CN106104266B - 具有空间可变磁场用于样品测量的线圈布局 - Google Patents

具有空间可变磁场用于样品测量的线圈布局 Download PDF

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Abstract

第一发明涉及测量布局，其包括线圈布局(11)，布置为创建磁场(B)以便测量与它相连布置的样品(14)，以及电子设备(13)，连接到线圈布局，用于使用线圈布局创建磁场(B)。线圈布局包括至少一个扁平线圈(12)，扁平线圈(12)的线圈几何结构被布置为在由扁平线圈所定义的平面的方向(K)上改变，以便创建空间变化的磁场，用于测量样品，并且测量布局(10)包括用于改变样品和线圈布局相对于彼此的位置，以便改变影响样品的磁场的装置(24)。另外，本发明也涉及用于测量样品的方法。第二发明涉及具有其中可以放置至少一个样品的数个中空区域的盘或板。第三发明涉及旨在影响样品中的磁性粒子的设备。

Description

具有空间可变磁场用于样品测量的线圈布局
技术领域
本发明涉及测量布局(arrangment)，其包括：
-线圈布局，被布置为创建磁场以便测量与它相连布置的样品，
-电子设备，连接到线圈布局，用于使用线圈布局创建磁场。
另外，本发明也涉及用于测量样品的方法。
背景技术
已知有分析例如各种样品的需求，在各种样品中存在例如磁性粒子。磁性粒子能够例如属于样品本身，和/或添加到样品用于分析。通常，可以说待分析的样品包括影响测量布局的物质，并且以此为基础能够从其中得出结论。样品测量的一些示例是样品中磁性粒子的数量、它们的大小、粘结和/或在样品体积的各个部分中的分布。也已知各种测量布局，其中存在线圈布局和连接到它的电子设备，用于测量样品。
例如，美国专利4,651,092公开基于缠绕线圈的解决方案。在该专利中，样品放置在线圈内部用于测量。然而，这种线圈的距离灵敏度仅仅有限。如果粒子的大小和/或数量，或者样品的大小充分小，则不能够通过使用测量布局获得可靠的测量结果。
所谓扫描测量广为人知，其中同样利用线圈布局。在这些扫描测量中，充当传感器的线圈在样品的深度方向上移动。因此也有可能指的是样品的扫描。因为线圈结构与样品之间的距离在测量期间改变，所以这使得例如测量区中静态磁场的稳定很难。
发明内容
本发明打算创造一种测量布局，它实现起来简单，并且另外提高测量灵敏度。本发明的特性特征在附加权利要求书中陈述。
借助于该测量布局，例如，能够简单地并且容易地确定样品中磁性粒子的数量和/或分布。在本发明中，利用属于线圈布局的一个或多个扁平线圈。
由于本发明，能够利用由线圈布局创建的磁场的几何结构确定例如样品的粒子分布。然后测量信号能够依赖于磁性样品与线圈之间的距离。样品体积中与线圈接近的磁性粒子引起比样品体积中距离线圈较远的磁性粒子大的测量信号。不同的粒子分布能够具有从粒子到线圈的不同距离，在这种情况下，即使总粒子数量是恒定的，对线圈的电气性质的影响将不同。因此，通过本发明，有可能确定例如样品中粒子的沉淀，以及具有不同密度的粒子的样品中的相对比例。
能够例如借助于线圈的几何结构调整距离依赖性。通过改变样品相对于线圈的定位，或者更改线圈的几何结构，能够测量样品的不同区域。因此，借助于相同的测量布局，有可能确定例如样品中粒子的总数量和分布。
本发明不局限于任何具体的测量技术。然而，通常能够陈述，本发明能够基于线圈布局的阻抗的改变。因此，根据本发明，在测量布局中能够利用基于线圈的性质测量无论什么(例如，阻抗的测量)的任何方法。这些的一些示例是阻抗电桥和谐振频率测量。
由于本发明，也有可能避免许多其他已知测量方式的极大精度的要求。这些的一种是例如重力梯度测量的对称性需求。因为或者样品不需要移动，或者它能够例如在相对于线圈布局的相同平面上移动，所以本发明也允许在粒子的沉淀中使用静态磁场，而这不影响实际测量。然后线圈结构和样品能够整个时间与彼此处于相同的距离。另外，基于磁场的几何结构的测量方式也允许，通过本发明，不需要在样品的深度方向，亦即纵向上移动线圈。在某些条件下，诸如，例如，在预先知道粒子的总数量的情况下，根本不需要样品的移动。然后，因为线圈布局在它的各个测量点的灵敏度是已知的，所以通过使得样品靠近处于一个已知测量点的线圈布局，能够查明样品中的粒子分布。本发明的其他特性特征在附加权利要求书中陈述并且借助于本发明而实现的其他优点在描述部分中陈述。
附图说明
参考附随附图更详细地描述本发明，其实施例在下文非限制性地展示，其中：
图1a示出从侧面看到的测量布局的示意示例，
图1b示出图1a中所示的测量布局的顶视图，
