Системы и способы для обнаружения частиц в полезном агенте

Системы и способы для обнаружения частиц в полезном агенте

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Данная заявка испрашивает приоритет по патентной заявке США № 13/841,143, поданной 15 марта 2013 г., и патентной заявке США № 61/651,211, поданной 24 мая 2012 г., каждая из которых включена в настоящее описание изобретения посредством ссылки в полном объеме.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Раскрытый здесь предмет изобретения относится к системам и способам обнаружения частиц, например белковых мономеров, белковых агрегатов и инородных частиц, которые можно найти в жидком полезном агенте.

ОПИСАНИЕ УРОВНЯ ТЕХНИКИ

Полезные агенты для диагностических и терапевтических применений обычно доступны в жидком виде. Такие жидкие полезные агенты могут быть биологическими объектами, низкомолекулярными лекарственными препаратами, продуктами питания или их комбинациями. Часто бывает полезно, а иногда и необходимо, инспектировать такие жидкие полезные агенты, чтобы гарантировать отсутствие частиц, загрязнений, агрегатов или других нежелательных веществ. Предпочтительно такая инспекция происходит в ходе изготовления и упаковки. Дополнительно, однако, такие инспекции могут быть полезны после перевозки, в ходе хранения и/или до использования.

Одним из наиболее распространенных способов введения жидких полезных агентов является инъекция, включающая в себя внутривенную, подкожную и внутримышечную инъекцию. Например, шприц, содержащий жидкий полезный агент, можно использовать для инъекции, которая обычно осуществляется медицинским персоналом или другими поставщиками услуг здравоохранения. В ряде случаев пациент обучается использованию шприца, чтобы делать инъекции себе самому. Кроме того, определенные лекарственные препараты выпускаются в виде предварительно наполненных шприцев для использования пациентом, чтобы пациенту не нужно было самому наполнять шприц. Такие предварительно наполненные шприцы могут упаковываться в автоматическое инъекционное устройство, которое обеспечивает более удобную и более быструю систему введения полезного агента.

Как упомянуто, может быть полезно или необходимо инспектировать содержимое предварительно наполненного шприца, чтобы гарантировать качество и безопасность полезного агента. Например, часто бывает желательно инспектировать биологические добавки на предмет наличия белковых агрегатов. Когда биологические добавки изготавливаются в относительно высоких концентрациях или объемах, опасность генерации молекулярных агрегатов может возрастать. Эти агрегаты могут варьироваться в размерах от нескольких нанометров до многих микрон.

Обследование невооруженным глазом содержимого шприца является признанным и, в целом, приемлемым способом, используемым для контроля качества. Однако обследование невооруженным глазом может быть субъективным и недостаточно чувствительным для обнаружения низких концентраций частиц или невидимых частиц. Разработано несколько коммерческих систем, способных работать автоматически и с относительно высокой пропускной способностью образцов для инспекции содержимого шприца на предмет частиц. Некоторые коммерчески доступные системы, например системы Seidenader VI серии и Brevetti K15, могут обеспечивать неинвазивную инспекцию шприцов с высокой пропускной способностью, но могут эффективно обнаруживать только “видимые детали” (т.е. частицы размером больше около 10-25 микрон). Напротив, некоторые известные системы, применяемые в лабораториях для экспериментальных исследований, могут обеспечивать обнаружение частиц с более высоким разрешением, но эти системы опираются на ручные и/или инвазивные методы, которые обеспечивают относительно низкую пропускную способность образцов. Например, динамическое рассеяние света (DLS) может обеспечивать молекулярное разрешение около 1 нм, и анализ траекторий наночастиц (NTA), используемый в системах, торгуемых NanoSight Ltd., позволяет формировать изображение частиц размером всего лишь около 20 нм. Однако эти инвазивные методы имеют относительно низкую пропускную способность по сравнению с другими способами.

