CN102170949A - 利用驻波型超声波分离液体中的颗粒 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于处理样品液体(32)中的颗粒(30)的装置，所述装置包括：能够发射具有给定波长的超声波的超声波源(16)；用于样品液体(2)的进口、一个或多个出口(4、5、6)以及隔室(14)，隔室(14)被依尺寸设计成支持所述波长的驻波型超声波(40)，特征在于：该装置还包括用于鞘液的进口(1，3)，该进口被配置成引导鞘液(34)接近具鞘的隔室的壁、基本上平行于驻波型超声波(40)的波腹平面(46)延伸。具体地说，该装置可以结合用于对牛奶中的体细胞进行计数的颗粒计数装置来使用。

Description

利用驻波型超声波分离液体中的颗粒

发明技术领域

本发明涉及对样品液体中的颗粒例如牛奶中的体细胞的处理、分选和检测。

在食品生产中，分析从原材料一直到成品的食品含量是必不可少的。这是监测和优化生产，以及确保原材料和成品的品质所要求的。

当分析液体食品时，在过滤后的样品中存在颗粒可能产生特殊问题。例如，牛奶中最大的脂肪颗粒导致显著的光散射，这使得显微术不适合于牛奶样品并在牛奶的红外光谱学中引起透射损耗。在此情况下，去除脂肪颗粒的简单方法可以促进新的分析方法、更高效率的光谱学技术或被存在的脂肪颗粒另外掩饰的组分的测量。

在其他类型的分析中，特定颗粒的存在必须被表征或计数，这些特定颗粒即牛奶中的体细胞或细菌、酒和啤酒中的酵母细胞或果汁中的果肉和其他颗粒。

为了去除干扰颗粒，在进行实际样品分析之前通常在预处理步骤中添加化学品，或添加标记分子，以便增强来自需要被表征或计数的颗粒的信号。原则上，不需要添加这样的化学品。它增加分析的成本和复杂度并且与一些添加物质起作用可带来健康威胁。因此一种可以限制或完全消除对添加物质的需要的分离颗粒的方法将在许多类型的液体食品分析中占有主要的优势。

技术现状

在期望去除脂肪球的血液处理中实施了一种利用超声波来根据颗粒的物理性质分离液体中的颗粒的方法，称为声电泳(acoustophoresis)。在2003年3月12日的EP 1365849B(T.LAURELL等人)中公开了一种实施此方法的方式，在EP 1365849B中，采用超声驻波通过驱使颗粒朝向超声驻波中的压力波节来处理颗粒。如图1所图示，对于在矩形通道14中的驻波40，在颗粒30上的力F_r的方向主要由颗粒的密度和压缩度确定，如下面的公式所示。

$F_r=-\left(\frac{\mathrm{\π}{p_0}^2{V}_c{\mathrm{\β}}_w}{2\mathrm{\λ}}\right)\·\mathrm{\φ}(\mathrm{\β},\mathrm{\ρ})\·\sin \left(2\mathrm{kx}\right)---\left(1\right)$

$\mathrm{\φ}(\mathrm{\β},\mathrm{\ρ})=\frac{{5\mathrm{\ρ}}_c-{2\mathrm{\ρ}}_w}{{2\mathrm{\ρ}}_c+{\mathrm{\ρ}}_w}-\frac{{\mathrm{\β}}_c}{{\mathrm{\β}}_w}$

力的影响是具有正Φ的颗粒将朝向驻波图形的波节移动，而具有负Φ的颗粒将朝向波腹移动。结果，具有低密度ρ_c和/或高压缩度β_c(相对于液体)的颗粒将聚集在驻波的波腹处，而更密实且较低压缩度的颗粒将聚集在驻波的波节处，从而使颗粒能够分离。公式1中的其他符号是颗粒体积V_c，超声波压力振幅p₀，超声波波长(波数)λ(k)，以及液体的密度ρ_w和压缩度β_w。术语波节和波腹在下文指的是驻波压力波节和驻波压力波腹，并且术语聚焦节点(focussing nodes)将会统一指的是波腹和波节。

