用于分析液滴中所含样本的光学测量仪器和方法

摘要

一种光学测量仪器(1)被配置用于分析包括至少一个液体处理吸头(4)的液体处理系统(3)所提供的液滴(2)中所含样本。该光学测量仪器(1)包括用于照射液滴(2)的光源(8)；用于测量样本光(11)的检测器(10)；具有用于透射照射光(9)的第一光学元件(18)的光学系统(43)，以及用于接受并处理测量信号(12)的处理器(13)。液滴(2)在所述液滴(2)被光源(8)与第一光学元件(18)定义的第一光学轴(14)穿透的位置处悬垂在液体处理吸头(4)的液体处理孔(6)处。液滴(2)仅被液体处理系统(3)的液体处理吸头(4)以及液体处理吸头(4)内的液体样本(30)物理接触。光学测量仪器(1)包括用于对液滴(2)的大小和/或位置相对于光学系统(43)的第一光学元件(18)进行相互适配的手段。也揭示了一种分析液体处理系统(3)所提供的且使用光学测量仪器(1)来检查的液滴(2)中所含样本的光学测量方法。

说明书

相关专利申请

本国际专利申请要求2013年1月22日提交的正式美国专利申请号 13/746,722的优先权，该美国专利申请的全部内容都通过显式引用而被结合于 此。

技术领域

本发明涉及用于分许液体处理系统提供的液滴中所含样本的光学测量仪 器以及还涉及光学测量方法。这样的液体处理系统典型地包括至少一个液体处 理吸头(tip)，该液体处理吸头具有液体处理轴以及在液体处理吸头的末端具 有液体处理孔。这样的液体处理吸头的液体处理轴通常在液体处理吸头内延伸 并穿透液体处理孔。光学测量仪器包括被配置用于提供用于照射液滴的照射光 的光源。光学测量仪器还包括被配置用于测量来自所述液滴的样本光的检测 器。较佳地为了执行根据本发明的方法，光学测量仪器与合适的液体处理系统 相组合。

相关现有技术

自动化液体处理系统一般在本领域中是公知的，且在例如生物实验室和生 化实验室中被使用。一个示例是来自本申请人(瑞士门内多夫Seestrasse103、 CH-8708的泰肯贸易股份公司(TecanSchweizAG))的Freedom机器人 工作站。该设备允许与分析系统自动化连接的自动化液体处理。这些自动化系 统典型地能够提供较大量液体(微升至毫升)来处理。然而，利用这样的自动 化液体处理系统也能对非常小量的液体(皮升至纳升)进行移液(吸入并分液) 或分液。这样的自动化液体处理系统尤其适用于附加本发明的仪器或用于执行 本发明的方法。

从专利EP0144928B1获知一种用于小样本量的光度头。该光度头包括光发 射器和光接收器，各自包括光导。光发射器光导的光能的出现表面被安排成离 光接收器的光导的用于光能进入的表面一定距离。该距离限定了用于容纳液体 样本的窄间隙。液体样本通过直接接触形成该间隙的光导的两个表面而被保持 在该间隙中。通过单独的施加器(诸如举例来说分液器针)，该液体样本被提 供至该间隙。

从专利US4910402获知一种用于测量液体的特性的仪器和方法。该仪器包 括用于电磁辐射的至少一个光导、用于将电磁辐射引导到光导中的装置、用于 提供至少一滴液体在来自光导的辐射能进入该液滴的位置处与光导接触的装 置、以及用于得出信号的装置，所述信号是所述辐射与所述液滴的液体的相互 作用的函数。

这些文档公开了提供不需要使用透明小容器(cuvettes)的优点的光度头或 光导，所述透明小容器具有它们在光学测量方面公知的缺点，即：

·为了实现测量透明小容器中所希望的填注高度，需要1ml范围内的大量样 本量；

·整个试验分析的所有测量必须在同一透明小容器中执行，因为不同透明小 容器的质量容差会极大地影响测量的结果；

·透明小容器在每次测量之后必须被彻底清洁，否则预期遇到污染和遗留物 问题。

然而，在每次测量之后各个光导的表面也需要被彻底清洁，以便避免遗留 物以及样本的交叉污染，并因此不能良好地适用于例如对液体处理系统提供的 液滴中所含的样本的自动化分析。

从文档EP1684060A1获知一种用于测量微量样本的荧光的荧光测量设备。 该仪器包括泵浦光源(pumpingsource)、具有移液管吸头的移液设备、以及荧 光检测系统。该移液设备具有来自泵浦光源的光被引入于其中的内部空间。样 本部分从样本容器被测量到移液管吸头中。样本被保持在内部且位于移液管吸 头的吸入口处，并在移液管吸头轴的方向上从所述内部空间被照亮。样本发出 的荧光的一部分被荧光检测系统记录。公开了对荧光、冷光、吸光度的检测。

然而，该系统看上去并不能良好地适用于吸光度检测，因为结果将高度地 依赖于移液管吸头孔可再现性。而且，用于测量具有高吸光度的样本的路径长 度通常将需要比用EP1684060A1的系统可能获得的更短。此外，移液管吸头内 的弯液面形成可能对吸光度测量造成进一步的问题。有相似缺陷倾向的类似设 备被公开于US2012/0224179A1中。

从文档US2003/0147079A1获知一种用于测量最大微滴尺寸形成与由于基 底吸收造成的微滴消失之间的时间的光学系统。该光学系统包括光源、连接于 光电倍增器的光电二极管、以及计算机。光学信号的强度取决于位于注射器与 基底之间的间隙中的液体的横截面积。信号的强度实际上与液体的光学特性无 关，且没有公开对光学特性的分析。

从文档US6235242B1获知一种用于样本大小表征(通过光学地测量被红 外光照射的液滴的建立与滴落进行精确体积确定)的技术以及具有反应室的用 于分析滴落液滴的内容(例如水杂质分析)的仪器。没有针对对滴落液滴的光 学特性的分析的公开。从JPH05164765A获知在对反应试管中的液滴进行化学 分析之前对微滴大小的类似确定。从DE10002970A1获知对单个微滴的类似等 离子体分析。

本发明的目的和概要

本发明的第一目的是建议一种用于分析液体处理系统所提供的液滴中所 含样本的替代光学测量仪器。

该第一目的是通过建议一种被配置用于分析液体处理系统所提供的液滴 中所含样本的光学测量仪器来实现的，该液体处理系统包括至少一个液体处理 吸头，所述至少一个液体处理吸头具有液体处理轴以及在所述液体处理吸头的 末端处具有液体处理孔，所述液体处理轴在所述液体处理吸头内延伸并穿透所 述液体处理孔；所述光学测量仪器包括被配置用于提供用于照射液体样本的液 滴的照射光的光源；被配置用于测量来自所述液滴的样本光以及用于提供表示 测得的样本光的测量信号的检测器；具有用于透射所述照射光的第一光学元件 的光学系统，以及连接到所述检测器并被配置成接受并处理所述检测器提供的 所述测量信号的处理器，其中所述光源和所述液滴定义了所述光学系统的所述 第一光学元件的第一光学轴，所述第一光学轴基本垂直于所述液体处理轴延 伸，所述液滴由所述液体处理系统提供并在所述液滴被所述第一光学轴穿透的 位置处悬垂在所述液体处理吸头的所述液体处理孔处，其中所述液滴与所述光 学测量仪器的所述光学系统物理上隔开，且仅被所述液体处理系统的所述液体 处理吸头以及所述液体处理吸头内的所述液体样本物理接触，具有所述第一光 学元件的所述光源从而与所述液滴隔开第一气隙，而所述检测器从而与所述液 滴隔开第二气隙。较佳地，液滴的大小和位置以及光学系统的第一光学元件和 /或第二光学元件已被相互适配来实现最高信噪比。作为同样较佳的替代，光学 测量仪器包括用于对液滴的大小和/或位置相对于光学系统的第一和/或第二光 学元件进行相互适配的手段。

本发明的第二目的是建议一种用于分析液体处理系统所提供的液滴中所 含样本的替代光学测量方法。

该第二目的是通过提供一种分析液体处理系统所提供的液滴中所含样本 的光学测量方法来实现的，其中所述方法包括以下步骤：

(a).提供包括至少一个液体处理吸头的液体处理系统，所述液体处理吸头 具有液体处理轴以及在所述液体处理吸头的末端处具有液体处理孔， 所述液体处理轴在所述液体处理吸头内延伸并穿透所述液体处理孔；

(b).提供液滴，所述液滴在所述液滴被基本上垂直于所述液体处理轴的第 一光学轴穿透的位置处悬垂在所述液体处理系统的所述液体处理吸头 的所述液体处理孔处；

(c).提供包括光源、检测器、以及光学系统的光学测量仪器，所述光学系 统具有用于将来自所述光源的照射光透射到所述液滴的第一光学元件 以及具有用于将来自所述液滴的样本光透射到所述检测器的第二光学 元件；所述照射源和所述液滴定义了所述光学系统的所述第一光学元 件的所述第一光学轴；第一和第二气隙将所述液滴与所述光源和所述 检测器以及它们的相关联的第一和第二光学元件隔开，从而它们不接 触所述液滴；

(d).用源自所述光源的照射光照射所述液滴；

(e).用所述检测器测量来自所述液滴的样本光以及提供测量信号；以及

(f).用操作上连接到所述检测器的处理器处理由所述检测器提供的所述测 量信号。

任选地，可另外执行步骤(g)，其中要被递送的样本量被调整，所述调 整基于由步骤(f)提供的测量结果。

在每种情况下，附加的以及创造性的特征从从属权利要求得出。

在本发明的上下文中，下列定义适用：

-“液体处理系统”可从包括以下的组中被选择：配备有至少一个液体处理 机器人的用于机器人样本处理的工作站、配备有至少一个液体处理吸头 的独立仪器、以及配备有至少一个液体处理吸头的手持式液体处理设 备。

-“液体处理吸头”可从包括移液管吸头和分液器吸头的组中被选择。

-“移液管吸头”或“分液器吸头”可指代一次性吸头(例如由聚丙烯制造)、 针头(例如由合成材料或金属制成)、注射器针头以及用于转移或分配 液体样本的任何其他中空工具。

-“移液”指的是对液体和液体样本的吸取(摄取)和分液(分配)。

-“分液”指的是对液体和液体样本的分配。

-“接收器”较佳地包括以下之一：光电二极管、光电倍增器、以及CCD 或CMOS芯片。

本发明的优点包括：

·本发明提供了一种在具有样本的液滴仍然附着于移液管吸头、分液器吸头 或液体处理机器人的针形探头的同时确定液滴中所含样本的光学特性的检 测器。

·具有样本的液体早已存位于移液管吸头、分液器吸头或液体处理机器人的 针形探头内；对样本的光学分析从而可在对液滴中所含样本的移液或分液 的过程期间被执行。

·仅需几微升的液体来建立包含要被分析的样本的小量液滴。

·在所引用的现有技术中，由于需要将光导表面与液滴接触，存在样本液体 (通常是少的或昂贵的)的固有损耗；通过本发明消除了这样的固有损耗， 因为液滴与光导之间无接触。

·液滴中所含样本的各种各样的光学参数可被研究，包括范围从紫外线到红 外线的光的吸光度、荧光测量以及冷光测量。

·通过不穿过吸头测量，来自吸头本身的吸光度、荧光和光学像差被消除且 不能影响测量。

·通过不使样本与除移液管吸头或针形探头之外的特定表面相接触，避免了 遗留与样本损失，且样本可被吸回移液管吸头或针形探头中。

·对液体样本的完全自动化的测量或分析是可能的，因为在使用本发明的光 学测量仪器时人工清洁步骤是不需要的。

·当前发明的方法和仪器允许同时荧光测量和吸光度检测，因为涉及了不同 的光学检测轴。

·由于(且不同于EP1684060A1)样本液滴直径定义了用于吸光度测量的路 径长度，当前发明的方法和仪器允许对非常小的液体量和/或具有高吸光度 的样本进行吸光度检测。

·吸光度测量不能被弯液面形成危害，因为液滴在大致平行于移液管吸头中 的样本液体的弯液面的方向中较佳地被透照。

附图的简单介绍

现在在所附的示意图的帮助下更详细地阐述根据本发明的用于分析液体 处理系统所提供的液滴中所含样本的光学测量仪器和光学测量方法，示意图示 出了发明的较佳的、示例性实施例，且不旨在缩小发明的范围。它被示于：

图1，根据第一实施例的穿过液体处理吸头的垂直剖面，该液体处理吸头 在光学测量仪器的光源与检测器之间的某一位置在其孔处保持一悬垂液滴；

图2，根据第二实施例的穿过液体处理吸头的垂直剖面，该液体处理吸头 在光学测量仪器的光源与检测器之间的某一位置在其孔处保持一悬垂液滴；

图3，根据第三实施例的穿过液体处理吸头的垂直剖面，该液体处理吸头 在光学测量仪器的光源与检测器之间的某一位置在其孔处保持一悬垂液滴；

图4，根据第四实施例的穿过液体处理吸头的垂直剖面，该液体处理吸头 在光学测量仪器的光源与检测器之间的某一位置在其孔处保持一悬垂液滴；

图5，根据第五实施例的光学测量仪器的水平投影，该光学测量仪器包括 光源和检测器，液体处理系统提供从液体处理吸头的孔悬垂并安置在光源与检 测器之间的液滴；

图6A，要被研究的液滴的情况的水平投影，具有指示出的用于荧光或冷 光检测的较佳范围；

图6B，要被研究的液滴的情况的垂直截面，具有指示出的用于荧光或冷 光检测的较佳范围；

图7，根据第六实施例的光学测量仪器的水平投影，该光学测量仪器包括 光源和检测器，液体处理系统提供改变从液体处理吸头的孔悬垂并安置在光源 与检测器之间的液滴的大小的泵；

