Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der
Viskosität
oder einer damit zusammenhängenden
Größe gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, eine Vorrichtung zur Bestimmung der Viskosität oder einer
damit zusammenhängenden
Größe gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 24 sowie Verwendungen eines derartigen Verfahrens
oder einer derartigen Vorrichtung und eine diesbezügliche Anordnung.The
The present invention relates to a method for the determination of
viscosity
or a related one
Size according to the generic term
of claim 1, a device for determining the viscosity or a
related
Size according to the generic term
of claim 24 and uses of such a method
or such a device and a related arrangement.
Die US 3,967,934 A offenbart
ein System und Verfahren zur Bestimmung der Gerinnungszeit von Blut.
Ein Testrohr mit dem Blut wird auf- und abbewegt, wobei eine Metallkugel
im Blut innerhalb des Testrohrs mittels eines stationären Magnetfelds
in einer vertikalen Lage gehalten wird. Beim Auf- und Abbewegen
des Testrohrs strömt
das Blut um die Metallkugel herum. Wenn die Gerinnung (Koagulation) des
Bluts erfolgt wird die Metallkugel aus ihrer definierten Vertikallage
ausgelenkt. Durch diese Auslenkung wird eine Lichtschranke freigegeben
und dies als Gerinnungszeit erfaßt. Das System ist sehr aufwendig
und insbesondere sind bewegte Teile erforderlich. Das Verfahren
eignet sich nicht für
die Mikrofluidik, also Proben mit geringem Volumen, insbesondere
im Bereich von einem Milliliter oder weniger. Auch sind keine Informationen über den
Verlauf der Gerinnung erhältlich.The US 3,967,934 A discloses a system and method for determining the clotting time of blood. A test tube with the blood is moved up and down, with a metal ball in the blood within the test tube held in a vertical position by means of a stationary magnetic field. As the test tube moves up and down, the blood flows around the metal ball. If the coagulation of the blood takes place, the metal ball is deflected out of its defined vertical position. By this deflection, a light barrier is released and this detected as clotting time. The system is very complex and in particular moving parts are required. The method is not suitable for microfluidics, ie samples with a low volume, in particular in the range of one milliliter or less. Also, no information on the course of coagulation is available.
Die JP 8-178823 A ,
die den Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung bildet, offenbart
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Viskosität von viskosem
Material. Als Meßelemente
werden feine, weichmagnetische Partikel verwendet, die durch ein
externes stationäres
Magnetfeld in dem viskosen Material, zum Beispiel Silikon oder Acrylharzin,
in eine Richtung bewegt werden. Mittels eines beispielsweise auf
dem magnetoresistiven Effekt beruhenden Sensors wird die Ankunft
der sich bewegenden magnetischen Partikel detektiert und die Geschwindigkeit
und Zeit der Bewegung zur Bestimmung der Viskosität gemessen.
Gegenüber
ansonsten nur durch Gravitation absinkenden Meßelementen kann eine wesentlich
geringere Meßzeit
von etwa zwei bis fünf
Minuten erreicht werden. Bei dem bekannten Verfahren ist nachteilig,
daß mehrere
Versuche mit jeweils erforderlicher Zugabe der magnetischen Partikel
notwendig sind, um eine sinnvolle Meßgenauigkeit errei chen zu können. Das
Verfahren ist dementsprechend aufwendig und langwierig. Das Verfahren
eignet sich nicht für
die Mikrofluidik, also Proben mit geringem Volumen, insbesondere
im Bereich von einem Milliliter oder weniger. Auch sind keine Informationen über den
Verlauf der Gerinnung erhältlich.The JP 8-178823 A , which forms the starting point of the present invention, discloses a method and an apparatus for measuring the viscosity of viscous material. As measuring elements fine, soft magnetic particles are used, which are moved in one direction by an external stationary magnetic field in the viscous material, for example silicone or Acrylharzin. By means of a sensor based for example on the magnetoresistive effect, the arrival of the moving magnetic particles is detected and the speed and time of the movement for the determination of the viscosity are measured. Compared to otherwise only dropping by gravity measuring elements a much lower measurement time of about two to five minutes can be achieved. In the known method is disadvantageous that several experiments with each required addition of the magnetic particles are necessary in order to achieve a meaningful measurement accuracy Chen chen can. The process is accordingly complicated and lengthy. The method is not suitable for microfluidics, ie samples with a low volume, in particular in the range of one milliliter or less. Also, no information on the course of coagulation is available.
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Viskosität oder einer damit zusammenhängenden
Größe eines
Fluids, insbesondere eines Mikrofluids, sowie Verwendungen dieses
Verfahrens und dieser Vorrichtung und eine diesbezügliche Anordnung
anzugeben, wobei ein einfacher, kompakter Aufbau und/oder eine genaue
Bestimmung der Viskosität
oder einer damit zusammenhängenden
Größe ermöglicht wird
bzw. werden, insbesondere wobei die Viskosität bzw. die damit zusammenhängende Größe fortlaufend
bestimmt werden kann bzw. können.Of the
The present invention is based on the object, a method
and a device for determining the viscosity or a related one
Size of one
Fluids, in particular a microfluid, as well as uses of this
Method and apparatus and a related arrangement
specify a simple, compact design and / or an accurate
Determination of viscosity
or a related one
Size is possible
or, in particular wherein the viscosity or the associated size continuously
can or can be determined.
Die
obige Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, eine Vorrichtung
gemäß Anspruch
24, eine Verwendung gemäß Anspruch
48, 49 oder 50 oder eine Anordnung gemäß Anspruch 51 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The
The above object is achieved by a method according to claim 1, a device
according to claim
24, a use according to claim
48, 49 or 50 or an arrangement according to claim 51 solved. advantageous
Further developments are the subject of the dependent claims.
Eine
grundlegende Idee der vorliegenden Erfindung liegt darin, mindestens
einen magnetischen Partikel im Fluid durch zeitliche Variation eines
Magnetfelds in Schwingung zu versetzen, wobei die Amplitude und/oder
Phase der Schwingung zumindest indirekt gemessen wird bzw. werden,
um daraus die Viskosität
oder eine damit zusammenhängende
Größe, wie
die Reynolds-Zahl, die Strouhal-Zahl oder dergleichen, zu bestimmen.
Dies ermöglicht
eine einfache und genaue Bestimmung der Viskosität bzw. der damit zusammenhängenden
Größe, wobei
insbesondere ein kompakter und einfacher Aufbau, vorzugsweise ohne
mechanisch bewegte Teile, und eine fortlaufende Bestimmung der Viskosität mit hoher Genauigkeit
ermöglicht
werden. Als "Phase
der Schwingung" wird
hier kurz gefaßt
die Phasenverschiebung der Schwingung der Partikel gegenüber dem
zeitlich variierenden (anregenden) Magnetfeld bezeichnet.A
basic idea of the present invention is, at least
a magnetic particle in the fluid by temporal variation of a
Magnetic field to vibrate, wherein the amplitude and / or
Phase of oscillation is at least indirectly measured,
from this the viscosity
or a related one
Size, like
the Reynolds number, the Strouhal number or the like.
this makes possible
a simple and accurate determination of the viscosity or related
Size, being
in particular a compact and simple construction, preferably without
mechanically moving parts, and a continuous determination of viscosity with high accuracy
allows
become. As a "phase
the vibration "becomes
here in a nutshell
the phase shift of the vibration of the particles relative to the
termed time varying (stimulating) magnetic field.
Die
Viskosität
muß nicht
unmittelbar oder absolut bestimmt werden. Vielmehr kann es bedarfsweise
genügen,
die Viskosität
nur relativ zu bestimmen oder eine Größe zu bestimmen, die mit der
Viskosität
in einem funktionellen, insbesondere eindeutigen Zusammenhang steht
bzw. von der Viskosität abhängt.The
viscosity
does not have to
be determined directly or absolutely. Rather, it can be needed
sufficient
the viscosity
to determine only relative or to determine a size with the
viscosity
is in a functional, especially clear context
or depends on the viscosity.
