用于液体中纳米颗粒的显微观察的专用试管组件和方法技术

一种具有以下特征的专用试管组件，该特征产生较小的且受限制的容积以使液体的块运动最小化并且使光的反向散射最小化。该专用试管组件能够在其放置在合适的光学装置中时记录液体中纳米颗粒的布朗运动，其中，该光学装置包括光片和光学显微镜，该光学显微镜附接到与光片平面垂直地定向的摄像机。

Dedicated test tube assembly and method for microscopic observation of nanoparticles in liquids

A special test tube component with the following features that produces a smaller and limited volume to minimize the movement of the liquid block and minimize the backscatter of the light. The special test tube assembly can record the Brown movement of nanoparticles in a liquid in a suitable optical device, in which the optical device includes a light slice and an optical microscope, which is attached to a camera perpendicular to the plane of a light slice.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于液体中纳米颗粒的显微观察的专用试管组件和方法
本专利技术涉及用于对液体样品中的纳米颗粒进行检测和测量的系统。相关申请本申请作为非临时专利申请要求享有名称为“SPECIALPURPOSECUVETTEASSEMBLYANDMETHODFOROPTICALMICROSCOPYOFNANOPARTICLESINLIQUIDS”、于2015年7月1日递交的申请号为62/187391的美国临时专利申请的优先权，其公开通过引用整体结合于本文。本申请也与名称为“NANOPARTICLEANALYZE”、于2015年6月3日递交的申请号14/730,138的美国专利申请以及名称为“MULTI-CAMERAAPPARATUSFOROBSERVATIONOFMICROSCOPICMOVEMENTSANDCOUNTINGOFPARTICLESINCOLLOIDSANDITSCALIBRATION”、于2016年2月8日递交的申请号为15/018,352的美国专利申请相关，以上两篇申请的公开通过引用整体结合于本文。
技术介绍
纳米颗粒是普遍存在的并且是迄今为止地球上的自然环境中最多的颗粒状实体以及广泛地分布在与人类活动相关联的许多场合。存在许多类型的自然产生的纳米颗粒以及人造(工程)的纳米颗粒。纳米颗粒出现在空气、水生环境、雨水、饮用水、生物流体、药物、药品输送和治疗性产品以及较大范围的许多工业产品中。通常，纳米颗粒出现在以不同大小的颗粒共存为特点的多分散聚集物内。考虑到纳米颗粒的广泛使用，控制的能力以及准确地表示其性质的特征对于很多场合可能是有用的。用于测量纳米颗粒性质的传统方法包括纳米颗粒追踪分析(NanoparticleTrackingAnalysis)，其使用显微镜和摄像机分析录制视频的帧，从而追踪由正在进行布朗运动的纳米颗粒反射或散射的光的图像。执行这种分析的设备通常由较小的单元或试管构成，该单元或试管能够利用非常精确地限定的窄光片照射液体并且观测来自纳米颗粒的散射光(该反射光通常相对于光片形成90度的角度)，因此，试管必须包括具有最小光衰减性质的至少两个表面(例如光学玻璃)。在10mm×10mm×45mm的样机情形中，这种试管广泛地用于各种实验设备中的所有类型的光学测量中、易于获取并且具有标准的内部尺寸。理想情况下，当正在录制视频时，液体不应当存在块运动(bulkmovement)，这样，仅有的颗粒运动即为纯布朗运动。然而，由于玻璃的较低导热性以及由于通过吸收而从照射光束传递到液体和试管的壁的潜在大量热量，所以不论传统试管中的液体的体积如何均能够观测到所述液体的热生成的微流动。微流动的其他来源也是可能的，例如安装设备所在的桌子的运动，该运动可能引起这种桌子的振动或者样品液体的蒸发，该蒸发使样品液体的表面冷却。流动还可能由试管中液体的搅拌引起或者由液体泵入或泵出试管引起。