ZS Cell Digitizer AD6 流式细胞仪系统技术说明书

中生(苏州)医疗仪器有限公司 ZS Cell Digitizer AD6 型流式细胞仪的系统级技术规格说明书,覆盖性能参数、光学/液流/电子/软件四大系统、8 块板件硬件架构、液流时序控制、维护维修全流程。

基本信息

项目内容
产品名称流式细胞仪
规格型号ZS Cell Digitizer AD6
生产厂家中生(苏州)医疗仪器有限公司
说明书版本2015-01
配套软件CyteCluster
产品定位台式便携流式细胞仪,4 荧光通道,手动上样
应用领域免疫学、肿瘤学、遗传学、病理学、临床检验

第 1 章:系统规格

1.1 性能指标

参数指标
荧光灵敏度PE ≤ 100 MESF,FITC ≤ 200 MESF
荧光线性度≥ 0.98
FSC 检测灵敏度≤ 1 μm
分辨率(CV值)≤ 2%(FSC 及所有荧光通道全峰宽)
散射光分群能力红细胞/血小板可分;白细胞三群(淋巴/单核/粒)可分
样本通量10000 个细胞/秒
携带污染率≤ 1%
仪器稳定性8 小时内 FSC 及所有荧光通道峰值波动 ≤ ±10%(环境温度变化 ≤ 设定 5%)

1.2 光学系统

  • 激光器:488nm 波长(单激光)
  • 荧光通道(4 色):
    • FL1:525/45 nm(FITC 等)
    • FL2:592/43 nm(PE 等)
    • FL3:692/40 nm(PE-Cy5.5 等)
    • FL4:785/62 nm(PE-Cy7 等)

1.3 流体系统

参数指标
最小样本量60 μL
样品速率(高/中/低)60 / 35 / 10 μL/min
鞘液速率10 mL/min
上样方式手动上样

1.4 电子系统

参数指标
动态范围> 10000
数字采样频率30 MSPS
每通道参数脉冲高度(H)、面积(A)、宽度(W)
通道数6 通道(FSC + SSC + FL1~FL4)
核心处理器FPGA

1.5 软件系统

项目规格
语言简体中文
操作系统Windows 7 32bit
CPU 最低Intel i3 @ 3.2GHz
内存最低4 GB
硬盘最低500 GB
接口2 个 USB 2.0 端口

1.6 安装规格

参数指标
主机尺寸470 × 460 × 290 mm(±10mm)
包装尺寸680 × 565 × 405 mm
主机重量25 kg
电源交流 220V,50Hz
输入功率90 VA
工作温度15℃ ~ 30℃
工作湿度30% ~ 75%
贮存温度不低于 4℃

第 2 章:系统安装

2.1 空间要求

  • 台面平整,有足够强度
  • 仪器后部需留出散热空间
  • 电源开关应易于操作

2.2 电器环境

  • 交流 220V / 50Hz,接地良好
  • 零地电压 ≤ 5V
  • 保险丝规格:T2AL250VP
  • ⚠️ 不正确接地可能导致触电及仪器损坏

2.3 温湿度要求

  • 室内使用,环境无尘、无腐蚀/可燃气体、无机械震动、无强电磁干扰
  • 避免阳光直射、避免气流直吹
  • 工作温度 15℃~30℃,湿度 30%~75%

2.4 装机流程(18 步)

  1. 确认场地和环境满足要求
  2. 开箱验收
  3. 设备就位
  4. 安装电脑,连接 USB 和电源线
  5. 加满鞘液(去离子水)和清洗液,连接废液桶/鞘液桶/清洗瓶
  6. 开总电源 → 开激光开关 → 预热 15 分钟
  7. 开计算机
  8. 安装 CyteCluster 软件
  9. 启动软件
  10. 鞘液上样
  11. “开关机”清洗
  12. 排气泡
  13. 八峰小球校准上样
  14. 调试校准,生成校准报告
  15. 鞘液上样 → 开关机自动清洗
  16. 关软件 → 关激光 → 关总电源 → 关计算机
  17. 培训确认(日常测试 / 调试校准 / 维护 / 进样针更换 / 废液处理)

第 3 章:整机概述

3.1 工作原理

流式细胞仪通过对悬液中细胞/颗粒的物理和生化特性进行快速测量。

  • 488nm 激光照射流动室中的单列细胞
  • 产生散射光(FSC/SSC)和荧光信号
  • 荧光经分光系统分到 4 个荧光通道
  • 探测器(6 通道:FSC+SSC+FL1~FL4)将光信号转为电信号
  • ADC 采样 → FPGA 处理 → USB 上传计算机
  • 软件进行设门、统计、分析

系统工作流程:

