用于可变路径长度系统的光源的制作方法

本公开的实施例总体上涉及用于光谱学的光源，并且更具体地，涉及一种与促进光谱测量的可变路径长度采样设备一起使用的改进的、高分辨率和紧凑的光源。

背景技术：

1、光谱学分析是一个广泛的领域，在该领域中，通过与能量相互作用(例如，吸收、发光、发射等)产生的电磁光谱来确定任何相(气体、液体、固体)中材料的组成和性质。光谱化学分析的一个方面，被称为光谱学，涉及辐射能与感兴趣材料的相互作用。用于研究这种物质-辐射相互作用的特定方法定义了光谱学的许多子领域。

2、吸收光谱学测量液体物质的光学吸收光谱。吸收光谱是作为光波长的函数的光衰减(由于吸光度)的分布。例如，在一个简单的光谱仪中，待研究的样品物质被放置在一个透明容器中，也被称为比色皿或样品池。已知波长λ(例如，紫外、红外、可见光等)和强度i的电磁辐射(光)入射到透明容器(例如，比色皿或样品池)的一侧。测量出射光强度的检测器被放置在透明容器(例如，比色皿或样品池)的相对侧。光在样品中传播的长度是距离d。

3、标准uv/可见光谱仪使用具有1cm路径长度的标准比色皿，并且通常容纳50至2000μl样品。对于由浓度为c的单一均匀物质组成的样品，透过样品的光将遵循称为比尔定律(beer’s law)的关系：

4、a＝εcl

5、其中a是波长λ下样品的吸光度(也被称为光学密度(od))；其中od是透射光与入射光之比的-log；ε是吸光系数或消光系数(通常在给定波长λ下为常数)；c是样品的浓度；并且l是光通过样品的路径长度。

6、溶液的光谱学测量被广泛应用于各个领域。溶液中的感兴趣化合物通常是高度浓缩的。例如，在测量吸光度时，某些生物样品(诸如蛋白质、dna或rna)经常以超出光谱仪线性范围的浓度被分离。因此，通常需要稀释样品以测量落在仪器线性范围内的吸光度值。也就是说，一般来说，如果样品池的浓度太高，则仪器的灵敏度不足以确定浓度(例如，高浓度样品等于发射光的高吸收，因此到达检测器的光量很低)。因此，用户通常会稀释溶液以降低浓度，以达到足够量的光到达检测器的程度。

7、然而，通常情况下，需要对样品进行多次稀释，这会导致稀释误差和去除针对任何下游应用稀释的样品。因此，需要在不知道可能浓度的情况下提取现有样品，并在不稀释的情况下测量这些样品的吸收。

8、防止或至少最小化稀释的一种方法或解决方案是利用可变路径长度光谱仪。美国专利号9939373公开了一种可变路径长度(vpl)设备，其响应于实时测量经由软件控制动态地调整参数，以扩展常规光谱仪的动态范围，从而可以测量几乎任何浓度的样品，而不会稀释原始样品的浓度，该专利的全部内容通过引用并入本文。此外，根据其中公开的一种或多种方法，不需要知道路径长度来确定样品的浓度。

9、也就是说，美国专利号9939373公开了用于样品的光谱学测量的交互式可变路径长度设备和方法。在使用中，通过提供大约0.2μm及以上的路径长度，仪器可以被用于测量非常浓缩的样品的浓度。这种小的路径长度允许测量过于浓缩而无法用常规光谱仪测量的样品。此外，仪器和方法在两个或三个不同路径长度区域中提供光谱扫描。这使用户能够在一次运行中确定样品中的最佳吸光度峰值。因此，可以通过比较多个路径长度和多个波长处的吸光度峰值数据来提供关于浓度测量的最优化信息，因为这些值可能由于样品中的内容而不同。这与使用标准固定路径长度比色皿的仪器形成对比，后者不能同时呈现所有这些数据。

10、参考图1，用于确定多个路径长度处的样品浓度的可变路径长度仪器10包括探头20(包括探头尖端20)、样品容器30、用于使探头尖端和样品容器相对于彼此移动的机构(例如，可操作地连接到样品容器30的电机40，使得样品容器30可以相对于探头20移动以提供可变路径长度)、可以检测电磁辐射的检测器50以及用于路径长度控制和测量参数的适当软件。在使用中，检测器50被布置和配置为基本上垂直于探头20发出的电磁辐射。光源(未示出)被附接到探头20的上端(例如，探头20的与探头尖端22相对的一端)，而探头尖端22的下端接触或被浸入被定位在样品容器30内的样品池中。探头尖端22和样品容器30相对于彼此是可移动的(例如，样品容器30可以是固定的，而探头20可以相对于样品容器30是可移动的，或者反之亦然，或者两者的组合(即，样品容器30和探头20都可以是可移动的))。在使用中，通过相对于样品容器30移动探头20，路径长度是可调节的。例如，对于较高浓度的样品，可以利用较小的路径长度来获得所需的吸光度值范围。

11、在使用中，将样品放置在样品容器30内。然后移动探头20，使得探头尖端22接触样品容器30的底部，从而将探头顶部22浸入样品内。此后，探头20相对于样品容器30移动，使得探头20从样品容器30的底部以预定的增量移动穿过样品，从而获得穿过溶液的预选路径长度。获取预定波长处的吸光度读数。重复相对于样品移动探头20和进行测量的步骤。从吸光度和路径长度生成回归线，包括获得回归线的斜率。最后，通过用回归线的斜率除以样品的消光系数来确定样品的浓度。

