CN120826600A - 流设备中的改进或者与流设备相关的改进 - Google Patents

Abstract

提供一种流动池设备，该流动池设备包括流体路径，流体路径具有至少一个壁和光学地连接到流体路径的至少一个固体浸没透镜。还提供一种用于测量物体的性质的装置和方法。

Description

流设备中的改进或者与流设备相关的改进

技术领域

本发明涉及流动池设备中的改进或者与流动池设备相关的改进，尤其涉及一种用于测量物体的性质的设备、装置和方法。

背景技术

干涉散射显微术(在本文中称为iSCAT)已成为单粒子跟踪的强大方法，其具有独特的时空分辨率和低至单分子水平的无标记灵敏度。iSCAT在例如Kukura等人在期刊Nature Methods(自然方法)，2009 6:923-935发表的“High-speed nanoscopic trackingof the position and orientation of a single virus(对单个病毒的位置和方向的高速纳米级跟踪)”，和Ortega-Arroyo等人在期刊Physical Chemistry Chemical Physics(物理化学·化学物理)，201214:15625-15636发表的“Interferometric scatteringmicroscopy(iSCAT):new frontiers in ultrafast and ultra-sensitive opticalmicroscopy(干涉散射显微术(iSCAT)：超快和超灵敏光学显微术的新前沿)”。虽然iSCAT具有相当大的潜力，但是iSCAT的广泛应用受到定制显微镜、非常规相机以及复杂样本照射的要求的限制，从而限制了iSCAT对小至单分子的物体进行稳健且准确的检测、成像和表征的能力。

iSCAT的一个应用是在质量光度法(MP)中应用，其中，使用干涉光散射来量化物体的质量和/或浓度。通常，MP测量在倒置显微镜类型的几何结构内的测量界面处进行。这通过将少量物体放在测量界面上来实现。当将MP与生化筛选工作流程相结合时，会出现挑战，其中在生化筛选工作流程中通过机器人过程来制备大量样本。MP测量过程的自动化可通过经机器人移液步骤将每个反应孔复制到样本载体上来实现，然后样本载体可与iSCAT显微镜对接。然而，该方法具有有限的吞吐量，并通过需要额外的机器人而给整个工作流程引入额外的复杂性。当考虑自动化MP过程与生化筛选的组合的成本效率时，主要挑战在于复制样本所需的样本载体的数量较大。

因此，需要提供一种使用iSCAT显微镜来测量样本的高效、自动化过程，该过程与当前生化工作流程兼容，且可实现成本效率和简单性，使得该过程能够广泛地实施。需要该过程实现高灵敏度和分辨率，使得该过程适用于单分子水平下的测量，且适用于在界面、例如质量光度测量所需的界面处进行测量。

此外，用于构造固体浸没透镜结构的已知方法包括：提供限定透镜形状腔的模具，其中在透镜形状腔中铸造固体浸没透镜；将半透明液态弹性体材料浇铸到透镜腔中；使得弹性体材料凝固以形成固体浸没透镜部分；以及从模具中移除固体浸没透镜部分。虽然该方法提供固体浸没透镜的便宜且快速的构造，但是该过程可能是复杂的和劳动密集型的。此外，模制技术不适用于由具有高折射率的材料制成的固体浸没透镜，例如变种玻璃SIL透镜和/或金刚石SIL透镜。此外，由弹性体材料制成的SIL不能在表面处承受高激光强度，例如兆瓦/cm²级的激光强度。此外，由弹性体材料制成的SIL可能无法提供平坦表面或纳米级的表面粗糙度，因为弹性体固体浸没透镜的表面可能是弯曲的。

正是在此背景下产生本发明。

发明内容

根据本发明的一方面，提供一种流动池设备，该流动池设备包括流体路径，流体路径具有至少一个壁和光学地连接到流体路径的至少一个固体浸没透镜。如本文所公开的流设备提供用于测量流体中的物体的性质的简单设备。

本发明的流动池设备提供适合于质量光度测量的界面。界面由与流体接触的固体浸没透镜提供。因此，表面与流体及流体中的任何物体接触，允许物体与界面相互作用或者在界面处相互作用。与界面相互作用或者在界面附近相互作用的物体可通过诸如质量光度法之类的光学技术来测量。

根据本发明的一方面，提供一种流动池设备，该流动池设备包括流体路径，流体路径具有至少一个壁和光学地连接到流体路径的至少一个固体浸没透镜，其中，固体浸没透镜由折射率基本上等于或大于玻璃的折射率的材料制成。

在本发明的上下文中，除非另有指明，否则术语“高”或“更高”指的是固体浸没透镜的任何材料等于由玻璃制成的固体浸没透镜的折射率，或者具有比由玻璃制成的固体浸没透镜更大的折射率。仅通过示例的方式，金刚石固体浸没透镜具有比玻璃固体浸没透镜更高的折射率。

在本发明的上下文中，除非另有指明，否则术语“玻璃的折射率”指的是标准玻璃在介质中的折射率。变体形式的玻璃和/或高折射率玻璃表面或材料不被认为是标准玻璃。

在一些实施例中，固体浸没透镜可以是大于玻璃的折射率的高折射率玻璃材料。

由具有高折射率的材料制成的固体浸没透镜可能较为有利，因为其能够实现透镜的高数值孔径。高数值孔径较为有益，因为高数值孔径可增加收集散射光子的效率并实现提高的测量灵敏度。因此，提供由具有高折射率的材料制成的固体浸没透镜可帮助提高或增强通过显微镜检测的图像的分辨率。

在一些实施例中，提供一种流动池设备，该流动池设备包括流体路径，流体路径具有至少一个壁和光学地连接到流体路径的至少一个固体浸没透镜，其中，固体浸没透镜由折射率基本上等于或大于熔融二氧化硅的折射率的材料制成。例如，固体浸没透镜可以由折射率基本上等于或大于η＝1.4的材料制成。

根据本发明的替代方面，提供一种流动池设备，该流动池设备包括流体路径，流体路径具有至少一个壁和光学地连接到流体路径的至少一个固体浸没透镜，其中，固体浸没透镜是金刚石固体浸没透镜。如本文所公开的流设备提供用于测量流体中的物体的性质的简单设备。

在本发明的上下文中，除非另有指明，否则术语“光学地连接”用于描述允许光在固体浸没透镜和流体路径之间行进的情况。替代地描述为：固体浸没透镜以光学方式与流体路径连接。在一些示例中，通过将固体浸没透镜嵌入流体路径的至少一个壁中来实现“光学连接”。替代地，固体浸没透镜可附接到流体路径的至少一个壁。存在可用于将固体浸没透镜附接到流体路径的壁的各种技术，包括但不限于胶合、压制、胶接或粘合技术。

