專利名稱：便攜式流動(dòng)血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般地說(shuō)本發(fā)明涉及流動(dòng)血細(xì)胞計(jì)數(shù)器。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及傳感在流動(dòng)流中的微觀生物顆粒的光學(xué)特性的便攜式流動(dòng)血細(xì)胞計(jì)數(shù)器。
背景技術(shù)：
流動(dòng)血細(xì)胞計(jì)數(shù)器是一種用于通過(guò)傳感顆粒的某些光學(xué)特性確定微觀生物顆粒的某些物理和化學(xué)特性的技術(shù)。為此，在鞘膜液(sheathfluid)內(nèi)使用流體動(dòng)力聚焦來(lái)單行安排顆粒。然后通過(guò)光束分別探詢這些顆粒。每個(gè)顆粒散射光束并產(chǎn)生散射輪廓。通常通過(guò)以不同的散射角度測(cè)量光強(qiáng)度來(lái)識(shí)別散射輪廓。然后從散射輪廓中確定每個(gè)顆粒的某些物理和/或化學(xué)特性。
目前在包括血液學(xué)、免疫學(xué)、遺傳學(xué)、食品科學(xué)、藥理學(xué)、微生物學(xué)、寄生蟲學(xué)和腫瘤學(xué)(僅舉幾個(gè)例子)中使用流動(dòng)血細(xì)胞計(jì)數(shù)器。市場(chǎng)上可購(gòu)買的許多流動(dòng)血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的局限在于它們是必須在中心實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中使用的相對(duì)大的試驗(yàn)儀器。因此，在遠(yuǎn)程位置或者連續(xù)的血液監(jiān)測(cè)中經(jīng)常不能使用這種流動(dòng)血細(xì)胞計(jì)數(shù)器。
發(fā)明概述本發(fā)明通過(guò)提供一種便攜式或可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器克服了已有技術(shù)的許多缺陷，這種血細(xì)胞計(jì)數(shù)器可用于遠(yuǎn)程位置比如家中或野外。這種流動(dòng)血細(xì)胞計(jì)數(shù)器通過(guò)提供詳細(xì)的個(gè)人血液評(píng)價(jià)和所揭示的統(tǒng)計(jì)趨勢(shì)有助于改善對(duì)患者的保健。通過(guò)早期檢測(cè)感染，可以較早地治療感染。
在軍事方面的應(yīng)用中，本發(fā)明的便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器通過(guò)提供對(duì)由生物制劑引起的感染的早期檢測(cè)可以挽救生命。大家已知的是在生物科學(xué)中過(guò)多的活動(dòng)增加了意外暴露于危險(xiǎn)的生物制劑的可能性。由于容易制造這種制劑，這也增加了恐怖分子、地區(qū)性強(qiáng)國(guó)或發(fā)展中第三世界國(guó)家使用它們的嚴(yán)重威脅。宣布生物戰(zhàn)爭(zhēng)不合法的國(guó)際協(xié)議缺乏保護(hù)措施和這些協(xié)議被破壞的強(qiáng)有力證據(jù)增強(qiáng)了對(duì)強(qiáng)大的防生物戰(zhàn)的能力的需要。在“沙漠風(fēng)暴行動(dòng)”中，美國(guó)軍隊(duì)并沒有準(zhǔn)備對(duì)付生物戰(zhàn)。病原體制劑在暴露前的檢測(cè)以及在初發(fā)感染暴露后的檢測(cè)都必須協(xié)作進(jìn)行以便在生物戰(zhàn)中確保有效地形成保護(hù)。
作為人體對(duì)抗原的自然防御的一部分，在感染開始時(shí)白血細(xì)胞數(shù)增加。白細(xì)胞有幾種，包括嗜中性白細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、單核細(xì)胞、嗜曙紅細(xì)胞和嗜堿細(xì)胞(basofil)。淋巴細(xì)胞產(chǎn)生攻擊侵入病菌的抗體并將它們標(biāo)記為被嗜中性白細(xì)胞和巨噬細(xì)胞破壞。在沒有慢性病(比如結(jié)核病或癌癥)的個(gè)體內(nèi)，在總的白細(xì)胞數(shù)量中的淋巴細(xì)胞的百分?jǐn)?shù)增加是病毒感染的表示。在另一方面，嗜中性白細(xì)胞的百分?jǐn)?shù)的增加是發(fā)展細(xì)菌感染的表示。通過(guò)對(duì)嗜中性白細(xì)胞和淋巴細(xì)胞的計(jì)數(shù)，通過(guò)病毒和細(xì)菌原因之間的鑒別可以發(fā)現(xiàn)明顯的感染警告。
感染某些細(xì)菌制劑比如桿狀菌炭疽病的第一臨床癥狀出現(xiàn)在一天至六天之后。在99％的病例中，表現(xiàn)出炭疽病的癥狀的患者是不能治愈的，并且大多數(shù)都可能死亡。但是，如果在第一癥狀出現(xiàn)之前進(jìn)行治療，則大多數(shù)患者可以成功治愈。因此，非常希望提供一種在癥狀出現(xiàn)之前對(duì)血液異常的早期警示和可能的治療性干預(yù)。在許多病例中，這種早期警示和治療可以極大地改善許多患者的后果。
在本發(fā)明的一種說(shuō)明性實(shí)施例中，提供一種便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器用于識(shí)別和/或計(jì)數(shù)在流體試樣比如血樣中所選擇的顆粒。一種實(shí)例性的便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器包括接收流體試樣的流體接收器。提供一個(gè)或多個(gè)貯存器用于存儲(chǔ)支撐流體(supporting fluid)比如細(xì)胞溶解(lyse)和鞘膜液。對(duì)于多種商用的流動(dòng)血細(xì)胞計(jì)數(shù)器系統(tǒng)，使用精確的流體驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以給該流體提供精確的壓力。這種方法的局限性在于精確的液體驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可能體積較大、復(fù)雜并且可能要求極大的功率。
為避免這些局限性，一種實(shí)例性的實(shí)施例使用通過(guò)閉環(huán)反饋通路來(lái)控制的非精確的流體驅(qū)動(dòng)器。非精確的流體驅(qū)動(dòng)器耦合到流體接收器和各種支撐流體貯存器，并給樣品流體和支撐流體施加不同的壓力。為控制樣品流體和支撐流體的速度，將一個(gè)或多個(gè)閥耦合到流體驅(qū)動(dòng)器。使用閥來(lái)調(diào)節(jié)通過(guò)非精確流體驅(qū)動(dòng)器施加到樣品流體和支撐流體的非精確的壓力。
為完成反饋環(huán)，在流體驅(qū)動(dòng)器的下游提供流動(dòng)傳感器以測(cè)量支撐流體和樣品流體的流速?？刂破骰蛱幚砥鹘邮諄?lái)自流動(dòng)傳感器的信號(hào)，并調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)拈y以實(shí)現(xiàn)樣品流體和支撐流體的所需速度。流動(dòng)傳感器優(yōu)選是熱風(fēng)速儀型流動(dòng)傳感器。
在一種實(shí)施例中，手動(dòng)地給非精確流體驅(qū)動(dòng)器供能。手動(dòng)供能的流體驅(qū)動(dòng)器例如可以包括帶有止回閥的球管(bulb)或活塞。在每一情況下，手動(dòng)地產(chǎn)生的壓力優(yōu)選提供給第一壓力室。然后提供第一閥以將在第一壓力室中的壓力可控制地釋放到第二壓力室。第二閥可以提供在第二壓力室中以可控制地排放在第二壓力室中的壓力。在流體流下游中的流體流速落到第一預(yù)定值之下時(shí)控制器打開第一閥，并在下游流體流中的流體流速上升到第二預(yù)定值之上時(shí)打開第二閥。每個(gè)閥優(yōu)選是分別可尋址并可控制的靜電(electrostatically)激勵(lì)的微閥陣列。
受控的樣品流體和支撐流體提供給流體流路。流體回路執(zhí)行流體動(dòng)力聚焦，這使所需的顆粒沿鞘膜液所包圍的芯流(core stream)排成為單行。一個(gè)或多個(gè)光源提供通過(guò)流動(dòng)流的光，并且一個(gè)或多個(gè)光檢測(cè)器檢測(cè)在流動(dòng)流中的顆粒的散射分布。處理塊使用來(lái)自光檢測(cè)器的輸出信號(hào)以識(shí)別和/或計(jì)數(shù)在芯流中的所選擇的顆粒。
