CN108291867B - 用于液体中纳米颗粒的显微观察的专用试管组件和方法 - Google Patents

Abstract

一种具有以下特征的专用试管组件，该特征产生较小的且受限制的容积以使液体的块运动最小化并且使光的反向散射最小化。该专用试管组件能够在其放置在合适的光学装置中时记录液体中纳米颗粒的布朗运动，其中，该光学装置包括光片和光学显微镜，该光学显微镜附接到与光片平面垂直地定向的摄像机。

Description

用于液体中纳米颗粒的显微观察的专用试管组件和方法

技术领域

本发明涉及用于对液体样品中的纳米颗粒进行检测和测量的系统。

相关申请

本申请作为非临时专利申请要求享有名称为“SPECIAL PURPOSE CUVETTEASSEMBLY AND METHOD FOR OPTICAL MICROSCOPY OF NANOPARTICLES IN LIQUIDS”、于2015年7月1日递交的申请号为62/187391的美国临时专利申请的优先权，其公开通过引用整体结合于本文。本申请也与名称为“NANOPARTICLE ANALYZE”、于2015年6月3日递交的申请号14/730,138的美国专利申请以及名称为“MULTI-CAMERA APPARATUS FOR OBSERVATIONOF MICROSCOPIC MOVEMENTS AND COUNTING OF PARTICLES IN COLLOIDS AND ITSCALIBRATION”、于2016年2月8日递交的申请号为15/018,352的美国专利申请相关，以上两篇申请的公开通过引用整体结合于本文。

背景技术

纳米颗粒是普遍存在的并且是迄今为止地球上的自然环境中最多的颗粒状实体以及广泛地分布在与人类活动相关联的许多场合。存在许多类型的自然产生的纳米颗粒以及人造(工程)的纳米颗粒。纳米颗粒出现在空气、水生环境、雨水、饮用水、生物流体、药物、药品输送和治疗性产品以及较大范围的许多工业产品中。通常，纳米颗粒出现在以不同大小的颗粒共存为特点的多分散聚集物内。

考虑到纳米颗粒的广泛使用，控制的能力以及准确地表示其性质的特征对于很多场合可能是有用的。用于测量纳米颗粒性质的传统方法包括纳米颗粒追踪分析(Nanoparticle Tracking Analysis)，其使用显微镜和摄像机分析录制视频的帧，从而追踪由正在进行布朗运动的纳米颗粒反射或散射的光的图像。执行这种分析的设备通常由较小的单元或试管构成，该单元或试管能够利用非常精确地限定的窄光片照射液体并且观测来自纳米颗粒的散射光(该反射光通常相对于光片形成90度的角度)，因此，试管必须包括具有最小光衰减性质的至少两个表面(例如光学玻璃)。在10mm×10mm×45mm的样机情形中，这种试管广泛地用于各种实验设备中的所有类型的光学测量中、易于获取并且具有标准的内部尺寸。

理想情况下，当正在录制视频时，液体不应当存在块运动(bulk movement)，这样，仅有的颗粒运动即为纯布朗运动。然而，由于玻璃的较低导热性以及由于通过吸收而从照射光束传递到液体和试管的壁的潜在大量热量，所以不论传统试管中的液体的体积如何均能够观测到所述液体的热生成的微流动。微流动的其他来源也是可能的，例如安装设备所在的桌子的运动，该运动可能引起这种桌子的振动或者样品液体的蒸发，该蒸发使样品液体的表面冷却。流动还可能由试管中液体的搅拌引起或者由液体泵入或泵出试管引起。在这些或其他引起流动的情形中，为了有效且及时的颗粒分析，始终期望尽可能快地阻止流动。可以使用算法以检测和除去这种块液体运动的效果，然而，这些算法具有局限，并且更准确的结果始终是在没有块液体运动中实现的。

