用于在分散流体中进行光学或电学测量的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种在分散流体的样品中进行光学或电学测量的方法，该样品包含粒子和流体。该方法包括以下步骤：a)将样品定位在具有共振频率的微流体腔中，b)使样品在腔中经受声驻波，该声驻波被配置用于使粒子聚集在腔的至少一个第一区中，从而使流体占据腔的至少一个第二区，其中声驻波的频率在低于共振频率的频率和高于共振频率的频率之间变化，和c)在腔的至少一个第二区中的至少一个中的流体中进行光学或电学测量。变化频率确保可再现的结果。本发明专利技术还涉及一种用于此的系统以及一种用于测量血细胞比容的方法和系统。

Methods and systems for optical or electrical measurements in dispersed fluids

The present invention relates to a method of optical or electrical measurement in a sample of dispersed fluid, which contains particles and fluids. The method comprises the following steps: a) locating the sample in a microfluidic cavity with resonance frequency, b) subjecting the sample to standing acoustic waves in the cavity, which are configured to enable particles to gather in at least one first region of the cavity, so that the fluid occupies at least one second region of the cavity, where the frequency of standing acoustic waves varies between frequencies lower than the resonance frequency and frequencies higher than the resonance frequency. Optical or electrical measurements are made in at least one of the fluids in at least one second region of the cavity. Variable frequency ensures reproducible results. The invention also relates to a system for this purpose and a method and system for measuring hematocrit.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在分散流体中进行光学或电学测量的方法和系统
本专利技术总体涉及用于在分散流体中进行光学或电学测量方法和系统的领域。此外，本专利技术具体涉及在生物流体中进行吸光度测量的领域，其中吸光度是在没有粒子和/或细胞的流体的一部分中测量的。
技术介绍
分散流体由粒子分散在一个或多个连续相、例如流体中而构成。一种特别令人感兴趣的分散流体是血液，其由约45％的红细胞或红细胞、约0.7％的白细胞或白细胞、以及其余的约54.3％血浆构成，然而，这些值可在个体之间变化并且在一些疾病中这些值也可能变化很大，其中红细胞的体积分数可以是血液体积的25-60％。对血液样品进行的光学或电学测量包括用于确定血液样品中游离血红蛋白浓度的吸光度测量，该测量是对已经破裂从而将血红蛋白释放到血浆中的红细胞的量的指示。溶血程度，即已破裂的红细胞的量是用于直接评估患者健康状况的重要诊断参数。进一步感兴趣的如溶血，以及红细胞内容物到血浆中的相应释放，将影响对血液样品进行的其它测量的结果。通常使用血气分析来分析血液样品，其中确定氧气和二氧化碳的分压，以及样品的许多其它参数例如pH、HCO3-、p50、sO2、碱过剩、ctHb、COHb、MetHb、Ca2+和K+。当与从非溶血的血液样品获得的值相比时，这些通常测量的参数中的至少八个中pH、pO2、sO2、COHb和Ca2+受到报告(return)较低的值、而pCO2、HCO3-和K+受到报告较高的值的影响。游离血红蛋白的量可以通过在血液的无细胞部分中的吸光度测量来确定。该无细胞部分通过使红细胞和白细胞在重力下或在离心机中自发沉淀而产生，使得血液样品被分成包含透明血浆的第一部分和包含血细胞的第二部分。然而，这些方法的缺点在于它们需要大量的时间(自发沉降)或需要昂贵的设备(离心机)，并且对于整合到处理少量血液的自动化系统中不实用。