用全息视频显微术来跟踪和表征颗粒的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用全息视频显微术来跟踪和表征颗粒。本发明提供了产生诸如分散在透明介质中的一个或多个颗粒等样品的图像的同轴全息术。用来自光散射理论的结果来分析这些图像提供具有纳米尺寸分辨率的颗粒尺寸、在千分之一以内的其折射率、及具有纳米分辨率的其三维空间位置。此程序快速并直接地表征样品及其介质的机械、光学和化学性质。
【专利说明】用全息视频显微术来跟踪和表征颗粒
[0001] 本申请是申请日为2008年10月30日，申请号为200880114008. 3 (PCT/ US2008/081794)，题为"用全息视频显微术来跟踪和表征颗粒"的专利申请的分案申请。
[0002] 本工作由国家科学基金拨款号DMR-0606415支持。
[0003] 对相关专利申请的交叉引用
[0004] 本申请根据35 USC 119(e)要求于2007年10月30日提交的美国申请61/001，023 和于2008年6月19日提交的美国申请61/073, 959的权益，这两个申请整体地通过引用结 合到本文中。
【技术领域】
[0005] 本系统和方法旨在通过对经由全息视频显微术记录的全息图的定量分析来测量 胶体颗粒在胶态分散体内的三维位置，此外还表征每个颗粒的形状、尺寸、以及光学性质。 从此分析获得的信息可以用来表征胶体颗粒本身。此信息还可以用来测量和检验颗粒分散 在其中的介质的性质。在所有此类应用中，定量全息视频显微术与先前已描述和实施的方 法和分析系统相比提供显著的优点。
【背景技术】
[0006] 颗粒成像测速技术被广泛地应用于测量分散在透明介质中的胶体颗粒的轨迹。颗 粒成像测速技术的传统实施方式包括使用标准光显徽术来形成颗粒的图像并随后通过计 算机图像分析方法来分析那些图像。此类测量和分析通常提供关于单独的颗粒在显微镜的 焦平面中的位置的信息，而不是提供关于颗粒相对于焦平面的轴向位移的信息。在提取轴 向跟踪信息的情况下，结果通常具有本质上比平面内位置更差的空间分辨率。此外，轴向位 置的测量对于每个颗粒需要单独的标定测量。此类传统的颗粒成像方法通常很少提供关于 颗粒的尺寸、形状、或组成的信息。因为移动至过于远离焦平面的颗粒的图像变得过于模糊 且扩散而无法进行分析，因此可以应用传统颗粒成像方法的轴向位移的范围受到显微镜的 焦深的限制。
[0007] 基于图像的颗粒跟踪的应用包括测量流动流体中的流线，评估胶态分散体对于 聚合和絮凝的热力学稳定性，测量胶体颗粒之间的相互作用，测量胶体颗粒与表面的相 互作用，评估颗粒对外部场和力的响应，表征颗粒的粘滞曳力特性，并使用颗粒的运动作 为包埋介质的粘弹性和流变性质的探测指标。后一类测量一般称为颗粒跟踪微流变学 (microrheology)，其中，使用胶体颗粒作为介质的流变性质的显微镜探测指标。所有此类 应用均得益于颗粒跟踪技术，所述颗粒跟踪技术提供较好的空间分辨率、三维跟踪、和较宽 的轴向范围。诸如微流变学的某些这种应用还需要关于探测颗粒的特性的信息，诸如其半 径。通常，在单独的测量中获得该颗粒表征数据。
[0008] 在微流变学的特定情况下，有其它方法可用于获得关于介质的粘弹性性质的等价 信息。其中有扩散波光谱、动态光散射和干涉仪颗粒跟踪。所有此类方法相比基于颗粒成 像的方法提供更优越的带宽。然而，前两种方法不提供在某些应用中需要的空间分辨测量。 干涉仪颗粒跟踪提供优良的带宽和优良的跟踪分辨率。然而，其只能应用于样本中的一点 或两点，因此不能用于对流变性质的多点检验。这些方法中没有一种适合于分析非均相样 本的性质。
