胞計(jì)數(shù)器分析在樣本流體中懸浮的顆粒,該樣本流體由包裹流體用流體動力方式集中。包裹流體是指基本上沒有顆粒的流體，這種流體用來圍繞包含顆粒的樣本流體，以實(shí)現(xiàn)流體動力集中，如在流動型血細(xì)胞計(jì)數(shù)器中通常實(shí)踐的那樣。術(shù)語“壓力傳感器”、“壓力換能器”、“真空傳感器”、“真空換能器”以及“換能器”在測量壓力方面在這里都可互換地使用。這里所使用的流動“管線”是指用來輸送流體的流體導(dǎo)管或通道。典型地，樣本流體管線和包裹流體管線將主要包括管段，盡管管線可以包括閥和另外的流動阻滯器。
壓力傳感器典型壓力傳感器包括壓敏電阻材料的膜片，該壓敏電阻材料當(dāng)響應(yīng)壓力或真空級而撓曲時，產(chǎn)生成比例的電壓。適當(dāng)壓力傳感器在本技術(shù)領(lǐng)域中是已知的，并且可購自例如Honeywell Corporation (Morristown, NJ)。例子包括 Honeywell26PC 和 140PC 系列差分真空傳感器和Sensym SDX壓力傳感器?？勺冏枇α鲃幼铚髟谝恍﹥?yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的真空驅(qū)動流動系統(tǒng)還包括可變阻力流動阻滯器，該可變阻力流動阻滯器或者在樣本管與流動槽之間的樣本流體路徑中，或者在包裹流體儲器與流動槽之間的包裹流體路徑位置中，或者在兩者中。優(yōu)選地，可變阻力流動阻滯器被結(jié)合到包裹流體路徑中，如下文例示的那樣?？梢酝ㄟ^改變可變阻力流動阻滯器的阻力而調(diào)節(jié)抽吸過流動槽的包裹流體和樣本流體的相對比例。由于通過流動槽的總流量保持恒定，所以抽吸過流動槽的包裹流體和樣本流體的相對比例的調(diào)節(jié)也控制通過流動槽的樣本流體流量。優(yōu)選地，可變阻力流動阻滯器是粘性支配節(jié)流器，該粘性支配節(jié)流器促進(jìn)平衡在粘性支配流體回路的其余部分中的壓力。在一些優(yōu)選實(shí)施例中，粘性支配節(jié)流器是通過使用一段管子或類似導(dǎo)管而實(shí)現(xiàn)，這段管子或類似導(dǎo)管具有基本上恒定的內(nèi)徑。對于給定粘度的流體的阻力取決于導(dǎo)管的長度和內(nèi)部橫截面面積，并且將長度選擇成用以提供合意的阻力。相反，在單個點(diǎn)處簡單地夾持管子、或使用閥(如針閥)以提供流動限制，導(dǎo)致對流加速。盡管這提供可變阻力，但在粘性支配系統(tǒng)中是較不合意的。由于溫度對于粘度的影響，包括粘性支配流動阻滯器的包裹流體管線的阻力的溫度依賴性與樣本流體管線的阻力的溫度依賴性相同。因而，樣本流體管線和包裹流體管線阻力的比率隨溫度的變化保持相同。相反，由于夾持是對流支配的，而且阻力不是溫度的函數(shù)，夾持型阻力的使用可能導(dǎo)致路徑阻力的比率隨溫度的變化而變化。典型地，導(dǎo)管包括一段玻璃、塑料、或鋼管。可以買到各種直徑的適當(dāng)?shù)墓茏?。典型地，將直徑選擇成使得可以用方便長度的管子來實(shí)現(xiàn)合意的流動阻力，并且然后通過修改管子的長度，將進(jìn)行對于流動阻力的微小調(diào)節(jié)。遵循這里的指導(dǎo)，將基于用途選擇管子的直徑和長度。可變阻力流動阻滯器可以提供在多個離散的阻力設(shè)置值之間的選擇?？蛇x擇地，可變阻力流動阻滯器可以提供連續(xù)可調(diào)節(jié)阻力。不同可變阻力流動阻滯器的例子在下面和在附圖中描述。通過提供多個、可用閥選擇的、并聯(lián)的流體通道而提供可變阻力流動阻滯器，這些可變阻力流動阻滯器優(yōu)選地提供可選擇的離散流動阻力水平，每條流體通道提供不同的流動阻力?？勺冏枇α鲃幼铚鞯目蛇x擇總流動阻力水平作為整體，借助于對可選擇內(nèi)部流體通道的那些適用于通過可變阻力流動阻滯器的流量加以選擇而實(shí)現(xiàn)。提供連續(xù)可變阻力的可變阻力流動阻滯器，優(yōu)選地通過提供一段至少部分地可壓縮的或可變形的材料-如塑料管段、和用來將可調(diào)節(jié)壓力施加到管子的外側(cè)上的裝置，而實(shí)現(xiàn)。這樣選擇管子，從而未壓縮的管子提供合意的最低阻力水平。施加到管子的外側(cè)上的壓力的增大將改變管子的直徑和/或形狀，由此增大流動阻力?；诟綀D的描述