图8，根据第七实施例的光学测量仪器的水平投影，该光学测量仪器包括 光源和检测器，液体处理系统提供用于测量从液体处理吸头的孔悬垂并安置在 光源与检测器之间的液滴中的样本所发出的荧光或冷光的荧光或冷光检测器；

图9，用本发明的光学测量仪器捕捉的带有DNA的缓冲液液滴与不带有 DNA的缓冲液液滴的吸光度谱(未经处理的原始信号)的比较；

图10，用本发明的光学测量仪器捕捉的或用常规光谱仪捕捉的缓冲液中相 同DNA样本的吸光度谱(未经处理的原始信号)的比较。

发明的较佳实施例的描述

图1示出根据第一实施例的穿过液体处理吸头的垂直剖面，该液体处理吸 头在光学测量仪器的光源与检测器之间的某一位置在其孔处保持一悬垂液滴。 根据第一实施例的光学测量仪器1被配置用于对液体处理系统3提供的液滴2 中所含的样本进行分析，液体处理系统3包括至少一个液体处理吸头4，液体 处理吸头4具有液体处理轴5以及在液体处理吸头4的末端7具有液体处理孔 6。

通常以及较佳地，液体处理轴5在垂直方向且垂直于水平面延伸。离精确 垂直方向的小偏差可被容许，尤其是在液滴2的整个形状是球形的情况中。液 体处理轴5在液体处理系统3的液体处理吸头4内延伸并穿透液体处理孔6。 这样的液体处理吸头4通常是直的且采用细长配置，以便允许伸入标准微板的 井孔，根据ANSI标准，标准微板具有例如24、96、384或1536个井孔。从而， 液体处理吸头4也较佳地在基本垂直方向延伸。

光学测量仪器1包括被配置用于提供用于照射液滴2的照射光9的光源8。 较佳地，光源8包括从包括弧光灯17'、激光器、以及发光二极管17"(LED) 的组中选择的发光设备17。这样的LED还包括激光二极管。进一步较佳的是 光源8包括从包括光纤18'或光纤束、透镜18"、滤光器18"′、狭缝或针孔18""、 以及单色光器的组中选择的至少一个第一光学元件18。

光学测量仪器1还包括被配置用于测量来自所述液滴2的样本光11以及 用于提供表示测得的样本光11的测量信号12的检测器10。较佳地，检测器 10包括从包括光纤19'或光纤束(见图5)、透镜19"(见图3)、滤光器19"′ (见图2)、狭缝或针孔19""(见图5)、以及单色光器的组中选择的至少一 个第二光学元件19。进一步较佳的是检测器10包括从包括光电二极管20'、光 电倍增器芯片20"、光电倍增管20"′、CCD芯片、以及CMOS芯片20'的组中 选择的光接收器20。

光学测量仪器1还包括连接到检测器10以及被配置成接受并处理由检测 器10提供的测量信号12的处理器13。较佳地，光学测量仪器1的处理器13 包括被配置用于计算穿透液滴2的光的实际光学路径长度的算法。该算法可被 存储在处理器13的存储器中或诸如紧致盘(CD)或数字多功能盘(DVD)之 类的便携式数据存储上。为了计算穿透液滴2的光的实际光学路径长度，该算 法首先被加载到处理器13中或至少在处理器13中被激活。

根据本发明的第一实施例的光学测量仪器1的特征在于光源8和检测器10 定义了基本上垂直于液体处理轴5延伸的第一光学轴14。根据上文的解释，较 佳的是第一光学轴14以大致水平的方向延伸。进一步根据本发明，光源8和 检测器10相对于液体处理系统3提供的且悬垂在液体处理系统3的液体处理 吸头4的液体处理孔6处的液滴2无接触地被安置。优选地，光源8和检测器 10被同轴安置在第一光学轴14上且位于液滴2能被置于的以被第一光学轴14 穿透的位置处。由于它们的位置，光源8与液滴2隔开第一气隙15，而检测器 10与液滴2隔开第二气隙16。换言之，光源8和检测器10不接触具有要被分 析的样本的液滴2。因此，液滴2仅与液体处理系统3的液体处理吸头4的液 体处理孔6以及被保持在液体处理吸头4内部的样本液体相接触，液滴2是该 样本液体的一部分。

如图1中所描绘的创造性的光学测量仪器的第一实施例的典型之处在于包 括采用至少一个激光二极管的形式的发光设备17的光源8。已知激光二极管释 放特定波长的光。如果在短时间间隔内(例如在几分之一秒内)需要两个不同 波长的光，则较佳地提供两个相应的激光二极管以及一开关，该开关将光学光 导18与一个激光二极管或另一个激光二极管连接用于将其光耦合至光导中。 替代地(以及如果两个或更多个激光二极管被使用时较佳地)，可为发出特定 波长的光的每个个体源使用单独的光导。激光二极管对于某些波长来说是相当 非典型的。在这样的情况中且较佳的是，使用氙闪光灯或氘灯作为发光设备17。 为了实现对要被检测的液滴2的较佳的单色照射，滤光器和/或单色光器被使 用。在大范围的波长上对光谱进行扫描也是可能的。

例如为计算微滴中的DNA或RNA的浓度(260/280nm的照射光是必要 的)，使用具有带通滤光器的单色光器或具有特定波长的光的激光二极管就足 够了，且滤光器(图1中未示出)可被省略。在悬垂的液滴2的另一侧，检测 器10被放置，且较佳地在简单的第一实施例中，也可为检测器省略滤光器(图 1中未示出)。较佳的是至少该检测器10操作上连接到光学测量仪器1的处理 器13以便将测量信号12馈入处理器13。进一步较佳的是处理器13也操作上 与发光设备和/或一开关链接，该开关将光学光导18与一个激光二极管或另一 个激光二极管连接；因此，从检测器10接收到的测量信号12可与引起这些测 量信号的光源8相关。替代地(以及如果两个或更多个不同波长被使用时较佳 地)，可为接收特定波长的光的每个个体检测器20使用单独的光导。

替代地，作为光学光导的替代，透镜系统33(图1和3中用虚线指示出) 可被用于用发光设备17的光照射要被检测的液滴2，发光设备17诸如弧光灯、 发光二极管(LED)、激光二极管(是具有确定波长的强大LED)。从而，光 学测量仪器1较佳地包括被配置用于定义穿透液滴2的光的特定光学路径的透 镜系统33。因此，来自液滴2且要被引导到检测器20的光同样可经透镜系统 33(未示出)被引导到检测器。光学测量仪器1的检测器20较佳地包括光电 二极管20'、光电倍增器芯片20"、光电倍增管20"′、CCD芯片、或CMOS芯 片20'。

