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1、(10)申请公布号 CN 102224407 A (43)申请公布日 2011.10.19 CN 102224407 A *CN102224407A* (21)申请号 200980146873.0 (22)申请日 2009.11.20 08305832.1 2008.11.24 EP G01N 15/06(2006.01) (71)申请人 皇家飞利浦电子股份有限公司 地址 荷兰艾恩德霍芬 (72)发明人 S. 施塔林加 S. 卡塔内奥 (74)专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人 龚海军 刘鹏 (54) 发明名称 用于对流体样本快速过滤分析的方法和仪器 (57) 摘。
2、要 一种用于分析体积为 V 的流体 （18）的仪器 （10）包括 ： - 具有面积为 A 的过滤表面 （14）的 过滤器 （12） ， 该过滤器能够允许流体流过该过滤 表面， 该流体在过滤表面上平均的体积流密度为 jmean； 以及 扫描器， 其用于以扫描速率 B 扫描过 滤表面 ； 其中面积 A 与如公式 （I） 定义的最优面 积 Aopt一致。由此， 过滤时间和扫描时间的和可以 被最小化。在另一方面， 一种仪器 （10） 包括 ： - 一 组至少两个过滤器， 该过滤器组中的每个过滤器 具有面积为 A 的过滤表面并且能够允许流体流过 该过滤表面， 对于每个过滤器而言面积 A 具有不 同的值 。
3、； 以及 - 用于选择所述过滤器之一 （12） 并 将所选的过滤器 （12） 放置在工作位置的机构 ； 以 及 - 扫描器， 其用于扫描所选的过滤器 （12） 的过 滤表面 （14） 。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2011.05.24 (86)PCT申请的申请数据 PCT/IB2009/055229 2009.11.20 (87)PCT申请的公布数据 WO2010/058373 EN 2010.05.27 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 9 页 附图 6 页 CN 102224420 A。
4、1/2 页 2 1. 一种用于分析体积为 V 的流体 （18） 的仪器 （10） ， 包括 - 具有面积为 A 的过滤表面 （14） 的过滤器 （12） ， 该过滤器能够允许流体流过该过滤表 面， 该流体在过滤表面上平均的体积流密度为 jmean； 以及 - 扫描器， 其用于以扫描速率 B 扫描过滤表面 ； 其中面积 A 基本上与如下定义的最优面积 Aopt一致 。 2. 如权利要求 1 所述的仪器 （10） ， 进一步包括用于容纳流体 （18） 的容器， 该容器具有 用于连接到过滤器 （12） 的出口， 其中该容器的容量与体积 V 一致。 3. 根据前述权利要求中任一项的仪器 （10） ， 。
5、进一步包括用于使流体 （18） 流过过滤器 （12） 的驱动装置。 4. 如权利要求 3 所述的仪器 （10） ， 其中流体 （18） 的体积流密度 jmean是可由所述仪器 获得的最大体积流密度并且扫描速率 B 是可由所述仪器获得的最大扫描速率。 5. 根据前述权利要求中任一项的仪器 （10） ， 其中所述扫描器包括下列至少一个 ： - 自动化显微镜， 其用于逐步地机械地扫描过滤面积、 在每个步骤取得图像并且然后 以软件缝合这些图像以形成整体图像 ； - 用于以连续方式扫描过滤表面的机构， 以及频闪照明装置 ； - 用于以连续方式扫描过滤表面的机构， 以及线阵相机或时间延迟集成相机 ； - 。