Der
Begriff "Viskosität" ist bei der vorliegenden
Erfindung in einem engeren Sinne als innere Reibung oder Möglichkeit
einer Spannungsaufnahme bei Verformung eines Fluids, insbesondere
einer Flüssigkeit,
zu verstehen. In einem weiteren Sinne ist bzw. sind unter "Viskosität" bzw. einer damit
zusammenhängenden
Größe auch
eine Veränderung
von Eigenschaften des gegebenenfalls inhomogenen Fluids, insbesondere
durch Koagulation, Quellen von Bestandteilen oder dergleichen, und/oder
Eigenschaften der Partikel, insbesondere deren Masse, magnetisches
Moment oder Beweglichkeit oder die Dämpfung der Partikelschwingung,
im Fluid, beispielsweise durch Anlagerung oder Ablösen von
Atomen oder Molekülen
an bzw. von den Partikeln oder dergleichen, oder diesbezügliche Änderungen
zu verstehen.The term "viscosity" is to be understood in the present invention in a narrow sense as internal friction or the possibility of a voltage absorption during deformation of a fluid, in particular a liquid. In a broader sense is or are under "viscosity" or a related size and a change in properties of the optionally inhomogeneous fluid, in particular by coagulation, sources of Ingredients or the like, and / or properties of the particles, in particular their mass, magnetic moment or mobility or the damping of particle vibration in the fluid, for example by addition or detachment of atoms or molecules to or from the particles or the like, or changes thereof understand.
Das
vorschlagsgemäße Verfahren
und die vorschlagsgemäße Vorrichtung
können
insbesondere zu nichttherapeutischen Zwecken zur Bestimmung der
Koagulationsfähigkeit
(Gerinnungsfähigkeit)
von Blut oder Blutplasma, zur Bestimmung einer Anlagerung von Atomen
oder Molekülen
an die magnetischen Partikel oder Ablösung davon oder zur Bestimmung
einer Glucosekonzentration, wobei die Viskosität eines Fluids bestimmt wird,
das beispielsweise über
eine für
Glucose durchlässige
Membran mit Blut in Verbindung steht und dessen Viskosität von der Glucosekonzentration
abhängt,
verwendet werden.The
Proposed procedure
and the proposed device
can
in particular for non - therapeutic purposes for the determination of
coagulation
(Clotting)
of blood or blood plasma, to determine an attachment of atoms
or molecules
to the magnetic particles or separation thereof or for determination
a glucose concentration, whereby the viscosity of a fluid is determined,
for example, about
one for
Glucose permeable
Membrane is associated with blood and its viscosity by the glucose concentration
depends
be used.
Weitere
Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung
ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
anhand der Zeichnung. Es zeigt:Further
Advantages, features, characteristics and aspects of the present invention
will be apparent from the following description of preferred embodiments
based on the drawing. It shows:
1 eine
schematische, blockschaltbildartige Darstellung einer vorschlagsgemäßen Vorrichtung
gemäß einer
ersten Ausführungsform; 1 a schematic, block diagram-like representation of a proposed device according to a first embodiment;
2 ein
schematisches Phasendiagramm von variierenden Magnetfeldern und
einer auf magnetische Partikel wirkenden Kraft; 2 a schematic phase diagram of varying magnetic fields and a force acting on magnetic particles force;
3 eine
schematische, blockschaltbildartige Darstellung einer vorschlagsgemäßen Vorrichtung
gemäß einer
zweiten Ausführungsform; 3 a schematic, block diagram-like representation of a proposed device according to a second embodiment;
4 eine
schematische Schnittdarstellung einer vorschlagsgemäßen Vorrichtung
gemäß einer dritten
Ausführungsform;
und 4 a schematic sectional view of a proposed device according to a third embodiment; and
5 eine
schematische Darstellung einer vorschlagsgemäßen Vorrichtung gemäß einer
vierten Ausführungsform. 5 a schematic representation of a proposed device according to a fourth embodiment.
In
den Figuren werden für
gleiche oder ähnliche
Teile dieselben Bezugszeichen verwendet, wobei entsprechende oder
vergleichbare Eigenschaften und Vorteile erreicht werden, auch wenn
eine wiederholte Beschreibung weggelassen ist.In
the figures are for
same or similar
Parts the same reference numerals used, with corresponding or
Comparable properties and advantages are achieved, even if
a repeated description is omitted.
In
einem inhomogenen Magnetfeld erfährt ein
magnetischer Dipol eine Kraft entlang eines Feldgradienten. Dementsprechend
können
magnetische Partikel innerhalb eines Fluids mittels eines inhomogenen
Magnetfelds bewegt werden. Durch zeitliche Variation des Magnetfelds
werden die magnetischen Partikel vorschlagsgemäß in Schwingung versetzt. Auf
diesem Prinzip beruhen die vorschlagsgemäße Vorrichtung und das vorschlagsgemäße Verfahren.In
an inhomogeneous magnetic field experiences
magnetic dipole a force along a field gradient. Accordingly
can
magnetic particles within a fluid by means of an inhomogeneous one
Magnetic field to be moved. By temporal variation of the magnetic field
According to the proposal, the magnetic particles are vibrated. On
This principle is based on the proposed device and the proposed method.
Vorschlagsgemäß erfolgt
dann eine zumindest indirekte Messung der Amplitude und/oder Phase
der Schwingung der Partikel. Diese hängen von der Dämpfung der
Partikelschwingung ab und stellen daher ein Maß für die Viskosität oder sonstige
Eigenschaften des Fluids und/oder der Partikel dar. Dementsprechend
kann aus der Amplitude und/oder Phase die Viskosität – insbesondere
im oben genannten, weiten Sinn – oder
eine damit zusammenhängende Größe des Fluids
bzw. der Partikel bestimmt werden.Proposed as follows
then at least indirect measurement of the amplitude and / or phase
the vibration of the particles. These depend on the damping of the
Particle vibration and therefore provide a measure of the viscosity or otherwise
Properties of the fluid and / or the particles. Accordingly
can from the amplitude and / or phase the viscosity - in particular
in the above, broad sense - or
a related size of the fluid
or the particles are determined.
Die
Viskosität
muß nicht
unmittelbar oder absolut bestimmt oder ausgegeben werden. Vielmehr kann
es genügen,
die Viskosität
nur relativ zu bestimmen oder eine Größe zu bestimmen, die mit der
Viskosität
in einem funktionellen, insbesondere eineindeutigen Zusammenhang
steht bzw. von der Viskosität
abhängt.The
viscosity
does not have to
directly or absolutely determined or issued. Rather, it can
it is enough
the viscosity
to determine only relative or to determine a size with the
viscosity
in a functional, especially one-to-one context
is or the viscosity
depends.
1 zeigt
in schematischer Darstellung eine vorschlagsgemäße Vorrichtung 1 gemäß einer ersten
Ausführungsform
zur Bestimmung der Viskosität
oder einer damit zusammenhängenden
Größe eines
Fluids 2. 1 shows a schematic representation of a proposed device 1 according to a first embodiment for determining the viscosity or a related size of a fluid 2 ,
Bei
dem Fluid 2 handelt es sich vorzugsweise um eine Flüssigkeit,
insbesondere für
biologische oder chemische Untersuchungen oder Diagnostik.With the fluid 2 it is preferably a liquid, in particular for biological or chemical examinations or diagnostics.
Das
Volumen des zu messenden Fluids kann sehr gering sein und liegt
vorzugsweise nur im μl-Bereich.
Insbesondere handelt es sich also um ein sogenanntes Mikrofluid.The
Volume of the fluid to be measured can be very low and is
preferably only in the μl range.
In particular, it is therefore a so-called microfluid.
Das
Fluid 2 weist mindestens einen magnetischen Partikel 3,
insbesondere mehrere magnetische Partikel 3, auf. Nachfolgend
werden immer mehrere magnetische Partikel 3 beschrieben.
Die diesbezüglichen
Ausführungen
gelten entsprechend, auch wenn nur ein einziger Partikel 3 im
Fluid 2 vorgesehen ist.The fluid 2 has at least one magnetic particle 3 , in particular a plurality of magnetic particles 3 , on. Following are always several magnetic particles 3 described. The relevant statements apply accordingly, even if only a single particle 3 in the fluid 2 is provided.
Vorzugsweise
sind die magnetischen Partikel 3 nur dem erforderlichen
Meßvolumen
des Fluids 2 bzw. nur in einem örtlichen Meßbereich zugesetzt, so daß die erforderliche
Menge an magnetischen Partikeln 3 gering ist. Jedoch können die
Partikel 3 auch im gesamten Fluid 2 verteilt sein.Preferably, the magnetic particles 3 only the required measuring volume of the fluid 2 or added only in a local measurement range, so that the required amount of magnetic particles 3 is low. However, the particles can 3 also in the entire fluid 2 be distributed.
Die
Partikel 3 enthalten vorzugsweise Eisenoxid, insbesondere
Magnetit oder sonstiges Ferrit. Jedoch können die Partikel 3 auch
sonstige geeignete magnetische Materialien enthalten.The particles 3 preferably contain iron oxide, in particular magnetite or other ferrite. However, the particles can 3 also contain other suitable magnetic materials.
