声电泳裂解设备和方法
1.相关申请的交叉引用本技术要求2020年4月28日提交的美国序列号63/016,537所标识的临时专利申请的优先权，该申请的全部内容由此通过引用明确地并入本文。
技术领域
2.本公开整体涉及用于测试血液样本的设备、系统和方法。更具体地，本公开涉及裂解设备，该裂解设备被配置用于通过由声换能器在容器中生成的超声声波、剪切力、压力和/或流体移动来裂解样本容器中的红细胞，该声换能器以一个或多个特定激励频率或频率范围被驱动。在一些非限制性实施例中，超声声波由单个声换能器生成。裂解设备可与血液样本测试分析器结合使用。
背景技术：
3.护理点测试通常是指在患者护理现场处或附近、诸如在急诊室中进行的医学测试。所期望的此类测试的结果通常是快速且准确的实验室结果以确定患者护理中的下一步行动。许多此类护理点测试涉及对患者血液样本的分析。这些测试中的许多测试使用全血、血浆或血清。
4.在一些测试中，使血液样本中的红细胞的细胞壁破裂（裂解）以释放血红蛋白。红细胞的裂解可称为溶血。通常，溶血是用化学或机械手段进行的。
5.一些设备使用超声波来裂解红细胞。一些护理点测试设备对全血样本使用分光光度法光学吸收测量来确定血氧测定参数。这些设备是通常将患者血液样本定位在滑动式细胞样本室中以测试血液样本的流体系统。例如，在美国专利号9,097,701（“用于使血液样本溶血并且用于测量其至少一个参数的装置”，2015年8月4日发布）中描述的一种系统使用两个压电元件，具有两个平衡共振元件，其对称地围绕样本室，以使用声电泳力来裂解红细胞。
6.然而，这些设备的制造困难且昂贵，包括需要特制共振元件的高度精确的对称性。
7.一旦红细胞被裂解，则可通过分光光度计测试血液样本，以分析通过盒式光学窗口透射的预定波长的光的强度。分光光度计是用于测量光谱的一部分中的光的强度的装置，尤其是由特定物质透射或发射。分光光度计通过测量在光束穿过血液样本或其他溶液时的光强度来测量化学物质吸收多少光。样本或溶液中的每种化合物吸收或透射特定波长范围内的光。
8.在此类测试中，可测量重症护理血液学参数，其可包括血细胞比容、游离的和总血红蛋白、胆红素、脂质和血氧测定（即e血红蛋白组分）。医生和临床医生依靠这些测量在患者治疗期间做出决定。这些测量通常在中央血液学实验室中的大型、复杂难维护的分析器上执行。然而，在护理点环境中获得快速、准确和精确的结果在许多方面是优选的，因为它节省关键诊断情况下的时间并且避免重症护理单元中的样品运输问题。一些血液气体分析器提供了护理点能力，但没有提出提供期望的产生结果时间、准确度、精确度和可靠性、同
时比现有设备更简单且更容易地制造的单个解决方案。
9.所需要的是一种裂解设备，该裂解设备用于在患者护理点处在期望的产生结果时间内提供样本的测量参数的改进的准确度和精确度，并且更容易制造且成本更低。
技术实现要素：
10.本发明公开了声电泳裂解设备、方法和系统。通过一种设备解决了用于护理点使用的复杂、缓慢、不精确和不准确的血液样本测试的问题，该设备被配置为通过由单个声换能器在样本容器中生成的超声声波、剪切力、压力和/或流体移动来裂解样本容器中的红细胞，该声换能器以一个或多个特定激励频率或激励频率范围被驱动。
11.根据本公开的一个方面，示例性裂解设备可包括：样本容器，所述样本容器具有外表面、在所述外表面的范围内的微通道、通过所述外表面延伸到所述微通道的第一端口和通过所述外表面延伸到所述微通道的第二端口，使得血液样本能够通过所述第一端口插入到所述微通道中；其中所述微通道具有长度、宽度和高度，并且其中宽度与高度的微通道纵横比在从约0.04到约0.175的范围内；并且其中所述样本容器具有宽度和高度，并且其中宽度与高度的样本容器纵横比在从约0.5到约3.0的范围内；以及声换能器，所述声换能器粘结到所述样本容器的所述外表面以形成整体结构，所述声换能器被配置为在所述微通道中的所述血液样本内生成超声声学驻波并且被配置为使所述样本容器弯曲以使得在所述微通道内引起剪切力，所述声学驻波和所述剪切力在所述血液样本中引起空化，由此使所述血液样本中的细胞壁破裂。
12.根据本公开的一个方面，示例性分析器可包括裂解设备，所述裂解设备包括：样本容器，所述样本容器具有外表面、在所述外表面的范围内的微通道、通过所述外表面延伸到所述微通道的第一端口和通过所述外表面延伸到所述微通道的第二端口，使得血液样本能够通过所述第一端口插入到所述微通道中；其中所述微通道具有长度、宽度和高度，并且其中宽度与高度的微通道纵横比在从约0.04到约0.175的范围内；并且其中所述样本容器具有宽度和高度，并且其中宽度与高度的样本容器纵横比在从约0.5到约3.0的范围内；以及声换能器，所述声换能器粘结到所述样本容器的所述外表面以形成整体结构，所述声换能器被配置为在所述微通道中的所述血液样本内生成超声声学驻波并且被配置为使所述样本容器弯曲以使得在所述微通道内引起剪切力，所述声学驻波和所述剪切力在所述血液样本中引起空化，由此使所述血液样本中的细胞壁破裂。
13.在一个具体实施中，示例性分析器还可包括：吸光度分光光度计，所述吸光度分光光度计包括邻近所述样本容器定位的发射器和接收器，所述发射器被定位成通过所述微通道发射光介质，所述接收器被定位成在所述光介质的至少一部分已经穿过所述微通道之后接收所述光介质的所述部分；流体分配系统，所述流体分配系统具有连接到所述第一端口的出口和连接到所述第二端口的入口；以及控制器，所述控制器电连接到所述声换能器并且被配置为向所述声换能器提供电信号，所述电信号在由所述声换能器接收时致使所述声换能器发射超声声波和/或致使所述声换能器收缩和伸长。
附图说明
14.结合在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本文描述的一个或多
个实施方式，并且与描述一起解释这些实施方式。附图不旨在按比例绘制，并且为了清楚和简洁起见，附图的某些特征和某些视图被夸大示出、按比例缩放或按示意方式。并非每个部件都可在每个图形中被标记。附图中类似的参考数字可表示和指代相同或相似的元件或功能。在附图中：图1是根据本公开的声电泳裂解设备的透视图。
