[发明专利]纳米颗粒分析器

说明书

本文公开的主题提供了使用多频谱分析来检测和分析共存于流体样本中的相同、类似、或不同尺寸的个体纳米颗粒的方法。多个光源可以被配置为产生不同频谱波段的多个光束。光学部件可以被配置为将所述多个光束合并成一个或多个入射光片。每个入射光片可以照亮液体样本中的一个或多个纳米颗粒。一个或多个图像检测器可以被配置为使用多个波长检测由一个或多个纳米颗粒散射或发出的光。该多个波长与多个光束的不同频谱波段相对应。同样描述了相关装置、系统、技术和文章。

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.C.S§119(e)，要求于2014年6月3日递交的题目为“纳米颗粒分析器”、序列号为No.62/007,312的美国临时专利申请的优先权，其整体通过引用被结合于此。

政府资助支持声明

本文公开的主题是在政府支持(具有由国家科学基金会授予的授权号OCE-11-26870)下完成的。政府在该发明中具有一定权利。

背景技术

纳米颗粒是无所不在的，并且目前为止是地球上的自然环境中最为丰富的颗粒状实体，并且广泛分布于与人类活动相关联的许多应用中。存在很多类型的自然生成的纳米颗粒和人造的(设计的)纳米颗粒。纳米颗粒存在于空气、水生环境、雨水、饮用水、生物流体、药物、药物输送和治疗产品以及广泛范围的很多工业产品中。纳米颗粒通常存在于同时具有不同尺寸颗粒特征的多分散集合体内。

考虑到纳米颗粒的广泛使用，用来控制和准确表征其性能的能力对于很多应用可能是有用的。用于测量纳米颗粒性能的传统方法对于具有混合的纳米颗粒尺寸的多分散样本可能是不准确的，这在很多应用中是很常见的。这些传统方法中的一些方法对样本内的大量纳米颗粒的整体进行测量。因为从所有纳米颗粒散射的光被同时测量，所以在存在一些颗粒尺寸时很难将纳米颗粒分解为它们的构成尺寸。其他方法未能说明由分布于这些颗粒尺寸中不同尺寸的纳米颗粒引起的散射光强度中的明显区别。在这些方法中，来自小的纳米颗粒的低散射信号可能未被探测到，或者来自较大纳米颗粒的高散射信号可能会掩盖来自较小纳米颗粒的信号。由于这些不足，任意给定尺寸的纳米颗粒的浓度以及由此的全部尺寸分布可能会经受未知的误差。

发明内容

在一些示例实现方式中，提供用于使用多频谱分析来检测和分析共存于流体样本中的相同、类似、或不同尺寸的个体纳米颗粒的系统、方法和制品。

在一个方面，多个光源被配置为产生不同频谱波段的多个光束。光学部件被配置为将所述多个光束合并成一个或多个入射光片(light sheets)。每个入射光片照亮液体样本中的一个或多个纳米颗粒。一个或多个图像检测器被配置为使用多个波长检测由一个或多个纳米颗粒散射的光。多个波长与多个光束的不同频谱波段相对应。

在一些实现方式中，上述方法、装置、和系统还可以包括以下特征中的一个或多个特征。

记录设备可以被配置为在一个或多个影像中记录从所述一个或多个图像检测器获得的一系列图像。

至少一个处理器可以被配置为至少基于来自一系列图像的至少两个图像检测并追踪一个或多个纳米颗粒的移动。至少两个图像显示一个或多个纳米颗粒对一个或多个入射光片的散射。至少一个处理器还可以被配置为从一个或多个影像中确定一个或多个纳米颗粒的颗粒尺寸分布。颗粒尺寸分布可以包括一个或多个纳米颗粒直径的一个或多个浓度值。

检测以及追踪可以包括以下的一个或多个操作：将一个或多个影像分为一个或多个单独的频谱分量，以生成一个或多个频谱图像并回填每个频谱图像；从一个或多个影像中消除一个或多个错误特征，该消除基于包括浓度阈值或尺寸阈值的一个或多个标准；仅追踪存在于一个或多个影像的一个或多个预先选择的开始帧中的一个或多个纳米颗粒的子集；消除一个或多个纳米颗粒的偏移运动；或从一个或多个影像的一个或多个频谱分量中消除重复纳米颗粒追踪。

一个或多个纳米颗粒可以在移动。