使用同时探测的光散射测量制造技术

公开了一种用于测量粒子特征的方法和装置。在一个方面，探测在光和悬浮样本之间的相互作用所引起的光量，并同时获得来自不同方向的光子数。接下来可至少部分基于在来自获得步骤和探测步骤的信息之间的同步，取得粒子特征的至少一个测量结果。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及对粒子特征的测量，包括对非常小的粒子的动态测量。
技术介绍
基于实践和理论基础都公知的是，被小于光的波长的粒子散射的光的强度与粒子 大小有很大关系。在粒子半径小于照射光波长的十分之一的瑞利散射极限中，散射强度与 粒子半径的六次方成比例，并且基本与散射角无关。在这个极限以上，对角度的依赖性变 得明显。为描述此范围中的散射，需要知道粒子的光学特性，并且粒子的形状也变得很重 要。Gustave Mie的数学处理可以被用作预测所有这些范围内的球形粒子的散射。Dave的 计算机程序是计算这些效应的一种方便的工具，并且该程序可从Bohren，C. F.和Huffman， D.R.所著的、由 Wiley 于 1983 年在纽约出版的“Absorption and Scattering of Lightby Small Particles” 一书的附录获得。图1示出折射率为1. 6且吸收可忽略的IOnm到10 微米的粒子对633nm波长的光的散射(从上面的Bohren和Huffman得到)。容易看出，对 于粒子尺寸小于IOOnm的情况，散射角相对不重要，然而对于大粒子尺寸情况，散射图样变 化，其中散射角越大，变化越大。可用于计算具有特定粒子尺寸和折射率的球体的散射的计算机程序被包含在 Bohren, C. F.禾Π Huffman，D. R.所著的、由 Wiley 于 1983 年在纽约出版的“Absorption and Scattering of Light by SmallParticles” 一书的附录中。这篇论文基于 J. V. Dave 于 1968年出版的早期作品。上述引用的所有文件都通过参引的方式被纳入本文。应注意到，在大约1微米时，前向-反向散射比约为104。因此，针对含有小的主 导粒子和较大的物质的样本的光散射测量结果对少量的大粒子、或者甚至是对单个的大粒 子是非常敏感的。这些不期望的杂质会出现在各种系统中；它们可能是主导粒子的聚集 物或一些其他材料。在对生长培养基中所繁殖的病毒粒子进行研究的过程中，例如，经常 出现整个生物细胞或碎片。在流动样本一例如来自尺寸排阻色谱系统(size exclusion chromatography system)的射流一的光散射中，来自流体柱本身的粒子碎片可能和感兴 趣的分子物质相混合。借助同时存在的多个探测器分析从粒子群散射的光的强度分布已被广泛使用， 并且被公知为静态光散射(SLS)；当使用位于透镜的焦平面中的平面阵列探测器或等价 的光学系统进行探测，使被探测的光位于前向方向的一有限角度范围内时，经常使用术语 “激光衍射”。例如，英国马尔文的马尔文仪器公司(Malvern Instruments)提供了诸如 Mastersizer 2000的结合前向、侧向和后向散射的混合系统。
技术实现思路
在本说明书和权利要求中呈现了本专利技术的多个方面。在一个总体方面，描述了一 种在动态光散射实验中同时使用两个或更多个光子计数探测器、或至少一个光子计数和一 个类似探测器的探测方案。这种方案意于在存在不可避免的较大尺寸杂质、灰尘和聚集物 的情况下促进对纳米粒子、生物分子、病毒及类似物质的粒子尺寸的测量。还描述了一种应 用于静态光散射的类似方案。希望此处描述的方法在色谱实验或其他半连续过程中对流动样本的分析具有特 殊价值。在将光散射应用到色谱实验的洗脱液时的主要困难在于，分离柱(separation column)易于从柱基(column matrix)释放或“脱落”粒子。这些粒子远大于色谱样本并且 有可能削弱测量结果。所提出的方案意在解决这个难题。本专利技术会在用生物分子、细胞和病毒的尺寸和质量进行表征方面尤其有用。蛋白 聚集物的探测已经变成一个重要事项，因为蛋白聚集物的存在对蛋白基药物的治疗上的使 用有很大影响。根据本专利技术的系统也应能够改进聚集物比例的定量并且允许对基蛋白有更 准确的测量。通过光散射对病毒粒子的测量常受到生长培养基中存在的杂质的限制。