用于操纵粒子的方法和系统与流程

1.本公开涉及用于操纵粒子的方法和系统，特别是用于研究小粒子和/或生物细胞体的方法和系统。


背景技术：

2.小粒子的微观研究和/或操纵是研究的活跃领域，特别是在小粒子是生物样本(诸如细胞、细胞器和少数细胞体等)的情况下。对于生物样本，研究了生物过程。生物细胞具有外膜。该膜是细胞与其环境之间的接触面。因此，该膜构建了用于多种过程的平台，该多种过程涉及嵌入膜的生物分子与细胞外空间中的结合伴侣进行物理接触。
3.因此，已经开发了许多技术用于通过与细胞膜的相互作用来研究细胞和亚细胞过程，并且已经设计了技术来量化细胞表面的成分以获得关于特定细胞类型的信息(例如，确定乳腺癌的类型)。
4.用于操纵和/或研究小粒子，特别是细胞体的特别合适的技术是采用声学力。应当注意，使用声学力来操纵微米大小的粒子和细胞通常是已知的。例如，wo 2014/200341提供了一种声波系统的示例，用于在研究附接至微珠的生物分子；wo 2018/083193公开了一种用于操纵和/或研究细胞体的方法、系统和样品保持器；并且wo 2019/212349公开了一种用于探测细胞体的机械特性的方法。此外，注意到了g.thalhammer等人的《支持高分辨率光学成像的混合声光微操纵装置中的声学力绘制》，lab chip 16：1523(2016)，并且可以在v.marx的《生物物理学：使用声音移动细胞》，nature methods，12(1)：41(2015)中找到声流体的当前研究的概述。综述还呈现在h.mulvana等人的《在芯片上的超声辅助粒子和细胞操纵》，adv.drug del.rev.6565(11-12)：1600(2013)；以及m.evander和j.nilsson.的《声流体20：声捕获中的应用》，lab on a chip，12：4667(2012)。
5.然而，持续需要进一步增加诸如样品多功能性、信噪比、样品大小、检测速度、施加力的大小，以及特别是测试和测试结果的可靠性和/或再现性的方面。


技术实现要素：

6.鉴于以上，在此提供了以下阐述的各种方法、系统和样品保持器。
7.提供了一种方法，所述方法包括以下步骤：
8.提供样品保持器，所述样品保持器包括保持空间，所述保持空间用于保持样品，所述样品包括流体介质中的粒子；
9.向样品保持器提供具有信号频率、信号幅度和信号功率的驱动信号，在样品保持器中生成声波，用于向粒子施加声学力，该波具有频率；以及
10.确定样品保持器的声学共振频率。
11.该方法还包括以下步骤：
12.确定样品保持器关于共振频率的质量因子；
13.以及，基于质量因子进行以下中的至少一项：
14.确定样品保持器用于进一步使用的适合性，
15.确定样品保持器的至少一部分中的声学力，以及
16.控制信号频率、信号幅度、信号功率、保持空间中的样品的样品成分以及样品和/或样品保持器的至少一部分的温度中的至少一个。
17.样品保持器可以包括振荡器(oscillator)，所述振荡器可以包括换能器(transducer)，所述换能器用于将诸如振荡电压的电驱动信号转换成样品保持器中提供声波的声信号。
18.声波可以是超声声波，例如具有在1mhz至30mhz范围内的频率，优选地具有在5mhz至20mhz范围内的频率。
19.该方法可以包括提供具有单个频率或具有(周期性或非周期性的)调制频率(诸如多个频率之和、频率扫描和啁啾声信号(chirp)中的一个或多个)的驱动信号。此外，在一些情况下，可以施加不同波形的驱动信号和/或将其与其他波形(正弦波、三角波、锯齿波等)组合。
20.对于声学粒子操纵，可以使用声学驻波，并且可以以各种方式确定用于其有效生成的一个或多个共振频率。计算的共振频率在实践中往往不够精确。共振频率的实际确定可以包括，在包括至少一个共振频率的频率范围上执行频率扫描并检测至少一个共振频率。然后可以采用在共振频率附近的相对窄的频率范围内的频率来进一步研究系统行为。
21.共振质量因子(也称为质量数或q因子)提供系统和频率特征的指示以及在共振频率处和/或在共振频率附近激发声波和/或使用这种声波的效率的指示。于是，q因子提供了关于系统的行为和操纵样品保持器中的一部分样品的效率的附加信息。
22.共振频率原则上是系统参数，特别是振荡器、样品保持器和样品介质的特征以及这些部件的机械特性的参数。然而，在实践中，由于制造变化，在单个样品保持器之间共振条件及其共振频率往往不同，并且不是恒定的，而是取决于若干情况，特别是样品保持器的制造和/或老化和/或诸如包括偶尔气泡的存在、样品保持器温度、悬浮粒子/细胞体的密度等的样品流体成分的情况，这些情况中的全部或一些情况可以变化。
23.此外，已经发现，不仅共振频率本身受到变化的影响，而且围绕共振频率的一个或多个频率特性(例如，共振峰值的宽度和/或任何不对称性)也趋于变化，并且因此，声波(以及，声波力)对样品保持器中的样品(的至少一部分)的任何影响的确定实际上可能不是已知的和/或不像最初考虑或期望的那样准确地维持。因此，现在已经发现，q因子变化，这可以在确定声学力时被检测、量化和考虑，并且q因子是用于在预期的和/或所确定的共振频率处或附近生成声波的样品保持器的质量的预测因子。例如，相对低的q因子可以指示施加的驱动信号低耦合至样品保持器的期望声学模式和/或可以指示样品保持器中的缺陷。它还可以指示差的实验条件，诸如错误的温度、错误的样品介质、气泡的存在等。
24.因此，通过确定q因子并基于确定声学力和/或在q因子的基础上控制操纵参数，本方法提供了用于确定和/或施加声学力的增加的准确度。改进的准确度适用于以下中的一个或多个：确定和/或改变(scaling)在粒子上施加的力，并且由此便于评估力对粒子的任何影响，用于预测要施加至粒子的力和/或用于确定样品保持器的质量是否(仍然)足以用于实验。
25.此外，该方法能够确定样品保持器在一个或多个实验、研究、测定等中进一步使用
的适合性。而且，可以评估样品保持器和/或包含在其中的样品的至少一部分的潜在老化效应。例如，如果质量因子不足或与针对多个样品保持器确定的质量因子和/或(平均)声学力相差预定量，和/或如果质量因子表现出随时间的特定变化和/或对如温度和/或样品特性的实验参数的特定依赖性，则可以选择或拒绝样品保持器以用于进一步使用。此外，确定样品保持器的质量因子和声学力便于将这些特性与针对多个样品保持器确定的统计参考值(诸如相关关系)进行比较。
26.该方法还可以包括以下步骤：
27.选择选自电压降、阻抗、导纳、电纳、电导和信号相移组成的组的样品保持器的至少一个特性；
28.确定选择的特性在信号频率范围内的多个信号频率处的值；以及
29.基于选择的特性，确定共振频率和/或质量因子。
30.可以将阻抗、导纳、电纳、电导和信号相移确定为样品保持器的一个或多个电特性，和/或，阻抗、导纳、电纳、电导和信号相移可以在确定中包括用于提供周期性驱动信号的振荡器(例如，换能器)的至少一部分，所述振荡器可以被包括在样品保持器中。这便于检测和/或处理各个的选择的特性。