在这些或其他引起流动的情形中，为了有效且及时的颗粒分析，始终期望尽可能快地阻止流动。可以使用算法以检测和除去这种块液体运动的效果，然而，这些算法具有局限，并且更准确的结果始终是在没有块液体运动中实现的。对于来自液体中纳米颗粒的散射光的最佳检测和处理，另外的期望情形是最小化或者消除来自试管的与光进入试管所在的壁相对的壁(后壁)的光的反向散射。入射光束的这种反向散射通常扩大照射区域(使光片增厚)，由此产生显微镜的部分地失焦的图像(模糊图像)，这不适合于准确的颗粒追踪。反向散射导致的扩大对光片的宽度具有固有的不一致的影响，以及同样地由于光片的宽度影响每次测量中分析的样品的体积所以引起颗粒浓度测量中的可变性。来自试管的其他反射表面的次要有害光散射效果也应当通过使用吸光材料或涂层(例如黑色涂料)进行最小化。另外的重要考虑是与现有部件的兼容，其中，现有部件将试管相对于光片准确地保持在合适的位置、控制试管的温度以及能够搅拌液体和/或泵送。这种搅拌和/或泵送便于检查来自试管内相同样品的多种新部分，并且利用通过外部旋转磁体驱动的、在试管的底部处的磁性搅拌棒或利用外部泵而容易地实现这种搅拌和/或泵送。因此，需要能够最小化液体的运动的同时消除试管的观测区域内的光的反向散射的改善系统。
技术实现思路
本文公开的设备、系统和方法有效地解决了运动和反向散射问题并且提供了本领域技术人员清楚的其他改善和益处。因此，提供一种用于观察颗粒的系统10。系统包括光源15和传感器30，光源15用于产生指向试管25的电磁能量20，传感器30用于检测试管内的电磁能量。试管25被独特地制造并且具有界定容积45的外壁35和底板40，其中，外壁的至少一部分对于电磁能量是可穿透的50，以及其中，容积适合于容纳悬浮液体和纳米颗粒。试管25包括观察室55，观察室具有从外壁35延伸的上观察室壁60和从外壁35延伸的下观察室壁65，其中，上观察室壁和下观察室壁与底板40大致平行.试管25还包括反射壁70，该反射壁70与上观察室壁60和下观察室壁65相邻.试管还包括反向散射室75，反向散射室75与观察室80分开并且流体连通，其中，反射壁70适合于将电磁能量20反射85进入反向散射室。试管25还可以包括混合室90，混合室90与观察室55分开并且流体连通，混合室包括混合棒100。反射壁70还可以连接到下观察室壁65从而形成角度，其中，角度在30度到60度之间。反射壁70可以具有高反射表面72。上观察室60和下观察室65可以具有非反射表面68。优选地，反向散射室75比观察室55大至少两倍。试管25A可以由多种材料制造以节约成本。例如，外壁的可穿透部分50可以由高质量光学玻璃制造，而外壁的第二部分35由与可穿透部分50不同的材料制造。为了确定纳米颗粒的Zeta电位，上观察室壁60和下观察室壁65可以彼此电隔离并且带电67+，67-以在观察室55内产生电磁场。本文还公开了本领域技术人员清楚的其他方面、替换利和变型例并且具体地当为本专利技术的一部分。本专利技术仅仅在由专利局根据本申请或相关申请而允许的权利要求中提出，以及以下某些实施例的概述不以任何方式限制、界定或者以其他方式构成法律保护的范围。附图说明参照以下附图能够更好地理解本专利技术。附图中的部件不一定是按照比例的，反之，重点放置在清楚地示出本专利技术的示例方面。在附图中，不同的视图和/或实施例中的相同的附图标记表示相应的部分。应当理解，某些部件和细节可能没有出现在附图中以辅助更清楚地描述本专利技术。图1示出用于使用电磁能量检测纳米颗粒的系统。图2示出引起模糊图像和容积不确定性的反向散射效果。图3示出可以放置在传统试管的内侧的试管插入件的轴测图。图4是图3的试管插入件的剖视侧视图，其示出电磁光片的路径。图5是图3的放置在传统试管的内侧的试管插入件的俯视图。图6示出图3的试管插入件的制造可以通过切割、弯曲和焊接或粘合材料(例如，铝)薄片完成。图7是可以使用的试管插入件的替换实施例的剖视侧视图。图8是传统试管的内侧的图7的试管插入件的俯视图。图9是传统试管的外侧的图7的试管插入件的轴测图。图10示出图7的试管插入件的制造可以通过切割、弯曲和焊接或粘合材料(例如，铝)薄片完成。图11示出为了节约成本而利用不同材料制造的新颖的试管。图12是可以用于在观察室中产生电场的试管插入件的替换实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于观察颗粒的系统(10)，所述系统包括：光源(15)，其用于产生指向试管(25)的电磁能量(20)；传感器(30)，其用于检测所述试管内的电磁能量；并且所述试管包括：界定容积(45)的外壁(35)和底板(40)，其中，所述外壁的至少一部分对于所述电磁能量是可穿透的(50)，并且其中，所述容积适合于容纳悬浮液体和所述颗粒；观察室(55)，其包括：从所述外壁延伸的上观察室壁(60)和从所述外壁延伸的下观察室壁(65)，其中，所述上观察室壁和所述下观察室壁与所述底板大致平行；反射壁(70)，其与所述上观察室壁和所述下观察室壁相邻；反向散射室(75)，其与所述观察室(80)分开并且流体连通，其中，所述反射壁适合于将所述电磁能量反射(85)进入所述反向散射室。