[0009] 单独的胶体颗粒通常由其形状、其尺寸、其总体成分、及其表面性质来表征。用这 些量的分布以及通过颗粒的总浓度来表征胶态分散体。可以通过对干燥且另外制备的样 本的电子显微镜检查来评估尺寸和形状。然而，制备可能改变颗粒的性质，因此，此类测量 的结果可能无法准确地现场反应颗粒的特性。通常将光散射法用于胶体颗粒尺寸的现场分 析。然而，此类测量提供分散体中的颗粒的样本平均视图，且通常需要以用于颗粒的尺寸分 布、形状、和折射率的近似或现象学模型进行详细解释。一般使用的商用颗粒分选（sizing) 仪器基于这些方法并受到其限制。此外，这些方法不能用来表征在颗粒跟踪测量中使用的 特定颗粒。诸如库尔特计数器的其它颗粒分选仪器同样依赖于间接方法来测量颗粒尺寸且 不能现场应用。还已知多种用于测量胶体颗粒的折射率的方法。传统光散射法通常提供用 于折射率的样本平均值并需要关于颗粒的尺寸和形状的信息。特别有效的方法包括使流体 的折射率与颗粒的折射率匹配并随后测量流体的折射率。该方法需要与胶体相容的折射率 匹配流体且在可以评估的折射率的范围方面受到很大限制。
【发明内容】
[0010] 对通过全息视频显微术获得的图像的定量分析提供同时跟踪并表征大量胶体颗 粒所需的信息，并单独地提供关于每个颗粒的信息。为了跟踪颗粒，这种方法在轴向位置的 超大范围内提供三维的纳米级位置测量。该高分辨率宽范围三维跟踪数据对于微流变学的 应用是理想的，且类似地可以有利地在当前应用传统颗粒跟踪的任何应用中使用。全息颗 粒跟踪用于尺寸从几纳米到至少几微米的颗粒。其提供用来获取全息图的视频照相机的全 时间分辨率。为了进行颗粒表征，全息分析提供具有纳米分辨率的半径和具有不劣于千分 之一的相对误差的复折射率。其覆盖从高折射率介质中的低折射率气泡到其折射率过高而 不能用其它方式来评估的颗粒的整个范围的折射率。这些规格超过单独地专用于颗粒表征 许多方法的规格。高分辨率颗粒跟踪与现场颗粒表征的精确性的组合使得不能以其它方式 执行的测量成为可能。
[0011] 本文描述本发明的各种方面；并在下文（包括下文描述的附图）中更详细地描述 这些及其它改进。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图IA示出全息视频显微镜的示意性表示；图IB示出图IA中描绘的像平面中的所 得到的光散射；图IC示出所得到的测量的全息图且图ID示出使用本发明的方法的拟合全 息图；
[0013] 图2A示出分析样品以提供特性信息的优选实施例的示意性流程图；图2B示出处 理样品数据的计算机软件驱动方法的细节；
[0014] 图3A示出在牛顿流体中自由地扩散的聚苯乙烯珠的轨迹的三维图；且图3B示出 作为时间函数的每个X、y、z坐标的均方位移；
[0015] 图4A示出从图3A和3B的数据提取的粘弹性模量G'（ω)和6〃（〇)的度量；图4B 示出相关动态粘度η (ω);图4C示出水中的250k Da聚环氧乙烷（"PEO"）的17wt. %样 本的粘弹性模量，插图示出探测颗粒的轨迹的均方位移；且图4D示出动态粘度；
[0016] 图5A示出重组S型多糖生物膜的粘弹性模量G'（ω)和G〃（C0)，其具有均方位移 的插图；图5B示出S型生物膜的动态粘度；图5C示出用于同一浓度下的N型多糖的与图 5A相同的变量；且图示出用于N型多糖的相同浓度的与图5B相同的变量；
[0017] 图6A示出商业乳品样本的脂肪球半径相对于折射率的关系，每个数据点表示单 个脂肪滴的结果（根据拟合参数的归一化方差指数计算误差棒）；图6B示出计数分布相对 于直径的关系；且图6C示出计数分布相对于折射率的关系；