便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器可被提供于足夠小的殼體中以便可佩帶。在一種實(shí)施例中，殼體尺寸類似于手表大小?？膳鍘У臍んw例如可以包括底座、封蓋和將底座固定到封蓋的鉸鏈(hinge)。非精確流體驅(qū)動(dòng)器和調(diào)節(jié)閥可以并入到封蓋中，而流體貯存器、流動(dòng)傳感器和流體流路可以并入到插入到殼體中的可拆卸的盒中。優(yōu)選的是，流體流路稀釋血樣，執(zhí)行紅細(xì)胞溶解，以及執(zhí)行用于流體和芯流形式的流體動(dòng)力聚焦。光源優(yōu)選位于底座或封蓋中，并且與可拆卸的盒的流動(dòng)流對(duì)準(zhǔn)。光檢測(cè)器優(yōu)選一般對(duì)著光源。處理器和電池可以提供在殼體的底座或者封蓋中。
光源可以包括沿第一光源軸線的第一光源的線性陣列。第一光源軸線優(yōu)選相對(duì)流動(dòng)流的中心軸線旋轉(zhuǎn)。在每個(gè)光源的附近可以提供一個(gè)透鏡以將光聚焦在芯流中的顆粒上。然后第一組光檢測(cè)器可以與每個(gè)光源在線地放置。這種安排可以用于例如確定在流動(dòng)流內(nèi)的芯流的對(duì)準(zhǔn)和寬度。如果顆粒的芯流沒有適當(dāng)?shù)貙?duì)準(zhǔn)，則控制器調(diào)節(jié)樣品流體或一種支撐流體的流體速度以使芯流對(duì)準(zhǔn)。第一組光檢測(cè)器也可以用于檢測(cè)每個(gè)顆粒的速度和大小以及顆粒的數(shù)量。
第二組光源可以沿第二光源軸線提供。在每個(gè)光源的附近可以提供一個(gè)透鏡以將光聚焦在芯流中的顆粒上。第二組光檢測(cè)器然后放置在每個(gè)光源的一條線的位置的任一側(cè)上以測(cè)量通過(guò)在流動(dòng)流中所選擇顆粒所產(chǎn)生的小角度散射(SALS)。
第二組光源也可以與第一組光源一起使用以確定在流動(dòng)流中的顆粒的飛行時(shí)間或速度。通過(guò)得知顆粒的速度，通過(guò)控制器可以使由流體驅(qū)動(dòng)器所引起的流動(dòng)速率的較小的變化最小或者消除這種變化。
第三組光源可以沿第三光源軸提供。在每個(gè)光源的附近可以提供一個(gè)透鏡以將準(zhǔn)直的光提供給流動(dòng)流。然后優(yōu)選與該光源相對(duì)地放置環(huán)形光檢測(cè)器以測(cè)量通過(guò)在流動(dòng)流中所選擇顆粒所產(chǎn)生的前向角度散射(FALS)。每個(gè)第一、第二和第三組光源優(yōu)選包括在公共襯底上制造的激光器陣列比如垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)。每個(gè)第一、第二和第三組光檢測(cè)器優(yōu)選包括光檢測(cè)器陣列比如p-i-n光電二極管、與FET電路集成在一起的GaAs光電二極管、諧振腔光電檢測(cè)器(RCPD)或者任何其它適合的光檢測(cè)器。
所選擇的顆粒優(yōu)選是嗜中性白細(xì)胞和/或淋巴細(xì)胞白細(xì)胞。通過(guò)檢查每個(gè)顆粒的散射分布，本發(fā)明的便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器優(yōu)選識(shí)別并計(jì)數(shù)在血樣中的嗜中性白細(xì)胞和/或淋巴細(xì)胞，并且通過(guò)鑒別病毒和細(xì)菌原因提供明顯的感染警告。
附圖概述結(jié)合附圖，通過(guò)參考下文的詳細(xì)描述可以更好地理解本發(fā)明的其它目的和許多相應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，在整個(gè)附圖中相同的參考標(biāo)號(hào)表示相同的部件，其中附

圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例性便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的透視圖；附圖2所示為附圖1的實(shí)例性便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的示意圖；附圖3所示為附圖2中所示的便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的封蓋沒有壓下的較詳細(xì)的示意圖；附圖4所示為附圖2中所示的便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的封蓋已壓下的較詳細(xì)的示意圖；附圖5所示為具有球管和止回閥的實(shí)例性手動(dòng)流體驅(qū)動(dòng)器的示意圖；附圖6所示為可尋址的微閥陣列的比例壓力控制的曲線圖；附圖7所示為附圖3的流體動(dòng)力聚焦塊88的流動(dòng)流形成的示意圖；附圖8所示為分析附圖7的芯流160的光檢測(cè)器的陣列和光源陣列的示意圖；附圖9所示為沿附圖8的光源軸產(chǎn)生的光強(qiáng)度的曲線圖；附圖10所示為附圖8的實(shí)例性光源和檢測(cè)器對(duì)的示意圖；附圖11所示為三個(gè)不同的光源和檢測(cè)器陣列的示意圖，每個(gè)沿不同的光源軸設(shè)置，該光源軸相對(duì)于附圖7的中心流動(dòng)軸輕微旋轉(zhuǎn)；附圖12所示為在附圖11中所示的第一陣列的實(shí)例性光源和檢測(cè)器對(duì)的示意圖；附圖13所示為在附圖11中所示的第二陣列的實(shí)例性光源和檢測(cè)器對(duì)的示意圖；附圖14所示為在附圖11中所示的第三陣列的實(shí)例性光源和檢測(cè)器對(duì)的示意圖；并且附圖15所示為適合于佩帶在手腕上的本發(fā)明的便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的實(shí)例性實(shí)施例的透視圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述附圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例性便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的透視圖。該便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器以10總體地表示，它包括殼體12和可拆卸或可更換的盒14。實(shí)例性殼體12包括底座16、封蓋18和將底座16附著于封蓋18的鉸鏈20。底座16包括光源22的陣列、相關(guān)的光學(xué)器件和操作血細(xì)胞計(jì)數(shù)器所需的電子器件。封蓋12包括手動(dòng)壓力元件、帶有控制微閥的壓力室和帶有相關(guān)的光學(xué)器件的光檢測(cè)器24的陣列。
可拆卸的盒14優(yōu)選通過(guò)試樣收集器端口32接收樣品流體。帽38可用于在可拆卸的盒14不使用時(shí)保護(hù)試樣收集器端口?？刹鹦兜暮?4優(yōu)選執(zhí)行血液的稀釋、紅細(xì)胞溶解和用于芯形成的流體動(dòng)力聚焦?？刹鹦兜暮?4可以構(gòu)造為類似于從Micronics Technologies可得到的流體流路，其中一些使用帶有蝕刻的通道的分層結(jié)構(gòu)制造。
在封蓋18處于打開位置時(shí)可拆卸的盒14插入在殼體中?？刹鹦兜暮?4可以包括在底座16中容納定位銷28a和28b的孔26a和26b，這有助于在儀器的不同部件之間對(duì)準(zhǔn)和耦合?？刹鹦兜暮?4還優(yōu)選包括透明流動(dòng)流窗30，它與光源22和光檢測(cè)器24的陣列對(duì)準(zhǔn)。在封蓋移到關(guān)閉的位置時(shí)，該系統(tǒng)被增壓，封蓋18分別通過(guò)壓力提供端口36a、36b和36c給在可拆卸的盒14中的壓力接收端口34a、43b和34c提供受控制的壓力。