对于来自液体中纳米颗粒的散射光的最佳检测和处理，另外的期望情形是最小化或者消除来自试管的与光进入试管所在的壁相对的壁(后壁)的光的反向散射。入射光束的这种反向散射通常扩大照射区域(使光片增厚)，由此产生显微镜的部分地失焦的图像(模糊图像)，这不适合于准确的颗粒追踪。反向散射导致的扩大对光片的宽度具有固有的不一致的影响，以及同样地由于光片的宽度影响每次测量中分析的样品的体积所以引起颗粒浓度测量中的可变性。来自试管的其他反射表面的次要有害光散射效果也应当通过使用吸光材料或涂层(例如黑色涂料)进行最小化。

另外的重要考虑是与现有部件的兼容，其中，现有部件将试管相对于光片准确地保持在合适的位置、控制试管的温度以及能够搅拌液体和/或泵送。这种搅拌和/或泵送便于检查来自试管内相同样品的多种新部分，并且利用通过外部旋转磁体驱动的、在试管的底部处的磁性搅拌棒或利用外部泵而容易地实现这种搅拌和/或泵送。

因此，需要能够最小化液体的运动的同时消除试管的观测区域内的光的反向散射的改善系统。

发明内容

本文公开的设备、系统和方法有效地解决了运动和反向散射问题并且提供了本领域技术人员清楚的其他改善和益处。因此，提供一种用于观察颗粒的系统10。系统包括光源15和传感器30，光源15用于产生指向试管25的电磁能量20，传感器30用于检测试管内的电磁能量。试管25被独特地制造并且具有界定容积45的外壁35和底板40，其中，外壁的至少一部分对于电磁能量是可穿透的50，以及其中，容积适合于容纳悬浮液体和纳米颗粒。试管25包括观察室55，观察室具有从外壁35延伸的上观察室壁60和从外壁35延伸的下观察室壁65，其中，上观察室壁和下观察室壁与底板40大致平行.试管25还包括反射壁70，该反射壁70与上观察室壁60和下观察室壁65相邻.试管还包括反向散射室75，反向散射室75与观察室80分开并且流体连通，其中，反射壁70适合于将电磁能量20反射85进入反向散射室。

试管25还可以包括混合室90，混合室90与观察室55分开并且流体连通，混合室包括混合棒100。反射壁70还可以连接到下观察室壁65从而形成角度，其中，角度在30度到60度之间。反射壁70可以具有高反射表面72。上观察室60和下观察室65可以具有非反射表面68。优选地，反向散射室75比观察室55大至少两倍。

试管25A可以由多种材料制造以节约成本。例如，外壁的可穿透部分50可以由高质量光学玻璃制造，而外壁的第二部分35由与可穿透部分50不同的材料制造。

为了确定纳米颗粒的Zeta电位，上观察室壁60和下观察室壁65可以彼此电隔离并且带电67+，67-以在观察室55内产生电磁场。

本文还公开了本领域技术人员清楚的其他方面、替换利和变型例并且具体地当为本发明的一部分。本发明仅仅在由专利局根据本申请或相关申请而允许的权利要求中提出，以及以下某些实施例的概述不以任何方式限制、界定或者以其他方式构成法律保护的范围。

附图说明

参照以下附图能够更好地理解本发明。附图中的部件不一定是按照比例的，反之，重点放置在清楚地示出本发明的示例方面。在附图中，不同的视图和/或实施例中的相同的附图标记表示相应的部分。应当理解，某些部件和细节可能没有出现在附图中以辅助更清楚地描述本发明。