在流动通道的横截面是λ/2的系统中，低密度脂肪球将朝向外壁处的波腹移动，而诸如生物细胞的较重的颗粒将朝向流动通道的中心处的波节移动。因此，中心通道和外部通道中的流的分离将允许中心内的具有增大浓度的细胞的流与壁附近的具有增大浓度的脂肪球的流分离。然而，在壁处的脂肪球将趋于粘到壁并聚结，最终有阻塞或干扰流的风险。

本发明

本发明通过以新颖的且创造性的方式利用已知的声电泳技术来意图降低对存在的脂肪球和其他低密度颗粒的敏感性并且降低对颗粒检测设备和计数设备中的试剂的需要。新颖的原理基于结合特定阶数的驻波图形和鞘液流速对样品液体流速的特定比来利用鞘液使含有颗粒的液体与流动通道的壁分离。以这种方式，将消除或显著减少颗粒阻塞或干扰流的缺点，这将有助于减少对生物细胞进行计数的技术中所添加的试剂的量。

现有技术中通常已经使用的流动通道具有与超声波的半波长相当的宽度，即所谓的基本谐振，这意指波腹位于通道壁处或接近通道壁，而波节位于通道的中间。因此诸如脂肪球的低密度颗粒的唯一的平衡位置在侧壁处。如果与两个、三个或四个半波长的通道宽度相当的更高阶的驻波被激励，那么一个或多个波腹也将位于通道中。这意味着低密度颗粒将在通道内部远离壁处具有平衡位置。

在下面的讨论中，我们将使用术语波腹平面和波节平面来表示具有正Φ或负Φ的颗粒沿流动方向将被吸引到的面。术语聚焦平面将被用做波腹平面或波节平面的通用术语。

下面将参考附图进一步详细地描述本发明，附图中，图1和图2是本发明的剖视图并且图3是俯视图，这些图都用于描述本发明原理，并且图4是描述本发明的组成部分的剖视图。图5、图6、图7和图8各自示出了本发明的具体的实施方式。图9至图14通过显示基于本发明的实验结果来证明本发明。

为利用特定阶数的驻波的全部势能，鞘液34可能还必须存在于样品液体32和侧壁之间，例如如图2所示。鞘液34不含有待移动的任何颗粒30并且可起到下面描述的一种或多个作用。

第一，鞘液34的量限定了鞘液34和样品液体32之间的界面的位置。为了避免样品液体32中具有低密度的颗粒30到达通道壁，界面36必须比第一波节平面46更远离壁。

第二，鞘液防止颗粒粘到通道壁。这可通过把洗涤剂加到鞘液中或在脂肪颗粒的情况下，使用脂肪颗粒在其中可溶的非极性鞘液来实现。最后，如果使用具有比颗粒密度低的鞘液，那么Φ的符号是相反的，使得颗粒实际上被驱除离开通道壁。在后一种情况下，仍可以使用与半波长相当的通道宽度。

在超声波颗粒处理系统中成功地使用鞘液需要通过合适地选择鞘液密度来保证的稳定的层流。已经通过实验发现，如果样品液体处于具有在中间的波腹平面的通道的中心，那么鞘液必须具有与样品液体相同的或比样品液体高的密度。除非密度差相当低，即小于10％，在此情况下，可以获得假稳流，否则，超声波可能迫使鞘液和样品液体混合或改变位置。

界面在缓冲区和样品液体之间的位置受到进入微通道的相对流速控制。通过在输出处使微通道分支路并且控制这些支路中的每一支内的流速来实现一种或其他类型的颗粒的选择性收集。此外，通道中的声驻波图形的阶数决定了被分离的颗粒在通道中的位置。

