WO2017090017A1 - Espectrômetro portátil de espalhamento de luz e processo para determinação da função de autocorrelação temporal média - Google Patents

Espectrômetro portátil de espalhamento de luz e processo para determinação da função de autocorrelação temporal média Download PDF

Info

Publication number
WO2017090017A1
WO2017090017A1 PCT/IB2016/057168 IB2016057168W WO2017090017A1 WO 2017090017 A1 WO2017090017 A1 WO 2017090017A1 IB 2016057168 W IB2016057168 W IB 2016057168W WO 2017090017 A1 WO2017090017 A1 WO 2017090017A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
photoactive
portable light
light scattering
sample
Prior art date
Application number
PCT/IB2016/057168
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Luiz Orlando Ladeira
Oscar Nassif DE MESQUITA
Livia Siman GOMES
Original Assignee
Universidade Federal De Minas Gerais
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from BR102015029829-3A external-priority patent/BR102015029829A2/pt
Application filed by Universidade Federal De Minas Gerais filed Critical Universidade Federal De Minas Gerais
Publication of WO2017090017A1 publication Critical patent/WO2017090017A1/pt

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/44—Raman spectrometry; Scattering spectrometry ; Fluorescence spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
    • G01N21/51—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid inside a container, e.g. in an ampoule