В опубликованной патентной заявке США № 2010/0102247 Arvinte описан метод обнаружения частиц на основе цифрового сканирования для повышения чувствительности по сравнению с коммерческими системами. Однако такая система может ограничиваться разрешением сканера и относительно низкой контрастностью и, таким образом, быть неэффективной при обнаружении низких концентраций невидимых частиц (например, размерами от менее около 1 до 10 микрон).

Таким образом, сохраняется необходимость в системах и способах, позволяющих неинвазивно обеспечивать, с высокой пропускной способностью, высокочувствительное оценивание жидких полезных агентов, в частности, в предварительно наполненных шприцах, для обнаружения присутствия субмикронных частиц, даже в низких концентрациях.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачи и преимущества раскрытого предмета изобретения будут изложены в нижеследующем описании и следовать из него, а также будут изучены в практическом применении раскрытого предмета изобретения. Дополнительные преимущества раскрытого предмета изобретения будут реализованы и достигнуты посредством способов и систем, конкретно указанных в нижеприведенном описании и формуле изобретения, а также проиллюстрированных на прилагаемых чертежах.

Для достижения этих и других преимуществ и в соответствии с задачами раскрытого предмета изобретения, воплощенного и описанного в широком смысле, раскрытый предмет изобретения включает в себя способ обнаружения частиц в жидком полезном агенте, содержащемся в контейнере. Способ включает в себя этапы, на которых избирательно освещают, по меньшей мере, часть жидкого полезного агента; получают изображение из освещенной части жидкого полезного агента; анализируют данные изображения, представляющие изображение, с использованием процессора данных, для получения концентрации частиц; измеряют значение интенсивности изображения данных изображения с использованием процессора данных и определяют уровень качества жидкого полезного агента с использованием процессора данных на основании концентрации частиц и измеренного значения интенсивности изображения.

В порядке примера и в рамках данной реализации, избирательное освещение части жидкого полезного агента может включать в себя фокусировку света через оптический элемент, соответствующий контейнеру для обеспечения неискаженного изображения из освещенной части жидкого полезного агента. Избирательное освещение части жидкого полезного агента также может включать в себя формирование тонкого листа освещения в освещенной части жидкого полезного агента. Жидкий полезный агент можно избирательно освещать светом, имеющим длину волны в пределах от около 200 нм до около 1100 нм.

В некоторых вариантах осуществления изображение получается посредством или в результате рассеяния света на частицах в освещенной части полезного агента. Дополнительно или альтернативно, жидкий полезный агент может иметь собственную флуоресценцию и жидкий полезный агент можно избирательно освещать светом, имеющим длину волны возбуждения, пригодную для того, чтобы побуждать жидкий полезный агент излучать флуоресцентный свет с длиной волны излучения. Таким образом, получение изображения может включать в себя использование оптического фильтра, соответствующего длине волны излучения излучаемого флуоресцентного света. Получение изображения также может включать в себя фокусировку детектора изображения через оптический элемент, соответствующий контейнеру для обеспечения неискаженного изображения из жидкого полезного агента. Дополнительно или альтернативно, получение изображения может включать в себя использование метода анализа разностного изображения, причем первое изображение и второе изображение захватываются из освещенной части жидкого полезного агента, и затем из первого изображения и второго изображения можно получать разностное изображение для внесения поправки на фоновую помеху.

Кроме того, и в рамках данной реализации, способ может включать в себя этап, на котором калибруют детектор изображения до заранее определенной чувствительности. Анализ данных изображения для получения концентрации частиц, таким образом, может осуществляться с использованием единичного кадра изображения и включать в себя отсчет количества частиц, превышающих порог размера или порог интенсивности для определения концентрации частиц и анализа распределения интенсивности частиц. Напротив, измерение значения интенсивности изображения данных изображения может включать в себя определение значения интенсивности пикселя каждого пикселя из множества пикселей данных изображения с использованием процессора данных и объединение значений интенсивности пикселя из множества пикселей для определения значения интенсивности изображения с использованием процессора данных. Определение качества жидкого полезного агента, таким образом, может включать в себя сравнение концентрации частиц с порогом концентрации частиц, а также сравнение значения интенсивности изображения с порогом интенсивности изображения. Порог концентрации частиц и порог интенсивности изображения можно получать из иллюстративного профиля. Способ также может включать в себя определение средней молекулярной массы частиц с использованием значения интенсивности изображения, причем уровень качества дополнительно определяется с использованием средней молекулярной массы. Обнаружение, таким образом, может осуществляться на множестве контейнеров с высокой пропускной способностью.

