监测流体介质样品中的沉积参数的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及测量悬浮物或沉淀物在流体介质样品中的沉积或扩散的方法和测量设备，尤其涉及使用自感式微悬臂流体探针传感器测定沉积或扩散速率。
【背景技术】
[0002]测量流体介质中悬浮物或沉淀物的沉积(或在重力的影响下，悬浮颗粒在液体中的沉降的能力)、浮力(或悬浮颗粒在流体中上升的能力)或扩散速率可用于各种领域，比如医学诊断、机械/工业加工(或加工机械测试)、环境监测等等。这样的测量可以是由于流体悬浮物和试剂之间的密度差异或反应而导致的样品分离的结果。沉积颗粒质量、形状和尺寸都影响沉积速率并且这些特性可由测量的沉积速率来评估。例如，在医学诊断中，红细胞沉积速率(ESR)是最频繁进行的医学实验室测试之一，其反映红细胞在静态立式容器中由于重力而从血浆分离的速率。在大约60分钟不间断的沉降时间之后，通过测量从顶细胞水平至血浆水平的顶部的距离，宏观形态学上测定沉积速率(以mm/小时测量)。
[0003]存在测量流体中悬浮物的沉积速率的已知方法，但是它们每种均具有相关的缺点，包括响应时间、样品制备、装置尺寸、成本或执行的复杂性，等等。例如，光技术(比如激光源)可仅用于透明的容积(bulk)流体介质。
【发明内容】
[0004]提供测量流体介质样品中悬浮物(suspens1ns)或沉淀物的沉积参数的方法，所述方法包括提供至少一个微悬臂传感器，所述微悬臂传感器包括具有不同热膨胀系数的至少两种材料，并且具有整合在其中的加热器和压阻传感器(piezo-resistive sensor);用一个或多个电脉冲对加热器施加脉冲，以在微悬臂中引起热产生；对整合的压阻传感器的输出取样，以表征在流体介质样品中沉积期间微悬臂的响应；和从表征的响应测定沉积参数的值。
[0005]在本说明书中，术语测量包括监测。
[0006]该方法可进一步包括由沉积参数的测定值确定流体介质样品中预定的反应的性质，其中性质包括预定的(即特定的)反应的存在或程度。
[0007]该方法可进一步包括测定悬浮物的体积百分数。
[0008]该方法可进一步包括以已知标准将至少一个微悬臂响应校准成悬浮物的体积百分数，以形成校准的微悬臂响应特征，任选地，其中已知的标准是血细胞比容标准。
[0009]流体介质样品可包括生物样品，并且反应则可包括下述任何一个或多个:红细胞沉积速率；和沉淀免疫分析。
[0010]悬浮物或沉淀物的沉积参数可包括下述任何一个:沉积速率；沉积的存在与否；沉积的预定量；沉积的标称绝对值(nominal absolute value);悬浮物浓度；和血细胞比容值。
[0011]悬浮物或沉淀物的沉积参数可归于一个或多个反应的产物或直接归于一个或多个反应。
[0012]悬浮物或沉淀物或绒肩(flock)的沉积参数可归于凝聚剂的作用的产物或直接归于凝聚剂的作用。
[0013]该方法可进一步包括基于测量的沉积参数测量下述的任何一个或多个:流体介质中跨膜的扩散或灌注速率、流体介质中与表面分开的悬浮物或沉淀物的扩散、或流体介质中的细胞粘附(cellular adhes1n)。
[0014]该方法可进一步包括同时使用微悬臂测量流体介质的温度和基于温度校正测量的沉积值，其中可使用压阻传感器或交替配置的加热器(例如在‘温度读出’模式中)测量温度。
[0015]至少一个(或多个)微悬臂传感器可以物理地分布在包含流体介质的样品测试室的周围(或贯穿其中，内表面上)，或在使用测试的流体介质的实体内，以获得对测试的流体介质内沉积值的位置特定监测。