Definitions

  • the present invention is a portable light scattering spectrometer (EPEL) which uses photon correlation to measure and characterize dynamic light scattering in colloidal emulsions. It also deals with a process for determining the mean temporal autocorrelation function.
  • EPEL portable light scattering spectrometer
  • the device proposed in the present invention has a special configuration mecano-optical system comprising at least one coherent light source, lens, beam splitter, optical element that reflects and transmits the beams from the light source, property of polarization and other elements that provide superior features such as: reduced size; portable; easy handling; robust; perform diffusive dynamics measurements in short time; can be used open in a bright environment without blocking external ambient light on the sample and in various locations; good vibration tolerance, as well as enabling the configuration of the mecano-optical system in all spatial orientations.
  • EPEL may be used in laboratories and also for in situ diffusive dynamics determinations, including immunoassays.
  • Colloidal suspended particles exhibit Brownian motion, which is a random movement of translation of their center of mass and rotation of their axis, the latter for non-spherical particles.
  • the diffusive dynamics resulting from this random translational, rotational, and / or translational and rotational motion combined can be measured using the photon correlation spectroscopy technique, reviewed in the book “Photon Correlation and Light Beating Spectroscopy” by HZ Cummins and ER Pike, Plenum Press, New York (1974). Examples of application of this technique can be found in the articles "Photon correlation spectroscopic analysis of a natural electret material: Carnauba wax ", by GA Barbosa, R. Russi, AST Pires and ON Mosque, Appl. Phys.
  • the technique of photon correlation spectroscopy basically consists of collecting light scattered by particles dispersed in solution for some time, analyzing and measuring the dynamics associated with their Brownian motion. This analysis is performed through temporal fluctuations of the scattered light intensity l (t), collected at a certain angle from the incident light, by calculating the temporal intensity autocorrelation function (FACTI).
  • FACTI temporal intensity autocorrelation function
  • FACTI is a decreasing exponential function and the decay time of FACTI is characterized by a relaxation time ⁇ . This time is related to the diffusion coefficient and reflects the diffusive dynamics of the particles in the spreading medium.
  • the heterodyne configuration must necessarily be used.
  • Particle velocity and zeta potential can only be obtained in the heterodyne configuration.
  • the standard photon correlation spectrometer is equipment used for the measurement of the diameter and shape of particles in colloidal suspension, by measuring the translational or rotational diffusion coefficient of the particles.
  • This instrument usually consists of a coherent light source incident on a glass sample holder containing the particle solution to be analyzed. The particles scatter the light from the source and this scattering is collected (typically at a 90 degree angle) and directed to a photon detector. The detector signal is transferred to a dedicated electronic device which, in addition to digitally recording the scattered light signal, calculates the FACTI and thus provides results on the translational and rotational diffusion coefficients of the light scattering objects.
  • scattered light should be collected in a very small region of the scattering region (17), that is, in a region where the incident light photons have their electric fields in phase and therefore under an area. of consistency.
  • This instrumental condition demands a collimation system well-designed optics, including the use of lenses, pinholes or optical fibers, present in traditional and commercial photon correlation spectrometers.
  • the present invention consists of a portable photon correlation spectrometer in the backscatter configuration, that is, with scattered light at an angle of about 180 degrees with incident light, with a new simple and functional optical design.
  • all elements are coupled to a solid block so that the light source, scattered light detection system and sample holder are already centered and aligned, making the equipment compact, portable, low cost and easy to use.
  • the proposed spectrometer can be used for analysis of various colloidal systems.
  • the equipment is composed of a coherent light source (1), an optical element (2) that reflects and transmits beams from the light source (1) and the scattering sample (13), two lenses (3 and 4) a polarizing property element (18) and a set of photoactive elements (5), preferably of the Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) type, all connected to an integrating part (6) via connectors, preferably coupling elements ( 7 and 8), configuring an easily assembled equipment with dimensions below (20cmX20cmX20cm) and weight below 5 kg.
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • the fact that all optical elements are coupled to an integral part (6), making up a solid monoblock, ensures optical alignment and mechanical rigidity, allowing the equipment to operate in diverse locations, even non-vibration proof, and in various orientations. preferably in vertical and horizontal orientations.
  • the equipment operates without additional light isolation and ambient light may remain on. above the specimen holder (14), and dispenses with optical alignment and positioning operations when operating.
  • the optical scheme of the present invention allows, in the scattering region (17), an intensity gain of the order of 40,000 times relative to the intensity of the laser beam (11), as will be explained below.
  • detection with a set of photoactive elements (5) optimizes the obtaining of the scattered light intensity signal, which improves signal-to-noise ratio and measurement sensitivity.
  • This improved signal detection further decreases assay collection time, speeding up and facilitating process automation.
  • the equipment proposed in the present invention has stability and robustness that allow the adaptation of various types of sample holders and systems, such as flow chambers, multiwell plates such as those used in ELISA tests (accelerating data collection). , plastic pipes, industrial ducts, etc.
  • the present invention is the most compact photon correlation spectrometer available today and can be used in many of the applications that conventional spectrometers are used, but with advantages such as size, portability, easy handling and transport, allowing for on-site use. preferably in vertical and horizontal orientations.
  • the data acquisition time required to obtain a good FACTI is much shorter in the proposed equipment than in conventional spectrometers. Additional advantages are: its mechanical-optical robustness and the fact that it can be used open in a bright environment, without the need to block external ambient light on the sample (13).
  • US 20130003061 entitled “Dynamic light scattering based on microrheology of complex fluids with improved single-scattering mode detection", describes the products of the Maletas Instruments Zetasizer Nano line and comprises a method and equipment for obtaining viscoelastic fluid parameters. complex.
  • the equipment is a photon correlation spectrometer that allows light scattered throughout the sample to be collected through optical fiber at angles ranging from 173 to 13 degrees. The scattered light is directed to two photon counter equipment connected to a correlator.
  • This equipment essentially differs from the present invention in that the instrument object of the present invention does not use optical fiber, photon counter and correlator type system.
  • Malvern Instruments' Zetasizer Nano line products have dimensions (32cmx60cmx26cm) and weigh 21 kg and are therefore larger and heavier than the equipment proposed in the present invention.
  • Brookhaven Instruments NanoDLS equipment determines the hydrodynamic radius of particles based on dynamic light scattering.
  • the instrument collects scattered light at 90 degrees and uses a single-mode optical fiber, an avalanche photodiode and a digital correlator, differing essentially from the equipment proposed in the present invention which does not use any of the components described above.
  • Microtrac markets Nanotrac Wave equipment, a dynamic light scattering instrument that measures the size, zeta potential and molecular weight of particles suspended in solution. Nanotrac Wave collects light in the backscatter configuration, but unlike the equipment object of the present invention, Nanotrac does not use the photon correlation spectroscopy method to obtain the parameters, but rather a patent-protected approach called the "Controlled Reference Method". " The Nanotrac has dimensions 38cmx36cmx33cm and an approximate weight of 6.8 kgs, also larger and heavier than the equipment proposed in the present invention.
  • Nano Discovery Incorporation markets NanoDLSay (NDS1200) equipment based on dynamic light scattering (90 degree collection) and photon correlation. NDS1200 is specially designed for immunoassays via hydrodynamic property analysis of nanoparticles. linked to antibodies and proteins. The instrument is protected by HYPERLINK patent document.
  • the present invention may be a portable immunoassay platform using, for example, nanoparticles as biosensors.
  • EPEL can easily be transported to any region and will allow immunoassays to be done 'in situ'. This functionality is particularly useful in the veterinary case, for inspecting the health of the animals on the farm itself and for identifying them. pathogens and agricultural pests in plantation or cultivation areas, with huge savings for producers.The same is true for human diseases, when epidemics need to be monitored on the spot quickly and easily.
  • EPS equipment distributed to health agents will enable that the agents themselves, without prior training, are able to operate, obtain real-time results and feed databases with information on the evolution of the epidemic and detection of contaminated patients.
  • Figure 1 shows the proposed technology in a vertical orientation applied to a non-limiting embodiment of the invention.
  • a coherent light source (1) an optical element (2) that reflects and transmits the beams from the light source (1) and the scattering sample (13), two lenses (3 and 4), a polarizing property element (18) and a set of photoactive elements (5), preferably of type CMOS (5), all connected to an integrating part (6) via couplers (7 and 8).
  • the beam (9) hits the optical element (2) and generates two beams (10) and (1 1).
  • the beam (10) focuses on a light-absorbing surface (12).
  • the beam (11) passes through the lens (3) and produces a focal region within the (spreader) sample (13), called the spreader region (17), and a reflection on the lower surface of the sample holder (14).
  • the beam (16) is collected in the backscatter configuration and passes through the lens (3), the optical element (2), the lens (4), the polarizing property element (18) and reaches the photosensitive surface of the array of elements. photoactive (5).
  • the images captured by the set of photo elements (5) are preferably processed on an embedded processor included in the proposed device, but can also be transferred and recorded on a computer (19), where they will be further processed.
  • FIG 2 shows a diagram of the EPEL instrument in horizontal orientation.
  • the EPEL is rotated 90 degrees with respect to the configuration of Figure 1 and the spreader sample (13) is contained in a vertically positioned sample holder (14).
  • EPEL comprises a coherent light source (1), an optical element (2) that reflects and transmits the beams from the light source (1) and the scattering sample (13), two lenses (3 and 4), an element with polarization property (18) and a set of photoactive elements (5), preferably of CMOS type (5), all connected to an integrating part (6) via couplers (7 and 8).
  • the beam (9) hits the optical element (2) and generates two beams (10) and (1 1).
  • the beam (10) focuses on a light-absorbing surface (12).
  • the beam (11) passes through the lens (3) and produces a focal region within the spreader sample (13), called the spreader region (17), and a reflection on the lower surface of the sample holder (14).
  • the beam (16) is collected in the configuration of backscatter and traverses the lens (3), the optical element (2), the lens (4) and the polarizing property element (18), and reaches the photosensitive surface of the photoactive element set (5).
  • the images captured by the set of photo elements (5) are preferably processed on an embedded processor included in the proposed device, but can also be transferred and recorded on a computer (19), where they will be further processed.
  • Figure 3 shows an amplified diagram of a portion of EPEL.
  • the beam 11 falls on the lens 3 outside its optical axis and produces a beam with a focal region within a scattering sample 13.
  • the portion of the beam that is reflected on the underside of the sample holder (14 and 15) remains spatially separated from the portion of the beam of interest (16) from the scattering region of sample light (17).
  • the beam (16) is collected in the backscatter configuration and passes through the lens (3), the optical element (2) - taken from this diagram for simplicity, the lens (4) and a polarizing property (18), and is collected by the set of photoactive elements (5), configuring the homodyne region (20).
  • the static beam resulting from the reflection of the laser (15) on the lower surface of the sample holder (14) also passes through the lens (3), the optical element (2), the lens (4) and a polarizing property ( 18), and is collected by the set of photoactive elements (5) forming the region (21), spatially separated from the homodyne region (20).
  • the set of photoactive elements (5) two images of distinct regions clearly appear: a region (21) where static light reflected on the lower surface of the sample holder is present and another region where only the image of the scattered region is present. (17), called homodyne region (20).
  • Images captured by the set of photo elements (5) are preferably processed. on an embedded processor included in the device proposed in this invention, but can also be transferred and recorded on a computer (19), where they will be further processed.
  • Figure 4 shows an amplified diagram of a portion of EPEL.