6、微物镜阵列， 其用于以单个连续扫描来扫描整个过滤面积 ； - 用于横过过滤面积扫描聚焦的激光的装置 ； - 用于横过过滤面积扫描聚焦的激光点的阵列的装置。 6. 根据前述权利要求中任一项的仪器 （10） ， 其中所述过滤器 （12）包括相对于流体 （18） 的流动平行布置的多个基本过滤器 （26,28,30,32,34,36,38,40,42,44） ， 每个基本过 滤器具有基本过滤表面， 过滤表面 （14） 的面积 A 是这些基本过滤表面的总面积。 7. 根据前述权利要求中任一项的仪器 （10） ， 其中所述扫描器包括用于同时扫描过滤 表面 （14） 的多个基本扫描器， 每个扫描器具有基本扫。
7、描速率， 扫描速率 B 是这些基本扫描 速率的和。 8. 根据前述权利要求中任一项的仪器 （10） ， 进一步包括用于调节过滤表面 （14） 的面 积 A 的机构 （70） 。 9. 如权利要求 8 所述的仪器 （10） ， 进一步包括用于控制所述机构 （70） 作为体积 V、 扫 描速率 B 和平均体积流密度 jmean的函数的控制器。 10. 一种分析体积为 V 的流体 （18） 的方法， 包括下述步骤 - 使流体 （18） 流过过滤器 （12） 的过滤表面 （14） ， 该流体在过滤表面上平均的体积流 密度为 jmean； 以及 - 以扫描速率 B 扫描过滤表面 （14） ； 其中过滤表。
8、面 （14） 的面积 A 基本上与如下定义的最优面积 Aopt一致 权 利 要 求 书 CN 102224407 A CN 102224420 A2/2 页 3 。 11. 如权利要求 10 所述的方法， 进一步包括以下步骤 - 调节过滤表面 （14） 以便调适面积 A 以适应体积 V、 扫描速率 B 和平均体积流密度 jmean。 12. 一种用于分析流体 （18） 的仪器 （10） ， 包括 - 过滤器 （12） ， 其具有面积为 A 的过滤表面 （14） ， 该过滤器能够允许流体流过该过滤 表面 ； 以及 - 扫描器， 其用于扫描过滤表面 （14） ； - 用于调节过滤表面 （14） 以。
9、改变面积 A 的机构 （70） 。 13. 如权利要求 12 所述的仪器 （10） ， 进一步包括 - 用于控制机构 （70） 改变面积以便最小化过滤时间和扫描时间的和的控制器， 该过 滤时间和扫描时间分别是过滤流体 （18） 所需的时间和扫描过滤表面 （14） 所需的时间。 14. 一种用于分析流体 （18） 的仪器 （10） ， 包括 - 一组至少两个过滤器， 该过滤器组中的每个过滤器具有面积为的过滤表面并且能 够允许流体流过该过滤表面， 针对每一个过滤器， 该面积具有不同的值 ； 以及 - 用于选择过滤器之一 （12） 并且将所选的过滤器 （12） 放置在操作位置的机构 ； - 扫描器，。
10、 其用于扫描所选的过滤器 （12） 的过滤表面 （14） 。 15. 如权利要求 14 所述的仪器 （10） ， 包括 - 用于控制所述机构选择过滤器 （12） 以便最小化过滤时间和扫描时间的和的控制器， 该过滤时间和扫描时间分别是过滤流体 （18） 所需的时间和扫描过滤表面 （14） 所需的时 间。 权 利 要 求 书 CN 102224407 A CN 102224420 A1/9 页 4 用于对流体样本快速过滤分析的方法和仪器 技术领域 0001 在第一方面， 本发明涉及用于分析体积为 V 的流体的仪器 （apparatus） ， 包括 - 过滤器， 其具有面积为 A 的过滤表面， 该过。
11、滤器能够允许流体流过该过滤表面， 该流 体在过滤表面上平均的体积流密度为 jmean； 以及 - 扫描器， 其用于以扫描速率 B 扫描过滤表面。 0002 在第二方面， 本发明涉及分析体积为 V 的流体的方法， 该方法包括随后的步骤 - 使流体流过过滤器的过滤表面， 该流体在过滤表面上平均的体积流密度为 jmean； 以 及 - 以扫描速率 B 扫描过滤表面。 0003 在第三方面， 本发明涉及用于分析流体的仪器， 该仪器包括 - 过滤器， 其具有面积为 A 的过滤表面， 该过滤器能够允许流体流过该过滤表面 ； 以及 - 扫描器， 其用于扫描过滤表面。 0004 在第四方面， 本发明涉及用于分。