15.图2是根据本公开的声电泳裂解设备的顶部平面图。
16.图3是根据本公开的声电泳裂解设备的底部平面图。
17.图4是根据本公开的声电泳裂解设备的第一端部正视图。
18.图5是根据本公开的声电泳裂解设备的第二端部正视图。
19.图6是根据本公开的声电泳裂解设备的第一侧正视图。
20.图7是根据本公开的示例性声电泳裂解设备的截面图。
21.图8是根据本公开的示例性声电泳裂解设备的截面图。
22.图9是根据本公开的另一个示例性声电泳裂解设备的第一侧正视图。
23.图10是根据本公开的又另一个示例性声电泳裂解设备的第一侧正视图。
24.图11是根据本公开的示例性样本容器的部件的透视图。
25.图12是根据本公开的示例性裂解设备的总位移的图形表示。
26.图13是根据本公开的示例性样本容器的微通道中的压力分布的平面图。
27.图14是根据本公开的示例性样本容器的微通道中的流体速度的平面图。
28.图15是根据本公开的示例性分析器的透视图。
29.图16是根据本公开的示例性分析器的部件的透视图。
30.图17是根据本公开的示例性分析器的部件的透视图。
31.图18是根据本公开的示例性分析器的部件的示意图。
32.图19是根据本公开的吸收光谱的确定的示意图。
33.图20示出了血红蛋白形式的光谱分布系数。
34.图21是根据本公开的另一个示例性声电泳裂解设备的透视图。
35.图22是图21的裂解设备的平面图。
具体实施方式
36.以下具体实施方式参照附图。不同附图中的相同附图标记可标识相同或相似的元件。
37.本公开中提出的机制规避上述问题。本公开描述了裂解设备、分析器和裂解方法，包括裂解设备，该裂解设备被配置为通过在样本容器中由声换能器生成的超声声波、剪切力、压力和/或流体移动来裂解样本容器中的红细胞，该声换能器被连接到样本容器并以一个或多个特定激励频率或激励频率范围被驱动。在一个非限制性实施例中，声换能器是单个声换能器。本公开还描述了分析器以及使用方法，该分析器被配置为接收裂解设备并与裂解设备相互作用以测试样本容器中的样本。
38.如本文所使用，术语“包括（comprises）”、“包括（comprising）”、“包含（includes）”、“包含（including）”、“具有（has）”、“具有（having）”或其任何其他变型旨在覆盖非排他性包括。例如，包括一列元件的过程、方法、制品或装置不一定限于仅那些元件，
而是可包括未明确列出或此类过程、方法、制品或装置所固有的其他元件。此外，除非有相反的明确说明，否则“或”是指包含性的或，而不是排他性的或。例如，条件a或b由以下的任一者满足：a为真（或存在）并且b为假（或不存在）、a为假（或不存在）并且b为真（或存在），以及a和b都为真（或存在）。
39.此外，使用“一（a）”或“一个（an）”来描述本文的实施例的元件和部件。这样做仅是为了方便并且给出了本发明概念的一般意义。该描述应当被解读为包括一个或多个，并且单数也包括复数，除非很明显它是另外的意思。
40.另外，除非有相反的明确说明，否则术语“多个”的使用意味着传达“多于一个”。
41.如本文所使用的，诸如“约”、“大约”及其组合和变体的限定符旨在不仅包括它们所限定的确切数量或值，而且还包括与之的一些轻微偏差，这些偏差可能是由于例如制造公差、测量误差、磨损、施加在各部分上的应力及其组合。
42.如本文所使用，术语“基本上”是指随后描述的参数、事件或情况完全发生，或者随后描述的参数、事件或情况在很大范围或程度上发生。例如，术语“基本上”意味着随后描述的参数、事件或情况发生在时间的至少90%内发生，或时间的至少91%、或至少92%、或至少93%、或至少94%、或至少95%、或至少96%，或至少97%，或至少98%，或至少99%内发生，或意味着尺寸或测量值在参考尺寸或测量值的至少90%、或至少91%、或至少92%、或至少93%、或至少94%、或至少95%、或至少96%、或至少97%、或至少98%、或至少99%内。
43.术语“至少一个”或“一个或多个”的使用将被理解为包括一个以及多于一个的任何数量。此外，短语“x、v和z中的至少一者”的使用将被理解为包括仅x、仅v和仅z，以及x、v和z的任何组合。
44.序数术语（即“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等）的使用仅是为了在两个或更多个项目之间进行区分的目的，并且除非另有明确说明，并不意味着暗示一个项目超过另一个项目的任何序列或顺序或重要性或任何添加顺序。
45.最后，如本文所使用，对“一个实施例”或“实施例”的任何引用意味着结合该实施例描述的特定元件、特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。在说明书中的各个地方的出现的短语“在一个实施例中”不一定都指同一实施例。
46.如上所讨论，用于护理点使用的血液样本测试的典型先前设备是复杂的、缓慢的、不精确的且不准确的。本公开利用设备、系统和方法来解决这些缺陷，这些设备、系统和方法用于通过在样本容器中由声换能器生成的超声声波、剪切力、压力和/或流体移动来裂解样本容器中的红细胞，该声换能器被连接到样本容器并以一个或多个特定激励频率或激励频率范围被驱动。
47.现在参考附图，并且具体地参考图1-8，示出了声电泳裂解设备10。通常，裂解设备10包括样本容器12和粘结到样本容器12的声换能器14。在一个实施例中，裂解设备10是整体结构，诸如由使用合适的粘结材料、诸如环氧树脂来粘结在一起的样本容器12和声换能器14形成的结构。
48.样本容器12具有外表面20、在外表面20的界限内的微通道22、穿过外表面20延伸到微通道22并与微通道22流体连通的第一端口24，以及穿过外表面20延伸到微通道22并与微通道22流体连通的第二端口26。在一个实施例中，外表面20可具有用于声换能器14的安装区域。
