細胞治療是未來醫(yī)學的三大支柱之一，全球流式細胞儀市場正以健康的速度增長。根據(jù)市場研究報告，預計2022年全球流式細胞儀的市場將達到70億美元。技術(shù)型分銷商Excelpoint世健邀請到行業(yè)資深工程師錢工給大家分享實戰(zhàn)經(jīng)驗——流式細胞分析儀硬件設計方案。

01

概述

流式細胞分析儀是利用流式細胞技術(shù)進行單細胞定量分析和分選的醫(yī)用體外診斷設備。流式細胞技術(shù)是免疫細胞化學技術(shù)、流體力學技術(shù)、激光光學、電子和計算科學等綜合的高技術(shù)產(chǎn)物。流式細胞分析儀主要由光學系統(tǒng)、液路系統(tǒng)、信號檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸分析系統(tǒng)等組成，具有高速、高精度、高準確性等優(yōu)點，是當代最先進的細胞定量分析儀器。

02

硬件層面的設計考慮及要點

流式細胞分析儀系統(tǒng)集成較復雜，包括流體控制系統(tǒng)（控制樣本移動及廢液排放）、光學系統(tǒng)（光源及光信號接收檢測）、電信號處理系統(tǒng)（光電信號轉(zhuǎn)換及電信號濾波放大）、環(huán)境監(jiān)測及控制系統(tǒng)（監(jiān)測溫濕度、壓力等并進行相應控制）、電源管理系統(tǒng)（各電路子模塊供電）、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（運行算法分析數(shù)據(jù)）等。

2.1.?基于流式細胞分析儀系統(tǒng)特性，以下是必須考慮的設計要點

高速高精度模擬信號處理

溫度控制對于細胞和測量極為重要

高精度自動控制（溫度、液位、機械動作等）

2.2.?模擬電信號處理系統(tǒng)硬件設計要點

流壓轉(zhuǎn)換的跨阻放大器需要低偏置電流、高輸入阻抗、低噪聲、低失調(diào)運算放大器

高速、高精度、同步采樣ADC

?低噪聲且穩(wěn)定的高PSRR電源

低噪聲且動態(tài)可調(diào)的激光恒流源

2.3.?環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)硬件設計要點

?高精度溫度采集器件

穩(wěn)定高效的加熱/制冷控制器

精確的液位測量器件

03

硬件方案設計細化

3.1.?模擬電信號處理系統(tǒng)

＋

主信號鏈硬件方案

激光入射細胞鞘流通道，散射光分別由不同角度的3個PD接收。光電流經(jīng)過流壓轉(zhuǎn)換，程控放大，再由ADC采集。由于3路信號同步并且采樣速率高，因此需要選用高速并行ADC，并且由FPGA來控制，實現(xiàn)高速并行同步采集。

主要器件選型表

＋

?低噪聲且動態(tài)可調(diào)的激光恒流源硬件方案

通用運放AD8542加N溝道MOS管構(gòu)成恒流源，驅(qū)動激光管。利用激光器自帶的PD反饋，實時調(diào)節(jié)恒利源電流，使激光輸出穩(wěn)定。通過可調(diào)電阻RP1還可以手動調(diào)節(jié)恒流源電流來控制激光功率。

3.2. 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

＋

溫控系統(tǒng)

溫控系統(tǒng)分為制冷及加熱兩部分，制冷部件用于存儲試劑，加熱部件用于檢測組件的保溫（恒溫37℃）?；谂翣栙N的特性，加熱制冷都可以應用（只需交換電流方向）。本方案選用ADI公司單芯片方案（ADN8834）：

內(nèi)置低內(nèi)阻H橋

內(nèi)置TEC電壓電流檢測電路

可驅(qū)動NTC和RTD溫度傳感器

內(nèi)置兩個高性能運放可用于溫度設置

可獨立設置TEC制冷和加熱電流限值

內(nèi)置2.5V高精度參考源

恒溫制熱方案

數(shù)控溫度可調(diào)的制冷方案

內(nèi)置運放2反向端與輸出端直連構(gòu)成跟隨器，同相端用DAC控制，用于溫度調(diào)節(jié)。內(nèi)置運放1外接NTC用于測溫，運放1輸出端信號給ADC，構(gòu)成溫度閉環(huán)，可以實現(xiàn)數(shù)字PID來實時調(diào)節(jié)制冷溫度。

＋

液位檢測方案

液位檢測方法較多，本方案選用業(yè)界較流行的電容傳感方式。選用ADI公司的電容傳感器AD7745：

內(nèi)置24位Σ-Δ型ADC

精度：4 fF

數(shù)據(jù)更新率：10 Hz to 90 Hz

2C數(shù)字接口

有獎問答

請問高速ADC的通訊接口通常有哪幾種，它們的區(qū)別在哪兒？

參與方式

1）即日起至8月1日（周日）晚24點，在本文留言欄中留言回答問題；

2）合格的留言將以提交時間先后被移入精選；

*溫馨提示：若答案抄襲自原文將被視為不合格答案，不移入精選，提供虛假信息者、抄襲別人的答案者不予頒獎。

3）世健員工不可獲獎

4）世健將審核并挑選最精彩的5條留言，送出面值100元的京東E卡。

領獎方式

1）世健將于8月3日（周二）在公眾號公布獲獎名單，并以留言回復方式通知獲獎者，請獲獎者提供個人信息；

2）世健將根據(jù)中獎者所填寫信息，在2個工作日內(nèi)將京東E卡的卡號和卡密通過郵件發(fā)送給中獎者；

3）如獲獎者3個工作日內(nèi)未回復正確的個人信息給世健，則視為放棄領獎；

4）本次活動最終解釋權(quán)為Excelpoint世健所有。

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