12、析流体的仪器。 背景技术 0005 流体样本的微生物分析具有重要的生物学、 医学和工业应用， 例如应用在临床中、 在食品和饮料、 药物、 个人保健品和环境部门中。 一般地， 这种分析旨在 ： 确定样本中存在或 不存在微生物， 确定存在的微生物的量， 以及在某些情况下以各种细节水平 （level） 识别未 知的微生物。当前标准的测试方法经常基于细胞培养， 并且取决于样本和微生物的类型而 花费数天到数星期的时间得到结果。强烈需要通量 （throughput） 增加的微生物分析。 0006 这种快速方法的一个实例是由 AES Chemunex （http:/ 提 出的方法。它们的 FDA 批准的 S。
13、canRDI 系统通过对经过滤产品的激光扫描细胞计数 （laser scanning cytometry） 来执行所述分析。该方法的步骤是 ： 过滤流体样本 ； 利用荧光染料染 色可能存在的微生物污染物 ； 利用大激光点 （5-10m） 对过滤器的表面进行光学扫描以便 检测可能存在的微生物污染物 ； 以及用具有自动化镜台 （stage） 的高分辨率 （0.5m） 显微 镜对污染物周围的区域成像。该技术的各方面已经在 EP0713087B1 中描述。 0007 一种改进的过滤技术由 fluXXion（http:/ 提供。该技术基 于光刻限定的微型滤网， 其具有单个界限分明的细孔 （pore） 大。
14、小 （小到 0.2m） 、 是光学平 坦的 （从后续光学扫描步骤的观点看其是有利的， 并且也导致反向散射减少） 和薄的以便提 供低流阻并且因此提供比由诸如纤维素、 尼龙、 聚氯乙烯、 聚砜 、 聚碳酸酯和聚酯之类的多 孔材料制成的常规膜过滤器高的过滤通量。 0008 现有的设备和方法一般地使用具有预定义尺寸的过滤器并且仅最优化过滤过程 的参数 （比如流经速度） 和扫描过程的参数 （比如扫描速度和束直径。例如， AES Chemunex 的 ScanRDI 系统使用标准的 25mm 膜滤器， 其通常是具有 0.45m 的细孔大小的聚酯 ChemFilter CB04。 0009 本发明的一个目的。
15、是提供一种用于过滤给定量的流体并随后扫描过滤器的特别 说 明 书 CN 102224407 A CN 102224420 A2/9 页 5 快速的方法和特别快速的仪器。特别地， 本发明的一个目的是提供一种比上述现有技术更 快速的方法和仪器。 0010 该目的是通过独立权利要求的特征实现的。 其他详述和优选实施例在从属权利要 求中概述。 发明内容 0011 根据本发明的第一方面， 过滤表面的面积 A 基本与最优面积 Aopt一致， 其被定义为 。 0012 这允许显著地减少总化验 （assay） 时间， 如下文将解释。优选地， A 与 Aopt至多相 差 20%。更优选地， A 与 Aopt至多。
16、相差 10%。甚至更优选地， A 与 Aopt至多相差 5%。特别地， 分析流体可以包括检测小物质 （material） 对象的存在， 特别是生物对象， 比如细菌或真菌。 然而， 原则上， 本发明适用于其中以恒定 （与时间无关的） 流速过滤流体的给定体积并且随 后以恒定 （与时间无关的） 扫描速率扫描过滤表面的所有应用。 0013 所述仪器可以进一步包括用于容纳流体的容器， 该容器具有用于连接到过滤器的 出口， 其中该容器的容量与体积 V 一致。这使选择流体的体积以使得对于所选的体积而言 总化验时间将最小或接近最小容易。 0014 所述仪器可以进一步包括用于使流体流过过滤器的驱动装置。 该驱动。
17、装置可以例 如包括置于过滤器的上游或下游的泵。在过滤器的下游提供泵可能是有利的， 因为在流体 中所包含的杂质被过滤器滤出的情况下该泵将较少地受到流体中所包含的杂质的影响。 所 述驱动装置可以可替代地通过将包含流体的容器放置在比过滤器更高水平的地方来提供。 因此， 在地球的重力场中， 流体的势能可以用于驱动流体通过过滤器。 0015 流体的体积流密度jmean和扫描速率B特别地可以分别是可以由所述仪器获得的最 大体积流密度和最大扫描速率。可允许的体积流密度 jmean通常受流体和过滤器的属性限 制。将泵压力增加到超过特定阈值将导致对过滤器的破坏。类似地， 扫描器具有特定的不 能容易地增加的最大扫。