Die
Partikel 3 sind vorzugsweise superparamagnetisch. Dies
bedeutet, daß sie
eine zu Ferromagneten korrespondierende Magnetisierungskurve, jedoch
keine Remanenz aufweisen.The particles 3 are preferably superpara magnetic. This means that they have a magnetization curve corresponding to ferromagnets but no remanence.
Grundsätzlich können jedoch
auch sonstige magnetische, insbesondere paramagnetische oder ferromagnetische
Partikel 3 eingesetzt werden.In principle, however, other magnetic, in particular paramagnetic or ferromagnetic particles 3 be used.
Die
magnetischen Partikel 3 weisen vorzugsweise eine Hülle, insbesondere
aus Kunststoff, auf.The magnetic particles 3 preferably have a shell, in particular made of plastic, on.
Die
Partikel 3 sind vorzugsweise zumindest im wesentlichen
kugelförmig
ausgebildet. Der mittlere Durchmesser der Partikel 3 beträgt vorzugsweise 20
nm bis 1000 μm,
insbesondere etwa 100 nm bis etwa 500 μm und ganz besonderes bevorzugt
etwa 0,5 μm
bis etwa 100 μm.The particles 3 are preferably formed at least substantially spherical. The mean diameter of the particles 3 is preferably 20 nm to 1000 .mu.m, in particular about 100 nm to about 500 .mu.m and very particularly preferably about 0.5 .mu.m to about 100 .mu.m.
Vorzugsweise
werden Partikel 3 mit zumindest im wesentlichen einheitlicher
Größe bzw.
gleichem mittleren Durchmesser verwendet.Preferably, particles 3 used with at least substantially uniform size or the same average diameter.
Die
Vorrichtung 1 weist eine Meßkammer 4 zur Aufnahme
des Fluids 2 und der Partikel 3 auf. Die Vorrichtung 1 weist
weiter mindestens eine Spule 5, beim Darstellungsbeispiel
zwei Spulen 5, zur Erzeugung eines zeitlich variierenden
Magnetfelds 6 in der Meßkammer 4 oder in
einem Meßbereich
davon auf. Insbesondere ist die Meßkammer 4 zwischen
den beabstandeten Spulen 5 angeordnet und/oder von diesen
umgeben.The device 1 has a measuring chamber 4 for receiving the fluid 2 and the particle 3 on. The device 1 further includes at least one coil 5 , in the illustration example, two coils 5 , for generating a time-varying magnetic field 6 in the measuring chamber 4 or in a measuring range thereof. In particular, the measuring chamber 4 between the spaced coils 5 arranged and / or surrounded by these.
Beim
Darstellungsbeispiel sind den beiden Spulen 5 eine Steuereinrichtung 7 – insbesondere
mit zwei Oszillatoren oder Funktionsgeneratoren, deren Amplituden,
Frequenzen, Phasen und/oder Offset vorzugsweise einstellbar ist
bzw. sind – und
ggf. ein dazwischen geschalteter Verstärker 8 zugeordnet, um
periodische, vorzugsweise sinusförmige,
insbesondere um 90° phasenversetzte
Magnetfelder mittels der Spulen 5 zu erzeugen.In the illustration example are the two coils 5 a control device 7 - Especially with two oscillators or function generators whose amplitudes, frequencies, phases and / or offset is preferably adjustable or are - and possibly an intermediate switched amplifier 8th assigned to periodic, preferably sinusoidal, in particular phase-shifted by 90 ° magnetic fields by means of the coils 5 to create.
Die
von den Spulen 5 erzeugten Magnetfelder addieren sich zu
dem zeitlich variierenden, auf die Partikel 3 wirkenden
Magnetfeld 6, vorzugsweise einem Wechselfeld. Mittels des
zeitlich variierenden Magnetfelds 6 werden die Partikel 3 in
Schwingung versetzt, und zwar in hin- und hergehende Bewegungen.The one from the coils 5 generated magnetic fields add up to the time varying, the particles 3 acting magnetic field 6 , preferably an alternating field. By means of the temporally varying magnetic field 6 become the particles 3 vibrated, in reciprocating movements.
Die
Vorrichtung 1 ist vorzugsweise derart ausgebildet bzw.
die Ansteuerung der das Magnetfeld 6 erzeugenden Spule
oder Spulen 5 erfolgt vorzugsweise derart, daß die Partikel 3 eine
erzwungene, vorzugsweise zumindest im wesentlichen sinusförmige Schwingung
ausführen.The device 1 is preferably formed or the control of the magnetic field 6 generating coil or coils 5 is preferably such that the particles 3 perform a forced, preferably at least substantially sinusoidal vibration.
Die
Vorrichtung 1 weist eine Sensoreinrichtung 9 und
eine Meßeinrichtung 10 auf,
um die Bewegung – also
Schwingung – der
Partikel 3 im Fluid 2 zu erfassen und die Amplitude
und/oder Phase der Schwingung zu messen.The device 1 has a sensor device 9 and a measuring device 10 on to the movement - that is vibration - of the particle 3 in the fluid 2 to detect and measure the amplitude and / or phase of the oscillation.
Beim
Darstellungsbeispiel weist die Sensoreinrichtung 9 mindestens
eine Meßspule 11,
insbesondere mehrere Meßspulen 11 auf.
Insbesondere sind insgesamt drei Meßspulen 11 vorgesehen,
wobei diese vorzugsweise paarweise an gegenüberliegenden Enden einer Spule 5 angeordnet
und entgegengesetzt gewickelt sind. Dies dient einer Kompensation
der von den Spulen 5 erzeugten Magnetfelder, so daß die Schwingung
der Partikel 3 leichter erfaßbar bzw. meßbar ist.In the illustrated example, the sensor device 9 at least one measuring coil 11 , in particular a plurality of measuring coils 11 on. In particular, a total of three measuring coils 11 provided, this preferably in pairs at opposite ends of a coil 5 arranged and wound in opposite directions. This serves to compensate for the coils 5 generated magnetic fields, so that the vibration of the particles 3 is easier to detect or measure.
Beim
Darstellungsbeispiel wird die mittlere Meßspule 11 für beide
Spulenpaare, bei der Darstellung gemäß 1 also sowohl
für das
rechte als auch für
das linke Spulenpaar eingesetzt. Dies spart eine vierte Meßspule 11.
Jedoch kann grundsätzlich auch
eine vierte Meßspule 11 zur
Bildung zweier getrennter Meßspulenpaare
vorgesehen sein.In the illustrated example, the middle measuring coil 11 for both coil pairs, in the illustration according to 1 So used for both the right and for the left coil pair. This saves a fourth measuring coil 11 , However, in principle, a fourth measuring coil 11 be provided for forming two separate Meßspulenpaare.
Bei
Detektion der Schwingung mittels Spulen 11 wird insbesondere
die induzierte Spannung gemessen, die von der Frequenz, der Amplitude
und dem magnetischen Moment der Partikel 3 abhängt.Upon detection of the oscillation by means of coils 11 In particular, the induced voltage is measured, which depends on the frequency, the amplitude and the magnetic moment of the particles 3 depends.
Die
Signale der Meßspulen 11 werden
direkt oder bedarfsweise – wie
in 1 dargestellt – über einen Vorverstärker 12 an
die Meßeinrichtung 10 ausgegeben.
Der Vorverstärker 12 kann
beispielsweise einer elektronischen Kompensation der Meßspulen 11 und/oder
einer Impedanzanpassung o. dgl. dienen.The signals of the measuring coils 11 be directly or as needed - as in 1 represented - via a preamplifier 12 to the measuring device 10 output. The preamp 12 For example, an electronic compensation of the measuring coils 11 and / or impedance matching or the like.
Die
Meßeinrichtung 10 ermittelt
bzw. mißt
die Amplitude und/oder Phase der Schwingung der Partikel 3 im
Fluid 2. Insbesondere zur Bestimmung der Phase, genauer
gesagt der Phasenverschiebung gegenüber dem auf die Partikel 3 wirkenden
Anregungsfeld bzw. Magnetfeld 6, kann die Steuereinrichtung 7 bedarfsweise
ein entsprechendes Synchronisations- bzw. Referenzsignal an die
Meßeinrichtung 10 übertragen,
wie beim Darstellungsbeispiel durch eine entsprechende Verbindung
in 1 angedeutet.The measuring device 10 determines or measures the amplitude and / or phase of the vibration of the particles 3 in the fluid 2 , In particular for determining the phase, more precisely the phase shift relative to that on the particles 3 acting excitation field or magnetic field 6 , the control device can 7 if necessary, a corresponding synchronization or reference signal to the measuring device 10 transferred, as in the illustration example by a corresponding connection in 1 indicated.
