專利名稱：尿液分析診斷系統(tǒng)的貫流分析器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分析稀流體試樣中的顆粒的方法和系統(tǒng)，具體地，涉及一種可產(chǎn)生試樣流體的薄流體的貫流分析器，可從薄流體得到其光學(xué)圖象。
背景技術(shù)：
分析顆粒尤其是沉淀物的方法和系統(tǒng)在現(xiàn)有技術(shù)中已公知，如美國專利No.4,338,024和4,393,466所公開的，其內(nèi)容本文參考引用。這種系統(tǒng)使用貫流分析器，使流體試樣(試樣流體)通過貫流分析器；和顆粒分析器，以獲得通過貫流分析器的流體的靜止畫面圖象。因此，貫流分析器定位和顯示含有感興趣的進(jìn)行分析的顆粒試樣流體。貫流分析器定位試樣流體越精確，顆粒分析的效果越好。
典型的貫流分析器可使得試樣流體，和緩沖試樣流體的外層流體一起，從較大的入口腔流入較小截面的檢測(cè)區(qū)或部分。從入口或入口腔過渡到檢測(cè)區(qū)形成了液力透鏡，成比例地?cái)D壓試樣流體和外層流體進(jìn)入較小的空間。感興趣的顆粒是微粒，所形成的試樣流體占據(jù)的截面空間一定位于分析器，如光學(xué)系統(tǒng)或激光系統(tǒng)，的景深內(nèi)，以得到最好的分析信息。為了得到最好的液力聚焦，大面積的外層流體必須沒有渦流或旋渦地包圍小面積的試樣流體。因此，試樣和外層流體均勻流過貫流分析器對(duì)于最佳操作顆粒分析器是很關(guān)鍵的。試樣質(zhì)量遷移特性應(yīng)當(dāng)可重現(xiàn)地進(jìn)行控制，使得對(duì)于特定應(yīng)用場(chǎng)合和測(cè)量技術(shù)，試樣截面足夠?qū)?如1毫米寬)，厚度與檢測(cè)方法的要求相稱，同時(shí)流體速度應(yīng)足夠慢，允許截流的流動(dòng)分析，還要足夠快防止顆粒重疊。
傳統(tǒng)上，樣品和外層流體的流動(dòng)通過空氣壓力來控制，以驅(qū)動(dòng)這些流體到達(dá)和通過貫流分析器。施加到各個(gè)流體的空氣壓力可進(jìn)行調(diào)節(jié)以改變流體通過貫流分析器的相對(duì)流速。但是，這些調(diào)節(jié)必須根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行，以得到最佳的圖象獲取效果，因?yàn)檫€有許多其他因素影響到各流體的流速(如流體粘度，流動(dòng)路徑阻力等)，這些因素還因系統(tǒng)不同而變化，不同的流體而變化。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)貫流分析器性能對(duì)針狀體或套管的位置(平移的或角度的)高度敏感，其中針狀體或套管用于注入試樣流體到貫流分析器。因此，最佳和性能可靠地制造、測(cè)試和/或操作貫流分析器是一個(gè)耗時(shí)間的工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種貫流分析器，可檢測(cè)與外層流體一起流動(dòng)的試樣流體。貫流分析器包括殼體，形成中空的流體通道，其具有注入點(diǎn)，幾何聚焦部分，其使流體通道的截面變窄；和檢測(cè)區(qū)；套管，具有設(shè)置在所述流體通道的注入點(diǎn)的輸出端；第一引導(dǎo)流體控制泵，用于泵送外層流體通過所述流體通道，使得外層流體在所述注入點(diǎn)具有第一已知速度；第二引導(dǎo)流體控制泵，用于泵送試樣流體通過套管，使得所述試樣流體通過所述套管輸出端注入所述流體通道，在所述注入點(diǎn)所述樣品流具有第二已知速度，所述第二已知速度不同于所述第一已知速度；和測(cè)量機(jī)構(gòu)，用于測(cè)量通過所述檢測(cè)區(qū)的試樣流體流的參數(shù)。試樣流體流的截面尺寸通過線性流速聚焦被所述外層流體聚焦，并通過幾何聚焦被所述流體通道的變窄的幾何聚焦部分聚焦。
本發(fā)明的另一方面是一種使試樣流體和外層流體通過貫流分析器的中空流體通道的方法，流體通道具有注入點(diǎn)，幾何聚焦部分，流體通道在聚焦部分的尺寸變窄；和檢測(cè)區(qū)。該方法包括使外層流體流過流體通道，使得外層流體在注入點(diǎn)具有第一已知速度，在注入點(diǎn)將試樣流體注入流體通道，試樣流體流具有第二已知速度，其中第二已知速度不同于第一已知速度，測(cè)量通過檢測(cè)區(qū)的試樣流體流的參數(shù)。試樣流體流的截面尺寸通過線性流速聚焦被外層流體聚焦，并通過幾何聚焦被流體通道的變窄的幾何聚焦部分聚焦。
本發(fā)明的又一個(gè)方面是一種用中空管形成套管的方法，中空管具有第一和第二端以及第一截面形狀。該方法包括從中空管切割出希望的形狀，其中切割出的管具有第一端和第二端以及第一截面形狀，將具有第一厚度的心軸插入第一端，將第一端壓到第一心軸上，再從第一端取出第一心軸，然后將具有第二厚度的第二心軸插入第一端，其中第二厚度小于第一厚度，將第一端壓到第二心軸，從第一端取出第二心軸。壓制第一端后，第一端具有第二截面形狀，其不同于第一截面形狀。
通過閱讀說明書、權(quán)利要求和附圖，可清楚了解本發(fā)明的其他的目的和特征。