18、描速率。当然， 可以设想以小于 jmean的流密度和 / 或以小于 B 的扫 描速率操作所述仪器， 但是实际上该设备将以其最大流速和其最大扫描速率被操作。对于 这种系统， 特别有利的是， 调适过滤表面的面积以适应最大流密度和最大扫描速率。 0016 所述扫描器可以包括下列至少一个 ： - 自动化显微镜， 其用于逐步地机械地扫描过滤面积 （filter area） 、 在每个步骤取得 图像并且随后以软件缝合这些图像以形成整体图像 ； - 用于以连续方式扫描过滤表面的机构， 以及频闪照明装置 ； - 用于以连续方式扫描过滤表面的机构， 以及线阵相机或时间延迟集成相机 ； - 微物镜阵列， 其用于以。
19、单个连续扫描来扫描整个过滤面积 ； - 用于在过滤面积上扫描聚焦的激光的装置 ； - 用于横过过滤面积扫描聚焦的激光点的阵列的装置。 这些方面将在下文中更详细地 讨论。 0017 所述过滤器可以包括相对于流体的流动平行布置的多个基本 （elementary） 过滤 说 明 书 CN 102224407 A CN 102224420 A3/9 页 6 器， 每个基本过滤器具有基本过滤表面， 该过滤表面的面积 A 是这些基本过滤表面的总面 积。 0018 所述扫描器可以包括用于同时扫描过滤表面的多个基本扫描器， 每个扫描器具有 基本扫描速率， 扫描速率 B 是基本扫描速率的和。基本扫描器可以独立移。
20、动， 或者它们可以 被耦合。例如， 单个电动机可以用于相对于过滤表面移位基本激光束的整个阵列。 0019 所述仪器可以进一步包括用于调节过滤表面的面积 A 的机构。因此， 总化验时间 可作为流体体积 V、 扫描速率 B 和平均体积电流密度 jmean的函数而被最小化。 0020 所述仪器可以进一步包括用于控制所述机构作为体积 V、 扫描速率 B 和平均体积 流密度 jmean的函数的控制器。 0021 类似地， 在根据本发明的第二方面的方法中， 面积 A 基本与最优面积 Aopt一致， 其 被定义为 。 0022 所述方法可以进一步包括步骤 ： 调节过滤表面以便调适面积 A 以适应体积 V、 。
21、扫描 速率 B 和平均体积流密度 jmean。这里和全文中， 过滤表面被理解为是有效地用于过滤流体 的过滤表面的部分。因此， 其面积 A 可以通过仅让过滤器的物理表面的一部分接触流体， 例如通过密封过滤器的物理表面的一部分或通过将该物理表面连接到具有期望大小的孔 （aperture） 来改变。 0023 根据本发明的第三方面的仪器包括用于调节过滤表面以改变面积 A 的机构。 0024 所述仪器可以进一步包括用于控制所述机构改变面积以便最小化过滤时间和 扫描时间的和的控制器， 该过滤时间和扫描时间分别是过滤流体所需的时间和扫描过滤表 面所需的时间。 0025 根据本发明的第四方面， 一种用于分析。
22、流体的仪器包括 - 一组至少两个过滤器， 该过滤器组中的每个过滤器具有面积为的过滤表面并且能 够允许流体流过该过滤表面， 针对每一个过滤器， 该面积具有不同的值 ； 以及 - 用于选择过滤器之一并且将所选的过滤器放置在操作位置的机构 ； - 扫描器， 其用于扫描所选的过滤器的过滤表面。 0026 所述仪器可以进一步包括用于控制所述机构选择过滤器以便最小化过滤时间和 扫描时间的和的控制器， 该过滤时间和扫描时间分别是过滤流体所需的时间和扫描过滤表 面所需的时间。该控制器可以包括电子控制单元。 0027 流体样本中微生物的存在典型地通过过滤、 染色和光学检测三步骤过程来检测。 所提出的方法的突出特。
23、征是以下事实 ： 基于样本体积以及过滤器和扫描器二者的属性来优 化过滤器的面积， 以便最小化总化验时间。 如下文所示， 当过滤和扫描步骤花费近似相同时 间时可以实现最小的化验时间。 0028 本发明基于以下见识 ： 所述过程的不同步骤的每一个步骤需要依赖于过滤器在特 定方式中的横截面面积 A 的时间。假设过滤器具有 “开放” 分数 （fraction） （细孔的面 积除以总面积） 并且支持具有流经速度 u 的体积 V 的过滤。于是所述过滤花费的时间为 说 明 书 CN 102224407 A CN 102224420 A4/9 页 7 。 0029 细孔中的流经速度 u 与平均体积电流密度 j。