图3示出了用于控制液体界面和颗粒的选择性收集的原理，该图是具有样品液体进口支路2、两个鞘液进口支路1和3以及三个出口支路4、5和6的微通道的俯视图。相应的流速以Q₁-Q₆表示。通道的宽度相当于3×λ/2。流出支路5的液体主要由含有移动到中心波节平面44的高密度颗粒，而不是已经移动到波腹平面46的较低密度颗粒的样品液体组成。波腹平面46处的颗粒连同鞘液34一起通过支路4和支路6流出。

假定液体是不可压缩的，质量守恒定律要求Q_总＝Q₁+Q₂+Q₃＝Q₄+Q₅+Q₆。为阐明系统中的流速控制的原理，如果微通道是对称的，我们可以简单假定Q₁＝Q₃。现在，比r_进＝Q₂/Q₁决定液体界面在通道中的位置—如果r_进＞＞1，那么样品液体将充满大部分通道，因此界面靠近通道壁，且类似地，如果r_进＜＜1，那么界面靠近通道中心。然而，注意到，r_进的值与界面在通道中的位置之间通常并不是简单的关系。由于通道壁处的边界条件，所以流速在边界处接近零而在通道的中心处具有最大值。此外，液体之间的实际界面可能不是直的平面，而是由于两种液体和通道壁物质之间的接触角形成的弯曲的形状。因此，其中一种液体的总流速更精确地是对速度分布的积分，由公式(2)给出。

$Q_i=\underset{C}{\∫}v(x,y)\mathrm{dxdy}---\left(2\right)$

此处，C是液体的横截面积，i是通道的xy-平面。

在输出侧，我们可以类似地定义r_出＝Q₅/Q₄并且假定Q₄和Q₅被调节成使得Q₄＝Q₆并且假定系统是对称的。如果r_出＜＜1，那么最靠近通道中心的液体中仅有一部分将流到支路5中，而该液体的剩余部分流到支路4和支路6中。明显地，为获得图3所示的颗粒分离到不同支路中，r_出的值不能太高—否则两种类型的颗粒都进入支路5中。

为获得最可能高的分离效率，需要使声力的作用最强。这可以通过增加声压振幅来实现，但最终将发生有害的样品加热或甚至通道破裂。在支持驻波的通道变得太狭窄而不实用或超声波衰减变得非常高之前，根据公式1，更高的频率，尤其在高达10MHz范围内的频率的超声波源也将产生增大的分离力。力和频率之间的这种关系还意味着低于100kHz的频率将产生太低而不适合于声分离的声压。提高分离效率的另一种方法是停止流动或降低样品流速或增加通道的长度，使得颗粒有更多的时间移动到他们的平衡位置。

微流体结构的设计

图4示出了微流体通道14的典型的横截面。利用例如微电子工业已知的常规蚀刻技术将通道蚀刻到诸如硅的基底材料12中。通道被用玻璃盖10覆盖，这可利用阳极结合来连接。超声波换能器(ultrasonic transducer)16是设置成与通道声耦合并且以所需的频率驱动的压电元件，该频率由f＝c/λ给出，其中c是在介质中的超声波速度且λ是在通道中产生期望的波节和波腹图形的超声波波长。

只要超声波耦合到通道中是有效的，那么超声波换能器的位置就不是关键的。例如，换能器可以被放置在微流体系统的侧面或甚至在顶部上。换能器和微通道之间的接触材料被要求与换能器和微流体系统中的材料的声阻抗匹配。多种换能器适合于在本发明中使用，例如压电陶瓷换能器、压电盐换能器、压电聚合物换能器、压电晶体换能器、磁致伸缩换能器和电磁换能器。

其内形成有通道的基底材料的重要性质是足够低的超声波衰减，使得超声波可以从换能器传播到通道。可以选择不同于硅的其他材料，例如玻璃或像GaAs、InP、CaF₂或蓝宝石的晶体材料。用于与显微镜成像结合的特别感兴趣的材料是还对可见光透明的材料，例如大多数类型的玻璃。为与光谱学结合，优选对所使用的特定光谱波长透明的材料，例如对近红外光透明的硅或蓝宝石，或对红外光透明的CaF₂、Ge或ZnSe。

根据矩形流动通道横截面的假设，给出了公式1和关于波节平面和波腹平面的位置的考虑。然而，如在[M.Evander等人，Anal.Chem.，2008，80(13)，5178-5185]中所公开的，分离原理对壁形状和超声波源的位置的改变是稳健的。

实际上，通道的大多数横截面形状将支持某种谐振频率的驻波，即使壁是不平行的。如果该形状的特征为一个方向明显长于垂直方向，那么最低频率的谐振将产生主要沿最长方向延伸的驻波图形。在这样的通道中经受声力的颗粒的平衡位置将位于近似垂直于最长方向的聚集平面，并且聚集平面将仍然类似几何平面。最低谐振频率—所谓的基本谐振-将在通道中产生具有一个波节平面的驻波图形。第一高阶谐振将在通道中产生两个波节平面，第二高阶谐振将在通道中产生三个波节平面以及等等。

如果通道横截面形状的特征不是一个方向明显长于垂直方向，例如正方形或圆形形状，那么仍将产生驻波图形，但是聚集平面的形状可能不再类似未连接的几何平面，而相反可以是例如在圆形通道中的圆柱面。根据超声波源的位置和功率以及基底材料的性质，更复杂的驻波图形在具有接近规则横截面的隔室中也可以是稳定的。

示例性的实施方式

下面将提出多个实施方式以及他们各自与从属权利要求有关的益处。

在本发明的第一实施方式中，用鞘液的流将诸如牛奶的样品液体的流与隔室壁分离。样品液体将包含两种类型的颗粒；诸如脂肪球的低密度颗粒和诸如体细胞的高密度颗粒。以使超声波传播到液体的方式(例如在隔室的侧面上或顶部上)将隔室连接到超声波源，并且隔室的尺寸和形状必须支持具有与λ/2的整数倍相当的通道宽度的基本的或更高阶的超声驻波，即其必须具有约n·λ/2(n＝1，2，3…)的宽度和小于λ/2的高度。在此情况下，牛奶中的脂肪球将被驱向波腹平面，而牛奶中的细胞将被驱向波节平面。该实施方式可以按停滞的液体来操作，这导致更好的分离，或按根据权利要求4的所有液体流动并且隔室作为流动通道来操作，这产生更快速分离的益处。

隔室或流动通道的几何形状通常将涉及至少是波长5倍的长度，以避免驻波在纵向方向上的风险。如所提到的，宽度必须相当于n·λ/2(n＝1，2，3…)的近似倍数并且高度必须小于λ/2或与宽度相似。在第一种情况下，在宽度显著大于高度的平的隔室中，驻波将有具有未连接的平面的性质的聚焦平面；即波节平面将是将会基本上平行的片(sheet)，且可能少许偏离平行，这是由于隔室壁的不规则形状以及超声波传播的变化。在第二种情况下，隔室具有相似的宽度和高度，例如具有正方形或圆形的横截面形状，并被认为具有规则横截面的几何形状。在此情况下，驻波的聚焦节点可以具有若干稳定的构型。举个例子，考虑了圆形的管状流动通道。在此情况下，存在具有适当波长的驻波，其中聚焦平面将被定位成同心的管状面。对于其他近似规则的横截面，将存在基本上同心的聚焦平面的相似设置，并且对于某些形状，由于可能存在多个稳定构型的聚焦平面，所以还可以存在多个断开的聚焦平面。

