专利名称：粒子表征的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于诸如通过使用静态光散射(SLS)和/或动态光散射(DLS)测量检测悬浮在液体样本中的粒子的特性的方法和装置。
背景技术：
SLS和DLS测量一般使用具有高质量光学表面的透明小容器(cuvette)执行，以减少自静态表面的散射，所述透明小容器可以是玻璃。这些可能相对昂贵，并且它们可能使用相对大量的样本材料。此外，还难以清除来自一些类型的样本的残留物如蛋白质。
发明内容
在一个总的方面，本发明的特征是一种测量液体样本中的粒子的特性的方法，该方法包括将液体样本悬浮在毛细管中。沿照射轴线照射悬浮的液体样本，并在光的至少一部分被悬浮的液体样本中的粒子散射后，沿第一检测轴线检测所述光的至少一部分。照射轴线和检测轴线相对于彼此成一角度取向。在优选实施方案中，液体样本可悬浮在具有可拆卸盖的毛细管中。可利用大气压力将液体样本悬浮在毛细管中。可利用液压连接至腔的密封上表面将液体样本悬浮在毛细管中。所述密封上表面可以是活塞的表面。可利用抽吸作用悬浮液体样本。所述方法还可包括以下步骤用上述仪器存放毛细管道，以及在将样本悬浮在毛细管中的步骤之前从所存放的毛细管道切割出毛细管。所述方法可进一步包括以下步骤在悬浮步骤之前从一段毛细管道切割出毛细管，其中同一用户来执行切割步骤和悬浮步骤。提供步骤是可提供由玻璃制成的毛细管。提供步骤是可提供由塑料制成的毛细管。引入样本的步骤是可将少于约50 μ 1的液体引入毛细管。引入样本的步骤是可将少于约10 μ 1的液体引入毛细管。引入样本的步骤是可将少于约ι μ 1的液体引入毛细管。所述方法还可包括如下步骤除去毛细管；以及，对于另外的样本中的每个样本，用新管重复接收、悬浮、照射、检测和除去另外的样本的步骤。除去步骤是可同时除去毛细管和样本。所述方法还可包括在除去毛细管的步骤之前从毛细管中移走样本的步骤。所述方法还可包括在检测步骤之前使得液体样本流过毛细管以到达检测位置的步骤。所述方法还可包括使得另外的样本流过毛细管的另外的步骤以及另外的检测步骤，所述另外的检测步骤各自在使样本流动的另外的步骤中的一个之后进行。可连续执行使得液体流过毛细管的步骤。所述方法还可包括使得另外的样本流过附加的毛细管的另外的步骤以及另外的检测步骤，所述另外的检测步骤各自在所述使样本流动的另外的步骤中的一个之后进行，其中使得样本流动的步骤是通过一次性毛细管执行的，且还包括在检测步骤中的至少一些检测步骤之间除去毛细管的步骤。在另一个总的方面，本发明的特征是一种用于测量被液体样本中的粒子散射的光的仪器，该仪器包括具有一个光输出轴线的光源；用于管的管夹具(holder)，其包括用于悬浮液体样本的装置，且被放置在光源的光输出轴线上；以及，至少一个散射光检测器，其被放置为沿相对于光源的光输出轴线以一角度取向的轴线来接收来自管的散射光。
在优选实施方案中，上述仪器还可包括整体式毛细管切割器具。该毛细管切割器具被放置为允许在毛细管被沿光源的光输出轴线放置在夹具中时切割该毛细管。该毛细管切割器具可包括附接到毛细管夹具上的固定刀片。该夹具可以是可从上述仪器移走的可拆卸毛细管承载器的一部分。毛细管夹具可以可操作地夹住具有方形横截面的毛细管。毛细管夹具可以可操作地夹住具有圆形横截面的毛细管。上述方法还可包括由夹具夹住的毛细管。毛细管可由玻璃制成。毛细管可由塑料制成。毛细管可在一端或两端密封。管夹具可以可操作地夹住容纳少于约50 μ 1液体的管。管夹具可以可操作地夹住容纳少于约10 μ 1 的液体的管。管夹具可以可操作地夹住容纳少于约 μ 的液体的管。