CN105358958A - 用于分析液滴中所含样本的光学测量仪器和方法 - Google Patents

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Abstract

一种光学测量仪器(1)被配置用于分析包括至少一个液体处理吸头(4)的液体处理系统(3)所提供的液滴(2)中所含样本。该光学测量仪器(1)包括用于照射液滴(2)的光源(8)；用于测量样本光(11)的检测器(10)；具有用于透射照射光(9)的第一光学元件(18)的光学系统(43)，以及用于接受并处理测量信号(12)的处理器(13)。液滴(2)在所述液滴(2)被光源(8)与第一光学元件(18)定义的第一光学轴(14)穿透的位置处悬垂在液体处理吸头(4)的液体处理孔(6)处。液滴(2)仅被液体处理系统(3)的液体处理吸头(4)以及液体处理吸头(4)内的液体样本(30)物理接触。光学测量仪器(1)包括用于对液滴(2)的大小和/或位置相对于光学系统(43)的第一光学元件(18)进行相互适配的手段。也揭示了一种分析液体处理系统(3)所提供的且使用光学测量仪器(1)来检查的液滴(2)中所含样本的光学测量方法。

Description

用于分析液滴中所含样本的光学测量仪器和方法
相关专利申请
本国际专利申请要求2013年1月22日提交的正式美国专利申请号13/746,722的优先权，该美国专利申请的全部内容都通过显式引用而被结合于此。
技术领域
本发明涉及用于分许液体处理系统提供的液滴中所含样本的光学测量仪器以及还涉及光学测量方法。这样的液体处理系统典型地包括至少一个液体处理吸头(tip)，该液体处理吸头具有液体处理轴以及在液体处理吸头的末端具有液体处理孔。这样的液体处理吸头的液体处理轴通常在液体处理吸头内延伸并穿透液体处理孔。光学测量仪器包括被配置用于提供用于照射液滴的照射光的光源。光学测量仪器还包括被配置用于测量来自所述液滴的样本光的检测器。较佳地为了执行根据本发明的方法，光学测量仪器与合适的液体处理系统相组合。
相关现有技术
自动化液体处理系统一般在本领域中是公知的，且在例如生物实验室和生化实验室中被使用。一个示例是来自本申请人(瑞士门内多夫Seestrasse103、CH-8708的泰肯贸易股份公司(TecanSchweizAG))的Freedom机器人工作站。该设备允许与分析系统自动化连接的自动化液体处理。这些自动化系统典型地能够提供较大量液体(微升至毫升)来处理。然而，利用这样的自动化液体处理系统也能对非常小量的液体(皮升至纳升)进行移液(吸入并分液)或分液。这样的自动化液体处理系统尤其适用于附加本发明的仪器或用于执行本发明的方法。
从专利EP0144928B1获知一种用于小样本量的光度头。该光度头包括光发射器和光接收器，各自包括光导。光发射器光导的光能的出现表面被安排成离光接收器的光导的用于光能进入的表面一定距离。该距离限定了用于容纳液体样本的窄间隙。液体样本通过直接接触形成该间隙的光导的两个表面而被保持在该间隙中。通过单独的施加器(诸如举例来说分液器针)，该液体样本被提供至该间隙。
从专利US4910402获知一种用于测量液体的特性的仪器和方法。该仪器包括用于电磁辐射的至少一个光导、用于将电磁辐射引导到光导中的装置、用于提供至少一滴液体在来自光导的辐射能进入该液滴的位置处与光导接触的装置、以及用于得出信号的装置，所述信号是所述辐射与所述液滴的液体的相互作用的函数。
这些文档公开了提供不需要使用透明小容器(cuvettes)的优点的光度头或光导，所述透明小容器具有它们在光学测量方面公知的缺点，即：
·为了实现测量透明小容器中所希望的填注高度，需要1ml范围内的大量样本量；
·整个试验分析的所有测量必须在同一透明小容器中执行，因为不同透明小容器的质量容差会极大地影响测量的结果；
·透明小容器在每次测量之后必须被彻底清洁，否则预期遇到污染和遗留物问题。
然而，在每次测量之后各个光导的表面也需要被彻底清洁，以便避免遗留物以及样本的交叉污染，并因此不能良好地适用于例如对液体处理系统提供的液滴中所含的样本的自动化分析。
从文档EP1684060A1获知一种用于测量微量样本的荧光的荧光测量设备。该仪器包括泵浦光源(pumpingsource)、具有移液管吸头的移液设备、以及荧光检测系统。该移液设备具有来自泵浦光源的光被引入于其中的内部空间。样本部分从样本容器被测量到移液管吸头中。样本被保持在内部且位于移液管吸头的吸入口处，并在移液管吸头轴的方向上从所述内部空间被照亮。样本发出的荧光的一部分被荧光检测系统记录。公开了对荧光、冷光、吸光度的检测。
然而，该系统看上去并不能良好地适用于吸光度检测，因为结果将高度地依赖于移液管吸头孔可再现性。而且，用于测量具有高吸光度的样本的路径长度通常将需要比用EP1684060A1的系统可能获得的更短。此外，移液管吸头内的弯液面形成可能对吸光度测量造成进一步的问题。有相似缺陷倾向的类似设备被公开于US2012/0224179A1中。
从文档US2003/0147079A1获知一种用于测量最大微滴尺寸形成与由于基底吸收造成的微滴消失之间的时间的光学系统。该光学系统包括光源、连接于光电倍增器的光电二极管、以及计算机。光学信号的强度取决于位于注射器与基底之间的间隙中的液体的横截面积。信号的强度实际上与液体的光学特性无关，且没有公开对光学特性的分析。
从文档US6235242B1获知一种用于样本大小表征(通过光学地测量被红外光照射的液滴的建立与滴落进行精确体积确定)的技术以及具有反应室的用于分析滴落液滴的内容(例如水杂质分析)的仪器。没有针对对滴落液滴的光学特性的分析的公开。从JPH05164765A获知在对反应试管中的液滴进行化学分析之前对微滴大小的类似确定。从DE10002970A1获知对单个微滴的类似等离子体分析。
本发明的目的和概要
本发明的第一目的是建议一种用于分析液体处理系统所提供的液滴中所含样本的替代光学测量仪器。
该第一目的是通过建议一种被配置用于分析液体处理系统所提供的液滴中所含样本的光学测量仪器来实现的，该液体处理系统包括至少一个液体处理吸头，所述至少一个液体处理吸头具有液体处理轴以及在所述液体处理吸头的末端处具有液体处理孔，所述液体处理轴在所述液体处理吸头内延伸并穿透所述液体处理孔；所述光学测量仪器包括被配置用于提供用于照射液体样本的液滴的照射光的光源；被配置用于测量来自所述液滴的样本光以及用于提供表示测得的样本光的测量信号的检测器；具有用于透射所述照射光的第一光学元件的光学系统，以及连接到所述检测器并被配置成接受并处理所述检测器提供的所述测量信号的处理器，其中所述光源和所述液滴定义了所述光学系统的所述第一光学元件的第一光学轴，所述第一光学轴基本垂直于所述液体处理轴延伸，所述液滴由所述液体处理系统提供并在所述液滴被所述第一光学轴穿透的位置处悬垂在所述液体处理吸头的所述液体处理孔处，其中所述液滴与所述光学测量仪器的所述光学系统物理上隔开，且仅被所述液体处理系统的所述液体处理吸头以及所述液体处理吸头内的所述液体样本物理接触，具有所述第一光学元件的所述光源从而与所述液滴隔开第一气隙，而所述检测器从而与所述液滴隔开第二气隙。较佳地，液滴的大小和位置以及光学系统的第一光学元件和/或第二光学元件已被相互适配来实现最高信噪比。作为同样较佳的替代，光学测量仪器包括用于对液滴的大小和/或位置相对于光学系统的第一和/或第二光学元件进行相互适配的手段。
本发明的第二目的是建议一种用于分析液体处理系统所提供的液滴中所含样本的替代光学测量方法。
该第二目的是通过提供一种分析液体处理系统所提供的液滴中所含样本的光学测量方法来实现的，其中所述方法包括以下步骤：
(a).提供包括至少一个液体处理吸头的液体处理系统，所述液体处理吸头具有液体处理轴以及在所述液体处理吸头的末端处具有液体处理孔，所述液体处理轴在所述液体处理吸头内延伸并穿透所述液体处理孔；
(b).提供液滴，所述液滴在所述液滴被基本上垂直于所述液体处理轴的第一光学轴穿透的位置处悬垂在所述液体处理系统的所述液体处理吸头的所述液体处理孔处；
(c).提供包括光源、检测器、以及光学系统的光学测量仪器，所述光学系统具有用于将来自所述光源的照射光透射到所述液滴的第一光学元件以及具有用于将来自所述液滴的样本光透射到所述检测器的第二光学元件；所述照射源和所述液滴定义了所述光学系统的所述第一光学元件的所述第一光学轴；第一和第二气隙将所述液滴与所述光源和所述检测器以及它们的相关联的第一和第二光学元件隔开，从而它们不接触所述液滴；
(d).用源自所述光源的照射光照射所述液滴；
(e).用所述检测器测量来自所述液滴的样本光以及提供测量信号；以及
(f).用操作上连接到所述检测器的处理器处理由所述检测器提供的所述测量信号。
任选地，可另外执行步骤(g)，其中要被递送的样本量被调整，所述调整基于由步骤(f)提供的测量结果。
在每种情况下，附加的以及创造性的特征从从属权利要求得出。
在本发明的上下文中，下列定义适用：
-“液体处理系统”可从包括以下的组中被选择：配备有至少一个液体处理机器人的用于机器人样本处理的工作站、配备有至少一个液体处理吸头的独立仪器、以及配备有至少一个液体处理吸头的手持式液体处理设备。
-“液体处理吸头”可从包括移液管吸头和分液器吸头的组中被选择。
-“移液管吸头”或“分液器吸头”可指代一次性吸头(例如由聚丙烯制造)、针头(例如由合成材料或金属制成)、注射器针头以及用于转移或分配液体样本的任何其他中空工具。
-“移液”指的是对液体和液体样本的吸取(摄取)和分液(分配)。
-“分液”指的是对液体和液体样本的分配。
-“接收器”较佳地包括以下之一：光电二极管、光电倍增器、以及CCD或CMOS芯片。
本发明的优点包括：
·本发明提供了一种在具有样本的液滴仍然附着于移液管吸头、分液器吸头或液体处理机器人的针形探头的同时确定液滴中所含样本的光学特性的检测器。