图1示出用于使用电磁能量检测纳米颗粒的系统。

图2示出引起模糊图像和容积不确定性的反向散射效果。

图3示出可以放置在传统试管的内侧的试管插入件的轴测图。

图4是图3的试管插入件的剖视侧视图，其示出电磁光片的路径。

图5是图3的放置在传统试管的内侧的试管插入件的俯视图。

图6示出图3的试管插入件的制造可以通过切割、弯曲和焊接或粘合材料(例如，铝)薄片完成。

图7是可以使用的试管插入件的替换实施例的剖视侧视图。

图8是传统试管的内侧的图7的试管插入件的俯视图。

图9是传统试管的外侧的图7的试管插入件的轴测图。

图10示出图7的试管插入件的制造可以通过切割、弯曲和焊接或粘合材料(例如，铝)薄片完成。

图11示出为了节约成本而利用不同材料制造的新颖的试管。

图12是可以用于在观察室中产生电场的试管插入件的替换实施例的轴测图。

图13是图12的试管插入件的剖视侧视图，其示出在上观察室壁和下观察室壁之间的电隔离。

图14是示出在不使用本文描述的试管/插入件的情形下颗粒的运动的照片。

图15是示出在使用本文描述的试管/插入件的情形下颗粒的运动的照片。

具体实施方式

本文参照本发明的一些具体示例，示例包括发明人想到的用于实施本发明的任何最佳模式。这些具体实施例的示例在附图中示出。尽管本发明结合这些具体实施例进行描述，但是应当理解这并非想要将本发明限制为描述的或示出的实施例。相反，这是为了覆盖可以包括在由所附的权利要求限定的本发明的精神和范围内的替换、修改和等同。

以下描述中，提出若干具体细节以提供对本发明的全面理解。本发明的特定示例性实施例能够在没有一些或全部这些具体细节中的情形下实施。在其他示例中，本领域技术人员熟知的处理操作未进行详细地描述以避免不必要地掩盖本发明。为了清晰，本发明的各种技术和机构有时候以单独的形式描述。然而，应当注意除非另有规定，否则一些实施例包括技术的多种叠加或多种机构。类似地，本文示出以及描述的方法的各个步骤不必按照指出的顺序实施、或者在某些实施例中不必实施。因此，本文讨论的方法的一些实施可以包括比示出或描述的步骤更多或更少的步骤。此外，本发明的技术和机构有时候描述两个或多个实体之间的连接或关系。应当注意，由于多个其他实体或步骤可能存在与或发生与任何两个实体之间，所以实体之间的连接或关系不一定是指直接的、不受阻的连接。因此，除非另有规定，否则指出的连接不一定是指直接的、不受阻的连接。

以下示例性特征的列表与图1-13对应并且进行规定以便于引用，其中，在说明书和附图中相同的附图标记表示相应的特征：

用于观察纳米颗粒的系统 10

光源 15

电磁能量(束或片) 20

试管 25

试管的替换实施例 25A

试管插入件 28

试管插入件的替换实施例 28A

试管插入件的第三替换实施例 28B

试管保持器 29

传感器 30

试管外壁 35

试管底板 40

试管容积 45

反向散射反射 47

试管外壁的可穿透部分 50

观察室 55

上观察室壁 60

下观察室壁 65

带电上观察室壁和带电下观察室壁 67+，67-

上观察室壁和下观察室壁的非反射表面 68

竖直观察室壁 69

反射壁 70

反射壁的高反射表面 72

从观察室到反向散射室的开口 74

反向散射室 75

反向散射室壁 77

保持结构 78

反向散射室和观察室之间的流体连通 80

电磁能量通过反射壁的反射 85

混合室 90

混合室壁 93

混合室和观察室之间的流体连通 95

混合棒 100

试管外壁的低质量部分 105

抬高块 110

比率标签 120

上观察室壁和下观察室壁之间的电隔离断点 125

垫片 178

本发明的主要目的是为了提供在标准尺寸的试管内的特征，其中，该特征防止或最大程度地限制录制视频期间的液体流动、并且同时仍然允许光片进入试管以及散射光离开试管、以及同时还允许搅拌试管内的液体。该目的通过布置为平行的两个表面实现，因此这两个表面跨过入射光片并且使得能够在记录在垂直方向上的散射光。第二实施例是具有与试管的底部平行的仅仅一个表面，并且试管的基底被抬高使得光束进入所述表面和试管的底部之间。在第一实施例中，与试管的底部最接近的表面应当具有开口，以允许搅拌在两个平行表面之间的液体的部分。此外，放置光片路径中的在摄像机的视野和试管的后壁之间的成角度的元件通过使光片向上反射并且离开摄像机的视野反射而防止反向散射。