[0016]至少一个微悬臂传感器包括多个微悬臂，其中多个微悬臂可以沿着沉积发生所沿着的轴物理地分布。沉积发生所沿着的轴可被定义为平行于重力作用或离心力的轴。
[0017]该方法可进一步包括提供至少两个基本上类似的微悬臂，其中第一微悬臂放置在第一流体介质中和第二微悬臂放置在第二流体介质中，其中该方法进一步包括当第一微悬臂和第二微悬臂都浸入各自的第一和第二流体介质中时，比较整合至第一微悬臂的压阻传感器的输出与整合至第二微悬臂的压阻传感器的输出。
[0018]第一流体可以是对照流体，第二流体介质可包括悬浮物。第一微悬臂可以是对照微悬臂和第二微悬臂可以是(沉积)测量微悬臂。
[0019]第一流体可以是包含悬浮物的流体介质的第一样品，第二流体可以是包含悬浮物的流体介质的第二样品，第一微悬臂可以是在第一位置和/或方向的测量微悬臂和第二微悬臂可以是在第二位置和/或方向的测量微悬臂。
[0020]该方法可进一步包括倒置使用中的至少一个微悬臂(例如通过倒置整个设备，或通过激活内部工具以倒置相关的微悬臂)，和/或用一个或多个电脉冲对加热器再施加脉冲，以在微悬臂中引起热产生，和/或对整合的压阻传感器的输出再取样，以表征在流体介质样品中沉积期间微悬臂的倒置响应(inverted response)，和/或从表征的倒置响应测定沉积参数的值。
[0021]还提供了适应或被布置来进行任何描述的方法的装置。
[0022]还提供了用于测量流体介质样品中悬浮物或沉淀物的沉积参数的装置，其包括至少一个微悬臂传感器，所述微悬臂传感器包括具有不同热膨胀系数的至少两种材料，并且具有整合在其中的加热器和压阻传感器；发热工具，其被布置来用一个或多个电脉冲对加热器施加脉冲，以在微悬臂中引起热产生；取样工具，其布置为对整合的压阻传感器的输出取样，以表征在流体介质样品中沉积期间微悬臂的响应；和逻辑系统(logic)，其被布置来从表征的响应测定沉积参数的值。
[0023]该装置可进一步包括具有两个子室的样品测试室(或两个测试室，其间具有或不具有流体连通一一取决于两个室如何被流体样品填充，和在测试/测量期间它们是否被混合)，其中至少一个微悬臂包括两个微悬臂，其中一个微悬臂位于两个子室的每一个中。在这种双室/双微悬臂实施方式中，两个微悬臂在使用期间可彼此径向相对地定位，以便一个微悬臂可操作以测试沉积(即在重力或离心力的影响下向下方向中的颗粒的浓度)，而另一个微悬臂可操作以测试浮力(即在通过液体施加的向上的力的影响下颗粒的浓度)。在另一实施方式中，多个微悬臂可以此方式分布，从而可监测颗粒从较高浓度的源放射状地扩散(不是像沉积或浮力那样高度方向性的)。
[0024]该装置可包括两个另外的微悬臂，其中样品测试室的两个子室的每一个均具有两个微悬臂，每个微悬臂沿着感兴趣的轴彼此相对地定位于测试室的任一端。
[0025]感兴趣的轴可以是重力或另外的力发生作用所沿着的轴。
[0026]实施方式也提供包括至少一个微悬臂的测试装置。这些微悬臂可布置为执行任何本文描述的方法。至少一个微悬臂可在制造时(使用前)被校准，其中数字存储器可操作的偶联至微悬臂，和/或读数设备和/或与读数设备结合使用的包含至少一个微悬臂的去除盒，使得在任何描述的方法中使用期间，(使用前)校准可用于微悬臂的输出的校正。
[0027]在本文讨论了沉积参数(例如沉积速率或沉积物的形成)的测量的情况下，浮力(即以与沉积方向相反的方向推动颗粒)测量也是意图的。通过参考下文描述的实施方式，本发明的这些和其他方面将是明显的，并且被阐释。
【附图说明】