图2a示出从侧面看到的测量布局的第二示意示例，
图2b示出图2a中所示的测量布局的顶视图，
图3示出从测量布局的上面看到的扁平线圈的示意示例，
图4示出各种样品的示例，
图5示出从侧面看到的测量布局的第三示意示例，
图6示出测量基底的一些示例的侧视图，
图7示意地示出从上面看到的与线圈布局相连的样品的布置的示例，
图8示出从侧面看到的与线圈布局相连的样品的布置的图7中所示的示例，
图9示出作为距离的函数，一种线圈布局的灵敏度，
图10示出作为线圈几何结构的直径的函数，处于与线圈布局的不同距离的粒子的行为，以及
图11作为框图示出与测量布局相连布置的电子设备的实现方式的示例。
具体实施方式
图1a和1b示出从不同的方向看到的测量布局10的示意构造的第一示例。图1a示出从侧面看到的布局10，并且图1b示出从上面看到的布局10。
测量布局10可以是独立的设备单元，或者诸如，例如分析器这样的一些较大的装置总体的一部分。在一个设备中，能够存在至少一个测量布局10。在它的基本形式中，测量布局10能够包括，例如，线圈布局11以及用于使用线圈布局11执行测量的电子设备。电子设备13、16能够连接到线圈布局11(图3和11)。线圈布局11被布置以创建磁场B，以便测量与它相连布置的样品14。在图1a中，磁场由箭头示意地示出，箭头备有参考B，从线圈布局11指向上面。
线圈布局11能够包括至少一个扁平线圈12。电子设备13连接到线圈布局11，在这种情况下至少一个扁平线圈12，以便使用线圈布局11创建至少磁场B并且执行测量。测量能够基于由样品14引起的、发生在线圈布局11的电气(和/或磁)性质方面的一个或多个改变。依次，在样品14中能够存在例如磁性粒子。粒子能够粘结到样品14的其他成分，或者不粘结到它们。样品14的磁性粒子引起线圈布局11的性质的改变。例如，在诊断的领域中，也可以指的是磁性标签。
在这种情况下，小槽18代表样品14。在小槽18中，能够存在用于分析的分析物和磁性粒子(图4)。磁性粒子能够粘结到例如试剂。试剂能够与分析物以诸如已知的方式进行反应。小槽18能够例如向下变窄，例如圆锥管，其横截面可以是例如圆形。等同地，借助于布局10检查的物质和材料也可以是除了小槽18之外的某个其他种类的测量基底。因此能够结合本发明非常广泛地理解测量基底。同样能够结合本发明广泛地理解‘样品’。它可以是较大总体的一小部分，或者等同地自身也是总体，而没有分离它的某个部分用于分析。
属于线圈布局11的至少一个扁平线圈12的线圈几何结构被布置为创建空间变化的磁场用于样品14的测量。换言之，由线圈布局11创建的磁场的形状，尤其是外延，能够以已建立的方式在线圈布局11的不同点之间改变。线圈布局11的作用区域的不同点，其中磁场以设定的方式改变，形成样品14的测量区域。当在样品14上执行测量时，样品14处于测量区域中。如果线圈布局11的不同点的磁场的改变和强度(例如在方向M上)已知，那么能够从样品14中，例如，从它的体积的不同部分中，测量事物。
根据一个实施例，样品14和线圈布局11相对于彼此的位置被布置为可改变，以便改变影响样品14的磁场。为了这个目的，布局10包括用于改变样品14和线圈布局11相对于彼此的位置的装置(means)24。为了实现这一点存在几种可能性。样品14的位置能够相对于永久地布置在布局10中的线圈布局11而改变，线圈布局11的位置能够相对于永久地布置在布局10中的样品14而改变，或者二者的位置能够相对于彼此而改变。为了实现改变，测量布局10能够包括相应的机制(例如，步进电机、动作路径元件以及用于至少一个样品14的夹持器25)。移动也能够手动地执行。
用于改变样品14和线圈布局11相对于彼此的位置的装置24也能够包括定位传感器(或者类似的)。借助于它，能够找出在任何时间相对于线圈布局11的样品14的定位。更一般地，一个也能够指用于确定样品14相对于线圈布局11的定位的装置15。例如，步进电机34(图7)能够充当定位传感器，在这种情况下，性质构建到它中。
根据一个实施例，空间变化的磁场能够借助于属于线圈布局11的一个或几个扁平线圈12而创建。属于线圈布局11的至少一个扁平线圈12的线圈几何结构被布置为在由线圈布局11所定义的平面的方向K上改变，以便创建用于测量样品14的空间变化的磁场B。在图1a和1b中，平面中的三角形示意地展示平面测量线圈。扁平线圈12能够以像这样已知的方式布置，例如，布置在电路板17的表面上。实现这一点的一种示例性方法是扁平线圈12，扁平线圈12的线圈几何结构在测量区域中在(测量)方向M上改变，其中样品14和线圈12相对于彼此的位置被布置以改变。这里，测量方向M现在与由扁平线圈12的特性平面所定义的方向K相同。样品14和线圈布局11相对于彼此的位置被布置为在测量方向M上，亦即，在由线圈布局11所定义的特性平面的方向K上改变。