24、 （即每单位时间流过单位面积的体积） 相关， j=u， 其中j在比过滤器的细孔大的区域上被平均， 假设流经速度u在已取平均的所 有孔中是相同的。在过滤器的整个横截面上被平均的体积电流密度表示为 jmean。 0030 流经速度不仅受所使用的过滤器的特性限制而且受维持细胞的存活力 （viability） 的需要限制。可以假设， 染色步骤所需的时间独立于过滤器的横截面面积。 0031 最后， 假设所述光学扫描器每单位时间可以扫描面积B。 于是扫描过程花费的时间 为 ： 。 0032 因此总时间 （除了染色和其他可能的步骤所需的恒定时间） 由下式给出 ： 。 0033 清楚地， 该等式示出在过滤与扫。
25、描时间之间存在折衷。小过滤面积造成缓慢的过 滤和快速的扫描， 而大过滤面积造成快速过滤和缓慢扫描。其结果是该折衷具有不同的最 优。对于下列面积而言， 总时间是最小的 ： 。 0034 在该最优中， 过滤所需的时间和扫描所需的时间相等并且被给出如下 ： 。 0035 例如， 考虑典型的情况， 其中由半径为25mm、 开放分数为25%以及流经速度为1mm/ sec的圆形过滤器过滤体积V=100ml。 过滤所需的时间为大约3.4分钟。 具有4096个像素和 3kHz 线速率的典型线扫描器以 0.25m/ 像素的分辨率扫描 0.768mm2/sec， 因此花费 42.6 分钟扫描整个过滤面积。根据上述。
26、意见， 最优过滤面积为 554mm2， 其对应于半径为 13.3mm 的圆。现在， 用于过滤和扫描的总时间为 12.0 分钟， 其中化验时间 （排除染色时间） 从 46 分 钟总体改进至 24 分钟， 几乎 2 倍。 0036 一种用于对流体样本进行快速微生物分析的方法可以包括步骤 ： 利用微滤网过滤 流体样本 ； 利用 （荧光） 染料染色微滤网表面上可能存在的微生物污染物 ； 以及光学地扫描 微滤网的表面以便检测并成像可能存在的微生物污染物， 其特征在于， 过滤步骤所花费的 说 明 书 CN 102224407 A CN 102224420 A5/9 页 8 时间基本上等于扫描步骤所花费的时。
27、间。 0037 一种用于执行该方法的仪器可以包括 ： 用于容纳体积为 V 的流体样本的容器 ； 用 于过滤流体样本的过滤器， 其横截面面积为 A， 过滤面积被细孔占用的分数为 ， 且流经速 度为 u ； 以及用于扫描过滤器的面积的光学扫描器， 其每单位时间扫描面积 B， 该过滤器横 截面面积被选择为基本等于。 0038 可以使用各种扫描器技术。第一类型的扫描器是自动化显微镜， 其逐步地机械地 扫描过滤面积， 在每个步骤利用矩形相机 （在 x 和 y 二者中的像素的数量大于 1） 取得图像 并且随后以软件缝合图像以形成整体图像。 第二类型使用连续的机械扫描和频闪照明来防 止运动模糊 （blur）。
28、 。第三类型的扫描器使用连续的机械扫描和线阵相机 （在 x 或 y 中的像 素数量等于 1） 。第四类型的扫描器使用 TDI（时间延迟集成） 相机， 其是针对样本的多个暴 露 （exposure） 使用多个线的矩形相机。因此， 该相机的输出与线阵相机相同。然而， 该类 型的相机更高效地使用照明光。第五类型的扫描器使用微物镜的阵列， 从而允许在单个连 续扫描中扫描整个过滤面积。第六类型的扫描器利用横过过滤面积扫描聚焦的激光点。第 七类型的扫描器使用聚焦的激光点的阵列， 从扫描速度的观点看这是有利的。激光允许聚 焦面积中的功率远高于典型荧光团的饱和强度。 从信号线性度和光致漂白的相对发生的观 点看。
