用于检测和分离物质的多相流动系统的制作方法
专利名称：用于检测和分离物质的多相流动系统的制作方法
用于检测和分离物质的多相流动系统相关申请的交叉参考本申请要求2011年9月8日提交的美国非临时申请序列号13/228，428，名为“MULTIPLE PHASE FLOW SYSTEM FOR DETECTING AND ISOLATING SUBSTANCES (用于检测和分离物质的多相流动系统)”(其是2010年9月10日提交的非临时申请序列号61/381，809)的优先权，所述公开通过引用纳入本文，就如同其全文列入本文。关于联邦资助研·究或开发的声明本发明是在国立卫生研究院(National Institutes of Health) (NIH)授予的基金号R21CA139186-0资助下完成的。政府享有本发明的某些权利。
背景技术：
黑色素瘤是最致死形式的皮肤癌。尽管黑色素瘤由于在皮肤上通常容易观察并且能简单除去，而相较其他癌症具有相对低的死亡率，但是如果体表肿瘤转移到身体其他部分，则会迅速致死。在转移中，从起始肿瘤位点脱离并且进入血液或淋巴系统的循环黑色素瘤细胞(CMC)能自己植到别处，并且生成随后成为远端黑色素瘤病因的继发性肿瘤。因此，早期诊断可能治愈癌症，因为由于所述癌症还没有自身完全显现，所述治疗有更高的成功几率。另外，预测在2010年，超过68，000个美国人会诊断有所述疾病，并且超过8，000
个黑色素瘤患者会死于所述疾病。然而，如果黑色素瘤早期被诊断出并且从皮肤快速除去，容易治愈黑色素瘤；然而，如果转移了，所述癌症能变成致死性。考虑到直径Imm的肿瘤通常由I百万个细胞组成，更大的更加可见肿瘤通常能由数十亿个细胞组成。即是说，诊断有大肿瘤的患者的机会下降，并且会比在继发性肿瘤形成前诊断的患者需要更多物理需求的治疗。不幸的是，患者必需当前等待数月以了解所述体表黑色素瘤是否扩散，因为当前所述诊断转移癌症的方法是通过需要存在可见的转移肿瘤的成像技术。结果，患者通常确诊太晚。诊断转移癌症的当前方法包含淋巴结活检和成像技术。然而，如果所述癌症不能与淋巴系统相互作用，并且不能进行数次疾病监测，淋巴结活检能产生假阴性。即是说，如果循环肿瘤细胞能在淋巴系统或血流中检测到，循环肿瘤细胞能是诊断和监测转移性黑色素瘤和其他病理疾病的极好信息来源。出于此原因，研究很多技术以检测和分离这些细胞从而用于诊断和疾病监测目的。一些研究已经用于发现CMC，所述研究包含RT-PCR、免疫组织化学、磁性细胞分选、光纤阵列扫描技术和微过滤器；然而高的假阴性率、标记和长期过程限制了临床实施的机会。不幸的是，用于诊断转移疾病的当前方法对单个转移细胞不灵敏。在能诊断出肿瘤并且开始挽救生命的治疗前，患者必需等到继发性肿瘤形成。附图简要说明下文将参考附图详细描述本发明，其中:
图1是根据本发明实施方式，分离物质的多相流动系统的透视图2A是根据本发明实施方式，多相流动系统连接移除机体顶部以暴露所述通道和液体的延伸图；图2B是根据本发明实施方式，多相流动系统连接的延伸图，包含连接移除机体顶部以暴露所述通道、液体和光波导；图3A和3B是根据本发明实施方式包含两种液体的管延伸图，其中各交替液体(alternating fluid)的量不同；图4是根据本发明实施方式，多相流动系统的检测室的延伸图；图5A-5F是根据本发明实施方式,很多样品光声振幅(amplitude)的图形视图；图6是根据本发明实施方式，受辐射白细胞样品的光声振幅的图形视图，细胞悬浮的分离液滴显示了白细胞；和图7是根据本发明实施方式，白细胞中受辐射黑色素瘤细胞样品的光声振幅的图形视图，细胞悬浮的分离液滴显示存在色素化的黑色素瘤细胞。发明详述本发明的实施方式针对体外检测黑色素瘤的无标记方法以及分离方法，所述分离方法简单、有较低误差限度、并且有效。检测转移的黑色素瘤细胞，然后从患者样品如离心血液样品中分离。分离黑色素瘤细胞不仅帮助患者的早期诊断，而且在血液中存在的循环肿瘤细胞数目和患者预后之间有正相关性。检测从起始肿瘤位点脱离并且进入血液或淋巴系统的循环黑色素瘤细胞能是癌症的诊断和监测工具。能分离和计数黑色素瘤细胞能用于监测癌症患者的治疗；较高细胞计数能指示严重的预后(prognosis),而较低细胞计数能指示治疗进展良好。必须检测血液中的转移性黑色素瘤，因为其消除了对癌症患者的伺机而动的策略(waiting game)。使用本发明的实施方式,患者能有每当需要时就癌症扫描的简单血液样品，而不是等待数月以观察扫描中是否可见肿瘤。能利用这些月份向所述患者提供拯救生命的治疗，而不是等待观察所述癌症是否扩散，或监测当前治疗是否运作。本发明实施方式降低了涉及正常流动系统的潜在错误，并且使得能从患者样品中初步分离转移性黑色素瘤。在一个实施方式中，所述检测器包含激光器、换能器和示波器。已经短暂描述了本发明实施方式的概况，描述了描绘本发明实施方式的示例性图片，从而提供本发明各方面的常见背景。特别参考图1-4，其中同样的(like)参考数字鉴定了各种视图的同样(like)元件，显示了示例性多相流动系统10。多相流动系统10通常包含第一泵12、第二泵14、第一液体管24、第二液体管26、连接器28、多液体管30和物质检测器32。尽管描述为有两个泵，应理解多相流动系统10可以包含任意数目的泵。图1中描述的第一泵12和第二泵14是注射泵。然而应理解用于液体移动的任意类型设备可以用作泵。多相流动系统的流速使用0-1000 μ L/秒范围。在其他实施方式中，通过多相流动系统的液体移动是基于经所述系统驱动各液体的压力。例如，所述一种或多种液体可以基于重力流过所述多相流动系统，产生所述液体的位势水头(elevation head)。