为了知道穿透液滴2的光的光学路径的实际长度，光学测量仪器1较佳地 包括被配置用于检测穿透液滴2的光的实际光学路径长度的成像芯片32。这样 的检测可通过将成像芯片32安置在垂直于第一光学轴14的第三光学轴35上 来实现。成像芯片32平行于第一光学轴14且与垂直的第三光学轴35(见图5) 成直角地延伸。较佳地，用第二光源37的光照射液滴2，且一准直透镜被用于 实现液滴形状的适当投影36(见图5、7和8)。图2示出根据第二实施例的 穿过液体处理吸头4的垂直剖面，该液体处理吸头在光学测量仪器1的光源8 与检测器10之间的某一位置在其液体处理孔6处保持一悬垂液滴2。为了使用 该第二实施例工作，与第一实施例中相同的液体处理系统3可被使用。在此， 光源8包括弧光灯17'，该弧光灯17'被装入一较佳地为良好通风的盒子中，该 盒子配备有狭缝或针孔18""，通过该狭缝或针孔18""照射光9可射出该盒子。 较佳的是在该通风的盒子中，透镜18"被置于弧光灯17'与狭缝或针孔18""之间。 在照射光19的路径中，放置一可缩回的(见双向箭头)光学滤光器18"′。该光 学滤光器18"′可以是单个光学滤光器或一系列光学滤光器(未示出)，在每种 情况下较佳地被装配在滤光器滑块上或滤光器轮上。该光学滤光器18"′提供了 选择特定波长的照射光9来照射液滴2中的样本。此外，单色光器可被用于选 择某个波长(未示出)。与本发明相一致，滤光器18"′不接触液滴2，在其表 面与液滴2的表面之间留下自由的第一气隙15。在此，检测器包括操作上连接 到处理器13并被装入较佳地为良好通风的盒子中的光电倍增管20"，该盒子配 备有狭缝或针孔19""(此处不可见)，通过该狭缝或针孔19""样本光11可进 入该盒子。在出射或样本光11的路径中，放置一可缩回的(见双向箭头)光 学滤光器19"′。该光学滤光器19"′可以是单个光学滤光器或一系列光学滤光器， 在不同情况下较佳地被装配在滤光器滑块上或滤光器轮上。该光学滤光器19"′ 提供了选择特定波长的出射或样本光11来检测来自液滴2的光。与本发明相 一致，滤光器19"′不接触液滴2，在其表面与液滴2的表面之间留下自由的第 二气隙16。

图3示出根据第三实施例的穿过液体处理吸头4的垂直剖面，该液体处理 吸头在光学测量仪器1的光源8与检测器10之间的某一位置在其液体处理孔6 处保持一悬垂液滴2。除了在液滴2的检测侧安装了不同元件之外，该第三实 施例与图1的第一实施例完全相同。在此，分束器21被安排在第一光学轴14 上，分束器21与液滴2隔开第二气隙16。分束器21将样本光11的一部分沿 第二光学轴23引导，第二光学轴23较佳地包括与第一光学轴14成90°的角。 第二光学轴23较佳的是水平的或垂直的，从而使得液滴2的投影能够被投影 到成像芯片32上，成像芯片32被配置成CCD或CMOS芯片。较佳地，出自 液滴2的光束(估计为完美圆形的)的直径被测量。通过知晓离液体处理轴5 一给定距离处(会聚的或发散的)光束的该直径以及通过反向计算，由于液滴 半径的透镜效应可计算液滴2的直径。因此，可估计通过样本的激发光的光学 路径的长度。然而，大部分样本光较佳地穿透分束器21并经透镜19"到达检测 器，透镜19"将样本光11集聚到光接收器20上，光接收器20较佳地被配置成 光电二极管20'、光电倍增器芯片20"、光电倍增管20"′、CCD芯片、或CMOS 芯片20'，光接收器20在操作上连接至处理器13。如先前的实施例中那样，测 量信号12由光接收器20提供给处理器13。

图4示出根据第四实施例的穿过液体处理吸头4的垂直剖面，该液体处理 吸头在光学测量仪器1的光源8与检测器10之间的某一位置在其液体处理孔6 处保持一悬垂液滴2。与图2的第二实施例类似地，发光设备17被安置在盒子 中，照射光9通过一开口从该盒子射出。在用于光源8的该盒子内，还有用于 在第一光学轴14的方向中使照射光9的光束准直的透镜18"，在第一光学轴14 上安置了采用分色镜形式的分束器21。该分束器21被配置成引导照射光9通 过到达透镜19"，透镜19"同轴地被安放在第一光学轴14上且位于分束器21与 液滴2之间。透镜19"将照射光9的光束集聚至被置于防护壳24的壁中的光纤 或光纤束19'的入射/出射表面。然而对光纤或光纤束19'的使用是可任选的；相 反，简单的狭缝或孔径将可行。

防护壳24以围绕从液体处理吸头4悬垂下的液滴2的基本闭合检测空间 25被建立的方式来包围液体处理系统3的液体处理吸头4的一部分。在检测空 间25内部但在液滴2的与光纤或光纤束19'相反的一侧上安装了反射镜22。从 而，分束器21与反射镜22被安排在第一光学轴14上，分束器21与液滴2隔 开第一气隙15，而反射镜22与液滴2隔开第二气隙16。通过该配置，反射镜 22将样本光11引导回液滴2，从而使穿透液滴2的光的路径长度加倍。因此， 光学测量仪器1包括包围检测空间25且包括开口26的防护壳24。开口26较 佳地被安排成被液体处理轴5穿透且具有直径27，该直径允许液体处理吸头4 无摩擦地进入以及将液体处理系统3提供的且悬垂在液体处理系统3的液体处 理吸头4的液体处理孔6处的液滴2安置在液滴2被第一光学轴14穿透的位 置处。较佳地，为了实现液滴2的稳定且确定的安置来供检测，液体处理吸头 4作用于一圆锥或其他表面之上。次佳的是液体处理吸头4紧靠一环形触点， 最次的是通过携带液体处理吸头4的液体处理机器人对液体处理吸头4进行自 由安置。防护壳24较佳地包括加湿源28和/或温度调节源29中的至少之一， 加湿源28用于控制防护壳24内检测空间25的气体环境的湿度，温度调节源 29用于控制防护壳24内检测空间25的气体环境的温度。

分束器21在此以与第一光学轴14成斜角α被安排在第一光学轴14上，且 定义了以与第一光学轴14成角度β延伸的第二光学轴23。在此，光源8被安 排在第一光学轴14上，且检测器10(较佳地采用光电二极管20'、光电倍增器 芯片20"、光电倍增管20"′、CCD芯片、或CMOS芯片20'的形式)位于第二 光学轴23上。在被配置成充当样本光11的反射镜且将其引导到检测器10的 分束器21与检测器10之间，安置了用于将样本光11集聚到光电二极管20'、 光电倍增器芯片20"、光电倍增管20"′、CCD芯片、或CMOS芯片20'的表面 上的另一透镜19"。替代地，光源8的场所可与检测器10的场所互换；从而检 测器10在第一光学轴14上，而光源8在第二光学轴23上。在该情况中，分 束器21被配置成将照射光9反射到液滴2以及使样本光11平行于第一光学轴 14穿过并射到检测器10的光电二极管20'、光电倍增器芯片20"、光电倍增管 20"′、CCD芯片、或CMOS芯片20'上。

