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）
- 确认场地和环境满足要求
- 开箱验收
- 设备就位
- 安装电脑，连接 USB 和电源线
- 加满鞘液（去离子水）和清洗液，连接废液桶/鞘液桶/清洗瓶
- 开总电源 → 开激光开关 → 预热 15 分钟
- 开计算机
- 安装 CyteCluster 软件
- 启动软件
- 鞘液上样
- “开关机”清洗
- 排气泡
- 八峰小球校准上样
- 调试校准，生成校准报告
- 鞘液上样 → 开关机自动清洗
- 关软件 → 关激光 → 关总电源 → 关计算机
- 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：
- 开总电源 → 开激光器 → 预热 15 min
- 开计算机 → 开软件（先开仪器后开软件，顺序不可颠倒）
- 确认鞘液八分满（2L 桶）、废液桶清空 + 加 100mL 漂白水
- 鞘液上样 → 开关机自动清洗（约 12 min）
- 排气泡（约 2 min）
- 待测样品上样 → 设置阈值/增益/流速 → 预采样调参
- 正式采样 → 保存数据 → 设门分析
- 同一样品可重复采样；不同样品间执行实验间清洗
- 全部完成后执行开关机清洗
- 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 min | 6 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 min | 7 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：
- FPGA：核心控制 + 数据处理
- ADC 数据采集：六通道同步采集（FSC+SSC+FL1~FL4）
- DAC 增益控制：控制各探测器增益电压
- 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 |
| OS | Windows 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）：
- 检查进样针是否污染
- 检查废液罐，及时清理
- 检查鞘液罐容量，及时补充
定期维护：
- 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）
- 管路更换：快插接头，按压弹片拔出旧管，插入新管松手即可
- 清洁仪器表面灰尘
- 长时间不用排空液路
- 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
- 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
- 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
- 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 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
- 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
- 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
- CyteCluster流式细胞仪软件概要设计规格说明书-v2.0.1-刘兆邦 — 同系列软件设计文档，五层架构一致
- CyteCluster流式细胞仪软件详细设计说明书-v2.0-刘兆邦 — 软件详细设计
- CyteCluster流式细胞仪软件需求分析说明书-v2.3.1-刘兆邦 — 软件需求
- CyteCluster流式细胞仪软件用户手册-需求分析附录-刘兆邦 — 用户手册
- 流式细胞仪详细设计说明书-CLFCS-V1.0 — C-Light 流式细胞仪系统设计
- 流式细胞仪通讯协议说明书-V1.0 — 串口通信协议
- FCS 3.1 流式细胞术数据文件标准 — FCS 数据格式标准