圖1圖1描繪典型流動型血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的元素的示意圖，該典型流動型血細(xì)胞計(jì)數(shù)器可用于本發(fā)明的流動系統(tǒng)。流動槽100包括流動槽腔室106、樣本進(jìn)口端口 108以及包裹流進(jìn)口端口 110。樣本進(jìn)口端口 108和包裹流進(jìn)口端口 110分別適于將包含顆粒的流體樣本和無顆粒的包裹流體提供到流動槽腔室106中。流動槽腔室106會聚到開口，該開口與比色皿通道104相連，該比色皿通道104穿過比色皿102。在使用中，將包含待分析顆粒的樣本流體通過樣本進(jìn)口端口 108引入到流動槽100中，并且將無顆粒的包裹流體通過包裹流進(jìn)口端口 110引入到流動槽中。流體通過比色皿通道104離開，并被引導(dǎo)到廢物儲器(未示出)中。流動槽被設(shè)計(jì)為使得:當(dāng)流體以對流加速方式通過流動槽的會聚路徑時，包裹流體形成與樣本流體同軸的環(huán)形流動，由此在流體流的中心中形成以流體動力方式集中的、包含顆粒的樣本流體，該包含顆粒的樣本流體由無顆粒的包裹流體圍繞。包括包裹流體和樣本流體的合并流體流束在這里稱作“樣本流束”、“流動流束”或“顆粒流束”。通過在探測區(qū)域120中將樣本流暴露于來自一個或更多個激發(fā)光源的激發(fā)光，并且使用一個或更多個光探測器(未示出)探測從探測區(qū)域120發(fā)出的光，而對樣本流內(nèi)的顆粒進(jìn)行光學(xué)分析。比色皿102至少部分地由光學(xué)透明材料構(gòu)成，以實(shí)現(xiàn)光學(xué)激發(fā)和探測。圖1描繪兩個激發(fā)光源的使用。激發(fā)光源118發(fā)出第一光束，該第一光束由透鏡116聚焦到在探測區(qū)域120內(nèi)的第一詢問點(diǎn)處的樣本流束上。激發(fā)光源119發(fā)出第二光束，該第二光束由透鏡116聚焦到在探測區(qū)域120內(nèi)的第二詢問點(diǎn)處的樣本流束上，其中，第二詢問點(diǎn)在第一詢問點(diǎn)下游的一段距離122處。反射鏡或分光鏡117用來對第二光束加以重新引導(dǎo)，使得它在詢問點(diǎn)處基本上與第一光束平行。典型地，對于多個激發(fā)光源中的每一個光源，存在多個探測器(未示出)，以探測從在樣本流束中的顆粒發(fā)出的熒光，每個探測器構(gòu)造成用以探測在限定波長范圍內(nèi)的發(fā)出光。另外，另外的探測器定位成探測:來自至少一個激發(fā)光源的激發(fā)光，該激發(fā)光由顆粒按相對于激發(fā)光的較小角度散射，該激發(fā)光稱作前向散射光；和由顆粒按對于激發(fā)光幾乎為直角散射的激發(fā)光，該激發(fā)光稱作側(cè)向散射光。用在流動型顆粒分析儀中的適當(dāng)光探測器包括例如光電倍增管(PMT)、雪崩光電二極管、光電二極管、或任何其它適當(dāng)光探測裝置。詢問點(diǎn)的空間分離允許顆粒暴露于激發(fā)光的每一種，這些激發(fā)光分別具有不同的波長。當(dāng)顆粒穿過比色皿通道104運(yùn)動時，它們首先在第一詢問點(diǎn)處暴露于來自激發(fā)光源118的激發(fā)光。顆粒然后運(yùn)動到第一詢問點(diǎn)外，并且運(yùn)動到第二詢問點(diǎn)中，在該處，它們暴露于來自激發(fā)光源119的激發(fā)光。顆粒從第一詢問點(diǎn)運(yùn)動到第二詢問點(diǎn)所花費(fèi)的時間在這里稱作“激光器延遲”。