参考图2，管24、26和30是用于通过液体的较长空心并且通常是圆柱形的物体。在一个实施方式中，管24、26和30是硅胶管。简单参考图4，所述检测室38中的流室33从线或其他管周围成形的丙烯酰胺凝胶制成。所述丙烯酰胺凝胶能变硬或凝固，并且除去所述线以创造通道(例如由内壁限定的流室33)，用于使流体在所述检测室38内时流过。应理解任意各种其他的方法和材料可以用于创造液体流过的流室33。在实施方式中，流室33从声阻抗接近水的材料制成。所述多相流动系统10中，流室33的内流直径是约O-1Omm制剂。所述丙烯酰胺用作从激发细胞到声学传感器的声学路径。参考图1和2，第一液体20和第二液体22使用接器28从其各自管24和26进入总(common)液体管30。液体是能相对简单地流动和趋向呈现其容器形状的任意物质状态，并且可以包含液体、气体或血浆。在此实施方式中，第一液体20与第二液体22不同，并且与第二液体22不能混合和/或生成气泡。例如，第一液体20可以是空气，而第二液体22是水或者其他在第二液体22内产生第一液体20气泡的液体。在另一个示例中，第一液体20是油,而第二液体22是水或者亲水性液体。尽管图1和2描述为有第一和第二液体,应理解任意数目的多种不同液体可以用于本发明的实施方式。例如，第三液体可以通过连接器28流入总液体管30。第一液体20和第二液体22使用连接器28流入总液体管30。总液体管30是所述液体流过的总通道。图1和2中描述的所述连接器28是Y连接器。应理解所述连接器可以是任意形状，包含Y连接器或T连接器，使得所述第一液体20和第二液体22强制在一起进入单个流动途径而不混合在一起。在一个实施方式中，所述多相流动系统能使用三种液体，两种在总液体管30中混合在一起，而保持与第三种液体彼此区分。例如，如果三种液体是水、藻酸盐和空气，所述水和藻酸盐可以混合在一起形成凝胶非连续节段，并且与所述空气非连续节段保持彼此区分。在其他实施方式中，可以基于总液体管30中相遇的多个管来产生多相流，而不是两个管在总管中相遇。由于两种液体的不混溶性(如油和水)和/或生成气泡(如气和水)，第一液体20和第二液体22基本上轮流进入总液体管30。在一个实施方式中，所述不混溶性是由于第一液体(如油)的疏水性和第二液体(如水溶性液体)的亲水性。随着所述第一液体20进入总液体管30，第二液体22增大 压力，直到所述第一液体20停止流动，并且轮到第二液体22流动。这产生了第一液体20和第二 22的交替非连续节段。通过经连接器(如T连接到单个流动途径)引入两种液体，隔离物质。这是理想的，因为能鉴定和易于提取所检测物质定位的第一液体或第二液体的精确非连续节段。应理解图3A和B所示的所述第一液体20和第二液体22的非连续节段的大小可以根据总液体管30的直径而变化，并且所述液体的流速大小是Ο-lml/s。另外，可以使用多于两种的液体，且还可使用来自多个患者的生物液体并在交替的非连续节段中分离。在实施方式中，第一液体20是用于生成第二液体22非连续节段的分离器液体，如空气、气体(gas)和/或油。第二液体22可以包括含有要检测物质的任意类型液体。在一个实施方式中，第二液体22可以是任意类型的液体，包含生物材料或物质如癌细胞(乳腺癌、黑色素瘤、前列腺癌等)、组织、细胞、病原体、微生物(如疟疾)、传染性病、色素、有颜色诱导的非光吸收物质(如加入到非有色癌细胞的染料或加入到细胞的金纳米颗粒)、化合物、非生物物质和/或来自个体生物样品的外源物质，包括但不限于血液、唾液、尿、粪便、血清、血浆、组织和脊液。在另一个实施方式中，第二液体22是非生物液体，包含生物或非生物物质如水(第二液体)中检测铅(lead)(物质)。如下面更详细所述，在一个实施方式中，从可含有或不含有黑色素瘤细胞的个体的白细胞溶液离心第二液体22。在一个实施方式中，全血样品取自黑色素瘤患者，并且离心，将任意黑色素瘤留在全细胞悬浮液中。所述第一液体20和第二液体22的交替非连续节段在检测器32的检测室38中流过总管30到所述流室33。参考图1和4，发生器34是光声激光源。检测室38包含内壁36，限定了检测室38的开放内部。激光源34包含激光40和脉动器(pulsator)42。尽管在一个实施方式中激光源34描述为光声检测器，应理解发生器34可以包含将能量转化成某种物质的任意种类激发设备和/或机制，所述某种物质能进一步处理以获得包含辐射、激光、化学、电学半导体、荧光、无线电波、磁性、X线断层摄影、热谱和超声检测在内的信息。在一个实施方式中，光声检测器能检测或测定液体是否包含有色素例如转移黑色素瘤的物质，所述转移黑色素瘤天然包含小色素颗粒黑色素。随着液体的单个离散组分流过流室33，其用有快速光脉冲的光声激光源34辐射。应理解使用参考图2B所述的光波导，所述激光可以横向指向所述流，或者指向沿着所述流的轴。当用快速强度激光脉冲辐射黑色素瘤时，所述黑色素发生热弹性扩张。因此，如果所述流过所述室33的离散组分包含黑色素瘤，所述黑色素瘤中的黑色素发生热弹性扩张并且最终生成光声波。辐射的黑色素瘤细胞生成压电换能器能检测的光声波，而所述白细胞没有生成信号，因为其是光学透明的。应理解检测器可以用于测定在多相流动系统中所述流过检测器的液体是否包含特定的物质。在这个实施方式中，如下面参考图5A-5F更详细所示和讨论，已经被强激光辐射过的各非连续节段的辐射容积可以从流室33中的声学传感器(或其他类型传感器)通过连接部件50与计算机显示设备52或其他输出设备联系。所述非连续节段的辐射容积在显示设备52上显示，并且下面参考图5A-5F更详细显示和描述。所述辐射容积图显示包含辐射点前的分光计以确保所期望介质生成信号。使用辐射容积能分离单个黑色素瘤细胞，因为当检测黑色素瘤细胞 时，能视觉观察液体黑色素瘤细胞驻留在哪个非连续节段中。能提取检测有包含要测试物质例如黑色素瘤细胞的特定非连续节段。参考图1，收集容器48可以用于从所述管出口 46收集非连续节段。应理解当收集鉴定为包含所述测试物质的所述液体非连续节段描述为在图1的收集容器48中手工完成时，任意种类的收集机制(自动或人工)可以用于收集所述非连续节段。另外，替代的单独容器(没有显示)可以用于收集其他没有就检验物质测试阳性的非连续节段。包含物质如黑色素瘤细胞的液体容积可以被泡沫隔离，使得能分离小容积液体。然而，使用没有气泡的持续流难于测定收集的液体容积。收集的液体非连续节段能进行各种测试或进一步稀释。所述提取的非连续节段然后可以稀释和再流过所述系统10，并且重复直到所述第二液体22的各单独提取容积包含单个黑色素瘤细胞并且没有白细胞。同样，所述分析样品可以反复进行直到检测和/或分离所需浓度的需要物质。在一个实施方式中，各重复的反复分离通过特定因子稀释降低了不需要颗粒(如白细胞)的浓度。例如，显示光声影响的非连续节段(因此指示所述非连续节段包含黑色素瘤细胞)能稀释和反复重新流过所述系统10，直到从其他不需要颗粒中分离所需的黑色素瘤细胞。然后能分析所述分离的黑色素瘤细胞(或其他所需颗粒)用于测试，例如基因表达测试、PCR等。在实施方式中，当快速光脉冲打击吸收器时，检测由于光声热弹性扩张的色素沉着；无色颗粒保持透声，使得数种细胞一次通过所述检测束。因此，提供了辅有光声检测的多相流式术以体外检测和捕获CMC。捕获所述检测的黑色素瘤细胞不仅证实确实检测到了黑色素瘤；也给癌症生物学家提供了早期CMC以用于研究。参考图2B，由光学折射率比所述周围材料更高的液体生成光波导54。通过加入糖或聚乙二醇，包含所述细胞的液体会有折射率1.39，而所述周围的丙烯酰胺流室可以有折射率1.35。这种错配允许全内反射，生成非常像光纤的光波导。这使得所述交替成分是光波导，因此激光充满整个管，并且每个非连续节段填充有激光。由于全内反射，所述激光能福射全部样品。当光命中(hit)折射率比当前所通过材料更低的材料时,发生全内反射。这使得只要符合折射率参数，激光能停留在选择的介质内。因此，所述流动通道是光波导，以确保辐射所述全部非连续节段而不浪费任何激光能量。在一个实施方式中，这通过加入糖、聚乙烯或其他物质完成，以增加第二液体折射率从而提高到高于丙烯酰胺的折射率。所述多相流动系统10使感兴趣样品流过检测器以鉴定某些分析物和/或物质是否在样品中出现。由于白细胞的光声透过性，数百万细胞能一次流过所述检测器。这能非常迅速扫描大体积循环黑色素瘤细胞。实施例1:多相流动设计实施例1中使用的所述多相流动系统包含圆柱形硅胶管。然而，应理解可以使用其他形状如正方形或矩形。所述多相流动系统有直径为约1.6_的通道内流直径。所述多相流动系统使用200-300 μ L/分钟范围。然而，形成的团块仅有2-3微升，并且所述毛管数和雷诺数(Capillary and Reynolds)停留在微流体情况下。另外,使用高流速，因此能快速检测大血液体积。所述系统使用聚偏二氟乙烯(PVDF) “夹式”换能器。所述传感器可以是任意压电材料或其他非压电声音传感器。应理解可以使用任意材料，只要其传导电流。两个黄铜层用中间的孔切割，并且焊料到BNC轴缆连接器。将分离所述黄铜层和PVDF的带置于覆盖所述孔的黄铜之间。所述换能器置于保持所述换能器和流室固定的聚二甲基硅氧烷(PDMS)外壳中。所述换能器适合所述狭缝，并且将PDMS环置于所述换能器上，暴露所述PVDF但是覆盖所述黄铜。所述PDMS用于防止能干扰黑色素瘤检测的黄铜声反射。 下一步将所述流室置于所述PDMS环顶部，从而所述室直接与所述PVDF元件对齐。在流室边缘，以从转能器正确的角度发射三重频率、Q转换的Nd = YAG激光(连续统一体)。所述激光在532nm、20Hz和5_8mJ之间脉冲激发，脉冲持续5ns。所述流室连接到两个注射器泵；一个注射器包含所述细胞样品而另一个包含空气。所述空气以0.2mL/分钟泵送，并且所述细胞样品以0.1mL/分钟泵送。垂直设置容纳所述细胞的所述注射器泵以确保所述细胞没有停留在所述底部，因此，所述空气需要更高流速以弥补增加的压力。实施例2:样品制备使用T连接器生成两相流，其将两个不同的相组合到一个流动途径中而保持所述相的区别。选择用于实施例2的所述相是水和油，以及空气和水。空气和水生成的水团块能易于用临近相提取，而不污染所述样品。然而，当使用空气和水时，所述液体生成压力和吹扫所述系统。在空气/水两相流动系统中使用吐温20以降低所述相之间的界面张力。含2%吐温20的PBS缓冲液用作水相。应理解其他表面活性剂如2%吐温80也可以用于降低所述相之间的张力。
实施例3:样品制备
生物样品用于显示所述多相系统可应用于临床环境。黑色素瘤细胞在密苏里大学培养，并且所有白细胞样品从实验室成员捐献的全血获得。下面描述所述细胞培养和富集技术。PBS中悬浮的黑色素瘤细胞培养一株HS936黑色素瘤细胞系以用于光声实验。所述细胞在乙醇中固定，和在PBS中重新悬浮。实验前约15分钟，所述细胞用磷酸盐缓冲盐水(PBS) +2%吐温20 (费舍尔科学公司(Fisher Scientific))溶液稀释到所需细胞浓度。所述细胞然后使用血球计人工计数。PBS和黑色素瘤中悬浮的白细胞制备悬于PBS的白细胞首先通过获得实验室成员捐献的无癌症白细胞。所述血液注入到包含HistOpaquel077 (浓度值在白细胞和红细胞之间的材料)的离心管中，并且然后离心。所述白细胞层和其临近的内容物被除去，然后加入到更小直径的离心管中。再次离心所述管，移除所述白细胞层并用PBS稀释。制备掺有悬于PBS中的黑色素瘤的白细胞首先通过获得实验室成员捐献的白细胞。所述血液再注入到包含Histopaquel077的离心管中。从HS936系中培养的黑色素瘤细胞加入到相同离心管中。所述离心工艺和所述分离过程保持与上面的白细胞制备相同。由于其相似的浓度，离心后所述黑色素瘤细胞和白细胞留在相同层。分离所述层并用PBS稀释。实施例4:流室设计所述光声多 相流动系统使用PVDF压电换能器，而所述激光在所述换能器元件的90°发出。所述替代是使用所述系统的光波导属性，沿着流动轴引入激光。认为单个细胞是光点来源，并且会因此放射状地向所有方向等同发出光声波。用丙烯酸环将所述流室聚在一起，所述丙烯酸环有三个各自90°钻孔的孔。Masterflex管道流过所述孔，并且外直径与所述管道内直径相同的的线悬挂通过所述两个相反的孔，而第二条线通过第三个孔以防止丙烯酰胺进入所述管道孔。一旦制备所述丙烯酸环，石蜡膜伸展跨过所述环的底部，并且透明丙烯酰胺注入到所述环中，在所述通道和线周围胶化。从10mL20%丙烯酰胺溶液(西格玛奥德里奇公司(Sigma Aldrich) )、0.04g过硫酸铵(西格玛奥德里奇公司)和20 μ LTEMED (费舍尔科学公司)中制成所述丙烯酰胺。加入TEMED后，立即注入所述混合物以避免提前凝胶化。凝胶化后，移除所述线，并且用于保持光纤的所述管道拉出约4mm。所述流室然后能用于所述系统。实施例5:盲研究为了证明任何临床医生能成功操作这个系统，进行盲研究以测定不含黑色素瘤的样品能否与含黑色素瘤的样品容易区分。使用MATLAB生成的短程序获得20个随机的布尔(Boolean)值:“0”表示PBS+2%w/ν吐温20溶液，和“ I ”表示PBS+2%w/v吐温20中悬浮的10个黑色素瘤细胞/ μ L。两个科学家初始制备了样品而没有揭示哪个样品包含黑色素瘤和哪个样品不包含。然后两个不同的科学家通过所述流动系统运行样品，并且根据在示波器上观察到的光声波，要求其测定哪个样品有黑色素瘤细胞和哪个不是。
所述科学家正确鉴定了所有20个样品，如表I所示。光声信号的基线和检测的细胞样品示于图6和7。除了更大振幅(amplitude)，黑色素瘤细胞生成了短暂信号，而基线峰值在整个流中保留恒定。表1.用于盲研究的所述20个随机的布尔值
