粒子追踪分析方法和用于检测及特征化纳米级粒子的装置制造方法及图纸

一种用于光学检测粒子(23)的方法及装置具有下列特征：(a)具有矩形截面、由黑色玻璃制成的组件壁(9)利用L形加热及冷却组件(1)而被装配在纵向表面及接合的横向表面上；(b)组件壁(9)中与形成组件壁(9)支座的横向表面相对的横向表面中央受到照射装置照射，并且通过观察装置于与所述照射装置的光轴呈直角处被观察；(c)通过控制装置，所述照射装置的焦点及所述观察装置的焦点可由马达移动至组件壁(9)所定义的三维线性区域中的任意点；(d)组件壁(9)中与所述照射装置的辐射可通过进入的所述光学玻璃窗(11)相对的表面在它的中心处还包含另一光学玻璃窗(11)；(e)组件壁(9)的表面的温度是通过两个热敏电阻(8)来监测。

Scatter light assisted particle tracking analysis (PTA) method and apparatus for detecting and characterizing nanoscale particles in all types of liquids

For an optical particle detection method and apparatus (23) has the following characteristics: (a) has a rectangular cross section, made of black glass wall components (9) using L shaped heating and cooling assembly (1) are assembled in the longitudinal and transverse surface bonding on the surface; (b) component wall (9 with the formation of components) wall (9) bearing transverse surface opposite lateral surface of the central exposure device irradiated by observing device on the optical axis and the irradiation with right angle was observed; (c) through the control device, the focus of the irradiation device and the focus of observation device by motor move to the assembly wall (9) at any point in three-dimensional linear region defined by the wall; (d) component (9) radiation and the radiation device through the optical glass window into the (11) relative to the surface also contains another optical glass window in its center (11) (Group E); The temperature of the surface of the wall (9) is monitored by means of two thermistors (8).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及利用散射光辅助的粒子追踪分析方法，并涉及用于检测及特征化所有类型液体中具有纳米级粒子的装置。
技术介绍
作为分散材料系统的悬浮液及乳化液通常都是以液体中粒子的形式出现。他们的用途范围会从打印机墨水、到化妆品乳液、到例如量子点的新颖材料。此外，纳米泡泡、水中的粒子、药物施用和外泌体中的粒子(亦即身体细胞所释放的具有送信功能的纳米粒子)也被包含作为液体中的粒子。粒子是以作为原始单独存在的物体、或累积为凝聚物或聚集体的形式出现。在凝聚物中，各自成分具有对彼此的松散连结，而聚集体仅能通过强力而彼此分离(例如通过研磨处理)。在对例如凝聚物或聚集体的粒子的尺寸与形状进行量化方面存在有高度兴趣，以及对定量检测它们的混合物亦是如此。在成像方法的领域中，利用光学显微镜可能可达数百个纳米的尺寸，而利用电子显微镜，则最小尺寸可达数个纳米。然而，还没有方法可以区分凝聚物及聚集体。电子显微镜检视碍于需精细的样品制备及分析的耗时与花费。相较于光学显微镜与电子显微镜，光学的散射光分析是一种用于特征化粒子尺寸的间接测量方法。它被使用是因为小于1微米(1000纳米)的粒子会因绕射限制而无法与直接观察法兼容。在散射光显微镜中，粒子所散射的光被用于粒子的定位及追踪它们在录像中的运动。