在本发明的上下文中，如本文所描述的术语“物体”应理解为包括任何合适的物体，例如但不限于：生物分子、蛋白质、肽、多肽、脂蛋白、糖蛋白、脂质、碳水化合物、有机聚合物、蛋白质复合物、抗体或其抗体片段、酶；或者，物体可以是核酸分子，例如DNA、RNA、多糖；或者，物体可以是病毒、或病毒载体例如腺病毒和/或慢病毒、病毒样颗粒、或小分子、外泌体、囊泡、组装复合物、纳米颗粒如脂质纳米颗粒、脂质体或外泌体、化合物、离子或量子点。在一些实施例中，物体可以是单分子、大分子、或分子和大分子的缔合物(例如聚合物)。合适的大分子的示例可包括但不限于核酸分子，天然核酸例如脱氧核糖核酸(DNA)或核糖核酸(RNA)，或人工核酸例如肽核酸(PNA)、吗啉代(Morpholino)以及锁核酸(LNA)，以及二醇核酸(GNA)和苏糖核酸(TNA)。分子的缔合物可包括组装物，例如其包膜或衣壳蛋白被缔合的病毒样颗粒。

在一些实施例中，物体可以是多分子复合物，多分子复合物包括组分的附聚物，其包括蛋白质，例如单体、二聚体和三聚体物质，或其它更高阶附聚物。

在本发明的上下文中，如本文所描述的术语“生物分子”应理解为包括蛋白质、脂质、碳水化合物、脂蛋白、糖蛋白、有机聚合物、核酸分子、病毒、囊泡、组装复合物、或病毒样颗粒。

如在本发明的上下文中所理解的，流体路径被配置成实现流体流过或流体沿着其流动的通道，且可处于技术人员已知的任何结构形式。流体路径包括至少一个壁。壁限定流体路径的内部区域，并用作屏障以防止流体在使用期间从流体路径泄漏。在一些实施例中，流体路径可包括一个圆形壁，这个圆形壁被配置成实现流体流过流体路径的通道。在一些实施例中，流体路径包括四个侧壁，这四个侧壁被配置成提供将流体容纳在流体路径内的封闭流体路径。本领域技术人员可理解其它结构变化。

本发明的流动池包括光学地连接到流体路径的固体浸没透镜(SIL)。这减少或消除了不同部件之间的任何制造变化。此外，所公开的发明的流动池设备可帮助降低制造成本。此外，本发明的另一个优点是减少了可能是由于使用油和标准物镜而产生的噪声/漂移和可用性问题。

此外，固体浸没透镜与流体路径的至少一个壁之间的光学连接可用于测量流体中的物体的多个性质。例如，可检测在固体浸没透镜的照射期间从物体散射的光，以测量物体的质量。

固体浸没透镜可嵌入流体路径的壁中。嵌入流体路径的壁中的固体浸没透镜形成单个单元，该单个单元可帮助降低制造复杂性，从而降低成本。

具有高折射率的任何材料均可适用于固体浸没透镜。固体浸没透镜可以由具有高折射率的材料制成。例如，固体浸没可具有高折射率玻璃表面。特别地，本发明的固体浸没透镜可以由折射率基本上等于或大于玻璃折射率的一种或多种材料制成。

表1—材料的折射率的示例

材料	折射率(η)
		标准玻璃	1.50至1.52
变体玻璃，例如BK7光学冕牌玻璃	1.52或以上
		高折射率玻璃	1.53至1.75
金刚石	2.41至2.42
		铌酸锂	2.30
铌酸钾	2.28
		蓝宝石	1.76至1.78
立方氧化锆	2.15至2.18
		熔融二氧化硅	1.4至1.55

在一些实施例中，固体浸没透镜可以是金刚石固体浸没透镜。在一些实施例中，金刚石固体浸没透镜可嵌入流体路径的一个壁中。提供金刚石固体浸没透镜可能是期望的，因为金刚石固体浸没透镜具有高折射率，这能够实现高数值孔径。此外，金刚石固体浸没透镜相对坚固，这对于多种用途尤其有利。金刚石固体浸没透镜的折射率(RI)基本上是η＝2.42。

在一些实施例中，固体浸没透镜可以由熔融二氧化硅，或包括高折射率玻璃变体在内的任何玻璃、氧化锆、蓝宝石、铌酸锂或铌酸钾制成。在一些实施例中，固体浸没透镜可以由高折射率玻璃材料制成。

在一些实施例中，固体浸没透镜可以由折射率基本上大于η＝1.5或η＝1.52的材料制成。

在一些实施例中，固体浸没透镜可以是半球形或超半球形的。在一些实施例中，固体浸没透镜可以是玻璃半球形透镜。在一些实施例中，超半球形固体浸没透镜可能是优选的。超半球形固体浸没透镜可使系统的数值孔径增大η²(其中η为固体浸没透镜的折射率)。更高的数值孔径较为有益，因为更高的数值孔径可增加散射光子的收集并实现提高的测量灵敏度。

在一些实施例中，固体浸没透镜可具有1mm至5mm的直径。在一些实施例中，固体浸没透镜可具有大于1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm、3.0mm、3.5mm、4.0mm或4.5mm的直径。在一些实施例中，固体浸没透镜可具有小于5.0mm、4.5mm、4.0mm、3.5mm、3.0mm、2.5mm、2.0mm或1.5mm的直径。

附加地或替代地，固体浸没透镜可具有6mm至10mm的长度。在一些实施例中，固体浸没透镜可具有大于6.0mm、6.5mm、7.0mm、7.5mm、8.0mm、8.5mm、9.0mm或9.5mm的长度。在一些实施例中，固体浸没透镜可具有小于10.0mm、9.5mm、9.0mm、8.5mm、8.0mm、7.5mm、7.0mm或6.5mm的长度。

在一些实施例中，固体浸没透镜的表面的至少一部分具有小于1nm RMS的表面粗糙度。均方根(RMS)是本领域技术人员已知的表面粗糙度的标准测量方法。

在一些实施例中，表面粗糙度可介于0.1nm至50nm之间。例如，SIL的表面粗糙度可大于0.1nm、1nm、5nm、10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm或45nm RMS。替代地，SIL的表面粗糙度可小于50nm、45nm、40nm、35nm、30nm、25nm、20nm、15nm、10nm、5nm或1nm RMS。

在一些实施例中，SIL的表面粗糙度可介于0.1nm至1nm RMS之间，或者，SIL的表面粗糙度可大于0.1nm、0.2nm、0.3nm、0.4nm、0.5nm、0.6nm、0.7nm、0.8nm或0.9nm RMS。在一些实施例中，固体浸没透镜的表面的至少一部分具有小于1nm、0.9nm、0.8nm、0.7nm、0.6nm、0.5nm、0.4nm、0.3nm或0.2nm RMS的表面粗糙度。优选地，固体浸没透镜的表面粗糙度为0.5nm RMS。

固体浸没透镜(SIL)可包括用于样本界面的平坦表面和球形表面。固体浸没透镜可以在SIL的样本界面上具有亚纳米RMS的最小表面粗糙度。对于iSCAT检测，这使得能够准确地检测小分子，使检测信号上的误差最小化，从而优化质量分辨率。

在一些实施例中，表面粗糙度的球形表面上的圆度的峰谷偏差可小于200nm。

在一些情况下，可以对固体浸没透镜进行抛光，使得球面侧上的突出部以光路为中心。与固体浸没透镜的球形表面的圆度的偏差可以在使用自由形状校正板时予以校正。自由形状校正板和/或相位校正板可用于光学系统以校正波前变形，例如球面像差。在这种背景下，与收集的光所穿过的SIL的弯曲侧中的球度的偏差可导致波前变形，因此，这可使用定制的自由形状校正板来进行校正。