线圈几何结构的改变的一个示例是测量方向上线圈图的宽度D的改变。在这种情况下，测量方向也是扁平线圈12的特性平面的方向K。测量方向在图中由箭头M示出并且在由扁平线圈12所实现的磁场的外延中改变的原理由箭头B示出。这样，在该实施例中，测量基于距离灵敏度，距离灵敏度取决于由线圈12形成的测量区域的维度(现在，线圈图的宽度D)。样品14能够在线圈12上在测量方向M上，例如，在与线圈12相同的平面上移动。样品14然后在线圈12的一侧上移动，并且线圈12的电气性质能够受样品14从可以是相同方向的方向Z所影响，不同的粒子层位于样品14中。就其本身而言，这也提高例如空间分布定义(亦即，样品体积中粒子的定位的定义)的准确度。
在图2a和2b中，像在图1a和1b中一样，示出创建空间变化的磁场的另一种方法。根据该实施例，代替线圈图在测量方向M上扩展的一个楔形线圈12，线圈布局11能够被布置为包括至少两个扁平线圈12.1、12.2，它们具有至少部分彼此不同的线圈几何结构。线圈12.1、12.2现在是螺旋线圈。然后线圈12.1、12.2能够具有不同的直径。在测量区域中，在测量方向M上，首先可以是较窄的扁平线圈12.1，在测量方向M上紧接着是较宽的扁平线圈12.2，二者在相同的电路板17上。具有较小直径的线圈12.1测量样品14中更接近线圈12.1的粒子，并且紧接着它的较大线圈12.2也测量样品14中相对于线圈12.2距离较远的粒子。
换言之，当小槽18再次在测量方向M上从左向右移动时，线圈布局11的测量区域(磁场B的维度)再次在小槽18的深度方向，亦即，纵向Z上增加。在根据图1和2的实施例的情况下，该方向Z垂直于扁平线圈12、12.1、12.2的主方向以及样品14的移动方向M。在图2a和2b的实施例中，能够例如在线圈布局11中的两个测量点处执行测量。第一测量点能够在具有较小直径的螺旋线圈12.1的中心，并且第二测量点在具有较大直径的螺旋线圈12.2的中心。
如果样品14移动，该移动能够由于扁平线圈12、12.1、12.2在与线圈相同的平面上进行。换言之，小槽18与扁平线圈12、12.1、12.2的距离不一定改变。使用根据图1a和1b的楔形线圈12，例如，能够借助于线圈布局11上的单扫描从样品14中确定粒子的总数量和粒子分布。因为扫描能够发生在相同的平面上，所以该解决方案的使用能够避免现有技术的缺点。本发明允许，例如，容易标准化测量区域中的静态磁场，这一点随后在本申请中多少进行说明。
图3示出扁平线圈以及连接到它的电子设备13的示意示例。这里，属于线圈布局11的扁平线圈12是楔形，所以线圈图在测量方向M上变宽，亦即，它的面积增加。电子设备13包括用于使用线圈布局11创建磁场的装置，以及另外，也包括用于读取样品14的装置16。当读取样品14时，能够检测线圈布局11的阻抗的改变，该改变由样品14并且尤其是样品14中的磁性粒子引起。
根据一个实施例，用于读取样品14的装置16能够被布置为至少部分由创建磁场的相同的电子设备形成。这大幅度简化布局10的电子设备的实现。在图3中，由参考数字13、16所示的功能性原则上可以是锁相信号源，其以像这样已知的方式试图连续地追踪谐振。另一种可能性是布置线圈布局11以形成阻抗电桥的一部分，如图11的实施例中所示。由样品14引起的线圈布局11的性质的改变能够甚至仅仅从电流的改变中检测到。
图3也示出楔形线圈12的维度的示例。在测量方向M上它的长度可以是例如15-50mm，线圈图在线圈12的窄端的宽度D1可以是例如1-2mm，并且在线圈12的宽端的宽度D2可以是例如5-15mm，诸如10mm。通常，线圈12的维度能够取决于例如样品14的沉积层的厚度以及样品14与线圈12的距离。线圈12的绕组宽度可以是例如50-200μm，诸如100μm。绕组的绝缘间隙依次也可以是例如50-200μm，诸如100μm。
通常，可以陈述，属于线圈布局11的至少一个扁平线圈12的线圈几何结构可以是不对称的。图3示出该示例。在根据所示的实施例的情况下，线圈几何结构相对于与由线圈布局11所定义的平面的方向K垂直的线P是不对称的。在这种情况下，线P在与测量方向M相同，并且另外，也与由线圈布局11所定义的特性平面的方向K相同的平面上。如果该线P在例如三角形扁平线圈12中，例如，在测量方向M上在扁平线圈12的中心，那么线圈几何结构在线P的左手侧较窄并且在右手侧较宽。换言之，线圈布局11的线圈几何结构相对于该线P是不对称的。更尤其，线圈图的宽度相对于该线P是不对称的。
相应地，小槽18与线圈布局11的距离也能够变化。小槽18甚至能够与线圈12接触。距离的示例可以是0-10mm，诸如例如5mm。虽然小槽18与线圈12的距离甚至能够在个体测量中变化，然而，无论如何它可以是已知的。
根据实施例的布局10非常适合于尖头小槽18的测量，因为它相对于线圈布局11的对齐能够特别具有挑战性。使用根据图1的楔形线圈布局11以及根据图2的螺旋线圈12.1、12.2，小槽18的测量以及相对于线圈布局11对齐它将容易成功。
如果使用几个测量线圈12.1、12.2，能够例如以这种方法使用不同的几何结构实现相同的事情，即一个线圈12.1具有比另一个线圈12.2更大的距离依赖。因此定义整个样品体积中粒子的数量，以及单独地在样品14中的具体点处的粒子数量。
能够例如使用点状样品(图7的参考数字27)在样品14的深度方向，亦即，纵向Z上对布局10进行校准。校准布局10的一种方法是将由位于线圈布局11的平面方向M中的每个测量点所给出的信号设置为相同。然后，如果正在被测量的所有粒子位于小槽18的底部上的薄层中(接近线圈12、12.1、12.2的表面)，那么由每个测量点获得的信号将相同。如果粒子位于厚层中，其在由小槽18定义的样品体积中更均匀地分布，那么所获得的信号将根据小槽18在线圈布局11上从窄端朝向宽端的移动而增加(在图1a、1b和3的实施例中)。
如果简化小槽18的几何结构变成圆柱件，那么小槽18中沉积层厚的作用能够由线圈的表面的简单积分来描绘。位于线圈12的最窄端和最宽端的测量点之间的差异越大，小槽18中的沉积层将越厚。
根据一个实施例，布局10也能够用来将具有不同密度的两个沉积层彼此区分。如果线圈12的直径充分大，体积中的粒子的整体数量通过将样品14放置在位于线圈布局11的最宽端的设定测量点来测量。浓密地沉积在样品14底部的层在移动时给出几乎恒定的信号，但是在顶上的层改变结果。如果灵敏度的距离依赖函数对于每个测量点是已知的，那么两个层的厚度能够基于结果而决定。在该实施例中，用于执行校准的一种可能性是首先使用点状样品14执行一次测量，并且然后使用均匀分布的样品14执行第二测量。另一种替换方案是使用点状样品在不同的距离执行几次校准测量。
依据它的测量电子设备，本发明因此不局限于任何特定的事物。方法能够基于线圈的电气性质，诸如，例如，它的阻抗的改变，当磁性粒子进入线圈的测量区域时，改变发生。因此，测量能够基于例如谐振频率的改变、或者基于阻抗电桥测量，或者基于其他适当的方法。
图4示出不同样品14.1-14.3的一些示意示例。这里，样本描绘成沉积作为小槽18中的一层或多层。小槽18的直径可以是例如2mm。图4示出小槽18，其中存在两个不同种类的粒子19、20。其中只存在磁性粒子19的阴性样品14.1是左侧最远的样品。每个磁性粒子20也粘结到较大的非磁性粒子的阳性样品14.3是右侧最远的样品。在该样品14.3中，磁性材料20的密度比第一样品14.1的密度小得多。在图4的中心，示出样品14.2，样品的一半仅仅是磁性粒子19(在小槽18的底部)并且一半是较大的非磁性粒子也粘结到那里的磁性粒子20。这些在小槽18的底部上的粒子层19上面。小槽18的底部上的较浓密的粒子19的密度能够例如比粘结到非磁性粒子的其他粒子20的密度大十倍。现在假设粒子的总数量是恒定的。在例示这种情况的该示例中，仅仅小槽18的底部上的较浓密的粒子19具有大约0.95mm的粒子沉积(大约3mm3体积)。较大粒子20的体积能够大十倍，亦即，大约30mm3，在示例的样品管18中如此分布在几乎10毫米的距离上。如果粒子分布是50：50，那么底部是1.5mm3较浓密的粒子并且在它顶上是15mm3较大粒子。
阴性粒子14.1(仅仅磁性粒子19)以这种测量方式在线圈布局11的每个测量点给出几乎相同的结果。阳性粒子14.3在线圈12的宽端给出较大的结果并且在线圈12的窄端给出较小的结果。虽然粒子的总数量是恒定的，但是较浓密的粒子质量比分布在大体积上的相同数量的粒子引起更大的信号。
通过改变例如楔形线圈布局11的几何结构，有可能调整距离敏感度。线圈12的窄端的作用距离比线圈12的宽端短。因此，当在线圈12的窄端进行测量时，最接近线圈12的粒子比距离线圈12较远的粒子引起相对更大的信号。相应地，在宽端测量时，能够确定样品中粒子的总数量，因为那里距离依赖较小。
如果样品14中粒子的总数量是恒定的，或者如果它以某种其他方法确定，那么能够在上面的基础上使用基于距离灵敏度的测量以确定样品14中的分布。因此，如果关于粒子的数量不存在确定性，作为唯一的测量方式，这可以与不确定性相关联。在下文中，展示提高测量的可靠性和准确度的一些方法。
