用于流动型颗粒分析仪的双反馈真空流动技术

摘要

本发明涉及一种用于流动型颗粒分析仪的真空驱动流动系统。该系统包括真空泵，该真空泵在流动槽下游产生压力降，该压力降将包裹流体和样本流体抽过流动槽。可变阻力流动阻滞器构造成用以控制样本流体流量与包裹流体流量的比率。双反馈回路用来自动地控制系统，一个双反馈回路构造成用以响应跨过流动槽的压力降-该压力降称作动态压降，而调节真空泵功率；第二个双反馈回路构造成用以响应由真空泵相对于周围压力产生的压力降-该压力降称作静态压降，而调节真空泵功率。本发明能够在保持通过流动槽的恒定总流体流量的同时调节样本流体流量，并且还能够使系统暂停，而真空度不会有显著波动。

说明书

技术领域

本申请涉及用于在流体中的颗粒的分析的仪器、和它们的使用。

背景技术

流动型颗粒分析仪，如流动型血细胞计数器，是公知的分析工具， 这些分析工具在诸如光散射和荧光之类的光学参数的基础上、或通过 诸如阻抗之类的电性能，而实现颗粒的特征化。在流动型血细胞计数 器中，例如，在流体悬浮液中的颗粒，如分子、分析物约束珠、或各 个细胞，通过探测区域，在该探测区域中，颗粒暴露于典型地来自一 个或更多个激光器的激发光，并且颗粒的光散射和荧光性质被测量。 颗粒或其成分典型地用荧光染料标记，以方便探测，并且通过使用光 谱不同的荧光染料来标记不同颗粒或成分，可以同时探测多种不同颗 粒或成分。典型地，使用多种光探测器进行探测，一种光探测器用于 待探测的每种不同染料。流动型血细胞计数器和扫描型血细胞计数器 二者都可以从例如BD Biosciences（San,Jose,CA）购得。流动型血 细胞计数器的描述提供在Shapiro,2003,Practical Flow Cytometry, 4th ed.（John Wiley and Sons,Inc.Hoboken,NJ）中、和在其中引用 的参考文献中，它们全部都以参引方式并入本文。

在典型流动型血细胞计数器中，包含颗粒的样本流体由无颗粒的 包裹流体围绕，该无颗粒的包裹流体在通过探测区域时，形成与样本 流体同轴的环状流动，由此在流体流的中心中形成由无颗粒的包裹流 体围绕的、包含颗粒的样本流体的以流体动力方式集中的流动。典型 地，包裹流体与样本流体的比率很高，使样本流体只形成通过探测区 域的总流体流的小部分。

典型地，流动型血细胞计数器系统已经使用压力驱动流动技术实 施，在这种压力驱动流动技术中，在比环境压力大的压力下，将样本 流体和包裹流体提供给流动槽，该流动槽包含探测区域。通过改变在 样本管和/或包裹流体储器（该样本管和/或包裹流体储器将流体进给 到流动槽中）中的压力，实现通过压力驱动流动系统的流动槽的流量 变化。流经流动槽的包裹流体与样本流体的比率，既由在样本管和包 裹流体储器中的压力级支配，又由样本流体路径和包裹流体路径的阻 力的比率支配。

可选择地，流动型血细胞计数器系统已经使用真空驱动流动技术 实施，在该真空驱动流动技术中，真空泵将流动槽下游抽吸成真空， 并且样本流体和包裹流体保持在环境压力下。通过真空驱动流动系统 的流动槽的流量变化，借助于改变由真空泵抽吸的真空而实现；并且 流经流动槽的流体样本与包裹流体的比率，由样本流体路径和包裹流 体路径的阻力的比率而支配。

总体而言，压力驱动流动系统的设计因为对于元件（这些元件包 括管子、连接件以及密封件，这些管子、连接件以及密封件承受高系 统压力级）的需要，比真空驱动流动系统的设计复杂。相反，在真空 驱动流动型血细胞计数器系统中，对于样本管和包裹流体供给储器的 流动连接的设计大大地简化，因为它无需使用加压管子、连接件以及 密封件。加压样本管子的消除，进一步有利于辅助设备的设计，如自 动管子升降器和机器人样本装载器的设计。

美国专利No.5,395,588描述了一种用在流动型血细胞计数器中 的真空控制系统，该美国专利以参引方式并入本文。该系统包括真空 泵，该真空泵将来自敞开式供给储器的包裹流体抽过流动槽（其中发 生细胞分析），并且将流动槽流出物排放到敞开式废物储器中。通过 导管产生压降，该导管从供给储器引导到流动槽，这也将样本（该样 本包括颗粒(例如，细胞)悬浮液）从敞开式样本储器吸移到流动槽并 且吸移过流动槽。系统的流量通过监视在流动槽的出口处的真空度而 调节。联接到真空传感器上的控制回路，调节施加到真空泵马达上的 电功率，以在流动槽的出口处保持预定真空度。

发明内容

本发明提供一种用于流动型颗粒分析仪的改进式真空驱动流动 系统，在该改进式真空驱动流动系统中，紧在分析之前，由系统组合 两个或更多流体源，如样本流体和包裹流体，如在流动型血细胞计数 器中。

本发明的真空驱动流动系统，如在流动型血细胞计数器中使用的 那样，包括真空泵，该真空泵产生真空，该真空将来自包裹流储器的 包裹流体、和来自样本管的样本流体（该样本流体包括待分析的颗粒） 抽吸过流动槽，在该流动槽中进行颗粒的分析。将废弃流出物（该废 弃流出物是离开流动槽的样本流体和包裹流体的混合物）抽吸过泵， 并且排放到废物储器中。压力传感器（压力换能器）构造成用以测量 跨过流动槽的压降，这里称作动态压降。提供第一控制反馈回路，这 里称作动态控制反馈回路，该第一控制反馈回路能够通过响应测得的 动态压降以调节真空泵，而调节动态压降。

在一些优选实施例中，真空驱动流动系统还包括第二压力传感器 （压力换能器），该第二压力传感器构造成用以相对于环境压力测量 真空（该真空由真空泵抽吸成），这里称作静态压降。提供第二控制 反馈回路，这里称作静态控制反馈回路，该第二控制反馈回路能够通 过响应测得的静态压降以调节真空泵，而调节静态压降。控制回路允 许对第一动态或第二静态控制反馈回路加以选择，从而可以响应动态 压降或静态压降而调节真空泵马达。下面进一步描述两个反馈控制回 路的功能。

优选地，借助于调节提供给泵马达的电功率而调节真空泵，以控 制由泵抽吸的真空度。可选择地，可以使用一个或更多个可调节阀或 其它流动阻滞器（该一个或更多个可调节阀或其它流动阻滞器限制通 过泵的流体的流动）来调节真空泵，以控制抽吸的真空度。

在一些优选实施例中，本发明的真空驱动流动系统还包括在包裹 流体路径中的可变阻力流动阻滞器，该包裹流体路径定位在包裹流体 储器与流动槽之间。可以通过改变可变阻力流动阻滞器的阻力而调节 抽吸过流动槽的包裹流体和样本流体的相对比例。等效地，可以在保 持通过流动槽的恒定总流量的同时，借助于改变包裹流体路径的阻 力，而调节样本流体流量。

可选择地，本发明的真空驱动流动系统还包括在样本流体路径中 的可变阻力流动阻滞器，该样本流体路径定位在样本流体管与流动槽 之间。在样本流体路径中的可变阻力流动阻滞器也可以与在包裹流体 路径中的可变阻力流动阻滞器一道使用。总体而言，优选的是，使用 在包裹流体路径中的可变阻力流动阻滞器来控制样本流体与包裹流 体的比率。在一种典型流动型血细胞计数器中，包裹流体的流量的量 级是样本流体的流量的1,000倍（典型包裹流体流量的量级是毫升每 分钟;典型样本流体流量的量级是微升每分钟），并且更容易精确地 控制包裹流体的流量。

本发明的真空驱动流动系统的优点在于，可以在保持通过流动槽 的恒定总流量的同时，调节样本流体流量。使用第一（动态）反馈控 制环路调节真空泵的功率以提供恒定动态压降（该动态压降由第一压 力传感器测得），而将总流量保持恒定。相反，以前描述的流动型血 细胞计数器-它们使用真空驱动流动技术，如在美国专利No.5,395,588 中描述的那些，仅测量和控制静态压降。如果在流动槽上游的样本和 包裹路径的流动阻力是恒定的，则恒定静态压降才提供通过比色皿 （cuvette）的恒定流量。在仅监视静态压降的真空驱动流动系统中样 本流量的变化将会需要对静态压降进行彻底重新校准。

在本发明的一些实施例中，可变阻力流动阻滞器构造成用以提供 多个离散阻力水平。优选地，这通过提供替代性可选择式流体路径而 实现，每条流动路径具有不同的流动阻力。流体路径可以是导管（例 如，管段），这些导管具有不同的长度或直径。阀位于包裹流体路径 中，以允许从多条替代性流体路径中选择合意的流体路径。

在本发明的一些备选实施例中，可变阻力流动阻滞器是连续可变 化的。在一些优选实施例中，包裹流体路径包括导管，该导管包括至 少部分地可压缩的或可变形的材料，如塑料管段，并且将可调节压力 施加到管子的外侧上。施加到管子外侧上的压力的调节改变管子的直 径和/或形状，由此改变流动路径的横截面面积，并且伴随地改变管 子的流动阻力。

连续可变的可变阻力流动阻滞器可以包括一段管子，这段管子被 机械地压缩。例如，管子可以绕圆柱形支柱缠绕，并且在各块板之间 压缩，这些块板中至少有一块是可移动的，具有垂直于支柱的表面。 可选择地，连续可变的可变阻力流动阻滞器可以包括一段管子，这段 管子穿过压力腔室的内部，该压力腔室具有可调节的内部压力。可以 通过将腔室连接到可调节压力源上（如连接到压缩空气源上），或者 通过改变压力腔室的大小和/或形状（如通过机械手段），而调节压 力腔室的内部压力。

