全自动动态微粒图像分析仪用鞘液：技术原理、性能影响与应用实践

鞘液技术作为全自动动态微粒图像分析仪的核心组成部分，在保证颗粒分析准确性方面发挥着不可替代的作用。本文深入探讨了鞘液系统的工作原理、技术特性及其对颗粒成像和分析质量的影响机制，并结合实际应用场景提供了详细的选型与使用指导，为相关领域研究人员和技术人员提供全面的技术参考。

1 鞘液技术的基本原理与系统构成

动态图像分析技术是现代颗粒分析领域的重要分支，而鞘液系统则是该技术的核心组成部分。全自动动态微粒图像分析仪的基本工作原理是将样品制成一定浓度的悬浮液后，通过精密泵系统将其注入鞘液样品池中。与此同时，鞘液泵也将鞘液（通常为纯净水）注入样品池，并将样品流包裹在中间，形成所谓的"鞘流效应"。

这种流体聚焦机制是实现高精度颗粒分析的基础。在理想状态下，鞘液与样品流以稳定流速共同流过观测区，鞘液围绕在颗粒四周，强制颗粒排成一个队列。这种排列机制确保了颗粒在通过拍摄区域时，能够逐个通过显微镜的焦平面，避免了传统静态图像分析中常见的颗粒重叠和离焦现象。

鞘液系统通常由以下几个关键组件构成：

· 鞘液储液装置：提供稳定、洁净的鞘液源

· 精密泵系统：控制鞘液和样品流的流速与比例

· 鞘流样品池：实现流体聚焦的关键部件

· 流体管路连接：保证液体传输的稳定性和一致性

通过这些组件的协同工作，鞘液系统创造了稳定、可控的流体环境，为后续的高质量图像采集和分析奠定了坚实基础。

2 鞘液技术对分析性能的关键影响

2.1 图像质量提升机制

鞘液技术对图像质量的提升是全面且至关重要的。动态图像粒度粒形分析系统依靠高速相机通过显微镜连续拍摄流动中的颗粒图像，而鞘液技术确保了这些图像的清晰度和准确性。

通过流体聚焦技术，样品流被鞘液包裹并约束在狭窄的中央区域，使得颗粒在流动过程中保持在场中央，不会因扩散而导致图像模糊。更为重要的是，这种机制确保了颗粒队列恰好位于镜头的焦平面上，消除了离焦现象，从而捕获到边缘清晰、细节分明的颗粒图像。对于需要精确形态分析的领域，如针状粉体行业，清晰的图像是准确计算长径比及分布的前提。

2.2 分析精度与准确性保障

鞘液技术通过多种机制保障分析结果的精度与准确性。首先，鞘液系统通过迫使颗粒排队通过检测区域，显著减少了颗粒间的重叠和粘连。这一特性不仅提高了单个颗粒图像的清晰度，还直接降低了因颗粒重叠导致的识别错误和测量偏差。

研究表明，采用优质鞘液和优化鞘流参数的系统，其重复性误差可控制在≤1%，准确性误差同样≤1%。这种高水平的精度对于质量控制和合规性检测至关重要。例如，在生物制药领域，准确的蛋白颗粒分析和硅油滴区分依赖于优化的鞘液系统提供的可靠数据。

此外，良好的鞘液系统还能提高分析速度。采用高速CCD、精密柱塞泵和快速颗粒图像识别技术的系统，每分钟能拍摄并处理1-5万个颗粒，这种高效率很大程度上归功于鞘液系统创造的稳定、均匀的颗粒流。

3 鞘液的选择与优化策略

3.1 鞘液性质对分析的影响

选择合适的鞘液是确保分析结果准确性的关键环节。鞘液的物理性质和化学兼容性都会对分析过程产生显著影响。

折射率是鞘液选择中的重要参数。研究表明，当样品的折射率与鞘液不匹配时，可能会损害光学条件。例如，在蛋白颗粒分析中，配方折射率增加会损害光学条件，而优化的鞘液系统能够在这种情况下仍保持准确的颗粒量化能力。

