DD203776A5

DD203776A5 - Verfahren und vorrichtung zum messen der elektrophoretischen beweglichkeit

Info

Publication number: DD203776A5
Application number: DD82243150A
Authority: DD
Inventors: Yoshio Kawai; Toshiharu Chirakami
Original assignee: Kureha Chemical Ind Co Ltd
Priority date: 1981-09-10
Filing date: 1982-09-09
Publication date: 1983-11-02
Also published as: US4456513A; EP0075412B1; EP0075412A2; JPH0128902B2; DE3274905D1; EP0075412A3; JPS5844340A

Abstract

Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen in der Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Messen der elektrophoretischen Beweglichkeit, wobei der Meszwirkungsgrad wesentlich erhoeht u. d. ermittelte elektrophoretische Beweglichkeit in hohem Grad zuverlaessig sein sollen. Gemaesz dem Verfahren und der Vorrichtung zum Messen der elektrophoretischen Beweglichkeit wird die elektrophoretische Beweglichkeit der Teilchen in einer Testprobe durch Messen der scheinbaren elektrophoretischen Beweglichkeit an den Positionen jedes von einer Vielzahl verschiedener Teilchen bestimmt, die sich in der unter dem Einflusz des elektrischen Feldes stehenden Testprobe befinden, und die Position fuer die stationaere Ebene, bei welcher die Flieszgeschwindigkeit infolge des elektroosmotischen Effektes Null ist, wird in der theoretischen Kurve M(X)=-FX&exp2!+AX+B auf der Grundlage der gemessenen Daten ersetzt.

Description

&. ~T t# I U U V

Berlin, den 15,2.1983 61 361/13

Verfahren und Vorrichtung zum Messen der elektrophoretischen Beweglichkeit

Anwendungsgebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der elektrophoretischen Beweglichkeit,

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Geladene Teilchen in einer elektrolytischen Lösung wandern zur Anode oder Katode in der Lösung, wenn sie an ein elektrisches Feld angelegt werden, und ein solches Phänomen, d. h, die Elektrophorese, kann für das Verständnis einiger Eigenschaften der Lösungsteilchen verwendet werden, da die geladenen Teilchen mit der ihnen eigenen Geschwindigkeit zu den unter äußeren Bedingungen stehenden Teilchen wandern. Die ,,Elektrophorese-, die -zusammen mit der Elektroosmose und dergleichen zu einem elektrokinetischcn Grenzflächenphänomen gehört, und eine elektrophoretische Vorrichtung, mit der sich beispielsweise die Bewegung geladener kolloidaler Teilchen beobachten läßt, sind im Fachgebiet gut bekannt und wichtig in bezug auf die Oberfläche sehr kleiner geladener Substanzen, desgleichen die Vorrichtung zum Messen des-, el ekt ro kinetische η Grenzf lächenphänomans, ,Eine ,solche ^: elektrophoretische Vorrichtung hat vor kurzem auch auf immunologischem Gebiet als wirksames Mittel zur Bildung verschiedener immunologischer Informationen aus dem elektrokinetischen Phänomen der leukozytischen Immunzellen im Blut die Aufmerksamkeit auf sich gezogen _β

n-1 rco ^O O Q * Π '7 Λ ί 9 ~

ijf-u wüj*ü < J. J. Λ .'-.

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Die elektrophoretisch^ Vorrichtung enthält im allgemeinen eine Küvette (Meßzelle), ein Elektrodengefäß mit darin befindlichen Elektroden, ein thermostatisches Bad, eine elektrische Stromquelle und einen Detektor für die elektrophoretisch^ Beweglichkeit. Die elektrophoretisch^ Vorrichtung kann die Eigenschaften und die gäLadenen Zustände von Teilchen bestimmen, die in einer elektrolytischen Lösung verteilt sind, die in der Küvette enthalten ist als Medium für die Elektrophorese, und zwar durch Anlegen einer Gleichspannung zwischen den Elektroden, um so ein elektrisches Feld zu erzeugen und die Geschwindigkeit der geladenen Teilchen zu messen, die in der Küvette entsprechend dem angelegten elektrischen Feld wandern. Die elektrophoretische Beweglichkeit der Teilchen wird auf der Grundlage der Bev/egungsgeschwindigkait (V) der Teilchen und der Stärke des elektrischen Feldes (E) bestimmt; damit kann die elektrophoretische Beweglichkeit als die Bewegungsgeschwindigkeit jedes der Teilchen bezogen auf die elektrische Feldstärke ermittelt Werden: u/sec pro V/cm,

Übrigens muß bei der Messung der elektrophoretischen Beweglichkeit der elektroosmotisch^ Effekt des Mediums, dar durch die elektrische Ladung in der Küvette bewirkt wird, berücksichtigt werden. Bei einer üblichen elektrophoretischen Vorrichtung ist die Küvette im Hinblick auf die optische Eigenschaft, die Genauigkeit der Herstellung, das leichte Reinigen und dergleichen im allgemeinen aus-einem Glasmaterial hergestellt, und, da die Küvette, wie sich dies aus der chemischen Struktur des Glases offenbar ergibt, negativ geladen ist, erreicht das Medium (Elektrolyt bei dar Elsktro-

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phorese) in der Küvette bei einer hohen positiven Ionenkonzentration in der Nähe der Gefäßwand ein elektrisches Gleichgewicht. Wenn ein elektrisches Feld für die Elektrophorese in einem solchen Zustand auf beiden Seiten der Küvette angelegt wird, entsteht ein elektroosmotischer Mediumsfluß zusammen mit der elektrophoretischen Wanderung der Teilchen längs der Wand» Daher ist die elektrophoretische Beweglichkeit, die tatsächlich für die Teilchen gemessen wird, die scheinbare elektrophoretische Beweglichkeit, d. h. die mathematische Summe der wahren elektrophoretischen Beweglichkeit und die Fließgeschvvindigkeit des Mediums, die durch die Elektroosmose bewirkt wird. Im Hinblick auf das oben Erwähnte sind es nur die Teilchen, die sich in einer solchen Lage befinden., wo die elektroosmotische Fließgeschvvindigkeit Null ist, d, h, auf einer theoretischen stationären Ebene, die als der Gegenstand ausgewählt worden ist, um nach dem bekannten Verfahren zu messen, das.bis jetzt für dia Bestimmung der wahren elektrophoretischen Beweglichkeit verwendet wird. Da jedoch die Möglichkeit, daß sich die Teilchen auf der theoretischen stationären Ebene befinden, extrem gering ist und nur ein eingeschränkter Anteil der Teilchen, der in dem Prüfobjekt enthalten ist, nach dem bekannten Verfahren gemessen werden kann, wird der Meßwirkungsgrad verschlechtert und so in die statistische Analyse des Testobjektes irgendwo eine Schwierigkeit eingebracht. Außerdem ist es nicht immer sicher, ob die sich auf der stationären Ebene befindlichen Partikel gemessen werden oder nicht, wie später noch beschrieben wird.

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Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der elektrophoretischen Beweglichkeit zur Verfugung zu stellen. Ferner soll der Meßwirkungsgrad wesentlich erhöht werden, und die auf diese Weise ermittelte elektrophoretische Beweglichkeit soll in hohem Grade zuverlässig sein«

Gemäß dem Verfahren und der Vorrichtung zum Messen der elektrophoretischen Beweglichkeit wird die elektrophoretische Beweglichkeit der Teilchen in.einer Testprobe durch Messen der scheinbaren elektrophoretischen Beweglichkeit an den Positionen jedes von einer Vielzahl verschiedener Teilchen bestimmt, die sich in der unter dem Einfluß des elektrischen Feldes stehenden Testprobe befinden, und die Position für die stationäre Ebene, bei welcher die Fließgeschwindigkeit infolge des elektroosmotischen Effektes Null ist, wird in der theoretischen Kurve M(X) = -FX + AX + 3 auf der Grundlage der gemessenen Daten ersetzt,

Die theoretische Kunze M(X) = -FX" + AX + B wird durch die Position Xj und die scheinbare elektrophoretische Beweglichkeit Mj für die gemessenen Teilchen bestimmt. Die Vorrichtung zum Hessen der elektrophoretischen Beweglichkeit

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von Teilchen ist gekennzeichnet durch Mittel für die Messung der Position Xj für jedes der in einer Testprobe enthaltenen Teilchen, Mittel für das Anlegen eines elektrischen Feldes an die Testprobe zur Bestimmung der scheinbaren elektrophoretischen Beweglichkeit Mj an der Position Xj für jedes der Teilchen, und Mittel zum Ersetzen der Position für die stationäre Ebene, bei welcher die Fließgeschwindigkeit infolge des elektroosmotischen Effektes Null ist, in

der theoretischen Kurve M(X) = -FX + AX + B auf der Grundlage der Position Xj und der scheinbaren elektrophoretischen Beweglichkeit Mj für die gemessenen Teilchen zur Bestimmung der wahren elektrophorstischen Beweglichkeit für