夹具可被构造为适于在光源的光输出轴线上夹住具有约2mm或更小内径的管，其中毛细管的内径构成用于悬浮液体样本的装置。管夹具可以可操作地夹住直径为0.5mm或更小的管。所述设备还可包括一对将管液压连接到过程流(process flow)的液压装配件。所述设备还可包括至少一个第二散射光检测器，该至少第二散射光检测器被放置为沿相对于光源的光输出轴线成另一角度来接收来自管的散射光。在另一个总的方面，本发明的特征是一种用于测量被液体样本中的粒子散射的光的仪器，该仪器包括具有光输出轴线的光源；用于毛细管的毛细管夹具，其放置在光源的光输出轴线上，其中该夹具被构建为适于在光源的光输出轴线上夹住具有约2mm或更小内径的毛细管；以及，至少一个散射光检测器，其被放置为沿相对于光源的光输出轴线以一角度取向的轴线来接收来自毛细管的散射光。在另一个总的方面，本发明的特征是一种测量来自液体样本中的粒子的散射光的方法，该方法包括接收一段新的毛细管；将样本引入该段毛细管；照射毛细管中的样本； 在光的至少一部分被样本中的粒子散射后，检测所述光的至少一部分；除去毛细管；以及， 对于另外的样本中的每个样本，用新管重复接收、引入、照射、检测和除去另外的样本的步
马聚ο在另一个总的方面，本发明的特征是一种测量液体样本中的粒子的特性的方法， 该方法包括利用大气压支撑液体样本；沿照射轴线照射所支撑的液体样本；以及，在光的至少一部分被所支撑的液体样本中的粒子散射后，沿第一检测轴线检测所述光的至少一部分，其中照射轴线和检测轴线相对于彼此以一角度取向。在优选实施方案中，可用可拆卸盖将液体样本支撑在毛细管中。在另一个总的方面，本发明的特征是一种用于测量液体样本中的粒子的特性的仪器，该仪器包括用于容纳液体样本的腔；液压连接到所述腔的密封上表面；具有被定向为穿过所述腔的照射轴线的光源；以及至少一个散射光检测器，其被放置为当液体样本被陷获于所述腔中时，沿第一检测轴线接收被所述液体样本中的粒子散射的光，其中所述第一检测轴线相对于所述光源的光输出轴线以一角度取向。在优选实施方案中，所述腔可由管限定。所述密封上表面可由可拆卸盖提供。在另一个总的方面，本发明的特征是一种测量液体样本中的粒子的特性的方法， 该方法包括使液体样本流过毛细管；穿过毛细管的壁沿照射轴线照射流动的液体样本； 以及，在光的至少一部分被流动的液体样本中的粒子散射后，沿第一检测轴线检测所述光的至少一部分，其中照射轴线和检测轴线相对于彼此成一角度取向。在优选实施方案中，上述方法还可包括使样本流过毛细管的另外的步骤以及另外
6的检测步骤，所述另外的检测步骤各自在所述使样本流动的另外的步骤中的一个之后进行。使液体流过毛细管的步骤可通过一次性毛细管执行，并且所述方法还可包括在这些测量中的至少一些测量之间除去一次性毛细管的步骤。使液体流过毛细管的步骤可连续执行。在另一个总的方面，本发明的特征是一种用于测量液体样本中的粒子的特性的仪器，该仪器包括一段开口的毛细管，其具有第一开口端和第二开口端；位于第一端与过程流输出之间的输入液压连接；位于第二端与过程流输入之间的输出液压连接；具有被定向为穿过毛细管的照射轴线的光源；以及，至少一个散射光检测器，其被放置为当液体样本被陷获于腔中时，沿第一检测轴线接收被液体样本中的粒子散射的光，其中第一检测轴线相对于光源的光输出轴线以一角度取向。根据本发明的另一方面，提供一种测量液体样本中的粒子的特性的方法，该方法包括利用表面张力支撑液体样本；以及，用空间相干光沿照射轴线照射所支撑的液体样本，以使相干光被散射穿过散射区。在散射光的至少一部分被所支撑的液体样本中的粒子散射后，该散射光的至少一部分沿第一预定散射检测轴线被检测。