DE102004013960提出了一种确定无菌容器、即血袋中的溶血程度的方法，其中超声波用于在连接血袋的管件中产生或加速血细胞沉降，由此旨在形成光学上透明的血浆区域以供光学地确定血红蛋白的浓度。由于没有提供工作实例，所以超声波是否实际上可以如所提出的那样使用仍然存疑-特别是本专利技术人已经意识到由于血袋和管件的非标准化尺寸，血细胞是否可以如所提出的那样与血浆分离会将不能确定。此外，该方法不适用于来自抽血或刺手指的小体积样品。US2016/202237A1公开了用于分析物检测以及颗粒物承载流体例如全血中的分析物的装置和方法，其具有用于从流体中分离粒子的仪器，例如声换能器，该仪器与检测器整合，检测器用于在分离颗粒物承载流体中的粒子的同时分析一种或多种颗粒物承载流体分析物。AndreasLenshof等人：“Acoustofluidics8:Applicationsofacoustophoresisincontinuousflowmicrosystems”,LABONACHIP，第12卷，第7期，2012年3月7日，公开了声泳在连续流微系统中的应用。US4854170A公开了一种用于确定血细胞比容的超声设备，其使用置于微量血细胞比容毛细管中的血液样品，并将该管与以一定频率操作的超声换能器联接以将红细胞聚集成带，其厚度，相对于其余血浆带的厚度，是血细胞的血细胞比容的指征。Dae-CheolSeo等人：“Ultrasonixflow-throughfiltrationofmicroparticlesinamicrofluidicchannelusingfrequencysweeptechnique”JournalofmechanicalScienceandtechnology，第27卷，第3期，2013年3月1日)公开了使用频率变化超声波的流通式粒子过滤，超声驻波的频率扫描使粒子移过微通道，以无需屏障就过滤掉粒子。MarkV.Brooks：在“UltrasonicInspectionTechnologyDevelopmentandSearchUnitDesign”中的“2.2.2AcousticPropertiesofCrystalMaterials”，2012年1月1日，JohnWiley&Sons，公开了一些材料的平均声学特性。
技术实现思路
本专利技术旨在避免先前已知的用于在分散流体例如血液中进行光学或电学测量的方法的上述缺点和不足，特别是在获得用于测量的透明部分时使用重力或离心所伴随的缺点。因此，本专利技术的主要目的是提供一种在分散流体中进行光学或电学测量的方法。本专利技术的另一个目的是提供一种用于在分散流体中进行光学或电学测量的微流体系统。根据本专利技术的第一方面，上述目的中的至少一个或者将从以下描述中变得明显的其它目的中的至少一个通过在分散流体的样品中进行光学或电学测量的方法而实现，所述样品包含粒子和流体，所述方法包括以下步骤：a)将样品定位在具有共振频率的微流体腔中，b)使样品在腔中经受声驻波，所述声驻波被配置用于使粒子聚集在腔的至少一个第一区中，从而使流体占据腔的至少一个第二区，其中声驻波的频率在低于共振频率的频率和高于共振频率的频率之间重复变化，以及c)在腔的至少一个第二区中的至少一个中的流体中进行光学或电学测量。因而，本专利技术是基于本专利技术人的如下发现：即虽然通常需要非常高精度形成的微流体腔和适当的精细调谐的声驻波频率以获得适当的粒子聚集或分离，但通过如在根据本专利技术第一方面的方法中所限定的那样重复改变所述频率，可以在很大程度上省去这些要求。由此，通过在低于共振频率的频率和高于共振频率的频率之间改变频率，实现了在腔的所述至少一个第一区中更稳定的粒子聚集。这是出乎意料的并且与早先在单一频率下的实验相比表现出显著进步，在早先的实验中微流体腔中的小的不规则部或声驻波频率的轻微失谐均导致聚集/分离不充分。此外，令人惊讶的是，尽管频率变化，本可以预期由于在最佳频率下的驱动只能在一小部分时间内进行，所以会使粒子的聚集或分离效率降低；然而却实现了快速且可再现的粒子聚集。因此，根据本专利技术第一方面的方法是有用的，因为即使在制造有较大公差的具有腔的基板并因此各个基板之间共振频率不同的情况下，它都提供了有效的粒子聚集，从而提供用于使用便宜的一次性基板。这使得在分散流体中实施医疗点光学或电学测量更容易和更便宜，并且不需要耗时的离心。该方法省去了原本必须的每个芯片/基板和每次测量的例行校准程序或者在操作期间对粒子聚集的视觉或其它监视，因为它根据样品类型来补偿声速。这进一步使得当使样品经受声驻波时，在相对于腔的更可预测和可再现的位置形成所述至少一个第二区。这使得更容易进行光学或电学测量，此外这允许布置检测器，使其在使样品经受声驻波之前被引向所述至少一个第二区中的一个。这使得可以使用简单的检测器，例如单个光源和单个光电检测器或光电二极管，或简单的电极，当制造有较大公差的基板时也是如此，因为可以预期在要进行光学或电学测量的第二区每次都在相对于腔的尺寸的大致相同的位置形成，这在以单一频率进行致动时通常不是这种情况。光学测量包括吸光度测量、荧光测量、拉曼光谱、化学发光和散射。电学测量包括电阻抗(光谱)测量、电化学测量、伏安法、导电性。优选地，光学或电学测量是吸光度测量。