专利笔记：一种小型模块化多色流式细胞分析仪（CN106769810A）
- 申请号：201710003479.8，申请日 2017-01-04，公开日 2017-05-31
- 申请人：上海厦泰生物科技有限公司（发明人：蒋文斌、埃里克·蔡斯、大卫·福瑞、严明）
- 分类号：G01N 15/14
- 类型：发明专利申请（申请公开，权利要求 2 页 + 说明书 8 页 + 附图 3 页）
核心发明点：用”光纤 + 衍射光栅 + 探测器阵列”取代”滤光片 + 单PMT”
传统流式细胞仪靠反射镜+滤光片把不同波长荧光分到固定通道，每个颜色一套光路，体积随颜色数线性膨胀。本专利的光路：
- 三波长半导体激光器（405/488/640nm）经光束整形器+反射镜，近似共线（略有偏移）射入流动室；
- 采集透镜（11.5 倍，对液流侧 NA≈1.3，对光纤侧 NA≈0.12）收集离轴散射光与荧光；
- 双色分光镜把侧向散射光引到 SSC 探测器，荧光聚到光纤输入端；
- 光纤组件（纤芯 400-800μm，NA≥0.10）把荧光灵活传输到系统任意位置；
- 衍射光栅把荧光色散成光谱，直接聚焦到 PCB 上的光电探测器阵列（PMT 阵列/APD），每阵列 2 组 x 8 通道共 16 通道；
- 每通道跨阻放大器（跨阻偏置电压可调增益）→ ADC 差分采样（通道间加 EMI 屏蔽）。
由于色散元件取代固定波长滤光片，可支持的荧光颜色数几乎只受染料种类限制：单激光可激发检测 10+ 色，三激光 20+ 色，权利要求极限写到 50 色、正面宽度 ≤550mm（实施例整机 520W x 530H x 500D mm，标准 72 英寸实验台可并排放 3 台）。
关键工程参数
| 项 | 数值 |
|---|---|
| 激光功率 | 405nm >30mW；488/640nm >20mW，恒流恒温驱动 |
| 聚焦光斑 | 横向 50-80μm，顺流方向 5-20μm |
| 光纤 | 纤芯 ≤800μm（优选 600μm，NA≈0.12），输出端可缩至 100-300μm 匹配小面探测器 |
| 光栅 | ≥200nm 平坦衍射效率，优选 350-850nm 内 400nm 平坦 |
| 双光栅方案 | 双色分光镜分 350-600nm / 600-850nm 两段，各光栅光谱范围减半 |
| 通道数 | 3 光栅 x 8/16 通道 = 24 或 48 通道 |
| 采集电子 | 荧光 16-bit ADC，FSC 12-bit；1 主板 + 5 从板插卡座（250x183x117mm） |
| 电源 | 3 路低噪声模拟电源（信号链）+ 1 通用电源（数字/液流/机械） |
小型化的其他手段
- 光学板组件：激光、液流、光路集成在一块光学板上；
- 光路偏移设计：三束激光故意略偏移，使三个光纤输入端能分别收集不同激光激发的荧光（也可共用一个光栅，靠数据运算分离——硬件简单但软件复杂，值得注意的取舍）；
- 液流前置：液流组件和鞘液/废液穿板接口全放机前，缩短管路、把液体与怕潮电子隔离，模块可拆维护；
- SIT 试样注入管组件让样品台与手动进样口共用空间；样品台用 x-级电机代替 x-y 双轴；
- 节能低噪元件 + 差分信号 EMI 屏蔽，利于医疗环境与其他救生仪器共存。
对我方的启示（临床质谱/流式自研视角）
- 光栅色散 + 线性探测器阵列的”光谱型”流式光路，是多色化的低成本路线，与固定滤光片”成像型”路线的取舍值得对比：前者灵活但需光谱解混算法，后者通道固化但信号链简单。
- 光纤传输把”探测点”从光路中解放出来，是整机小型化的关键杠杆——同类思路可见 共聚焦光谱标定数据-Bin0318版 中的波长-探测器标定问题：光谱仪结构必然引入波长-像素标定需求。
- 近似共线多激光 + 空间分辨收集，规避了激光合束器，成本低。
关联
- 专利族线索：同目录还有 CN201510986754（流式荧光检测器）、CN201720177872（流式细胞检测硬件架构）等申请，多为国内流式仪器厂商布局。
- 同类产品文档互见：流式细胞仪用户软件9月计划、基于金属荧光双重免疫标记高通量细胞亚群精准分析装置项目建议（ZS-AD6/AE7S 系列为同类产品的注册/研发文档）。
（原文为扫描版 PDF，15 页，PP-OCRv6 全文识别，个别附图标号 OCR 有误读但不影响技术方案理解。）