在固体浸没透镜由金刚石制成的一些情况下，可以对固体浸没透镜进行抛光，使得球面侧上的突出部以光路为中心。对金刚石SIL的{100}晶面进行抛光，则能够实现两件事。首先，能够实现SIL的平坦侧或表面的最佳可能的超精细表面粗糙度。其次，可使突出部以球形侧或表面以光路为中心，这能够实现沿径向更均匀的表面，使得处于高NA的大部分散射光能够行进穿过该表面。这可能较为有利，因为可产生沿径向对称的点扩散函数，进而使对比度最大化。可使用任何抛光技术。

在一些实施例中，例如可使用超精细机械抛光技术来对SIL的平坦表面(即样本界面)进行抛光，以去除样本界面上的凹槽。抛光过程可使SIL的表面光滑，有利地减少散斑效应。

固体浸没透镜的厚度和/或高度可具有+/-3微米以下的公差。本领域技术人员应理解，可调节或校正固体浸没透镜的厚度和/或高度以实现如本文所公开的光学系统中的优化性能。

在一些实施例中，可以在固体浸没透镜的表面上提供涂层。在一些实施例中，涂层可允许物体与固体浸没透镜的特定或增强的结合。在一些实施例中，固体浸没透镜的表面可涂覆有被配置成结合到靶生物分子的抗体。这可用于检测鉴定。在一些实施例中，涂层能够实现在固体浸没透镜的表面处的瞬间结合。例如，涂层可引入与蛋白质的羟基(OH)相互作用，可以因pH变化而定量地解离蛋白质。

应理解，可以在固体浸没透镜和流体之间的界面处施加涂层。该涂层可改变物体与固体浸没透镜之间的相互作用。涂层可减小相互作用或增加相互作用。流体和固体浸没透镜之间的界面还可称为固体浸没透镜的“表面”。

在一些实施例中，涂层可使固体浸没透镜的表面钝化。这使得固体浸没透镜的表面变得化学惰性。在一些实施例中，固体浸没透镜的表面的钝化防止物体与浸没透镜的表面反应和/或防止物体结合到浸没透镜的表面。

在一些实施例中，涂层可使固体浸没透镜的表面功能化。在一些实施例中，在固体浸没透镜的表面上提供的涂层允许功能化，使得特定物体能够与固体浸没透镜相互作用或结合到固体浸没透镜。例如，涂层可以是(3-氨丙基)三乙氧基硅烷(APTES)，其对固体浸没透镜的表面赋予正电荷，使得负电荷的生物分子(例如DNA)可结合到固体浸没透镜。

流动池由如上文所公开的任何合适的材料制成。流动池可以由对选定波长的辐射完全透明的材料制成，使得可以在沿着流体路径的任何期望位置/区域处实现光学测量。替代地，用于流动池的材料可以不透明(不允许光穿过)。在这样的实施例中，流动池可设置有一个或多个窗口以使得光能够穿过。这样的窗口可以是由透明材料制成的区域。

在一些实施例中，流体路径可包括被配置成实现光学测量的一个或多个窗口。通过窗口进行的光学测量可以在与固体浸没透镜不同的位置进行。在一些实施例中，一个或多个窗口可用于检测来自物体的辐射，例如发射、反射或散射光。例如，可通过一个或多个窗口检测从物体发射的荧光。在一些实施例中，一个或多个窗口可便于从物体获得附加信息。在一些实施例中，可沿着流体路径提供多个窗口。这对于动力学/时程实验特别有用。

在一些实施例中，在一个流体路径上提供至少一个窗口。光可穿过窗口进入并进入流动池的流体路径。可以在流体路径的一个壁内提供诸如镜子之类的反射材料，以使光能够通过相同的窗口被反射并离开流动池设备。在这样的实施例中，可放置检测器以检测反射光。

在一些实施例中，在一个流体路径上提供至少两个窗口，以在限定的路径长度上测量物体的至少一个性质。仅通过示例的方式，可以在流体路径的第一壁上提供第一窗口，并在流体路径的第二壁上提供第二窗口。在吸收测量中，路径长度定义为流体路径的两个壁之间的距离。光穿过第一窗口进入，然后穿过第二窗口而被检测到。在另一示例中，在提供圆形壁的情况下，在流体路径的至少一个壁的第一位置处提供一窗口，并在流体路径的相同壁上的不同位置处提供第二窗口。路径长度由第一窗口和第二窗口之间的距离限定。光可穿过第一窗口进入，然后穿过第二窗口而被检测到。

可通过流体路径上的窗口测量的性质的示例是吸收性。根据吸收测量，可确定物体的浓度。在该示例中，诸如UV检测器之类的检测器可检测来自窗口的光以便进行吸收测量。根据吸收测量，可确定物体的浓度。如果进行多于一次测量，则可以在沿着流体路径的各种位置处确定浓度，以检查任何变化。

还可通过任何一个或多个窗口光学地检查其它性质，例如流体中的物体之间的比率，例如可通过窗口来测量蛋白质与核酸的特定吸收的比率。附加地或替代地，还可通过经由窗口进行的测量来确定物体的荧光性质。

附加地或替代地，流体路径的至少一个区域可以对选定波长的辐射透明，这可适用于诸如吸收测量之类的技术。在使用时，光可穿过流体路径的透明区域进入流动池。可以在流体路径的一个壁内提供反射材料，该反射材料使光通过流体路径的相同透明区域反射出去以便检测(例如吸收测量)。

可以在固体浸没透镜上游的流体路径内进行进一步的光学测量。附加地或替代地，可以在固体浸没透镜的位置下游的流体路径内进行光学测量。这可能较为有利—例如在使用期间，当物体流过流动池设备时，物体的浓度可受到影响，因为物体可与流体路径的壁和/或固体浸没透镜的钝化表面相互作用。通过在固体浸没透镜的上游和下游执行吸收测量，该测量可用于检查流体路径中的物体的浓度。这可帮助确定是否由于物体与流动池设备(壁或透镜)相互作用而导致物体的浓度降低。

在一些实施例中，在流动池设备内提供多个流体路径。在一些实施例中，多个流体路径中的每一个可包括至少一个固体浸没透镜。在一些实施例中，提供多个流体路径可能较为有利，因为可以在每个流体路径之间设置不同的条件以进行物体的光学测量。在一些实施例中，可以在一个流体路径内提供多个固体浸没透镜。

在一些实施例中，固体浸没透镜可与包含物体的流体接触。

根据本发明的另一方面，提供一种装置，该装置包括：

根据本发明的前一方面的流动池；

照射源，照射源用于照射固体浸没透镜的表面；以及

第一检测器，第一检测器用于捕获穿过固体浸没透镜的光。

该装置可以是干涉散射显微镜。在一些实施例中，该装置可包括第一检测器，第一检测器被配置成通过固体浸没透镜检测来自物体的光。在一些实施例中，该装置可包括第一检测器，第一检测器被配置成检测来自固体浸没透镜的表面上的物体的散射光和/或来自流体样本中的物体的散射光。

在一些实施例中，该装置还可包括第二检测器，第二检测器被配置成捕获透过窗口的辐射。在一些实施例中，该装置还可包括一个或多个附加检测器。在一些实施例中，该装置可包括多个检测器。在一些实施例中，仅通过示例的方式，第二检测器可用于检测从物体发射并穿过窗口的荧光，或者第二检测器可用于检测和测量吸光度。

在一些实施例中，第二检测器可设置在窗口处或窗口附近，以捕获透过窗口的辐射。在一些实施例中，第二检测器可以是UV检测器，UV检测器被配置成通过窗口测量物体的吸收性，然后可用于确定流动池内的物体的浓度。

在一些实施例中，第二检测器和/或另外的检测器可设置在流动池的上游端处。仅作为示例，可以是UV检测器的第二检测器可用于在流体进入流动池之前测量流体中的物体的吸光度。这较为有利，因为由UV检测器进行的测量可用于调节或优化该装置内的其它设备(例如混合设备)的特定参数，以便优化流动池内的浓度测量。

在一些实施例中，第二检测器可被配置成通过窗口检测流体路径中的物体的荧光。

该装置还可包括混合设备。在一些实施例中，混合设备可处于可执行混合或稀释物体的功能的任何结构形式。在混合设备的最简单的形式下，混合设备包括样本入口端口和第二入口端口，样本入口端口被配置成将包含物体的样本引入混合设备，第二入口端口被配置成将稀释液或稀释剂流体引入混合设备。稀释剂的示例可以是水或缓冲液，但本领域技术人员应理解，可使用其它稀释流体。在一些实施例中，这两个入口端口可流体地连接到分配通道或腔室，其中，两种流体进入分配通道或腔室并在分配通道或腔室中混合在一起。

在本发明的上下文中，样本包含物体。样本可包含与另一实体复合的物体。样本可位于流体流中。

在一些实施例中，该装置还可包括液体处理系统。在一些实施例中，液体处理系统可以给流动池设备选择特定体积的感兴趣物体。在一些实施例中，液体处理系统可包括以下一个或多个：压力源(例如具有阀的注射泵)、混合器和/或空气替换移液管。在一些实施例中，所选择的样本的体积可介于1μL至10μL之间。

在一些实施例中，所选择的样本的体积可大于1μL、2μL、3μL、4μL、5μL、6μL、7μL、8μL或9μL。在一些实施例中，所选择的样本的体积可小于10μL、9μL、8μL、7μL、6μL、5μL、4μL、3μL或2μL。在一些实施例中，所选择的样本的体积可介于1μL至100μL之间。在一些实施例中，所选择的样本的体积可大于1μL、10μL、20μL、30μL、40μL、50μL、60μL、70μL、80μL或90μL。在一些实施例中，所选择的样本的体积可小于100μL、90μL、80μL、70μL、60μL、50μL、40μL、30μL、20μL或10μL。

在一些实施例中，在使用时，液体处理系统可设置在流动池设备的上游。液体处理系统可选择特定体积(例如1μL至10μL)的样本。可激活压力源(例如具有阀的注射泵)以使所选择的样本移动到流动池中来进行测量。在一些实施例中，液体处理系统可以是温度控制式液体处理系统。

液体处理系统可用于使样本和清洗溶液自动流入流动池设备。通过使清洗步骤自动化，清洗过程可利用侵蚀性溶液和/或更复杂的清洗过程，而不会对用户造成风险。这使得能够选择适当的清洗溶液，确保在清洗步骤期间从固体浸没透镜完全移除物体，同时防止损坏固体浸没透镜的表面。因此，清洗步骤甚至可去除物体和透镜之间的“永久”相互作用。

根据本发明的另一方面，提供一种用于测量物体的性质的方法，该方法包括：

在根据本发明的任一方面的流动池设备内提供包含物体的流体；

使用照射源照射固体浸没透镜的表面；

通过固体浸没透镜来检测来自物体的散射、发射或反射光；以及

使用所检测到的光来测量物体的性质。

在一些实施例中，照射光可以在空间上和时间上相干。在一些实施例中，可使用激光光源照射固体浸没透镜的表面。在一些实施例中，激光光源可通过将准直激光束聚焦到成像物镜的后焦平面中来实现显微镜中的宽视场照射，这意味着激光束可有效地在显微镜中耦合进出，同时最小地影响整体成像性能。

替代地，显微镜可以在共焦模式下操作，在这种情况下，检测器可以是图像传感器，或者可以是点样检测器，例如光电二极管，在这种情况下，可使用扫描布置来扫描物体的区域以建立图像。可用作检测器的图像传感器的示例包括CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器或CCD(电荷耦合器件)。在WO2018/011591中进一步公开该装置，其内容通过引用并入本文。

可提供检测器以通过固体浸没透镜检测来自物体的散射、发射或反射光。在一些实施例中，检测器可以是显微镜装置的一部分。特别地，检测器可以是干涉散射显微镜装置的一部分。

干涉显微镜还可包括至少一个光学元件，该至少一个光学元件被配置成补偿固体浸没透镜中的像差。在一些实施例中，具有小直径的固体浸没透镜可表现出与最优形式的显著偏差。具有完美球形表面的固态浸没透镜将具有显著的像差、色差和轴外彗形像差。在一些实施例中，补偿这些像差的光学元件可集成到光路中。在一些实施例中，光学元件可以是与固体浸没透镜匹配的自由形状元件，或者诸如高分辨率空间光调制器之类的柔性元件。在一些实施例中，光学元件可包括球面透镜和/或改进的中继透镜系统。可校正小直径固体浸没透镜的偏差的光学系统较为有利，因为该光学系统能够捕获高分辨率图像。

在一些实施例中，光学元件可包括至少一个非球面透镜。非球面透镜被配置成操纵或调节到达流动池设备内的固体浸没透镜上的光。非球面透镜可用于减少或消除球面像差，且还用于减少其它光学像差，因此可改善图像质量。替代地或附加地，光可直接提供到固体浸没透镜上。

在一些实施例中，干涉散射显微镜还可包括空间滤波器。在一些实施例中，iSCAT显微镜可附加地设置有空间滤波器，且可以在检测输出光之前执行输出光的空间滤波，输出光包括从样本位置散射的光和从样本位置反射的照射光。空间滤波使反射的照射光通过，但是其在预定数值孔径内比更大数值孔径处的强度更大的强度要减小。这增强了相干照射的成像对比度，特别是对于为弱散射体的物体而言。

空间滤波器可布置成使输出光通过，其中，输出光在预定数值孔径内的强度减小到入射强度的10^-2或更小值。通常，空间滤波器可布置成使输出光通过，其中，输出光在预定数值孔径内的强度减小到入射强度的10^-4或更大值，例如位于入射强度的10^-2至10^-4的范围内。因此，为了检测这些弱散射物体，可使用特定孔径。

空间滤波器通过利用反射的照射光的数值孔径与从样本位置处的样本中的物体散射的光的数值孔径之间的不匹配，选择性地减小超过散射光的照射光的强度。因此，空间滤波器利用这两个光源的不同方向性。反射的照射光通常具有相对小的数值孔径，而位于样本的表面附近的亚衍射尺寸的物体优先将光散射到高数值孔径中。因此，在低数值孔径下由空间滤波器对强度的减小主要影响照射光，且对散射光具有最小的影响，从而使成像对比度最大化。

