CN116507891A - 用于可变路径长度系统的光源 - Google Patents

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Abstract

一种用于确定样品的特性的系统包括用于将光引导到光谱仪的输入中的光源。光谱仪将接收到的光分成光输出，每个光输出具有不同的波长。有源波长选择模块(AWSM)包括光学接收组件(ORC)。致动器被耦合到光谱仪和/或ORC，以调整光谱仪和AWSM之间的相对位置，使得ORC可接收来自多个光输出中选定的一个的光。ORC被配置为将接收到的光引导到样品。收集器被定位成收集穿过样品的一部分光，并将收集的光递送到分析模块。分析模块被配置为确定透射通过样品的光的量，并将透射光与样品的特性关联。

Description

用于可变路径长度系统的光源
技术领域
本公开的实施例总体上涉及用于光谱学的光源，并且更具体地，涉及一种与促进光谱测量的可变路径长度采样设备一起使用的改进的、高分辨率和紧凑的光源。
背景技术
光谱学分析是一个广泛的领域，在该领域中，通过与能量相互作用(例如，吸收、发光、发射等)产生的电磁光谱来确定任何相(气体、液体、固体)中材料的组成和性质。光谱化学分析的一个方面，被称为光谱学，涉及辐射能与感兴趣材料的相互作用。用于研究这种物质-辐射相互作用的特定方法定义了光谱学的许多子领域。
吸收光谱学测量液体物质的光学吸收光谱。吸收光谱是作为光波长的函数的光衰减(由于吸光度)的分布。例如，在一个简单的光谱仪中，待研究的样品物质被放置在一个透明容器中，也被称为比色皿或样品池。已知波长λ(例如，紫外、红外、可见光等)和强度I的电磁辐射(光)入射到透明容器(例如，比色皿或样品池)的一侧。测量出射光强度的检测器被放置在透明容器(例如，比色皿或样品池)的相对侧。光在样品中传播的长度是距离d。
标准UV/可见光谱仪使用具有1cm路径长度的标准比色皿，并且通常容纳50至2000μL样品。对于由浓度为c的单一均匀物质组成的样品，透过样品的光将遵循称为比尔定律(Beer’s Law)的关系：
A＝εcl
其中A是波长λ下样品的吸光度(也被称为光学密度(OD))；其中OD是透射光与入射光之比的-log；ε是吸光系数或消光系数(通常在给定波长λ下为常数)；c是样品的浓度；并且l是光通过样品的路径长度。
溶液的光谱学测量被广泛应用于各个领域。溶液中的感兴趣化合物通常是高度浓缩的。例如，在测量吸光度时，某些生物样品(诸如蛋白质、DNA或RNA)经常以超出光谱仪线性范围的浓度被分离。因此，通常需要稀释样品以测量落在仪器线性范围内的吸光度值。也就是说，一般来说，如果样品池的浓度太高，则仪器的灵敏度不足以确定浓度(例如，高浓度样品等于发射光的高吸收，因此到达检测器的光量很低)。因此，用户通常会稀释溶液以降低浓度，以达到足够量的光到达检测器的程度。
然而，通常情况下，需要对样品进行多次稀释，这会导致稀释误差和去除针对任何下游应用稀释的样品。因此，需要在不知道可能浓度的情况下提取现有样品，并在不稀释的情况下测量这些样品的吸收。
防止或至少最小化稀释的一种方法或解决方案是利用可变路径长度光谱仪。美国专利号9939373公开了一种可变路径长度(VPL)设备，其响应于实时测量经由软件控制动态地调整参数，以扩展常规光谱仪的动态范围，从而可以测量几乎任何浓度的样品，而不会稀释原始样品的浓度，该专利的全部内容通过引用并入本文。此外，根据其中公开的一种或多种方法，不需要知道路径长度来确定样品的浓度。
也就是说，美国专利号9939373公开了用于样品的光谱学测量的交互式可变路径长度设备和方法。在使用中，通过提供大约0.2μm及以上的路径长度，仪器可以被用于测量非常浓缩的样品的浓度。这种小的路径长度允许测量过于浓缩而无法用常规光谱仪测量的样品。此外，仪器和方法在两个或三个不同路径长度区域中提供光谱扫描。这使用户能够在一次运行中确定样品中的最佳吸光度峰值。因此，可以通过比较多个路径长度和多个波长处的吸光度峰值数据来提供关于浓度测量的最优化信息，因为这些值可能由于样品中的内容而不同。这与使用标准固定路径长度比色皿的仪器形成对比，后者不能同时呈现所有这些数据。