照射轴线和检测轴线相对于彼此成一角度取向，该角度允许基本上所有以该角度散射穿过散射区的光被检测。在优选实施方案中，上述方法还可包括以下步骤由检测步骤的结果得到预定角分辨率的动态光散射测量。该方法还可包括以下步骤由检测步骤的结果得到预定角分辨率的静态光散射测量。液体样本可被支撑在由两个毛细(wicking)表面限定的缝隙中。照射步骤可穿过样本上的支撑表面执行。照射步骤可穿过样本上的自由(unsupported)表面执行。检测步骤可穿过样本上的支撑表面执行。检测步骤可穿过样本上的自由表面执行。 上述方法还可包括如下另外的步骤沿相对于照射轴线以另外的角度取向的另外的检测轴线进行检测。支撑步骤可包括将样本支撑在样本承载器(carrier)中，同时上述方法还包括以下步骤放置样本承载器使得第一光轴线与样本相交。检测步骤可检测后向散射光。 照射步骤可用至少局部相干光照射陷获的(trapped)液体样本。照射步骤可用相干光照射所陷获的液体样本。检测步骤可检测样本的时间平均散射光。检测步骤可检测样本与时间有关的散射光。在另一个总的方面，本发明的特征是一种用于测量液体样本中的粒子的特性的仪器，该仪器包括一个或多个毛细表面；以及，具有照射轴线的空间相干光源，照射轴线被定向为邻近于毛细表面，以使来自源的相干光被散射穿过散射区。至少一个空间相干散射光检测器被放置为当液体样本被毛细表面陷获时沿第一预定散射检测轴线接收由液体样本中的粒子散射的光，第一预定散射检测轴线相对于光源的照射轴线成一角度取向。该预定散射检测轴线与照射轴线之间的角度允许检测器检测基本上所有以该角度散射穿过散射区的相干光。在优选实施方案中，所述毛细表面中的一个或多个各自是一个或多个透明光学部件的一部分。上述源可被放置为引导光穿过所述毛细表面中的第一毛细表面。上述检测器可被放置为接收穿过所述毛细表面中的第一毛细表面的散射光。上述源可被放置为引导光朝向这样一个位置，该位置处于所陷获样本的一个表面上，该表面不接触任一上述的毛细表面。上述检测器可被放置为接收来自所陷获样本的一个表面上的一个位置的散射光，其中该表面不接触任一上述的毛细表面。该检测器可被放置为接收来自样本的后向散射光。第一毛细表面可以是第一透明光学部件的一部分，第二毛细表面可以是与第一透明光学部件分开的第二透明光学部件的一部分。上述设备还可包括被放置为将上述毛细表面保持在位的支撑体。该支撑体可以是可从上述仪器移走的可拆卸样本承载器的一部分。对于单个样本，可以有四个毛细表面。所有四个毛细表面可以各自是一透明光学部件的一部分。上述光源的照射轴线可穿过样本而不穿过任一所述毛细表面。可由所述毛细表面限定缝隙， 该缝隙的尺寸可被设定为利用表面张力将含水样本保持在第一毛细表面和第二毛细表面之间。第一和第二毛细表面可彼此平行。第一和第二毛细表面可被放置为成一角度，该角度可等于光源的照射轴线与检测器的检测轴线之间的散射角。光源可以是激光器。在另一个总的方面，本发明的特征是一种测量液体样本中的粒子的特性的方法， 该方法包括在至少一个支撑表面之上利用表面张力支撑液体样本；沿照射轴线穿过液体的支撑表面而照射所支撑的液体样本；以及，在光的至少一部分被所支撑的液体样本中的粒子散射后，沿第一散射检测轴线检测该光的至少一部分，其中照射轴线和检测轴线相对于彼此成一角度取向。在另一个总的方面，本发明的特征是一种用于测量液体样本中的粒子的特性的仪器，该仪器包括一个或多个毛细表面；具有照射轴线的光源，该照射轴线被定向为穿过毛细表面中的至少一个；以及，至少一个散射光检测器，其被放置为当液体样本被毛细表面陷获时，沿第一散射检测轴线接收由液体样本中的粒子散射的光，第一散射检测轴线相对于光源的照射轴线成一角度取向。