Раскрытый предмет изобретения также включает в себя систему для обнаружения частиц в жидком полезном агенте в контейнере. Система включает в себя источник света, выполненный с возможностью освещения, по меньшей мере, части жидкого полезного агента, детектор изображения, выполненный с возможностью получения изображения из освещенной части жидкого полезного агента, и процессор данных, подключенный к детектору изображения. Процессор данных запрограммирован анализировать данные изображения, представляющие изображение, из детектора изображения для получения концентрации частиц; измерять значение интенсивности изображения данных изображения и определять уровень качества жидкого полезного агента на основании порога концентрации частиц и измеренного значения интенсивности изображения. Система может включать в себя любой или все из описанных здесь признаков.

Раскрытый предмет изобретения также включает в себя полезный продукт обработки. Полезный продукт обработки включает в себя контейнер, содержащий жидкий полезный агент, и систему для обнаружения частиц в жидком полезном агенте, включающую в себя любой из описанных здесь признаков.

Раскрытый предмет изобретения также включает в себя жидкий полезный агент, имеющий заранее определенный уровень качества, определенный описанным здесь способом обнаружения. Например, жидкий полезный агент может включать в себя белок. В частности, белок может быть составным белком и жидким полезным агентом и может иметь концентрацию белка от около 0,1 мг/мл до около 200 мг/мл. Белок может быть антителом, и антитело может быть антителом к фактору некроза опухоли альфа (ФНОα) или его антигенсвязывающим доменом.

Следует понимать, что вышеприведенное общее описание и нижеследующее подробное описание являются иллюстративными и призваны обеспечивать дополнительное объяснение раскрытого предмета заявленного изобретения.

Прилагаемые чертежи, которые входят в состав и составляют часть этого описания изобретения, включены для иллюстрации и обеспечения дополнительного понимания раскрытого предмета изобретения. Совместно с описанием чертежи служат для объяснения принципов раскрытого предмета изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 - схема, демонстрирующая иллюстративный способ, реализованный согласно иллюстративному варианту осуществления раскрытого предмета изобретения.

Фиг. 2A-2B - иллюстративные изображения, демонстрирующие результат использования оптического элемента для получения изображения в соответствии с раскрытым предметом изобретения.

Фиг. 3A-3D - иллюстративные изображения, демонстрирующие результат использования анализа разностного изображения для получения изображения в соответствии с раскрытым предметом изобретения.

Фиг. 4A-4C - иллюстративные изображения, демонстрирующие результат прямого формирования изображения в соответствии с раскрытым предметом изобретения.

Фиг. 5A-5D - иллюстративные изображения, демонстрирующие оценивание образца путем отсчета частиц в соответствии с раскрытым предметом изобретения.

Фиг. 6A-6D - иллюстративные изображения, демонстрирующие результат непрямого формирования изображения в соответствии с раскрытым предметом изобретения.

Фиг. 7 - иллюстративный график, демонстрирующий определение интенсивности изображения в соответствии с раскрытым предметом изобретения.

Фиг. 8 - иллюстративный график, демонстрирующий соотношение между интенсивностью изображения и концентрацией в соответствии с раскрытым предметом изобретения.

Фиг. 9A-9B - иллюстративные изображения, демонстрирующие результат непрямого формирования изображения на необработанном образце и термообработанном образце соответственно, в целях сравнения.