这些专用试管的制造可以通过至少两种方式完成。一种选择是生产放置在标准商购玻璃试管的内侧的插入件(即，图3-6中示出的插入件28；图7-10中示出的插入件28A；图12-13中示出的插入件28B)。另外的选择是使得特征模制在试管中，该试管可以主要由塑料制造但是具有模制在试管的以90度分开的两个侧面的每一者中的两个光学玻璃窗口。这种构造通过最小化昂贵材料(例如光学级玻璃)的使用而减小成本。以下附图将更彻底地描述该创新。

图1示出具有系统10的传统实验装置，系统10用于观测纳米颗粒的布朗运动。具有相关光学部件(未示出)的光源15(通常是激光)产生进入试管25的电磁能量20(光束或光片)。试管25包含液体和纳米颗粒。可以包括显微镜或照像机(未示出)的传感器30在与电磁能量20的方向垂直的方向上录制来自试管25的图像。试管25由保持器29保持在合适的位置，以防止试管的运动从而减小运动引起的模糊并且产生更好的图像。根据本发明的教导，试管25可以包含试管插入件28(如图3-6中所示)或插入件28A(如图7-10所示)或插入件28B(如图12-13所示)，这将在下文进行详细地讨论。

图2示出引起模糊图像和容积不确定性的反向散射效果。电磁能量20进入试管25并且击中试管外壁35，导致电磁能量20变得不太聚集并且增厚。由箭头47表示反向散射反射。当该不太聚集的光片击中纳米颗粒时，由传感器30拍摄的图像可能变得模糊。尽管存在一定程度上可以去除图像模糊的处理技术，但是模糊图像能够并且确实导致不能够准确地分析布朗运动。

图3是新颖的插入件28的轴测图，该插入件28可以放置在传统试管25中以克服标准设计的限制。如示出的，电磁能量20进入插入件28、穿过由上观察室壁60和下观察室壁65界定的观察室55、并且以某角度反射离开反射壁70，从而进入反向散射室75。该角度可以在30度到60度之间，最佳为45度。反向散射室75有效地防止任何反向散射进入观察室55。传感器30可以在与电磁能量20的行进方向垂直的方向上感测观察室55中的纳米颗粒。反射壁70是高反射性的并且成一定角度使得撞击电磁能量20将被引导离开观察室55并且进入反向散射室75。

插入件28还可以在反向散射室壁77中具有保持结构78。该保持结构78延伸离开插入件28并且向试管施加压力以将插入件28保持在合适的位置。该结构可以为如图所示的简单的翻转片或者本领域技术人员熟悉的任何其他形式的保持结构或粘合剂。

插入件28还可以包括混合室壁93，该混合室壁93将插入件28抬高离开试管的底部并且与试管的下部一起形成混合室90。混合室和观察室之间的流体连通95以及反向散射室75和观察室55之间的流体连通80允许混合运动移动穿过插入件28内的液体。通过增加液体的热均匀性，该混合运动热生成的微流动最小化，其中热生成的微流动能够引起除期望的布朗运动之外的不当运动。在插入件的替换使用中，悬浮液体可能基本上填充观察室55中的全部空间，但是该液体不填充反向散射室75。在这种使用中，反向散射室75仍然与观察室55流体连通并且仍然能够作用于防止电磁能量在观察室内的有害反向散射。

比率标签120(例如射频识别(RFID)标签)可以附接到试管插入件28以监控其被使用多少次。如本领域熟知的，RFID使用电磁场以自动地识别和追踪附接在物体上的标签。标签120包含通过无线信号传递到附近的阅读者(未示出)的电子存储信息。标签120可以包括例如检测是否存在悬浮液体的湿度传感器，使得每次更换液体时传感器将记录该更换，从而显示试管/插入件的分开使用。

图4是插入件28的剖视侧视图，其示出电磁能量20的路径。电磁能量20反射离开具有较高反射表面72的反射壁70并且以某角度离开竖直的观察室壁69，之后进入反向散射室75，这防止电磁能量20之后再次进入观察室55以及导致模糊图像或容积不确定性。箭头85示出电磁能量由反射壁反射。上观察室壁60和下观察室壁65之间的距离可以是约2mm的量级或其他合适的尺寸。

为了进一步帮助减小反向散射，插入件28的上观察室壁60和下观察室壁65可以涂为黑色或者施加另外的非反射表面68。传感器30将被放置为与纸面垂直，并且对着观察室55。混合室90在观察室55的下方并且在试管底板40的上方，该混合室90具有由试管25外侧的磁体(未示出)搅动的混合棒100。

试管25可以由于试管外壁35接触的一个或多个垫片178进一步被保持在保持器29中。

图5是试管25内侧的插入件28的俯视图。由于混合棒100在插入件的观察室壁60、65的下方所以从俯视图中无法看到因此示为虚线。反向散射室和观察室之间存在流体连通80以及混合室和观察室之间存在流体连通95，使得当搅动混合棒100时，混合运动移动穿过试管容积45。点85表示电磁能量由反射壁反射。对于具有外尺寸为12.5mm的示例性试管，保持器的宽度为13.3mm将是合适的，并且垫片178将试管25保持在保持器29内。

图6示出插入件28的制造可以通过切割、弯曲和焊接或粘合材料(例如铝)薄片完成。根据图6对片进行切割和弯曲形成图3所示的插入件。如示出的切割金属片。虚线表示弯曲位置，同时在示出的点处进行点焊。两个突片端按照所标示的进行涂覆以提供观察室壁68的非反射表面。在步骤(1)和(2)中，相对侧进行部分地涂覆的突片以及其附接的较小突片向上弯曲90°。在步骤(3)、(4)和(5)中，顶部部分涂覆的突片向下弯曲90°，其附接的较小突片向上弯曲90°，以及相邻的较小突片向上弯曲90°。在步骤(6)和(7)中，将要形成反射壁70的较小突片向上弯曲45°。在步骤(8)和(9)中，反向散射室壁向上弯曲90°。步骤(10)是将保持结构78的突片略微拉出。可替换地或可附加地地，试管可以化学地结合到插入件以成为一体试管/插入件组件。

图7是可以使用的试管插入件28A的替换实施例的剖视侧视图。该插入件允许电磁能量20进入试管25以及离开试管25，上观察室壁60可以涂为黑色或者施加另外的非反射表面。与之前公开的实施例不同，观察室55和混合室90是一个并且相同，以及试管的底板40兼做下观察室壁65。插入件28A还可以包括竖直观察室壁69，该竖直观察室壁69抬高插入件以离开试管25的底板并且产生观察/混合室55、90。试管25可以通过抬高块110在保持器29内升高，该抬高块可以具有例如11mm×11mm×6.25mm的尺寸。试管25可以具有1.25mm的普通厚度，并且观察/混合室55、90可以具有2mm的高度。这样电磁能量20可以在8.5mm的高度处进入试管25。

图8是试管25内侧的插入件28A的俯视图。由于混合棒100在上观察室壁60的下方所以无法在俯视图中看到因此示为虚线。反向散射室和观察室之间存在流体连通80以及混合室和观察室之间存在流体连通95，使得当搅动混合棒100时，混合运动移动穿过试管容积45。点85表示电磁能量由反射壁反射。对于具有外尺寸为12.5mm的示例性试管，保持器的宽度为13.3mm将是合适的。