在另一个总的方面，本发明的特征是一种测量液体样本中的粒子的特性的方法， 该方法包括在至少一个支撑表面之上利用表面张力支撑液体样本；沿照射轴线照射所支撑的液体样本；以及，在光的至少一部分被所支撑的液体样本中的粒子散射后，沿第一散射检测轴线检测穿过液体的自由表面的所述光的至少一部分，其中照射轴线和检测轴线相对于彼此成一角度取向。在另一个总的方面，本发明的特征是一种用于测量液体样本中的粒子的特性的仪器，该仪器包括一个或多个毛细表面；具有照射轴线的光源，该照射轴线被定向为邻近于毛细表面；以及，至少一个散射光检测器，其被放置为当液体样本被毛细表面陷获时，沿第一散射检测轴线接收被液体样本中的粒子散射的、穿过未由毛细表面支撑的表面的光，其中第一散射检测轴线相对于光源的照射轴线成一角度取向。本发明的测量系统可快速、有效地执行散射测量。通过在入射光束的路径上夹住一小滴样本流体，可对非常少的样本来执行一种或多种散射模式的散射测量。然后，用来夹住样本的部件可被除去或容易清洁。使用分开的毛细表面支撑样本使得可容易地清洁表面，并且甚至可在一次性光学元件上提供这些。毛细管可容纳非常少量的液体用于散射测量，然后可被丢弃。
图1是图示在具有一面或两面光学布置的各种静态和动态光散射测量配置中使用光学部件陷获样本小滴(droplet)的一系列图；图2是图示在具有多面光学布置的动态光散射测量配置中使用光学部件陷获样本小滴的图3A是用于在诸如图1中所示的光散射测量配置中使用的夹具的等角投影；图;3B是使用NIBS定位入射光束的交叉的图3A的夹具的横截面图；图3C是图3A的夹具的剖面图；图4是显示与常见的透明小容器夹具相适配的说明性总体尺寸的夹具三视图；图5A是示出利用表面张力陷获于毛细管内的样本的图；图5B是通过收缩顶部利用大气压陷获的样本的图；图5C是通过密封顶部利用大气压陷获的样本的图；图5D是陷获于毛细管内的作为流动路径的一部分的样本的图；图6是示出毛细管的光学几何结构的横截面图；图7A是毛细管承载器的说明性实施方式，其在顶部包括槽以陷获并密封柔性管 (被附接到毛细管的顶端)，用于如图5B中所示对样本进行大气陷获；图7B是包括毛细管切割器44的毛细管承载器的说明性实施方式；以及图8是显示与常见的透明小容器夹具相适配的说明性总体尺寸的图7A的夹具的毛细管承载器的三视图。
具体实施例方式参照图1，粒子特性测量仪器的一个说明性实施方案可执行用于以前向、侧面和后向散射形式进行的静态和动态光散射仪器的陷获小滴样本显示。S/DLS测量可能需要非常小的样本体积以降低成本。此外，S/DLS测量需要非常高光学质量的表面以减少自静态表面的散射，从而排除了低光学质量的一次性塑料元件的使用。还有，通常非常难以从玻璃透明小容器清除例如蛋白质，因为玻璃透明小容器一般相当深，从而阻止诸如刷子之类的机械清洁装置进入。但是，在本发明的仪器中，样本小滴10被放置在下光学表面12上——见图1 (a)。 在一个实施方案中，入射光束16和检测光束18在小滴内相交，其中小滴仅接触下表面。在另一个实施方案中，将上光学表面14下移，直到上光学表面14与样本接触——图l(b，c, d)。样本小滴通过芯吸作用被带到上表面上，同时保持附接到下表面。样本被表面张力陷获。然后，将上表面上拉以建立样本桥，入射光束和检测光束可在该样本桥内相交。光学表面之间的距离一般会为约l_2mm数量级。在所陷获的小滴内交叉的位置(入射光束和检测光束的交点)可通过单独的(即，与光学表面的位置无关的)光学器件设置，例如，通过 NIBS技术(描述于美国专利No. 6，016，195中，该美国专利通过引用的方式被纳入本说明书)以后向散射形式设置——见例如图3。