图5示出了根据第五实施例的光学测量仪器1以及液体处理系统3的水平 投影，该光学测量仪器1包括光源8和检测器10，液体处理系统3提供从液体 处理吸头4的液体处理孔6悬垂并安置在光源8与检测器10之间的液滴2。在 此，基本球形的液滴2被放置使得水平的第一光学轴14在液滴2的中心穿透 液滴2；从而通过液滴2的光的光学路径最大。与第一光学轴14同轴安排的是 两个透镜系统33，一个用于照射光9，而一个用于样本光11。照射光9的特定 第一波长是用放置在光源8前面的滤光器18"′来选择的，而样本光11的特定第 二波长是用放置在检测器10前面的滤光器19"′来选择的。

发光设备17较佳地是从包括弧光灯17'、激光器、以及发光二极管17" (LED)的组中选择的，且较佳地被放置在具有狭缝或针孔18""的通风的盒子 内。光接收器20较佳地是从包括光电二极管20'、光电倍增器芯片20"、光电 倍增管20"′、CCD芯片、或CMOS芯片20'的组中选择的，且较佳地被放置在 具有狭缝或针孔19""的通风的盒子内。较佳地，透镜18"被放置在发光设备17 与狭缝或针孔18""之间。为了测量穿过液滴2的光的光学路径的长度，成像 CCD或CMOS芯片32被放置在垂直于第一光学轴14延伸的水平的第三光学 轴35上。光源8、检测器10以及成像芯片32操作上连接到处理器13用于传 送测量信号12和/或控制信号。较佳地，用第二光源37的光照射液滴2，且一 准直透镜被用于实现液滴形状的适当投影36。

一般来说，被检测的液滴2表现得像一光学透镜，从而影响光的光学路径。 因此为了最优测量，直径较佳地为1至2mm的液滴大小应适配于特定光学测 量系统，或者该光学测量系统应适配于某一液滴大小。液滴大小与光学系统两 者的相互适配也是可能的。因此，在与光学测量仪器1一起工作时，任何液体 处理系统3可被使用。高端上，这样的液体处理系统3可以是机器人样本处理 器(RSP)，像早已提及的Freedom机器人工作站。在一简单得多的方案 中，这样的液体处理系统3也可被配置成手持式移液管，只要该移液管能够重 复地提供确定的液滴量。显然，复杂程度位于这两种极限方案之间的任何液体 处理系统3可被用于与本发明的光学测量仪器1组合来工作。

较佳地，液体处理系统3包括由液体处理系统3的中央处理器44控制的 泵39。泵39经耐压管线40在操作上连接到液体处理吸头4，且液体处理系统 3的中央处理器44由光学测量仪器1的处理器13控制。从而，泵39与光学测 量仪器1的处理器13以及液体处理系统3的中央处理器44的有效组合是一种 用于相对于光学系统43的第一和第二光学元件18、19或相对于至少一个光学 元件18、19来适配液滴2的大小的手段。而且，液滴2相对于光学测量仪器1 的光学系统43(即光学系统43的第一和第二光学元件18、19)的相对位置， 也可被互相适配。为了使液滴2和光学系统43粗略地相互定位，液体处理系 统3的机械臂45(液体处理吸头4所附连的机械臂45)可被使用。较佳地， 该机械臂45被配置成由液体处理系统3的中央处理器44控制，以及在某一坐 标系的一个或多个方向中移动。该坐标系可以是笛卡尔坐标系或任何其他坐标 系，使得机械臂45可在相应的坐标系的一个或多个方向中以定义的方式被移 动。较佳地，机械臂45采用与光学测量仪器1的处理器13以及液体处理系统 (3)的中央处理器44的有效组合来实现，并且从而机械臂45是一种相对于 光学系统43的第一和第二光学元件18、19或相对于至少一个光学元件18、19 来相互适配液滴2的位置的手段。

较佳地，为了对液滴2相对于光学系统43的相互位置适配进行微调，液 体处理吸头4通过一X/Y/Z驱动46附连于液体处理系统3的机械臂45，该X/Y/Z 驱动46由液体处理系统3的中央处理器44控制且被配置用于进行微调。较佳 地，该X/Y/Z驱动46基于压电元件。

替代地或者与已描述的用于液滴2的位置相对于光学系统43的第一和第 二光学元件18、19的相互适配的手段相组合，光源8和第一光学元件18可由 第一专用X/Y/Z驱动47支持，且检测器10和第二光学元件19可由第二专用 X/Y/Z驱动48支持，第一和第二专用X/Y/Z驱动47、48被配置用于对光学系 统43相对于液滴2的位置适配进行微调。

图6A示出要被研究的液滴2的情况的水平投影，具有指示出的用于荧光 或冷光检测的较佳范围。高度优选的是，用于检测液滴2中的样本发出的荧光 或冷光(即样本光)的检测器42不被放置成与光源8和微滴2同轴。如果荧 光检测器42与光源8、微滴2、以及链接这两者的第一光学轴14一起被放置 在水平平面中，则较佳的是将荧光检测器42安置在第一光学轴14的一侧上的 扇形中(用双向箭头指示出)，以便防止激发或照射光9到达检测器42。因此， 将液滴2与检测器42链接的第二光学轴23以相对于第一光学轴14的一合适 的角度来定向。光源8、液滴2以及荧光检测器42也可被放置在两个或三个不 同的高度水平上，一个这样的示例被描绘在图6B中。

图6B示出要被研究的液滴2的情况的垂直截面图，具有指示出的用于荧 光或冷光检测的较佳范围。荧光检测器42被放置在比光源8、微滴2以及链接 这两者的第一光学轴14低的水平上。较佳地，荧光检测器42被安置在第一光 学轴14下的扇形中(用双向箭头指示出)，以便防止激发或照射光9到达检 测器42。因此，将液滴2与检测器42链接的第二光学轴23以相对于第一光学 轴14的一合适的角度来定向。

不言而喻，如图6A和6B所示的检测器放置的组合也是可能的。荧光检测 器42的可能放置也可被相应地选择；然而，由于通常没有激发光，荧光检测 器甚至可以被放置在与(这次关闭的)光源8和液滴2相同的光学轴上。

图7示出了根据第六实施例的包括光源8和检测器10的光学测量仪器1 的水平投影。为了将液滴大小适配于特定光学测量系统，液体处理系统提供了 泵39来改变从液体处理吸头4的孔6悬垂的且安置在光源8与检测器10之间 的液滴2的大小。图7在许多方面类似于图5所示的第五实施例，但是描绘了 实际用于测试本发明的设置。再次，基本球形的液滴2被放置使得水平的第一 光学轴14在液滴2的中心穿透液滴2；从而通过液滴2的光的光学路径最大。 发光设备17是氘灯。与第一光学轴14同轴安排的是两个透镜18"和19"(德国 慕尼黑QioptiqLINOS.股份有限公司的石英透镜G312412000)，一个用于照射 光9，而一个用于样本光11。在液滴2与透镜19"之间，同轴放置了中间透镜 系统41(由英国约克郡EdmundOptics有限公司的透镜DCX49254和DCX 49255组成)。检测器10是CCD相机。与图5中类似，用第二光源37的光照 射液滴2，且一准直透镜38被使用来实现液滴形状在CCD相机的传感器32上 的合适投影36。为了测量穿过液滴2的光的光学路径的长度，CCD相机的成 像芯片32被放置在垂直于第一光学轴14延伸的水平的第三光学轴35上。光 源8、检测器10以及CCD相机的成像芯片32操作上连接到处理器13用于传 送测量信号12和/或控制信号。

