用于动态光散射的样品架的制作方法

专利名称：用于动态光散射的样品架的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及流体、胶态*体或悬浮液的光学分析，尤其涉
及用于动态光lt射(DLS)或准弹性光散射(QELS)的样品保持装置。
背景技术：
动态光散射(DLS)也被称为准弹性光散射(QELS)，是本领域公 知的一种光学分析技术。例如激光的光源聚焦到样品中。当光撞击到流 体中悬浮的颗粒时发生散射，该颗粒例如是悬浮在溶液中的血小板。散 射光由相对于入射光成特定角度设置的光收集器收集。正如本领域所乂〉 知的那样，散射光由于溶液中颗粒的布朗运动而波动。通过使用本领域 所公知的算法，使^L射光的这些波动与由流体动力学半径表示的颗粒的 平均尺寸和形状相关联。
为了在流体样品上实现动态光散射，流体样品容纳在半透明的容器 (例如毛细管或试管)中，该容器则由样品架所保持，样品架也被称为 毛细管架或试管架。
本领域公知很多具有样品保持隔室的样品架以及DLS型装置，例 如加利福尼亚州Fullerton市的Beckman Coulter, inc.出品的Coutler N4 PlusTM以及加利福尼亚州圣巴巴拉市的Wyatt Technology Corporation 出品的DynaPro TitanTM。
下列申请或专利中描述了一些样品保持装置名为"CUVETTE APPARATUS AND SYSTEM FOR MEASURING OPTICAL PROPERTIES OF A LIQUID SUCH AS BLOOD"的美国专利申请 2005/0094127 (O，Mahony等人)；名为"CUVETTE HOLDER FOR COAGULATION ASSAY TEST"的美国专利6，016，193( Freeman等人)； 名为"METHOD AND APPARATUS FOR SEDIMENTATION ANDOPTICAL EXAMINATION OF PARTICLES SUSPENDED IN A FLUID, FURTHER A CUVETTE FOR ACCOMPLISHING SAID METHOD"的美国专利6,249,344( Virag);名为"CUVETTE HOLDER" 的美国外观设计专利D442,287 (Pogorzelski);名为"CUVETTE HOLDER"的美国外观设计专利D271,335 ( Simons );名为"CUVETTE HOLDER"的美国专利4,208,127 (Hufenreuter);名为
"SAMPLE-HOLDING DEVICES AND SYSTEMS"的美国专利 6,488,892 (Burton等人)；名为"SAMPLE HOLDER APPARATUS" 的美国专利6，399，026 (Karrai);名为"CAPILLARY TUBE HOLDER" 的美国专利6,266,139 (Mannhardt);名为"FLUID SPECIMEN HOLDER FOR BIOLOGICAL FLUID TESTING"的美国专利 4,278,437 (Haggar);名为"PHOTOMETRIC MEASURING SYSTEM AND A HOLDER FOR SUCH A SYSTEM"的美国专利6,239,875
(Verheijen);名为"PHOTOMETER AND TEST SAMPLE HOLDER FOR USE THEREIN, METHOD AND SYSTEM"的美国专利6，055，050
(Skiffington);名为"SAMPLE HOLDER FOR SPECTRUM MEASUREMENT AND SPECTROPHOTOMETER"的美国专利申请 2004/0233423 (Nakayama等人)；名为"CAPILLARY HOLDER"的 美国专利5,卯0，132 (Keenan等人)；名为"BIOLOGICAL CELL SAMPLE HOLDER FOR USE IN INFRARED AND/OR RAMAN SPECTROSCOPY ANALYSIS HOLDER"的美国专利5,733,507
(Zakim);名为"OPTICAL SPECTROSCOPY SAMPLE CELL"的 美国专利6，188，474 (Dussault等人)；名为"CAPILLARY MICROCUVETTE"的美国专利5,674,457 (Williamson等人)；名为
"SAMPLE CELL FOR LIGHT SCATTERING MEASUREMENTS" 的加拿大专利1,247,399 (Wyatt等人)；名为"SAMPLE CELL FOR LIGHT SCATTERING MEASUREMENTS"的加拿大专利1,242,595
(Phillips等人)；以;Sjg为"LIGHT SCATTERING MEASUREMENT CELL FOR VERY SMALL VOLUMES"的美国专利5，530，540 (Wyatt 等人)。
然而，根据申请人的了解，所有这些已有的样品架均是仅设计成保 持特定类型的容器(即或者是圆形的毛细管或者是方形的试管)，而且均是仅设计成只保持特定尺寸或者尺寸范围非常受限的容器。因此，非 常希望提供一种能够解决这一缺陷的样品架。