Die
Meßeinrichtung 10 arbeitet
insbesondere nach dem sogenannten Lock-In-Verfahren und weist vorzugsweise einen
sogenannten Lock-In-Verstärker
auf.The measuring device 10 works in particular according to the so-called lock-in method and preferably has a so-called lock-in amplifier.
Die
Meßeinrichtung 10 kann
alternativ oder zusätzlich
zu dem bevorzugten Lock-In-Verfahren auch auf sonstige Weise die
Amplitude und/oder Phase der Schwingung der Partikel 3 im
Fluid 2 messen.The measuring device 10 Alternatively or in addition to the preferred lock-in method, the amplitude and / or phase of the oscillation of the particles may also be otherwise determined 3 in the fluid 2 measure up.
Die
Amplitude kann beispielsweise nach entsprechender Kalibrierung absolut
gemessen werden. Sie kann aber auch relativ gemessen werden, beispielsweise
der zeitliche Verlauf bzw. die zeitliche Änderung der Amplitude über die
Zeit. Dieser zeitliche Verlauf stellt beispielsweise bei der Gerinnung
von Blut als Fluid 2 ein Maß für das Fortschreiten der Gerinnung
dar.For example, the amplitude can be measured absolutely after appropriate calibration. But it can also be measured relatively, for example, the time course or the temporal change in amplitude over time. This time course, for example, in the coagulation of blood as a fluid 2 a measure of the progression of coagulation.
Die
Amplitude und Phase der Partikelschwingung hängen von der Dämpfung und
damit von der Viskosität
ab. Aus der gemessenen Amplitude und/oder Phase wird die Viskosität und/oder
eine damit zusammenhängende
Größe des Fluids 2 und/oder
der Partikel 3 bestimmt. Dies erfolgt insbesondere mittels
einer Auswerteeinrichtung 13, insbesondere einem PC oder
dergleichen.The amplitude and phase of the particle oscillation depend on the damping and thus on the viscosity. From the measured amplitude and / or phase, the viscosity and / or a related size of the fluid 2 and / or the particle 3 certainly. This is done in particular by means of an evaluation device 13 , in particular a PC or the like.
Die
Viskosität
bzw. die damit zusammenhängende
Größe ist vorzugsweise
anzeigbar und/oder über
eine hier nicht dargestellte Schnittstelle, beispielsweise zur Weiterverarbeitung,
ausgebbar.The
viscosity
or the related
Size is preferably
displayable and / or over
an interface, not shown here, for example, for further processing,
dispensable.
Die
Sensoreinrichtung 9 kann anstelle von Meßspulen 11 zusätzlich oder
alternativ einen sonstigen Sensor zur Detektion der Schwingung der
Partikel 3 aufweisen. Beispielsweise kann als Sensor ein GMR
(Giant Magneto-Resistance),
TMR (Tunnel Magneto-Resistance), AMR (Anisotropic Magneto-Resistance)
bzw. ein Magnetowiderstand, eine Magnetoimpedanz, ein Hall-Sensor oder dergleichen
eingesetzt werden. Insbesondere wird die Schwingung der Partikel 3 aufgrund
magnetischer Effekte, Beeinflussungen bzw. Eigenschaften erfaßt. Beispielsweise
ist bei sogenannten XMR-Sensoren, wie GMR-Sensoren, oder bei Hall-Sensoren
durch Messung des magnetischen Streufelds eine Bestimmung der Schwingungsamplitude
möglich.
Jedoch kann der Sensor ggf. auch auf sonstige Weise, beispielsweise
akustisch, optisch, kapazitiv oder induktiv, arbeiten.The sensor device 9 can instead of measuring coils 11 Additionally or alternatively, another sensor for detecting the vibration of the particles 3 exhibit. For example, as a sensor, a GMR (Giant Magneto-Resistance), TMR (Tunnel Magneto-Resistance), AMR (Anisotropic Magneto-Resistance) or a magnetoresistance, a magneto-impedance, a Hall sensor or the like can be used. In particular, the vibration of the particles 3 detected due to magnetic effects, influences or properties. For example, in the case of so-called XMR sensors, such as GMR sensors, or in the case of Hall sensors, a determination of the oscillation amplitude is possible by measuring the stray magnetic field. However, the sensor may possibly also work in other ways, for example acoustically, optically, capacitively or inductively.
Beim
ersten Ausführungsbeispiel
erzeugen die beiden Spulen 5 vorzugsweise jeweils periodische,
insbesondere zumindest im wesentlichen sinusförmige Magnetfelder, die durch
die Steuereinrichtung 7 vorzugsweise phasenver schoben,
insbesondere um 90° phasenversetzt
sind. Das nur schematische Diagramm gemäß 2 gibt nur
eine grobe Näherung
für die
Mitte zwischen den Spulen 5 wieder und zeigt den zeitlichen
Verlauf der beiden von den Spulen 5 erzeugten Magnetfelder,
die als Linien 14 und 15 mit einer auf den Wert
1 normierten Amplitude dargestellt sind.In the first embodiment, the two coils generate 5 preferably in each case periodic, in particular at least substantially sinusoidal magnetic fields generated by the control device 7 preferably shifted in phase, in particular by 90 ° out of phase. The only schematic diagram according to 2 gives only a rough approximation for the middle between the coils 5 again and shows the time course of the two of the coils 5 generated magnetic fields as lines 14 and 15 are represented with a normalized to the value 1 amplitude.
Die
beiden von den Spulen 5 erzeugten Magnetfelder addieren
sich zu dem auf die Partikel 3 wirkenden, zeitlich variierenden
und inhomogenen Magnetfeld 6, das in 2 als
Linie 16 dargestellt ist.The two of the coils 5 generated magnetic fields add up to the on the particles 3 acting, time-varying and inhomogeneous magnetic field 6 , this in 2 as a line 16 is shown.
Zu
beachten ist, daß die
Partikel 3, zumindest wenn sie superparamagnetisch sind,
immer eine Kraft in Richtung des stärkeren Magnetfelds unabhängig von
dessen Polarisierung, also in Richtung des räumlichen Feldgradienten erfahren.
Dies läßt sich
derart erklären,
daß zumindest
superparamagnetische Partikel 3 ihre magnetischen Momente
immer derart in Richtung des Magnetfelds 6 ausrichten, daß sie zu
der das Magnetfeld 6 erzeugenden (stärkeren) Spule 5 gezogen
werden.It should be noted that the particles 3 , at least if they are superparamagnetic, always experience a force in the direction of the stronger magnetic field regardless of its polarization, ie in the direction of the spatial field gradient. This can be explained in such a way that at least superparamagnetic particles 3 their magnetic moments always in the direction of the magnetic field 6 align that to the magnetic field 6 generating (stronger) coil 5 to be pulled.
In 2 zeigt
Linie 17 die räumliche
Ableitung des Magnetfelds 6 zwischen den beiden Spulen 5,
wobei die Veränderung
der Lage der Partikel 3 durch ihre Schwingung – ausgehend
von einer nur sehr geringen Schwingungsamplitude – vernachlässigt wurde.
Die Multiplikation der beiden Kurven 16 und 17 ergibt
die Linie 18, die ein Maß für die auf die Partikel 13 wirkende,
vom Magnetfeld 6 erzeugte Kraft darstellt. Hierbei ist
zu bemerken, daß der
Verlauf der auf die Partikel 3 wirkenden Kraft die doppelte
Frequenz des Magnetfelds 6 aufweist. Dementsprechend schwingen
die Partikel 3 bei der ersten Ausführungsform mit der doppelten
Anregungsfrequenz.In 2 shows line 17 the spatial derivative of the magnetic field 6 between the two coils 5 , where the change in the position of the particles 3 was neglected by its vibration - starting from a very small oscillation amplitude. The multiplication of the two curves 16 and 17 gives the line 18 that is a measure of the on the particles 13 acting, from the magnetic field 6 represents generated force. It should be noted that the course of the on the particles 3 acting force twice the frequency of the magnetic field 6 having. Accordingly, the particles vibrate 3 in the first embodiment with twice the excitation frequency.