·具有样本的液体早已存位于移液管吸头、分液器吸头或液体处理机器人的针形探头内；对样本的光学分析从而可在对液滴中所含样本的移液或分液的过程期间被执行。
·仅需几微升的液体来建立包含要被分析的样本的小量液滴。
·在所引用的现有技术中，由于需要将光导表面与液滴接触，存在样本液体(通常是少的或昂贵的)的固有损耗；通过本发明消除了这样的固有损耗，因为液滴与光导之间无接触。
·液滴中所含样本的各种各样的光学参数可被研究，包括范围从紫外线到红外线的光的吸光度、荧光测量以及冷光测量。
·通过不穿过吸头测量，来自吸头本身的吸光度、荧光和光学像差被消除且不能影响测量。
·通过不使样本与除移液管吸头或针形探头之外的特定表面相接触，避免了遗留与样本损失，且样本可被吸回移液管吸头或针形探头中。
·对液体样本的完全自动化的测量或分析是可能的，因为在使用本发明的光学测量仪器时人工清洁步骤是不需要的。
·当前发明的方法和仪器允许同时荧光测量和吸光度检测，因为涉及了不同的光学检测轴。
·由于(且不同于EP1684060A1)样本液滴直径定义了用于吸光度测量的路径长度，当前发明的方法和仪器允许对非常小的液体量和/或具有高吸光度的样本进行吸光度检测。
·吸光度测量不能被弯液面形成危害，因为液滴在大致平行于移液管吸头中的样本液体的弯液面的方向中较佳地被透照。
附图的简单介绍
现在在所附的示意图的帮助下更详细地阐述根据本发明的用于分析液体处理系统所提供的液滴中所含样本的光学测量仪器和光学测量方法，示意图示出了发明的较佳的、示例性实施例，且不旨在缩小发明的范围。它被示于：
图1，根据第一实施例的穿过液体处理吸头的垂直剖面，该液体处理吸头在光学测量仪器的光源与检测器之间的某一位置在其孔处保持一悬垂液滴；
图2，根据第二实施例的穿过液体处理吸头的垂直剖面，该液体处理吸头在光学测量仪器的光源与检测器之间的某一位置在其孔处保持一悬垂液滴；
图3，根据第三实施例的穿过液体处理吸头的垂直剖面，该液体处理吸头在光学测量仪器的光源与检测器之间的某一位置在其孔处保持一悬垂液滴；
图4，根据第四实施例的穿过液体处理吸头的垂直剖面，该液体处理吸头在光学测量仪器的光源与检测器之间的某一位置在其孔处保持一悬垂液滴；
图5，根据第五实施例的光学测量仪器的水平投影，该光学测量仪器包括光源和检测器，液体处理系统提供从液体处理吸头的孔悬垂并安置在光源与检测器之间的液滴；
图6A，要被研究的液滴的情况的水平投影，具有指示出的用于荧光或冷光检测的较佳范围；
图6B，要被研究的液滴的情况的垂直截面，具有指示出的用于荧光或冷光检测的较佳范围；
图7，根据第六实施例的光学测量仪器的水平投影，该光学测量仪器包括光源和检测器，液体处理系统提供改变从液体处理吸头的孔悬垂并安置在光源与检测器之间的液滴的大小的泵；
图8，根据第七实施例的光学测量仪器的水平投影，该光学测量仪器包括光源和检测器，液体处理系统提供用于测量从液体处理吸头的孔悬垂并安置在光源与检测器之间的液滴中的样本所发出的荧光或冷光的荧光或冷光检测器；
图9，用本发明的光学测量仪器捕捉的带有DNA的缓冲液液滴与不带有DNA的缓冲液液滴的吸光度谱(未经处理的原始信号)的比较；
图10，用本发明的光学测量仪器捕捉的或用常规光谱仪捕捉的缓冲液中相同DNA样本的吸光度谱(未经处理的原始信号)的比较。
发明的较佳实施例的描述
图1示出根据第一实施例的穿过液体处理吸头的垂直剖面，该液体处理吸头在光学测量仪器的光源与检测器之间的某一位置在其孔处保持一悬垂液滴。根据第一实施例的光学测量仪器1被配置用于对液体处理系统3提供的液滴2中所含的样本进行分析，液体处理系统3包括至少一个液体处理吸头4，液体处理吸头4具有液体处理轴5以及在液体处理吸头4的末端7具有液体处理孔6。
通常以及较佳地，液体处理轴5在垂直方向且垂直于水平面延伸。离精确垂直方向的小偏差可被容许，尤其是在液滴2的整个形状是球形的情况中。液体处理轴5在液体处理系统3的液体处理吸头4内延伸并穿透液体处理孔6。这样的液体处理吸头4通常是直的且采用细长配置，以便允许伸入标准微板的井孔，根据ANSI标准，标准微板具有例如24、96、384或1536个井孔。从而，液体处理吸头4也较佳地在基本垂直方向延伸。
光学测量仪器1包括被配置用于提供用于照射液滴2的照射光9的光源8。较佳地，光源8包括从包括弧光灯17'、激光器、以及发光二极管17"(LED)的组中选择的发光设备17。这样的LED还包括激光二极管。进一步较佳的是光源8包括从包括光纤18'或光纤束、透镜18"、滤光器18"′、狭缝或针孔18""、以及单色光器的组中选择的至少一个第一光学元件18。
光学测量仪器1还包括被配置用于测量来自所述液滴2的样本光11以及用于提供表示测得的样本光11的测量信号12的检测器10。较佳地，检测器10包括从包括光纤19'或光纤束(见图5)、透镜19"(见图3)、滤光器19"′(见图2)、狭缝或针孔19""(见图5)、以及单色光器的组中选择的至少一个第二光学元件19。进一步较佳的是检测器10包括从包括光电二极管20'、光电倍增器芯片20"、光电倍增管20"′、CCD芯片、以及CMOS芯片20'的组中选择的光接收器20。
光学测量仪器1还包括连接到检测器10以及被配置成接受并处理由检测器10提供的测量信号12的处理器13。较佳地，光学测量仪器1的处理器13包括被配置用于计算穿透液滴2的光的实际光学路径长度的算法。该算法可被存储在处理器13的存储器中或诸如紧致盘(CD)或数字多功能盘(DVD)之类的便携式数据存储上。为了计算穿透液滴2的光的实际光学路径长度，该算法首先被加载到处理器13中或至少在处理器13中被激活。
根据本发明的第一实施例的光学测量仪器1的特征在于光源8和检测器10定义了基本上垂直于液体处理轴5延伸的第一光学轴14。根据上文的解释，较佳的是第一光学轴14以大致水平的方向延伸。进一步根据本发明，光源8和检测器10相对于液体处理系统3提供的且悬垂在液体处理系统3的液体处理吸头4的液体处理孔6处的液滴2无接触地被安置。优选地，光源8和检测器10被同轴安置在第一光学轴14上且位于液滴2能被置于的以被第一光学轴14穿透的位置处。由于它们的位置，光源8与液滴2隔开第一气隙15，而检测器10与液滴2隔开第二气隙16。换言之，光源8和检测器10不接触具有要被分析的样本的液滴2。因此，液滴2仅与液体处理系统3的液体处理吸头4的液体处理孔6以及被保持在液体处理吸头4内部的样本液体相接触，液滴2是该样本液体的一部分。
如图1中所描绘的创造性的光学测量仪器的第一实施例的典型之处在于包括采用至少一个激光二极管的形式的发光设备17的光源8。已知激光二极管释放特定波长的光。如果在短时间间隔内(例如在几分之一秒内)需要两个不同波长的光，则较佳地提供两个相应的激光二极管以及一开关，该开关将光学光导18与一个激光二极管或另一个激光二极管连接用于将其光耦合至光导中。替代地(以及如果两个或更多个激光二极管被使用时较佳地)，可为发出特定波长的光的每个个体源使用单独的光导。激光二极管对于某些波长来说是相当非典型的。在这样的情况中且较佳的是，使用氙闪光灯或氘灯作为发光设备17。为了实现对要被检测的液滴2的较佳的单色照射，滤光器和/或单色光器被使用。在大范围的波长上对光谱进行扫描也是可能的。
例如为计算微滴中的DNA或RNA的浓度(260/280nm的照射光是必要的)，使用具有带通滤光器的单色光器或具有特定波长的光的激光二极管就足够了，且滤光器(图1中未示出)可被省略。在悬垂的液滴2的另一侧，检测器10被放置，且较佳地在简单的第一实施例中，也可为检测器省略滤光器(图1中未示出)。较佳的是至少该检测器10操作上连接到光学测量仪器1的处理器13以便将测量信号12馈入处理器13。进一步较佳的是处理器13也操作上与发光设备和/或一开关链接，该开关将光学光导18与一个激光二极管或另一个激光二极管连接；因此，从检测器10接收到的测量信号12可与引起这些测量信号的光源8相关。替代地(以及如果两个或更多个不同波长被使用时较佳地)，可为接收特定波长的光的每个个体检测器20使用单独的光导。
替代地，作为光学光导的替代，透镜系统33(图1和3中用虚线指示出)可被用于用发光设备17的光照射要被检测的液滴2，发光设备17诸如弧光灯、发光二极管(LED)、激光二极管(是具有确定波长的强大LED)。从而，光学测量仪器1较佳地包括被配置用于定义穿透液滴2的光的特定光学路径的透镜系统33。因此，来自液滴2且要被引导到检测器20的光同样可经透镜系统33(未示出)被引导到检测器。光学测量仪器1的检测器20较佳地包括光电二极管20'、光电倍增器芯片20"、光电倍增管20"′、CCD芯片、或CMOS芯片20'。
为了知道穿透液滴2的光的光学路径的实际长度，光学测量仪器1较佳地包括被配置用于检测穿透液滴2的光的实际光学路径长度的成像芯片32。这样的检测可通过将成像芯片32安置在垂直于第一光学轴14的第三光学轴35上来实现。成像芯片32平行于第一光学轴14且与垂直的第三光学轴35(见图5)成直角地延伸。较佳地，用第二光源37的光照射液滴2，且一准直透镜被用于实现液滴形状的适当投影36(见图5、7和8)。图2示出根据第二实施例的穿过液体处理吸头4的垂直剖面，该液体处理吸头在光学测量仪器1的光源8与检测器10之间的某一位置在其液体处理孔6处保持一悬垂液滴2。为了使用该第二实施例工作，与第一实施例中相同的液体处理系统3可被使用。在此，光源8包括弧光灯17'，该弧光灯17'被装入一较佳地为良好通风的盒子中，该盒子配备有狭缝或针孔18""，通过该狭缝或针孔18""照射光9可射出该盒子。较佳的是在该通风的盒子中，透镜18"被置于弧光灯17'与狭缝或针孔18""之间。在照射光19的路径中，放置一可缩回的(见双向箭头)光学滤光器18"′。该光学滤光器18"′可以是单个光学滤光器或一系列光学滤光器(未示出)，在每种情况下较佳地被装配在滤光器滑块上或滤光器轮上。该光学滤光器18"′提供了选择特定波长的照射光9来照射液滴2中的样本。此外，单色光器可被用于选择某个波长(未示出)。与本发明相一致，滤光器18"′不接触液滴2，在其表面与液滴2的表面之间留下自由的第一气隙15。在此，检测器包括操作上连接到处理器13并被装入较佳地为良好通风的盒子中的光电倍增管20"，该盒子配备有狭缝或针孔19""(此处不可见)，通过该狭缝或针孔19""样本光11可进入该盒子。在出射或样本光11的路径中，放置一可缩回的(见双向箭头)光学滤光器19"′。该光学滤光器19"′可以是单个光学滤光器或一系列光学滤光器，在不同情况下较佳地被装配在滤光器滑块上或滤光器轮上。该光学滤光器19"′提供了选择特定波长的出射或样本光11来检测来自液滴2的光。与本发明相一致，滤光器19"′不接触液滴2，在其表面与液滴2的表面之间留下自由的第二气隙16。