样本还可被陷获于两个以上的表面之间，例如见图2 (12，14，22，24)，并且相对的表面可以是不平行的——图1 (d)。暴露于样本的表面可以是被认为对于通过表面张力有效陷获样本和/或对于入射光束和检测光束的光学偏移和聚焦便利和/或必要的任何形状。在图1(b)中，光以某一合适的、严格定义的角度通过光学表面中的一个进入小滴 10，并通过光学表面(又以某一合适的角度)以前向散射18F或后向散射18B的形式被检测，或通过小滴的侧面以更高的角度(一般但不排他地，与到输入光束成90度的18 被检测。在图1(c)中，光束通过小滴的侧面进入，并通过上、下光学表面中任一或两者或通过小滴的侧面被检测。
在所有提出的情况下，即图1(a)-图(d)中，所有光学光束(入射光束和检测光束)应相对于彼此具有严格定义的角度，并应是伪单色(pseudo-monochromatic)的，具有中心波长入。针对DLS的ISO标准(ISO 2241 陈述，报告尺寸应是标准样本的验证值 (validated value)的+/-2%。累积量分析是标准基本约简(standard basic reduction), 它把测得的量gl，即相关函数，看作拟合gl {q, τ) = exp(-+ ^J ^2 + …r通过q矢量按下式与漫射系数D有关Γ = q2D(2) 其中
权利要求
1.一种测量液体样本中的粒子的特性的方法，包括 将所述液体样本悬浮在毛细管中；沿照射轴线照射所悬浮的液体样本；以及在光的至少一部分被所悬浮的液体样本中的粒子散射后，沿第一检测轴线检测所述光的至少一部分，其中该照射轴线和该检测轴线相对于彼此以一角度取向。
2.权利要求1的方法，其中所述液体样本被悬浮在具有可拆卸盖的毛细管中。
3.权利要求1的方法，其中利用大气压力将所述液体样本悬浮在所述毛细管中。
4.权利要求1的方法，其中利用液压连接至腔的密封上表面将所述液体样本悬浮在所述毛细管中。
5.权利要求4的方法，其中所述密封上表面是活塞的表面。
6.权利要求1的方法，其中利用抽吸作用悬浮所述液体样本。
7.权利要求1或任一前述权利要求的方法，还包括如下步骤用仪器存放毛细管道， 以及在将所述样本悬浮在所述毛细管的步骤之前，从所存放的毛细管道中切割出所述毛细管。
8.权利要求1或任一前述权利要求的方法，还包括在悬浮步骤之前从一段毛细管道中切割出所述毛细管的步骤，其中同一用户执行切割步骤和悬浮步骤。
9.权利要求1或任一前述权利要求的方法，其中提供步骤是提供由玻璃制成的毛细管。
10.权利要求1或权利要求2-8中任一的方法，其中提供步骤是提供由塑料制成的毛细管。
11.权利要求1或任一前述权利要求的方法，其中引入样本的步骤是将少于约50μ1的液体引入所述毛细管。
12.权利要求1或任一前述权利要求的方法，其中引入样本的步骤是将少于约10μ1的液体引入所述毛细管。
13.权利要求1或任一前述权利要求的方法，其中引入样本的步骤是将少于约1μ 1的液体引入所述毛细管。
14.权利要求1或任一前述权利要求的方法，还包括如下步骤除去所述毛细管，以及， 对于另外的样本中的每个样本，用新管重复接收、悬浮、照射、检测和除去另外的样本的步马聚ο
15.权利要求14的方法，其中除去步骤是同时除去所述毛细管和所述样本。
16.权利要求14的方法，还包括在除去所述管的步骤之前从所述毛细管中移走所述样本的步骤。
17.权利要求1或任一前述权利要求的方法，还包括如下步骤在检测步骤之前，使所述液体样本流过所述毛细管以到达检测位置。
18.权利要求17的方法，还包括使另外的样本流过毛细管的另外的步骤以及另外的检测步骤，所述另外的检测步骤各自在使样本流动的另外的步骤中的一个之后进行。