  • Figure 5 shows an example of an optional EPEL part 22 allowing simultaneous coupling of four coherent light sources.
  • the light source (1) and its support are removed from the solid block (6) and the part (22) is coupled in the same position.
  • Figure 6 shows a graph of normalized light scattering autocorrelation (FACTIM) functions by calibrated polystyrene microspheres (nominal diameter 0.20 ⁇ ⁇ 5%), measured with the equipment depicted in Figure 1, using the homodyne settings. (full circles) and heterodyne (full squares). From the analysis, the diameter of the microspheres is 0.21 ⁇ ⁇ 5%, indicating excellent agreement with the nominal sizes provided by the manufacturer.
  • FACTIM normalized light scattering autocorrelation
  • Figure 7 shows a graph of normalized light scattering autocorrelation (FACTIM) functions by calibrated polystyrene microspheres rated at 0.080 ⁇ ⁇ 5% (squares) and 0.500 ⁇ ⁇ 5% (circles) measured with the equipment. shown in Figure 1 using the homodyne configuration. The analysis shows that the diameter of the microspheres is 0.085 ⁇ ⁇ 5% and 0.520 ⁇ ⁇ 5%, respectively, indicating excellent agreement with the nominal sizes provided by the manufacturer.
  • Figure 8 shows a graph of normalized temporal autocorrelation function (FACTIM) of intensity fluctuations due to light scattering by gold nanobasts measured in the homodyne region (19). From the analysis, a length of approximately 30 ⁇ and a diameter of approximately 16 ⁇ are obtained for the nanobastoes in solution.
  • FACTIM normalized light scattering autocorrelation
  • the present invention is a portable light scattering spectrometer (EPEL) that uses photon correlation to measure and characterize dynamic light scattering in colloidal emulsions. It also deals with a process for determining the mean temporal autocorrelation function.
  • the device proposed in the present invention has a special configuration mecano-optical system comprising at least one coherent light source, lens, beam splitter, optical element that reflects and transmits the beams from the light source, property of polarization and other elements that provide superior features such as: reduced size; portable; easy handling; robust; perform diffusive dynamics measurements in short time; can be used open in a bright environment without blocking external ambient light on the sample and in various locations; good vibration tolerance, as well as enabling the configuration of the mecano-optical system in all spatial orientations.
  • EPEL may be used in laboratories and also for in situ diffusive dynamics determinations, including immunoassays.
  • the technique of photon correlation spectroscopy basically consists of collecting light scattered by particles scattered in solution for some time, analyzing and measuring the dynamics associated with their Brownian motion. This analysis is performed through temporal fluctuations of the intensity l (t) of scattered light collected at a certain angle. in relation to the incident light, by calculating the time intensity autocorrelation function (FACTI - time intensity autocorrelation function), which can be defined by the expression (1):
  • FACTI is a decreasing exponential function and the decay time of FACTI is characterized by a relaxation time ⁇ . This time is related to the diffusion coefficient and reflects the diffusive dynamics of the particles in the spreading medium.
  • the heterodyne configuration must necessarily be used.
  • the FACTI analysis it is possible to obtain the diffusion coefficients and particle size distribution in solution using both the homodyne and heterodyne configurations.
  • the speed and the Potential zeta particles can only be obtained in the heterodyne configuration.
  • the proposed equipment contains a mecano-optical array comprising at least the following elements: a coherent light source (1), an optical element (2) which reflects and transmits the beams from the light source (1) and of the spreader sample (13), two lenses (3) and (4), a polarizing property element (18) and a set of photoactive elements (5), preferably of CMOS type (5), all coupled to one piece. integrator (6) via couplers (7 and 8).
  • the equipment allows its use in any spatial orientation, preferably in the vertical (Fig. 1) and horizontal (Fig. 2) orientations.
  • the light beam (9) focuses approximately 45 degrees on the optical element (2) and generates two beams (10) and (11).
  • the beam (10) falls on a light-absorbing surface (12) and the beam (11) falls on the lens (3) outside its optical axis and produces a beam with a focal region within a scattering sample (13). ).
  • the portion of the beam that is reflected on the underside of the sample holder (14 and 15) remains spatially separated from the portion of the beam of interest (16) from the scattering region of sample light (17), collected in the backscatter configuration.
  • the beam (16) passes again through the lens (3), the optical element (2), hits the lens (4) and passes through a polarizing property (18).
  • the lens (4) has the function of conjugating the image of the scattering region (17) in the set of photoactive elements (5).
  • the polarizing property element (18) has freedom of rotation to collect light in polarized (vertical / vertical or VV) or depolarized (vertical / horizontal or VH) mode.
  • the image formed on the photosensitive surface of the set of photoactive elements (5) is a small region of light scattered (17) by the light beam. incident (11), focal region, which crosses the region of the sample holder (14) with the colloidal emulsion of interest.
  • the capture rate of the set of photoactive elements (5) should be chosen depending on the temporal resolution required for the experiment. For each set of photo elements (5) there is a relationship between the number of photo elements (pixel) of the image region of interest (ROI) and the capture rate.
  • the ROI is chosen over the image of the light scattering region (17), homodyne region (20) of the scattering.
  • Images captured by the set of photo elements (5) are preferably processed on an embedded processor included in the proposed device, but can also be transferred and recorded on a computer (19) where they will be further processed.
  • FACTI is calculated pixel by pixel over the ROI pixels for all frames using dedicated software. The program returns the average FACTI over all photo elements.
  • the equipment proposed in the present invention is robust and admits different types of sample holders: besides those with flat bottom and good optical quality, it admits plastic test tubes commonly used in the preparation of laboratory samples and in the collection of blood in blood tests. routine.
  • the coherent light source strikes the lower surface of the sample holder (14) and passes through the sample (13).
  • the sample holder (14) is positioned between the lens (3) and its focal plane.
  • the reflection originated from the incidence of light on the bottom surface of the sample holder (14) is restricted to a region near the incident beam (11), while the focus and scattering region in the sample (17) is more intense. is spatially separated, as indicated in Figure 3.
  • the scattering region (17) corresponds to the focal region of the lens (3), greatly increasing the local intensity of the light source and therefore of the scattered light, which increases the order of 10,000 times. As the scattering region (17) is in the focus of the lens (3), this same lens collects the backscattered light, such that the image of the scattering region (17) is conjugated to infinity by it.
  • Backscatter geometry results in additional gain in scattered intensity as light is collected within the projected area, ie scattered intensity is proportional to (1 / sin9) ⁇ 4 where ⁇ is approximately the scattering angle. This results in a total increase of the scattered power in the scattering region (17) of the order of 40,000 times over the initial beam (11).
  • focusing the light beam causes a dispersion in the values of the magnitude of the scattered wave vector of the order of 2%, which causes a dispersion of 4% in the determination of the diffusion coefficients. If necessary, this source of instrumental error can be taken into account in data analysis, improving the results where the accuracy of the diffusion coefficient measurement is required.
  • the set of photoactive elements (5) clearly appear two images from different regions: a region (21) where static light reflected on the lower surface of the sample holder (14) is present and another region where only the image of the scattered region is present (17), called homodyne region (20).
  • the position of the homodyne region (20) of the image in the set of photoactive elements (5) remains fixed and the holder can be moved. samples and collect light from different wells without further adjustments. This is very suitable for production line applications where an automated system can move the sample holder over the spectrometer without the need for further adjustments (Figure 3).
  • FIG. 4 shows an example of an optional EPEL part 22 which allows simultaneous coupling of four coherent light sources.
  • the light source (1) and its support are removed from the solid block (6) and the part (22) is coupled in the same position.
  • scattering region images (17) referring to the incidence of different coherent light sources in the scattering sample are conjugated at different positions in the set of photoactive elements (5).
  • the heterodyne configuration is required.
  • One of the possible ways to obtain the heterodyne configuration is to place the sample holder (14) further away from the lens (3), such that the two regions (20) and (21) overlap and interfere with the image collected by the set. of photo elements (5).
  • Another way of detecting dynamic light scattering in the heterodyne configuration is possible using beam reflection (10). By placing a reflective surface on the face (12), the beam (10) is reflected back to the mirror (2) and focuses on the region (20) in the set of photoactive elements (5), where it interferes with the beam ( 16).
  • the beam intensity (10) should be adjusted with the aid of a neutral filter in its optical path, for the best efficiency of heterodying.
  • the EPEL device (or an electronic device connected to it) stores a temporal sequence of images from the scattering region (17) at a previously chosen capture rate.
  • other types of photo element set (5) can be used, for example an in-line scan photo set ("Une scar ⁇ '), which collects data from a around 2,000 pixels with a data acquisition rate of up to 500,000 frames per second, not limited to this.
  • the power of the light source can also be increased as the spectrometer needs to be used, which gives it versatility in terms of sensing sensitivity.
  • the signal of the temporal intensity of light scattered by each photoactive element of the photoactive element set (5) is stored in the EPEL device itself or in an electronic device connected to it (such as a computer, laptop, tablet, mobile phone, etc.) and a dedicated program calculates the FACTI scattered light intensity time correlation function for each photoactive element of the photoactive element set ( This same program calculates the FACTIM mean scattered light intensity temporal autocorrelation function, which is the result of the sum of all FACTI
  • each photoactive element (pixel) of the detector array of the photoactive set (5) is an independent detector that can collect light from various areas of coherence due to geometry. described in the invention.
  • the ratio of the scattered light intensity fluctuation to the average scattered light intensity is much lower than in the ideal case of a single coherence area.
  • this disadvantage is offset by the fact that scattered light detection is performed by a set of photoactive elements (pixel) simultaneously, so that this parallel multiple detection effectively corresponds to a large number of photon correlation spectrometers measuring the same. event simultaneously. That is, the parallelism in detection statistically compensates for the low spatial coherence in detection.
  • a process of determining the mean autocorrelation function of mean scattered light intensity (FACTIM) by means of the portable light scattering spectrometer is presented, and its constituent steps are as follows:
  • step D divide the result obtained in step "c" by the number of photoactive elements used in the analysis.
  • Figure 6 provides an example of standardized light scattering autocorrelation (FACTIM) functions by calibrated polystyrene microspheres (nominal diameter 0.20 ⁇ ⁇ 5%, Polysciences, Inc., www.polysciences.com) measured with the proposed equipment using the homodyne and heterodyne configurations. This is a standard test for the operation of photon correlation spectrometers. FACTIM heterodyne decay time is twice the homodyne FACTIM decay time. From the adjustment of FACTIM with a single exponential (continuous line), we obtain that the diameter of the microspheres is 0.21 ⁇ ⁇ 5%, indicating an excellent agreement with the nominal sizes provided by the manufacturer. It should be noted that these measurements were made with ambient light on the sample without additional light isolation.
  • FACTIM light scattering autocorrelation
  • Figure 7 shows standardized light scattering autocorrelation (FACTIM) functions of calibrated polystyrene microspheres rated at 0.080 ⁇ ⁇ 5% (squares) and 0.500 ⁇ ⁇ 5% (circles) measured with the equipment. shown in Figure 1 using the homodyne configuration. This is a standard test for the operation of photon correlation spectrometers. From adjusting FACTIM with a simple exponential (line We obtained that the diameter of the microspheres is 0.085 ⁇ ⁇ 5% and 0.520 ⁇ ⁇ 5%, respectively, indicating excellent agreement with the nominal sizes provided by the manufacturer. It is noteworthy that these measurements were made with ambient light on the sample, without additional light isolation.
  • FACTIM light scattering autocorrelation
  • FIG. 8 shows the normalized autocorrelation function (FACTIM) of fluctuations due to gold nanobastod scattering. Adjusting the (FACTIM) with two exponentials (continuous line) gives the translational diffusion coefficients parallel and perpendicular to the main axis of the nanobasthan. From these coefficients the length and aspect ratio of the nanoparticles in solution are obtained.
  • the decay times obtained for the nanobasters were 68 ⁇ and 276 ⁇ , relative to perpendicular and parallel motion, respectively. These times return a length of approximately 30 nm and an aspect ratio of 1.8 and therefore a diameter of approximately 16 nm for gold nanobasts.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

