利用聲力場(chǎng)處理對(duì)象的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于處理通道(2)中的流體(F)、尤其是液體內(nèi)存在的對(duì)象(O)的裝置(1)。所述裝置包括：沿著縱向軸線(X)延伸的通道(2)，所述通道(2)具有橫截面，所述橫截面具有沿著第一橫向軸線(Y)測(cè)量的寬度(L)和沿著與所述第一橫向軸線垂直的第二橫向軸線(Z)測(cè)量的厚度，所述寬度(L)大于或等于所述厚度，所述通道包括沿著所述第二橫向軸線(Z)的第一壁(3)和第二壁(4)；和，聲波發(fā)生器(10)，其在所述通道內(nèi)自所述壁(3；4)中的至少一個(gè)壁產(chǎn)生聲波，所述聲波發(fā)生器(10)在頻率f下工作，該頻率f不同于所述通道(2)的沿著第二橫向軸線(Z)的共振頻率f0。
【專利說明】利用聲力場(chǎng)處理對(duì)象的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通過聲力場(chǎng)處理在通道、尤其是微通道內(nèi)的對(duì)象的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]聲泳可用于通過聲力處理和分類顆粒。在現(xiàn)有技術(shù)已知的常規(guī)技術(shù)中，通過提供用于聲波的共振條件，在沿著通道的維度(長度、寬度或厚度)的給定位置處創(chuàng)建至少一個(gè)聲壓節(jié)點(diǎn)。
[0003]本發(fā)明提供了免除共振條件施加的關(guān)于壓力節(jié)點(diǎn)的位置的約束條件。
[0004]W02006/095117描述了一種流體分離裝置，在該流體分離裝置中能夠產(chǎn)生聲力場(chǎng)。
[0005]W098/17373和W002/072234描述了通過應(yīng)用引起通道內(nèi)的駐波形成的聲力場(chǎng)來分離顆粒的方法。
[0006]Dron 等的文章 “Parametric study of acoustic focusing of particles in amicro-channel in the perspective to improve micro-PIV measurements”(MicrofluidNano-fluid (2009) 7:857-867)，描述了通過在通道內(nèi)形成駐波以提高微-PIV (顆粒圖像測(cè)速)測(cè)量的聲聚焦的用途。
[0007]W02009/071733描述了通過使用在相當(dāng)于微通道的共振頻率的頻率下工作的聲換能器來在所述微通道的寬度上聚焦顆粒。
[0008]W02006/032703描述了一種用于通過將所應(yīng)用的頻率從通道的一個(gè)共振頻率到另一共振頻率的變更(“轉(zhuǎn)換”)來分離顆粒的方法。
[0009]Glynne-Jones 等的文章 “Mode -switching:A new technique forelectronically varying the agglomeration position in an acoustic particlemanipulator^(Ultrasonics 50 (2010) 68-75)描述了通過將工作頻率快速地從通道的一個(gè)共振頻率改變到另一共振頻率，而將聲聚焦高度移置在所述通道的高度的一部分上的可行性。
[0010]Svennebring 等的文章“Selective Bioparticle Retention andCharacterization in a Chip-1ntegrated Confocal Ultrasonic Cavity，，(J.Biotech.Bioeng, 103,323-328(2009))描述了通過在腔的共振頻率下工作來處理細(xì)胞的可行性。
[0011]Petersson等的文章“Separation of lipids from blood utilizing ultrasonicstanding waves in microfluidic channels”(Analyst，2004，129，938-943)描述了通過形成聲駐波而從血液中分離脂類。
[0012]Lipkens 等的文章 “The Effect of Frequency Sweeping and Fluid Flow onParticle Trajectories i n Ultrasonic Standing Waves，， (IEEE Sensors Journal，第 8卷、第6期、2008年6月、667-677)描述了通過沿著宏通道的長度改變產(chǎn)生聲力場(chǎng)的換能器的工作頻率而產(chǎn)生的效應(yīng)的模擬。
[0013]目前，已知的多數(shù)的聲泳方法嚴(yán)重地受到壓力節(jié)點(diǎn)的位置的限制，該壓力節(jié)點(diǎn)的位置由共振條件規(guī)定。[0014]如果存在負(fù)面的聲阻抗對(duì)比因子(例如氣泡、脂質(zhì)或脂質(zhì)體)，顆粒將朝向壓力反節(jié)點(diǎn)遷移。
[0015]還已知文獻(xiàn)W02004/030800，該文獻(xiàn)描述了用于促進(jìn)通道內(nèi)混合現(xiàn)象的裝置的使用，但未提供類似聲聚焦的現(xiàn)象的任何描述。
[0016]此外，已知的方法可不能夠令人滿意地在通道內(nèi)聚焦大量的對(duì)象，尤其對(duì)象的層。
[0017]因此，需要能夠在通道的整個(gè)維度上聚焦對(duì)象的裝置，當(dāng)該裝置在通道的共振頻率下工作時(shí)不僅在對(duì)應(yīng)于所產(chǎn)生的壓力節(jié)點(diǎn)或壓力反節(jié)點(diǎn)的離散位置處聚焦對(duì)象。
[0018]需要提供一種能夠在通道內(nèi)聚焦大量對(duì)象、尤其是對(duì)象的層的裝置。
[0019]需要提供一種裝置，所述裝置允許對(duì)象的聚焦位置根據(jù)通道內(nèi)對(duì)象的特征和/或位置而變化。
[0020]還需要提供一種裝置，該裝置允許在通道內(nèi)存在的對(duì)象的速度矢量的范數(shù)和/或方向和/或指向的改進(jìn)的測(cè)量。
[0021]本發(fā)明意在滿足所述需求中的一些或全部需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022]在本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明涉及一種用于處理通道中的流體、尤其液體內(nèi)存在的對(duì)象的裝置，包括:
[0023]-沿著縱向軸線延伸的通道，所述通道具有截面，所述截面具有沿著第一橫向軸線測(cè)量的寬度以及沿著與所述第一橫向軸線垂直的第二橫向軸線測(cè)量的厚度，所述寬度大于或等于所述厚度，所述通道沿著所述第二橫向軸線具有第一壁和第二壁，
[0024]-聲波發(fā)生器，所述聲波發(fā)生器自所述壁中的至少一個(gè)壁產(chǎn)生聲波，
[0025]所述聲波發(fā)生器在頻率f下工作，該頻率f不同于通道的沿著所述第二橫向軸線的共振頻率f。。
[0026]術(shù)語“通道的縱向軸線”指連接所述通道的所述截面的一組重心的線。通道的縱向軸線可是直線的或曲線的，且可包括在一平面中，對(duì)于所述通道的一些或所有所述截面，該平面可以是對(duì)稱面。
[0027]通道的厚度￡等于沿著所述第二橫向軸線測(cè)量的、第一壁和第二壁所間隔的距離。
[0028]表述為通道的沿著第二橫向軸線的共振頻率”指這樣的&:其使得，在沿著通道的縱向軸線的給定位置處測(cè)量的所述通道的厚度旦，由€ = 定，其中，η為整數(shù)且
λ =十，cf表示在流體溫度(例如20°C )下，聲音在通道內(nèi)存在的流體中的速度。換句
Jo
話說，頻率fo等于理論頻率，該理論頻率在沿著所述通道的縱向軸線的給定位置處，滿足通道內(nèi)聲波的共振條件且引起形成沿著其第二橫向軸線、換句話說沿著其厚度的駐波。
[0029]發(fā)明人已經(jīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)證實(shí)可以在通道的厚度的大部分上改變聲聚焦位置。通過在所述通道的厚度上產(chǎn)生聲波且在不同頻率(每一頻率不同于所述通道的沿著其第二橫向軸線的共振頻率)之間改變聲波發(fā)生器的工作頻率，實(shí)現(xiàn)了這種效果。
[0030]不希望受限于任何解釋或理論，發(fā)明人認(rèn)為，通過在厚度上產(chǎn)生聲力場(chǎng)，而不是在如W02009/071733中的寬度上產(chǎn)生聲力場(chǎng)，可限制聲流的效應(yīng)。
[0031]因此，本發(fā)明提供了免除對(duì)聚焦位置的離散位置的限制，從而構(gòu)成了在通過聲力場(chǎng)處理通道內(nèi)的對(duì)象的領(lǐng)域上的重大創(chuàng)新。
[0032]有利地，通過聲聚焦形成對(duì)象的至少一個(gè)層。
[0033]還有利地，通過所產(chǎn)生的聲波，在流體內(nèi)形成聲壓的至少一個(gè)極值。
[0034]優(yōu)選地，對(duì)象層聚焦在由所產(chǎn)生的聲波而在流體內(nèi)形成的聲壓(聲節(jié)點(diǎn)或聲反節(jié)點(diǎn))的極值處。例如，形成不同對(duì)象的多個(gè)層，這些層中的各個(gè)層在不同的聲壓極值處存在。
[0035]所形成的對(duì)象層沿著通道的縱向軸線可具有細(xì)長形狀，且當(dāng)在與層的扁平面垂直的方向上觀看時(shí)，可例如是橢圓形的或矩形的。在變型中，當(dāng)在與層的扁平面垂直的方向上觀看時(shí)，所形成的對(duì)象層可具有圓形的或正方形的形狀。
[0036]聲波發(fā)生器
[0037]例如，聲波發(fā)生器可以在等于或小于IOMHz的頻率下工作，尤其在從0.5MHz至IOMHz的范圍內(nèi)的頻率下工作。
[0038]通過在這些頻率范圍內(nèi)使用聲波發(fā)生器，有利地，可處理活細(xì)胞，而不損傷活細(xì)胞。
[0039]聲波發(fā)生器優(yōu)選地在頻率f下工作，該頻率f不同于&且在0.75f0至1.25f0的范圍內(nèi)，尤其從0.75f0到0.95f0或者從1.05f0到1.25f0的范圍內(nèi)。
[0040]通過在接近共振頻率的這些頻率范圍內(nèi)使用聲波發(fā)生器，可有利地形成足夠大的聲力，以提供令人滿意的顆粒的聚焦。
[0041]聲波發(fā)生器優(yōu)選地為寬頻帶聲波發(fā)生器。
[0042]多個(gè)聲波發(fā)生器可沿著通道進(jìn)行布置且可從所述第一壁和第二壁中的至少一個(gè)壁產(chǎn)生聲波，尤其，所述聲波發(fā)生器可定位在通道的同一側(cè)上。
[0043]當(dāng)流體以高速流動(dòng)時(shí)或者要產(chǎn)生大顆粒的層時(shí)，多個(gè)聲波發(fā)生器的使用是有利的。在第一種情況下，隨著流體速度增大，在發(fā)生器下的飛行時(shí)間減少。這可需要使用較大數(shù)量的換能器，以實(shí)現(xiàn)聚焦。在第二種情況下，例如在不進(jìn)行流動(dòng)的情況下，可使用多個(gè)聲波發(fā)生器以形成大顆粒的層。
[0044]當(dāng)使用多個(gè)聲波發(fā)生器時(shí)，它們中的至少一個(gè)可沿著通道的第一橫向軸線產(chǎn)生聲波，即沿著通道的寬度產(chǎn)生聲波。
[0045]在上一情況下，寬度/厚度比可在I至10、尤其I至3的范圍內(nèi)。
[0046]通過在厚度上和寬度上施加聲力場(chǎng)，可有利地將一組顆粒(例如一行顆粒)移動(dòng)至通道的任何區(qū)域內(nèi)，從而受益于較大量的可用于聲聚焦的位置。
[0047]聲波發(fā)生器可被提供有正弦電壓。在變型中，聲波發(fā)生器可被供給有三角波電壓或方波電壓。
[0048]聲波發(fā)生器可通過數(shù)字控制或模擬控制進(jìn)行工作。
[0049]例如，聲波發(fā)生器可被固定至通道的第一壁和第二壁或上述兩個(gè)壁。可通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何方式、尤其通過膠合的方式來實(shí)施該固定。
[0050]聲匹配材料層可存在于所述聲波發(fā)生器和所述通道的第一壁和第二壁中的至少一個(gè)壁之間。[0051]可通過使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的適于該目的任何材料來提供聲匹配。
[0052]誦道
[0053]關(guān)于沿著通道的縱向軸線的移動(dòng)，通道的厚度可以是恒定的或者可變化的，其中，例如至少兩個(gè)區(qū)域以軸向順序定位且具有不同的厚度。
[0054]例如，在通道長度的至少一部分上、尤其在整個(gè)通道長度上，所述通道可具有小于3cm、或者優(yōu)選小于Icm的厚度。例如，通道為微通道。
[0055]術(shù)語“微通道”指在其整個(gè)長度上厚度等于或小于Imm的通道。
[0056]在通道長度的至少一部分上、尤其在整個(gè)通道長度上，通道的厚度可在50 μ m至1mm、優(yōu)選地100 μ m至500 μ m的范圍內(nèi)。
[0057]關(guān)于沿著通道的縱向軸線的移動(dòng)，通道的寬度可以是恒定的或者可變化的，其中，例如至少兩個(gè)區(qū)域以軸向順序定位且具有不同的寬度。
[0058]在通道長度的至少一部分上、尤其在整個(gè)通道長度上，通道的寬度可在Imm至30mm、優(yōu)選地在5mm至20mm的范圍內(nèi)。
[0059]關(guān)于沿著通道的縱向軸線的移動(dòng)，通道可具有基本上恒定的截面。
[0060]在通道長度的至少一部分上、尤其在整個(gè)通道長度上，通道可具有矩形截面。
[0061]在變型中，在通道長度的至少一部分上、尤其在整個(gè)通道長度上，通道可具有正方形的截面或者圓形的截面。
[0062]例如,沿著縱向軸線測(cè)量的通道的長度可在3mm至10cm、優(yōu)選地在IOmm至70mm的
范圍內(nèi)。
[0063]有利地，通道的長度/厚度比可大于或等于10，例如大于或等于12。
[0064]第一壁和第二壁中的至少一個(gè)壁、優(yōu)選地兩個(gè)壁，可包括選自以下的材料或者尤其由選自以下的材料構(gòu)成:無機(jī)玻璃或者有機(jī)玻璃；石英；熱塑性材料，尤其PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)或聚碳酸酯；和金屬。更一般地，可使用任何具有高聲阻抗的材料，即為流體的聲阻抗的至少10倍的聲阻抗。
[0065]與產(chǎn)生聲波的壁相對(duì)的壁可包括聲阻抗為流體的聲阻抗的至少10倍的材料，或者尤其由聲阻抗為流體的聲阻抗至少10倍的材料構(gòu)成。
[0066]通過在壁中使用具有高聲阻抗的材料，有利地，可以通過促進(jìn)顯著的壓力極值的形成來提高對(duì)象的聲聚焦。
[0067]在示例性實(shí)施方式中，第一壁和第二壁中的至少一個(gè)壁、優(yōu)選地兩個(gè)壁，可包括無機(jī)玻璃或有機(jī)玻璃或者PMMA、或者尤其由無機(jī)玻璃或有機(jī)玻璃或者PMMA構(gòu)成。
[0068]例如，裝置可使得:聲波發(fā)生器自通道的第一壁產(chǎn)生聲波，該第一壁可為頂壁，且:
[0069]-第一壁和第二壁包括PMMA、或者尤其由PMMA構(gòu)成，或者
[0070]-第一壁和第二壁包括無機(jī)玻璃或有機(jī)玻璃，或者尤其由無機(jī)玻璃或有機(jī)玻璃構(gòu)成，或者
[0071]-第一壁包括PMMA、或者尤其由PMMA構(gòu)成，且第二壁包括無機(jī)玻璃或者有機(jī)玻璃、或者尤其由無機(jī)玻璃或者有機(jī)玻璃構(gòu)成。
[0072]第一壁和/或第二壁例如可以具有板的形狀。
[0073]在第一壁和/或第二壁的長度的至少一部分上、尤其在其整個(gè)長度上，第一壁和/或第二壁的厚度可在0.5mm至5mm的范圍內(nèi)。
[0074]第一壁和第二壁中的至少一個(gè)壁，例如該兩個(gè)壁，可是不透明的。
[0075]在變型中，第一壁和第二壁中的至少一個(gè)壁，例如該兩個(gè)壁，可是透明的。如下文詳細(xì)描述，如果需要獲得通道內(nèi)存在的對(duì)象的圖像，則使用透明的壁可以是優(yōu)選的。
[0076]當(dāng)裝置在工作中時(shí)，與產(chǎn)生聲波的壁相對(duì)的壁可自由振蕩。
[0077]通道可包括多個(gè)出口，根據(jù)頻率f，對(duì)象被選擇性引導(dǎo)至這些出口，聲波發(fā)生器在該頻率f下工作。
[0078]對(duì)象被選擇性導(dǎo)向的一個(gè)出口或者多個(gè)出口的尺寸可適于所述對(duì)象的尺寸。
[0079]流體和對(duì)象
[0080]流體可為生物流體，例如血液。
[0081]在變型中，流體可為水。
[0082]例如，可見輻射可透過流體。
[0083]當(dāng)裝置操作時(shí)，流體可是靜止的。在變型中，當(dāng)裝置操作時(shí)，流體可是流的狀態(tài)，例如，層流的狀態(tài)。
[0084]例如，對(duì)象可為單分散的或者多分散的生物細(xì)胞，尤其血細(xì)胞，例如血球。對(duì)于后者而言，可使用根據(jù)本發(fā)明的方法，例如在用于分類所述生物細(xì)胞的過程中。.[0085]對(duì)象可為剛性顆?；蚩勺冃晤w粒，例如聚苯乙烯顆粒。
[0086]例如，在通道內(nèi)存在的對(duì)象的平均尺寸可以小于或等于50μπι。術(shù)語“平均尺寸”表示群體的一半的統(tǒng)計(jì)的顆粒尺寸，稱作D50。
[0087]聲波發(fā)生器工作的頻率f可使得:聲波發(fā)生器的相關(guān)的波長大于通道內(nèi)存在的對(duì)象的平均尺寸，優(yōu)選地大于或等于該平均尺寸的10倍。
[0088]沿著縱向軸線至少在產(chǎn)生聲波的位置處，所述通道的厚度可以大于或等于通道內(nèi)存在的對(duì)象的平均尺寸的10倍。
[0089]傳感器和控制系統(tǒng)
[0090]在示例性實(shí)施方式中，本發(fā)明可涉及包括如上所限定的裝置的組件，該組件與以下相關(guān):
[0091]-傳感器，該傳感器可被用于測(cè)量通道內(nèi)存在的對(duì)象的至少一個(gè)特征和/或位置，所述傳感器依照該測(cè)量的結(jié)果產(chǎn)生信號(hào)，和
[0092]-控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)接收所述信號(hào)且根據(jù)所述信號(hào)控制頻率f(聲波發(fā)生器在該頻率f下工作)和/或產(chǎn)生的聲波的振幅。
[0093]所述傳感器還可被用于測(cè)量流體的至少一個(gè)特征，尤其是流體的流速和/或流體的流量和/或流體的溫度，所述傳感器根據(jù)該測(cè)量的結(jié)果產(chǎn)生信號(hào)，且所述控制系統(tǒng)接收所述信號(hào)且根據(jù)所述信號(hào)控制頻率f(聲波發(fā)生器在該頻率f下工作)和/或產(chǎn)生的聲波的振幅。
[0094]如果通道內(nèi)存在的流體處于流的狀態(tài)時(shí)，例如，傳感器可相對(duì)于流的方向被設(shè)置在至少一個(gè)聲波發(fā)生器的上游。
[0095]在變型中，傳感器可相對(duì)于流的方向被設(shè)置在至少一個(gè)聲波發(fā)生器的下游。
[0096]例如，傳感器可被用于測(cè)量對(duì)象的尺寸。在該情況下，傳感器可包括:
[0097]-光源，尤其是激光器，其用于照射位于通道的給定區(qū)域中的對(duì)象，和[0098]-控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括光輻射檢測(cè)器、尤其由光輻射檢測(cè)器構(gòu)成，所述光輻射檢測(cè)器用于檢測(cè)從所述光源發(fā)出且由所述對(duì)象漫射的輻射，該光輻射檢測(cè)器適于產(chǎn)生信號(hào)，該信號(hào)是已漫射光輻射的對(duì)象的尺寸的函數(shù)。
[0099]根據(jù)另一示例性實(shí)施方式，在通道的給定區(qū)域內(nèi)的對(duì)象的濃度可通過傳感器來測(cè)量。
[0100]例如，所述傳感器可為庫爾特計(jì)數(shù)器或UV檢測(cè)器。
[0101]所述控制系統(tǒng)可包括計(jì)算機(jī)。
[0102]所述控制系統(tǒng)可控制聲波發(fā)生器的與放大器級(jí)連接的電源級(jí)，例如信號(hào)發(fā)生器。
[0103]通道內(nèi)存在的對(duì)象的圖像的采集和處理
[0104]在示例性實(shí)施方式中，本發(fā)明可涉及一種組件，其包括:
[0105]-如上所限定的裝置，
[0106]-照射系統(tǒng)，所述照射系統(tǒng)配置成照射通道內(nèi)存在的對(duì)象中的至少一些對(duì)象，和
[0107]-圖像采集系統(tǒng)，所述圖像采集系統(tǒng)配置成采集在通道內(nèi)存在的對(duì)象中的被照射系統(tǒng)照射的至少一些對(duì)象的至少一個(gè)圖像，
[0108]所述組件尤其包括用于處理通過采集系統(tǒng)產(chǎn)生的所述至少一個(gè)圖像的器件。
[0109]照射系統(tǒng)可被配置成照射通過聲聚焦形成的對(duì)象層的部分或全部。
[0110]處理器件可用于測(cè)量在通道內(nèi)存在的對(duì)象中的被照射系統(tǒng)照射的至少一些對(duì)象的速度矢量的范數(shù)和/或方向(direction)和/或指向(sens)。
[0111]根據(jù)本發(fā)明的組件尤其可用于執(zhí)行顆粒圖像測(cè)速(PIV)的方法。
[0112]用于處理所述至少一個(gè)圖像的器件例如可包括計(jì)算機(jī)。
[0113]圖像處理器件例如可被配置成:計(jì)算在對(duì)象的由所述圖像采集系統(tǒng)產(chǎn)生的至少兩個(gè)圖像中發(fā)現(xiàn)的發(fā)光強(qiáng)度的分布的相關(guān)系數(shù)。
[0114]發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，使用本發(fā)明中描述的聲聚焦裝置和方法，能夠使通過顆粒圖像測(cè)速進(jìn)行的測(cè)量得以改善，尤其通過使通道內(nèi)的對(duì)象聲聚焦在通道的整個(gè)厚度上的精確位置處而改善該測(cè)量。
[0115]獨(dú)立地或者與上文相結(jié)合，在本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明涉及一種用于處理通道中的流體、尤其液體內(nèi)存在的對(duì)象的裝置，包括:
[0116]-沿著縱向軸線延伸的通道，該通道具有截面，該截面具有沿著第一橫向軸線測(cè)量的寬度和沿著與第一橫向軸線垂直的第二橫向軸線測(cè)量的厚度，所述寬度大于或等于所述厚度，所述通道沿著第二橫向軸線具有第一壁和第二壁，和
[0117]-寬頻帶聲波發(fā)生器，所述寬頻帶聲波發(fā)生器自第一壁和第二壁中的至少一個(gè)壁產(chǎn)生聲波。
[0118]方法
[0119]獨(dú)立地或與上文相結(jié)合，在本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明涉及一種使用尤其上文所限定的裝置或組件、借助聲波發(fā)生器來處理通道內(nèi)存在的對(duì)象的方法，其中:
[0120]-所述通道沿著縱向軸線延伸且具有截面，該截面具有沿著第一橫向軸線測(cè)量的寬度和沿著與第一橫向軸線垂直的第二橫向軸線測(cè)量的厚度，所述寬度大于或等于所述厚度，所述通道沿著第二橫向軸線具有第一壁和第二壁，和
[0121]-所述聲波發(fā)生器自第一壁和第二壁中的至少一個(gè)壁產(chǎn)生聲波，且在頻率f下工作，該頻率f不同于通道的沿著第二橫向軸線的共振頻率
[0122]上文描述的方法可用于以下應(yīng)用中的至少一個(gè)應(yīng)用中:物種分類的方法，所述物種例如為剛性顆?；蚩勺冃蔚念w粒、多分散顆粒、生物細(xì)胞、細(xì)菌、膠體乳液或非膠體乳液、蛋白質(zhì)或脂質(zhì)體，所述生物細(xì)胞尤其是血細(xì)胞，例如血液或血球的樣本中存在的癌細(xì)胞；診斷或分析的方法；物種的提純、富集或排除的方法；物種的合成的方法；物種的物理特征或化學(xué)特征的改變的方法；醫(yī)學(xué)產(chǎn)品研究的方法；混合方法或測(cè)量擴(kuò)散系數(shù)的方法。
[0123]根據(jù)本發(fā)明的方法尤其可被用于分離在多分散的顆粒的混合物中最初包括的顆粒。
[0124]多分散顆粒之間的尺寸差異可使顆粒根據(jù)其朝向沿著通道的厚度所產(chǎn)生的聲壓節(jié)點(diǎn)的遷移速率上的差異，而被分離。
[0125]根據(jù)本發(fā)明的方法可使對(duì)象的至少一個(gè)層通過聲聚焦而形成。尤其，根據(jù)本發(fā)明的方法可包括這樣的步驟，其中，在通過聲聚焦形成的層中存在的至少兩個(gè)化學(xué)物種進(jìn)行反應(yīng)。
[0126]根據(jù)本發(fā)明的方法還可允許對(duì)象的多個(gè)層的聚并或者膜的融合。
[0127]根據(jù)本發(fā)明的方法還可使得通過被處理的對(duì)象的選擇性的聲聚焦來實(shí)施無過濾器的過濾。
[0128]獨(dú)立地或者與上文結(jié)合，在本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明涉及一種使用尤其上文所限定的裝置、借助聲波發(fā)生器來處理通道內(nèi)存在的對(duì)象的方法，其中:
[0129]-所述通道沿著縱向軸線延伸且具有截面，該截面具有沿著第一橫向軸線測(cè)量的寬度和沿著與第一橫向軸線垂直的第二橫向軸線測(cè)量的厚度，所述寬度大于或等于所述厚度，所述通道沿著第二橫向軸線具有第一壁和第二壁，
[0130]-所述聲波發(fā)生器自第一壁和第二壁中的至少一個(gè)壁產(chǎn)生聲波，且在頻率f下工作，
[0131]-通過傳感器測(cè)量在通道內(nèi)存在的對(duì)象的至少一個(gè)特征和/或位置，
[0132]-所述傳感器根據(jù)所述測(cè)量的結(jié)果產(chǎn)生信號(hào)，
[0133]-所述信號(hào)被發(fā)送給控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)用于根據(jù)所述信號(hào)控制聲波發(fā)生器工作時(shí)的頻率和/或所產(chǎn)生的聲波的振幅，和
[0134]-根據(jù)所述信號(hào)改變頻率f，聲波發(fā)生器在該頻率f下工作。
[0135]根據(jù)本發(fā)明的方法可包括以下步驟:在通過控制系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)生的所述信號(hào)改變頻率f(聲波發(fā)生器在該頻率f下工作)后，沿著通道的厚度移動(dòng)對(duì)象。
[0136]因此，根據(jù)本發(fā)明的方法可有利地使對(duì)象的位置例如根據(jù)對(duì)象的尺寸或性質(zhì)而實(shí)時(shí)改變。
[0137]因此，根據(jù)本發(fā)明的用于分離多分散顆粒的方法可例如通過以下執(zhí)行:改變聲波發(fā)生器工作時(shí)的頻率且利用不同尺寸的顆粒朝向節(jié)點(diǎn)具有不同的松弛速度。
[0138]所述對(duì)象的移動(dòng)可發(fā)生在不同于所述對(duì)象的聲聚焦位置的第一位置和與所述第一位置不同的第二位置之間，該第二位置為所述對(duì)象的聲聚焦位置。如果在所述對(duì)象經(jīng)受所產(chǎn)生的聲波之前執(zhí)行傳感器進(jìn)行的測(cè)量，則該移動(dòng)可尤其發(fā)生。
[0139]在變型中，由于頻率f(聲波發(fā)生器在該頻率f下工作)改變，對(duì)象的移動(dòng)可發(fā)生在所述對(duì)象的第一聲聚焦位置和所述對(duì)象的第二聲聚焦位置之間，所述第二聲聚焦位置與第一聲聚焦位置不同。
[0140]當(dāng)流體處于流的狀態(tài)時(shí)，對(duì)象的位置的改變可使所述對(duì)象選擇性地被導(dǎo)向通道的給定出口。
[0141]換句話說，根據(jù)本發(fā)明的方法可使對(duì)象的位置至少根據(jù)通道內(nèi)的對(duì)象的特征和/或位置的測(cè)量的結(jié)果而進(jìn)行改變。
[0142]由于頻率f(聲波發(fā)生器在該頻率f下工作)改變，對(duì)象移動(dòng)的步驟可例如允許尤其具有基本上相同的尺寸的對(duì)象集中在給定位置。
[0143]特別地，該集中步驟可被用作用于物種分類、尤其是用于分類多分散的顆粒的方法的一部分。
[0144]該集中步驟的后面還可有至少一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，所述化學(xué)反應(yīng)可尤其被用于量化對(duì)象的含量和/或確定對(duì)象的性質(zhì)。
[0145]例如，所述化學(xué)反應(yīng)可發(fā)生在至少兩種化合物之間，所述至少兩種化合物在集中步驟期間被集中在同一位置。
[0146]所述化學(xué)反應(yīng)可發(fā)生在通道內(nèi)，尤其在聲力場(chǎng)內(nèi)。
[0147]在變型中，所述化學(xué)反應(yīng)可不發(fā)生在通道內(nèi)。在該情況下，根據(jù)本發(fā)明的方法所集中的對(duì)象可被選擇性導(dǎo)向通道的出口，例如以收集在殼體中。因而所述化學(xué)反應(yīng)可發(fā)生在所述殼體中。在變型中，包含根據(jù)本發(fā)明的方法而集中的對(duì)象的殼體可朝著附接的儀器輸送，該附接的儀器包含用于量化所述對(duì)象的含量和/或確定對(duì)象的性質(zhì)的試劑。
[0148]如上所述，傳感器可相對(duì)于流的方向而被設(shè)置在至少一個(gè)聲波發(fā)生器的下游。
[0149]在該情況下，根據(jù)本發(fā)明的方法可包括以下步驟:
[0150]-在多個(gè)頻率當(dāng)中改變聲波發(fā)生器工作時(shí)的頻率，
[0151]-使用傳感器以對(duì)于所述頻率中的每一頻率測(cè)量對(duì)象的至少一個(gè)特征和/或位置，
[0152]-將在所述頻率中的每一頻率下進(jìn)行的測(cè)量所得到的值與至少一個(gè)參考值相比較，
[0153]-在所述多個(gè)頻率當(dāng)中選擇一頻率，對(duì)于該選擇的頻率，所得到的值與參考值的比較給出了預(yù)定的結(jié)果，
[0154]-使聲波發(fā)生器在該選擇的頻率下工作。
[0155]例如，可測(cè)量相對(duì)于流的方向在聲波發(fā)生器的下游的對(duì)象的密度以及選擇獲得最大密度時(shí)的頻率。
[0156]因此，根據(jù)本發(fā)明的方法可有利地包括獲知最佳的工作頻率以及控制聲波發(fā)生器以使聲波發(fā)生器在該最佳頻率下工作的步驟。
[0157]在根據(jù)本發(fā)明的方法中，該獲知步驟可被重復(fù)數(shù)次，或者在變型中，該獲知步驟可僅使用一次或者根本不使用。
[0158]獨(dú)立地、或者與上文結(jié)合，本發(fā)明涉及一種用于采集通道內(nèi)存在的對(duì)象的至少一個(gè)圖像的方法，包括以下步驟:
[0159]a)通過使用如上所述的方法處理對(duì)象，以得到所述對(duì)象在通道的給定區(qū)域中的聲聚焦，
[0160]b)通過照射系統(tǒng)照射聲聚焦區(qū)域中的對(duì)象，和[0161]c)通過采集系統(tǒng)采集以這樣方式照射的所述對(duì)象的至少一個(gè)圖像。
[0162]例如，該方法可包括至少在第一時(shí)刻采集所述對(duì)象的第一圖像以及在第二時(shí)刻采集所述對(duì)象的第二圖像的步驟。
[0163]該方法還可包括計(jì)算在這些第一圖像和第二圖像中發(fā)現(xiàn)的發(fā)光強(qiáng)度的分布的相關(guān)系數(shù)的步驟。
[0164]該方法可尤其為用于測(cè)量在通道內(nèi)存在的且通過照射系統(tǒng)照射的對(duì)象的速度矢量的范數(shù)和/或方向和/或指向。
[0165]例如，該方法可使用基于上文限定的第一圖像和第二圖像計(jì)算上述量中的一個(gè)量的步驟。
[0166]例如，該方法可為顆粒圖像測(cè)速的方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0167]從下文的本發(fā)明的實(shí)施方式的非限定性示例的詳細(xì)說明以及所附的附圖中，將更清晰地理解本發(fā)明，其中:
[0168]-圖1以示意性且局部的方式示出用于表征寬頻帶聲波發(fā)生器的實(shí)驗(yàn)裝置的示例；
[0169]-圖2以示意性且局部的方式示出針對(duì)寬頻帶聲波發(fā)生器所獲得的信號(hào)的示例；
[0170]-圖3以示意性且局部的方式示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的示例；
[0171]-圖4以示意性且局部的方式示出沿著穿過圖3的裝置的IV-1V切取的剖面；
[0172]-圖5至圖7以示意性且局部的方式示出本發(fā)明的變型實(shí)施方式；
[0173]-圖8示出聲波的頻率對(duì)在微通道內(nèi)的對(duì)象的聚焦高度的影響；和
[0174]-圖9至圖13示出不同參數(shù)對(duì)聲聚焦的影響。
【具體實(shí)施方式】
[0175]用于表征寬頻帶聲波發(fā)生器的方案
[0176]下文所詳細(xì)描述以及在圖1中所示的實(shí)驗(yàn)裝置可用于確定聲波發(fā)生器能否被認(rèn)為是寬頻帶發(fā)生器。
[0177]如圖1所示，在給定的工作頻率下工作的聲波發(fā)生器10被設(shè)置在填充有水的槽E內(nèi)且通過電源裝置D而提供有正弦電壓。電源電壓為10V。聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯
(Mylar? )的膜50被設(shè)置成面向聲波發(fā)生器10，膜50與聲波發(fā)生器10的軸線垂直。膜50，
尤其關(guān)于其厚度以及其相對(duì)于聲波發(fā)生器的間距而選擇成使得，膜的移動(dòng)對(duì)應(yīng)于流體顆粒由于聲波的產(chǎn)生而引起的移動(dòng)。換句話說，膜50對(duì)于由所產(chǎn)生的聲波而形成的流體顆粒流形成可以忽略的阻力。
[0178]激光束(未示出)指向膜50，且通過膜50反射。然后，膜50反射的光束指向光檢測(cè)器51，該光檢測(cè)器51發(fā)送與所接收的發(fā)光強(qiáng)度成比例的信號(hào)。然后，在光檢測(cè)器51的輸出端得到的信號(hào)被解調(diào)器52解調(diào)，以產(chǎn)生電壓，該電壓是膜50的移動(dòng)的線性函數(shù)。
[0179]然后，通過器件53，使用5GHz的采樣頻率，相對(duì)于時(shí)間對(duì)該電壓進(jìn)行數(shù)值微分計(jì)算，該器件53用于此目的。例如，可以通過諸如Matlab?的數(shù)值模擬軟件包來執(zhí)行數(shù)值微分計(jì)算。[0180]然后，得到膜移動(dòng)速度根據(jù)時(shí)間的分布圖，膜移動(dòng)速度的該分布圖的最大值VO被確定且通過對(duì)10次測(cè)量求平均值得到V’ O。由此，然后推導(dǎo)出聲能的平均值<Eae>，該值通
過式給出，其中，Pf表示流體的密度。
[0181]為了確定聲波發(fā)生器是否為寬頻帶發(fā)生器，量化聲波發(fā)生器的工作頻率的變化對(duì)值<Ea?！档挠绊?。對(duì)于聲波發(fā)生器的工作頻率的變化，重復(fù)上述方案。然后記錄對(duì)于不同的頻率值所求得的值<Ea。〉。將在聲波發(fā)生器的標(biāo)稱工作頻率下，求出聲能最大值<Eae>max。
[0182]如果在[聲波發(fā)生器的0.75*標(biāo)稱頻率；聲波發(fā)生器的1.25*標(biāo)稱頻率]的頻率范圍內(nèi)，求出的比值<Eac>/〈Eac;>max大于或等于15%、優(yōu)選地大于或等于40%，則聲波發(fā)生器被認(rèn)為是寬頻帶發(fā)生器。圖2示出對(duì)于在上述的工作條件下所確定的寬頻帶聲波發(fā)生器的<Eae>根據(jù)頻率的趨勢(shì)。
[0183]在該示例中，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯膜具有12 μ m的厚度、且定位成距離聲波發(fā)生器1mm。
[0184]在圖2的示例中，所使用的聲波發(fā)生器為由Signal processing?公司出售的換能
器，其具有長度30_、直徑7_的圓柱形幾何結(jié)構(gòu)和標(biāo)稱工作頻率約2MHz。
[0185]用在本發(fā)明的上下文中的裝置的示例
[0186]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的裝置I。該裝置具有限定通道2的底壁3和頂壁4，流體F被容納在通道中。流體F可處于流動(dòng)狀態(tài)，例如處于層流的狀態(tài)，或者在變型中，可以是靜止的。
[0187]流體F包括可以是單分散的或者多分散的多個(gè)對(duì)象O。對(duì)象O可尤其是生物細(xì)胞，在該情況下流體F可以是諸如血液的生物液體。
[0188]如圖所示，聲換能器10可被固定到裝置I的頂壁4。換能器10為寬頻帶換能器。
[0189]在變型中，如果換能器10能夠用于產(chǎn)生頻率f的聲波，該頻率f不同于通道2沿著第二橫向軸線Z的共振頻率f。，則換能器10可以不是寬頻帶換能器。
[0190]例如，在根據(jù)本發(fā)明的裝置I中可使用Signal processing?公司出售的換能器，
其具有長度30mm、直徑7mm的圓柱形幾何結(jié)構(gòu)和標(biāo)稱工作頻率約2MHz。
[0191]可使用幾何結(jié)構(gòu)不同于圓柱形的換能器10，尤其是具有如圖3所示的平行六面體幾何結(jié)構(gòu)的換能器。
[0192]換能器10被提供從發(fā)生器D獲得的信號(hào)，發(fā)生器D例如可包括與電壓放大器級(jí)串聯(lián)連接的信號(hào)發(fā)生器或者尤其由與電壓放大器級(jí)串聯(lián)連接的信號(hào)發(fā)生器構(gòu)成。發(fā)生器D優(yōu)選地向換能器10提供具有給定頻率的正弦信號(hào)。在變型中，電源電壓可以是三角波或者方波。
[0193]在工作中，換能器10能夠提供沿著通道的橫向軸線Z、沿著通道的厚度的聲力場(chǎng)，從而能夠使對(duì)象O在聚焦高度hf。。處被聚焦。如上所述，聚焦高度hf。。是換能器10的工作頻率的函數(shù)。
[0194]圖3示出如何能夠在聚焦高度hf。。處產(chǎn)生對(duì)象O的層N。該層N能夠在換能器10產(chǎn)生的壓力極值Ep (節(jié)點(diǎn)或反節(jié)點(diǎn))下形成(參見圖4)。
[0195]在圖3所示的示例中，壁3包括具有高聲阻抗的材料，即該聲阻抗是流體F的聲阻抗的至少10倍。因此，可具有面對(duì)壁4的壁3，從壁4產(chǎn)生聲波，壁3包括具有高聲阻抗的材料。當(dāng)兩個(gè)壁沿著換能器10所產(chǎn)生的聲波的施加軸線定位時(shí)，這兩個(gè)壁被稱作“面對(duì)的”，換能器10在不同于L的頻率f下工作。
[0196]在變型實(shí)施方式中，壁3和壁4中的各個(gè)壁包括具有高聲阻抗的材料，或者尤其由具有高聲阻抗的材料構(gòu)成。
[0197]如圖4所示，用于聲阻抗匹配的凝膠層11可存在于換能器10和頂壁4之間。
[0198]圖4還示出通過換能器10所產(chǎn)生的聲波而在流體F內(nèi)形成壓力極值Ep。在所示的示例中，對(duì)象O的層N集中在壓力極值Ep的層面。
[0199]在所示的示例中，對(duì)象O的層N集中在壓力極值層面。在未示出的變型中，層N集中在壓力反節(jié)點(diǎn)的層面。在未示出的變型中，所產(chǎn)生的聲波形成多個(gè)聲壓力極值，且兩個(gè)不同的層分別集中在不同的壓力極值層面。因此，可得到在第一壓力極值層面集中的第一層和在第二壓力極值層面集中的第二層，所述第二壓力極值與第一壓力極值不同。
[0200]圖5示出組件200的示例性實(shí)施方式，組件200包括根據(jù)本發(fā)明的裝置I和傳感器100，該傳感器用于測(cè)量在通道2內(nèi)存在的對(duì)象的至少一個(gè)特征和/或位置。傳感器100根據(jù)該測(cè)量的結(jié)果產(chǎn)生信號(hào)，該信號(hào)發(fā)送給控制系統(tǒng)T?？刂葡到y(tǒng)T可以用于根據(jù)所接收的來自傳感器100的信號(hào)作用于發(fā)生器D，以控制換能器10工作時(shí)的頻率和/或所產(chǎn)生的聲波的振幅。
[0201]例如，傳感器100可用于測(cè)量對(duì)象O的密度和/或尺寸。
[0202]傳感器100所產(chǎn)生的信號(hào)可致使換能器10受到控制使得，對(duì)象O被選擇性地引導(dǎo)至至少一個(gè)出口(S1,…，Sn)。
[0203]例如，傳感器100可用于測(cè)量對(duì)象O的尺寸，且出于該目的，可包括激光器和測(cè)量在通道2內(nèi)存在的對(duì)象O所漫射的發(fā)光強(qiáng)度的檢測(cè)器。
[0204]在變型中，傳感器100可包括用于計(jì)數(shù)對(duì)象O和確定對(duì)象O的尺寸的庫爾特計(jì)數(shù)器或者UV檢測(cè)器，或者尤其由用于計(jì)數(shù)對(duì)象O和確定對(duì)象O的尺寸的庫爾特計(jì)數(shù)器或者UV檢測(cè)器構(gòu)成。
[0205]在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，可形成顆粒層或細(xì)胞層或甚至生物膜，且將它們引導(dǎo)至出口(SI，…，Sn)中的一個(gè)出口。
[0206]圖6示出包括多個(gè)換能器10的裝置I的示例性實(shí)施方式。在該示例中，換能器10沿著通道2布置在同一側(cè)。
[0207]在本發(fā)明的范圍內(nèi)，換能器10還可布置在通道2的兩側(cè)。
[0208]圖7示出根據(jù)本發(fā)明的用于獲取在通道2內(nèi)存在的對(duì)象O的圖像的組件300的示例性實(shí)施方式。組件300包括與照射系統(tǒng)110和圖像采集系統(tǒng)120相關(guān)聯(lián)的裝置I。
[0209]照射系統(tǒng)110包括光源111，光源例如可包括激光器、尤其Nd = YAG激光器。在一個(gè)實(shí)施方式中，光源111包括兩個(gè)脈沖Nd: YAG激光器的組合，且對(duì)象O為熒光顆粒，Nd: YAG激光器發(fā)射波長為532nm的福射,用于被對(duì)象O吸收。
[0210]光學(xué)結(jié)構(gòu)112可被設(shè)置在光源111的輸出端處，以使從光源111發(fā)出的輻射匹配
于光學(xué)裝置。
[0211]在結(jié)構(gòu)112的輸出端處產(chǎn)生的輻射R能夠被引導(dǎo)向反射結(jié)構(gòu)113，以朝向透鏡114聚焦。
[0212]例如，分離器1 13可包括濾波器和二色鏡的組合。例如，透鏡114可為顯微透鏡，其焦平面基本上位于聲聚焦區(qū)域的層面。
[0213]尤其，反射結(jié)構(gòu)113可被選擇成不過濾波長能夠被通道2內(nèi)存在的對(duì)象O吸收的輻射，例如如果對(duì)象O發(fā)熒光。
[0214]例如，如果對(duì)象O是發(fā)熒光的，則輻射R可被吸收，且對(duì)象O可發(fā)射不同波長的輻射，例如較長的波長的輻射。
[0215]反射結(jié)構(gòu)113可被配置成使得其基本上允許僅僅由對(duì)象O重發(fā)射的且引導(dǎo)向透鏡121的輻射通過。
[0216]關(guān)于圖像采集裝置120，其具有透鏡121，該透鏡121用于將來自于通道2內(nèi)存在的對(duì)象O的輻射聚焦在傳感器122上，該傳感器能夠使所述對(duì)象O的圖像產(chǎn)生。例如，傳感器122可是CCD (電荷耦合器件)照相機(jī)。
[0217]例如，傳感器122可與可包括計(jì)算機(jī)的圖像處理器件130連接。
[0218]圖像處理器件130可用于測(cè)量在通道2內(nèi)存在的對(duì)象O中的由照射系統(tǒng)110照射的至少一些對(duì)象的速度矢量的范數(shù)和/或方向和/或指向。
[0219]如果捕獲對(duì)象O的至少兩個(gè)圖像，則圖像處理器件130可用于計(jì)算在對(duì)象O的該至少兩個(gè)圖像內(nèi)發(fā)現(xiàn)的發(fā)光強(qiáng)度的分布的相關(guān)系數(shù)。
[0220]示例
[0221]示例 I
[0222]所使用的通道為厚度337 μ m、寬度IOmm和長度40mm的微通道。該微通道填充有水。微通道的頂壁和底壁都以Imm厚的PMMA板的形式制成。對(duì)象為濃度為56mg/L、直徑7 μ m的聚苯乙烯顆粒。
[0223]這種類型的通道具有兩個(gè)大約2MHz和2.5MHz的共振峰。
[0224]所使用的聲波發(fā)生器為由Signal processing?.公司出售的圓柱形換能器，其直
徑為7mm、高度為30mm、且標(biāo)稱工作頻率為大約2MHz。聲波發(fā)生器固定在微通道的頂壁位置處。換能器電源電壓為10V。
[0225]圖8示出了換能器的工作頻率對(duì)顆粒的聚焦高度hf。。的影響。在兩個(gè)不同的頻率應(yīng)用之間通過或不通過對(duì)微通道內(nèi)的顆粒的重新均質(zhì)的步驟而得到的曲線疊加在該圖上。
[0226]示例2:聲能的影響
[0227]除了換能器電源電壓外，重復(fù)在示例I中詳細(xì)描述的工作條件，檢查換能器電源電壓的影響。分別在5V、7V和IOV的換能器電源電壓下，執(zhí)行三個(gè)實(shí)驗(yàn)在圖9中示出源自聲波的產(chǎn)生的流體顆粒速度分布圖的最大值在圖9中示出結(jié)果。結(jié)果表明，受換能器電源電壓控制的聲波的振幅對(duì)所考慮的現(xiàn)象，即顆粒聚焦高度的移位，沒有影響。
[0228]示例3:對(duì)象的尺寸的影響
[0229]除了顆粒的直徑之外，重復(fù)在示例I中詳細(xì)描述的工作條件,檢查顆粒的直徑的影響。分別使用直徑為2μπι和7μπι的顆粒，進(jìn)行兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。在圖10中示出結(jié)果。結(jié)果表明，所使用的顆粒的直徑對(duì)所考慮的現(xiàn)象，即顆粒聚焦高度的移位，沒有影響。
[0230]示例4:對(duì)象濃度的影響
[0231]除了對(duì)象的濃度外，重復(fù)在示例I中詳細(xì)描述的工作條件，檢查對(duì)象的濃度的影響。分別使用濃度為5.6mg/L和56mg/L的顆粒,進(jìn)行兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。在圖11示出結(jié)果。結(jié)果表明，所使用的顆粒的濃度對(duì)所考慮的現(xiàn)象，即顆粒的聚焦高度的移位，沒有影響。[0232]示例5:形成壁的材料的影響
[0233]除了形成頂壁和底壁的材料的性質(zhì)外，重復(fù)在示例I中詳細(xì)描述的工作條件，檢查形成頂壁和底壁的材料的性質(zhì)的影響。另外，微通道的厚度適合于用于形成壁的材料的性質(zhì)。在圖12和圖13示出結(jié)果。
[0234]注釋“PMMA/PMMA”指具有由PMMA制成的頂壁和底壁的通道。注釋“PMMA/玻璃”指具有PMMA頂壁和玻璃底壁的通道。注釋“玻璃/玻璃”指具有玻璃制成的頂壁和底壁的通道。
[0235]術(shù)語“包括一”用于解釋為指“包括至少一”。
[0236]除非另有說明，否則表述“在…范圍內(nèi)”用于解釋為包括極限值。
【權(quán)利要求】
1.一種用于處理通道⑵中的流體(F)內(nèi)、尤其液體內(nèi)存在的對(duì)象(O)的裝置⑴，所述裝置包括: -沿著縱向軸線(X)延伸的通道(2)，所述通道(2)具有截面，所述截面具有沿著第一橫向軸線(Y)測(cè)量的寬度(L)和沿著與所述第一橫向軸線(Y)垂直的第二橫向軸線(Z)測(cè)量的厚度匕)，所述寬度(L)大于或等于所述厚度(e)，所述通道沿著所述第二橫向軸線(Z)具有第一壁(3)和第二壁(4), -聲波發(fā)生器(10)，所述聲波發(fā)生器自所述壁(3;4)的至少一個(gè)壁在所述通道中產(chǎn)生聲波， 所述聲波發(fā)生器(10)在頻率f下工作，所述頻率f不同于所述通道(2)的沿著所述第二橫向軸線(Z)的共振頻率A，且通過聲聚焦形成對(duì)象(O)的至少一個(gè)層(N)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(1)，其中，所述通道(2)在其長度的至少一部分上、尤其在其整個(gè)長度上的厚度匕)小于3cm、尤其小于lcm，所述通道(2)優(yōu)選地為微通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置(I)，其中，所述通道(2)在其長度的至少一部分上、尤其在其整個(gè)長度上具有基本上矩形的截面。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(I)，包括多個(gè)聲波發(fā)生器(10)，所述多個(gè)聲波發(fā)生器能夠沿著所述通道設(shè)置且自所述壁(3 ；4)中的至少一個(gè)壁產(chǎn)生聲波，所述聲波發(fā)生器(10)尤其定位在所述通道(2)的同一側(cè)上。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(1)，其中，所述壁(3;4)中的至少一個(gè)壁、優(yōu)選地兩個(gè)壁包括選自以下的材料、或者尤其由選自以下的材料構(gòu)成:無機(jī)玻璃或有機(jī)玻璃、熱塑性材料、石英和金屬，所述熱塑性材料尤其是聚甲基丙烯酸甲酯PMMA或聚碳酸酯，在所述金屬中，乘積，即金屬的密度X聲音在所述金屬中的速度，大于或等于IO6Pa.s/m。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(1)，其中，所述壁(3;4)中的至少一個(gè)壁、優(yōu)選地兩個(gè)壁包括聲阻抗為所述流體的聲阻抗的至少10倍的材料，尤其由聲阻抗為所述流體的聲阻抗的至少10倍的材料構(gòu)成。
7.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置(I)，其中，與通過所述聲波發(fā)生器(10)而自其產(chǎn)生聲波的壁面對(duì)的壁(3 ；4)包括聲阻抗為所述流體的聲阻抗的至少10倍的材料、尤其由聲阻抗為所述流體的聲阻抗的至少10倍的材料構(gòu)成。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(I)，其中，在所述流體(F)內(nèi)通過所產(chǎn)生的聲波形成聲壓的至少一個(gè)極值(Ep)。
9.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其中，對(duì)象(O)的所述層(N)聚焦在聲壓極值(Ep)的層面。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(I)，其中，所述聲波發(fā)生器(10)在等于或小于IOMHz的頻率f下工作、尤其在0.5MHz至IOMHz的范圍內(nèi)的頻率f下工作。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述聲波發(fā)生器(10)在頻率f下工作，所述頻率f不同于f0且在0.75f0至1.25&、尤其在0.75f0至0.95&、或者在1.05f0至1.25f0的范圍內(nèi)。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(1)，其中，所述通道(2)包括多個(gè)出口(S1,...，Sn)，所述對(duì)象(O)根據(jù)所述聲波發(fā)生器(10)工作時(shí)的所述頻率f而選擇性地導(dǎo)向所述多個(gè)出口。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(I)，其中，所述通道(2)具有沿著其縱向軸線(X)測(cè)量的長度(I)，使得長度/厚度比大于或等于10。
14.一種組件(200)，包括: -根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的裝置(I)， -傳感器(100)，所述傳感器(100)能夠用于測(cè)量在所述通道(2)內(nèi)存在的所述對(duì)象(O)的至少一個(gè)特征和/或位置，所述傳感器(100)根據(jù)該測(cè)量的結(jié)果產(chǎn)生信號(hào)，和 -控制系統(tǒng)(T)，所述控制系統(tǒng)(T)接收所述信號(hào)且根據(jù)所述信號(hào)控制所述聲波發(fā)生器(10)工作時(shí)的所述頻率f和/或所產(chǎn)生的聲波的振幅。
15.一種組件(300)，包括: -根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的裝置(I)， -照射系統(tǒng)(110)，所述照射系統(tǒng)(110)配置成照射所述通道(2)內(nèi)存在的所述對(duì)象(O)中的至少一些對(duì)象，和 -圖像采集系統(tǒng)(1 20)，所述圖像采集系統(tǒng)(120)配置成采集在所述通道(2)內(nèi)存在的所述對(duì)象(O)中的被所述照射系統(tǒng)(110)照射的至少一些對(duì)象的至少一個(gè)圖像， 所述組件尤其包括用于所述圖像采集系統(tǒng)(120)采集的所述至少一個(gè)圖像的處理器件(130)。
16.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的組件，其中，所述處理器件(130)能夠測(cè)量在所述通道(2)內(nèi)存在的所述對(duì)象(O)中的被所述照射系統(tǒng)(110)照射的至少一些對(duì)象的速度矢量的范數(shù)和/或方向和/或指向。
17.根據(jù)權(quán)利要求15和16中任一項(xiàng)所述的組件(300)，其中，所述照射系統(tǒng)(110)被配置成照射對(duì)象(O)的通過聲聚焦形成的所述層(N)的全部或部分。
18.一種使用權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的裝置(I)或權(quán)利要求14至17中任一項(xiàng)所述的組件、借助聲波發(fā)生器(10)來處理通道(2)內(nèi)存在的對(duì)象(O)的方法，在所述方法中: -所述通道(2)沿著縱向軸線(X)延伸且具有截面，所述截面具有沿著第一橫向軸線(Y)測(cè)量的寬度(L)和沿著與所述第一橫向軸線(Y)垂直的第二橫向軸線(Z)測(cè)量的厚度匕)，所述寬度(L)大于或等于所述厚度匕)，所述通道沿著所述第二橫向軸線(Z)具有第一壁(3)和第二壁(4)，和 -所述聲波發(fā)生器(10)在所述通道內(nèi)自所述第一壁(3)和第二壁(4)中的至少一個(gè)壁產(chǎn)生聲波，且在頻率f下工作，該頻率f不同于所述通道(2)沿著所述第二橫向軸線(Z)的共振頻率f。。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述頻率f不同于&，且在0.75f0至1.25f。、尤其在0.75f0至0.95f。、或者在1.05f0至1.25f0的范圍內(nèi)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的方法，其中: -通過傳感器(100)測(cè)量在所述通道(2)內(nèi)存在的所述對(duì)象(O)的至少一個(gè)特征和/或位置， -根據(jù)所述傳感器(100)進(jìn)行的所述測(cè)量的結(jié)果產(chǎn)生信號(hào)且將所述信號(hào)發(fā)送給控制系統(tǒng)(T)，和 -根據(jù)所述信號(hào)，通過所述控制系統(tǒng)(T)的操作來改變所述聲波發(fā)生器(10)工作時(shí)的所述頻率f和/或所產(chǎn)生的聲波的振幅。
21.一種用于采集通道(2)內(nèi)存在的對(duì)象(O)的至少一個(gè)圖像的方法，所述方法包括以下步驟: a)通過使用根據(jù)權(quán)利要求18至20中任一項(xiàng)所述的方法處理所述對(duì)象(O)，以得到在所述通道(2)的給定區(qū)域內(nèi)的所述對(duì)象(O)的聲聚焦， b)通過照射系統(tǒng)(110)照射在所述聲聚焦的區(qū)域中的所述對(duì)象(0)，和 c)通過采集系統(tǒng)(120)采集以此方式照射的所述對(duì)象(O)的至少一個(gè)圖像。
22.一種用于測(cè)量在通道(2)內(nèi)存在的對(duì)象(O)的速度矢量的范數(shù)和/或方向和/或指向的方法，所述方法包括以下步驟: -通過使用前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，在第一時(shí)刻采集所述對(duì)象(O)的第一圖像， -通過使用前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，在第二時(shí)刻采集所述對(duì)象(O)的第二圖像，和 -從所述第一圖像和所述第二圖像計(jì)算對(duì)象(O)的速度矢量的范數(shù)和/或方向和/或指向的測(cè)量結(jié)果。
23.根據(jù)權(quán)利要求18至22中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法用于以下應(yīng)用中的至少一個(gè)應(yīng)用:顆粒圖像測(cè)速PIV，尤其微顆粒圖像測(cè)速，即微-PIV ;物種分類方法，所述物種例如為剛性顆?；蚩勺冃晤w粒、多分散顆粒、生物細(xì)胞、細(xì)菌、膠體乳液或非膠體乳液、蛋白質(zhì)或脂質(zhì)體，所述生物細(xì)胞尤其為血細(xì)胞，例如血液或血球的樣本中的癌細(xì)胞；診斷或分析的方法；物種的提純、富集或排除的方法；物種的合成的方法；物種的物理特征或化學(xué)特征的改變的方法；醫(yī)學(xué)產(chǎn)品研究的方法；混合方法或測(cè)量擴(kuò)散系數(shù)的方法。
24.根據(jù)權(quán)利要求18至23中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述對(duì)象(O)為單分散生物細(xì)胞或多分散生物細(xì)胞，尤其血細(xì)胞，尤其血球。
25.一種用于處理通道(2)中的流體(F)內(nèi)、尤其液體內(nèi)存在的對(duì)象(O)的裝置(1)，所述裝置包括: -沿著縱向軸線(X)延伸的通道(2)，所述通道(2)具有截面，所述截面具有沿著第一橫向軸線(Y)測(cè)量的寬度(L)和沿著與所述第一橫向軸線(Y)垂直的第二橫向軸線(Z)測(cè)量的厚度匕)，所述寬度(L)大于或等于所述厚度匕)，所述通道沿著所述第二橫向軸線(Z)具有第一壁(3)和第二壁(4), -聲波發(fā)生器(10)，所述聲波發(fā)生器自所述壁(3 ；4)中的至少一個(gè)壁在所述通道內(nèi)產(chǎn)生聲波， 所述聲波發(fā)生器(10)在頻率f下工作，所述頻率f不同于所述通道(2)的沿著所述第二橫向軸線⑵的共振頻率A， 所述第一壁和所述第二壁包括聲阻抗為所述流體的聲阻抗的至少10倍的材料。
26.一種用于處理通道(2)中的流體(F)內(nèi)、尤其液體內(nèi)存在的對(duì)象(O)的裝置(1)，所述裝置包括: -沿著縱向軸線(X)延伸的通道(2)，所述通道(2)具有截面，所述截面具有沿著第一橫向軸線(Y)測(cè)量的寬度(L)和沿著與所述第一橫向軸線(Y)垂直的第二橫向軸線(Z)測(cè)量的厚度匕)，所述寬度(L)大于或等于所述厚度(e)，所述通道沿著所述第二橫向軸線(Z)具有第一壁(3)和第二壁(4), -聲波發(fā)生器(10)，所述聲波發(fā)生器自所述壁(3 ；4)中的至少一個(gè)壁在所述通道內(nèi)產(chǎn)生聲波， 所述聲波發(fā)生器(10)在頻率f下工作，所述頻率f不同于所述通道(2)的沿著所述第二橫向軸線(Z)的共振頻率f0且在0.75f0至1.25f。、尤其在0.75f0至0.95f。、或者1.05f0至1.25f0的范圍內(nèi)。
27.根據(jù)權(quán)利 要求25或26所述的裝置(I)，還具有權(quán)利要求2至13中描述的任一特征。
【文檔編號(hào)】B01F11/00GK103906555SQ201280052804
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月30日
【發(fā)明者】讓-盧克·埃德爾, 奧利維爾·德龍, 毛利西奧·霍約斯 申請(qǐng)人:國家科學(xué)研究中心