图9是可以放置在传统试管25中的插入件28A的轴侧图。插入件28还可以具有保持结构78，该保持结构78延伸离开插入件、并且向试管25施加压力以将插入件28保持在合适的位置。从观察室到反向散射室的开口74能够实现流体连通以及电磁能量的通道。比率标签120可以附接到试管插入件28A以用于如上讨论的资产监控目的。

图10示出插入件28A的制造可以通过切割、弯曲和焊接或粘合材料(例如铝)薄片完成。根据图10对片进行切割和弯曲形成图9所示的插入件。如示出的切割金属片。虚线表示弯曲位置，同时在示出的点处进行点焊。突片端按照所标示的进行涂覆以提供观察室壁68的非反射表面。在步骤(1)和(2)中，相对侧进行部分地涂覆的突片以及其附接的较小突片向上弯曲90°。在步骤(3)，将要形成反射壁70的较小突片向上弯曲45°。在步骤(4)中，反向散射室壁向上弯曲90°。步骤(5)是将保持结构78的突片略微地拉出。

图11示出可以与本文描述的插入件一起使用的新颖的试管25A。试管通常由高质量玻璃制造以及因此异常昂贵。试管25A主要由较低廉的塑料制造。试管外壁具有主要的低质量部分105，该部分105具有光片进入以及传感器30观察纳米颗粒的可穿透部分50。这些部分50由高质量玻璃制造，从而使反向散射和其他光学有害效果最小化。当使用插入件28A(图7-10)时，试管25A还可以包括允许光片离开试管25A的区域，从而最小化反向散射。比率标签120可以附接到或嵌入试管25A以用于如上讨论的资产监控目的。

参照图12和图13，公开了可以用于对纳米颗粒的Zeta电位进行确定的插入件28B。上观察室壁60和下观察室壁65可以带电67+、67-以在观察室55内产生电磁场。如图12所示上观察室壁60与下观察室壁65电隔离，其中在上观察室壁60和下观察室壁65之间的导电材料中存在断点(示为位置125)。图13示出以下构造：上观察室壁60与插入件28C的示为实线的部分导电。插入件28B的另外部分与下观察室壁65(示为虚线)导电，其中，断点125使上观察室壁60和下观察室壁65彼此电隔离。当电位施加到插入件28B的两个平行表面时，存在穿过胶质的电场迫使形成该胶质的颗粒朝着与每一个颗粒上存在的电荷相反的电荷的电极移动(所谓的Zeta电位或颗粒表面和其沉浸的液体之间的界面上的电荷层)。通过追踪每一个颗粒相对于施加的电场的运动的速度(当罐引入试管中、在胶质的颗粒上散射以及之后由照相机记录为时间序列图像)，可以使用M.Smoluchowski(1903)在Bull.Int.Acad.Sci.Cracovie,182-199中的“Contributionàla théorie de l'endosmoseélectrique et de quelques phénomènes corrélatifs”的电泳理论估计Zeta电位的数值，该文献的内容通过引用结合于本文。与光照射的方向垂直并且与观测方向垂直的电场的构造允许容易估计颗粒的由电场引起的速度；该速度等于一定时间内行进的距离除以该时间，并且在测量期间录制的视频中追踪的任何颗粒的两个位置之间易于测量时间和距离两者。

结果

在样机上以及本文公开的试管/插入件的商业实施的多个测试中，已经表明：首先，通过观察室中的成角度的反射表面消除来自与电磁能量进入所在的壁相对的试管壁(即，反射壁70)的所有反向散射。通过消除该反向散射，测量样品的溶剂保持为恒定并且去除在没有插入件的标准试管中存在的失焦/模糊图像效果。