激光器延遲是重要參數(shù)，該參數(shù)用來將從暴露于第一激發(fā)的顆粒的發(fā)光得到的信號，與以后從暴露于第二激發(fā)的同一顆粒的發(fā)光得到的信號以電子方式匹配，從而將信號全部識別為源于同一顆粒。對于在各詢問點(diǎn)之間的給定距離122，激光器延遲完全取決于通過比色皿通道104的流量。至少因?yàn)檫@個原因，通過流動槽的流量在樣本顆粒的分析期間應(yīng)該保持恒定?？梢酝ㄟ^分析試驗(yàn)顆粒(這些試驗(yàn)顆粒在每個詢問點(diǎn)處是可探測的)的樣本，而測量通過流動槽的流量。對于每個顆粒，測量在從暴露于第一激發(fā)光的顆粒的發(fā)光得到的信號、與從暴露于第二激發(fā)光的顆粒的發(fā)光得到的信號之間的時間。由于在各詢問點(diǎn)之間的距離122可以由儀器的設(shè)計(jì)得知，所以在第一和第二信號之間的時間延遲能夠用來計(jì)算通過探測區(qū)域120的流量?？蛇x擇地，可以通過測量在規(guī)定時間段上在流動槽下游的流體積累量，而測量流量。圖2圖2描繪本發(fā)明的流動系統(tǒng)的元素的示意圖。系統(tǒng)真空由真空泵211產(chǎn)生，該真空泵211將來自包裹流儲器202的包裹流體、和來自樣本管201的待分析的包含顆粒的樣本流體抽吸過流動槽100，在該流動槽100中進(jìn)行光學(xué)分析(光學(xué)器件未示出)。廢棄流出物(該廢棄流出物是離開流動槽的樣本與包裹流體的混合物)排放到廢物儲器203中。由真空泵211產(chǎn)生的真空脈動由蓄能器255減弱，該真空泵211典型地是膜片型泵，該蓄能器255也稱作脈動緩沖器。蓄能器可以是密封筒罐，該密封筒罐具有內(nèi)部容積，該內(nèi)部容積是真空泵的行程容積的多倍(例如，10至1000倍)。換能器231測量由真空泵211產(chǎn)生的相對于大氣壓力的壓降。這個壓降在這里稱作“靜態(tài)壓降”。靜態(tài)壓降優(yōu)選地從蓄能器255的內(nèi)部測量，從而得到穩(wěn)定測量。換能器231典型地由短管連接到蓄能器255上，從而在管中的壓力與在蓄能器中的壓力相等。合意的是，在連接換能器231和蓄能器255的管中包括放氣孔(例如，將管的內(nèi)部連接到外部空氣的小孔)，該放氣孔在換能器附近，以允許由于在蓄能器中的真空抽吸，使少量的空氣被抽吸到管中并抽吸過該管。放氣孔應(yīng)該足夠小，以使得通過管的空氣流量對于靜態(tài)壓降的測量的影響是微不足道的。在從小孔(在換能器附近)向蓄能器的方向上通過管的微小空氣流量防止任何在蓄能器中可能存在的流體或泡沫進(jìn)入管到換能器，這種進(jìn)入會影響測量的準(zhǔn)確性。換能器232測量跨過比色皿102的壓降(從流動槽上游到蓄能器255測量)。這個壓降在這里稱作“動態(tài)壓降”。對于通過比色皿的給定總流量，動態(tài)壓降是恒定的。因而，可以借助于調(diào)節(jié)真空泵211的功率以提供恒定動態(tài)壓降，而保持通過比色皿的恒定總流量。樣本流體被抽吸過樣本管線220，并且通過樣本進(jìn)口端口 108 (在圖1中示出)抽吸到流動槽100中。這整個樣本路徑具有流體阻力R0。包裹流體被抽吸過可變阻力流動阻滯器222，并且通過包裹流進(jìn)口端口 110 (在圖1中示出)抽吸到流動槽100中。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，可變阻力流動阻滯器的阻力可調(diào)節(jié)到多個離散的流動阻力設(shè)定值。在另一個實(shí)施例中，可變阻力流動阻滯器的流動阻力在預(yù)定范圍上是連續(xù)可調(diào)節(jié)的。抽吸到流動槽100中的樣本流體和包裹流體的相對比例，取決于樣本管線流動阻力RO和可變阻力流動阻滯器222的流動阻力的比率。因而，可以借助于調(diào)節(jié)可變阻力流動阻滯器222的流動阻力的流動阻力，而控制樣本流體與包裹流體的比率。如果通過流動槽的總流量通過維持恒定動態(tài)壓降而保持恒定，則可變阻力流動阻滯器222的有效流動阻力的每次減少，都導(dǎo)致樣本流體流量的減小和包裹流體流量的增大。