简化的示例能够被认为是样品14和传感器12相对于彼此处于具体的角度的情况。图6示出该示例。借助于解决方案，即使样品14的移动在相同的平面上发生，能够执行距离依赖的测量。当在传感器12上在测量方向M上移动样品14时，传感器12的一个边缘比另一个边缘距离样品14更远。因为在恒定距离测量中灵敏度的距离依赖可以是非线性的，特别是在近距离处，所以在该实施例的帮助下，距离依赖能够更加线性。
如在下面的实施例中描述的，也能够不移动样品而测量粒子的总数量。根据第一实施例，能够例如通过利用非线性距离依赖，确定样品中粒子的总数量以及粒子的分布。在这种情况下，样品14例如在一个测量点从上面被带入线圈12的作用区域中，并且随着样品14从不同的距离接近线圈12，测量信号电平将因此是足够的。因此，样品14在由参考M所示的测量方向上根本不移动，而是代替地在由参考Z所示的方向上移动。
确定粒子的总数量的第二替换方案是混合样品的测量，在这种情况下，粒子在样品中均匀地分布。因为信号电平在具体的体积中(在线圈的测量区域中)从这初始地测量，所以获得平均粒子密度的估计。如果样品的总体积是已知的，那么因此能够确定粒子的总数量。如果粒子沉降到样品中的底部，那么获得与分布相关的测量结果。因为现在通过测量确定粒子的总数量，所以提高分布测量的准确度。
根据第三实施例，能够根据样品的沉降时间测量粒子的数量。如果样品处于液体形态，并且它的性质(包括它的黏度)是已知的，那么能够利用这些性质确定粒子的数量。大粒子比较小的粒子在底部沉降得更慢。如果基于沉降时间确定分布的估计，那么阻抗测量结果能够用来估计粒子的总数量。通过组合这些结果，再次提高测量准确度。
在一些情况下，也能够利用测量频率的改变来确定粒子分布。例如，当使用导电样品时，测量频率的增加减小磁场的穿透深度，使得能够在对应于线圈的几何结构的改变的某个程度上利用这一点。如果超顺磁性粒子的群集的大小或结构彼此不同，那么不同粒子的不同频率行为能够从频率扫描中看出。因此，借助于频率改变，能够从相同的样品中分离不同大小的粒子。
图6示出几个常见的测量基底18的示例，它们现在是具有最大体积和样品体积的样品井，在这种情况下，待分析的物质的样品井18中的层厚度是5mm。从左到右，样品井18的最大体积是300μl、200μl和300μl。以相应的次序，在样品井18的样品空间23的底部形成5-mm层的样品体积是125μl、65μl和100μl。当执行测量时，样品井18的底部21靠着线圈布局11。在样品井18的上部中能够存在颈部22，例如当在夹持器中携带样品井18时，能够利用它。
图7和8示出用于与线圈布局11相连布置样品14的应用的一个示意示例。图7在顶视图中示出应用示例并且图8在侧视图中示出应用示例。根据一个实施例，用于改变样品14和线圈布局11相对于彼此的位置的装置24能够包括夹持器25，用于使得至少一个样品14与线圈布局11相连配合。夹持器25可以是例如被布置为围绕它的中心点旋转的圆形圆盘，其中能够存在用于样品14的几个放置位26。步进电机34能够连接到圆盘25，例如连接到它的中心，用于在计算机控制下旋转它。圆盘25的旋转移动被布置为对于配合到夹持器24样品14，创建相对于线圈布局11的改变位置。另外，借助于圆盘25的旋转移动，有可能检查几个样品14，而不用总是在检查一个样品之后不得不在夹持器24中改变新的样品。因此，圆盘25能够以步进的方式移动。
样品14的放置位26可以是例如在圆盘25的外周长上连续地沿圆周地布置的孔或凹陷。在这些中，样品14以期望的姿势适当地保持。放置位彼此间的距离以及圆盘25的大小能够以这种方法布置，使得在线圈12的作用区域中在圆盘25的每个测量位置一次只存在一个样品14。另外，在圆盘25中也能够存在点状校准样品27。
图8又示出布局10的另一个实施例，其能够等同地在已经在上面展示的所有其他实施例中应用，并且也不局限于连同该实施例展示的圆盘状夹持器。这里，在线圈12下面，这现在是相对于样品12的定位的线圈12的相对侧，布局28、30、32被布置用于影响属于样品14的磁性粒子19、20，然而，不干扰由线圈12执行的测量。
根据一个实施例，布局包括例如位于线圈12下面的绝缘层28。绝缘层28能够例如由塑料29制成或者是电路板17的中间层。作为替换，在线圈12下面能够存在引导线圈12的磁性流量的层。它能够由例如铁氧体制成。在层28下面依次能够存在传导层30。传导层30能够例如由铜31或铝形成。传导层30不能由测量线圈12的高频磁场穿透。
