專利名稱：粒子成像室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)體外診斷所使用的影像式粒子分析儀的成像室，尤其是涉及一種使用平面流式成像技術(shù)的粒子分析儀。
背景技術(shù)：
分析液體樣本中的顆粒物的方法和系統(tǒng)，其最基本的方法，需要使樣本液體中的粒子從一個(gè)狹窄的通道流過，同時(shí)在這個(gè)狹窄通道處收集粒子的特征信息。對(duì)于采集粒子圖像信息的裝置，需要使樣本在光學(xué)系統(tǒng)的鏡頭前形成一個(gè)扁平的平面。采用平面流式技術(shù)，利用外層緩沖液體，又稱鞘液，包圍樣本液體，并對(duì)樣本液體進(jìn)行引導(dǎo)，使得樣本液體形成一個(gè)很薄的扁平的平面流，在光學(xué)系統(tǒng)的鏡頭前的焦平面處流過，從而得到樣本液體中粒子的圖像信息。這樣的裝置，外層緩沖液體的流動(dòng)狀態(tài)是否平穩(wěn)十分重要。傳統(tǒng)上采用加大通道長(zhǎng)度的方式使得緩沖液體流動(dòng)狀態(tài)平穩(wěn)，但是這樣會(huì)使得裝置體積較大。
另一方面，對(duì)于最小尺寸在0. Imm到0. 5mm尺寸以內(nèi)的通道，液體粘性影響下，通道內(nèi)液體流速分布為拋物線規(guī)律，通道中心處流速最高，緊貼通道壁面處流速最低，其余位置處的流速依相距中心處的距離而變化。樣本顆粒在通道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，其相距通道中心的位置對(duì)顆粒的姿態(tài)有很大影響，處于中心處的粒子，周圍的流速一致，粒子不會(huì)翻滾，不在中心位置的粒子，其周圍液體流速不同，使粒子在運(yùn)動(dòng)的過程中產(chǎn)生翻滾，影響拍攝質(zhì)量。
對(duì)于通道結(jié)構(gòu)對(duì)稱的粒子成像室，樣本液體周圍包裹的緩沖液，又稱鞘液，也是對(duì)稱的，樣本液體內(nèi)的粒子處于通道的中心位置，不會(huì)存在上述缺點(diǎn)，例如專利USM12466、 GB2137880所公開的裝置，其結(jié)構(gòu)對(duì)稱，很容易實(shí)現(xiàn)樣本液體處于通道的中心，從而抑制粒子翻滾。但是這種結(jié)構(gòu)的粒子成像室制作成本過高。
專利US4338024、US6825926公開了非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的粒子分析裝置，這種非對(duì)稱的粒子成像室，相對(duì)于對(duì)稱結(jié)構(gòu)的粒子成像室，制作成本大幅降低，但是很難確保樣本粒子處于通道中心，很難確保粒子經(jīng)過拍攝區(qū)域時(shí)的姿態(tài)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種粒子成像室，用于獲得被外層緩沖液體包裹而引導(dǎo)流動(dòng)的樣本液體中粒子影像。
本發(fā)明采取的技術(shù)方案是通道蓋板與通道基底粘接，通道蓋板形成液體通道垂直于成像系統(tǒng)軸線的第一通道壁面；通道基底的向內(nèi)部凹陷形成流體通道的第二通道壁面，以及平行于成像系統(tǒng)軸線的兩個(gè)側(cè)通道壁面；第一通道壁面、第二通道壁面與兩個(gè)側(cè)通道壁面形成流體通道；所述流體通道包括液體整流區(qū)、樣本輸入點(diǎn)、樣本引導(dǎo)區(qū)和粒子成像區(qū)； 所述液體整流區(qū)，具有正對(duì)著第二流體接口管的弧形壁面，能使作為外層液體的緩沖液進(jìn)入粒子成像室后充分減速并減少渦旋；所述樣本輸入點(diǎn)與第一通道壁面之間的距離為第一距離，樣本輸入點(diǎn)與第二通道壁面之間的距離為第二距離，所述第二距離不同于所述第一距離；所述樣本引導(dǎo)區(qū)，其第二通道壁面向第一通道壁面傾斜，使第二通道壁面與第一通道壁面之間的距離變??；所述粒子成像區(qū)，其第二通道壁面與第一通道壁面之間的距離0. Γ0. 4mm ； 第一流體接口管其出口位于所述樣本輸入點(diǎn)，從粒子成像室外連接到所述流體通道內(nèi)的樣本輸入點(diǎn)；第二流體接口管從粒子成像室外連接到所述流體通道內(nèi)的液體整流區(qū)；第三流體接口管從粒子成像室外連接到所述流體通道內(nèi)的粒子成像區(qū)。
本發(fā)明的一個(gè)重要方面是一種使樣本液體在外層緩沖液體包裹下流過流體通道， 并使樣本液位于流體通道的中心部分的方法，該方法包括第一通道壁面、第二通道壁面與兩個(gè)側(cè)通道壁面形成流體通道，該流體通道具有液體整流區(qū)、樣本輸入點(diǎn)、樣本引導(dǎo)區(qū)和粒子成像區(qū)；所述液體整流區(qū)，第一通道壁面與第二通道壁面距離較大，具有較大容積，能使作為外層液體的緩沖液進(jìn)入粒子成像室后充分減速，減少渦旋；所述樣本輸入點(diǎn)相距第一通道壁面具有第一距離，相距第二通道壁面具有第二距離，所述第二距離不同于所述第一距離；所述樣本引導(dǎo)區(qū)部分，第二通道壁面向第一通道壁面傾斜，引導(dǎo)樣本流入所述粒子成像區(qū)；所述粒子成像區(qū)，第一通道壁面與第二通道壁面距離很小。樣本液體在所述樣本輸入點(diǎn)處進(jìn)入流體通道，與外層緩沖液一起，在所述樣本引導(dǎo)區(qū)的引導(dǎo)下流到下游的粒子成像區(qū)，光學(xué)拍照系統(tǒng)在此處拍攝粒子的圖像。
本發(fā)明的有益效果結(jié)構(gòu)新穎，使粒子成像室的外層液體穩(wěn)定無漩渦，樣本液中的粒子在成像區(qū)通過時(shí)姿態(tài)穩(wěn)定，不會(huì)隨液體流動(dòng)而翻滾。


圖IA是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中沒有包括通道蓋板； 圖IB是圖IA的A-A剖視圖，圖中包括通道蓋板；圖2是小尺寸通道內(nèi)液體流速分布示意圖；圖3是樣本液體中的粒子在通道內(nèi)的姿態(tài)示意圖；圖4是對(duì)稱結(jié)構(gòu)粒子成像室的流速分布、樣本路徑示意圖；圖5是樣本輸入端處在通道中心的不對(duì)稱結(jié)構(gòu)粒子成像室的流速分布、樣本路徑示意圖；圖6是樣本輸入端不處在通道中心的不對(duì)稱結(jié)構(gòu)粒子成像室的流速分布、樣本路徑示意圖；圖7A是不對(duì)稱結(jié)構(gòu)、樣本輸入端處在通道中心的粒子成像室的樣本路徑的FLUENT仿真計(jì)算結(jié)果圖；圖7B是圖7A仿真計(jì)算結(jié)果的局部放大圖；圖8A是不對(duì)稱結(jié)構(gòu)、樣本輸入端不處在通道中心的粒子成像室的樣本路徑的FLUENT 仿真計(jì)算結(jié)果圖；圖8B是圖8A仿真計(jì)算結(jié)果的局部放大圖； 圖9A是緩沖液流速較低時(shí)液體整流區(qū)的流線示意圖； 圖9B是緩沖液流速較高時(shí)液體整流區(qū)的流線示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提出了一種粒子成像室，通過改變樣本輸入點(diǎn)與第一通道壁面和第二通道壁面的距離，使樣本液體流過樣本引導(dǎo)區(qū)后，在粒子成像區(qū)位于通道的中心位置，可使樣本中的粒子姿態(tài)穩(wěn)定，不會(huì)隨液體流動(dòng)而翻滾。
粒子成像室1的結(jié)構(gòu)如圖IA和圖IB所示。
通道蓋板2與通道基底4粘接，通道蓋板2形成液體通道垂直于成像系統(tǒng)軸線的第一通道壁面3 ；通道基底4的向內(nèi)部凹陷形成流體通道的第二通道壁面5，以及平行于成像系統(tǒng)軸線的兩個(gè)側(cè)通道壁面10 ；第一通道壁面、第二通道壁面與兩個(gè)側(cè)通道壁面形成流體通道9 ；所述流體通道9包括液體整流區(qū)9a、樣本輸入點(diǎn)％、樣本引導(dǎo)區(qū)9c和粒子成像區(qū)9d ； 所述液體整流區(qū)9a，具有正對(duì)著第二流體接口管11的弧形壁面，能使作為外層液體的緩沖液進(jìn)入粒子成像室后充分減速并減少渦旋；所述樣本輸入點(diǎn)9b與第一通道壁面3之間的距離為第一距離6，樣本輸入點(diǎn)9b與第二通道壁面5之間的距離為第二距離7，所述第二距離7不同于所述第一距離6 ；所述樣本弓I導(dǎo)區(qū)9c，其第二通道壁面5向第一通道壁面3傾斜，使第二通道壁面5與第一通道壁面3之間的距離變小；所述粒子成像區(qū)9d，其第二通道壁面5與第一通道壁面3之間的距離0. Γ0. 4mm,能使其中流過的樣本粒子處在顯微成像系統(tǒng)19的拍攝深度范圍內(nèi)；第一流體接口管8其出口位于所述樣本輸入點(diǎn)，從粒子成像室1外連接到所述流體通道9內(nèi)的樣本輸入點(diǎn)9b ；第二流體接口管11從粒子成像室1外連接到所述流體通道9內(nèi)的液體整流區(qū)9a ；第三流體接口管12從粒子成像室1外連接到所述流體通道9內(nèi)的粒子成像區(qū)9d ；閃光燈13、聚光鏡14組成了照明系統(tǒng)，物鏡15、輔助物鏡16、成像儀17組成了顯微成像系統(tǒng)，照明系統(tǒng)對(duì)粒子成像室1內(nèi)的粒子成像區(qū)9d進(jìn)行照明，顯微成像系統(tǒng)19對(duì)粒子成像區(qū)9d內(nèi)的樣本粒子拍攝照片。
對(duì)于粒子成像室內(nèi)的液體，保持平緩的層流狀態(tài)是很重要的。對(duì)于從小直徑管道流入大直徑通道這樣的口徑變化劇烈的地方，需要對(duì)速度較高的液體進(jìn)行緩沖，充分的減速。當(dāng)液體接口管流入的液體流速很大時(shí)，液體直接沖入通道中，會(huì)在通道孔徑變化處產(chǎn)生渦旋，并且局部的高流速會(huì)使得原本應(yīng)該包圍樣本液體并對(duì)樣本液體進(jìn)入光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的焦面位置進(jìn)行引導(dǎo)的外層液體不能正確引導(dǎo)樣本液體進(jìn)入光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的焦面位置。傳統(tǒng)做法是將此處通道加長(zhǎng)，使得緩沖液體充分減速后才包圍樣本液體。本發(fā)明的粒子成像室內(nèi)的液體整流區(qū)，具有一個(gè)容積比較大的空腔，且與液體接口管相對(duì)的壁面設(shè)置了一段圓弧形的緩沖面，用來對(duì)鞘液進(jìn)行緩沖。當(dāng)液體接口管流入的液體流速很大時(shí)，液體會(huì)直接沖擊到圓弧形的緩沖面，形成渦流的會(huì)被限制在此處容積較大的空腔內(nèi)，不會(huì)向下游移動(dòng)。圖 9顯示了液體流速較低和較高時(shí)液體整流區(qū)的流動(dòng)狀況，緩沖液流速較低時(shí)，液體整流區(qū)的流動(dòng)平穩(wěn)；緩沖液流速較高時(shí)，可以看出高速?zèng)_擊形成的渦流被限制在空腔內(nèi)，無法向下游移動(dòng)，保證了下游液體的穩(wěn)定。
本發(fā)明對(duì)粒子姿態(tài)翻滾的問題進(jìn)行了改進(jìn)。液體在運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于液體粘性的影響，與距離壁面近處的液體受到粘性力作用，流速較低，距離壁面越近，流速越低，貼緊壁面的地方流速降低到零。當(dāng)液體在通道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，兩側(cè)通道壁面之間的距離很小，液體夾在中間，受到兩側(cè)粘性力作用，使得液體在通道中心部分流速最高，兩側(cè)部分流速低于中心部分。根據(jù)流體力學(xué)的牛頓切應(yīng)力公式，可以計(jì)算得到液體流速與壁面距離之間的關(guān)系為二次函數(shù)。圖2顯示了小尺寸通道內(nèi)液體流動(dòng)速度與壁面距離的關(guān)系。待檢測(cè)的樣本粒子在流過尺寸很小的粒子成像區(qū)的時(shí)候，粒子周圍的液體流速不完全相同。若粒子在通道中心部分流動(dòng)，粒子所在的區(qū)域，周圍的速度大致相同，粒子會(huì)以進(jìn)入成像區(qū)時(shí)的姿態(tài)一直平移通過成像區(qū)；若粒子在通道中心部分的一側(cè)流動(dòng)，粒子所在的區(qū)域，周圍的速度不相同，靠近中心部分速度快，遠(yuǎn)離中心部分速度慢，粒子就會(huì)一直翻滾著通過成像區(qū)。如圖3所示為粒子通過成像區(qū)時(shí)的姿態(tài)。
不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的粒子成像室，與對(duì)稱結(jié)構(gòu)的區(qū)別就在于樣本引導(dǎo)區(qū)的不同，對(duì)稱結(jié)構(gòu)下，樣本引導(dǎo)區(qū)的兩個(gè)壁面相互向?qū)Ψ絻A斜，而不對(duì)稱結(jié)構(gòu)只有一個(gè)壁面向?qū)Ψ絻A斜，另一個(gè)壁面是平面。不對(duì)稱結(jié)構(gòu)加工工藝性更好，成本更低。
對(duì)于對(duì)稱結(jié)構(gòu)的粒子成像室，只要讓樣本輸入端在對(duì)稱線上，也就是通道的中心， 其很容易保證樣本粒子進(jìn)入成像區(qū)后處在通道的中心位置。如圖4所示，樣本輸入端到周圍壁面的距離Hl與H2相等，樣本輸入端周圍鞘液的流速Vl與V2相等，在對(duì)稱結(jié)構(gòu)的樣本引導(dǎo)區(qū)，鞘液的流速VI’與V2’也同樣相等，樣本進(jìn)入成像區(qū)后，自然處在通道的中心位置。
對(duì)于非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的粒子成像室，如果仍然將樣本輸入端放置在通道的中心位置， 并不能使樣本粒子進(jìn)入成像區(qū)后處在通道的中心位置，因?yàn)闃颖疽龑?dǎo)區(qū)結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱，使得液體在這里的行為并不完全等同與對(duì)稱結(jié)構(gòu)下的行為。如圖5所示，不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的粒子成像室，樣本輸入端到周圍壁面的距離H3與H4相等，樣本輸入端周圍鞘液的流速V3與V4 相等，但在不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的樣本引導(dǎo)區(qū)，鞘液的流速V3’與V4’由于結(jié)構(gòu)的影響而并不相同， 平面壁面附近的鞘液流速高，傾斜壁面附近的鞘液流速低，V3’大于V4’，導(dǎo)致的結(jié)果是靠近平面壁面的液體流量較大，對(duì)靠近傾斜壁面的液體產(chǎn)生一定的壓迫，使得原本位于通道中心的樣本液體被壓迫到靠近傾斜壁面，偏離了通道的中心。如圖7A、圖7B所示為這種結(jié)構(gòu)的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果，樣本液體并不在通道的中心位置。因此，對(duì)于不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的粒子成像室， 要使得樣本液體進(jìn)入成像區(qū)后處在通道的中心從而保證粒子不會(huì)翻滾，就不能采用樣本輸入端到周圍壁面的距離H3與H4相等的結(jié)構(gòu)。
改進(jìn)的結(jié)構(gòu)如6圖所示，樣本輸入端并沒有放置在通道的中心位置，其到周圍壁面的距離H5與H6不相等，距離平面壁面的距離H5小一些，距離傾斜壁面的距離H6要大一些。此時(shí)樣本輸入端周圍鞘液的流速V5與V6不相等，靠近平面壁面一側(cè)的流速V5小一些， 靠近傾斜壁面一側(cè)的流速V6大一些，靠近傾斜壁面一側(cè)的液體流量較大，對(duì)靠近平面壁面的液體產(chǎn)生一定的壓迫，使得樣本液體在此處向平面壁面一側(cè)靠攏。在樣本引導(dǎo)區(qū)，平面壁面附近的鞘液流速高，傾斜壁面附近的鞘液流速低，V5’大于V6’，使得靠近平面壁面的液體流量較大，對(duì)靠近傾斜壁面的液體產(chǎn)生一定的壓迫，使得原本靠近平面壁面的樣本液體向靠近傾斜壁面一側(cè)靠攏，也就是說，向通道中心處移動(dòng)。要使樣本液體通過樣本引導(dǎo)區(qū)進(jìn)入成像區(qū)后，正好位于通道的中心，就需要讓樣本引導(dǎo)區(qū)液體流速V5’大于V6’對(duì)樣本液體流通位置的影響和H5小于H6對(duì)樣本液體流通位置的影響相互抵消。樣本引導(dǎo)區(qū)的形狀、 表面粗糙度、液體的粘度等因素對(duì)樣本引導(dǎo)區(qū)液體流速V5’和V6’具有顯著影響。樣本引導(dǎo)區(qū)界面收縮越劇烈，V5’和V6’的差異就越大。對(duì)因此需要對(duì)粒子成像室內(nèi)液體流動(dòng)狀況進(jìn)行仿真計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，以確定H5、H6和樣本引導(dǎo)區(qū)的具體形狀。本發(fā)明進(jìn)行了大量的仿真計(jì)算，對(duì)粒子成像室的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了充分的仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)體實(shí)驗(yàn)。如圖8A、圖8B所示為本發(fā)明改進(jìn)結(jié)構(gòu)的粒子成像室內(nèi)樣本粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，樣本液體在粒子成像區(qū)處在通道中心處，姿態(tài)不發(fā)生翻轉(zhuǎn)。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，H5為3mm，H6為3. 5mm。
需要說明的是，作為外層液體所采用的緩沖液，其物理性質(zhì)與待測(cè)樣本相近，若采用了物理性質(zhì)與待測(cè)樣本相差很大的液體作為外層液體引導(dǎo)樣本，有可能會(huì)破壞樣本中的粒子，并使樣本液體進(jìn)入成像區(qū)后不能處在正確的位置。
本發(fā)明的粒子成像室，放置方向如圖1所示，其第二流體接口管連接流體通道的最上端，可以用于向外排放粒子成像室內(nèi)的氣體。
應(yīng)當(dāng)說明的是，本發(fā)明的粒子成像室，其放置方向并不嚴(yán)格要求，若進(jìn)行放置方向的變化，或?qū)α黧w接口管的位置進(jìn)行相應(yīng)變化，也在本專利的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種粒子成像室，其特征在于通道蓋板與通道基底粘接，通道蓋板形成液體通道垂直于成像系統(tǒng)軸線的第一通道壁面；通道基底的向內(nèi)部凹陷形成流體通道的第二通道壁面，以及平行于成像系統(tǒng)軸線的兩個(gè)側(cè)通道壁面；第一通道壁面、第二通道壁面與兩個(gè)側(cè)通道壁面形成流體通道；所述流體通道包括液體整流區(qū)、樣本輸入點(diǎn)、樣本引導(dǎo)區(qū)和粒子成像區(qū)； 所述液體整流區(qū)，具有正對(duì)著第二流體接口管的弧形壁面，能使作為外層液體的緩沖液進(jìn)入粒子成像室后充分減速并減少渦旋；所述樣本輸入點(diǎn)與第一通道壁面之間的距離為第一距離，樣本輸入點(diǎn)與第二通道壁面之間的距離為第二距離，所述第二距離不同于所述第一距離；所述樣本引導(dǎo)區(qū)，其第二通道壁面向第一通道壁面傾斜，使第二通道壁面與第一通道壁面之間的距離變??；所述粒子成像區(qū)，其第二通道壁面與第一通道壁面之間的距離ο. Γ0. 4mm ； 第一流體接口管其出口位于所述樣本輸入點(diǎn)，從粒子成像室外連接到所述流體通道內(nèi)的樣本輸入點(diǎn)；第二流體接口管從粒子成像室外連接到所述流體通道內(nèi)的液體整流區(qū)；第三流體接口管從粒子成像室外連接到所述流體通道內(nèi)的粒子成像區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種粒子成像室，屬于粒子分析儀的部件。通道蓋板與通道基底粘接，通道蓋板形成液體通道垂直于成像系統(tǒng)軸線的第一通道壁面；通道基底的向內(nèi)部凹陷形成流體通道的第二通道壁面，以及平行于成像系統(tǒng)軸線的兩個(gè)側(cè)通道壁面；第一通道壁面、第二通道壁面與兩個(gè)側(cè)通道壁面形成流體通道。有益效果是結(jié)構(gòu)新穎，使粒子成像室的外層液體穩(wěn)定無漩渦，樣本液中的粒子在成像區(qū)通過時(shí)姿態(tài)穩(wěn)定，不會(huì)隨液體流動(dòng)而翻滾。
文檔編號(hào)G01N15/14GK102507418SQ20111032770
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月26日
發(fā)明者宋潔, 沈繼楠, 牛振興 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春迪瑞醫(yī)療科技股份有限公司