29、， 饱和区中的照明荧光团可能是不利的。因此， 可能有利的是， 在许多点上划分总的可 用激光功率， 每个点达到低于荧光饱和水平的强度。 0039 本发明的关键思想可以被概括为使用多路复用和批处理的实施例。 假设， N个样本 同时被N个微滤网过滤， 然后也同时被染色， 且最后被包括M个扫描元件的仪器以每扫描元 件通量 B 扫描。过滤和染色步骤所需的时间未被改变， 但是扫描步骤所需的时间现在为 ： 。 0040 每样本的总时间 （除了染色和可能的其他步骤所需的恒定时间） 因此由下式给出 ： 。 0041 该总时间对于以下面积是最优的 （最小的） ： 。 0042 在该最优中， 过滤所需的时间和扫描所。
30、需的时间相等并且由下式给出 ： 。 说 明 书 CN 102224407 A CN 102224420 A6/9 页 9 0043 每样本的总时间现在是 ： 。 0044 该实施例的第一优点是， 在每样本的总时间中的系数为 1/的增益。第二 优点可能在成本方面。该实施例描述了例如利用相对较快速的扫描器 （B 大） 进行批处理 （N1,M=1） 的情况。 如果利用这种快速的扫描器连续地处理这些样本， 则过滤器的最优面积 将相对较大。因为一次性过滤器的成本可能随着尺寸 （并且因此随着过滤面积） 而增加， 所 以通过使用批处理也降低了成本， 即每个一次性微滤网降低到 1/（假设该成本与过滤 面积成比。
31、例） 。 类似地， 如果由相对较慢且便宜的扫描器扫描大过滤面积， 则多路复用 （N=1， M1） 导致增益。 0045 例如， 具有 4096 个像素和 50kHz 线速率的快速时间延迟和集成 （TDI） 线扫描器允 许在0.25m/像素的分辨率下12.8mm2/sec的通量。 同时处理N=4个样本并且利用该扫描 器顺序地扫描这N=4个样本给出了最优过滤面积1131mm2， 其对应于半径为19.0mm的圆 （假 设样本体积、 开放分数和流经速度与先前的样本中的相同） 。总扫描和过滤时间等于 5.9 分 钟， 所以每样本 3.0 分钟的化验时间。 0046 许多应用将利用固定的扫描器、 过滤器类。
32、型和样本体积。 在这种情况下， 最优过滤 器大小将必须仅被定义一次并且相同的大小可以用在所有后续化验中。 在需要可变的样本 体积和 / 或过滤器特性 （例如， 滤网大小、 多孔性等等） 的应用的情况下， 所述仪器可以包括 用于改变化验中所使用的过滤器部分的装置， 例如具有可变大小的多个孔或具有可调节大 小的单个孔的流体适配器。 0047 总之， 提出了用于对流体样本进行快速微生物分析的装置和方法。所述方法典型 地包括步骤 ： 利用微滤网过滤流体样本 ； 利用染料 （例如荧光染料） 染色微滤网的表面上可 能存在的微生物污染物 ； 以及对微滤网的表面进行光学扫描以便检测并成像可能存在的 微生物污染。
33、物或被滤网捕获的其他颗粒或对象。微滤网的面积可以基于样本体积 （或物质 （substance） 的量） 以及过滤器和扫描器二者的属性来最优化， 以便最小化总化验时间。特 别地， 表明当过滤和扫描步骤花费近似相同时间时实现了最小的化验时间。 0048 还提出了一种用于执行该方法的仪器。 根据示范性实施例， 该仪器包括 ： 用于容纳 体积为 V 的流体样本的容器 ； 用于过滤流体样本的过滤器， 其横截面面积为 A， 过滤面积被 细孔占用的分数， 且流经速度为 u ； 以及用于扫描过滤器的面积的光学扫描器， 其每单位时 间扫描面积 B。优选地， 该过滤器的横截面面积与最优值相差至多例如 5% 或 1。
34、0% 或 20% 或 30%， 就这个意义而言， 过滤器的横截面面积基本等于最优值。 所述思想还适用于 以下情况 ： 其中 N 个样本同时被 N 个微滤网过滤， 然后也同时被染色， 且最后被包括 M 个扫 描元件的仪器扫描。 附图说明 0049 图 1 示意性地示出过滤器和流过该过滤器的流体。 说 明 书 CN 102224407 A CN 102224420 A7/9 页 10 0050 图 2 示意性地示出过滤器和从过滤器的入口侧聚焦在过滤表面上的激光束。 0051 图 3 示意性地示出过滤器和从过滤器的出口侧聚焦在过滤表面上的激光束。 0052 图 4 提供过滤器的示意性倾斜角度视图。 。
