具有减小的功率阀值的ＨＩＦＵ引致空化制造技术

本发明专利技术涉及高强度聚焦超声波装置。此外，本发明专利技术涉及用于以声能照射液体样品以在液体样品中产生空化的设备。所述设备（１００）包括超声源并且适于接收卡盒（１０５），使得所述设备将从超声源发射的ＨＩＦＵ波聚焦到在所述卡盒内存在的液气界面上。当卡盒被插入到所述设备的接收部分内时执行所述聚焦。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于引致空化的声学装置。具体地，本专利技术涉及用于以声能照射样品以在液体样品中产生空化的设备、用于以声能照射液体样品以在液体样品中产生空化的设备的卡盒、用于以声能照射液体样品的系统、计算机程序元件、计算机可读介质、以及用于以声能照射液体样品以在液体样品中产生空化的方法。
技术介绍
在分子装置应用领域中已经越来越多地使用高强度聚焦超声波(HIFU)来克服已知的处理样品技术中的问题。借助于聚焦到样品上的声能，能够以有效的方式引起声物理 (sonophysical)和声化学(sonochemical)反应。此外，近年来，已经实现了在样品进结果出(sample-in result-out)装置、也称为微型全分析系统或片上实验室的多个方面的进展。例如，集成化和微型化导致如下需求的系统相对较小、可接受的样品污染风险、测试的高灵敏度和短周转时间以及每次测试的较低成本。此外，在样品放入与结果产生之间应需要最小的操作者干预。操作者干预能够由相对不熟练的操作者进行并且适度地需求操作环^Ml O空化被定义为当液体的压强低于其蒸气压时在液体的内部区域中形成气泡的现象。在分子分析装置中，空化可以用于在要由HIFU进行处理的样品内获得细胞的裂解、而且类似于混合液化的其他处理功能可由HIFU引起。在已知的技术中，混合和裂解的处理功能需要不同的功率水平，这可能使得在单一腔中进行上述两项处理功能变得复杂化。为了提供较高功率系统，使用较大的换能器并且可以应用液体冷却以避免过度加热。
技术实现思路
本专利技术的目的可以是提供一种利用减小的功率进行的HIFU样品处理。定义和缩写应注意的是，在本专利技术的上下文中，将使用如下的定义和缩写高强度聚焦超声波(HIFU)在本专利技术的上下文中，术语“HIFU”用作聚焦的声场，该聚焦的声场具有在0.2MHz 至IOMHz的范围内的源频率、具有选定为在聚焦带中充分有效地生成高压强冲击波和/或空化的振幅。聚焦带的尺寸(长度和直径)取决于超声源换能器的类型(例如，平直超声源换能器的天然聚焦或圆锥形/球形超声源换能器的强制聚焦)。用于所指示的频率范围的示例性长度等级是(亚)毫米。样品进结果出系统一种接收(例如，生物)样品、执行全部所需的准备步骤以对任一种事实的检测做好准备、运行检测且输出检测结果的系统。例如，能够提供一种用于样品(例如血液或其他细胞)的分子分析的装置，该装置提供了从供应天然未处理的样品到结果分析的全部必要的分析步骤。界面/界面介质在本专利技术的上下文中，声能的传播路径可以由诸如超声源、全固体结合器和卡盒的若干部件组成。为了描述传播路径中的这些不同元件进行相互物理接触的过渡区或区域，使用术语界面或界面介质。例如，如果结合器与卡盒物理接触，则结合器的界面介质描述了在结合器中使用的、在结合器与卡盒相接触的该区域内的材料。设备/装置在本专利技术的上下文中，表述“装置”包括分子诊断装置以及其他装置。装置的应用可以例如是保健/生命科学、食品工业、兽医实践和法医学应用。样品应清楚地注意的是，术语“样品”可以包括利用根据本专利技术的装置进行处理的用于分子分析的样品。例如，血液、培养血、尿、抽吸物、具有类似水的粘度的样品、异质样品或在类似BAL的承载器上的样品、唾液、气管吸出物、CSF、带有病原体的医用海绵和/或刷子。 然而，这并不意味着任意其他种类的物质、固体、液体、气体或其任意组合从样品中排除且从受到本专利技术的聚焦声能照射中排除。样品的处理在本专利技术的上下文中，术语“处理”或“处理的”用于描述聚焦声能与样品的相互作用。通过HIFU引起在样品中的多种声化学和/或声物理反应，以产生例如混合、分散、搅动、从医用海绵或刷子中的洗脱、液化、裂解或细胞释放之类的功能。