而且，这些已有样品架中的大多数都包括加热和/或冷却流体样品以
收集不同温度下的DLS测量值的装置。然而，这些已有的温度受控的
样品架的^:计均不能有效和均匀地热传递，因为它们必需为入射光和散
射光都提供光学通路。换言之，为了确保存在足够的光学通路，加热或 冷却装置不能有效地定位(例如在容器下方)。大体上，已有的设计都 未能同时优化光学通路以及热传递。从而，迫切希望提供一种样品架， 该样品架能够实现有效和均匀的热传递，同时不会不适当地影响到达样 品的光学通路。

发明内容
本发明的目的是提供一种克服现有技术中至少一个缺点的样品架。 该样品架(或样品保持装置)具有基座，该基座包括固定的直立壁或"支 撑构件"。可移动的直立构件或"夹紧构件"能够相对移动一一例如通 过在轨道上滑动，以将毛细管、试管、软管或其它流体容器轻柔地夹紧 或夹持在两个构件或壁之间。该设计便于装栽、保持以及卸载各种尺寸 的毛细管、试管或其它这种流体样品容器。样品架还包括安装在每个壁 或直立构件上的加热/冷却元件。在一个实施方式中，该加热/冷却元件 安装在所述壁(或直立构件)以及相应的带沟槽的导热板之间，该导热 板具有相对的、面向内部的沟槽，所述沟槽用于夹住流体容器，从而优 选地将容器保持在大体上竖直的取向。该加热/冷却元件能够制成为在所
id^l和壁(直立构件)的整个高度上延伸，从而为样品架中的流体样品 提供有效和均匀的热传递。在一个实施方式中，该样品架包括带翅片的 散热片和风扇，以便于冷却样品。为了增强流体样品的光学通路，在所 述壁(直立构件)、所述加热/冷却元件以及所述板中设置有大致水平的 狭缝。
样品架从而能够结合到动态光散射(DLS)系统中，以绕该样品在 多个位置收集散射光。从而，使用这种样品架的DLS系统能够与单个 光源一起操作，例如单个激光器二极管，同时通过在样品架周围不同位 置布置多个光收集器来收集^1射光。这种通用、易用和有效的样品架非常便于DLS/QELS或其它光学分析技术来分析血小板溶液、全血或其 它胶体或胶态^L体。因此，本发明的一个方面是提供一种样品架，其用于保持流体容器 以对容纳在所述容器内的流体样品进行光学分析。所述样品架包括基 座，所U座具有直立的支撑构件；和可移动的夹紧构件，所述夹紧构 件相对于所述支撑构件在打开的缩回位置以及关闭的保持位置之间移 动，其中，在所述打开的缩回位置中，所述夹紧构件不再接触所述容器； 在所述关闭的保持位置中，所述夹紧构件压靠所述容器以将所述容器轻 柔地夹紧在所述夹紧构件和所述支撑构件之间，从而使得所述容器固定 不动以对所述容器中的所述流体样品进行光学分析。在一个实施方式中，该支撑构件和夹紧构件分别包括第一和第二对 上、下带沟槽的板，所述带沟槽的板彼此大致平行地布置且彼此正对并 具有相对的大致竖直的沟槽，所述沟槽用于将流体容器保持在大体上竖 直的取向。在另一实施方式中，该基座包括轨道，该轨道用于沿着位移轴线引 导可移动夹紧构件，该轨道大体上垂直于所述支撑构件和夹紧构件。在另一实施方式中，该夹紧构件包括磁铁，所ii^铁用于朝向该支 撑构件磁性地偏压该夹紧构件。在另一实施方式中，该样品架包括第一对上、下加热/冷却元件， 其连接到所述支撑构件的面向内部的表面，所述第 一对加热/冷却元件能 够将热量传递至所述容器中的流体样品或者将所述容器中的流体样品 的热量传递走；第一对导热板，其连接到所述第一对加热/冷却元件的面 向内部的表面，用于将热量传导至所述容器中的流体样品或者将所述容 器中的流体样品的热量传导走；第二对加热/冷却元件，其连接到所述可 移动的夹紧构件的面向内部的表面，所述第二对加热/冷却元件能够将热 量传递至所述容器中的流体样品或者将所述容器中的流体样品的热量 传递走；以及第二对导热板，其连接到所述第二对加热/冷却元件的面向 内部的表面，用于将热量传导至所述容器中的流体样品或者将所述容器 中的流体样品的热量传导走。本发明的另一方面提供一种保持装置，用于保持能够容纳流体样品 以进行光学分析的容器。该保持装置包括基座，该基座具有固定的直立壁以及可移动的直立构件，该可移动的直立构件能够相对于该壁在缩回 位置和夹紧位置之间移动，在该缩回位置中所述可移动的直立构件以及 所述壁分开大于所述容器的外径的距离，在该夹紧位置中该容器被保持 在所述可移动的直立构件以及所述壁之间。在一个实施方式中，该基座包括直线型轨道，所述直线型轨道用于 在所述可移动的直立构件相对于所述壁滑动时引导所述可移动的直立 构件。在另一实施方式中，所述壁和可移动构件都具有大体上水平的狭 缝，所述狭缝用于为容器中的流体样品提供光学通路。在另一实施方式中，所述保持装置还包拾没置在所述壁的面向内部 的表面上的第 一对加热/冷却元件以及i殳置在所述可移动构件的面向内 部的表面上的第二对加热/冷却元件。在另一实施方式中，所述保持装置包括第一对导热板，其连接到 所述第 一对加热/冷却元件的面向内部的表面，所述第 一对板具有面向内 部的沟槽，所述沟槽用于在容器的相当大一部分表面上夹住该容器从而 有效地将热量传导至所述容器或者将所述容器的热量传导走；以及第二 对导热板，其连接到所述第二对加热/冷却元件的面向内部的表面，所述 第二对板具有面向内部的沟槽，所述沟槽用于在容器的相当大一部分表 面上夹住该容器从而有效地将热量传导至所述容器或者将所述容器的 热量传导走。本发明的另一方面提供一种系统，该系统用于容纳在容器内的流体 样品的动态光rlt射。