图3示出根据第三实施例的穿过液体处理吸头4的垂直剖面，该液体处理吸头在光学测量仪器1的光源8与检测器10之间的某一位置在其液体处理孔6处保持一悬垂液滴2。除了在液滴2的检测侧安装了不同元件之外，该第三实施例与图1的第一实施例完全相同。在此，分束器21被安排在第一光学轴14上，分束器21与液滴2隔开第二气隙16。分束器21将样本光11的一部分沿第二光学轴23引导，第二光学轴23较佳地包括与第一光学轴14成90°的角。第二光学轴23较佳的是水平的或垂直的，从而使得液滴2的投影能够被投影到成像芯片32上，成像芯片32被配置成CCD或CMOS芯片。较佳地，出自液滴2的光束(估计为完美圆形的)的直径被测量。通过知晓离液体处理轴5一给定距离处(会聚的或发散的)光束的该直径以及通过反向计算，由于液滴半径的透镜效应可计算液滴2的直径。因此，可估计通过样本的激发光的光学路径的长度。然而，大部分样本光较佳地穿透分束器21并经透镜19"到达检测器，透镜19"将样本光11集聚到光接收器20上，光接收器20较佳地被配置成光电二极管20'、光电倍增器芯片20"、光电倍增管20"′、CCD芯片、或CMOS芯片20'，光接收器20在操作上连接至处理器13。如先前的实施例中那样，测量信号12由光接收器20提供给处理器13。
图4示出根据第四实施例的穿过液体处理吸头4的垂直剖面，该液体处理吸头在光学测量仪器1的光源8与检测器10之间的某一位置在其液体处理孔6处保持一悬垂液滴2。与图2的第二实施例类似地，发光设备17被安置在盒子中，照射光9通过一开口从该盒子射出。在用于光源8的该盒子内，还有用于在第一光学轴14的方向中使照射光9的光束准直的透镜18"，在第一光学轴14上安置了采用分色镜形式的分束器21。该分束器21被配置成引导照射光9通过到达透镜19"，透镜19"同轴地被安放在第一光学轴14上且位于分束器21与液滴2之间。透镜19"将照射光9的光束集聚至被置于防护壳24的壁中的光纤或光纤束19'的入射/出射表面。然而对光纤或光纤束19'的使用是可任选的；相反，简单的狭缝或孔径将可行。
防护壳24以围绕从液体处理吸头4悬垂下的液滴2的基本闭合检测空间25被建立的方式来包围液体处理系统3的液体处理吸头4的一部分。在检测空间25内部但在液滴2的与光纤或光纤束19'相反的一侧上安装了反射镜22。从而，分束器21与反射镜22被安排在第一光学轴14上，分束器21与液滴2隔开第一气隙15，而反射镜22与液滴2隔开第二气隙16。通过该配置，反射镜22将样本光11引导回液滴2，从而使穿透液滴2的光的路径长度加倍。因此，光学测量仪器1包括包围检测空间25且包括开口26的防护壳24。开口26较佳地被安排成被液体处理轴5穿透且具有直径27，该直径允许液体处理吸头4无摩擦地进入以及将液体处理系统3提供的且悬垂在液体处理系统3的液体处理吸头4的液体处理孔6处的液滴2安置在液滴2被第一光学轴14穿透的位置处。较佳地，为了实现液滴2的稳定且确定的安置来供检测，液体处理吸头4作用于一圆锥或其他表面之上。次佳的是液体处理吸头4紧靠一环形触点，最次的是通过携带液体处理吸头4的液体处理机器人对液体处理吸头4进行自由安置。防护壳24较佳地包括加湿源28和/或温度调节源29中的至少之一，加湿源28用于控制防护壳24内检测空间25的气体环境的湿度，温度调节源29用于控制防护壳24内检测空间25的气体环境的温度。
分束器21在此以与第一光学轴14成斜角α被安排在第一光学轴14上，且定义了以与第一光学轴14成角度β延伸的第二光学轴23。在此，光源8被安排在第一光学轴14上，且检测器10(较佳地采用光电二极管20'、光电倍增器芯片20"、光电倍增管20"′、CCD芯片、或CMOS芯片20'的形式)位于第二光学轴23上。在被配置成充当样本光11的反射镜且将其引导到检测器10的分束器21与检测器10之间，安置了用于将样本光11集聚到光电二极管20'、光电倍增器芯片20"、光电倍增管20"′、CCD芯片、或CMOS芯片20'的表面上的另一透镜19"。替代地，光源8的场所可与检测器10的场所互换；从而检测器10在第一光学轴14上，而光源8在第二光学轴23上。在该情况中，分束器21被配置成将照射光9反射到液滴2以及使样本光11平行于第一光学轴14穿过并射到检测器10的光电二极管20'、光电倍增器芯片20"、光电倍增管20"′、CCD芯片、或CMOS芯片20'上。
图5示出了根据第五实施例的光学测量仪器1以及液体处理系统3的水平投影，该光学测量仪器1包括光源8和检测器10，液体处理系统3提供从液体处理吸头4的液体处理孔6悬垂并安置在光源8与检测器10之间的液滴2。在此，基本球形的液滴2被放置使得水平的第一光学轴14在液滴2的中心穿透液滴2；从而通过液滴2的光的光学路径最大。与第一光学轴14同轴安排的是两个透镜系统33，一个用于照射光9，而一个用于样本光11。照射光9的特定第一波长是用放置在光源8前面的滤光器18"′来选择的，而样本光11的特定第二波长是用放置在检测器10前面的滤光器19"′来选择的。
发光设备17较佳地是从包括弧光灯17'、激光器、以及发光二极管17"(LED)的组中选择的，且较佳地被放置在具有狭缝或针孔18""的通风的盒子内。光接收器20较佳地是从包括光电二极管20'、光电倍增器芯片20"、光电倍增管20"′、CCD芯片、或CMOS芯片20'的组中选择的，且较佳地被放置在具有狭缝或针孔19""的通风的盒子内。较佳地，透镜18"被放置在发光设备17与狭缝或针孔18""之间。为了测量穿过液滴2的光的光学路径的长度，成像CCD或CMOS芯片32被放置在垂直于第一光学轴14延伸的水平的第三光学轴35上。光源8、检测器10以及成像芯片32操作上连接到处理器13用于传送测量信号12和/或控制信号。较佳地，用第二光源37的光照射液滴2，且一准直透镜被用于实现液滴形状的适当投影36。
一般来说，被检测的液滴2表现得像一光学透镜，从而影响光的光学路径。因此为了最优测量，直径较佳地为1至2mm的液滴大小应适配于特定光学测量系统，或者该光学测量系统应适配于某一液滴大小。液滴大小与光学系统两者的相互适配也是可能的。因此，在与光学测量仪器1一起工作时，任何液体处理系统3可被使用。高端上，这样的液体处理系统3可以是机器人样本处理器(RSP)，像早已提及的Freedom机器人工作站。在一简单得多的方案中，这样的液体处理系统3也可被配置成手持式移液管，只要该移液管能够重复地提供确定的液滴量。显然，复杂程度位于这两种极限方案之间的任何液体处理系统3可被用于与本发明的光学测量仪器1组合来工作。
较佳地，液体处理系统3包括由液体处理系统3的中央处理器44控制的泵39。泵39经耐压管线40在操作上连接到液体处理吸头4，且液体处理系统3的中央处理器44由光学测量仪器1的处理器13控制。从而，泵39与光学测量仪器1的处理器13以及液体处理系统3的中央处理器44的有效组合是一种用于相对于光学系统43的第一和第二光学元件18、19或相对于至少一个光学元件18、19来适配液滴2的大小的手段。而且，液滴2相对于光学测量仪器1的光学系统43(即光学系统43的第一和第二光学元件18、19)的相对位置，也可被互相适配。为了使液滴2和光学系统43粗略地相互定位，液体处理系统3的机械臂45(液体处理吸头4所附连的机械臂45)可被使用。较佳地，该机械臂45被配置成由液体处理系统3的中央处理器44控制，以及在某一坐标系的一个或多个方向中移动。该坐标系可以是笛卡尔坐标系或任何其他坐标系，使得机械臂45可在相应的坐标系的一个或多个方向中以定义的方式被移动。较佳地，机械臂45采用与光学测量仪器1的处理器13以及液体处理系统(3)的中央处理器44的有效组合来实现，并且从而机械臂45是一种相对于光学系统43的第一和第二光学元件18、19或相对于至少一个光学元件18、19来相互适配液滴2的位置的手段。
较佳地，为了对液滴2相对于光学系统43的相互位置适配进行微调，液体处理吸头4通过一X/Y/Z驱动46附连于液体处理系统3的机械臂45，该X/Y/Z驱动46由液体处理系统3的中央处理器44控制且被配置用于进行微调。较佳地，该X/Y/Z驱动46基于压电元件。
替代地或者与已描述的用于液滴2的位置相对于光学系统43的第一和第二光学元件18、19的相互适配的手段相组合，光源8和第一光学元件18可由第一专用X/Y/Z驱动47支持，且检测器10和第二光学元件19可由第二专用X/Y/Z驱动48支持，第一和第二专用X/Y/Z驱动47、48被配置用于对光学系统43相对于液滴2的位置适配进行微调。