35、0053 图 5 提供包括基本滤网阵列的过滤器的示意性倾斜角度视图。 0054 图 6 示意性地示出用于调适过滤器的横截面面积的机构。 0055 图 7 是示出分析流体的步骤的流程图。 具体实施方式 0056 除非另外指定， 不同附图中出现的相同或相似的参考数字标记相同或相似的组 件。 0057 图 1 提供过滤器 12 和流过过滤器 12 的流体 18 的示意性侧视图。该流体特别地 可以是水溶液。该流体典型地处于液相中， 但是它也可以处于气相。过滤器 12 具有入口表 面 14 和出口表面 16。入口表面 14 和出口表面 16 形成垂直于附图的平面延伸的平行表面。 流体 18 通过入口表面。
36、 14 进入过滤器 12 并且通过出口表面 16 离开过滤器 12。离开过滤器 的流体被标记为 20。过滤器 12 可以例如是膜滤器或微滤网。过滤器 12 和流体 18、 20 被 沿 z 方向 6 进行的管 （未示出） 环绕。尽管流体 18 流过过滤器 12， 但是微观对象 （比如单个 细胞或其他微生物） 被过滤器阻挡并且聚积在其入口表面 14 上或附近。入口表面 14 具有 总面积 A。该流体的体积流速率是在给定时间间隔中通过过滤器的流体量的体积除以该时 间间隔的长度。该体积流速率在过滤过程期间基本恒定。体积流速率除以面积 A 被称为平 均体积流密度 jmean。相反， 流体的局部体积流密。
37、度 j 是在流体 18、 20 内的任意点处定义的。 局部流密度j朝向过滤器边缘与中心流区域相比稍小， 但是一般地横过入口表面14局部流 密度 j 和平均流密度 jmean基本相同。过滤流体 18 的总时间为 ， V 是流体 18、 20 的体积。当流体被迫通过滤波器时， 该过滤器提供对流体的特定电阻。 在特定程度上， 该电阻随着迫使流体通过过滤器所用的力的增加而增加， 从而导致基本独 立于该力 （至少在特定参数范围内） 的平均流密度 jmean。因此， 流密度 jmean可以被认为是过 滤器 12 和流体 18 的本质属性。当然， 对于水溶液以外的其他流体 （比如油） 而言， 体积流密 度 。
38、jmean可以具有不同的值。 0058 在流体 18 流过过滤器 12 之后， 过滤器 12 的过滤表面 （在本实例中， 为入口表面 14） 可以被扫描头 22 扫描， 如图 2 示意性所示。该扫描头 22 照明入口表面 14 的一部分并 对其成像， 并且所成像的部分相对于表面 14 以扫描速率 B 移动， 该扫描速率是单位时间扫 描的面积。扫描速率 B 由扫描机构的属性确定， 例如由图像传感器 （未示出） 的帧频和像素 的数量或由照明的水平或由用于移位光学元件 （未示出） 以便横过表面 14 移动激光束 22 的 电动机 （未示出） 的速度来确定。被焦点 24 处的对象反射的光或由焦点 24。
39、 处的对象发射的 荧光被检测器 （未示出） 检测并且被分析， 以便检测表面 14 上的这些对象。用于扫描入口表 面 14 的总时间为 说 明 书 CN 102224407 A CN 102224420 A8/9 页 11 。 0059 面积 A 被选择为等于， 以便最小化总时间。也可以用 多于一个扫描头来扫描入口表面 14。然后扫描速率 B 是指组合的扫描速率， 即各个扫描头 的扫描速率的和。 0060 应当注意， 过滤器 12 可以从任意一个侧面被照明， 即从其入口侧以及从其出口侧 被照明。而且， 过滤器 12 可以从任一个侧面被成像， 从而给出了用于照明和成像的总共四 个可能的组合。然而，。
40、 优选地， 照明和成像二者都在过滤器 12 的入口侧上 （这里， 为顶侧） 。 0061 图3示出其中扫描头22被布置在过滤器12的出口侧的实施例。 在所示的实例中， 由扫描头 22 发射的检测光横穿过滤器 12， 假设过滤器 12 足够薄或透明。 0062 图 4 提供过滤器 12 的简化的三维视图。在所示的实施例中， 入口表面 14 是矩形， 但是它可以具有不同的形状。入口表面 14 特别地可以是圆形， 因为这可以引起流体特别均 匀地流过过滤器 12。 0063 图 5 示出了可替代实施例， 其中过滤器 12 由具有面积为 A 的组合的过滤器表面的 基本过滤器或滤网 26、 28、 30、。