该系统包括用于将光束导向流体样品的光源以及样 品保持装置。该装置具有基座，该基座具有固定的直立壁以及可移动的 直立构件，该可移动的直立构件能够相对于该壁在缩回位置和夹紧位置 之间移动，在该缩回位置中所述可移动的直立构件以及所述壁分开大于 所述容器的外径的距离，在该夹紧位置中该容器被保持在所述可移动的 直立构件以及所述壁之间。该系统还包括用于收集由流体样品嘞:射的光 的光收集器，还包括用于使被收集的嘲:射光与容器中的溶液内悬浮的颗 粒的尺寸和形状相关联的关联装置。在一个实施方式中，所述壁和可移动构件包括水平的狭缝，所述水 平的狭缝用于为该流体样品提供光学通路，从而光源和光收集器能够设置在该装置周围的多个位置中之一位置处。在另一实施方式中，该系统包括单个光源以及多个光收集器，所述 光收集器布置在样品保持装置周围以收集由流体样品散射的光。在另一实施方式中，该光源包括激光二极管，并且该光收集器包括 至少一根用于捕获散射的光子的光纤，该光纤连接到单光子计数器，该单光子计数器用于产生TTL (晶体管-晶体管逻辑)脉冲并将该TTL脉 冲传送到关联装置。在另一实施方式中，该系统还包括用于支撑连接到激光二极管的单 模保偏光纤或多模光纤的L型支架，并包括至少一个另外的L型支架， 用于支撑另外的至少一根连接到单光子计数探测器的光纤。在另一实施方式中，该系统还包括第一风扇，用于将空气吹过固定 到所述壁的散热器的翅片状部分，还包括第二风扇，用于将空气吹过固 定到可移动构件的散热器的翅片状部分。


通过下面结合附图进行的详细说明，本发明的其它特征和优点将变 得非常明显，附图中图1是具有根据本发明实施方式的样品架的DLS系统的示意图；图2是示出了流体动力学半径的分布与根据溶液中的血小板以及血 小板衍生微4立(PMP)的DLS "斑紋图样，，而获得的光强之间关系的 曲线图，该DLS "斑紋图样"能够通过4吏用图1中示出的DLS系统获 得；图3是才艮据本发明优选实施方式的样品架的轴测立体图，示出为处于关闭的夹紧位置；图4是图3中示出的样品架的侧视图，但是未示出风扇和光纤保持 支架，也是示出为处于关闭位置；图5;1才艮据本发明另一实施方式的样品架的轴测立体图，示出为处 于打开的缩回位置。应该注意的是，所有附图中类似的特征由类似的附图标记所表示。
具体实施方式
图1示出用于动态光散射(DLS)——也被称为准弹性光散射 (QELS)——的系统的示意图。如图l所示，该系统具有光源一一其 例如为由电源供电的激光二极管2，这是本领域所公知的。激光二极管 2产生并发射激光束到一段长度的光纤6中。激光器优选地产生635nm 的光束，不过正如本领域普通技术人员将会理解的那样也可以使用其它 波长。正如本领域所公知的那样，激光光束的强度能够通过使用可调节 的中性滤光片(或通过在光纤中使用衰减器)来调节，这使得激光器能 够以最大功率运行同时减小入射光的强度。这减小了多次散射以及其它 不希望的光学效应，这些光学效应将会在入射光强度过高时产生。光纤 能够是单模保偏光纤一一正如本领域所公知的那样，单模保偏光纤防止 光通过光纤传输时偏振漂移；或者替代性地也能够使用多模光纤。正如 光学领域所公知的那样，保偏光纤能够通过使用非圃形截面的光纤制 成，或者通过例如在特定方向上挤压光纤而使得光纤传输介质各向异 性。如图1所示，偏振激光从光纤6中出来并穿过空气传输一段短的距 离(不过需要特别理解的是，图1中示出的距离并不意味着代表实际距 离或与实际距离成比例)。该入射光撞击在容纳于由根据本发明实施方 式的样品架100保持的透明或半透明容器10 (例如毛细管、试管、软管 等结构)中的流体样品(例如溶液中的血小板、全血或其它胶体或胶态 ^tt体)上。下面将参照图3-5更详细地描述样品架100。如图1所示，入射光在光子撞击到悬浮于溶液中的颗粒后散射。散 射光12、 14沿各个方向散射离开流体样品。这些散射光的一部分由光 收集器16和18收集，光收集器16和18优选地为连接到单光子计数探 测器20的光纤，该单光子计数探测器20由其自身电源22供电。在优 选实施方式中，单光子计lt探测器20产生TTL脉沖(晶体管-晶体管 逻辑脉冲)24并将这些TTL脉冲24传送到数据采集卡26。数据采集 卡26将这些TTL脉冲数字化并向运行在〗更携式电脑或其他电脑28上 的软件相关器传送该"原始数据"。该原始数据通过通用串行总线(USB) 30或者其它数据总线或连接器传送。可替换地，数据采集卡26能够安 装在计算机28内。数据釆集卡26、计算机28以及软件相关器构成"关联装置"，该表述将在本说明书中使用。可替换地，关联装置能够使用 硬件相关器(例如多T相关器)而不是使用数据采集卡。硬件相关器将产生并传送关联函数到该计算机；不过，数据采集卡和软件相关器由于 fe^现更为精确因而是优选的。基于Stokes-Einstein方程将由于布朗运 动产生的所观察到的斑紋图样与颗粒尺寸(即流体动力学半径)相关联， 这一点是本领域所公知的。(运行软件相关器的)计算机28产生关联函数然后产生例如如图2 所示的尺寸分布图，以图形的方式展示给研究者或其他终端使用者。可 替换地，尺寸分布数据能够以表格的形式或者其它任何容易理解的方式 来表示。如图2所示，尺寸分布图示出了新鲜血小板浓缩物中血小板和, 的流体动力学半径的典型分布(实线)、陈旧血小板浓缩物中血小板和 微粒的流体动力学半径的典型分布(短划线)以及血小板衍生微粒 (PMP)自身的流体动力学半径的典型分布(点线)，不过应该特别理 解的是所示出的流体动力学半径、相对光强以及颗粒分布并不用来表示 实际值或实际分布。