31.可以通过在测量选择的特性的同时及时扫描施加至换能器的频率，和/或，例如通过同时施加包含多个期望光谱频率的短暂突发(short burst)并测量样品保持器的响应函数，来确定在信号频率范围内的多个信号频率处的选择的特性的值。例如，在通过适当地选择的驱动脉冲进行激发之后，可以确定样品保持器的脉冲响应。
32.在一个方面中，优选地与本文中公开的一个或多个其他方面相结合，提供了一种方法，其包括以下步骤：
33.提供样品保持器，所述样品保持器包括用于保持样品的保持空间，所述样品包括流体介质中的粒子；
34.向样品保持器提供具有信号频率、信号幅度和信号功率的驱动信号，在样品保持器中生成声波，用于向粒子施加声学力，该波具有频率；以及
35.确定样品保持器的声学共振频率；其中，该方法还包括以下步骤：确定信号频率与共振频率之间的频率差，以及提供用于根据频率差调节信号频率的反馈信号。
36.这些方法步骤可以被重复一次或多次，其中，可以一次或多次重新确定共振频率。因此，可以检测到任何变化。
37.这种方法可以适当地包括基于反馈信号调节信号频率的另一步骤。因此，可以将信号频率保持在共振频率处或附近，并且在重复的情况下，也可以在共振频率变化时保持信号频率。
38.频率差的确定和共振频率的确定可以基于如上所示的选择的特性；优选地，然后在选择的相同的特性上确定两者。
39.特别地，这种方法可以包括将调制频率叠加在信号频率上，从而提供调制信号频率，其中，确定信号频率与共振频率之间的频率差的步骤包括确定关于调制信号频率和谐振频率的频率差，并且其中，该方法还包括，在适用的情况下根据频率差调节信号频率和/或调制频率和/或基于反馈信号调节信号频率和/或调制频率。
40.因此，可以提供信号频率的主动锁定。这种锁定便于关于共振频率的信号频率的
周期性重新确定，和/或反过来，从而便于重新建立共振频率和/或q因子以及信号频率的相应调整。因此，可以增加该方法和通过该方法获得的任何测量结果的可靠性。
41.调制频率可以是任何周期性调制，特别是正弦、三角形或锯齿调制模式。
42.根据频率差和/或反馈信号调节调制频率可以允许调制信号频率适应共振峰的位置和/或其他特征(诸如频率宽度和/或不对称性)的变化。
43.在本文中讨论的任何实施例中，可以确定信号幅度和/或信号功率，并且在适用的情况下，可以基于共振频率、质量因子和反馈信号中的至少一个控制信号幅度和/或信号功率。
44.如上所述的锁定的共振频率可以改善一个或多个操作参数(例如，像样品保持器中的声学驻波节点的位置和/或声学力场梯度)的稳定性。此外，将驱动频率保持在共振频率处或附近可以减少或防止进入系统中的功率损耗，进入系统的功率损耗可能导致和/或增加样品的至少一部分的热量。由于温度变化倾向于导致共振条件的变化，特别是后一种效应可能以其他方式提供自增强效应，并且甚至可能有引起失稳过程的风险，其中，系统被迫越来越强烈地远离共振。
45.可以根据一个或多个系统变量(如样品流体、样品保持器的至少一部分的温度、诸如驱动器信号幅度的驱动器信号特征、噪声、时间等)来确定q因子。相反地，确定和/或监测q因子可以用于监测和/或控制一个或多个系统变量。例如，该方法可以包括，确定所确定的q因子与预定的q因子之间的差，并提供相关联的信号。该信号可以用于警告操作者，和/或作为反馈信号用于调节一个或多个系统变量和/或过程变量，例如，与样品保持器相关联的变量、与样品保持器中的样品相关联的变量和/或与样品和/或样品保持器一起执行的实验、研究、测定等中的任何一个或多个相关联的变量。作为一个或多个系统变量和/或过程变量的函数q因子和/或q因子的变化可以用于确定和/或量化样品保持器质量，以在与样品保持器一起执行的实验中能够和/或提供可靠的结果。
46.另外或可替代地，该方法可以包括，确定所确定的q因子与期望的q因子之间的差，并提供反馈信号用于根据该差来调节至少一个系统参数(诸如可以包括驱动信号频率和/或驱动信号幅度的驱动信号)、和/或样品保持器的至少一部分中的温度，以及样品参数(诸如样品成分和/或样品流量)。因此，可以锁定q因子和/或可以确定和/或跟踪系统行为，和/或可以表征和/或改进驱动信号的锁定，和/或可以表征和/或改进样品行为。
47.另外或可替代地，该方法可以包括，确定声学力在样品保持器的至少一部分中的作用，并且基于所确定的q因子确定在该部分或/或改变的部分中的声学力。
48.可以包括在本文中公开的任何其他方法实施例的方面包括以下步骤：
49.提供样品保持器，所述样品保持器包括用于保持流体介质中的粒子的保持空间；
50.向样品保持器提供重复的、可能是周期性的驱动信号，所述驱动信号具有信号频率、信号幅度和信号功率，在所述样品保持器中产生声波，用于在第一方向上向所述粒子施加声学力，所述波具有频率；
51.其中，该方法还包括：对于至少一个频率，确定在保持空间中分布在垂直于第一方向的至少一个或两个方向上的多个位置中的每个位置中的声学力。
52.已经发现，声学力在整个样品保持器中可能不是恒定的，但是对于一个声共振和/或驱动信号，可能出现显著的局部力变化。通过确定保持空间中分布在垂直于第一方向的
两个方向上的多个位置中的声学力，可以确定空间力分布或力图。这里，可以从测量数据测量和/或计算这样的力图，和/或可以使用已知的力图来量化和/或校正测量数据。因此，本方法提供了用于在样品保持器中的粒子上确定和/或施加(实际)声学力的增加的准确度。注意，空间力分布可以帮助确定力梯度。局部力变化可以是可在在一个、两个和/或三个空间维度上可检测的。
53.已经发现，局部力的相对差异往往特定于样品保持器，并且对于给定的样品保持器，随时间推移相对恒定，该力主要取决于样品保持器中的声波的特性，诸如频率和振幅；还可参见在本文中其他地方。
54.为此，优选的是，在本文中公开的任何方面和/或实施例中，各个方法包括，在存储器中存储以下中的至少一个：
55.表示样品保持器的共振频率信息的频率数据，
56.表示样品保持器的质量因子信息的质量因子数据，以及
57.力数据，所述力数据表示以下中的至少一个：
58.样品保持器、特别是保持空间中的多个位置中的声学力，以及
59.样品保持器、特别是保持空间的至少一部分的空间力分布；
60.特别地，存储器可以被包括在机器可读介质中。另外或替代地，该方法可以包括，提供具有存储器和/或标识符的样品保持器，用于在适用的情况下从存储器访问存储的频率数据和/或存储的质量因子数据和/或存储的力数据和/或从存储器检索存储的频率数据和/或存储的质量因子数据和/或存储的力数据。
61.这便于表征样品保持器的至少一部分并且可能地改变和/或归一化来自样品保持器中的不同位置的测量结果。
62.存储器可以被保持远离样品保持器，可能在计算机服务器上和/或作为互联网云存储器的一部分。将样品保持器的力数据存储在机器可读介质上可以便于力数据的分析和/或使用的自动化。介质和/或标识符可以包括例如以视觉和/或电磁可读码(如字母数字码、条形码、qr码和/或rf-id码)的形式的任何合适的机器可读参考和/或标记。