A presente invenção trata de um espectrômetro portátil de espalhamento de luz (EPEL) que utiliza a correlação de fótons para medir e caracterizar espalhamento dinâmico de luz em emulsões coloidais. Também trata de um processo para determinação da função de autocorrelação temporal média. O dispositivo proposto na presente invenção possui um sistema mecano-óptico com uma configuração especial que compreende pelo menos uma fonte de luz coerente, lentes, divisor de feixe, elemento óptico que reflete e transmite os feixes provenientes da fonte de luz, elemento com propriedade de polarização e outros elementos que propiciam características superiores tais como: tamanho reduzido; portátil; fácil manuseio; robusto; realiza medições de dinâmica difusiva em tempo reduzido; pode ser utilizado aberto em ambiente iluminado, sem necessidade de bloquear a luz ambiente externa sobre a amostra e em locais diversos; boa tolerância a vibrações, além de possibilitar a configuração do sistema mecano-óptico em todas as orientações espaciais. O EPEL poderá ser utilizado em laboratórios e também para determinações de dinâmica difusiva "in situ", inclusive para imuno-ensaios.

Description

ESPECTRÔMETRO PORTÁTIL DE ESPALHAMENTO DE LUZ E PROCESSO PARA DETERMINAÇÃO DA FUNÇÃO DE AUTOCORRELAÇÃO TEMPORAL MÉDIA
[001 ] A presente invenção trata de um espectrômetro portátil de espalhamento de luz (EPEL) que utiliza a correlação de fótons para medir e caracterizar espalhamento dinâmico de luz em emulsões coloidais. Também trata de um processo para determinação da função de autocorrelação temporal média. O dispositivo proposto na presente invenção possui um sistema mecano-óptico com uma configuração especial que compreende pelo menos uma fonte de luz coerente, lentes, divisor de feixe, elemento óptico que reflete e transmite os feixes provenientes da fonte de luz, elemento com propriedade de polarização e outros elementos que propiciam características superiores tais como: tamanho reduzido; portátil; fácil manuseio; robusto; realiza medições de dinâmica difusiva em tempo reduzido; pode ser utilizado aberto em ambiente iluminado, sem necessidade de bloquear a luz ambiente externa sobre a amostra e em locais diversos; boa tolerância a vibrações, além de possibilitar a configuração do sistema mecano-óptico em todas as orientações espaciais. O EPEL poderá ser utilizado em laboratórios e também para determinações de dinâmica difusiva "in siti/', inclusive para imuno-ensaios.
[002] Partículas em suspensão coloidal apresentam movimento Browniano, que é um movimento aleatório de translação do seu centro de massa e de rotação do seu eixo, o último para o caso de partículas não esféricas. A dinâmica difusiva resultante desse movimento aleatório de translação, rotação e/ou translação e rotação combinados pode ser medida usando a técnica de espectroscopia de correlação de fótons, revisada no livro "Photon Correlation and Light Beating Spectroscopy" por H. Z. Cummins and E. R. Pike, Plenum Press, New York (1974). Exemplos de aplicação dessa técnica constam nos artigos "Photon correlation spectroscopic analysis of a natural electret material: Carnaúba wax", por G. A. Barbosa, R. Russi, A. S. T. Pires e O. N. Mesquita, Appl. Phys. Lett, 38, 236 (1981 ); "Dynamics at the nonequilibrium crystal-melt interface", por O. N. Mesquita e H. Z. Cummins, Physical Chemical Hydrodynamics, v. 5, p. 389-399 (1984) e "Dynamic light scattering at the nonequilibrium crystal-melt interface in Biphenyl and Naphthalene", por O. N. Mesquita, L. O. Ladeira, I. Gontijo, A, G. Oliveira e G. A. Barbosa, Physical Review B - Solid State, v. 38, p. 1550 (1988).
[003] A técnica de espectroscopia de correlação de fótons consiste basicamente em coletar a luz espalhada por partículas dispersas em solução por certo tempo t, analisar e medir a dinâmica associada ao seu movimento Browniano. Essa análise é realizada através de flutuações temporais da intensidade l(t) de luz espalhada, coletada num certo ângulo em relação à luz incidente, mediante o cálculo da função de autocorrelação temporal de intensidades (FACTI - função de autocorrelação temporal de intensidades), que pode ser definida pela expressão (1 ):
< J(t*)í(t* - t) > -< i >z
FACTI = g*(t) - 1 = " . τ , (1)
. í ■**
[004] No caso particular de espalhamento dinâmico de luz produzido por partículas em movimento Browniano em um fluido, a FACTI é uma função exponencial decrescente e o tempo de decaimento da FACTI é caracterizado por um tempo de relaxação τ. Esse tempo é relacionado ao coeficiente de difusão e reflete a dinâmica difusiva das partículas no meio espalhador.
[005] Existem duas configurações básicas para a coleta da intensidade de luz espalhada: 1 ) configuração homodina, onde somente a luz espalhada é coletada e detectada; 2) configuração heterodina, onde a luz espalhada interfere com parte da luz (laser) que não passa pela amostra (oscilador local) e é então detectada. No caso de difusão por partículas Brownianas, o tempo de decaimento da FACTI heterodino é igual a duas vezes o tempo de decaimento da FACTI homodino, podendo o coeficiente de difusão e distribuição de tamanho das partículas ser obtidos em quaisquer das duas configurações de espalhamento. No entanto, para medidas onde as partículas, além de difundirem, apresentarem uma velocidade ao longo de alguma direção, somente na configuração heterodina essa velocidade pode ser medida. Assim, para medidas de velocidade e potencial zeta de partículas, que envolve a medida de velocidade de partículas carregadas sob a ação de um campo elétrico conhecido, a configuração heterodina é que deve ser necessariamente usada. Sendo assim, da análise da FACTI é possível obter os coeficientes de difusão e a distribuição de tamanhos das partículas em solução, tanto usando a configuração homodina quanto a heterodina. A velocidade e o potencial zeta de partículas só podem ser obtidos na configuração heterodina.
[006] O espectrômetro de correlação de fótons padrão é um equipamento usado para a medida do diâmetro e da forma de partículas em suspensão coloidal, via medida do coeficiente de difusão translacional ou rotacional das partículas. Esse instrumento usualmente consiste de uma fonte de luz coerente incidente em um porta-amostras de vidro contendo a solução de partículas a ser analisada. As partículas espalham a luz da fonte e esse espalhamento é coletado (tipicamente a um ângulo de 90 graus) e direcionado a um detector de fótons. O sinal do detector é transferido para um dispositivo eletrônico dedicado que, além de gravar digitalmente o sinal da luz espalhada, calcula a FACTI e, consequentemente, fornece resultados sobre os coeficientes de difusão translacional e rotacional dos objetos espalhadores de luz. Para a melhor relação sinal/ruído, a luz espalhada deve ser coletada numa região muito pequena da região de espalhamento (17), ou seja, numa região onde os fótons de luz incidentes possuam seus campos elétricos em fase e, portanto, sob uma área de coerência. Essa condição instrumental demanda um sistema de colimação óptica bem elaborado, incluindo o uso de lentes, orifícios colimadores (pinholes) ou fibras óticas, presentes nos espectrómetros de correlação de fótons tradicionais e comerciais.
[007] A presente invenção consiste de um espectrômetro de correlação de fótons portátil na configuração de retroespalhamento, ou seja, com a luz espalhada fazendo um ângulo próximo de 180 graus com a luz incidente, com uma nova concepção óptica simples e funcional. No equipamento proposto na presente invenção, todos os elementos são acoplados a um bloco maciço, de forma que a fonte de luz, o sistema de detecção de luz espalhada e o porta-amostra já estão centrados e alinhados, tornando o equipamento compacto, portátil, de baixo custo e de fácil utilização. O espectrômetro proposto poderá ser usado para análise de diversos sistemas coloidais.
[008] O equipamento é composto por uma fonte de luz coerente (1 ), um elemento óptico (2) que reflete e transmite os feixes provenientes da fonte de luz (1 ) e da amostra espalhadora (13), duas lentes (3 e 4), um elemento com propriedade de polarização (18) e um conjunto de elementos fotoativos (5), preferencialmente do tipo CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), todos conectados a uma peça integradora (6) via conectores, preferencialmente elementos de acoplamento (7 e 8), configurando um equipamento de fácil montagem com dimensões inferiores a (20cmX20cmX20cm) e peso inferior a 5 kg. O fato de todos os elementos ópticos serem acoplados a uma peça integradora (6), perfazendo um monobloco sólido, garante alinhamento ótico e rigidez mecânica, permitindo que o equipamento funcione em locais diversos, mesmo aqueles não à prova de vibrações, e em diversas orientações, preferencialmente nas orientações vertical e horizontal. Além disso, o equipamento funciona sem isolamento adicional de luz, podendo a luz do ambiente permanecer acesa sobre o porta-amostras (14), e dispensa operações de alinhamento e posicionamento óptico quando de sua operação.
[009] O esquema óptico da presente invenção permite, na região de espalhamento (17), um ganho de intensidade da ordem de 40.000 vezes em relação à intensidade do feixe do laser (1 1 ), como será explicado abaixo. Associado a isto, a detecção com um conjunto de elementos fotoativos (5) otimiza a obtenção do sinal de intensidade de luz espalhada, que melhora a relação sinal-ruído e a sensibilidade da medida. Essa melhoria do sinal detectado ainda diminui o tempo de coleta do ensaio, acelerando e facilitando a automatização do processo. O equipamento proposto na presente invenção possui estabilidade e robustez que permitem a adaptação de diversos tipos de porta-amostras e sistemas, como por exemplo, câmaras de fluxo, placas de multi-poços como aquelas utilizadas nos testes ELISA (acelerando a coleta de dados), tubos plásticos, dutos industriais, etc.
[0010] A presente invenção é o espectrometro de correlação de fótons mais compacto disponível hoje, podendo ser usado em muitas das aplicações que espectrómetros convencionais são usados, porém com vantagens tais como: tamanho, portabilidade, fácil manuseio e transporte, permitindo utilizações in loco, preferencialmente nas orientações vertical e horizontal. Além disso, o tempo de aquisição de dados necessário para a obtenção de uma boa FACTI é muito menor no equipamento proposto do que nos espectrómetros convencionais. Vantagens adicionais são ainda: sua robustez mecano-óptica e o fato de poder ser utilizado aberto em ambiente iluminado, sem necessidade de bloquear a luz ambiente externa sobre a amostra (13). Essas vantagens dão ao espectrometro proposto uma grande versatilidade de uso, podendo ser utilizado em indústrias (alimentícias, petroquímicas, farmacêuticas, etc) onde a distribuição de tamanho de partículas tem que ser analisada com rapidez, ou ainda em laboratórios de análise e hospitais, que também necessitam de rapidez para um grande número de exames e imunoensaios. Sua utilização também é possível em situações individuais de ambientes externos como fazendas, postos de saúde, etc.
[001 1 ] Atualmente existem diversos documentos de patente que descrevem dispositivos que utilizam a técnica de espalhamento dinâmico de luz e correlação de fótons para a determinação de propriedades hidrodinâmicas de partículas suspensas em fluídos. Além disso, no mercado existem empresas que fabricam e vendem equipamentos de espectrômetro de correlação de fótons. No entanto, esses equipamentos são constituídos por detectores de fótons conectados a sistemas dedicados para cálculo de funções de autocorrelação temporal de intensidade de luz espalhada, além de um arranjo óptico, resultando em instrumentos grandes e pesados, com uso restrito a laboratórios de pesquisa ou mesas de bancadas.