流体动力学半径从DLS "斑紋图样"算得，这一点 为本领域所公知。该尺寸分布图使得研究者、技术人员及其他终端使用 者能够根据尺寸分布容易地评估血小板质量以及成活力。因为血小板的 平均流体动力学半径(Rh)随着老化而减小，因此能够将新鲜的血小板 与陈旧血小板区别开来。同样的，血小板衍生微粒(PMP)用作老化(以 及使血小板质量降低)的第二个有用的标识，因为当血小板随时间而退 化时，PMP形成或者"出现"。评估血小板老化和质量的另一手段是温 度响应新鲜血小板能够制备为使得它们与陈旧血小板浓缩物相比对于 温度变化更有抵抗力或更不具有抵抗力。在一个实施方式中，计算机28执行计算矩阵32，所述计算矩阵32 用于基于三个独立M——即(0血小板的平均流体动力学半径、(ii) PMP的相对数以及(iii)血小板针对温度周期变化的响应情况一一来分 析血小板质量。如图1所示，计算矩阵32根据平均流体动力学半径(RH )、 PMP的浓度以及温度响应(TR)确定血小板质量。计算矩阵32从而可 以自动为血小板评分，因为该系统能够同时测量所有这些三个独立^ 并将其输入到计算矩阵中，从而在确定血小板的质量时能够提供非常高 的分析灵敏度。该套方法在2004年8月24日提交的、名为"METHODFOR DETERMINATION OF PLATELETS QUALITY"的本申请人的 共同待决的美国专利申请10/925,779 (Maurer)中有详细的描述，在此 通过援引并入本申请。应该特别理解的是该系统不仅能够用于溶液中血小板的DLS分析， 还能够用于分析全血或其它胶体或胶态^t体。图3示出了根据本发明优选实施方式的样品架100。样品架100(这 里也称为"样品保持装置")具有固定的基座102，基座具有用于放置在 工作台、实验室工作台面、桌子、基座板等上的大体上平坦的下侧。基 座优选地包括一个或多个孔，紧固件能够穿过所述孔插入以将基座牢靠 地安装到基座板、桌子、工作台、实验室工作台面等上。优选地，样品 架100的基座102牢靠地附连到固定不动的结构上，以提高测量精度并 避免频繁地重新校准DLS系统。基座102优选地包括直线型的轨道106，轨道106限定了位移轴线 108。出于可制造性的考虑，轨道106和基座102优选地作为单独部件 加工或铸造，并通过螺紋紧固件彼此紧固(从而限定了 "两件式基座")。 可替换地，轨道106当然也可以与基座102制成为一体(从而形成单体 式基座)。不管怎样，基座102都具有连接的轨道部分106,从而一起支 撑样品架的其余部分。样品架100还包括直立的支撑构件110 (即固定的直立壁)以及可 移动的夹紧构件120 (即可移动的直立构件)，该夹紧构件120能够相对 于支撑构件(或壁)110在打开的缩回位置以及关闭的保持(或"夹紧") 位置之间移动；其中，在打开的缩回位置中，夹紧构件120不再与容器 10接触(即可移动的直立构件以及所述壁分开大于容器10外径的距 离)；在关闭的保持位置中，夹紧构件(可移动的直立构件)120压靠容 器10，将容器10轻柔地夹持并保持在夹紧构件120 (可移动构件)和 支撑构件(壁)110之间，从而将容器固定，以便于对容器10中的流体 样品进行光学分析。尽管样品架的图示实施方式设计为用于例如DLS 或QELS的光学分析，但该样品架(或其变形)也能够用于静态光J:射 或作为荧光光脊义的一部分。优选地，支撑构件110与基座102形成为 一体。类似地，在优选实施方式中，可移动构件120与水平i殳置的滑动 板120a形成为一体，该滑动板120a与轨道106 #^并在其上滑动。在优选实施方式中，可移动的直立构件120由轨道106引导相对于 固定的壁构件110滑动，从而可移动构件120受P艮制为沿着位移轴线108 平移。如图3所示，位移轴线108大体上垂直于支撑构件110和夹紧构 件120。尽管滑动或平移运动是优选的，但可移动的直立构件120也可 以制成为通过使用枢轴或铰^f目对于壁110转动。可移动的直立构件 120还能够制成为沿着直立轴线或者不同的水平轴线一—即与图示的位 移轴线108垂直的轴线一一滑动。可替换地，样品架100能够使用组合 运动(同时转动和平移)，从而使得夹紧构件相对于固定的直立壁构件 打开或关闭。样品架还能够包括用于朝向壁110偏压可移动构件120的多个>^铁 140。优选地，在可移动构件的孔中(如图5所示)和所述壁的孔中嵌 入四对圆柱形的、极性相反的磁铁140，从而提供基本上与位移轴线108 相一致的均勻的磁性吸引力。磁铁140设计成产生如下的磁性吸引力 当可移动的直立构件在夹紧位置时，该磁性吸引力足够大以将容器牢靠 地保持在可移动的直立构件以及壁之间，但也足够小以避免容器变形并 且还小到足以使得使用者能够通过手动地将可移动的直立构件移动到 缩回位置而容易地将可移动的直立构件和壁手动分开。如图3所示，样品架100能够包括滑块止挡件130，该滑块止挡件 能够通过使用一个或多个螺紋紧固件(未示出)固定到轨道106 (或者 固定到基座板)上。滑块止挡件130对可移动构件120远离壁110的滑 动位移进行限制。当可移动构件到达滑块止挡件130时，可移动构件即 处于打开的缩回位置(如图5所示)。图4是图3中示出的样品架100的侧视图，但是未示出风扇和光纤 保持支架。