49.在一个实施例中，样本容器12具有顶部40、底部42、第一端部44、第二端部46、第一侧面48和第二侧面50，其中，第一侧面48和第二侧面50在第一端部44和第二端部46之间以及在顶部40和底部42之间延伸。在一个实施例中，顶部40和底部42是平面的。在一个实施例中，第一侧面48和第二侧面50是平面的。在一个实施例中，第一端部44和第二端部46是平面的。在一个实施例中，顶部40、底部42、第一端部44、第二端部46、第一侧面48和第二侧面50协作以形成三维矩形立方体。
50.样本容器12可以是部分、基本上或完全透明的。在一个实施例中，样本容器12至少在微通道22的上方和下方是透明的，使得介质诸如光可通过微通道22穿过样本容器12、与微通道22内的任何物质相互作用、并且从样本容器12中穿出。
51.样本容器12可由玻璃构成。在一个实施例中，样本容器12可由杨氏模量在约50gpa至约90gpa的范围内的材料（玻璃或非玻璃）构成。已知为杨氏模量或弹性模量的材料特性是对材料在处于纵向张力或压缩下时承受长度变化的能力的度量。杨氏模量等于纵向应力除以应变。在一个实施例中，样本容器12可由刚性和/或杨氏模量与玻璃类似的塑料构成。在一个实施例中，样本容器12可由碱性硼硅酸盐玻璃构成。碱性硼硅酸盐玻璃的一个示例是由位于宾夕法尼亚州18642，杜里耶市，约克大道400号的肖特先进光学公司（schott advanced optics）制造并以“d 263 t eco薄玻璃”的名字被销售。
52.样本容器12具有从第一端部44到第二端部46的长度、从第一侧面48到第二侧面50的宽度、顶部40和底部42之间的厚度，以及限定长度和宽度之间的比例关系的纵横比。样本容器12具有沿长度的纵向轴线和沿宽度的横向轴线。
53.在一个实施例中，样本容器12的纵横比在约0.5至约3.0的范围内。在一个实施例中，样本容器12的纵横比在约1.4至约1.9的范围内。在一个实施例中，长度可为约二十二毫米并且宽度可为约十二毫米。在一个实施例中，长度可为约十七毫米并且宽度可为约十二毫米。在一个实施例中，长度可为约十七毫米并且宽度可为约六毫米。在一个实施例中，长度可为约十二毫米并且宽度可为约六毫米。
54.微通道22可被配置为通过第一端口24和/或第二端口26接收流体样本52（包括但不限于血液样本、“空白”样本和/或洗涤溶液样本）。微通道22具有长度、宽度和高度。典型地，微通道22的长度沿着样本容器12的纵向轴线取向，并且微通道22的宽度沿着样本容器12的横向轴线取向。然而，将理解的是，微通道22可被取向成与样本容器12的纵向轴线和/或横向轴线成角度或偏离。
55.微通道22具有限定微通道22的宽度和高度之间的比例关系的纵横比。在一个实施例中，微通道22的宽高纵横比在从约0.04到约0.175的范围内。在一个实施例中，微通道22的宽高纵横比在从约0.04到约0.125的范围内。在一个实施例中，微通道22的宽高纵横比为约0.05。
56.在一个实施例中，微通道22的宽度为约两毫米。在一个实施例中，微通道22的宽度大于吸光度分光光度计102的光产生区域的照明宽度。照明宽度可被限定为来自吸光度分光光度计102的沿光路的光产量的横截面的宽度，其中光路与微通道22相交。例如，当照明直径在1毫米和1.5毫米之间时，则微通道22的宽度可为至少约1.6毫米。可确定微通道22的宽度以允许微通道22和光路之间的足够机械对准。例如，对于1毫米到1.5毫米之间的照明宽度，微通道22的宽度可为约两毫米。
57.在一个实施例中，微通道22的长度可在约十毫米和约十二毫米之间。在一个实施例中，微通道22的长度可为至少约四毫米。在一个实施例中，微通道22的长度可在约四毫米和约二十毫米之间。
58.在一个实施例中，微通道22的长度可至少部分地基于微通道22中待产生的声学节点的预定期望数量。例如，对于具有约两毫米的宽度并且其中全血波传播速度为约1500m/s的微通道22，所计算的单个声学节点处于350khz。声学节点可沿着微通道22的长度均匀间隔地分布在微通道22中（例如，2
×
2mm=4mm），其中高压产生裂解血液的均匀分布。例如，如果声学节点的预定期望数量是在微通道22的每个侧壁上五个节点（参见图13），则微通道22的长度可被设置为约十七毫米。
59.微通道22的高度可变化，如下所讨论。微通道22的高度可基于来自吸光度分光光度计102的光产量的在裂解血液中的吸光量和吸光的期望精确度。例如，所期望的吸光度可为约1光密度（od）。
60.在一个实施例中，微通道22的高度为约100微米。在一个实施例中，微通道22的高度为约150微米。在一个实施例中，微通道22的高度为约250微米。在一个实施例中，微通道22的高度为约300微米。在一个实施例中，微通道22的高度在约80微米与约300微米之间。在一个实施例中，微通道22的高度在约80微米与约150微米之间。
61.第一端口24和第二端口26与微通道22流体连接并且从微通道22延伸通过样本容器12的外表面20。在一个实施例中，第一端口24流体地连接到微通道22，并且可从微通道22延伸到样本容器12的顶部40、底部42、第一端部44、第二端部46、第一侧面48和/或第二侧面50。在一个实施例中，第二端口26流体地连接到微通道22，并且可从微通道22延伸到样本容器12的顶部40、底部42、第一端部44、第二端部46、第一侧面48和/或第二侧面50。第一端口24和第二端口26可延伸到顶部40、底部42、第一端部44、第二端部46、第一侧面48和/或第二侧面50中的相同或不同的部分。
62.在一个实施例中，第一端口24和第二端口26各自具有在约0.5毫米（500微米）和约1.5毫米（1500微米）之间的直径。在一个实施例中，第一端口24和第二端口26各自具有约0.8毫米（800微米）的直径。
63.样本容器12可以是整体制造，其中样本容器12由单件材料形成，或者其中样本容器12由互连以形成统一整体的多个件形成。
64.如图4-8所示，在一个实施例中，样本容器12可包括单个基板60，该单个基板由外表面20界定并且具有位于单个基板60内的微通道22以及流体地连接到微通道22并延伸到外表面20的第一端口24和第二端口26。例如，样本容器12可以是3d打印的玻璃基板。3d打印的基板可被打印成包括微通道22、第一端口24和第二端口26。