[0018] 图7A示出对于水中的B分散型浸油的在具有和没有表面活性剂的情况下的折射 率相对于液滴半径的关系；图7B示出计数分布相对于直径的关系，且图7C示出计数分布相 对于折射率的关系；
[0019] 图8A (1)示出在zp = 22. 7 μ m下来自水中的1. 43 μ m直径的聚苯乙烯球的归一化 全息图B( P );图8A(2)是使用等式（18)的数值拟合；图8A(3)示出对于所述球的方位角平 均径向分布B(P);图8B⑴示出在Z p = 7.0 μ m下分散在浸油（nm= 1.515)中的1.45 μ m 直径TiO2球的全息图数据；图8B(2)示出如在图8A(3)的方法中的数值拟合；图8B(3)示出 相应的方位角平均径向分布8(0);图8〇(1)示出在％ = 38.8以111下的水中的4.5以11151〇2 球的全息图数据；图8C(2)示出如在图8A(3)的方法中的数值拟合；且图8C(3)示出相应方 位角平均径向分布B(P);
[0020] 图9A(1)示出轨迹开头部分处的胶体硅石球的数字全息图像；图9A⑵示出该轨 迹的末尾处的胶体硅石球；图9B(1)示出在轨迹的开头部分处使用等式（18)的相应数值拟 合；且图9B(2)示出在该轨迹的末尾处的相应拟合；
[0021] 图10示出胶体硅石球的三维轨迹，该三维轨迹显示已标记的其起始点（圆圈）和 终点（正方形）；
[0022] 图11示出与热沉淀相关的热波动函数z(t)(插图是与位置无关的折射率的拟 合）；以及
[0023] 图12示出作为τ (sec.)的函数的均方位置波动，其具有爱因斯坦-斯莫卢霍夫 斯基X、y、z的定标并具有轨迹投影的X、y平面的插图。
【具体实施方式】
[0024] 在图IA中示意性地描绘的该全息显微镜10基于商用倒置光学显微镜（Zeiss Axiovert TV 100S)。用在λ = 632. 8nm的真空波长下工作的准直IOmW氦氖激光器20 (例 如，Uniphase)来取代传统白炽照明器。样品散射平面波照明光的一小部分，所述样品诸如 为设置在位置r p处的载物台或保持器38上的介质35内的单独颗粒12或不同相30。散射 的光50随后传播到显微镜10的焦平面60,在那里，光50与激光束光40的未散射部分干 涉。所得到的干涉图案被显微镜的物镜70(诸如S Plan Apo，100x，NA 1.4,油浸）且在用 数字视频记录器18 (例如Panasonic DVR-H110,未示出）记录为未压缩数字视频之前被视 频目镜80 (0. 63x)投射到CCD照相机15 (诸如NEC TI-324AII)上，由执行嵌入模块120中 的各种计算机软件的计算机100来处理累积数据。在本发明的优选形式中，模块120上的 计算机软件包括用于对样品的数据特性进行操作的一组指令。样品12、30的数据特性涉及 由从样品12、30散射的激光50与激光40的未散射部分的相互作用得到的干涉图案。该组 指令还包括散射函数，该散射函数在执行时提供描述样品12、30的性质的收敛解，从而使 得能够表征样品12、30的机械性质、光学性质、和化学性质中的至少一个。
[0025] 由记录器18提供的视频流中的每个全息图像是显微镜的视场中的散射体的三维 分布的时间分辨快照。在附加实施例中，多个时间快照使得能够跟踪颗粒轨迹并获得特性 性质。然后我们使用小颗粒12进行的光散射的洛伦兹-米氏理论（或作为程序嵌入软件 模块120中的其它适当光散射方法）的结果来测量每个颗粒12或不同相30的特性。在 图IA的系统中，可以将从记录器18输出并经计算机100处理的样品数据输出到控制系统 150,控制系统150用于为样品12、30生成质量控制或生产控制信号100。