可通过布置空间滤波器使得预定数值孔径与从样本位置反射的照射光的数值孔径相同或相似，而使这种效果最大化。

在一些实施例中，测量物体的性质的步骤可包括量化物体的质量。在一些实施例中，测量物体的性质的步骤可包括测量或量化物体的质量的变化。在一些实施例中，本发明的方法可用于实施质量光度法，其中，通过干涉光散射来量化物体的质量。在一些实施例中，可以以高达5％的质量误差来量化质量。

在一些实施例中，该方法还可包括检测来自溶液中的物体的散射光的步骤，其中，物体具有大于10nm的直径。在一些实施例中，可以在物体位于流体路径内的溶液中时，检测直径大于10nm的物体。在一些实施例中，在通过照射源照射固体浸没透镜时，对散射光的测量可用于确定溶液中的物体的至少一个性质。这可能较为有利，因为物体不与固体浸没透镜的表面相互作用，因此不需要在使用之后从固体浸没透镜移除物体并进行清洗。因此，流动池可容易地重复用于进一步的光学测量。

在一些实施例中，物体可具有大于20nm的直径。可以在沿着流体路径流动的流体内检测直径大于10nm、15nm或20nm的物体。这意味着不需要物体与固体浸没透镜的表面相互作用，因此不需要清洗步骤。

在一些实施例中，物体可与固体浸没透镜的表面相互作用。在一些实施例中，物体与透镜表面之间的相互作用可涉及将物体吸附到固体浸没透镜的表面。在一些实施例中，物体与固体浸没透镜的表面之间的相互作用可以是静电结合相互作用，和/或可通过盐桥来形成结合。在一些实施例中，相互作用可涉及物体与固体浸没透镜的表面之间的疏水相互作用。进一步地，相互作用可以是特定的相互作用，即，表面可涂覆有结合实体，例如抗体或适配体。

在一些实施例中，物体与固体浸没透镜的相互作用发生在界面处，即固体浸没透镜与流体接触的表面处。该界面接收来自光源的光，并允许检测与固体浸没透镜相互作用的物体，因此该界面提供光散射显微术中通常需要的表面，同时还起到透镜的作用。

使用直接与物体相互作用的固体浸没透镜，则能够在测量界面处实现高灵敏度和高折射率(RI)。与常规透镜相比，固体浸没透镜的数值孔径更高，有利于收集更大数量的散射光子，因此提高了该方法的灵敏度。附加地，固体浸没透镜的高折射率意味着与常规iSCAT显微镜相比，本发明的方法与更宽范围的溶剂兼容。固体浸没透镜的高折射率使得即使使用高折射率溶剂，也能够实现足够的折射率差异。例如，本发明的方法可用于测量倾向于仅在RI为1.4或更高的溶剂中溶解的有机聚合物。

通常，物体直接与固体浸没透镜的表面相互作用。可以在溶液中或在流体中提供物体，例如作为悬浮液。在一些情况下，固体浸没透镜的表面上的电荷可以以这样的方式改变，使得诸如羟基(OH)或离子相互作用之类的相互作用能够在物体和固体浸没透镜之间发生。

在一些实施例中，物体与固体浸没透镜的表面之间的相互作用可以是间接相互作用。在固体浸没透镜的表面上提供硅烷涂层的情况下，可发生间接相互作用。在这种情况下，物体可仅与硅烷涂层相互作用，而不是直接在固体浸没透镜的表面上相互作用。

在一些实施例中，该方法还可包括检测来自固体浸没透镜的表面上的物体的散射光的步骤。

因此，可以从固体浸没透镜和流体之间的界面检测散射光。

在一些实施例中，该方法还可包括涂覆固体浸没透镜的表面的步骤。在一些实施例中，浸没透镜的表面的涂层可帮助物体与透镜的表面之间的相互作用。例如，物体可吸附到固体浸没透镜的表面上。在这种情况下，需要后续清洗步骤以从固体浸没透镜的表面移除物体。

替代地，固体浸没透镜的涂层可防止物体与固体浸没透镜的表面相互作用。如果固体浸没透镜的表面钝化，则这防止物体与固体浸没透镜的涂层相互作用。不需要后续清洗步骤。可沿着设备的流体路径在溶液中测量一个或多个物体。

在一些实施例中，该方法还可包括清洗固体浸没透镜的步骤。在一些实施例中，本发明的方法还便于固体浸没透镜的受控清洗，使得固体浸没透镜可以在后续测量中重复使用。

在一些实施例中，该方法还可包括清洗固体浸没透镜，使得从固体浸没透镜的表面移除物体的步骤。在一些实施例中，在没有用户交互的情况下执行清洗过程，这能够优化清洗过程以确保从固体浸没透镜的表面移除整个物体，而不会损坏透镜或对用户造成风险。

通过实现固体浸没透镜的有效清洗，该方法可避免对一次性固体浸没透镜的需求，并确保与吞吐量生化筛选工作流程的兼容性。

在一些实施例中，可提供涂层以帮助物体与固体浸没透镜的表面之间的相互作用。然后，应用清洗步骤以从固体浸没透镜的表面移除物体和涂层。在清洗步骤之后，可施加不同的涂层以使固体浸没透镜的表面钝化，使得防止物体与固体浸没透镜的表面相互作用。

在一些实施例中，固体浸没透镜的清洗可包括使至少一种清洗溶液流过流体路径。在一些实施例中，可选择适当的清洗溶液，确保在清洗步骤期间从固体浸没透镜完全移除物体，同时防止损坏固体浸没透镜的表面。在一些实施例中，固体浸没透镜的清洗可包括使连续的清洗溶液流过流体路径。在一些实施例中，清洗流体可包括但不限于乙醇、异丙醇或类似醇、和/或水。

在一些实施例中，固体浸没透镜的清洗可包括使至少一种更具侵蚀性的清洗溶液流过流体路径，这取决于吸附在表面上或者与固体浸没透镜的表面相互作用的物体。在一些实施例中，固体浸没透镜的清洗可包括使诸如盐酸和/或硫酸之类的酸流过流体路径，随后是水流过流体路径。在一些实施例中，使诸如硫酸之类的氧化酸流过固体浸没透镜，同样可使表面功能化。附加地或替代地，该步骤可包括使诸如氢氧化钠之类的碱流动，以使表面功能化和/或清洗表面。

在一些实施例中，该方法还可包括搅拌清洗溶液的步骤。在一些实施例中，搅拌清洗溶液的步骤可包括使用超声波浴以便于从固体浸没透镜的表面移除物体。在一些实施例中，超声波浴可以是温度可控的，以便于在最适合于从固体浸没透镜移除物体的温度下搅拌清洗溶液。

在一些实施例中，该方法还可包括使空气流过固体浸没透镜的步骤。在一些实施例中，固体浸没透镜可以在清洗步骤之后由空气风干。这防止固体浸没透镜上的任何清洗溶液在后续测量中污染样本溶液。

在一些实施例中，该方法还可包括向固体浸没透镜的表面施加等离子体的步骤。在一些实施例中，例如可使用环境压力等离子体炬来向固体浸没透镜的表面施加等离子体。在一些实施例中，作为清洗过程的一部分，可以向固体浸没透镜的表面施加等离子体，以移除吸附到透镜的表面的物体。