Фиг. 10 - иллюстративный график, демонстрирующий интенсивность изображения образцов, показанных на фиг. 9A-9B, в целях сравнения.

Фиг. 11 - иллюстративный график образцов, показанных на фиг. 9A-9B, полученный с использованием метода динамического рассеяния света, в целях сравнения.

Фиг. 12 - иллюстративная схема, демонстрирующая иллюстративные результаты анализа непрямого формирования изображения на множественных образцах в целях сравнения.

Фиг. 13 - схема, демонстрирующая иллюстративную систему для использования согласно способу, показанному на фиг. 1, согласно иллюстративному варианту осуществления раскрытого предмета изобретения.

Фиг. 14 - иллюстративная схема, демонстрирующая дополнительные детали системы для использования согласно способу, показанному на фиг. 1.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Перейдем к подробному рассмотрению различных иллюстративных вариантов осуществления раскрытого предмета изобретения, иллюстративные варианты осуществления которого представлены в прилагаемых чертежах. Структура и соответствующий способ эксплуатации раскрытого предмета изобретения будут описаны совместно с подробным описанием системы.

Представленные здесь системы и способы можно использовать для обнаружения частиц, например белков и белковых агрегатов или любых других видимых или невидимых частиц, в любом из различных пригодных полезных агентов или веществ. Используемый здесь термин “жидкий полезный агент” или “полезный агент” (используемые здесь взаимозаменяемо) следует понимать, в целом, в смысле вещества или состава в жидком виде, вводимого индивиду (также именуемому здесь пользователем или пациентом) или используемого им для предписанной медицинской индикации, например лечебного, диагностического, пищевого или другого терапевтического агента.

В соответствии с раскрытым здесь предметом изобретения способ обнаружения частиц в жидком полезном агенте, содержащемся в контейнере (также именуемый здесь “способ обнаружения”), в целом, включает в себя избирательное освещение, по меньшей мере, части жидкого полезного агента; получение изображения из освещенной части жидкого полезного агента; анализ данных изображения, представляющих изображение, с использованием процессора данных, для получения концентрации частиц; измерение значения интенсивности изображения данных изображения с использованием процессора данных и определение уровня качества жидкого полезного агента с использованием концентрации частиц и измеренного значения интенсивности изображения.

Прилагаемые чертежи, где сходные ссылочные позиции обозначают идентичные или функционально аналогичные элементы на разных видах, дополнительно иллюстрируют различные варианты осуществления и поясняют различные принципы и преимущества в соответствии с раскрытым предметом изобретения. В целях объяснения и иллюстрации, но не ограничения, иллюстративные варианты осуществления систем и способов обнаружения частиц в полезном агенте в соответствии с раскрытым предметом изобретения показаны на фиг. 1-14. Хотя раскрытый здесь предмет изобретения описан в отношении использования систем и способов обнаружения агрегированных белков в жидком полезном агенте, например ингибиторе ФНО, специалисту в данной области техники очевидно, что раскрытый предмет изобретения не ограничивается иллюстративным вариантом осуществления. Например, способ обнаружения можно использовать для обнаружения любых пригодных частиц, видимых или невидимых, в жидком полезном агенте, например, загрязнений или других нежелательных частиц. Кроме того, компоненты и способ обнаружения частиц в жидком полезном агенте не ограничиваются иллюстративными вариантами осуществления, описанными или изображенными здесь.

На фиг. 1 показана схема, демонстрирующая иллюстративный способ согласно раскрытому предмету изобретения. На этапе 100 устройство и контейнер для полезного агента подготавливаются для анализа. Некоторые дополнительные этапы, например калибровка детектора изображения до нужной чувствительности, может осуществляться первоначально и/или периодически и повторяться, когда нужно оценить каждый новый тип полезного агента. Дополнительные регулировки системы могут включать в себя позицию детектора изображения, позицию или конфигурацию оптических элементов, длину волны, интенсивность или позицию источника света или другие описанные здесь применимые параметры. Напротив, некоторые этапы могут осуществляться для каждого испытуемого контейнера для полезного агента, например физическое размещение контейнера для полезного агента на одной линии с источником света и детектором изображения. По завершении этапов для подготовки устройства и контейнера для полезного агента для анализа устройству или пользователю может передаваться сигнал для указания того, что система готова к испытанию.