圖1A是本發(fā)明的貫流分析器的側(cè)視截面圖；圖1B是本發(fā)明的貫流分析器的頂視截面圖；圖2是本發(fā)明的套管的透視圖；圖3是本發(fā)明的貫流分析器的側(cè)視截面圖，顯示了離開套管的試樣流體的幾何聚焦；圖4是離開套管的沒有線性流速聚焦的試樣流體的側(cè)視圖；圖5是離開套管的帶有線性流速聚焦的試樣流體的側(cè)視圖；圖6是本發(fā)明的貫流分析器的側(cè)視截面圖，顯示了離開套管的試樣流體的幾何聚焦和線性流速聚焦；
圖7A是容積泵組件的分解圖；圖7B是容積泵組件的透視圖；圖8A是容積泵的殼體組件的分解圖；圖8B是容積泵的殼體組件(未帶壓縮管)的透視圖；圖8C是容積泵的殼體組件的透視圖；圖9是容積泵的可選實(shí)施例的頂視圖；圖10是容積泵的第二可選實(shí)施例的頂視圖；圖11是容積泵的第三可選實(shí)施例的側(cè)視圖；圖12是注射泵的側(cè)視截面圖；圖13是本發(fā)明的貫流分析器的可選實(shí)施例的側(cè)視截面圖，顯示了幾何聚焦的頂和底傾斜壁。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出一種貫流分析器，具有改進(jìn)的性能，通過結(jié)合幾何聚焦和線性流速聚焦，在檢測(cè)區(qū)實(shí)現(xiàn)了希望的試樣層厚度，這里試樣速度足夠小，可保證選通圖象系統(tǒng)獲得流動(dòng)試樣的清楚的靜止圖象；并且速度還要足夠大，以保證獲得的圖象互相不重疊。試樣和外層流體的相對(duì)速度使用直接流體控制泵仔細(xì)地進(jìn)行控制。
本發(fā)明的貫流分析器1在圖1A和圖1B中顯示，其包括套管2，通過套管可注入試樣流體進(jìn)入流體通道4，通道由貫流分析器殼體6形成。流體通道4包括入口4a，可接收外層流體；幾何聚焦部分4b，通道在聚焦部分的截面尺寸(如高度)減??；檢測(cè)區(qū)4c，在此可獲得試樣流體的圖象；出口4d，在此試樣和外層流體離開貫流分析器1。殼體6用剛性材料制造(如塑料)，形成了引導(dǎo)流體通過的通道4的頂壁、底壁、左側(cè)壁和右側(cè)壁(分別為8a，8b，8c和8d)。顯微鏡22和照相機(jī)24(已為所屬領(lǐng)域共知，因此不作詳細(xì)介紹)共同形成成像儀，可獲得通過通道4的檢測(cè)區(qū)4c的試樣流體的靜止圖象。
如圖1A和圖1B所示，進(jìn)入套管輸入端2a、通過通道2和離開套管輸出端2b的試樣流體的流速受到泵裝置14的控制，其從試樣源11(如容器，試管)通過供應(yīng)管15提供試樣流體10。從外層流體源13(如容器)進(jìn)入通道入口4a，通過通道4，離開通道出口4d的外層流體12的流速受到泵裝置16的控制，其通過供應(yīng)管17提供外層流體?？蛇x擇的端口18可沿通道4的頂壁8a形成，通過真空管21(如圖1A所示)連接到真空泵20，泵可用來從通道4排出氣泡。
套管2(也顯示于圖2)包括輸入端2a(用于接收試樣流體)，和輸出端2b(用于注入試樣流體到通道4，形成流體流)。輸入端2a最好具有圓形截面，其最好縮小到輸出端2b的橢圓形截面。作為非限制性的示例，套管輸出端2b可具有大約2毫米的寬度W(大于顯微鏡物鏡的觀察區(qū)的寬度)，和大約50微米和400微米之間的高度H(最好位于大約150到300微米之間)。因?yàn)闄E圓輸出端2b是從套管輸入端2a縮小的(即具有較小的截面積)，流過輸入端2a的試樣流體的線性流速小于流過輸出端2b的流速。
本發(fā)明利用了幾何聚焦和線性流速聚焦。圖3顯示了幾何聚焦，試樣流體10在注入點(diǎn)I(即套管2的輸出端2a在通道4內(nèi)形成的注入點(diǎn)I)注入流過通道4的外層流體12。幾何聚焦是由狹窄的通道4形成。在圖3所示的示例中，流體通道4具有矩形截面形狀，底壁8b向上朝頂壁8a(是平面的)傾斜，因此通道4的高度減小(以及其截面積)。幾何聚焦使得試樣注入點(diǎn)I和試樣檢測(cè)點(diǎn)(區(qū)域4c)之間的流體厚度減少。由于幾何聚焦的結(jié)果(假設(shè)在注入點(diǎn)I試樣流體和外層流體的線性流速相同，矩形截面只有一個(gè)尺寸上減少)，通道4的檢測(cè)區(qū)4c的試樣流體流厚度Ts(即高度)可按下式計(jì)算Ts=TI×AEAI]]>其中TI是試樣流體在注入點(diǎn)I的厚度(即高度)，AI是流體通道4在注入點(diǎn)I的截面積，AE是通道4的檢測(cè)區(qū)4c的截面積。如果左側(cè)壁8c和右側(cè)壁8d是平面的(故通道在該尺寸上具有均勻的寬度)，則試樣流體流厚度為Ts=TI×HEHI]]>其中HI是通道4在注入點(diǎn)I的高度，HE是通道4在檢測(cè)區(qū)4c的高度。應(yīng)當(dāng)指出如果寬度和高度都改變(即改變兩個(gè)直角相交的截面尺寸)，和/或使用了非矩形通道(即圓柱形，橢圓形等)，其中一個(gè)或多個(gè)截面尺寸改變，這時(shí)計(jì)算試樣流體流尺寸變得更復(fù)雜，但聚焦可同時(shí)發(fā)生在不止一個(gè)尺寸上。