图6A示出要被研究的液滴2的情况的水平投影，具有指示出的用于荧光或冷光检测的较佳范围。高度优选的是，用于检测液滴2中的样本发出的荧光或冷光(即样本光)的检测器42不被放置成与光源8和微滴2同轴。如果荧光检测器42与光源8、微滴2、以及链接这两者的第一光学轴14一起被放置在水平平面中，则较佳的是将荧光检测器42安置在第一光学轴14的一侧上的扇形中(用双向箭头指示出)，以便防止激发或照射光9到达检测器42。因此，将液滴2与检测器42链接的第二光学轴23以相对于第一光学轴14的一合适的角度来定向。光源8、液滴2以及荧光检测器42也可被放置在两个或三个不同的高度水平上，一个这样的示例被描绘在图6B中。
图6B示出要被研究的液滴2的情况的垂直截面图，具有指示出的用于荧光或冷光检测的较佳范围。荧光检测器42被放置在比光源8、微滴2以及链接这两者的第一光学轴14低的水平上。较佳地，荧光检测器42被安置在第一光学轴14下的扇形中(用双向箭头指示出)，以便防止激发或照射光9到达检测器42。因此，将液滴2与检测器42链接的第二光学轴23以相对于第一光学轴14的一合适的角度来定向。
不言而喻，如图6A和6B所示的检测器放置的组合也是可能的。荧光检测器42的可能放置也可被相应地选择；然而，由于通常没有激发光，荧光检测器甚至可以被放置在与(这次关闭的)光源8和液滴2相同的光学轴上。
图7示出了根据第六实施例的包括光源8和检测器10的光学测量仪器1的水平投影。为了将液滴大小适配于特定光学测量系统，液体处理系统提供了泵39来改变从液体处理吸头4的孔6悬垂的且安置在光源8与检测器10之间的液滴2的大小。图7在许多方面类似于图5所示的第五实施例，但是描绘了实际用于测试本发明的设置。再次，基本球形的液滴2被放置使得水平的第一光学轴14在液滴2的中心穿透液滴2；从而通过液滴2的光的光学路径最大。发光设备17是氘灯。与第一光学轴14同轴安排的是两个透镜18"和19"(德国慕尼黑QioptiqLINOS.股份有限公司的石英透镜G312412000)，一个用于照射光9，而一个用于样本光11。在液滴2与透镜19"之间，同轴放置了中间透镜系统41(由英国约克郡EdmundOptics有限公司的透镜DCX49254和DCX49255组成)。检测器10是CCD相机。与图5中类似，用第二光源37的光照射液滴2，且一准直透镜38被使用来实现液滴形状在CCD相机的传感器32上的合适投影36。为了测量穿过液滴2的光的光学路径的长度，CCD相机的成像芯片32被放置在垂直于第一光学轴14延伸的水平的第三光学轴35上。光源8、检测器10以及CCD相机的成像芯片32操作上连接到处理器13用于传送测量信号12和/或控制信号。
在创造性的光学测量仪器1的该第六实施例中，泵39被提供并通过耐压管线40在操作上连接到液体处理吸头4。泵39还与处理器13连接，而该处理器与成像CCD32传感器连接。这种安排提供了一种用于调整液滴2的大小的闭环控制。详细来说，首先，在液体处理吸头4的液体处理孔6处产生液滴2。然而，以若干次迭代循环(直到达到希望的液滴大小和位置)重复地执行下列步骤：
a)使用第二光源37和成像芯片32记录液滴2的图像；
b)通过处理该图像，计算液滴的实际大小；以及
c1)根据步骤b)的结果将液滴大小与液滴位置相关，或者
c1)根据步骤b)的结果将液滴大小与光学系统位置相关。
通过用泵39适当地改变耐压管线40中的压强可实施对液滴大小的改变，其中降低压强会减小液滴2的大小，而提高压强会增大液滴2的大小。具有较佳大小的液滴2具有大约1至2mm的直径。
通过在三维笛卡尔坐标系或任何其他坐标系的轴的一个或多个方向中移动液体处理吸头4(较佳地附连于液体处理系统3的机械臂)可实施对液滴位置的改变。携带液体处理吸头4的机械臂的驱动可被用于粗略移动。为了对移动进行微调，可移动被安置于机械臂与液体处理吸头4之间的专用X/Y/Z驱动；较佳地，该专用X/Y/Z驱动基于压电元件。通过用专用X/Y/Z驱动移动光源8、其第一光学元件18以及具有第二光学元件19的检测器10可实施对光学系统位置的改变；较佳地，该专用X/Y/Z驱动基于压电元件。
此处所述的用于必要移动的所有驱动以及泵39由处理器13控制，且从而所有必要的改变可被自动执行。在必要的迭代循环之后，使用光学系统和检测器来测量光源8的照射光9的吸光度。同时地或替代地，也可测量液滴2中样本的荧光或冷光。
图8示出了根据第七实施例的光学测量仪器1的水平投影，该光学测量仪器包括光源8和检测器10以及第五和第六实施例中已被描述的元件。不同于至今为止所描述的实施例，该第七实施例包括用于测量由从液体处理吸头4的孔悬垂的且被安置在光源8与检测器42之间的液滴2中的样本发出的荧光或冷光的荧光或冷光检测器42。为了允许进行荧光或冷光测量，分束器21以一倾斜角被安置在第三光学轴35上。此分束器21被配置成将由样本发出的且来自液滴2的荧光或冷光偏转到较佳地配备有光电倍增器芯片20"的荧光或冷光检测器42中。通过图8中所示的安排，确保了仅来自样本的荧光或冷光而没有激发源(发光设备17)的光被允许进入荧光或冷光检测器42以及到达光电倍增器芯片20"。为了实现这个目标，光学测量仪器1包括被安置在第一光学轴14和第三光学轴35之外的荧光或冷光检测器42。仅为了测量荧光或冷光信号，替代分束器21可使用简单的反射镜(未示出)，或者具有光电倍增器芯片20"的荧光或冷光检测器可被安置在第三光学轴35上(同样未被示出)。在仅致力于用于荧光或冷光测量的光学测量仪器1的全部这些简化实施例中，第二光源37和成像芯片32可被省略。如果检测器10应被同时用于荧光或冷光测量，则可通过基于比尔-朗伯(BeerLambert)定律的计算(见下文)来执行对液滴大小的确定。
在任何情况下，光源8与液滴2定义了基本上垂直于液体处理轴5延伸的第一光学轴14。然而，检测器10(即光电二极管20'、光电倍增器芯片20"、光电倍增管20"′、CCD芯片、或CMOS芯片20'中的一个)是否也要被放置在该第一光学轴14上(见图1、2、3、5、7和8)或者检测器10是否要被放置在一不同的第二光学轴23上(见图4和6A、6B)，这由技术人员来决定。
这里明确指出，本文所示和/或所述的所有不同设备和元件可根据技术人员的实际需求来被重新安排和交换，而不背离本发明的要旨，只要液滴2不被任何发光设备17或光接收器20物理接触。
本发明的光学测量仪器1可被用于执行一种分析液体处理系统3提供的液滴2中所含样本的光学测量方法。根据本发明的分析方法包括以下步骤：
(a).提供包括至少一个液体处理吸头4的液体处理系统3，所述液体处理吸头4具有液体处理轴5以及在所述液体处理吸头4的末端7处具有液体处理孔6，所述液体处理轴5在所述液体处理吸头4内延伸并穿透所述液体处理孔6；
(b).提供液滴2，所述液滴2在所述液滴2被基本上垂直于所述液体处理轴5的第一光学轴14穿透的位置处悬垂在所述液体处理系统3的所述液体处理吸头4的所述液体处理孔6处；
(c).提供包括光源8、检测器10、光学系统43的光学测量仪器1，所述光学系统43具有用于将来自光源8的照射光9透射到液滴2的第一光学元件18以及具有用于将来自液滴2的样本光11透射到检测器10的第二光学元件19(同样见图6A和6B)；所述照射源8和液滴2定义了所述光学系统43的第一光学元件18的第一光学轴14，第一和第二气隙15、16将所述液滴2与所述光源8和所述检测器10以及它们的相关联的第一和第二光学元件18、19隔开，从而它们不接触液滴2；
(d).用源自所述光源8的照射光9照射所述液滴2；
(e).用所述检测器10测量来自所述液滴2的样本光11以及提供测量信号12；以及
(f).用操作上连接到所述检测器10的处理器13处理由所述检测器10提供的所述测量信号12。
任选地，可另外执行步骤(g)，其中要被递送的样本量被调整，所述调整基于由先前执行的步骤(f)提供的测量结果。
较佳地，当执行根据本发明的分析方法时，液滴2的大小和位置以及光学系统43的第一和第二光学元件18、19已被相互适配来实现最高的信噪比。作为同样较佳的替代，根据本发明的分析方法可包括对液滴2的大小和位置相对于光学系统43的第一和/或第二光学元件18、19进行相互适配，如下文所述。
根据本发明，在分析液滴2中的样本期间，液滴2仅接触液体处理系统3的液体处理吸头4(尤其是液体处理孔6)，且最终某些样本液体量30存在于液体处理吸头4内。在分析样本期间，液体处理系统3没有其他部分以及本发明的光学测量仪器1没有任何部分物理上与液滴2接触。在该制度下，光学测量方法的下列过程步骤被执行：
(i).用液体处理系统3的液体处理吸头4从样本源吸取一定量的液体样本30；
(ii).使用液体处理系统3将带有液体样本30量的液体处理吸头4移动到光学测量仪器1；
(iii).用液体处理系统3执行受控分液动作，从而产生足够小以保持附着于液体处理吸头4的液体处理孔6的液滴2；
(iv).安置附着了液滴2的液体处理吸头4，使得液滴2被光学测量仪器1的第一光学轴14穿透；以及
(v).相互调整微滴大小以及光学系统来优化测量信号12。
这里注意到步骤(iii)与(iv)可互换，使得使用液体处理系统3的液体处理机器人将液体处理吸头4放置在定义的位置处，然后执行利用液体处理系统3的受控分液动作，从而产生足够小以保持附着于液体处理吸头4的液体处理孔6的液滴2。液滴2中所含样本的感兴趣的光学特性较佳地是从包括吸光度、荧光、以及冷光的组中选择的。这里还注意到步骤(iv)和(v)可被重复来相对于光写系统43相互优化液滴2的大小及其位置。
因此，下列步骤较佳地被执行：
(vi).测量液滴2中所含样本的感兴趣的光学特性；
(vii).用液体处理系统3重新吸入液滴2；以及
(viii).对液体样本30量的至少一部份进行分液。
