流式细胞术拆解

拆解一台流式细胞仪

流式细胞仪是一台拒绝看图像的显微镜：它让细胞逐个通过激光焦点，按事件统计光子，因此整机的每一个取舍，说到底都是“一个细胞在离开光束之前能发出多少光子”。从物料清单里选一个部件，拖到剖视图上；每个参数都对应到承载它的具体型号。

这一页怎么用

1从物料清单里选一个部件。
2拖到模块图上，或者直接点击卡片。
3查看它的职责、关键参数，以及承载这些参数的型号。

物料清单

每个部件，一份光学预算。把卡片拖到图上，或者直接点击，旁边的面板会显示该部件的参数。

流式细胞仪的教学剖视图：左侧是三台光纤耦合激光器，其上方是鞘液与样本流路，中间是流动室，光束、细胞流与收光光学在此交汇，右侧是二向色镜与滤光片分级排列的探测器组，底部是信号采集板

把部件拖到这里 也可以点击物料清单中的卡片

教学剖视图，不是装配图。左侧为激光器，其上方为流路，中间是流动室与检测点，右侧是滤光片与探测器分级排列，下方是信号采集板。

图中器件位置为讲解示意，不是装配图：位置与拆解结构仅供参考，参数数值以所链接的规格书为准。

逐个部件的参数

与交互视图完全一致的数值，以可阅读、可搜索、可引用的表格呈现。

405 nm 紫光激光器激发光源

决定被紫光标记的细胞能发出多少光子。关键不是标称功率，而是经过光纤之后还剩多少、在一整轮测量中是否稳定，以及这条谱线落在滤光窗口的什么位置：405 nm 处谱线宽度 2 nm、温度每变化 1 K 漂移 0.3 nm，所以壳温早在任何光学元件移动之前，就把激发光移出了染料的吸收带。

405 nm 紫光激光器 - 单模光纤耦合 | 连续输出
中心波长	405 nm
连续输出功率	70 mW
本线可选功率	70 mW \| 80 mW
光谱宽度 (FWHM)	2 nm typ
波长温度系数	0.3 nm/K
光纤芯径	3 um
数值孔径	0.13
连接器	FC/PC, SMA905, FC/APC
这条线常用的染料	BV421、Pacific Blue、DAPI（示例）
常用发射窗口	450/50 nm、525/50 nm（示例）

488 nm 蓝光激光器激发光源

它一次决定所有蓝光激发通道的光子预算。三个窗口共用一条线，功率被分摊，因此最暗的那一份染料决定了整条线的规格：产品册里的 25 mW 对标记良好的方案已经够用，通道的瓶颈通常在滤光片和探测器，而不在激光器。

488 nm 蓝光激光器 - 单模光纤耦合 | 连续输出
中心波长	488 nm
连续输出功率	25 mW
光谱宽度 (FWHM)	2 nm typ
波长温度系数	0.3 nm/K
光纤芯径	3 um
数值孔径	0.12
连接器	FC/PC, SMA905, FC/APC
这条线常用的染料	FITC、Alexa Fluor 488、PE、PerCP（示例）
常用发射窗口	530/30 nm、585/42 nm、695/40 nm（示例）

638 nm 红光激光器激发光源

决定方案能延伸到远红的哪个位置。规格书通常写 640 nm；产品册提供的是 638 nm，落在同一吸收带内，按 640 nm 搭好的滤光结构无需改动。红光真正不宽容的地方在探测器：660/20 与 780/60 窗口很宽，通道的瓶颈是探测器的暗电流，而不是激发功率。

638 nm 红光激光器 - 单模光纤耦合 | 连续输出
中心波长	638 nm
连续输出功率	70 mW
本线可选功率	70 mW \| 100 mW
光谱宽度 (FWHM)	2 nm typ
波长温度系数	0.3 nm/K
光纤芯径	4 um
数值孔径	0.13
连接器	FC/PC, SMA905, FC/APC
这条线常用的染料	APC、Alexa Fluor 647、APC-Cy7（示例）
常用发射窗口	660/20 nm、780/60 nm（示例）

光纤传输与合束光路

决定检测点上的光斑大小，以及三条线在那里是否共轴。单模尾纤的输出早已由光纤本身决定：芯径与数值孔径定了发散角，发射物镜把它变成流动室需要的束腰尺寸。如果三条线的共轴精度不到几个微米，同一批细胞里，标了不同染料的细胞看到的激发强度就不一样。

光纤传输与合束 - 单模尾纤 | 合束与发射光学
传输的光线	405 / 488 / 638 nm
光纤类型	single-mode mode
光纤芯径	3 um
数值孔径	0.12
光纤长度	100 cm (110 cm max)
连接器	FC/PC, SMA905, FC/APC
最小弯曲半径	>= 300 x fiber diameter
发射端	三条线共用一只物镜
检测点上的共轴精度	由你搭建的发射组件决定由你的设计决定