試樣流體的線性流速聚焦發(fā)生在當(dāng)試樣流體的速度不同于外層流體的速度時(shí)。具體地，如果通過套管2的輸出端2b的外層流體的速度與離開套管2的試樣流體的速度相配，試樣流體顯示出以與套管2的輸出端2b相同的形狀進(jìn)入外層流體體積中(見圖4)。在這種情況下，不存在線性流速聚焦(即聚焦比例為1比1)，未形成流過注入點(diǎn)I的外層流體質(zhì)量與試樣流體質(zhì)量的聚焦比R(對(duì)于類似的流體，R與兩種液體的截面積的比相同)。但是，泵14和16以已知的和不同的速率供應(yīng)試樣和外層流體，所以在注入點(diǎn)I的初始試樣流體速度小于同一點(diǎn)的外層流體速度。因此，在試樣流體的厚度(即高度)減少時(shí)，流體質(zhì)量的聚焦比R通過線性流速聚焦形成于注入點(diǎn)I外，如圖5所示。較快的外層流體流速超過較慢移動(dòng)的試樣流體流，使試樣流體流變薄。后面下游的試樣和外層流體速度將最終相配，這時(shí)沒有另外的線性流速聚焦發(fā)生，但試樣流體的高度被線性流速聚焦聚焦下來了。圖6顯示了組合的幾何聚焦和線性流速聚焦。
在設(shè)計(jì)和操作貫流分析器時(shí)，成像儀(如顯微鏡22和照相機(jī)24)的光學(xué)特征(如光學(xué)聚焦，選通和獲得速度等)指示所希望的或最佳的通過檢測(cè)區(qū)的試樣流體流厚度和速度。成像儀最好還控制貫流分析器的檢測(cè)區(qū)的希望的截面積。這樣，其余的貫流分析器尺寸，套管尺寸，以及初始外層/試樣流體速度必須確定，使得形成的貫流分析器可產(chǎn)生希望的檢測(cè)區(qū)4c的檢測(cè)條件。許多貫流分析器的設(shè)計(jì)和操作參數(shù)可以計(jì)算，根據(jù)流體的質(zhì)量遷移速度(速度乘以截面積)在任何正交于流動(dòng)方向的截面上都相同的事實(shí)(因沒有流體壓縮，流體質(zhì)量遷移守恒)。因?yàn)橥鈱恿黧w與試樣流體的比一般是非常高的(如25比1)，當(dāng)計(jì)算外層流體的質(zhì)量遷移時(shí)，可忽略試樣流體的截面，聚焦主要是因?yàn)閹缀尉劢?。近似程度非常好的外層流體速度和截面之間的關(guān)系可通過假定(為了進(jìn)行計(jì)算)外層流體完全充滿了通道4的注入點(diǎn)和檢測(cè)區(qū)部分來得到。通過這樣假設(shè)，質(zhì)量遷移公式可在下面給出VI×AI＝VE×AE(3)其中VI和VE分別是在通道注入點(diǎn)I和檢測(cè)區(qū)4c的外層流體速度，AI和AE分別是在通道注入點(diǎn)I和檢測(cè)區(qū)4c的通道截面積。
質(zhì)量遷移公式還給出了下面的試樣流體的關(guān)系VSI×ASI＝VSE×ASE(4)其中VSI和VSE分別是在通道的注入點(diǎn)I和檢測(cè)區(qū)4c的外層流體速度；ASI和ASE分別是試樣流體流在注入點(diǎn)I和檢測(cè)區(qū)4c的截面積。
如上所述，圖象的光學(xué)特征將決定希望的試樣流體速度VSE和在檢測(cè)區(qū)的截面積ASE值，以及檢測(cè)區(qū)截面積AE。由于外層和試樣流體速度VE和VSE在檢測(cè)區(qū)是相同的，則根據(jù)公式3和4，有VI×AI/AE＝VSI×ASI/ASE(5)其中在注入點(diǎn)的試樣流體截面積ASI等于套管2的輸出端2b的截面積，截面積AE和ASE可從成像儀的光學(xué)要求知道。從這些關(guān)系，可計(jì)算出通道在注入點(diǎn)AI的截面積，試樣/外層速度VSI和VI，得到希望的檢測(cè)條件。可以確定實(shí)際的貫流分析器，其已經(jīng)使用上述公式簡化，按照上面介紹的公式所預(yù)計(jì)的進(jìn)行操作。
上面的公式指出了知道試樣/外層速度VSI和VI值的重要性，有必要以足夠的精度控制這些速度，以便在貫流分析器中得到希望的流動(dòng)條件，即使這些流體的粘度可按常規(guī)改變。使用空氣壓力的現(xiàn)有技術(shù)方法是不足夠的，因這種技術(shù)不能可靠地產(chǎn)生已知的流速，尤其是在粘度和背壓變化的情況下。因此，本發(fā)明優(yōu)選利用直接流體控制泵，這種泵可產(chǎn)生恒定和已知的流速，即使流體粘度和背壓有很大變化。
直接流體控制泵的一個(gè)示例是容積泵(即管式抽油泵或蠕動(dòng)泵)，用于泵送外層和試樣流體通過貫流分析器。容積泵從現(xiàn)有技術(shù)可以知道，其包括一個(gè)或多個(gè)沿柔性管滾動(dòng)的滾輪，管子容納進(jìn)行泵送的液體。滾輪在壓縮管中形成了移動(dòng)阻塞，可沿管子的長度推動(dòng)流體，將流體吸入管子的輸入端，使流體離開管子的輸出端。容積泵具有優(yōu)越性，因?yàn)闈L輪沿管子的速度等于管中流體的速度。因?yàn)楣茏拥慕孛娣e是已知的，可建立滾輪速度和泵送流體的速度之間在注入點(diǎn)(通過已知的幾何體)的直接關(guān)系，因?yàn)榱黧w速度和背壓不會(huì)影響滾輪的速度。例如，由于各個(gè)泵和貫流分析器之間的質(zhì)量遷移是受到保護(hù)的，可給出下面的質(zhì)量遷移公式VP1×AP1＝VI×AI(6)Vp2×Ap2＝VSI×ASI(7)其中VPI和API分別是外層流體容積泵16的滾輪速度和管子截面積，VP2和AP2分別是試樣流體容積泵14的滾輪速度和管子截面積。由于這些公式的截面積是已知的和固定的，泵滾輪速度可直接關(guān)聯(lián)到貫流分析器的注入點(diǎn)的試樣/外層流體速度，因此允許系統(tǒng)簡單地通過可控和已知速度來移動(dòng)泵滾輪，可靠地形成和監(jiān)測(cè)貫流分析器中希望的已知流體流動(dòng)。