权利要求
1.一种检测液体中物质的多相流动系统，所述系统包含:包含第一液体的第一液体管；包含第二液体的第二液体管，其中所述第一液体和所述第二液体不同，其中所述第一和第二液体是不混溶的；总液体管；连接所述第一液体管、所述第二液体管和所述总液体管的连接器，其中液体通过连接器从所述第一液体管和所述第二液体管流入所述总液体管，从而所述第一液体和所述第二液体的交替非连续节段流过所述总液体管；和连接到所述总液体管的物质检测器，其中所述物质检测器包含有内壁的流室，其中所述交替非连续节段流过所述总管并接受所述物质检测器的分析。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述物质检测器还包含:激光器和脉动器(pulsator)。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述激光器是光声激光器，其中所述物质检测器配置成检测流过所述流室的所述第一和第二液体的非连续节段中的物质，所述检测使用光声激光器生成的图像。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述流室用有声阻抗接近水的声阻抗的材料制成。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括包含第三液体的第三液体管，其中所述第三液体管与连接器连接，其中从第二和第三液体管流出的液体组合形成液体混合物，其中所述液体混合物的非连续节段交替地流过所述总管，该液体混合物的非连续节段与流过所述总液体管的所述第一液体的交替非连续节段彼此区分。
6.—种检测液体中物质的多相流动系统，所述系统包含:至少一种令液体流动的设备；包含第一液体的第一液体管；包含第二液体的第二液体管，其中所述第一和第二液体是不混溶的；总液体管，连接到所述第一液体管、所述第二液体管和所述总液体的连接器，其中所述总液体管配置成接 收通过所述连接器从所述第一液体管流出的所述第一液体和从所述第二液体管流出的所述第二液体，其中通过所述连接器接收从所述第一液体管流出的所述第一液体和从所述第二液体管流出的所述第二液体包含生成所述第一液体和所述第二液体的交替的非连续节段，其中所述第一和所述第二液体的所述交替非连续节段流过所述总液体管；和连接到所述总液体管的物质检测器，其中所述交替非连续节段接受所述物质检测器的分析。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述物质检测器包括含有内壁的流室。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述流室用声阻抗接近水的声阻抗的材料制成，其中所述材料有折射率。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第二液体有折射率，其中所述第二液体的所述折射率提闻到闻于所述材料的折射率。
10.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述物质检测器还包含:激光器和脉动器。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述激光器是光声激光器，其中所述物质检测器配置成检测流过所述流室的物质，所述检测使用光声激光器生成的图像。
12.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包含:包含第三液体的第三液体管，其中所述第三液体管连接到所述连接器上。
13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述第三液体与所述第二液体混合形成液体混合物，其中所述液体混合物不与所述第一液体混合，其中所述液体混合物的交替非连续节段和所述第一液体的交替非连续节段沿着所述总液体管中的单个流动途径流动，其中所述液体混合物和所述第一液体的交替非连续节段接受物质检测器的分析。
14.一种检测液体中物质的方法，所述方法包含:通过连接器接收来自第一液体管的第一液体；通过连接器接收来自第二液体管的第二液体，其中所述第一和第二液体是不混溶的，其中通过所述连接器接收所述第一和第二液体包含接收所述第一液体和所述第二液体的交替的非连续节段；和使用物质检测器检测一个或多个所接收交替非连续节段中的至少一种物质。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，接收所述第一液体和所述第二液体的交替非连续节段包含通过与所述连接器连接的总液体管接收所述第一液体和所述第二液体的交替非连续节段。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述物质检测器包括含有内壁的流室，其中所述第一液体和所述第二液体的交替非连续节段流过所述流室。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述流室用声阻抗接近水的声阻抗的材料制成。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法还包含将所述第二液体的折射率提闻到闻于所述材料的折射率。
19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述物质检测器还包含:分析所接收交替非连续节段的激发设备；和脉动器。
20.如权利要 求19所述的方法，其特征在于，所述激发设备是光声激光源。
全文摘要
提供了检测液体中物质的多相流动系统和方法。更特别地，包含第一液体的第一液体管和包含第二液体的第二液体管通过连接器连接到总液体管，从而所述第一液体和所述第二液体的交替非连续节段流过所述总液体管。所述第一和第二液体是不混溶的。物质检测器有带内壁的流室，物质检测器连接到所述总液体管。所述第一和第二液体的交替非连续节段流过所述流室并且接受所述物质检测器的分析。
文档编号C12M1/34GK103189495SQ201180048895
公开日2013年7月3日 申请日期2011年9月12日 优先权日2010年9月10日
发明者C·M·奥布莱恩, S·K·古普塔, J·A·维亚特, S·森古普塔, J·莫斯利, K·路德 申请人:密苏里州立大学校董
