本實(shí)用新型涉及生物學(xué)分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于細(xì)胞分析的超聲波流體粒子運(yùn)動(dòng)控制裝置。

背景技術(shù)：

流式細(xì)胞技術(shù)是一種利用流式細(xì)胞儀對(duì)處在液流中的單個(gè)細(xì)胞或其他生物顆粒等進(jìn)行快速定量分析和分選的技術(shù)。流式細(xì)胞技術(shù)能夠?qū)γ總€(gè)細(xì)胞進(jìn)行多種定量分析，是在血液、骨髓等組織中檢測(cè)稀有細(xì)胞的有力工具。但稀有細(xì)胞檢測(cè)往往需要大量樣本才能采集到足夠的數(shù)據(jù)，這對(duì)于傳統(tǒng)流式細(xì)胞儀是個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)榇髽颖疽馕吨幚頃r(shí)間長(zhǎng)，若減少時(shí)間，則需要加快進(jìn)樣速率，提高通量，但這會(huì)造成檢測(cè)靈敏度的下降。

樣本溶液進(jìn)入到流式細(xì)胞儀時(shí)，細(xì)胞在三維空間內(nèi)隨機(jī)分布。令細(xì)胞逐個(gè)穿過(guò)激光束，才能保證數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。目前絕大多數(shù)流式細(xì)胞儀通過(guò)流體動(dòng)力聚焦實(shí)現(xiàn)，即通過(guò)鞘液帶動(dòng)細(xì)胞并將其限制在中心位置，建立起單細(xì)胞流。傳統(tǒng)的水動(dòng)力聚焦技術(shù)受到了不少限制，流速提高會(huì)增大樣本流的寬度，使細(xì)胞的聚焦效果下降。細(xì)胞偏離激光中心越遠(yuǎn)，激發(fā)光強(qiáng)度變化就越大，CV值也越高。研究人員經(jīng)常需要在分析通量和精度之間尋求平衡。

目前，現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)出現(xiàn)了利用超聲波聲場(chǎng)進(jìn)行粒子聚焦的裝置，如美國(guó)專利文獻(xiàn)US9074977B2，公開(kāi)了一種用于平行流細(xì)胞分析的粒子處理裝置，其包括一組相對(duì)布置于流體管的聲波發(fā)射單元用于形成聲場(chǎng)實(shí)現(xiàn)細(xì) 胞粒子聚焦。

然而，首先上述專利文獻(xiàn)中的裝置僅可用于粒子聚焦，其功能和用途單一；其次，上述裝置由對(duì)向的一組超聲發(fā)射單元進(jìn)行粒子聚焦，因此僅能使粒子在單平面或平行的多個(gè)平面內(nèi)聚焦，參見(jiàn)專利文獻(xiàn)US9074977B2的附圖1，其流體粒子均聚焦在單個(gè)的平面內(nèi)，其聚焦效果單一。因此現(xiàn)有技術(shù)中的粒子聚焦裝置功能過(guò)于簡(jiǎn)單，且聚焦效果單一，不能滿足不同的流體粒子不同聚焦需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有細(xì)胞分析聚焦裝置中的功能和效果過(guò)于單一，不能滿足不同的聚焦和其他功能需求，從而提供一種可形成不同聲場(chǎng)模式的，既可以用于模擬不同模式的聲場(chǎng)又可用于實(shí)現(xiàn)流體粒子不同聚焦效果的流體粒子運(yùn)動(dòng)控制裝置。

為此，此處依次列出權(quán)利要求書(shū)記載的全部技術(shù)方案：一種流體粒子運(yùn)動(dòng)控制裝置，包括：控制主機(jī)，其至少用于控制超聲發(fā)射單元的超聲波發(fā)射；操作機(jī)構(gòu)，具有流體管和分布在所述流體管表面的一個(gè)以上的超聲發(fā)射單元；以及連接線，其連接所述超聲發(fā)射單元和所述控制主機(jī)；通過(guò)所述控制主機(jī)控制單個(gè)或多個(gè)位于不同位置的超聲發(fā)射單元工作形成作用于流體粒子的不同的聲場(chǎng)。