在创造性的光学测量仪器1的该第六实施例中，泵39被提供并通过耐压 管线40在操作上连接到液体处理吸头4。泵39还与处理器13连接，而该处理 器与成像CCD32传感器连接。这种安排提供了一种用于调整液滴2的大小的 闭环控制。详细来说，首先，在液体处理吸头4的液体处理孔6处产生液滴2。 然而，以若干次迭代循环(直到达到希望的液滴大小和位置)重复地执行下列 步骤：

a)使用第二光源37和成像芯片32记录液滴2的图像；

b)通过处理该图像，计算液滴的实际大小；以及

c1)根据步骤b)的结果将液滴大小与液滴位置相关，或者

c1)根据步骤b)的结果将液滴大小与光学系统位置相关。

通过用泵39适当地改变耐压管线40中的压强可实施对液滴大小的改变， 其中降低压强会减小液滴2的大小，而提高压强会增大液滴2的大小。具有较 佳大小的液滴2具有大约1至2mm的直径。

通过在三维笛卡尔坐标系或任何其他坐标系的轴的一个或多个方向中移 动液体处理吸头4(较佳地附连于液体处理系统3的机械臂)可实施对液滴位 置的改变。携带液体处理吸头4的机械臂的驱动可被用于粗略移动。为了对移 动进行微调，可移动被安置于机械臂与液体处理吸头4之间的专用X/Y/Z驱动； 较佳地，该专用X/Y/Z驱动基于压电元件。通过用专用X/Y/Z驱动移动光源8、 其第一光学元件18以及具有第二光学元件19的检测器10可实施对光学系统 位置的改变；较佳地，该专用X/Y/Z驱动基于压电元件。

此处所述的用于必要移动的所有驱动以及泵39由处理器13控制，且从而 所有必要的改变可被自动执行。在必要的迭代循环之后，使用光学系统和检测 器来测量光源8的照射光9的吸光度。同时地或替代地，也可测量液滴2中样 本的荧光或冷光。

图8示出了根据第七实施例的光学测量仪器1的水平投影，该光学测量仪 器包括光源8和检测器10以及第五和第六实施例中已被描述的元件。不同于 至今为止所描述的实施例，该第七实施例包括用于测量由从液体处理吸头4的 孔悬垂的且被安置在光源8与检测器42之间的液滴2中的样本发出的荧光或 冷光的荧光或冷光检测器42。为了允许进行荧光或冷光测量，分束器21以一 倾斜角被安置在第三光学轴35上。此分束器21被配置成将由样本发出的且来 自液滴2的荧光或冷光偏转到较佳地配备有光电倍增器芯片20"的荧光或冷光 检测器42中。通过图8中所示的安排，确保了仅来自样本的荧光或冷光而没 有激发源(发光设备17)的光被允许进入荧光或冷光检测器42以及到达光电 倍增器芯片20"。为了实现这个目标，光学测量仪器1包括被安置在第一光学 轴14和第三光学轴35之外的荧光或冷光检测器42。仅为了测量荧光或冷光信 号，替代分束器21可使用简单的反射镜(未示出)，或者具有光电倍增器芯 片20"的荧光或冷光检测器可被安置在第三光学轴35上(同样未被示出)。在 仅致力于用于荧光或冷光测量的光学测量仪器1的全部这些简化实施例中，第 二光源37和成像芯片32可被省略。如果检测器10应被同时用于荧光或冷光 测量，则可通过基于比尔-朗伯(BeerLambert)定律的计算(见下文)来执行 对液滴大小的确定。

在任何情况下，光源8与液滴2定义了基本上垂直于液体处理轴5延伸的 第一光学轴14。然而，检测器10(即光电二极管20'、光电倍增器芯片20"、 光电倍增管20"′、CCD芯片、或CMOS芯片20'中的一个)是否也要被放置在 该第一光学轴14上(见图1、2、3、5、7和8)或者检测器10是否要被放置 在一不同的第二光学轴23上(见图4和6A、6B)，这由技术人员来决定。

这里明确指出，本文所示和/或所述的所有不同设备和元件可根据技术人员 的实际需求来被重新安排和交换，而不背离本发明的要旨，只要液滴2不被任 何发光设备17或光接收器20物理接触。

本发明的光学测量仪器1可被用于执行一种分析液体处理系统3提供的液 滴2中所含样本的光学测量方法。根据本发明的分析方法包括以下步骤：

(a).提供包括至少一个液体处理吸头4的液体处理系统3，所述液体处理吸头4 具有液体处理轴5以及在所述液体处理吸头4的末端7处具有液体处理孔6， 所述液体处理轴5在所述液体处理吸头4内延伸并穿透所述液体处理孔6；

(b).提供液滴2，所述液滴2在所述液滴2被基本上垂直于所述液体处理轴5的 第一光学轴14穿透的位置处悬垂在所述液体处理系统3的所述液体处理吸 头4的所述液体处理孔6处；

(c).提供包括光源8、检测器10、光学系统43的光学测量仪器1，所述光学系 统43具有用于将来自光源8的照射光9透射到液滴2的第一光学元件18 以及具有用于将来自液滴2的样本光11透射到检测器10的第二光学元件 19(同样见图6A和6B)；所述照射源8和液滴2定义了所述光学系统43 的第一光学元件18的第一光学轴14，第一和第二气隙15、16将所述液滴 2与所述光源8和所述检测器10以及它们的相关联的第一和第二光学元件 18、19隔开，从而它们不接触液滴2；

(d).用源自所述光源8的照射光9照射所述液滴2；

(e).用所述检测器10测量来自所述液滴2的样本光11以及提供测量信号12； 以及

(f).用操作上连接到所述检测器10的处理器13处理由所述检测器10提供的所 述测量信号12。

任选地，可另外执行步骤(g)，其中要被递送的样本量被调整，所述调 整基于由先前执行的步骤(f)提供的测量结果。

较佳地，当执行根据本发明的分析方法时，液滴2的大小和位置以及光学 系统43的第一和第二光学元件18、19已被相互适配来实现最高的信噪比。作 为同样较佳的替代，根据本发明的分析方法可包括对液滴2的大小和位置相对 于光学系统43的第一和/或第二光学元件18、19进行相互适配，如下文所述。

