CN113029964A - 样本反应容器、光阑和光学检测装置 - Google Patents

Abstract

提供了样本反应容器、光阑和光学检测装置。该样本反应容器可以用于透射检测或散射检测且包括外周壁（110）、底壁（120）以及由外周壁（110）和底壁（120）限定出的用于容纳待检测样本的容纳腔（130）。外周壁（110）包括：用于供检测光进出、且沿着检测光的光轴（A）彼此相对的第一透光壁（111）和第二透光壁（112）；以及隔着光轴（A）彼此相对的第一侧壁（113）和第二侧壁（114）。第一透光壁（111）和第二透光壁（112）的可见光透光率大于第一侧壁（113）和第二侧壁（114）的可见光透光率，第一侧壁（113）和第二侧壁（114）的表面粗糙度大于第一透光壁（111）和第二透光壁（112）的表面粗糙度。

Description

样本反应容器、光阑和光学检测装置

技术领域

本申请涉及光学检测装置，且特别涉及样本反应容器、光阑和光学检测装置。

背景技术

CN105784642A公开了一种检测装置及其光学系统。其光学系统包括：用于发射激光的激光器；沿激光的光轴依次设置的至少一个光阑、反应容器和透射光电传感器，透射光电传感器用于检测经反应容器后的透射激光的光强；至少一个散射光电传感器，散射光电传感器用于检测经过反应容器后的散射光的光强。其中，散射光电传感器的光学通道与激光的光轴成大于0°且小于180°的夹角。该光学系统在实现透射比浊检测的同时还设置了至少一个散射光电传感器，用于散射比浊检测，由于散射比浊检测灵敏度和精密度均较高，因此能够弥补透射比浊检测灵敏度和精密度均不够理想的缺点。

散射光电传感器的设置增加了部件的数量、产品的成本，而且使得仪器的计算变得复杂或者计算量变大。

发明内容

鉴于上述现有技术的状态而做出本申请。本申请的目的在于提供一种可以提高检测精度的样本反应容器、光阑和光学检测装置。

提供一种用于透射检测或散射检测的样本反应容器，其包括外周壁、底壁以及由所述外周壁和所述底壁限定出的用于容纳待检测样本的容纳腔，其中，

所述外周壁包括：用于供检测光进出、且沿着所述检测光的光轴彼此相对的第一透光壁和第二透光壁；以及隔着所述光轴彼此相对的第一侧壁和第二侧壁，

其中，所述第一透光壁和所述第二透光壁的可见光透光率大于所述第一侧壁和所述第二侧壁的可见光透光率，所述第一侧壁和所述第二侧壁的表面粗糙度大于所述第一透光壁和所述第二透光壁的表面粗糙度。

在至少一个实施方式中，所述透射检测为透射比浊检测或透射比色检测，所述散射检测为散射比浊检测，所述第一透光壁和所述第二透光壁的可见光透光率大于或等于85%。

在至少一个实施方式中，所述第一侧壁和所述第二侧壁的表面具有咬花结构，所述第一侧壁和所述第二侧壁的表面粗糙度Ra为28-38，并且/或者

所述底壁的表面具有咬花结构，所述底壁的表面粗糙度Ra为28-38。

在至少一个实施方式中，所述样本反应容器由聚甲基丙烯酸甲脂制成，所述第一侧壁和所述第二侧壁的表面粗糙度Ra为32，所述底壁的表面粗糙度Ra为32。

在至少一个实施方式中，所述第一侧壁和所述第二侧壁的外表面具有咬花结构，并且/或者

所述底壁的外表面具有咬花结构。

在至少一个实施方式中，所述样本反应容器为横截面为大致矩形的容器，所述样本反应容器的棱边倒圆角。

提供一种用于透射检测的光阑，其用于在检测光的光轴上设置于样本反应容器和光电接收器之间，其中，

所述光阑包括圆锥形的光阑孔，所述光阑孔的轴向长度为3mm至8mm，所述光阑孔的内表面具有咬花结构，所述光阑孔的内表面的表面粗糙度Ra为28至38。

在至少一个实施方式中，所述透射检测为透射比浊检测或透射比色检测，所述光阑孔的轴向长度为4mm至6mm，作为所述咬花结构，所述光阑孔的内表面具有多个环形凹槽，或者具有一个或多个螺旋形的凹槽。