因而，可以在保持通過流動槽的恒定流量的同時，借助于對可變阻力流動阻滯器222的總流動阻力的適當(dāng)調(diào)節(jié)，而選擇合意的樣本流量。閥253能夠完全切斷流過流動槽的流體流動。暫停允許例如在每個樣本分析之后改變到新樣本源。在本系統(tǒng)中，可以借助于將位于在流動槽與泵之間的流體路徑中的閥關(guān)閉，而暫停流體的流動。當(dāng)這個閥關(guān)閉時，動態(tài)壓降下降到零，在動態(tài)壓降與泵之間的第一反饋環(huán)路被停止，而在靜態(tài)壓降與泵之間的第二反饋環(huán)路被致動。第二反饋環(huán)路在暫停狀態(tài)期間能夠?qū)㈧o態(tài)壓降維持在恒定水平，優(yōu)選地維持系統(tǒng)的靜態(tài)壓降，在使系統(tǒng)暫停之前在運(yùn)行狀態(tài)下的同時(在第一反饋環(huán)路的控制下的同時)，該靜態(tài)壓降存在。當(dāng)通過流動槽的流體流動被重新啟動時，泵的控制被重新切換回第一反饋環(huán)路，這甚至在樣本流量的變化之后，也能夠維持跨過流動槽的恒定流量。在各反饋控制回路之間的這種切換，消除了在運(yùn)行和暫停狀態(tài)之間的過渡期間真空度的巨大波動，同時對于所有樣本維持通過流動槽的恒定流量。閥251能夠完全切斷地包裹流體流動。閥251用來暫時停止包裹流體流動、并且在樣本管201連接到樣本管線220以后暫時增大(“加強(qiáng)”)樣本流體流量，以便縮短將樣本流體抽吸到流動槽100中所花費(fèi)的時間。當(dāng)樣本流體到達(dá)流動槽時，閥251打開，包裹流體的流動建立以流體動力方式集中的流束，并且樣本流體和包裹流體流量返回到用于分析的合意流量。閥251和253優(yōu)選將按協(xié)調(diào)方式被自動地控制，從而在打開閥251之前的預(yù)定時間，可以打開閥253，以在打開閥251之前，允許在流動槽中產(chǎn)生真空。具有切換機(jī)構(gòu)263的控制器261，控制在提供恒定動態(tài)壓降的真空泵211的功率的調(diào)節(jié)、與提供恒定靜態(tài)壓降的真空泵211的功率的調(diào)節(jié)之間的切換。為了保持恒定動態(tài)壓降，控制器將由換能器232測得的動態(tài)壓降與存儲的合意動態(tài)壓降Pd相比較。合意動態(tài)壓降Pd在儀器安裝期間確定為動態(tài)壓降，該動態(tài)壓降提供通過流動槽的合意流量。為了保持恒定靜態(tài)壓降，控制器將由換能器231測得的動態(tài)壓降與存儲的合意靜態(tài)壓降Ps相比較。合意靜態(tài)壓降Ps是測得靜態(tài)壓降，該測得靜態(tài)壓降與按通過流動槽的合意流量運(yùn)行的儀器相對應(yīng)，該合意流量取決于可變阻力流動阻滯器的選定設(shè)置值?？梢源鎯τ糜诤弦忪o態(tài)壓降己的多個值，每個值與可變阻力流動阻滯器的預(yù)定阻力設(shè)置值相對應(yīng)?？蛇x擇地，合意靜態(tài)壓降Ps可以在使系統(tǒng)暫停之前立即被存儲，并且系統(tǒng)按與緊在使系統(tǒng)暫停之前有效的可變阻力流動阻滯器的阻力設(shè)置值相同的值重新啟動。優(yōu)選地，將按協(xié)調(diào)方式提供壓降反饋回路(通過控制器261)的和閥251和253的自動控制。流量傳感器235定位在樣本管線220上，以提供樣本流體流量的直接測量。適當(dāng)高精度液體流量傳感器和具有低到納升(nanoliter)每分鐘的測量范圍的液體流量計(jì)可從例如Sensirion Inc.(Westlake Village, CA)買到。流量傳感器235是選擇性的,但有利于設(shè)置流動系統(tǒng)。在儀器設(shè)置(系統(tǒng)校準(zhǔn))期間，調(diào)節(jié)可變阻力流動阻滯器222的流動阻力，以提供包裹流體與樣本流體的合意比率，并且流量傳感器提供所生成的樣本流體流量的獨(dú)立測量?？