Aufgrund
der doppelten Schwingungsfrequenz der Partikel 3 gegenüber dem
zeitlich variierenden bzw. wechselnden Magnetfeld 6 werden – insbesondere
bei dem bevorzugten Lock-In-Verfahren – Störsignale, die insbesondere
von (unterschiedlichen) magnetischen Suszeptibilitäten herrühren, zumindest
weitgehend ausgeblendet, da diese nicht die doppelte Frequenz, sondern
nur die Anregungsfrequenz zeigen. Als Meßsignale der Meßeinrichtung 10 – insbesondere
des die doppelte Anregungsfrequenz auswertenden Lock-In-Ver stärkers – ergeben
sich Signale der Schwingung der Partikel 3 und Signale
basierend auf den Suszeptibilitäten
der Partikel 3.Due to the double oscillation frequency of the particles 3 opposite to the temporally varying or changing magnetic field 6 are - in particular in the preferred lock-in method - noise, which originate in particular from (different) magnetic susceptibilities, at least largely hidden because they do not show twice the frequency, but only the excitation frequency. As measuring signals of the measuring device 10 - Especially the double excitation frequency evaluating Lock-In Ver amplifier - give signals of the vibration of the particles 3 and signals based on the susceptibilities of the particles 3 ,
Die
Messung (Meßsignal ∝ Amplitude·Frequenz/Abstand4 der Partikelschwingung) der Amplitude und/oder
der Phase der Partikelschwingung ist somit verhältnismäßig einfach. Das Ergebnis stellt ein
Maß für die Dämpfung der
Partikelschwingung im Fluid 2 und damit für die Viskosität im genannten
Sinne dar. Bei entsprechender Kalibrierung und/oder beispielsweise
einer simultan verlaufenden Vergleichsmessung kann dementsprechend
aus der Amplitude bzw. Phase die Viskosität und/oder eine damit zusammenhängende Größe des Fluids 2 bzw. der
Partikel 3 im erläuterten
Sinne bestimmt werden.The measurement (measurement signal α amplitude · frequency / distance 4 of the particle vibration) of the amplitude and / or the phase of the particle vibration is thus relatively simple. The result provides a measure of the damping of particle vibration in the fluid 2 and thus for the viscosity in the sense mentioned. With appropriate calibration and / or, for example, a simultaneous comparison measurement can accordingly from the amplitude or phase, the viscosity and / or a related size of the fluid 2 or the particle 3 be determined in the illustrated sense.
Bei
der ersten Ausführungsform
wirkt im wesentlichen nur das vom Magnetfeld 6 gebildete Wechselfeld
auf die magnetischen Partikel 3. Dies ist insbesondere
dann realisierbar, wenn die magnetischen Partikel 3 im
Fluid 2 ausreichend gleichmäßig und/oder in ausreichender
Konzentration im relevanten Meßbereich
vorhanden sind und/oder wenn die Partikel 3 von dem Magnetfeld 6 aufgrund
dessen Inhomogenität
in ausrechendem Maß im
Meßbereich konzentriert
oder gehalten werden.In the first embodiment, essentially only that of the magnetic field acts 6 formed alternating field on the magnetic particles 3 , This is particularly feasible when the magnetic particles 3 in the fluid 2 sufficiently uniform and / or in sufficient concentration in the relevant measuring range are present and / or if the particles 3 from the magnetic field 6 due to its inhomogeneity to a sufficient extent in the measuring range be concentrated or held.
Wenn
hingegen zusätzlich
ein insbesondere stationäres
Magnetfeld auf die Partikel 3 – beispielsweise zur Konzentration
im Meßbereich
und/oder definierten Ausrichtung der magnetischen Momente – wirkt,
werden die magnetischen Momente der Partikel 3 beeinflußt und gegebenenfalls
festgelegt, so daß die
bei der ersten Ausführungsform
vorgesehene Verdoppelung der Frequenz der Schwingung der Partikel 3 gegenüber der
Frequenz des zeitlich variierenden, alternierenden Magnetfelds 6 nicht
auftritt, weil sich die magnetischen Momente nicht frei zum Magnetfeld 6 ausrichten
können.In contrast, if in addition a particular stationary magnetic field on the particles 3 - For example, the concentration in the measuring range and / or defined orientation of the magnetic moments - acts, the magnetic moments of the particles 3 influenced and optionally determined, so that provided in the first embodiment doubling the frequency of the vibration of the particles 3 versus the frequency of the time varying, alternating magnetic field 6 does not occur because the magnetic moments are not free to the magnetic field 6 can align.
3 zeigt
eine zweite Ausführungsform
der vorschlagsgemäßen Vorrichtung 1.
Nachfolgend werden lediglich wesentliche Unterschiede gegenüber der
ersten Ausführungsform
erläutert.
Ansonsten ergeben sich die gleichen oder zumindest ähnliche Vorteile
und Eigenschaften. 3 shows a second embodiment of the proposed device 1 , Only essential differences from the first embodiment will be explained below. Otherwise, the same or at least similar advantages and properties result.
Es
ist nur eine Spule 5 zur Erzeugung des zeitlich variierenden
Magnetfelds 6 vorgesehen.It's just a coil 5 for generating the temporally varying magnetic field 6 intended.
Jedoch
können
auch zwei Spulen 5 vorgesehen sein, die vorzugsweise als
antiparallel geschaltete Helmholtz-Spulen ausgebildet sind. Die
Spulen 5 sind dann vorzugsweise entgegengesetzt gewickelt, so
daß bei
einer sinusförmigen
Anregung immer der Nordpol bzw. der Südpol der Spulen 5 zueinander
gerichtet sind. Zur Erzeugung des zeitlich variierenden Magnetfelds 6 genügt aufgrund
der entgegengesetzten Wicklungen der Spulen 5 nur ein Oszillator
oder Funktionsgenerator.However, you can also use two coils 5 be provided, which are preferably designed as anti-parallel Helmholtz coils. The spools 5 are then preferably wound opposite, so that with a sinusoidal excitation always the north pole or the south pole of the coils 5 are directed towards each other. For generating the temporally varying magnetic field 6 is sufficient due to the opposite windings of the coils 5 just an oscillator or function generator.
Die
Detektion der Partikelschwingung erfolgt auch bei der zweiten Ausführungsform
durch die Meßspulen 11.
Diese sind vorzugsweise gegenseitig kompensiert, so daß das Magnetfeld 6 der
Spule 5 im Idealfall kein Signal in der Meßeinrichtung 10,
insbesondere in dessen Lock-In-Verstärker oder dergleichen, erzeugt.The detection of particle vibration also takes place in the second embodiment by the measuring coils 11 , These are preferably mutually compensated, so that the magnetic field 6 the coil 5 Ideally, no signal in the measuring device 10 , in particular in its lock-in amplifier or the like generated.
Bei
der zweiten Ausführungsform
sind vorzugsweise nur ein oder zwei Meßspulen 11 vorgesehen.
Die Meßspulen 11 sind
vorzugsweise symmetrisch zur Spule 5 zur Kompensation des
Wechselfelds 6 angeordnet, wobei die Meßspulen 11 die Meßkammer 4 radial
umgeben.In the second embodiment, preferably only one or two measuring coils 11 intended. The measuring coils 11 are preferably symmetrical to the coil 5 for compensation of the alternating field 6 arranged, wherein the measuring coils 11 the measuring chamber 4 surrounded radially.
An
Stelle einer Meßspule 11 oder
der gezeigten zwei Meßspulen 11 können auch
wieder sonstige Sensoren zur Erfassung der Partikelschwingung eingesetzt
werden.Instead of a measuring coil 11 or the two measuring coils shown 11 can also be used again other sensors for detecting the particle vibration.
Zusätzlich oder
alternativ zum Vorverstärker 12 kann
eine Wechselfeld-Impedanzbrücke zur
Gegenkopplung in den Meßkreis
geschaltet sein, um die Meßempfindlichkeit
zu erhöhen.Additionally or alternatively to the preamplifier 12 An alternating field impedance bridge can be connected for negative feedback in the measuring circuit in order to increase the measuring sensitivity.
Bei
der zweiten Ausführungsform
wird dem inhomogenen magnetischen Wechselfeld 6 der Spule 5 vorzugsweise
ein stärkeres,
zeitlich konstantes Magnetfeld 19 überlagert. Dieses Magnetfeld 19 wird entweder
durch einen Elektromagneten – bei
der Darstellung gemäß 3 durch
eine Spule 20 mit nur einer Wicklung oder mehreren Wicklungen – oder durch
einen nicht dargestellten Permanentmagneten bzw. Ringmagneten erzeugt.In the second embodiment, the inhomogeneous alternating magnetic field 6 the coil 5 preferably a stronger, temporally constant magnetic field 19 superimposed. This magnetic field 19 is either by an electromagnet - in the illustration according to 3 through a coil 20 with only one winding or multiple windings - or generated by a permanent magnet or ring magnet, not shown.
