DD256192A1

DD256192A1 - METHOD AND DEVICE FOR MEASURING THE ROLLING SPECTRUM OF DIELECTRIC OBJECTS

Info

Publication number: DD256192A1
Application number: DD28122385A
Authority: DD
Inventors: Jan Gimsa; Roland Glaser; Guenter Fuhr
Original assignee: Univ Berlin Humboldt
Priority date: 1985-09-30
Filing date: 1985-09-30
Publication date: 1988-04-27
Also published as: DE3631038A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, um das Rotationsspektrum dielektrischer Koerper im rotierenden Hochfrequenzfeld schnell und EDV-gerecht zu messen. Dabei handelt es sich um die Analyse von technischen und biologischen Objekten. Mit dieser zerstoerungsfreien Methode sind Aussagen ueber die Natur und Beschaffenheit der untersuchten Koerper und ihre Oberflaechen moeglich. Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Messung des Rotationsspektrums dielektrischer Objekte im rotierenden Hochfrequenzfeld durch Messung des gesamten Kurvenverlaufs der Rotation als Funktion der Frequenz des applizierten elektrischen Feldes. Erfindungsgemaess wird jeder Frequenz ein Parameter, z. B. das Verhaeltnis der Einschaltzeiten von zwei Kompensationsfeldern, oder bei vorgegebenem Einschaltzeitverhaeltnis der beiden Frequenzen der Abstand zur zweiten Frequenz zugeordnet, der notwendig ist, um das Messobjekt mit einer bestimmten Winkelgeschwindigkeit (z. B. 0) zu versehen. Diese Winkelgeschwindigkeit dient als Kriterium zur Festlegung der Parameter aus denen das Rotationsspektrum ermittelt wird.The invention relates to a method for measuring the rotation spectrum of dielectric bodies in the rotating high-frequency field quickly and in an EDP-compliant way. It is the analysis of technical and biological objects. Statements about the nature and condition of the examined bodies and their surfaces are possible with this non-destructive method. The object of the invention is to provide a method and a device for measuring the rotational spectrum of dielectric objects in the rotating high-frequency field by measuring the entire curve of the rotation as a function of the frequency of the applied electric field. According to the invention each frequency is a parameter, e.g. For example, the ratio of the switch-on times of two compensation fields, or for a given switch-on time ratio of the two frequencies, the distance to the second frequency, which is necessary to provide the measurement object with a certain angular velocity (eg 0). This angular velocity serves as a criterion for defining the parameters from which the rotation spectrum is determined.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, um das Rotationsverhalten dielektrischer Körper im rotierenden Hochfrequenzfeld (im folgenden als ELEKTROROTATION bezeichnet) schnell und EDV-gerecht zu messen. Dabei handelt es sich um die Analyse von technischen und biologischen Objekten (makroskopische Körper sowie Suspensionen von Partikeln und biologischen Strukturen). Die Elektrorotation ist eine zerstörungsfreie Methode, die Aussagen über die Natur und Beschaffenheit der untersuchten Körper und ihre Oberfläche erlaubt.The invention relates to a method for measuring the rotational behavior of dielectric bodies in the rotating high-frequency field (referred to below as ELECTROROTATION) in a fast and EDP-compliant way. This involves the analysis of technical and biological objects (macroscopic bodies as well as suspensions of particles and biological structures). Electrorotation is a nondestructive method that allows statements about the nature and condition of the examined bodies and their surface.