進(jìn)一步地，所述操作機(jī)構(gòu)為用于實(shí)現(xiàn)流體粒子聚焦的流體粒子聚焦機(jī)構(gòu)，具有置于所述流體管內(nèi)的聚焦管腔，所述超聲發(fā)射單元產(chǎn)生的聲場(chǎng)使通過(guò)聚焦管腔的流體中的粒子聚焦。

進(jìn)一步地，所述流體粒子聚焦機(jī)構(gòu)用于作為其他聚焦機(jī)構(gòu)的輔助聚焦 裝置實(shí)施輔助聚焦。

進(jìn)一步地，所述控制主機(jī)驅(qū)動(dòng)位于所述流體管上不同位置的單個(gè)或多個(gè)超聲發(fā)射單元工作以實(shí)現(xiàn)不同的粒子運(yùn)動(dòng)結(jié)果。

進(jìn)一步地，所述控制主機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)位于所述流體管上的任意一個(gè)超聲發(fā)射單元工作；或同時(shí)驅(qū)動(dòng)位于所述流體管相鄰面上的超聲發(fā)射單元工作；或同時(shí)驅(qū)動(dòng)位于所述流體管同一面上的多個(gè)超聲發(fā)射單元工作；或同時(shí)驅(qū)動(dòng)位于所述流體管相對(duì)面上的超聲發(fā)射單元工作；或同時(shí)驅(qū)動(dòng)位于所述流體管四個(gè)側(cè)面上的超聲發(fā)射單元工作。

進(jìn)一步地，所述控制主機(jī)通過(guò)分別單獨(dú)調(diào)節(jié)超聲波輸出信號(hào)的通道使能、頻率、幅值或相位，以實(shí)現(xiàn)不同的粒子運(yùn)動(dòng)結(jié)果。

進(jìn)一步地，還設(shè)置有用于檢測(cè)所述超聲發(fā)射單元工作狀態(tài)的傳感器；所述傳感器檢測(cè)的狀態(tài)信號(hào)傳輸至所述控制主機(jī)以監(jiān)測(cè)超聲發(fā)射單元的正常工作。

進(jìn)一步地，所述傳感器為溫度傳感器。

進(jìn)一步地，所述控制主機(jī)至少包括用于驅(qū)動(dòng)所述超聲發(fā)射單元的超聲驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述超聲驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)至少包含四路獨(dú)立的輸出，能夠獨(dú)立驅(qū)動(dòng)至少四路所述超聲發(fā)射單元。

進(jìn)一步地，所述超聲驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)至少包含信號(hào)發(fā)生器、功率放大器和輸出匹配電路。

進(jìn)一步地，所述控制主機(jī)還包括控制顯示機(jī)構(gòu)和電源信號(hào)接口，所述控制顯示機(jī)構(gòu)控制所述超聲發(fā)射單元并顯示所述流體粒子運(yùn)動(dòng)控制裝置的 工作狀態(tài)。

進(jìn)一步地，所述控制顯示機(jī)構(gòu)通過(guò)控制所述超聲驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制所述超聲發(fā)射單元的發(fā)射狀態(tài)。

進(jìn)一步地，所述控制顯示機(jī)構(gòu)對(duì)所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的通道使能、頻率、幅值和相位均可進(jìn)行獨(dú)立控制。

本實(shí)用新型技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點(diǎn)：本實(shí)用新型的超聲波流體粒子運(yùn)動(dòng)控制裝置，主要是指一種應(yīng)用超聲作為流體粒子聚焦方法的裝置，更具體來(lái)說(shuō)是通過(guò)控制主機(jī)控制多個(gè)不同位置的聲波發(fā)射單元發(fā)射聲波形成聲場(chǎng)實(shí)現(xiàn)流體粒子的各種聚焦效果的聚焦系統(tǒng)。此外，該流體粒子運(yùn)動(dòng)控制裝置不僅僅可用于實(shí)現(xiàn)聚焦，其還可通過(guò)控制主機(jī)控制多個(gè)不同位置的聲波發(fā)射單元形成不同模式的聲場(chǎng)。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本實(shí)用新型的一些實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實(shí)用新型的流體粒子運(yùn)動(dòng)控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型的流體粒子運(yùn)動(dòng)控制裝置單向超聲發(fā)射單元工作時(shí)的聲場(chǎng)仿真示意圖；

圖3為本實(shí)用新型的流體粒子運(yùn)動(dòng)控制裝置相鄰側(cè)超聲發(fā)射單元同時(shí) 工作時(shí)的聲場(chǎng)仿真示意圖；

圖4為本實(shí)用新型的流體粒子運(yùn)動(dòng)控制裝置相對(duì)側(cè)超聲發(fā)射單元同時(shí)工作時(shí)的聲場(chǎng)仿真示意圖；

圖5為本實(shí)用新型的流體粒子運(yùn)動(dòng)控制裝置四側(cè)超聲發(fā)射單元同時(shí)工作時(shí)的聚焦效果示意圖；

附圖標(biāo)記說(shuō)明：

1-聲波發(fā)射單元；2-聚焦機(jī)構(gòu)；3-流體管；4-流體粒子聚焦管腔；5-連接線；6-控制主機(jī)；7-超聲驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；8-控制顯示機(jī)構(gòu)；9-電源信號(hào)接口；10-外部信號(hào)接口；

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1

如圖1所示的流體粒子運(yùn)動(dòng)控制裝置，其包括控制主機(jī)6，操作機(jī)構(gòu)2以及連接操作機(jī)構(gòu)2和控制主機(jī)6的連接線5。

其中操作機(jī)構(gòu)2至少包含流體管3、用于發(fā)射聲波的超聲發(fā)射單元1、以及用于檢測(cè)超聲發(fā)射單元1工作狀態(tài)的傳感器。流體管3為管狀結(jié)構(gòu)，如附圖1所示，超聲發(fā)射單元1布置在管狀結(jié)構(gòu)的流體管3的四周表面，其朝向均對(duì)準(zhǔn)流體管3的中心位置。當(dāng)操作機(jī)構(gòu)2用于進(jìn)行流體粒子聚焦 時(shí)，其還包括用于粒子聚焦的流體粒子聚焦管腔4，其中流體粒子聚焦管腔4的形狀可以為方形、圓形、多面體形狀或其他形狀。

控制主機(jī)6至少包括超聲驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)7、控制顯示機(jī)構(gòu)8、電源信號(hào)接口9和外部信號(hào)接口10。其中超聲驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)7中至少設(shè)置有信號(hào)發(fā)生、功率放大和輸出匹配電路。超聲驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)7至少包含四路獨(dú)立的輸出，即能夠獨(dú)立驅(qū)動(dòng)至少四路超聲發(fā)射單元分別或者同時(shí)工作。在本實(shí)施例中，超聲驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)7可驅(qū)動(dòng)位于流體管管壁上的5個(gè)超聲發(fā)射單元分別獨(dú)立工作或者同時(shí)工作，但不僅限于上述形式。

控制顯示機(jī)構(gòu)8用于控制和顯示該裝置的工作功能和工作狀態(tài)，該控制顯示機(jī)構(gòu)8的控制或顯示方式可以采用按鈕、旋鈕、觸摸屏、指示燈或其他方式?？刂骑@示機(jī)構(gòu)8通過(guò)對(duì)超聲驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)7的輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，具體是對(duì)其通道使能、輸出信號(hào)的頻率、幅值、相位分別進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)，以使超聲發(fā)射單元1發(fā)射形成不同的聲場(chǎng)或達(dá)到不同的聚焦效果。