Das
stärkere
Magnetfeld 19 ist in der Ebene der Spule 20 am
stärksten
und dient einer Fokussierung der Partikel 3 in dieser Ebene
bzw. im Bereich der Spule 20 oder eines alternativ oder
zusätzlich eingesetzten
Magneten. Um zu verhindern, daß die Partikel 3 von
der Spule 20 und ggf. von der Spule 5 aus der
Mitte der Meßkammer 4 zur
Wandung der Meßkammer 4 hin
nach außen
gezogen werden, ist der Meßkammer 4 eine
diamagnetische Abschirmung 21 zugeordnet, die zwischen
den Partikeln 3 und den Spulen 5, 20 angeordnet
ist.The stronger magnetic field 19 is in the plane of the coil 20 strongest and serves to focus the particles 3 in this plane or in the area of the coil 20 or an alternatively or additionally inserted magnet. To prevent the particles 3 from the coil 20 and if necessary from the coil 5 from the middle of the measuring chamber 4 to the wall of the measuring chamber 4 pulled outward, is the measuring chamber 4 a diamagnetic shield 21 assigned between the particles 3 and the coils 5 . 20 is arranged.
Die
Abschirmung 21 ist beim Darstellungsbeispiel insbesondere
hohlzylindrisch ausgebildet. Sie kann die Meßkammer 4 ggf. auch
vollständig
umgeben. Bedarfsweise kann die diamagnetische Abschirmung 21 auch
unmittelbar von der Wandung der Meßkammer 4 gebildet
sein bzw. die Meßkammer 4 bilden.The shield 21 is formed in the illustrated example, in particular hollow cylindrical. It can be the measuring chamber 4 possibly also completely surrounded. If necessary, the diamagnetic shielding 21 also directly from the wall of the measuring chamber 4 be formed or the measuring chamber 4 form.
Die
diamagnetische Abschirmung 21 bewirkt, daß die Partikel 3 bei
Annäherung
eine repulsive Kraft erfahren, also von der Abschirmung 21 abgestoßen werden.
So ist es möglich,
die Partikel 3 in einer Gleichgewichtslage bzw. in einem
gewissen Bereich zu fokussieren bzw. zu halten und außerdem in der
genannten Weise in eine erzwungene Schwingung – beim Darstellungsbeispiel
entsprechend dem Doppelpfeil 6 – zu versetzen.The diamagnetic shielding 21 causes the particles 3 on approach, experience a repulsive force, that is, the shielding 21 be repelled. So it is possible the particles 3 in an equilibrium position or in a certain range to focus or hold and also in the manner mentioned in a forced oscillation - in the representation example according to the double arrow 6 - to move.
Aufgrund
des Magnetfelds 19 wird die Richtung der magnetischen Momente
der Partikel 3 im Raum, nämlich in Richtung des homogenen
Magnetfelds 19, fixiert. Das schwächere magnetische Wechselfeld 6 erzeugt
deshalb nur eine Schwingung der Partikel 3 mit der selben
Frequenz. Die bei der ersten Ausführungsform angesprochene Frequenzverdopplung
tritt hier also nicht auf.Due to the magnetic field 19 becomes the direction of the magnetic moments of the particles 3 in space, namely in the direction of the homogeneous magnetic field 19 , fixed. The weaker alternating magnetic field 6 therefore generates only a vibration of the particles 3 with the same frequency. The mentioned in the first embodiment frequency doubling does not occur here so.
Die
insbesondere durch die Wirkung der magnetischen Suszeptibilitäten hervorgerufenen
Störsignale
werden mit der einfachen Anregungsfrequenz des Magnetfelds 6 moduliert.
Da die Partikel 3 mit der selben Frequenz schwingen, kann
die Schwingung der Partikel 3 im wesentlichen nur bzw.
am leichtesten durch die Phasenverschiebung gegenüber der Anregungsfrequenz
detektiert werden.The interference signals caused in particular by the effect of the magnetic susceptibilities become with the simple excitation frequency of the magnetic field 6 modulated. Because the particles 3 vibrate with the same frequency, can the vibration of the particles 3 essentially only or most easily detected by the phase shift relative to the excitation frequency.
Die
diamagnetische Abschirmung 21 ist bei der ersten Ausführungsform
vorzugsweise ebenfalls vorgesehen, jedoch aus Vereinfachungsgründen weggelassen.The diamagnetic shielding 21 is preferably also in the first embodiment provided, but omitted for reasons of simplification.
4 zeigt
in einem schematischen vertikalen Schnitt eine dritte Ausführungsform
der vorschlagsgemäßen Vorrichtung 1.
Nachfolgend werden lediglich wesentliche Unterschiede gegenüber der ersten
und/oder zweiten Ausführungsform
erläutert. Ansonsten
ergeben sich zumindest im wesentlichen die gleichen Eigenschaften,
Vorteile und technischen Realisierungsmöglichkeiten. 4 shows in a schematic vertical section a third embodiment of the proposed device 1 , Only essential differences from the first and / or second embodiment will be explained below. Otherwise, at least substantially the same properties, advantages and technical implementation options arise.
Bei
der dritten Ausführungsform
ist die Meßkammer 4 in
einem vorzugsweise plattenförmigen Probenträger 22 ausgebildet.
Der Probenträger 22 besteht
vorzugsweise aus Kunststoff, in dem entsprechende Kavitäten ausgebildet
sind. Beispielsweise kann es sich um einen Teststreifen o. dgl.
handeln, der insbesondere für
die chemische und/oder biologische Diagnostik bzw. mikrofluidische
Untersuchungen eingesetzt wird.In the third embodiment, the measuring chamber 4 in a preferably plate-shaped sample carrier 22 educated. The sample carrier 22 is preferably made of plastic, in which corresponding cavities are formed. For example, it may be a test strip or the like, which is used in particular for chemical and / or biological diagnostics or microfluidic examinations.
Die
Meßkammer 4 ist
vorzugsweise mit senkrecht zur Plattenebene des Probenträgers 22 verlaufender
Haupterstreckungsrichtung ausgebildet. Die Achsen der Spulen 5 und
das zeitlich variierende Magnetfeld 6 verlaufen vorzugsweise
in die gleiche Richtung wie die Meßkammer 4, also hier senkrecht
zur Plattenebene des Probenträgers 22.The measuring chamber 4 is preferably perpendicular to the plate plane of the sample carrier 22 extending main extension direction formed. The axes of the coils 5 and the time-varying magnetic field 6 preferably run in the same direction as the measuring chamber 4 , so here perpendicular to the plate plane of the sample carrier 22 ,
Die
Schwingung der magnetischen Partikel 3 erfolgt daher vorzugsweise
zumindest im wesentlichen senkrecht zur Plattenebene bzw. zu Flachseiten des
Probenträgers 22.The vibration of the magnetic particles 3 Therefore, it is preferably at least substantially perpendicular to the plate plane or flat sides of the sample carrier 22 ,
Die
Vorrichtung 1 bzw. der Probenträger 22 ist vorzugsweise
derart ausgebildet, daß Blutplasma oder
Blut 23 oder interstizielle Flüssigkeit, vorzugsweise selbsttätig durch
Kapillarkräfte,
aufnehmbar ist.The device 1 or the sample carrier 22 is preferably designed such that blood plasma or blood 23 or intersticial fluid, preferably automatically by capillary forces, is receivable.
Gemäß einer
nicht dargestellten Variante kann das Blut oder Blutplasma 23 unmittelbar
als Fluid 2 dienen und beispielsweise direkt der Meßkammer 4 zuführbar sein.
In diesem Fall enthält
die Meßkammer 4 vorzugsweise
die magnetischen Partikel 3 und insbesondere ein Gerinnungsmittel.According to a variant, not shown, the blood or blood plasma 23 directly as a fluid 2 serve and for example directly the measuring chamber 4 be fed. In this case contains the measuring chamber 4 preferably the magnetic particles 3 and especially a coagulant.
Nach
Zuführung
des Bluts bzw. Blutplasmas 23 werden die magnetischen Partikel 3,
insbesondere durch die wirkenden Magnetfelder, im Blut bzw. Blutplasma 23 verteilt
und/oder im Meßbereich – insbesondere
durch das stationäre
Magnetfeld 19 der Spule 20 – konzentriert, wobei durch
die Schwingung der Partikel 3 gegebenenfalls auch eine
gewisse Durchmischung oder Vermischung, insbesondere des nicht dargestellten
Gerinnungsmittels mit dem Blut bzw. Blutplasma 23, erreicht
werden kann.After delivery of the blood or blood plasma 23 become the magnetic particles 3 , in particular by the acting magnetic fields, in the blood or blood plasma 23 distributed and / or in the measuring range - in particular by the stationary magnetic field 19 the coil 20 - concentrated, being due to the vibration of the particles 3 optionally also a certain mixing or mixing, in particular of the coagulant (not shown) with the blood or blood plasma 23 , can be achieved.