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.01 US 62/187,391;2016.02.08 US 15/018,5321.一种用于观察颗粒的系统(10)，所述系统包括：光源(15)，其用于产生指向试管(25)的电磁能量(20)；传感器(30)，其用于检测所述试管内的电磁能量；并且所述试管包括：界定容积(45)的外壁(35)和底板(40)，其中，所述外壁的至少一部分对于所述电磁能量是可穿透的(50)，并且其中，所述容积适合于容纳悬浮液体和所述颗粒；观察室(55)，其包括：从所述外壁延伸的上观察室壁(60)和从所述外壁延伸的下观察室壁(65)，其中，所述上观察室壁和所述下观察室壁与所述底板大致平行；反射壁(70)，其与所述上观察室壁和所述下观察室壁相邻；反向散射室(75)，其与所述观察室(80)分开并且流体连通，其中，所述反射壁适合于将所述电磁能量反射(85)进入所述反向散射室。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述试管还包括：混合室(90)，其与所述观察室分开并且流体连通，所述混合室包括混合棒(100)。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述反射壁与所述下观察室壁形成角度，其中，所述角度在30度到60度之间。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述反射壁包括反射表面(72)。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述上观察室壁和所述下观察室壁具有低反射或非反射表面(68)。6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述反向散射室大于所述观察室。7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述外壁的所述可穿透部分由高质量光学玻璃制造。8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述外壁的第二部分(105)由与所述可穿透部分不同的材料制造。9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述上观察室壁和所述下观察室壁彼此电隔离并且带电(67+，67-)以在所述观察室内产生电磁场。10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述试管底板(40)和所述下观察室壁(65)是相同的结构。11.一种用于观察颗粒的试管(25)，所述试管包括：界定容积(45)的外壁(35)和底板(40)，其中，所述外壁的至少一部分对于电磁能量是可穿透的(50)，以及其中，所述容积适合于容纳悬浮液体和所述颗粒；观察室(55)，其包括：从所述外壁延伸的上观察室壁(60)和从所述外壁延伸的下观察室壁(65)，其中，所述上观察室壁和所述下观察室壁与所述底板大致平行；反射壁(70)，其与所述上观察室壁和所述下观察室壁相邻；反向散射室(75)，其与所述观察室(80)分开并且流体连通，其中，所述反射壁适合于将所述电磁能量反射(85)进入所述反向散射室。12.根据权利要求11所述的试管，还包括：混合室(90)，其与所述观察室(95)分开并且流体连通，所述混合室包括混合棒(100)。13.根据权利要求11所述的试管，其中，所述反射壁与所述下观察室壁形成角度，其中，所述角度在30度到60度之间。14.根据权利要求11所述的试管，其中，所述反射壁由反射材料(72)制造。15.根据权利要求11所述的试管，其中，所述上观察室壁和所述下观察室壁具有非反射表面(...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾恩·J·塔塔科维兹，里克·库珀，
申请(专利权)人：曼塔仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US