用于检测和分离物质的多相流动系统相关申请的交叉参考本申请要求2011年9月8日提交的美国非临时申请序列号13/228，428，名为“MULTIPLE PHASE FLOW SYSTEM FOR DETECTING AND ISOLATING SUBSTANCES (用于检测和分离物质的多相流动系统)”(其是2010年9月10日提交的非临时申请序列号61/381，809)的优先权，所述公开通过引用纳入本文，就如同其全文列入本文。关于联邦资助研·究或开发的声明本发明是在国立卫生研究院(National Institutes of Health) (NIH)授予的基金号R21CA139186-0资助下完成的。政府享有本发明的某些权利。
背景技术：
黑色素瘤是最致死形式的皮肤癌。尽管黑色素瘤由于在皮肤上通常容易观察并且能简单除去，而相较其他癌症具有相对低的死亡率，但是如果体表肿瘤转移到身体其他部分，则会迅速致死。在转移中，从起始肿瘤位点脱离并且进入血液或淋巴系统的循环黑色素瘤细胞(CMC)能自己植到别处，并且生成随后成为远端黑色素瘤病因的继发性肿瘤。因此，早期诊断可能治愈癌症，因为由于所述癌症还没有自身完全显现，所述治疗有更高的成功几率。另外，预测在2010年，超过68，000个美国人会诊断有所述疾病，并且超过8，000
个黑色素瘤患者会死于所述疾病。然而，如果黑色素瘤早期被诊断出并且从皮肤快速除去，容易治愈黑色素瘤；然而，如果转移了，所述癌症能变成致死性。考虑到直径Imm的肿瘤通常由I百万个细胞组成，更大的更加可见肿瘤通常能由数十亿个细胞组成。即是说，诊断有大肿瘤的患者的机会下降，并且会比在继发性肿瘤形成前诊断的患者需要更多物理需求的治疗。不幸的是，患者必需当前等待数月以了解所述体表黑色素瘤是否扩散，因为当前所述诊断转移癌症的方法是通过需要存在可见的转移肿瘤的成像技术。结果，患者通常确诊太晚。诊断转移癌症的当前方法包含淋巴结活检和成像技术。然而，如果所述癌症不能与淋巴系统相互作用，并且不能进行数次疾病监测，淋巴结活检能产生假阴性。即是说，如果循环肿瘤细胞能在淋巴系统或血流中检测到，循环肿瘤细胞能是诊断和监测转移性黑色素瘤和其他病理疾病的极好信息来源。出于此原因，研究很多技术以检测和分离这些细胞从而用于诊断和疾病监测目的。一些研究已经用于发现CMC，所述研究包含RT-PCR、免疫组织化学、磁性细胞分选、光纤阵列扫描技术和微过滤器；然而高的假阴性率、标记和长期过程限制了临床实施的机会。不幸的是，用于诊断转移疾病的当前方法对单个转移细胞不灵敏。在能诊断出肿瘤并且开始挽救生命的治疗前，患者必需等到继发性肿瘤形成。附图简要说明下文将参考附图详细描述本发明，其中:
图1是根据本发明实施方式，分离物质的多相流动系统的透视图2A是根据本发明实施方式，多相流动系统连接移除机体顶部以暴露所述通道和液体的延伸图；图2B是根据本发明实施方式，多相流动系统连接的延伸图，包含连接移除机体顶部以暴露所述通道、液体和光波导；图3A和3B是根据本发明实施方式包含两种液体的管延伸图，其中各交替液体(alternating fluid)的量不同；图4是根据本发明实施方式，多相流动系统的检测室的延伸图；图5A-5F是根据本发明实施方式,很多样品光声振幅(amplitude)的图形视图；图6是根据本发明实施方式，受辐射白细胞样品的光声振幅的图形视图，细胞悬浮的分离液滴显示了白细胞；和图7是根据本发明实施方式，白细胞中受辐射黑色素瘤细胞样品的光声振幅的图形视图，细胞悬浮的分离液滴显示存在色素化的黑色素瘤细胞。发明详述本发明的实施方式针对体外检测黑色素瘤的无标记方法以及分离方法，所述分离方法简单、有较低误差限度、并且有效。检测转移的黑色素瘤细胞，然后从患者样品如离心血液样品中分离。分离黑色素瘤细胞不仅帮助患者的早期诊断，而且在血液中存在的循环肿瘤细胞数目和患者预后之间有正相关性。检测从起始肿瘤位点脱离并且进入血液或淋巴系统的循环黑色素瘤细胞能是癌症的诊断和监测工具。能分离和计数黑色素瘤细胞能用于监测癌症患者的治疗；较高细胞计数能指示严重的预后(prognosis),而较低细胞计数能指示治疗进展良好。必须检测血液中的转移性黑色素瘤，因为其消除了对癌症患者的伺机而动的策略(waiting game)。使用本发明的实施方式,患者能有每当需要时就癌症扫描的简单血液样品，而不是等待数月以观察扫描中是否可见肿瘤。能利用这些月份向所述患者提供拯救生命的治疗，而不是等待观察所述癌症是否扩散，或监测当前治疗是否运作。本发明实施方式降低了涉及正常流动系统的潜在错误，并且使得能从患者样品中初步分离转移性黑色素瘤。在一个实施方式中，所述检测器包含激光器、换能器和示波器。已经短暂描述了本发明实施方式的概况，描述了描绘本发明实施方式的示例性图片，从而提供本发明各方面的常见背景。特别参考图1-4，其中同样的(like)参考数字鉴定了各种视图的同样(like)元件，显示了示例性多相流动系统10。多相流动系统10通常包含第一泵12、第二泵14、第一液体管24、第二液体管26、连接器28、多液体管30和物质检测器32。尽管描述为有两个泵，应理解多相流动系统10可以包含任意数目的泵。图1中描述的第一泵12和第二泵14是注射泵。然而应理解用于液体移动的任意类型设备可以用作泵。多相流动系统的流速使用0-1000 μ L/秒范围。在其他实施方式中，通过多相流动系统的液体移动是基于经所述系统驱动各液体的压力。例如，所述一种或多种液体可以基于重力流过所述多相流动系统，产生所述液体的位势水头(elevation head)。