类似 的小细胞如淋巴细胞的样本常伴随有一些较大的细胞或者其光散射将来自目标细胞的信 号淹没的其他材料。又一个应用领域是用于研究纳米粒子的分散，纳米粒子常包含大的聚集物，给出 对这些大聚集物的探测可以产生对主导粒子的改进的测量结果。在又一个总体方面，本专利技术的特征在于一个粒子测量仪器，该粒子测量仪器包括 光源，其具有输出光束路径；样本池，其位于光源的输出光束路径中；以及至少一个光子计 数探测器，其位于所述光束路径外以获得沿第一散射角散射的光。一个附加探测器位于光 束路径外，以获得沿第二散射角散射的光，该第二散射角不同于第一散射角；以及响应于所 述光子计数探测器和所述附加探测器这两者的同时探测逻辑电路。该同时探测逻辑电路具 有粒子特征测量结果输出，以及一个探测器间同步逻辑电路，该同步逻辑电路可操作用于 至少部分基于来自光子计数探测器的信息和来自附加探测器的信息之间的同步来取得粒 子特征测量结果输出。在优选的实施方案中，光子计数探测器可以与光源相同位于样本池的同一边、并 位于光束路径外，以获得反向散射的光，附加探测器相对于光源位于样本池的相对侧，以获 得前向散射的光。附加探测器也可以是光子计数探测器。光源可以是相干可见光源。光源 可以是窄带可见光源。同时探测逻辑电路可以包括动态光散射探测逻辑电路。同时探测逻 辑电路可以实时运行以允许来自附加探测器的信息选通来自光子计数探测器的信息。同时 探测逻辑电路可以在获得来自光子计数探测器和附加探测器的数据之后，对从光子计数探 测器获得的数据和从附加探测器获得的数据进行后处理。同时探测逻辑电路可以包括数据 信号处理逻辑电路。同时探测逻辑电路可以是交互式的。同时探测逻辑电路可操作用于在 存在有较大杂质粒子情况下确定粒子尺寸。同时探测逻辑电路可操作用于在存在有较大杂 质粒子情况下确定粒子相对量。附加探测器可以处于偏离光源的光轴大约5-30度的位置。 附加探测器可以处于偏离光源的光轴大约30-90度的位置。光子计数探测器可以处于偏离 光源的光轴大约7度的位置。该仪器可进一步包括第二光子计数探测器，所述同时探测器 进一步响应于该第二光子计数探测器。第二光子计数探测器可以处于偏离在样本池处的光源的光轴大约90度的位置。该仪器的粒子探测范围可覆盖直径小于IOOnm的粒子。该仪 器的粒子探测范围可覆盖直径小于IOnm的粒子。同时探测逻辑电路可以包括交叉相关逻 辑电路，该交叉相关逻辑电路运行以至少部分基于来自光子计数探测器的信息和来自附加 探测器的信息之间的交叉相关取得粒子特征测量结果输出。当光子计数探测器和附加探测 器的输出之间的交叉相关超过预定的阈值时，交叉相关逻辑电路可以选通来自光子计数探 测器的信息。在又一总体方面，本专利技术的特征是一种测量粒子特征的方法，其包括在悬浮的样 本上照射光，获得由样本散射光引起的光子数，在获得光子数的步骤的同时，探测由光和样 本之间相互作用所引起的光量，其中，所述探测步骤对来自于以下方向的至少一些光进行 探测所述方向不同于获得光子数的方向，并且至少部分基于来自光子计数探测器的信息 和来自附加探测器的信息之间的同步，取得粒子特征的至少一种测量。在优选的实施方案 中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粒子测量仪器，包括：　　光源，其具有输出光束路径，　　样本池，其位于所述光源的所述输出光束路径中，　　至少一个光子计数探测器，其位于所述光束路径外，以获取沿第一散射角散射的光，　　附加探测器，其位于光束路径外，以获得沿不同于第一散射角的第二散射角散射的光，和　　响应于所述光子计数探测器和所述附加探测器这两者的同时探测逻辑电路，其具有粒子特征测量结果输出，其中同时探测逻辑电路包括探测器间同步逻辑电路，其可操作用于至少部分基于来自所述光子计数探测器的信息和来自所述附加探测器的信息之间的同步来得到所述粒子特征测量结果输出。　　１ａ．根据权利要求１所述的仪器，其中，光子计数探测器与光源位于样本池的同一侧，并位于光束路径外以获得反向散射光，并且其中，附加探测器相对于光源位于样本池的相对侧，以获得前向散射光。

【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：F·麦克内尔沃特森，
申请(专利权)人：马尔文仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：GB