[0012] Dentre os primeiros documentos de patente sobre espectrómetros de correlação de fótons, o documento US 4975237, intitulado "Dynamic light scattering apparatus", de 1990, descreve uma configuração padrão, porém utiliza fibra óptica para a coleta da luz espalhada.
[0013] O documento US 20130003061 , intitulado "Dynamic light scattering based microrheology of complex fluids with improved single- scattering mode detection", descreve os produtos da linha Zetasizer Nano da Malvern Instruments e compreende um método e um equipamento para obter parâmetros viscoelásticos de fluídos complexos. O equipamento é um espectrômetro de correlação de fótons que permite que a luz espalhada pela amostra seja coletada através de fibra óptica em ângulos que variam entre 173 e 13 graus. A luz espalhada é direcionada a dois equipamentos do tipo contador de fótons, ligados a um correlacionador. Esse equipamento difere essencialmente da presente invenção, pois o instrumento objeto da presente invenção não utiliza fibra óptica, nem contador de fótons e nem sistema tipo correlacionador. Os produtos da linha Zetasizer Nano da Malvern Instruments possuem dimensões (32cmx60cmx26cm) e pesam 21 kgs e, portanto, são maiores e mais pesados do que o equipamento proposto na presente invenção.
[0014] O equipamento NanoDLS da Brookhaven Instruments determina o raio hidrodinâmico de partículas baseado em espalhamento dinâmico de luz. O instrumento coleta luz espalhada a 90 graus e utiliza uma fibra óptica do tipo monomodo, um fotodiodo de avalanche e um correlacionador digital, diferindo essencialmente do equipamento proposto na presente invenção, que não utiliza nenhum dos componentes acima descritos.
[0015] A empresa Microtrac (www.microtrack.com) comercializa o equipamento Nanotrac Wave, um instrumento de espalhamento dinâmico de luz que mede o tamanho, o potencial zeta e o peso molecular de partículas suspensas em solução. O Nanotrac Wave coleta luz na configuração de retroespalhamento, mas diferentemente do equipamento objeto da presetne invenção, o Nanotrac não utiliza o método de espectroscopia de correlação de fótons para obtenção dos parâmetros e sim, uma abordagem protegida por documento de patente denominada "Controlled Reference Method". O Nanotrac possui dimensões 38cmx36cmx33cm e um peso aproximado de 6,8 kgs, também maior e mais pesado do que o equipamento proposto na presente invenção.
[0016] A empresa Nano Discovery Incorporation (www.nanodiscoveryinc.com) comercializa o equipamento NanoDLSay (NDS1200) baseado em espalhamento dinâmico de luz (coleta a 90 graus) e correlação de fótons. O NDS1200 foi especialmente desenvolvido para imuno-ensaios via análise de propriedade hidrodinâmicas de nanopartículas ligadas a anticorpos e proteínas. O instrumento é protegido pelo documento de patente HYPERLINK
"http://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/biblio?ll=0&ND=3&adjac ent=true&locale=en_EP&FT=D&date=20101 1 1 1 &CC=US&NR=2010285989 A1 &KC=A1 " US20080018719 , intitulado "Detection of analytes using metal nanoparticle probing and dynamic light scattering". Além do arranjo óptico mais simples, a presente invenção poderá ser uma plataforma portátil para imuno-ensaios usando, por exemplo, nanopartículas como biosensores.
[0017] O EPEL poderá facilmente ser transportado a qualquer região e permitirá que imuno-ensaios sejam feitos "in siti/'. Essa funcionalidade é particularmente útil no caso veterinário, para inspeção da saúde dos animais na própria fazenda e o mesmo para a identificação rápida de patógenos e pragas agrícolas em áreas de plantio ou cultivo, com enorme economia para os produtores. O mesmo se aplica no caso de doenças humanas, quando epidemias precisam ser monitoradas in loco, com rapidez e facilidade. Equipamentos EPEL distribuídos aos agentes sanitários permitirão que os próprios agentes, sem treinamento prévio, sejam capazes de operar, obter resultados em tempo real e alimentar bancos de dados com informações sobre a evolução da epidemia e detecção de pacientes contaminados.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
A Figura 1 exibe a tecnologia proposta em uma orientação vertical aplicada a uma configuração não limitante da invenção. Na figura estão explicitadas algumas características físicas e elementos do dispositivo: uma fonte de luz coerente (1 ), um elemento óptico (2) que reflete e transmite os feixes provenientes da fonte de luz (1 ) e da amostra espalhadora (13), duas lentes (3 e 4), um elemento com propriedade de polarização (18) e um conjunto de elementos fotoativos (5), preferencialmente do tipo CMOS (5), todos conectados a uma peça integradora (6) via acopladores (7 e 8). O feixe (9) incide no elemento óptico (2) e gera dois feixes (10) e (1 1 ). O feixe (10) incide sobre uma superfície absorvedora de luz (12). O feixe (1 1 ) atravessa a lente (3) e produz uma região focal dentro da amostra (espalhadora) (13), denominada região espalhadora (17), e uma reflexão na superfície inferior do porta-amostras (14). O feixe (16) é coletado na configuração de retroespalhamento e atravessa a lente (3), o elemento óptico (2), a lente (4), o elemento com propriedade de polarização (18) e atinge a superfície fotossensível da conjunto de elementos fotoativos (5). As imagens capturadas pelo conjunto de elementos fotoativos (5) são preferencialmente processadas em um processador embarcado incluso no dispositivo proposto, mas também podem ser transferidas e gravadas em um computador (19), em que serão posteriormente processadas.
A Figura 2 apresenta um diagrama do instrumento EPEL na orientação horizontal. Nessa opção de utilização, o EPEL é girado de 90 graus em relação à configuração da Figura 1 e a amostra espalhadora (13) está contida em um porta amostras (14) posicionado verticalmente. O EPEL compreende uma fonte de luz coerente (1 ), um elemento óptico (2) que reflete e transmite os feixes provenientes da fonte de luz (1 ) e da amostra espalhadora (13), duas lentes (3 e 4), um elemento com propriedade de polarização (18) e uma conjunto de elementos fotoativos (5), preferencialmente do tipo CMOS (5), todos conectados a uma peça integradora (6) via acopladores (7 e 8). O feixe (9) incide no elemento óptico (2) e gera dois feixes (10) e (1 1 ). O feixe (10) incide sobre uma superfície absorvedora de luz (12). O feixe (1 1 ) atravessa a lente (3) e produz uma região focal dentro da amostra espalhadora (13), denominada região espalhadora (17), e uma reflexão na superfície inferior do porta- amostras (14). O feixe (16) é coletado na configuração de retroespalhamento e atravessa a lente (3), o elemento óptico (2), a lente (4) e o elemento com propriedade de polarização (18), e atinge a superfície fotossensível do conjunto de elementos fotoativos (5). As imagens capturadas pelo conjunto de elementos fotoativos (5) são preferencialmente processadas em um processador embarcado incluso no dispositivo proposto, mas também podem ser transferidas e gravadas em um computador (19), em que serão posteriormente processadas.
A Figura 3 apresenta um diagrama amplificado de uma parte do EPEL. No diagrama mostra-se que o feixe (1 1 ) incide na lente (3), fora do seu eixo óptico, e produz um feixe com uma região focal dentro de uma amostra espalhadora (13). Ao incidir fora do eixo óptico da lente (3), a porção do feixe que é refletida na superfície inferior do porta-amostras (14 e 15) permanece espacialmente separada da porção do feixe de interesse (16), proveniente da região de espalhamento de luz da amostra (17). O feixe (16) é coletado na configuração de retroespalhamento e passa pela lente (3), pelo elemento óptico (2) - retirado desse diagrama para simplificação, pela lente (4) e por um elemento com propriedade de polarização (18), e é coletado pelo conjunto de elementos fotoativos (5), configurando a região homodina (20). O feixe estático resultante da reflexão do laser (15) na superfície inferior do porta-amostras (14) também passa pela lente (3), pelo elemento óptico (2), pela lente (4) e por um elemento com propriedade de polarização (18), e é coletado pelo conjunto de elementos fotoativos (5) configurando a região (21 ), espacialmente separada da região homodina (20). Sendo assim, no conjunto de elementos fotoativos (5) aparecem claramente duas imagens de regiões distintas: uma região (21 ) onde está presente a luz estática refletida na superfície inferior do porta-amostras e outra região onde está presente somente a imagem da região espalhada (17), denominada região homodina (20). As imagens capturadas pelo conjunto de elementos fotoativos (5) são preferencialmente processadas em um processador embarcado incluso no dispositivo proposto nesta invenção, mas também podem ser transferidas e gravadas em um computador (19), em que serão posteriormente processadas.
A Figura 4 - apresenta um diagrama amplificado de uma parte do EPEL. Uma vez que os elementos ópticos do equipamento estão alinhados, a imagem no conjunto de elementos fotoativos (5) - retirado deste diagrama para simplificação, permanece fixa, podendo-se mover o porta-amostras (14), de forma automatizada ou não, e coletar luz de diferentes poços, sem ajustes adicionais.
A Figura 5 mostra um exemplo de uma peça (22) opcional do EPEL, que permite o acoplamento simultâneo de quatro fontes de luz coerentes. Para sua utilização, a fonte de luz (1 ) e seu suporte são retirados do bloco maciço (6) e a peça (22) é acoplada na mesma posição.
A Figura 6 mostra um gráfico das funções de autocorrelação temporal (FACTIM) normalizadas do espalhamento de luz por microesferas de poliestireno calibradas (diâmetro nominal de 0,20 μιη ± 5%), medidas com o equipamento representando na Figura 1 , usando as configurações homodina (círculos cheios) e heterodina (quadrados cheios). Da análise, obtém-se que o diâmetro das microesferas é de 0,21 μιη ± 5%, indicando uma excelente concordância com os tamanhos nominais proporcionados pelo fabricante.
A Figura 7 mostra um gráfico das funções de autocorrelação temporal (FACTIM) normalizadas do espalhamento de luz por microesferas de poliestireno calibradas com diâmetro nominal de 0,080 μιη ± 5% (quadrados) e 0,500 μιη ± 5% (círculos), medidas com o equipamento representado na Figura 1 , usando a configuração homodina. Da análise, obtém-se que o diâmetro das microesferas é de 0,085 μιη ± 5% e 0,520 μιη ± 5%, respectivamente, indicando uma excelente concordância com os tamanhos nominais proporcionados pelo fabricante. A Figura 8 mostra um gráfico da função de autocorrelação temporal (FACTIM) normalizada das flutuações de intensidade devido ao espalhamento de luz por nanobastoes de ouro, medida na região homodina (19). Da análise, obtém-se um comprimento de aproximadamente 30 μιη e um diâmetro de aproximadamente 16 μιη para os nanobastoes em solução.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA TECNOLOGIA
[0018] A presente invenção trata de um espectrômetro portátil de espalhamento de luz (EPEL) que utiliza a correlação de fótons para medir e caracterizar espalhamento dinâmico de luz em emulsões coloidais. Também trata de um processo para determinação da função de autocorrelação temporal média. O dispositivo proposto na presente invenção possui um sistema mecano-óptico com uma configuração especial que compreende pelo menos uma fonte de luz coerente, lentes, divisor de feixe, elemento óptico que reflete e transmite os feixes provenientes da fonte de luz, elemento com propriedade de polarização e outros elementos que propiciam características superiores tais como: tamanho reduzido; portátil; fácil manuseio; robusto; realiza medições de dinâmica difusiva em tempo reduzido; pode ser utilizado aberto em ambiente iluminado, sem necessidade de bloquear a luz ambiente externa sobre a amostra e em locais diversos; boa tolerância a vibrações, além de possibilitar a configuração do sistema mecano-óptico em todas as orientações espaciais. O EPEL poderá ser utilizado em laboratórios e também para determinações de dinâmica difusiva "in siti/', inclusive para imuno-ensaios.