[0026] 在最优选实施例中，显微镜10依照图2A和2B所示的流程图操作。全息图像的获 取从选择用来照射样品12、30的激光器20开始。可以针对特定应用选择的激光器20的特 性包括光40的波长、光40的不同波长的数目、相干长度、每个波长下的光40的强度、以及 激光器20是连续的还是脉动的。如果激光器20是脉动的，则可以针对不同的应用使脉冲的 形状和定时优化。通常考虑预期的应用和显微镜10中的其它硬件和软件组件来进行这些 选择。例如，激光器20的脉动形式对于快速移动对象的时间分辨成像而言可能是优选的。 然后，可以使脉冲与用来记录图像的视频记录器18或其它照相机的快门同步。可以类似地 选择波长以利用样品12、30的光学性质。可以选择激光器20的多个波长以通过对在不同 的波长下记录的全息图的分析来获取光谱信息。可以用能够记录彩色信息的照相机（诸如 视频记录器18)来同时记录不同波长下的全息图。可以通过各自被选择用于特定波长的多 个照相机来记录它们。或者，可以通过一个或多个照相机来顺序地记录它们。
[0027] 对于同轴全息术，最优选的是样品12、30足够透明以便充足的一部分照明激光20 在不失真的情况下通过，从而形成干涉图案。因此，必须将样品12、30设置在透明形式的样 本保持器38中；且被刚性地设置在激光束20中的样本保持器38被布置为使得所得到的干 涉图案对于显微镜10而言是可见的。如果满足这些条件，则被样品12、30散射的光40将 提供光50,光50将与激光束20的未散射部分干涉而形成干涉图案或全息图。显微镜10的 作用是将全息图放大并将放大的全系统投射到照相机18上。因此优选地将显微镜的物镜 70和目镜80选择为在所选的波长下使光40的聚集、放大和投射优化。
[0028] 可能与单独的数字化系统耦合在一起的视频记录器或照相机18记录全息图，将 其数字化，并将数字化图像传输到数字图像存储系统（例如，在图IA中被示为25)。照相机 的像素计数、空间分辨率和帧速率确定可以用全息显微术方法执行的测量的空间范围、空 间分辨率和时间带宽。另外，其动态范围确定获取有用的图像所需的激光20的强度和可从 每个图像获取的信息量。其记录彩色信息的能力决定照相机18能够在多个波长下获取全 息图时起到什么作用。可以记录由照相机18获取的图像以供稍后分析所用，或者直接将其 传输到图像分析例程以进行实时分析。
[0029] 可以以图2B所示的方式将图像准备好用于分析和随后使用。由照相机18获取的 图像和可能的存储在数字图像存储系统25中的数据由像素阵列组成，每个像素将本地强 度值记录为数字。在用光散射理论分析这些数字之前，最优选地将其适当地归一化。如本 文所述，归一化可以包括将该图像除以先前记录的背景图像。这具有消除由于虚假干涉条 纹而引起的图像的强度变化的益处。可选地，其可以包括将整个图像除以归一化常数，或者 通过背景照明图案的数字模型对图像进行归一化。
[0030] -旦将图像归一化，则可以基于所选的适当光散射理论对预测结果的拟合来对其 进行分析。光散射理论包括多个不同的数学表示法，包括洛伦兹-米氏理论、T矩阵理论、 及预测由被照射对象散射的电波和磁波的其它方法。可以使用任何此类表示法来分析归一 化图像。在样品12、30是球的特定情况下，洛伦兹-米氏理论是特别合适的。对于较复杂 的结构，T矩阵理论可能是优选的。
[0031] 一旦已经选择用于散射光场的适当表示法，则可以通过控制可调参数来将归一化 图像对该理论进行拟合。在样品12、30的均质各向同性球对象的特定情况下，可调参数包 括球的三维位置、其半径、及其复折射率。在更复杂对象的情况下，可能需要附加拟合参数。 通常，必要的拟合包括对可调参数的高度非线性优化。在我们将此方法付诸实施时，我们采 用Levenberg-Marquardt非线性最小二乘优化算法。对于某些应用，其它算法可能是优选 的。可以使用计算机100的CPU逐个像素地执行拟合。可选地，可以通过使用图形处理单 元（GPU)或另一此类并行处理系统（在图IA中也称为"计算机100"）来加速计算。