在至少一个实施方式中，所述光阑的检测光入射端面和/或所述光阑孔的内表面为亚光的黑色或灰色表面。

提供一种用于透射检测或散射检测的光学检测装置，其包括：

样本反应容器；

发光构件，其被构造成用于向所述样本反应容器照射检测光；以及

光阑和光电接收器，其被构造成穿过所述样本反应容器的检测光穿过所述光阑而被所述光电接收器接收，

其中，所述样本反应容器为根据本申请的用于透射检测或散射检测的样本反应容器，并且/或者，所述光阑为根据本申请的的用于透射检测的光阑。

本申请的样本反应容器、光阑和光学检测装置可以提高透射和/或散射检测精度。

附图说明

图1A示出了一种可能的特定蛋白检测分析仪的剖视示意图。

图1B是图1A的局部放大图，示出了该特定蛋白检测分析仪的光学检测装置。

图1C示出了图1A中的特定蛋白检测分析仪的光学检测装置中的光阑的立体图。

图2A示出了根据本申请的一个实施方式的特定蛋白检测分析仪的光学检测装置的剖视示意图。

图2B示出了根据本申请的一个实施方式的特定蛋白检测分析仪的光学检测装置的剖视结构示意图。

图3A示出了根据本申请的一个实施方式的光学检测装置的光阑的立体图。

图3B示出了图3A中的光阑的轴向剖视图。

图4A示出了根据本申请的一个实施方式的特定蛋白检测分析仪的光学检测装置中的样本反应容器的立体图。

图4B示出了图4A中的样本反应容器的另一视角的立体图。

图4C示出了图4A中的样本反应容器的剖视图。

图5A和图5B示出了根据本申请的实施方式的光学检测装置的样本反应容器的第一侧壁和第二侧壁的表面粗糙度-吸光度测试结果。

图6A至图6C示出了根据本申请的实施方式的光学检测装置与对照例的光学检测装置的对比测试的测试结果。

具体实施方式

下面参照附图描述本申请的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本申请，而不用于穷举本申请的所有可行的方式，也不用于限制本申请的范围。

本申请的一个实施方式提供一种用于透射检测或散射检测的光学检测装置，该光学检测装置可以是特定蛋白检测分析仪的一部分。

可以理解，这里的透射检测可以为例如透射比浊检测或透射比色检测，散射检测可以为例如散射比浊检测。

可以理解，下面的部分内容虽然主要以透射比浊检测为示例描述了本申请的一些结构、原理、效果等。但是，本申请的应用场景和领域不限于此。

（光学检测装置的结构）

参照图2A和图2B，首先介绍该光学检测装置的基本结构。

该光学检测装置可以包括样本反应容器100（有时，简称容器）、发光构件500、光阑200和光电接收器400。

参照图4A至图4C，样本反应容器100可以包括外周壁110、底壁120以及由外周壁110和底壁120限定出的用于容纳待检测样本的容纳腔130。样本反应容器100可以例如是反应杯或比色杯。

发光构件500被构造成用于向样本反应容器100照射检测光。发光构件500可以包括光纤。另外，发光构件500还可以包括适当的光阑和/或透镜。

光阑200和光电接收器400被构造成，穿过样本反应容器100的检测光穿过光阑200而被光电接收器400接收。

在一个非限制性的示例中，该光学检测装置还可以包括滤光片300，滤光片300设置于样本反应容器100和光电接收器400之间。滤光片300可以设置于光阑200的后述的光阑孔211和光电接收器400之间。

