一种流式细胞仪的FSC接收系统的制作方法

本发明涉及一种流式细胞仪，尤其是一种流式细胞仪的fsc接收系统，属于生物医学检测装置技术领域。

背景技术：

流式细胞仪(flowcytometry)一般包括：光学系统、液流系统、检测与数据处理系统，有些流式细胞仪还包括细胞分选系统，是一种可以快速、准确、客观、并能同时检测单个细胞多项物理和生物学特征的高科技生物医学检测仪器，广泛应用于生物细胞特性的研究及其定量研究。

如图1-fsc接收系统光路示意图所示：细胞在液柱中与激光束相交时向周围360°立体角方向散射光线，散射光的强弱与细胞大小、形状、胞内颗粒折射等有关且不依赖任何细胞样品的制备技术，因此，被称为细胞的物理参数或固有参数。

激光束照射细胞生产的散射光分为前向角散射(forwardscatter，简称fsc)和侧向角散射(sidescatter，简称ssc)。

如图2-fsc接收系统安装位置示意图所示：fsc接收系统是流式细胞仪用于细胞前向角散射光检测与数据处理的前端信号采集部件，主要包括光电传感器和与光电传感器输出端连接的跨阻放大器(trans-impedanceamplifier，简称tia)，其安装位置和激光、细胞检测区处于同一垂直高度，且fsc与激光束偏离度在1～6°范围之内，fsc接收系统接收的信号方向与激光束方向一致，主要用于检测细胞或微粒的相对大小和截面积等表面物理属性。

实际测量中，影响fsc的因素很多，特别是对于固定后的细胞，由于其质膜的破坏程度不同，导致散射光与细胞直径的关系变得非常复杂，这种情况下，通常的做法是在流式细胞仪中选取fsc输出的一个值作为阈值，以排除样本中碎片和鞘液中小颗粒的影响，避免对被测细胞fsc的干扰。

流式细胞仪fsc接收系统受到的干扰主要来自两个方面，一是接收的光信号中包含的背景光噪声干扰，二是电路自身引入的电噪声干扰；此外，由于生物细胞的大小不一，其大小从0.2～20μm不等，因此，作为主要用于测量细胞形态的流式细胞仪来说，需要流式细胞仪的fsc接收系统具有较好的降噪能力和较宽的量程，唯此才能满足不同细胞的探测、获取较为精准的检测数据。

但现有技术中，尚缺乏较好的低噪声、宽量程的流式细胞仪fsc接收系统。

技术实现要素：

本发明的目的旨在：提供一种流式细胞仪的fsc接收系统，弥补现有技术中缺乏较好的低噪声、宽量程流式细胞仪fsc接收系统的不足，满足科研工作的需要。

为达上述目的，本发明采用如下的技术方案：

这种流式细胞仪的fsc接收系统，包括光电传感器和与光电传感器输出端连接的跨阻放大器，还包括可控增益放大器、dc反馈电路和差分运放器，所述可控增益放大器的输入端与所述跨阻放大器输出端连接，所述dc反馈电路其输入端和输出端分别与所述可控增益放大器的输出端和所述跨阻放大器的输入端连接；所述可控增益放大器的输出端与所述差分运放器的输入端连接。

进一步，所述dc反馈电路包括第一运算放大器和第二运算放大器，所述第一运算放大器的反相输入端通过电阻r6与所述可控增益放大器的输出端电连接，所述第一运算放大器的反相输入端还通过电容c3与所述第一运算放大器的输出端电连接，所述第一运算放大器的反相输入端还通过电阻r5与所述第一运算放大器的输出端电连接；所述第一运算放大器的同相输入端接地；所述第一运算放大器的输出端依次通过电阻r4、电阻r3与所述第二运算放大器的反相输入端电连接；所述第二运算放大器的反相输入端还通过电容c2与所述第二运算放大器的输出端电连接；所述第二运算放大器的同相输入端接地；所述第二运算放大器的输出端还依次通过电阻r2、电阻r1与所述跨阻放大器的反相输入端电连接。