63.另外或替代地，可以存储表示共振频率信息和/或q因子数据的数据。例如，可以将先前存储的频率数据和/或q因子数据与当前测量的频率数据和/或q因子数据进行比较，以评估先前存储的力图(例如，横向力分布数据)是否仍然有效。可以假设共振频率和/或q因子的显著变化将指示力图的变化。
64.在本文中讨论的任何方法可以包括，并行地确定保持空间中的多个位置中的声学力。特别地，这种确定可以包括以下步骤：
65.提供具有样品的样品保持器，所述样品包括流体介质中的多个粒子；
66.向样品保持器提供驱动信号，在样品保持器中生成声波并且向多个粒子施加声学力；
67.监测粒子关于样品保持器的至少一部分的时空行为；以及
68.基于监测的各个粒子的时空行为的至少一部分，确定每个粒子的声学力。
69.通过并行地确定保持空间中的多个位置中的声学力，与顺序确定相比，可以加速确定，便于可能关于一个或多个变量的修改的重复确定和/或检查，并且可以减少可能不希望的和/或不利的时间波动(的影响)。因此，可以提高精度和可靠性。在顺序和并行两种情
况下，这种确定的声学力可以用于预测和/或改变作用在各个位置处经受声学力的样品的一个或多个粒子上的局部力。
70.在本文中讨论的一种或多种方法可以允许提供一种探测粒子独立图(aprobing particle independent map)，可以用于预测作用在任何样品粒子上的力。
71.在本文中讨论的任何方法实施例中，确定粒子上的声学力可以包括一种或多种例如使用成像显微镜并捕获图像(诸如视频图像)光学方法，其中，可以通过分析捕获的视频图像来确定时空行为。
72.可以提供驱动信号以生成随时间变化的(例如，脉冲的)声学力，然后可以监测粒子关于至少一个声学力变化(例如，至少一个声学力脉冲)的时空行为。
73.通过施加例如脉冲力，可以确定时间力变化。特别地，可以将声学力的效果确定为其他情况的修改，特别是，优选地，否则恒定且基本上不变的情况。例如，可以基于针对特定粒子形状和尺寸navier-stokes方程并且相对于粒子可以静止、优选地静止在保持空间中的表面上和/或限定保持空间的一部分的表面上的情况来确定粒子通过样品流体的位移特性，对于大致球形的粒子，该位移特性可以简化为stokes拉力。因此，可以确定样品保持器中的声波粒子相对于参考的力分布，特别是相对于粒子被波推离的表面的力分布。在这种情况下，可以特别地确定作用在表面处或表面附近的力。
74.在d.kamsma的《声学力光谱学(afs)-从单个分子到单个细胞》阿姆斯特丹自由大学phd论文，isbn：978-94-028-1009-7中详细解释了在受到声学力作用的粒子上使用stokes拉力。为了获得特别精确的结果，对于这种拉力计算也可以考虑介质温度，因为介质的粘度通常强烈依赖于温度。
75.如上所述，空间分辨率允许确定力的局部变化。在一些情况下(例如，给定足够的测量位置(例如，足够的空间采样))，可以基于多个局部测量对空间图进行插值。即，即使在先前没有进行测量的粒子的特定位置处，这种图也可以用于预测粒子上的力。这种插值可以基于任何合适的插值函数和/或可以是或包括例如对表示典型局部力变化的任何任意函数的最小二乘或最大似然拟合。
76.针对一个粒子或一定数量的粒子确定的力可以用于确定针对另一粒子的力，特别是针对在样品保持器中与第一粒子相同的位置处在另一时间提供的另一个粒子的力。如果一个或多个(第一)粒子的特性是已知的并且与一个或多个其他(第二)粒子的特性不同，则这可以特别适用。这可以例如通过基于在一个粒子或一定数量的粒子上测量的力计算局部(一维、二维或三维)声学压力梯度和/或声学能量密度来完成。例如，可以使用取自bruus、h.(2012)《声流体7：小粒子上的声辐射力》lab on a chip,the royal society of chemistry,doi：10.1039/c2lc21068a，第1014页至第1021页的以下方程来完成从力测量转换为声学能量密度并返回：
[0077][0078]
这里是声学辐射力，是u
rad
声学辐射力势，φ是声学对比因子，κ是压缩比，ρ是密度比，k是波数，a是粒子半径，e
ac
是声学能量密度，并且z是离壁的距离。
[0079]
可以确定样品保持器的至少一部分中的至少一些粒子的确定的力的平均值。由此确定的平均力可以用作用于确定样品保持器的质量的参数和/或可以用于改变一个或多个
特性(例如，驱动信号的幅度和/或频率)，以便考虑样品保持器之间的差异，例如以确保将类似的、良好确定的力施加至不同的样品保持器。
[0080]
通过测量多个样品保持器的力图并建立与q因子的相关性，可以仅基于q因子实现生产过程期间样品保持器的质量控制。这避免了被认为在期望规格之外的样品保持器的全力图的测量。另外或替代地，可以检测q因子随时间的变化，该变化可以发出或确实发出效率和/或力图准确度变化的信号。
[0081]
在本文中讨论的任何方法可以包括以下另外的步骤：提供具有流体介质中的多个粒子的样品保持器，以及确定至少一些粒子的尺寸。
[0082]
该方法还可以包括以下中的一个或多个：
[0083]-多个粒子具有尺寸分布，所述尺寸分布具有平均尺寸和小于所述平均尺寸的10％的标准偏差，优选地小于所述平均尺寸的5％的标准偏差，更优选地小于所述平均尺寸3％的标准偏差，例如小于所述平均尺寸的1％的标准偏差；
[0084]-粒子是球形的，具有在5微米至25微米的范围内的平均直径尺寸，优选地具有在8微米至15微米的范围内的平均直径尺寸，更优选地具有在10微米至12微米的范围内的平均直径尺寸；
[0085]-粒子具有密度分布，所述密度分布具有平均密度和小于所述平均密度的10％的标准偏差，优选地小于所述平均密度的5％的标准偏差、更优选地小于所述平均密度的3％的标准偏差，例如小于所述平均密度的1％的标准偏差；以及
[0086]-粒子具有平均密度，所述平均密度与所述保持空间中样品流体的平均密度相差2％至10％，更优选地与所述保持空间中样品流体的平均密度相差在3％至7％的范围内。
[0087]
由于流体中的粒子上的声学力取决于粒子相对于流体的尺寸、密度和可压缩性(声学对比因子)，因此粒子越均匀，声学能量密度本身的(局部)变化越好地转化为可检测的效果，而不是粒子的变化，所述粒子的变化否则可能导致对相同声学能量密度的明显不同的行为。呈现的尺寸和密度的值已经显示出使用光学技术是容易检测的，并且使得能够可靠地检测力和力差。或者，单个粒子尺寸的可以被光学测量并在分析中校正。
[0088]
特别地，特别是基于navier stokes方程和/或与小粒子上的声学辐射力相关的其他方程，确定保持空间中的声学力的准确度可以取决于粒子的(特别是相对于样品流体)一个或多个特性(如尺寸和/或密度)的确定。这些特性以绝对值和/或相对值已知得越好，(局部)声学力可以确定得越准确。这可以应用于力的检测和/或施加的力的控制二者。例如，尺寸确定可以原位进行，例如，经由显微镜方法，和/或通过在将粒子引入样品保持器之前控制粒子的尺寸和/或尺寸分布。