如图3和4所示，样品架100具有与支撑构件110的面向内 部的表面相连接的第一对竖直隔开的加热/冷却元件112a、 112b，所述 第一对加热/冷却元件能够将热量传递至容器10中的流体样品或者将容 器IO中的流体样品的热量传递走。出于i兌明的目的，"竖直隔开"的意 思是具有由间隙隔开的上部件和下部件。而且，出于说明的目的，"面 向内部"的意思是面向样品容器，而且，"面向外部"的意思是背朝样品容器。样品架100还包括第一对竖直隔开的导热板114a、 114b，所述第一 对导热板连接到第一对加热/冷却元件112a、 112b的面向内部的表面，用于将热量传导至容器或者将容器的热量传导走，从而加热或冷却流体 样品。样品架100还包括与可移动的夹紧构件120的面向内部的表面相连 接的第二对竖直隔开的加热/冷却元件122a、 122b，所述第二对加热/冷 却元件能够将热量传递至容器10中的流体样品或者将容器10中的流体 样品的热量传递走。样品架100还包括第二对导热板124a、 124b，所述 第二对导热板连接到第二对加热/冷却元件I22a、 122b的面向内部的表 面，用于将热量传导至容器10或者将容器10的热量传导走，从而加热 或冷却流体样品。所述加热/冷却元件能够通过使用螺柱和孔、螺紋紧固 件或其它已知机械紧固件附连到可移动构件。同样地，导热板能够通过 使用螺柱和孔、螺紋紧固件或其它已知机械紧固件附连到加热/冷却元 件。因而，简单概括地说，在如图4所示的优选实施方式中，有四个加 热/冷却元件112a、 112b、 122a、 122b以及四个附连板114a、 114b、 124a、 124b。竖直隔开的加热元件对限定了第一间隙180、 l卯。竖直隔开的板 对同样地限定了第二间隙182、 192。第一间隙180、 l卯与第二间隙182、 192对齐，如图4所示。而且，壁110和可移动构件120具有大体上水 平的狭缝lll、 121，狭缝lll、 121在装置的两侧上也与间隙180、 l卯、 182、 192对齐，以使得对半透明容器IO中的流体样品的光学通路的阻 挡最少。而且，如图4所示，样品架100具有附连到壁110的面向外部 的表面的上散热片116a和下散热片116b以及附连到可移动构件120的 面向外部的表面的上散热片126a和下散热片126b。散热片能够通过使 用螺柱和孔、螺紋紧固件或其它已知机械紧固件附连到壁和可移动构 件。如图4所示，上散热片116a和上散热片126a设置在壁110和可移 动构件120的狭缝U1、 121的上方，而下散热片116b和下散热片126b 设置在狭缝lll、 121的下方。这种散热片设计也使得对容器IO中流体 样品的光学通路的阻挡最少。这些上散热片和下散热片在装置的每侧上 限定第三间隙184、 194，这些间隙也与第一间隙180、 l卯、第二间隙 182、 192以及狭缝111、 121对齐。优选地，加热/冷却元件112、 122是Peltier型热电装置，其具有用 于感知温度并对温度反馈控制的微型热电偶。在本领域中，Peltier加热 /冷却元件还^^P是热电模块。这些Peltier型热电模块是用作热泵的小型固态装置。通常，Peltier装置具有由两层陶瓷板以及位于两个陶资板 之间的一组小型碲化铋(Bismuth Telluride)管(热电偶)形成的"三 明治"结构。当直流电流施加到该装置上时，热量从一侧传递到另一侧， 热量在另一侧必须被散热片散去。通过将"冷"的侧部面向导热板改置， 样品能够被冷却。如果电流反向，则Peltier装置的热量传递到内侧， 这样加热样品。这些Peltier热电模块使得样品架100能够快速地控制 样品温度，例如使得样品达到所期望的温度并JU Wt温度周期变化。如上所述并且如图3和4所示，样品架100优选地包括分别连接到 壁和可移动构件的面向外部的表面的散热片116和126。这些散热片116 和126能够分别包括翅片118和128。这些翅片能够是水平的(如图3 和4的实施方式中所示)或者是竖直的(如图5的实施方式中所示)。 不管怎样，带翅片的散热片均与Peltier装置相配合操作，从而通过将 热量从Peltier装置的较热侧带走而冷却流体样品。在优选实施方式中，样品架100包括风扇160、 162，风扇160、 162 用于通过增强带翅片的散热片的对流热传递而进一步提高Peltier装置 的冷却效率。应该注意的^X扇可以是样品架100的一部分或者它们也 可以是单独的部件(但是不管怎样都是DLS系统的一部分)。应该注意 的是，优选地具有风扇以提高冷却效率，但它们不是必需的。如图3进一步示出的，样品架能够包括多个光纤保持支架170、 172、 174,所述的多个光纤保持支架170、 172、 174用于将光纤保持在与所 述狭勤目同的高度，从而确保入射光撞击样品并且确保离开样品的散射 光能够由收集光的光纤16和18捕获。所述光纤具有聚焦透镜或者是准 直透镜，以使激光光束变细，使得被照射到的样品体积很小一一理想情 况是只有一个或仅几个相干体积。这需要光纤的端部与样品的中心相距 一个焦距的距离。光纤架170、 172、 174从而相对于样品安装，以40巨 样品的距离都等于焦距。在优选实施方式中，第一L型支架170保持连 接到激光二极管2或其它光源的光纤6 (参见图1 )，而第二和第三L型 支架172、 174分别保持收集光的光纤16、 18。当然，如果需务使用其 它收集光的光纤以捕获^t射光，则也可以^L置其它支架。