[0028]参考附图，本发明的进一步细节、方面和实施方式将仅通过举例的方式被描述。在附图中，相同的参考编号用于识别相同或功能相似的元件。为了简化和清楚，阐释图中的元件被示出，并且不需要按比例绘制。
[0029]图1显示了根据本发明的示例性实施方式的、用于测量沉积的基于微悬臂的传感器的侧面透视图；
[0030]图2显示了根据本发明的示例性实施方式的、基于微悬臂的传感器的两种不同示例性配置的顶部透视图；
[0031]图3显示了根据本发明的实施例的、用于检测/测量悬浮颗粒的沉积/浮力或颗粒在悬液中的扩散速率和/或分散速率或在溶液中的扩散速率的一个或多个微悬臂的不同示例性可能位置；
[0032]图4显示了响应与血浆流体样品相比较在不同方向下的全血中红细胞的沉积，来自根据本发明的示例性实施方式的微悬臂传感器的输出信号；
[0033]图5显示了响应在倒置之前和倒置后立即进行的全血中红细胞的沉积，来自根据本发明的实施方式的微悬臂传感器的输出信号；
[0034]图6显示了对于对全血中各种血细胞比容(血液样本的细胞体积百分数)水平的校准响应，来自根据本发明的示例性实施方式的微悬臂传感器的输出信号；
[0035]图7显示了响应全血中各种血细胞比容(血液样本的细胞体积百分数)水平，来自根据本发明的示例性实施方式的微悬臂传感器的输出信号；
[0036]图8显示了本发明的一些双室或更多室的示例性实施方式，其具有不同数量和位置的微悬臂。
[0037]优选实施方式详述
[0038]本发明的实施方式和实施例提供了使用自感式微致动器测量流体介质(样品，或流体的原位测试)内悬浮物或沉淀物的沉积速率(比如红细胞沉积速率，等等)的测量设备和方法，如下更详细描述。描述的基于微致动器的传感器探针以微悬臂或梁(beam)的形式被公开，但是其他物理形式的传感器也可实现。
[0039]本文使用的术语“流体介质样品”可指单一流体或两种或更多种流体的组合，或一种或多种流体与引起反应的另一种介质，例如催化剂、凝聚剂等等，的混合物。术语“流体介质样品”也可包括一种或多种流体(一种或多种)介质(一种或多种)中的物理或复合悬浮物，例如同时包括(半)固体部分以及流体(一种或多种)诸如液体或气体的微粒悬浮物。微粒可以是流体介质样品的相互作用部分，例如当它们作为凝聚物、絮凝物等等形成时。广义上，流体介质样品可以是从取自样本的适于测试的任何化学样品或生物样品。
[0040]测量设备可形成动态微观测试/诊断系统的一部分，所述系统对测量流体介质样品中的一个或多个特定的反应的悬浮物或沉淀物随着时间推移的沉积速率或扩散速率(其中本文使用的‘扩散’意思是与沉积相对，即其中颗粒相对于容积流体介质上升)灵敏，并且作为初始混合器也可提供独特的平行功能(即在测试下启动/帮助流体介质样品中的相互作用(一种或多种)，其导致悬浮物的沉积/扩散)，因而也可有助于加速任何化学驱动的沉积的启动(start)。微悬臂可至少部分用例如催化剂涂布，用于产生沉积或有浮力的颗粒的反应，因此任何添加的微悬臂涂层的选择和量可以是用途依赖性的)。这种系统尤其适用于涉及流体中生物和化学悬浮物的测量。公开的方法和设备与标准已知的流体沉积测试方法相比还具有更低的功率要求。
[0041]测量设备可用于同时测量流体介质样品中的悬浮物或沉淀物的沉积速率和流体介质样品中的悬浮物体积百分数，以允许沉积速率测量的补偿(compensat1n)，因而允许更高的精确度。
[0042]公开的方法和设备也具有高的灵敏度，并且与用于沉积速率测量的标准已知方法相比可以少的体积提供(相对)直接的响应，并