19.权利要求18的方法，其中所述使液体流过所述毛细管的步骤是连续执行的。
20.权利要求17的方法，还包括使得另外的样本流过附加的毛细管的另外的步骤以及另外的检测步骤，所述另外的检测步骤各自在使样本流动的另外的步骤中的一个之后进行，其中使得样本流动的步骤是通过一次性毛细管执行的；并且，还包括在检测步骤中的至少一些检测步骤之间除去所述毛细管的步骤。
21.一种用于测量被液体样本中的粒子散射的光的仪器，包括 具有一个光输出轴线的光源，用于管的管夹具，包括用于悬浮所述液体样本的装置，其被放置在所述光源的光输出轴线上；以及至少一个散射光检测器，其被放置为沿相对于所述光源的光输出轴线以一角度取向的轴线来接收来自管的散射光。
22.权利要求21的设备，其中所述仪器还包括整体式毛细管切割器具。
23.权利要求22的设备，其中所述毛细管切割器具被放置为允许在所述毛细管被沿所述光源的光输出轴线放置在所述夹具中时切割该毛细管。
24.权利要求22或权利要求23的设备，其中所述毛细管切割器具包括附接至毛细管夹具的固定刀片。
25.权利要求M的设备，其中所述夹具是能够从所述仪器中移走的可拆卸毛细管承载器的一部分。
26.权利要求21的设备，其中所述夹具是能够从所述仪器中移走的可拆卸毛细管承载器的一部分。
27.权利要求2116中任一的设备，其中毛细管夹具操作性地夹住具有方形横截面的毛细管。
28.权利要求2116中任一的设备，其中毛细管夹具操作性地夹住具有圆形横截面的毛细管。
29.权利要求21- 中任一的设备，还包括被所述夹具夹住的毛细管。
30.权利要求四的设备，其中所述毛细管具有方形横截面。
31.权利要求四的设备，其中所述毛细管具有圆形横截面。
32.权利要求四或权利要求30或权利要求31的设备，其中所述毛细管由塑料制成。
33.权利要求四或权利要求30或权利要求31的设备，其中所述毛细管由玻璃制成。
34.权利要求四-33中任一的设备，其中所述毛细管在一端或两端密封。
35.权利要求21-34中任一的设备，其中所述管夹具操作性地夹住容纳少于约50μ 1的液体的管。
36.权利要求21-35中任一的设备，其中所述管夹具操作性地夹住容纳少于约10μ1的液体的管。
37.权利要求21-36中任一的设备，其中所述管夹具操作性地夹住容纳少于约1μ 1的液体的管。
38.权利要求21-37中任一的设备，其中所述夹具被构造为适于在所述光源的光输出轴线上夹住具有约2mm或更小内径的管，且其中所述毛细管的内径构成用于悬浮液体样本的装置。
39.权利要求38的设备，所述管夹具操作性地夹住直径为0.5mm或更小的管。
40.权利要求21-39中任一的设备，还包括一对将所述管液压连接至过程流的液压装配件。
41.权利要求21-40中任一的设备，还包括至少一个第二散射光检测器，其被放置为沿相对于所述光源的光输出轴线成另一角度来接收来自所述管的散射光。
全文摘要
一种测量液体样本中的粒子的特性的方法，包括将所述液体样本(10)悬浮在毛细管(40)中；沿着照射轴线(16)照射所悬浮的液体样本；以及，在光的至少一部分被所悬浮的液体样本中的粒子散射后，沿第一检测轴线(18B、18F、18S)检测所述光的至少一部分，其中该照射轴线(16)和该检测轴线(18B、18F、18S)相对于彼此以一角度取向。
文档编号G01N21/51GK102439413SQ201080019401
公开日2012年5月2日 申请日期2010年3月4日 优先权日2009年3月4日
发明者J·C·W·科比特 申请人:马尔文仪器有限公司