在对应于选择通道尺寸且因此，选择驻波阶数的实施方式的列表中，证明了各种几何形状和需要鞘液的益处。

在一个实施方式中，图5所示，通道14的宽度相当于三个半波长(二阶驻波40)，使得两个波腹平面46位于通道内部。存在对称地布置在通道的中心周围的三个进口1、2和3以及三个出口4、5和6。样品液体32是生牛奶并且鞘液34具有与牛奶相同的或比牛奶低的密度，例如，鞘液34可以是纯水。调节样品液体和鞘液在进口处的流速使得样品液体不延伸出通道内部的两个波腹平面46。牛奶中的脂肪颗粒将被牵拉朝向通道内部的两个波腹平面46，而体细胞将被牵拉朝向中心的波节平面44。通过恰当地调节出口流速Q₄、Q₅和Q₆，可以将含有体细胞且具有减少量的脂肪颗粒的样品液体引到中心出口中。如果中心出口中的流速Q₅比进口处的样品液体流速Q₂小，那么有可能聚集体细胞。

在本发明的另一个实施方式中，图6所示，通道14的宽度相当于两个半波长(一阶驻波40)，使得一个波腹平面44位于通道的中间，而两个波节平面46位于通道的中间和侧壁之间。存在对称地布置在通道的中心周围的三个进口1、2和3以及三个出口4、5和6。样品液体32是生牛奶，并且鞘液34具有与样品液体32相同的或比样品液体32高的密度，例如，这可以通过把适当量的诸如糖、盐或可以是蛋白质的大分子的可溶性化合物溶解在水中来实现。调节进口处样品液体的流速(Q₂)和鞘液的流速(Q₁和Q₃)使得样品液体32不延伸出两个波节平面44。脂肪颗粒将被牵拉朝向中心的波腹平面46，而体细胞将被牵拉朝向鞘液34中的两个波节平面44。通过恰当地调节出口流速Q₄、Q₅和Q₆，可以将含有体细胞但不存在其他牛奶组分的鞘液34引到两侧出口4和6。该配置的主要优点是体细胞现在被转移到液体中而不干扰颗粒，这有助于简单的细胞计数技术。该实施方式的另一个应用是在中心出口5处聚集脂肪颗粒的可能性，这可以用于专门的脂肪分析。

在本发明的又一个实施方式中，图7所示，通道14的宽度相当于一个半波长(基本的驻波40)，使得波节平面44位于通道的中间。存在对称地布置在通道14的中心周围的三个进口1、2和3以及三个出口4、5和6。样品液体32是生牛奶，并且鞘液34含有洗涤剂或非极性溶剂，以便溶解脂肪颗粒或可替换地，鞘液34可以具有比脂肪颗粒低的密度，导致脂肪颗粒聚焦在样品液体32和鞘液34之间的液体边界36上。脂肪颗粒被牵拉朝向通道壁处的波腹平面46，而可以改为从确保壁被连续洗涤的考虑来选择鞘液34，脂肪颗粒被溶解在鞘液34中或鞘液34中的声力将驱使脂肪颗粒离开通道壁。体细胞被牵拉朝向中间的波节平面44，并且通过恰当地调节出口流速，可以将含有体细胞和减少量的脂肪颗粒的样品液体32引到中心出口5。此配置的优点是基本的声谐振的谐振品质因数(Q-值)通常高于更高阶谐振的谐振品质因数，使得可以在通道中获得更大的声功率且因此，获得更强的力。

另外的实施方式要求样品液体和鞘液之间的密度差小，以避免声压作用于液体、使流不稳定。实际经验是小于10％的差值通常是可接受的，优选小于5％的差值并且甚至更优选小于2％。

存在多种不同的超声波换能器，包括压电陶瓷换能器、压电盐换能器、压电聚合物换能器、压电晶体换能器、磁致伸缩换能器和电磁换能器，这可根据所期望的能力来选择，包括尺寸、稳健性、电子接口。用于产生驻波型超声波的波长或频率还依赖于换能器的选择以及所期望的分离能。根据公式1，作用于颗粒的力与波长成反比，且因此增加的频率可以是有利的。实际上，100kHz至10MHz的范围是足够的分离能与温和的样品处理之间有利的平衡。