如图3所示， 每个L型支架包括顶部的螺紋孔176，螺紋孔176用于容纳一组螺射未 示出)，这些螺钉能够用于将光纤紧固在支架中，以确保与狭缝的平面 对齐。如图3所示，每个L型支架还包括底座，底座具有椭圆形狭缝，紧固件能够穿过所述狭缝插入以将支架固定到工作台、桌子、工作台面、 基座板或其它这种表面上。在此实施方式中，仅使用单个光源，并卫Jt射光由多个光收集器收集。例如，光收集器能够彼此以15度的角度间隔隔开。在一种配置中， 一个光收集器可以相对于入射光呈45度的角度i殳置，而第二个光收集 器可以(相对于入射光)呈60度的角度设置。可替换地，这些光收集 器(或另外的光收集器)能够以30度和卯度设置。然而，应该理解的 是，还能够使用多个光源，并且光收集器的数目及其各自的角度或位置 还能够变化。从而，样品架100使得研究者能够同时获得在一个或多个 散射角度处的测量值。如图4所示，样品架100可以包括升高的搁物板150，该搁物板固 定地连接到可移动构件120的底部。在一个实施方式中，搁物板150能 够拆卸或者竖直调节以容放不同长度的毛细管或试管。在另一实施方式 中，搁物板能够包括其自身的加热/冷却元件(例如Peltier装置)，以补 充上述加热/冷却元件112、 122。图5示出才艮据本发明另一实施方式的样品架100，示出为打开的缩 回位置。图5示出支撑构件110和夹紧构件120分别包括第一和第二带 沟槽的板114、 124，这两个板大体上平行布置且彼此正对，并且具有相 对的、大体上竖直的沟槽U5、 125，沟槽U5、 125用于将流体容器10 保持在大体上竖直的取向。板114和124还可以包括M紋或其它表面 精加工，所述滚压紋或其它表面精加工增加与玻璃或塑料的附着力，从 而提高对玻璃或塑料毛细管或试管的夹持力。如图所示，沟槽115、 125 可以具有V型剖面，以夹住各种不同尺寸的长形管状或方形容器，例如 毛细管或试管。V型沟槽通常是优选的，因为它们能促进与多种不同尺 寸和不同形状的容器之间的极佳的热传递。可替换地，这些沟槽可以具 有半圓形或矩形剖面，以夹住基本上为圆形或基本上为方形截面的毛细 管或试管。为了使得热传递效率最优，所述沟槽应该换:供与毛细管或试 管基本上精确的配合；当然，精确配合并不是必需的。换言之，半圆形 或矩形沟槽还能够用于保持各种不同尺寸的容器。优选地，样品容器10 是一次性的、玻璃的或塑料的毛细管，其具有圆形或方形几何形状，并 且直径约为2mm,体积约为30微升；不过由于样品架100设计为能够 适应一定范围的尺寸，因此这些尺寸不应该被认为是限制本发明的范围。正如本领域所公知的那样，样品通过毛细管作用装入，然后将毛细管底部密封住。在一个实施方式中，V型沟槽适于夹住外径在1.7到 3.5mm范围内的毛细管。该样品架100的另一优点在于光路长度相比大多数已有的装置要 短，因为穿过空气、壁厚以及毛细管直径的光路都得以减小。短的光路 对于测量高浓度的样品是期望的，因为这减小了散射光撞击第二颗粒并 再次散射(被称为"多次散射"的现象)的可能性。在血小板质量管理 领域中，提高测量精度意味着容易确定何时血小板仍然是成活的以及何 时所述血小板不再有效。还有利地减少了操作，因为血小板溶液不需要 在测量之前进行稀释。在未示出的另一实施方式中，样品架能够具有两个可移动且可锁定 的构件，而不是一个可移动构件和固定壁。在此实施方式中，其中一个 可移动的且可锁定的构件锁定在合适位置，容器放置挨着锁定的可移动 构件放置在样品架中，然后第二个(未锁定)可移动构件移动从而与容 器掩h因而将容器保持在合适位置，在该处第二个(未锁定)可移动 构件也能够锁定住。上面仅以示例性的方式描述了本发明的实施方式。本发明的范围完 全由所附的权利要求书来P艮定。
权利要求
1、一种样品架，其用于保持流体容器以对容纳在所述容器内的流体样品进行光学分析，所述样品架包括基座，所述基座具有直立的支撑构件；和可移动的夹紧构件，所述夹紧构件相对于所述支撑构件在打开的缩回位置以及关闭的保持位置之间移动，其中，在所述打开的缩回位置中，所述夹紧构件不再接触所述容器；在所述关闭的保持位置中，所述夹紧构件压靠所述容器以将所述容器轻柔地夹紧在所述夹紧构件和所述支撑构件之间，从而使得所述容器固定不动以对所述容器中的所述流体样品进行光学分析。
2、如权利要求1所述的样品架，其中所述支撑构件和所述夹紧构 件分别包括第一带沟槽的板和第二带沟槽的板，所述第一带沟槽的板和 第二带沟槽的板大致平行地布置且彼此正对并具有相对的大致竖直的沟槽，所述沟槽用于将所述流体容器保持在大体上竖直的取向。
3、 如权利要求2所述的样品架，其中所述沟槽具有V型剖面，以 夹持长形管状容器。
4、 如权利要求3所述的样品架，其中所述V型沟槽适于夹持外径 范围为1.7-3.5mm的毛细管。
5、 如权利要求2所述的样品架，其中所述沟槽具有矩形或半圆形 的剖面，以夹持截面大体上为方形或圆形的试管，从而提供基本上精确 的配合，以有效地进行热传递。
6、如权利要求1所述的样品架，其中所述可移动的夹紧构件相对 于所述支撑构件沿着大体上垂直于所述支撑构件和所述夹紧构件的位 移轴线滑动。
7、 如权利要求6所述的样品架，其中所i^座包括轨道，所述轨 道用于沿着所述位移轴线引导所述可移动的夹紧构件。
8、 如权利要求7所述的样品架，其中所述可移动的夹紧构件和所 述支撑构件包括磁铁，所M铁用于将所述夹紧构件向所述支撑构件磁 性地偏压。