蛇x擇地，可以通過其它裝置，如通過分析包含已知濃度試驗(yàn)顆粒的樣本，而測量樣本流體的流量。可以借助于測量試驗(yàn)顆粒的探測速率，而推導(dǎo)出在樣本管線220中的流量。在儀器校準(zhǔn)期間為得到合意樣本流體流量的可變阻力流動阻滯器222的流動阻力的調(diào)節(jié)可被自動化，如下文參照圖6描述的那樣。圖3圖3描繪可變阻力流動阻滯器的一個實(shí)施例的示意圖，該可變阻力流動阻滯器設(shè)計(jì)成用以提供流動阻力的可選擇離散水平。在可變阻力流動阻滯器內(nèi)有多條并聯(lián)流體通道，每一條提供不同的流動阻力，并且可變阻力流動阻滯器的可選擇總流動阻力水平作為整體，借助于選擇在各可選擇內(nèi)部流動通道中的哪些通道適用于流動通過可變阻力阻滯器而實(shí)現(xiàn)。可變阻力流動阻滯器320包含內(nèi)部流體通道321、322以及323，它們分別提供流動阻力R1、R2以及R2。如何在三條并聯(lián)流體通道中選擇“哪些通道可以用于包裹流體流量”，由二通閥355 (該二通閥355控制通過流體通道322的流量)和二通閥356 (該二通閥356控制通過流體通道323的流量)加以控制。流體通道321對于包裹流體流動始終是敞開的?？勺冏枇α鲃幼铚?20的最大阻力由通過單條流體通道321的流動而提供，這借助于關(guān)閉兩個閥356和355而選擇。打開閥的一個或另一個、或兩者，提供與流體通道321并聯(lián)的至少一條流體通道，這減小通過可變阻力流動阻滯器320的總流動阻力。盡管可變阻力流動阻滯器320包含三條內(nèi)部流體通道，但將被清楚理解的是，借助于使用多條可選擇并聯(lián)流體通道(這些多條可選擇并聯(lián)流體通道每條具有限定流動阻力)和閥(這些閥實(shí)現(xiàn)流體通道的選擇)，基本上可以實(shí)現(xiàn)任意數(shù)量的離散流動阻力水平?？傮w而言，具有一組N個并聯(lián)阻滯器的回路的等效阻力按如下與構(gòu)成并聯(lián)通道的阻力值相關(guān):
權(quán)利要求
1.一種用于流動型顆粒分析儀的流動系統(tǒng)，所述流動系統(tǒng)包括: a)流動槽，所述流動槽具有 樣本流體進(jìn)口端口， 包裹流體進(jìn)口端口， 出口端口，以及 比色皿，其中，所述比色皿包含比色皿通道，該比色皿通道具有輸入端部和輸出端部，其中，所述輸入端部與所述樣本進(jìn)口端口以及所述包裹流體進(jìn)口端口流體連通，所述輸出端部與所述出口端口流體連通； b)樣本流體管線，所述樣本流體管線與所述樣本進(jìn)口端口流體連通，用來從樣本流體容器提供包含顆粒的樣本流體； c)包裹流體管線，所述包裹流體管線與所述包裹流體進(jìn)口端口流體連通，用來從包裹流體儲器提供包裹流體； d)出口管線，所述出口管線與所述出口端口流體連通； e)真空泵，所述真空泵具有可控制功率級，與所述出口管線真空連通，并構(gòu)造成用以在所述出口管線中抽吸真空，由此將所述樣本流體和包裹流體抽過所述流動槽； f)第一傳感器，所述第一傳感器構(gòu)造成用以測量從包裹流體進(jìn)口端口到所述比色皿出口端口的壓降； g)第一控制反饋回路，所述第一控制反饋回路構(gòu)造成用以響應(yīng)由所述第一傳感器測量的壓降而調(diào)節(jié)所述真空泵的功率； h)第二傳感器，所述第二傳感器構(gòu)造成用以測量從所述比色皿出口端口到大氣壓力的壓降； i)第二控制反饋回路，所述第二控制反饋回路構(gòu)造成用以響應(yīng)由所述第二傳感器測量的壓降而調(diào)節(jié)所述真空泵的功率； 其中，所述樣本流體管線或所述包裹流體管線包括可變阻力流動阻滯器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流動系統(tǒng)，其中，所述包裹流體管線包括可變阻力流動阻滯器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的流動系統(tǒng)，還包括: a)第一閥，所述第一閥與所述包裹流體管線共線地定位，構(gòu)造成用以控制所述包裹流體到所述流動槽中的流動； b)第二閥，所述第二閥與所述出口管線共線地定位，構(gòu)造成用以控制所述包裹流體到所述流動槽外的流動； c)閥控制器，所述閥控制器與所述第一閥和第二閥可操作地連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的流動系統(tǒng)，其中，所述可變阻力流動阻滯器構(gòu)造成用以提供多個離散阻力水平。