用于本發(fā)明的貫流分析器的示例性容積泵在圖7A和7B顯示。泵110包括殼體120，其具有上和下殼體部分120a/120b，通過鉸鏈122和鉸鏈架124互相鉸接到一起。當(dāng)上殼體120a關(guān)閉到下殼體120b時(shí)，其間形成環(huán)形空腔126。滾輪臂128，最好是用彈簧加載的，設(shè)置在空腔126中。滾輪臂128的近端位于空腔126的中心，遠(yuǎn)端固定有向外的壓縮滾輪129。馬達(dá)130的驅(qū)動(dòng)軸132延伸到空腔126中，并連接到滾輪臂128的近端，以圍繞空腔126的周邊轉(zhuǎn)動(dòng)滾輪129。傳感器組件134固定到下殼體120b，并包括傳感器開關(guān)136，用于檢測(cè)上殼體120a的關(guān)閉銷138，以確定上殼體120a處于下殼體120b上的關(guān)閉位置。傳感器組件134還包括傳感器開關(guān)137，可檢測(cè)殼體組件112是否位于空腔126中；和傳感器140，用于檢測(cè)和確定滾輪臂128的位置。
圖8A-8C顯示了殼體組件112，其包括殼體146，設(shè)有上和下外殼部分146a/146b，通過接合片148卡接到一起，接合片從上外殼部分146a延伸，可與下外殼部分146b接合。下外殼部分146b包括環(huán)形側(cè)壁150，其上設(shè)有從側(cè)壁150的內(nèi)表面延伸的肩部152。上外殼部分146a包括環(huán)形側(cè)壁154。當(dāng)上和下外殼部分146a/146b卡接到一起時(shí)，上外殼側(cè)壁154卡接到下外殼側(cè)壁150，側(cè)壁154和側(cè)壁150的肩部一起形成面朝內(nèi)的環(huán)形壓縮表面156。上外殼側(cè)壁154位于距肩部152的固定距離處，形成環(huán)形壓縮表面156的通道158。
中空的壓縮管160可取出地沿壓縮表面156設(shè)置。壓縮管160包括粘接其上或整體形成的凸緣162。凸緣162緊靠著插入通道158，形成摩擦安裝，將壓縮管160固定到壓縮表面156。最好凸緣162是實(shí)心管狀件，可作為壓縮管160的一部分整體形成，其厚度對(duì)應(yīng)通道158的寬度。壓縮管160具有輸入端160a和輸出端160b。
至于安裝泵10，上和下外殼部分146a/146b卡接到一起，通過凸緣162，壓縮管160固定到壓縮表面156(保持在通道158中)。上殼體部分120a可旋轉(zhuǎn)打開(從下殼體部分120b)，殼體組件114插入下殼體部分120b。上殼體部分120a然后關(guān)閉，牢固地保持外殼組件112于空腔126。
當(dāng)馬達(dá)130促動(dòng)時(shí)，滾輪臂128在空腔126中轉(zhuǎn)動(dòng)，使得滾輪129接合壓縮管160，并將壓縮管壓向壓縮表面156。彈簧加載的滾輪臂128保證滾輪129以所需的力壓迫壓縮管160，使得滾輪129在壓縮管160中形成阻塞，當(dāng)滾輪臂128在空腔126中旋轉(zhuǎn)時(shí)可沿管160的長度移動(dòng)。移動(dòng)的管阻塞推動(dòng)已知數(shù)量的流體均勻地通過壓縮管160。當(dāng)滾輪臂128完成一圈旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾輪129完成沿壓縮管部的整個(gè)長度的移動(dòng)，其中壓縮管部設(shè)置在壓縮表面156，已經(jīng)脫離壓縮管160。圖中顯示的泵在滾輪臂128的旋轉(zhuǎn)角為285度期間阻塞壓縮管，在余下的75度旋轉(zhuǎn)范圍滾輪129不壓縮管160。
理想地，壓縮管160的直徑選擇成一個(gè)工序(即通過貫流分析器獲得圖象)所需的流體數(shù)量可通過滾輪臂128旋轉(zhuǎn)一次產(chǎn)生，因此避免了重復(fù)接合和脫開滾輪129和壓縮管160導(dǎo)致的脈動(dòng)。通過連續(xù)固定壓縮管160到壓縮表面(如使用連續(xù)的凸緣162接合到連續(xù)的通道158)，管子蠕動(dòng)及其造成的流體流變化得到避免。均勻輸送的流量來自滾輪臂128的逐步增加的旋轉(zhuǎn)程度。當(dāng)泵停止時(shí)，滾輪129最好停在圖7A所示的缺省或靜止位置，這時(shí)滾輪129不接觸壓縮管160，因此防止了由于形成靈敏點(diǎn)(flat spots)導(dǎo)致管子過早地?fù)p壞。但是滾輪129可暫時(shí)停在壓縮管60，使得失速的管阻塞成為壓縮管60內(nèi)的流體的暫時(shí)的節(jié)流閥。
可取出的外殼112使得使用人員容易地更換壓縮管160。將凸緣162插入通道158方便，并可提供管子160相對(duì)壓縮表面156的重復(fù)定位。管子160和/或殼體組件112都可在管子160老化時(shí)由使用人員進(jìn)行更換，最好不需使用工具。上殼體120a關(guān)閉到下殼體120b壓縮外殼組件112，以保證壓縮管160和壓縮表面156位于適當(dāng)位置(相對(duì)泵組件110，尤其是滾輪129)。殼體組件112和泵組件110的卡接特性提供了可重復(fù)進(jìn)行的和方便的安裝方式，和泵的性能。泵最好使用具有對(duì)稱截面的管子160，這要求更均勻制作的管子和重現(xiàn)性更高的泵性能，更適合于殼體組件112的卡接性能。