鞘液与样本流路流体系统

决定驻留时间，而驻留时间决定光子预算。一个细胞以 1 m/s 通过 10 µm 光斑，在光束里停留 10 µs；流速提高一倍，每个事件就少一半光子，这部分只能由激光器补回来。正是这个耦合关系，决定了 25 mW 的一条线够不够用，还是必须选到功率上限。

鞘液与样本流路 - 流体动力学聚焦 | 鞘液、样本、废液
光束内驻留时间	10 µm 光斑、1 m/s 时约 10 µs
检测点的核心流直径	由喷嘴与鞘液/样本比例决定由你的设计决定
流速	由所需事件率决定由你的设计决定
样本与鞘液压力	由你搭建的流路决定由你的设计决定
废液处理	由实验方案与现场条件决定由你的设计决定

流动室检测点

它定下了其余光学要照着做的几何关系。流动室的壁厚与表面质量，决定有多少激发光被散射进收光光路；它的位置决定束腰与物镜必须落在哪里；而后期最不容易改动的也是它——所以通常是先定流动室，再定周围的光学。

流动室 - 石英流动室 | 单一激光焦点
会聚进流动室的激发线	405 / 488 / 638 nm
检测点	单一检测点，三条线共轴
束腰直径	由发射物镜决定由你的设计决定
流动室几何与壁厚	由你选用的流动室决定由你的设计决定
进入收光光路的激发杂散光	由流动室与光陷阱决定由你的设计决定

收光光学与分光光路

决定哪种染料被哪只探测器看到。带通滤光片写作“中心/带宽”——530/30 通过 515 至 545 nm——窗口必须落在染料的发射峰上，绝不能落在激光波长上。用来分离 405 nm 与紫光激发荧光的二向色镜，和分离 638 nm 的那一片不是同一个零件，所以要先定激发线，再排布滤光与分光结构。

收光光学与分光 - 物镜、二向色镜与带通滤光片
收光角度	与光束成 90°
典型带通窗口	450/50, 530/30, 585/42, 695/40, 780/60 nm
激发光抑制	由你搭建的滤光组决定由你的设计决定
二向色分光波长	由染料组合决定由你的设计决定
串联染料通道的长波通截止	由所用的串联染料决定由你的设计决定

探测器探测

增益、暗电流与过剩噪声，决定这套方案能承载多暗的染料。产品册里的硅 APD 响应范围是 400 - 1100 nm，覆盖整个可见荧光波段；它能否在某个具体通道上取代光电倍增管，取决于每事件光子数，而不是波长上合不合适。

探测器 - 光电倍增管或雪崩光电二极管
响应光谱	400 - 1100 nm
光敏面直径	230 um
响应度	80 A/W @ M=100
暗电流	0.4 nA @ M=100
最佳倍增系数	100
响应时间	0.5 ns
反向击穿电压	100 - 200 V
电压温度系数	1.1 V/C
通道数	由染料组合决定由你的设计决定

信号采集与偏置电子系统

决定噪声本底与动态范围，两者合起来决定方案里最暗的通道是真信号还是放大器在说话。它还要稳住每个探测器的偏置：APD 通道工作在 100 - 200 V，击穿电压温度系数 1.1 V/K，偏置回路若不做温度补偿，在 25 ℃ 下做好的标定就会被增益漂移带偏。

信号采集与偏置 - 模拟前端、数字化与探测器偏置
前端必须覆盖的驻留时间	10 µm 光斑、1 m/s 时约 10 µs
APD 偏置电压	100 - 200 V
APD 偏置温度补偿	1.1 V/C
通道数	由染料组合决定由你的设计决定
采样率	由你设计的驻留时间决定由你的设计决定
动态范围	由方案中最亮与最暗的染料决定由你的设计决定

机箱与机械机械

主要是热设计。三个数字决定它：激发线每开尔文漂移 0.3 nm，带通窗口宽几十纳米，APD 击穿电压每开尔文移动 1.1 V。壳温升高 10 K，就用掉 30 nm 窗口中 3 nm、用掉 100 - 200 V 偏置中的 11 V；这两项都不致命，但只有在机箱让它们变得可预测的前提下，才有办法补回来。

机箱与机械 - 机箱、光学基座与热通路
光源波长漂移	三条线均为 0.3 nm/K
壳温升高 10 K 用掉的窗口	30 nm 带通中的 3 nm
APD 偏置漂移	APD 通道 1.1 V/K
基座刚度	由必须保持的对准精度决定由你的设计决定
屏蔽与电磁兼容	由前端的噪声本底决定由你的设计决定