具体实施方式是从牛奶中全部或部分除去脂肪球，且目的是检测牛奶中的其他颗粒且可以对其进行计数时使用本发明。在图8中，该图被在下面的实施方式中采用，其中可以利用诸如光学阻塞、光散射、光学显微术、相衬显微术、落射荧光显微术、自体荧光、阻抗或流式细胞术的方法使牛奶样品32经历大的脂肪球的去除，在中心出口5中仅剩下细胞和少量的脂肪球，这使装置50适合于检测颗粒，上述方法中的每种方法具有本领域技术人员已知的益处。根据检测方法的不同，可以通过计算流动的流中的颗粒、通过对应于每个颗粒的单个脉冲或通过例如显微图像的图像分析来实施计数。

实验

利用具有与3倍λ/相当的宽度且水作为鞘液的通道，利用与图6所示的一个相似的几何形状，已经将生牛奶中的脂肪颗粒和体细胞分离。脂肪颗粒聚集在波腹平面处，而体细胞聚集在中间的波节平面处。调节r_进使得脂肪颗粒不聚积在通道侧壁处，且调节r_出，使得脂肪颗粒流到支路4和支路6中。中心出口中的样品液体已经通过FTIR光谱学、光散射和体细胞计数来表征，如图9-图12所示。

图9的FTIR吸收光谱显示出在不存在驻波型超声波60和存在驻波型超声波62下流动的情况。该图表明当在通道中建立超声波时，脂肪在约1750cm^-1处的吸收显著降低。同时(图中未显示)，在约1520cm^-1处(蛋白质)和1040cm^-1处(乳糖)的吸收峰几乎未受影响，这意味着这些牛奶组分既没有被移动，牛奶也没有被稀释。

图10的分布曲线表明在中心出口液体中的颗粒的粒径分布(归一化至100％)在不存在超声波振幅60下相比在存在超声波振幅62下被增大。使用光散射仪器(Malvern Mastersizer))表征粒径分布。高于1μm的峰主要对应于脂肪颗粒，而低于1μm的峰对应于酪蛋白胶粒。当施加超声波时，在较小的粒径处存在脂肪颗粒分布的峰，且同时酪蛋白的相对数量级增加。这与图9的FTIR光谱图一致，仅表明脂肪含量的降低。注意在最高超声波振幅时，大于3μm的脂肪颗粒的数目是可忽略的。由于体细胞通常约10μm大，这说明可以对体细胞进行计数而不会受到脂肪颗粒的干扰。

图11显示在超声波分离后，来自中心出口的样品液体中存在的体细胞的倒置荧光图像。计数的细胞的数目在统计范围内，与在散装生牛奶中的细胞计数相同，因此，证明可以通过监测中心出口中的样品液体来可靠地对细胞进行计数。

在图12中，显示了来自中心出口的样品液体的已处理的相衬图像。图像处理仅包括分离红、绿和蓝图像色彩通道和通过对目标尺寸施加阈值仅分析蓝色通道的步骤。图像直接表明体细胞的存在，并且从而证明体细胞的无标记检测，然而，未处理的牛奶的相似的图像将不允许体细胞的检测。由于图11和图12的图像之间的视角域不同，所以不能直接比较这两个图。

利用具有与2倍λ/2相当的宽度且具有与样品液体的密度相似或比样品液体的密度高的密度的鞘液，利用与图6所示的一个相似的几何形状，生牛奶中的脂肪颗粒可以被聚集。在本实验中，选择密度匹配鞘液的脱脂牛奶。生牛奶中的脂肪颗粒被聚集在中心的波腹平面处。调节r_进以避免生牛奶的脂肪颗粒粘到通道壁，并且尽可能地降低r_出以使脂肪聚集在支路5中。以此方式，脂肪至少聚集3倍，如用FTIR表征的，见图13，图中60对应于未处理的牛奶且64对应于具有聚集的脂肪的牛奶。重要的是，鞘液具有与生牛奶接近或比生牛奶高的密度，否则流动可能会是不稳定的并且两种液体将趋于改变在通道中的位置。