應(yīng)當(dāng)注意到，盡管泵殼體部分120a/120b顯示出是鉸接連接的，但也可以用卡接方式來代替，如外殼部分146a/146b所示，反過來也可以。臂128不必是彈簧加載的，壓縮表面156不必是圓形的，只要彈簧加載的滾輪臂128能夠保持所需的最小力用于壓縮管160。例如，壓縮表面可以是橢圓的，旋轉(zhuǎn)的彈簧加載滾輪臂具有足夠的縱向移動(dòng)(沿臂128的長度)，在臂旋轉(zhuǎn)期間以足夠的力保持與壓縮管160的接觸，如圖9所示?；蛘撸D(zhuǎn)臂的縱向移動(dòng)的數(shù)量可有更大的限制，在其旋轉(zhuǎn)期間的多個(gè)點(diǎn)，滾輪129停止壓迫壓縮管，甚至可能失去接觸，如圖10所示。在這種情況下，滾輪129兩次失去與壓縮管160的接觸，使得在臂128的整個(gè)旋轉(zhuǎn)期間泵產(chǎn)生兩次間斷的流體流動(dòng)脈動(dòng)。事實(shí)上，滾輪129不必繞固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，可包括平移運(yùn)動(dòng)，如圖11所示。在這個(gè)實(shí)施例中，彈簧加載的臂128連接到移動(dòng)的傳送帶或?qū)к?64，沿平面壓縮表面156移動(dòng)滾輪129。帶/導(dǎo)軌164上可設(shè)置一個(gè)或多個(gè)另外的滾輪臂128(帶有滾輪129)，只要在任何給定時(shí)間只有一個(gè)滾輪與壓縮管160接合。
應(yīng)當(dāng)指出，可使用清空泵26從通道出口4d抽出外層和試樣流體。或者，貫流分析器系統(tǒng)可省略外層流體泵16，清空泵26可以是容積泵，用于抽出外層流體以已知和可控制的速度通過貫流分析器。
直接流體控制泵的另一個(gè)示例是傳統(tǒng)的注射泵，其具有已知尺寸的空腔30，和以已知速度在空腔中移動(dòng)的柱塞32，如圖12所示，其中流體以已知的流速離開空腔30的出口34。這種注射泵的一個(gè)缺點(diǎn)是其要求設(shè)置閥門和花時(shí)間來重新設(shè)置泵處于泵送位置。
不同類型的直接流體控制泵共同具有的是已知尺寸的空腔(如容積泵的柔性管，注射泵的剛性空腔)，和通過已知速度減少空腔尺寸的機(jī)構(gòu)(如，容積泵的利用一定速度移動(dòng)的滾輪形成的移動(dòng)阻塞，注射泵的以已知速度移動(dòng)通過空腔的移動(dòng)柱塞)，使流體以已知流速離開空腔。這些泵基本上不受流體粘度和背壓變化的影響，因此，成為操作本發(fā)明的貫流分析器的理想裝置。
本發(fā)明具有許多優(yōu)點(diǎn)。試樣流體流的厚度的范圍可根據(jù)通道4在注入點(diǎn)I和檢測(cè)區(qū)4c的截面積之比，以及試樣套管形狀，進(jìn)行選擇。在檢測(cè)區(qū)的確切試樣流體厚度還可通過改變外層和試樣質(zhì)量流速之比(如，通過改變泵14/16提供的試樣流體10和外層流體12的相對(duì)流速)來精細(xì)地調(diào)節(jié)?？商峁┑蛪汉偷唾|(zhì)量流速下的均勻流體。這樣可進(jìn)行高質(zhì)量的微截流(頻閃-照明攝影)分析。貫流分析器的物理尺寸很小，因?yàn)槭褂昧私M合的幾何聚焦和線性流速聚焦來得到薄的聚焦的試樣流體。
貫流分析器的性能對(duì)套管在注入點(diǎn)I的位置非常敏感，因?yàn)殡x開套管的試樣流體將快速地適應(yīng)通過套管的外層流體部分的形狀和粘度。因此，簡單地，必須控制外層流體的截面流速(給出套管的位置)以形成希望的聚焦。定位套管的任何誤差可通過線性流速和幾何聚焦來補(bǔ)償。因此，貫流分析器的制造很簡單，其性能更強(qiáng)大。由于存在線性流速和幾何聚焦，檢測(cè)區(qū)的試樣流體厚度沒有必要完全取決于套管輸出端2b的厚度。貫流分析器的確切尺寸不是很嚴(yán)格，因?yàn)榱魉倬劢沟淖兓尚拚灹鞣治銎鞒叽绲恼`差。這使得制造工藝不是非常嚴(yán)格。
在上面介紹的附圖中，通道4的聚焦部分4b變窄，因?yàn)榈妆?b朝頂壁8a(是平面的)傾斜。使用單個(gè)傾斜壁來縮窄通道聚焦部分4b使得制造簡單，因?yàn)橹挥幸粋€(gè)成形壁需要制作。但是頂壁8a也可以，或者選擇，朝底壁8b傾斜，以直接形成狹窄的通道4。圖13顯示了本發(fā)明的可選實(shí)施例，其中頂壁8a和底壁8b相對(duì)互相傾斜，注入的流體對(duì)準(zhǔn)通道檢測(cè)區(qū)4c的中心。實(shí)際上，可想象到，側(cè)壁8c和/或8d都可朝著對(duì)方或離開對(duì)方傾斜，在正交(寬度)截面尺寸上縮小或擴(kuò)大通道4，幫助試樣流體在兩個(gè)截面尺寸上進(jìn)行幾何聚焦。
實(shí)施示例根據(jù)本發(fā)明的貫流分析器已經(jīng)實(shí)施，下面介紹本發(fā)明的該非限制性的實(shí)施例。套管2的輸出端2b成形為橢圓形。套管輸出端2b的長邊W和短邊高度H在注入點(diǎn)I形成試樣流體流，其要比顯微鏡物鏡的觀察區(qū)的寬度大，試樣流的厚度由所希望的聚焦程度決定。通道4的形狀最好在試樣注入點(diǎn)I和試樣檢測(cè)區(qū)4c之間的截面區(qū)只在一個(gè)截面尺寸上減小，以進(jìn)一步聚焦(變薄)試樣流體帶，流體正交于檢測(cè)區(qū)4c。通過這種方式，試樣流體呈現(xiàn)平面流，其流動(dòng)方向以直角相對(duì)顯微鏡物鏡。但是，對(duì)某些應(yīng)用可能希望沿其他正交截面尺寸聚焦。
