外部超声处理的制作方法

外部超声处理
相关申请的交叉引用
1.本技术要求2019年6月25日提交的未决美国临时专利申请62/866,468的权益，其全部内容通过引用并入本文。


背景技术：

2.患者诊断服务挽救生命，缩短患者治疗时间，并为目标治疗提供有价值的见解。在许多发达国家，现代医疗设施可以为患者提供最先进的诊断服务，从而使患者能够得到高效和有效的治疗。在欠发达国家或地区，往往由于经济和基础设施方面的考虑，可能缺乏高质量的医疗设施和诊断服务。在许多欠发达国家，经济负担不起支持现代医疗技术的高需求所需的最新医疗技术和基础设施，如强大的电网或训练有素的临床医生。可悲的是，世界上有很大一部分人口居住在服务不足或不发达地区，在这些地区，缺乏高效和有效的诊断服务严重影响人口发病率、死亡率和总体健康。缺乏医疗服务可能导致或促成连锁反应，如经济和教育发展缓慢。
3.通常，许多欠发达国家和地区也缺乏足够的训练有素的使用者，这些使用者通常需要执行必要的诊断服务。这可能导致诊断服务产生不确定或错误的结果，或导致诊断的重大延误，因为诊断服务需要在具有执行诊断服务所需基础设施和/或知识的其他地点执行。对患者而言，这可能意味着时间和运输成本的增加，导致治疗的进一步延误，从而降低他们的生存机会，增加疾病的传播，和/或导致疾病或病症引起的虚弱程度增加。
4.如果大型实验室可能昂贵且难以配备工作人员，诊断设备可能会提供有效的解决方案。这样的解决方案可以提供及时、准确和经济高效的医疗服务。
5.影响欠发达国家的可治疗常见疾病之一是血红蛋白失调，如镰状细胞病(scd)、地中海贫血和其他血红蛋白病。这些是被认为是相应于疟疾而进化的遗传性疾病。随着人口迁移，这些状况已蔓延到全球人口，并影响到许多人的生计和健康。通过早期检测或诊断，这些疾病可以在对患者产生重大不利影响之前得到治疗和管理。与疟疾一样，这些失调影响到较不发达国家和地区的人口，这些国家和地区的人口无法获得快速、有效和高效诊断疾病的诊断服务。
6.这些设备可以对血液样本执行诊断服务或测试。血液样本可能需要以某种方式进行处理，以便设备能够正确分析样本。例如，血液样本的一个或多个成分可能需要裂解以释放样本中的成分、以释放第一成分从第二组分以分析第一成分等等。
7.当前的超声处理系统和方法破坏样品的成分，包括直接超声处理(即，将超声探头浸入样品中并与样品接触)和湿式超声处理(即，将样品置于容器中，然后将容器部分浸入超声浴中的超声浴)。每种实现都有其自身的缺点，其中一些缺点包括样本大小、缺乏能量集中、潜在污染问题、过热等。样品的体积或大小直接影响完全破坏所需的超声波能量。流体粘度也会影响能量传递——粘度越大的样品需要更多的超声波能量，这会导致热量的产生。产生的过多热量会损坏或破坏被测样品。
8.所需要的是一种有效裂解或破坏样品裂解的系统或方法。
附图说明
9.图1a示出了超声处理前的样品；
10.图1b示出了超声处理后的样品；
11.图2是示例外部超声波发生器系统的框图；
12.图3a至3d示出了探头的示例；
13.图4是示例外部超声波发生器系统的框图；
14.图5是示例驱动程序的框图；
15.图6a示出了共振点的异相波形的示例；
16.图6b示出了共振点的同相波形的示例；
17.图7a示出了非期望的超声处理波形的示例；
18.图7b示出了期望的超声处理波形的示例；
19.图8a示出了示例盒的分解图；
20.图8b示出了示例盒；
21.图8c示出了示例盒的横截面图。
具体实施方式
22.超声处理是将声能用于搅动样品或培养基中的颗粒或成分的行为。在超声处理过程中，超声波发生器产生的声音振荡产生的动能会产生热量和空化气泡。当该振荡能量有效地应用于样品时，热量和/或空化气泡(即气泡的形成和破裂)会搅动和破坏样品成分。样品的体积或大小直接影响完全破坏所需的超声波能量。流体粘度也影响能量传递——粘度越大的样品需要更多的超声波能量。
23.血液样本可能需要以某种方式进行处理，以便设备能够正确分析样本。该设备可用于传统实验室环境、现场(即护理点)等。超声处理可以裂解血液样本的第一成分，从而释放血液样本的第二成分。例如，红细胞可以被裂解以释放疟色素。可对释放有疟色素的血液样本进行分析，以确定感染等级、感染类型等，或其组合或复合(multiples)。
