[发明专利]用于同时检测粒子的尺寸和荧光性的紧凑型检测器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2008年12月18日提交的、申请号为61/138,876、名称为“Simultaneous Particle Size And Fluorescence Detector”的共同未决美国临时申请的优先权，其全部内容通过引用合并于本文中。

技术领域

本发明总体上涉及一种用于检测气悬粒子或者水浮粒子的系统，特别地涉及一种用于检测气悬粒子或者水浮粒子并根据尺寸和生物学状态对所检测的粒子进行分类的系统。本发明在检测和分类诸如无菌生产设备的清洁环境中的生物粒子和污染物方面具有特别的效用，并且在有利于生物粒子的快速检测的任何环境中都具有效用。

背景技术

各种制造环境要求对空气中出现的不相关碎屑进行严格控制。半导体制造例如具有长期需要的“清洁空间”，该“清洁空间”使用大量的空气过滤，使空气中的粒子的数量和尺寸降低至某个可接受的等级。其他制造环境具有相似但不同的需求。例如，在制药和医疗设备制造环境中、在医院、以及在食物加工或制备环境中，关键的是：不仅要控制空气中粒子的数量，生物粒子的最小化也特别重要。微生物污染例如可以使得整批药剂不可用，从而导致生产过程中的重大财产损失。相应地，在医药品或医疗卫生器材的制造过程中即时检测出污染事件、包括即时检测出关于污染事件是生物污染还是非生物污染的信息是有利的。在有可能是生物或化学恐怖袭击的目标的邮局或者其他政府部门中，这种能力也是有利的。

已经设计了各种检测器，用以通过测量采样区中的粒子散射的光的量和方向性来检测流体载运粒子。在同属于Hamburger等人的美国专利第5,646,597号、第5,969,622号、第5,986,555号、第6,008,729号、第6,087,947号和第7,053,783号中、以及在属于Jiang等人的美国专利第7,430,046号中描述了一些上述检测器。这些检测器都涉及如下几个方面：引导光束穿过环境空气的样本从而使得一部分光束被空气中的任何粒子散射、用于仅对在与预定粒子尺寸范围相对应的预定角度范围内散射的光进行传输的光束阻挡设备、以及用于检测所传输的光的检测器。如果在检测器处检测到的光超过预定等级，则启动警报。这些检测器中的一些检测器，例如Jiang等人的美国专利第7,430,046号中所描述的检测器，也使用测量由光源照射而从所测粒子中激发出的荧光来将所测粒子分类为生物的或者非生物的。

依赖散射或荧光性测量的传统粒子检测器面临一系列共同的挑战。例如，在被设计用于检测散射光的检测器或者粒子计数器中，必须从入射照明光源信号提取散射光信号。这涉及从非常嘈杂的背景(来自激光源的强光)中检测微弱信号(来自小粒子的散射)。另外，同时提供散射和荧光性测量的传统粒子检测器必须能够：(1)检测足够的荧光以得到可用信号，以及(2)从系统中的其他电噪声或者光学噪声中分离出由被测荧光生成的信号。

当待测粒子悬浮在某种流体中而非悬浮在具有低折射率的空气或者气体中时，这些问题中的某些问题被加剧。如果待测粒子悬浮在例如比空气具有更高折射率的水中，则各种影响可导致可用于测量的散射光或者荧光的量减少。流体线路内的波导例如可以俘获以荧光方式发出的光或者以高角度散射的光。另外，流体与空气的边界处或者流体线与周围空气的边界处的菲涅尔反射可以进一步减少可用于测量的光的量。另外，具有矩形横截面的流体导管的转角或者具有圆形横截面的流体导管的弯曲的表面可以引起降低检测器处的信噪比的透镜效应和其他光学像差。

发明内容

本发明总体上涉及一种系统和方法，用于测量悬浮在流体中的粒子的尺寸，并同时使用粒子荧光性来确定所测粒子是生物的还是非生物的。与传统系统相比，根据本发明的实施例的系统采用更高效的集光装置以允许收集更多由粒子荧光性所发出的光。

在某些实施例中，本发明包括粒子检测和分类系统。该系统包括：包括待测流体的采样区、位于采样区的第一侧的光源、位于采样区的第二侧的第一检测器、位于该采样区的第二侧的第二检测器、以及顶点位于采样区的第一侧而焦点在采样区内的抛物面反射器。光源沿第一轴线向采样区提供基本准直的光，第一检测器测量以预定角度向采样区的第二侧的方向散射的光，抛物面反射器收集由采样区内的受照射粒子由于荧光性而发出的光，并使所收集的光以基本准直的方式导向第二采样区的第二侧方向，第二检测器测量由抛物面反射器收集的荧光。