為開始測(cè)試，封蓋18上升，放置新盒14并定位在底座16上。將血樣引入試樣收集器32。封蓋18關(guān)閉并且手動(dòng)增壓該系統(tǒng)。一旦被增壓，儀器執(zhí)行白細(xì)胞的血細(xì)胞計(jì)數(shù)測(cè)量?？刹鹦兜暮?4提供血液稀釋、紅細(xì)胞溶解和用于芯形成的流體動(dòng)力聚焦。光源22、光檢測(cè)器24和相關(guān)的控制和處理電子器件基于光散射信號(hào)執(zhí)行白細(xì)胞的鑒別和計(jì)數(shù)。除了使用殼體12的鉸鏈結(jié)構(gòu)以外，還可以使用滑動(dòng)盒槽或任何其它適合的結(jié)構(gòu)。
附圖2所示為附圖1的實(shí)例性便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的示意圖。如上文所述，底座16可以包括光源22的陣列、相關(guān)光學(xué)器件和操作該血細(xì)胞計(jì)數(shù)器所需的控制和處理電子器件40。底座16也可以包括給血細(xì)胞計(jì)數(shù)器提供電能的電池42。所示的殼體12具有手動(dòng)增壓元件44、帶有控制微閥的壓力室46a、46b和46c和帶有相關(guān)的光學(xué)器件的光檢測(cè)器24陣列。
可拆卸的盒14可通過(guò)試樣收集器端口32接收樣品流體。在通過(guò)封蓋18增壓時(shí)，在優(yōu)選的實(shí)施例中可拆卸的盒14執(zhí)行血液稀釋、紅細(xì)胞溶解和用于芯形成的流體動(dòng)力聚焦。一旦形成，在穿過(guò)附圖1的流動(dòng)流窗30的流動(dòng)流通路50以下形成芯。在底座中的光源22陣列和相關(guān)光學(xué)器件提供經(jīng)過(guò)流動(dòng)流窗30穿過(guò)芯流的光。光檢測(cè)器陣列和相關(guān)的光學(xué)器件接收也通過(guò)流動(dòng)流窗30的來(lái)自芯流的散射和非散射光。控制器或處理器40接收來(lái)自檢測(cè)器陣列的輸出信號(hào)并鑒別出現(xiàn)在芯流中的所選擇的白細(xì)胞并對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)。
還可以將可拆卸的盒14設(shè)計(jì)成包括有助于控制每種流體的速度的流體控制塊48。在實(shí)例性實(shí)施例中，流體控制塊48包括傳感各種流體的速度的流動(dòng)傳感器并將這些速度報(bào)告給控制器或處理器40。然后控制器或處理器40調(diào)節(jié)與壓力室46a、46b和46c相關(guān)的微閥以實(shí)現(xiàn)所需的壓力，由此實(shí)現(xiàn)適當(dāng)操作血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的所需的流體速度。
因?yàn)檠汉推渌纳韽U料可能傳播疾病，因此可拆卸的盒14優(yōu)選在流動(dòng)流窗30的下游具有廢料貯存器52。廢料貯存器52接收并儲(chǔ)藏在可拆卸的盒14中的流動(dòng)流的液體。在測(cè)試完成時(shí)，拆卸可拆卸的盒并優(yōu)選地在適合于生理廢料處理的容器中進(jìn)行處理。
附圖3所示為附圖2的便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的封蓋18沒有壓下的較詳細(xì)的示意圖。附圖4所示為附圖2的便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的封蓋已壓下的較詳細(xì)的示意圖。所示的封蓋18具有手動(dòng)增壓元件44、壓力室46a、46b和46c和以60總體表示的控制微閥。在這些附圖中沒有示出光源和檢測(cè)器陣列。
有三個(gè)壓力室46a、46b和46c，每種要增壓的流體一個(gè)壓力室。在實(shí)例性實(shí)施例中，壓力室46a給血樣貯存器62提供壓力，壓力室46b給細(xì)胞溶解貯存器64提供壓力，以及壓力室46c給鞘膜貯存器66提供壓力。每個(gè)壓力室46a、46b和46c的大小和形狀都設(shè)計(jì)為給相應(yīng)流體提供所需的壓力特性。
壓力室46a包括第一壓力室70和第二壓力室72。在第一壓力室70和第二壓力室72之間提供第一閥74以可控制地將在第一壓力室70中壓力釋放到第二壓力室72中。與第二壓力室72液體連通的第二閥76可控制地排放在第二壓力室72中的壓力。每個(gè)閥優(yōu)選是分別可尋址的并可控制的靜電激勵(lì)的微閥陣列，比如在共同未決的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)09/404,560(ADDRESSABLE VALVE ARRAYS FOR PRIPORTIONALPRESSURE OR CONTROL)中描述，在此引入作為參考。壓力室46a和46c包括類似的閥以控制分別施加到細(xì)胞溶解貯存器64和鞘膜貯存器66的壓力?？商鎿Q的是，每個(gè)閥可以是靜電激勵(lì)的微閥陣列，以可控制的占空比對(duì)其進(jìn)行脈沖調(diào)制以實(shí)現(xiàn)受控的“有效的”流動(dòng)或泄漏速率。
可拆卸的盒14具有用于從封蓋18接收受控的壓力的壓力接收端口34a、34b和34c。受控的壓力提供給所示的血液貯存器62、細(xì)胞溶解貯存器64和鞘膜貯存器66，如圖所示。細(xì)胞溶解貯存器64和鞘膜貯存器66優(yōu)選在可拆卸的盒14裝運(yùn)以使用之前填充，而血液貯存器62從試樣收集器端口32填充?？梢詫⒀獦犹峁┙o試樣收集器端口32，通過(guò)毛細(xì)管作用將血樣吸到血液貯存器62。一旦血樣在血液貯存器62中，封蓋18就可以關(guān)閉并增壓該系統(tǒng)。
在流體動(dòng)力聚焦之前與每種流體在線地提供流動(dòng)傳感器。每個(gè)流動(dòng)傳感器80、100和102測(cè)量相應(yīng)的流體的速度。流動(dòng)傳感器優(yōu)選是熱風(fēng)速儀型流動(dòng)傳感器，更優(yōu)選的是微橋型流動(dòng)傳感器。微橋型流動(dòng)傳感器例如描述在美國(guó)專利NO.4,478,076、NO.4,478,077、NO.4,501,144、NO.4,651,564、No.4,683,159和No.5,050429中，所有這些專利都在此引入作為參考。每個(gè)流動(dòng)傳感器80、100和102的輸出信號(hào)提供給控制器或處理器40。
在血樣的速度下降到第一預(yù)定值之下時(shí)控制器或處理器40打開第一閥74，而在血樣的速度增加到第二預(yù)定值之上時(shí)打開第二閥76。閥84、86、94和96以類似的方式操作以控制細(xì)胞溶解和鞘膜液的速度。
在操作的過(guò)程中，為增壓該系統(tǒng)，壓下手動(dòng)增壓元件44。在所示的實(shí)例中，手動(dòng)增壓元件44包括三個(gè)活塞，每個(gè)活塞容納在相應(yīng)的一個(gè)第一壓力室中?；钊诘谝粔毫κ抑挟a(chǎn)生相對(duì)高的非精確壓力。通過(guò)打開第一閥70、84和94給第二室產(chǎn)生受控的泄漏，由此在第二室中建立較低的受控的壓力。如果在第二壓力室中建立的壓力太大，則相應(yīng)的排放閥76、86和96打開以釋放該壓力。
在關(guān)閉封蓋18時(shí)，正常打開的第一閥74、84和94關(guān)閉，而排放閥76、86和96打開。在第一壓力室中實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的壓力P時(shí)，排放閥76、86和96關(guān)閉，第一閥74、84和94打開以在第二壓力室中建立較低的壓力P’。在第二壓力室中的受控的壓力給可拆卸的盒14的流體流路提供所需的壓力以形成用于血樣、細(xì)胞溶解和鞘膜的流體流。然后通過(guò)流動(dòng)傳感器80、100和102測(cè)量流體流的速度。每個(gè)流動(dòng)傳感器提供控制器或處理器40所使用的輸出信號(hào)以控制相應(yīng)的第一閥和排放閥的操作以給每種流體提供所需的恒定的流體速率。
還可以提供以110總體地表示的下游閥?？刂破骰蛱幚砥?0可以關(guān)閉下游閥直到增壓該系統(tǒng)。這有助于防止在增壓流路之前血液、細(xì)胞溶解和鞘膜流入流體流路。在另一實(shí)施例中，在封蓋關(guān)閉時(shí)通過(guò)機(jī)械動(dòng)作打開下游閥110。
附圖5所示為具有球管100和止回閥102的實(shí)例性手動(dòng)流體驅(qū)動(dòng)器的示意圖。止回閥102優(yōu)選是一種允許空氣進(jìn)入第一壓力室104但不允許出來(lái)的單向閥。在壓縮球管100時(shí)，在球管100的內(nèi)部106中的空氣通過(guò)止回閥102受到擠壓并進(jìn)入第一壓力室104。優(yōu)選的是，提供允許空氣從大氣中進(jìn)入球管100的內(nèi)部106但不允許出來(lái)的另一單向排放閥105。因此，在球管釋放時(shí)，單向排放閥105可以允許置換空氣流入球管100中。