2 die Teilchen« Die theoretische Kurve M(X) = -FX + AX + B wird durch die Position Xj und die scheinbare elektrophoretische Beweglichkeit Mj für die gemessenen Teilchen bestimmt. Da außerdem die theoretische Kurve aus der scheinbaren alektrophoretischen Beweglichkeit an jeder von einer Vielzahl verschiedener Positionen in einem großen Bereich bestimmt wird und die wahre Position auf der theoretischen Ebene auf Grund der. theoretischen Kurve gemäß dem Verfahren dieser Erfindung ermittelt wird, ist die Messung in hohem Grade zuverlässig. Da ferner alle Teilchen in der Küvette für die Messung verwendet werden können, ist sogar eine befriedigende Messung für das Testobjekt möglich, das eins vergleichsweise geringers Anzahl von Teilchen enthält, Gemäß der Erfindung kann eine mühelose und genaue statistische Analyse sogar für immune Zellen durchgeführt werden, in denen die elektrophoretisch^ Beweglichkeit bei einzelnen Teilchen beträchtlich diffus ist, und ein großer Beitrag kann beim Entwurf und der Herstellung von diagnostischen Instrumenten und Vorrichtungen erwartet v/erden»

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Ausführunqsbeispiel

Die Erfindung wird in einem Ausführungsbeispiel an Hand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1: ein Blockschaltbild für die Anordnung einer bevorzugten Ausführung einer Vorrichtung für die Messung der elektrophoretischen Beweglichkeit gemäß der Erfindung;

Fig. 2: eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Positionsdetektors zur Verwendung in der Vorrichtung für die Messung der elektrophoretischsn Beweglichkeit, die in Fig. 1 dargestellt ist;

Fig« 3: eine schematische Darstellung für dia Anordnung einer mikroskopischen, elektrophoretischen Einrichtung zur Verwendung in der Vorrichtung für die Messung der elektrophoretischen Wänderungsgeschwindigkeit nach Fig,-,!..und

Fig. 4: einen schemätischsn Seitenaufriß für die mikroskopische elektrophoretische Einrichtung, die in Fig. 2 gezeigt ist.

Die Vorrichtung zum Messen der elektrophoretischen Beweglichkeit zur Durchführung des erfindungsgemäSen Verfahrens enthält, bezugnehmend auf Fig, I, eine elektrophoretisch^ Einrichtung I₁ einen Positionsdetsktor 3 zur Messung der Position Xj jedes Teilchens und eine Rechner- und Verarbei-

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tungs-Steuereinrichtung 4, an deren Eingang die Position Xj für ein Teilchen vom Ausgang des Positionsdetektors 3 angeschlossen ist, und außerdem die scheinbare elektrophoretische Beweglichkeit Mj an der Position Xj vom Ausgang der elektrophoretischen Einrichtung l;.eine theoretische Kurve

M(X) = -FX + AX + B wird aus der Position Xj und der scheinbaren elektrophoretischen Beweglichkeit Mj und außerdem aus der wahren elektrophoretischen Beweglichkeit der Teilchen ermittelt.

Der Positionsdetektor 3 für die Verwendung in der Vorrichtung zum Messen der elektrophoretischen Beweglichkeit gemäß Fig. 2 enthält ein selbstfokussierendes Mikroskop zum Messen der Position Xj jedes Teilchens in einer Küvette S, Ein Objektiv 21 des Mikroskops ist in der Nähe der Küvette S angeordnet« Ein stabförmiges Teil 25 ist auf einem Flansch 24 sines Linsenhalters 23 befestigt, der das Objektiv 21 hält« Das stabförmige Teil 25 trägt ein Magnetband 2S» Sin magnetischer Sensor 27 ist dicht am Magnetband 25 angeordnet, von welchem' ein" Ausgahgssignal mittels eines- Coders -29 als⁵*^; Positionssignal Xj erzeugt wird. In einem solchen selbstfokussierenden Mikroskop bewegt sich das Objektiv 21 in der durch den Pfeil 23 angezeigten Richtung, um so das Teilchen innerhalb der Küvette 5 nachzuweisen. ϊ/'enn das Objektiv auf ein Tauchen fokussiert; ist, das sich an einer Position Xj befindet, wird die Bewegung des Objektivs 21 gestoppt. Sobald sich das Objektiv 21,bewegt, um das; Teilchen am; Brennpunkt nachzuweisen, bewegt sich gleichzeitig das Magnetband 26 -lh der durch-den: Pfeil 23. angezeigten'Ric.htung> . so daß der magnetische Sensor 27 die Kennzeichnungssignale 26a

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liest, welche zuvor auf das Magnetband 26 in geeigneten Intervallen aufgenommen werden« Der Coder 29 erzeugt die Position Xj des Teilchens auf der Grundlage der Kennzeichnungssignale 26a, die aus dem Magnetband 26 gelesen werden, und dem Intervall zwischen den Kennzeichnungssignalen. Ferner wird, nachdem die Position Xj des Teilchens bestimmt ist, die Abbildung des Teilchens durch das Objektiv 21 mittels eines Bildverarbeitungsgerätes 30 behandelt, der in dem elektrophoretischen Gerät 1 vorgesehen ist, um die scheinbare elektrophoretische Beweglichkeit Mj des Teilchens zu erzeugen.