На этапе 102, показанном на фиг. 1, по меньшей мере, часть полезного агента в контейнере избирательно освещается. При желании, можно анализировать все содержимое контейнера. Освещение полезного агента может включать в себя направление источника света на часть полезного агента, подлежащую анализу.

В соответствии с одним аспектом раскрытого предмета изобретения полезный агент освещается тонким листом освещения. Тонкий лист освещения может быть образован источником света или оптическим элементом. Формирование тонкого листа освещения в полезном агенте может создавать, по существу, плоское поле света, наблюдаемое детектором изображения, и может повышать контрастность полученного изображения полезного агента в области тонкого листа освещения. Повышенная контрастность изображения позволяет формировать изображения частиц субмикронных размеров, в том числе обнаруживать частицы, размеры которых значительно меньше длины волны света, с использованием описанных ниже методов анализа изображения. В некоторых вариантах осуществления избирательное освещение полезного агента может включать в себя фокусировку света через оптический элемент, соответствующий контейнеру. Таким образом, между источником света и шприцем можно обеспечить оптический элемент, например цилиндрическую линзу, для формирования тонкого листа освещения, а также для согласования работы со шприцем и детектором изображения для устранения искажения, обусловленного кривизной стенки шприца. Например, контейнер для полезного агента может иметь кривизну, которая искажает фокус света через контейнер. Оптический элемент, например линза, кривизна которой соответствует кривизне контейнера, может быть предусмотрен между источником света и контейнером для смещения кривизны контейнера и улучшения фокусировки света через контейнер.

Источником света может быть любой пригодный источник света для освещения контейнера. В порядке примера, но без ограничения, источником света может быть когерентный источник света, например лазер. Источник света можно выбирать для генерации света, имеющего конкретную длину волны. В порядке примера, но без ограничения, источник света может обеспечивать свет, имеющий длину волны, выбранную из диапазона от около 200 нм до около 1100 нм для биологического продукта, свет, имеющий длину волны от около 200 нм до около 400 нм, может быть пригоден для возбуждения собственной флуоресценции полезного агента, как дополнительно описано ниже. Свет, имеющий длину волны от около 400 нм до около 1100 нм, может быть пригоден для обеспечения рассеяния света частицами, которые затем можно изображать, как дополнительно описано ниже.

На этапе 104, показанном на фиг. 1, получается изображение из освещенной части жидкого полезного агента. Изображение может получаться вследствие рассеяния света на частицах в освещенной части полезного агента. Получение изображения может включать в себя отправку сигнала на детектор изображения для захвата изображения. Например, в случае испытания нового типа полезного агента и/или контейнера или изменения конфигурации системы обнаружения детектор изображения можно сначала откалибровать до заранее определенной чувствительности и/или на основании стандартного продукта известного уровня качества. В некоторых вариантах осуществления получение изображения может включать в себя фокусировку изображения на детекторе изображения через оптический элемент, соответствующий контейнеру. Например, контейнер для полезного агента может иметь кривизну, которая искажает фокус детектора изображения через контейнер. Следовательно, как указано ранее, оптический элемент, например, линза, кривизна которой соответствует кривизне контейнера, может быть предусмотрен между детектором изображения и контейнером для смещения кривизны контейнера и обеспечения изображения, которое, по существу, свободно от искажения, обусловленного кривизной контейнера. Дополнительно, оптический элемент, например объектив микроскопа, оптически связанный с детектором изображения, можно использовать для получения изображения полезного агента с увеличенным разрешением. Увеличенное разрешение изображения позволяет обнаруживать частицы в полезном агенте с использованием методов анализа изображения, дополнительно описанных ниже.