参考图2，管24、26和30是用于通过液体的较长空心并且通常是圆柱形的物体。在一个实施方式中，管24、26和30是硅胶管。简单参考图4，所述检测室38中的流室33从线或其他管周围成形的丙烯酰胺凝胶制成。所述丙烯酰胺凝胶能变硬或凝固，并且除去所述线以创造通道(例如由内壁限定的流室33)，用于使流体在所述检测室38内时流过。应理解任意各种其他的方法和材料可以用于创造液体流过的流室33。在实施方式中，流室33从声阻抗接近水的材料制成。所述多相流动系统10中，流室33的内流直径是约O-1Omm制剂。所述丙烯酰胺用作从激发细胞到声学传感器的声学路径。参考图1和2，第一液体20和第二液体22使用接器28从其各自管24和26进入总(common)液体管30。液体是能相对简单地流动和趋向呈现其容器形状的任意物质状态，并且可以包含液体、气体或血浆。在此实施方式中，第一液体20与第二液体22不同，并且与第二液体22不能混合和/或生成气泡。例如，第一液体20可以是空气，而第二液体22是水或者其他在第二液体22内产生第一液体20气泡的液体。在另一个示例中，第一液体20是油,而第二液体22是水或者亲水性液体。尽管图1和2描述为有第一和第二液体,应理解任意数目的多种不同液体可以用于本发明的实施方式。例如，第三液体可以通过连接器28流入总液体管30。第一液体20和第二液体22使用连接器28流入总液体管30。总液体管30是所述液体流过的总通道。图1和2中描述的所述连接器28是Y连接器。应理解所述连接器可以是任意形状，包含Y连接器或T连接器，使得所述第一液体20和第二液体22强制在一起进入单个流动途径而不混合在一起。在一个实施方式中，所述多相流动系统能使用三种液体，两种在总液体管30中混合在一起，而保持与第三种液体彼此区分。例如，如果三种液体是水、藻酸盐和空气，所述水和藻酸盐可以混合在一起形成凝胶非连续节段，并且与所述空气非连续节段保持彼此区分。在其他实施方式中，可以基于总液体管30中相遇的多个管来产生多相流，而不是两个管在总管中相遇。由于两种液体的不混溶性(如油和水)和/或生成气泡(如气和水)，第一液体20和第二液体22基本上轮流进入总液体管30。在一个实施方式中，所述不混溶性是由于第一液体(如油)的疏水性和第二液体(如水溶性液体)的亲水性。随着所述第一液体20进入总液体管30，第二液体22增大 压力，直到所述第一液体20停止流动，并且轮到第二液体22流动。这产生了第一液体20和第二 22的交替非连续节段。通过经连接器(如T连接到单个流动途径)引入两种液体，隔离物质。这是理想的，因为能鉴定和易于提取所检测物质定位的第一液体或第二液体的精确非连续节段。应理解图3A和B所示的所述第一液体20和第二液体22的非连续节段的大小可以根据总液体管30的直径而变化，并且所述液体的流速大小是Ο-lml/s。另外，可以使用多于两种的液体，且还可使用来自多个患者的生物液体并在交替的非连续节段中分离。在实施方式中，第一液体20是用于生成第二液体22非连续节段的分离器液体，如空气、气体(gas)和/或油。第二液体22可以包括含有要检测物质的任意类型液体。在一个实施方式中，第二液体22可以是任意类型的液体，包含生物材料或物质如癌细胞(乳腺癌、黑色素瘤、前列腺癌等)、组织、细胞、病原体、微生物(如疟疾)、传染性病、色素、有颜色诱导的非光吸收物质(如加入到非有色癌细胞的染料或加入到细胞的金纳米颗粒)、化合物、非生物物质和/或来自个体生物样品的外源物质，包括但不限于血液、唾液、尿、粪便、血清、血浆、组织和脊液。在另一个实施方式中，第二液体22是非生物液体，包含生物或非生物物质如水(第二液体)中检测铅(lead)(物质)。如下面更详细所述，在一个实施方式中，从可含有或不含有黑色素瘤细胞的个体的白细胞溶液离心第二液体22。在一个实施方式中，全血样品取自黑色素瘤患者，并且离心，将任意黑色素瘤留在全细胞悬浮液中。所述第一液体20和第二液体22的交替非连续节段在检测器32的检测室38中流过总管30到所述流室33。参考图1和4，发生器34是光声激光源。检测室38包含内壁36，限定了检测室38的开放内部。激光源34包含激光40和脉动器(pulsator)42。尽管在一个实施方式中激光源34描述为光声检测器，应理解发生器34可以包含将能量转化成某种物质的任意种类激发设备和/或机制，所述某种物质能进一步处理以获得包含辐射、激光、化学、电学半导体、荧光、无线电波、磁性、X线断层摄影、热谱和超声检测在内的信息。在一个实施方式中，光声检测器能检测或测定液体是否包含有色素例如转移黑色素瘤的物质，所述转移黑色素瘤天然包含小色素颗粒黑色素。随着液体的单个离散组分流过流室33，其用有快速光脉冲的光声激光源34辐射。应理解使用参考图2B所述的光波导，所述激光可以横向指向所述流，或者指向沿着所述流的轴。当用快速强度激光脉冲辐射黑色素瘤时，所述黑色素发生热弹性扩张。因此，如果所述流过所述室33的离散组分包含黑色素瘤，所述黑色素瘤中的黑色素发生热弹性扩张并且最终生成光声波。辐射的黑色素瘤细胞生成压电换能器能检测的光声波，而所述白细胞没有生成信号，因为其是光学透明的。应理解检测器可以用于测定在多相流动系统中所述流过检测器的液体是否包含特定的物质。在这个实施方式中，如下面参考图5A-5F更详细所示和讨论，已经被强激光辐射过的各非连续节段的辐射容积可以从流室33中的声学传感器(或其他类型传感器)通过连接部件50与计算机显示设备52或其他输出设备联系。所述非连续节段的辐射容积在显示设备52上显示，并且下面参考图5A-5F更详细显示和描述。所述辐射容积图显示包含辐射点前的分光计以确保所期望介质生成信号。使用辐射容积能分离单个黑色素瘤细胞，因为当检测黑色素瘤细胞 时，能视觉观察液体黑色素瘤细胞驻留在哪个非连续节段中。能提取检测有包含要测试物质例如黑色素瘤细胞的特定非连续节段。参考图1，收集容器48可以用于从所述管出口 46收集非连续节段。应理解当收集鉴定为包含所述测试物质的所述液体非连续节段描述为在图1的收集容器48中手工完成时，任意种类的收集机制(自动或人工)可以用于收集所述非连续节段。另外，替代的单独容器(没有显示)可以用于收集其他没有就检验物质测试阳性的非连续节段。包含物质如黑色素瘤细胞的液体容积可以被泡沫隔离，使得能分离小容积液体。然而，使用没有气泡的持续流难于测定收集的液体容积。收集的液体非连续节段能进行各种测试或进一步稀释。所述提取的非连续节段然后可以稀释和再流过所述系统10，并且重复直到所述第二液体22的各单独提取容积包含单个黑色素瘤细胞并且没有白细胞。同样，所述分析样品可以反复进行直到检测和/或分离所需浓度的需要物质。在一个实施方式中，各重复的反复分离通过特定因子稀释降低了不需要颗粒(如白细胞)的浓度。例如，显示光声影响的非连续节段(因此指示所述非连续节段包含黑色素瘤细胞)能稀释和反复重新流过所述系统10，直到从其他不需要颗粒中分离所需的黑色素瘤细胞。然后能分析所述分离的黑色素瘤细胞(或其他所需颗粒)用于测试，例如基因表达测试、PCR等。在实施方式中，当快速光脉冲打击吸收器时，检测由于光声热弹性扩张的色素沉着；无色颗粒保持透声，使得数种细胞一次通过所述检测束。因此，提供了辅有光声检测的多相流式术以体外检测和捕获CMC。捕获所述检测的黑色素瘤细胞不仅证实确实检测到了黑色素瘤；也给癌症生物学家提供了早期CMC以用于研究。