[0032] 可以在每个记录的全息图像中对样品12、30执行拟合。可选地，可以出于其它考 虑在每个图像中选择某些特定的样品12、30。一旦已经分析了图像，则可以以隔离方式或与 来自其它图像的数据相结合地分析对象数据。该对象数据可以是供其使用的所期望的最终 产品（product)。对于检验样品12、30的三维结构或评估样品12、30的样本的光学特性的 情况而言可能如此。
[0033] 可以将样品12、30中的单独一个的全息图像的序列组合以导出该样品的三维轨 迹的时间分辨测量结果。该轨迹本身可以用作用于进一步分析的输入。例如，可以使用轨 迹数据的统计分析来导出流动流体的速度场的测量结果。通常，该测量称为颗粒成像测速。 因此，可以将基于全息颗粒跟踪的变化称为全息颗粒成像测速。可选地，可以分析轨迹数据 以获得关于介质35的粘弹性质的信息，其中多个样品颗粒18散布在介质35内，这可以称 为全息微流变学（下面将在A部分中对此进行更详细的描述）。
[0034] 如下文更详细地描述的那样，可以随着时间的推移监视样品的尺寸和折射率数据 及单独颗粒的尺寸和折射率。在稳定系统中，这些值应保持恒定。这些值中的变化提供关 于系统内的变化条件的信息。该信息可能在诸如全息微流变学的应用中有用。可选地，可 以从多个全息图像获得颗粒18或相30的统计集合（ensemble)的尺寸和折射率。可以分 析该集合以估计主体样品12、30内的尺寸和折射率的统计分布。该信息在对过程和产品进 行质量和一致性监视时是有用的。在非球形样品12、30的情况下，还可以获得诸如形状和 取向的附加信息，并执行统计分析。
[0035] 在某些情况下，可以通过在多个波长下测量样品12、30的折射率来评估其化学组 成。在诸如被涂覆球的异质样品的情况下，组成分析可以检测样品12、30的表面上的涂层 的存在或组成。组成分析对于过程控制和产品质量保证是有用的，例如作为检测乳状液或 基于颗粒的产物中的掺杂物的手段。分子尺度涂层的检测对于无标签分子结合检验是有用 的。几何和组成数据的其它应用也应是显而易见的，包括同样利用跟踪数据的应用。
[0036] A.介质的微流夺学
[0037] 在各种实施例中，应用这种方法来分析许多不同类型的颗粒和相12、30。在一个优 选实施例中，我们已通过直接地或通过介质对嵌入的探测颗粒的影响来分析其热驱动波动 而执行介质的粘弹性性质的全息微流变分析。在一个实施例中，该方法能够监视探测颗粒 的均方位置波动〈Δ r2 (t) >，并使用广义Stokes-Einstein关系式来提取介质的频率相关储 能模量G'（ω)。这通过Kramer-Kronig关系式与频率相关损耗模量G〃（c〇)相关，其完成微 观机械性描述。
[0038] 我们的示例性探测颗粒是标称半径a = 0. 75 μ m(Duke Scientific, Catalog#5153A，Lot#26621)的填充稳定（charge-stabilized)聚苯乙烯球，其通过漩润而 随机地分散到样本介质中。该样本介质随后被填充到通过将1号盖玻片结合到显微镜用载 玻片的表面形成的透明容器中。允许密封的样本介质在T = 23±1°C下在显微镜载物台上 达到热和机械平衡。
[0039] 在数字视频记录器（Panasonic DMR-E100H)上以每秒30帧的速度记录全息图像 作为未压缩数字视频流。随后分析每个图像以测量探测颗粒相对于显微镜的焦平面中心的 三维位置。