而且，在传导层30后面，能够存在用于影响样品14并且特别是影响样品14中的磁性粒子的装置32。装置32能够包括例如永久磁铁33。样品14和线圈12下面的永久磁铁33能够在测量事件期间彼此保持恒定的距离。借助于永久磁铁33，创建静态磁场，其吸引样品14中的粒子接近测量线圈12，并且因此穿透导电层30。使得磁场充分地均匀，使得样品14水平地移动。
磁铁33能够在方向M1和/或M2上，亦即，线圈布局11的平面方向M上，并且也在与此垂直的方向Z上移动。磁铁33或者它的移动不影响由线圈12从样品14中形成的测量信号，因为传导层30保持在相对于线圈12的相同位置。磁铁33也可以是强大的。等同地，布局也能够安装在例如样品14上面(在测量基底18的嘴部的侧面上)。再次，在磁铁33与线圈12之间能够存在传导层30。
借助于绝缘件28，在充当传感器的线圈12与阻挡它的高频磁场的传导层30之间能够创建恒定的距离。借助于解决方案，无论任何物件能够添加到传导层30的另一侧，而不影响由线圈12创建的测量信号。物件现在是强大的永久磁铁33。等同地，它也可以是电磁铁。在那种情况下，传导层30可以根本不一定必需，特别是如果永久磁铁33或者线圈整个时间保持处于恒定的距离。传导层30因此允许磁铁33或者某种其他金属在它的另一侧上移动。如果磁铁33或者例如线圈不移动，那么阻挡高频场的传导层30可以不一定是必需的。因为绝缘层28，就其本身而言，永久磁铁33不影响线圈12的电气性质。然后它能够改变、移动或者去除，而不影响测量结果或者校准。
该实施例的优点在于，在布局的帮助下，磁性粒子或者粘结到它们的物质能够例如在测量基底18中朝向线圈12而牵引，或者作为替换吸引远离线圈12，取决于应用。通常，可以说是磁性分离。通过布局，在测量事件期间，牵引样品14中的粒子的力是恒定的。另外，磁铁33相对于测量线圈12的移动不引起线圈12的电气性质的改变。换言之，该实施例允许使用静态磁场使粒子沉淀，而它不影响线圈12对测量的实际执行。
下面参考图9和10，描述根据本发明的测量布局10的简化操作原理。楔形扁平线圈(例如，图1b)在该情况下用作线圈布局的示例。它的线圈图，亦即线圈几何结构，能够在测量方向M上从1.5mm的宽度变到10mm的宽度，测量方向M在该情况下也是由扁平线圈12所定义的特性平面的方向K。图9作为距离的函数示意地示出线圈布局的灵敏度。距离灵敏度曲线对于所选择的测量点而示出，其对应于每个测量点处线圈图的宽度。
在该情况下，测量点能够从测量方向M上的点开始，在这一点线圈图的宽度是1.5mm并且从这一点它们在测量方向M上以0.5mm的间隔增加。图9的图例没有示出在每个测量点的相应线圈图的宽度，代替地，它们在线圈图的宽度为6mm的点处终止。在图9的曲线中，这些中更多以相同的0.5-mm间隔示出，直到与10mm的宽度相对应的点。
借助于触碰到线圈的点状校准样品，测量方向M上每个测量点的灵敏度设置为100％。每个测量点具有它自己的系数，电感的改变以该系数被估算。如果测量触碰线圈的点状对象，那么在每个测量点获得相同的结果。如果对象的距离是其他什么，那么在每个测量点获得不同的结果。
如果相同的样品在所有测量点(亦即，线圈的不同宽度)给出相同的结果，那么样品正在触碰线圈。另一方面，如果当从与10mm的线圈宽度相对应的点移动到与1.5mm的线圈宽度相对应的点时，结果降低96％，那么点状样品与线圈的表面的距离是5mm。因为线圈在那个距离的灵敏度是已知的，所以基于该信息，也能够计算粒子的实际数量。
作为线圈的线圈几何结构(在该情况下，线圈图的宽度)的函数，对于处于与线圈布局的不同距离处的粒子，获得不同的行为。图10示出作为线圈几何结构(线圈图的宽度)的函数，处于不同距离的粒子的行为。曲线示出与线圈的表面距离为0、1、2.5、5、10、15和20mm的点状粒子。
一旦相应的已知曲线是已知的，也有可能相反地确定所测量曲线的粒子分布。最简单的情况，例如，以几个不同的函数借助于各种加权因子拟合到所测量的函数的这种方法。在拟合之后，能够从函数的加权因子中看出粒子分布。
图11作为框图示出能够应用在测量布局10中的测量电路，亦即，测量电子设备13、16的一个示意示例以及根据本发明的方法。对本领域技术人员将显然，其中示出的电子设备13、16不打算限制本发明的基本想法，但是它仅打算作为一种点示例，借助于它，根据本发明的测量能够由测量布局10并且根据该方法来实现。在该实施例中，包括一个扁平线圈12的线圈布局作为阻抗电桥45的一部分而示出。再次，扁平线圈12的线圈几何结构被布置为在由线圈布局所定义的平面的方向K上改变，亦即，在这种情况下，扁平线圈12属于线圈布局。