除了使用手動(dòng)操作的流體驅(qū)動(dòng)器，還可以設(shè)計(jì)使用任何相對(duì)小的壓力源，例如包括靜電激勵(lì)的中等泵。例如在Cabuz的美國(guó)專利NO.5,836,750中描述了一種這樣的中等泵，該專利在此引入作為參考。
附圖6所示為通過(guò)微閥的8×7可尋址的陣列產(chǎn)生的比例壓力控制的曲線圖。為產(chǎn)生在附圖7中所示的曲線，給第一壓力室120施加6.5psi的壓力。給第二壓力室122提供小開口。微閥以124表示，它排放在第二壓力室122中的壓力。通過(guò)改變關(guān)閉的可尋址的微閥的數(shù)量，可以改變并控制在第二壓力室中的壓力。在所示的曲線中，在第二壓力室122中的壓力可以從在微閥8×7的陣列的零個(gè)關(guān)閉時(shí)的大約0.6psi改變到在微閥8×7的陣列的所有都關(guān)閉時(shí)的大約6.5psi。這些低功率的微機(jī)械加工的硅微閥可以用于控制高達(dá)10psi及其以上的壓力。
附圖7所示為通過(guò)附圖3的流體動(dòng)力聚焦塊88形成流動(dòng)流和芯的示意圖。流體動(dòng)力聚焦塊88以控制的速度從流體驅(qū)動(dòng)器接收血液、細(xì)胞溶解和鞘膜。血液與細(xì)胞溶解液混合以消除紅細(xì)胞。這通常稱為紅細(xì)胞溶解。剩余的白細(xì)胞放在下面的中央管腔150中，通過(guò)鞘膜液包圍中央管腔150以產(chǎn)生流動(dòng)流50。流動(dòng)流50包括由鞘膜液152所包圍的芯流160。如圖所示減小通道的尺寸以使白細(xì)胞154和156成單行。鞘膜液的速度優(yōu)選大約為芯流160的速度的9倍。但是，鞘膜液和芯流160的速度保持足夠低以在流體通道中保持層流。
光發(fā)射器22和相關(guān)的光學(xué)器件優(yōu)選提供在流動(dòng)流50的一側(cè)的附近。光檢測(cè)器24和相關(guān)的光學(xué)器件提供在流動(dòng)流50的另一側(cè)上以接收通過(guò)流動(dòng)流50來(lái)自光發(fā)射器22的光。將來(lái)自光檢測(cè)器24的輸出信號(hào)提供給控制器或處理器40，在那里分析它們以識(shí)別和/或計(jì)數(shù)在芯流160中的所選擇的白細(xì)胞數(shù)。
附圖8所示為分析附圖7的芯流160的光源陣列和光檢測(cè)器陣列的示意圖。光源以“+”符號(hào)表示，而檢測(cè)器以方框表示。在所示的實(shí)施例中，光源的陣列提供在流動(dòng)流50的一側(cè)附近，而光檢測(cè)器陣列提供在流動(dòng)流的相對(duì)側(cè)的附近。每個(gè)光檢測(cè)器優(yōu)選與相應(yīng)的一個(gè)光源對(duì)準(zhǔn)。所示的光源陣列和光檢測(cè)器陣列沿光源軸200安排，光源軸200相對(duì)于流動(dòng)流50的軸線202輕微旋轉(zhuǎn)。
光源陣列優(yōu)選是激光器陣列比如在公共襯底上制造的垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)。因?yàn)樗鼈兇怪卑l(fā)射，所以VCSEL理想地適合于封裝于緊湊儀器比如便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器。優(yōu)選的是，VCSEL是在小于常規(guī)的850nm(更為優(yōu)選的是在670nm至780nm范圍)的波長(zhǎng)下運(yùn)行的“紅”VCSEL。紅VCSEL可以具有理想地適合于散射測(cè)量的波長(zhǎng)、功率和偏振特性。
某些已有技術(shù)的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪褂貌ㄩL(zhǎng)650nm的單個(gè)9mW的邊沿發(fā)射激光器。光束聚焦成10×100微米的細(xì)長(zhǎng)形以涵蓋由芯流的誤對(duì)準(zhǔn)和寬度引起的顆粒位置的不確定性。相反，對(duì)于10×10微米發(fā)射器和100-微米間隔，本發(fā)明的紅VCSEL的輸出功率(在670nm下運(yùn)行)通常為1mW左右。因此，從10個(gè)紅VCSEL的線性陣列中發(fā)出的光的總強(qiáng)度與在某些已有技術(shù)的試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷目倧?qiáng)度基本相同。
使用相對(duì)于流動(dòng)軸220以一定的角度放置的激光器的線性陣列相對(duì)于已有技術(shù)的單個(gè)光源配置可以獲得許多重要的優(yōu)點(diǎn)。例如，可以使用激光器的線性陣列來(lái)確定在芯流中的顆粒的通路的橫向?qū)?zhǔn)。顆粒流對(duì)準(zhǔn)的不確定性的一種來(lái)源是芯流的寬度，這導(dǎo)致了顆粒通路位置的統(tǒng)計(jì)波動(dòng)。這些波動(dòng)可以從檢測(cè)器數(shù)據(jù)的分析中確定并且可以由控制器或處理器40使用以調(diào)節(jié)流體驅(qū)動(dòng)器閥以便改變施加到樣品流體和支撐流體的相對(duì)壓力，由此改變?cè)诹鲃?dòng)流中所選擇的顆粒的對(duì)準(zhǔn)。
為確定在流體流50中的細(xì)胞的橫向?qū)R，細(xì)胞通過(guò)由VCSEL的線性陣列所產(chǎn)生的幾個(gè)焦點(diǎn)。這些細(xì)胞在相應(yīng)的在線(in-line)基準(zhǔn)檢測(cè)器中產(chǎn)生了信號(hào)降低。通過(guò)控制器或處理器40使用信號(hào)的相對(duì)強(qiáng)度以確定顆粒通路的中心和顆粒寬度的度量。
為確定顆粒通路和大小，激光器優(yōu)選聚焦到在芯流的平面中的一系列高斯點(diǎn)(強(qiáng)度在1000W/cm2的數(shù)量級(jí))上。這些點(diǎn)優(yōu)選具有與白細(xì)胞相同的尺寸(10-12um)。在附圖9中示出了實(shí)例性高斯點(diǎn)。檢測(cè)器的陣列和它們的聚焦光學(xué)器件提供在流體流的對(duì)面?zhèn)壬?。使用具有相?dāng)大的F一值的透鏡來(lái)提供幾百微米的工作空間用于可拆卸的盒的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器部分。
使用激光器線性陣列而不是單個(gè)激光器配置的的另一優(yōu)點(diǎn)在于可以確定每個(gè)細(xì)胞的速度。在從光散射信號(hào)中估計(jì)顆粒大小的過(guò)程中顆粒速度是一種重要的參數(shù)。在常規(guī)的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器中，顆粒速度可以從泵流體速率外推出來(lái)。這種方法的局限性在于泵必須非常精確，血細(xì)胞計(jì)數(shù)器流動(dòng)室的公差必須嚴(yán)格地控制，不能產(chǎn)生流體故障比如泄漏，并且不能引入障礙比如微泡以免干擾流動(dòng)或芯流的形成。
為確定每個(gè)細(xì)胞的速度，該系統(tǒng)可以測(cè)量每個(gè)細(xì)胞穿過(guò)在兩個(gè)相鄰或連續(xù)的點(diǎn)之間所需的時(shí)間。例如，參考附圖8，細(xì)胞可以通過(guò)檢測(cè)器208，然后通過(guò)檢測(cè)器210。通過(guò)測(cè)量該細(xì)胞從檢測(cè)器208到檢測(cè)器210所需的時(shí)間并通過(guò)得知從檢測(cè)器208到檢測(cè)器210的距離，控制器或處理器40就能夠計(jì)算該細(xì)胞的速度。這可能是大致的速度測(cè)量。這通常稱為飛行時(shí)間測(cè)量。一旦已知了速度，通過(guò)顆粒所對(duì)中(center)的點(diǎn)的行進(jìn)時(shí)間(幾微秒)可提供顆粒長(zhǎng)度和大小的度量。
