三维液力聚焦的计算设计及其在血细胞分析仪中的应用

目的研究三维液力聚焦的分析和计算设计方法,并应用该方法设计实现血细胞分析仪的液力聚焦流动室。方法利用势流理论和层流模型对液力聚焦进行理论分析,推导共轴圆柱环式三维液力聚焦直径的预测公式,再结合数值仿真探讨加速段收缩角、进样管出口与加速段相对位置等流动室结构参数和鞘液/样本液速率比对聚焦效果的影响,并以此为基础构建血细胞分析仪的液力聚焦流动室系统。结果由仿真结果可知,在保证层流的前提下,鞘液/样本液平均速率比越大,聚焦的过渡越短,稳定聚焦液流的直径也越小;加速段收缩角、进样管出口与加速段相对位置的变化通常不会改变最终的聚焦液流直径,但增大加速段收缩角、令进样管出口与加速段较大直径端平齐均有助于聚焦尽快完成过渡而达到稳定状态。基于仿真结果和工程实际设计构建的血细胞分析仪液力聚焦流动室系统在模拟运行中获得了与理论预测相一致的结果。结论三维液力聚焦的计算设计方法可为血细胞分析仪的流动室设计提供指导,但在实际应用时必须考虑工程的可实现性,根据需求综合确定三维液力聚焦的各项参数。