41、 32、 34、 36、 38、 40、 42、 44、 46、 48 构成。 0064 现在参照图 6， 示出了包括用于过滤流体 18 的过滤器 12 和用于调适入口表面 14 的有效大小的适配器 70 的系统。适配器 70 包括滑板 （slide） 50， 其具有在平行于流动方向 的竖直方向 （z 方向） 上横穿滑板 50 的四个孔 54、 56、 58、 60。孔 54、 56、 58、 60 具有出口横截 面 62、 64、 66、 68， 它们的面积 A 是不同的。在所示的配置中， 孔 54 置于过滤器 12 上面。通 过在水平方向 （x 方向） 上移位滑块 50（如箭头 52 所示。
42、） ， 其他孔 56、 58、 60 之一可以改为放 置在过滤器 12 上面， 以便改变过滤器 12 的入口表面 14 的有效面积 A。因此， 入口表面 14 可以例如作为将被过滤的流体 18 的体积 V 的函数而被调适。孔 54、 56、 58、 60 与用于容纳 流体的容器 （未示出） 相通， 每个容器的容量由下式给出 其中 A 是相应的孔 （54,56,58 或 60） 的出口横截面 （62,64,66 或 68） 的面积， B 是用于 扫描入口表面 14 的扫描设备 （未示出） 的扫描速率， 且 jmean是流体 18 在入口表面 14 上平 均的体积流密度。在相关的实施例 （未示出）。
43、 中， 孔 54、 56、 58、 60 沿着圆周布置。 0065 现在参照图 7， 描绘了分析流体样本的方法的流程图， 其中流体 18 将穿过过滤器。 在第一步骤 701 中， 确定待采样的流体的体积 V、 期望的体积流密度 jmean和用于扫描过滤 表面的扫描器的扫描速率 B。然后， 过滤表面被调适， 以使得其有效面积 A 尽可能近似等于 说 明 书 CN 102224407 A CN 102224420 A9/9 页 12 （步骤702） 。 过滤表面可以是被所有流体横穿的过滤器的任何表面或其中的任何 表面。过滤表面特别地可以是过滤器的入口表面。在随后的步骤 703 中， 让流体穿过过滤。
44、 器。然后， 借助于扫描器以扫描速率 B 扫描过滤表面 A（步骤 704） 以在过滤表面上定位可 能存在的对象。最后， 经由显微镜成像其中已经检测到存在所关心的对象的过滤表面的所 选区域 （步骤 705） 。 0066 尽管在附图和前述描述中详细图示和描述了本发明， 但是附图和描述被认为是示 范性的而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。也可以实现上文未描述的等价物、 组合和修改， 而不脱离本发明的范围。 0067 动词 “包括” 及其派生词不排除 “包括” 所指的内容中其他步骤或元件的存在。不 定冠词 “一” 不排除该冠词所指的多个主体。还应当注意， 单个单元可以提供权利要求中提 及的若干。
45、装置的功能。 在相互不同的从属权利要求中叙述某些特征这一起码事实并不表示 这些特征的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制范 围。 说 明 书 CN 102224407 A CN 102224420 A1/6 页 13 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102224407 A CN 102224420 A2/6 页 14 图 3 说 明 书 附 图 CN 102224407 A CN 102224420 A3/6 页 15 图 4 说 明 书 附 图 CN 102224407 A CN 102224420 A4/6 页 16 图 5 说 明 书 附 图 CN 102224407 A CN 102224420 A5/6 页 17 图 6 说 明 书 附 图 CN 102224407 A CN 102224420 A6/6 页 18 图 7 说 明 书 附 图 CN 102224407 A 。