吸光度测量可包括光学吸光度测量、光学透射度测量、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在分散流体的样品(2)中进行光学或电学测量的方法，所述样品包含粒子(4)和流体(6)，所述方法包括以下步骤：a)将所述样品(2)定位在具有共振频率的微流体腔(12)中(1000)，b)使所述样品(2)在所述腔(12)中经受声驻波(1002)，所述声驻波被配置用于使所述粒子(4)聚集在所述腔的至少一个第一区(32)中，从而使所述流体(6)占据所述腔(12)的至少一个第二区(36，38)，其中所述声驻波的频率在低于所述共振频率的频率和高于所述共振频率的频率之间重复变化，以及c)在所述腔的所述至少一个第二区中的至少一个中的流体中进行光学或电学测量(1004)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.07 EP 16192938.5;2016.10.07 EP 16192939.31.一种在分散流体的样品(2)中进行光学或电学测量的方法，所述样品包含粒子(4)和流体(6)，所述方法包括以下步骤：a)将所述样品(2)定位在具有共振频率的微流体腔(12)中(1000)，b)使所述样品(2)在所述腔(12)中经受声驻波(1002)，所述声驻波被配置用于使所述粒子(4)聚集在所述腔的至少一个第一区(32)中，从而使所述流体(6)占据所述腔(12)的至少一个第二区(36，38)，其中所述声驻波的频率在低于所述共振频率的频率和高于所述共振频率的频率之间重复变化，以及c)在所述腔的所述至少一个第二区中的至少一个中的流体中进行光学或电学测量(1004)。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述声驻波被配置用于使所述粒子(4)聚集在所述腔(12)的一个或两个第一区(32’，34’)中。3.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括以下步骤：d)产生所述样品(2)通过所述腔(12)的流动(1006)。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述腔(12)是长形的，并且在一端与入口(14)流体连接且在另一相反端与出口(16)流体连接。5.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述腔(12)在基板(10)中形成。6.根据权利要求5所述的方法，其中用于引起所述声驻波的超声能量从至少一个超声换能器(22’)仅经由与所述超声换能器和所述基板(10)连接的玻璃耦合构件(30)被传递到所述基板。7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述样品(2)是血液样品，从而所述粒子至少包含红细胞(4)，并且所述流体至少包含血浆(6)。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述光学或电学测量是吸光度测量，包括确定所述血浆(6)中的游离血红蛋白的量或浓度。9.根据权利要求7或8所述的方法，其中所述方法还包括以下步骤：d)通过测量所述至少一个第一区(32)的体积与所述至少一个第二区(36，38)的体积来确定所述至少一个第一区(32)中的红细胞(4)的体积与所述至少一个第二区(36，38)中的血浆(6)的体积之间的关系(1008)，以及e)基于所述关系确定所述血液样品的血细胞比容(1010)。10.一种用于在分散流体的样品(2)中进行光学或电学测量的微流体系统，所述样品包含粒子(4)和流体(6)，所述系统包括：基板(10)，所述基板(10)具有在所述基板中形成的微流体腔(12)，所述微流体腔具有允许所述样品进入所述微流体腔的入口(14)，超声换能器(22”)，所述超声换能器(22”)与所述基板连接，用于在所述微流体腔中产生声驻波，驱动电路(70)，所述驱动电路(70)与所述超声换能器(22”)可操作地连接并且被配置为以在低于所述微流体腔的共振频率的频率和高于所述共振频率的频率之间重复变化的频率来驱动所述超声换能器，以使得所述粒子聚集在所述腔的至少一个第一区(32)，从而使所述流体占据所述腔的至少一个第二区(36，38)，和检测器(64)，所述检测器(64)被布置用于在所述腔的所述至少一个第二区中的至少一个中的流体中进行光学或电学测量。11.根据权利要求10所述的微流体系统，还包括：外壳(50)，所述外壳(50)包括被布置成容纳所述基板(10”)的至少部分的容器(52)，其中所述超声换能器(22”)设置在所述外壳中并且被布置成当所述基板被容纳在所述容器中时与所述基板...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·奥古斯特森，P·D·奥尔森，O·雅各布森，K·皮特森，G·布兰肯斯坦，J·科里莫，E·肖恩布伦，
申请(专利权)人：阿库索特公司，仪表实验室公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE