CH654925A5 - Procede d'analyse et de triage de particules en suspension dans un liquide et appareil pour la mise en oeuvre de ce procede. - Google Patents

Description

La présente invention a pour objet un procédé d'analyse et de triage de particules en suspension dans un liquide, selon lequel un flux de ce liquide est produit qui présente un point de rupture en gouttelettes, et selon lequel on contrôle la position dudit point de rupture pour empêcher tout déplacement de celui-ci, on soumet à

des vibrations ledit flux de liquide pour produire au moins une,ondulation à sa surface et l'amener à se rompre en gouttelettes, on produit un faisceau de radiations rencontrant ledit flux et on observe une partie de celui-ci.

5 L'invention a également pour objet un appareil pour la mise en œuvre de ce procédé.

Les appareils du type susmentionné peuvent être définis comme étant des systèmes de triage à flux cytométrique et sont utilisés dans la recherche médicale et le domaine du diagnostic pour l'analyse ra-io pide des globules sanguins et autres cellules biologiques. Des systèmes pour la séparation des cellules et leur triage sont décrits dans les brevets USA Nos 4038556, 3963606, 3710933 et 3380584, dans «Science», vol. 198, pp. 149 à 157, publié le 14 octobre 1977, et dans les références citées dans ces documents.

15 Le brevet USA N° 4038556 décrit une méthode et un appareil pour la mesure optique simultanée de plusieurs caractéristiques de chaque particule d'un groupe de petites particules suspendues dans un liquide.

Le brevet USA N° 3963606 décrit un séparateur de particules 20 pour séparer des particules se trouvant dans un liquide suivant certaines caractéristiques, comportant un dispositif pour régler un retard électrique égal au temps s'écoulant entre l'apparition d'une particule provenant d'une ouverture qui forme un flux jusqu'au point de rupture.

25 Le brevet USA N° 3710933 décrit un appareil pour analyser automatiquement et trier des petites particules en suspension dans un liquide sur la base de certaines caractéristiques présélectionnées.

Le brevet USA N° 3380584 décrit un séparateur de particules dans lequel des impulsions électriques produisent un entraînement 30 d'accouplement acoustique pour faire vibrer le fluide qui contient les particules.

L'article de «Science», vol. 198, pp. 149 à 157, décrit un cytomè-tre à flux. La fluorescence de ce flux biologique dans un flux de fluide est mesurée à l'intersection avec un faisceau laser. Des goutte-35 lettes contenant des cellules intéressantes sont triées du flux de fluide. Dans la mesure où il peut être nécessaire de comprendre entièrement les techniques dont il est question et les enseignements de l'invention, les documents ci-dessus sont incorporés aux présentes comme aux références.

40 Un problème majeur dans l'utilisation des systèmes de triage de cellules dans lesquels un flux soumis à des vibrations éclate en gouttelettes réside dans la constatation qu'un changement s'est produit au point auquel le flux se rompt en gouttelettes. Si l'instant précis de la rupture en rapport avec le point d'observation change, alors l'ins-45 trument cesse d'être un trieur de cellules et devient un trieur de solution aqueuse ou saline dont la teneur en cellules est inconnue. Un résultat indésirable encore pire est celui selon lequel des particules non désirables sont triées lorsqu'il se produit un tel changement dans le point de rupture. Un tel changement est souvent dû à des so changements dans les coefficients mécaniques de couplage tels que des bulles d'air pénétrant dans la chambre d'écoulement et des obstructions partielles du flux à l'orifice de sortie. Des sensibilités optiques telles que la présence de lumière indésirable rendent incommode l'utilisation d'une source d'illumination stroboscopique pour 55 observer le point de rupture du flux alors que le système est en train de prendre des mesures ou de trier des cellules. C'est à ce moment qu'un moniteur est le plus nécessaire.

Un but de la présente invention est de détecter, dans un système producteur de gouttelettes, un changement dans l'amplitude des on-60 dulations en un point fixe à la surface du flux de liquide de suspension avant le point de rupture de celui-ci en gouttelettes et d'indiquer qu'un tel changement s'est produit.

Un autre but de l'invention est de mettre automatiquement hors service la fonction de triage dans un analyseur de particules et dans 6S un système de triage lorsqu'il se produit un changement significatif dans le point de rupture en gouttelettes.

Un autre but de l'invention est d'utiliser l'information dérivée d'une modification dans l'amplitude de l'ondulation en un point fixe

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à la surface du flux pour restaurer le niveau de l'amplitude de l'ondulation à ce point fixe à sa valeur initiale.

D'autres buts apparaîtront à la lecture de la description détaillée de l'invention.

Le flux de liquide contenant des petites particules en suspension est entraîné à la fréquence à laquelle il est désiré pour produire des gouttelettes, normalement 20 à 40 KC, dépendant du diamètre de l'orifice de sortie du flux. Par exemple, une fréquence de 32 KC pour un diamètre d'orifice de sortie du flux de 76 (a. et une fréquence de 40 KC pour un diamètre d'orifice de sortie du flux de 50 à 60 (a. conviendront. Le flux est mis en vibration pour l'introduction d'une faible perturbation telle que, par exemple, un entraînement par cristal piézoélectrique à l'orifice de sortie du flux. Cette perturbation a la forme d'une ondulation ou d'une onde dormant à la surface du flux, ondulation qui grandit au fur et à mesure que le flux avance et produit, en aval, sa rupture en gouttelettes. L'amplitude de la perturbation ou de l'ondulation en tout point le long du flux est fonction de la distance de ce point au point de rupture en gouttelettes, ce qui est décrit dans le rapport de Richard G. Sweet, SEL-64-004, de mars 1964, des Laboratoires de Stanford de l'Université de Stanford. Conformément à l'invention, l'amplitude de l'ondulation au point fixe est surveillée. Un changement dans l'amplitude au point fixe indique un changement dans le point de rupture. Un faisceau laser utilisé comme source d'illumination dans le système de triage optique de cellules, décrit dans les brevets USA susmentionnés, est utilisé comme source concentrée de rayons lumineux dans le cas de la présente invention. Le faisceau lumineux d'interrogation rencontre le flux en un point fixe et est dispersé pour produire un motif de lumière dispersée en forme de lobe se trouvant dans le même plan que le faisceau laser et perpendiculaire au flux de liquide. Comme cela est bien connu, cette lumière laser dispersée est modulée par la surface d'ondulation sur le flux. Jusqu'à présent, cette modulation a été considérée comme étant un phénomène indésirable lorsque le détecteur de lumière de cellule doit être mesuré et a habituellement été bloquée dans l'instrument. Selon la présente invention, on détecte cette modulation en plaçant une photodiode dans le plan du disper-seur de lumière laser appelé ci-après le plan de dispersion. La sortie de la photodiode est convertie en une tension qui peut être utilisée 1) pour alerter l'opérateur soit optiquement soit phonétiquement et l'avertir qu'un changement s'est produit dans le point auquel le flux est rompu en gouttelettes, 2) pour automatiquement contrôler l'intensité des vibrations appliquées au flux pour ramener l'amplitude des ondulations au point du flux auquel elle doit être surveillée, ou 3) pour automatiquement mettre hors service l'appareil. N'importe lequel ou toute combinaison des cas précédents peut être utilisé dans la mise en œuvre de l'invention.

Si désiré, une source secondaire de rayons lumineux concentrés autres que le faisceau laser peut être utilisée pour frapper ou interroger le flux en un point plus proche du point de rupture en gouttelettes lorsque les ondulations sont plus grandes et, de ce fait, lorsque les signaux obtenus sont plus grands. Dans ce cas, la photodiode pourrait être judicieusement placée de façon à recevoir la lumière dispersée ou réfléchie par le flux.

Une variante de l'invention réside dans la circuitene de mise hors service du triage qui comprend un détecteur de changement rapide répondant à une sortie redressée dont le niveau de courant continu est proportionnel au pourcentage de modulation du faisceau de rayon de lumière concentrée (faisceau laser par exemple) tel qu'affecté par les ondulations à la surface du flux. Ce détecteur commande un mécanisme de blocage d'entraînement à relais qui agit pour mettre hors service la fonction de triage de l'analyseur de particules dès qu'un changement significatif dans l'amplitude des ondulations du flux survient. Cette circuitene est munie d'un dispositif de remise à zéro par l'opérateur et d'un dispositif d'alarme qui, si désiré, peut indiquer le type de changement basé sur la polarité de la sortie provenant du détecteur de changement rapide.

Une autre variante réside dans le système à boucle de commande à gain automatique (AGC) faisant varier l'intensité des vibrations appliquées par le cristal piézoélectrique au flux de liquide pour produire des changements lents dans l'amplitude de modulation. La sortie redressée mentionnée ci-dessus sert de tension de commande pour la boucle AGC. Ce système à boucle fait varier la puissance 5 appliquée au pilotage du cristal piézoélectrique. Il en résulte que des corrections d'amplitude fines, à distinguer des corrections grossières, à la surface du flux peuvent être obtenues. Une commande à bras pour le système AGC permet le réglage initial du point de rupture en gouttelettes.

io Le dessin représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention.

La fig. 1 est un schéma-bloc montrant comment les éléments électriques de l'invention sont reliés en un type plus connu d'analyseur et de trieur de particules;

15 la fig. 2 montre la circuiterie électrique du détecteur de changement rapide, le mécanisme de blocage d'entraînement à relais et les circuits d'alarme du schéma de la fig. 1 ;

la fig. 3 montre schématiquement la circuiterie électrique pour convertir le signal provenant de la photodiode en un signal de cou-20 rant continu redressé qui soit proportionnel à la modulation des rayons lumineux par les ondulations de surface du flux de liquide;

les fig. 4 à 8 illustrent de façon plus détaillée la circuiterie électrique des blocs représentés à la fig. 3 ;

la fig. 9 représente une vue en élévation latérale de l'éclatement 25 d'un flux de liquide perturbé régulièrement;

la fig. 10 est une vue en élévation à plus grande échelle des parties non électroniques des composants du système situés à la gauche de la ligne en traits mixtes 10 du schéma-bloc de la fig. 2 et les moyens de détection 44;

30 la fig. 11 illustre schématiquement la lumière laser dispersée par la surface du flux de liquide 16 et qui est détectée par les moyens de détection 44 du système représenté aux fig. 1 et 10;

la fig. 12 est une vue à plus grande échelle, simplifiée, du rayon laser rencontrant le point sensible du flux de liquide dans le plan de 35 dispersion YY de la fig. 11, le flux de liquide de diamètre minimum du système représenté aux fig. 1 et 10 étant indiqué en traits mixtes;

la fig. 13 est une vue agrandie, simplifiée, du rayon laser rencontrant le point sensible du flux de liquide vu dans le plan XZ de la fig. 11 lorsque le flux de liquide est à son diamètre maximum au 40 point sensible dans le système représenté aux fig. 1 et 10, et la fig. 14 est une vue agrandie, simplifiée, du rayon laser rencontrant le point sensible du flux de liquide vu dans le plan XZ de la fig. 11 lorsque le flux de liquide est à son diamètre minimum au point sensible dans le système représenté aux flg. 1 et 10. 45 Les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références dans toutes les figures du dessin.

Le schéma-bloc de la fig. 1 est divisé en deux parties par une ligne en traits mixtes 10. Les éléments du système situés à gauche de cette ligne 10 sont ceux qui existent normalement dans un type 50 connu d'analyseur et trieur de particules, appelé parfois un système de triage à flux cytométrique. Un des systèmes de ce genre connu se trouve dans les séries d'instruments TPS et EPICS fabriqués et vendus par Coulter Electronics, Inc., à Hialeah, Floride 33010. Seuls les éléments de l'analyseur et trieur de particules qui sont nécessaires à 55 l'explication du fonctionnement du présent appareil ont été représentés. Les éléments du système situés à droite de la ligne 10 comprennent les parties de l'invention qui ont été ajoutées et à l'analyseur et trieur de particules connu pour permettre que soient atteints les buts visés par l'invention. Il est à relever que la commande à gain 60 automatique (AGC) et la mise hors service comprenant un mécanisme de blocage d'entraînement à relais sont insérées en deux points dans les trajectoires normales des signaux de l'analyseur et trieur de particules comme cela apparaîtra de façon détaillée ci-après.

65 L'appareil analyseur et trieur de particules connu représenté à la gauche de la ligne 10 sera décrit ici brièvement: il comporte une chambre d'écoulement 12 dans laquelle une solution saline (à un p.s. normalement de 13) est introduite sous pression et qui en sort par un

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petit orifice 14 (ordre de grandeur du diamètre de 50 à 200 ji, dépendant de la destination de l'appareil) pour former un flux de liquide 16, le tout étant désigné comme constituant un premier moyen de production d'un flux de liquide. L'échantillon (une suspension de petites particules telles que des globules sanguins ou des cellules biologiques) est introduit dans la chambre d'écoulement 12 par un tube 18. Au-dessous de l'orifice de sortie 14 et au-dessus et avant le point de rupture, le flux 16 est interrogé par une source de lumière ou des moyens de radiation 20 (normalement un faisceau laser) et la réponse de la petite particule de l'échantillon à cette illumination (normalement un disperseur de lumière et de la fluorescence) est détectée par un système détecteur 22 situé également en un point avant et au-dessus du point de rupture.

La chambre d'écoulement 12 est montée et est supportée par un seul dispositif de vibration ou des seconds moyens pour déterminer la position du point d'éclatement, un dispositif 24 à cristal piézoélectrique situé au-dessus des moyens de radiation 20 faisant vibrer la chambre 12 à haute fréquence. La fréquence exacte à laquelle la chambre 12 vibre dépend du diamètre choisi pour l'orifice de sortie 14, cette fréquence étant normalement de 20 à 40 KC. Ces vibrations appliquent de petites perturbations, normalement des ondulations, à la surface du flux 16, qui grandissent en raison des effets de tension de surface bien connus, et, éventuellement, rompent le jet en un point de rupture 26 en des gouttelettes bien définies 28. L'éclatement du flux de liquide régulièrement perturbé est représenté à la fig. 9. La distance exacte de la buse contenant l'orifice 14 au point de rupture 26 est inversément proportionnelle à l'amplitude des perturbations ou ondulations initiales. La valeur de la perturbation est proportionnelle à la valeur de la tension du signal appliqué au système 24 si les coefficients de couplage mécanique du système sont maintenus constants. Malheureusement, il y a plusieurs facteurs qui peuvent produire des changements dans les coefficients de couplage mécanique et ces facteurs sont difficiles à éliminer. Ce sont les bulles d'air dans la chambre d'écoulement 12 avec l'échantillon ou avec la solution saline et des obturations partielles de l'orifice de sortie 14 dues à des débris tels que des cellules brisées ou grasses.

Le cristal piézoélectrique est piloté par un amplificateur de puissance 30 qui, normalement, dérive son signal d'un générateur de fréquence 32 à travers un potentiomètre variable 34 utilisé pour faire varier l'amplitude du signal appliqué au cristal 24 et, de la sorte,

faire varier le point de rupture nominal 26. Le potentiomètre 34 sert de source de correction grossière pour le pilotage de l'amplificateur de puissance 30 pilotant le cristal 24. La ligne 36 désigne la voie normale allant du potentiomètre 34 à l'amplificateur de puissance en l'absence des composants suivant l'invention. Le système de l'invention comporte un interrupteur 59 qui n'est pas présent dans les appareils connus, et cela dans un but qui sera décrit ci-après.

La logique de décision de triage 38 est reliée au détecteur 22, les signaux obtenus par les détecteurs (non représentés mais formant partie du système de détection 22) sont appliqués à un jeu de critères pour décider s'il est désiré ou non de capturer la particule produisant ces signaux. Si la capture est désirée, la décision doit être retardée, par un retard de triage 40, alors que la particule circule du point d'observation au point de rupture. Une impulsion de triage est alors formée par le circuit de formation des impulsions de triage 41 et amplifiée et appliquée par l'amplificateur de puissance 43 au flux de liquide sous la forme d'une tension juste au moment où les gouttelettes qui contiendront la particule désirée s'écartent du flux. Du fait de cette tension qui leur est appliquée, des gouttelettes se séparent avec une charge nette. Le flux de gouttelettes passe par un champ électrique d'intensité constante qui accélère les gouttelettes chargées dans le plan horizontal lorsqu'elles circulent vers le bas. Les gouttelettes ainsi chargées suivent une trajectoire différente de la trajectoire des gouttelettes non chargées et tombent dans des récipients de capture différents, ce qui constitue ainsi un triage physique des particules. Une vitesse typique de triage pour ce procédé est de 4000 particules par seconde. On se référera au brevet USA N° 3380584 qui décrit un moyen d'imprimer un voltage à la partie avale d'un flux de liquide contenant des particules qui doivent être chargées pour être ensuite collectées, de même qu'à un article de Hulett. Bonner, Sweet et Herzenberg, «Clinical Chemistry», vol. 19, N° 9, 1973, qui décrit l'application d'une tension à la partie amont d'un flux de liquide dans le s même but.

L'appareil qui précède est connu des gens du métier de sorte qu'on ne revendiquera rien ici à son sujet. Un tel appareil est décrit dans les brevets USA susmentionnés et dans les références citées précédemment.

io La présente invention fait usage de la relation entre l'amplitude des ondulations à la surface d'un flux de liquide en tout point fixe et la position du point de rupture en gouttelettes pour constater s'il y a un changement dans le point de rupture. Comme indiqué ci-dessus, l'amplitude des ondulations augmente lorsque le point de rupture est 15 approché. Une augmentation dans l'amplitude des ondulations en un point quelconque le long du flux est une indication que le point de rupture est plus près, alors qu'une diminution de l'amplitude est une indication que le point de rupture est plus loin. L'appareil suivant la présente invention détecte ou surveille la position du point de 20 rupture pour effectuer l'une ou l'autre des trois opérations suivantes: 1) fournir une indication, soit visuelle, soit au moyen d'un compteur, soit audible au moyen d'une alarme, d'un changement du point de rupture, 2) mettre hors service le processus de triage et faire fonctionner une alarme s'il y a un changement rapide du point de rup-25 ture, ou 3) restaurer automatiquement et rapidement le point de rupture par exemple au moyen d'une boucle de commande à gain automatique pour des changements faibles et lents de ce point de rupture.

Les composants du système situés à la droite de la ligne 10 du 30 schéma-bloc de la fig. 1 comprennent des parties de la présente invention qui sont reliées à l'analyseur et trieur de particules connu figurant à la gauche de cette ligne 10 et comportent une photodiode ou moyens de protection 44 qui détectent la lumière dispersée par le flux 16 à la suite de l'impact sur celui-ci d'un faisceau concentré de 35 lumière 20.

Une vue agrandie des parties non électroniques des composants du système situés à gauche de la ligne en traits mixtes 10 du schéma-bloc de la fig. 1 et des moyens détecteurs 44 est représentée à la fig. 10.

40 Cette lumière dispersée a deux composantes, à savoir une composante de courant continu qui est proportionnelle à la dimension du flux de liquide 16 et à la puissance du faisceau lumineux 20 (le laser par exemple), et une composante de courant alternatif qui est proportionnelle aux ondulations du flux de liquide 16 au point de 45 détection 21, au point du flux auquel le faisceau lumineux le rencontre et à la puissance du faisceau lumineux intense d'interrogation 20 (laser). La diode 44 est actionnée de la manière usuelle, c'est-à-dire qu'elle est terminée en une faible impédance produisant ainsi une relation linéaire optique puissance courant et réduisant les effets de caso pacitance de la diode pour la largeur de bande électronique maximum. La photodiode 4 est reliée à un point de détermination de l'éclatement qui comporte un amplificateur opérationnel 46 qui fonctionne comme amplificateur de transimpédance. L'amplificateur 46 convertit linéairement le courant provenant de la diode 44 en une 55 tension. La sortie de l'amplificateur de transimpédance 46 se divise en une branche de courant alternatif comprenant un amplificateur 48 de courant alternatif et une branche de courant continu contenant un amplificateur de courant continu 50.

La branche de courant alternatif contient l'information de base 60 qui doit être utilisée dans la pratique de l'invention, c'est-à-dire l'amplitude des ondulations du jet de liquide. Du fait que l'amplitude des signaux d'ondulation produits au détecteur et à la photodiode 44 sont faibles, ce signal reçoit un gain considérable du fait de l'amplificateur de courant continu 46, de l'ordre de 103. Afin d'amé-65 liorer le rapport signal bruit dans la branche de courant continu, la largeur de bande de l'amplificateur de courant continu est limitée à la plage des fréquences d'oscillation appliquées au cristal piézoélectrique 24.

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Du fait que la dimension du flux 16 est maintenue constante pendant une période de mesure des particules de réchantilllon et qu'elle change rarement, la composante de courant continu est proportionnelle à la dimension du flux 16 et à la puissance du laser 20, de sorte qu'un changement dans le niveau du courant continu dans la branche contenant l'amplificateur de courant continu 50 peut être considéré comme étant un changement de la puissance du laser. Le signal passant par la branche de courant continu contrôle le gain d'un amplificateur à gain contrôlé par tension 52 à la sortie de la branche de courant alternatif, mettant ainsi hors service le signal de la branche de courant alternatif qui doit être normalisé à la puissance du laser, d'où il résulte qu'une recalibration de l'appareil, chaque fois que le laser 20 est changé, n'est pas nécessaire. En d'autres termes, la branche de courant continu supprime l'effet du changement de la puissance du laser dans la mesure de la distance entre le point d'observation 21 et le point de rupture 26.

Le signal de courant alternatif provenant de l'amplificateur contrôlé par tension 52 est redressé par un redresseur 54 (de préférence redresseur à onde complète pour obtenir une sortie de signal de courant continu plus régulière) pour produire un signal de courant continu sur la ligne 56 qui soit proportionnel à l'amplitude des ondulations du flux de liquide 16 et proportionnel à la distance entre le point de détection 21 et le point de rupture 26. Les détails d'un redresseur à onde complète convenable apte à être utilisé sont représentés à la fig. 8.

L'invention décrit trois manières d'utiliser la tension de courant continu sur la ligne 56. La plus simple est de piloter un mesureur de pourcentage de modulation 58 qui fournit une indication visuelle quant à la position du point de rupture en gouttelettes 26 sur le flux 16. Calibré convenablement, un tel mesureur 58 peut être utilisé pour régler le point de rupture 26 en réglant manuellement un dispositif de référence ou potentiomètre 34 et en utilisant la voie normale 36 de l'appareil analyseur et trieur connu pour shunter le système AGC décrit ci-après. Le mesureur 58 est branché de façon à être actionnable en tout temps.

La tension redressée sur la ligne 56 (la sortie du redresseur 54) peut également être utilisée comme tension de commande dans une boucle de commande à gain automatique (AGC) qui produira des corrections fines par rapport aux corrections grossières au pilotage par tension ou à l'amplificateur de puissance 30 qui alimente le transducteur à cristal piézoélectrique 24 par le circuit 60 et permet ainsi des corrections fines de la dérive du point de rupture 26 en admettant bien entendu que la commande du passage normal 36 est transférée par des moyens de commutations 59 lorsque le dispositif AGC est utilisé. Cette boucle AGC comprend un dispositif amplificateur AGC ou moyen de commande 64 présentant des bornes d'entrée, de sortie et de commande 65, 69 et 71, respectivement, qui est alimenté en tension par les lignes 56 et 66 et qui est similaire dans sa construction à la circuiterie de l'amplificateur de gain contrôlé par tension 52 représenté à la fig. 7. Un interrupteur convenable 59 à double pôle simple est branché sur les lignes 36 et 37. Cet interrupteur 59 permet de désactiver la boucle AGC de l'appareil lorsqu'on désire effectuer un réglage initial de l'analyseur et trieur qui tienne compte d'un retard de goutte donné. Après qu'un retard convenable a été réglé, le système AGC 64 est armé ou activé pour maintenir le point de rupture désiré. Avant l'activation de l'AGC, la borne de sortie de tension V„ (ligne 37) est réglée à la même amplitude que celle du trajet normal 36 au moyen d'un potentiomètre 67 comme indiqué par le mesureur de détection nul 68, après quoi l'interrupteur 59 peut être amené à transférer la commande de l'amplificateur de puissance 30 sur le système AGC. Les moyens de contrôle du point d'éclatement comportent les amplificateurs 46,48, 50 et 52, le redresseur 54 et les moyens de commande 64, et les moyens de référence 34. Les moyens de détection comportent lesdits moyens de contrôle du point d'éclatement et les moyens de détection 44.

Une autre manière de contrôler le point de rupture 26 sur le flux 16jitilise un système comportant un détecteur à changement rapide 70 auquel la tension redressée de la ligne 56 est amenée. La sortie 80 du détecteur à changement rapide 70 est zéro si un signal de courant continu est appliqué (ce qui est le cas lorsque la position du point de rupture 26 est constante) et des changements différents de zéro si un changement «rapide» dans le point de rupture en goutte-5 lettes a lieu. La polarité du changement dans la sortie 80 du détecteur de changement rapide 70 indique si le niveau du signal redressé provenant du redresseur 54 a augmenté ou diminué. La sortie provenant du détecteur 70 peut actionner un circuit d'alarme 72 pour alerter l'opérateur d'un changement dans le point de rupture. Cette io même sortie peut aussi entraîner un système à relais composé d'un mécanisme de blocage d'entraînement 76 qui, à son tour, sert à mettre automatiquement hors service le système de triage par les lignes 78 de l'analyseur et du trieur de particules. Une remise à zéro d'opérateur 74 permet la remise à zéro manuelle du mécanisme de 15 blocage d'entraînement 76. L'alarme 72 peut être réalisée pour indiquer le type de changement dans le point de rupture basé sur la polarité du détecteur 70.