На фиг. 2A и 2B показаны иллюстративные изображения из полезного агента, полученные иллюстративным детектором 204 изображения. На Фиг. 2A показано изображение, полученное из полезного агента в предварительно наполненном контейнере 206 шприца без использования оптических элементов 208. На Фиг. 2B показано изображение, полученное из полезного агента в предварительно наполненном контейнере 206 шприца с использованием оптических элементов 208, причем изображение относительно свободно от искажения по сравнению с изображением на фиг. 2A.

В порядке примера, но без ограничения, рассмотрим осуществление способа обнаружения путем получения единичного, в виде стоп-кадра, изображения жидкого полезного агента. Однако следует понимать, что способ обнаружения может осуществляться путем получения нескольких изображений в виде стоп-кадра, движущегося видеоизображения или сигнала фотодетектора жидкого полезного агента в течение периода времени, если нужен динамический анализ. Дополнительно, хотя способ обнаружения может осуществляться с использованием изображения лишь выбранной части жидкого полезного агента, способ аналогично можно применять ко или по всему содержимому предварительно наполненного контейнера 206 шприца. Например, предварительно наполненный контейнер 206 шприца можно переносить через фиксированный свет множественными шагами для получения множественных изображений жидкого полезного агента, и/или свет от источника света можно перенаправлять через выбранные участки контейнера для получения соответствующих изображений. Однако уменьшение количества полученных кадров изображения и/или уменьшение размера участка контейнера, подлежащего изображению, может увеличивать пропускную способность, т.е. количество контейнеров, которые можно испытать за данное время. Следовательно, обнаружение с высокой пропускной способностью может осуществляться с использованием единичного кадра изображения лишь части жидкого полезного агента.

Дополнительно или альтернативно, изображение из полезного агента можно получать с использованием собственной флуоресценции полезного агента. В определенных полезных агентах, например белковых биологических добавках, возбуждения собственной флуоресценции белка вследствие природных, немодифицированных аминокислот в полезном агенте можно добиться, освещая полезный агент светом, имеющим длину волны в полосе поглощения. Например, длина волны в полосе поглощения может быть в диапазоне от около 200 нм до около 330 нм для определенных ингибиторов ФНО. Возбуждение полезного агента может приводить к тому, что полезный агент будет испускать флуоресцентное излучение, имеющее длину волны излучения, например, в диапазоне от около 290 нм до около 500 нм. Другие полезные агенты, например низкомолекулярные препараты, которым присуща флуоресценция, могут возбуждаться на, по существу, любой пригодной длине волны в ультрафиолетовом, видимом или ближнем инфракрасном диапазоне (например, от около 200 нм до около 900 нм). Следовательно, изображение из полезного агента можно получать, размещая оптический фильтр, имеющий полосу длин волны, соответствующую длине волны излучения полезного агента в поле зрения детектора изображения.

Использование собственной флуоресценции полезного агента для получения изображения также может быть включено в систему согласно раскрытому предмету изобретения для обеспечения функциональных возможностей калибровки и устранения неисправностей. Например, дополнительно или альтернативно этапам, описанным в отношении этапа 100 на фиг. 1, изображение полезного агента, полученное с использованием собственной флуоресценции полезного агента, можно получать первоначально и/или периодически, или когда нужно оценить каждый новый тип полезного агента. Изображение можно анализировать для определения, действительно ли изображаемые частицы являются частицами, содержащими белок, или же, например, частицами загрязнения, каплями масла, воздушными пузырьками или другими нежелательными небелковыми частицами. Такие нежелательные частицы могут изображаться с использованием рассеяния света, но не будут появляться в изображении, полученном с использованием собственной флуоресценции. Если такие частицы появляются в ходе рассеяния света, можно отрегулировать некоторые параметры системы, например чувствительность или позицию детектора изображения, позицию или конфигурацию оптических элементов, длину волны, интенсивность или позицию источника света, или любые другие описанные здесь параметры. Когда система откалибрована с использованием собственной флуоресценции для подтверждения, что частицы, изображаемые с использованием рассеяния света, являются белками, обнаружение с использованием рассеяния света можно проводить.

