专利名称：一种用于加强固定托板通孔管内溶液中保持的样品的光学探测的方法
技术领域：
本发明一般关于盛放化验品的板。更具体地，本发明关于固定板及当标本样品在液态溶液中的板上时，便于观察、探测和回收标本样品的方法。本发明对于，但不只是对于，改变液态溶液的光学特性特别有用，当这些溶液被悬于固定板的通孔管中，为了对保存在溶液中的标本样品进行探测。
背景技术：
毛细作用是一种发生在细孔管或通道中的与表面张力有关的现象。典型地，这样的管或通道被称作毛细管，并且众所周知，液体在毛细管中上升到达的高度可通过数学计算确定。这种现象有许多用处，其中一种用处就是用于充注固定板的通孔管。更为具体地，已经表明通孔管的纵横比(aspect ratio)大于约5∶1，并且内径小于约500微米，就会表现出毛细现象。
诸如固定板中的通孔管的细孔管中的液体由于毛细作用，形成弯月面。这个弯月面是由液体的平的表面，遇到固体，在表面张力的作用下，偏离该平的表面而产生的，并且容易观察到。重要的是，弯月面会由于其特定的形状而以一种方式折射穿过液体或穿出液体的光。对于水溶液，以及大多数其他光传输液体，该弯月面一般为凹面。因此，该弯月面对光的作用就像凹透镜那样使进入液体的光散射。
任何化验固定板的一个重要特性就是放在板中的标本样品能被探测并且能被观察。在固定板具有毛细管状的通孔管的情况下，当光被用于这些目的时，需要解决一些光学的问题。如上面所指出的，当光通过凹弯月面进入样品溶液中时，该凹弯月面会使光散射。如果固定板中的通孔管壁为吸收光的，如同我们可能希望的，散射光就会被该壁吸收。这个事实会显著减少用于与溶液中标本样品相互作用的光量。在这些情况下，样品的探测更加困难。
鉴于上述情况，本发明的目的在于提供一套系统和方法，用于探测悬浮于固定板中的在表面张力作用下的液态溶液中的标本样品。本发明的另一个目的在于提供一套系统和方法，用以使液态溶液上产生凸弯月面或平的液面，其会使进入溶液中的光汇聚并集中，从而利于被放在溶液中的任何标本样品的探测。本发明的又一个目的在于提供一套系统和方法，用于探测悬浮在毛细管中的溶液里的标本样品，该毛细管使用容易，制造简单，并且成本适中。
发明内容
一种用于光学探测溶液中样品的系统，其中溶液在表面张力的作用下被放在毛细管中，该系统包括具有相对的第一和第二表面的固定板。多个基本平行的通孔管(即毛细管)在这些相对的表面间延伸穿过固定板。如本发明所设想的，固定板可具有一千多根这样的通孔管，并且每一根通孔管具有大于5∶1的纵横比。同时，每一根通孔管的内径约小于500微米。
气动泵，或在相关技术领域中公知的一些类似型的装置，被与固定板联接，用以在固定板的第一和第二表面之间形成压差(Δp)。这个压差(Δp)会，当然会，也影响被保持在固定板的各个通孔管中的液态溶液。其结果为该压差(Δp)趋于将液态溶液从各个通孔管中推出。在此情况下，压差(Δp)的反作用力从根本上来说是液态溶液的表面张力的结果。对于200微米(μm)毛细管的表面张力计算，可用表达式P＝4σ/d其中P＝由于弯月面产生的压力σ＝水的表面张力＝0.0727N/m(牛/米)d＝毛细管内径＝200μm其值为P＝(4×0.0727)/(200×10-6)＝1454N/m2≈0.2psi因此，适当控制压差(Δp)小于约十分之二磅每平方英寸(0.2psi)，液态溶液可被移动通过通孔管，但不是被推出该通孔管。然而，当液态溶液试图离开通孔管时，将在出口处凸起而形成凸弯月面。如果在通孔管进/出口的周围涂上憎水性的涂层，如Teflon(特富龙)，此效果可被进一步加强。
如本发明所期望的，在固定板表面上的各个通孔管的进或出口处产生的凸弯月面被用于光学用途。特别地，当光学设备被用于探测放在固定板的通孔管中的样品时，这些凸弯月面将会使穿过溶液的光通过弯月面汇聚，而不是散射。在溶液中，光聚集的结果可被用来加强溶液中样品的探测。本领域的技术人员应了解，这个结果只需要移动通孔管出/进口附近的液珠(bolus of fluid)即可至少部分地实现。
本发明的新颖性特征，也就是本发明自身，无论是其结构还是其操作，将会从附图结合说明而被很好地理解，其中相同的标号指相同的部分，并且其中图1为本发明的系统的透视示意图；图2为图1中所示的部分固定板的沿2-2线的剖面图；图3为图2中所的部分固定板的被施以压差(Δp)的剖面图；并且图4为图3中所示的形成于固定板中通孔管进/出口处的凸弯月面的放大图。