为了优化具有液滴2的液体处理吸头4与光学测量仪器1的第一光学轴14的相对空间位置，附着了液滴2的液体处理吸头4的安置(根据步骤(iv))较佳地得到改进，其中通过在液体处理系统3的笛卡尔坐标系的X、Y、Z方向中的至少一个方向中移动液体处理吸头4，使得用检测器10提供的以及由处理器13接收的测量信号12最大化。在该情况中尤其较佳的是，附着了液滴2的液体处理吸头4的安置得到改进，其中象限型光电检测器31(见图1)被使用且液体处理系统3的液体处理吸头4在笛卡尔坐标系的某一X、Y和Z方向中被移动(如果需要)，直到该象限型光电检测器31的所有四个象限的测量信号12被均衡为止。
尤其较佳的是，附着了液滴2的液体处理吸头4的安置(根据步骤(iv))得到改进，其中用液体处理系统3的液体处理机器人来迫使液体处理吸头4作用于一表面34上，从而将附着的液滴2安置在先前已被认可为提供最佳测量结果的场所处。
还较佳的是，对于根据步骤(iv)附着的液滴2，液滴2在液滴形状和/或位置方面被修改以便优化用检测器10提供的测量信号12。通过将液滴大小适配于一现有的光学系统，即用泵39控制液滴大小以便实现预定义的最优液滴大小，可实现对微滴大小和光学系统的相互调整。替代地，根据光学系统领域的技术人员的知识，使用例如至少一个变焦透镜18"或19"，光学系统可被适配于实际(未知)液滴大小。还可能利用可变光学系统(具有例如变焦透镜)以及同时用泵39修改液滴大小。
为了确定穿透液滴2的光的实际光学路径长度，可应用不同的方法：
1.分束器21被放置在液滴2与光学测量仪器1的检测器10之间(见图3)，分束器将样本光11的一部分引导到成像CCD或CMOS芯片32，且液滴2的形状是使用由成像CCD或CMOS芯片32检测到的信号来成像的(见图3)。该方法被限于展现出基本球形形状的具有所有方向中均相等的水平液滴直径的液滴2。
2.成像CCD或CMOS芯片32被放置在垂直于第一光学轴14延伸的第三水平光学轴35上(见图5)。较佳地，准直透镜38在液滴2与成像芯片32之间被放置在第三光学轴35上；从而，液滴2的定义的投影36被呈现在成像芯片32的表面上。在用成像CCM或CMOS芯片32创建的图像上测量穿透液滴2的光的光学路径的实际长度。该方法的优点是不依赖于液滴2的实际对称性或非对称性，实际路径长度真正被测量。
3.如果某一已知溶剂与要被研究的样本一起使用，则最优液滴大小可被确定，以及可对于该溶剂和最优液滴大小记录移液管吸头(液体处理吸头4)中的压强。通过在液滴处理吸头4中重现该压强，液滴大小被重现。为了测量液体处理吸头4内的压强，液体处理系统必须配备有合适的压强传感器及测量。该方法的优点是不需要执行成像和进一步的测量。然而，该方法被限于展现出基本球形形状的具有所有方向中均相等的水平液滴直径的液滴2。然而要注意，液滴大小还可能依赖于液滴温度和液体特性(如表面张力、粘度、饱和蒸汽压等)。该方法被推荐用于直径少于2mm的液滴大小，因为已发现对于这样的小液滴，压强随着液滴大小改变。
4.穿透液滴2的光的光学路径长度较佳地通过以下来确定：
·测量由具有第一预定波长的光的透射造成的第一光信号，以及
·测量由具有第二预定波长的光的透射造成的第二光信号，以及
·通过第一和第二光信号之间的预先确定的关系确定样本的光学路径长度，以及溶剂的光学路径长度，其中第一和第二波长处于从750纳米至2500纳米波长的电磁频谱的近红外区域中。
5.穿透液滴2的光的光学路径长度(L)根据下式来计算：
L = A 1 - A 2 C ( ϵ 1 - ϵ 2 ) - - - ( 1 )
其中：A1是由第一光信号造成的第一吸收值，
A2是由第二光信号造成的第二吸收值，以及
C(ε1-ε2)是预先确定的或从包含预定光学路径长度的溶剂样本的参考透明小容器的第一和第二波长处的吸收确定的。
6.穿透液滴2的光的光学路径长度(L)根据下式来计算：
L = A ϵ · C - - - ( 2 )
其中：A是由光信号λ1产生的吸光度值，
ε是λ1处的物质的消光系数，以及
C是液滴中物质的分子浓度。
方法4至6的优点在于穿透液滴2的光的实际光学路径长度真正被测量或计算，且不必执行成像或进一步测量。不依赖于液滴大小和几何形状，利用在处理器13中激活的合适的软件，这些方法可以自动化方式被执行。
如果光学测量仪器1包括包围检测空间25且包括具有直径27的开口26的防护壳24，且如果液体处理吸头4穿过开口26被伸入，且在根据步骤(iv)安置了附着了液滴2的液体处理吸头4之后，防护壳24内检测空间25中的气体环境的温度和/或湿度受到温度调节源29和/或加湿源28的控制(见图4)。
根据用根据本发明的光学测量仪器1以及胜任的液体处理系统3来工作的人的实际需求，对液体样本30量的至少一部份进行分液较佳地是根据步骤(vii)如下被执行的：
·液体样本30量的全部被分液回到样本源，或
·液体样本30量的一些部分被分液到至少一个反应容器中，且液体样本30的剩余量被分液回样本源或废品槽，或
·液体样本30量的全部被分液到至少一个反应容器中。
根据对根据本发明的光学测量仪器1的尤其较佳的一种用途，以及根据光学测量方法的一种尤其较佳的应用，对液体样本30量的至少一部份进行分液是根据步骤(vii)如下被执行的：
·穿透液滴2的光的光学路径长度是使用比尔-朗伯定律被确定或计算的；
·液滴2中样本30的浓度是根据比尔-朗伯定律被计算的；
·一定质量的样本30是根据液滴2中的浓度来确定的；
·该一定质量的样本30被分液。
如分子生物学中已知的，使用核酸的反应或试验分析通常要求特定量以及纯度来获得最优表现。因此，核酸的定量通常被执行来确定混合物中存在的DNA或RNA的平均浓度，以及它们的纯度。核酸以特定模式吸收紫外光。在分光光度计(spectrphotometer)中，样本被暴露于260nm的紫外光，且光电检测器测量穿过该样本的光。样本吸收的光越多，样本中核酸浓度越高。使用比尔-朗伯定律，就可能将吸收的光的量与吸收分子的浓度相关。
比尔-朗伯定律为：
D＝log10(I0/I)＝εCL(2)
其中：D＝光密度、吸光度
I0＝波长λ的入射光的强度
I＝穿过吸收单元之后光的强度
C＝吸收材料(分子)的浓度
L＝吸收路径的长度
ε(λ)＝消光系数。
注意，如果照射是单色的，如果吸收材料的浓度低，且如果没有显著的分子相互反应(诸如由于不同浓度造成的缔合、解离或结构改变)，则该关系的有效性一般是令人满意的。在260nm的波长，双链DNA的平均消光系数是0.020(μg/ml)-1cm-1，对于单链DNA是0.027(μg/ml)-1cm-1，对于单链RNA是0.025(μg/ml)-1cm-1，以及对于短单链寡核苷酸，平均消光系数依赖于长度和碱基组成。从而，对于双链DNA来说，光密度(即“OD”)为1对应于50μg/ml的浓度。这种计算方法对于多达至少为2的OD来说是有效的。对于寡核苷酸，可能需要更准确的消光系数；这些可使用最近邻居模型来被预测。
对于核酸样本来说被其他分子(即蛋白质、有机化合物等)污染是常见的。260nm和280nm处的吸光度的比率(A260/280)被用于评估核酸的纯度。对于纯DNA，A260/280为约1.8，而对于纯RNA，A260/280为约2。
260nm处的吸收对280nm处的吸收的比率通常被用于评估蛋白质溶液的DNA污染，因为蛋白质(尤其是芳香族氨基酸)吸收280nm的光。然而反之并非亦然；需要相对大量的蛋白质污染来显著影响核酸溶液中的260:280比率。这种差异是由于与蛋白质相比，核酸在260nm和280nm处具有高得多的消光系数。由于此，即使对于相对较高浓度的蛋白质，蛋白质对260和280吸光度的贡献相对较小。虽然蛋白质污染不能用260:280比率来可靠评估，但这也意味着它对于DNA数量估计造成很少误差。
从而较佳的是将样本暴露于260nm和280nm的紫外光，用光电检测器测量穿过样本的光，以及使用比尔-朗伯定律在260nm和280nm的吸光度的比率(A260/280)上评估核酸的纯度——这样的定量可使用光学测量仪器1的所公开的实施例中的每一个实施例来执行。
图9示出用本发明的光学测量仪器1捕捉的带有DNA的缓冲液液滴与不带有DNA的缓冲液液滴的吸光度谱(未经处理的原始信号)的比较。光学系统被设计用于1.76mm的液滴大小以及对液滴2的中心照射。液滴大小和位置用轴35上的CCD相机32记录。处理器13使用来自CCD相机32的信息来将实际大小和位置与目标值比较。利用液体处理系统3，处理器13调节该位置和大小。当达到目标值时，光源8被打开，用检测器10(光接收器20)记录谱。这时，对照用于穿透液滴2中样本的光的波长，绘制信号(以计数为单位的透射光的强度)。在高于大约300纳米的波长处，这两个测量之间基本上没有差异。然而，在210和300nm之间的范围内，带有DNA样本的液滴2(1.76mm缓冲液液滴中500ng/mlDNA)示出比不带有DNA样本的液滴2(仅1.76mm缓冲液液滴)高得多的吸光度。
图10示出用本发明的光学测量仪器(即使用如本文所公开的图7的第六实施例)捕捉的或用商业上可获得的光谱仪捕捉的缓冲液中相同DNA样本的吸光度谱(经处理的原始信号)的比较。为了将图9的原始信号与用商业光谱仪获得的结果比较，通过校正传感器的暗电流以及在315nm处调整信号电平，原始信号被后处理。在230nm和315nm之间的波长处注意到两幅图的良好相关性。仅可见微小差异，这可归因于波长校准方面的可能差异。因此，结论是260nm和280nm处的吸收可用本发明的光学测量仪器1来可靠地测量。因此，260nm处的吸收对280nm处的吸收的比率可使用本发明的光学测量仪器1来可靠地确定。
不同附图中相同或相似的元素用相同或相似的参考标号来指示。因此，即使没有在每种情况下讨论每个细节时，附图中的这些指示和相关元素向技术人员完全公开了所有这些元素。
一个或多个液体处理系统3可与本发明的一个光学测量仪器1组合使用。单个液体处理系统3可配备有根据本发明的一个或多个测量仪器1。
参考标号
1光学测量仪器20"光电倍增器芯片