也可以設(shè)計(jì)為，使用顆粒速度來(lái)幫助控制流體驅(qū)動(dòng)器。為減小本發(fā)明的大小、成本和復(fù)雜性，附圖1的可替換的盒可由塑料片或模制的部件制造。雖然這種制造技術(shù)可以提供低廉的部件，但是它們一般在尺寸上較不精確并且可重復(fù)，尺寸不對(duì)稱，并且具有較大的截面公差。這些較大的公差可能造成顆粒速度變化，尤其是盒與盒之間。為有助于補(bǔ)償這些較大的公差，可以通過(guò)控制器或處理器40使用上述的飛行時(shí)間測(cè)量以調(diào)整施加到血樣、細(xì)胞溶解和鞘膜液流中的受控壓力，以使在芯流中的顆粒具有相對(duì)恒定的速度。
為進(jìn)一步估算細(xì)胞尺寸，可以設(shè)計(jì)為沿細(xì)胞通路和跨在細(xì)胞通路之上聚焦激光束。此外，可以分析在細(xì)胞上的多個(gè)試樣以得到組織特征，以將形態(tài)特征與其它的細(xì)胞類型相關(guān)起來(lái)。這可以提供關(guān)于細(xì)胞大小的多個(gè)參數(shù)，這有助于將不同的細(xì)胞類型彼此區(qū)別開來(lái)。
使用激光器線性陣列而不是單層配置的另一優(yōu)點(diǎn)在于在流體通道上可以提供相對(duì)恒定的光照射。通過(guò)疊加來(lái)自相鄰的VCSEL的高斯束可以實(shí)現(xiàn)這些，如附圖9所示。在已有技術(shù)的單個(gè)激光系統(tǒng)中，在流體通道上的光照射在通道上典型地變化。因此，如果顆粒不在流通通道的中心，則可能減小隨后的測(cè)量精度。
為執(zhí)行上述的測(cè)量，在附圖8中每個(gè)檢測(cè)器可以是單個(gè)在線(in-line)的檢測(cè)器。但是，為測(cè)量FALS和SALS散射，每個(gè)檢測(cè)器進(jìn)一步包括放置在在線的檢測(cè)器周圍的兩個(gè)環(huán)形檢測(cè)器，如附圖10所示。參考附圖10，所示的VCSEL 218在向上方向上產(chǎn)生光。光通過(guò)透鏡220提供，該透鏡220將光聚焦到在芯流平面中的高斯點(diǎn)上。透鏡220可以是與VCSEL218分離的或與其集成的微透鏡等。光穿過(guò)芯流，并由另一透鏡222接收，比如衍射光學(xué)元件。透鏡222給在線檢測(cè)器226和環(huán)形檢測(cè)器228和230提供光。在線檢測(cè)器226檢測(cè)沒有被在芯流中的顆粒明顯散射的光。環(huán)形檢測(cè)器228檢測(cè)前向散射(FALS)光，環(huán)形檢測(cè)器230檢測(cè)小角散射(SALS)光。
附圖11所示為包括三個(gè)分離陣列的光源和光檢測(cè)器的本發(fā)明的另一實(shí)例性實(shí)施例。每個(gè)陣列的光源和光檢測(cè)器都沿不同的光源軸放置，該光源軸相對(duì)于流動(dòng)流的中心流動(dòng)軸稍微旋轉(zhuǎn)。通過(guò)使用三個(gè)陣列，對(duì)于特定的應(yīng)用或功能可以使與每個(gè)陣列相關(guān)的光學(xué)器件最優(yōu)化。為檢測(cè)小角散射(SALS)，一種很好地聚焦在芯流的平面上的激光比較理想。為檢測(cè)前向散射(FALS)，準(zhǔn)直的光比較理想。
具體參考附圖11，以300表示第一陣列的光源和光檢測(cè)器。沿第一光源軸將光源和光檢測(cè)器安排為線性陣列。第一光源軸相對(duì)于流動(dòng)流的流動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)。光源和光檢測(cè)器可以是類似于上文參考附圖8所描述的光源和光檢測(cè)器，并且優(yōu)選用于例如測(cè)量在流動(dòng)流中的細(xì)胞的橫向?qū)?zhǔn)、顆粒大小和顆粒速度。
附圖12所示為在附圖11中所示的第一陣列300的實(shí)例性光源和檢測(cè)器對(duì)的示意圖。所示的VCSEL 302在向上方向上提供光。光穿過(guò)透鏡304被提供，該透鏡304將光聚焦到在芯流的平面中的高斯點(diǎn)。光穿過(guò)芯流，并被另一透鏡306接收。透鏡306給在線的檢測(cè)器308提供光。在線的檢測(cè)器308檢測(cè)沒有被在芯流中的顆粒明顯散射的光。
第二陣列的光源和光檢測(cè)器以310表示。光源沿著第二光源軸成線性陣列安排，該光源軸相對(duì)于流動(dòng)流的流動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)。光檢測(cè)器包括光檢測(cè)器的三個(gè)線性陣列。一個(gè)陣列的光檢測(cè)器與光源的線性陣列在線安排。其它的兩個(gè)線性陣列的光檢測(cè)器放置在光檢測(cè)器在線的陣列的任一側(cè)上，并用于測(cè)量由在流動(dòng)流中的所選擇的顆粒所產(chǎn)生的小角度散射(SALS)。
附圖13所示為在附圖11中所示的實(shí)例性的第二陣列的光源和相應(yīng)的檢測(cè)器的示意圖。所示的VCSEL 320在向上方向上提供光。光通過(guò)透鏡322被提供，該透鏡322將光聚焦到在芯流的平面中的高斯點(diǎn)。光穿過(guò)芯流，并由另一透鏡324接收，比如衍射光學(xué)元件(DOE)324。透鏡324給在線的檢測(cè)器326和放置在在線光檢測(cè)器326的任一側(cè)上的兩個(gè)相應(yīng)的光檢測(cè)器328和330提供光。
在線檢測(cè)器326可以用于檢測(cè)沒有被在芯流中的顆粒明顯散射的光。因此，第二陣列302的光檢測(cè)器的在線線性陣列可以用于提供與第一陣列300的檢測(cè)器在線陣列相同的測(cè)量。兩個(gè)在線檢測(cè)器陣列的測(cè)量可以進(jìn)行比較或組合以提供較精確的結(jié)果?？商鎿Q的是，或者此外，第二檢測(cè)器302的在線檢測(cè)器可以用作檢測(cè)器的冗余組以改善血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的可靠性。
也可以設(shè)計(jì)為第二陣列302的在線檢測(cè)器與第一陣列300的在線檢測(cè)器結(jié)合使用以更精確地確定在流動(dòng)流中的顆粒的飛行時(shí)間或速度。因?yàn)樵跈z測(cè)器之間的距離可以更大，因此測(cè)量可能更加精確。如上文所示，通過(guò)得知顆粒的速度，通過(guò)控制器可以使流體驅(qū)動(dòng)器引起的流體速率的變化更小或者消除這種變化。
附圖13的光檢測(cè)器328和330用于測(cè)量由在流動(dòng)流中的所選擇的顆粒產(chǎn)生的小角度散射(SALS)。因此光檢測(cè)器328和330優(yōu)選與在線檢測(cè)器326充分地間隔開以截取由在流動(dòng)流中的所選擇的顆粒所產(chǎn)生的小角散射(SALS)。
返回到附圖11，優(yōu)選提供第三陣列的光源和光檢測(cè)器350以測(cè)量由在流動(dòng)流中的所選擇的顆粒產(chǎn)生的前向角度散射(FALS)。沿第三光源軸成線性陣列地安排該光源，該第三光源軸相對(duì)于流動(dòng)流的流動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)。每個(gè)光源優(yōu)選具有相應(yīng)的光檢測(cè)器，每個(gè)光檢測(cè)器優(yōu)選是帶有在中間的非敏感區(qū)的環(huán)形或者分離的在線檢測(cè)器。環(huán)形光檢測(cè)器的大小優(yōu)選適合于截取并檢測(cè)由在流動(dòng)流中的所選擇的顆粒產(chǎn)生的前向角散射(FALS)。
附圖14所示為在附圖11中所示的第三陣列的光源和光檢測(cè)器350的實(shí)例性光源和檢測(cè)器對(duì)的示意圖。所示的VCSEL 360在向上方向上提供光。通過(guò)透鏡362比如準(zhǔn)直透鏡提供光，該透鏡給芯流提供基本準(zhǔn)直的光。如上文所述，準(zhǔn)直的光檢測(cè)前向散射(FALS)光是理想的。光穿過(guò)芯流，并被另一透鏡364接收。透鏡364給環(huán)形的檢測(cè)器368提供所接收的光。
環(huán)形檢測(cè)器378的大小優(yōu)選適合于截取并檢測(cè)由在流動(dòng)流中的所選擇的顆粒產(chǎn)生的前向角度散射(FALS)。在環(huán)形檢測(cè)器368的中間可以提供非敏感區(qū)或者分開的在線檢測(cè)器370。如果提供分開的在線檢測(cè)器370，它可以用于與第一陣列300和/或第二陣列302的在線檢測(cè)器相同的測(cè)量。在這樣提供時(shí)，所有的第一陣列300、第二陣列302和第三陣列350的三個(gè)在線檢測(cè)器陣列的測(cè)量可以進(jìn)行比較或者組合以提供更加精確的結(jié)果。第三陣列302的在線檢測(cè)器也可以用作另一等級(jí)或冗余以改善血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的可靠性。