具体实施例方式
首先参考图1，示出关于本发明的一种系统，其用于光学探测在液态溶液中的样品，该系统被称为10。如图所示，系统10包括一块固定板12，用来观察板12的光学探测器14，以及用来给固定板12上施加压差(Δp)的气动装置16。在系统10的操作过程中，气动装置16产生压差(Δp)用来建立液态溶液形状，提高光学探测器14探测被放在溶液中的标本样品的能力。
特别参考固定板12，图1中所示的固定板12具有第一表面18和第二表面20。这些表面18和20都基本为平面，并且它们一般为相互平行的。重要地，板12还包括多个彼此基本平行的通孔管22，并且它们在表面18和20之间延伸穿过板12。参考图2或许最易了解，板12中的每一根通孔管22(其中通孔管22a、22b和22c只是示例)具有长度24，和内径26。对于本发明，希望内径26为大约等于或小于500微米(500μm)。而且，希望每根通孔管22具有的纵横比(即长度24对直径26的比值)等于或大于约5∶1。在任何情况下，通孔管22有效地表现出毛细作用至关重要。
仍然参考图1，可见系统10的气动装置16包括一个托板28。如图，托板28由壁30形成，并且有底32，其与壁30连在一起，构成腔34。而且，管36被安装在托板28上。特别地，管36连接托板28的腔34，该托板的腔与抽气泵38连通。图1中还示出系统10的光学探测装置14，其包括照相机40和光源42。本领域的技术人员所了解的其他任何光探测装置(照相机40只是示例)都可用于本发明的这一目的。同时应了解，根据系统10的特定用途，光源42可选择产生可见光或不可见光，以及准直光，或特定波长的单色光。
参考图2，会看到板12的表面18可被涂以憎水层44。虽然没有表示，但我们应了解表面20可被同样覆涂。重要地，用于后续公开的目的，涂层44被表示为环绕各种通孔管22各自的开口46。图2还显示溶液48的单独部分被悬于各个通孔管22中。如上述暗示的，溶液48由于毛细作用而被导入到通孔管22中，并且受溶液48上表面张力的作用而悬于其中。因此，在大多数实例中，溶液48为液体型的，当它悬于通孔管22中时，会产生凹弯月面50。还应了解到，憎水涂层44会阻止液体从一根通孔管传到另一根。
在本发明的系统10的操作中，气动装置16的托板28与固定板12结合在一起。更具体地，参考图3会更好理解，此结合使托板28的腔34变成了气密室52，该气密室位于托板28的底32和固定板12的第二表面20之间。由于这种构造，抽气泵38的运转便能产生压力P1，在气密室52中，该压力P1高于固定板12的第一表面18上的环境压力P2。因此，压力差Δp就产生了(Δp＝P1-P2)，该压力差趋于迫使溶液48从通孔管22a-c中流出各自的开口46a-c。然而应了解，除产生刚才所述的过压外(overpressure)，抽吸装置(未示出)可以容易地被与第一表面18连接，实现同样的结果。同时，抽气泵38可被操作以在室52中产生真空。在此情况下，溶液48将被推向固定板12的表面20。然而，在任何情况下，所需的结果是在每一通孔管22的各自开口46处的溶液48上产生凸弯月面54。
所产生的用于本发明目的的凸弯月面的光学功能，或许参考图4最好被了解。在图中，可以看到，由于凸弯月面54的形状，当光线56在溶液48的弯月面54上入射时，它们会沿着预定的路线被折射。特别是当光线56通过空气进入溶液48时，它们会被汇聚折射，如图4所示(光线56为示意性的)。如本发明所期望的，这种汇聚效应有助于集中更多的光进入各个通孔管22，以增强对可能悬浮于溶液48中的微粒58的照明。
尽管本文所示并且详细披露的特别的“一种用于加强固定板通孔管内溶液中保持的样品的光学探测的方法”完全能够达到目的并且提供本文上述的优点，但是应当明白它仅说明本发明的目前优选实施例，而非意图对除所附权利要求所述之外的，在本文中所示的结构或设计的细节进行限制。
权利要求