65.如图9所示，在一个实施例中，样本容器12可包括第一基板70和第二基板72。第二基板72可与第一基板70层叠以形成整体结构。在一个实施例中，第一基板70和第二基板72可退火到彼此。在一个实施例中，第一基板70和第二基板72可彼此热等离子体粘结。在一个实施例中，第一基板70和第二基板72具有与样本容器12相同的长宽纵横比。
66.微通道22可位于第一基板70、第二基板72中，和/或部分形成在第一基板70中并且部分形成在第二基板72中。在一个实施例中，微通道22、第一端口24和第二端口26位于第一基板70中。在一个实施例中，微通道22被蚀刻到第一基板70和/或第二基板72中。在一个实
施例中，微通道22位于第一基板70中，并且第一端口24和第二端口26中的一者或两者位于第二基板72中。第一端口24和第二端口26中的一者或两者可位于第一基板70和/或第二基板72中（和/或延伸通过它们）。
67.如图10和图11所示，在一个实施例中，样本容器12可包括第一基板70、第二基板72，以及位于第一基板70和第二基板72之间的第三基板80。第一基板70、第二基板72和第三基板80可层叠以形成整体结构。在一个实施例中，第一基板70、第二基板72和第三基板80可彼此热等离子体粘结。在一个实施例中，第一基板70、第二基板72和第三基板80可退火到彼此。第一端口24和第二端口26中的一者或两者可位于第一基板中。微通道22可位于第二基板72中。在一个实施例中，微通道22是通过第三基板80定位的狭槽。在一个实施例中，第三基板80可具有与微通道22的高度相同的厚度。在一个实施例中，第三基板80可为100微米厚。
68.返回到图1，声换能器14被安装到样本容器12（诸如被安装到外表面20的安装区域）以形成裂解设备10的整体结构。声换能器14可具有安装区域，其安装到外表面20的安装区域。在一个实施例中，声换能器14至少部分地安装到样本容器12的顶部40；然而，应当理解，声换能器14可安装到顶部40、底部42、第一端部44、第二端部46、第一侧面48和/或第二侧面50。声换能器14相对于微通道22定位，使得其不阻挡光从样本容器12的顶部或底部移动通过微通道22。声换能器14从微通道22偏移，使得声换能器14允许光从样本容器12的外部进入微通道22。在一个实施例中，声换能器14具有长度并且具有沿着长度的纵向轴线，该纵向轴线基本上平行于样本容器12的纵向轴线取向。在一个实施例中，声换能器14的宽度小于声换能器14的长度。
69.声换能器14可在样本容器12上定位在与第一端口24和第二端口26中的一者或两者相对的侧面上，或者定位在与第一端口24和第二端口26中的一者或多者相同的侧面上。
70.声换能器14可被粘结到样本容器12。粘结部可相对于声换能器14和样本容器12的厚度是薄的。声换能器14可用粘合剂来粘结到样本容器12。粘合剂可被配置为允许具有低声波损耗的声波传播。在一个实施例中，液体粘合剂可被施加到声换能器14，并且然后声换能器14可经由液体粘合剂被附接到样本容器12。例如，可施加具有高达350
°
c的温度稳定性、在玻璃上的优异粘合力和高硬度（刚性）的液体粘合剂。在一个示例中，液体粘合剂可以是允许超声传播并且具有约85的肖氏d硬度的环氧树脂胶，诸如epo-tek 353nd（由位于马萨诸塞州比莱卡市财富大道14号的环氧树脂科技生产）。在一个实施例中，可施加约5μl的液体粘合剂。声换能器14可被夹紧到样本容器12上并且粘合剂可在约150℃下固化。在一个具体实施中，在固化之后，粘合剂的厚度可为约100μm。
71.声换能器14可被配置为将电荷转换成另一种形式的能量，诸如具有一个或多个频率和/或频率范围的声波。声换能器14可被配置为在交流电被施加到声换能器14时振荡，由此产生声波，其被引入到样本容器12中，这可在样本容器12中的血液样本52内产生一个或多个声学节点。如图1所示，声换能器14可包括被配置为与交流电源连接的第一电极90和第二电极92。在一个实施例中，声换能器14可以是压电超声换能器。
72.声换能器14可被配置为在被施加电频率和电压时通过膨胀和收缩来生成超声活动，从而产生具有频率的声波。图12示出了在声换能器14的一个示例性操作中的声换能器14的总位移的一个示例的图形表示。
73.在一个实施例中，声换能器14可被配置为产生具有共振频率的超声波，该共振频率引起样本容器12的微通道22中的血液样本52中的共振，使得血液样本52中的红细胞壁破裂。在一个实施例中，声换能器14可被配置为产生超声波，该超声波（其可在本文中也称为超声声波）具有在血液样本52中引起空化的共振频率，由此使红细胞壁破裂。在一个实施例中，声换能器14具有第一共振频率，并且裂解设备10的整体结构具有在频谱上与第一共振频率间隔开的第二共振频率，第二共振频率是由声换能器14生成并被引入样本容器12中的声波的频率，由此引起血液样本52中的空化，从而使红细胞破裂。
74.在一个实施例中，第二共振频率可引起一个或多个声学驻波，该声学驻波可在样本容器12的微通道22内的具有近似零力和近似无颗粒移动以及微通道22中的液压最高的区域（称为节点）中形成，使得血液样本52中的红细胞壁破裂，如图13和图14所示。声学驻波、也称为驻波是在时间上振荡、但具有在空间中不移动的峰值振幅分布的波。
75.在一个示例中，在声电泳裂解设备10（即，粘结到声换能器14的样本容器12）的主共振下，例如，当样本容器12由玻璃制成时，微通道22具有约两毫米的宽度，纵横比为0.05到0.125，并且样本容器12具有约十二毫米的宽度，纵横比为1.4到1.9，声换能器14可被配置为产生330khz至350khz的范围内的超声波，其中微通道22内的峰值压力为五mpa（参见图13），并且峰值速度多至八m/s（参见图14）。在图13和图14中示出了当声换能器14被激活时的微通道22中的血液样本52的压力分布（图13）和流体速度（图14）的一个示例性情况。