有两种版本的散射光显微镜：以白光照射的暗视野散射光显微镜以及以激光照射的暗视野激光散射光显微镜(描述于下文)。通过每一个各自粒子的平移布朗扩散运动的分析、及通过斯托克斯-爱因斯坦公式将针对每一个各自粒子所测得的扩散常数后续转换为粒子尺寸，即可得到粒子尺寸分布。当对所述分散材料系统施加电场时，还可另外得到电泳迁移运动，并且由此得到在与周围液体的粒子交界面的电荷。利用例如斯莫路柯维斯基公式的辅助，所测得的电泳移动率被转化为所谓的电动(Zeta)电位。在这个方面，存在有下列考虑：如众所周知，分散系统是被归类于热动力不稳定的系统，这种分散体所能维持稳定的时段对于可用性而言是极为重要的。非常常见的一种不稳定性是源自于粒子凝结，这会导致不可逆的粒子尺寸成长，或导致液体相与粒子相之间完全分离。有数种预防方式可用以减少凝结，其中一种是静电稳定化，在这个例子中，利用了一个事实，即以相同方式带电的粒子会因静电斥力而变得难以靠近。当粒子在它们与媒介的界面上的离子电荷较高时，这种斥力会相应地更有效。对此，至为关键重要的是静电性粒子界面电位“PGP”，特别是通常从电泳移动所得到的电动电位(见上文)。这个电位被视为是决定邻近分散粒子之间的斥力程度的测量，因此它在分散系统的稳定性方面具有重要性。在上述散射光配置中，样品是静置于外部，并且仅有样品内部的粒子会根据它们的尺寸及形状而典型地移动。1)粒子的影响特别是在于它们的大小等级。举例而言，色彩的辉度会特别与尺寸分布有关，并且药物施用效果的部位与载体粒子的尺寸有关，例如脂质体微滴、或涂有蛋白质的金粒子。2)此外，粒子的尺寸提供了关于它们的质量、均匀性和可用性的信息。举例而言，若有过多的一种粒子类型(蛋白质)的凝聚物存在、或是混有其他类型的物质，则可用性会受到质疑。3)粒子形状也代表一种重要的鉴别特征。举例而言，在均质牛奶中，脂肪微滴被分解为300纳米的酪蛋白粒子尺寸；两种成分之间的差异仅在于形状。在DLS、动态光散射、盘式离心及超声波光谱的传统尺寸测量方法中，是无法区分脂肪微滴与酪蛋白彼此的。在大约1微米尺寸以下的粒子的粒子形状目前仅可利用电子显微镜的辅助才可测得。尽管只是统计上及在大量样品制备之后，载体液体中粒子的动态原位观察仍是不可行的。4)在传统DLS散射光方法中，关于尺寸分布结果的正确性的不确定性会因此而与以下事实有关，即来自散射光量的散射光是在单一检测器组件上收集而得到。散射光讯号的扰动被用于尺寸分布。在这个例子中，无法区分所述扰动是否由粒子的平移移动所产生(粒子尺寸的计算是基于平移移动而利用托克斯-爱因斯坦公式的辅助而转换)、或是由未成形粒子的旋转所产生。这是因为旋转粒子聚集体的质量中心变化对于例如聚集的散射光讯号是有贡献的，并且导致“寄生”的微细成分，然而这本身是无法被辨识的。在物质混合物的例子中会发生另一个不确定性，它的散射光行为是不一样的。在物质混合物的例子中，会因此发生各种组成的错误评估。若不同物质的粒子都有相同尺寸，首先甚至无法怀疑在样品中有超过一种的物质类型存在，甚至有较少的组成存在。5)在以电子显微镜作为成像方法时无法测量形状。然而，无法从聚集体中区分出凝聚物。6)因此，需要开发一种能够以类似于电子显微镜的方式来提供图样鉴别的方法，但它是实质上快速且更具经济性的，并且通过样品制备以用于测量而仅涉及极少的样品修改风险。7)此外，需要从通过录像所追踪的各自粒子的独立分析中区分出尽可能多的特征。具体而言，在粒子的位置变化期间，有时候甚至离开显微镜焦点，粒子采用相对于观察显微镜的持续变化的方向，接着可发现各自粒子的高强度振动。所有的这些现象固然都被视为经典的粒子追踪测量方法的困难性。然而，正向地认为，这些困难性都提供以下的极大机会a)从旋转区分出粒子的平移并因此消除寄生性微细组成，及b)录像中在粒子通过期间，从它们的动态行为中得到一组附加信息。这不同于其他方法，例如DLS、电子显微镜与盘式离心法。8)在本专利技术中，因此使用动态多重参数分析作为一项优点，以取得比先前可能的所述动态方法更有价值的信息。9)在PTA方法中的一个重大困难仍保留了需要为纳米粒子分析而产生极高的光对比(视频检测器中的讯号/噪声比)。这是因为纳米粒子的光散射会朝向较小直径而减少超过6个幂次。首先，需要确保微弱发光粒子相对于背景的光对比是呈现最大化，并且不因散射光而衰减。仅利用一个敏感的摄像头，这是无法实现的。在散射光配置中，因为激励的激光光线在边缘与组件壁处的反射而总是存在有寄生光，且这种光也总是会找到进入摄影机的方式。相较于在星象观察期间的最佳黑夜天空，这会是明显的。用于对比度改善的本专利技术方法可被用以对尽可能宽广的尺寸范围中的纳米粒子进行动态图样鉴别。10)PTA测量技术的另一困难性导因在于一次摄影机设定仅能同时记录至多8至1的小尺寸测量范围的事实。在样品具有较宽粒子尺寸分布的情况中，会需要以3次不同的摄影机设定进行多达3个1:3至1:4的样品稀释阶段。结合有直观性摄影机设定的稀释自动化可实质上简化测量，并且在操作上是几乎没有错误的。微型pH探针的附加配件是自动化方向的另一步骤。大部分的PTA使用者都涉及生化医疗诊断，这涉及非常小的样品量，并且通常是涉及个人，他们对于新类型的分析方法会有困难。