在一个非限制性的示例中，在检测光的光轴A方向上，发光构件500、样本反应容器100、光阑200（光阑孔211）、滤光片300和光电接收器400依次设置。

在一个非限制性的示例中，滤光片300为窄带生化滤光片。

在一个非限制性的示例中，检测光（入射光）是通过光纤传输的卤素灯混合光，光纤端面使用透镜聚焦，使光束的焦点在样本反应容器100中间。可以理解，检测光的光源不限于卤素灯，检测光的光源还可以是LED光源、激光光源等。

（样本反应容器）

下面参照2A、图2B及图4A至图4C介绍根据本申请的一个实施方式的用于透射检测或散射检测的样本反应容器。

如前面提到的，样本反应容器100可以包括外周壁110、底壁120和容纳腔130。外周壁110可以包括：用于供检测光进出、且沿着检测光的光轴A彼此相对的第一透光壁111和第二透光壁112；以及隔着光轴A彼此相对的第一侧壁113和第二侧壁114。

第一透光壁111和第二透光壁112的可见光透光率可以大于第一侧壁113和第二侧壁114的可见光透光率。第一侧壁113和第二侧壁114的表面粗糙度可以大于第一透光壁111和第二透光壁112的表面粗糙度。

在一个非限制性的示例中，第一透光壁111和第二透光壁112的可见光透光率可以大于或等于85%。例如，样本反应容器100可以由聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）制成。第一透光壁111和第二透光壁112的可见光透过率较大，可以提高透射或散射的检测精度。

第一透光壁111和第二透光壁112的内外表面均可以为平滑表面，特别地，可以是平面。

优选地，第一侧壁113和第二侧壁114的表面可以具有咬花结构，第一侧壁113和第二侧壁114的表面粗糙度Ra可以为28-38，更优选地，第一侧壁113和第二侧壁114的表面粗糙度Ra可以为32。

优选地，底壁120的表面可以具有咬花结构，底壁120的表面粗糙度Ra可以为28-38，更优选地，底壁120的表面粗糙度Ra可以为32。

优选地，第一侧壁113和第二侧壁114的外表面而非内表面具有咬花结构，底壁120的外表面而非内表面具有咬花结构。

可以理解，样本反应容器100可以通过注塑或注射的方式成型，可以通过模具的内表面来形成上述咬花结构。这样，可以以简单方式，低成本地制造样本反应容器100。

本申请不限制咬花结构的形成方式和具体结构。例如，咬花结构还可以通过喷砂方式形成。例如，咬花结构可以表现为或者包括凸凹结构、平行的条纹结构、交叉的条纹结构、螺旋形的条纹结构。这里的条纹结构可以是有凸凹的长条结构。

该样本反应容器100可以但不限于是可以多次使用的样本反应容器（还可以称为半永久杯）。样本反应容器100可以在清洗后重复使用。因此，优选地，样本反应容器100的内表面是光滑表面，第一侧壁113和第二侧壁114的外表面形成咬花结构，这便于样本反应容器100的清洗，可以提高或者说容易保持样本反应容器100的洁净度。

参照图4A和图4B，可以理解，在样本反应容器100的高度方向上，样本反应容器100不必为粗细一致的结构。在图示的示例中，样本反应容器100的靠近底壁120的下部较细，而远离底壁120且靠近开口的上部较粗。本申请中提到的样本反应容器100的各特征或结构，尤其是涉及光学性能的各特征或结构可以、但不限于仅形成或实施于样本反应容器100的供检测光通过的下部。

通过将第一侧壁113和第二侧壁114处理为粗糙表面，例如，咬花面（包括磨砂面），可以减小两个不用于透光的侧壁（第一侧壁113和第二侧壁114）产生反射光杂散光的影响，提高检测精度。

如图4A至图4C所示，样本反应容器100可以为横截面为大致矩形（包括长方向和正方形）的容器，样本反应容器100的四个棱边115可以倒角，该倒角尤其可以为图4A和图4B所示的倒圆角。倒圆角可以减少样本反应容器内产生的散射光发生折射和反射。

可以理解，这里，内角（或者称为内棱边）可以不倒角。

可选地，可以将第一侧壁113和第二侧壁114处理为黑色不透光面，用于减小侧壁反射杂散光对测量结果的影响。该黑色不透光面还可以减小从样本反应容器外输入到样本反应容器100内的杂光，从而提高检测精度。

在一个非限制性的示例中，第一透光壁111和第二透光壁112的厚度是0.65mm，400nm-800nm可见光的透光率可达到85%以上。第一侧壁113和第二侧壁114的表面做咬花处理，咬花宽度大于侧壁宽度0.05-0.15mm。在一个非限制性的示例中，咬花延伸到倒角处，即倒角的棱边也形成咬花结构。

第一侧壁113和第二侧壁114的表面咬花的粗糙度对光的吸收率受两个方面的影响。一方面，材料表面对光线进行多次反射的重复吸收。在光线照射到材料表面时，由于表面凹凸不平，光线发生多次反射。

在一个非限制性的示例中，咬花结构包括多个凹槽，特别是V型凹槽。垂直于材料表面入射的光线可以经过多次的重复反射，最终在V型凹槽中反射吸收。理论分析，当V型凹槽的开口角度足够小时，垂直入射的光束可以通过光束在凹槽中无限次的反射，最终被材料表面的凹槽完全吸收。

另一方面，一些非金属材料的吸收率会随着光束入射角度的变化而变化，在入射角为布鲁斯特角（Brewster角）时，光束在材料表面的吸收率呈现最大，光线几乎完全被吸收。

在样本反应容器100中样本（试剂）反应产生的颗粒状物质（有时，称为反应物）会产生朝向各个方向的杂散光，对样本反应容器100的侧壁进行粗糙度Ra=32的咬花处理可以使得，样本反应容器中试剂产生的散射光射向侧壁后，削弱杂散光射向光电检测器方向。

（测试一）

发明人对样本反应容器100的第一侧壁113和第二侧壁114的表面粗糙度进行了研究。

在测试一中，将不同粗糙度的样本反应容器安装于特定蛋白检测分析仪，标准品浓渡为40mg/L。使用波长为650nm的激光作为检测光。

测试结果如图5A所示，其中，横轴表示第一侧壁113和第二侧壁114的表面粗糙度，分别为10um、20um、30um、40um、50um、60um。纵轴表示反应物的吸光度（反应物对光的吸收率）。

图5B示出了表面粗糙度分别为30um、32um、34um、36um、38um、40um时的测试结果。

本申请中，优选使用吸光度较高的28-38的表面粗糙度Ra。

在一个非限制性的示例中，第一侧壁113和第二侧壁114的外表面涂附光学消光漆，涂层厚度可以为5~10um。在另一示例中，在第一侧壁113和第二侧壁114的外表面贴附具有消光作用的消光层。该消光层的透光性小于第一侧壁113和第二侧壁114的主体材料的透光性。优选地，该消光层为或者具有黑色或灰色材料层。

下面参照图2A至图3B说明根据本申请的一个实施方式的用于透射检测的光阑。

（光阑）

如上面描述的，该光阑200可以在检测光的光轴A上设置于样本反应容器100和光电接收器400之间。

光阑200可以包括圆锥形的光阑孔211，光阑孔211的轴向长度可以为3mm至8mm，光阑孔211的内表面可以具有咬花结构，光阑孔211的内表面的表面粗糙度Ra可以为28至38。

在一个非限制性的示例中，光阑孔211的内表面可以通过化学方法形成有咬花结构，或者通过喷砂方式形成有粗糙度（例如，凸凹结构）。

优选地，光阑孔211的轴向长度可以为4mm至6mm，特别是5mm。

优选地，作为咬花结构，光阑孔211的内表面具有多个环形凹槽，或者具有一个或多个螺旋形的凹槽。该凹槽可以但不限于通过机加工的方式形成。

图1A示出了一种可能的特定蛋白检测分析仪的剖视示意图，图1B是图1A的局部放大图，示出了该特定蛋白检测分析仪的光学检测装置，图1C示出了图1A中的特定蛋白检测分析仪的光学检测装置中的光阑的立体图。

图1A至图1C用于对照说明本申请。在图1A至图1C中，对于与本申请中的部件相同或相似的部件标注相同的附图标记，并省略对这些部件的详细说明。这里，还将图1A和图1C中的特征或结构称为对照例的特征或结构。

本申请的光阑200为有底的筒状，其包括光阑底壁210、光阑侧壁220以及在光阑底壁210和光阑侧壁220之间限定出的光阑容纳腔230。光阑孔211可以形成于光阑底壁210的中心位置。相比于图1A至图1C中的对照例的光阑200，本申请增加了光阑孔211的轴向长度（即，深度）和光阑孔内表面处理。

在对照例中，光阑孔211为圆柱形的直孔，深度为1mm。在本申请的一个非限制性的示例中，光阑孔211的深度为5mm。对照例中的光阑孔211内部为光滑圆孔，本申请的一个非限制性的示例中的光阑孔211的内表面形成有螺纹，即光阑孔211为锥形螺纹孔。光阑200的锥形螺纹孔可以有效阻拦透射光束外散射导致的内部反射杂散光，提高检测精度。

在一个非限制性的示例中，光阑200的检测光入射端面212和/或光阑孔211的内表面为亚光的黑色或灰色表面。

在一个非限制性的示例中，光阑200使用铝（6061）加工，检测光入射端面212和光阑孔211的内表面进行亚光发黑处理。光阑的检测光入射端面212的亚光发黑处理在有效去除光束的光晕外，还可以去除反应物散射的杂光。剩余方向进入光阑200的无效杂光因传输方向不同于光束传输方向，可在光阑200的内表面（特别是光阑孔211的内表面）再次进行吸收衰减。本申请的光阑200和光学检测装置可以显著提升透射检测的线性量程。

如图2B所示，滤光片300可以收纳在光阑200的光阑容纳腔230内。光电接收器400的一部分也可以收纳在光阑200的光阑容纳腔230内。

（光学检测装置的工作过程）

下面参照图2A简单说明根据本申请的实施方式的光学检测装置的工作过程。

发光构件500的光纤传输单色光，经过光纤出口透镜整形后，类圆柱形光束进入样本反应容器100，被样本中的反应物吸收后剩余的光进入光阑200并最终进入光电接收器400，光电接收器400或者光电接收器400和必要的处理单元可以测量到透光反应物的透射光强。样本反应容器100中的反应物根据浓度比例对单色光线性吸收（朗伯比尔定律），通过检测当前反应物的吸光度测得反应物的浓度。

当光束通过反应物时，会产生散射光线，散射光在样本反应容器的侧壁和样本反应容器的棱边的反射光线进入光电接收器400会影响真实的透射光强。在本申请中，通过优化样本反应容器的结构可以减弱散射光经过样本反应容器100的侧壁和底部后照射到光电接收器400方向，通过优化的光阑结构，可对非透射光束方向进入光阑200的其它杂散光进行再次拦截，进一步削弱杂散光到达光电接收器400。

（测试二）

使用包括本申请的实施例的结构（如图2A至图4B所示）和对照例的结构（如图1A至1C所示）的特定蛋白检测分析仪，采用同样的测试方式进行测试二。在测试二中，使用相同成份的标准品（即，待检测样本），在同样的反应体系下测得最终反应物的吸光度。

如上面提到的，本申请的实施例的结构和对照例的结构的样本反应容器和光阑不同。在本申请的该实施例的结构中，第一侧壁113和第二侧壁114的表面粗糙度Ra为32，光阑孔211的轴向长度为5mm。

本申请的实施例的结构明显提高了梯度浓度间吸光度的分辨率。

图6A示出了采用波长为340nm的检测光进行测试的结果。其中，横轴表示标准品的浓度（单位mg/L），纵轴表示吸光度。其中，虚线表示对照例的结果，实线表示本申请的实施例的结果。从图6A中可以看出，相对于对照例，本申请的实施例的吸光度有35%至44%的提升。

图6B示出了采用波长为578nm的检测光进行测试的结果。图6C示出了采用波长为650nm的检测光进行测试的结果。上述结果示出了图6A与相同的趋势。

应当理解，上述实施方式仅是示例性的，不用于限制本申请。本领域技术人员可以在本申请的教导下对上述实施方式做出各种变型和改变，而不脱离本申请的范围。

Claims (10)

1.一种用于透射检测或散射检测的样本反应容器，其包括外周壁（110）、底壁（120）以及由所述外周壁（110）和所述底壁（120）限定出的用于容纳待检测样本的容纳腔（130），其特征在于，

所述外周壁（110）包括：用于供检测光进出、且沿着所述检测光的光轴（A）彼此相对的第一透光壁（111）和第二透光壁（112）；以及隔着所述光轴（A）彼此相对的第一侧壁（113）和第二侧壁（114），

其中，所述第一透光壁（111）和所述第二透光壁（112）的可见光透光率大于所述第一侧壁（113）和所述第二侧壁（114）的可见光透光率，所述第一侧壁（113）和所述第二侧壁（114）的表面粗糙度大于所述第一透光壁（111）和所述第二透光壁（112）的表面粗糙度。

2.根据权利要求1所述的样本反应容器，其特征在于，

所述透射检测为透射比浊检测或透射比色检测，所述散射检测为散射比浊检测，

所述第一透光壁（111）和所述第二透光壁（112）的可见光透光率大于或等于85%。

3.根据权利要求1或2所述的样本反应容器，其特征在于，

所述第一侧壁（113）和所述第二侧壁（114）的表面具有咬花结构，所述第一侧壁（113）和所述第二侧壁（114）的表面粗糙度Ra为28-38，并且/或者

所述底壁（120）的表面具有咬花结构，所述底壁（120）的表面粗糙度Ra为28-38。

4.根据权利要求3所述的样本反应容器，其特征在于，

所述样本反应容器由聚甲基丙烯酸甲脂制成，所述第一侧壁（113）和所述第二侧壁（114）的表面粗糙度Ra为32，所述底壁（120）的表面粗糙度Ra为32。

5.根据权利要求1或2所述的样本反应容器，其特征在于，所述第一侧壁（113）和所述第二侧壁（114）的外表面具有咬花结构，并且/或者

所述底壁（120）的外表面具有咬花结构。

6.根据权利要求1或2所述的样本反应容器，其特征在于，

所述样本反应容器（100）为横截面为大致矩形的容器，所述样本反应容器（100）的棱边（115）倒圆角。

7.一种用于透射检测的光阑，其用于在检测光的光轴（A）上设置于样本反应容器（100）和光电接收器（400）之间，其特征在于，

所述光阑（200）包括圆锥形的光阑孔（211），所述光阑孔（211）的轴向长度为3mm至8mm，所述光阑孔（211）的内表面具有咬花结构，所述光阑孔（211）的内表面的表面粗糙度Ra为28至38。

8.根据权利要求7所述的用于透射检测的光阑，其特征在于，

所述透射检测为透射比浊检测或透射比色检测，

所述光阑孔（211）的轴向长度为4mm至6mm，作为所述咬花结构，所述光阑孔（211）的内表面具有多个环形凹槽，或者具有一个或多个螺旋形的凹槽。

9.根据权利要求7或8所述的用于透射检测的光阑，其特征在于，

所述光阑（200）的检测光入射端面（212）和/或所述光阑孔（211）的内表面为亚光的黑色或灰色表面。

10.一种用于透射检测或散射检测的光学检测装置，其包括：

样本反应容器（100）；

发光构件（500），其被构造成用于向所述样本反应容器（100）照射检测光；以及

光阑（200）和光电接收器（400），其被构造成穿过所述样本反应容器（100）的检测光穿过所述光阑（200）而被所述光电接收器（400）接收，

其特征在于，所述样本反应容器（100）为权利要求1至6中任一项所述的用于透射检测或散射检测的样本反应容器，并且/或者，所述光阑（200）为权利要求7至9中任一项所述的用于透射检测的光阑。

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