76.然而，微通道22和超声式声换能器14内的超声波可产生不期望的热量，包括微通道22中的血液样本52中的不期望的热量。为了避免血液样本52的任何过热，可操作声换能器14以在预定时间段内产生共振频率。例如，可操作声换能器14以生成具有第二共振频率的声波持续约一秒和约两秒之间。在一个实施例中，可操作声换能器14以生成具有第二共振频率的声波持续小于约一点五秒。在一个示例中，裂解设备10可被配置为操作声换能器14持续等于或小于1.5秒以导致99.99%的红细胞裂解。在一个示例中，裂解设备10可被配置为操作声换能器14持续约十秒或更短。
77.在一个实施例中，微通道22内的超声波将血细胞和细胞壁瓦解成细颗粒，与较大颗粒相比，细颗粒在血液样本52的光学测量期间产生更少的光散射。
78.在一个实施例中，声换能器14可被配置为产生频率范围内的超声波并且第二共振频率可在频率范围内。
79.在一个实施例中，声换能器14可被配置为产生大于约300khz的频率范围内的超声波。
80.共振频率和/或频率范围可基于一个或多个因素来确定，包括：样本容器12的尺寸、形状和材料；样本容器12的微通道的尺寸和形状；流体样本52中的流体的量；和/或声换能器14的尺寸、形状和材料。
81.例如，当样本容器12由玻璃制成时，微通道22具有约0.05至约0.125的纵横比，并且样本容器12具有约1.4至约1.9的纵横比，声换能器14可被配置为产生约330khz至约350khz的范围内的超声波。
82.微通道22的宽度可至少基于血液样本52内的声波传播速度（例如，约1500m/s）并且使用预定期望数量的声学节点作为微通道22中间的一个节点来确定，使得频率为约330khz至约350khz。以下公式可用于至少部分地确定微通道22内的第一声学节点（具有示
例性的2000μm宽度和100μm深度），而不考虑任何微小反射或其他镜像：2f=v/λ其中f是频率，v是流体中的波速，并且λ是波长（其中波长是微通道22的宽度的1/2）。
83.因为可能由于制造和/或材料差异而难以精确计算样本容器12的共振频率，所以在一个实施例中，声换能器14可被配置为扫描具有多个频率的频率范围内的频率，从第一频率开始并且行进通过一个或多个第二频率到多个频率中的第三频率。在一个实施例中，声换能器14可被配置为以步长、诸如频率为一khz的步长扫描频率范围。在一个实施例中，扫描从第一频率到第三频率的频率范围确保达到裂解设备10加上血液样本52的共振频率，即使考虑到裂解设备10的几何形状和材料的变化。
84.在一个实施例中，声换能器14可被配置为扫描约330khz与约350khz之间的频率范围，诸如以约一khz的步长。例如，声换能器14可被配置为扫描开始于约330khz并行进到约350khz的频率范围，和/或声换能器14可被配置为扫描开始于约350khz并行进到约330khz的频率范围。
85.在一个实施例中，声换能器14可被配置为在大于零秒并且小于五秒、小于四秒、小于三秒、小于两秒和/或小于一秒的时间段内扫描频率范围。在一个实施例中，声换能器14可被配置为在约一秒与约两秒之间的时间段内扫描频率范围。
86.在一个实施例中，附加地或替选地，裂解设备10可通过在样本容器12的微通道22中诱导剪切模式和弯曲模式来裂解血液样本52中的血细胞。刚性粘结的超声式声换能器14的位移、其可主要是横向位移引起粘结到声换能器14的样本容器12的振动和移动。当激活时，超声式声换能器14改变形状，从而收缩和伸长（横向位移），如图12所示。超声式声换能器14的移动被转移到样本容器12，改变微通道22的几何形状和/或体积，这引起样本容器12的微通道22中的剪切和弯曲。图12示出了声换能器14的一个示例性操作中的声换能器14的总位移的一个示例的图形表示。
87.声换能器14的移位可导致样本容器12的弯曲和该样本容器内的剪切力，其随后可由于微通道22内的高压力、剪切力和/或流体移动的组合而引起和/或有助于样本容器12的微通道22中的血液样本52的裂解。因此，在一些实施方式中，微通道22中的血液样本52的裂解可以是由血液样本52内的声学驻波、压力、剪切力、和/或流体移动的组合引起的。
88.当声换能器14被激活时，可在压电声换能器14和样本容器12之间的粘结部处产生剪切应力。剪切应力可导致微通道22内部的高压力。例如，在一个实施例中，优选的高压力可为约5mpa。在一个实施例中，压力可在约3mpa至约7mpa的范围内。压力水平可由声换能器14的收缩/伸长的水平控制，其可取决于声换能器14的电场强度。
89.微通道22内的声学驻波以及样本容器12的剪切和/或弯曲的组合在微通道22中的全血样本52中引起显著空化，这导致细胞壁的破裂。
90.图21和图22示出了根据本文公开的发明构思构造的声电泳裂解设备10a的另一个实施例。裂解设备10a除如下所述之外在使用和构造上类似于裂解设备10。在一些具体实施中，裂解设备10a可包括粘结到样本容器12的两个或更多个声换能器14，并且如前所述的那样执行。
91.现在参考图15-18，在一些实施例中，裂解设备10、10a可以是分析器100的部件。分
析器100可包括裂解设备10、10a、吸光度分光光度计102、流体分配系统104（例如，包括蠕动泵）和/或控制器106。在一个实施例中，裂解设备10、10a可从分析器100的其他部件移除和/或可更换。在一个实施例中，分析器100还可包括被配置为接收和/或定位裂解设备10的安装件108。在一个实施例中，裂解设备10、10a可被保持（诸如夹紧）在安装件108内，使得裂解设备10、10a能够在振动和/或移动的范围内振动和/或移动。
92.在一个实施例中，分析器100还可包括一个或多个处理器140和一个或多个非暂态计算机可读介质142。在一个实施例中，一个或多个处理器140和一个或多个非暂态计算机可读介质142可以是控制器106的一部分。然而，将理解的是，处理器140和/或非暂态计算机可读介质142中的一者或多者可位于控制器106外部和/或位于分析器100的其他部件外部。在一个具体实施中，分析器100可包括和/或可连接到具有血液气体传感器144的一个或多个传感器盒143和/或一个或多个试剂盒145。