[0089]
例如，含水样品流体中的粒子可以具有约1g/cm3的平均密度，例如，它们可以具有大于1g/cm3、优选地在1.02g/cm3至1.10g/cm3的范围内、更优选地在1.03g/cm3至1.07g/cm3的范围内平均密度。
[0090]
样品保持器可以包括在保持空间中的壁表面部分，并且该方法包括确定粒子对壁表面部分的黏合力。
[0091]
因此，可以基于粒子对壁表面的黏合力来识别和/或分离一个或多个粒子。壁表面可以是如在本文中其他地方讨论的功能化的壁表面。
[0092]
另外或替代地，考虑和/或校正局部力变化可以改善粒子对壁表面部分的黏合力
的确定和/或校正，和/或，它可以改善所期望的力的施加，从而将粒子从选择的壁表面部分分离。另外或替代地，明确定义的黏合力的知识可以允许量化在表面处或附近施加的声学力(的改进)。一个示例是免疫细胞(例如，t细胞、car-t细胞、nk细胞、car-nk细胞等)与其靶细胞(例如，肿瘤细胞、病毒感染细胞等)的细胞间结合强度的准确测量。
[0093]
对于至少一个频率，在本文中讨论的任何方法还可以包括：
[0094]
在第一方向上施加声学力并且确定在保持空间中分布在垂直于第一方向的至少一个或两个方向上的多个位置中的每个位置中的声学力；
[0095]
针对样品保持器的至少一部分确定以下中的至少一个：
[0096]-与样品保持器的该部分相关联的所确定的声学力的平均力，
[0097]-与样品保持器的该部分相关联的所确定的声学力的标准偏差，
[0098]-所确定的声学力与平均力之间的差；以及
[0099]-将平均力与质量因子相关联的相关值；以及
[0100]
在适用的情况下，基于平均力、差、标准偏差和相关值中的至少一个，确定样品保持器用于在操纵粒子的方法中使用的适合性，特别是样品保持器用于在本文中讨论的任何方法中进一步和/或重复使用的适合性。
[0101]
可以确定样品保持器的至少一部分中的至少一些粒子在确定的力上的平均力。关于该平均力，可以确定样品保持器的至少一部分中的至少一些粒子的确定的力的(局部)差异，特别是可以确定差异的标准分布。
[0102]
相对于平均力的差异可以指示样品保持器的位置灵敏度和/或同质性，并且分别针对通过样品保持器执行的任何研究和/或测量指示样品保持器的位置灵敏度和/或同质性。
[0103]
平均力可以等于样品保持器的效率值。例如，可以针对样品保持器的预定部分(例如，检测器的检测体积的预定部分，诸如显微镜的视场)确定平均力。可以适当地称为局部平均力的这种平均力同样可以等同于局部效率值。
[0104]
用于特定用途(例如，实验、测量、检测
……
)的样品保持器适合性可以与效率相关，并且还可以与诸如力的同质性的其他参数相关和/或根据最大力、均方根值或对测量的原始数据中的一个或多个特性的任何其他选择和/或操作中的一个或多个来确定。
[0105]
局部平均力与(总体)平均力之间的差异可以指示样品保持器的位置灵敏度和/或同质性，并且分别针对通过样品保持器执行的任何研究和/或测量指示位置灵敏度和/或同质性。
[0106]
因此，也可以使用局部平均值的变化。
[0107]
另外或替代地，确定多个声学力便于其他统计分析工具的使用，如确定标准偏差和/或相关性。
[0108]
此外，已经发现，样品保持器的效率与q因子之间的关系是用于确定声学力生成的可靠性和可预测性以及由此用于确定和/或施加声学力的准确性的非常有效和可靠的测量。因此，这种关系在确定样品保持器用于进一步使用以及由此用于其中使用的方法和装置的质量控制的适合性方面是有效的。
[0109]
已经发现，在对多个样品保持器的测试期间，可以在q因子与峰效率值之间发现大致线性关系，所述峰效率值对应于在样品保持器中确定的最高效率值。例如，对于上述质量
控制，合适的关系是q因子和峰效率相对于线性关系的统计r平方(r2)拟合。
[0110]
因此，在本文中描述的任何方法可以在多个样品保持器上执行，对于多个样品保持器中的每个样品保持器，至少包括以下步骤：
[0111]
确定各个样品保持器关于共振频率的质量因子；以及
[0112]
确定声学力、各个样品保持器的至少一部分中的平均声学力和效率值中的至少一个。
[0113]
此外，可以确定由此确定的质量因子与声学力、平均声学力和效率值中的至少一个之间的相关关系。
[0114]
一些样样品保持器可以是不同类型的，例如，在保持空间和/或样品流体导管的至少一部分的尺寸和/或形状、构造材料、用于生成声信号的振荡器(例如，压电元件和/或换能器)的尺寸和/或形状、制造和/或使用准备的阶段等中的一个或多个方面不同。在这种情况下，可以适当地确定每种类型的相关关系。
[0115]
然后，还可以提供另一样品保持器，并且可以使用另一样品保持器执行在本文中讨论的任何方法，包括，确定另一样品保持器相对于其共振频率的质量因子，以及优选地，确定声学力、另一样品保持器的至少一部分中的平均声学力和效率值中的至少一个；以及此外，基于相关关系与由另一样品保持器确定的质量因子之间的关系以及在适用的情况下声学力、平均声学力和效率值中的至少一个来确定另一样品保持器用于进一步使用的适合性。
[0116]
在一些情况下，相关关系与另一样品保持器的质量因子之间的比较可能已经指示样品保持器是否适合进一步使用。还评估(平均)声学力可以便于较详细和/或较准确的确定。注意，进一步使用可以包括样品保持器的进一步制造和/或制备步骤。因此，可能有缺陷的样品保持器的早期指示可以节省制造成本。
[0117]
使用在本文中描述的任何一种方法，样品保持器可以被表征并用于研究其他粒子，所述其他粒子也可以被称为“第二粒子”或“样品粒子”，其中，使用用于确定其他粒子处或其上的实际声学力的一个或多个相关特性。
[0118]
因此，通过已经在本文中描述的任何方法中用作样品保持器的样品保持器，可以执行一种方法，所述方法还包括在样品保持器的保持空间中提供的样品流体中第二粒子，可能是第二样品，
[0119]
向信号保持器提供具有第二信号频率、第二信号幅度和第二信号功率的第二驱动信号，在样品保持器中生成第二声波，用于向粒子施加第二声学力，第二波具有第二频率；
[0120]
基于以下中的至少一个确定第二粒子上的声学力：
[0121]
样品保持器的质量因子，
[0122]
以及，在已经确定了保持空间中分布在垂直于第一方向的至少一个或两个方向上的多个位置中的每个位置中的声学力的情况下，在第二粒子的位置处或接近第二粒子的位置的保持空间中的位置中的声学力、优选地最接近第二粒子的位置的保持空间中的位置中的声学力，和/或样品保持器的至少一部分的空间力分布，
[0123]
以及在适用时，如在本文中其他地方引用的相关关系。
[0124]
第一粒子和第二粒子可以是相同的粒子，和/或第一信号频率和第二信号频率、第一信号幅度和第二信号幅度、第一信号功率和第二信号功率以及第一声波和第二声波中的