[0040] 更具体而言，准直激光用平面波入射电场EQ(rp) = uQ (rp) exp (_ikzp)在位置rp处 照射探测颗粒，其中，k = 2 π η/ λ是折射率为Iini的介质中的光的波数。被颗粒散射的场 Es(r) 传播至ζ = 0处的焦平面，在那里，其与入射射束干涉。用传统洛伦 兹-米氏散射函数fm(r-rp)来描述散射光的分布，所述洛伦兹-米氏散射函数取决于颗粒 的位置rp、其半径a、及其折射率np。
[0041] 实际上，入射照明随着位置而变，因此我们通过测量入射照明ItlOO = |U(l(r) I2来 将所测量的干涉图案I (r)归一化而获得
[0042]
【权利要求】
1. 一种用于表征样品的方法，包括： 提供全息显微镜； 向所述全息显微镜提供准直激光束； 从样品散射准直激光束以产生散射部分； 由所述准直激光束的未散射部分和所述散射部分产生干涉图案； 记录该干涉图案以供后续分析；以及 测量样品的空间位置、机械性质、光学性质和化学性质中的至少一个。
2. 如权利要求1所述的方法，其中，记录干涉图案的步骤还包括获得关于样品的尺寸 和关于样品的复折射率中的至少一个的信息。
3. 如权利要求1所述的方法，还包括应用散射函数来分析所记录的干涉图案的步骤。
4. 如权利要求3所述的方法，其中，所述散射函数包括洛伦兹-米氏函数。
5. 如权利要求1所述的方法，其中，所述全息显微镜包括焦平面，且测量步骤包括识别 样品相对于该焦平面的轴向位移，其中，所述样品包括放置在介质内的颗粒。
6. 如权利要求5所述的方法，其中，识别轴向位移的步骤不要求至少一个标定，或者不 受所述全息显微镜的焦深的限制。
7. 如权利要求1所述的方法，其中，测量步骤包括以下至少一者：（1)在一次快照中识 别样品中的颗粒的位置并表征该颗粒的性质，从而生成颗粒数据，以及（2)在多次快照中 识别样品中的颗粒的轨迹并表征沿着该轨迹的性质，从而生成颗粒数据；并且（3)其中所 述样品包括保持颗粒的胶状悬浮的介质，且测量步骤包括分析悬浮体的颗粒之间的相互作 用以及介质中的至少一个。
8. 如权利要求7所述的方法，还包括分析颗粒与表面之间的相互作用、至少两个颗粒 之间的相互作用、样品的流体的速度场和此样品的介质的粘弹性性质中的至少一个的步 骤。
9. 如权利要求1所述的方法，其中，测量步骤包括以下中的至少一个：同时测量样品的 尺寸和样品的空间位置；执行流变性质的多点试验；执行对样品的性质的现场测量；分析 样品的性质；分析探测颗粒的性质；通过评估样品性质的热驱动波动来分析探测颗粒的性 质，从而确定包括样品的介质的粘弹性性质；确定均方波动△ r2 (t)，从而使得能够表征包 含探测颗粒的介质；测量样品的流动流体中的流线；评估样品的胶态分散体对于聚合和絮 凝的热力学稳定性；测量样品的胶体颗粒之间的相互作用；测量胶体颗粒与样品表面的相 互作用；评估颗粒对样品的外部场和力的反应；表征样品的颗粒粘滞曳力特性；以及使用 颗粒的运动作为包括样品的介质的粘弹性和流变性质的探测指标。
10. 如权利要求1所述的方法，其中，测量光学性质的步骤包括确定颗粒的折射率和半 径中的至少一个，所述颗粒包括样品并根据温度、化学组成和化学浓度中的至少一个进行 测量，从而使得能够表征样品的稳定性、样品的化学变化和样品的可选材料族的不同化学 态中的至少一个。
11. 如权利要求1所述的方法，其中，所述准直激光束包括使用多个不同的光波长来获 得关于样品的光谱信息。
12. 如权利要求1所述的方法，其中，记录干涉图案的步骤包括将所述干涉图案归一化 并将归一化干涉图案对光散射的特定预测方法进行选择性拟合，从而提供关于样品的特性 息的步骤。