1.一种用于对放在溶液中的样品进行光学探测的系统，其包括固定板，其具有第一表面和第二表面，多个通孔管从该板中穿过；以及气动装置，其可与所述的板联接，用于在所述固定板的所述第一和第二表面之间产生压差Δp，以施力于所述通孔管中的所述溶液，在所述板的所述第一表面形成凸弯月面，使光在通过所述凸弯月面进入所述溶液时汇聚并且在所述溶液中集中，利于对所述溶液中的所述样品进行光学探测。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述气动装置是抽气泵。
3.如权利要求2所述的系统，其中所述压差Δp约为十分之二磅每平方英寸，0.2psi。
4.如权利要求1所述的系统，进一步包括用于引导光穿过所述凸弯月面的的光学装置。
5.如权利要求1所述的系统，进一步包括覆涂于所述第一表面的用以促进形成所述凸弯月面的憎水层。
6.如权利要求1所述的系统，其中在所述固定板中的每个所述通孔管纵横比大于5∶1，并且所述通孔管的内径小于约500微米。
7.一种用于对放在溶液中的样品进行光学探测的系统，其包括机械装置，其用于在表面张力作用下悬置所述溶液，所述被悬置的溶液具有暴露于环境条件下的上表面和暴露在同样环境条件下的下表面；以及气动装置，其与所述机械装置结合，用以使所述溶液的一个所述表面形成凸弯月面，使光在通过所述凸弯月面进入所述溶液时汇聚并且在所述溶液中集中，以利于对所述溶液中的所述样品进行光学探测。
8.如权利要求7所述的系统，其中所述机械装置为一块固定板，其具有第一表面和第二表面，其中有多个通孔管在它们之间延伸，并且其中所述溶液悬置于所述固定板的所述第一和第二表面间的各个所述通孔管中。
9.如权利要求8所述的系统，其中在所述固定板中的每个所述通孔管的纵横比大于5∶1，并且所述通孔管的内径小于约500微米。
10.如权利要求8所述的系统，其中所述固定板具有多于一千根的所述通孔管。
11.如权利要求8所述的系统，其中所述气动装置是抽气泵，用以在所述溶液的所述上和下表面之间产生压差Δp。
12.如权利要求11所述的系统，其中所述压差Δp约为十分之二磅每平方英寸，0.2psi。
13.如权利要求8所述的系统，其进一步包括用于探测穿过所述凸弯月面的光的光学装置。
14.如权利要求8所述的系统，其进一步包括覆涂于所述第一表面的用以促进形成所述凸弯月面的憎水层。
15.一种用于对放在溶液中的样品进行光学探测的方法，其包括步骤如下提供一个具有第一表面和第二表面的固定板，其中有多个通孔管从该板中穿过，用于在所述固定板的所述第一和第二表面之间的各个所述通孔管中，在表面张力作用下悬置所述溶液，所述被悬置的溶液具有暴露于环境条件下的上表面和暴露在同样环境条件下的下表面；并且将气动装置与所述固定板结合，以使所述溶液的一个所述表面形成凸弯月面；以及引导光穿过所述凸弯月面，以使光在所述溶液中穿过时汇聚，并且在所述溶液中集中，以利于对所述溶液中的所述样品进行光学探测。
16.如权利要求15所述的方法，其中在所述固定板中的每根所述通孔管的纵横比大于5∶1，并且所述通孔管的内径小于约500微米，并且其中所述固定板具有多于一千根的所述通孔管。
17.如权利要求15所述的方法，其中所述气动装置是抽气泵，用以在所述溶液的所述上和下表面之间产生压差Δp。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述压差Δp约为十分之二磅每平方英寸，0.2psi。
19.如权利要求15所述的方法，其中所述引导步骤用光学装置完成。
20.如权利要求15所述的方法，其进一步包括，在所述固定板的所述第一表面涂覆促进形成所述凸弯月面的憎水层的步骤。
全文摘要
一种用于对放在溶液中的样品进行光学探测的系统和方法，需使用具有一千个或更多通孔管的固定板。所述溶液在表面张力作用下被悬置在所述固定板的所述相对的表面之间的这些通孔管中。然后，气动泵与所述的板结合，用以在所述溶液的所述上和下表面之间产生压差(Δp)，其约等于1380Pa，即十分之二磅每平方英寸(0.2psi)。结果是，在所述溶液的表面形成凸弯月面，使光在通过所述溶液时汇聚并且集中。然后，此集中的光，利于对处于所述溶液中的样品进行光学探测。
文档编号B01L3/00GK1643362SQ03805852
公开日2005年7月20日 申请日期2003年3月20日 优先权日2002年3月22日
发明者W·M·拉弗蒂 申请人:戴弗萨公司