全自动离心流程示意图 - 双激光流式细胞仪

来源:流式细胞仪系列项目 - 全自动双激光流式子目录 Visio 流程图,14 页,涵盖样本处理、离心、静置、测量、取放杯等全流程时序分析与性能估算。

一、系统模块组成

模块功能说明
样本架存放待测样本
机械臂取放样本、试剂、反应杯
转盘反应杯载台,多工位调度
离心离心机(双离心过程设计)
进样/液路/测量流式检测单元
抗体位 / 溶血位 / 试剂位 / PBS位 / 反应杯位各试剂与耗材工位

二、核心过程分解

1. 样本处理过程

定义:综合利用机械臂、转盘、样本架等模块,实现对样本、试剂的混合反应过程。 同时占用:样本架 + 机械臂 + 转盘 三个模块。

完整步骤(212秒版):

步骤动作耗时
1取样本架14s
2样本架上样3s
3取样退回9s
4至抗体位3s
5取抗体8s
6取样本9s
7至溶血位3s
8加抗体7s
9至反应杯位3s
10加样本8s
11清洗(试剂针20 + 取样针20)20s
12取溶血剂8s
13吸吐混匀-
14加溶血剂7s
15吸吐混匀10s
16清洗(取试剂针)20s
17开始静置-
18吸上清液10s
19清洗(取试剂针)20s
20取PBS8s
21放PBS7s
总耗时~212秒

简化版(113秒版):与上述不同在于吸上清液等操作的处理方式,总耗时约113秒(近似120秒)。

设计要点:如果离心做6分钟(360秒),刚好可以并行完成3个样本处理过程。

2. 取放杯处理过程

定义:综合利用机械臂、转盘、离心机等模块,实现将反应杯从转盘转移到离心机或反过程。

  • 一次处理:1 × 2 × 2 = 4个取放杯过程
  • 操作原则:逆序操作 —— 先从离心机取杯,再放入新杯

单个取放杯耗时(68秒):

步骤动作耗时
1至反应杯位3s
2取反应杯7s
3至反应杯位(走位)2s
4放反应杯6s
5至反应杯位3s
6(离心机复位)6s
…(含转盘→离心→转盘往返)…
单个总耗时68秒

完整三次取放杯(含离心后处理,363秒):

  • 从转盘取出到离心:~16s
  • 离心后处理过程(离心机上):~50s
  • 从离心取出到转盘:~15s
  • 离心后处理过程(转盘上):~48s
  • 单个过程执行三次 + 离心机复位:(53 + 16 + 50) × 3 + 6 = 363秒

3. 离心过程

  • 离心过程1:300秒(5分钟)/ 或 360秒(6分钟版本)
  • 离心过程2:300秒(5分钟)/ 或 360秒(6分钟版本)
  • 离心机复位:6秒

4. 静置处理过程

静置阶段含操作:

  • 取上清液 10s + 清洗试剂针 20s
  • 取PBS + 加PBS(约15s)
  • 静置等待时间

5. 测量过程

步骤动作耗时
1至进样位2s
2吸样7s
3至清洗位3s
4进样120s
5测量120s
6清洗12/49s
单样本测量~300秒

预留转盘调度时间:10s


三、全流程时序(单样本完整周期)

版本一:212秒样本处理 + 双离心

样本处理(212s) → 离心过程1(300s) → 静置1 → 取放杯(68s) → 静置2
→ 离心过程2(300s) → 取放杯(68s) → 测量(300s)

版本二:113秒样本处理 + 6分钟离心(优化版)

样本处理(120s) → 离心过程1(360s) → 取放杯(363s)
→ 离心过程2(360s) → 测量(180s)

一个周期:360 + 363 = 723秒


四、通量分析与性能估算

方案A(未优化,20样本)

  • 20个样本,23个周期
  • 总耗时:23 × 368 + 600 = 9064秒(约2.5小时)
  • 平均:453.2秒/样本

方案B(优化后,40样本)

  • 40个样本,2个轮回
  • 未优化:11660 × 2 = 23320秒(6.5小时),平均583秒
  • 优化后:6000 × 3 = 18000秒(5小时),平均450秒

方案C(66样本大容量)

  • 66个样本,4个轮回
  • 未优化:11660 × 4 = 46640秒(13小时),平均707秒
  • 优化后:6000 × 5 = 30000秒(8.3小时),平均454秒

方案D(测量180秒版本,42样本)

  • 42个样本,14个周期
  • 总耗时:723 × 17 + 600 + 28 × 300 = 21291秒(约6小时)
  • 平均:507秒/样本

不含测量时间的基准

  • 总时长:5660秒(20样本基准)
  • 平均:283秒/样本

五、设计原则与关键洞察

  1. 流水线并行:样本处理与离心、测量可并行进行,通过转盘调度实现多模块同时工作
  2. 逆序取放杯:取放杯操作必须逆序——先取出离心机中已完成的杯子,再放入新杯,避免冲突
  3. 模块不互占原则:过程分解的依据是”组合模块之间不互相占用”,确保流水线各阶段无资源冲突
  4. 离心时间匹配:6分钟(360秒)离心 ≈ 3个样本处理过程(120秒×3),实现节拍对齐
  5. 双离心设计:两次离心+中间静置洗提,用于特定检测方案(如细胞内染色)
  6. 测量为瓶颈:单样本测量300秒,是流水线中最长的单步,优化测量速度可显著提升通量

六、关联笔记