  1. 开总电源 → 开激光器 → 预热 15 min
  2. 开计算机 → 开软件(先开仪器后开软件,顺序不可颠倒)
  3. 确认鞘液八分满(2L 桶)、废液桶清空 + 加 100mL 漂白水
  4. 鞘液上样 → 开关机自动清洗(约 12 min)
  5. 排气泡(约 2 min)
  6. 待测样品上样 → 设置阈值/增益/流速 → 预采样调参
  7. 正式采样 → 保存数据 → 设门分析
  8. 同一样品可重复采样;不同样品间执行实验间清洗
  9. 全部完成后执行开关机清洗
  10. 关软件 → 关仪器 → 关计算机

3.2 四大系统构成

3.2.1 液流系统

核心构件:流动室(鞘液入口 + 空气入口 + 进样口 + 废液出口)

五大液流功能:

功能总耗时核心动作
测量—电磁阀 2、3 开;鞘液泵 + 样品泵运行
实验间清洗2 min样品泵正转 1 min → 反转反冲 1 min;鞘液泵全程开启
开关机清洗12 min6 阶段:清洗泵反冲 5 min → 样品泵正转+空气泵 20s → 电磁阀切换 10s → 鞘液启动 20s → 电磁阀切换 30s → 终冲洗 5 min
排气泡2 min7 阶段:样品泵反转+鞘液 20s → 阀4 开停泵 6s → 空气泵+阀5 20s → 阀切换 10s → 样品泵正转 10s → 鞘液启动 20s → 阀切换 30s
月清洗1 小时6 阶段:深度反冲 30 min → 正转+空气泵 20s → 阀切换 10s → 鞘液启动 20s → 阀切换 30s → 终冲洗 30 min

管路组成:

  • 样品管路:进样针 + 样品泵 + 样品喷管
  • 鞘液管路:鞘液桶 + 鞘液泵 + 滤芯 + 电磁阀 2
  • 废液管路:废液桶 + 电磁阀 3
  • 清洗管路:清洗桶 + 电磁阀 + 清洗泵 + 单向阀
  • 空气管路:空气泵 + 电磁阀 4/5

泵阀清单:5 个电磁阀(SV1~SV5)+ 4 个泵(样品泵/鞘液泵/空气泵/清洗泵)

3.2.2 光学系统

分为 光源光斑整形系统 和 荧光分光系统 两部分。

光斑整形系统:

  • 激光器 → 反射镜 → 柱透镜 f=80mm → 柱透镜 f=10mm
  • 将圆形光斑整形成椭圆光斑(流式细胞仪探测区标准配置)

荧光分光系统:

  • 荧光收集镜 → 二向色镜 ×2 → 干涉滤光片 ×3 → 透镜 ×3 → 探测器 ×3
  • 产生 4 个荧光通道(FL1~FL4)

3.2.3 电子系统概述

核心架构:FPGA 为数据采集与仪器控制核心

  • 上行链路:探测器 → ADC → FPGA(数字信号处理)→ USB → 计算机
  • 下行链路:计算机 → USB → FPGA → DAC + 液流控制板 → 泵速/偏压等参数控制
  • 6 通道信号:FSC + SSC + FL1~FL4,每通道 H/A/W 三个参数

第 4 章:板件功能概述

共 8 块电路板:电源、主控板、液流控制板、液流转接板、总电源转接板、探测器电源转接板、探测器板、高压电路板。

4.1 电源

  • 明纬基板型开关电源
  • 输入:AC 220V / 50Hz
  • 输出:+5V/6A、-5V/1A、+12V/3A
  • 供电分配:主控板 +5V;六路探测器 ±5V;液流控制板 +12V

4.2 主控板

四大功能模块:

  1. FPGA:核心控制 + 数据处理
  2. ADC 数据采集:六通道同步采集(FSC+SSC+FL1~FL4)
  3. DAC 增益控制:控制各探测器增益电压
  4. USB 通信:与计算机双向通信

主控板 ↔ 液流控制板通讯:4 位数据总线

4.3 液流控制板

  • 核心:单片机(接收 FPGA 控制信号,解析后控制电磁阀和电机)
  • 电磁阀驱动:+12V 供电,三极管控制通断,每路独立
  • 泵速控制:单片机 → SPI → DAC → 电平幅值 → 泵驱动电路 → 转速控制
  • 样品泵正反转:继电器切换,接通反转/断开正转
  • 电源需求:+12V(驱动)、+5V(DAC)、+3.3V(单片机);+12V 输入,板上逐级转换

4.4 高压电路板

  • 输出 +200V 直流偏置电压给探测器
  • DC-DC 模块 + 外围电路

4.5 探测器电路板

  • 组成:探测器 + 放大单元 + 滤波单元 + 偏置单元
  • +200V 偏置(来自高压板)
  • 光信号 → 电信号 → 放大 → 输出到主控板 ADC
  • 主控板通过 DAC 控制探测器增益