根据本发明，在分析液滴2中的样本期间，液滴2仅接触液体处理系统3 的液体处理吸头4(尤其是液体处理孔6)，且最终某些样本液体量30存在于 液体处理吸头4内。在分析样本期间，液体处理系统3没有其他部分以及本发 明的光学测量仪器1没有任何部分物理上与液滴2接触。在该制度下，光学测 量方法的下列过程步骤被执行：

(i).用液体处理系统3的液体处理吸头4从样本源吸取一定量的液体样本30；

(ii).使用液体处理系统3将带有液体样本30量的液体处理吸头4移动到光学测 量仪器1；

(iii).用液体处理系统3执行受控分液动作，从而产生足够小以保持附着于液 体处理吸头4的液体处理孔6的液滴2；

(iv).安置附着了液滴2的液体处理吸头4，使得液滴2被光学测量仪器1的 第一光学轴14穿透；以及

(v).相互调整微滴大小以及光学系统来优化测量信号12。

这里注意到步骤(iii)与(iv)可互换，使得使用液体处理系统3的液体 处理机器人将液体处理吸头4放置在定义的位置处，然后执行利用液体处理系 统3的受控分液动作，从而产生足够小以保持附着于液体处理吸头4的液体处 理孔6的液滴2。液滴2中所含样本的感兴趣的光学特性较佳地是从包括吸光 度、荧光、以及冷光的组中选择的。这里还注意到步骤(iv)和(v)可被重复 来相对于光写系统43相互优化液滴2的大小及其位置。

因此，下列步骤较佳地被执行：

(vi).测量液滴2中所含样本的感兴趣的光学特性；

(vii).用液体处理系统3重新吸入液滴2；以及

(viii).对液体样本30量的至少一部份进行分液。

为了优化具有液滴2的液体处理吸头4与光学测量仪器1的第一光学轴14 的相对空间位置，附着了液滴2的液体处理吸头4的安置(根据步骤(iv)) 较佳地得到改进，其中通过在液体处理系统3的笛卡尔坐标系的X、Y、Z方 向中的至少一个方向中移动液体处理吸头4，使得用检测器10提供的以及由处 理器13接收的测量信号12最大化。在该情况中尤其较佳的是，附着了液滴2 的液体处理吸头4的安置得到改进，其中象限型光电检测器31(见图1)被使 用且液体处理系统3的液体处理吸头4在笛卡尔坐标系的某一X、Y和Z方向 中被移动(如果需要)，直到该象限型光电检测器31的所有四个象限的测量 信号12被均衡为止。

尤其较佳的是，附着了液滴2的液体处理吸头4的安置(根据步骤(iv))得到 改进，其中用液体处理系统3的液体处理机器人来迫使液体处理吸头4作用于 一表面34上，从而将附着的液滴2安置在先前已被认可为提供最佳测量结果 的场所处。

还较佳的是，对于根据步骤(iv)附着的液滴2，液滴2在液滴形状和/或 位置方面被修改以便优化用检测器10提供的测量信号12。通过将液滴大小适 配于一现有的光学系统，即用泵39控制液滴大小以便实现预定义的最优液滴 大小，可实现对微滴大小和光学系统的相互调整。替代地，根据光学系统领域 的技术人员的知识，使用例如至少一个变焦透镜18"或19"，光学系统可被适配 于实际(未知)液滴大小。还可能利用可变光学系统(具有例如变焦透镜)以 及同时用泵39修改液滴大小。

为了确定穿透液滴2的光的实际光学路径长度，可应用不同的方法：

1.分束器21被放置在液滴2与光学测量仪器1的检测器10之间(见图3)， 分束器将样本光11的一部分引导到成像CCD或CMOS芯片32，且液滴2 的形状是使用由成像CCD或CMOS芯片32检测到的信号来成像的(见图 3)。该方法被限于展现出基本球形形状的具有所有方向中均相等的水平液 滴直径的液滴2。

2.成像CCD或CMOS芯片32被放置在垂直于第一光学轴14延伸的第三水平 光学轴35上(见图5)。较佳地，准直透镜38在液滴2与成像芯片32之 间被放置在第三光学轴35上；从而，液滴2的定义的投影36被呈现在成 像芯片32的表面上。在用成像CCM或CMOS芯片32创建的图像上测量 穿透液滴2的光的光学路径的实际长度。该方法的优点是不依赖于液滴2 的实际对称性或非对称性，实际路径长度真正被测量。

3.如果某一已知溶剂与要被研究的样本一起使用，则最优液滴大小可被确定， 以及可对于该溶剂和最优液滴大小记录移液管吸头(液体处理吸头4)中的 压强。通过在液滴处理吸头4中重现该压强，液滴大小被重现。为了测量 液体处理吸头4内的压强，液体处理系统必须配备有合适的压强传感器及 测量。该方法的优点是不需要执行成像和进一步的测量。然而，该方法被 限于展现出基本球形形状的具有所有方向中均相等的水平液滴直径的液滴 2。然而要注意，液滴大小还可能依赖于液滴温度和液体特性(如表面张力、 粘度、饱和蒸汽压等)。该方法被推荐用于直径少于2mm的液滴大小，因 为已发现对于这样的小液滴，压强随着液滴大小改变。

4.穿透液滴2的光的光学路径长度较佳地通过以下来确定：

·测量由具有第一预定波长的光的透射造成的第一光信号，以及

·测量由具有第二预定波长的光的透射造成的第二光信号，以及

·通过第一和第二光信号之间的预先确定的关系确定样本的光学路径长 度，以及溶剂的光学路径长度，其中第一和第二波长处于从750纳米 至2500纳米波长的电磁频谱的近红外区域中。

5.穿透液滴2的光的光学路径长度(L)根据下式来计算：

$L=\frac{A_1-A_2}{C({ϵ}_1-{ϵ}_2)}---\left(1\right)$

其中：A₁是由第一光信号造成的第一吸收值，

A₂是由第二光信号造成的第二吸收值，以及

C(ε₁-ε₂)是预先确定的或从包含预定光学路径长度的溶剂样本的参考 透明小容器的第一和第二波长处的吸收确定的。

6.穿透液滴2的光的光学路径长度(L)根据下式来计算：

$L=\frac{A}{ϵ·C}---\left(2\right)$

其中：A是由光信号λ₁产生的吸光度值，

ε是λ₁处的物质的消光系数，以及

C是液滴中物质的分子浓度。

方法4至6的优点在于穿透液滴2的光的实际光学路径长度真正被测量或 计算，且不必执行成像或进一步测量。不依赖于液滴大小和几何形状，利用在 处理器13中激活的合适的软件，这些方法可以自动化方式被执行。

如果光学测量仪器1包括包围检测空间25且包括具有直径27的开口26 的防护壳24，且如果液体处理吸头4穿过开口26被伸入，且在根据步骤(iv) 安置了附着了液滴2的液体处理吸头4之后，防护壳24内检测空间25中的气 体环境的温度和/或湿度受到温度调节源29和/或加湿源28的控制(见图4)。