控制主機(jī)6通過(guò)控制顯示機(jī)構(gòu)8對(duì)超聲驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)7的輸出信號(hào)調(diào)節(jié)，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)流體管3四周的聲波發(fā)射單元1發(fā)射聲波信號(hào)的通道、幅值、頻率、相位的調(diào)節(jié)。

控制主機(jī)6通過(guò)連接線5與聲波發(fā)射裝置相連，具體地，連接線5可連接控制主機(jī)6的超聲驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)7與操作機(jī)構(gòu)2中的聲波發(fā)射單元1，連接線5將超聲驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)7發(fā)出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳輸至超聲發(fā)射單元1，同時(shí)將傳感器檢測(cè)到的超聲發(fā)射單元1的工作狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)傳輸至控制主機(jī)6以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)超聲發(fā)射單元1是否正常工作。具體地檢測(cè)超聲發(fā)射單元1工作狀態(tài)的傳感器可以選擇為溫度傳感器。

當(dāng)將該裝置用作聲場(chǎng)發(fā)射裝置時(shí)，其最終形成的聲場(chǎng)通過(guò)控制超聲發(fā)射單元1的驅(qū)動(dòng)個(gè)數(shù)和驅(qū)動(dòng)位置，或者通過(guò)改變超聲發(fā)射單元的超聲波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅值、相位、發(fā)射角度而改變。

當(dāng)將該裝置用作流體粒子聚焦裝置時(shí)，其最終實(shí)際粒子匯聚效果同樣可通過(guò)控制超聲發(fā)射單元1的驅(qū)動(dòng)個(gè)數(shù)和驅(qū)動(dòng)位置，或者通過(guò)改變超聲發(fā)射單元的超聲波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅值、相位、發(fā)射角度而改變。

進(jìn)一步地，該聲波流體粒子聚焦裝置中的聚焦機(jī)構(gòu)既可以用于單獨(dú)進(jìn)行流體粒子的聚焦，也可以作為輔助裝置在流體粒子聚焦中輔助其他聚焦裝置以增強(qiáng)流體粒子的聚焦效果。

其次，該流體粒子運(yùn)動(dòng)控制裝置可用于進(jìn)行流體粒子聚焦，但不限于用作流體粒子聚焦，流體粒子聚焦只是該裝置其中一個(gè)典型用途。

本實(shí)用新型的流體粒子運(yùn)動(dòng)控制裝置的工作原理及過(guò)程：

(1)作為流體粒子聚焦裝置時(shí)：

該裝置通過(guò)驅(qū)動(dòng)聲波發(fā)射單元發(fā)射聲波，利用聲波聲輻射力形成聲場(chǎng)并產(chǎn)生勢(shì)阱，在聲場(chǎng)作用下，原本隨機(jī)分散的粒子在勢(shì)阱區(qū)域匯集形成聚焦效果。

工作時(shí)，需要進(jìn)行聚焦的粒子流體通過(guò)流體管3的流體粒子聚焦管腔4。其中超聲發(fā)射單元1的工作模式由控制顯示機(jī)構(gòu)8進(jìn)行控制，使能不同的超聲驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)7來(lái)驅(qū)動(dòng)不同的超聲發(fā)射單元1，實(shí)現(xiàn)不同的流體粒子聚焦模式和聚焦效果。

而由于驅(qū)動(dòng)超聲發(fā)射單元的位置不同導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)模式不同會(huì)形成不同的聲場(chǎng)，以及由驅(qū)動(dòng)發(fā)射單元1產(chǎn)生的聲波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的通道使能、頻率、幅 值、相位差可變，也可以產(chǎn)生不同的聲場(chǎng)，最終流體在經(jīng)過(guò)不同的聲場(chǎng)時(shí)，流體中的粒子由于不同聲場(chǎng)的作用會(huì)產(chǎn)生不同的聚焦效果。