4.6 总电源转接板

  • 各供电单元的分配接口
  • 关键接口:FPGA 电源(+5V)、高压电源(HV)、激光器开关(LASER)、探测器电源(SENSOR ±5V)、液流控制板(WASHINGSYS +12V)、散热风扇 ×2

4.7 探测器电源转接板

  • 六路探测器供电分配(P1=FSC, P2=SSC, P3=FL1, P4=FL2, P5=FL3, P6=FL4)
  • 输入:总电源转接板 SENSOR(±5V)+ 高压电源(+200V HV)

4.8 液流转接板

液流系统电磁阀和泵的电源+控制信号分配:

信号组电压控制对象
电磁阀 F1~F5+12V 使能电磁阀 1~5
空气泵 PAir+12V 使能空气泵
清洗泵 PWash+12V 使能清洗泵
鞘液泵 PSH + SSH+12V 使能 + 0~+2V 速度鞘液泵
样品泵 PSA + SSA+12V 使能 + -1V~+1V 速度样品泵

第 5 章:软件系统(CyteCluster)

5.1 运行环境

类别要求
硬件i3 + 4G + 500G + 2×USB2.0
OSWindows 7 32bit
USB 驱动CyAPI

5.2 系统设计

功能模块(4 大类)

(1) 文件管理

  • 文件目录浏览、打开文件(菜单/右键)、保存数据文件

(2) 数据采集

  • 参数设置:通道阈值、通道增益、鞘液流速、样品流速
  • 清洗/排气功能
  • 采样控制:试采样(不保存)、正式采集(保存)、停止(手动/倒计时/计数条件)

(3) 系统状态

  • 细胞采集个数统计、USB 连接状态监控

(4) 数据分析与统计

  • 工具栏:新建实验、保存数据、导出 PDF、显示/隐藏统计报告(总个数/个数比/CV/均值/中位数)、方格布局、荧光补偿
  • 绘图:散点图(线性/log)、直方图(线性/log)
  • 设门:散点图支持矩形/椭圆/十字/多边形;直方图支持竖线设门

物理架构

控制台计算机 ←USB→ 主控板(FPGA) ←→ 流式细胞仪硬件

工作流程:软件发配置 → 主控板确认 → 调参实时更新 → 开始采集 → 数据上传 → 存储+显示+设门统计

软件架构(五层)

层级组成
应用层文件管理、数据采集、系统状态、数据分析与统计
业务层细胞数据缓冲区、数据表管理
接口层命令接口、监听接口、文件接口
数据通信层USB 驱动(CyAPI,硬件供应商提供)
物理层主控板(FPGA)

数据流程

  • 实时采集 + 数据显示处理并行运行
  • 采集存储与快速统计绘图同时进行

第 6 章:维护与维修

6.1 维护

日常维护(每日):

  1. 检查进样针是否污染
  2. 检查废液罐,及时清理
  3. 检查鞘液罐容量,及时补充

定期维护:

  1. 滤芯更换:每 3 个月更换鞘液滤芯(拆 4 颗 M6 螺钉 → 换滤芯 → 装回)
  2. 管路更换:快插接头,按压弹片拔出旧管,插入新管松手即可
  3. 清洁仪器表面灰尘
  4. 长时间不用排空液路
  5. 每月执行一次月清洗程序(1 小时深度清洗)

6.2 维修

拆卸进样针(5 步): 关电源 → 开上盖拆避光罩 → 拨样品泵管 → 拧松紧固接头 → 轻轻拆下进样针

安装进样针(6 步): 插入紧固接头 → 插入紧固块 → 接样品泵管 → 调上下位置 → 拧紧紧固接头 → 装回避光罩和上盖

清洗堵塞进样针: 拆下进样针 → φ0.2mm 不锈钢针疏通 → 装回 → 开机清洗


关键技术点提炼

  1. FPGA 为核心的电子架构:6 通道 30MSPS 采样 + 实时数字信号处理 + USB 高速上传 + 下位机控制,典型的医疗仪器嵌入式架构
  2. 液流时序精密控制:5 大液流功能各自有精确的多阶段泵阀时序表,开关机清洗 12 分钟 6 阶段,排气泡 2 分钟 7 阶段——体现流式细胞仪液路控制的复杂度
  3. 5 阀 4 泵液路系统:通过电磁阀组合实现测量/清洗/排气/月清洗等多种模式,样品泵正反转支持反冲清洗
  4. 4 色荧光 + 2 散射光:标准的 6 通道配置,488nm 单激光激发,覆盖 FITC/PE/PE-Cy5.5/PE-Cy7 经典组合
  5. 五层软件架构:应用层/业务层/接口层/数据通信层/物理层,与 CyteCluster流式细胞仪软件概要设计规格说明书-v2.0.1-刘兆邦 中的架构描述一致
  6. 便携台式设计:25kg、470×460×290mm,鞘液/废液桶外置,适合中小实验室

关联笔记