[发明专利]使用单个液滴对流体的多模式表征

说明书

描述了用于对小试样样品进行多种不同测量、能够在护理点进行实时测试和诊断的设备。该设备的核心包括超声谐振器腔体，其中声学谐振用于确定单个液滴中的声速和声衰减。使用以厚度纵向模式进行操作的小压电晶体换能器的电阻抗而在反射模式下进行声学测量。该技术与电磁场、电场和磁场相组合允许使用同一个谐振器腔体进行多种类型测量。

相关申请的交叉引用

本申请要求由Dipen N.Sihna和Peter G.Espina于2020年4月8日提交的美国非临时专利申请第16/843,669号“Multimodal Characterization of a Fluid Using aSingle Droplet”以及Dipen N.Sinha和Peter G.Espina于2019年4月12日提交的临时专利申请第62/833,467号“Multimodal Characterization of a Fluid Using a SingleDroplet”的权益，该两个专利申请对于其公开和教导的全部内容特此通过引用合并入本文中。

背景技术

当可用流体只有几微升或更少时，几乎没有用于分析和表征流体物理特性的技术。例如，仅少量可用的体液包括血液、泪滴、汗液、唾液和痰。尿液通常有大量可用，但如果可能，期望只使用少量。对此类流体的测量是基于光学的或基于化学的。

通常使用多种技术分析血液样本，例如生化分析、分子谱和细胞评估。对于每种类型的分析，由于这些分析是使用不同仪器以并行方式进行的，因此使用来自同一对象的不同流体样本。对于全血细胞计数或细菌生长分析，光学显微镜是标准程序。例如，除DNA提取外，使用唾液的其他医学诊断测试并不常见。

发明内容

根据本发明的目的，如本文所体现和广泛描述的，在此，一种用于光学和超声表征液体的单个液滴的设备的实施例包括：压电晶体，其有效的用于以厚度纵向模式进行操作并且具有响应于撞击在其上的声波的电阻抗；金属保持器，其具有前表面，该前表面具有适于接收和保持与金属保持器电接触的压电晶体的腔体；平坦光学透明基底，其具有第一表面和第二表面，该第一表面设置为平行于金属保持器的前表面并与该前表面相距选定距离，从而形成声学谐振腔体，单个液滴被表面张力保持在该声谐振腔体内；光辐射源，其用于将光辐射引导到基底的第二表面上、穿过基底的第一表面并进入液滴；声函数发生器，其用于通过选定频率范围扫描压电晶体，从而在液体滴中产生频率等间距的一系列谐振；阻抗分析仪，其用于测量压电晶体随频率的阻抗；以及信号处理器，其用于接收来自阻抗分析仪的输出并用于确定等间距谐振之间的间距，根据此来确定液体滴中的声速和声衰减。

根据本发明的目的，如本文所体现和广泛描述的，在此，一种用于电学和超声表征液体的单个液滴的设备的实施例包括：压电晶体，其有效的用于以厚度纵向模式进行操作并且具有响应于撞击在其上的声波的电阻抗；金属保持器，其具有前表面，该前表面具有适于接收和保持与金属保持器电接触的压电晶体的腔体；平坦基底，其具有第一表面和第二表面，第一表面设置为平行于金属保持器的前表面并与该前表面相距选定距离，从而形成声谐振腔体，所述单个液滴通过表面张力保持在该声谐振腔体内，第一表面上还在其上具有平行或同心导电部分；声函数发生器，其用于通过选定频率范围内扫描压电晶体，从而在液体滴中产生频率等间距的一系列谐振；电源，其用于在导电部分之间提供电场；阻抗分析仪，其用于测量压电晶体随频率的阻抗；以及信号处理器，其用于接收来自阻抗分析仪的输出并用于确定等间距谐振之间的间距，根据此来确定液体滴中的声速和声衰减。