附图说明

现在，将参考附图仅通过示例的方式描述本发明，在附图中：

图1A示出了根据本发明的流动池设备；

图1B示出了至少嵌入流体路径的壁中的固体浸没透镜；

图1C示出了具有一个固体浸没透镜的图1A的流动池设备的剖视图；

图1D示出了具有多个固体浸没透镜的图1A的流动池设备的剖视图；

图2示出了还包括窗口的流动池设备；

图3示出了包括多个流动路径的流动池设备；

图4示出了流体混合设备；以及

图5示出了用于测量流动池设备内的物体的性质的装置。

具体实施方式

根据本发明，提供一种流动池设备、一种用于测量流动池设备内的流体中的物体的性质的装置和方法。

参考图1A，提供流动池设备10，流动池设备10包括流体路径12，流体路径12具有入口14和出口16。流动池设备10的流体路径12具有至少一个壁19和光学地连接到流体路径12的至少一个固体浸没透镜18。至少一个固体浸没透镜18可嵌入流体路径12的壁19中，如图1B所示。流动池设备10可包括一个固体浸没透镜18，如图1C所示。替代地，流动池设备10可包括多于一个固体浸没透镜18，如图1D所示。仅通过示例的方式，图1B示出了包括三个固体浸没透镜的流体路径12的壁19。固体浸没透镜18可以是金刚石固体浸没透镜，或者可以由熔融二氧化硅，或包括高折射率玻璃变体在内的任何玻璃、氧化锆、蓝宝石或铌酸锂制成。固体浸没透镜18可以是半球形的、超半球形的，或者可以是玻璃半球形透镜。固体浸没透镜18可具有1mm至5mm的直径，且可具有6mm至10mm的长度。

流动池设备10可用于测量流体路径12内的流体中的物体的性质。包含物体的流体经由入口14而引入流动池设备10中，并沿着流体路径12在箭头22的方向上流动到出口16。照射一个或多个固体浸没透镜18，且流体路径12内的物体散射光，随后可检测到该光。来自物体的检测到的散射光可用于测量物体的至少一个性质。例如，检测到的散射光可用于测量物体的质量。

固体浸没透镜18可设置有涂层，以允许物体与流体路径12内的固体浸没透镜18进行特定或增强的结合。固体浸没透镜18可涂覆有被配置成结合到靶生物分子的抗体。涂层能够实现在固体浸没透镜18的表面处的瞬间结合。例如，涂层可与蛋白质的羟基(OH)相互作用，可以因pH变化而定量地解离该蛋白质。涂层可使固体浸没透镜18的表面钝化，使得固体浸没透镜18的表面变得具有化学惰性。固体浸没透镜18的表面的钝化可防止物体与固体浸没透镜18的表面反应和/或防止物体结合到固体浸没透镜18的表面。涂层可使固体浸没透镜18的表面功能化。涂层可使得特定物体能够与固体浸没透镜18相互作用或结合到固体浸没透镜18。例如，涂层可以是3-(氨丙基)三乙氧基硅烷(APTES)，其对固体浸没透镜18的表面赋予正电荷，使得负电荷的生物分子(例如DNA)可结合到固体浸没透镜18。

参考图2，流体路径12的至少一部分可以对选定波长的辐射透明。流体路径12可包括被配置成实现光学测量的一个或多个窗口24。仅通过示例的方式，图2所示的流动池设备20包括三个窗口24。窗口24便于从流体路径12内的物体获得附加的测量。窗口24可用于检测来自物体的辐射。例如，可通过一个或多个窗口24检测从物体发射的荧光。当沿着一个流体路径12提供至少两个窗口24时，可以在限定的路径长度上测量物体的性质，这对于进行吸收测量并确定物体的浓度而言可能较为有用。这可帮助确定聚集现象(例如蛋白质聚集)的存在。一个或多个窗口24还可允许测量流体中的物体之间的比率，例如蛋白质与核酸的特定吸收的比率。

物体可以是生物分子、蛋白质、肽、多肽、脂蛋白、糖蛋白、脂质、碳水化合物、有机聚合物、蛋白质复合物、抗体或其抗体片段、酶；或者，物体可以是核酸分子，例如DNA、RNA、多糖；或者，物体可以是病毒、或病毒载体例如腺病毒和/或慢病毒、病毒样颗粒、或小分子、外泌体、囊泡、组装复合物、纳米颗粒、化合物、离子或量子点。物体可以是单分子、大分子、或分子和大分子的缔合物(例如聚合物)。合适的大分子的示例包括但不限于核酸分子，天然核酸例如脱氧核糖核酸(DNA)或核糖核酸(RNA)，或人工核酸例如肽核酸(PNA)、吗啉代以及锁核酸(LNA)，以及二醇核酸(GNA)和苏糖核酸(TNA)。分子的缔合物可包括组装物，例如其包膜或衣壳蛋白被缔合的病毒样颗粒。

物体可以是多分子复合物，多分子复合物包括组分的附聚物，其包括蛋白质，例如单体、二聚体和三聚体物质，或其它更高阶附聚物。

参考图3，流动池设备30包括多个流体路径12a、12b、12c。流体路径12a、12b、12c中的每一个包括入口14a、14b、14c和出口16a、16b、16c。流体路径12a、12b、12c中的每一个可包括光学地连接到流体路径12a、12b、12c的固体浸没透镜18。流体路径12a、12b、12c中的每一个可设置有不同的条件或参数来进行光学测量。

参考图4，示出了混合设备40，混合设备40用于在流体经由入口端口14输入到流动池设备10、20或30中之前混合流体。图4以其最简单的形式示出了混合设备，但是混合设备40可采用任何结构形式。混合设备40包括样本入口端口42和第二入口端口44，样本入口端口42被配置成将包含物体的样本引入混合设备40，第二入口端口44被配置成将稀释液或稀释剂流体引入混合设备40。稀释剂的示例可以是水或缓冲液，但技术人员应理解，可使用其它稀释流体。这两个入口端口42、44流体地连接到分配通道或腔室46，其中，两种流体进入分配通道或腔室46并在分配通道或腔室46中混合在一起。

参考图5，混合设备40和流动池设备10形成用于测量物体的性质的装置50的一部分。装置50可用于量化物体的质量，和/或测量或量化物体的质量的变化。虽然在图5中示出了流动池设备10，但是应理解，本文所描述的流动池设备实施例10、20或30中的任一个可形成装置50的一部分。

如图5所示，装置50可以是干涉散射显微镜60。装置50包括照射源62，照射源62布置成向流动池设备10的固体浸没透镜18的表面提供照射光。照射光可以在空间上和时间上相干。照射源62可以是激光光源。可根据样本的性质和/或待检查的性质来选择照射光的波长。在一个示例中，照射光具有405nm的波长。

可选地，可以在空间上对照射光进行调制，以去除由照射和激光噪声的相干性质引起的散斑图案，例如如Kukura等人在期刊Nature Methods(自然方法)，2009 6:923-935中发表的“High-speed nanoscopic tracking of the position and orientation of asingle virus(对单个病毒的位置和方向的高速纳米级跟踪)”中详细描述的。

装置50包括检测器64，检测器64被配置成接收从流动池10中的流体样本中的物体通过固体浸没透镜18散射、发射或反射的输出光。替代地或附加地，检测器64可检测由流动池设备10中的物体在固体浸没透镜18的表面上散射的光。