2液滴20"′光电倍增管
3液体处理系统21分束器
4液体处理吸头22反射镜
5液体处理轴23第二光学轴
6液体处理孔24防护壳
74的末端25检测空间
8光源26开口
9照射光2726的直径
10检测器28加湿源
11样本光29温度调节源
12测量信号30液体样本
13处理器31象限型光电检测器
14第一光学轴32成像CCD或CMOS芯片
15第一气隙33透镜系统
16第二气隙34圆锥表面
17发光设备35第三光学轴
17'弧光灯36液滴在32上的投影
17"发光二极管(LED)37第二光源
18第一光学元件38准直透镜
18'光纤或光纤束39泵
18"透镜40耐压管线
18"′滤光器41中间透镜系统
18""狭缝或针孔42荧光或冷光
19第二光学元件43光学系统
19'光纤或光纤束443的中央处理器
19"透镜453的机械臂
19"′滤光器46X/Y/Z驱动
19""狭缝或针孔47第一专用X/Y/Z驱动
20光接收器48第二专用X/Y/Z驱动
20'光电二极管、CCD芯片、CMOS芯片

Claims (26)

1.一种被配置用于分析液体处理系统(3)所提供的液滴(2)中所含样本的光学测量仪器(1)，所述液体处理系统(3)包括至少一个液体处理吸头(4)，所述至少一个液体处理吸头(4)具有液体处理轴(5)以及在所述液体处理吸头(4)的末端(7)处具有液体处理孔(6)，所述液体处理轴(5)在所述液体处理吸头(4)内延伸并穿透所述液体处理孔(6)；所述光学测量仪器(1)包括：被配置用于提供用于照射液体样本(30)的液滴(2)的照射光(9)的光源(8)；被配置用于测量来自所述液滴(2)的样本光(11)以及用于提供表示测得的样本光(11)的测量信号(12)的检测器(10)；具有用于透射所述照射光(9)的第一光学元件(18)的光学系统(43)，以及连接到所述检测器(10)并被配置成接受并处理所述检测器(10)提供的所述测量信号(12)的处理器(13)，
其中所述光源(8)和所述液滴(2)定义了所述光学系统(43)的所述第一光学元件(18)的第一光学轴(14)，所述第一光学轴(14)基本垂直于所述液体处理轴(5)延伸，所述液滴(2)由所述液体处理系统(3)提供并在所述液滴(2)被所述第一光学轴(14)穿透的位置处悬垂在所述液体处理吸头(4)的所述液体处理孔(6)处，
其中所述液滴(2)与所述光学测量仪器(1)的所述光学系统(43)物理上隔开，且仅被所述液体处理系统(3)的所述液体处理吸头(4)以及所述液体处理吸头(4)内的所述液体样本(30)物理接触，具有所述第一光学元件(18)的所述光源(8)从而与所述液滴(2)隔开第一气隙(15)，而所述检测器(10)从而与所述液滴(2)隔开第二气隙(16)。
2.如权利要求1所述的光学测量仪器(1)，
其中所述光学系统(3)包括用于将来自所述液滴(2)的所述样本光(11)透射到所述检测器(10)的第二光学元件(19)，所述第二光学元件(19)从而与所述液滴(2)隔开第二气隙(16)。
3.如权利要求2所述的光学测量仪器(1)，
其中具有所述光学测量仪器(1)的所述第二光学元件(19)的所述检测器(10)被安置在所述第一光学轴(14)上或第二光学轴(23)上。
4.如权利要求3所述的光学测量仪器(1)，
其中所述光学测量仪器(1)包括被配置用于检测穿透所述液滴(2)的光的实际光学路径长度或用于控制所述液滴(2)的大小和位置的成像芯片(32)。
5.如权利要求4所述的光学测量仪器(1)，
其中所述光学测量仪器(1)包括用于对所述液滴(2)的大小和/或位置成像的第二光源(37)和准直透镜(38)，所述第二光源(37)、准直透镜(38)以及成像芯片(32)被安置在第三光学轴(35)上。
6.如权利要求5所述的光学测量仪器(1)，
其中所述光学测量仪器(1)包括被安置在所述第一光学轴(14)之外的荧光或冷光检测器(42)。
7.如权利要求1所述的光学测量仪器(1)，
其中，所述光学测量仪器(1)的所述处理器(13)包括被配置用于计算穿透所述液滴(2)的光的实际光学路径长度的算法。
8.如权利要求1所述的光学测量仪器(1)，
其中分束器(21)和反射镜(22)被安排在所述第一光学轴(14)上，所述分束器(21)与所述液滴(2)隔开所述第一气隙(15)，而所述反射镜(22)与所述液滴(2)隔开所述第二气隙(16)，所述反射镜(22)将所述样本光(11)引导回所述液滴(2)从而使穿透所述液滴(2)的光的路径长度加倍。
9.如权利要求1所述的光学测量仪器(1)，
其中所述光学测量仪器(1)包括包围检测空间(25)且包括开口(26)的防护壳(24)，所述开口(26)被安排成被所述光学处理轴(5)穿透且具有直径(27)，所述直径(27)允许所述液体处理吸头(4)无摩擦地进入以及将所述液体处理系统(3)提供的且悬垂在所述液体处理吸头(4)的所述液体处理孔(6)处的所述液滴(2)安置在所述液滴(2)被所述第一光学轴(14)穿透的位置处。
10.如权利要求9所述的光学测量仪器(1)，
其中所述防护壳(24)包括加湿源(28)和温度调节源(29)中的至少之一，所述加湿源(28)用于控制所述防护壳(24)内所述检测空间(25)的气体环境的湿度，所述温度调节源(29)用于控制所述防护壳(24)内所述检测空间(25)的气体环境的温度。
11.如权利要求1所述的光学测量仪器(1)，
其中所述光学测量仪器(1)包括具有至少一个液体处理吸头(4)的液体处理系统(3)，所述至少一个液体处理吸头(4)具有液体处理轴(5)以及在末端(7)处具有液体处理孔(6)，所述液体处理轴(5)在所述液体处理吸头(4)内延伸并穿透所述液体处理孔(6)；所述液体处理系统(3)包括由所述液体处理系统(3)的中央处理器(44)控制的泵(39)，所述泵(39)经耐压管线(40)在操作上连接到所述液体处理吸头(4)；所述液体处理系统(3)的所述中央处理器(44)由所述光学测量仪器(1)的所述处理器(13)控制，以及
其中所述泵(39)与所述光学测量仪器(1)的所述处理器(13)以及与所述液体处理系统(3)的所述中央处理器(44)的有效组合是一种用于相对于所述光学系统(43)的至少一个光学元件(18、19)来适配所述液滴(2)的大小的手段。
12.如权利要求11所述的光学测量仪器(1)，
其中所述液体处理系统(3)包括由所述液体处理系统(3)的所述中央处理器(44)控制的机械臂(45)，所述液体处理吸头(4)附连于所述机械臂(45)，且所述机械臂(45)被配置成在一坐标系的一个或多个方向中移动，
以及其中所述机械臂(45)与所述光学测量仪器(1)的所述处理器(13)以及与所述液体处理系统(3)的所述中央处理器(44)的有效组合是一种用于相对于所述光学系统(43)的所述第一和/或第二光学元件(18、19)来适配所述液滴(2)的位置的替代手段。
13.如权利要求12所述的光学测量仪器(1)，
其中所述液体处理吸头(4)通过一X/Y/Z驱动(46)附连于所述液体处理系统(3)的所述机械臂(45)，所述X/Y/Z驱动(46)由所述液体处理系统(3)的所述中央处理器(44)控制且被配置用于相对于所述光学系统(43)对所述液滴(2)的位置适配进行微调。
14.如权利要求5所述的光学测量仪器(1)；
其中所述第一光学轴(14)和所述第三光学轴(35)在大致水平方向延伸，
以及其中，所述液体处理吸头(4)在大致垂直方向延伸。
15.如权利要求3或14所述的光学测量仪器(1)，
其中所述第二光学轴(23)以相对于所述第一光学轴(14)成一角度延伸，并穿透或不穿透所述液滴(2)。
16.液体处理系统(3)，
包括根据权利要求1的光学测量仪器(1)，所述液体处理系统(3)包括至少一个液体处理吸头(4)，所述至少一个液体处理吸头(4)包括液体处理轴(5)以及在末端(7)处的液体处理孔(6)，所述液体处理轴(5)在所述液体处理吸头(4)内延伸并穿透所述液体处理孔(6)，
其中所述液体处理系统(3)包括中央处理器(44)以及泵(39)，所述泵(39)经耐压管线(40)在操作上连接到所述液体处理吸头(4)，且所述泵(39)由所述液体处理系统(3)的所述中央处理器(44)控制；所述光学测量仪器(1)的所述处理器(13)在操作上链接到所述中央处理器(44)，以及
其中所述泵(39)与所述光学测量仪器(1)的所述处理器(13)以及与所述液体处理系统(3)的所述中央处理器(44)的有效组合是一种用于相对于所述光学系统(43)的至少一个光学元件(18、19)来适配所述液滴(2)的大小的手段。
17.一种分析液体处理系统(3)所提供的液滴(2)中所含样本的光学测量方法，
其中所述方法包括以下步骤：
(a)提供包括至少一个液体处理吸头(4)的液体处理系统(3)，所述液体处理吸头(4)具有液体处理轴(5)以及在所述液体处理吸头(4)的末端(7)处具有液体处理孔(6)，所述液体处理轴(5)在所述液体处理吸头(4)内延伸并穿透所述液体处理孔(6)；
(b)提供液滴(2)，所述液滴(2)在所述液滴(2)被基本上垂直于所述液体处理轴(5)的第一光学轴(14)穿透的位置处悬垂在所述液体处理系统(3)的所述液体处理吸头(4)的所述液体处理孔(6)处；
(c)提供包括光源(8)、检测器(10)、以及光学系统(43)的光学测量仪器(1)，所述光学系统(43)具有用于将来自所述光源(8)的照射光(9)透射到所述液滴(2)的第一光学元件(18)以及具有用于将来自所述液滴(2)的样本光(11)透射到所述检测器(10)的第二光学元件(19)；所述照射源(8)和所述液滴(2)定义了所述光学系统(43)的所述第一光学元件(18)的所述第一光学轴(14)；第一和第二气隙(15、16)将所述液滴(2)与所述光源(8)和检测器(10)以及它们的相关联的第一和第二光学元件(18、19)隔开，从而它们不接触所述液滴(2)；