一个或多个可以分别是相同的。特别地，该方法包括(操纵)多个第二粒子，并且第二粒子可以是生物细胞粒子和/或与生物细胞粒子相互作用和/或附接至生物细胞粒子的粒子。
[0125]
样品保持器可以包括功能化的表面。
[0126]
该方法可以包括提供声波，使得粒子上的声学力在表面处或附近相对高，所述表面可以是样品保持器在保持空间中的一部分和/或可以限定保持空间的至少一部分。
[0127]
此外，在本文中提供了一种系统。该系统包括样品保持器，所述样品保持器包括保持空间，其中，样品保持器已经用于根据前述权利要求中任一项所述的方法，并且其中，系统包括存储器，所述存储器包括以下中的至少一个：表示样品保持器的共振频率信息的频率数据，
[0128]
表示样品保持器的质量因子信息的质量因子数据，以及
[0129]
表示以下中的至少一个的力数据：
[0130]
在样品保持器中、特别是在保持空间中的多个位置中的声学力，以及
[0131]
样品保持器的、特别是保持空间的至少一部分的空间力分布。
[0132]
存储器的至少一部分可以被包括在机器可读介质中。样品保持器可以设置有存储器的至少一部分和/或用于从存储器访问和/或检索存储的力数据的标识符。存储器的至少一部分可以位于其他地方，可能位于远程服务器和/或云服务器上。存储器可以包括数据库。
附图说明
[0133]
下面将通过示例的方式参考示出多个实施例的附图，通过进一步的细节和益处来更多地解释上述方面。
[0134]
图1示出了根据本发明构思的操纵系统的实施例的示意图；
[0135]
图2示出了样品保持器的横截面；
[0136]
图2a示出了图2的样品保持器通过“iia”所指示的细节；
[0137]
图3示出了根据本发明构思的操纵系统的实施例的电气设置的简化示意性电路；
[0138]
图3a示出了图3的系统的复相图；
[0139]
图4示出了从上到下导纳、电导和电纳对频率、以及具有半峰全宽值fwhm的共振峰的模拟数据；
[0140]
图5至图6示出了图4中指示的数据的示例性测量；
[0141]
图7示出了针对各种温度的样品保持器的电导对于信号频率的示例性测量；
[0142]
图8示出了样品保持器的效率、共振频率和质量因子对于温度的示例性测量；
[0143]
图9a和图9b分别示出了样品保持器的共振频率f0和质量因子q的温度依赖性，为间隔一周的不同两天的温度函数。
[0144]
图10示出了样品保持器中的粒子上的有效力对于施加的信号功率的示例性测量；
[0145]
图11a至图11c指示有源信号频率锁定，其中，图11a示出了作为频率函数的测量的电导数据；图11b指示调制的驱动信号频率，图11c指示驱动信号功率的调节；
[0146]
图12示出了重复图10的实验的结果，但是现在使用根据图11a至图11c的有源信号频率锁定；
[0147]
图13a至图13c指示确定声学力的方法；
[0148]
图14示出了样品保持器的力图的一部分以及确定样品保持器的力图的方法步骤；
[0149]
图15和表1指示了(确定)样品保持器的峰效率与几个样品保持器的质量数之间的关系；
[0150]
图16示出了根据本发明构思的用于芯片制造、选择和使用的过程的流程图。
具体实施方式
[0151]
应当注意，附图是示意性的，不一定按比例绘制，并且可能已经省略了理解本发明不需要的细节。除非另有说明，否则术语“向上”、“向下”、“下方”、“上方”等涉及如在附图中定向的实施例。此外，至少基本上相同或执行至少基本上相同的功能的元件由相同的数字表示，在有帮助的情况下通过字母后缀表示。
[0152]
图1是根据本发明构思的操纵系统1的实施例的示意图，图2是样品保持器的横截面，图2a是图2的样品保持器通过“iia”所指示的细节。
[0153]
系统1包括样品保持器3，该样品保持器3包括保持空间5，该保持空间5用于保持样本，该样本包括流体介质11中作为示例性感兴趣粒子的一个或多个生物细胞体9。应当注意，另外或替代地，可以使用可能附接至生物细胞体9的其他类型的粒子，如微球体。流体优选地是液体或凝胶。系统1还包括声波发生器13(例如，压电元件)，该声波发生器与样品保持器3连接，以在保持空间5中产生声波，在样品7和样品7中的细胞体9上施加力。声波发生器13与可选的控制器14和电源连接，在这里是集成的。
[0154]
样品保持器3包括壁15，该壁5为保持空间5提供在使用中由样品7的一部分接触的功能化的壁表面部分17。另外或替代地，另外的壁(例如，相对的壁16)可以设置有(另外的)功能化的壁表面部分。
[0155]
示出的操纵系统1包括具有物镜21的显微镜19和与计算机25连接的相机23，该计算机25包括控制器和存储器26。计算机25还可以被编程以用于基于来自相机23的信号跟踪一个或多个细胞体和/或用于执行显微术(microscopy)计算和/或用于执行与(超限分辨)显微术相关联的分析和/或视频跟踪，该视频跟踪可以是亚像素视频跟踪。计算机或另一控制器(未示出)可以与系统1的其他部分(未示出)连接，用于控制显微镜19和/或另一检测器(未示出)的至少一部分。特别地，计算机25可以与系统的一个或多个其他部分连接，例如，声波发生器13、其电源、其控制器14(均如图1所示)、光源、温度控制、样品流体流动控制等(未示出)。
[0156]
该系统还包括光源27。光源27可以使用任何合适的光学器件(未示出)照明样品7，以提供期望的照射强度和强度图案，例如，本身已知的平面波照射、kohler照射等。这里，在系统中，从光源27发射的光31通过声波发生器13被引导至样品保持器3(中的样品7)，并且来自样品7的样品光33通过物镜21并通过可选的镜筒透镜22和/或另外的光学器件(未示出)传输到相机23。可以集成物镜21和相机23。在实施例中，例如具有不同放大率和/或与光谱特性和/或偏振特性相关的部件的两个或更多光学检测工具可以被同时用于检测样品光33，例如使用滤波器和/或分束器。
[0157]
在未示出但在wo 2014/200341中详细地讨论的另一实施例中，系统包括部分反射的反射器，并且从光源发射的光经由反射器引导通过物镜并通过样品，并且来自样品的光被反射回到物镜中，穿过部分反射反射器并经由可选的中间光学器件引导到相机中。另外
的实施例对于读者来说是显而易见的。
[0158]
样品光33可以包括受样品影响(例如，散射和/或吸收)的光31和/或由样品7本身的一个或多个部分发射的光，例如，由附接至细胞体9的发色团和/或荧光团发射的光。
[0159]
系统1中的一些光学元件可以是部分反射的、二向色的(具有波长特定反射率，例如，对于一个波长具有高反射率并且对于另一波长具有高透射率)、偏振选择性的以及以其他适合于所示设置的至少一种。可以提供另外的光学元件(例如，透镜、棱镜、偏振器、光圈、反射器等)，例如，以配置用于特定类型的显微术的系统1。
[0160]