9、 如权利要求l所述的样品架，还包括第一加热/冷却元件，其连接到所述支撑构件的面向内部的表面，所 述第 一加热/冷却元件能够将热量传递至所述容器中的流体^"品或者将 所述容器中的流体样品的热量传递走；第一导热板，其连接到所述第一加热/冷却元件的面向内部的表面， 用于将热量传导至所述容器中的流体样品或者将所述容器中的流体样 品的热量传导走；第二加热/冷却元件，其连接到所述可移动的夹紧构件的面向内部的 表面，所述第二加热/冷却元件能够将热量传递至所述容器中的流体样品 或者将所述容器中的流体样品的热量传递走；以及第二导热板，其连接到所述第二加热/冷却元件的面向内部的表面， 用于将热量传导至所述容器中的流体样品或者将所述容器中的流体样 品的热量传导走。
10、 如权利要求9所述的样品架，其中所述第一加热/冷却元件和所 述第二加热/冷却元件是Peltier型热电模块。
11、 如权利要求9所述的样品架，其中所述支撑构件和所述夹紧构 件包括大体上水平的狭缝，所述狭缝用于在所述流体样品被保持在所述 样品架中时为所述流体样品提供光学通路。
12、如权利要求11所述的样品架，其中所述支撑构件和所述夹紧 构件各自均还包括上、下散热片，所述上、下散热片分别在所述水平的表面。
13、如权利要求12所述的样品架，还包括风扇，所述风扇用于将 空气吹过所述散热片的翅片状部分。
14、如权利要求1所述的样品架，还包括第一对上、下加热/冷却元件，其连接到所述支撑构件的面向内部的 表面，所述第 一对加热/冷却元件能够将热量传递至所述容器中的流体样 品或者将所述容器中的流体样品的热量传递走；第一对上、下导热板，其连接到所述第一对加热/冷却元件的面向内 部的表面，用于将热量传导至所述容器中的流体样品或者将所述容器中 的流体样品的热量传导走；第二对加热/冷却元件，其连接到所述可移动的夹紧构件的面向内部 的表面，所述第二对加热/冷却元件能够将热量传递至所述容器中的流体 样品或者将所述容器中的流体样品的热量传递走；以及第二对导热板，其连接到所述第二对加热/冷却元件的面向内部的表 面，用于将热量传导至所述容器中的流体样品或者将所述容器中的流体 样品的热量传导走。
15、如权利要求14所述的样品架，其中所述可移动的构件和所述 支撑构件包括水平的狭缝，所述7jc平的狭缝与所述第一、二对加热/冷却 元件以及所述第一、二对导热板之间的间隙对齐，用以为所述流体样品 提供光学通路。
16、 一种保持装置，其用于保持能够容纳流体样品以进行光学分析 的容器，所述保持装置包括基座，所M座具有固定的直立壁；和可移动的直立构件，所述直立构件能够相对于所述壁在缩回位置以 及保持位置之间移动，其中，在所述缩回位置中，所述可移动的直立构 件以及所述壁分开大于所述容器的外径的距离；在所述保持位置中，所 述容器被保持在所述可移动的直立构件以及所述壁之间。
17、 如权利要求16所述的保持装置，其中所述基座包括直线型轨 道，所述直线型轨道用于在所述可移动的直立构件相对于所述壁滑动时 引导所述可移动的直立构件。
18、 如权利要求16所述的保持装置，其中所述壁和所述可移动的 直立构件均包括大体上水平的狭缝，所述狭缝用于为所述容器中的流体 样品提供光学通路。
19、 如权利要求16所述的保持装置，还包括设置在所述壁的面向 内部的表面上的第一加热/冷却元件以及设置在所述可移动构件的面向 内部的表面上的第二加热/冷却元件。
20、 如权利要求19所述的保持装置，还包括第一导热板，其连接到所述第一加热/冷却元件的面向内部的表面， 所述第一板具有面向内部的沟槽，所述沟槽用于在所述容器的相当大一 部分表面上夹持所述容器以有效地将热量传导至所述容器或者将所述 容器的热量传导走；以及第二导热板，其连接到所述第二加热/冷却元件的面向内部的表面， 所述第二导热板具有面向内部的沟槽，所述沟槽用于在所述容器的相当 大一部分表面上夹持所述容器以有效地将热量传导至所述容器或者将 所述容器的热量传导走。
21、如权利要求18所述的保持装置，还包括:第一对上、下Peltier型热电装置，其连接到所述壁的面向内部的表面；第一对上、下导热板，其分别连接到所述上、下热电装置，用于保 持所述容器并将热量传导至所述容器或者将所述容器的热量传导走；第二对上、下Peltier型热电装置，其连接到所述可移动构件的面 向内部的表面；以及第二对上、下导热板，其分别连接到所述上、下热电装置，用于保 持所述容器并将热量传导至所述容器或者将所述容器的热量传导走；其中，所述壁和所述可移动构件二者上的所述上、下热电装置和相 应的上、下板限定有与所述壁和所述可移动构件中的所述7jc平的狭^t 齐的间隙，所述间隙用于在所述流体样品被保持在所述样品架中时为所 述流体样品提供光学通路。
22、 如权利要求21所述的保持装置，其中所述可移动的直立构件 由磁性吸引力朝向所述壁磁性地偏压，当所述可移动的直立构件处于所 述保持位置时，所U性吸引力足够大以将所述容器牢靠地保持在所述 可移动的直立构件以及所述壁之间，但又足够小以免所述容器变形，并 且还小到足以使得使用者能够通过手动地将所述可移动的直立构件压 向所述缩回位置而容易地将所述可移动的直立构件和所述壁手动分开。
23、 如权利要求16所述的保持装置，其中所述可移动的直立构件 由磁性力向所述壁磁性地吸引，所述磁性力足够大以将所述容器牢靠地 保持在所述可移动的直立构件以及所述壁之间，但又足够小以免所述容 器变形，并且还小到足以使得使用者能够通过手动地将所述可移动的直 立构件压向所述缩回位置而容易地将所述可移动的直立构件和所述壁 手动分开。