貫流分析器可最好通過機(jī)加工或模制材料制造，切割出部件，形成通道聚焦部分4b和平面檢測(cè)區(qū)4c。檢測(cè)區(qū)4c上的殼體材料最好用透明材料(如光學(xué)玻璃)，這樣從下面流過的試樣流體的圖象可以最小的光學(xué)扭曲來得到。
通過套管注入到通道4的試樣流體大約150微米厚(即高度)和2毫米寬。在注入點(diǎn)I，通道4大約為6.2毫米高，主要包含外層流體。在注入點(diǎn)I的試樣流體和外層流體之間的流速變化(用于線性流速聚焦)不應(yīng)當(dāng)太大，以防止過度擾動(dòng)。試樣流體，被外層流體包圍，前進(jìn)到通道4的檢測(cè)區(qū)4c，其大約為4毫米寬和150微米高。在注入點(diǎn)I的試樣流體厚度(約150微米)通過幾何聚焦和線性流速聚焦進(jìn)行液力聚焦，當(dāng)?shù)竭_(dá)檢測(cè)區(qū)4c時(shí)聚焦成大約5微米。
示例性的貫流分析器殼體6設(shè)置成主要為塑料，除了檢測(cè)區(qū)4c上的光學(xué)玻璃外。殼體6的上部(包含頂壁8a)與殼體6的下部(包含底壁8b)分開形成，使用密封環(huán)和粘接劑夾到一起，形成密封的通道4。很少使用潤滑油來溶解塑料的紙涂層上的粘接劑。使用帶有不含粘接劑的保護(hù)涂層的塑料。連接到光學(xué)玻璃的塑料材料的表面是平滑和平坦的，不經(jīng)過機(jī)械加工。經(jīng)過加工的表面進(jìn)行拋光以保證其平坦和平滑。
示例性的貫流分析器在無塵的環(huán)境下制造(如無塵室，帶有HEPA過濾的無塵箱，無粉塵的乳膠手套等)。不要觸動(dòng)光學(xué)玻璃的光學(xué)表面。光學(xué)表面的保護(hù)性粘接涂層不能去除，直至非常有必要時(shí)，以減少光學(xué)表面污染的可能性。用無粒子的壓縮空氣清除灰塵。完成制造后或操作中斷時(shí)，所有的部件用無棉絨的鏡頭紙覆蓋，然后儲(chǔ)存在無塵容器中。進(jìn)行檢查的表面尺寸的變化沿寬度方向一側(cè)到另一側(cè)不超過0.001英寸。部件在99％異丙醇中聲波處理5分鐘，然后用無顆粒的空氣吹干。不含棉絨的布用異丙醇沾濕后也可用于清潔部件。
下面介紹制作套管2。該制造技術(shù)以及該技術(shù)形成的實(shí)際套管，只是示例性的，不能用來限制可用于本發(fā)明部件的套管。
套管2具有非常薄的壁，可用16線(gauge)不銹鋼管制造。兩個(gè)心軸用于成形套管的輸出端2b。第一心軸通過切割一片0.010英寸厚的不銹鋼薄片形成，具有三角形，寬度為大約0.080英寸，長度為大約0.50英寸。第二心軸通過切割0.006英寸厚的不銹鋼片形成，其具有三角形，寬度為大約0.125英寸，長度為大約0.50英寸。
將不銹鋼管切割成希望的長度(如2.5英寸)。管子在車床上轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，管子的一端(下面稱作加工端，將形成套管2的輸出端2b)用細(xì)銼刀進(jìn)行平整。切割邊過渡大約1/4到1/3壁厚。用600目粗砂紙(干或濕)拋光管子的加工端(大約0.25英寸)。然后將管子從車床取下。加工端的內(nèi)部用鋒利的刀手工清理毛刺。用噴燈加熱管子加工端到橘黃色(大約1/4到3/8英寸)，然后進(jìn)行緩慢冷卻。軟化的鋼變?yōu)殛幇档乃{(lán)灰色(用600目濕或干的粗砂紙輕微打磨灰色區(qū)域可恢復(fù)光亮)。
將0.010英寸的心軸推入管子的加工端。將大約0.150英寸的管子加工端放入精密機(jī)械老虎鉗的爪中，心軸平行于老虎鉗的爪。老虎鉗緩慢夾緊，將管子壓到0.010英寸的心軸上。然后將管子從老虎鉗取下，將0.010英寸的心軸從管中取出。然后將0.006英寸的心軸牢固插入管子的加工端。將管子置于老虎鉗的爪中與前面相同的位置，并壓緊到0.006英寸的心軸上。將0.006英寸的心軸從管端部取出。使用兩個(gè)不同厚度的不同心軸的壓制步驟有助于防止管邊壓塌。
然后將管子切割到希望的總長度(如0.870英寸(+0.020/-0.000))。新切割出的端部用600目濕或干的砂紙磨光，并用鋒利的刀去除毛刺，使得管邊平滑和沒有材料延伸超過管體直徑。完成的套管然后通過超聲波清洗機(jī)用去離子水清洗。通過將壓縮空氣注入平整的(加工的)套管端部可清除殘余物。0.006英寸心軸以很小的阻力安裝到管子的加工端。
應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于上面介紹和顯示的實(shí)施例，所作變化都屬于所附權(quán)利要求的范圍。例如，上面介紹的材料、工藝和多個(gè)示例是示例性的，不能用來限制本發(fā)明。顯微鏡/照相機(jī)可形成部分的容納通道4中流體的殼體。為了進(jìn)行說明，高度和寬度都簡單地只涉及正交的截面尺寸，取決于貫流分析器的觀察方位，高度和寬度可進(jìn)行互換。同樣地，頂和底壁，左和右壁，可通過顛倒貫流分析器的觀察位置進(jìn)行互換(即顛倒貫流分析器)。盡管貫流分析器顯示出可用成像儀來獲得通過檢測(cè)區(qū)的試樣流體流的圖象，實(shí)際上成像儀可以是任何的光學(xué)測(cè)量機(jī)構(gòu)(如圖象傳感器等)，可測(cè)量流體流的任何光學(xué)參數(shù)(光學(xué)透明度，光學(xué)散射，熒光性等)。或者，(和/或其他地)，成像儀可被測(cè)量機(jī)構(gòu)代替(或額外設(shè)置)，該機(jī)構(gòu)可測(cè)量一個(gè)或多個(gè)非光學(xué)參數(shù)(如電參數(shù)，如電阻或電容，超聲波參數(shù))。最后，可通過注入高于外層流體速度的試樣來越過貫流分析器的幾何聚焦。在這種情況下，試樣在檢測(cè)區(qū)的截面將比通過幾何聚焦得到的厚，在某些對(duì)過大幾何聚焦要進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用中，這可能是所希望的。這使得能夠補(bǔ)償某些試樣/外層流體粘性組合，否則將要求不同尺寸的貫流分析器。