样品保持器3可以由内部具有通道的单件材料形成，例如，玻璃、注塑聚合物等(未示出)，或者通过例如通过焊接、玻璃结合、胶合、胶带、夹持等将合适材料的不同层或多或少永久地固定在一起，使得至少在实验期间形成包含流体样品7的保持空间5。如图1和图2所示，样品保持器3可以包括具有横截面至少局部地为u形的凹部的部分3a以及覆盖和封闭u形部分(中的凹部)的盖部分3b，在横截面中提供封闭的保持空间5。至少在声波发生器13的位置处的整体样品保持器可以优于组装的样品保持器，用于改善声耦合、减少损耗和/或防止局部变化。
[0161]
如图2所示，将样品保持器3连接至可选的流体流动系统35，该流体流动系统用于将流体引入样品保持器3的保持空间5和/或将流体从保持空间5移除，例如，用于使流体流经保持空间(参见图2中的箭头)。流体流动系统35可以包括可能与计算机25相关联的操纵系统和/或控制系统。流体流动系统35可以包括贮液器37、泵、阀和导管38中的一个或多个，用于顺序地和/或同时地将一种或多种流体引入和/或移除。样品保持器3和流体流动系统35可以包括连接器，该连接器可以被布置在样品保持器3上的任何合适位置上，用于在不损坏3、35部分中的至少一个部分的情况下耦合/脱离耦合，并且优选地用于重复耦合/脱离耦合，使得3、35部分中的一个或两个部分此后可重复使用。此外，将可选的机器可读标记m或其他标识符附接至样品保持器3，该样品保持器可能包括存储器。
[0162]
图2a是图2的样品保持器3中的多个细胞体9的示意图。样品保持器3的壁15的一部分可选地设置有功能化的壁部分17，例如，不同类型的生物细胞覆盖的壁的区域，感兴趣的细胞体9可以粘附至该区域。还示出了显微镜透镜21的一部分和用于改善图像质量的可选的浸没流体层22。
[0163]
在向声波发生器13提供周期性驱动信号时，在样品保持器3中生成驻波。如指示的，可以选择信号，使得在(样品保持器3的)壁表面(例如，表面部分17)处或附近生成波的波腹，并且波w的节点n远离表面17，朝向节点在表面处或附近的本体9上生成局部最大力f。因此，信号的施加可以用于根据力探测本体9对表面和/或其上的任何功能化的层的粘附。
[0164]
在示例中，可以通过选择声波的声腔参数和频率/波长来实现用于特定研究的最佳力生成，以便在功能化的壁表面处产生最大压力梯度，例如，通过确保从壁表面到声波节点的距离约为1/4波长。
[0165]
图3示出了系统1的电气设置的简化示意性电路。这里，样品保持器3和声波发生器13一起被认为是在39处示出的具有阻抗z的功能单元afs芯片。设置电源41用于生成具有信号频率、信号幅度和信号功率的周期性驱动信号。将电源41与参考电阻器43串联地连接至芯片39。如指示的，提供了用于测量v
all
和v
res
的电压测量装置45、47。将电源41和电压测量装置45、47连接至控制器49，该控制器可以包括模数转换器(adc)和/或可以将该控制器与
控制器14和/或计算机25连接或该控制器可以是控制器14和/或计算机25的一部分。然后也可以将声波发生器上的电压v
chip
计算为v
chip
＝v
all-v
res
。
[0166]
当通过电源41向芯片39提供振荡驱动电压v
in
时，将出现v
all
和v
res
之间的相位差该相位差可以是可测量的。可以确定以下值(也参见图3a中的复相图)：
[0167]
阻抗：|z|＝(v
chip
)r
res
/v
res
[0168]
导纳：|y|＝1/|z|
[0169]
其中，
[0170]
复导纳：
[0171]
电纳：
[0172]
电导：
[0173]
可以围绕计算的共振频率执行频率扫描，例如具有0.5mhz的宽度或一些其他合适的宽度的频率扫描。在频率f处识别共振频率f0，其中，电导g处于最大值，阻抗|z|处于最小值，导纳|y|为0。这种情况在图4中示出，从上到下显示了对于频率的导纳、电导和电纳；共振峰具有半峰全宽值(full width at half maximum value)fwhm。图5和图6示出了示例性样品保持器的测量数据。共振峰的共振频率和/或fwhm值可以由确定电纳b的极值f
l
、fu和/或由使用合适的函数拟合共振峰来确定，例如，如图6所示的洛伦兹拟合和邻近图表的对应的拟合方程。
[0174]
将芯片共振峰的质量因子q确定为：
[0175]
质量因子：q＝f0/(f
l
–fu
)＝f0/fwhm＝f0/γ
[0176]
因此，通过测量样品保持器和/或系统的特性的合适组合(诸如各种频率的电压、电阻、相位差、阻抗、导纳、电导和/或电纳)并确定其值，可以确定样品保持器的共振频率和/或质量因子；注意，样品保持器中样品的存在和样品的任何特性可能影响共振频率和质量因子，但是这些也将被确定。
[0177]
图7至图9示出了示例性测量。图7示出了电导峰的位置和形状，意味着共振频率f0和在共振频率f0处或附近的频率下的系统行为，强烈地依赖于温度：f0＝f0(t)。温度变化可以例如是由于环境、系统、温度控制和力生成中的一个或多个。图8示出了芯片的共振频率f0(t)、质量因子q(t)和效率η(t)的温度依赖性。这里，将效率η或η(t)定义为声学力的平均值。效率可以设置为一般数字，但是优选地，将其定义为在研究的芯片的保持空间的预定区域或体积上在共振频率f0处在给定输入功率下在具有特定测试粒子或具有特定(优选已知的)特性(诸如尺寸、密度、可压缩性等)的特定测试粒子或多个测试粒子上声学力的平均值，也参见以下。显然，温度依赖性是大的，并且需要对实验仔细考虑，特别是对定量实验仔细考虑。图9a和图9b分别针对单个芯片示出了共振频率f0和质量因子q的温度依赖性，作为在间隔一周的不同两天的温度函数。显然，共振频率f0(t)和质量因子q(t)的整体温度依赖性相同，但是值不同。几个原因可能归因于包括样品和/或样品保持器的老化的这些影响。代替q因子或与q因子组合，可以测量还与效率η相关的其他参数。例如，可以测量共振处的电导和/或转换功率(电导*v
chip2
)。也可以使用这些参数的任何组合。
[0178]
当操作系统时，可以确定样品粒子上的声学力。该力取决于与驱动信号的幅度相关联的信号功率。应当注意，向样品保持器提供驱动信号导致(样品和)样品保持器中的能
量耗散，并且因此导致样品的加热，导致共振频率的偏移，增加系统的损耗(图7至图9b)。因此，可能发生失稳过程。实际上，图10示出了当在恒定频率和不同驱动信号功率下操作系统时，样品保持器中的粒子上的有效力不与施加的力成比例，并且在较高的力下甚至可以是大致恒定的。这种行为是不期望的，并且可能对粒子上的任何力的可预测性产生负面影响。
[0179]
图11a示出了作为频率的函数测量的电导数据，设置有洛伦兹拟合，也参见图6。通过拟合，确定共振频率f
0,1
。信号频率f1可以设置在该共振频率f
0,1
处。测量的电导g的任何偏差可以用于信号频率的调整。
[0180]
当振荡驱动信号频率f1与调制频率δf1叠加时，提供了调制信号频率f
m1
，如图11b所示，用于锯齿调制。通过这种调制信号频率f
m1
，测量的电导将在其峰值附近振荡一定量δg1，如图11a所示。可以测量该电导振荡δg1并将其与一个或多个参考值进行比较，该参考值可能是最近测量的平均值和/或调制频率的最近一系列周期。在共振频率f