(d)用源自所述光源(8)的照射光(9)照射所述液滴(2)；
(e)用所述检测器(10)测量来自所述液滴(2)的样本光(11)以及提供测量信号(12)；以及
(f)用操作上连接到所述检测器(10)的处理器(13)处理由所述检测器(10)提供的所述测量信号(12)。
18.如权利要求17所述的光学测量方法，
其中另外执行步骤(g)，其中要被递送的样本量被调整，所述调整基于由先前执行的步骤(f)提供的测量结果。
19.如权利要求17所述的光学测量方法，
包括以下步骤：
(i)用所述液体处理系统(3)的液体处理吸头(4)从样本源吸取一定量的液体样本(30)；
(ii)使用所述液体处理系统(3)将带有所述液体样本(30)量的所述液体处理吸头(4)移动到所述光学测量仪器(1)；
(iii)用所述液体处理系统(3)执行受控分液动作，从而产生足够小以保持附着于所述液体处理吸头(4)的所述液体处理孔(6)的液滴(2)；
(iv)安置附着了所述液滴(2)的所述液体处理吸头(4)，使得所述液滴(2)被所述光学测量仪器(1)的第一光学轴(14)穿透；
(v)相互调整微滴大小以及光学系统(43)来优化测量信号(12)；以及任选地
(vi)重复步骤(iv)和(v)来相对于所述光学系统(43)对所述液滴(2)的大小及其位置进行相互优化。
20.如权利要求19所述的光学测量方法，进一步包括下列步骤：
(vii)测量所述液滴(2)中所含样本的感兴趣的光学特性；
(viii)用所述液体处理系统(3)重新吸入所述液滴(2)；以及
(ix)对所述液体样本(30)量的至少一部份进行分液。
21.如权利要求19所述的光学测量方法，
其中根据步骤(iv)对附着了所述液滴(2)的所述液体处理吸头(4)的安置得到改进，其中通过在所述液体处理系统(3)的笛卡尔坐标系的X、Y、Z方向中的至少一个方向中移动所述液体处理吸头(4)，使得用所述检测器(10)提供的以及由所述处理器(13)接收的所述测量信号(12)最大化。
22.如权利要求19所述的光学测量方法，
其中根据步骤(iv)对附着了所述液滴(2)的所述液体处理吸头(4)的安置得到改进，其中象限型光电检测器(31)被使用且所述液体处理系统(3)的所述液体处理吸头(4)在笛卡尔坐标系的某一X、Y和Z方向中被移动，直到所述象限型光电检测器(31)的所有四个象限的测量信号(12)被均衡为止。
23.如权利要求20所述的光学测量方法，
其中，所述液滴(2)中所含样本的感兴趣的光学特性是从包括吸光度、荧光、以及冷光的组中选择的。
24.如权利要求17所述的光学测量方法，
其中所述光学测量仪器(1)包括包围检测空间(25)且包括开口(27)的防护壳(24)，所述液体处理吸头(4)穿过所述开口(26)被伸入，以及
其中在根据步骤(iv)安置了附着了所述液滴(2)的所述液体处理吸头(4)之后，所述防护壳(24)内所述检测空间(25)中的气体环境的温度和/或湿度受到温度调节源(29)和/或加湿源(28)的控制。
25.如权利要求20所述的光学测量方法，
其中对所述液体样本(30)量的至少一部份进行分液是根据步骤(ix)如下被执行的：
·穿透所述液滴(2)的光的光学路径长度是使用比尔-朗伯定律被确定或计算的；
·所述液滴(2)中所述样本(30)的浓度是根据比尔-朗伯定律被计算的；
·一定质量的所述样本(30)是根据所述液滴(2)中的浓度来确定的；
·所述一定质量的所述样本(30)被分液。
26.如权利要求20所述的光学测量方法，
其中样本被暴露于260nm和280nm的紫外光，用光电检测器测量穿过所述样本的光，以及使用比尔-朗伯定律在260nm和280nm的吸光度的比率(A260/280)上评估核酸的纯度。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105861299A (zh) * 2016-05-05 2016-08-17 广东顺德工业设计研究院(广东顺德创新设计研究院) 微滴式数字pcr荧光检测系统和荧光检测装置
CN107179287A (zh) * 2016-03-09 2017-09-19 东京毅力科创株式会社 液滴检查装置和液滴检查方法
CN107765022A (zh) * 2016-08-16 2018-03-06 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 微分配装置和自动微分配方法
CN108956580A (zh) * 2016-03-21 2018-12-07 重庆邮电大学 一种可用于野外勘测的便携式元素分析仪
CN110168378A (zh) * 2016-11-07 2019-08-23 分子装置(奥地利)有限公司 用于对样品分析设备中的操作条件进行光学监测的系统
CN111312411A (zh) * 2018-12-11 2020-06-19 核工业西南物理研究院 液化惰性气体射流注入防护等离子体破裂的方法
CN112639432A (zh) * 2018-08-31 2021-04-09 株式会社岛津制作所 分析装置、分析方法、微量液体提取装置和微量液体提取方法
CN113167697A (zh) * 2018-11-26 2021-07-23 脱其泰有限责任公司 使用具有不均匀体积的隔室的数字试验以确定样本中目标的体积浓度

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2943770A1 (en) * 2013-01-11 2015-11-18 Council of Scientific & Industrial Research An optical fiber-based force transducer for microscale samples
US9488576B2 (en) * 2013-01-22 2016-11-08 Tecan Trading Ag Optical measuring apparatus and method for the analysis of samples contained in liquid drops
US9488579B2 (en) * 2013-01-22 2016-11-08 Tecan Trading Ag Optical measuring apparatus and method for the analysis of samples contained in liquid drops
US10710067B2 (en) 2014-01-23 2020-07-14 Spectrum Perception Llc Pipette tip with integrated light guides in the body and method of spectroscopic analysis using same
WO2015112919A2 (en) 2014-01-23 2015-07-30 Spectrum Perception Llc Miniaturized spectrometer for sensitive and robust laboratory and field use
GB2531293A (en) 2014-10-14 2016-04-20 Stephen Smith Determining an absorption coefficient of a liquid
EP3040705A1 (de) * 2014-12-30 2016-07-06 Grundfos Holding A/S Verfahren zum Bestimmen von Partikeln
WO2016181466A1 (ja) * 2015-05-11 2016-11-17 株式会社安川電機 分注システム、コントローラ及び制御方法
US10324041B2 (en) 2016-12-21 2019-06-18 Abbott Japan Co., Ltd. Optical imaging system using lateral illumination for digital assays
US11047854B2 (en) 2017-02-06 2021-06-29 Abbott Japan Llc Methods for reducing noise in signal-generating digital assays
CN112041076B (zh) * 2018-04-23 2023-04-18 迈恩医疗解决方案有限公司 用于从液体介质获得测量信号的自动分析器和光学测量方法
TWI727393B (zh) * 2019-08-14 2021-05-11 國立陽明交通大學 雷射與攝像整合系統及其方法
EP3839476B1 (de) * 2019-12-16 2023-08-30 Tecan Trading Ag Vorrichtung und verfahren zur bestimmung einer position und/oder einer ausdehnung eines tropfens
KR20230010895A (ko) * 2021-07-12 2023-01-20 삼성디스플레이 주식회사 잉크젯 프린팅 장치, 이를 이용한 잉크 프린팅 방법 및 표시 장치의 제조 방법
CN114371621A (zh) * 2021-12-28 2022-04-19 复旦大学 一种光控微流控平台的自动化控制装置及方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4936828A (en) * 1987-06-02 1990-06-26 Kophu Chiang Liquid drop image sensor
