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作者：世健 細胞治療是未來(lái)醫學(xué)的三大支柱之一，全球流式細胞儀市場(chǎng)正以健康的速度增長(cháng)。根據市場(chǎng)研究報告，預計2022年全球流式細胞儀的市場(chǎng)將達到70億美元。本次我們通過(guò)技術(shù)型分銷(xiāo)商Excelpoint世健邀請到行業(yè)資深工程師錢(qián)工來(lái)分享他的實(shí)戰經(jīng)驗——流式細胞分析儀硬件設計方案。 1. 概述 流式細胞分析儀是利用流式細胞技術(shù)進(jìn)行單細胞定量分析和分選的醫用體外診斷設備。流式細胞技術(shù)是免疫細胞化學(xué)技術(shù)、流體力學(xué)技術(shù)、激光光學(xué)、電子和計算科學(xué)等綜合的高技術(shù)產(chǎn)物。流式細胞分析儀主要由光學(xué)系統、液路系統、信號檢測系統、數據傳輸分析系統等組成，具有高速、高精度、高準確性等優(yōu)點(diǎn)，是當代最先進(jìn)的細胞定量分析儀器。 2. 硬件層面的設計考慮及要點(diǎn) 流式細胞分析儀系統集成較復雜，包括流體控制系統（控制樣本移動(dòng)及廢液排放）、光學(xué)系統（光源及光信號接收檢測）、電信號處理系統（光電信號轉換及電信號濾波放大）、環(huán)境監測及控制系統（監測溫濕度、壓力等并進(jìn)行相應控制）、電源管理系統（各電路子模塊供電）、數據處理系統（運行算法分析數據）等。 2.1. 基于流式細胞分析儀系統特性，以下是必須考慮的設計要點(diǎn)： 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(dòng)控制（溫度、液位、機械動(dòng)作等） 2.2. 模擬電信號處理系統硬件設計要點(diǎn) 流壓轉換的跨阻放大器需要低偏置電流、高輸入阻抗、低噪聲、低失調運算放大器 高速、高精度、同步采樣ADC 低噪聲且穩定的高PSRR電源 低噪聲且動(dòng)態(tài)可調的激光恒流源 2.3. 環(huán)境監測系統硬件設計要點(diǎn) 高精度溫度采集器件 穩定高效的加熱/制冷控制器 精確的液位測量器件 3. 硬件方案設計細化 3.1. 模擬電信號處理系統 3.1.1. 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(gè)PD接收。光電流經(jīng)過(guò)流壓轉換，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(lái)控制，實(shí)現高速并行同步采集。 主要器件選型表
3.1.2. 低噪聲且動(dòng)態(tài)可調的激光恒流源硬件方案
通用運放AD8542加N溝道MOS管構成恒流源，驅動(dòng)激光管。利用激光器自帶的PD反饋，實(shí)時(shí)調節恒利源電流，使激光輸出穩定。通過(guò)可調電阻RP1還可以手動(dòng)調節恒流源電流來(lái)控制激光功率。 3.2. 環(huán)境監測系統 3.2.1. 溫控系統 溫控系統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）： 內置低內阻H橋 內置TEC電壓電流檢測電路 可驅動(dòng)NTC和RTD溫度傳感器 內置兩個(gè)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 內置2.5V高精度參考源
恒溫制熱方案
數控溫度可調的制冷方案
內置運放2反向端與輸出端直連構成跟隨器，同相端用DAC控制，用于溫度調節。內置運放1外接NTC用于測溫，運放1輸出端信號給ADC，構成溫度閉環(huán)，可以實(shí)現數字PID來(lái)實(shí)時(shí)調節制冷溫度。 3.2.2. 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： 內置24位Σ-Δ型ADC 精度：4 fF 數據更新率：10 Hz to 90 Hz I2C數字接口
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