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的流動系統(tǒng)，其中，所述可變阻力流動阻滯器包括多條可選擇流體路徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的流動系統(tǒng)，其中，所述可變阻力流動阻滯器還包括多個閥，所述多個閥構(gòu)造成用以允許截?cái)嗨隹蛇x擇流體路徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的流動系統(tǒng)，其中，所述可變阻力流動阻滯器構(gòu)造成用以提供連續(xù)可變流動阻力。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的流動系統(tǒng)，其中，所述可變阻力流動阻滯器包括導(dǎo)管以及可控制裝置，所述導(dǎo)管包括至少部分地可壓縮或可變形的材料，所述可控制裝置用來將壓力施加到所述導(dǎo)管的外側(cè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的流動系統(tǒng)，其中，用來施加壓力的所述可控制裝置構(gòu)造成用以施加機(jī)械壓力。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的流動系統(tǒng)，其中，用來施加壓力的所述可控制裝置構(gòu)造成用以借助于圍繞所述導(dǎo)管的液體或氣體而施加壓力。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的流動系統(tǒng)，還包括: a)流量計(jì)，所述流量計(jì)構(gòu)造成用以測量在所述樣本流體管線中的流量；以及 b)控制器，所述控制器可操作地連接到所述流量計(jì)、并且連接到所述可變阻力流動阻滯器，構(gòu)造成用以響應(yīng)由所述流量計(jì)測量的所述流量，自動地調(diào)節(jié)所述可變阻力流動阻滯器的阻力。`
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于流動型顆粒分析儀的真空驅(qū)動流動系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括真空泵，該真空泵在流動槽下游產(chǎn)生壓力降，該壓力降將包裹流體和樣本流體抽過流動槽。可變阻力流動阻滯器構(gòu)造成用以控制樣本流體流量與包裹流體流量的比率。雙反饋回路用來自動地控制系統(tǒng)，一個雙反饋回路構(gòu)造成用以響應(yīng)跨過流動槽的壓力降-該壓力降稱作動態(tài)壓降，而調(diào)節(jié)真空泵功率；第二個雙反饋回路構(gòu)造成用以響應(yīng)由真空泵相對于周圍壓力產(chǎn)生的壓力降-該壓力降稱作靜態(tài)壓降，而調(diào)節(jié)真空泵功率。本發(fā)明能夠在保持通過流動槽的恒定總流體流量的同時調(diào)節(jié)樣本流體流量，并且還能夠使系統(tǒng)暫停，而真空度不會有顯著波動。
文檔編號G01N15/14GK103201611SQ201180052384
公開日2013年7月10日 申請日期2011年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者D·弗蘭, P·O·諾頓 申請人:貝克頓·迪金森公司