Fig, 3 zeigt ein Beispiel der elektrophoretischen Einrichtung 1, in welcher eine Küvette 6, die eine Testprobe enthält/ innerhalb eines thermostatischen Bades 5 angeordnet ist, und ein Probeneinlaß 11 sowie ein ProbcnauslaG 12 werden in der Nähe der beiden Enden der Küvette 6 über vertikal stehenden Glasröhren angeordnet, die daher ausgeweitet sind« Das Thermostatgefäß 5 ist mit siner Temperaturüber.vachungseinrichtung 9 und einem Temperatursensor 10 versehen, um so das Innere der Küvette 6 auf einer konstanten Temperatur zu halten» Die Küvette 5 ist beispielsweise aus Quarz in einer viereckigen, zylindrischen Form mit 550 _um Breite und einem Verhältnis von Höhe zu Breite von 10 hergestellt. Glasröhren, die rechts und links des Zylinders seitlich erweitert sind, werden über Dichtungsscheiben 13; 13' bzw. Trennmembranen 14; 14' geöffnet gegenüber den Elektrolytgefäßen 15; 15', die Phosphorsäurepuffer enthalten; innerhalb der Elektrolytgefäße 15; 15* sind Elektroden 8; 8' angeordnet. Die Elektroden 8; 8* werden in dieser Raihenfolos mit

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einem Polaritätswandler 17 einer Stromversorgung 7 verbunden. Eine Gleichspannung aus der Stromversorgung 7', die zur Einstellung einer Gleichspannung Vb geeignet ist, wird an die Elektroden 8; 8' angeschlossen, um dadurch ein elektrisches Feld an die in der Küvette 6 enthaltenen Testprobe anzulegen. Ein Paar Platinproben 15; 16* zum Spannungsnachweis werden in dem Strömungskanal der Küvette 6 angeordnet, und eine Spannung Va, die zwischen dem Platinprobenpaar zum Spannungsnachvveis feststellbar ist, wird über einen Polaritätswandler 18 der Stromversorgung 7 an die Gleichstromversorgung 7' angelegt, wo die Nachweisspannung Va überwacht wird, so daß die Spannung Va an die Spannung Vb angeglichen wird, d« h., die Spannung Va wird verringert, wenn Va >Vb, und vergrößert, wenn Va *£ Vb, Um die Streuung für die Werte bei der Messung der Elektrophorese zu vermindern, werden die Polaritätswandler 17; so ausgelegt, daß die Messung mehrmals wiederholt werden kann, während die Polarität der Spannung, die bsi jeder Messung an die Elektroden angelegt wird, wechselt. In einer solchen elektrophoretischen Einrichtung, wie sie oben beschrieben ist, wird ein Sildverarbeitungsgerät oder eine Einrichtung 30 zur Messung der Bewegung der Teilchen verwendet, wie es beispielsweise in der US-PS 4 238 767 offenbart ist. Die Einrichtung 30 verarbeitet das Bildsignal, welches das Teilchen innerhalb der Küvette 5 betrifft und durch das Objektiv 21 gebildet wird, um die scheinbare elektrophoretische Beweglichkeit Mj des Teilchens zu erzeugen.

Um sin gutes Signal/Rauschverhältnis des Bildsignals zu «r-

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halten, das zu derEinrichtung 30 geführt wird, beleuchtet das Licht 20 von einer Lichtquelle 19 den Meßbereich in der Küvette 5, wie in Fig, 4 dargestellt. Die Trennmembranen 14; 14' haben den Zweck, die Wirkungen der Gase, die sich bei der Elektrolyse an den Elektroden 8; 8' nach der Elektrophorese der Teilchen, die gemessen werden, entwickeln, zu vermeiden.

Es sollen nun die Arbeitsweise der Vorrichtung zum Messen der elektrophoretischen Beweglichkeit und das Verfahren der Messung der elektrophoretischen Beweglichkeit gemäß der Erfindung beschrieben werden.

Bei der Verwendung dieser Vorrichtung wird zuerst sine Probe in das innere der Küvette 6 eingebracht, und zwar durch öffnen des Probeneinlasses 11 und des Probenauslasses 12; die Temperatur innerhalb des Thermostatgefäßes 5 wird von der Temperaturüberwachungseinricntung 9 für das Thermostatgefäß 5 gesteuert, Wenn die Temperatur abgesenkt wird, wird eine Gleichspannung der Stromversorgung 7 an die Elektroden 3; S¹ angelegt, und zwar derart, daß die Spannung zwischen den Spannungsnachweisproben 15; 15* konstant ist. In diesem Fall wird die Nachweisspannung an den Spannungsnachweisproben 16; 16* hinsichtlich ihrer Polarität in dem Polaritätswandler 18 umgekehrt, und zwar vor der Zuführung an die Gleichspannungsversorgung 7', so daß die Polarität der Spannung, die der Gleichspannungsversorgung 7' zugeführt wird, einheitlich ist, Die Gleichspannungsversorgung 7' ist beispielsweise so aufgebaut, um bei 100 V Wechselspannung am Eingang mit einem maximalen Ausgangswert von 10 mA und 200 V zu arbeiten.

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Wenn daher ein elektrisches Feld von den Elektroden 3; 3* an die Probe im Inneren der Küvette 5 angelegt wird, wandern die in der Probe befindlichen Teilchen zu einer der beiden Elektroden 8; 8*. Dann wird die elektrophoretisch^ Beweglichkeit oder die elektrophoretisch^ Wanderungsgeschwindigkeit der sich bewegenden Teilchen für jede der Positionen in der Küvette 5 durch den Positionsdetektor 3 und die elektrophoretische Einrichtung 1 gemessen. Da die Fließgeschivindigkeit des Mediums infolge des glektroosmotischen Effektes, wie zuvor beschrieben, hinzugefügt wird, ist die auf diese Weise gemessene, elektrophoretisch^ Beweglichkeit die scheinbare elektrophoretische Wanderungsgeschwindigkeit, Wenn die scheinbare elektrophoretisch^ Geschwindigkeit als die Summe der wahren elektrophoretischen Geschwindigkeit der Teilchen und der elektroosmotischeri ' MadiumsfÜaßgeschwindigkeit für jede der Positionen in der Küvette 5 gemessen wird, bildet die Verteilung der gemessener. Daten für dis scheinbare elektrophoretische Beweglichkeit eine theoretische, parabelförmige Kurve, welche mit dem angenäherten Mittelpunkt der Küvette symmetrisch ist, für den Fall, daß die Küvette 5 eine normale Gestaltung hat, wie beispielsweise einen viereckigen oder kreisförmigen Zylinder, wie in diesem Ausführungsbeispiel,

Die scheinbare elektrophoretisch^ Beweglichkeit. Mj an, jeder Position Xj wird für eine Vielzahl von wahlweisen, in der Testprobe enthaltenen Teilchen gemessen, bzw% die Daten--gruppen £xj, Mj 3 · = -~N werden gesammelt, Da die Geschwindigkeitsverteilung des Mediumflusses in der -viereckigen=: Küvette eine parabelförmige Kurve bildet, wie oben beschrie-

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ben, lassen auch die gemessenen Werte im Durchschnitt eine parabelförmige Verteilung entstehen. Es wird hier vorausgesetzt, daß die Beziehung zwischen der Position X und der scheinbaren elektrophoretischen Beweglichkeit M(X) für jedes der Teilchen ebenso eine theoretische Kurve mit unbekannten Parametern F₁ A, 8 ist, d. h. ebenso eine parabelförmige Kurve, die gegeben ist durch

M(X) = - FX² + AX + B. (1)

Die Gleichung (1) wird dann in die Rechner- und Verarbeitungssteuereinrichtung 4 eingegeben, Die Rechner- und Ver» arbeitungssteuereinrichtung 4 wendet dann die Datengruppe fajι Mi 3 · _ ι μ ^au^ die oben stehende Gleichung an und ermittelt die Parameter F, A₁ B durch Anwendung der Methode der kleinsten Quadrate, wenn die Datengruppe £xj , Mj X^_1-M, die, wie oben beschrieben, gemessen wird, eingegeben wird. Die Spitzenposition C für die parabelförmige Kurve M(X) ergibt sich bei A/2F offenbar aus der Gleichung (I)*

Außerdem ist die Position D- für die stationäre Ebene,

sp

wobei die Mediumfließgeschwindigkeit infolge der Elektroosmose Null ist, durch die Formel von Komagata wie folgt gegeben:

Q- = C sp

i 2- I 3 ⁺ ΐ?5 ' H .

Darin bedeuten:

C Spitzenposition für parabelförmige Kurve (= A/2F) D Breite der Küvette

H Höhe der Küvette*

Im 1 W I W U V

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Wird nun vorausgesetzt, daß die wahre elektrophoretisch^ Beweglichkeit der einzelnen Teilchen mj und der mittlere IVert davon m ist, dann läßt sich die scheinbare elektrophoretische Beweglichkeit Mj für die an der Position Xj gemessenen Teilchen wie folgt ausdrucken:

Mj = V(Xj) + tnj = V(Xj) + m + ^j , (3)

wobei V(Xj) eine Mediumfließgeschwindigkeit und Δ j = mj m ist.

Außerdem ist die parabolische Kurve N(X) der Mittelwert für die scheinbare elektrophoretische Beweglichkeit

M (Xj) = V(Xj) + m , (4)

Da die Mediumfließgeschwindigkeit an der stationären, Ebene

als V(D- ) = 0 ausgedrückt wird, wird die wahre eloktro^x sp

phoretische Beweglichkeit nj der einzelnen Teilchen und der Mittelwert rn dafür aus den Gleichungen (1), (3) und (4) wie folgt abgeleitet:

mj = rä + A2 = m + Mj - M(Xj) =

m + Mj - L- FXj² + AXj * B j (5)

Da die Küvettendicke D und die Küvettenhöhe H, die oben erwähnt sind, in die Rechner- und Verarbeitungssteuereinheit 4 eingegeben werden, wird die Position für die stationäre

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Ebene D^ aus der obigen Gleichung (2) und der Position sp

für die stationäre Ebene errechnet, die in der Gleichung der parabeiförmigen Kurve substituiert wird, welche durch die Parameter F₁ A und B definiert ist und, wie oben beschrieben, ermittelt wird, um den Mittelwert in für die wahre elektrophoretische Beweglichkeit, wie in der Gleichung (6), und auch die wahre elektrophoretische Beweglichkeit mi für die einzelnen Teilchen aus der Gleichung (5) zu bestimmen.

Die Probenverteilung ST für die Teilchengruppe, die wie oben stehend ermittelt wird, läßt sich in der folgenden Gleichung ausdrucken:

C ]² / N - 1.

= ΣΓ

Wie. offenbar aus der obigen Analyse für numerische Werte hervorgeht, ist es nicht immer notwendig, daß Xj ein absoluter Abstand von der Wandfläche'der Küvette ist, sondern ein relativer Abstand; wenn er ermittelt werden kann, kann er mit dem absoluten Abstand aus dem berechneten Wert für die theoretische, stationäre Ebene verglichen werden.

offenbar aus dem vorstehenden Analysenprinzip hervorgeht, wird, da die tatsächlich gemessenen Vierte auf die theoretische Kurve angewendet werden, die Messung für die elsktrophoretische Beweglichkeit bevorzugt und in gleichnamigem Ma" von der Vorder- zur Rückseite ö.^r Küvette gemäß dieser Erfindung durchgeführt, obwohl nur die Teilchen au^

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der theoretischen, stationären Ebene als Meßgegenstand nach dem bekannten Verfahren genommen werden. In dieser Beziehung ist diese Erfindung bemerkenswert vorteilhaft gegenüber dem bekannten Verfahren hinsichtlich der Einfachheit der Messung und der Verbesserung des Wirkungsgrades,

Außerdem schafft diese Erfindung ein besonders wirksames Mittel für die Messung der elektrophoretischon Beweglichkeit für solche Testobjekte, wo die Anzahl der zu nessenden Teilchen klein ist oder wo die Probe eine große Veränderung in der Beweglichkeit hinsichtlich der Versuchsbeschränkung oder der Art der gemessenen Probe zeigt. Beispielsweise kann bei der Messung dieser Proben ein solches Verfahren geschaffen werden wie bei der ersten Ermittlung der Geschwindigkeitsverteilung V(X) für das Medium von der Normalprobe mit geringer Veränderung, indem ein Anteil der Testteilchen durch Verwendung des vorhergehenden Verfahrens vorbereitet und die, wahre elektrophoretische .Beweglichkeit mit mj = MO - V(Xj) eingesetzt wird und danach die gemessenen Werte für die Position (Xj) und die scheinbare elektrophoretisch^ Beweglichkeit (Mj) dar gemessenen Teilchen direkt in der oben stehenden Gleichung ersetzt werden.

Diese Erfindung wird nun an Hand eines konkreten Beispiels im einzelnen näher erläutert;

Die Bedingungen für das elekt rophoretische Experims-n t V7ären folgende:

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Probe für die Elektrophorese: Schaf-Erythrozyt

Dispersionsflüssigkeit: Phosphorsäure-Pufferlösung

pH 7,2 (15 χ ICT³ V/(cm) Temperatur bei dar Elektrophorese: 24 ⁰C Küvette: viereckige, zylindrische

Form

reite D = 550 ^im Höhe H = 55CO ym.

Beispiel 1

Die scheinbaren elektrophoretischen Beweglichkeiten für 20 Teilchen wurden an jeder der Positionen in der Küvette gemessen, dargestellt in Tabelle I₁ und die Datengruppe, die ie de·, der Positionen enthält, und der Mittelwert für die scheinbare elektroohoretische Beweglichkeit für 20 Teilchen an jeder der Positionen wurden für die numerische Analyse wie oben stehend benutzt» Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt,

Da die scheinbare Beweglichkeit der MitteLwert für die 20 Teilchen an jeder der Positioren ist, gleichen sich die Veränderungen zwischen den einzelnen Teilchen gegenseitig aus, um auf diese Weise den Mediumfluß genau zu widerspiegeln. Die Kurve M(X), die so ermittelt wird, durchläuft alle tatsächlich gemessenen Werte, Das bedeutet, daß der Fluß in der Küvette exakt eine parabelförmige Kurve beschreibt.

Da übrigens die Breite D der Küvette 500 ^jm ist, wird die Mitte des Flusses üblicherweise bei 275 ym (550/2) ange-

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sehen, jedoch das zuverlässige Ergebnis dieser Datenreihe zeigt, daß sich die Mitte bei 269 yjm befindet, Diese Abweichung von 5 yvi entsteht infolge des Belichtungsvcrfahrens der Dunkelfeldbelichtung. Es zeigt im besonderen den Sachverhalt, daß ein Teilchen, das dann als im Brennpunkt befindlich betrachtet wird, wenn der Brennpunkt einer Objektivlinse 5yUm auf dieser Seite des Teilchens gelegen ist. Mit der Abweichung von 275 bis 259 yxz wird die wahre Position für die stationäre Ebene von

„-ί-Υο D —I/ 7~I 128 D ]

¹⁰⁷^2 "2 V ^1/3 * ΪΓ5 * H J

(=-1 γ

1011 C ~^i;- - V 1/3 '+ 7~| . g J kompensiert. Dies ist

"'ein" völlig neuer^;'Sachverhalt,, der bei dem bekannten Verfahren überhaupt nicht.erwartet werden könnte« Dann wird nr "VM(IOl:) =-i-0-i87 -als/Mittelwort' für die:-wahrä'-elektropilore tische Beweglichkeit der gemessenen Teilchen gebildet.

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Tabelle 1

Gemessener Wert	Scheinbare elektro phoretisch^ Beweg lichkeit (Mittelwert für 20 Teilchen)	Berechneter Wert	M(X) ⁺
Position	0,35 0,85 1,48 1,61 1,44 0,75	Position (X)	0,35 0,36 1,48 1,61 1,44 0,75
50 100 200 275 350 450	50 100 200 275 350 450

Aufgetragene Kurve: M(X) = -FX + AX + 3

(F = 2,62 χ 10'

-5

= 1,41 X 10~²,

.-1

B = -2,91 x 10 Mittelpunkt (C) = 269 (|im) Stationäre Ebene: Position: 101 yr?,

wahre elektrophore-

tische Beweglichkeit; 0,87,

Beispiel 2:

Bei diesem Versuch wurden die scheinbaren olektrophoretischen Beweglichkeiten j die nacheinander für 20 Teilchen bei

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wahlfreien Positionen, dia sich von der Vorder- bis zur Rückseite bewegen, gemessen wurden, und die Datengruppe einer numerischen Analyse untenvorfen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt. Da die gemessenen Vierte Daten darstellen, die ein Teilchen an einem Punkt betreffen, werden sie oberhalb und unterhalb der eingetragenen Kurve verteilt, die von der Streuung der einzelnen Teilchen abhängen, aber die Kurve, die entsprechend der Mittelwerte aufgezeichnet wird, bestätigt gut die obigen experimentellen Ergebnisse (Parameterfehler innerhalb 2 %), Während aus statistischer Sicht der vorhergehende Versuch die gemessenen Werte für 20 Teilchen an jeder der Positionen im Mittel bildet und die Daten, die den Mediumfluß widerspiegeln, exakt liefert, stellt das letztere Experiment die Daten, die die Streuung für die einzelnen Teilchen enthalten, zur Verfugung, Das ist jedoch ein wichtiges Merkmal dieser Erfindung, daß ein exaktes Profil durch die Messung von höchstens 20 Punkten ermittelt werden kann» Auf diese Weise können die wahre stationäre Ebene und die wahre elektrophoratische Beweglichkeit für die einzelne/v Teilchen mit hoher Zuverlässigkeit ermittelt werden.