24、 如权利要求16所述的保持装置，还包括至少一个风扇，所述 风扇用于将空气吹过固定到所述壁和所述可移动构件上的散热片的翅 片状部分。
25、 一种用于对容纳在容器内的流体样品进行动态光散射的系统， 所述系统包括光源，其用于将光束导向所述流体样品；样品保持装置，其具有基座，所U座具有固定的直立壁；以及可移动的直立构件，所述可移动的直立构件能够相对于所述 壁在缩回位置和夹紧位置之间移动，其中，在所述缩回位置中，所述可移动的直立构件以及所述壁分开大于所述容器的 外径的距离；在所述夹紧位置中，所述容器被保持在所述可 移动的直立构件以及所述壁之间；光收集器，其用于收集由所述流体样品^t射的光；以及关联装置，其用于使被收集的散射光与所述容器中的溶液内悬浮的 颗粒的尺寸和形状相关联。
26、 如权利要求25所述的系统，其中所述壁和所述可移动构件包 括7jc平的狭缝，所述狭缝用于为所述流体样品提供光学通路，从而所述光源和所述光收集器能够定位在所述装置周围的多个位置中之一处。
27、 如权利要求25所述的系统，包括单个光源以及多个光收集器， 所述光收集器布置在所述样品保持装置周围以收集由所述流体样品散 射的光。
28、 如权利要求27所述的系统，其中所述光收集器绕所述装置以 15度的间隔设置。
29、 如权利要求25所述的系统，其中所述基座包括直线型轨道， 所述直线型轨道用于在所述可移动的直立构件相对于所述壁滑动时引 导所述可移动的直立构件。
30、 如权利要求25所述的系统，还包^i殳置在所述壁的面向内部 的表面上的第一对竖直隔开的加热/冷却元件以及设置在所述可移动构 件的面向内部的表面上的第二对竖直隔开的加热/冷却元件。
31、 如权利要求30所述的系统，还包括第一对竖直隔开的导热板，其连接到所述第一对加热/冷却元件的面 向内部的表面，所述第一对板具有面向内部的沟槽，所述沟槽用于在所 述容器的相当大一部分表面上夹持所述容器以有效地将热量传导至所 述容器或者将所述容器的热量传导走；以及第二对竖直隔开的导热板,其连接到所述第二对加热/冷却元件的面 向内部的表面，所述第二对板具有面向内部的沟槽，所述沟槽用于在所 述容器的相当大一部分表面上夹持所述容器以有效地将热量传导至所述容器或者将所述容器的热量传导走。
32、如权利要求31所述的系统，其中所述第一对和第二对加热/冷 却元件以及所述第一对和第二对板在其间限定有间隙，所述间隙与所述 壁和所述可移动构件中的基本上水平的狭缝对齐，所述狭缝在所述流体 样品被保持在所述样品架中时为所述流体样品提供光学通路。
33、如权利要求32所述的系统，其中所述可移动的直立构件由磁 性吸引力朝向所述壁磁性地偏压，当所述可移动的直立构件处于所述夹 紧位置时，所逸磁性吸引力足够大以将所述容器牢靠地保持在所述可移 动的直立构件以及所述壁之间，但又足够小以免所述容器变形，并且还 小到足以使得使用者能够手动地将所述可移动的直立构件压向所述缩 回位置而容易地将所述可移动的直立构件和所述壁手动分开。
34、如权利要求25所述的系统，其中所述光源包括激光二极管， 并且所述光收集器包括至少一根用于捕获^t射的光子的光纤，所述光纤 连接到单光子计数器，所述单光子计数器用于产生TTL (晶体管-晶体管逻辑)脉冲并将所述TTL脉冲传送到所述关联装置。
35、如权利要求24所述的系统，还包括用于支撑连接到激光二极 管的光纤的L型支架以及用于支撑连接到单光子计数探测器的至少一 根另外的光纤的至少一个另外的L型支架。
36、 如权利要求25所述的系统，还包括第一风扇，所述第一风扇 用于将空气吹过固定到所述壁上的散热器的翅片状部分；还包括第二风 扇，所述第二风扇用于将空气吹过固定到所述可移动构件上的散热器的 翅片状部分。
37、 如权利要求25所述的系统，还包括连接到所述关联装置的计 算机，所述计算机用于计算并给出所述流体样品中悬浮的颗粒的尺寸分 布。
38、 如权利要求37所述的系统，其中所述流体样品包括溶液中的 血小板，并且所述计算机图形化地显示用于示出新鲜血小板、陈旧血小 板以及血小板衍生^^立的分布的尺寸分布图。
39、 如权利要求37所述的系统，其中所述计算机基于所述血小板 的平均流体动力学半径、溶液中血小板衍生微粒的相对数以及血小;^ 于温度周期变化的响应情况来计算血小板质量。
全文摘要
本发明涉及一种样品架，该样品架保持用于动态光散射(DLS)或准弹性光散射(QELS)——例如用于诸如血小板溶液、全血、胶体等流体样品的DLS——的毛细管或试管。该样品架具有基座，其具有固定的支撑构件；以及滑动的、安装于轨道上的夹紧构件，其被朝向该支撑构件磁性地偏压。该样品架具有Peltier型热电加热/冷却元件，该热电加热/冷却元件延伸该夹紧元件和支撑元件的整个高度，以使得热传递效率最优。该样品架还包括水平狭缝，从而使得能够从装置周围的多个角度收集散射光。带翅片的散热片安装在所述支撑构件和夹紧构件的面向外部的表面上且位于水平狭缝的上方和下方，以稳定样品架中流体样品的温度，而不会妨碍入射或散射光。
文档编号G01N1/42GK101292148SQ200680038510
公开日2008年10月22日 申请日期2006年8月18日 优先权日2005年8月19日
发明者乔治·莫勒, 伊丽莎白·莫勒, 克迪·布朗 申请人:加拿大血液中心