La fig. 2 illustre schématiquement une forme que la circuiterie électrique du détecteur de changement rapide 70 peut prendre com-20 portant le mécanisme d'entraînement à relais et la remise à zéro d'opérateur et d'alarme. La fig. 2 représente à la fois l'alarme audible 72 et l'alarme visuelle 71. Le changement du signal sur la ligne 56 est relié à l'amplificateur 70 par la capacité Cx. Ce signal de courant alternatif est amplifié et appliqué à la ligne 80. Si le signal sur la li-25 gne 56 a une valeur de courant continu constante, la ligne 80 sera à un potentiel proche de zéro. La ligne 80 est reliée à deux comparateurs 77 et 79 qui sont agencés de manière à détecter les variations du signal sur la ligne 80 dans l'une et l'autre des polarités différant d'un potentiel zéro. Une légère bande de garde est utilisée pour per-30 mettre la compensation de l'amplificateur. Lorsque le signal sur la ligne 80 change, le comparateur approprié détecte le changement et commute. La commutation est détectée et verrouillée par le verrou 81. La sortie Q du verrou 81 commute, mettant hors service les portes NAND interrompant ainsi les signaux de triage. La commu-35 tation du verrou active également à la fois l'alarme visuelle 71 et l'alarme audible 72. Les valeurs de la capacité C, et de la résistance R[ sont choisies pour le changement de la vitesse alors que Rt et R2 sont choisis pour le changement de la sensibilité.

La fig. 4 illustre la circuiterie du préamplificateur de transimpé-40 dance 46 des fig. 1 et 3. La fig. 5 illustre la circuiterie de l'amplificateur de courant alternatif 48 des fig. 1 et 3. La fig. 6 illustre la circuiterie de l'amplificateur de courant continu 50 des fig. 1 et 3. La fig. 7 illustre la circuiterie de l'amplificateur à gain commandé par tension 52 des fig. 1 et 3. La fig. 8 illustre la circuiterie du redresseur à 45 onde complète 54 des fig. 1 et 3.

En se référant aux fig. 10 à 14, on voit que les moyens de détection 44 à photodiodes sont placés dans le plan de dispersion et disposés «d'une façon générale» dans le plan YZ et plus particulièrement essentiellement radialement par rapport à l'axe du flux de liso quide 104. Ils sont en outre perpendiculaires au paquet des rayons dispersés dont un seul est représenté, à savoir le rayon dispersé 110, lequel est situé dans le plan dispersant 108, le plan XY. Comme représenté plus particulèrement à la fig. 13, le faisceau du laser est dans l'ordre du double de la largeur du flux de liquide Z et son in-55 tensité de profil a une forme gaussienne. En outre, le faisceau laser 20 lui-même est généralement de forme elliptique, ayant un grand et un petit axe, et est focalisé de telle manière que son grand axe se trouve dans le plan de dispersion 108 et soit perpendiculaire à l'axe du flux de liquide 104 et que son petit axe soit parallèle à 60 l'axe 104 du flux de liquide 16.

L'axe longitudinal ou central 110 du faisceau laser coupe l'axe longitudinal 104 du flux de liquide 16. Une partie du faisceau laser d'interrogation 20 rencontre le flux de liquide 16 au point sensible 21. Une autre partie du faisceau laser d'interrogation 20 ne ren-65 contre pas le flux de liquide 16 et est indiqué comme étant une radiation «directe» ou sans impact. La radiation d'impact produit une radiation dispersée en forme de lobe et le mécanisme d'une telle dispersion de radiation comprend une réflexion, une diffraction et une ré

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fraction qui émanent toutes du flux de liquide 16, et c'est essentiellement la radiation de réfraction qui est détectée par la photodiode 44. Une description plus détaillée de la lumière dispersée utilisée dans les systèmes de flux pour le dimensionnement des cellules peut être trouvée au chap. 5 de «Flow Cytometry And Sorting», édité par Mela-med, Mullaney and Mendelsohn, publié par John Wiley and Sons en 1979.

Du fait que le point de détection 21 est situé en amont du point d'éclatement en gouttelettes 26 au-dessus de la région d'éclatement où l'ondulation de surface du flux de liquide 16 est essentiellement cylindrique ou en forme de tonneau lorsque vue de côté ou dans l'axe vertical Z, des gouttelettes dans le flux de liquide 16 agissent comme des lentilles faiblement positives et négatives. C'est leur rayon de courbure qui est relativement grand. Il en résulte que la radiation qui est incidente sur la surface du flux de liquide et qui est dispersée par le flux de liquide 16 est convergée et di vergée seulement très légèrement le long de l'axe vertical Z. Il en résulte que la radiation dispersée est observée dans la direction verticale comme représenté. Cet effet est illustré aux fig. 14 et 15 seulement pour la partie réfractée de la radiation dispersée mais son effet sur les radiations réfléchies et diffractées est le même.