也可以設(shè)計(jì)成第三陣列350的在線檢測(cè)器與第一陣列300和/第二陣列302的在線檢測(cè)器結(jié)合使用以更加精確地確定在流動(dòng)流中的顆粒的飛行時(shí)間或速度。因?yàn)樵跈z測(cè)器之間的距離可以更大因此測(cè)量可能更加精確。如上文所示，通過(guò)得知顆粒的速度，通過(guò)控制器可以使流體驅(qū)動(dòng)器引起的流體速率的變化更小或者消除這種變化。
通過(guò)使用三個(gè)不同的光源和檢測(cè)器陣列，對(duì)于所需的應(yīng)用可以使與每個(gè)陣列相關(guān)的光學(xué)器件最佳?？梢钥闯?，與第一陣列300相關(guān)的光學(xué)器件可以設(shè)計(jì)成提供在芯流平面上很好聚焦的激光。這有助于給由第一陣列30所執(zhí)行的對(duì)準(zhǔn)、大小和顆粒速度測(cè)量提供分辨率。同樣地，與第二陣列302相關(guān)的光學(xué)器件設(shè)計(jì)成在芯流的平面上提供很好聚焦的激光。在測(cè)量由在流動(dòng)流中的所選擇的顆粒所產(chǎn)生的小角散射(SALS)時(shí)這種很好聚焦的光是比較理想的。最后，與第三陣列350相關(guān)的光學(xué)器件設(shè)計(jì)成給芯流提供準(zhǔn)直的光。如上文所述，在測(cè)量由在流體中的所選擇的顆粒所產(chǎn)生的前向角散射(FALS)時(shí)這種準(zhǔn)直的光是理想的。
附圖15所示為適合于佩帶在手腕上的本發(fā)明的便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器的實(shí)例性實(shí)施例的透視圖。該便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器以400表示，并且它與在附圖1中所示的便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器類似。帶402將便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器400固定到用戶的手腕上。
如上文所指出，用戶可以獲得可拆卸的盒并給可拆卸的盒的試樣收集器端口32(見附圖1)提供血樣。例如通過(guò)刺手指可以采集血樣。然后用戶可以將可拆卸的盒插入到殼體中，并手動(dòng)增壓該系統(tǒng)。然后該便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器提供表示用戶是否應(yīng)尋求醫(yī)療的指示。該指示可以是視覺指示、可聽到的聲音或者任何其它適合的指示。
除了通過(guò)刺手指等方式獲取血樣以外，還可以設(shè)計(jì)成將導(dǎo)管404等插入到用戶的靜脈中并連接到試樣收集器端口32。這可以允許該系統(tǒng)在用戶希望獲得指示的任何時(shí)候該系統(tǒng)自動(dòng)地從用戶采集血樣?？商鎿Q的是，還可以設(shè)計(jì)成將便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器植入用戶身體中，并且將試樣收集器端口32連接到適合的血液供應(yīng)源。
雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以了解的是在此的教導(dǎo)可以應(yīng)用于在附加的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的其它的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種識(shí)別和/或計(jì)數(shù)在樣品流體中的所選擇的顆粒的便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器(10)，包括接收樣品流體的流體接收器(32)；儲(chǔ)藏一種或多種支撐流體的至少一個(gè)貯存器(64)；非精確流體驅(qū)動(dòng)器，該非精確流體驅(qū)動(dòng)器耦合到流體接收器(32)和至少一個(gè)貯存器(64)以給樣品流體和一種或多種支撐流體提供不同的壓力，從而給樣品流體和一種或多種支撐流體中的每個(gè)提供流體速度；耦合到流體驅(qū)動(dòng)器以調(diào)節(jié)施加到樣品流體和一種或多種支撐流體的不同的壓力的閥裝置(74)；至少一個(gè)流動(dòng)傳感器(80)，該流動(dòng)傳感器(80)測(cè)量由流體驅(qū)動(dòng)器所提供的樣品流體和一種或多種支撐流體的流體速度；控制裝置(40)，該控制裝置(40)耦合到閥裝置(74)和至少一個(gè)流動(dòng)傳感器(80)以控制閥裝置(74)以使樣品流體和一種或多種支撐流體中的每個(gè)的流體速度都處于理想的水平；從流體驅(qū)動(dòng)器中接收樣品流體和一種或多種支撐流體并形成流動(dòng)流(50)的流體流路(88)；提供穿過(guò)流動(dòng)流(50)的光的光提供裝置(22)；從流動(dòng)流(50)中接收光并響應(yīng)該光產(chǎn)生至少一個(gè)信號(hào)的光接收裝置(24)；和從光接收裝置(24)接收至少一個(gè)信號(hào)并識(shí)別和/或計(jì)數(shù)在其中所選擇的顆粒的處理裝置(40)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器(10)，其中非精確流體驅(qū)動(dòng)器是手動(dòng)供能。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器(10)，其中非精確流體驅(qū)動(dòng)器包括容納在第一壓力室(70)中的至少一個(gè)活塞，其中手動(dòng)地將滑閥壓進(jìn)第一壓力室(70)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器(10)，其中非精確流體驅(qū)動(dòng)器包括靜電激勵(lì)中等泵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器(10)，其中處理裝置(40)識(shí)別在流動(dòng)流(50)中所選擇的顆粒的速度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器(10)，其中處理裝置(40)識(shí)別在流動(dòng)流(50)中所選擇的顆粒的大小。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器(10)，其中處理裝置(40)識(shí)別在流動(dòng)流(50)中所選擇的顆粒的對(duì)準(zhǔn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器(10)，其中處理裝置(40)提供用于調(diào)節(jié)閥裝置(72)的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)以改變施加到樣品流體和一種或多種支撐流體中的相對(duì)壓力以改變?cè)诹鲃?dòng)流(50)中所選擇的對(duì)準(zhǔn)。