参考图2B，由光学折射率比所述周围材料更高的液体生成光波导54。通过加入糖或聚乙二醇，包含所述细胞的液体会有折射率1.39，而所述周围的丙烯酰胺流室可以有折射率1.35。这种错配允许全内反射，生成非常像光纤的光波导。这使得所述交替成分是光波导，因此激光充满整个管，并且每个非连续节段填充有激光。由于全内反射，所述激光能福射全部样品。当光命中(hit)折射率比当前所通过材料更低的材料时,发生全内反射。这使得只要符合折射率参数，激光能停留在选择的介质内。因此，所述流动通道是光波导，以确保辐射所述全部非连续节段而不浪费任何激光能量。在一个实施方式中，这通过加入糖、聚乙烯或其他物质完成，以增加第二液体折射率从而提高到高于丙烯酰胺的折射率。所述多相流动系统10使感兴趣样品流过检测器以鉴定某些分析物和/或物质是否在样品中出现。由于白细胞的光声透过性，数百万细胞能一次流过所述检测器。这能非常迅速扫描大体积循环黑色素瘤细胞。实施例1:多相流动设计实施例1中使用的所述多相流动系统包含圆柱形硅胶管。然而，应理解可以使用其他形状如正方形或矩形。所述多相流动系统有直径为约1.6_的通道内流直径。所述多相流动系统使用200-300 μ L/分钟范围。然而，形成的团块仅有2-3微升，并且所述毛管数和雷诺数(Capillary and Reynolds)停留在微流体情况下。另外,使用高流速，因此能快速检测大血液体积。所述系统使用聚偏二氟乙烯(PVDF) “夹式”换能器。所述传感器可以是任意压电材料或其他非压电声音传感器。应理解可以使用任意材料，只要其传导电流。两个黄铜层用中间的孔切割，并且焊料到BNC轴缆连接器。将分离所述黄铜层和PVDF的带置于覆盖所述孔的黄铜之间。所述换能器置于保持所述换能器和流室固定的聚二甲基硅氧烷(PDMS)外壳中。所述换能器适合所述狭缝，并且将PDMS环置于所述换能器上，暴露所述PVDF但是覆盖所述黄铜。所述PDMS用于防止能干扰黑色素瘤检测的黄铜声反射。 下一步将所述流室置于所述PDMS环顶部，从而所述室直接与所述PVDF元件对齐。在流室边缘，以从转能器正确的角度发射三重频率、Q转换的Nd = YAG激光(连续统一体)。所述激光在532nm、20Hz和5_8mJ之间脉冲激发，脉冲持续5ns。所述流室连接到两个注射器泵；一个注射器包含所述细胞样品而另一个包含空气。所述空气以0.2mL/分钟泵送，并且所述细胞样品以0.1mL/分钟泵送。垂直设置容纳所述细胞的所述注射器泵以确保所述细胞没有停留在所述底部，因此，所述空气需要更高流速以弥补增加的压力。实施例2:样品制备使用T连接器生成两相流，其将两个不同的相组合到一个流动途径中而保持所述相的区别。选择用于实施例2的所述相是水和油，以及空气和水。空气和水生成的水团块能易于用临近相提取，而不污染所述样品。然而，当使用空气和水时，所述液体生成压力和吹扫所述系统。在空气/水两相流动系统中使用吐温20以降低所述相之间的界面张力。含2%吐温20的PBS缓冲液用作水相。应理解其他表面活性剂如2%吐温80也可以用于降低所述相之间的张力。
实施例3:样品制备
生物样品用于显示所述多相系统可应用于临床环境。黑色素瘤细胞在密苏里大学培养，并且所有白细胞样品从实验室成员捐献的全血获得。下面描述所述细胞培养和富集技术。PBS中悬浮的黑色素瘤细胞培养一株HS936黑色素瘤细胞系以用于光声实验。所述细胞在乙醇中固定，和在PBS中重新悬浮。实验前约15分钟，所述细胞用磷酸盐缓冲盐水(PBS) +2%吐温20 (费舍尔科学公司(Fisher Scientific))溶液稀释到所需细胞浓度。所述细胞然后使用血球计人工计数。PBS和黑色素瘤中悬浮的白细胞制备悬于PBS的白细胞首先通过获得实验室成员捐献的无癌症白细胞。所述血液注入到包含HistOpaquel077 (浓度值在白细胞和红细胞之间的材料)的离心管中，并且然后离心。所述白细胞层和其临近的内容物被除去，然后加入到更小直径的离心管中。再次离心所述管，移除所述白细胞层并用PBS稀释。制备掺有悬于PBS中的黑色素瘤的白细胞首先通过获得实验室成员捐献的白细胞。所述血液再注入到包含Histopaquel077的离心管中。从HS936系中培养的黑色素瘤细胞加入到相同离心管中。所述离心工艺和所述分离过程保持与上面的白细胞制备相同。由于其相似的浓度，离心后所述黑色素瘤细胞和白细胞留在相同层。分离所述层并用PBS稀释。实施例4:流室设计所述光声多 相流动系统使用PVDF压电换能器，而所述激光在所述换能器元件的90°发出。所述替代是使用所述系统的光波导属性，沿着流动轴引入激光。认为单个细胞是光点来源，并且会因此放射状地向所有方向等同发出光声波。用丙烯酸环将所述流室聚在一起，所述丙烯酸环有三个各自90°钻孔的孔。Masterflex管道流过所述孔，并且外直径与所述管道内直径相同的的线悬挂通过所述两个相反的孔，而第二条线通过第三个孔以防止丙烯酰胺进入所述管道孔。一旦制备所述丙烯酸环，石蜡膜伸展跨过所述环的底部，并且透明丙烯酰胺注入到所述环中，在所述通道和线周围胶化。从10mL20%丙烯酰胺溶液(西格玛奥德里奇公司(Sigma Aldrich) )、0.04g过硫酸铵(西格玛奥德里奇公司)和20 μ LTEMED (费舍尔科学公司)中制成所述丙烯酰胺。加入TEMED后，立即注入所述混合物以避免提前凝胶化。凝胶化后，移除所述线，并且用于保持光纤的所述管道拉出约4mm。所述流室然后能用于所述系统。实施例5:盲研究为了证明任何临床医生能成功操作这个系统，进行盲研究以测定不含黑色素瘤的样品能否与含黑色素瘤的样品容易区分。使用MATLAB生成的短程序获得20个随机的布尔(Boolean)值:“0”表示PBS+2%w/ν吐温20溶液，和“ I ”表示PBS+2%w/v吐温20中悬浮的10个黑色素瘤细胞/ μ L。两个科学家初始制备了样品而没有揭示哪个样品包含黑色素瘤和哪个样品不包含。然后两个不同的科学家通过所述流动系统运行样品，并且根据在示波器上观察到的光声波，要求其测定哪个样品有黑色素瘤细胞和哪个不是。
所述科学家正确鉴定了所有20个样品，如表I所示。光声信号的基线和检测的细胞样品示于图6和7。除了更大振幅(amplitude)，黑色素瘤细胞生成了短暂信号，而基线峰值在整个流中保留恒定。表1.用于盲研究的所述20个随机的布尔值
权利要求