權(quán)利要求
1.一種貫流分析器，用于檢測(cè)與外層流體一起流動(dòng)的試樣流體，包括殼體，形成中空的流體通道，其包括注入點(diǎn)，幾何聚焦部分，其使所述流體通道的截面變窄；和檢測(cè)區(qū)；套管，具有設(shè)置在所述流體通道的注入點(diǎn)的輸出端；第一引導(dǎo)流體控制泵，用于泵送外層流體通過所述流體通道，使得外層流體在所述注入點(diǎn)具有第一已知速度；第二引導(dǎo)流體控制泵，用于泵送試樣流體通過所述套管，使得所述試樣流體通過所述套管輸出端注入所述流體通道，在所述注入點(diǎn)所述試樣流體流具有第二已知速度，所述第二已知速度不同于所述第一已知速度；和測(cè)量機(jī)構(gòu)，用于測(cè)量通過所述檢測(cè)區(qū)的所述試樣流體流的參數(shù)；其中所述試樣流體流的截面尺寸通過線性流速聚焦被所述外層流體聚焦，并通過幾何聚焦被所述流體通道的變窄的幾何聚焦部分聚焦。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貫流分析器，其特征在于，所述第二已知速度小于所述第一已知速度；和所述試樣流體流的截面尺寸通過線性流速聚焦被所述外層流體聚焦。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貫流分析器，其特征在于，所述中空的流體通道包括頂壁和底壁，其間形成所述流體通道的截面尺寸；和所述底壁的一部分朝所述頂壁傾斜，使得所述流體通道的幾何聚焦部分的截面尺寸變窄。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貫流分析器，其特征在于，所述中空的流體通道包括頂壁和底壁，其間形成所述流體通道的截面尺寸；所述頂壁和底壁的一部分互相朝對(duì)方傾斜，使得所述流體通道的幾何聚焦部分的截面尺寸變窄。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貫流分析器，其特征在于，所述流體通道在檢測(cè)區(qū)的截面尺寸小于流體通道在所述注入點(diǎn)的截面尺寸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貫流分析器，其特征在于，在所述注入點(diǎn)，所述試樣流體流的截面尺寸小于所述試樣流體流的直交截面尺寸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貫流分析器，其特征在于，所述殼體包括從所述流體通道延伸的端口，所述貫流分析器還包括第三泵，用于通過所述端口從所述流體通道泵送氣泡。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貫流分析器，其特征在于，所述套管包括輸入端，用于接收所述試樣流體；所述套管輸入端具有第一截面積；和所述套管輸出端具有第二截面積，其小于所述第一截面積。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的貫流分析器，其特征在于，所述第一截面基本上是圓形；和所述第二截面基本上是橢圓形。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貫流分析器，其特征在于，所述檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)所述試樣流體流的光學(xué)參數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貫流分析器，其特征在于，所述光學(xué)測(cè)量機(jī)構(gòu)包括成像儀，可獲得通過所述檢測(cè)區(qū)的試樣流體流的圖象。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的貫流分析器，其特征在于，所述殼體包括位于檢測(cè)區(qū)附近的透明部分；和所述成像儀包括顯微鏡和照相機(jī)，可獲得通過所述殼體的透明部分的試樣流體的圖象。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貫流分析器，其特征在于，所述第一引導(dǎo)流體控制泵包括壓縮管，用于容納所述外層流體；壓縮表面；和滾輪，可逐步地壓縮所述壓縮管到所述壓縮表面，形成壓縮管的移動(dòng)阻塞，其可推動(dòng)所述外層流體以已知速度通過所述壓縮管；所述第二引導(dǎo)流體控制泵包括壓縮管，用于容納所述試樣流體；壓縮表面；和滾輪，可逐步地壓縮所述壓縮管到所述壓縮表面，形成壓縮管的移動(dòng)阻塞，其可推動(dòng)所述試樣流體以已知速度通過所述壓縮管。