12、当前系统的一个缺点是，与这种系统一起使用的光源体积庞大。例如，当前光源可以具有20”×22”×8”的整体尺寸，这大于通常可能狭窄的分析空间所期望的尺寸。因此，可以直接集成到可变路径长度仪器或其他分析仪器中的紧凑型光源将是有利的。

13、当前系统的另一个缺点是，与这种系统一起使用的光源不能提供所需的高分辨率的光。

14、考虑到这些缺点，提供了本公开。

技术实现思路

1、提供本概述是为了以简化形式介绍一些概念选择，这些概念选择将在下面的详细描述中进一步描述。本概述不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在帮助确定所要求保护主题的范围。

2、本文公开了一种用于确定样品特性的系统。在一个实施例中，该系统包括光源，该光源被定位成将光引导到光谱仪的输入中，光谱仪被定位成接收来自光源的光并将光分成多个光输出，每个光输出具有不同的波长；有源波长选择模块(awsm)，其包括光学接收组件(orc)；致动器，其耦合到光谱仪和orc中的至少一个，以选择性地调整光谱仪与awsm之间的相对位置，使得orc可接收来自多个光输出中选定的一个的光，其中，orc被配置为将接收的光引导到样品；以及收集器，其被定位为收集穿过样品的光的一部分，并将收集的光递送到分析模块；其中，分析模块被配置为确定透射通过样品的光量，并将透射光与样品的特性关联。

3、在一些实施例中，致动器被配置为在第一和第二相互垂直的方向上选择性地调整orc和光谱仪之间的相对位置，使得orc接收多个光输出中选定的一个。

4、在一个实施例中，orc包括单个光纤或光纤阵列。

5、在一个实施例中，样品的特性是样品中目标化合物的浓度、消光系数、散射或颜色。

6、在一个实施例中，目标化合物是蛋白质、抗体、病毒、基因治疗、细胞治疗、牛血清白蛋白(bsa)、疫苗、来自基因和细胞治疗药物的病毒、dna、rna、细胞比率、抗体缀合物、啤酒、葡萄酒和表面活性剂中的至少一种。

7、在一个实施例中，分析模块包括可变路径长度仪器。

8、在一个实施例中，致动器的扫描长度为从光谱仪接收的光的100纳米(nm)至1毫米(mm)。

9、在另一个实施例中，公开了用于样品分析的波长选择机构。在一个实施例中，波长选择机构包括光谱仪，用于接收来自光源的光并输出多个不同波长的光；光学接收组件，用于接收由光谱仪输出的光；以及致动器，其耦合到光学接收组件和光谱仪中的一个，致动器被配置为选择性地调整光学接收组件和光谱仪之间的相对位置，使得光学接收组件接收多个光输出中选定的一个，多个光输出中选定的一个具有用于确定样品中的目标化合物的波长。

10、在一些实施例中，致动器被配置为在第一和第二相互垂直的方向上选择性地调整orc和光谱仪之间的相对位置，使得orc接收多个光输出中选定的一个。

11、在一个实施例中，orc包括单个光纤或光纤阵列。

12、在一个实施例中，样品的特性是样品中目标化合物的浓度、消光系数、散射或颜色中的至少一种。

13、在一个实施例中，目标化合物是蛋白质、抗体和病毒中的至少一种。

14、在一个实施例中，分析模块包括可变路径长度仪器。

15、在一个实施例中，致动器的扫描长度为从光谱仪接收的光的100nm至1mm。

16、在另一个实施例中，公开了一种用于确定样品特性的方法。在一个实施例中，该方法包括：将光引导到光谱仪的输入中；在光谱仪处，将光分成多个光输出，每个光输出具有不同的波长；将多个光输出投射到有源波长选择模块(awsm)上；相对于彼此移动光谱仪和awsm的光学接收组件(orc)中的至少一个，使得orc从多个光输出中选定的一个接收光；将接收的光引导到样品；收集穿过样品的接收光的量；将收集的接收光的量引导到分析模块；以及在分析模块处，将收集的光与样品的特性关联。

17、在一些实施例中，移动光谱仪和orc中的至少一个包括在第一和第二相互垂直的方向上调整orc和光谱仪之间的相对位置，使得orc接收多个光输出中选定的一个。

18、在一个实施例中，orc包括单个光纤或光纤阵列。

19、在一个实施例中，样品的特性是样品中目标化合物的浓度、消光系数、散射或颜色中的至少一种。

20、在一个实施例中，目标化合物是蛋白质、抗体、病毒、基因治疗、细胞治疗、牛血清白蛋白(bsa)、疫苗、来自基因和细胞治疗药物的病毒、dna、rna、细胞比率、抗体缀合物、啤酒、葡萄酒和表面活性剂中的至少一种。

21、在一个实施例中，分析模块包括可变路径长度仪器。

22、在一个实施例中，致动器的扫描长度为从光谱仪接收的光的100nm至1mm。

23、在另一个实施例中，公开了一种用于校准样品分析中使用的选择机构的方法。该方法包括：在光谱仪处，将输入光分成多个光输出，每个光输出具有不同的波长；将多个光输出投射到有源波长选择模块(awsm)的光学接收组件(orc)上；将光谱仪和orc中的至少一个移动预定量，使得orc从多个光输出中选定的一个接收光；将接收的光引导到校准模块；在校准模块处，将orc的位置与在该位置处接收的光的波长关联；在存储器设备中，保存orc的位置和在该位置处接收的光的波长；以及重复投射、移动、引导、关联和保存步骤以获得校准矩阵，该校准矩阵将orc的多个位置与在多个位置中的每个位置处接收的多个光的波长关联。在一些实施例中，将光谱仪和orc中的至少一个移动预定量包括在第一和第二相互垂直的方向上移动光谱仪和orc中的至少一个。