通常，显微镜60可以在宽视场模式下操作，在这种情况下，检测器64可以是捕获物体的图像的图像传感器。替代地，显微镜60可以在共焦模式下操作，在这种情况下，检测器64可以是图像传感器，或者可以是点样检测器，例如光电二极管，在这种情况下，可使用扫描布置来扫描物体的区域以建立图像。可用作检测器64的图像传感器的示例包括CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器或CCD(电荷耦合器件)。

显微镜60还包括布置在流动池设备10、照射源62和检测器64之间的光学系统66。光学系统62如下布置成将照射光引导到固体浸没透镜18上以照射物体，并收集来自物体的输出光且将输出光引导到检测器64。

光学系统66包括物镜68、聚光透镜72和管状透镜74。聚光透镜72使来自光源62的照射光(在图5中由连续线示出)穿过物镜68凝聚到流动池设备10的固体浸没透镜18上。物镜68收集输出光，该输出光包括(a)从物体位置反射的照射光(在图5中由连续线示出)和(b)从物体散射的光(在图5中由虚线示出)。反射光主要从固体浸没透镜18和物体之间的界面反射。通常，这是相对弱的反射，例如玻璃-水反射。例如，反射的照射光的强度可以是入射的照射光的强度的大约0.5％。

按照与常规iSCAT类似的方式，来自样本的表面处或附近的物体的散射光与反射光相长干涉，因此在由检测器64捕获的图像中是可看见的。这种效果不同于以透射操作的显微镜，在以透射操作的显微镜中，到达检测器的照射光透过样本的深度，导致小得多的成像对比度。

如图5所示，反射的照射光和散射光具有不同的方向性。特别地，反射的照射光具有由光源62和光学系统66输出的光束的几何形状产生的数值孔径。散射光在大范围的角度上散射，因此与反射的照射光相比填充更大的数值孔径。管状透镜74将来自物镜68的输出光聚焦到检测器64上。

光学系统74还包括分束器76，分束器76布置成将来自光源62的照射光的光路和被引导到检测器64的输出光的光路分开。除了提供如下所述的空间滤波器之外，分束器74可具有常规构造，这提供入射到该结构上的光的部分反射和部分透射。例如，分束器74可以是板，通常设置有膜，该膜可以是金属膜或介电膜，与光路成45°布置。

替代地，分束器74可以是由匹配的一对棱镜形成的立方体分束器，该立方体分束器在棱镜之间的界面处具有部分反射膜。替代地，分束器74可以是偏振分束器，该偏振分束器与分束器74和流动池设备10之间的四分之一波片组合使用。

在图5所示的示例中，光源62偏离物镜68的光路，使得分束器74将来自光源62的照射光反射到物镜68中，相反地，检测器64与物镜68的光路对准，使得来自流动池设备10的输出光透过分束器74朝向检测器64传输。

除了可具有常规构造的上述组件之外，显微镜60还包括空间滤波器78。在图5所示的示例中，空间滤波器78形成在分束器74上，由此定位在物镜68的后孔径后面，并因此直接定位在物镜68的后焦平面82后面。因此，可以在不进入物镜68的情况下实现空间滤波器78，如相差显微镜中那样。直接将空间滤波器放在物镜的入口孔径后面而不是放在共轭平面(例如如下文所述)中，具有强烈地抑制源自高数值孔径显微镜物镜内的众多透镜的背向反射的明显优点。这进而降低成像噪声，降低非干涉背景，并降低实验复杂性、光学器件的数量和光路长度，从而实现光学装置的稳定性提高，从而提高图像质量。

然而，该位置不是必需的，具有等效功能的空间滤波器可以在其它地方提供，如下文所述。空间滤波器78由此定位成过滤传递到检测器64的输出光。因此，在图5所示的检测器64与物镜68的光路对准的示例中，空间滤波器78是透射式空间滤波器。

空间滤波器78是部分透射式空间滤波器，因此使包括反射的照射光在内的输出光穿过，但是强度要减小。空间滤波器78还与光轴对准并具有预定孔径，使得空间滤波器78在预定数值孔径内提供强度的减小。在此，数值孔径以其正常方式定义为无量纲量，该无量纲量表征相对于输出光所源自的样本位置的角度范围。具体地，数值孔径NA可以由等式NA＝n·sin(θ)定义，其中θ是半收集角，n是输出光所穿过的材料(例如光学系统66的组件的材料)的折射率。

在流动池设备10内提供包含物体的流体，通过照射源62照射固体浸没透镜18的表面，且通过固体浸没透镜18从物体散射、发射或反射的光由检测器64检测，检测器64使用检测到的光来测量物体的性质。

物体可通过以下一种或多种方式与固体浸没透镜18的表面相互作用：物体吸附到固体浸没透镜18的表面上、静电结合相互作用、通过盐桥的结合、物体与固体浸没透镜18的表面之间的疏水相互作用。

固体浸没透镜18和物体之间的相互作用可以是直接或间接相互作用。如果固体浸没透镜18的表面上的电荷以这样的方式改变，使得羟基(OH)或离子相互作用能够在物体和固体浸没透镜18之间发生，则可发生直接相互作用。

在固体浸没透镜18的表面上提供硅烷涂层，且物体与硅烷涂层相互作用，而不是直接在固体浸没透镜18的表面上相互作用，在这种情况下，可发生物体与固体浸没透镜18的表面之间的间接相互作用。

在涂层使固体浸没透镜的表面功能化的一些情况下，在物体与固体浸没透镜的表面之间还可发生间接相互作用。

检测器64可检测来自固体浸没透镜18的表面上的物体的散射光。固体浸没透镜18的表面可以在使用之后进行清洗，使得从固体浸没透镜18移除物体，且流动池设备10可以在后续测量中重复使用。清洗流体可流过流动池设备10的流体路径12，需要最少的用户交互来清洗流动池设备10以供重复使用。可通过超声波浴来搅动清洗溶液，例如，以便于从固体浸没透镜18的表面移除物体。随后，空气可流过固体浸没透镜18以干燥固体浸没透镜18并防止固体浸没透镜18上的任何清洗溶液污染后续测量。替代地或附加地，例如可使用环境压力等离子体炬来使固体浸没透镜18的表面暴露于等离子体。

在物体具有大于10nm的直径的情况下，装置50可用于测量流动池设备10的流动路径12内的溶液中的物体的性质，而无需使物体与固体浸没透镜18的表面相互作用。检测器64可被配置成使得装置50可用于在物体位于流体路径12内的溶液中时，检测来自物体的散射光。该装置可用于通过检测器64来检测来自溶液中的物体的散射光，并确定溶液中的物体的至少一个性质。由于物体不与固体浸没透镜18的表面相互作用，因此不需要在使用之后从固体浸没透镜18移除物体并进行清洗。

在一些实施例中，物体可具有大于10nm、20nm、50nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm或1000nm的直径。物体可位于10nm至1000nm、10nm至900nm、10nm至800nm、10nm至700nm、10nm至600nm、10nm至500nm、10nm至400nm、10nm至300nm、10nm至200nm、10nm至100nm、或10nm至50nm的范围内。