1.一种检测液体中物质的多相流动系统，所述系统包含:包含第一液体的第一液体管；包含第二液体的第二液体管，其中所述第一液体和所述第二液体不同，其中所述第一和第二液体是不混溶的；总液体管；连接所述第一液体管、所述第二液体管和所述总液体管的连接器，其中液体通过连接器从所述第一液体管和所述第二液体管流入所述总液体管，从而所述第一液体和所述第二液体的交替非连续节段流过所述总液体管；和连接到所述总液体管的物质检测器，其中所述物质检测器包含有内壁的流室，其中所述交替非连续节段流过所述总管并接受所述物质检测器的分析。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述物质检测器还包含:激光器和脉动器(pulsator)。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述激光器是光声激光器，其中所述物质检测器配置成检测流过所述流室的所述第一和第二液体的非连续节段中的物质，所述检测使用光声激光器生成的图像。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述流室用有声阻抗接近水的声阻抗的材料制成。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括包含第三液体的第三液体管，其中所述第三液体管与连接器连接，其中从第二和第三液体管流出的液体组合形成液体混合物，其中所述液体混合物的非连续节段交替地流过所述总管，该液体混合物的非连续节段与流过所述总液体管的所述第一液体的交替非连续节段彼此区分。
6.—种检测液体中物质的多相流动系统，所述系统包含:至少一种令液体流动的设备；包含第一液体的第一液体管；包含第二液体的第二液体管，其中所述第一和第二液体是不混溶的；总液体管，连接到所述第一液体管、所述第二液体管和所述总液体的连接器，其中所述总液体管配置成接 收通过所述连接器从所述第一液体管流出的所述第一液体和从所述第二液体管流出的所述第二液体，其中通过所述连接器接收从所述第一液体管流出的所述第一液体和从所述第二液体管流出的所述第二液体包含生成所述第一液体和所述第二液体的交替的非连续节段，其中所述第一和所述第二液体的所述交替非连续节段流过所述总液体管；和连接到所述总液体管的物质检测器，其中所述交替非连续节段接受所述物质检测器的分析。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述物质检测器包括含有内壁的流室。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述流室用声阻抗接近水的声阻抗的材料制成，其中所述材料有折射率。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第二液体有折射率，其中所述第二液体的所述折射率提闻到闻于所述材料的折射率。
10.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述物质检测器还包含:激光器和脉动器。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述激光器是光声激光器，其中所述物质检测器配置成检测流过所述流室的物质，所述检测使用光声激光器生成的图像。
12.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包含:包含第三液体的第三液体管，其中所述第三液体管连接到所述连接器上。
13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述第三液体与所述第二液体混合形成液体混合物，其中所述液体混合物不与所述第一液体混合，其中所述液体混合物的交替非连续节段和所述第一液体的交替非连续节段沿着所述总液体管中的单个流动途径流动，其中所述液体混合物和所述第一液体的交替非连续节段接受物质检测器的分析。
14.一种检测液体中物质的方法，所述方法包含:通过连接器接收来自第一液体管的第一液体；通过连接器接收来自第二液体管的第二液体，其中所述第一和第二液体是不混溶的，其中通过所述连接器接收所述第一和第二液体包含接收所述第一液体和所述第二液体的交替的非连续节段；和使用物质检测器检测一个或多个所接收交替非连续节段中的至少一种物质。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，接收所述第一液体和所述第二液体的交替非连续节段包含通过与所述连接器连接的总液体管接收所述第一液体和所述第二液体的交替非连续节段。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述物质检测器包括含有内壁的流室，其中所述第一液体和所述第二液体的交替非连续节段流过所述流室。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述流室用声阻抗接近水的声阻抗的材料制成。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法还包含将所述第二液体的折射率提闻到闻于所述材料的折射率。
19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述物质检测器还包含:分析所接收交替非连续节段的激发设备；和脉动器。
20.如权利要 求19所述的方法，其特征在于，所述激发设备是光声激光源。
全文摘要
提供了检测液体中物质的多相流动系统和方法。更特别地，包含第一液体的第一液体管和包含第二液体的第二液体管通过连接器连接到总液体管，从而所述第一液体和所述第二液体的交替非连续节段流过所述总液体管。所述第一和第二液体是不混溶的。物质检测器有带内壁的流室，物质检测器连接到所述总液体管。所述第一和第二液体的交替非连续节段流过所述流室并且接受所述物质检测器的分析。
文档编号C12M1/34GK103189495SQ201180048895
公开日2013年7月3日 申请日期2011年9月12日 优先权日2010年9月10日
发明者C·M·奥布莱恩, S·K·古普塔, J·A·维亚特, S·森古普塔, J·莫斯利, K·路德 申请人:密苏里州立大学校董
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