13. 如权利要求1所述的方法，其中，测量空间位置的范围包括动态跟踪介质中的颗 粒，从而使得能够表征颗粒的性质。
14. 如权利要求13所述的方法，其中，表征颗粒的性质的步骤包括分析颗粒的液力半 径、半径和折射率。
15. -种用于光学地表征放置在介质中的样品的方法，包括以下步骤： 提供全息显微镜；向所述全息显微镜提供激光束；从介质中的样品散射准直激光束以 产生散射部分；由所述准直激光束的未散射部分和所述散射部分产生干涉图案；记录该干 涉图案以供后续分析；以及测量样品的空间位置、样品的机械性质、样品的光学性质、样品 的化学性质、以及样品与介质之间的特性相互作用和介质的特征中的至少一个。
16. 如权利要求15所述的方法，还包括应用洛伦兹-米氏散射函数来分析所记录的干 涉图案的步骤。
17. 如权利要求15所述的方法，还包括分析样品的颗粒与表面之间的相互作用、至少 两个颗粒之间的相互作用、样品的流体的速度场和此样品的介质的粘弹性性质中的至少一 个的步骤。
18. 如权利要求15所述的方法，其中，所述样品包括保持颗粒的胶状悬浮的介质，且测 量步骤包括分析悬浮体的颗粒之间的相互作用以及介质中的至少一个。
19. 如权利要求15所述的方法，其中，测量步骤包括以下中的至少一个：测量样品的流 动流体中的流线；评估样品的胶态分散体对于聚合和絮凝的热力学稳定性；测量样品的胶 体颗粒之间的相互作用；测量胶体颗粒与样品表面的相互作用；评估颗粒对样品的外部场 和力的反应；表征样品的颗粒粘滞曳力特性；使用颗粒的运动作为包括样品的介质的粘弹 性和流变性质的探测指标；以及确定颗粒的折射率和半径中的至少一个，所述颗粒包括样 品并根据温度、化学组成和化学浓度中的至少一个进行测量，从而使得能够表征样品的稳 定性、样品的化学变化和样品的可选材料族的不同化学态中的至少一个。
20. 如权利要求15所述的方法，其中，测量步骤包括以下中的至少一个：同时测量样品 的尺寸和样品的空间位置；执行流变性质的多点试验；所述样品包括多个颗粒，且测量步 骤包括对每个颗粒单独地执行测量；以及分析探测颗粒的性质的步骤包括评估样品性质的 热驱动波动，从而确定包括样品的介质的粘弹性性质。
21. -种用于处理信息以表征样品的计算机可读介质，包括： 计算机软件模块，其包括计算机软件，所述计算机软件具有用于对样品的非暂时性数 据特性进行操作的一组指令； 与干涉图案有关的样品的非暂时性数据特性，所述干涉图案由从样品散射的激光束与 激光束的未散射部分的相互作用引起；并且 该组指令还包括散射函数，该散射函数在执行时提供表示样品的性质的非暂时性收敛 解数据，从而使得能够表征样品的机械性质、光学性质、和化学性质中的至少一个。
22. 如权利要求21所述的计算机可读介质，其中，该组指令包括洛伦兹-米氏方法。
23. 如权利要求21所述的计算机可读介质，其中，所述样品的数据特性包括关于样品 的尺寸和关于样品的复折射率中的至少一个的信息。
24. 如权利要求21所述的计算机可读介质，其中，所述干涉图案包括由激光束中的多 个不同波长产生的信息。
25.如权利要求21所述的计算机可读介质，其中，所述干涉图案包括被对光散射的预 测方法进行选择性拟合的归一化干涉图案，从而提供由所述计算机可读介质处理的关于样 品的进一步的特性信息。
【文档编号】G01N15/00GK104237081SQ201410471610
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2008年10月30日 优先权日:2007年10月30日
【发明者】D·G·格瑞尔, 李相赫, 张福倡 申请人:纽约大学