CN114384046A - 具有一次性棱镜和可重复使用的光学系统的折射计 - Google Patents

具有一次性棱镜和可重复使用的光学系统的折射计 Download PDF

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Abstract

本发明公开了折射计，其包括外壳、一次性棱镜、光源和折射率(IoR)传感器。一次性棱镜可移除地布置在外壳内。光源和IoR传感器布置在外壳内，并被配置为与一系列类似构造的一次性棱镜重复使用。一个一次性棱镜在使用后可以移除，并且可以在外壳中安装一个新的一次性棱镜，以与第一棱镜所使用的相同光源和IoR传感器一起使用。

Description

具有一次性棱镜和可重复使用的光学系统的折射计
背景技术
使用一次性系统(SUS)(例如生物容器袋等)对于生物制药应用来说，正变得越来越普遍。SUS可用于诸如生物反应器和混合系统之类的系统。示例性的上游SUS应用包括诸如混合和过滤之类的介质制备过程，例如包括切向流过滤(TFF)。例如，下游SUS应用的示例包括色谱浓缩和渗滤以及缓冲液制备。
采用SUS可以提供优于传统的可重复使用的不锈钢系统的几个优点。一次性技术可以提高过程灵活性并减少交叉污染风险；减少甚至消除对清洁的要求；例如通过高压消毒和清洁化学品库存而减少对内部消毒的要求；并减少过程停顿时间。
因为SUS的性质和目标会对传统的过程控制技术造成问题，所以可能很困在使用SUS时实现过程控制。例如，许多通常用于传统过程控制的传感器依靠物理接触来获得测量值。此外，可能难以将传感器与在SUS应用中使用的容器或器皿(例如袋子)布置在一起，以获得所研究流体的参数的准确测量值。
折射率(IoR)用作测量工具，例如用于溶解在液体中的物质的浓度测量技术和用于给定液体的温度测量技术。使用实时测量IoR的传感器是众所周知的，因此它们可以被称为过程分析技术(PAT)。传统上，这些传感器依赖于可重复使用的设计，并且在使用前需要消毒。本领域一直需要提供额外的解决方案以增强对SUS内使用的流体的评估和过程控制。本领域持续不断地需要与IoR测量相关的一次性应用。
应当理解，本发明人撰写该背景描述是为了帮助读者，而不应将其视为任何所指出的问题本身在本领域中被理解的指示。虽然在某些方面和实施例中，所描述的原理可以减轻其他系统中固有的问题，但是应当理解，受保护的创新范围由所附权利要求限定，而不是由任何所公开的特征用以解决此处指出的任何具体问题的能力限定。
发明内容
在一方面，本公开涉及折射计的实施例。在一些实施例中，折射计包括一次性棱镜。
在一个实施例中，用于一次性系统的折射计包括外壳、一次性棱镜、光源和折射率(IoR)传感器。外壳限定内腔，而一次性棱镜可移除地布置在内腔内。
一次性棱镜包括由透光材料制成的主体。该主体包括受光面、光折射面和界面。受光面和光折射面大致为平坦的。界面限定了沿纵轴线延伸穿过主体的通道。
光源布置在外壳内，使得光源被配置为选择性地沿发源于一次性棱镜外部的一位置的光路发射光。该光路从光源延伸穿过一次性棱镜的受光面到达界面。该光路大致垂直于受光面和通道的纵轴线。
IoR传感器布置在外壳的内腔内，使得IoR传感器被配置为检测在界面处从光路反射并通过一次性棱镜的光折射面的全内反射光。IoR传感器被配置为生成指示IoR传感器检测到的全内反射光的IoR信号。
在另一方面，本公开涉及用于折射计的一次性棱镜的实施例。在一个实施例中，一次性棱镜包括由透光材料制成并包括受光面、光折射面、第一侧面和第二侧面以及界面的主体。
受光面和光折射面为平坦的且彼此不平行。第一侧面和第二侧面以彼此横向间隔开布置。第一侧面和第二侧面均包括第一侧边和第二侧边。受光面在第一侧面与第二侧面的第一侧边之间延伸，且光折射面在第一侧面与第二侧面的第二侧边之间延伸。
界面限定穿过主体的与第一通道开口和第二通道开口连通的通道。该通道沿纵轴线在第一通道开口和第二通道开口之间延伸。
在再另一方面，本公开涉及使用用于一次性系统的折射计的技术的实施例。在一些实施例中，使用用于一次性系统的折射计的方法包括使用具有一次性棱镜的折射计。
在一个实施例中，一种使用折射计的方法包括将一次性棱镜可移除地安装在外壳的内腔中。一次性棱镜由透光材料制成。一次性棱镜包括具有受光面、光折射面和界面的主体。受光面和光折射面大致为平坦的。界面限定了沿纵轴线延伸穿过主体的通道。
流体通过一次性棱镜的通道。光路从一次性棱镜外部的内腔内通过一次性棱镜的受光面指向界面。光路大致垂直于通道的纵轴线。
从在界面反射并通过一次性棱镜的光折射面的光路检测全内反射光。生成指示检测到的全内反射光的IoR信号。基于IoR信号确定流体特性的值。从外壳中移除一次性棱镜。
从以下详细描述和附图将理解所公开原理的进一步的和替代的方面和特征。应当理解，本文公开的折射计、折射计的一次性棱镜和使用用于一次性系统的折射计的方法能够在其他不同的实施例中执行，并且能够在各个方面进行修改。因此，应当理解，前述简要描述和以下详细描述均仅是示例性和说明性的，而不限制所附权利要求的范围。
附图说明
图1是根据本公开的原理构造的折射计的实施例的示意性截面图，其包括根据本公开的原理构造的一次性棱镜和可重复使用的光学系统的实施例。
图2是根据本公开的原理构造的折射计的另一个实施例的示意性截面图，其包括根据本公开的原理构造的一次性棱镜和可重复使用的光学系统的实施例。
图3是图2的折射计的透视图。
图4是图2的折射计的一次性棱镜的正视图。
图5是图4的一次性棱镜的透视图，示出了连接到其上的一对配件。
图6是根据本公开的原理构造的并且适用于根据本公开的原理构造的折射计的实施例中使用的一次性棱镜的另一个实施例的正视图，该一次性棱镜具有三角形形状。
图7是图6的一次性棱镜的透视图，示出了连接到其上的一对配件。
应当理解，附图不一定按比例绘制，并且所公开的实施例以图解方式和局部视图示出。在某些情况下，可能已省略对于理解本公开不是必需的或使其他细节难以感知的细节。应当理解，本公开不限于本文所示的特定实施例。
具体实施方式
根据本公开的原理构造的折射计的实施例适合于在一次性系统中使用。根据本公开的原理构造的折射计的实施例可以包括根据本公开的原理构造的一次性棱镜。
根据本公开的原理构造的折射计的实施例可以通过使用由透光材料制成并限定了穿过其中的流道的一次性聚合物块来在一次性系统中提供对折射率(IoR)测量的简单布置。一次性聚合物块包括棱镜，该棱镜可以与包括光源和IoR传感器的可重复使用的光学系统对接，以根据全内反射(TIR)角流体在检测流道中的折射率变化。
研究中的流体可以与光学系统隔离，使得流体通过一次性棱镜的流道而不与光学系统的部件接触。因此，光学系统的部件在使用折射计之前不需要消毒。在一些实施例中，一次性棱镜可以在与光学系统分离时消毒，使得光学系统不需要暴露于消毒环境。
在一些实施例中，根据本公开的原理构造的一次性棱镜可以在使用之前例如通过经由伽马辐射进行消毒。在一些实施例中，一次性棱镜的主体由能够经受照射以对一次性棱镜进行消毒但在被照射后仍保持光学透射的材料制成。
在一些实施例中，使用遵循本公开的原理的折射计的方法可用于多种应用。例如，在一些实施例中，根据本公开的原理构造的折射计可用于检测生物流体的浓度测量值、识别随时间的IoR差异以帮助确定过程状态是否已改变、识别流体以及确定给定流体的密度和/或温度。
现在转向附图，在图1中示出根据本公开的原理构造的折射计20的实施例，其包括根据本公开的原理构造的一次性棱镜30和可重复使用的光学系统35。在一些实施例中，折射计20可以被配置为用作SUS应用的一部分。在一些实施例中，折射计20可以包括根据本公开的原理构造的一次性透光棱镜30，该棱镜限定穿过其中的流道37。一次性棱镜30可以与可重复使用的光学系统35对接，以检测流过一次性棱镜30中限定的流道37的流体的折射率差异。所示的折射计20被配置为容纳不同的一次性棱镜30，用于具有可重复使用光学系统35的一次性应用。一次性棱镜30适合于在安装在折射计20中之前进行消毒。在一些实施例中，在使用之后，一个一次性棱镜30可以用之前已经消毒过的另一个大致相同结构的一次性棱镜30替代。在其他实施例中，可以在折射计20中安装具有不同配置的一次性棱镜，并通过对光学系统35进行任何相应的调整，以经由显示为穿过第二一次性棱镜的流体通道的光路的折射率来提供预期的测量能力。
参考图1，在所示的实施例中，用于一次性系统的折射计20包括外壳40、一次性棱镜30、光学系统35和控制单元45。在所示的实施例中，光学系统35包括光源50和折射率(IoR)传感器55。
外壳40限定了内腔43。一次性棱镜30可移除地布置在外壳40的内腔43内。光源50和IoR传感器55可以容纳在外壳40的内腔内。在一些实施例中，如本领域技术人员将理解的那样，光源50和IoR传感器55使用任何合适的技术(例如，机械和/或粘合技术)安装在外壳40的内腔43内。
在一些实施例中，外壳40可包括适合于容纳一次性棱镜30的互补安装部分的合适结构，以将一次性棱镜30以预定位置和定向可移除地安装在外壳40的内腔43内，以便于其与光学系统35一起使用。在一些实施例中，每当使用具有类似构造的安装部分的一个不同的一次性棱镜30时，可以将具有类似构造的安装部分的不同一次性棱镜30分别以类似的方式可移除地安装在外壳40内，以便于折射计20重复使用。本领域技术人员将理解，可以在外壳40和一次性棱镜30的不同实施例中使用多种不同的安装技术(例如，卡入式安装凸片、滑动锁定杆、旋钮、螺纹紧固件、粘合剂、锁定开关插座等)。
外壳40的内腔43可以在其中具有任何合适的介质，例如空气。在一些实施例中，空气可以扩散通过外壳40的内腔43，使得空气介于光学系统35的部件和一次性棱镜30之间。在其他实施例中，如本领域技术人员将理解的那样，可以使用除空气之外的合适介质填充外壳40的内腔43。
在一些实施例中，外壳40包括可重复使用的部件，该部件可以与多个一次性棱镜30串联使用以用于各种SUS应用。外壳40可以构造成使得它在用于SUS应用(研究中的流体仅与折射计20的一次性棱镜和与其连接的任何配件接触)之前不需要消毒。
在一些实施例中，一次性棱镜30被配置为在SUS应用中使用。一次性棱镜30可移除地安装在外壳40的内腔43内。在一些实施例中，合适的配件可以安装到一次性棱镜30上以允许流道37被放置成与在折射计20中进行研究的流体连通。配件的开口可从外壳40的外部经由外壳40中限定的合适的开口进入，以允许流体从折射计20的外部流入一次性棱镜30的流道37，流出一次性棱镜30的流道37并流出折射计20。
在所示的实施例中，一次性棱镜30可移除地布置在外壳40的内腔43内，使得光源50以与一次性棱镜30非接触地布置并且以与IoR传感器55非接触地布置。在一些实施例中，可以改变(1)光源50和一次性棱镜30之间的间隔和/或(2)IoR传感器55和一次性棱镜30之间的间隔。将一次性棱镜30与光学系统35的部件以非接触关系布置可以有助于允许光学系统35的部件在使用具有消毒过的一次性棱镜30的折射计20之前不消毒而仍然经由一次性棱镜30保持穿过折射计20的无菌流动路径。
一次性棱镜30包括由透光材料制成的主体70。主体70包括受光面71、光折射面72、第一侧面和第二侧面(图1中仅示出了第一侧面73)以及界面75。受光面71和光折射面72大致为平坦的且彼此不平行。侧面73大致为矩形并且沿纵轴线LA彼此横向间隔开，以确立主体70的厚度以及受光面71和光折射面72的尺寸。
界面75限定了流道37，其沿着纵轴线LA延伸穿过主体70。一次性棱镜30的流道37大致是圆柱形的，并且具有通道半径R1和通道直径D1。
在一些实施例中，至少主体70的受光面71、光折射面72和界面75被加工和抛光以用作光学棱镜。例如，在一些实施例中，一次性棱镜30的主体70的受光面71、光折射面72和界面75均具有等于或小于0.1Raμm的表面光洁度值。
在一些实施例中，一次性棱镜30由具有适合用作棱镜的光学清晰度的合适材料制成。在一些实施例中，一次性棱镜30由能够承受消毒过程并且仍然适合用作棱镜的合适材料制成。例如，在一些实施例中，一次性棱镜30的主体70在一次性棱镜30被照射消毒之后是透光的。例如，在一些实施例中，棱镜30由这样的合适材料制成，该材料能够承受典型预期应用的消毒剂量(例如～25-50kGy)的伽马辐射，而不会影响主体70的特性(这将使得它不适合作为棱镜的预期用途)。
在一些实施例中，棱镜30由折射率(IoR)高于打算使用折射计20评估的流体(或多个流体)的IoR的材料制成。在一些实施例中，一次性棱镜30由折射率(RI)高于打算使用折射计20评估的流体的折射率(RI)的材料制成。
在一些实施例中，一次性棱镜30由包括合适聚合物(例如聚碳酸酯(PC)、丙烯酸(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)、聚砜和聚醚酰亚胺(PEI))的透光材料制成。在一些实施例中，一次性棱镜30由包括合适的聚合物材料的透光材料制成，该聚合物材料满足对与生物制药流体接触的聚合物(例如PC和PEI)的USP VI级监管要求。
在一些实施例中，一次性棱镜30可以具有适合用作IoR传感器55的棱镜并且研究中的流体穿过的任何形状。一次性棱镜30的主体70的合适形状的示例包括矩形(参见例如图4和5)或三角形(参见例如图4和5)块体。在一些实施例中，一次性棱镜30可以具有任何合适的尺寸。例如，在一些实施例中，一次性棱镜30的尺寸可以适当地按比例放大和/或缩小以允许根据期望的体积流速使用不同尺寸的流道37进行IoR测量。
在一些实施例中，光源50包括用于根据流体的特性与通过棱镜30的流道37的流体产生反射型相互作用的任何合适的光源。在一些实施例中，光源50适合于发射包括单色波长光的光。在一些实施例中，光源50包括发光二极管，例如单色激光二极管。例如，在一些实施例中，光源50包括适合于发射准直激光束的单色激光模块。在一些实施例中，光源50可以包括不同的单色波长光源。
在一些实施例中，光源50安装在外壳40内并且与控制单元45处于可操作的布置，使得控制单元45可以选择性地操作光源50。在所示的实施例中，光源50被布置在外壳40内，使得光源50与可移除地安装在外壳40的内腔43内的一次性棱镜30以间隔开的非接触关系布置。在一些实施例中，光源50和一次性棱镜30之间的距离可以变化。在一些实施例中，光源50被布置在外壳40内，使得光源50被配置为在光路80中选择性地发射光，光路80发源于一次性棱镜30外部的一位置。光路80从光源50通过一次性棱镜30的受光面71延伸到界面75。
在一些实施例中，光源50相对于一次性棱镜30的受光面71布置，使得来自光源50的光路80以最小或微不足道的光弯曲进入棱镜30，使得棱镜30有效地操作以根据通过流道37的流体的特性将光重新指向IoR传感器55。在一些实施例中，光源50相对于一次性棱镜30布置，使得光路80大致垂直于受光面71和流道37的纵轴线LA。在一些实施例中，包括光路80的光线从光源50垂直传播并穿过外壳40的内腔43内的空气介质，穿过棱镜30的受光面71到达界面75，光线在该表面75处根据通过流道37的流体的IoR被折射或全内反射。
在所示的实施例中，光源50与一次性棱镜30的流道37布置在一起以产生反射型几何形状，其中光源50的光路80和流体穿过棱镜30的流道37。在一些实施例中，光源50的光路80大致是圆柱形的，其光路直径D2小于棱镜30的流道37的直径D1。在所示的实施例中，光源50的光路80的直径D2名义上地等于棱镜30的流道37的半径R1。
IoR传感器55布置在外壳40的内腔43内，使得IoR传感器55被配置为检测在界面75处从光路80反射并通过一次性棱镜30的光折射面72的光的范围81、82。IoR传感器被配置为产生指示IoR传感器检测到的全内反射光的IoR信号。在一些实施例中，IoR传感器55安装在外壳40内并且与控制单元45处于可操作布置，使得控制单元45可以选择性地操作IoR传感器55并且可以从IoR传感器接收指示IoR传感器55基于从界面75反射的光的范围81、82检测到的全内反射光的IoR信号。
在一些实施例中，IoR传感器55被定位成基于打算用折射计20评估的不同流体的范围检测从界面75反射并通过一次性棱镜30的光折射面72的光的预期分布的整个范围81、82。在一些实施例中，IoR传感器55定位成大致平行于棱镜30的光折射面72。
在一些实施例中，IoR传感器55适合于借助于来自在包括光学窗口的一次性棱镜30的界面75上形成的光路80的光的全反射产生指示通过一次性棱镜30的流道37的流体以及通过一次性棱镜30的流道37的流体的折射率的IoR信号。在使用中，光束从光源50以指向光学窗口(棱镜30)与通过流道37的流体之间的界面75的光路80的形式发射。光路80的光束的部分81、82被通过流道37的流体完全反射，而光路80的部分光束被吸收到流体中。在一些实施例中，IoR传感器55可以被配置为在其上接收反射部分81、82，从而接收光图像，其中亮区域和暗区域之间的边界线的位置取决于全反射的临界角因而取决于通过流道37的流体的折射率。在一些实施例中，IoR传感器55被配置为发送指示通过流道37的流体的折射率的IoR信号。
在一些实施例中，IoR传感器55包括任何合适的IoR传感器，用于根据流体的特性在与通过一次性棱镜30的流体通道37的流体相互作用之后检测来自光路80的全反射。在一些实施例中，IoR传感器55包括大致平行于一次性棱镜30的光折射面72定位的线性光学阵列。在一些实施例中，IoR传感器55可以包括电荷耦合器件(CCD)相机。
在一些实施例中，IoR传感器55包括像素阵列形式的光学检测器。像素阵列可适用于接收来自棱镜30的反射/折射光，并且IoR传感器55可适用于从像素阵列获取原始光数据集并将该数据转换为发送到控制单元的IoR信号45。
在一些实施例中，采取措施以减少可能影响折射计20的测量能力的流体温度和棱镜温度波动的发生率。在一些实施例中，可以通过使流体恒温来减少温度依赖性。在一些实施例中，如本领域技术人员将理解的那样，可以通过经由合适的补偿公式进行补偿来减少温度依赖性。
在一些实施例中，如本领域技术人员将容易理解的那样，控制单元45可以是被配置为操作光学系统35的部件的任何合适的控制器。在一些实施例中，控制单元45包括处理器85和承载IoR程序的非暂时性计算机可读介质87。控制单元45与光源50和IoR传感器55两者电连通并且适合于选择性地操作它们两者。处理器85与IoR传感器55电连通以从其接收IoR信号。处理器85用IoR程序编程。
在一些实施例中，IoR程序包括特性确定模块，其被配置为基于IoR信号确定通过一次性棱镜30的流道37的流体的特性值。在一些实施例中，IoR程序被配置为使用来自IoR传感器55的IoR信号来计算通过一次性棱镜30的流道37的目标流体的折射率和/或浓度。
在一些实施例中，控制单元45可以包括数据存储设备88，该数据存储设备88包括被配置为由IoR程序使用的数据。例如，在一些实施例中，数据存储设备88可以包括IoR数据，这些数据可用于帮助IoR程序执行本领域技术人员将理解的各种任务，例如识别通过一次性棱镜的流道的流体，确定从IoR传感器发送的IoR值是否在通过一次性棱镜30的给定流体的预定容差范围内，确定流体中物质的浓度测量值，随时间跟踪IoR差异以帮助确定过程状态是否发生变化，并确定给定流体的密度和/或温度。
参考图2和3，示出了根据本公开的原理构造的折射计120的另一个实施例。图2和图3的折射计120包括矩形一次性棱镜130和具有可移除盖145的外壳140，该盖被配置为帮助相对于光学系统135对一次性棱镜130进行索引，光学系统135包括光源150和IoR传感器155。
外壳140限定棱镜开口147以及第一样本端口148和第二样本端口149。棱镜开口147以及第一样本端口148和第二样本端口149均与外壳140的内腔143连通。可移除盖145被配置为当盖145安装到外壳140时封闭棱镜开口147。棱镜开口147的尺寸被设计成允许操作者进入外壳140的内腔143，例如，以便于调整光学系统135的部件。可移除盖145包括用于可移除地安装一次性棱镜130的结构。可移除盖145可索引地安装到外壳140上，以使得串行地安装到该145的每个一次性棱镜130以相对于光学系统135的可重复位置定位于外壳140的内腔143内。
参照图3，一次性棱镜130包括第一侧面173和第二侧面174，它们限定了与由界面175限定的流道137连通的第一通道开口177和第二通道开口178。一次性棱镜130包括附接到主体170的第一侧面173和第二侧面174的第一配件191和第二配件192，使得第一配件191和第二配件192分别布置成与第一通道开口177和第二通道开口178连通以流体地通过一次性棱镜的流道137相互连接第一配件191和第二配件192。第一配件191和第二配件192分别连接到限定在外壳140中的第一样本端口148和第二样本端口149，使得第一配件191和第二配件192可以经由第一样本端口148和第二样本端口149从外壳140内部接近，以将研究的流体的供应源流体地连接到样本端口148和样本端口149之一以使流体通过一次性棱镜130的流道137，并将保存流体的库或其他装置连接到样本端口148和样本端口149中的另一个以在折射计120内评估之后接收通过一次性棱镜的流道137的流体。
图2和图3的折射计120在其他方面关于其构造和操作类似于图1的折射计20。例如，图2和图3的折射计120的光学系统135具有与图1的折射计20的光学系统35相同的结构，并且以相同的方式操作。
参考图4和图5，其示出了图2和图3的折射计120的一次性棱镜130。所示的一次性棱镜130具有矩形主体170，其流道137沿垂直于流道137的纵轴线LA截取的横截面具有圆形横截面形状。一次性棱镜130包括由透光材料制成的主体170。
参考图5，主体170包括受光面171、光折射面172、第一侧面173和第二侧面174和界面175。受光面171和光折射面172大致是平坦的和彼此处于非平行关系。在所示的实施例中，作为主体170的矩形形状的一部分，受光面171和光折射面172大致彼此垂直。在所示的实施例中，受光面171和光折射面172每个都是矩形的。
第一侧面173和第二侧面174是矩形的并且沿纵轴线LA以彼此横向间隔开地布置。第一侧面173和第二侧面174都包括第一侧边195、196和第二侧边197、198。受光面171在第一侧面173和第二侧面174的第一侧边195、196之间延伸。光折射面172在第一侧面173和第二侧面174的第二侧边196、198之间延伸。第一侧面173和第二侧面174分别限定第一通道开口191和第二通道开口192。
界面175限定穿过主体170的流道137，其与第一通道开口191和第二通道开口192连通。流道137沿着纵轴线LA在第一通道开口191和第二通道开口192之间延伸。
在一些实施例中，图4和图5的一次性棱镜130就其构造和/或操作在其他方面可以类似于图1的一次性棱镜30。
参考图6和图7，示出了根据本公开的原理构造的一次性棱镜230的另一个实施例，其适用于根据本公开的原理构造的折射计的实施例。所示的一次性棱镜230具有三角形主体270，该三角形主体270具有流道237，该流道沿着垂直于流道237的纵轴线LA截取的横截面具有圆形横截面形状。一次性棱镜230包括由透光材料制成的主体270。
参考图7，主体270包括受光面271、光折射面272、第一侧面273和第二侧面274以及界面275。受光面271和光折射面272大致是平坦的和彼此处于非平行关系。在所示的实施例中，作为主体270的等边三角形形状的一部分，受光面271和光折射面272相对于彼此成标称的60度内角。在所示的实施例中，受光面271和光折射面272均为矩形的。界面275限定了流道237。
第一侧面273和第二侧面274是三角形的并且沿纵轴线LA以彼此横向间隔的关系布置。在一些实施例中，图6和图7的一次性棱镜230在其他方面可以类似于图1的一次性棱镜30以及图4和图5的一次性棱镜130中的一个或两个，包括关于它们的构造和/或操作。
在根据本公开的原理构造的折射计的其他实施例中，折射计构造可以采用替代形式。例如，在一些实施例中，外壳可以具有不同的配置。在其他实施例中，折射计可包括具有不同形状的一次性棱镜。在一些实施例中，如本领域技术人员将理解的那样，折射计的光学系统可以包括不同的部件。
在遵循本公开的原理使用折射计的方法的实施例中，根据本公开的原理构造的折射计用于使用本文讨论的折射计的一次性棱镜来执行应用。在一些实施例中，遵循本公开的原理使用折射计的方法可以与根据本文讨论的原理的折射计的任何实施例一起使用，该折射计可以包括根据本公开的原理构造的一次性棱镜的实施例。
在遵循本公开的原理使用折射计的方法的实施例中，根据本公开的原理构造的一次性棱镜例如通过伽马照射至典型的消毒剂量(～50kGy)进行消毒。在一些实施例中，在对一次性棱镜进行消毒之前，将合适的配件安装到一次性棱镜上。消毒后，一次性棱镜通过配件无菌安装到一次性歧管中。
包括安装在外壳中的光源和IoR传感器的光学系统可以被定位成允许测量。消毒过的一次性棱镜可以可移除地附接到外壳上，并且可以进行校准/测量。外壳和光学系统打算可重复使用，并且因为通过一次性棱镜的流体不会与这些部件接触而不需要进行消毒。
来自光源的入射光线垂直通过一次性棱镜的受光面。当光线传播通过一次性棱镜时，它们撞击传感界面，该表面限定了通过一次性棱镜的流道，并且来自光源的至少一部分光线基于通过流道的流体的IoR在棱镜内部被内部反射。反射光线在通过一次性棱镜的光折射面进入外壳的内腔内的介质(例如空气)时被折射。从光折射面穿过一次性棱镜出来的光由IoR传感器进行检测，该IoR传感器发送一IoR信号给控制单元，该IoR信号指示通过一次性棱镜的流道的流体的IoR。
在一个实施例中，一种使用用于一次性系统的折射计的方法包括将一次性棱镜可移除地安装在外壳的内腔中。一次性棱镜由透光材料制成。一次性棱镜包括具有受光面、光折射面和界面的主体。受光面和光折射面大致为平坦的。界面限定了沿纵轴线延伸穿过主体的通道。
在一些实施例中，在将一次性棱镜可移除地安装在外壳的内腔中之前，通过任何合适的技术(例如通过照射一次性棱镜)对一次性棱镜进行消毒。在一些实施例中，一次性棱镜在该一次性棱镜通过照射消毒之后是透光的。
流体通过一次性棱镜的通道。光路从一次性棱镜外部的内腔内通过一次性棱镜的受光面指向界面。该光路大致垂直于通道的纵轴线。
从在界面反射并通过一次性棱镜的光折射面的光路检测全内反射光。生成指示检测到的全内反射光的IoR信号。基于IoR信号确定流体特性的值。在一些实施例中，流体通过一次性棱镜，使得流体不接触用于产生光路或检测全内反射的部件。
从外壳中移除一次性棱镜。在一些实施例中，通过照射第二一次性棱镜对第二一次性棱镜进行消毒。第二一次性棱镜是与第一一次性棱镜分开的部件，但以与第一一次性棱镜相同的方式构造。消毒后，第二一次性棱镜可移除地安装在外壳的内腔中。并且，使用用于产生光路和检测全内反射那样的部件，以具有安装在其中的第二一次性棱镜的折射计再次重复评估步骤。
本文引用的所有参考文献，包括出版物、专利申请和专利，都以相同的程度通过引用并入本文，就好像每个参考文献被单独地和具体地指示为通过引用并入并在本文全文阐述一样。
在描述本发明的上下文中(尤其是在以下权利要求的上下文中)，术语“一”、“一个”和“该”以及类似指代的使用应被解释为涵盖单数和复数，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。除非另有说明，否则术语“包括”、“具有”、“含有”和“包含”应被解释为开放式术语(即，意为“包括但不限于”)。除非本文另有说明，否则本文对数值范围的引用仅打算作为单独提及落入该范围内的每个单独值的速记方法，并且将每个单独值并入说明书中，就好像其在本文中单独引用一样。除非本文另有说明或与上下文明显矛盾，否则本文所述的所有方法都可以任何合适的顺序进行。除非另外声明，否则本文中提供的任何和所有示例或示例性语言(例如“诸如”)的使用仅打算更好地阐明本发明并且不对本发明的范围构成限制。说明书中的任何语言都不应被解释为表明任何未要求保护的要素对于本发明的实践是必不可少的。
本文描述了本发明的优选实施例，包括发明人已知的用于实施本发明的最佳模式。通过阅读上述描述，那些优选实施例的变化对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。发明人期望技术人员适当地采用这种变化，并且发明人打算以不同于本文具体描述的方式来实践本发明。因此，本发明包括在适用法律允许的情况下所附权利要求中记载的主题的所有修改和等效物。此外，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾，否则本发明涵盖上述要素的所有可能变化形式的任何组合。

Claims (20)

1.一种用于一次性系统的折射计，该折射计包括：
外壳，该外壳限定一内腔；
一次性棱镜，该一次性棱镜可移除地布置在外壳的内腔内，该一次性棱镜包括由透光材料制成的主体，该主体包括受光面、光折射面和界面，该受光面和光折射面大致是平坦的，该界面限定了沿着纵轴线延伸穿过主体的通道；
光源，该光源布置在外壳内，使得光源被配置为选择性地沿发源于一次性棱镜外部的一位置的光路发射光，该光路从光源延伸穿过一次性棱镜的受光面到达界面，该光路大致垂直于受光面和通道的纵轴线；
折射率传感器，该折射率传感器布置在外壳的内腔内，使得折射率传感器被配置为检测在界面处从光路反射并通过一次性棱镜的光折射面的全内反射光，该折射率传感器被配置为生成指示折射率传感器检测到的全内反射光的折射率信号。
2.根据权利要求1所述的折射计，其中所述一次性棱镜的主体在通过照射对一次性棱镜进行消毒后是透光的。
3.根据权利要求2所述的折射计，其中所述透光材料包括聚合物。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的折射计，其中所述一次性棱镜的主体的受光面、光折射面和界面均具有等于或小于0.1Raμm的表面光洁度值。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的折射计，其中所述光源发出的光包括单色波长光。
6.根据权利要求5所述的折射计，其中所述光源包括适合于发射准直激光束的单色激光模块。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的折射计，其中所述一次性棱镜可移除地布置在所述外壳的所述内腔内，使得所述光源布置为与所述一次性棱镜成非接触关系。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的折射计，其中所述一次性棱镜的通道大致为圆柱形并具有通道直径，所述光源的光路具有光路直径，所述光路直径小于所述通道直径。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的折射计，其中所述一次性棱镜的通道大致为圆柱形并具有通道半径，所述光源的光路具有光路直径，所述光路直径名义上地等于所述通道半径。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的折射计，其中所述折射率传感器包括大致平行于所述一次性棱镜的光折射面定位的线性光学阵列。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的折射计，其中：
外壳限定棱镜开口以及第一样本端口和第二样本端口，所述棱镜开口以及第一样本端口和第二样本端口与内腔连通，
所述一次性棱镜的主体包括第一侧面和第二侧面，所述第一侧面和第二侧面彼此成横向间隔关系布置，所述第一侧面和第二侧面均包括第一侧边和第二侧边，所述受光面在第一侧面和第二侧面的第一侧边之间延伸，而所述光折射面在第一侧面和第二侧面的第二侧边之间延伸，所述第一侧面和第二侧面分别限定第一通道开口和第二通道开口，并且
所述一次性棱镜包括附接到主体的第一配件和第二配件，使得所述第一配件和第二配件分别安装到主体，使得所述第一配件和第二配件分别与第一通道开口和第二通道开口连通，所述第一配件和第二配件能经由第一样本端口和第二样本端口从外壳外部接近。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的折射计，还包括：
控制单元，所述控制单元包括处理器和承载折射率程序的非暂时性计算机可读介质，所述处理器与折射率传感器电连通以从其接收折射率信号，所述处理器用折射率程序编程，所述折射率程序具有特性确定模块，该模块被配置为基于折射率信号确定通过一次性棱镜的通道的流体的特性值。
13.一种用于折射计的一次性棱镜，该一次性棱镜包括：
主体，所述主体由透光材料制成，并且包括：
受光面、光折射面、第一侧面和第二侧面以及界面，
所述受光面和所述光折射面为平坦的且彼此不平行，
所述第一侧面和第二侧面彼此成横向间隔关系布置，所述第一侧面和第二侧面均包括第一侧边和第二侧边，所述受光面在第一侧面和第二侧面的第一侧边之间延伸，而所述光折射面在第一侧面和第二侧面的第二侧边之间延伸，
所述界面限定穿过主体与第一通道开口和第二通道开口连通的通道，该通道沿纵轴线在第一通道开口和第二通道开口之间延伸。
14.根据权利要求13所述的一次性棱镜，其中所述主体的透光材料在通过照射对所述一次性棱镜进行消毒后是透光的。
15.根据权利要求14所述的一次性棱镜，其中所述主体的透光材料包括聚合物。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的一次性棱镜，其中所述一次性棱镜的主体的受光面、光折射面和界面均具有等于或小于0.1Raμm的表面光洁度值。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的一次性棱镜，其中所述主体包括具有矩形或三角形形状的块体。
18.一种使用折射计的方法，该方法包括以下步骤：
(i)将一次性棱镜可移除地安装在外壳的内腔中，该一次性棱镜由透光材料制成，该一次性棱镜包括具有受光面、光折射面和界面的主体，所述受光面和光折射面大致是平坦的，所述界面限定了沿着纵轴线延伸穿过主体的通道；
(ii)使流体通过一次性棱镜的通道；
(iii)将光路从一次性棱镜外部的内腔内通过一次性棱镜的受光面指向界面，该光路大致垂直于通道的纵轴线；
(iv)检测来自光路的在界面处反射并通过一次性棱镜的光折射面的全内反射光；
(v)产生指示检测到的全内反射光的折射率信号；
(vi)基于折射率信号确定流体特性的值；
(vii)从外壳中移除一次性棱镜。
19.根据权利要求18所述的方法，该方法还包括：
在将一次性棱镜可移除地安装在外壳的内腔中之前，通过照射一次性棱镜对一次性棱镜进行消毒，所述一次性棱镜在通过照射对一次性棱镜进行消毒后是透光的。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述一次性棱镜包括第一一次性棱镜，所述方法还包括：
通过照射第二一次性棱镜对第二一次性棱镜进行消毒，所述第二一次性棱镜是与所述第一一次性棱镜分开的部件，但以与所述第一一次性棱镜相同的方式构造；
消毒后，将第二一次性棱镜可移除地安装在外壳的内腔中；
用第二一次性棱镜重复权利要求18的步骤(ii)-(vii)。
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