24.此外，实验室或实验室类型环境中的血液样本可能需要进行处理以进行正确的分析。超声处理可用于去除血液样本中的成分(如红细胞)，而无需使用可能影响下游结果的试剂。例如，某些试剂可影响全基因组分析、下一代测序、聚合酶链反应等。对样品进行超声处理以裂解红细胞，而不是使用试剂来裂解红细胞，允许在一个或多个下游步骤中对样品进行正确的分析。
25.外部超声处理是一种将超声波能量从外部施加到含有样品的盒上的技术。在一个实施例中，盒可以是密封的或未密封的。使用的盒可以是商用的或可以是定制设计的。外部超声处理可有效地最大限度地破坏样品内容物，同时优化进入样品的能量传递，最大限度地减少样品中的热量产生，最大限度地减少热量和能量耗散到样品中。
26.外部超声处理的超声波能量通过盒壁进入样品，从而引起压力变化，导致空化气泡产生和破裂——声波转化为机械能。耗散到样品中的机械能导致有效的样品内容物破坏，而无需任何与样品流体直接接触的超声探头。例如，有效的外部超声处理可最大限度地破坏样本内容物，同时优化样品中的能量传递，最大限度地减少样品中的热量产生，并最大限度地减少外部超声处理系统中的热量和能量耗散。外部超声处理可用于任何适当的样
品。更具体地说，外部超声处理的一些应用包括但不限于处理危险样品源、封闭系统中破坏细胞以释放病毒、dna断裂，和加热/混合/搅拌溶液。在以下描述中，术语“共振点”用于描述系统上或系统内的点或位置，或系统的部件上或系统的部件内点或位置，其产生共振。共振可以是共振频率。共振可以是电的或机械的。例如，在机械共振中，当超声波发生器以与部件的固有频率匹配的频率施加振荡时，血液样本的部件从超声波发生器(如外部超声波发生器)吸收更多能量。
27.在以下描述中，术语“样品”用于描述至少一种要进行测试、处理、其组合等的材料。样品可以是无机的、基于植物的、基于有机的或基于动物的。例如，样品可以从植物、藻类、矿物等中得到或获得。作为另一示例，样品(例如从生物体、动物或人类得到或获得的样品)可以是生物流体、生物半固体、可以任何适当方式液化的生物固体、悬浮液、悬浮液的一部分、悬浮液的成分等。为方便起见，参考的样品为全血(whole blood)，但应理解，本文描述和讨论的方法和系统用于任何适当的样品，例如尿液、血液、骨髓、血沉棕黄层、囊液、腹水、粪便、精液、脑脊液、乳头吸液、唾液、羊水、黏膜分泌物、房水、玻璃体液、呕吐物、阴道液和任何其他生理性液体或半固体。例如，样本是源自以下的组织样本或材料：脂肪组织、肾上腺、骨髓、乳房、尾状核、小脑、大脑皮层、宫颈、子宫、结肠、子宫内膜、食管、输卵管、心肌、海马体、下丘脑、肾脏、肝脏、肺、淋巴结、卵巢、胰腺、脑垂体、前列腺、唾液腺、骨骼肌、皮肤、小肠、大肠、脾脏、胃、睾丸、甲状腺或膀胱。
28.在以下描述中，术语“超声处理粒子”用于描述通过外部超声系统增加或增强样品的超声处理、空化或两者的物体或实体。超声处理粒子可以是珠、棒、纳米颗粒、微球等。超声处理粒子可由金属、二氧化硅、玻璃、聚合物等或其组合或复合组成。当使用多个超声处理粒子时，超声处理粒子可以具有相同的特性，或者至少两个超声处理粒子可以具有一个或多个不同的特性(例如，尺寸、形状、材料、表面功能化、表面凹陷或凹痕等)。
29.图1a示出了外部超声处理前的样品(即，样品的血细胞完好无损)。图1b示出了外部超声处理后的样品。如图1b所示，外部超声处理降低了样品的不透明度。虽然外部超声处理可以降低血液的不透明度，但其他类型的患者样本的不透明度可以保持不变或增加。
30.外部超声处理会破坏样本的血细胞，从而通过破坏或裂解血细胞膜，导致包括疟原虫在内的细胞内容物释放到样本培养基中。疟疾寄生虫也被破坏，从而导致寄生虫食物液泡释放到样本培养基中；这些食物液泡随后被破坏，从而导致疟色素聚集晶体的释放；通过破坏脂质键来破坏聚集的晶体，从而导致更少的晶体聚集和单个晶体释放到样品培养基中。