Дополнительно или альтернативно, изображение из полезного агента можно получать с использованием метода анализа разностного изображения, причем разностное изображение можно получать между двумя изображениями полезного агента. Например, изображения определенных образцов могут иметь сильный фон релеевского рассеяния, который может быть обусловлен относительно высокой концентрацией белка. Таким образом, эти изображения могут иметь относительно низкое отношение сигнал-фон, которое может быть непригодным для количественного обнаружения частиц или агрегатов, присутствующих в низких концентрациях. Свет, рассеянный от концентрированных белковых мономеров, можно рассматривать как постоянное фоновое изображение. Соответственно определение разностного изображения (или “анализ разностного изображения”) может снижать фоновую помеху для обеспечения изображения, пригодного для количественного обнаружения частиц или агрегатов.

Согласно данной реализации, в целях понимания, но не ограничения, для осуществления анализа разностного изображения, последовательно берутся первое изображение и второе изображение освещенной части образца. Фиг. 3A демонстрирует пример первого изображения, и фиг. 3B демонстрирует пример второго изображения. По меньшей мере, частично, вследствие движения или диффузии частиц в образце, частицы могут оказываться в разных позициях во втором изображении по сравнению с первым изображением. Таким образом, разностное изображение можно вычислить, например, с использованием программного обеспечения ImageJ, доступного от Национальных институтов здравоохранения (NIH), или аналогичного программного обеспечения, для определения разности между первым изображением и вторым изображением и, таким образом, снижения фоновой помехи, присутствующей в первом и втором изображениях. Иллюстративное разностное изображение, полученное из первого изображения и второго изображения, представлено на фиг. 3C. Как показано на фиг. 3C, фоновая помеха снижается и можно видеть несколько частиц. Контраст между черным и белым разностного изображения можно увеличить для повышения видимости частиц, как показано, например, на фиг. 3D. Таким образом, как изображено здесь в целях иллюстрации, осуществление отсчета частиц на изображении, показанном на фиг. 3D, как дополнительно рассмотрено здесь, определяет всего 7 частиц в иллюстративном разностном изображении, что соответствует 3.5 частицам на изображение. С использованием разностного изображения, далее описанные здесь методы обработки изображений могут осуществляться, как дополнительно описано ниже.

На этапе 106, показанном на фиг. 1, изображение, полученное на этапе 104, обрабатывается для определения некоторых характеристик изображения, из которых можно определить характеристики исследуемого жидкого полезного агента. В соответствии с раскрытым предметом изобретения и в рамках данной реализации два или более методов обработки изображений осуществляются независимо или совместно на единичном изображении. Таким образом, объединение двух или более методов обработки изображений увеличивает диапазон и точность определения размеров частиц с использованием способа обнаружения. В порядке примера, но без ограничения, и в рамках данной реализации, частицы размером около 25 нм или более можно непосредственно идентифицировать в изображении и специалисту в данной области техники очевидно, что другие размеры частиц можно изображать, по меньшей мере, частично на основании оптических условий системы и/или типа изображаемого образца.

