基于检测器阵列的样本表征的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及用于检测样本的性能的方法和设备，例如，流体样本、固体样本、溶液、浆料以及悬浮液。
【背景技术】
[0002]提出了无透镜微流体检测技术，用于获取样本的显微图像，例如，生物材料和单元。这些技术通过获取非常接近高分辨率成像检测器的悬浮样本的图像来进行操作。这些样本具有小尺寸，造成在各种生命科学应用中提出使用这些样本，包括显微镜、智能培养皿以及床旁诊断系统。
【发明内容】
[0003]结合本申请的说明书、附图以及权利要求，提出多个实施方式。
[0004]根据本发明的系统可以帮助通过不同的方式便宜地表征各种不同材料的小样本。这些系统适用于研究和工业设置，例如，适用于开发和制造药物、个人护理产品、食品、颜料以及生物材料，并且适用于冶金、采矿和选矿(MMM)领域。其表征小样本的多功能性和/或能力可以帮助快速开发材料，并且在其处理和制造期间，提供正在进行的质量控制和质量保证。
【附图说明】
[0005]图1为测量样本的折射率的根据本发明的样本表征系统的图解透视图；
[0006]图2为测量样本的多个部分的折射率的根据本发明的样本表征系统的图解透视图；
[0007]图3为测量样本的折射率和紫外光吸收的根据本发明的样本表征系统的图解透视图；
[0008]图4为测量样本的多个部分的折射率和紫外光吸收的根据本发明的样本表征系统的图解透视图；
[0009]图5a为测量样本的折射率和多角度散射特征的根据本发明的样本表征系统的图解透视图；
[0010]图5b为不出第一隔板位置的图5a的系统的图解顶视图；
[0011]图5c为不出第二隔板位置的图5a的系统的图解顶视图；
[0012]图6a为测量样本的不同部分的折射率和多角度散射特征的根据本发明的样本表征系统的图解透视图；
[0013]图6b为不出第一隔板位置的图6a的系统的图解顶视图；
[0014]图6c为不出第二隔板位置的图6a的系统的图解顶视图；
[0015]图7为可以激发样本的不同部分，例如样本梯度的不同部分的根据本发明的样本表征系统的移动镜配件的图解正视图；
[0016]图8为测量流过流动单元的样本的折射率和多角度散射特征的根据本发明的样本表征系统的图解透视图；
[0017]图9a为测量流过窄通道流动单元的样本的遮蔽和偏转的根据本发明的样本表征系统的图解透视图；
[0018]图9b为示出用于图9a的系统的不同折射率范围的观察粒子的频率的说明性直方图；
[0019]图10为用于图9的系统的一组5个连续图解输出图像；
[0020]图11为使用基准光束测量多角度散射的根据本发明的样本表征系统的图解透视图；
[0021]图12为测量样本和参考样本的折射率的根据本发明的样本表征系统的图解透视图；
[0022]图13为根据本发明的高吞吐量流体表征系统的图解方框图；
[0023]图14为测量样本的多角度散射和紫外光吸收的根据本发明的具有三个检测器的样本表征系统的图解顶视图；
[0024]图15为测量样本的多角度散射、紫外光吸收以及粘度的根据本发明的具有三个检测器的样本表征系统的图解顶视图；以及
[0025]图16为使用LED或宽带源以及激光线测量样本梯度的吸收和散射的根据本发明的样本表征系统的图解透视图。
【具体实施方式】
[0026]参照图1，根据本发明的样本表征系统10表征保持在样本架12内的样本。包括照明源15，例如，定位成朝着样本架照射其输出辐射16的激光。二维阵列检测器14定位成至少总体上与激光的试验容器相反。图像分析逻辑18操作地连接至二维阵列检测器的数据输出。这个逻辑可以连接至计算机19和/或使用计算机19实现。
[0027]二维阵列检测器14可以是任何适当类型的阵列，例如，(XD或CMOS阵列检测器。该检测器可以是具有较高分辨率的阵列，例如，具有低于大约10微米的像素间距的阵列。在一个实施方式中，使用Sony 8MP智能电话摄像头芯片实现该阵列。在这个实施方式中去除分色滤光片，但是在其他实施方式中，可以使用分色滤光片来检测不同波长的光。
[0028]还可以在照明源与二维阵列检测器之间提供光谱滤波器，例如，通过在阵列检测器芯片上或者作为分离元件沉积光谱滤波器。这些滤波器允许系统设计师滤出噪声和/或集中于一个或多个兴趣波长。众所周知，这些滤波器可以是低通、高通或带通滤波器或其组合。在一些实施方式中，线性可变滤波器还可以用于通过几个波长获取测量。
[0029]样本架可以通过多种不同的方式保持样本。对于液体样本，支架可以用作比色皿、毛细管、流动单元、液滴支架或用于液体样本的其他合适的支架。在一个实施方式中，液体样本架是方向毛细管。液体样本可以包括各种类型的液体中的一个，例如，溶液、浆料、分散液或悬浮液。
[0030]样本架还可以被配置为保持固体样本，例如，晶体或粉末。这种类型的支架可以通过各种不同的方式实现，例如，平台、夹具、或粉末瓶。气体样本也可以容纳在(例如)密封的小瓶内。
[0031]可以使用专用硬件(例如，专用图像处理卡)和/或通过在一个或多个通用计算机平台19上运行的一个或多个专用软件程序，实现图像分析逻辑18。计算机还可以控制仪器的其他功能，例如，打开和关闭照明源和/或控制阵列检测器。虽然为了清晰起见，未在剩余的图中显示，但是可以给在本申请中提出的每个实施方式提供这些类型的部件。同样，虽然为了清晰起见，未在所有剩余的图中显示，但是照明源用于产生结合不同的实施方式显示的光束。
[0032]在操作期间，照明源15通过样本输出光束16，对在样本架12内的样本照明。然后，样本使光束折射与其折射率相关的量。这促使所产生的折射光束沿着对应于样本的折射率的一个或多个轴降落在阵列上的位置。然后，图像分析逻辑18计算折射率的值，例如，通过在一个或多个方向计算像素和/或插入子像素。要注意的是，虽然示图将X方向显示为水平，但是这个和其他实施方式可以构造成检测在其他方面的偏转。
[0033]参照图2，根据本发明的样本表征系统20的另一个实施方式表征沿着样本架在多个位置中保持在样本架12内的样本。包括多个照明源，例如，定位成朝着样本架照射其输出光束26a...26η的激光。二维阵列检测器24定位成至少总体上与激光的试验容器相反。
[0034]这个实施方式与在图1中显示的实施方式的不同之处在于，沿着其长度(y轴)在多个不同的点上对所述样本照明。这允许同时检测多个样本点。这种类型的实施方式可以允许在非均匀的样本上的不同位置上测量，例如，在流体内存在梯度的地方，或者在流体流过样本架的地方，例如，从液体层析柱中。还可以允许发生平均化，以在样本中减少非预期的或不可取的不均匀性的效应。
[0035]参照图3，根据本发明的样本表征系统30的进一步实施方式表征保持在样本架32内的样本。包括第一照明源(例如，定位成朝着样本架照射其输出辐射36的激光)以及第二照明源(例如，定位成朝着样本架照射其输出辐射38的紫外光吸收源)。二维阵列检测器34定位成至少总体上与激光的试验容器相反。图像分析逻辑操作地连接至二维阵列检测器的数据输出。
[0036]在操作期间，照明源通过第一样本输出光束36，对在样本架32内的样本照明。然后，样本促使光束折射与其折射率相关的量。这促使所产生的折射光束沿着对应于折射率的X轴降落在阵列上的位置。然后，图像分析逻辑38计算折射率，例如，通过在X方向计算像素和/或插入子像素。
[0037]该系统还可以通过第二样本输出光束38对所述样本照明。该光束定位成提供透射测量，例如，紫外光透射测量。因此，在检测器上接收的光束的强度表示用于光束的样本的吸收程度。使用滤波器，该测量可以限于一个或多个兴趣光谱区域。
[0038]在本实施方式中，在交替的时间段内，执行这两种类型的测量。然而，