其次，在观察室的某些区域去除由电磁能量生成的局部热梯度导致的热生成的流动。在停止搅拌的1秒或2秒内通常能够阻止观察室中由搅拌引起的机械生成的流动。在没有插入件(即，在没有插入件的标准试管中)的情形下，由搅拌引起的机械生成的流动通常在搅拌停止之后存在10秒。

图14和15确定插入件确实阻止块液体流动。图14和15两者是示出运动中的例子的视频的300帧的合成。在图14中，没有使用插入件并且示出颗粒如何主要与块液体流动一起在大致线性方向上运动，这对于所有颗粒而言是共同的。在图15中，使用插入件并且示出消除块液体流动如何使得仅有的颗粒运动时通过布朗运动且没有对于所有颗粒而言是共同的可识别图案。图14和15之间的条件和样品是相同的-唯一的改变是包括本文公开的插入件。

尽管参照观察和分析纳米颗粒描述本文的系统、方法和结构，但是这些相同的系统、方法和结构可以用于更大的颗粒尺寸，例如微尺寸颗粒。

虽然本文已经描述了本发明的示例性实施例和应用(包括以上描述以及所包含的示例性附图中示出的)，但是并非想要将本发明限制为这些示例性实施例和应用或者限制为示例性实施例和应用操作或者本文描述的方式。实际上，对于本领域技术人员而言可以对示例性实施例作出许多变化和修改。只要形成的装置、系统或方法落入专利局基于本专利申请或任何相关专利申请允许的一个权利要求的范围内，本发明就可以包括该装置、结构、方法或功能。

Claims (30)

1.一种用于观察颗粒的系统(10)，所述系统包括：

光源(15)，其用于产生指向试管(25)的电磁能量(20)；

传感器(30)，其用于检测所述试管内的电磁能量；并且

所述试管包括：

界定容积(45)的外壁(35)和底板(40)，其中，所述外壁的至少一部分对于所述电磁能量是可穿透的(50)，并且其中，所述容积适合于容纳悬浮液体和所述颗粒；

观察室(55)，其包括：

从所述外壁延伸的上观察室壁(60)和从所述外壁延伸的下观察室壁(65)，其中，所述上观察室壁和所述下观察室壁与所述底板大致平行；

反射壁(70)，其与所述上观察室壁和所述下观察室壁相邻；

反向散射室(75)，其与所述观察室(80)分开并且流体连通，其中，所述反射壁适合于将所述电磁能量反射(85)进入所述反向散射室。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述试管还包括：

混合室(90)，其与所述观察室分开并且流体连通，所述混合室包括混合棒(100)。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述反射壁与所述下观察室壁形成角度，其中，所述角度在30度到60度之间。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述反射壁包括反射表面(72)。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述上观察室壁和所述下观察室壁具有低反射或非反射表面(68)。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述反向散射室大于所述观察室。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述外壁的所述可穿透部分由高质量光学玻璃制造。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述外壁的第二部分(105)由与所述可穿透部分不同的材料制造。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述上观察室壁和所述下观察室壁彼此电隔离并且带电(67+，67-)以在所述观察室内产生电磁场。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述试管底板(40)和所述下观察室壁(65)是相同的结构。