Метод прямого формирования изображения, например формирование изображения наночастиц или другой пригодный метод, может осуществляться на изображении полезного агента. Прямое формирование изображения можно использовать для получения концентрации частиц. В порядке примера, но без ограничения, изображение можно оценивать путем отсчета количества частиц, превышающих порог размера или порог интенсивности, для определения концентрации частиц. Отсчет количества частиц, превышающих порог размера или порог интенсивности, может осуществляться с использованием нескольких известных методов. Например, интенсивности рассеяния на частице можно использовать для оценивания массы частицы. Таким образом, распределение интенсивности частиц можно генерировать путем определения количества частиц, превышающих некоторую заранее определенную интенсивность рассеяния на частице, и построения графика количества частиц на соответствующей площади изображения для получения концентрации частиц. Альтернативно, если количество частиц, превышающих заранее определенный размер или интенсивность, известно, то построение графика не требуется. Различные пригодные алгоритмы прямого формирования изображения можно использовать для анализа изображения и получения концентрации частиц. В порядке примера, но без ограничения, для осуществления этих функций можно использовать доступное в настоящее время программное обеспечение, например ImageJ. Различные инструменты, доступные через ImageJ, например “Maximum”, “Analyze Particle” и “Histogram”, или другие пригодные программные инструменты можно использовать для осуществления идентификации частиц, отсчета частиц, измерения распределений интенсивности изображения и т.п. Дополнительные инструменты и программное обеспечение аналогично можно использовать и/или адаптировать согласно предусмотренной реализации. Соответственно, как будет рассмотрено ниже, превышают ли, и в каком количестве, частицы, идентифицированные в изображении, концентрацию частиц, можно использовать в качестве фактора для определения качества полезного агента.

В целях иллюстрации, но не ограничения, на фиг. 4A-4C показаны иллюстративные изображения, полученные из иллюстративного детектора изображения системы согласно раскрытому предмету изобретения. На фиг. 4A показано полученное изображение частиц размером 80 нм, взвешенных в воде. На фиг. 4B показаны частицы размером 290 нм, взвешенные в воде. На фиг. 4C показано полученное изображение частиц размером 500 нм, взвешенных в воде. Изображения были получены в аналогичных условиях освещения и чувствительности обнаружения. Таким образом, фиг. 4A-4C иллюстрируют производительность системы в отношении прямого формирования изображения субмикронных частиц. Фиг. 4A-4C можно анализировать, как описано выше, методом прямого формирования изображения для получения концентрации частиц, например, путем отсчета количества частиц, превышающих порог размера или порог интенсивности.

Кроме того, для образца, рассматриваемого как имеющего пространственно однородную концентрацию, концентрацию частиц (т.е. количество частиц на единицу объема) можно получить из анализа количества частиц из измеренной области раствора, как описано здесь. Количество частиц в одном изображении, таким образом, можно рассматривать равным количеству частиц в объеме обнаружения, и объем обнаружения можно оценивать из объема освещения. Например, если область освещения, показанная в изображении, составляет 2 мм на 2 мм, и толщина пучка равна 0.1 мм, объем освещения можно определить равным 0.4 микролитра. В качестве дополнительного и подтверждающего метода калибровки можно использовать, в порядке примера и в рамках данной реализации, стандартный раствор с известной концентрацией частиц, в частности водный раствор частиц полистирола размером 490 нм. Альтернативно, для растворов, которые не рассматриваются как пространственно однородные (т.е. имеют пространственно неоднородную концентрацию), может быть полезно или даже необходимо сканировать весь раствор.

Полное количество частиц в контейнере (N_total) можно определить из соотношения

(1)

где N_{per_image} представляет суммарное количество частиц в изображении, V_total представляет полный объем контейнера, и V_detection представляет объем, изображаемый в единичном изображении.

В целях иллюстрации и понимания, на фиг. 5A-5D показаны иллюстративные изображения, демонстрирующие оценивание образца путем определения концентрации частиц или “отсчета частиц” согласно раскрытому предмету изобретения. На фиг. 5A показано изображение, полученное из образца, содержащего 25 мг/мл бычьего сывороточного альбумина (БСА), приготовленного из порошка и без всякой фильтрации. На фиг. 5C показано изображение, полученное из образца, содержащего 25 мг/мл БСА, фильтрованного с помощью фильтра с ячейкой 0,2 микрона. Объем освещения для каждого изображения был определен равным 0,25 микролитра (0,00025 мл), как описано выше. Отсчет частиц осуществляли с использованием ImageJ на каждом из изображений, показанных на фиг. 5A и 5C, для определения концентрации частиц. Фиг. 5B демо