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Tabelle 2

Geraessener Wert

Position

scheinbare elek trophoretische

Beweglichkeit-

Berechneter Wert

wahre elektrophoretisch^ Beweglichkeit

89 188 283 383 102 204 293 403 129 219 325 426 133 244 332 438 165 252 355

0,72 1,42 1,58 1,34 0,91 1,45 1,52 1,14 1,11 1,54 1,52 1,03 1,11 1,62 1,45 0,88 1,33 1,59 1,45 0,61

0,85 0,87 0,85 0,93 0,92 0,84 0,91 0,86 0,90 0,88 0,S5 0,92 0,84 0,91 0,81 0,86 0,89 0,85 0,90 0,85

'Aufgetragene Kurve: M(X) = -FX" + ΛΧ + B

(F = 2,53 χ 10""⁵,- A = 1,40 χ ΙΟ"², B = »2,91 χ ΙΟ*"¹) Mittelpunkt (C) = 271 (,um) Stationäre Ebene: Position: 103 jjn wahre elektrophoretisch^ Beweglichkeit 0,87,

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In dieser Erfindung sind die in der Testprobe enthaltenen Teilchen nicht nur von kugeliger oder runder Fora, sondern weisen auch beliebige andere Formen auf. Außerdem enthalten sie alle Arten von geladenen Teilchen, beispielsweise solche geladenen Teilchen, die für Lebewesen wesentlich sind, wie z. B. Leukozyten, Erythrozyten, Zellen (Krebszelle), Testsperma ebenso wie Bakterien, Algen, Pilze, schwere Metallteilchen (beispielsweise TiCL) und dergleichen,

Außerdem kann die theoretische Kurve jeder Messung der Position Xj und der scheinbaren elektrophoretischen Beweglichkeit Mj für jedes der Teilchen ermittelt werden, und zwar durch Ersetzen der Position der stationären Ebene in der theoretischen Kurve. In dem Fall jedoch, wo Form und Abmessung der Küvette gleich sind, wenn die theoretische Kurve ein einziges Mal durch die ersten gemessenen Datsn Xj und Mj für jedes der Teilchen bestimmt wird, ist es nicht notwendig, die theoretische Kur-'ο jsder'Messung cisr Position Xj und dar scheinbaren elektrcphorstischen Beweglichkeit" Mj für jed-e-'s"der^v-Teilchen *zC; srmittsln'i

Claims

15.2,1983 - 22 - 61 351/13 Erfindungsanspruch

1. Verfahren zum Messen der elsktrophoretischen Beweglichkeit von Teilchen, gekennzeichnet durch die Messung der Position Xj für jedes der in einer Testprobe enthaltenen Teilchen, und das Anlegen eines elektrischen Feldes an die Testprobe, um die scheinbare elektrophoretisch^ Beweglichkeit Mj an der Position Xi für jedes der Teilchen zu messen, und Ersetzen der Position für die stationäre Ebene, bei welcher die Fließgeschwindigkeit infolge des elektroosmotischen Effektes Null ist, in der

theoretischen Kurve M(X) = -FX + AX + B auf der Grundlage der Position Xj und der scheinbaren elektrophoretischen Beweglichkeit Mj für die gemessenen Teilchen, um die wahre elektrophoretisch^ Beweglichkeit für die Teilchen zu bestimmen,

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M(X) = - FX + AX + B auf der Grundlage der Position Xj und der scheinbaren elektrophoretischsn Beweglichkeit Mj für die gemessenen Teilchen zur Bestimmung der ivahren elektrophoretischen Beweglichkeit für die Teilchen,

2. Verfahren nach Punkt I₁ gekennzeichnet dadurch, daG die

theoretische Kurve M(X) = -FX + AX + 3 durch die Position Xj und die scheinbare elektrophorstische Beweglichkeit Mj für die gemessenen Teilchen bestimmt wird.

3. Vorrichtung zum-Messen der elektrophoretischen Beweglichkeit von Teilchen, gekennzeichnet durch Mittel für die Messung der Position Xj für jedes der in einer Testprobe enthaltenen Teilchen, Mittel für das Anlegen.aines elektrischen Feldes an die Testprobe zur Bestimmung der scheinbaren elektrophoretischen Beweglichkeit Mj an dar Position Xj für jedes dor Teilchen, und Mittel zum Ersetzen der Position für die stationäre Ebons, bei ^;\'elch";r

mm - w a w φ V

15,2,1983 - 23 - 51 351/13

die Fließgeschwindigkeit infolge des elektroosmotischen Effektes Mull ist, in der theoretischen Kurve

4, Vorrichtung nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß die theoretische Kurve M(X) = - FX~ + AX + 3 durch die Position Xi und die scheinbare elektrophoretische Beweglichkeit Mj für die gemessenen Teilchen bestimmt wird

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