图11中示出的第一放大器级35可以是例如低噪声、(LNA)宽带差分放大器。在放大器35之后，能够存在正交解调，例如，以便消除低频噪声和50-Hz干扰，亦即允许相差测量。
正交解调能够例如借助于混合器36、37(混合器)通过将输出信号38与由DDS振荡器39形成的输入信号的正弦(同相，I)以及由DDS振荡器41形成的余弦(正交，Q)混合来实现。I和Q混合器36、37的输出由低通滤波器42.1、42.2(滤波器)进行滤波、放大并且供给到ADC 43。在驱动器一侧13，依次能够存在位于电桥45与DDS振荡器39之间的输入放大器40(PA)。
为了减小噪声电平并且防止模块之间的泄露，电子设备13、16能够包括必要的保护和输入滤波。另外，每个主要模块能够具有它自己的调节器(未示出)。
在根据本发明的概念中，输出信号应当理解成例如直接从电桥45测量的原始信号，或者以像这样已知的方式操纵以便允许测量的原始信号。因为电桥45的非理想性，输出信号通常具有偏移。偏移能够例如通过使用校准信号去除。其他信号操纵对于本领域技术人员也将是显然的，然而，不以任何方式更改发明自身的基本想法。
本发明的一些应用示例可以是人类和兽类医学中的诊断、食品和环境技术，然而不排除在这一点没有提及的其他应用领域。因此，本发明也涉及测量布局10例如在诊断和分析中的使用。
除了测量布局之外，本发明的一个方面也可以是关于测量布局10的设备12。设备例如是图1或3中所示、具有线圈几何结构的扁平线圈12。扁平线圈12的几何结构被布置为在由扁平线圈12所定义的特性平面的方向K上改变。
而且，本发明也涉及用于测量样品14的方法。在该方法中，使用线圈布局11测量样品14。连同测量，检测线圈布局11的阻抗的改变。在此基础上，确定样品14的定性和/或定量性质。在该方法中，线圈布局11由至少一个扁平线圈12形成。扁平线圈12形成线圈布局11的线圈几何结构。另外，在该方法中，线圈布局11的线圈几何结构被布置为在由线圈布局11所定义的方向K上改变。这样的目的在于为样品14的测量形成空间变化的磁场B。另外，在该方法中，样品14和线圈布局11相对于彼此的位置也改变。相对于彼此的位置的这一改变发生，以便改变影响样品14的磁场B。根据一个实施例，样品14在线圈布局11上在平面的方向上在磁场B以设定的方式空间地改变的方向上移动。
根据一个实施例，在该方法中，属于线圈布局11的至少一个扁平线圈12的线圈几何结构被布置为相对于与由线圈布局11所定义的平面的方向K垂直的线P是不对称的。
根据一个实施例，样品14和线圈布局11相对于彼此的位置在该方法中在由线圈布局11所定义的平面的方向K上改变。
根据一个实施例，当在该方法中改变样品14和线圈布局11相对于彼此的位置时，相对于线圈布局11定义样品14的定位。
本发明的再另一个目的是设备，其包括至少一个测量布局10，测量布局10能够例如根据上述实施例的任何一个，或者它们的组合。设备另外包括用于将设备例如连接到医院或者实验室的数据处理装置或系统的接口。因此，根据本发明的测量布局10可以是较大总体，诸如，例如，实验室分析器的一部分。
必须理解，上面的描述和相关的图仅打算例示本发明。本发明因此绝不局限于仅仅在权利要求书中所公开或陈述的实施例，而是本发明的许多不同变化和改编对本领域技术人员将是显然的，这些变化和改编在附加权利要求书中定义的本发明想法的范围内是可能的。

Claims (21)

1.一种测量布局，其包括：
-线圈布局(11)，被布置为创建磁场(B)，以便测量与它相连布置的样品(14)，
-电子设备(13)，连接到所述线圈布局(11)，用于使用所述线圈布局(11)创建磁场(B)，
其特征在于
-所述线圈布局(11)包括至少一个扁平线圈(12)，所述扁平线圈(12)的线圈几何结构被布置为在由所述线圈布局(11)所定义的平面的方向(K)上改变，以便创建用于测量所述样品(14)的具有已知的距离依赖性的空间变化的磁场(B)，
-所述测量布局(10)包括用于改变所述样品(14)和所述线圈布局(11)相对于彼此的位置以便改变影响所述样品(14)并且具有所述已知的距离依赖性的所述磁场(B)的装置(24)。
2.根据权利要求1所述的测量布局，其特征在于属于所述线圈布局(11)的所述至少一个扁平线圈(12)的所述线圈几何结构相对于与由所述线圈布局(11)所定义的所述平面的所述方向(K)垂直的线(P)是不对称的。
3.根据权利要求1所述的测量布局，其特征在于所述样品(14)和所述线圈布局(11)相对于彼此的位置被布置为在由所述线圈布局(11)所定义的所述平面的所述方向(K)上可改变。
4.根据权利要求1所述的测量布局，其特征在于用于改变所述样品(14)和所述线圈布局(11)相对于彼此的位置的装置(24)包括用于确定所述样品(14)相对于所述线圈布局(11)的定位的装置。