[0019] A técnica de espectroscopia de correlação de fótons consiste basicamente em coletar a luz espalhada por partículas dispersas em solução por certo tempo t, analisar e medir a dinâmica associada ao seu movimento Browniano. Essa análise é realizada através de flutuações temporais da intensidade l(t) de luz espalhada, coletada num certo ângulo em relação à luz incidente, mediante o cálculo da função de autocorrelação temporal de intensidades (FACTI - função de autocorrelação temporal de intensidades), que pode ser definida pela expressão (1 ):
, . . < /(t')i(t' 4- í> > -< ./ >2
FACTI = £"(t) - i = ;— ; (I)
l
[0020] No caso particular de espalhamento dinâmico de luz produzido por partículas em movimento Browniano em um fluido, a FACTI é uma função exponencial decrescente e o tempo de decaimento da FACTI é caracterizado por um tempo de relaxação τ. Esse tempo é relacionado ao coeficiente de difusão e reflete a dinâmica difusiva das partículas no meio espalhador.
[0021 ] Existem duas configurações básicas para a coleta da intensidade de luz espalhada: 1 ) configuração homodina, onde somente a luz espalhada é coletada e detectada; 2) configuração heterodina, onde a luz espalhada interfere com parte da luz (laser) que não passa pela amostra (oscilador local) e é então detectada. No caso de difusão por partículas Brownianas, o tempo de decaimento da FACTI heterodino é igual a duas vezes o tempo de decaimento da FACTI homodino, podendo o coeficiente de difusão e distribuição de tamanho das partículas ser obtido em quaisquer das duas configurações de espalhamento. No entanto, para medidas onde as partículas, além de difundirem, apresentarem uma velocidade ao longo de alguma direção, somente na configuração heterodina essa velocidade pode ser medida. Assim, para medidas de velocidade e potencial zeta de partículas, que envolve a medida de velocidade de partículas carregadas sob a ação de um campo elétrico conhecido, a configuração heterodina é que deve ser necessariamente usada. Sendo assim, da análise da FACTI é possível obter os coeficientes de difusão e a distribuição de tamanhos das partículas em solução, tanto usando a configuração homodina quanto a heterodina. A velocidade e o potencial zeta de partículas só podem ser obtidos na configuração heterodina.
[0022] O equipamento proposto contém um conjunto mecano-óptico que compreende de pelo menos os seguintes elementos: uma fonte de luz coerente (1 ), um elemento óptico (2) que reflete e transmite os feixes provenientes da fonte de luz (1 ) e da amostra espalhadora (13), duas lentes (3) e (4), um elemento com propriedade de polarização (18) e um conjunto de elementos fotoativos (5), preferencialmente do tipo CMOS (5), todos acoplados a uma peça integradora (6) via acopladores (7 e 8). O equipamento permite o seu uso em qualquer orientação espacial, preferencialmente nas orientações vertical (Fig. 1 ) e horizontal (Fig. 2). O feixe de luz (9) incide a aproximadamente 45 graus no elemento óptico (2) e gera dois feixes (10) e (1 1 ). O feixe (10) incide sobre uma superfície absorvedora de luz (12) e o feixe (1 1 ) incide na lente (3), fora do seu eixo óptico, e produz um feixe com uma região focal dentro de uma amostra espalhadora (13). Ao incidir fora do eixo óptico da lente (3), a porção do feixe que é refletida na superfície inferior do porta-amostras (14 e 15) permanece espacialmente separada da porção do feixe de interesse (16), proveniente da região de espalhamento de luz da amostra (17), coletado na configuração de retroespalhamento. O feixe (16) passa novamente pela lente (3), pelo elemento óptico (2), incide na lente (4) e passa por um elemento com propriedade de polarização (18). A lente (4) tem a função de conjugar a imagem da região de espalhamento (17) no conjunto de elementos fotoativos (5). O elemento com propriedade de polarização (18) possui liberdade de giro, de modo a coletar a luz no modo polarizado (vertical/vertical ou VV) ou despolarizado (vertical/horizontal ou VH). A imagem formada sobre a superfície fotossensível do conjunto de elementos fotoativos (5) é uma pequena região da luz espalhada (17) pelo feixe da luz incidente (1 1 ), região focal, que atravessa a região do porta-amostras (14) com a emulsão coloidal de interesse.
[0023] A taxa de captura do conjunto de elementos fotoativos (5) deve ser escolhida dependendo da resolução temporal que se necessita para o experimento. Para cada conjunto de elementos fotoativos (5) existe uma relação entre o número de elementos fotoativos (pixel) da região de interesse da imagem (ROI) e a taxa de captura. A ROI é escolhida sobre a imagem da região de espalhamento de luz (17), região homodina (20) do espalhamento. As imagens capturadas pelo conjunto de elementos fotoativos (5) são preferencialmente processadas em um processador embarcado incluso no dispositivo proposto, mas também podem ser transferidas e gravadas em um computador (19) em que serão posteriormente processadas. A FACTI é calculada, pixel a pixel, sobre os pixeis da ROI, para todos os quadros, usando um software dedicado. O programa retorna a FACTI média sobre todos os elementos fotoativos.
[0024] O equipamento proposto na presente invenção é robusto e admite diferentes tipos de porta-amostras: além daqueles com fundo plano e boa qualidade óptica, admite tubos de ensaios plásticos comumente utilizados no preparo de amostras laboratoriais e na coleta de sangue em exames de rotina. A fonte de luz coerente incide na superfície inferior do porta-amostras (14) e atravessa a amostra (13). O porta-amostras (14) é posicionado entre a lente (3) e o seu plano focal. Desta forma, a reflexão originada da incidência da luz na superfície do fundo do porta-amostras (14) fica restrita a uma região perto do feixe incidente (1 1 ), enquanto a região de focalização e de espalhamento mais intenso na amostra (17) fica espacialmente separada, como indicado na Figura 3. A região de espalhamento (17) corresponde à região focal da lente (3), aumentando em muito a intensidade local da fonte de luz e, portanto, da luz espalhada, aumento este da ordem de 10000 vezes. Como a região de espalhamento (17) está no foco da lente (3), esta mesma lente coleta a luz retroespalhada, tal que a imagem da região de espalhamento (17) é conjugada no infinito por ela.
[0025] A geometria de retroespalhamento faz com que se tenha um ganho adicional da intensidade espalhada, uma vez que a luz é coletada dentro da área projetada, ou seja, a intensidade espalhada é proporcional a (1/sin9) ~ 4 onde Θ é aproximadamente o ângulo de espalhamento. Isto resulta em um aumento total da potência espalhada na região de espalhamento (17) da ordem de 40 mil vezes, em relação ao feixe inicial (1 1 ). Na configuração de retroespalhamento dessa proposta, a focalização do feixe da luz causa uma dispersão nos valores da magnitude do vetor de onda espalhado da ordem de 2%, que causa uma dispersão de 4% na determinação dos coeficientes de difusão. Caso seja necessário, essa fonte de erro instrumental pode ser levada em conta na análise de dados, melhorando os resultados onde a precisão na medida do coeficiente de difusão se fizer necessária.
[0026] Em outra saída da peça integradora (6) é acoplada uma lente
(4) confocal com a lente (3), tal que a imagem da região de espalhamento (17) é conjugada pela lente (4) sobre um conjunto de elementos fotoativos
(5) , preferencialmente do tipo CMOS.
[0027] O uso do conjunto de elementos fotoativos (5) nessa geometria facilita muito a compactação do equipamento proposto na presente invenção. No conjunto de elementos fotoativos (5) aparecem claramente duas imagens de regiões distintas: uma região (21 ) onde está presente a luz estática refletida na superfície inferior do porta-amostras (14) e outra região onde está presente somente a imagem da região espalhada (17), denominada região homodina (20). Uma vez que o elemento ótico (2) está alinhado, a posição da região homodina (20) da imagem no conjunto de elementos fotoativos (5) permanece fixa, podendo-se mover o porta- amostras e coletar luz de diferentes poços sem ajustes adicionais. Isso é bastante apropriado para aplicações em linha de produção, onde um sistema automatizado pode mover o porta-amostras sobre o espectrômetro sem a necessidade de ajustes adicionais (Figura 3).
[0028] Em torno da região homodina da imagem é possível escolher uma pequena região de interesse (ROI), para aumentar a taxa de captura do conjunto de elementos fotoativos (5), quando necessário.
[0029] Outra importante vantagem do EPEL é o fato do instrumento permitir o uso de várias fontes de luz coerentes simultaneamente, sem a necessidade de alinhamento óptico adicional. A Fig. 4 mostra um exemplo de uma peça (22) opcional do EPEL que permite o acoplamento simultâneo de quatro fontes de luz coerentes. Para sua utilização, a fonte de luz (1 ) e seu suporte são retirados do bloco maciço (6) e a peça (22) é acoplada na mesma posição. Nesse caso, as imagens da região de espalhamento (17) referentes à incidência das diferentes fontes de luz coerente na amostra espalhadora são conjugadas em posições diferentes no conjunto de elementos fotoativos (5).
[0030] Para o caso de medidas de velocidades e potencial zeta das partículas, necessita-se da configuração heterodina. Uma das possíveis formas de se obter a configuração heterodina é posicionar o porta-amostras (14) a uma distância maior da lente (3), tal que as duas regiões (20) e (21 ) se superponham e interfiram na imagem coletada pelo conjunto de elementos fotoativos (5). Outra maneira de detecção do espalhamento dinâmico de luz na configuração heterodina é possível utilizando a reflexão do feixe (10). Através da colocação de uma superfície refletora na face (12), o feixe (10) é refletido de volta ao espelho (2) e incide sobre a região (20) no conjunto de elementos fotoativos (5), onde interfere com o feixe (16). A intensidade do feixe (10) deve ser ajustada com o auxílio de um filtro neutro em seu caminho óptico, para a melhor eficiência da heterodinação. No exemplo 1 abaixo apresentamos, para as duas configurações homodina e heterodina, o resultado das FACTIM, que podem ser determinadas por meio da expressão (2), nos dois casos para a difusão de microesferas de poliestireno calibradas, onde claramente se vê que o tempo de decaimento heterodino é duas vezes maior que o tempo de decaimento homodino.
[0031 ] O dispositivo EPEL (ou um dispositivo eletrônico conectado a ele) armazena uma sequência temporal de imagens da região de espalhamento (17), numa taxa de captura previamente escolhida. Caso se necessite de uma maior resolução temporal, pode-se usar outros tipos de conjunto de elementos fotoativos (5), por exemplo um conjunto de elementos fotoativos (5) de varredura em linha ("Une scarí'), que coletam dados de uma linha em torno de 2.000 pixeis com uma taxa de aquisição de dados de até 500 mil quadros por segundo, não limitante a este valor. A potência da fonte de luz pode ser também aumentada segundo a necessidade de uso do espectrômetro, o que dá a ele uma grande versatilidade em termos de sensibilidade de detecção. O sinal da intensidade temporal de luz espalhada por cada elemento fotoativo do conjunto de elementos fotoativos (5) é armazenado no próprio dispositivo EPEL ou em um dispositivo eletrônico conectado a ele (como, por exemplo, um computador, laptop, tablet, celular, etc) e um programa dedicado calcula a função de correlação temporal de intensidade de luz espalhada FACTI para cada elemento fotoativo do conjunto de elementos fotoativos (5) . Esse mesmo programa calcula a função de autocorrelação temporal de intensidade de luz espalhada média FACTIM, que é o resultado da soma de todas as FACTI, dividida pelo número de elemento fotoativos (N) usados na análise em questão. Com o resultado da FACTIM, obtém-se o coeficiente de difusão.