93.在一个实施例中，吸光度分光光度计102可包括位于样本容器12附近的发射器112和接收器114，该发射器112被定位成发射通过顶部40、底部42和微通道22的介质116，并且接收器114被定位成在介质116的部分已经穿过顶部40、底部42和微通道22之后接收介质116的至少一部分。在一个实施例中，发射器112可以是光源并且介质116可以是光。例如，光源可以是一个或多个发光二极管。在一个实施例中，光可以是波长在约450-700纳米的范围内的白光。
94.吸光度分光光度计102可被配置为测量光谱的一部分中的光的强度，尤其是由样本容器12的微通道22中的流体样本52中的特定物质透射或发射的光的强度。吸光度分光光度计102可被配置为在光束穿过血液样本52或其他流体样本52时通过测量光的强度来测量化学物质吸收多少光。样本或溶液中的每种化合物吸收或透射特定波长范围内的光。
95.流体分配系统104（参见图17）可具有可流体连接到第一端口24的入口120（参见图16）和可流体连接到裂解设备10、10a的样本容器12的第二端口26的出口122（参见图16）。流体分配系统104可使一个或多个流体样本52、诸如空白样本或血液样本或洗涤溶液移动通过入口120、通过第一端口24进入样本容器12的微通道22。在一个实施例中，流体分配系统104可冲洗微通道22，从而将微通道22内的材料通过样本容器12的第二端口26排出并且排出到出口122外。流体分配系统104可被自动地、手动地、或以自动和手动的组合操作。
96.控制器106可电连接到裂解器设备10的声换能器14。控制器106可被配置为向声换能器14提供电信号，该电信号在由声换能器14接收时致使声换能器14以一个或多个频率和/或频率范围、包括以裂解设备10加上流体样本52的整体结构的共振频率发射超声声波。
97.如图16所示，在一个实施例中，控制器106可具有第一电触点130和第二电触点132。第一电触点130和第二电触点132可分别电连接到裂解物设备10的声换能器14的第一电极90和第二电极92，使得电势可被提供给声换能器14。
98.安装件108可将裂解设备10、10a保持在发射器112和接收器114之间的位置中，并且可将裂解设备10、10a定位成可操作地连接到流体分配系统104和控制器106（参见图17）。安装件108可被配置为在不施加会显著改变裂解设备10的整体结构的声阻抗的力的情况下将裂解设备10稳定在位置中。例如，安装件108可包括一个或多个夹具，其施加等于或低于约二十牛顿（n）的夹紧力。
99.在一个实施例中，分析器100还可包括一个或多个数字温度传感器和/或一个或多
个热控制元件（诸如珀耳帖元件）。
100.在一个实施例中，用于分析血液的方法200可包括：获得或接收血液样本52；在吸收度分光光度计102的发射器112和接收器114之间输入裂解设备10、10a；通过流体分配系统104将血液样本52经由入口120和第一端口24输入到样本容器12的微通道22中；激活控制器106以向声换能器14提供电信号，该电信号在由声换能器14接收时致使声换能器14以一个或多个频率和/或频率范围、包括以裂解设备10加上血液样本52的整体结构的共振频率发射超声声波，和/或致使声换能器14伸长和收缩，由此在微通道22中的血液样本52中产生剪切力；使得在血液样本52中引起空化，从而致使血液样本52的红细胞壁破裂；激活吸光度分光光度计102以将介质116从发射器112传输通过裂解的血液样本52到接收器114。
101.方法200还可包括读取由接收器114生成的电信号以至少部分地基于指示由吸光度分光光度计102的接收器114接收的光的信号来确定裂解的血液样本52的一个或多个血氧测定参数。
102.如图19所示，可基于对液体介质的吸收的已知计算来计算吸收光谱。另外，如图20所示，确定一个或多个血氧测定参数还可包括分析血红蛋白形式的光谱分布系数，诸如以下中的一者或多者：碳氧血红蛋白（cohb）、氧合血红蛋白（o2hb）、高铁血红蛋白（methb）、脱氧血红蛋白（hhb）、新生儿胆红素（nbili）、氰化高铁血红蛋白（cn_met_b）、硫血红蛋白（sulf_high）和亚甲基蓝染料（meth_blue_a）。
103.确定一个或多个血氧测定参数可基于分光光度法光学吸收的测量，即血液样本52中的组分对光的吸收。
104.确定一个或多个血氧测定参数可包括测量至少总血红蛋白（thb）和血红蛋白组分中的一者或多者，诸如以下：氧合血红蛋白（o2hb）、高铁血红蛋白（methb）、脱氧血红蛋白（hhb）、碳氧血红蛋白（cohb）。
105.在一个实施例中，方法200可包括在将血液样本52引入微通道22之前和/或之后将洗涤液输入和排放到样本容器12的微通道22中。方法200还可包括激活声换能器14以产生声波和/或剪切力来搅动微通道22中的洗涤溶液。在一个实施例中，可使用、清洁和重复使用样本容器12。在一个实施例中，裂解设备10、10a可能不可重复使用并且可对于每个新血液样本52进行替换。在该实施例中，裂解设备10可在单次使用后被丢弃。
106.方法200还可包括用空白样本校准分析器。在一个实施例中，流体样本52可以是被称为“空白样本”的测试样本，其可用于校准分析器100。空白样本可包含模具溶液，其可用于测量介质的传输的散射。
107.在一个实施例中，血液样本52的体积可为约十二微升。血液样本通常包括血浆和红细胞（其可构成血液样本的45%-60%）和可能的脂质。
108.在一个实施例中，血液样本52被保持在一致的温度。在一个实施例中，血液样本52的温度为三十七摄氏度加或减约0.3度。在一个实施例中，血液样本52的温度小于四十摄氏度以避免对血液样本52的损坏。在一个实施例中，利用一个或多个温度传感器和/或一个或多个热控制元件将血液样本52保持在基本上一致的温度。
109.现在将描述使用中的分析器100和裂解设备10、10a的示例。在一个示例中，样本容器12可由玻璃制成，并且可具有约1.4至约1.9的范围内的长宽纵横比，并且微通道22可具有约0.05的高宽纵横比（例如，具有约100微米的高度和约两毫米的宽度）。样本容器12可被
插入在介质将在吸光度分光光度计102的发射器112和接收器114之间行进的路径中。应当理解，分析器100可被提供有各种器械，包括反射镜和/或波导，以引导介质通过路径。流体分配系统104可将血液样本52插入到样本容器12的微通道22中。