9.一種分析在樣品流體中的所選擇的顆粒的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，包括可拆卸的盒(14)，該可拆卸的盒(14)用于接收樣品流體并制備用于分析的樣品流體，包括執(zhí)行流體動(dòng)力聚焦以形成具有顆粒芯流(160)的流動(dòng)流(50)，該盒(14)具有接收一種或多種受控的壓力的一個(gè)或多個(gè)壓力接收端口(34)。適合于容納可拆卸的盒(14)的殼體(12)，所述殼體(12)具有給可拆卸的盒(14)的一個(gè)或多個(gè)壓力接收端口34施加受控壓力的壓力施加裝置；放置在可拆卸的盒(14)的流動(dòng)流附近以提供穿過(guò)流動(dòng)流(50)的光的一個(gè)或多個(gè)光提供裝置(22)；放置在可拆卸的盒(14)的流動(dòng)流附近以接收來(lái)自流動(dòng)流(50)的光并響應(yīng)該光產(chǎn)生至少一個(gè)信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)光接收裝置(24)；和處理裝置(40)，該處理裝置(40)用于從光接收裝置(40)接收至少一個(gè)信號(hào)并分析該至少一個(gè)信號(hào)以確定相對(duì)于在流動(dòng)流(50)中的所選擇的顆粒的預(yù)定的信息。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中殼體(12)包括底座(16)；封蓋(18)；和將底座(16)固定到封蓋(18)的鉸鏈(20)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中使用一個(gè)或多個(gè)定位銷(28)使可拆卸的盒(14)和殼體(12)自對(duì)準(zhǔn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中可拆卸的盒(14)包括接收樣品流體的流體接收器(32)；和儲(chǔ)藏一種或多種支撐流體的至少一個(gè)貯存器(64)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中可拆卸的盒(14)包括在流動(dòng)流(50)的下游用于接收和儲(chǔ)藏流動(dòng)流(50)的流體的廢料貯存器(52)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中樣品流體是血樣，以及一種或多種支撐流體包括細(xì)胞溶解液和鞘膜液。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中可拆卸的盒(14)稀釋血樣，執(zhí)行紅細(xì)胞溶解和為形成流動(dòng)和芯流而執(zhí)行流體動(dòng)力聚焦。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中壓力施加裝置包括產(chǎn)生輸入壓力的壓力源；接收輸入壓力的第一壓力室(70)；第二壓力室(72)；在第一壓力室(70)和第二壓力室(72)之間的第一閥裝置(74)；和釋放在第二壓力室(72)中的壓力的第二閥裝置(76)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中壓力源包括移到第一壓力室(70)中的可移動(dòng)的活塞。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中可移動(dòng)的活塞適合于手動(dòng)壓下。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中第一閥裝置(74)包括多個(gè)微閥。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中多個(gè)微閥是靜電激勵(lì)的。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中所選擇的微閥或微閥組是可分別尋址的。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中第二閥裝置(76)包括多個(gè)微閥。
23.根據(jù)權(quán)利要求16所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中可更換的盒(14)包括與第二壓力室(72)流體連通的下游流體流；測(cè)量在下游流體流中的流體流速的流動(dòng)傳感器(80)；和反饋裝置(40)，該反饋裝置(40)連接到流動(dòng)傳感器(80)和第一閥裝置(74)和第二閥裝置(76)以在下游流體流中的流體流速下降到第一預(yù)定值之下時(shí)打開第一閥裝置(74)和在下游流體流中的流體流速增加到第二預(yù)定值之上時(shí)打開第二閥裝置(76)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中流動(dòng)傳感器(80)是熱風(fēng)速儀型流動(dòng)傳感器。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中該熱風(fēng)速儀型流動(dòng)傳感器是微橋流動(dòng)傳感器。
26.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中流動(dòng)流(50)具有沿流動(dòng)中心軸(202)的長(zhǎng)度和垂直于該流動(dòng)中心軸(202)的寬度。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中光提供裝置(22)包括距流動(dòng)流(50)的流動(dòng)中心軸(202)具有不同的距離的橫向放置的兩個(gè)或多個(gè)間隔的光源(208，210)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中兩個(gè)或多個(gè)間隔的光源(208，210)沿相對(duì)于流動(dòng)流(50)的流動(dòng)中心軸(202)旋轉(zhuǎn)的光源軸(200)放置。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中兩個(gè)或多個(gè)間隔的光源(208，210)在流動(dòng)流(50)上提供基本恒定的光強(qiáng)度。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中兩個(gè)或多個(gè)間隔的光源(208，210)是VCSEL器件陣列的一部分。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中VCSEL器件運(yùn)行在紅光譜中。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中兩個(gè)或多個(gè)間隔的光源(208，210)中的每個(gè)都具有相應(yīng)的透鏡(220)。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中每個(gè)透鏡(220)都是集成的微透鏡。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中所選擇的透鏡(220)將光聚焦在包括流動(dòng)流(50)的中心軸(202)的中心平面上。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中聚焦在中心平面上的光用于檢測(cè)由在流動(dòng)流(50)中的所選擇顆粒所產(chǎn)生的小角散射(SALS)。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中聚焦在中心平面上的光用于確定在流動(dòng)流(50)中的所選擇顆粒的速度。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中聚焦在中心平面上的光用于確定在流動(dòng)流(50)中的所選擇顆粒的大小。
38.根據(jù)權(quán)利要求32所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中所選擇的透鏡(362)提供通過(guò)流動(dòng)流(50)的基本準(zhǔn)直的光。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中基本準(zhǔn)直的光用于檢測(cè)由在流動(dòng)流(50)中的所選擇顆粒所產(chǎn)生的前向角度散射(FALS)。
40.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中所選擇的顆粒包括白血細(xì)胞。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中白血細(xì)胞包括嗜中性白細(xì)胞和/或淋巴細(xì)胞白細(xì)胞。