Figure imgf000020_0001
[0032] O espectrômetro proposto na presente invenção possui a versatilidade de medir de forma independente tanto o coeficiente de difusão translacional quanto o coeficiente de difusão rotacional, nas configurações VV e VH, respectivamente.
[0033] No espectrômetro de correlação de fótons descrito na presente invenção, cada elemento fotoativo (pixel) do arranjo de detectores do conjunto de elementos fotoativos (5) é um detector independente, que pode coletar luz de várias áreas de coerência, devido à geometria compacta descrita na invenção. Nessa configuração, devido ao número de áreas de coerência maior do que um, a razão entre a flutuação de intensidade de luz espalhada e a intensidade média de luz espalhada é muito menor do que no caso ideal de uma única área de coerência. Entretanto, essa desvantagem é compensada pelo fato da detecção da luz espalhada ser realizada por um conjunto de elementos fotoativos (pixel), simultaneamente, de modo que essa detecção múltipla em paralelo corresponde efetivamente a um grande número de espectrómetros de correlação de fótons medindo o mesmo evento simultaneamente. Ou seja, o paralelismo na detecção compensa estatisticamente a baixa coerência espacial na detecção. Desse modo, a redução das dimensões do espectrômetro não compromete seu desempenho, como pode ser visto nas figuras 4, 5 e 6. Essa nova forma de detecção de fótons em espectroscopia de correlação de fótons hoje é possível devido à enorme capacidade de aquisição de dados em taxas elevadas dos sistemas de computação atuais. Esse arranjo retorna uma FACTI com excelente relação sinal-ruído, como será mostrado nos exemplos de aplicação do equipamento. O fato de todos os elementos ópticos serem conectados a uma peça integradora (6) e a não necessidade do uso de orifícios de colimação para a seleção da área de coerência, faz esse equipamento objeto da presente invenção muito robusto do ponto de vista mecânico e óptico, de fácil montagem e alinhamento, compacto e portátil. Além dessas características específicas, o equipamento pode ser utilizado nas mesmas aplicações que espectrómetros de correlação de fótons convencionais.
[0034] Um processo de determinação da função de autocorrelação temporal de intensidade de luz espalhada média (FACTIM), por meio do espectrômetro portátil de espalhamento de luz, é apresentado, e suas etapas constituintes são as seguintes:
a) armazenar a série temporal de intensidade de luz espalhada capturada por cada elemento fotoativo do espectrômetro portátil de espalhamento de luz;
b) calcular a função de correlação temporal individualmente para cada série temporal de intensidade de luz espalhada (FACTI) capturada por cada elemento fotoativo;
c) somar os resultados obtidos na etapa "b";
[0035] d) dividir o resultado obtido na etapa "c" pelo número de elementos fotoativos usados na análise.
[0036] Como exemplo de aplicação do equipamento proposto, são apresentadas medidas feitas em soluções com microesferas de poliestireno e soluções com nanobastões de ouro. As medidas foram realizadas em uma ROI de 2 x 40 elementos fotoativos de um conjunto de elementos fotoativos (5) e com um laser de intensidade de 4mW como fonte de luz coerente. Em contraste com espectrómetros convencionais, que utilizam um único detector de fótons, temos nesses exemplos 80 detectores de fótons, diminuindo o tempo de coleta do experimento (tipicamente da ordem de 1 segundo) e melhorando a relação sinal-ruído. Cada pixel do conjunto de elementos fotoativos (5) age como um detector independente, dispensando assim a necessidade do uso de orifícios de colimação (pinholes) para limitar a região coletada e a área de coerência. Essa vantagem do espectrômetro proposto na presente invenção elimina o uso de sistemas de colimação ópticos, simplificando e reduzindo enormemente as dimensões espaciais do equipamento.
[0037] A invenção pode ser mais bem compreendida através dos exemplos abaixo, não limitantes da tecnologia.
[0038] Exemplo 1 - Determinação do tamanho de microesferas de poliestireno em suspensão coloidal (configurações homodina e heterodina)
[0039] A figura 6 apresenta um exemplo de funções de autocorrelação temporal (FACTIM) normalizadas do espalhamento de luz por microesferas de poliestireno calibradas (diâmetro nominal de 0,20 μιη ± 5%, Polysciences, Inc., www.polysciences.com) medidas com o equipamento proposto, usando as configurações homodina e heterodina. Esse é um teste padrão para o funcionamento de espectrómetros de correlação de fótons. O tempo de decaimento da FACTIM heterodina é duas vezes o tempo de decaimento da FACTIM homodina. A partir do ajuste da FACTIM com uma exponencial simples (linha contínua), obtemos que o diâmetro das microesferas é de 0,21 μιη ± 5%, indicando uma excelente concordância com os tamanhos nominais proporcionados pelo fabricante. Devemos ressaltar que estas medidas foram feitas com a luz do ambiente acesa sobre a amostra, sem isolamento adicional de luz.
[0040] Exemplo 2 - Determinação do tamanho de microesferas de poliestireno em suspensão coloidal (configuração homodina)
[0041 ] A figura 7 apresenta funções de autocorrelação temporal (FACTIM) normalizadas do espalhamento de luz por microesferas de poliestireno calibradas com diâmetro nominal de 0,080 μιη ± 5% (quadrados) e 0,500 μιη ± 5% (círculos), medidas com o equipamento representado na Figura 1 , usando a configuração homodina. Esse é um teste padrão para o funcionamento de espectrómetros de correlação de fótons. A partir do ajuste da FACTIM com uma exponencial simples (linha contínua) obtemos que o diâmetro das microesferas é de 0,085 μιη ± 5% e 0,520 μιη ± 5%, respectivamente, indicando uma excelente concordância com os tamanhos nominais proporcionados pelo fabricante. Vale ressaltar que estas medidas foram feitas com a luz do ambiente acesa sobre a amostra, sem isolamento adicional de luz.
[0042] Exemplo 3 - Determinação das dimensões de nanobastões de ouro em suspensão coloidal (configuração homodina)
[0043] O equipamento proposto na presente invenção pode ser utilizado para determinar as dimensões de nanopartículas metálicas. Usando a configuração homodina, a Figura 8 apresenta a função de autocorrelação temporal (FACTIM) normalizada das flutuações devido ao espalhamento por nanobastões de ouro. Ajustando a (FACTIM) com duas exponenciais (linha contínua), obtem-se os coeficientes de difusão translacional paralelo e perpendicular ao eixo principal do nanobastão. A partir destes coeficientes obtém-se o comprimento e a razão de aspecto das nanopartículas em solução. Nesse exemplo, os tempos de decaimento obtidos para os nanobastões foram de 68 με e 276 με, relativos ao movimento perpendicular e paralelo, respectivamente. Esses tempos retornam um comprimento de aproximadamente 30 nm e uma razão de aspecto de 1 ,8 e, portanto, um diâmetro de aproximadamente 16 nm para os nanobastões de ouro.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1. ESPECTRÔMETRO PORTÁTIL DE ESPALHAMENTO DE LUZ caracterizado por compreender pelo menos uma fonte de luz coerente (1 ) que emita um feixe (9), pelo menos um elemento óptico (2), que reflete e transmite os feixes provenientes da fonte de luz (1 ) e da amostra espalhadora (13), e em qual incide o feixe (9), gerando o feixe (10), que incide sobre a superfície absorvedora (12), e o feixe (1 1 ), que incide sobre a lente (3); pelo menos duas lentes (3) e (4); pelo menos um elemento com propriedade de polarização (18) e pelo menos um conjunto de elementos fotoativos (5), no qual cada elemento é um detector independente que coleta luz de diversas áreas de coerência originadas do espalhamento do feixe (1 1 ) pela amostra espalhadora (13), coletado pela lente (3), todos acoplados a uma peça integradora (6) via acopladores (7) e (8).
2. ESPECTRÔMETRO PORTÁTIL DE ESPALHAMENTO DE LUZ, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo conjunto de elementos fotoativos (5) ser preferencialmente do tipo CMOS.
3. ESPECTRÔMETRO PORTÁTIL DE ESPALHAMENTO DE LUZ, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo elemento com propriedade de polarização (18) ter liberdade de giro, de modo a coletar a luz no modo polarizado (vertical/vertical ou VV) ou despolarizado (vertical/horizontal ou VH).
4. ESPECTRÔMETRO PORTÁTIL DE ESPALHAMENTO DE LUZ, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pela orientação espacial do conjunto mecano-óptico ser preferencialmente vertical ou horizontal em relação à amostra.
5. ESPECTRÔMETRO PORTÁTIL DE ESPALHAMENTO DE LUZ, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por compreender, opcionalmente, uma pluralidade de fontes de luz coerentes conectadas ao sistema mecano-óptico do espectrômetro por meio de um suporte (22).
6. ESPECTRÔMETRO PORTÁTIL DE ESPALHAMENTO DE LUZ, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo posicionamento do porta- amostras (14) em relação à lente (3) ser tal que as duas regiões (20) e (21 ) se superponham e interfiram na imagem coletada pelo conjunto de elementos fotoativos (5), propiciando uma possibilidade de configuração heterodina.
7. ESPECTRÔMETRO PORTÁTIL DE ESPALHAMENTO DE LUZ, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo posicionamento opcional de uma superfície refletora em substituição à superfície absorvedora (12), de modo que o feixe (10) seja refletido de volta ao espelho (2) e incida sobre a região (20) no conjunto de elementos fotoativos (5), onde interfere com o feixe (16), propiciando uma possibilidade alternativa de configuração heterodina.
8. ESPECTRÔMETRO PORTÁTIL DE ESPALHAMENTO DE LUZ, de acordo com a reivindicação 1 e 7, caracterizado pela interposição opcional de um filtro neutro de ajuste de intensidade no caminho óptico do feixe (10), imediatamente antes da região (20) do conjunto de elementos fotoativos (5), para incrementar a eficiência do processo de heterodinação.
9. ESPECTRÔMETRO PORTÁTIL DE ESPALHAMENTO DE LUZ, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por compreender, opcionalmente, um porta-amostras (14), que pode ser dos seguintes tipos: câmaras de fluxo, placas de multi-poços, tubos plásticos, dutos industriais, carrossel ou bandejas de amostras para automação.
10. PROCESSO DE DETERMINAÇÃO DA FUNÇÃO DE AUTOCORRELAÇÃO TEMPORAL DE INTENSIDADE DE LUZ ESPALHADA MÉDIA (FACTIM), POR MEIO DO ESPECTRÔMETRO PORTÁTIL DE ESPALHAMENTO DE LUZ, caracterizado por compreender as seguintes etapas:
a) armazenar a série temporal de intensidade de luz espalhada capturada por cada elemento fotoativo do espectrômetro portátil de espalhamento de luz;
b) calcular a função de correlação temporal individualmente para cada série temporal de intensidade de luz espalhada (FACTI) capturada por cada elemento fotoativo;
c) somar os resultados obtidos na etapa "b"; d) dividir o resultado obtido na etapa "c" pelo número de elementos fotoativos usados na análise.
PCT/IB2016/057168 2015-11-27 2016-11-28 Espectrômetro portátil de espalhamento de luz e processo para determinação da função de autocorrelação temporal média WO2017090017A1 (pt)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BR102015029829-3A BR102015029829A2 (pt) 2015-11-27 2015-11-27 Portable light spreading spectrometer
BRBR1020150298293 2015-11-27
BRBR1020160097657 2016-04-29
BR102016009765-7A BR102016009765B1 (pt) 2015-11-27 2016-04-29 Espectrômetro portátil de espalhamento de luz e processo para determinação da função de autocorrelação temporal média