Bien que, comme indiqué précédemment, la photodiode 44 et sa source de lumière associée 20 puissent être déplacées jusqu'à un point plus proche du point d'éclatement en gouttelettes 26 lorsque les ondulations sont plus larges, il ne peut pas être déplacé en un point plus proche du point d'éclatement 26, ce qui aurait pour effet que, dans l'information de modulation de base, l'amplitude de l'on-5 dulation du flux de liquide 16 serait perdue. Ainsi tout point du flux de liquide 16 situé au-delà qui résulterait dans un signal de sortie de la diode 44 ne serait plus proportionnel à l'amplitude des ondulations sur le flux de liquide 16. La partie du flux de liquide 16, dans laquelle une telle amplitude d'information d'amplitude est perdue, io est désignée comme étant la région de rupture et toute cette partie du flux de liquide 16 avant ou en amont du point d'éclatement réel 26 est désignée comme étant la partie ininterrompue du flux de liquide 16.

Les composants, comme aussi les parties des composants illus-15 très aux fig. 2 et 8 inclusivement, sont simplement illustratifs et peuvent être remplacés par des éléments et circuiteries équivalents pour obtenir les résultats désirés.

Des variantes peuvent être apportées au système suivant l'invention sans sortir de l'esprit et de la portée de celle-ci. Par exemple, du 20 fait que la branche de courant alternatif 48 contient la formation de base constituée par l'amplitude des ondulations du flux de liquide, le passage de courant continu 50 n'a pas à être utilisé dans une forme simplifiée d'exécution de l'invention.

9 feuilles dessins

Claims (8)

1. 654 925

   2

   REVENDICATIONS

   1. Procédé d'analyse et de triage de particules en suspension dans un liquide, selon lequel un flux de ce liquide est produit qui présente un point de rupture en gouttelettes, et selon lequel on contrôle la position dudit point de rupture pour empêcher tout déplacement de celui-ci, on soumet à des vibrations ledit flux de liquide pour produire au moins une ondulation à sa surface et l'amener à se rompre en gouttelettes, on produit un faisceau de radiations rencontrant ledit flux et on observe une partie de celui-ci, caractérisé par le fait que l'on observe la radiation qui a rencontré une desdites ondulations et commande ladite vibration du flux de liquide en fonction de l'amplitude de ladite ondulation.
2. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite observation s'effectue en un point le long dudit flux de liquide situé en amont dudit point de rupture.
3. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite fonction pour commander ladite vibration est proportionnelle à l'amplitude de celle-ci.
4. 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le faisceau de radiation est dispersé par le flux de liquide lorsque ladite radiation rencontre ladite ondulation, et par le fait que ladite fonction de l'amplitude d'une ondulation utilisée pour commander ladite vibration est déterminée par l'ampleur de la radiation dispersée par ladite ondulation.
5. 5. Appareil d'analyse et de triage de particules suspendues dans un liquide pour la mise en œuvre du procédé suivant la revendication 1, comprenant des moyens (14) pour produire un flux (16) de liquide de suspension, lequel flux présente un point de rupture en gouttelettes (26), des moyens (24) pour déterminer la position dudit point de rupture et empêcher tout déplacement de celui-ci, ces moyens (24) étant aptes à faire vibrer ledit flux de liquide et produire au moins une ondulation à la surface de celui-ci et la rupture en gouttelettes audit point de rupture, et des moyens de radiation (20) pour produire un faisceau de radiation qui rencontre et interroge une portion dudit flux de liquide, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens de détection (34,44-54 et 64) reliés auxdits moyens de contrôle de position (24), lesdits moyens de détection répondant à la radiation desdits moyens de radiation (20) après que le faisceau a rencontré et interrogé ladite partie ou portion dudit flux de liquide, le tout de manière que lesdits moyens de détection fournissent une sortie qui soit fonction de l'amplitude d'au moins ladite ondulation.
6. 6. Appareil suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que lesdits moyens de radiation sont placés de telle manière par rapport audit flux de liquide que la radiation rencontre celui-ci et l'interroge en un point situé en amont de la zone de rupture.
7. 7. Appareil suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que lesdits moyens de détection sont couplés et agencés de telle manière que leur sortie soit proportionnelle à l'amplitude de ladite ondulation.
8. 8. Appareil suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que lesdits moyens de radiation sont disposés et agencés de telle manière que le faisceau de radiation soit dispersé par ledit flux de liquide, lesdits moyens d'observation étant placés de façon à recevoir ladite radiation dispersée et à fournir une sortie qui soit fonction de la grandeur de la radiation dispersée détectée par lesdits moyens de détection.