14.一種使試樣流體和外層流體流過貫流分析器的中空流體通道的方法，所述貫流分析器具有注入點(diǎn)，幾何聚焦部分，其使所述流體通道在聚焦部分的截面尺寸變窄；和檢測(cè)區(qū)，所述方法包括外層流體流過所述流體通道，使得所述外層流體在所述注入點(diǎn)具有第一已知速度；所述試樣流體在所述注入點(diǎn)注入到所述流體通道，所述試樣流體流具有第二已知速度，其中，所述第二已知速度不同于所述第一已知速度；和測(cè)量通過所述檢測(cè)區(qū)的所述試樣流體流的參數(shù)；其中，所述試樣流體流的截面尺寸通過線性流速聚焦被所述外層流體聚焦，并通過幾何聚焦被流體通道變窄的幾何聚焦部分聚焦。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述試樣流體的注入利用套管進(jìn)行，所述套管具有接收所述試樣流體的輸入端，和位于所述流體通道中的注入點(diǎn)的輸出端，所述注入點(diǎn)用于注入所述試樣流體。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述套管輸入端具有第一截面積；和所述套管輸出端具有第二截面積，其小于所述第一截面積。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述第一截面基本是圓形；和所述第二截面基本是橢圓。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述第二速度小于第一速度；和所述試樣流體流的截面尺寸通過線性流速聚焦被外層流體聚焦。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述中空流體通道包括頂壁和底壁，其間形成了流體通道的截面尺寸；和部分底壁朝所述頂壁傾斜，使得所述流體通道的幾何聚焦部分的截面尺寸變窄。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述中空的流體通道包括頂壁和底壁，其間形成流體通道的截面尺寸；和部分的頂壁和底壁朝對(duì)方傾斜，使得所述流體通道的幾何聚焦部分的截面尺寸變窄。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述流體通道在檢測(cè)區(qū)的截面尺寸小于流體通道在注入點(diǎn)的截面尺寸。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述試樣流體流在所述注入點(diǎn)的截面尺寸小于所述試樣流體流的直交截面尺寸。
23.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法還包括從所述流體通道抽出氣泡。
24.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，參數(shù)測(cè)量包括測(cè)量試樣流體流的光學(xué)參數(shù)。
25.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，參數(shù)測(cè)量包括獲得通過所述檢測(cè)區(qū)的試樣流體流的圖象。
26.一種用中空管形成具有第一端和第二端及第一截面形狀的套管的方法，包括從中空管切割出希望的形狀，其中切出管具有第一端和第二端，及第一截面形狀；將具有第一厚度的第一心軸插入所述第一端；將第一端壓到所述第一心軸上；從所述第一端取出所述第一心軸；然后將具有第二厚度的第二心軸插入所述第一端，其中所述第二厚度小于第一厚度；將所述第一端壓到所述第二心軸上；和從所述第一端取出所述第二心軸；其中，壓制所述第一端后，所述第一端具有第二截面形狀，其與第一截面形狀不同。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，所述第一截面形狀基本上為圓形；和所述第二截面形狀基本為橢圓。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在將所述第一心軸插入所述第一端之前，加熱和冷卻所述第一端。
全文摘要
提出一種檢測(cè)外層流體中流動(dòng)的試樣流體的貫流分析器。殼體(6)形成中空的流體通道(4)，其包括幾何聚焦部分(4b)，在幾何聚焦部分流體通道(4)的高度變窄和檢測(cè)區(qū)(4c)。從套管(2)注入試樣流體到流體通道(4)，形成具有初始速度的試樣流體流。外層流體流過流體通道(4)，當(dāng)通過試樣流體注入點(diǎn)時(shí)具有第一速度。初始速度小于第一速度，通過線性流速聚焦使得試樣流體流的高度聚焦。流體通道(4)的變窄的幾何聚焦部分(4b)通過幾何聚焦部分(4b)也使得試樣流體流的高度聚焦。顯微鏡(22)和照相機(jī)(24)可獲得通過檢測(cè)區(qū)(4b)的聚焦樣品流的圖象。
文檔編號(hào)G01N21/05GK1739018SQ200380108951
公開日2006年2月22日 申請(qǐng)日期2003年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月19日
發(fā)明者R·H·圖爾納, D·A·凱澤 申請(qǐng)人:國際遙距成象系統(tǒng)公司