根据本专利技术的示例性实施例，提供了一种用于以声能照射液体样品以在液体样品中产生空化的设备。所述设备包括用于发射高强度超声波的超声源。此外，所述设备适于接收卡盒。例如，所述设备包括用于接收卡盒的接收部分。卡盒容纳液体样品和液气界面。 此外，所述设备聚焦高强度超声波，以使得当卡盒由所述设备(例如由接收部分)接收时， 在卡盒内的液气界面上方生成液体的喷泉。换言之，该设备与卡盒相结合，所述卡盒不是流动穿透式卡盒、而是首先提供液体样品并且其次提供在液体样品上方的气体容积。因此，卡盒内具有位于液体样品与气体容积之间的分界层。此外，所述设备适于在接收部分接收卡盒，以建立起用于高强度超声波从超声源到卡盒及由此到液体样品的传播路径。生成喷泉的聚焦可以通过各种不同的方式实现。例如，所述设备可以聚焦成直接在液气界面上、而且也可以聚焦成低于该界面而进入到液体样品内、或者高于该界面而可以由此聚焦到由卡盒所提供的高于液气界面的气体容积内。所有这些实施例都可以包含在术语“聚焦在液气界面上”中。所有可能的聚焦可能性的一个重要方面在于生成喷泉。从喷泉回到液体样品中的喷泉液滴可以在液体样品内引致空化过程。回到液体内的液滴可以引入小气泡和/或气膜，所述小气泡和/或气膜又可以是用于空化的起始点。为了更加精确，在下文中详细描述了聚焦的示例性实施例作为聚焦的第一示例性实施例，在超声源和/或诸如透镜的可能的聚焦元件的焦距大于从超声源到液气界面的距离的情况下，虚焦点位于液气界面的上方并且由此位于卡盒的气体容积中。对于该条件，可以容易实现喷泉的形成。在该情况下，从超声源传播到液气界面的一定量的HIFU波没有传输到在该界面上方的气体容积内，而是被反射回样品内。 由此，反射回的HIFU波或多或少地聚焦在液气界面上。应清楚地注意的是，在描述本专利技术时应包括这种方法的聚焦，即，提供在液气界面上方的气体容积中的虚聚焦区域或虚焦斑。 如上所述，经由在液气界面处的回反射进行聚焦。本专利技术的一个重要方面在于所述设备以这种方式将HIFU波聚焦在液气界面上，以使喷泉被生成。这可以减小空化所需的功率阀值。当然，HIFU波直接和明确地聚焦在液气界面上能够作为由所述设备聚焦HIFU波的第二示例性实施例。这也可以生成使功率阀值减小的喷泉。因为所述设备将所发射的具有足够高功率的HIFU波聚焦在液气界面上，所以在所聚焦的HIFU波的聚焦带中生成喷泉。下文描述由所述设备聚焦HIFU波的第三示例性实施例在超声源和/或诸如透镜的可能的聚焦元件的焦距小于从超声源到液气界面的长度的情况下，焦点或焦斑可以位于液体样品中。从焦斑或聚焦带到液气界面的示例性距离可以是范围为lcm-2cm之间，其中聚焦带位于在卡盒中的液气界面之下的液体内。由此，一个重要的方面在于具有略低于液气界面的焦斑的该聚焦生成了喷泉，并且由此减小了用于样品中的空化所需的功率阀值。此外，应明确地注意的是，不应误解术语焦距，原因在于其建议了点聚焦。实际中， 聚焦形状的范围可以从点状到圆柱状(对于弱聚焦弯曲超声源或天然聚焦平直超声源)。 重要的是注意到，利用弱聚焦或弱聚焦超声源，喷泉可以形成在流体高度的较大范围上。还应当注意的是，对于较大的超声源输入功率，距液气界面(即液体表面)的距离可以增大， 这使得HIFU波能够处理或加工卡盒中的较大容积。换言之，提供了一种用于分子诊断的设备，以提供具有减小的功率阀值的空化。由所聚焦的HIFU波生成的喷泉的返回液滴由此作为样品内的成核特征。换言之，本专利技术的该示例性实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．用于以声能照射液体样品（１０１）以在所述液体样品中产生空化的设备（１００），所述设备包括：超声源（１０２），所述超声源用于发射高强度超声波（１０３）；其中，所述设备适于接收卡盒（１０５），所述卡盒容纳所述液体样品和液气界面（１０６）；所述设备适于聚焦所述高强度超声波，以使得在所述卡盒由所述设备接收时，在所述卡盒内生成在所述液气界面上方的液体的喷泉（１０８）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·R·范多尔恩，
申请(专利权)人：比奥卡尔齐什股份有限公司，
类型：发明
国别省市：CH