可变阻力流动阻滞器的阻力的调节放在使用伺服机构的自动控 制下，以实现阻力设置值的变化。

通过系统的样本和包裹流动可被暂停，以允许例如在每个样本分 析之后改变到新样本源。在本系统中，借助于关闭阀可以暂停流体的 流动，该阀位于在流动槽与泵之间的流体路径中。当这个阀关闭时， 动态压降下降到零，在动态压降与泵之间的动态反馈环路被停止，而 在静态压降与泵之间的静态反馈环路被致动。静态反馈环路能够在暂 停状态期间，将静态压降保持在恒定水平下，优选地将它保持在系统 的静态压降下，当在使系统暂停之前在运行状态下的时候（当在动态 反馈环路的控制下的时候），该静态压降存在。当通过流动槽的流体 流动被重新启动时，将泵的控制切换回动态反馈环路，该动态反馈环 路能够将跨过流动槽的流量重新建立和维持成与它在使系统暂停之 前相同的流量下，而无论在使系统暂停的时候，对可变阻力流动阻滞 器的阻力水平进行了任何变化。在反馈控制回路之间的这种切换，消 除了在运行和暂停状态之间的过渡期间真空度的巨大波动，同时对于 所有样本而言都保持了通过流动槽的恒定流量。

通过流动槽的恒定流量，或更具体地说，通过在流动槽内的比色 皿（在该比色皿中，发生细胞分析）的恒定流量，在多激光器流动型 血细胞计数器中特别重要。多激光器流动型血细胞计数器典型地具有 多个空间上分离的探测区域，颗粒在它们流过比色皿时通过这些探测 区域。为了匹配在各探测区域中的每一个区域中探测到的信号，从而 来自同一颗粒的所有信号都可被确定为来自该颗粒，必须确定从一个 探测区域到下一个的过渡时间。典型地，使用两激光器系统，在第一 探测区域中在用第一激光器激发后测得的信号保持在电子回路中，直 到已经测量到在第二探测区域中在用第二激光器激发后测得的信号， 并且然后将两个信号一起发送，以便进一步分析。在第一信号的到达 与第二信号的到达之间的时间-常常称作“激光器延迟”，取决于在各 探测区域之间的距离，并且取决于流量。类似地，在具有多于两个激 光器的多激光器系统中，来自同一颗粒的各信号中的每一个信号都被 存储，直到测得最后信号，并且然后将多个信号传递到下游电子装置， 以便进一步分析。本发明的真空驱动流动系统能够保持通过比色皿的 恒定流量，这可以保证恒定的激光器延迟，同时允许改变样本流量。

附图说明

图1提供来自典型流动型血细胞计数器的流动槽的元素的示意 图。在图1中的流体流动方向是从页面顶部向底部。

图2提供本发明的真空驱动流动系统的示意图。在图2中的流体 流动方向是从页面的底部向顶部，并且流动槽100表示在相对于其在 图1中的方位颠倒的方位中。

图3提供本发明的可变阻力流动阻滞器的示意图。可变阻力流动 阻滞器提供多个、可用阀选择的、离散的流动阻力水平。

图4a和4b提供本发明的连续可变阻力流动阻滞器的示意图。

图5提供本发明的连续可变阻力流动阻滞器的一个备选实施例 的示意图。

图6提供本发明的真空驱动流动系统的一个备选实施例的示意 图，该真空驱动流动系统具有在反馈回路控制下的连续可变阻力流动 阻滞器，该反馈回路响应样本流体流量而调节阻力，该样本流体流量 由在样本流体管线中的流量计所测得。

具体实施方式

为了清楚起见，提供如下定义。除非另有说明，全部术语如在本 技术领域中常见的那样使用。这里在上文和下文中引用的全部参考文 献以参引方式并入本文。

“流动型颗粒分析仪”这里用来指任何仪器，并且包括例如分析或 分类流动型血细胞计数器、血液分析仪以及细胞计数器，该仪器通过 使颗粒通过一个或更多个光学探测器，而分析在流动流体流中悬浮的 颗粒。流动型颗粒分析仪包含至少两个流体源，并且紧（just）在分 析之前，两种流体由系统组合。例如，本发明的流动型血细胞计数器 分析在样本流体中悬浮的颗粒，该样本流体由包裹流体用流体动力方 式集中。

包裹流体是指基本上没有颗粒的流体，这种流体用来围绕包含颗 粒的样本流体，以实现流体动力集中，如在流动型血细胞计数器中通 常实践的那样。

术语“压力传感器”、“压力换能器”、“真空传感器”、“真空换能 器”以及“换能器”在测量压力方面在这里都可互换地使用。

这里所使用的流动“管线”是指用来输送流体的流体导管或通道。 典型地，样本流体管线和包裹流体管线将主要包括管段，尽管管线可 以包括阀和另外的流动阻滞器。

压力传感器

典型压力传感器包括压敏电阻材料的膜片，该压敏电阻材料当响 应压力或真空级而挠曲时，产生成比例的电压。适当压力传感器在本 技术领域中是已知的，并且可购自例如Honeywell Corporation （Morristown,NJ）。例子包括Honeywell26PC和140PC系列差分 真空传感器和Sensym SDX压力传感器。

可变阻力流动阻滞器

在一些优选实施例中，本发明的真空驱动流动系统还包括可变阻 力流动阻滞器，该可变阻力流动阻滞器或者在样本管与流动槽之间的 样本流体路径中，或者在包裹流体储器与流动槽之间的包裹流体路径 位置中，或者在两者中。优选地，可变阻力流动阻滞器被结合到包裹 流体路径中，如下文例示的那样。可以通过改变可变阻力流动阻滞器 的阻力而调节抽吸过流动槽的包裹流体和样本流体的相对比例。由于 通过流动槽的总流量保持恒定，所以抽吸过流动槽的包裹流体和样本 流体的相对比例的调节也控制通过流动槽的样本流体流量。

优选地，可变阻力流动阻滞器是粘性支配节流器，该粘性支配节 流器促进平衡在粘性支配流体回路的其余部分中的压力。在一些优选 实施例中，粘性支配节流器是通过使用一段管子或类似导管而实现， 这段管子或类似导管具有基本上恒定的内径。对于给定粘度的流体的 阻力取决于导管的长度和内部横截面面积，并且将长度选择成用以提 供合意的阻力。相反，在单个点处简单地夹持管子、或使用阀（如针 阀）以提供流动限制，导致对流加速。尽管这提供可变阻力，但在粘 性支配系统中是较不合意的。由于温度对于粘度的影响，包括粘性支 配流动阻滞器的包裹流体管线的阻力的温度依赖性与样本流体管线 的阻力的温度依赖性相同。因而，样本流体管线和包裹流体管线阻力 的比率随温度的变化保持相同。相反，由于夹持是对流支配的，而且 阻力不是温度的函数，夹持型阻力的使用可能导致路径阻力的比率随 温度的变化而变化。

典型地，导管包括一段玻璃、塑料、或钢管。可以买到各种直径 的适当的管子。典型地，将直径选择成使得可以用方便长度的管子来 实现合意的流动阻力，并且然后通过修改管子的长度，将进行对于流 动阻力的微小调节。遵循这里的指导，将基于用途选择管子的直径和 长度。

可变阻力流动阻滞器可以提供在多个离散的阻力设置值之间的 选择。可选择地，可变阻力流动阻滞器可以提供连续可调节阻力。不 同可变阻力流动阻滞器的例子在下面和在附图中描述。

通过提供多个、可用阀选择的、并联的流体通道而提供可变阻力 流动阻滞器，这些可变阻力流动阻滞器优选地提供可选择的离散流动 阻力水平，每条流体通道提供不同的流动阻力。可变阻力流动阻滞器 的可选择总流动阻力水平作为整体，借助于对可选择内部流体通道的 那些适用于通过可变阻力流动阻滞器的流量加以选择而实现。

提供连续可变阻力的可变阻力流动阻滞器，优选地通过提供一段 至少部分地可压缩的或可变形的材料-如塑料管段、和用来将可调节 压力施加到管子的外侧上的装置，而实现。这样选择管子，从而未压 缩的管子提供合意的最低阻力水平。施加到管子的外侧上的压力的增 大将改变管子的直径和/或形状，由此增大流动阻力。

基于附图的描述

图1

图1描绘典型流动型血细胞计数器的元素的示意图，该典型流动 型血细胞计数器可用于本发明的流动系统。流动槽100包括流动槽腔 室106、样本进口端口108以及包裹流进口端口110。样本进口端口 108和包裹流进口端口110分别适于将包含颗粒的流体样本和无颗粒 的包裹流体提供到流动槽腔室106中。流动槽腔室106会聚到开口， 该开口与比色皿通道104相连，该比色皿通道104穿过比色皿102。

在使用中，将包含待分析颗粒的样本流体通过样本进口端口108 引入到流动槽100中，并且将无颗粒的包裹流体通过包裹流进口端口 110引入到流动槽中。流体通过比色皿通道104离开，并被引导到废 物储器（未示出）中。流动槽被设计为使得：当流体以对流加速方式 通过流动槽的会聚路径时，包裹流体形成与样本流体同轴的环形流 动，由此在流体流的中心中形成以流体动力方式集中的、包含颗粒的 样本流体，该包含颗粒的样本流体由无颗粒的包裹流体围绕。包括包 裹流体和样本流体的合并流体流束在这里称作“样本流束”、“流动流 束”或“颗粒流束”。

通过在探测区域120中将样本流暴露于来自一个或更多个激发 光源的激发光，并且使用一个或更多个光探测器（未示出）探测从探 测区域120发出的光，而对样本流内的颗粒进行光学分析。比色皿 102至少部分地由光学透明材料构成，以实现光学激发和探测。图1 描绘两个激发光源的使用。激发光源118发出第一光束，该第一光束 由透镜116聚焦到在探测区域120内的第一询问点处的样本流束上。 激发光源119发出第二光束，该第二光束由透镜116聚焦到在探测区 域120内的第二询问点处的样本流束上，其中，第二询问点在第一询 问点下游的一段距离122处。反射镜或分光镜117用来对第二光束加 以重新引导，使得它在询问点处基本上与第一光束平行。

典型地，对于多个激发光源中的每一个光源，存在多个探测器（未 示出），以探测从在样本流束中的颗粒发出的荧光，每个探测器构造 成用以探测在限定波长范围内的发出光。另外，另外的探测器定位成 探测：来自至少一个激发光源的激发光，该激发光由颗粒按相对于激 发光的较小角度散射，该激发光称作前向散射光；和由颗粒按对于激 发光几乎为直角散射的激发光，该激发光称作侧向散射光。用在流动 型颗粒分析仪中的适当光探测器包括例如光电倍增管（PMT）、雪崩 光电二极管、光电二极管、或任何其它适当光探测装置。

询问点的空间分离允许颗粒暴露于激发光的每一种，这些激发光 分别具有不同的波长。当颗粒穿过比色皿通道104运动时，它们首先 在第一询问点处暴露于来自激发光源118的激发光。颗粒然后运动到 第一询问点外，并且运动到第二询问点中，在该处，它们暴露于来自 激发光源119的激发光。颗粒从第一询问点运动到第二询问点所花费 的时间在这里称作“激光器延迟”。

激光器延迟是重要参数，该参数用来将从暴露于第一激发的颗粒 的发光得到的信号，与以后从暴露于第二激发的同一颗粒的发光得到 的信号以电子方式匹配，从而将信号全部识别为源于同一颗粒。对于 在各询问点之间的给定距离122，激光器延迟完全取决于通过比色皿 通道104的流量。至少因为这个原因，通过流动槽的流量在样本颗粒 的分析期间应该保持恒定。

可以通过分析试验颗粒（这些试验颗粒在每个询问点处是可探测 的）的样本，而测量通过流动槽的流量。对于每个颗粒，测量在从暴 露于第一激发光的颗粒的发光得到的信号、与从暴露于第二激发光的 颗粒的发光得到的信号之间的时间。由于在各询问点之间的距离122 可以由仪器的设计得知，所以在第一和第二信号之间的时间延迟能够 用来计算通过探测区域120的流量。可选择地，可以通过测量在规定 时间段上在流动槽下游的流体积累量，而测量流量。

图2

图2描绘本发明的流动系统的元素的示意图。系统真空由真空泵 211产生，该真空泵211将来自包裹流储器202的包裹流体、和来自 样本管201的待分析的包含颗粒的样本流体抽吸过流动槽100，在该 流动槽100中进行光学分析（光学器件未示出）。废弃流出物（该废 弃流出物是离开流动槽的样本与包裹流体的混合物）排放到废物储器 203中。

由真空泵211产生的真空脉动由蓄能器255减弱，该真空泵211 典型地是膜片型泵，该蓄能器255也称作脉动缓冲器。蓄能器可以是 密封筒罐，该密封筒罐具有内部容积，该内部容积是真空泵的行程容 积的多倍（例如，10至1000倍）。

换能器231测量由真空泵211产生的相对于大气压力的压降。这 个压降在这里称作“静态压降”。静态压降优选地从蓄能器255的内部 测量，从而得到稳定测量。

换能器231典型地由短管连接到蓄能器255上，从而在管中的压 力与在蓄能器中的压力相等。合意的是，在连接换能器231和蓄能器 255的管中包括放气孔（例如，将管的内部连接到外部空气的小孔）， 该放气孔在换能器附近，以允许由于在蓄能器中的真空抽吸，使少量 的空气被抽吸到管中并抽吸过该管。放气孔应该足够小，以使得通过 管的空气流量对于静态压降的测量的影响是微不足道的。在从小孔 （在换能器附近）向蓄能器的方向上通过管的微小空气流量防止任何 在蓄能器中可能存在的流体或泡沫进入管到换能器，这种进入会影响 测量的准确性。

换能器232测量跨过比色皿102的压降（从流动槽上游到蓄能器 255测量）。这个压降在这里称作“动态压降”。对于通过比色皿的给 定总流量，动态压降是恒定的。因而，可以借助于调节真空泵211的 功率以提供恒定动态压降，而保持通过比色皿的恒定总流量。

样本流体被抽吸过样本管线220，并且通过样本进口端口108（在 图1中示出）抽吸到流动槽100中。这整个样本路径具有流体阻力 R0。

包裹流体被抽吸过可变阻力流动阻滞器222，并且通过包裹流进 口端口110（在图1中示出）抽吸到流动槽100中。在一个优选实施 例中，可变阻力流动阻滞器的阻力可调节到多个离散的流动阻力设定 值。在另一个实施例中，可变阻力流动阻滞器的流动阻力在预定范围 上是连续可调节的。

抽吸到流动槽100中的样本流体和包裹流体的相对比例，取决于 样本管线流动阻力R0和可变阻力流动阻滞器222的流动阻力的比 率。因而，可以借助于调节可变阻力流动阻滞器222的流动阻力的流 动阻力，而控制样本流体与包裹流体的比率。如果通过流动槽的总流 量通过维持恒定动态压降而保持恒定，则可变阻力流动阻滞器222的 有效流动阻力的每次减少，都导致样本流体流量的减小和包裹流体流 量的增大。因而，可以在保持通过流动槽的恒定流量的同时，借助于 对可变阻力流动阻滞器222的总流动阻力的适当调节，而选择合意的 样本流量。

阀253能够完全切断流过流动槽的流体流动。暂停允许例如在每 个样本分析之后改变到新样本源。在本系统中，可以借助于将位于在 流动槽与泵之间的流体路径中的阀关闭，而暂停流体的流动。当这个 阀关闭时，动态压降下降到零，在动态压降与泵之间的第一反馈环路 被停止，而在静态压降与泵之间的第二反馈环路被致动。第二反馈环 路在暂停状态期间能够将静态压降维持在恒定水平，优选地维持系统 的静态压降，在使系统暂停之前在运行状态下的同时（在第一反馈环 路的控制下的同时），该静态压降存在。当通过流动槽的流体流动被 重新启动时，泵的控制被重新切换回第一反馈环路，这甚至在样本流 量的变化之后，也能够维持跨过流动槽的恒定流量。在各反馈控制回 路之间的这种切换，消除了在运行和暂停状态之间的过渡期间真空度 的巨大波动，同时对于所有样本维持通过流动槽的恒定流量。

阀251能够完全切断地包裹流体流动。阀251用来暂时停止包裹 流体流动、并且在样本管201连接到样本管线220以后暂时增大（“加 强”）样本流体流量，以便缩短将样本流体抽吸到流动槽100中所花 费的时间。当样本流体到达流动槽时，阀251打开，包裹流体的流动 建立以流体动力方式集中的流束，并且样本流体和包裹流体流量返回 到用于分析的合意流量。阀251和253优选将按协调方式被自动地控 制，从而在打开阀251之前的预定时间，可以打开阀253，以在打开 阀251之前，允许在流动槽中产生真空。

具有切换机构263的控制器261，控制在提供恒定动态压降的真 空泵211的功率的调节、与提供恒定静态压降的真空泵211的功率的 调节之间的切换。为了保持恒定动态压降，控制器将由换能器232测 得的动态压降与存储的合意动态压降P_D相比较。合意动态压降P_D在 仪器安装期间确定为动态压降，该动态压降提供通过流动槽的合意流 量。为了保持恒定静态压降，控制器将由换能器231测得的动态压降 与存储的合意静态压降P_S相比较。合意静态压降P_S是测得静态压降， 该测得静态压降与按通过流动槽的合意流量运行的仪器相对应，该合 意流量取决于可变阻力流动阻滞器的选定设置值。可以存储用于合意 静态压降P_S的多个值，每个值与可变阻力流动阻滞器的预定阻力设 置值相对应。可选择地，合意静态压降P_S可以在使系统暂停之前立 即被存储，并且系统按与紧在使系统暂停之前有效的可变阻力流动阻 滞器的阻力设置值相同的值重新启动。

优选地，将按协调方式提供压降反馈回路（通过控制器261）的 和阀251和253的自动控制。

流量传感器235定位在样本管线220上，以提供样本流体流量的 直接测量。适当高精度液体流量传感器和具有低到纳升（nanoliter） 每分钟的测量范围的液体流量计可从例如Sensirion Inc.（Westlake  Village,CA）买到。流量传感器235是选择性的，但有利于设置流动 系统。在仪器设置（系统校准）期间，调节可变阻力流动阻滞器222 的流动阻力，以提供包裹流体与样本流体的合意比率，并且流量传感 器提供所生成的样本流体流量的独立测量。可选择地，可以通过其它 装置，如通过分析包含已知浓度试验颗粒的样本，而测量样本流体的 流量。可以借助于测量试验颗粒的探测速率，而推导出在样本管线 220中的流量。

在仪器校准期间为得到合意样本流体流量的可变阻力流动阻滞 器222的流动阻力的调节可被自动化，如下文参照图6描述的那样。

图3

图3描绘可变阻力流动阻滞器的一个实施例的示意图，该可变阻 力流动阻滞器设计成用以提供流动阻力的可选择离散水平。在可变阻 力流动阻滞器内有多条并联流体通道，每一条提供不同的流动阻力， 并且可变阻力流动阻滞器的可选择总流动阻力水平作为整体，借助于 选择在各可选择内部流动通道中的哪些通道适用于流动通过可变阻 力阻滞器而实现。

可变阻力流动阻滞器320包含内部流体通道321、322以及323， 它们分别提供流动阻力R1、R2以及R2。如何在三条并联流体通道 中选择“哪些通道可以用于包裹流体流量”，由二通阀355（该二通阀 355控制通过流体通道322的流量）和二通阀356（该二通阀356控 制通过流体通道323的流量）加以控制。流体通道321对于包裹流体 流动始终是敞开的。可变阻力流动阻滞器320的最大阻力由通过单条 流体通道321的流动而提供，这借助于关闭两个阀356和355而选择。 打开阀的一个或另一个、或两者，提供与流体通道321并联的至少一 条流体通道，这减小通过可变阻力流动阻滞器320的总流动阻力。

尽管可变阻力流动阻滞器320包含三条内部流体通道，但将被清 楚理解的是，借助于使用多条可选择并联流体通道（这些多条可选择 并联流体通道每条具有限定流动阻力）和阀（这些阀实现流体通道的 选择），基本上可以实现任意数量的离散流动阻力水平。总体而言， 具有一组N个并联阻滞器的回路的等效阻力按如下与构成并联通道 的阻力值相关：

$\frac{1}{R}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}\frac{1}{R_1}$

其中，R是回路的等效阻力，每个R_i是并联通道I的阻力，而求 和是对于全部N条并联通道。

对于由阀356和355定义的可选择流体路径的每一条，通过并联 回路（该并联回路从内部流体通道321、322以及323分叉的点起， 直到这些内部流体通道重新接合）的可变阻力流动阻滞器320的等效 阻力在下面的表中给出。

流动阻滞器320的有效阻力

阀356 阀355 总阻力 关闭 关闭 R1 敞开 关闭 1/（1/R1+1/R2） 关闭 敞开 1/（1/R1+1/R3） 敞开 敞开 1/（1/R1+1/R2+1/R2）

可变阻力流动阻滞器320的有效流动阻力的每次减少，都导致流 过流动槽的包裹流体和样本流体的比率的增大。如果通过流动槽的总 流量借助于维持恒定动态压降而保持恒定，则可变阻力流动阻滞器 320的有效流动阻力的每次减少都导致样本流体流量的减小。因而， 可以在保持通过流动槽的恒定流量的同时，借助于对可变阻力流动阻 滞器的总流动阻力的适当调节，而选择合意的样本流量。

从包裹流储器202到流动槽100（在图2中示出）的总包裹流体 路径包括包裹流体管线324（该包裹流体管线324具有阻力R4）、 可变阻力流动阻滞器320以及包裹流体管线325（该包裹流体管线325 具有阻力R5）。包裹流体路径的总阻力是这三个元件的阻力之和：R 4+R5+可变阻力流动阻滞器320的阻力。典型地，可变阻力流动阻 滞器320将提供包裹流体路径的总阻力的大部分。

图4

图4a和4b描绘可变阻力流动阻滞器的一个可选择实施例的示意 图，其中，阻力是连续可变的。在这个实施例中，借助于压缩一段管 子，由此改变内径，而实现流体阻力的调节。

包裹流体管线421是可压缩管，如蠕动泵管。包裹流体管线421 的一段绕中央支柱464盘绕，并且定位在圆柱形基础外壳460内部。 在基础外壳中的孔允许管子进入和离开基础外壳，而不被夹住。圆形 顶部板464定位在基础外壳的顶部开口内部，从而形成圆柱形空腔， 该圆柱形空腔包含包裹流体管线421的线圈。顶部板462包含孔，该 孔允许中央支柱464延伸过顶部板462，从而顶部板可向下滑动到基 础外壳中。中央支柱在上部端部处制有螺纹，并且螺母466拧到中央 支柱的端部上。拧紧螺母，将顶部板462按压到包裹流体管线421的 线圈的顶部上，压缩包裹流体管线，并且增大流动阻力。

包裹流体管线421的流动阻力是连续可变的，借助于由螺母466 施加的力而控制，并且可以对于阻力变化加以精确控制。可以选择管 径和线圈的圈数，以提供对于具体用途要求的范围和控制。包裹流体 的流动路径非常简单，可被容易地冲洗以便清洁，而且没有内部边缘 或其它结构，这些内部边缘或其它结构可能收集细胞或颗粒。

将被清楚理解的是，可变阻力流动阻滞器的流动阻力的调节可以 是自动的，以提供流动阻力的远程控制。

图5

图5描绘可变阻力流动阻滞器的一个可选择实施例的示意图，其 中，阻力是连续可变的。包裹流体管线521是可压缩管，如蠕动泵管。 包裹流管线521穿过密封加压箱522，该密封加压箱522通过进口端 口525在压力下填充有气体或液体。在箱内的压力变化使包裹流管线 压缩，以改变流动阻力。

将被清楚理解的是，可变阻力流动阻滞器的流动阻力的调节可以 是自动的，以提供流动阻力的远程控制。

图6

图6描绘了一种自动反馈控制回路，该自动反馈控制回路用来自 动地调节样本流体流量，以在系统校准期间得到预选定的样本流体流 量。连续可变的可变阻力流动阻滞器622构造成用以使用伺服机构实 现流动阻力的调节。适当可变阻力流动阻滞器的例子如在图4中描绘 的那样，其中，螺母466使用伺服马达调节，或者如在图5中描绘的 那样，其中，压力源的调节在伺服马达的控制下。控制器661将由流 量传感器235测量的流量与存储的合意流量FR相比较，并且调节可 变阻力流动阻滞器622的流动阻力，直到测得的流量与合意流量FR 相匹配。

系统校准

总体而言，包含本发明的真空驱动流动技术的流动型颗粒分析仪 优选地使用如下步骤进行初始校准：

A.将可变流动阻滞器的阻力设置为任何方便设置值。因为保持通 过流动槽的合意流量所需的动态压降不依赖于连续可变流动阻滞器 的阻力，用作这个步骤的阻力设置不是关键的。

B.确定动态压降，该动态压降将得到通过流动槽的合意流量。将 动态压降的值存储，并且用在反馈控制系统中，以保持恒定动态压降。

C.调节可变流动阻滞器，以给出合意样本流量，同时保持动态压 降。样本流量优选地由关于样本流体管线共线（in-line with）的流量 计测量，如以上描述的那样。在使用离散值可变阻力流动阻滞器的实 施例中，在步骤（C）中对各个离散阻力水平中的每一个水平进行调 节，以得到各个合意样本流量中的每一个流量。优选地，记录与各个 样本流量中的每一个流量相对应的静态压降，以便在使系统暂停和重 新启动时使用。

例如，使用在图3中所描绘的离散值可变阻力流动阻滞器，可变 阻力流动阻滞器构造成，对于内部流体通道321、322以及323，初 始具有名义上长的管段。在阀356和355初始关闭从而包裹流体只通 过流体通道321行进的情况下，进行在步骤（C）中的调节。这将最 高阻力水平赋予包裹流体，该最高阻力水平与样本流体同包裹流体的 最高比率、和最大样本流体流量相对应。在保持动态压降的同时，借 助于例如改变管子的长度，而调节流体通道321，以得到合意的“高” 样本流量。然后，打开阀356，从而包裹流体并联地通过流体通道321 和322行进。这将减小的阻力水平赋予包裹流体，该减小的阻力水平 与减小的样本流体流量相对应。在保持动态压降的同时，调节流体通 道322，以给出合意的“中等”样本流量。然后，打开阀355，从而包 裹流体并联地通过流体通道321、322以及323行进。这将进一步减 小的阻力水平赋予包裹流体，该进一步减小的阻力水平与进一步减小 的样本流体流量相对应。在保持动态压降的同时，调节流体通道323， 以给出合意的“低”样本流量。将被清楚理解的是，尽管以上描述的设 置描述了三个离散流动阻力水平的设置，但两个阀的存在允许高达四 个离散流动阻力水平。

在使用连续可变的可变阻力流动阻滞器的实施例中，调节阻力水 平，同时保持动态压力降，直到得到合意的样本流量，优选地在自动 控制下。例如，使用在图6中所描绘的连续离散值可变流动阻力阻滞 器和控制反馈回路，响应测得的样本流量，自动地调节阻力，直到得 到合意流量。

暂停和重新启动系统

本发明的一个方面是一种用来使在流动型流体分析仪中的真空 驱动流动系统暂停的改进方法，当在运行和暂停状态之间切换时，该 改进方法有利于保持恒定的真空泵功率级。通过关闭阀253，可以使 通过流动槽的流体流动停止（即，使系统暂停）。为了避免由泵211 抽吸的真空度的波动，真空泵的控制优选地自动切换到静态压力反馈 环路，以将静态压降保持在恒定值，该恒定值紧在使流动暂停之前存 在。在系统正在运行的同时保持合意动态压降所需的真空泵功率级， 应该与一旦使系统暂停保持对应静态压降（在使系统暂停之前刚刚测 得）所需的功率级相等。刚刚在使流动暂停之前的静态压降，或者如 以上描述那样在仪器校准时确定，或者借助于在关闭阀253之前测量 静态压降而确定。

为了重新启动系统，打开阀253，允许真空泵211通过流动槽抽 真空。真空泵的控制优选地自动切换到动态压力反馈环路，并且调节 泵的功率，以将动态压降保持在安装时确定的值，以提供通过流动槽 的合意流量。

将例行地使系统暂停，以允许更换样本管。在重新启动时，来自 新样本管的样本流体在到达流动槽之前，将需要抽吸过样本流体管 线。合意的是，加快（加强）样本的这种初始流动，直到样本流体管 线充满来自新管的样本流体。最大样本流体流量借助于关闭阀251以 切断包裹流体流动而实现。当重新启动系统时，在打开阀251之前， 将阀253打开预定时间-该预定时间基于样本流体管线的流量和体积， 以便在打开阀251之前，允许在流动槽中产生真空，由此在打开阀 251之前，将样本流体抽过样本管线，并且抽入流动槽中。