11.一种用于观察颗粒的试管(25)，所述试管包括：

界定容积(45)的外壁(35)和底板(40)，其中，所述外壁的至少一部分对于电磁能量是可穿透的(50)，以及其中，所述容积适合于容纳悬浮液体和所述颗粒；

观察室(55)，其包括：

从所述外壁延伸的上观察室壁(60)和从所述外壁延伸的下观察室壁(65)，其中，所述上观察室壁和所述下观察室壁与所述底板大致平行；

反射壁(70)，其与所述上观察室壁和所述下观察室壁相邻；

反向散射室(75)，其与所述观察室(80)分开并且流体连通，其中，所述反射壁适合于将所述电磁能量反射(85)进入所述反向散射室。

12.根据权利要求11所述的试管，还包括：

混合室(90)，其与所述观察室(95)分开并且流体连通，所述混合室包括混合棒(100)。

13.根据权利要求11所述的试管，其中，所述反射壁与所述下观察室壁形成角度，其中，所述角度在30度到60度之间。

14.根据权利要求11所述的试管，其中，所述反射壁由反射材料(72)制造。

15.根据权利要求11所述的试管，其中，所述上观察室壁和所述下观察室壁具有非反射表面(68)。

16.根据权利要求11所述的试管，其中，所述反向散射室大于所述观察室。

17.根据权利要求11所述的试管，其中，所述外壁的所述可穿透部分由高质量光学玻璃制造。

18.根据权利要求11所述的试管，其中，所述外壁的第二部分(105)由与所述可穿透部分不同的材料制造。

19.根据权利要求11所述的试管，其中，所述上观察室壁和所述下观察室壁彼此电隔离并且带电(67+，67-)以在所述观察室内产生电磁场。

20.根据权利要求11所述的试管，其中，所述试管底板(40)和所述下观察室壁(65)是相同的结构。

21.一种用于试管(25)的插入件(28)，其中，所述试管包括界定容积(45)的外壁(35)和底板(40)，其中，所述外壁的至少一部分对于电磁能量是可穿透的(50)，以及其中，所述容积适合于容纳悬浮液体和颗粒，所述插入件包括：

从所述外壁延伸的上观察室壁(60)和从所述外壁延伸的下观察室壁(65)，其中，所述上观察室壁和所述下观察室壁与所述底板大致平行，其中，所述上观察室壁和所述下观察室壁界定观察室(60)；

反射壁(70)，其与所述上观察室壁和所述下观察室壁相邻；

与所述外壁平行地延伸的反向散射室壁(77)，所述反向散射室壁界定反向散射室(75)，所述反向散射室(75)与所述观察室(80)分开并且流体连通，其中，所述反射壁适合于将所述电磁能量反射(85)进入所述反向散射室。

22.根据权利要求21所述的插入件，还包括界定混合室(90)的混合室壁(93)，所述混合室(90)与所述观察室(95)分开并且流体连通。

23.根据权利要求21所述的插入件，其中，所述反射壁与所述下观察室壁形成角度，其中，所述角度在30度到60度之间。

24.根据权利要求21所述的插入件，其中，所述反射壁由反射材料(72)制造。

25.根据权利要求21所述的插入件，其中，所述上观察室壁和所述下观察室壁具有非反射表面(68)。

26.根据权利要求21所述的插入件，其中，所述反向散射室大于所述观察室。

27.根据权利要求21所述的插入件，其中，所述反向散射室壁包括使所述试管内的所述插入件的运动最小化的保持结构。

28.根据权利要求21所述的插入件，其中，所述插入件连接到所述试管，从而形成一体化的试管和插入件组件，其中，从机械连接和化学结合构成的组中选择连接。

29.根据权利要求21所述的插入件，其中，所述上观察室壁和所述下观察室壁彼此电隔离并且带电(67+，67-)以在所述观察室内产生电磁场。

30.一种用于试管(25)的插入件(28)，其中，所述试管包括界定容积(45)的外壁(35)和底板(40)，其中，所述外壁的至少一部分对于电磁能量是可穿透的(50)，以及其中，所述容积适合于容纳悬浮液体和颗粒，所述插入件包括：

从所述外壁延伸的上观察室壁(60)，其中，所述上观察室壁与所述底板大致平行，其中，所述上观察室壁和所述底板界定观察室(60)；

反射壁(70)，其与所述上观察室壁和所述底板相邻；

与所述外壁平行地延伸的反向散射室壁(77)，所述反向散射室壁界定反向散射室(75)，所述反向散射室(75)与所述观察室(80)分开并且流体连通，其中，所述反射壁适合于将所述电磁能量反射(85)进入所述反向散射室。

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