参考图1，用于确定多个路径长度处的样品浓度的可变路径长度仪器10包括探头20(包括探头尖端20)、样品容器30、用于使探头尖端和样品容器相对于彼此移动的机构(例如，可操作地连接到样品容器30的电机40，使得样品容器30可以相对于探头20移动以提供可变路径长度)、可以检测电磁辐射的检测器50以及用于路径长度控制和测量参数的适当软件。在使用中，检测器50被布置和配置为基本上垂直于探头20发出的电磁辐射。光源(未示出)被附接到探头20的上端(例如，探头20的与探头尖端22相对的一端)，而探头尖端22的下端接触或被浸入被定位在样品容器30内的样品池中。探头尖端22和样品容器30相对于彼此是可移动的(例如，样品容器30可以是固定的，而探头20可以相对于样品容器30是可移动的，或者反之亦然，或者两者的组合(即，样品容器30和探头20都可以是可移动的))。在使用中，通过相对于样品容器30移动探头20，路径长度是可调节的。例如，对于较高浓度的样品，可以利用较小的路径长度来获得所需的吸光度值范围。
在使用中，将样品放置在样品容器30内。然后移动探头20，使得探头尖端22接触样品容器30的底部，从而将探头顶部22浸入样品内。此后，探头20相对于样品容器30移动，使得探头20从样品容器30的底部以预定的增量移动穿过样品，从而获得穿过溶液的预选路径长度。获取预定波长处的吸光度读数。重复相对于样品移动探头20和进行测量的步骤。从吸光度和路径长度生成回归线，包括获得回归线的斜率。最后，通过用回归线的斜率除以样品的消光系数来确定样品的浓度。
当前系统的一个缺点是，与这种系统一起使用的光源体积庞大。例如，当前光源可以具有20”×22”×8”的整体尺寸，这大于通常可能狭窄的分析空间所期望的尺寸。因此，可以直接集成到可变路径长度仪器或其他分析仪器中的紧凑型光源将是有利的。
当前系统的另一个缺点是，与这种系统一起使用的光源不能提供所需的高分辨率的光。
考虑到这些缺点，提供了本公开。
发明内容
提供本概述是为了以简化形式介绍一些概念选择，这些概念选择将在下面的详细描述中进一步描述。本概述不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在帮助确定所要求保护主题的范围。
本文公开了一种用于确定样品特性的系统。在一个实施例中，该系统包括光源，该光源被定位成将光引导到光谱仪的输入中，光谱仪被定位成接收来自光源的光并将光分成多个光输出，每个光输出具有不同的波长；有源波长选择模块(AWSM)，其包括光学接收组件(ORC)；致动器，其耦合到光谱仪和ORC中的至少一个，以选择性地调整光谱仪与AWSM之间的相对位置，使得ORC可接收来自多个光输出中选定的一个的光，其中，ORC被配置为将接收的光引导到样品；以及收集器，其被定位为收集穿过样品的光的一部分，并将收集的光递送到分析模块；其中，分析模块被配置为确定透射通过样品的光量，并将透射光与样品的特性关联。
在一些实施例中，致动器被配置为在第一和第二相互垂直的方向上选择性地调整ORC和光谱仪之间的相对位置，使得ORC接收多个光输出中选定的一个。
在一个实施例中，ORC包括单个光纤或光纤阵列。
在一个实施例中，样品的特性是样品中目标化合物的浓度、消光系数、散射或颜色。
在一个实施例中，目标化合物是蛋白质、抗体、病毒、基因治疗、细胞治疗、牛血清白蛋白(BSA)、疫苗、来自基因和细胞治疗药物的病毒、DNA、RNA、细胞比率、抗体缀合物、啤酒、葡萄酒和表面活性剂中的至少一种。
在一个实施例中，分析模块包括可变路径长度仪器。
在一个实施例中，致动器的扫描长度为从光谱仪接收的光的100纳米(nm)至1毫米(mm)。
在另一个实施例中，公开了用于样品分析的波长选择机构。在一个实施例中，波长选择机构包括光谱仪，用于接收来自光源的光并输出多个不同波长的光；光学接收组件，用于接收由光谱仪输出的光；以及致动器，其耦合到光学接收组件和光谱仪中的一个，致动器被配置为选择性地调整光学接收组件和光谱仪之间的相对位置，使得光学接收组件接收多个光输出中选定的一个，多个光输出中选定的一个具有用于确定样品中的目标化合物的波长。
在一些实施例中，致动器被配置为在第一和第二相互垂直的方向上选择性地调整ORC和光谱仪之间的相对位置，使得ORC接收多个光输出中选定的一个。