首先，可通過(guò)調(diào)節(jié)聲波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率、幅值和相位實(shí)現(xiàn)不同的聚焦效果；具體地，本實(shí)施例中驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率調(diào)節(jié)范圍可設(shè)為200K～10MHz，幅值調(diào)節(jié)范圍可設(shè)為5V～100V，相位調(diào)節(jié)范圍可設(shè)為為0～360度。

其次，可通過(guò)控制聲波發(fā)射單元的驅(qū)動(dòng)模式實(shí)現(xiàn)不同的聚焦效果；具體地，超聲發(fā)射單元1的驅(qū)動(dòng)模式可以分為：

①同時(shí)驅(qū)動(dòng)分布在流體管3任意相對(duì)兩個(gè)面上的超聲發(fā)射單元；此時(shí)流體粒子可在單個(gè)平面或平行的多個(gè)平面內(nèi)聚焦，如圖4所示；

②同時(shí)驅(qū)動(dòng)流體管3四個(gè)側(cè)面上環(huán)繞布置的四個(gè)超聲發(fā)射單元；此時(shí)流體粒子可實(shí)現(xiàn)單束或者多束聚焦，如圖5所示；

(2)作為流體粒子其他運(yùn)動(dòng)控制裝置時(shí)：

首先，可通過(guò)調(diào)節(jié)聲波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率、幅值和相位實(shí)現(xiàn)不同的聲場(chǎng)；

其次，可通過(guò)控制聲波發(fā)射單元的驅(qū)動(dòng)模式實(shí)現(xiàn)不同的聲場(chǎng)；具體地，超聲發(fā)射單元1的驅(qū)動(dòng)模式可以分為：

①只驅(qū)動(dòng)其中任意一個(gè)面上的單個(gè)超聲發(fā)射單元；此時(shí)，在聲場(chǎng)的作用下，流體粒子單向地向一面運(yùn)動(dòng)，如圖2所示；

②驅(qū)動(dòng)任意一個(gè)面上沿一條直線布置的幾個(gè)超聲發(fā)射單元；此時(shí)，流體粒子也是單向地向同一面方向運(yùn)動(dòng)，但由于超聲發(fā)射單元的工作長(zhǎng)度變長(zhǎng)，可使聲場(chǎng)的作用時(shí)間延長(zhǎng)；

③同時(shí)驅(qū)動(dòng)分布在流體管3任意相鄰兩個(gè)側(cè)面上的超聲發(fā)射單元；流體粒子運(yùn)動(dòng)的空間相對(duì)第一種進(jìn)一步縮小，單向地向一個(gè)角落運(yùn)動(dòng)，如圖3 所示。

本實(shí)用新型的聲波形成裝置與傳統(tǒng)流體動(dòng)力聚焦不同的是，聲波聚焦技術(shù)可利用超聲波將細(xì)胞緊密聚集在樣本流中間，匯聚成一條直線。這種技術(shù)基本不受進(jìn)樣速率的影響，能使細(xì)胞強(qiáng)聚焦于激光檢測(cè)點(diǎn)，與樣本-鞘液的比率無(wú)關(guān)，不論樣本流與鞘液流的比例如何，都能使細(xì)胞緊密地聚集于激光檢測(cè)焦點(diǎn)，避免分散。這樣可以采集更多光子，在極高的樣本通量下保證高精度分析，且聲波聚焦流式細(xì)胞儀處理全血樣本可省去樣本制備的步驟，既沒(méi)有樣本損失，也不會(huì)影響數(shù)據(jù)質(zhì)量。因此在不同聲場(chǎng)的作用下，原本隨機(jī)分散的粒子在勢(shì)阱區(qū)域匯集形成聚焦效果。包括但不限于粒子聚集在單個(gè)平面內(nèi)、多個(gè)平面內(nèi)、單束、多束進(jìn)行匯聚，裝置也可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要進(jìn)行調(diào)整。

顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本實(shí)用新型創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。