31.通过优化超声能量传递效率，可以进一步增强外部超声处理的有效性(例如，频率、外部超声波发生器系统的共振点、可传递的能量的量、温度、传递能量的时间量；通过控制或调整样品体积、化学性质或粘度，例如通过添加试剂(例如去离子水、洗涤剂、表面活性剂、消泡剂、着色剂(例如，荧光、显色等)等)到样本，以稀释样品，改变破坏成分的难度，或减少样品内的残留气泡；通过添加额外的材料，如一个或多个超声处理粒子，可以开始空化过程；通过控制超声波换能器的施加电压(固定或可变)；通过控制超声波传感器的电流(固定或可变)；通过控制超声波换能器的频率(固定或可变)；通过控制电压的开/关时间；通过控制电流的开/关时间；或通过控制超声波传感器的开/关时间(固定或可变)。此外，试剂可用于下游加工或与进一步的下游加工兼容。在一个方面，更有效的外部超声处理允许减少
用于破坏样品内容物的超声能量。
32.图2示出了外部超声波发生器系统200的框图。首先，在盒800中提供样品。在将样品添加到盒800之前或之后，可以对样品进行处理，例如通过添加一种或多种试剂，包括但不限于磁性纳米颗粒、非磁性固体、表面活性剂、消泡剂、渗透剂、去离子水、稀释剂、洗涤剂、醇(例如异丙醇)、杀生物剂、污渍/标签、其组合等。
33.然后将盒800放置成与超声波发生器204的探头202接触或插入其中。超声波发生器204包括超声换能器206，超声换能器206产生超声能量或超声声波，并与探头202连接，探头202将超声能量或超声声波传递至盒800。然后，超声能量或超声声波进入保持在盒800内的样品中。为了开始将超声能量转移到盒800中，施加到超声换能器206的电压在外部超声波发生器系统200的共振点周围以固定或随机频率变化。在一个实施例中，超声换能器206以不抑制用于传递的可用能量或不改变共振点(例如加强连接、加强支撑、阻尼器、其组合等)的方式连接到探头202。
34.探头202的设计将能量转移集中到并通过盒800的壁。探头202的设计还增加或减少了到盒800壁和穿过盒800壁的能量传递。还可以选择探头202的设计，以最大化与盒800的接触面积。探头202的设计将超声波能量传递到盒800的一个或多个表面，或将超声波能量传递到多个盒(即，探头202可以与多个盒、盒形状、盒配置等一起工作)。
35.可选择探头202的特性(例如，长度、材料、直径或两者)以匹配超声换能器的共振点。例如，探头202的长度可由超声波发生器频率确定。较长的探头产生的波长较长，与频率相反(即频率＝1/波长)。因此，探头202的长度可以与超声波发生器频率成反比或匹配(即，探头202对于更高的频率更短)。
36.不同的材料有不同的共振点。材料的共振点可由材料密度、弹性模量或两者确定。
37.探头202的形状、尺寸或接触面积可根据盒800壁的一个或多个特征(例如，材料、厚度、形状、面积、半径、曲线、角、其组合等)来选择，以优化或更有效地将超声波能量聚焦或分散到样品。例如，探头的形状与盒的轮廓一致，在探头和壁之间具有更多的接触面积和更少的气隙，与探头与盒的壁具有更少的接触面积和更多的气隙相比，这种探头可以更有效地传递超声波能量。作为另一个示例，较大的探头可以具有更大的表面积，从而比较小的探头具有更多的能量传递。
38.图3a-3b所示为可插入盒的探头示例。盒的尺寸和形状可以适合探头的开口或切口。例如，探头包括带有延伸穿过其中的i形切口的块310(图3a)，以及带有延伸穿过其中的锥形、v形或瓶形切口的块320(图3b)。盒的一部分可以是锥形的，从而能够安装在锥形切口内，或者盒的一部分可以是矩形的，从而能够安装在i形切口的中间部分内。通过将盒放入探头的切口或开口中，可以将盒插入探头中。或者，探头的切口或开口可以滑到盒上方或置于盒顶部。
39.图3c-3d示出了接触盒外表面的探头示例。探头的尖端或探头的一侧可以接触到盒的外壁。示例探头包括带有平面或凿形面330(图3c)、杆或半球形340(图3d)的部分锥形尖端。
40.再次回到图2，超声波发生器204由微控制器208控制，微控制器208被编程为控制外部超声系统200的一个或多个参数，以产生盒800内样品的有效内容物破坏，以确定样品
在超声处理之前、期间和之后如何变化，或者提供实时控制和反馈。在一个实施例中，微控制器208电连接到超声波发生器204的超声换能器206。例如，可变控制允许自动调整，以调整在使用期间和随着时间的推移的控制参数的潜在漂移(drift)，控制参数的潜在漂移会影响破坏有效性。