42.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中光提供裝置(22)包括沿相對(duì)于流動(dòng)流(50)的流動(dòng)中心軸(202)旋轉(zhuǎn)的光源軸(200)放置的第一組光源(302)，來(lái)自該第一組光源的光聚焦在包括流動(dòng)流(50)的中心軸的中心平面上。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中光接收裝置(24)包括接收來(lái)自第一組光源(302)的在光穿過(guò)流動(dòng)流(50)之后的光的第一組光檢測(cè)器(308)，第一組光檢測(cè)器(308)中的每個(gè)檢測(cè)器具有將光基本聚焦在對(duì)應(yīng)的光檢測(cè)器(308)上的相應(yīng)的透鏡(306)。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中第一組光源(302)和第一組光檢測(cè)器(308)用于檢測(cè)所選擇的顆粒流相對(duì)于流動(dòng)流(50)的寬度的對(duì)準(zhǔn)。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中壓力裝置(40)與壓力施加裝置連通，并且調(diào)節(jié)通過(guò)壓力施加裝置施加給可拆卸的盒(14)的一個(gè)或多個(gè)壓力接收端口(34)的受控壓力以使在芯流(160)中的所選擇的顆粒的對(duì)準(zhǔn)基本在流動(dòng)流(50)的中部。
46.根據(jù)權(quán)利要求42所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中第一組光源(302)和第一光檢測(cè)器(308)用于檢測(cè)在流動(dòng)流(50)中的所選擇的顆粒的速度。
47.根據(jù)權(quán)利要求42所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中第一組光源(302)和第一光檢測(cè)器(308)用于檢測(cè)在流動(dòng)流(50)中的所選擇的顆粒的大小。
48.根據(jù)權(quán)利要求42所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中光提供裝置(22)包括沿相對(duì)于流動(dòng)流(50)的流動(dòng)中心軸(202)旋轉(zhuǎn)的光源軸(200)放置的第二組光源(320)，第二組光源(320)中的每個(gè)光源具有將光聚焦在包括流動(dòng)流(50)的中心軸(202)的中心平面上的相應(yīng)的透鏡(322)。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中光接收裝置(24)包括第二組光檢測(cè)器，第二組光檢測(cè)器中的每個(gè)光檢測(cè)器具有與相應(yīng)的光源(320)在線的位置橫向間隔開的檢測(cè)器區(qū)(328)。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中第二組光檢測(cè)器中的每個(gè)光檢測(cè)器具有用于第二組光源(320)中的每個(gè)光源的至少兩個(gè)檢測(cè)器區(qū)(328，330)，一個(gè)(320)相對(duì)于相應(yīng)的光源(320)的在線位置的一個(gè)方向上放置，另一個(gè)(330)在相對(duì)于相應(yīng)的光源(320)的在線位置在另一方向上放置，第二組光檢測(cè)器中的每個(gè)光檢測(cè)器具有將光基本聚焦在對(duì)應(yīng)的光檢測(cè)器上的相應(yīng)透鏡(324)。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中第二組光檢測(cè)器(328，330)用于檢測(cè)由在流動(dòng)流(50)中的所選擇的顆粒所產(chǎn)生的小角散射(SALS)。
52.根據(jù)權(quán)利要求48所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中光提供裝置(22)包括沿相對(duì)于流動(dòng)流(50)的流動(dòng)中心軸(202)旋轉(zhuǎn)的光源軸放置的第三組光源(360)，第三組光源中的每個(gè)光源具有提供穿過(guò)流動(dòng)流(50)的基本準(zhǔn)直的光的相應(yīng)的透鏡(362)。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中光接收裝置(24)包括與第三組光源(360)在線地放置的第三組光檢測(cè)器(368)，第三組光檢測(cè)器中的每個(gè)光檢測(cè)器具有將基本準(zhǔn)直的光基本聚焦在相應(yīng)的光檢測(cè)器(368)上的相應(yīng)的透鏡(364)。
54.根據(jù)權(quán)利要求53所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中第三組光檢測(cè)器中的每個(gè)光檢測(cè)器為環(huán)形。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的可佩帶的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器，其中第三組光源(360)和第三組環(huán)形光檢測(cè)器(368)用于檢測(cè)由在流動(dòng)流(50)中的所選擇的顆粒所產(chǎn)生的前向角散射(FALS)。
56.一種分析在流體流中的所選擇的顆粒的方法，該方法包括手動(dòng)產(chǎn)生非精確的壓力；從手動(dòng)產(chǎn)生的非精確的壓力中產(chǎn)生受控的壓力；使用受控的壓力給流體流施力；和分析在液體流中的所選擇的顆粒。
57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的方法，其中分析步驟包括確定在流體流中的所選擇的顆粒的對(duì)準(zhǔn)。
58.根據(jù)權(quán)利要求56所述的方法，其中分析步驟包括確定由在流動(dòng)流(50)中的所選擇的顆粒所產(chǎn)生的小角散射(SALS)。
59.根據(jù)權(quán)利要求56所述的方法，其中分析步驟包括確定由在流動(dòng)流(50)中的所選擇的顆粒所產(chǎn)生的前向角散射(FALS)。
60.根據(jù)權(quán)利要求56所述的方法，其中手動(dòng)產(chǎn)生步驟包括手動(dòng)產(chǎn)生兩種或多種非精確的壓力。
61.根據(jù)權(quán)利要求60所述的方法，其中產(chǎn)生步驟包括從手動(dòng)產(chǎn)生的兩種或多種非精確的壓力中產(chǎn)生受控的壓力。
62.根據(jù)權(quán)利要求61所述的方法，其中每個(gè)受控的壓力給不同的流體貯存器(62)施加力，其中每個(gè)流體貯存器包括不同的流體。
63.根據(jù)權(quán)利要求62所述的方法，其中施加給每個(gè)流體貯存器(62)的力給每種流體提供不同的速度。
64.根據(jù)權(quán)利要求63所述的方法，進(jìn)一步包括使用每種流體執(zhí)行流體動(dòng)力聚焦以形成流體流。
65.根據(jù)權(quán)利要求64所述的方法，其中分析步驟包括確定在流體流中的所選擇的顆粒的對(duì)齊。
66.根據(jù)權(quán)利要求65所述的方法，進(jìn)一步包括調(diào)節(jié)每種受控的壓力以提供流體流中的所選擇顆粒的所需對(duì)準(zhǔn)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可用于遠(yuǎn)程位置如家中或野外的便攜式或可佩戴的血細(xì)胞計(jì)數(shù)器(10)。本發(fā)明的流動(dòng)血細(xì)胞計(jì)數(shù)器(10)通過(guò)提供感染的早期檢測(cè)可以有助于改善許多體弱、患病或年老的人的保健。通過(guò)早期檢測(cè)感染，可以較容易地治療感染。在軍事方面的應(yīng)用中，本發(fā)明的便攜式血細(xì)胞計(jì)數(shù)器(10)通過(guò)提供對(duì)由生物制劑引起的感染的早期檢測(cè)可有助于挽救生命。
文檔編號(hào)G01N33/487GK1502068SQ01816724
公開日2004年6月2日 申請(qǐng)日期2001年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月2日
發(fā)明者C·卡布茲, T·M·馬塔, A·帕德馬納汗, E·A·斯塔藤, E·L·卡布茲, U·邦尼, T·R·奧恩斯坦, J·A·科克斯, D·J·佐克, C 卡布茲, 佐克, 侶砟珊, 卡布茲, 奧恩斯坦, 斯塔藤, 科克斯, 馬塔 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國(guó)際公司