化学兼容性同样不可忽视。根据Sysmex FPIA-3000系统的实践，兼容的鞘液试剂包括水溶性颗粒鞘液试剂、甲醇、乙醇、异丙醇以及乙二醇溶液(25%)等多种介质。这种多样性使得用户可以根据样品特性选择最合适的鞘液，避免化学不相容导致的颗粒溶解、膨胀或变形。

纯净度是鞘液选择的另一关键考量。杂质含量高的鞘液会引入背景颗粒，干扰实际样品的分析和统计结果。因此，建议使用高质量纯净水或经过严格过滤的专业鞘液产品。

3.2 鞘液参数优化与实践建议

在实际应用中，鞘液参数的优化同样至关重要：

· 流速控制：鞘液与样品流的流速比例直接影响样品流的宽度和颗粒分散程度。一般建议保持鞘液流速稳定，并通过调整样品流速来优化图像质量

· 温度管理：保持鞘液温度稳定可以避免气泡形成，因为温度变化可能导致溶解空气释放，产生微小气泡干扰图像分析

· 脱气处理：对鞘液进行预先脱气处理可有效减少气泡形成，避免气泡被误判为颗粒

· 系统清洁：定期清洁鞘液系统至关重要，残留污染物可能影响流体稳定性并污染后续样品。建议按照仪器说明书建立定期维护计划

4 应用场景与故障排除

4.1 行业应用实例

鞘液技术在多个行业的颗粒分析中发挥着重要作用：

在生物制药领域，动态成像技术结合鞘液系统用于蛋白颗粒分析和硅油滴区分。例如，研究比较了四种流式成像显微镜系统，发现FlowCAM PV系统在配方折射率增加的情况下仍能提供精确的蛋白颗粒量化。

在粉体材料领域，如磨料（碳化硅、刚玉）、电池材料（球形石墨粉）、金属粉（球形铝粉）等行业，鞘液技术帮助实现了对颗粒形状和大小的精确分析。特别对于针状粉体如硅灰石，鞘流技术使颗粒在流动时自动选择阻力最小的方向，CCD捕获到的是分离的、长轴方向一致的清晰图像，从而快速获取准确的长径比及分布。

在生物技术领域，如蛋白质晶体、藻类分析中，鞘液系统确保了敏感生物样本的可靠分析，不会因流体剪切力破坏样本完整性。

4.2 常见故障与排除方法

鞘液系统常见问题及解决方案包括：

· 图像模糊或不清晰：可能源于鞘流不稳定，检查鞘液泵是否正常工作，鞘液是否充足，管路是否有堵塞

· 分析结果重复性差：可能由于鞘液中有气泡，应对鞘液进行脱气处理，并检查系统密封性

· 背景噪音增加：可能是鞘液污染或过滤器堵塞导致，更换鞘液并清洁过滤芯

· 颗粒计数异常：检查鞘液与样品的流速比例是否恰当，重新校准流速参数

定期执行仪器提供的自动清洗程序可预防许多鞘液系统问题。对于难以清除的污染物，如某些荧光染料，可能需要使用特殊清洗方案，如1% NaClO溶液清洗，再用超纯水充分冲洗。

5 结论与展望

鞘液技术作为全自动动态微粒图像分析仪的关键技术，对确保分析结果的准确性和可靠性起着决定性作用。通过流体聚焦机制，鞘液系统创造了稳定、可控的颗粒流环境，为高质量图像采集和精确数据分析提供了基础。随着颗粒分析技术的不断发展，鞘液系统的优化与创新将继续推动分析精度和应用范围的扩展。

未来的鞘液技术可能会朝着更高度的标准化、专业化和智能化方向发展，如针对特殊样品的专用鞘液配方、智能流速调节系统以及更高程度的集成化和自动化。这些进步将进一步巩固鞘液技术在颗粒分析领域的核心地位，为科研和工业应用提供更强大的技术支持。
对于使用者而言，深入理解鞘液技术原理，根据样品特性选择合适的鞘液类型和参数，并建立科学的维护流程，是确保全自动动态微粒图像分析仪始终处于最佳工作状态的关键。