当装置50包括流动池设备20或30，如图2和图3所示，流动池设备20或30包括一个或多个窗口24时，装置50还可包括附加检测器(附图中未示出)。附加检测器可被配置成捕获透过一个或多个窗口24的辐射。一个或多个附加检测器可用于检测从物体发射并穿过窗口24的荧光，或者一个或多个附加检测器可用于检测和测量吸光度。附加检测器中的一个或多个可以是UV检测器。

替代地或附加地，一个或多个附加检测器可设置在流动池的上游端处。如果上游附加检测器中的一个或多个是UV检测器，则UV检测器可用于在流体进入流动池设备10之前测量流体中的物体的吸光度。这些测量可用于调节或优化该装置内的其它设备(例如混合设备40)的特定参数，以便优化流动池10内的浓度测量。还可以在流动池的下游提供附加检测器以进行进一步的测量。

装置50可包括液体处理系统52，液体处理系统52被配置成给流动池设备10选择指定体积的感兴趣样本或清洗溶液。如图5所示，液体处理设备52可设置在流动池设备10的上游。液体处理系统52可包括以下一个或多个：压力源(例如具有阀的注射泵)、混合器和/或空气替换移液管。可激活压力源(例如具有阀的注射泵)以使所选择的样本移动到流动池设备10中进行测量。液体处理系统52可选择介于1μL至10μL之间的样本。替代地或附加地，液体处理系统52可选择1μL至100μL的样本。

示例

材料和方法

光学

工作波长范围可介于515nm至535nm之间。色差可限制指定性能的波长范围，而无需重新聚焦到(0.2/5)nm。良好的成像性能可定义为：以光轴为中心的视场(15μm/30μm)直径。NA(1.8/2.1)用于金刚石，(1.6/1.8)用于高折射率玻璃或立方氧化锆。在视场范围内是衍射受限的成像，斯特列尔比(Strell ratio)>(0.9/0.95)。

其它光学性质

为了在固体浸没透镜中达到上述NA，非球面的NA可以是大约0.35。可提供4mm的直径以适合尖端。可以在非球面和/或中继透镜上应用抗反射涂层，R<1％。需实现低杂散光，并避免反射光沿着成像路径折返。为了确定放大倍数，固体浸没透镜-非球面系统的有效焦距为0.5mm至5mm。注意固体浸没透镜的放大倍率为n²。由于偏振可能较为重要，因此需实现低应力双折射。

可提供足够高的激光损伤阈值，以允许2W光束占据非球面透镜通光孔径的任何10％的面积。附加地或替代地，固体浸没透镜可以采用阿斯菲康(Asphericon)工艺制造，其平坦表面的表面粗糙度(标准2，<1)为15nm RMS。

机械方面

可使用具有5mm的最大直径、最大长度为10mm的固体浸没透镜来构建该系统。固体浸没透镜和非球面透镜应牢固地安装到位以实现上述光学性能。组件的热膨胀不应妨碍在20至22摄氏度、15至40摄氏度的温度范围内聚焦。

鉴于本公开，本发明的各种进一步的方面和实施例对于本领域技术人员而言将是明显的。

在本文中使用的情况下，“和/或”应视为具体公开了两个指定特征或组件中的每一个，可包含另一个，或不包含另一个。例如，“A和/或B”将视为具体公开了(i)仅A、(ii)仅B和(iii)兼具A和B中的每一个，就如同每一个在本文中单独阐述一样。

除非上下文另有规定，否则对以上阐述的特征的描述和定义不限于本发明的任何特定方面或实施例，且等同地适用于所描述的所有方面和实施例。

本领域技术人员应进一步理解，虽然已参考若干实施例通过示例的方式描述了本发明。但是本发明不限于所公开的实施例，且可以在不脱离如所附的权利要求所限定的本发明的范围的情况下构造替代实施例。

Claims (27)

1.一种流动池设备，包括流体路径，所述流体路径具有至少一个壁和光学地连接到所述流体路径的至少一个固体浸没透镜，其中，所述固体浸没透镜由折射率基本上等于或大于玻璃的折射率的材料制成。

2.根据权利要求1所述的流动池设备，其中，所述固体浸没透镜嵌入所述流体路径的壁中。

3.根据前述权利要求中任一项所述的流动池设备，其中，所述固体浸没透镜由金刚石、氧化锆、蓝宝石、铌酸锂和铌酸钾之一制成。

4.根据前述权利要求中任一项所述的流动池设备，其中，所述固体浸没透镜由高折射率玻璃制成。

5.根据前述权利要求中任一项所述的流动池设备，其中，所述固体浸没透镜由折射率大于η＝1.5的材料制成。

6.根据前述权利要求中任一项所述的流动池设备，其中，所述固体浸没透镜是金刚石固体浸没透镜。

7.根据前述权利要求中任一项所述的流动池设备，其中，所述固体浸没透镜的表面具有小于1nm RMS的表面粗糙度。

8.根据前述权利要求中任一项所述的流动池设备，其中，在所述浸没透镜的所述表面上提供涂层。

9.根据权利要求8所述的流动池设备，其中，所述涂层使所述固体浸没透镜的所述表面钝化。

10.根据权利要求8所述的流动池设备，其中，所述涂层使所述固体浸没透镜的所述表面功能化。

11.根据前述权利要求中任一项所述的流动池设备，其中，所述流体路径包括被配置成能够实现光学测量的一个或多个窗口。

12.根据前述权利要求中任一项所述的流动池设备，其中，所述固体浸没透镜与包含物体的流体接触。

13.一种装置，包括：

根据前述权利要求中任一项所述的流动池；

照射源，所述照射源用于照射所述固体浸没透镜的表面；以及

第一检测器，所述第一检测器用于捕获穿过所述固体浸没透镜的光。

14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述装置是干涉散射显微镜。

15.根据权利要求13至14中任一项所述的装置，所述装置还包括第二检测器，所述第二检测器被配置成捕获透过所述窗口的辐射。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的装置，所述装置还包括混合设备。

17.根据权利要求13至16中任一项所述的装置，所述装置还包括液体处理系统。

18.一种用于测量物体的性质的方法，所述方法包括：

在根据权利要求1至12中任一项所述的流动池设备内提供包含物体的流体；

使用照射源照射所述固体浸没透镜的表面；

通过所述固体浸没透镜来检测来自所述物体的散射、发射或反射光；以及

使用所检测到的光来测量所述物体的性质。

19.根据权利要求18所述的方法，所述方法还包括检测来自溶液中的物体的散射光的步骤，其中，所述物体具有大于10nm的直径。

20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述物体与所述固体浸没透镜的所述表面相互作用。

21.根据权利要求20所述的方法，所述方法还包括检测所述物体在所述固体浸没透镜的所述表面上的散射光的步骤。

22.根据权利要求20至21中任一项所述的方法，所述方法还包括涂覆所述固体浸没透镜的所述表面的步骤。

23.根据权利要求20至22中任一项所述的方法，所述方法还包括清洗所述固体浸没透镜的步骤。

24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述固体浸没透镜的清洗包括使至少一种清洗溶液流过所述流体路径。

25.根据权利要求23或24所述的方法，所述方法还包括搅拌所述清洗溶液的步骤。

26.根据权利要求20至25中任一项所述的方法，所述方法还包括使空气流过所述固体浸没透镜的步骤。

27.根据权利要求20至26中任一项所述的方法，所述方法还包括向所述固体浸没透镜的所述表面施加等离子体的步骤。