血细胞分析仪的核心：鞘流池技术原理、性能挑战与应用进展

摘要

鞘流池作为现代血细胞分析仪实现高精度、高通量细胞计数与分类的核心部件，其技术性能直接决定了仪器的分析质量。本文深入剖析了鞘流池的工作原理、关键技术参数、常见技术挑战及解决方案，并展望其技术发展趋势，为仪器设计、应用与选型提供专业参考。

一、鞘流技术：单细胞排队检测的基石

现代全自动血细胞分析仪普遍采用库尔特原理（电阻抗法）与光学法相结合的技术路线，而鞘流技术是实现这一路线的关键。

1.1 基本工作原理

鞘流系统由样本流、鞘流液和鞘流池构成。在精密流体泵的推动下，鞘流液（一种等渗的稀释液）形成稳定的流体，将浓度经过精确稀释的血细胞样本包裹在中心，并共同通过鞘流池上一个极其狭窄（通常直径约50-100µm）的检测孔或检测区。

这一过程被称为 “流体聚焦" 。其核心作用在于：

· 约束细胞位置：迫使细胞颗粒在鞘流液的“夹持"下，集中位于流体中心轴线，确保每个细胞以相同的姿态通过检测区域。

· 实现单列排队：将可能重叠的细胞分散成一列，使其逐个、单行通过检测区，为后续的逐个电学或光学检测奠定基础，有效防止了多个细胞同时通过导致的计数误差（重合丢失）。

二、鞘流池的设计与关键性能指标

鞘流池的设计与制造精度是衡量血细胞分析仪性能的核心。

2.1 核心设计与材料

· 材料选择：通常采用光学级玻璃、石英或高性能工程塑料（如ABS），必须具备优异的化学稳定性（耐受各种清洗剂和鞘液）、生物惰性以及精密的加工特性。

· 结构设计：包括进样通道、鞘液通道、聚焦腔、检测孔（宝石孔）和流出通道。其内部流道的几何形状、表面粗糙度直接决定了流体的稳定性和信噪比。

2.2 关键性能指标

· 检测孔精度：作为传感器的核心，宝石孔的加工精度需达到微米级，孔壁光滑且直径一致，这是保证细胞体积测量（电阻抗法）准确性的关键。

· 光学通透性：对于采用光学法的池体，其光学窗口必须具有高透光率和低自发荧光特性，以保证激光（如半导体激光器）激发后产生的散射光和荧光信号能被探测器高效捕获。

· 流体稳定性：鞘流池需在长时间运行中维持层流状态，避免湍流产生。任何微小的流速波动或气泡都会导致基线噪声增大，严重影响细胞分类的准确性，尤其是在白细胞五分类的散点图分辨力上。

三、常见技术挑战与解决方案

在实际应用中，鞘流池系统面临多项技术挑战。

3.1 堵孔问题与对策

堵孔是最常见的故障之一，主要由纤维蛋白、聚集的血小板或异常细胞引起。

· 技术对策：

  1. 正反扫流技术：仪器可自动执行反向冲洗程序，利用鞘液反向冲击，清除孔口堵塞物。

  2. 灼烧功能：部分高品质仪器在宝石孔两侧设有电极，可通过瞬时电流烧掉蛋白质类堵塞物。

  3. 预警机制：通过实时监测计数时间的变化，在堵孔发生早期发出警报。

3.2 气泡干扰与排除

流体管路中的微小气泡会干扰电阻抗并散射光线，导致计数错误和图形异常。

· 解决方案：

  · 鞘液脱气：在鞘液供给系统中集成脱气模块，去除溶解气体。

  · 流体设计：优化流道设计，避免形成气阱。

  · 自动排泡：设置排泡传感器和专用通道。

3.3 携带污染与清洗

样本间的携带污染会直接影响结果的准确性。

· 清洗机制：

  · 高效冲洗：分析完成后，使用高流速鞘液或专用清洗液对样本流经的所有通道进行冲洗。

  · 智能清洗程序：定期执行强化清洗流程，分解池壁和管路内的蛋白质残留。

四、技术发展趋势与展望

鞘流池技术正朝着更集成、更智能、更多功能的方向发展。

1. 微流控技术的融合：基于微流控芯片的鞘流池能够以更低的样本和试剂消耗、更高的集成度，实现更稳定的流体控制，为便携式、低成本分析仪开辟道路。

2. 多技术联用集成：在单一鞘流池内集成电阻抗、激光散射、荧光染色甚至细胞形态成像等多种检测技术，提供更丰富的细胞信息。

3. 材料科学与表面改性：采用新型生物相容性涂层（如亲水/疏水涂层），可有效减少细胞和蛋白质在池壁的吸附，进一步降低携带污染和堵孔风险。

4. 智能化诊断：通过传感器实时监测鞘流池的压力、流速和信号基线，实现故障的预测性诊断与维护。

结语

鞘流池虽是小部件，却是血细胞分析仪的“心脏"。其技术水平直接关乎临床检验结果的可靠性。随着精密加工、微流控和材料科学的不断进步，鞘流池技术将持续推动血细胞分析仪向更高精度、更高效率和更智能化的方向发展。