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017090017A1 true WO2017090017A1 (pt) 2017-06-01

Family

ID=58763084

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/IB2016/057168 WO2017090017A1 (pt) 2015-11-27 2016-11-28 Espectrômetro portátil de espalhamento de luz e processo para determinação da função de autocorrelação temporal média

Country Status (2)

Country Link
BR (1) BR102016009765B1 (pt)
WO (1) WO2017090017A1 (pt)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080195334A1 (en) * 2005-01-17 2008-08-14 Biophos Ag Method And Device For Measuring Dynamic Parameters Of Particles
US20090164140A1 (en) * 2007-12-21 2009-06-25 Sysmex Corporation Analyzer, analyzing method and computer program product
US20090238423A1 (en) * 2006-07-17 2009-09-24 Biophos Ag Mobile Device for Particle Analysis by Image Correlation
US8209128B1 (en) * 2007-02-21 2012-06-26 Paul L. Gourley Nanolaser spectroscopy and micro-optical resonators for detecting, analyzing, and manipulating bioparticles
US20140226158A1 (en) * 2004-03-06 2014-08-14 Michael Trainer Methods and apparatus for determining particle characteristics

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140226158A1 (en) * 2004-03-06 2014-08-14 Michael Trainer Methods and apparatus for determining particle characteristics
US20080195334A1 (en) * 2005-01-17 2008-08-14 Biophos Ag Method And Device For Measuring Dynamic Parameters Of Particles
US20090238423A1 (en) * 2006-07-17 2009-09-24 Biophos Ag Mobile Device for Particle Analysis by Image Correlation
US8209128B1 (en) * 2007-02-21 2012-06-26 Paul L. Gourley Nanolaser spectroscopy and micro-optical resonators for detecting, analyzing, and manipulating bioparticles
US20090164140A1 (en) * 2007-12-21 2009-06-25 Sysmex Corporation Analyzer, analyzing method and computer program product

Also Published As

Publication number Publication date
BR102016009765B1 (pt) 2021-04-13
BR102016009765A2 (pt) 2018-03-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xu Light scattering: A review of particle characterization applications
CN103969239B (zh) 一种分光瞳激光差动共焦拉曼光谱测试方法及装置
Ding et al. Fourier transform light scattering of inhomogeneous and dynamic structures
CN104237081B (zh) 用全息视频显微术来跟踪和表征颗粒
RU2487338C2 (ru) Микроэлектронное сенсорное устройство для обнаружения частиц-меток
US10379027B2 (en) Method for identifying blood particles using a photodetector
Neukammer et al. Angular distribution of light scattered by single biological cells and oriented particle agglomerates
Vermeulen et al. Photothermal microscopy: optical detection of small absorbers in scattering environments
RU2525605C2 (ru) Способ и устройство для оптического измерения распределения размеров и концентраций дисперсных частиц в жидкостях и газах с использованием одноэлементных и матричных фотоприемников лазерного излучения
Rong et al. Insights from a nanoparticle minuet: two-dimensional membrane profiling through silver plasmon ruler tracking
JP2016540203A (ja) 粒子特性評価に関する改良
CN103842799A (zh) 用于样本阵列的自参考检测与成像的系统和方法
CN106680159A (zh) 基于动态光散射样本系综分析的颗粒快速检测方法及系统
Prummer et al. Three-dimensional optical polarization tomography of single molecules
CN101532944B (zh) 光反射差法检测生物芯片装置中的小孔部件与检测方法
Su et al. Measurements of light scattering in an integrated microfluidic waveguide cytometer
Ortiz-Orruño et al. Precise nanosizing with high dynamic range holography
CN106092967A (zh) 一种生物分子相互作用的检测方法及装置
Beckwith et al. Sub-millisecond translational and orientational dynamics of a freely moving single nanoprobe
JP2008014832A (ja) 表面電荷量計測装置及び表面電荷量計測方法
WO2017090017A1 (pt) Espectrômetro portátil de espalhamento de luz e processo para determinação da função de autocorrelação temporal média
US12098991B2 (en) Method and apparatus for detecting nanoparticles and biological molecules
BR102015029829A2 (pt) Portable light spreading spectrometer
Vanhoudt et al. Experimental comparison of fiber receivers and a pinhole receiver for dynamic and static light scattering
Pop et al. Aggregation of red blood cells in suspension: study by light-scattering technique at small angles

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16868132

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16868132

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1