0,1
例如由于温度升高而偏移的情况下，测量的电导g(包括δg1)将相应地偏离。可以检测该偏离并且可以使用该偏离发信号通知设置与期望的设定值的变化，例如，样品的至少一部分的温度变化。另外或替代地，该偏差可以用作或用于反馈信号，基于该反馈信号，中心信号频率f1可以被调节至较接近移位的共振频率f
0,2
的另一值f2，如图11a至图11b所示。因此，主动地将信号频率f锁定至共振频率f0。根据共振的q因子的变化，可以调节信号功率，如图11c所示。还可以或替代地根据信号频率与共振频率的频率匹配来调节信号功率(可以通过调节驱动频率或驱动幅度来决定锁定施加的力)。注意，任何调节可以是如指示的逐步的，或者是逐渐的。进一步注意，还可以例如响应于电导调制δg1、δg2的幅度调节调制频率δf1、δf2的幅度和/或宽度，诸如针对减小的电导调制幅度增加调制频率幅度，反之亦然。因此，可以实现动态锁定紧密性。调制频率在驱动频率上的叠加可以以各种方式实现，例如，使用用于调制的单独的函数发生器并将其与驱动信号的函数发生器组合，或者通过直接从单个函数发生器生成期望的组合波形。
[0181]
图12示出了使用根据图11a至图11c的有源信号频率锁定重复图10的实验的结果。显然，功率和测量的力之间的关系基本上是线性的，并且对于整个功率范围是可预测的。
[0182]
图13a至图13c示出了确定声学力的方法。图13a示出了类似于图2a的包括显微镜物镜的样品保持器的横截面。在样品流体11中，指示了测试粒子9a。图13a描绘了在六个时间点t1…
t6中经受声学力突发和作用在粒子上的力的粒子9a的移动。图13b显示了作为在声爆(acoustic burst)期间在样品保持器的壁15(“封盖”)的表面(高度＝0)与高度hn处的节点之间的保持空间中的高度的函数的声学力以及测量的粒子位置。图13c示出了驱动信号突发vpp(右轴)和样品保持器中的粒子的高度(左轴)的时间行为。
[0183]
t1：没有施加声学力，并且粒子9a在净向下的重力和浮力f
grav
+f
buoy
的影响下停留在样品保持器的壁的表面上(标记为封盖)；
[0184]
t
2-t3：在样品保持器中生成声波，提供一阵声学力f
rad
，将粒子9a远离表面朝向节点q驱动(参见图2a)。当移动时，粒子现在也经受抵消移动的拉力f
drag
，并且f
rad
》(f
grav
+f
buoy
)。粒子9a上的总力是f
tot
＝(f
grav
+f
buoy
)+f
drag
+f
rad
》0(即：向上)。注意，声学力f
rad
是位置相关的，参见图13b，并且拉力f
drag
是速度相关的(假设在空间和时间上同质的样品流体)。
[0185]
t4：声波和因此的声学力仍然存在，但是粒子9a已经停留在节点n处；f
drag
＝0并且frad
＝(f
grav
+f
buoy
)。
[0186]
t5：停止驱动信号，不存在声波并因此不存在声学力。粒子9a被拉力f
drag
抵消而落回到壁15。(f
grav
+f
buoy
)》f
drag
且f
tot
＝(f
grav
+f
buoy
)+f
drag
《0(即：向下)。
[0187]
t6：没有施加声学力，并且粒子9a在净向下重力和浮力f
grav
+f
buoy
的影响下再次停留在样品保持器的壁的表面上(标记为封盖)。
[0188]
可以使用已知的图像捕获技术经由显微镜检测粒子9a的位移，该已知的图像捕获技术包括视频和/或其他时间分辨方法(例如，wo 2014/200341中描述的方法)。可以基于针对对于特定的粒子形状和尺寸的navier-stokes方程结合流体11的特性来确定通过样品流体的粒子9a的时空位移特性。通过检测粒子9a的位移速度，可以确定声学力；注意，这同样适用于粒子9a的任何横向位移。图13b示出了可以将测试粒子上的力的声学模型(实线)拟合到数据。这允许在封盖层与节点之间的任何特定高度处的力的插值、外推和确定中的一个或多个。
[0189]
使用重复的、可能周期性的驱动信号和可能在平行于表面和/或垂直于声学力的方向的一个或两个方向上的小横向力，可以确定保持空间中分布在垂直于声学力方向的一个或两个方向上的多个位置中的声学力。
[0190]
图14是具有大量测试粒子9a(黑点)的保持空间5中的样品7的俯视图。特别地，样品流体是补充有0.02％w/v普朗尼克f127+0.02％w/v酪蛋白溶液作为样品流体的1x pbs(磷酸盐缓冲盐水)溶液，并且样品温度在25摄氏度至37摄氏度的范围内，并且粒子是直径为约10.1微米(标准偏差为0.1微米)的二氧化硅珠粒。
[0191]
使用如关于图13a至图13c指示的单个驱动信号突发/声学力突发，可以一起探测所有测试粒子9a上的力，允许建立暴露局部力变化的力图。
[0192]
使用重复的、可能周期性的驱动信号，可以获得较多数据，并且图可以甚至变得较准确和/或较详细。考虑到测试粒子9a的足够同质性，可以简单地确定统计信息，如力分布中的平均值、标准偏差和/或局部图案和/或全局图案，否则可以(或可能必须)在针对要包括在平均值和/或图案的确定中的多个粒子9a中的每一个粒子独立地计算的结果的基础上计算平均值和图案。
[0193]
图14示出了样品保持器的力图的一部分。如图14所示的力图已被证明在很大程度上是特定于样品保持器的并且在很大程度上随时间恒定。力图变化的情况(例如，相对力的变化和/或高力区域和/或低力区域的移位)可以指示样品保持器的老化和/或样品特性的发展(例如，样品流体的设定和/或变性、气泡形成)。诸如共振频率f0和/或一个或多个温度的质量因子q和/或力图的数据可以存储在与样品保持器3和/或作为整体的芯片39相关联的存储器中。
[0194]
对于给定信号功率，可以将特定测试粒子的平均声学力或视场的特定体积或面积a上的平均声学能量密度确定为芯片的效率η，例如，面积a＝l
x x ly，如图14所示。可以针对若干感兴趣区域和/或针对若干操作条件(诸如温度)来确定效率(参见图8)。例如，根据上面参考图13a至图13c和图14描述的方法，可以通过使用测试珠确定芯片中的局部声学力来确定芯片的效率。在显微镜的特定视场中，可以存在例如约200个随机分布的珠，在施加一个或多个力脉冲之后，可以基于珠的时空行为来确定力。然后，可能使用加权因子和/或其他测量来校正珠的(不均匀)分布，来计算考虑的所有珠经历的平均力f
avg
。然后可以将效率
η定义为每单位信号功率(例如，功率，其中，功率可以是压电元件上的驱动电压v的v2)的平均力：η＝f
avg
/p。通常，功率的单位是芯片和/或声波发生器(例如，压电元件)的最大额定功率的百分比。如果需要，可以将效率定义为f
avg
和/或p的多次确定的平均值。其它定义芯片效率以进行适当表征和/或校准的方法对于读者来说是显而易见的。
[0195]
对于在足够相等的条件下操作的若干芯片，特别是对于声波输入功率、共振频率f0、温度以及其中的样品成分和条件中的一个或多个，可以比较不同芯片i的效率ηi。