在一个实施例中，ORC包括单个光纤或光纤阵列。
在一个实施例中，样品的特性是样品中目标化合物的浓度、消光系数、散射或颜色中的至少一种。
在一个实施例中，目标化合物是蛋白质、抗体和病毒中的至少一种。
在一个实施例中，分析模块包括可变路径长度仪器。
在一个实施例中，致动器的扫描长度为从光谱仪接收的光的100nm至1mm。
在另一个实施例中，公开了一种用于确定样品特性的方法。在一个实施例中，该方法包括：将光引导到光谱仪的输入中；在光谱仪处，将光分成多个光输出，每个光输出具有不同的波长；将多个光输出投射到有源波长选择模块(AWSM)上；相对于彼此移动光谱仪和AWSM的光学接收组件(ORC)中的至少一个，使得ORC从多个光输出中选定的一个接收光；将接收的光引导到样品；收集穿过样品的接收光的量；将收集的接收光的量引导到分析模块；以及在分析模块处，将收集的光与样品的特性关联。
在一些实施例中，移动光谱仪和ORC中的至少一个包括在第一和第二相互垂直的方向上调整ORC和光谱仪之间的相对位置，使得ORC接收多个光输出中选定的一个。
在一个实施例中，ORC包括单个光纤或光纤阵列。
在一个实施例中，样品的特性是样品中目标化合物的浓度、消光系数、散射或颜色中的至少一种。
在一个实施例中，目标化合物是蛋白质、抗体、病毒、基因治疗、细胞治疗、牛血清白蛋白(BSA)、疫苗、来自基因和细胞治疗药物的病毒、DNA、RNA、细胞比率、抗体缀合物、啤酒、葡萄酒和表面活性剂中的至少一种。
在一个实施例中，分析模块包括可变路径长度仪器。
在一个实施例中，致动器的扫描长度为从光谱仪接收的光的100nm至1mm。
在另一个实施例中，公开了一种用于校准样品分析中使用的选择机构的方法。该方法包括：在光谱仪处，将输入光分成多个光输出，每个光输出具有不同的波长；将多个光输出投射到有源波长选择模块(AWSM)的光学接收组件(ORC)上；将光谱仪和ORC中的至少一个移动预定量，使得ORC从多个光输出中选定的一个接收光；将接收的光引导到校准模块；在校准模块处，将ORC的位置与在该位置处接收的光的波长关联；在存储器设备中，保存ORC的位置和在该位置处接收的光的波长；以及重复投射、移动、引导、关联和保存步骤以获得校准矩阵，该校准矩阵将ORC的多个位置与在多个位置中的每个位置处接收的多个光的波长关联。在一些实施例中，将光谱仪和ORC中的至少一个移动预定量包括在第一和第二相互垂直的方向上移动光谱仪和ORC中的至少一个。
附图说明
附图示出了迄今为止为其原理的实际应用而设计的公开方法的优选实施例，在附图中：
图1是已知可变路径长度系统的示例实施例的示意图；
图2是根据本公开的一个方面的用于向图1的可变路径长度系统提供光的光源系统的示例实施例的示意图；
图3是根据本公开的一个方面的用于向图1的可变路径长度系统输出光的光源系统的示例实施例的示意图；
图4是根据本公开的一个方面的用于确定样品的特性的方法的示例实施例的流程图；
图5是根据本公开的一个方面的用于校准供样品分析中使用的选择机构的方法的示例实施例的流程图；以及
图6是示出了沿着波长选择平面的最佳ORC位置以便从光谱仪获得最佳光束强度的示例实施例的示意图。
应当理解，附图不一定按比例绘制，并且所公开的实施例有时以图解和局部视图的形式示出。在某些情况下，对于理解所公开的方法和设备来说不必要的细节或者使得其他细节难以感知的细节可能已经被省略。应当进一步理解，本公开不限于本文所示的特定实施例。
具体实施方式
下面将参考附图更全面地描述紧凑型光源系统的各种特征、方面等，该紧凑型光源系统用于与例如可变路径长度(VPL)系统或仪器一起使用以确定样品的特性，其中将显示和描述光源系统的一个或多个方面或特征。应当理解，虽然将结合VPL系统描述紧凑型光源系统，但其应用不局限于此，并且紧凑型光源系统可以与各种其他系统中的任何系统一起使用，其非限制性示例是荧光计，其可以被用于分析所分析样品中的成分或成分的特性。应当理解，各种特征、方面等可以彼此独立或组合使用。应当理解，如本文所公开的光源系统可以以许多不同的形式被体现，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开将光源系统的某些方面或特征传达给本领域技术人员。在附图中，除非另有说明，否则相同的数字始终指代相同的元件。
本文所公开的是用于向VPL系统提供光的光源系统的实施例的示例，该VPL系统诸如图1所示并在美国专利第9939373号中公开，其内容全部并入本文。在使用中，光源系统可以用于向VPL系统提供光以测量样品的一个或多个参数。在一个实施例中，样品可以是液体，并且可以在不稀释样品的情况下测量一个或多个参数。例如，UV光谱仪光可以用于测量样品池的性质，包括例如测量样品池内的蛋白质和抗体的浓度。然而，应当理解，该系统可以用于测量样品的各种特性中的任何一种，诸如消光系数、散射、颜色、颗粒大小、细胞计数和纯度。然而，应当理解，该系统不限于测量上述特性，并且可以用于测量被观察材料的任何适当的物理性质。此外，应当理解，该系统可以用于测量多种目标化合物中的任何一种，包括但不限于，例如疫苗、来自基因和细胞治疗药物的病毒、DNA、RNA、细胞比率、抗体缀合物、啤酒、葡萄酒、表面活性剂等。因此，除非明确声明，否则本公开不应限于任何特定的样品池和/或特性。
参考图2和图3，在实施例的一个示例中，光源系统100可以包括光源110和光谱仪120。在使用中，光源110可以被定位在光谱仪120的上游，并且被布置和配置为将光引导到光谱仪120的输入122中，光谱仪120被布置和配置为接收来自光源110的光并将光分成多个光输出125，每个光输出125具有不同的波长λ1、λ2、λ3…λn。这样布置，光源系统100通过提供紧凑型或微型光谱仪120克服了现有技术的缺点，该光谱仪120可以被用于以期望的高分辨率(≈.15nm)将入射光分成不同波长。
光源110可以是现在已知或以后开发的任何合适的光源。例如，在一个非限制性示例实施例中，光源110可以是氙气灯或诸如单色LED的LED灯，但是应当理解，可以使用任何其他合适的光源。在使用中，光可以经由光纤元件被传送到光谱仪120的输入122，尽管可以使用任何合适的光学传输机制。
如图所示，光谱仪120被定位在光源110的下游，并被耦合到光源以接收来自光源的光。在使用中，光谱仪120被布置和配置为接收来自光源110的光并将光分成多个光输出125，每个光输出125具有不同的波长λ1、λ2、λ3…λn(例如，光谱仪120接收输入的光并将光分成单独的、分离的输出，每个输出具有不同的波长λ1、λ2、λ3…λn，然后被输出到有源波长选择模块150，这将在下面更详细地描述)。在一个实施例中，光谱仪120被布置和配置为具有紧凑的配置，并且被布置和配置成以期望的高分辨率(≈.15nm)将光分成不同的波长。
如图所示且如前所述，在一个实施例中，光源系统100包括有源波长选择模块(AWSM)150。在使用中，AWSM 150被配置为经由可选择性重新定位的光学接收组件(ORC)160选择性地接收多个光输出125中的一个或多个。在一个实施例中，ORC 160可以是光纤、具有亚微米精度的单个元件检测器、单个光纤、光纤阵列或者现在已知或以后开发的任何其他合适的载光组件。在一个实施例中，光谱仪120和/或ORC 160可以通过现在已知或以后开发的任何合适的机构相对于彼此移动。例如，在一个实施例中，致动器165(例如，诸如步进电机、螺线管电机或任何其他机构或电机)可以被布置和配置为提供可验证的增量移动。在使用中，AWSM 150可以包括直接或间接地耦合到ORC 160(如图2中示意性示出的)的致动器165，以相对于光谱仪120移动ORC。然而，可替选地，致动器165可以被耦合到光谱仪120以相对于ORC 160移动光谱仪120，使得ORC 160可接收来自多个光输出125中选定的一个的期望的光输出。以这种方式，如下面将更详细描述的，用户可以根据所分析的特性和/或样品来选择或拨入所需的波长λ1、λ2、，λ3…λn。
在使用中，AWSM 150被布置和配置为充当有源和高精度致动机构。在使用中，AWSM150被布置和配置为使ORC 160和光谱仪120相对于彼此移动，使得ORC 160可以在沿着光谱仪120的多个位置125之一处收集光。如上所述，每个位置125可以对应于期望的输出光波长λ1、λ2、λ3…λn，使得通过将ORC160定位在多个位置125中选定的一个位置处，ORC 160收集所需波长的光(例如，通过将ORC 160重新定位到从多个位置125中选定的位置125之一，用户可以为每个单独的应用准确地选择所需的波长)。
例如，在一个实施例中，光谱仪120可以包括在其长度上延伸的多个输出光位置125。在一个非限制性示例实施例中，扫描长度可以对应于100nm至1mm之间的输出光波长。在其他非限制性示例实施例中，扫描长度可以对应于200nm至400nm之间的输出光波长。应当理解，这些仅仅是示例，并且可以使用其他扫描长度。在使用中，ORC 160可以被定位在沿扫描长度的任何位置，以选择适合于分析特定样品的单独波长。例如，在图3所示的实施例中，AWSM 150可以提供十二个单独的光“选择”位置，尽管这仅仅是为了说明而不是旨在限制。
因此，通过对光谱仪120或ORC 160中的一个进行选择性地移动、重新定位或类似操作，用户可以选择要被传送到VPT系统的期望波长的光。因此，该系统被布置和配置为便于分析各种不同的样品类型和浓度。也就是说，通过使光波长能够被调整，该系统被布置和配置为用于分析需要各种不同光波长的不同样品。如本领域普通技术人员将理解的，取决于所测试的样品，并且更具体地，取决于所测试的样品的特性，需要不同的波长以便提供所需的分析结果。利用所公开的系统和方法，用户可以简单地选择或拨入所需的波长以对给定样品执行特定分析。例如，用户可以分析病毒、基因治疗、细胞治疗、蛋白质、抗体、牛血清白蛋白(BSA)等，用户知道需要什么波长。例如，蛋白质可能需要280nm波长，咖啡因可能需要272nm波长，染料可能需要310nm或412nm的波长。在使用中，用户可以将系统调整到所需的特定波长，以通过被分析的样品传送特定波长，并且因此获得必要的吸光度值。这样布置，系统被布置和配置成启用多种设置，使得用户能够对多个吸收峰进行采样(例如，系统能够扫描以找到不同波长处的不同吸收峰，从而拨入不同波长以获得不同的峰)。下面的表1标识了常见材料的几个非限制性示例吸收峰。
如图2示意性所示，收集的光可以由ORC 160通过样品池170(诸如样品容器30)被传送到收集器、检测器或类似物180(例如，诸如检测器50)。在使用中，收集器180可以被定位为收集穿过样品池或容器170的一部分光，并且将收集的光递送到分析模块185，其中分析模块185被配置为确定透射通过样品的光量并将透射的光与样品的特性关联。在一个非限制性示例实施例中，分析模块185可以是VPL系统的形式。分析模块185可以包括或被耦合到处理器186和存储器187。处理器186还可以被直接或间接耦合到AWSM 150、编码器190、致动器165和/或系统的任何其他组件，以实现对系统100或其部分的一个或多个方面的自动控制。
如上所述，系统可以包括致动器，该致动器被配置为使光谱仪120和ORC 160相对于彼此移动，以便ORC 160可接收来自光谱仪120的多个光输出125中选定的一个的光。因此，致动器可以被耦合到光谱仪120，以相对于ORC 160移动光谱仪。可替选地，致动器可以被耦合到ORC 160，以相对于光谱仪120移动ORC。此外，致动器可以被耦合到ORC 160和光谱仪120两者，以移动两个元件以调整它们的相对位置，使得ORC 160可接收来自光谱仪120的多个光输出125中选定的一个的光。在一个实施例中，致动器的扫描长度可以是从光谱仪120接收的光的100nm到1mm，或者在一个非限制性示例实施例中，从200nm到400nm。
参考图4，公开了用于确定样品200的特性的方法的示例实施例。如图所示，在步骤210处，光被引导到光谱仪120的输入122。在步骤220处，在光谱仪120处，光被分成多个光输出125，每个光输出具有不同的波长λ1、λ2、λ3…λn。在步骤230处，多个光输出125被投射到AWSM 150上。在步骤240处，光谱仪120和AWSM 150的ORC 160中的至少一个相对于彼此移动，使得ORC 160接收来自多个光输出125中选定的一个的光。在步骤250处，接收的光被引导到样品。在步骤260处，收集穿过样品的接收光的量。在步骤270处，收集的接收光的量被引导到分析模块185。在步骤280处，在分析模块280处，收集的光与样品的特性关联。
在一个实施例中，根据本公开的一个或多个方面，现在将描述所公开系统的校准方法。在使用中，为了获得精确的测量，希望提供精确且可重复选择波长的光。为了确保获得这样的波长精度(例如，为了确保选定的波长与被传送或输出的波长关联)，系统可以被校准以将从光谱仪120接收的光的特定波长与光谱仪120和ORC 160之间的特定相对位置相关联。在一个示例性实施例中，系统可以包括编码器190，其可以被安装到移动ORC 160的组件。编码器190可以是双轴可调的，以提供ORC 160纵向以及上/下调整。在使用中，编码器190将光谱仪120和ORC160的相对位置与由光谱仪120输出并由ORC 160接收的光125的特定波长关联。相对位置信息可以被存储在与处理器186相关联的存储器187中。通过关联和存储多个位置和光波长，校准库可以被生成并存储在存储器187中。结果，当用户选择特定的光波长以用于被分析的特定样品时，系统可以使用校准库以将选定的波长与光谱仪120和ORC160之间存储的相对位置关联。然后，编码器190可以指示致动器165(例如，步进电机或其他设备)将光谱仪120和ORC 160之间的相对位置调整到预定值，使得ORC 160接收来自光谱仪120的特定光波长的光。
例如，在一个实施例中，可以启动校准方法。在ORC 160相对于光谱仪120定位在第一位置的情况下，来自光谱仪120的输出光的波长可以被测量，并连同与第一位置相关联的编码器位置一起被存储在存储器中。然后，ORC 160可以相对于光谱仪120移动到第二位置，并且来自光谱仪120的输出光的波长可以被测量，并连同与第二位置相关联的编码器位置一起存储在存储器中。也就是说，ORC 160或光谱仪120在扫描方向(例如，我们相对于光谱仪120移动ORC 160的方向)上移动。可以针对光谱仪120和ORC 160之间的多个相对位置重复该过程，以建立包括多个波长/位置对的库。一旦记录了该库，用户可以选择用于特定样品的期望波长，并且系统可以将该波长与光谱仪120和ORC 160之间的特定相对位置关联。然后，系统可以移动光谱仪120、ORC 160或两者，以达到与选定波长相关联的预定位置。
参考图5，公开了用于供校准样品分析300中使用的选择机构的方法的示例实施例。如图所示，在步骤310处，在光谱仪120处，输入光被分成多个光输出125，每个光输出125具有不同的波长λ1、λ2、λ3…λn。在步骤320处，多个光输出被投射到AWSM 150的ORC 160上。在步骤330处，光谱仪120和ORC 160中的至少一个被移动预定的量，使得ORC 160从多个光输出125中选定的一个接收光。在步骤340处，接收到的光被引导到校准模块。在步骤350处，在校准模块处，ORC 160的位置与在该位置处接收的光的波长关联。在步骤360处，在存储器设备中，存储ORC 160的位置和在该位置处接收的光的波长。在步骤370处，重复步骤320(投射)、330(移动)、340(引导)、350(关联)和360(保存)，以获得校准矩阵，该校准矩阵将ORC160的多个位置与在多个位置中的每个位置处接收的多个光的波长关联。
根据本公开，可以使用更小、更紧凑(例如，更小的占地空间)的光源110，增加了系统的便携性。此外，通过结合本公开的方面，可以实现更容易使用、更不复杂的系统。此外，该系统提供了模块化构造，使得能够根据需要构建和组装各种组件。
现在参考图6，根据本公开的另一方面，其可以与本文公开的其他方面一起使用，系统100可以被配置为将ORC 160定位在相对于每个单独光束125的期望位置，以便最大化ORC 160在每个选定波长位置处接收的光量。这种布置可以确保ORC 160在各种波长上获得一致的光强度，以便最小化样品测量中的误差。
正如可以理解的，由光谱仪120发射的光束125的轮廓可以具有不同的形状，诸如圆形、椭圆形、矩形等，并且光的强度可能不会在整个光束形状上均匀地分布。因此，可能希望将ORC 160定位在每个光束内存在最大光强度的位置。图6示出了一个非限制性实施例，其中由光谱仪以各个波长λ1、λ2、λ3…λn发射的光输出125是椭圆形的，并且其中每个光输出的最佳光强度(即，最大强度)位于每个光束内的不同位置。例如，在所示实施例中，与一个或多个其他波长λ1、λ2、λ3…λn相比，最大光强度的位置可以位于沿y轴(垂直于扫描轴的轴)的不同位置。
因此，在一些实施例中，可以在AWSM 150或光谱仪120中或向其提供额外的运动度，以实现y轴上的位置调整，从而使系统100能够将OCR 160定位在每个波长位置处的最大光强度位置处。通过将ORC 160或光谱仪120布置成在垂直于扫描方向(图6中的x轴)的方向(图6中的y轴)上移动，系统可以定位ORC 160和/或光谱仪120以获得每个光束125内的最大光束强度点。
该最佳光束强度定位可以被集成到关于图5所述的校准方法中，因此，除了为每个所需波长λ1、λ2、λ3…λn存储OCR 160的扫描方向(x轴)位置之外，还获得并存储与每个所需波长的最大光强度相对应的OCR 160的额外y轴位置。结果，在操作中，除了沿着扫描轴(x轴)移动之外，ORC 160(或光谱仪120)可以在垂直于扫描轴的y轴方向上移动，使得ORC 160被定位在相关联光束125内的最大光束强度位置处。
因此，在校准、启动期间或测量样品之前，可以调整或优化光强度。这可以通过将预定波长的光束耦合到AWSM 150的ORC 160来实现。通过能够调整光强度，增加的透射光量可以被用于测量样品的浓度，从而允许更宽范围的样品测量，诸如更高的样品浓度。
可以理解，上述布置只是通过ORC优化光收集的方式的一个示例，并且可以使用其他布置。例如，设想可以通过调整光源110来调整光强度，例如，通过结合入口和/或出口狭缝、适当的光学器件等。
虽然本发明已经参考某些实施例进行了公开，但在不脱离所附权利要求书中定义的本发明的精神和范围的情况下，可以对所述实施例进行许多修改、变更和改变。因此，本发明旨在不限于所描述的实施例，而是具有由以下权利要求及其等同物的语言所限定的全部范围。

Claims (23)

1.一种用于确定样品的特性的系统，所述系统包括：
光源，其被定位为将光引导到光谱仪的输入中，所述光谱仪被定位为接收来自所述光源的所述光并将所述光分成多个光输出，每个光输出具有不同的波长；
有源波长选择模块(AWSM)，其包括光学接收组件(ORC)；
致动器，其耦合到所述光谱仪和所述ORC中的至少一个，以选择性地调整所述光谱仪与所述AWSM之间的相对位置，使得所述ORC能够接收来自所述多个光输出中选定的一个光输出的光，其中，所述ORC被配置成将所接收的光引导到样品；以及
收集器，其被定位为收集穿过所述样品的光的一部分，并将所收集的光递送到分析模块；
其中，所述分析模块被配置为确定透射通过所述样品的光的量，并将透射光与所述样品的特性关联。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述致动器被配置为在第一相互垂直的方向和第二相互垂直的方向上选择性地调整所述ORC和所述光谱仪之间的相对位置，使得所述ORC接收所述多个光输出中选定的一个光输出。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述ORC包括单个光纤或光纤阵列。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述样品的特性是所述样品中目标化合物的浓度、消光系数、散射或颜色中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述目标化合物是蛋白质、抗体、病毒、基因治疗、细胞治疗、牛血清白蛋白(BSA)、疫苗、来自基因和细胞治疗药物的病毒、DNA、RNA、细胞比率、抗体缀合物、啤酒、葡萄酒和表面活性剂中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述分析模块包括可变路径长度仪器。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述致动器的扫描长度是从所述光谱仪接收的光的100nm至1mm。
8.一种用于供样品分析中使用的波长选择机构，所述波长选择机构包括：
光谱仪，用于接收来自光源的光并用于输出多个不同波长的光；
光学接收组件，用于接收由所述光谱仪输出的光；以及
致动器，其耦合到所述光学接收组件和所述光谱仪中的一个，所述致动器被配置为选择性地调整所述光学接收组件和所述光谱仪之间的相对位置，使得所述光学接收组件接收所述多个光输出中选定的一个光输出，所述多个光输出中选定的一个光输出具有用于确定所述样品中的目标化合物的波长。
9.根据权利要求8所述的波长选择机构，其中，所述致动器被配置为在第一相互垂直的方向和第二相互垂直的方向上选择性地调整所述ORC和所述光谱仪之间的相对位置，使得所述ORC接收所述多个光输出中选定的一个光输出。
10.根据权利要求8所述的波长选择机构，其中，所述ORC包括单个光纤或光纤阵列。
11.根据权利要求8所述的波长选择机构，其中，所述样品的特性是所述样品中目标化合物的浓度、消光系数、散射或颜色中的至少一种。
12.根据权利要求11所述的波长选择机构，其中，所述目标化合物是蛋白质、抗体和病毒中的至少一种。
13.根据权利要求8所述的波长选择机构，其中，所述分析模块包括可变路径长度仪器。
14.根据权利要求8所述的波长选择机构，其中，所述致动器的扫描长度为从所述光谱仪接收的光的100nm至1mm。
15.一种用于确定样品的特性的方法，包括：
将光引导到光谱仪的输入中；
在所述光谱仪处，将所述光分成多个光输出，每个光输出具有不同的波长；
将所述多个光输出投射到有源波长选择模块(AWSM)上；
相对于彼此移动所述光谱仪和所述AWSM的光学接收组件(ORC)中的至少一个，使得所述ORC接收来自所述多个光输出中选定的一个光输出的光；
将所接收的光引导到样品；
收集穿过所述样品的所接收光的量；
将所收集的所述接收光的量引导到分析模块；以及
在所述分析模块处，将所收集的光与所述样品的特性关联。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，移动所述光谱仪和所述ORC中的至少一个包括在第一相互垂直的方向和第二相互垂直的方向上调整所述ORC和所述光谱仪之间的相对位置，使得所述ORC接收所述多个光输出中选定的一个光输出。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述ORC包括单个光纤或光纤阵列。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述样品的特性是所述样品中目标化合物的浓度、消光系数、散射或颜色中的至少一种。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述目标化合物是蛋白质、抗体、病毒、基因治疗、细胞治疗、牛血清白蛋白(BSA)、疫苗、来自基因和细胞治疗药物的病毒、DNA、RNA、细胞比率、抗体缀合物、啤酒、葡萄酒和表面活性剂中的至少一种。
20.根据权利要求15所述的方法，其中，所述分析模块包括可变路径长度仪器。
21.根据权利要求15所述的方法，其中，所述致动器的扫描长度为从所述光谱仪接收的光的100nm至1mm。
22.一种用于供校准样品分析中使用的选择机构的方法，包括：
在光谱仪处，将输入光分成多个光输出，每个光输出具有不同的波长；
将所述多个光输出投射到有源波长选择模块(AWSM)的光学接收组件(ORC)上；
将所述光谱仪和所述ORC中的至少一个移动预定量，使得所述ORC从所述多个光输出中选定的一个光输出接收光；
将所接收的光引导到校准模块；
在所述校准模块处，将所述ORC的位置与在所述位置处接收的所述光的波长关联；
在存储器设备中，保存所述ORC的位置和在所述位置处接收的光的波长；以及
重复所述投射、移动、引导、关联和保存步骤以获得校准矩阵，所述校准矩阵将所述ORC的多个位置与在所述多个位置中的每个位置处接收的光的多个波长关联。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，将所述光谱仪和所述ORC中的至少一个移动预定量包括在第一相互垂直的方向和第二相互垂直的方向上移动所述光谱仪和所述ORC中的至少一个。
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