如果分析侧出口中的液体，上述相同的几何形状也可以用于体细胞的检测。图14的荧光图像表明体细胞存在于此液体中，且因而证明了侧出口允许通到聚集了体细胞的波节平面。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种用于处理样品液体(32)中的颗粒(30)的方法，所述方法包括：

使所述样品液体(32)以第一流速(Q₂)流到具有壁的隔室(14)中，该隔室被依尺寸设计成支持预定波长的驻波型超声波(40)；同时使鞘液(34)以第二流速(Q₁、Q₃)流到所述隔室(14)中，以便在所述样品液体(32)与所述隔室的壁之间形成鞘液(34)层；以及当所述样品液体(32)和所述鞘液(34)流动时，将所述预定波长的超声波施加到所述隔室(14)以使颗粒(30)集中在所述驻波型超声波(40)的相关的聚焦平面(44、46)中；其特征在于：选择所述预定波长和所述第一流速(Q₂)和所述第二流速(Q₁、Q₃)，使得流过所述隔室的所述液体(32；34)经受具有在流动方向上的波腹节面(46)且位于所述鞘液(34)内的驻波型超声波(40)，其特征还在于：

使所述鞘液(34)流动包括使具有一定密度的鞘液(34)流动，与所述样品液体(32)相比，所述密度被选择成在施加所述超声波期间，抑制所述鞘液(34)与所述样品液体(32)在所述隔室(14)内互换。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述鞘液(34)和所述样品液体(32)之间的密度差小于10％，优选小于5％并且更优选小于2％。

3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于：使鞘液(34)流动的步骤包括使具有密度低于所述流动的样品液体(32)中的最低密度的颗粒(30)的鞘液(34)流动。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于：使鞘液(34)流动的步骤包括使包括洗涤剂的鞘液(34)流动。

5.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于：使鞘液(34)流动的步骤包括使包括非极性溶剂的鞘液(34)流动。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：还提供了在所述隔室(14)的不同出口(4、5、6)处选择性地收集集中在相关的聚焦平面(46)中的所述颗粒(30)的步骤；所述选择性地收集所述颗粒(30)的步骤包括调节离开所述隔室(14)的所述样品液体的流速(Q₅)和所述鞘液的流速(Q₄，Q₆)以将对应于聚焦平面(44、46)的这些液体(32、34)中的每个的流引至不同的特定出口通道(4、5、6)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：所述样品液体(32)由具有脂肪颗粒(30)的牛奶组成。

8.一种用于处理样品液体(32)中的颗粒(30)的装置，所述装置包括：

隔室(14)，所述隔室具有用于样品液体的进口(2)、用于鞘液的进口(1、3)和沿所述隔室(14)的长度轴与进口(2、1、3)分开的一个或多个出口(4、5、6)，所述隔室(14)被依尺寸设计成支持预定波长的驻波型超声波(40)，该预定波长的驻波型超声波具有平行于所述预定波长的所述长度轴的聚焦平面；

超声波源(16)，其适于操作以将所述预定波长的超声波发射到所述隔室(14)内；以及

鞘液源，其可连接到用于鞘液的所述进口(1、3)；

其特征在于：所述装置还包括用于以取决于所述预定波长的流速建立到所述隔室(14)内的鞘液(34)的相对流和样品液体(32)的相对流的设备，使得在使用时，波腹聚焦平面位于流过所述隔室(14)的所述鞘液(34)内，以及

其特征还在于：所述鞘液源包含具有一定密度的鞘液(34)，与所述样品液体(32)相比，所述密度被选择成在所述超声波源(16)的操作期间，抑制所述鞘液(34)与所述样品液体(32)在所述隔室(14)内互换。

Claims (21)

1.一种用于处理样品液体(32)中的颗粒(30)的装置，所述装置包括：能够发射具有给定波长的超声波的超声波源(16)、用于样品液体(2)的进口、一个或多个出口(4，5，6)以及隔室(14)，所述隔室被依尺寸设计成支持所述波长的驻波型超声波(40)，