在样品需要测量电动电位的情况中，重要的是测量及暂存周围液体的离子性质。要特征化粒子界面近处的离子状态的两个重要参数是导电性和pH，它们应一起被自动暂存，并且无法由个人干预。同一申请人的德国专利文献DE 10 2008 007 743 B3中说明了一种与液体中粒子分布的检测有关的方法与装置。在本文中指出，有各种物理方法可用于测量PGP。在习知技艺中，在这方面可特别参照美国专利US3,764,512A，该专利揭露了一种用于比色管14中悬浮液的粒子的光学检测的装置，具有下列特征：a)通过安装座32，以既定方式放置比色管14，b)通过光学照射装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测及特征化组件壁(9)中悬浮液的所有类型液体中具有纳米量级的粒子(23)的装置，具有下述特征：f)具有矩形截面的组件壁(9)，所述组件壁是由黑色玻璃制成并且具有烧结的光学窗(11)，所组件壁具有应用至纵向表面及接合的横向表面的L形加热与冷却组件(1)，所述组件壁(9)是在支架基座(2)上承抵于所述横向表面，通过减振器(4)以既定方式安装所述支架基座，g)所述组件壁(9)在所述横向表面上的中间处通过光学玻璃窗(11)而受到照射装置照射，所述横向表面是位于形成所述组件壁(9)的支撑的横向表面的相对处，且所述组件壁是由观察装置(6,6a)通过另一光学玻璃窗(11)以与所述照射装置的光轴呈直角而加以观察，h)所述照射装置的共同焦点及所述观察装置的焦点可由控制装置以机动化方式于所述组件壁(9)的空间内部区域移动至任意点，i)所述组件壁(9)中与所述照射装置照射通过的所述光学玻璃窗(11)相对的表面在中间还具有另一光学玻璃窗(11)，所述组件壁(9)的这个表面具有在外部覆盖它的相符纳米碳层(5)，j)所述观察装置的所述光轴延伸通过的所述光学玻璃窗(11)所在的所述组件壁(9)的所述表面是通过两个热敏电阻(8)而监测它的温度。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.19 DE 102014007355.61.一种用于检测及特征化组件壁(9)中悬浮液的所有类型液体中具有纳米量级的粒子(23)的装置，具有下述特征：f)具有矩形截面的组件壁(9)，所述组件壁是由黑色玻璃制成并且具有烧结的光学窗(11)，所组件壁具有应用至纵向表面及接合的横向表面的L形加热与冷却组件(1)，所述组件壁(9)是在支架基座(2)上承抵于所述横向表面，通过减振器(4)以既定方式安装所述支架基座，g)所述组件壁(9)在所述横向表面上的中间处通过光学玻璃窗(11)而受到照射装置照射，所述横向表面是位于形成所述组件壁(9)的支撑的横向表面的相对处，且所述组件壁是由观察装置(6,6a)通过另一光学玻璃窗(11)以与所述照射装置的光轴呈直角而加以观察，h)所述照射装置的共同焦点及所述观察装置的焦点可由控制装置以机动化方式于所述组件壁(9)的空间内部区域移动至任意点，i)所述组件壁(9)中与所述照射装置照射通过的所述光学玻璃窗(11)相对的表面在中间还具有另一光学玻璃窗(11)，所述组件壁(9)的这个表面具有在外部覆盖它的相符纳米碳层(5)，j)所述观察装置的所述光轴延伸通过的所述光学玻璃窗(11)所在的所述组件壁(9)的所述表面是通过两个热敏电阻(8)而监测它的温度。2.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：电压源的电极(19)是被分别施加至长方体组件壁(9)的两个端侧，这些电极(19)中的每一个电极都是由外部电极和相关联的内部电极所组成。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：在所述观察装置的所述光轴中设有可将各种滤镜切换到光束路径中的装置(7)。4.根据前述权利要求中的其中一项所述的装置，其特征在于：所述照射装置是激光器(10)，而且所述观察装置是具有显微镜物镜(6a)的数字摄影机(6)。5.根据前述权利要求中的其中一项所述的装置，其特征在于：清洗溶液或稀释溶液的储存容器(12)具有连接的计量泵(13)，所述储存容器是设于所述长方体组件壁(9)的一个端侧，而且用于样品液体的补偿容器(14)是设于另一端侧，设有具有相关联的计量泵(16)的额外样品容器(15)，并且液体是以计量形式从所述储存容器(12)及所述样品容器(15)递送至混合腔室(17)，并且微型pH测量探针是装配在所述混合腔室(17)的区域中。6.一种用于粒子追踪分析的方法，所述方法是利用在组件壁(9)中的悬浮液中具有纳米量级的粒子(23)的散射光的辅助而进行，所述方法具有下列特征：e)所述组件壁(9)是由减振器(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈诺·法其米格，玛格丽特·布克，
申请(专利权)人：梅特里克斯微粒有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE