專利名稱：測量溶液中顆粒遷移率的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了可以測量經(jīng)受施加電場的溶液中帶電顆粒的運(yùn)動(dòng)的新的方法和裝置。雖然本發(fā)明說明書的大部分自始至終將涉及大分子，但是本發(fā)明更一般地包括所有類型的小顆粒，所述小顆粒包括乳狀液、病毒、納米顆粒、脂質(zhì)體、大離子以及其大小可以介于半納米和數(shù)千納米之間的任何其它溶液組分。因此，無論什么時(shí)候使用術(shù)語“分子”、“大分子”或“大離子”，都應(yīng)該理解它們包括所有前述的溶液帶有(solution-borne)的物體。
背景技術(shù)：
電泳淌度是直接可測量的，并且是最廣泛使用的表征溶液中分子電荷的參量，或者關(guān)于這些溶液中任何其它存在顆粒的參量。一旦測量，電泳淌度可以反過來用于測定由這種分子攜帶的有效電荷^以及其所謂的ζ電勢ζ。在緊密結(jié)合顆粒的離子基團(tuán)和不與顆粒一起運(yùn)動(dòng)的周圍溶液的基團(tuán)之間的界面限定了流體剪切力平面。ζ電勢表示存在于該剪切力平面的靜電勢。本發(fā)明的基本目的是提供通過其可以測量溶液中的分子和顆粒的電泳淌度、有效電荷和ζ電勢的改進(jìn)的方法。電泳是在電場的影響下的大離子的遷移。通過遷移大離子獲得的穩(wěn)態(tài)的電泳速度 Ve與施加的電場成線性比例。當(dāng)施加電場時(shí)，分子的速度基本上總是處于平衡狀態(tài)。在電泳淌度情況下，可以通過測量電泳速度并且除以施加的電場來測量比例常數(shù)。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供能夠比迄今可能的更準(zhǔn)確地測量溶液中顆粒的電泳速度的改進(jìn)的裝置。已經(jīng)發(fā)展了幾種技術(shù)并且可以用于測量遷移率。這些技術(shù)當(dāng)中有界面移動(dòng)法、微電泳以及光散射法諸如動(dòng)態(tài)光散射外差法(heterodynedynamic light scattering)、DLS、 激光多普勒電泳、LDE和光散射相分析(phase analysis light scattering)PALS。界面移動(dòng)方法應(yīng)用專門的池(cell)以在大分子溶液和緩沖液之間建立兩個(gè)清楚的界面。在施加電場下的界面的平移提供測定遷移率的定量方法。微電泳基于用放大光學(xué)系統(tǒng)直接觀察的單獨(dú)的顆粒的電泳運(yùn)動(dòng)。然而，微電泳限于半徑遠(yuǎn)大于約IOOnm的顆粒的遷移率的測量。 也已經(jīng)發(fā)展了用于測量電泳的光散射技術(shù)。從運(yùn)動(dòng)中的顆粒散射的光攜帶關(guān)于這種運(yùn)動(dòng)的信息，并且由其可以確定它們的電泳淌度?，F(xiàn)在考慮用于測量電泳淌度的這些測量技術(shù)中最重要的PLAS。單色光的光束——通常來自激光源——照射暴露于施加電場、帶有顆粒的液體樣品。散射的一些光被聚集并且與一部分未散射的入射光合并。換句話說，散射信號(hào)與入射光相干地合并以產(chǎn)生外差信號(hào)。通常使用單模光纖實(shí)現(xiàn)兩個(gè)光束的這種合并以保證兩個(gè)光束之間的良好對(duì)準(zhǔn) (校直，alignment)。這種技術(shù)生成具有高對(duì)比度的邊緣，但是導(dǎo)致相對(duì)低強(qiáng)度的合并光束， 因?yàn)槊總€(gè)組成光束的大部分的能量不再屬于沒有被光纖支持的模。本發(fā)明的另一個(gè)目的是在自由空間中合并這些光束，產(chǎn)生更大能量的相干光束，以及相應(yīng)簡化的檢測器系統(tǒng)。為了測量合并光束的波動(dòng)和從其衍生散射顆粒的電泳淌度的測量，合并光束之一涉及首先從擺鏡(oscillating mirror)反射。這使得檢測的條紋獲得強(qiáng)度強(qiáng)度調(diào)制 (intensity modulation)，即使在不存在電泳運(yùn)動(dòng)的情況下。由此，產(chǎn)生于施加電場的施加的電場運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了允許明確確定遷移率信號(hào)的的頻率漂移。然而，實(shí)際的考慮，如由Robert G.W.Brown 在"Homodyne Optical Fiber Dynamic Light Scattering，“ Appl. Opt. 40, 4004-4010 (2001)中所討論的那些，要求兩個(gè)合并光束的相對(duì)強(qiáng)度必須進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得兩者的比例小于約30。本發(fā)明的另一個(gè)目的是消除調(diào)節(jié)光束的相對(duì)強(qiáng)度的需要， 允許該比例大于甚至100 1，從而利用稱為相干放大的作用，這將在標(biāo)題為發(fā)明詳述的部分中更詳細(xì)地描述。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的PALS測量的合并光束強(qiáng)度比例被限制到相對(duì)小的范圍，產(chǎn)生的信號(hào)的檢測由此需要使用光電倍增管PMT或者雪崩光電二極管APD。這些檢測器是昂貴的，并且由于它們疏忽地暴露于環(huán)境室內(nèi)光線或其他外來的來源而被嚴(yán)重?fù)p壞或者甚至毀壞。本發(fā)明的另一個(gè)重要目的是消除這些昂貴的元件，同時(shí)提供不能夠被外來光源損壞的檢測裝置。因?yàn)镻MT和APD設(shè)備具有非常有限的動(dòng)態(tài)范圍，所以兩個(gè)光束的光強(qiáng)度和比例必須進(jìn)行連續(xù)地調(diào)節(jié)，以將檢測器保持在它們的線性范圍內(nèi)。可選地，必須校正非線性作用。本發(fā)明的目的是具有寬的線性應(yīng)答的檢測裝置，使得這種調(diào)節(jié)和模建是不必要的。本發(fā)明的另一個(gè)目的是快速地測量分子種類的遷移率而沒有對(duì)被測量的分子產(chǎn)生破壞。本發(fā)明進(jìn)一步和特別重要的目的是測量其有效大小完全在約5nm的PALS限值之下的分子的遷移率。本發(fā)明的更另一個(gè)目的是增加可能延伸到較低濃度和大小的測量的線性范圍。

發(fā)明內(nèi)容
這種PALS技術(shù)的創(chuàng)新實(shí)施常規(guī)地開始于分裂激光的相干光束以產(chǎn)生兩個(gè)光束——參比光束和樣品光束。將參比光束引至調(diào)制器，調(diào)制器在其上施加(impress)隨時(shí)間變化的相位調(diào)制。該光束隨后擴(kuò)展和成形，使得它完全地照射檢測器陣列。樣品光束被聚焦進(jìn)入并穿過包含流體樣品的池，所述流體樣品包含其遷移率(或電泳淌度)待測量的分子的懸浮液。池內(nèi)的電極將隨時(shí)間變化電場施加到被照射的樣品。現(xiàn)在包含關(guān)于分子運(yùn)動(dòng)信息的傳輸樣品光束與一部分被樣品散射的光一起被透鏡準(zhǔn)直。該樣品光束與參比光束合并以在檢測器陣列上形成干涉散斑圖樣。選擇陣列，以使每個(gè)元件覆蓋散斑圖樣的一個(gè)或多個(gè)相干區(qū)以及覆蓋窄范圍的散射角，所述散射角由準(zhǔn)直透鏡的焦距確定。由于參比光束是相位調(diào)制的，所以每個(gè)檢測器元件記錄具有由相位調(diào)制器設(shè)定的頻率的隨時(shí)間變化信號(hào)。每個(gè)檢測器元件的電信號(hào)被放大并且通過在該頻率的帶通濾波器過濾。陣列上的一個(gè)元件——正向監(jiān)測器——檢測未散射樣品光束和參比光束的干涉。正向監(jiān)測器測量被施加 (impress)于參比光束上的準(zhǔn)確的相位調(diào)制。該信號(hào)然后用于解調(diào)對(duì)應(yīng)于不同散射角的信號(hào)。在正向監(jiān)測器和每個(gè)檢測器之間的相差決定累積的光學(xué)相位，并且由此決定樣品的遷移率。本測量技術(shù)賦予的最重要益處是每個(gè)檢測器元件提供獨(dú)立的、同時(shí)的測量。因?yàn)檫w移率測定的精確性隨著使用的檢測器的數(shù)量而提高，因此，具有大量元件的陣列是優(yōu)選的。 因此，該技術(shù)稱為大規(guī)模并行光散射相分析(massively parallel phase analysis light scattering)MP-PALS。通過平均元件數(shù)量，取得規(guī)定的精確性所需要的時(shí)間隨著元件的數(shù)量相反地減少，使得能夠測量非常小的顆粒諸如蛋白質(zhì)。另外，與MP-PALS相關(guān)的測量時(shí)間減少降低了對(duì)脆弱的生物學(xué)樣品的損害，同時(shí)最小化電極的電化學(xué)降解。


圖1顯示光散射的相圖。沿著X-軸的電場E被施加以驅(qū)動(dòng)電泳。圖2顯示所測量的由以下引起的光學(xué)相位(a)僅顆粒擴(kuò)散，(b)電泳和擴(kuò)散，和 (c)在施加的電場的多個(gè)循環(huán)中平均的電泳和擴(kuò)散，證明電泳分量占優(yōu)勢，而擴(kuò)散分量是可以忽略的。樣品是用于電泳淌度的NIST標(biāo)準(zhǔn)參比材料，SRM 1980。圖3表示在其反饋回路中具有用于電流到電壓轉(zhuǎn)化的電阻器&和隨后的在心用于模擬耦合的帶通濾波器的互跨阻抗放大器。圖4顯示通過自由空間光學(xué)系統(tǒng)和光檢測器陣列實(shí)現(xiàn)的MP-PALS裝置。圖5是改進(jìn)的PALS系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式的測量池的詳細(xì)視圖。圖6圖解圖4中顯示的本發(fā)明MP-PALS裝置的可選實(shí)施方式，在所述MP-PALS裝置中使用兩個(gè)光學(xué)檢測器陣列。圖7顯示所測量的由以下引起的光學(xué)相位(a)僅顆粒擴(kuò)散，(b)電泳和擴(kuò)散，和 (c)在施加電場的多個(gè)循環(huán)中平均的電泳和擴(kuò)散，證明電泳分量占優(yōu)勢，而擴(kuò)散分量是可以忽略的。樣品為在用磷酸滴定至PH3. 4的IOmM NaCl, ImM磷酸鹽緩沖液中的1. Omg/ml的牛血清白蛋白。測量的遷移率是+2. 26 μ m 'cm/V 秒，與如由Menon和Zydney在“Measurement of Protein Charge and Ion Binding Using Capillary Electrophoresis,"(Anal. Chem.， V 70，pp 1581-1584(1998))中報(bào)道的通過毛細(xì)管電泳測量的值保持良好的一致。
具體實(shí)施例方式電泳是在電場的影響下的大離子的遷移。對(duì)于小于約200V/cm的場強(qiáng)度，所給予的遷移大離子的穩(wěn)態(tài)電泳速度\與施加的電場E成線性比例，即Ve = μ E (1)其中μ是電泳淌度，或者速度/單位電場。達(dá)到穩(wěn)態(tài)電泳速度的時(shí)間范圍粗略地為m/f，其中m是大離子的質(zhì)量，相關(guān)摩擦力f是6 π nrh, η是溶劑動(dòng)態(tài)粘度，并且是大離子的流體動(dòng)力學(xué)半徑。例如，水溶液中的牛血清白蛋白BSA的分子具有大約0. 2nsec的 m/f。因此，當(dāng)施加場時(shí)，分子速度總是有效地處于平衡狀態(tài)。然后通過測量電泳速度并且除以施加的電場可以測定電泳淌度。已經(jīng)導(dǎo)出使μ、&和ζ聯(lián)系的數(shù)種關(guān)系，但是它們中沒有一個(gè)是精確到足以在所有情況下可應(yīng)用。各個(gè)近似值和參數(shù)諸如德拜長度(Debye length)、溶液離子強(qiáng)度、介電常數(shù)、粘度、顆粒尺寸和大離子表面?zhèn)鲗?dǎo)都促成了復(fù)雜性。而且，非理想性(non-ideality)表明獲得μ和ζ之間的精確分析表達(dá)式是艱難的任務(wù)，如果不是不可能的話。一種這樣的非理想性稱為電泳效應(yīng),其由C. Tanford在Physical Chemistry of Macromolecules中描述，由此大離子/顆粒不可避免地被通常由電解質(zhì)提供的低分子量的抗衡離子和同離子包圍。過量的抗衡離子存在于每個(gè)大離子/顆粒附近。驅(qū)動(dòng)大離子的電場也以相反方向作用于這些抗衡離子。運(yùn)動(dòng)中的溶劑化抗衡離子拖著溶劑與它們一起，而溶劑反過來作用于大離子。凈作用(net effect)是阻滯大離子運(yùn)動(dòng)的次級(jí)力。另一個(gè)重要的非理想性是離子弛豫(ion relaxation)，其中在大離子周圍的同離子和抗衡離子的分配平衡的擾動(dòng)由驅(qū)動(dòng)大離子運(yùn)動(dòng)的恰好的電場產(chǎn)生。已經(jīng)發(fā)展了用于測量遷移率的數(shù)種技術(shù)。最早中的一種稱為界面移動(dòng)法，其由R. A. Alberty 在"An Introduction to Electrophoresis，，，in J. Chem. Educ.，25，426， 619(1948)中描述。該方法使用U-型蒂塞利烏斯電泳池(Tiselius cell)以在大分子溶液和合適的緩沖液之間建立兩個(gè)清楚的界面。大分子溶液在測量之前通常用緩沖液透析。在施加電場下的(擴(kuò)散-擴(kuò)大(diffusion-broadened))界面的平移提供測定遷移率的定量方法。雖然界面移動(dòng)法的執(zhí)行非常有助于蛋白質(zhì)和膠態(tài)懸浮知識(shí)，但是它與多種實(shí)驗(yàn)困難相關(guān)，所述實(shí)驗(yàn)困難諸如焦耳熱、電滲透、不同的升和降部分(dissimilar ascending and descending limbs)和導(dǎo)致pH和大離子遷移率變化的整個(gè)界面的緩沖離子濃度的不可避免的改變。這由 V. P. Dole 在 J.Am. Chem. Soc.，67，1119 (1945)中討論。專門發(fā)展用于非常大顆粒的另一種技術(shù)是基于使用放大光學(xué)系統(tǒng)直接觀察單獨(dú)顆粒的電泳運(yùn)動(dòng)的微電泳。這由Α. V. Delgado等人在J. Colloid Interface Sci.，309， 203 (2007)的文章“Measurement and Interpretation of Electrokinetic Phenomena，，中描述。然而，該技術(shù)被其光學(xué)分辨率限制并且不能夠測量半徑比IOOnm小得多的顆粒的遷移率。另一缺點(diǎn)是只有有限數(shù)量的顆粒被測量，因此該技術(shù)具有不佳的統(tǒng)計(jì)學(xué)精確性。另外，存在基于顆粒如何被識(shí)別和跟蹤的選擇性偏差(selection bias)。測量通?；ㄙM(fèi)數(shù)分鐘或甚至數(shù)小時(shí)來完成。結(jié)果，焦耳熱、樣品降解和電滲頭可能提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。自從二十世紀(jì)七十年代早期，已經(jīng)發(fā)展了用于測量電泳的各種光散射技術(shù)。由運(yùn)動(dòng)顆粒散射光是多普勒頻移的，并且攜帶關(guān)于它們運(yùn)動(dòng)的信息。圖1顯示光散射相位圖， 其中入射光被散射體積之內(nèi)的顆粒1散射為具有散射角θ s的新方向。定義為Cls = I^ktl 的散射矢量表示散射和入射光的波矢量之間的差。方向在圖1中示出，并且量值是|qs| = 4πη η(θ3/2)/λ，其中n是溶液的折射率和λ是真空中的光的波長。沿著X-軸的電場E產(chǎn)生電泳速度^= μΕ。散射光的光學(xué)相位與散射顆粒的位置相關(guān)。只考慮電泳運(yùn)動(dòng)，在時(shí)間O和稍后的At之間的光學(xué)相位差是Δ C^s = qs· \ At，其中是由于電泳的顆粒的位移。在一些簡單的代數(shù)運(yùn)算之后，可以獲得多普勒頻移= dcts/dt = μ ZJir^sinOjE/X。一般而言，顆粒的運(yùn)動(dòng)可以可以是集體的(由于流體流動(dòng)、電泳等等)和擴(kuò)散的(由于布朗運(yùn)動(dòng))。擴(kuò)散分量——在性質(zhì)上是隨機(jī)的——隨著時(shí)間平均至零，而如果足夠的測量信息是可利用以平均出擴(kuò)散分量至零，那么集體的分量可以被顯示。 如果測量由于施加電場的每個(gè)單位時(shí)間的平均光學(xué)相位偏移diA/i，那么可以測定電泳淌度μ。圖2圖解假定足夠的測量時(shí)間，與顆粒擴(kuò)散相關(guān)的光學(xué)相位如何平均至零。圖 2(a)顯示由于單獨(dú)的顆粒擴(kuò)散的測量的光學(xué)相位。相位測量每2毫秒獲取并歸一化至 sin θ s。樣品是由美國國家標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)研究所(National Institute of Standards & Technology) (NIST)確認(rèn)的電泳淌度標(biāo)準(zhǔn)參比材料SRM 1980。它由電子顯微鏡測定的 60nmX20nm的平均大小的針狀顆粒組成。如所見，這種擴(kuò)散分量實(shí)際上是隨機(jī)的，并且由于顆粒擴(kuò)散的相應(yīng)的相位偏移(Phase wandering)在幾秒的數(shù)量級(jí)上平均至零。根據(jù)斯托克斯-愛因斯坦(Mokes-Einstein)方程，擴(kuò)散常數(shù)與流體動(dòng)力學(xué)半徑成反比，因此顆粒越小，平均擴(kuò)散分量花費(fèi)的時(shí)間越長。圖2(b)圖示當(dāng)施加10Hz、具有18V/cm大小的方波電場來驅(qū)動(dòng)電泳時(shí)的測量的光學(xué)相位。按比例繪制的偏移電場(scaled and offset electric field)在光學(xué)相位下作圖用于視覺參考。這里，光學(xué)相位由電泳和擴(kuò)散分量組成。清楚地看出，當(dāng)電場轉(zhuǎn)換極性時(shí)，電泳分量顛倒其方向，而擴(kuò)散分量則保持獨(dú)立于電場并且隨機(jī)地進(jìn)行。在圖( 中，每單位電場的光學(xué)相位變化在電場的多個(gè)循環(huán)中平均，然后對(duì)于電場的正電和負(fù)電部分都擬合為直線。由于擴(kuò)散分量在數(shù)秒內(nèi)平均，從擬合直線的斜率容易地獲得電泳淌度。SRM1980的遷移率計(jì)算為+2. 57ym· cm/V · sec，非常好地在NIST確認(rèn)值的誤差2. 53士0. 12μπι · cm/V · sec內(nèi)。該遷移率在小于三秒內(nèi)準(zhǔn)確地測定。這種測量可以用在660nm工作的激光進(jìn)行，但是可以使用任何波長。一般而言，可以以兩種不同方式進(jìn)行DLS測量零差和外差法。術(shù)語外差和外差法在文獻(xiàn)中常常不一致地使用。為了本公開的目的，我們將它們定義如下i)零差模式，其中只有從顆粒自身散射的光被混合，和ii)外差模式，其中由顆粒散射的光與一些未散射的光混合，該未散射的光通常稱為本機(jī)振蕩光(local oscillator).為了理解這兩個(gè)模式之間的差別，我們考慮了在檢測器生成的光電流i(t)
權(quán)利要求
1.測量樣品溶液的等分試樣中顆粒的電泳淌度的裝置，包括A)產(chǎn)生相干單色光光束的裝置；B)將所述相干單色光光束分割為以下光束的光學(xué)裝置1)將通過所述樣品的樣品光束，和2)參比光束；C)由以下組成的非傳導(dǎo)性樣品池1)容納所述樣品等分試樣的槽，2)電極，在所述電極之間電壓可以施加在其中包含的所述樣品等分試樣上，和3)在所述槽中的光學(xué)窗口，通過該光學(xué)窗口a)所述樣品光束可以進(jìn)入所述槽并且由其中包含的所述等分試樣中的顆粒散射，b)所述樣品光束和由所述樣品等分試樣中的所述顆粒散射的一部分光可以離開所述樣品池；D)使離開所述樣品池的未散射的所述樣品光束和由所述顆粒散射并離開所述樣品池的所述一部分所述樣品光束光聚集和準(zhǔn)直的光學(xué)裝置；E)相對(duì)于所述樣品光束的光學(xué)相位調(diào)制所述參比光束的光學(xué)相位的裝置；F)合并所述參比光束與由所述顆粒散射的所述準(zhǔn)直部分的光而形成第三相干光束的、 在自由空間中的光學(xué)裝置；G)光檢測器元件陣列，所述第三相干光束入射在其上，每個(gè)所述檢測器元件由此產(chǎn)生隨時(shí)間變化的信號(hào)；和H)電子裝置，其處理接收自每個(gè)所述光檢測器元件的所述隨時(shí)間變化的信號(hào)，將所述信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字表示，并將生成的數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)裝置以由此計(jì)算所述電泳淌度。
2.權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述調(diào)制所述參比光束的光學(xué)相位的裝置包括驅(qū)動(dòng)后向反射裝置的壓電致動(dòng)器。
3.權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述后向反射裝置是直角棱鏡。
4.權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述后向反射裝置由反射表面彼此互相垂直的兩個(gè)鏡組成。
5.權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述直角棱鏡的斜表面是減反射涂布的。
6.權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述光檢測器元件是光電二極管。
7.權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述光檢測器元件陣列是一維的。
8.權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述光檢測器元件陣列是二維的。
9.權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述樣品池槽包含輸入和輸出流裝置，由此所述樣品等分試樣可以注入所述槽中和從所述槽中去除。
10.權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述樣品池是可互換單元。
11.權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述可互換樣品池單元是一次性的。
12.權(quán)利要求1所述的裝置，其包括在與所述樣品光束重新合并之前使所述參比光束準(zhǔn)直的裝置。
13.權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述使所述參比光束準(zhǔn)直的裝置包括發(fā)散透鏡和會(huì)聚透鏡。
14.權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述使所述樣品光束聚集和準(zhǔn)直的裝置包括會(huì)聚透鏡。
15.權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述單色相干光光束由激光器產(chǎn)生。
16.權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述樣品光束聚焦在所述樣品池的中心。
17.權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述樣品光束的未散射部分通過中性密度濾光器衰減。
18.權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述樣品光束的所述衰減的、未散射部分入射在所述光檢測器陣列的單個(gè)元件上，由此提供樣品光束監(jiān)測器。
19.權(quán)利要求1所述的裝置，還包括與所述電極接觸、使所述樣品池的溫度能夠控制的裝置。
20.權(quán)利要求1所述的裝置，其中分割所述相干單色光光束成為所述參比和樣品光束的所述光學(xué)裝置包括分光器。
21.權(quán)利要求1所述的裝置，其中合并所述參比光束與由所述顆粒散射的所述準(zhǔn)直部分的光、在自由空間中的所述光學(xué)裝置包括分光器。
22.權(quán)利要求1所述的裝置，其中使離開所述樣品池的未散射的所述樣品光束和由所述顆粒散射并離開所述樣品池的所述一部分所述樣品光束光聚集和準(zhǔn)直的所述光學(xué)裝置包括非球面透鏡。
23.權(quán)利要求1所述的裝置，還包括使所述參比光束在與所述樣品光束重新合并之前成形以允許最佳利用所述光檢測器元件陣列的光學(xué)裝置。
24.權(quán)利要求21所述的裝置，還包括第二光檢測器元件陣列，被所述分光器反射的所述第三相干光束的部分入射在所述第二光檢測器元件陣列上。
25.測量樣品溶液中顆粒的電泳淌度的方法，包括以下步驟A)將所述樣品溶液的等分試樣裝入樣品池，所述樣品池包括a.容納所述樣品等分試樣的槽，b.電極，在所述電極之間電壓可以施加在其中包含的所述樣品等分試樣上，和c.光束可以通過的、所述槽中的光學(xué)窗口；B)提供生成相干單色光光束的裝置；C)提供將所述相干單色光光束分割成為以下光束的裝置a.將通過所述樣品池的樣品光束，和b.參比光束；D)提供相對(duì)于所述樣品光束的光學(xué)相位調(diào)制所述參比光束的光學(xué)相位的裝置；E)提供使離開所述樣品池的未散射的所述樣品光束和由所述樣品池中所述樣品等分試樣散射的所述部分所述樣品光束光聚集和準(zhǔn)直的裝置；F)提供合并所述參比光束與由所述樣品等分試樣散射的所述準(zhǔn)直部分光而形成第三光束的裝置；G)提供在所述第三光束的路徑中放置的多個(gè)光檢測器元件中的每一個(gè)處測量所述第三光束的光強(qiáng)度值的裝置；H)提供將在每個(gè)光檢測器元件處測量的所述光強(qiáng)度值轉(zhuǎn)化為數(shù)字表示的裝置；I)提供將生成的數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)裝置的裝置；J)提供處理所述數(shù)字信號(hào)的裝置，由此獲得所述溶液中所述顆粒的所述電泳淌度。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述調(diào)制所述參比光束的光學(xué)相位的裝置包括驅(qū)動(dòng)后向反射裝置的壓電致動(dòng)器。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的方法，其中所述后向反射裝置是直角棱鏡。
28.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的方法，其中所述后向反射裝置由反射表面彼此互相垂直的兩個(gè)鏡組成。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述直角棱鏡的斜表面是減反射涂布的。
30.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述光檢測器元件是光電二極管。
31.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述多個(gè)光檢測器元件以一維陣列排列。
32.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述多個(gè)光檢測器元件以二維陣列排列。
33.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述樣品池在被放入所述相干單色光光束的路徑中之前是可移除和裝填的。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中所述可移除的樣品池是一次性的。
35.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，還包括提供在與所述樣品光束重新合并之前使所述參比光束準(zhǔn)直的裝置的步驟。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述使所述參比光束準(zhǔn)直的裝置包括發(fā)散透鏡和會(huì)聚透鏡。
37.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述使所述樣品光束聚集和準(zhǔn)直的裝置包括會(huì)聚透鏡。
38.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述單色相干光束光由激光器產(chǎn)生。
39.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，還包括提供在所述樣品池的中心處聚焦所述樣品光束的裝置的步驟。
40.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，還包括提供通過中性密度濾光器衰減所述樣品光束的未散射部分的裝置的步驟。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中所述樣品光束的所述衰減的未散射部分入射在所述多個(gè)光檢測器的單個(gè)元件上，由此提供監(jiān)測所述樣品光束的裝置。
42.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，還包括提供與所述電極接觸的溫度控制裝置的步驟，使得所述樣品池的溫度能夠控制。
43.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述分割所述相干單色光光束成為所述參比和樣品光束的裝置包括分光器。
44.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述合并所述參比光束與由所述樣品等分試樣散射的所述準(zhǔn)直部分的光的裝置包括分光器。
45.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述使離開所述樣品池的未散射的所述樣品光束和由所述樣品池中所述樣品等分試樣散射的所述部分所述樣品光束光聚集和準(zhǔn)直的裝置包括非球面透鏡。
46.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，還包括提供使所述參比光束在與所述樣品光束重新合并之前成形以允許最佳利用所述多個(gè)光檢測器元件的光學(xué)裝置的步驟。
47.根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，還包括提供第二多個(gè)光檢測器元件的步驟，被所述分光器反射的所述第三相干光束的部分入射在所述第二多個(gè)光檢測器元件上。
全文摘要
本發(fā)明的名稱是測量溶液中顆粒遷移率的方法和裝置。公開了用于測量溶液中顆粒和分子的電泳淌度的方法和裝置。顆粒樣品放置在包含施加交流電場的兩個(gè)電極的池中。單色光光束穿過樣品。當(dāng)被顆粒散射的光離開池時(shí)，其與未散射的光束一起被聚集和準(zhǔn)直。光束在自由空間中與相位調(diào)制的參比光束合并。干涉形成頻率調(diào)制的散斑圖樣，其通過光檢測器陣列檢測。每個(gè)陣列元件聚集窄范圍的界限分明的散射角。來自每一個(gè)的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，以提取光學(xué)相位信息，提供散射顆粒的電泳淌度的第一原理性測量。每個(gè)檢測器元件提供同時(shí)的獨(dú)立測量。這種固有的平行性極大地增加了在給定時(shí)間可利用的信息量。
文檔編號(hào)G01N15/00GK102192867SQ20111005093
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月26日
發(fā)明者H-T·謝, S·P·特雷奧夫 申請(qǐng)人:懷亞特技術(shù)公司