根据用根据本发明的光学测量仪器1以及胜任的液体处理系统3来工作的 人的实际需求，对液体样本30量的至少一部份进行分液较佳地是根据步骤(vii) 如下被执行的：

·液体样本30量的全部被分液回到样本源，或

·液体样本30量的一些部分被分液到至少一个反应容器中，且液体样本30的 剩余量被分液回样本源或废品槽，或

·液体样本30量的全部被分液到至少一个反应容器中。

根据对根据本发明的光学测量仪器1的尤其较佳的一种用途，以及根据光 学测量方法的一种尤其较佳的应用，对液体样本30量的至少一部份进行分液 是根据步骤(vii)如下被执行的：

·穿透液滴2的光的光学路径长度是使用比尔-朗伯定律被确定或计算的；

·液滴2中样本30的浓度是根据比尔-朗伯定律被计算的；

·一定质量的样本30是根据液滴2中的浓度来确定的；

·该一定质量的样本30被分液。

如分子生物学中已知的，使用核酸的反应或试验分析通常要求特定量以及 纯度来获得最优表现。因此，核酸的定量通常被执行来确定混合物中存在的 DNA或RNA的平均浓度，以及它们的纯度。核酸以特定模式吸收紫外光。在 分光光度计(spectrphotometer)中，样本被暴露于260nm的紫外光，且光电检 测器测量穿过该样本的光。样本吸收的光越多，样本中核酸浓度越高。使用比 尔-朗伯定律，就可能将吸收的光的量与吸收分子的浓度相关。

比尔-朗伯定律为：

D＝log₁₀(I₀/I)＝εCL(2)

其中：D＝光密度、吸光度

I₀＝波长λ的入射光的强度

I＝穿过吸收单元之后光的强度

C＝吸收材料(分子)的浓度

L＝吸收路径的长度

ε(λ)＝消光系数。

注意，如果照射是单色的，如果吸收材料的浓度低，且如果没有显著的分 子相互反应(诸如由于不同浓度造成的缔合、解离或结构改变)，则该关系的 有效性一般是令人满意的。在260nm的波长，双链DNA的平均消光系数是0.020 (μg/ml)^-1cm^-1，对于单链DNA是0.027(μg/ml)^-1cm^-1，对于单链RNA是0.025 (μg/ml)^-1cm^-1，以及对于短单链寡核苷酸，平均消光系数依赖于长度和碱基组成。 从而，对于双链DNA来说，光密度(即“OD”)为1对应于50μg/ml的浓度。 这种计算方法对于多达至少为2的OD来说是有效的。对于寡核苷酸，可能需 要更准确的消光系数；这些可使用最近邻居模型来被预测。

对于核酸样本来说被其他分子(即蛋白质、有机化合物等)污染是常见的。 260nm和280nm处的吸光度的比率(A_260/280)被用于评估核酸的纯度。对于纯 DNA，A_260/280为约1.8，而对于纯RNA，A_260/280为约2。

260nm处的吸收对280nm处的吸收的比率通常被用于评估蛋白质溶液的 DNA污染，因为蛋白质(尤其是芳香族氨基酸)吸收280nm的光。然而反之 并非亦然；需要相对大量的蛋白质污染来显著影响核酸溶液中的260:280比率。 这种差异是由于与蛋白质相比，核酸在260nm和280nm处具有高得多的消光 系数。由于此，即使对于相对较高浓度的蛋白质，蛋白质对260和280吸光度 的贡献相对较小。虽然蛋白质污染不能用260:280比率来可靠评估，但这也意 味着它对于DNA数量估计造成很少误差。

从而较佳的是将样本暴露于260nm和280nm的紫外光，用光电检测器测 量穿过样本的光，以及使用比尔-朗伯定律在260nm和280nm的吸光度的比率 (A_260/280)上评估核酸的纯度——这样的定量可使用光学测量仪器1的所公开 的实施例中的每一个实施例来执行。

图9示出用本发明的光学测量仪器1捕捉的带有DNA的缓冲液液滴与不 带有DNA的缓冲液液滴的吸光度谱(未经处理的原始信号)的比较。光学系 统被设计用于1.76mm的液滴大小以及对液滴2的中心照射。液滴大小和位置 用轴35上的CCD相机32记录。处理器13使用来自CCD相机32的信息来将 实际大小和位置与目标值比较。利用液体处理系统3，处理器13调节该位置和 大小。当达到目标值时，光源8被打开，用检测器10(光接收器20)记录谱。 这时，对照用于穿透液滴2中样本的光的波长，绘制信号(以计数为单位的透 射光的强度)。在高于大约300纳米的波长处，这两个测量之间基本上没有差 异。然而，在210和300nm之间的范围内，带有DNA样本的液滴2(1.76mm 缓冲液液滴中500ng/mlDNA)示出比不带有DNA样本的液滴2(仅1.76mm 缓冲液液滴)高得多的吸光度。

图10示出用本发明的光学测量仪器(即使用如本文所公开的图7的第六 实施例)捕捉的或用商业上可获得的光谱仪捕捉的缓冲液中相同DNA样本的 吸光度谱(经处理的原始信号)的比较。为了将图9的原始信号与用商业光谱 仪获得的结果比较，通过校正传感器的暗电流以及在315nm处调整信号电平， 原始信号被后处理。在230nm和315nm之间的波长处注意到两幅图的良好相 关性。仅可见微小差异，这可归因于波长校准方面的可能差异。因此，结论是 260nm和280nm处的吸收可用本发明的光学测量仪器1来可靠地测量。因此， 260nm处的吸收对280nm处的吸收的比率可使用本发明的光学测量仪器1来可 靠地确定。

不同附图中相同或相似的元素用相同或相似的参考标号来指示。因此，即 使没有在每种情况下讨论每个细节时，附图中的这些指示和相关元素向技术人 员完全公开了所有这些元素。

一个或多个液体处理系统3可与本发明的一个光学测量仪器1组合使用。 单个液体处理系统3可配备有根据本发明的一个或多个测量仪器1。

参考标号

1光学测量仪器20"光电倍增器芯片

2液滴20"′光电倍增管

3液体处理系统21分束器

4液体处理吸头22反射镜

5液体处理轴23第二光学轴

6液体处理孔24防护壳

74的末端25检测空间

8光源26开口

9照射光2726的直径

10检测器28加湿源

11样本光29温度调节源

12测量信号30液体样本

13处理器31象限型光电检测器

14第一光学轴32成像CCD或CMOS芯片

15第一气隙33透镜系统

16第二气隙34圆锥表面

17发光设备35第三光学轴

17'弧光灯36液滴在32上的投影

17"发光二极管(LED)37第二光源

18第一光学元件38准直透镜

18'光纤或光纤束39泵

18"透镜40耐压管线

18"′滤光器41中间透镜系统

18""狭缝或针孔42荧光或冷光

19第二光学元件43光学系统

19'光纤或光纤束443的中央处理器

19"透镜453的机械臂

19"′滤光器46X/Y/Z驱动

19""狭缝或针孔47第一专用X/Y/Z驱动

20光接收器48第二专用X/Y/Z驱动

20'光电二极管、CCD芯片、CMOS 芯片