进一步，所述可控增益放大器的正极控制端与第一电压反馈放大器的输出端电连接，所述第一电压反馈放大器的输出端通过电阻r20与所述第一电压反馈放大器的反相输入端电连接，所述第一电压反馈放大器的同相输入端接地；所述可控增益放大器的负极控制端与第二电压反馈放大器的输出端电连接，所述第二电压反馈放大器的输出端与所述第二电压反馈放大器的反相输入端电连接；所述第二电压反馈放大器的同相输入端还依次通过电阻r17、电阻r15、电阻r18接第二电压电源。

进一步，所述差分运放器的负极输入端通过电阻r11与所述可控增益放大器的输出端电连接，所述差分运放器的负极输入端还通过电阻r8与所述差分运放器的正极输出端电连接；所述差分运放器的负极输入端还通过电容c6与所述差分运放器的正极输出端电连接；所述差分运放器的正极输入端通过电阻r12与电源管理芯片电连接；所述差分运放器的正极输入端还通过电阻r16与所述差分运放器的负极输出端电连接；所述差分运放器的正极输入端还通过电容c10与所述差分运放器的负极输出端电连接。

进一步，所述光电传感器的输入端通过电阻r7接第一电压电源，所述光电传感器的输出端通过电阻r9与所述跨阻放大器的反相输入端电连接。

进一步，所述跨阻放大器的反相输入端通过电阻r14与所述跨阻放大器的输出端电连接，所述跨阻放大器的反相输入端还通过电容c9与所述跨阻放大器的输出端电连接；所述跨阻放大器的同相输入端接地。

作为一种优选的技术方案，所述fsc接收系统还包括屏蔽罩，所述屏蔽罩能够遮蔽整个所述fsc接收系统且与其外围接地线连接。

所述屏蔽罩采用白洋铜金属材料制作。

与现有技术相比，本发明其有益效果和显著进步在于：

1)本发明提供的一种流式细胞仪的fsc接收系统，具有低噪声、宽量程的特点，其总噪声为115.12μv，量程可实现-10db～30db增益可调，可以适应0.2～20μm不同大小细胞的精确检测，满足科研工作的需要；

2)本发明设计合理、系统简单、使用方便可靠，极具推广应用价值。

附图说明

图1为流式细胞仪的fsc接收系统光路示意图；

图2为流式细胞仪的fsc接收系统安装位置示意图；

图3为本发明提供的一种流式细胞仪的fsc接收系统结构框图；

图4为本发明提供的一种流式细胞仪的fsc接收系统输出单端信号转差分信号示意图；

图5为本发明提供的一种流式细胞仪的fsc接收系统电路图。

具体技术方案

下面结合附图以及附图说明和实施例对本发明提供的技术方案做进一步详细说明。

实施例

如图3本发明提供的一种流式细胞仪的fsc接收系统结构框图及图5本发明提供的一种流式细胞仪的fsc接收系统电路图所示：

这种流式细胞仪的fsc接收系统，包括光电传感器d3和与光电传感器d3输出端连接的跨阻放大器u2，还包括可控增益放大器u3、dc反馈电路和差分运放器，可控增益放大器u3与跨阻放大器u2输出端连接，dc反馈电路其输入端和输出端分别与可控增益放大器u3的输出端和跨阻放大器u2的输入端连接；可控增益放大器的输出端与差分运放器的输入端连接；差分运放器较佳的是选用ths4521。

所述光电传感器d3的输入端通过电阻r7接第一电压电源负5v,所述光电传感器d3的输入端还通过电容c7接地，电容c7对输入端的第一电压电源负5v进行滤波处理；所述光电传感器d3的输出端通过电阻r9与所述跨阻放大器u2的反相输入端电连接。