[0196]
基于作为产生声学驻波的区域的样品保持器的有效区域的至少一部分的力图，可以基于例如该区域上的最大平均力和/或测量区域上的力的特定同质性来选择期望的测量区域。可以将这种测量区域的坐标和/或其他特性存储在芯片上或数据库中，可以例如基于唯一芯片标识符来从该数据库中检索坐标和/或特性。在这种情况下，如果测量系统被布置用于例如通过特定的样品保持器安装件和/或主动定位控制系统将芯片的测量区域确定性地定位在正确的坐标处，则这是有益的。
[0197]
已经发现，质量因子q和效率η密切相关。对于给定的一组操作条件(例如，温度、样品成分、驱动信号等)，已经在质量因子q与给定类型的若干芯片39的声学力的效率η之间发现具有高相关性的线性关系；参见表1和图15。这允许在质量数q的基础上预测特定芯片的声学力。此外，已经发现，可以拒绝特定质量因子范围和/或相关可靠性置信区间之外的任何芯片用于进一步使用。
[0198]
在针对q因子确定的值之后，可以使用其他参数(诸如例如由r2值给出的洛伦兹拟合的质量)来拒绝测量和/或样品保持器/芯片。例如，可以拒绝具有高q因子但低r2值的芯片，因为通过这种芯片施加至样品的力可能不太可预测。实际上，在表1和图15中，发现两个样本是可以被拒绝的异常值。
[0199]
流动池质量数r2峰效率b02200194521.0056b01200121210.7036b02200068550.97102b03200124340.9756b03200113030.9838b02200182750.8761b02200097201.0088b03_00224550.9954.60b03_00233440.9650.51b03_00245001.0060.18b03_00293851.0057.23b03_00333551.0047.03
[0200]
表1：若干样品保持器(“流动池”)的质量数、r2值和峰效率
[0201]
也可以确定并类似地使用质量因子与其他参数之间的不同相关关系，例如，质量数与质量数量随时间和/或温度的变化之间的关系(参见图8至图9b)。
[0202]
图16示出了根据本发明构思的用于芯片制造、选择和使用的过程的流程图。可以根据特定制造工艺生产样品保持器(这里称为芯片)。对于每个组装芯片，根据上述方法的
一个或多个实施例测量电特性，并且确定声共振的特性以便确定声学参考的质量。可以针对一些或所有测量对在这样的测量期间的实验条件(例如，样品介质、样品、温度等)标准化。来自此类测量的结果可以被存储在芯片上存储器中和/或芯片数据库中，稍后可以例如基于唯一芯片识别符在该芯片上存储器和/或芯片数据库检索来自此类测量的结果。
[0203]
在示例中，如果数据库中存在存储的关于共振质量与芯片效率的相关性的任何先验知识，则可以基于该信息进行选择以决定芯片是否良好。如果芯片被认为是不好的，则可以拒绝芯片，如果芯片被认为是好的，则可以选择芯片用于进一步使用。
[0204]
如果因此选择芯片，则可以根据上述方法确定芯片的力图。这种方法可能涉及比电测量更长和/或更困难和/或更昂贵的测量。因此，通过基于电测量的预选择，可以节省大量时间和成本。
[0205]
基于力图，可以重新考虑芯片的选择或拒绝。另外或替代地，可以确定用于一个或多个测量的优选区域。这种优选区域可以例如是具有最大平均力或具有最小(或最大)力变化的区域。优选区域的力图和/或坐标也可以被存储在芯片上存储器和/或芯片数据库中。这样的信息可以用于找到电特性与芯片效率之间的相关性和/或改进一个或多个先前建立的相关关系。
[0206]
为了在样品的测量和/或操纵中使用芯片，可以在测量系统中包括芯片，其中，测量系统可以将芯片定位成使得测量区域和/或视场与优选区域重合。另外或替代地，当被定位在测量系统中时，可以计算测量区域的效率。
[0207]
可以在这种定位之前或之后选择包括样品流体和一个或多个样品粒子的样品并将其装载至芯片上(即，提供到样品保持器的保持空间中)，并且样品参数(例如，粒子尺寸、密度、可压缩性、介质密度、温度等)可以是已知的或确定的。可以选择与样品特性和/或预定测量和/或操纵中的一个或多个相关联的测量参数。例如，可以选择要施加到样品的期望的力或力斜坡(force ramp)。基于样品特性、测量参数、芯片效率和共振质量中的一个或多个，可以计算用于实现期望的测量参数的驱动信号。可以施加驱动信号并且可以监测声共振的电参数，这可以是同时的。电参数可以用于在实验期间在反馈回路中更新驱动信号，以建立和/或维持期望的测量参数。
[0208]
在这种测量期间或之后，可以可选地使用样品保持器的力图的相关部分来校正在实验期间发生的力测量，以提高这些力测量的精度。另外或替代地，可以记录一个或多个测量结果并将其存储在存储器和/或其他数据库中，用于将来参考和/或调节样品保持器特征，如力图和/或相关关系。
[0209]
可能在一些进一步处理之后，可以存储测量结果(例如，显示与功能化的层结合的细胞体的数量与施加的力的曲线)和/或将其显示给用户。
[0210]
从上面的描述中可以清楚，该过程既可以用于优化、监测和/或维持芯片生产的质量，也可以用于获得较准确和可再现的实验数据。
[0211]
此外，除非另有说明，否则诸如“可拆卸”和“可移除地连接”的术语旨在表示各个部件可以在基本上不损坏或破坏任一部件的情况下脱离连接，例如，不包括部件是一体的结构(例如，焊接或模制成一体)，但包括部分通过配合的连接器、紧固件、可释放的自紧固特征等附接或作为配合的连接器、紧固件、可释放的自紧固特征等的结构。动词“便于”旨在表示“使较容易和/或较不复杂”，而不是“能够”。
[0212]
本公开不限于上述实施例，其以在权利要求的范围内以多种方式变化。
[0213]
例如，可以通过测量时域中的脉冲响应并傅里叶变换到频域来确定共振特征。这可以潜在地加速锁定和校准。还可以使用标准矢量网络分析仪(vna)来进行共振的电特性的测量。
[0214]
各种实施例，特别是测量、确定和/或计算的方法，可以被实现为用于与计算机系统一起使用的程序产品，其中，程序产品的程序定义实施例的功能(包括在本文中描述的方法)。在一个实施例中，程序可以被包含在各种非暂时性计算机可读存储介质上，其中，如在本文中使用的，表述“非暂时性计算机可读存储介质”包括所有计算机可读介质，唯一的例外是暂时性传播信号。在另一实施例中，程序可以被包含在各种暂时性计算机可读存储介质上。说明性计算机可读存储介质包括但不限于：(i)在其上永久存储信息的不可写存储介质(例如，计算机内的只读存储器装置，诸如可由cd-rom驱动器读取的cd-rom盘、rom芯片或任何类型的固态非易失性半导体存储器)；以及(ii)在其上存储可变信息的可写存储介质(例如，闪存、磁盘驱动器或硬盘驱动器内的软盘或任何类型的固态随机存取半导体存储器)。
[0215]
除非另有明确说明，否则针对或关于特定实施例讨论的元件和方面可以与其他实施例的元件和方面适当地组合。