110.控制器106可电连接到样本容器12的（一个或多个）声换能器14，并且可向（一个或多个）声换能器14提供电信号以致使声换能器14以约一khz的步长通过从约330khz到约350khz的频率范围发射超声波。该频率范围可在约两秒的时间段内被发射。
111.在一个实施例中，非暂态计算机可读介质142可存储计算机可执行指令，当由控制器106的一个或多个处理器140执行时，该计算机可执行指令可致使一个或多个处理器140将信号传递到与具有微通道22的样本容器12连接的（一个或多个）声换能器14，该微通道包含具有血细胞和血浆的全血样本52，该信号致使（一个或多个）声换能器14以一定的频率、强度和持续时间将超声声波发射到样本容器12中以便裂解全血样本52内的血细胞。
112.频率范围包括裂解设备10连同血液样本52的整体结构的共振频率，由此在血液样本52中引起空化，其使血液样本52中血细胞的细胞壁破裂。附加地或替选地，控制器106可致使一个或多个处理器140将信号传递到（一个或多个）声换能器14，该信号致使（一个或多个）声换能器14伸长和收缩，由此在微通道22中的血液样本52中产生剪切力，该剪切力使血液样本52中的血细胞的细胞壁破裂。
113.血细胞的细胞壁的大部分（超过50%）可破裂。
114.吸光度分光光度计102的发射器112可被激活以将介质116、诸如光传输通过样本容器12到裂解的血液样本52中。接收器114可接收离开裂解的血液样本52和样本容器12的介质116中的至少部分。接收器114可包括一个或多个光电二极管，例如，用于由于介质116的接收而生成电信号。
115.分析器100或一个或多个计算机处理器140可至少部分地基于指示由吸光度分光光度计102的接收器114接收的光的信号来确定裂解的血液样本52中存在的一种或多种分析物。分析器100或一个或多个计算机处理器可进一步分析血红蛋白形式的光谱分布系数，诸如以下中的一者或多者：碳氧血红蛋白（cohb）、氧合血红蛋白（o2hb）、高铁血红蛋白（methb）、脱氧血红蛋白（hhb）、新生儿胆红素（nbili）、氰化高铁血红蛋白（cn_met_b）、硫血红蛋白（sulf_high）、亚甲基蓝染料（meth_blue_a）。
116.分析器100或一个或多个计算机处理器140可测量总血红蛋白（thb）和/或血红蛋白组分中的一者或多者，诸如以下：氧合血红蛋白（o2hb）、高铁血红蛋白（methb）、脱氧血红蛋白（hhb）、碳氧血红蛋白（cohb）。
117.分析器100或一个或多个计算机处理器140可输出分析的结果。输出可示出在一个或多个显示器上。输出可用于确定患者的治疗。
118.以下是本文公开的发明构思的非限制性的说明性实施例的编号列表：1. 一种裂解设备，包括：样本容器，所述样本容器具有外表面、在所述外表面的范围内的微通道、通过所述外表面延伸到所述微通道的第一端口和通过所述外表面延伸到所述微通道的第二端口，使得血液样本能够通过所述第一端口插入到所述微通道中；其中，所述微通道具有长度、宽度和高度，并且其中，宽度与高度的微通道纵横比在从约0.04到约0.175的范围内；并且其中，所述样本容器具有宽度和高度，并且其中，样本容器的宽度与高度的样本容器纵横比在从
约0.5到约3.0的范围内；以及声换能器，所述声换能器粘结到所述样本容器的所述外表面以形成整体结构，所述声换能器被配置为在所述微通道中的所述血液样本内生成超声声学驻波并且被配置为使所述样本容器弯曲以使得在所述微通道内引起剪切力，所述声学驻波和所述剪切力在所述血液样本中引起空化，由此使所述血液样本中的细胞壁破裂。
119.2. 根据说明性实施例1所述的裂解设备，其中，所述样本容器由玻璃构成。
120.3. 根据说明性实施例1所述的裂解设备，其中，所述样本容器由杨氏模量在约50gpa至90gpa的范围内的非玻璃材料构成。
121.4. 根据说明性实施例1所述的裂解设备，其中，所述外表面是具有安装区域的第一外表面，所述安装区域具有第一形状，并且其中，所述声换能器具有第二外表面，所述第二外表面具有对应于所述第一形状的第二形状，所述声换能器的所述第二外表面粘结到所述安装区域。
122.5. 根据说明性实施例1所述的裂解设备，其中，所述声换能器配合地与所述样本容器的所述外表面接合。
123.6. 根据说明性实施例1所述的裂解设备，其中，所述微通道的高度为约100微米。
124.7. 根据说明性实施例1所述的裂解设备，其中，所述微通道的宽度为约两毫米。
125.8. 根据说明性实施例1所述的裂解设备，其中，所述微通道的宽度与高度的微通道纵横比为约0.05。
126.9. 一种分析器，包括：裂解设备，所述裂解设备包括：样本容器，所述样本容器具有外表面、在所述外表面的范围内的微通道、通过所述外表面延伸到所述微通道的第一端口和通过所述外表面延伸到所述微通道的第二端口，使得血液样本能够通过所述第一端口插入到所述微通道中；其中，所述微通道具有长度、宽度和高度，并且其中，宽度与高度的微通道纵横比在从约0.04到约0.175的范围内；并且其中，所述样本容器具有宽度和高度，并且其中，宽度与高度的样本容器纵横比在从约0.5到约3.0的范围内；以及声换能器，所述声换能器粘结到所述样本容器的所述外表面以形成整体结构，所述声换能器被配置为在所述微通道中的所述血液样本内生成超声声学驻波并且被配置为使所述样本容器弯曲以使得在所述微通道内引起剪切力，所述声学驻波和所述剪切力在所述血液样本中引起空化，由此使所述血液样本中的细胞壁破裂；吸光度分光光度计，所述吸光度分光光度计包括邻近所述样本容器定位的发射器和接收器，所述发射器被定位成通过所述微通道发射光介质，所述接收器被定位成在所述光介质的至少一部分已经穿过所述微通道之后接收所述光介质的部分；流体分配系统，所述流体分配系统具有连接到所述第一端口的出口和连接到所述第二端口的入口；以及控制器，所述控制器电连接到所述声换能器并且被配置为向所述声换能器提供电信号，所述电信号在由所述声换能器接收时致使所述声换能器发射超声声波并且致使所述声换能器收缩和伸长。
127.10. 根据说明性实施例9所述的分析器，其中，所述样本容器的所述外表面具有第
一侧面和与所述第一侧面相对的第二侧面，所述发射器定位在所述样本容器的所述第一侧面上，并且所述接收器定位在所述样本容器的所述第二侧面上；所述样本容器由对于所述光介质呈透明的材料构成。
128.11. 根据说明性实施例9所述的分析器，其中，所述样本容器的所述外表面具有第一侧面，和与所述第一侧面相对的第二侧面，所述第一侧面和所述第二侧面是平面的。
129.12. 根据说明性实施例9所述的分析器，其中，所述样本容器由玻璃构成。
130.13. 根据说明性实施例9所述的分析器，其中，所述样本容器由杨氏模量在约50gpa至90gpa的范围内的非玻璃材料构成。
131.14. 根据说明性实施例9所述的分析器，其中，所述样本容器的所述外表面是具有安装区域的第一外表面，所述安装区域具有第一形状，并且其中，所述声换能器具有第二外表面，所述第二外表面具有对应于所述第一形状的第二形状，所述声换能器的所述第二外表面粘结到所述安装区域。
132.15. 根据说明性实施例9所述的分析器，其中，所述声换能器配合地与所述样本容器的所述外表面接合。
133.16. 根据说明性实施例9所述的分析器，其中，所述微通道的高度为约100微米并且所述微通道的宽度为约两毫米。
134.17. 一种制造裂解设备的方法，包括：将声换能器粘结到样本容器的外表面以形成整体结构，所述样本容器具有在所述外表面的范围内的微通道、通过所述外表面延伸到所述微通道的第一端口、通过所述外表面延伸到所述微通道的第二端口，所述微通道具有长度、宽度和高度，并且宽度与高度的微通道纵横比在约0.04到约0.175的范围内；并且其中，所述样本容器具有宽度和高度，并且其中，宽度与高度的样本容器纵横比在从约0.5到约3.0的范围内；所述声换能器具有第一共振频率，所述整体结构具有与所述第一共振频率在频谱上间隔开的第二共振频率，所述声换能器被配置为以所述整体结构的所述第二共振频率发射超声声波。
135.18. 一种裂解方法，包括：将全血样本传送到样本容器的微通道中，所述样本容器被粘结到声转换器以使得所述样本容器和所述声换能器是整体结构，所述声换能器具有第一共振频率，所述整体结构具有与所述第一共振频率在频谱上间隔开的第二共振频率，所述全血样本具有血细胞和血浆；所述样本容器具有外表面、通过所述外表面延伸到所述微通道的第一端口和通过所述外表面延伸到所述微通道的第二端口，使得所述全血样本能够通过所述第一端口插入到所述微通道中；其中，所述微通道具有长度、宽度和高度，并且其中，宽度与高度的微通道纵横比在从约0.04到约0.175的范围内；并且其中，所述样本容器具有宽度和高度，并且其中，宽度与高度的样本容器纵横比在从约0.5到约3.0的范围内；以及向所述声换能器提供电信号以致使所述声换能器通过一定强度和持续时间以所述第二共振频率发射超声声波，以裂解所述样本容器的所述微通道内的所述全血样本内的所述血细胞。
136.19. 根据说明性实施例18所述的方法，其中，提供电信号包括向所述声换能器提供电信号以致使所述声换能器以包括所述第二共振频率的范围内的多个频率发射超声声波。
137.20. 根据说明性实施例19所述的方法，其中，所述范围是从约320khz至约350khz。
138.21. 一种存储计算机可执行指令的非暂态计算机可读介质，所述计算机可执行指令在由控制器的一个或多个处理器执行时致使所述一个或多个处理器将信号传递到与具有微通道的样本容器连接的单个声换能器，所述微通道包含具有血细胞和血浆的全血样本，所述信号致使所述单个声换能器以一定的频率、强度和持续时间将超声声波发射到所述样本容器中以便裂解所述全血样本内的所述血细胞；所述样本容器具有外表面、通过所述外表面延伸到所述微通道的第一端口和通过所述外表面延伸到所述微通道的第二端口，使得所述全血样本能够通过所述第一端口插入到所述微通道中；其中，所述微通道具有长度、宽度和高度，并且其中，宽度与高度的微通道纵横比在从约0.04到约0.175的范围内；并且其中，所述样本容器具有宽度和高度，并且其中，宽度与高度的样本容器纵横比在从约0.5到约3.0的范围内。
139.22. 一种裂解设备，包括：样本容器，所述样本容器具有外表面、在所述外表面的范围内的微通道、通过所述外表面延伸到所述微通道的第一端口和通过所述外表面延伸到所述微通道的第二端口，使得血液样本能够通过所述第一端口插入到所述微通道中；以及声换能器，所述声换能器粘结到所述样本容器的所述外表面以形成整体结构，所述声换能器被配置为在所述微通道中的所述血液样本内生成超声声学驻波并且被配置为使所述样本容器弯曲以使得在所述微通道内引起剪切力，所述声学驻波和所述剪切力具有充足的量值以在所述血液样本中引起空化并且由此使所述血液样本中的细胞壁破裂。
140.结论通常，血液分析在患者的护理点无法进行或者是费时且昂贵的。根据本公开，公开了裂解设备10，该裂解设备在患者护理点处在期望的产生结果时间内提供血液样本的测量参数的改进的准确度和精确度，并且更容易制造并且成本更低，其中，裂解设备10被配置为与分析器100协作。裂解设备10、10a可被配置为通过由单个声换能器在容器中生成的超声声波、压力、流体移动和/或剪切力来裂解样本容器中的红细胞，该声换能器以一个或多个特定激励频率或频率范围被驱动。
141.前述描述提供了说明和描述，但并非旨在穷举或将本发明的概念限制于所公开的精确形式。根据上述教导，修改和变化是可能的，或者可从本公开中阐述的方法的实践中获得。
142.尽管特征和步骤的具体组合在权利要求叙述和/或在说明书中公开，但这些组合并不旨在限制本公开。事实上，这些特征和步骤中的许多能以权利要求书中没有具体叙述和/或说明书中没有公开的方式组合。尽管下面列出的每个从属权利要求可直接仅取决于一个其他权利要求，但本公开包括每个从属权利要求与权利要求集中的每个其他权利要求的组合。
143.在本技术中使用的任何元件、动作或指令都不应被解释为对本发明至关重要或必不可少，除非在优选实施例之外明确这样描述。另外，除非另有明确说明，否则短语“基于”旨在表示“至少部分基于”。