其特征在于：所述装置还包括用于鞘液的进口(1，3)，所述进口被配置成引导所述鞘液(34)接近具鞘的隔室的壁、基本上平行于所述驻波型超声波(40)的波腹平面(46)延伸。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述隔室(14)沿长度轴延伸，并且所述隔室具有沿宽度轴和高度轴的横截面区域，并且所述隔室(14)的所述宽度支持具有基本上平行于所述长度轴的聚焦平面(44，46)的驻波型声波；所述隔室(14)的所述长度是所述隔室的所述宽度的至少10倍，并且所述隔室(14)的所述高度低于所述驻波的半波长。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述隔室(14)沿长度轴延伸，并且所述隔室(14)具有带宽度轴和高度轴的横截面区域，并且所述隔室(14)的所述横截面支持具有基本上平行于所述长度轴的聚焦平面(44，46)的驻波型声波(40)；所述隔室(14)的长度是所述隔室(14)的宽度的至少10倍，所述隔室(14)的高度基本上与所述隔室(14)横截面的宽度相等。

4.根据权利要求1、2或3所述的装置，其中当使用时，所述样品液体(32)和所述鞘液(34)将在所述长度轴的方向上流动。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的颗粒处理装置，其中所述超声驻波(40)具有数个波节平面(44，46)，所述数个是一个、两个、三个或四个。

6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的颗粒处理装置，其中所述出口(4，5，6)的位置和流速的组合被配置成将对应于聚焦平面(44，46)的流引至特定出口(5)。

7.根据前述权利要求1、2、3、4、5或6所述的颗粒处理装置，其中所述超声波源(16)选自由下列各物组成的组：压电陶瓷换能器、压电盐换能器、压电聚合物换能器、压电晶体换能器、磁致伸缩换能器和电磁换能器。

8.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的颗粒处理装置，其中所述超声驻波(40)具有100kHz至10MHz范围内的频率。

9.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的颗粒处理装置，其中当操作时，所述鞘液(34)和所述样品液体(32)之间的密度差小于10％，优选小于5％并且更优选小于2％。

10.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的颗粒处理装置，其中主鞘液与样品液体的边界(36)的位置、最接近所述液体的边界(36)的一个或多个聚焦平面(44，46)的位置以及所述鞘液(34)和所述样品液体(32)的密度被结合成使得最接近所述鞘液与样品液体的边界(36)且被低密度液体覆盖的所述聚焦平面(44，46)是波腹平面(46)。

11.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9或10所述的颗粒处理装置，其中所述鞘液(34)具有比具有最低密度的所述颗粒(30)低的密度。

12.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12所述的颗粒处理装置，其中所述鞘液(34)包括洗涤剂。

13.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12或13所述的颗粒处理装置，其中所述鞘液(34)包括非极性溶剂。

14.一种系统，包括根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12或13所述的颗粒处理装置以及一个或多个颗粒检测设备和/或计数设备(50)。

15.根据权利要求14所述的系统，其中所述颗粒检测设备和/或计数设备(50)检测和/或计数未标记的颗粒。

16.根据权利要求14或15所述的系统，其中所述颗粒检测设备(50)根据选自由下列项组成的组的检测原理来操作：光学阻塞、光散射、光学显微术、相衬显微术、自体荧光、阻抗或流式细胞术。

17.根据权利要求14所述的系统，其中所述颗粒检测设备和/或计数设备(50)检测和/或计数标记的颗粒。

18.根据权利要求17所述的系统，其中所述颗粒检测设备根据选自由标记的荧光和流式细胞术组成的组的检测原理来操作。

19.一种系统，包括根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12或13所述的颗粒处理装置以及分光镜装置，其中分光镜方法用于分析所述样品液体的分段。

20.根据权利要求16所述的系统，其中所述样品液体(32)的所述分段具有增大的浓度的类脂。

21.根据上述权利要求中任一项所述的装置用于诸如牛奶(32)中的体细胞的所述颗粒(30)的检测和/或计数的用途。

Images