5.根据权利要求1所述的测量布局，其特征在于属于所述线圈布局(11)的所述至少一个扁平线圈(12、12.1、12.2)的所述线圈几何结构是三角形。
6.根据权利要求1所述的测量布局，其特征在于用于改变所述样品(14)和所述线圈布局(11)相对于彼此的位置的装置(24)包括夹持器(25)，用于至少一个样品(14)与所述线圈布局(11)相连配合，所述夹持器(25)的旋转移动被布置为对于配合到所述夹持器(25)的所述样品(14)，创建相对于所述线圈布局(11)的改变的位置。
7.根据权利要求1所述的测量布局，其特征在于所述电子设备(13)包括用于读取所述样品(14)的装置，其被布置为至少部分地由相同的所述电子设备形成，借助于此，所述磁场(B)被布置为由所述线圈布局(11)创建。
8.根据权利要求1所述的测量布局，其特征在于所述测量布局(10)包括用于影响属于所述样品(14)的磁性粒子(19，20)的布局(28，30，32)。
9.根据权利要求8所述的测量布局，其特征在于用于影响属于所述样品(14)的磁性粒子(19，20)的布局(28，30，32)包括：
-绝缘层(28)，
-传导层(30)，以及
-用于影响属于所述样品(14)的磁性粒子(19，20)的装置(32)。
10.根据权利要求1所述的测量布局，其特征在于所述样品(14)布置在小槽(18)中。
11.根据权利要求1所述的测量布局，其特征在于用于改变所述样品(14)和所述线圈布局(11)相对于彼此的位置的装置(24)包括：
-夹持器(25)，用于至少一个样品(14)，与所述线圈布局(11)相连配合，
-操作设备，用于相对于所述线圈布局(11)移动所述夹持器(25)。
12.根据权利要求11所述的测量布局，其特征在于
-所述夹持器是被布置为围绕它的中心点旋转的圆盘，在其中布置了用于所述样品(14)的数个放置位(26)，
-所述操作设备是连接到所述圆盘的步进电机(34)，用于在计算机控制下旋转所述圆盘。
13.根据权利要求12所述的测量布局，其特征在于布置在所述圆盘中用于所述样品(14)的所述放置位(26)是连续地并且沿圆周地布置在所述圆盘中的孔或凹陷。
14.根据权利要求12所述的测量布局，其特征在于所述放置位(26)彼此间的距离以及所述圆盘的大小被布置为使得在所述线圈布局(11)的作用区域中在所述圆盘的每个测量位置中一次布置一个样品(14)。
15.根据权利要求12所述的测量布局，其特征在于所述圆盘包括校准样品(27)。
16.一种用于测量样品的方法，其中：
-使用线圈布局(11)测量样品(14)，
-检测所述线圈布局(11)的阻抗的改变，以此为基础确定所述样品(14)的定性和/或定量性质，
其特征在于在该方法中
-所述线圈布局(11)由至少一个扁平线圈(12)形成，所述扁平线圈(12)形成所述线圈布局(11)的线圈几何结构，
-所述线圈布局(11)的所述线圈几何结构被布置为在由所述线圈布局(11)所定义的平面的方向(K)上改变，以便创建用于测量所述样品(14)的具有已知的距离依赖性的空间变化的磁场(B)，
-改变所述样品(14)和所述线圈布局(11)相对于彼此的位置，以便改变作用在所述样品(14)上并且具有所述已知的距离依赖性的所述磁场(B)。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于属于所述线圈布局(11)的所述至少一个扁平线圈(12)的所述线圈几何结构被布置为相对于与由所述线圈布局(11)所定义的所述平面的所述方向(K)垂直的线(P)是不对称的。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于在由所述线圈布局(11)所定义的所述平面的所述方向(K)上改变所述样品(14)和所述线圈布局(11)相对于彼此的所述位置。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，当改变所述样品(14)和所述线圈布局(11)相对于彼此的所述位置时，相对于所述线圈布局(11)限定所述样品(14)的定位。
20.根据权利要求1-15的任何一项所述的测量布局(10)，或者根据权利要求16-18的任何一项所述的方法在诊断或分析中的使用。
21.一种测量设备，其包括：
-至少一个根据权利要求1-15的任何一项所述的测量布局(10)，以及
-用于连接到数据处理装置的接口。
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