所述跨阻放大器u2的反相输入端通过电阻r14与所述跨阻放大器u2的输出端电连接，所述跨阻放大器u2的反相输入端还通过电容c9与所述跨阻放大器u2的输出端电连接；所述跨阻放大器u2的同相输入端接地；所述跨阻放大器u2的电源输入端v-、v+分别接第一电压电源(负5v)n5v、第二电压电源(正5v)p5v。

所述dc反馈电路包括第一运算放大器u1a和第二运算放大器u1b，所述第一运算放大器u1a的反相输入端通过电阻r6与所述可控增益放大器u3的输出端电连接，所述第一运算放大器u1a的反相输入端还通过电容c3与所述第一运算放大器u1a的输出端电连接，所述第一运算放大器u1a的反相输入端还通过电阻r5与所述第一运算放大器u1a的输出端电连接，所述第一运算放大器u1a的同相输入端接地；所述第一运算放大器u1a的电源输入端v-、v+分别接第一电压电源负5v、第二电压电源正5v。

所述第一运算放大器u1a的输出端依次通过电阻r4、电阻r3与所述第二运算放大器u1b的反相输入端电连接，所述第一运算放大器u1a的反相输入端还通过电阻r4与开关二极管d1的一端连接，所述开关二极管d1的另一端接地，所述开关二极管d1的型号为bav99/sot；所述第二运算放大器u1b的反相输入端还通过电容c2与所述第二运算放大器u1b的输出端电连接；所述第二运算放大器u1b的同相输入端接地；所述第二运算放大器u1b的输出端依次通过电阻r2、电容c1接地；所述第二运算放大器u1b的输出端还依次通过电阻r2、电阻r1与所述跨阻放大器u2的反相输入端电连接。

所述可控增益放大器u3的正极控制端与第一电压反馈放大器u5a的输出端电连接，所述第一电压反馈放大器u5a的输出端通过电阻r20与所述第一电压反馈放大器u5a的反相输入端电连接，所述第一电压反馈放大器u5a的反相输入端还通过电阻r19接可调电压电源，所述第一电压反馈放大器u5a的同相输入端接地。所述第一电压反馈放大器u5a的电源输入端v-、v+分别接第一电压电源负5v、第二电压电源正5v。

所述可控增益放大器u3的负极控制端与第二电压反馈放大器u5b的输出端电连接，所述第二电压反馈放大器u5b的输出端与所述第二电压反馈放大器u5b的反相输入端电连接，所述第二电压反馈放大器u5b的同相输入端还通过电容c11接地，所述第二电压反馈放大器u5b的同相输入端还通过电阻r18接地；所述第二电压反馈放大器u5b的同相输入端还依次通过电阻r17、电阻r15接第二电压电源正5v。所述可控增益放大器u3的电源输入端v-、v+分别接第一电压电源负5v、第二电压电源正5v；所述可控增益放大器u3的端口fdbk接所述可控增益放大器u3的输出端；所述可控增益放大器u3的端口comm接地。

所述差分运放器u4的负极输入端还通过电阻r11与所述可控增益放大器u3的输出端电连接，所述差分运放器u4的负极输入端还通过电阻r8与所述差分运放器u4的正极输出端电连接；所述差分运放器u4的负极输入端还通过电容c6与所述差分运放器u4的正极输出端电连接；

所述差分运放器u4的正极输入端通过电阻r12与所述电源管理芯片u6电连接；所述电源管理芯片u6的端口vdd、shdn接第二电压电源正5v，所述电源管理芯片u6的端口gnd接地；所述差分运放器u4的正极输入端还通过电阻r16与所述差分运放器u4的负极输出端电连接；所述差分运放器u4的正极输入端还通过电容c10与所述差分运放器u4的负极输出端电连接。

所述差分运放器u4的端口pd、vs+分别通过高电导快速恢复二极管接第二电压电源正5v；所述差分运放器u4的端口pd、vs+还分别通过电容c4接地；所述差分运放器u4的端口pd、vs+还分别通过电容c5接地。所述差分运放器u4的端口vs-接地。