41.微控制器208基于外部超声波发生器相对于盒壁的位置、探头的接触压力、样本超声处理反馈、用户输入设置和制造组件反馈中的至少一个来控制外部超声处理系统200的一个或多个参数。用户输入可以经由用户界面212获得，以便接收诸如指令、样本信息、患者信息等的输入，或者输出结果、数据或其他信息。用户界面可以是显示器，如屏幕(如触摸屏)、灯光或其他视觉指示器。用于向用户显示信息(例如分析结果)的触摸屏也可由用户用于输入到外部超声处理系统200。音频输出可包括扬声器、蜂鸣器或其他音频指示器。视觉和/或听觉输出可以通过外部设备输出，例如物理地或无线地连接到外部超声处理系统200的计算机、扬声器或移动设备。用户界面212可以包括触觉提示、输入和输出。无论是视觉、听觉还是触觉输出，都可以输出数据，包括收集的分析数据和指示诊断的解释性数据，包括患者或患者样本中是否存在感染、疾病或状况。示例可以包括患者样本中是否存在疟色素。解释数据输出可以基于由外部超声系统200的处理电路收集和处理的分析数据。
42.由微控制器208控制的参数以及提供给微控制器208的组件和样本反馈包括但不限于电压、电流、频率、位置、探头位置(例如，接触或不接触盒)、探头接触力、温度、时间、探头温度、外部超声处理过程中的声音产生、样品不透明度、样品温度和样品搅拌。微控制器208通过硬件或软件控制一个或多个参数。微控制器208可以通过保持恒定值(例如，保持相同的电压或频率)、步进、波形等或其组合或复合来应用参数。例如，微控制器208可以通过在外部超声处理期间降低到超声换能器206的电压或电流来控制超声换能器、样品或超声换能器和样品的温度；将电压或电流脉冲接通和断开至超声换能器206；或者，运行超声换能器206，直到温度超过热阈值，然后关闭对超声换能器206的电压或电流，直到温度达到冷阈值，然后重复，直到外部超声处理完成。作为另一示例，微控制器208通过软件或固件控制超声换能器的外部超声处理的时间，以继续超声处理一段额外的时间或以较短的持续时间中断超声处理。或者，尽管讨论了微控制器，但外部超声波发生器系统200可以包括处理器/微处理器、存储器或可编程输入/输出外围设备中的一个或多个。
43.微控制器208还可以通过马达210控制超声波发生器204沿一个或多个轴的移动。马达210可以是伺服马达、步进马达、致动器(例如，压电、电、气动、机械、线性或旋转)、螺线管或用于提供沿至少一个轴的运动的任何适当装置。在一个实施例中，马达210连接到壳体(未示出)。在一个实施例中，马达210连接到超声换能器206。
44.超声波发生器204还可以包括传感器214，用于确定施加到探头202或施加在探头202上的力(例如，基于与盒的接触)，或确定探头202和盒800之间的距离，以避免超程(即，移动超过所需的接触点)或欠程(即，未移动到所需的接触点)。传感器214可以是机械的(例如，开关)、电的(例如，线性编码器)、电容的、光学的(例如，激光器)、声学的、电感的(例如，线性可变差动变压器)等。
45.图4示出了外部超声波发生器系统400的框图。外部超声波发生器系统400与外部超声波发生器系统200类似，只是外部超声波发生器系统400不包括任何系统或样本反馈。在一个实施例中，由微控制器208设置和控制的外部超声处理系统400的参数是固定的(即，
参数不改变)。固定控制不考虑在使用期间以及随着时间的推移控制参数的潜在漂移，控制参数的潜在漂移会影响破坏的有效性。在一个实施例中，由微控制器208设置和控制的外部超声处理系统400的参数是可变的(即，一个或多个参数改变)。可变控制允许自动调整，以调整在使用期间和随着时间的推移的控制参数的潜在漂移，控制参数的潜在漂移会影响破坏有效性。
46.外部超声波发生器系统200、400可在盒上的任何方向上使用，例如顶部超声处理、底部超声处理、侧面超声处理或其组合。此外，外部超声处理系统200、400可以包括探头接触控制，使得外部超声处理系统在探头与盒接触时自动打开，在探头不再与盒接触时自动关闭。或者，可以根据由探头施加的力或在探头上施加的力打开和关闭外部超声处理系统。