Die
Viskosität
oder eine damit zusammenhängenden
Größe wird
wie bereits erläutert,
insbesondere gemäß der ersten
oder zweiten Ausführungsform,
bestimmt und stellt insbesondere ein Maß für die Gerinnung (Koagulation)
des Bluts bzw. Blutplasmas 23 in der Meßkammer 4 dar. Dementsprechend
ist die Vorrichtung 1 bei dieser Variante zur unmittelbaren
Messung bzw. Bestimmung der Koagulationsfähigkeit von Blut oder Blutplasma 23 ausgebildet.The viscosity or a related quantity is determined as already explained, in particular according to the first or second embodiment, and in particular provides a measure of the coagulation of the blood or blood plasma 23 in the measuring chamber 4 Accordingly, the device 1 in this variant for direct measurement or determination of the coagulation ability of blood or blood plasma 23 educated.
Beim
Darstellungsbeispiel gemäß 4 weist
die Vorrichtung 1 bzw. der Probenkörper 22 zusätzlich eine
Membran 24 auf, die für
Glucose durchlässig
ist. Insbesondere kann die Vorrichtung 1 dann ggf. auch
interstizielle Flüssigkeit
anstatt Blut oder Blutplasma 23 aufnehmen. Das Fluid 2 ist
für Glucose
sensitiv ausgebildet, und zwar dahingehend, daß sich die Viskosität des Fluids 2 in
Abhängigkeit
vom Glucosegehalt verändert.
Beispielsweise enthält
das Fluid 2 hochmolekulares Dextran, Concanavalin A als
Affinitätsrezeptor
für Glucose,
Modifizierungen davon und/oder sonstige zuckerbindende Moleküle.In the representation example according to 4 has the device 1 or the specimen 22 in addition a membrane 24 which is permeable to glucose. In particular, the device can 1 then possibly also intersticial fluid instead of blood or blood plasma 23 take up. The fluid 2 is sensitive to glucose, in that the viscosity of the fluid 2 changed depending on the glucose content. For example, the fluid contains 2 high molecular weight dextran, concanavalin A as an affinity receptor for glucose, modifications thereof and / or other sugar binding molecules.
Das über die
Membran 24 mit dem Blut oder Blutplasma 23 oder
interstizieller Flüssigkeit
in Glucoseaustausch stehende Fluid 2 kann beispielsweise mittels
einer nicht dargestellten Pumpe oder Einrichtung in die Meßkammer 4 gepumpt
oder durch diese und vorbei an der Membran 24 zirkuliert
werden.That over the membrane 24 with the blood or blood plasma 23 or interstitial fluid in glucose exchange fluid 2 For example, by means of a pump or device, not shown in the measuring chamber 4 pumped or through this and past the membrane 24 be circulated.
In
der Meßkammer 4 wird
die Viskosität
oder eine damit zusammenhängende
Größe des Fluids 2, insbesondere
entsprechend der ersten oder zweiten Ausführungsform, und daraus der
Glucosegehalt bestimmt.In the measuring chamber 4 is the viscosity or a related size of the fluid 2 , in particular according to the first or second embodiment, and determines therefrom the glucose content.
Bedarfsweise
kann das für
Glucose sensitive Fluid 2 während der Messung der Amplitude und/oder
Phase der Schwingung der magnetischen Partikel 3 weiterhin
zugeführt
oder zirkuliert werden. Bei einer einheitlichen bzw. zu mindest im
wesentlichen homogenen und konstanten Strömung des Fluids 2 durch
die Meßkammer 4 kann
bedarfsweise auch nur eine Spule 5 zur Erzeugung des zeitlich
variierenden Magnetfelds 6 eingesetzt werden, so daß die magnetischen
Partikel 3 durch Überlagerung
der Strömung
und der auf sie wirkenden magnetischen Kraft eine Schwingung in
der Meßkammer 4 bzw.
innerhalb des gewünschten
Meßbereichs
ausführen, um
die Viskosität
und daraus den Glucosegehalt zu bestimmen.If necessary, the glucose-sensitive fluid 2 during the measurement of the amplitude and / or phase of the vibration of the magnetic particles 3 continue to be supplied or circulated. In a uniform or at least substantially homogeneous and constant flow of the fluid 2 through the measuring chamber 4 if necessary, only one coil 5 for generating the temporally varying magnetic field 6 be used so that the magnetic particles 3 by superposition of the flow and the magnetic force acting on it, a vibration in the measuring chamber 4 or within the desired measuring range in order to determine the viscosity and therefrom the glucose content.
5 zeigt
in einer sehr schematischen Darstellung eine vierte Ausführungsform
der vorschlagsgemäßen Vorrichtung 1,
wobei nachfolgend lediglich wesentliche Unterschiede gegenüber den
bereits erläuterten
Ausführungsformen
hervorgehoben werden. Ansonsten ergeben sich die gleichen oder zumindest ähnliche
Vorteile und Eigenschaften. 5 shows a very schematic representation of a fourth embodiment of the proposed device 1 , wherein only essential differences compared to the already explained embodiments are highlighted below. Otherwise, the same or at least similar advantages and properties result.
Die
Spulen 5 zur Erzeugung des zeitlich variierenden Magnetfelds 6 umgeben
Endbereiche oder sind anschließend
an die Enden der Meßkammer 4 angeordnet.The spools 5 for generating the temporally varying magnetic field 6 surround end regions or are adjacent to the ends of the measuring chamber 4 arranged.
Zur Überlagerung
des variierenden Magnetfelds 6 mit dem stärkeren,
zeitlich konstanten Magnetfeld 19 ist wieder die Spule 20 vorgesehen.For superposition of the varying magnetic field 6 with the stronger, temporally constant magnetic field 19 is the coil again 20 intended.
Das
statische Magnetfeld 19 bildet also wiederum – vorzugsweise
in einem Zentralbereich und/oder zwischen den Spulen 5 – eine Inhomogenität bzw. Senke
für die
Partikel 3 bildet, so daß diese in diesem Bereich konzentriert
bzw. dort gehalten werden. Die zusätzliche Spule 20 ist
hierzu in axialer Richtung insbesondere sehr schmal bauend ausgebildet
und gegebenenfalls nur durch eine einzige Windung gebildet. Das
von der Spule 20 erzeugte Magnetfeld 19 ist ausreichend
stark, um die Partikel 3 in ihre Spulenebene zu ziehen.The static magnetic field 19 So again forms - preferably in a central area and / or between the coils 5 - an inhomogeneity or sink for the particles 3 forms so that they are concentrated in this area or held there. The additional coil 20 is designed for this purpose in particular in the axial direction very narrow and optionally formed only by a single turn. That from the coil 20 generated magnetic field 19 is strong enough to the particles 3 to pull in their coil level.
Das
variierende Magnetfeld 6 bewirkt dann das Schwingen der
Partikel 3 um die genannte Ausgangs- bzw. Ruhelage.The varying magnetic field 6 then causes the swinging of the particles 3 around the mentioned starting or rest position.
Die
diamagnetische Abschirmung 21 ist bei der vierten Ausführungsform
unmittelbar durch die Wandung der Meßkammer 4 gebildet.The diamagnetic shielding 21 is in the fourth embodiment directly through the wall of the measuring chamber 4 educated.
Bei
der vierten Ausführungsform
weist die Sensoreinrichtung 9 anstelle der Meßspulen 11 einen GMR 26 als
Sensor zur Detektion der Partikelschwingung auf. Insbesondere genügt ein einziger
Sensor bzw. GMR 26 zur Detektion der Partikelschwingung, da
dessen Widerstand bzw. Meßsignal
stark in Abhängigkeit
vom Abstand der Partikel 3 zum GMR 26 und damit
korelliert zu der Partikelschwingung variiert. Eine Auswertung kann
dann wie bei den bereits beschriebenen Ausführungsformen oder auf sonstige geeignete
Weise erfolgen.In the fourth embodiment, the sensor device 9 instead of the measuring coils 11 a GMR 26 as a sensor for detecting particle vibration. In particular, a single sensor or GMR is sufficient 26 for the detection of the particle vibration, since its resistance or measuring signal strongly depending on the distance of the particles 3 to the GMR 26 and thus correlated to the particle vibration varies. An evaluation can then take place as in the already described embodiments or in any other suitable manner.
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsvariante
wird die Vorrichtung 1 zumindest im Bereich oder bei der
Resonanzfrequenz der Partikel 3 betrieben. So wird eine
verhältnismäßig große Amplitude der
Partikel 3 bei verhältnismäßig geringem
Leistungsbedarf erreicht, was einer genauen Messung von Amplitude
und/oder Phase zuträglich
ist.According to a preferred embodiment, the device 1 at least in the region or at the resonance frequency of the particles 3 operated. Thus, a relatively large amplitude of the particles 3 achieved at relatively low power consumption, which is conducive to accurate measurement of amplitude and / or phase.
Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsvariante
wird die Frequenz des variierenden Magnetfelds 6 permanent
variiert und/oder vorzugsweise selbsttätig auf die Resonanzfrequenz
oder eine Frequenz mit einer Mindest- oder Maximalamplitude der Partikel 3 gesteuert
oder geregelt.According to a particularly preferred embodiment, the frequency of the varying magnetic field 6 permanently varies and / or preferably automatically to the resonant frequency or a frequency with a minimum or maximum amplitude of the particles 3 controlled or regulated.
Durch
Variation der Frequenz des variierenden Magnetfelds 6 können die
Amplitude und die Phase zumindest relativ bestimmt sowie Änderungen dieser
Größen erfaßt werden.
Hieraus können
dann Änderungen
der Viskosität
und/oder der Partikel-Eigenschaften bestimmt werden.By varying the frequency of the varying magnetic field 6 For example, the amplitude and the phase can be detected at least relatively well and changes in these quantities can be detected. From this, changes in viscosity and / or particle properties can then be determined.
Vorzugsweise
werden aus der Resonanzfrequenz und/oder der Resonanzkurve – also der
Abhängigkeit
der Amplitude und/oder Phase der Partikelschwingung von der Frequenz
des variierenden Magnetfelds 6 – die Größe und ggf. sonstige Eigenschaften
der Partikel 3 bestimmt. Dies ist insbesondere bei bekannten
Eigenschaften des Fluids 2 und/oder entsprechender Kalibrierung
möglich.Preferably, the resonance frequency and / or the resonance curve-that is, the dependence of the amplitude and / or phase of the particle vibration on the frequency of the varying magnetic field 6 - the size and possibly other properties of the particles 3 certainly. This is especially true with known properties of the fluid 2 and / or appropriate calibration possible.
Alternativ
oder zusätzlich
kann durch Messung der Amplitude und/oder Phase der Partikelschwingung
und/oder Bestimmung der Resonanzkurve die Beweglichkeit der Partikel 3 im
Fluid 2 und dadurch beispielsweise das Anlagern oder Ablösen von
Atomen und Molekülen
an die Partikel 3 bzw. von den Partikeln 3 qualitativ
und gegebenenfalls quantitativ festgestellt bzw. bestimmt werden.Alternatively or additionally, by measuring the amplitude and / or phase of the particle oscillation and / or determination of the resonance curve, the mobility of the particles 3 in the fluid 2 and thereby, for example, the attachment or detachment of atoms and molecules to the particles 3 or from the particles 3 qualitatively and possibly quantitatively determined or determined.
Gemäß einer
weiteren Ausführungsvariante werden
Partikel 3 unterschiedlicher Größe eingesetzt, insbesondere
zumindest zwei Größen von
Partikeln 3. Vorzugsweise wird darin wahlweise oder nacheinander
im Bereich der unterschiedlichen Resonanzfrequenzen für die beiden
Partikelgrößen die Messung
von Amplitude und/oder Phase der Partikelschwingung durchgeführt.According to a further embodiment, particles 3 used different size, in particular at least two sizes of particles 3 , The measurement of amplitude and / or phase of the particle oscillation is preferably carried out either selectively or successively in the region of the different resonance frequencies for the two particle sizes.
Aus
dem Vorgenannten ergibt sich, daß das vorschlagsgemäße Verfahren
und die vorschlagsgemäße Vorrichtung 1 universell
zur Messung der Viskosität
oder einer damit zusammenhängenden
Größe des Fluids 2,
insbesondere einer Flüssigkeit
bzw. der Partikel 3, geeignet sind, wobei insbesondere auch
eine Bestimmung bzw. Erfassung der Koagulationsfähigkeit von Blut oder Blutplasma 23 oder
die Erfassung eines Glucosegehalts ermöglicht wird. Das vorschlagsgemäße Verfahren
und die vorschlagsgemäße Vorrichtung 1 sind
insbesondere zum Einsatz in mikrofluidischen Systemen geeignet.From the foregoing, it follows that the proposed method and the proposed device 1 universally used to measure the viscosity or a related size of the fluid 2 , in particular a liquid or the particles 3 , are suitable, in particular also a determination or detection of the coagulation ability of blood or blood plasma 23 or the detection of a glucose content is made possible. The proposed method and the proposed device 1 are particularly suitable for use in microfluidic systems.
Wie
bereits eingangs erläutert
ist der Begriff "Viskosität" bei der vorliegenden
Erfindung in einem engeren Sinne als innere Reibung bzw. Möglichkeit des
Fluids 2, Spannungen bei Verformung aufzunehmen, zu verstehen.
In einem weiteren Sinn ist unter "Viskosität" eine Veränderung von Eigenschaften des gegebenenfalls
inhomogenen Fluids 2, insbesondere durch Koagulation oder
Quellen oder Dissoziation von Bestandteilen oder dergleichen, und/oder
eine Veränderung
der Strömungseigenschaften
oder sonstiger Eigenschaften der Partikel 3 im Fluid 2,
beispielsweise durch Anlagerung von Atomen oder Molekülen an den
Partikeln 3 oder Ablösen
davon – wie das
Bilden oder Auflösen
von Komplexen – oder
dergleichen, zu verstehen. Das vorschlagsgemäße Verfahren und die vorschlagsgemäße Vorrichtung 1 gestatten
eine Bestimmung der Viskosität
in diesem Sinne.As already explained at the outset, the term "viscosity" in the present invention is in a narrower sense than internal friction or possibility of the fluid 2 To absorb stresses in deformation, to understand. In a broader sense, "viscosity" is a change in properties of the optionally inhomogeneous fluid 2 in particular by coagulation or swelling or dissociation of constituents or the like, and / or a change in the flow properties or other properties of the particles 3 in the fluid 2 , For example, by addition of atoms or molecules to the particles 3 or peeling thereof - such as the formation or dissolution of complexes - or the like. The proposed method and the proposed device 1 allow a determination of the viscosity in this Sense.
Alternativ
oder zusätzlich
werden mit dem vorschlagsgemäßen Verfahren
und der vorschlagsgemäßen Vorrichtung 1 beispielsweise
die Bestimmung der Reynolds-Zahl und/oder Strouhal-Zahl oder dergleichen
ermöglicht.Alternatively or additionally, with the proposed method and the proposed device 1 For example, the determination of the Reynolds number and / or Strouhal number or the like allows.
Das
vorschlagsgemäße Verfahren
und die vorschlagsgemäße Vorrichtung 1 ist
insbesondere auch zur Untersuchung bzw. Messung von inhomogenen
Fluiden 2 geeignet.The proposed method and the proposed device 1 is in particular also for the investigation or measurement of inhomogeneous fluids 2 suitable.
Insbesondere
ist die Vorrichtung 1 für
die mikrofluidische Diagnostik ausgebildet. Vorzugsweise weist die
Meßkammer 4 ein
Volumen von höchstens 1
ml, vorzugsweise höchstens
500 μl,
insbesondere höchstens
100 μl,
oder von etwa 0,5 bis 20 μl
auf.In particular, the device 1 designed for microfluidic diagnostics. Preferably, the measuring chamber 4 a volume of at most 1 ml, preferably at most 500 .mu.l, in particular at most 100 .mu.l, or from about 0.5 to 20 ul.
Die
vorschlagsgemäße Anordnung
zur Stabilisierung von den insbesondere superparamagnetischen Partikeln 3,
die selbst keine Permanentmagneten sind, mit der Spule 20 und
der diamagnetischen Abschirmung 21 ist unabhängig von
den genannten Verfahren auch für
sonstige Zwecke einsetzbar und ist durch den bisherigen Stand der
Technik wie den Artikel "Diamagnetically
stabilized magnet levitation" von
Simon, Heflinger und Geim, Am. J. Phys. 69 (6), Juni 2001, S. 702
ff., nicht vorweggenommen.The proposed arrangement for the stabilization of the particular superparamagnetic particles 3 , which themselves are not permanent magnets, with the coil 20 and the diamagnetic shielding 21 is also applicable for other purposes independently of the methods mentioned and is by the prior art such as the article "Diamagnetically stabilized magnet levitation" by Simon, Heflinger and Geim, Am. J. Phys. 69 (6), June 2001, p. 702 et seq., Not anticipated.
Anzumerken
ist, daß einzelne
Aspekte und technische Realisierungen der erläuterten Ausführungsformen
und der weiteren in den Ansprüchen niedergelegten
Alternativen auch beliebig miteinander kombiniert werden können.It should be noted
is that individual
Aspects and technical implementations of the illustrated embodiments
and the further set out in the claims
Alternatives can also be combined with each other.