US5438420A (en) * 1993-08-09 1995-08-01 Vickers, Incorporated Monitoring of fluid contamination level wherein the light energy is focused on the fluid passage means
US5766959A (en) * 1996-05-24 1998-06-16 The Dow Chemical Company Method for determining a component using a liquid film or droplet
US6137571A (en) * 1996-03-26 2000-10-24 United Utilities Plc Optical instrument
CN1337572A (zh) * 2001-06-19 2002-02-27 天津大学 基于液滴体积的光学图像液滴分析装置
CN1641338A (zh) * 2004-01-02 2005-07-20 华联生物科技股份有限公司 光学液滴检测系统及其检测方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE790280A (fr) * 1971-11-19 1973-04-19 Technicon Instr Analyse photometrique d'une goutellette d'un echantillon liquide
DE3344387A1 (de) 1983-12-08 1985-06-20 Hoechst Ag, 6230 Frankfurt Photometerkopf fuer kleine messvolumina
US4910402A (en) 1987-04-10 1990-03-20 Mcmillan Norman Apparatus and method for measuring a property of a liquid
JP3537208B2 (ja) * 1995-03-07 2004-06-14 オリンパス株式会社 吸光度測定方法
US6660233B1 (en) * 1996-01-16 2003-12-09 Beckman Coulter, Inc. Analytical biochemistry system with robotically carried bioarray
US6235242B1 (en) 1997-09-25 2001-05-22 Robert A. Small Sample size characterization technique and apparatus for liquid analysis
DE10002970B4 (de) 2000-01-25 2004-09-16 Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh Vorrichtung zur Analyse von in tröpfchenförmigen Flüssigkeitsproben enthaltenen Elementen
US6809826B2 (en) * 2001-02-20 2004-10-26 Charles William Robertson Liquid photometer using surface tension to contain sample
US6731387B2 (en) 2002-02-06 2004-05-04 Alexander V. Neimark Light beam measurement of absorption by substrates
JP2005147826A (ja) 2003-11-14 2005-06-09 Hamamatsu Photonics Kk 蛍光測定装置
JP2007256208A (ja) * 2006-03-24 2007-10-04 Fujifilm Corp 吸光度測定装置及び特定物質の有無判定装置
DK2490814T3 (en) 2009-10-22 2015-04-20 Brian Page Pipettes, apparatus and kit for metering and procedure
US9128051B2 (en) 2010-10-19 2015-09-08 Baxter International Inc. Optical imaging system for air bubble and empty bag detection in an infusion tube

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4936828A (en) * 1987-06-02 1990-06-26 Kophu Chiang Liquid drop image sensor
US5438420A (en) * 1993-08-09 1995-08-01 Vickers, Incorporated Monitoring of fluid contamination level wherein the light energy is focused on the fluid passage means
US6137571A (en) * 1996-03-26 2000-10-24 United Utilities Plc Optical instrument
US5766959A (en) * 1996-05-24 1998-06-16 The Dow Chemical Company Method for determining a component using a liquid film or droplet
CN1337572A (zh) * 2001-06-19 2002-02-27 天津大学 基于液滴体积的光学图像液滴分析装置
CN1641338A (zh) * 2004-01-02 2005-07-20 华联生物科技股份有限公司 光学液滴检测系统及其检测方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J. TRÖNDLE ET AL.: "Non-contact optical sensor to detect free flying droplets in the nanolitre range", 《SENSORS AND ACTUATORS A: PHYSICAL》 *
N. N. BOCHKAREV ET AL.: "FLUORESCENCE OF A LIQUID DROP WITH A DYE EXCITED BY FEMTOSECOND LASER PULSES", 《RUSSIAN PHYSICS JOURNAL》 *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107179287A (zh) * 2016-03-09 2017-09-19 东京毅力科创株式会社 液滴检查装置和液滴检查方法
CN108956580A (zh) * 2016-03-21 2018-12-07 重庆邮电大学 一种可用于野外勘测的便携式元素分析仪
CN108956580B (zh) * 2016-03-21 2020-09-22 重庆邮电大学 一种可用于野外勘测的便携式元素分析仪
CN105861299A (zh) * 2016-05-05 2016-08-17 广东顺德工业设计研究院(广东顺德创新设计研究院) 微滴式数字pcr荧光检测系统和荧光检测装置
CN105861299B (zh) * 2016-05-05 2018-05-22 广东顺德工业设计研究院(广东顺德创新设计研究院) 微滴式数字pcr荧光检测系统和荧光检测装置
CN107765022A (zh) * 2016-08-16 2018-03-06 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 微分配装置和自动微分配方法
CN107765022B (zh) * 2016-08-16 2023-02-17 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 微分配装置和自动微分配方法
CN110168378A (zh) * 2016-11-07 2019-08-23 分子装置(奥地利)有限公司 用于对样品分析设备中的操作条件进行光学监测的系统
CN110168378B (zh) * 2016-11-07 2023-10-10 分子装置(奥地利)有限公司 用于对样品分析设备中的操作条件进行光学监测的系统
CN112639432A (zh) * 2018-08-31 2021-04-09 株式会社岛津制作所 分析装置、分析方法、微量液体提取装置和微量液体提取方法
CN113167697A (zh) * 2018-11-26 2021-07-23 脱其泰有限责任公司 使用具有不均匀体积的隔室的数字试验以确定样本中目标的体积浓度
CN111312411A (zh) * 2018-12-11 2020-06-19 核工业西南物理研究院 液化惰性气体射流注入防护等离子体破裂的方法

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