47.频率可以手动或自动调整，例如通过闭环反馈。图5示出了示例驱动器508，该示例驱动器508包括用于外部超声波发生器系统500的谐振补偿的反馈回路。驱动器508定义每个超声处理周期的最大功率输送，并基于每个超声处理周期的闭环反馈调整频率，作为由于压力/力或温度对探头502的影响以及由于机械接触而导致的超声换能器506共振点的估计位移考虑到超声波换能器506和盒800的系统共振。频率可针对每个周期或某些周期进行调整。
48.一种方法，用于确定每个时间周期的最大功率输送，并调整频率以补偿由于探头502上的压力和考虑超声换能器506的系统的接触机械共振的影响而导致的超声换能器1006的共振点的估计位移，探头502和盒800也可以实现。驱动器508，在每个脉冲启动周期期间，通过扫查已知的偏差频率(即，在一段时间内操作时偏离中心频率的给定频率)并通过定义的比例积分导数(pid)寻找最大功率或目标功率(即特定或预定振幅下的功率)，定义设置的共振点回路(即，基于所需设定点和测量过程变量之间的差异连续计算误差值，并应用校正)，以调整至根据驱动电路定义的lc谐振(即，电感器和电容器)理论计算确定的最低误差。通过测量已知共振点处的电流来检测加载效应和非功能换能器，该共振点可定义非功能/过载超声换能器。通过测量驱动电路的高压侧电流，并基于给定传感器的统计数据，近似于电流消耗的功能范围。
49.在一个实施例中，超声波发生器504使用超声波换能器506的受控电压来控制总能量传递到容纳需要裂解或破坏的细胞或材料的盒800——因为非受控驱动可能导致过度裂解(即，燃烧)或裂解不足的样品。裂解或破坏的有效性可至少部分归因于溶液和样品的整体混合，这是通过使用有效脉冲宽度调制(占空比)的电子设备控制的换能器的快速脉冲来实现的，以便控制传递到超声换能器506的总功率。
50.例如，通过在超声波发生器中包括多层压电元件，裂解即使在相同的频率下和以较小的功率，增加裂解量也可以增加。
51.外部超声处理系统500的性能取决于外部超声处理系统500在外部超声处理系统500的共振点处的操作。在共振点操作外部超声系统500可减少能量损失和热量产生，而在共振点之外操作会因产生过多热量和声音而损坏样品或外部超声处理系统500。共振点受到一个或多个参数的影响，例如频率、接触力、表面接触面积和温度。
52.图6a-6b示出了外部超声处理系统1000的波形。在图6a-6b中，实线表示测量的电压，虚线表示测量的电流。在图6a中，外部超声处理系统1000不在共振点工作——电压和电流异相。因此，传递的能量没有得到优化。在图6b中，外部超声处理系统1000在共振点工
作——电压和电流同相。因此，传递给样品的能量得到了优化。y轴表示振幅，x轴表示时间。
53.在一个实施例中，当扫过超声换能器频率和电压时，通过测量驱动超声换能器的电流或电压来搜索共振点。驱动电路使用产生测量峰值电流(共振点)的电压和频率，从而以最低的能量损失将最大的能量输送到盒中。
54.此外，通过在超声波发生器204与盒800接触之前打开超声换能器206来预热超声波发生器204，可以保持或改变共振点；通过在开启超声波换能器206之前将超声波发生器204施加到盒壁上，在盒800上预加载超声波发生器204的接触力；当打开超声换能器206时，通过脉冲作用在声波发生器204在盒800上的接触力；或者，在外部超声处理过程中，基于所测量的被消耗的超声换能器能量，使用超声波发生器204的可变接触力来优化能量向样本的传递。
55.为了测量外部超声处理系统是否在可接受的规范范围内运行，可以测量电压、电流、温度、频率或其组合的变化，并且可以设置阈值来确定系统的共振点何时偏离上述每一个的功能规格设置。
56.然而，应该注意的是，在工作在共振点和工作在共振点之外之间的切换可能是有利的。在一个方面，在共振点的工作和在共振点之外工作之间切换可以提高样品温度。另一方面，在共振点的工作和在共振点之外工作之间切换可以混合或搅拌样品，而不会加热或导致样品内容物的破坏。
57.图7a-7b分别示出了非期望超声处理和期望超声处理的波形。为了确定超声处理是理想的还是不理想的，可以在超声处理之前、期间和之后测量样品的不透明度。可选地，或者除了测量之外，可以使用一种或多种算法来确定超声处理之前和超声处理之后样品不透明度的绝对或相对变化，以及超声处理期间样品不透明度的变化。
58.如图7a所示，当测量外部超声处理之前、期间和之后样品不透明度的变化时，观察到电压的微小变化(即《30mv)，并且在外部超声处理过程中观察到来自样品的信号变化非常小。该波形特征代表了样品不希望的外部超声处理，因为在外部超声处理过程中，不透明度变化最小和不透明度搅动最小。然后，系统使用该信息来确定是否应当应用额外的外部超声处理或是否应继续进行该过程。在图7a中提供的示例中，将执行额外的外部超声处理，或提供外部超声处理成功或失败的通知，以便至少在发生适当的外部超声处理之前，样品不会进行下一步。当所执行的外部超声处理提供不期望的结果时，可以重复外部超声处理，并且可以调整控制参数以实现期望的结果。
59.如图7b所示，波形特征代表了样品中理想的外部超声处理，因为在超声处理过程中，不透明度和不透明度搅拌有很大的变化。在本示例中，系统测量外部超声处理之前、期间和之后样品内发生的变化。在此示例中，当测量外部超声处理之前、期间和之后样品不透明度的变化时，观察到非常大的电压变化(即》300mv，是图7a中观察到的变化的10倍)，并且在外部超声处理过程中观察到来自样品的非常大的信号变化。然后，系统使用该信息来确定是否应应用额外的外部超声处理或是否应继续进行测试。在图7b中提供的示例中，无需执行额外的外部超声处理，样品可继续进行下一步测试或处理。
60.超声处理算法可用于提高超声波发生器(例如超声波发生器200)的效率、有效性或两者。超声处理算法通过从第一频率(例如，50khz)开始并通过给定间隔(例如，200hz间隔)调整频率(例如通过扫频或递增)来确定超声频率，例如最佳超声频率。超声处理算法还
计算或确定从样品传输至超声波发生器的最大电流(例如》500ma)，该电流指示共振点。
61.为了说明系统到系统的可变性(即，超声波发生器之间、检测系统之间、样本读取器之间、分析设备或系统之间等的可变性)，可以将超声波发生器设置为预定频率。可变性可能是由于一个或多个盒的差异(例如，由于制造工艺)、超声波发生器组件的椭圆特性、超声波发生器头对盒的作用力等，或其组合。
62.超声处理算法还包括开/关控制，以提高超声处理效率，同时减少样品损坏和盒损坏。考虑总时间、持续时间、暂停持续时间、暂停次数、脉冲次数等，或其组合或复合。在一个示例中，超声处理算法包括在活动运行期间(例如，2-3秒)的休息时间(例如，每25-40毫秒)，以消除局部热点并防止细胞损伤。较长的暂停时间(例如2-5秒)可用于冷却时间。休息期(例如，25-40毫秒)可用于打破由于凝固、表面张力、摩擦、粘度等或其组合或复合而产生的流体收集。
63.可参考圆形超声波发生器探头使用示例超声处理算法，通过将能量引导至盒表面来控制能量连接。超声处理算法在两个工作频率(例如，主频或主频和更高的空化播种频率)和“关闭”(即无频率)之间交替。超声处理算法还可在较高频率的第二共振点和标称共振频率之间切换，以便较高频率可使较小的空化气泡产生较大的气泡形成或破裂以进行裂解。超声处理算法也以50％的占空比运行，以使盒和样品静止，从而散热和消除局部热点。
64.超声处理算法还可以使用较低频率、开/关周期或两者来促进流体运动，从而混合至少两种物质，包括样品和溶液或试剂。
65.图8a示出了用于存储和超声处理样本的示例盒800的分解图。图8b示出了示例盒800的等距视图。盒800包括具有毛细管平面和第一端和第二端的毛细管802、o形环804、膜806以及具有第一端和第二端的反应杯808。盒800还可以包括标签810或试剂812中的至少一种。在一个实施例中，盒800可以密封。例如，盒800对外部环境是密封的。在另一个示例中，盒可以永久或临时密封。
66.毛细管802通过毛细管作用将血液样本吸入盒800，或从一滴血中捕获固定体积的样本。当毛细管802和反应杯808邻接时，例如在闭锁过程或卡合过程中，毛细管802的毛细管平面刺穿反应杯808的膜806。毛细管802可包括毛细管涂层814以增强样品通过毛细管802的芯吸。在一个实施例中，可通过移液管、浇注等方式将样品直接添加到反应杯808中。样品可包括一个或多个试剂、一个或多个超声处理粒子、或一个或多个试剂和一个或多个超声处理粒子。
67.在一个实施例中，毛细管802和反应杯808是一个整体。在一个实施例中，毛细管802和反应杯808是分开的部件。例如，反应杯808与盒800的一个或多个其他部件锁紧。此外，毛细管802例如与盒800的一个或多个其他组件锁紧。或者，反应杯808和毛细管802可以卡合在一起，并且一旦卡合在一起，就不会分开。尽管盒800被讨论为包括毛细管802，但是盒800可以在没有毛细管802的情况下形成，或者使用另一种机制来获得材料或稀释剂或将其转移到反应杯808中。
68.反应杯808由一种或多种材料组成，例如玻璃、晶体、塑料或其组合，其光学特性允许光源的光通过反应杯808进入样品，以收集关于样品的信息。例如，反应杯808可以是光学透明的，以允许成像或数据收集。在另一实例中，反应杯808可为透明、半透明(semi-transparent)或透亮(translucent)。在又一个示例中，可基于要过滤掉或要传递到样品的
特定波长来选择材料。
69.反应杯808的第一端可包括膜806。膜806将试剂812密封在反应杯808中，以防止溢出，用于储存目的，在外部超声处理期间容纳样品，或稍后使用。膜806的密封可通过以下方式形成：带芯轴的热桩、精确体积的热桩、反应杯808中试剂过量的热桩、反应杯808中试剂过量的冷-热桩或密封反应杯808中的流体的其他方法。此外，膜806可包括亲水涂层，其在热熔过程中改变试剂812的弯液面的形状。
70.反应杯808的第二端可包括容纳试剂812、样品或其组合的流体室。反应杯808还可包括给定体积的试剂812或样品。试剂可包括但不限于去离子水、表面活性剂、消泡剂、着色剂(例如荧光、显色等)等。在一个实施方案中，2％triton(即表面活性剂；具有亲水性聚环氧乙烷链和芳香烃亲脂性或疏水性基团的非离子表面活性剂)被用作试剂(例如，用于优化外部超声处理)、毛细管涂层(例如，用于增强样品收集和芯吸)以及在需要时释放疟色素。在另一实施例中，可使用多种试剂。例如，可以使用表面活性剂和着色剂。
71.在一个实施例中，反应杯808还可包括至少一个用于增加混合、增强超声处理或增加混合和增强超声处理的超声处理粒子。所述至少一种超声处理粒子可由玻璃、聚合物、金属、二氧化硅、其组合等组成。例如，将16个玻璃珠添加到样品(例如血液)中，以增加混合和增强超声作用。在一个实施例中，当包括两个或多个超声处理粒子时，没有两个超声处理粒子由相同的材料组成，使得至少一个超声处理粒子由第一材料组成，并且至少一个超声处理粒子由第二材料组成。在另一实施例中，当包括两个或多个超声处理粒子时，所有超声处理粒子由相同材料组成，使得两个或多个超声处理粒子由第一材料组成。或者，在将至少一种超声处理粒子添加到反应杯808之前，可将其添加到样品中。
72.可以位于毛细管802或反应杯808上的o形圈804在毛细管802和反应杯808锁紧或卡合在一起时在毛细管802和反应杯808之间提供密封。o形密封圈804提供的密封件可以是流体和气密的。
73.盒800壁的厚度和形状是影响超声波能量传输的两个参数。因此，最佳壁厚和壁形可增强超声能量传递或使超声能量传递更有效。此外，超声探头1404设计基于盒800的材料类型、盒800的壁厚、盒800的壁形状或其组合来增强超声能量传递。
74.标签810包括可通过加密算法编码为第二号码的控制号码。至少一个批号、修订号或序列号(无论是全部还是部分)可以加密。控制编号还可以包括制造日期，以防止在到期日期后使用。标签810还可以包括设计，例如图形、代码(例如，qr码)或图像，其可以对人眼可见或仅对机器可见或通过另一可视化系统可见。该设计可以包括加密数据。
75.在一个实施例中，一个或多个机器在已加密的号码不正确(即，被加密的号码不适合所需的或正确的格式，或与未加密的号码不对应)时(例如外部超声处理系统1100或读取器100、140)不工作、已被使用或在查找表中找不到。这防止了盒800的重复使用或未经认证的盒的使用。一台或多台机器记录所使用的每个盒，如在内部存储器上记录，并将序列号上传到服务器或表，服务器或表可以是计算机内部的，也可以是远程连接的，如在云中。当连接到云或远程服务器时，可以将使用的序列号下载到所有机器，以防止在不同的计算机中重复使用，或防止使用复制的标签或序列号。可选地，远程服务器可以接收所有已使用的序列号，并识别那些已使用多次(包括两次或多次)的序列号。远程服务器可以将序列号与数据库或查找表进行比较。可以基于机器的位置、机器的使用频率、在其他机器上尝试假冒使
用的接近程度等，将那些使用多于一次(例如两次或多次)的设备自动推送到一台或多台机器上。应用程序，例如加载到机器上或存储在云中的应用程序，可以用来检查数据中是否存在重复的序列号，并标记它们以供审查，例如由人工或其他应用程序进行审查。
76.作为防止重复使用的另一种方式，标签810或盒800的另一部分可以包括电熔丝连接中的至少一个。作为防止重复使用的又一种方式，标签810或盒800的另一部分可以被标记、划伤、颜色改变、物理改变(例如，凹陷、弹出式等)或其组合。
77.电子标签(例如，ic标签)或无线射频识别(rfid)标签可以包括在标签810或盒800的另一部分上。
78.与第二个装置配合使用的定制设计的盒锁定在第二个装置中，因此所有自由度都受到限制，以减少流体样品/培养基振动或晃动的机会，从而允许降低噪音并提高样品体积的灵敏度测量。
79.图8c示出了沿线i-i截取的盒800的横截面图。盒800包括超声室820，在该超声室中添加或定位样品以进行超声处理。超声处理室820可包括超声处理粒子830，如放大视图822所示。超声处理粒子830改善或增强超声处理、样品混合或两者。可以使用任意数量的超声处理粒子830(例如，多达1000个，包括20-30个)，并且超声处理粒子830可以是任意合适的尺寸(例如，多达10mm，包括0.6mm、1mm等)。
80.当停止超声处理时，超声处理粒子830的密度或尺寸可降至样品底部。超声处理粒子830可通过超声处理粒子830的运动、种子空化气泡的形成或两者来机械地裂解样品成分。
81.在一个实例中，超声处理粒子830提供可发生空化的增加的表面积(即，空化的播种点)。在超声处理过程中，可能会出现气穴，从而在样品内形成气泡。具有能量(例如动能)的气泡可搅动或破坏样品成分(即，打破膜、液泡等)。在另一个示例中，被超声搅拌的超声处理粒子830可在样品内移动。超声处理粒子830接触样品成分并搅动或破坏样品成分(即，打破膜、液泡等)。
82.在一个示例中，可在添加样品之前将超声处理粒子830添加到超声处理室820。例如通过在添加到超声处理室830之前将超声处理粒子830涂覆在粘合剂或粘性溶液(例如triton溶液)中，将超声处理粒子830粘附到超声处理室830的内壁上。干燥时，超声处理粒子830保留粘性残留物。在使用一种或多种试剂或通过样品本身进行超声处理之前，可以将超声处理粒子830从盒800上取下。试剂或溶液可自行分解样品成分。
83.在另一示例中，可在将样品添加至盒800之前将超声处理粒子830添加至样品。
84.将超声处理粒子830粘附到超声室820的示例包括将超声处理粒子830添加到超声室820、添加试剂(例如2μl的2％triton)和干燥(例如，风干、固化或加热干燥)。然后将超声处理粒子830涂覆在残留物中，该残留物将超声处理粒子830粘附到超声室820的内壁。
85.盒800还可以包括空化播种器，例如切口、脊、编织线等，或其组合或复合，以播种空化。盒800可包括空化播种器和超声处理粒子830。
86.尽管相对于一个实施例或示例(例如示例性外部超声处理系统)描述了某些元件、方面、组件等，但这些元件、方面、组件等可以包括在任何其他外部超声处理系统中，例如当希望或有利这样做时。
87.为了解释的目的，上述描述使用了特定的术语来提供对本公开的透彻理解。然而，
对于本领域技术人员来说显而易见的是，为了实施本文所述的系统和方法，不需要具体细节。为了说明和描述的目的，通过示例的方式呈现特定实施例的前述描述。它们并非旨在穷举或将本公开限制在所述的精确形式。鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的。示出和描述实施例是为了最好地解释本公开的原理和实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够最好地利用本发明和具有适合于预期的特定用途的各种修改的各种实施例。本公开的范围由以下权利要求及其等同物定义。