所述差分运放器u4的端口vcom通过电阻r10接第二电压电源正5v，所述差分运放器u4的端口vcom还通过电容c8接地；所述差分运放器u4的端口vcom还通过电阻r13接地。

其中：

光电传感器较佳的是选用hamamatsu公司生产的硅光电二极管s1226-8bq；跨阻放大器选用的是opa657；可控增益放大器选用的是ad603。

采用hamamatsu公司生产的s1226-8bq硅光电二极管是因为其窗口尺寸适合于本发明所述的fsc光接收系统，且具有相对较小的结电容，有利于减小光输入噪声对本发明的干扰；

hamamatsu的s1226-8bq硅光电二极管其峰值感应波长为720nm，暗电流为20pa，结电容为500pf，忽略tia的输入电容，则cin＝500pf，这些参数决定了tia的噪声放大倍数为gainnoise＝1+(cin/c9)＝1+(500/110)＝5.5。

跨阻放大器(简称tia)选用opa657是利用其具有的宽带高增益、低输入噪声特点，opa657的带宽bw＝275mhz(g＝10)，输入噪声为4.8nv/hz，反馈电容为110pf，反馈电阻为2.5k，若tia的带宽被限制在约500khz之内，则：

tia放大噪声为：tianoise＝en×gainnoise×＝4.8×5.5×＝21.2μv；

tia电阻噪声为：tiaresistor＝＝0.13×＝113.15μv；

tia总的噪声为：tiatotal＝＝115.12μv；

可见，选用opa657其总的噪声约为115.12μv，相当于16bitadc的2个lsb，噪声之小可以较好地满足本发明的需要。

此外，opa657的反馈电阻为2.5k，反馈电容为110pf，构成的lpf电路将带宽限制在大概500khz左右，该带宽正好适合本发明所述的流式细胞仪产生的高斯形状信号的需要。

电路中可控增益放大器较佳的是选用ad603，ad603是低噪声、90mhz的可变增益控制器，在输入的模拟电压控制下可实现－10db～30db的线性增益控制，可以满足0.2～20μm不同大小细胞的检测。

从图5-本发明提供的一种流式细胞仪的fsc接收系统电路图可以看到：电路中的u1构成了一个dc反馈电路，在可控增益放大器u3的后端采样直流电平，经放大后反馈到标示为u2的tia前端，在u2的输入引脚2接入后消除光信号中的直流噪声分量，从而保证u3输出信号中无直流分量。

从图5-本发明提供的一种流式细胞仪的fsc接收系统电路图可以看到：由u4和u6构成将可控增益放大器输出的单端信号转化为差分信号输出到采集卡。采用差分信号传输可以保持信号能够长距离低噪声传输，极大地降低外界对信号的干扰。

如图4-本发明提供的一种流式细胞仪的fsc接收系统输出单端信号转差分信号示意图所示，单端信号经过u4与u6可实现单端信号转化为差分信号输出。

作为一种优选的技术方案，本发明提供的fsc接收系统还包括屏蔽罩，所述屏蔽罩能够遮蔽整个fsc接收系统且与其外围接地线连接，屏蔽外界对fsc接收系统的电磁干扰和光线干扰。屏蔽罩采用白洋铜金属材料制作。

由于fsc接收系统接收的是小信号，易受到外界环境的干扰，所以，整个fsc接收系统采用屏蔽罩屏蔽，就能有效地改善fsc接收系统的工作环境，保证检测的准确、稳定和可靠。

屏蔽罩使用白洋铜金属材质，是利用其价廉且容易焊接的特性。

综上所述：本发明提供的一种流式细胞仪的fsc接收系统，具有低噪声、宽量程的特点可以适应0.2～20μm不同大小细胞的精确检测，满足科研工作的需要；本发明设计合理、系统简单、使用方便可靠，极具推广应用价值。

最后，有必要说明的是：上述内容仅用于帮助理解本发明的技术方案，不能理解为对本发明保护范围的限制；本领域技术人员根据本发明的上述内容所做出的非本质改进和调整，均属本发明所要求的保护范围。