Characteristic of the known technical solutions

Die Methode der Elektrorotation läßt sich zur Charakterisierung dielektrischer Eigenschaften technischer und biologischer Objekte einsetzen. Erste Darstellungen der Methode datieren bereits in die 20er Jahre (Lertes, ZS für Physik 4 [1921] 315 und 6 [1921] 56). Dertechnische Einsatz der Elektrorotation ist bereits in Patenten fixiert (Arnold u. Zimmermann DE 3325843 A1, DE 3325860 A1, Fuhr und Glaser WPG 01 N/255322.5, Mathies et. al. WPG 01 N/276901.4). Durch Publikationen ist der Einsatz dieser Methode vor allem auf biologischem Gebiet nachgewiese'n (ARNOLD, W. M.; WENDT, B.; ZIMMERMANN, U.; KORENSTEIN, R., BBA 813 [1985] 117; ARNOLD, W. M.; ZIMMERMANN, U.; Z. Naturforsch. 37c [1982] 908, FUHR, G.; [1985] Dissertation, Humboldt-Universität, Berlin; GLASER, R.; FUHR, G.; in: BLANK, M.; (Ed.) Electric Double Layers in Biology, Plenum Press New York, 1985, GLASER, R.; FUHR, G.; GIMSA₁J.; studia biophyisca 102 [1985] 11; LOVELACE, R. V. E.; STOUT, D.G.; STEPONKUS, P. L; J. Membrane Biol. 32 [1984] 175; MISCHEL, M.; POHL, H.A.; J. Biol. Physics 11 [1983] 98; POHL, H.; Intern. J.Quant. Chem. 10 [1983] 161).The method of electrorotation can be used to characterize dielectric properties of technical and biological objects. First representations of the method date back to the 1920s (Lertes, ZS für Physik 4 [1921] 315 and 6 [1921] 56). The technical application of electrorotation is already fixed in patents (Arnold and Zimmermann DE 3325843 A1, DE 3325860 A1, Fuhr and Glaser WPG 01 N / 255322.5, Mathies et al, WPG 01 N / 276901.4). Through publications, the use of this method has been demonstrated above all in the biological field (ARNOLD, WM, WENDT, B. ZIMMERMANN, U. KORENSTEIN, R., BBA 813 [1985] 117; ARNOLD, WM; ZIMMERMANN, U. Z. Naturforsch 37c [1982] 908, FUHR, G .; [1985] Dissertation, Humboldt University, Berlin; GLASER, R .; FUHR, G .; in: BLANK, M .; (Ed.) Electric Double Layers in Biology, plenum Press New York, 1985, GLASER, R .; Fuhr, G .; Gimsa ₁ J .; studia biophyisca 102 [1985] 11; Lovelace RVE; STOUT, DG; STEPONKUS, P. L; J. Membrane Biol. 32 [1984] 175; MISCHEL, M., POHL, HA; J. Biol. Physics 11 [1983] 98; POHL, H .; Internal J.Quant. Chem. 10 [1983] 161).

Bei den bisher üblichen Methoden wird die Winkelgeschwindigkeit der Zellen, bzw. die Rotation R (Winkelgeschwindigkeit/ Quadrat der Feldstärke) als Funktion der applizierten Frequenz des rotierenden Feldes durch mikroskopische Beobachtung mit Hilfe einer Stoppuhr gemessen. Im Patent Arnold u. Zimmermann (DE 3325843 A1) wird bereits eine Kompensationsmethode beschrieben, die eine schnellere Messung erlaubt. In diesem Patent wird vorgeschlagen, die Resonanzfrequenz (f) eines Objektes, d. h. die Frequenz maximaler Rotation, durch Applikation zweier rotierender Felder entgegengesetzten Drehsinnes mit den beiden Frequenzen (f*n) und (f/n) durch schnelles Umtasten dieser Felder im Verhältnis 1:1 zu bestimmen. Auf diese Weise könnte schnell und bequem die Resonanzfrequenz für Objekte bestimmt werden, die sich wie einschalige Kugeln verhalten. In dem Patent von Arnold u. Zimmermann wird ferner vorgeschlagen, Objekte verschiedener dielektrischer Eigenschaften dadurch zu unterscheiden, daß bei Anlegen des umtastbaren Feldes bei einer bestimmten Frequenz (f), Objekte der einen Art zum Stillstand gebracht werden können, während die anderen noch rotieren. Das soll die Unterscheidung lebender von toten Zellen ermöglichen bzw. erlauben, den Anteil abgetöteter Zellen zu bestimmen. Eigene Untersuchungen an komplexen Objekten, vor allem an mehrschichtigen biologischen Zellen haben jedoch gezeigt, daß für eine genaue Bestimmung der gesuchten Objektparameter eine einfache Registrierung-der Frequenz maximaler Rotation nicht ausreicht. Es muß für eine gezielte Untersuchung insbesondere biologischer Objekte vielmehr der gesamte Kurvenverlauf der Rotation als Funktion der Frequenz des applizierten elektrischen Feldes gemessen werden. Die von Arnold und Zimmermann vorgeschlagene Messung der Resonanzfrequenz (f1) ist bei komplizierter strukturierten Objekten nur als grober Näherung sinnvoll.In the hitherto customary methods, the angular velocity of the cells or the rotation R (angular velocity / square of the field strength) as a function of the applied frequency of the rotating field is measured by microscopic observation with the aid of a stopwatch. In the patent Arnold u. Zimmermann (DE 3325843 A1) is already described a compensation method that allows faster measurement. In this patent, it is proposed that the resonant frequency (f) of an object, i. H. To determine the frequency of maximum rotation, by applying two rotating fields of opposite sense of rotation with the two frequencies (f * n) and (f / n) by rapidly keying these fields in the ratio 1: 1. In this way, the resonant frequency could quickly and conveniently be determined for objects that behave like single-shelled spheres. In the patent of Arnold u. Zimmermann is also proposed to distinguish objects of different dielectric properties in that, when the field to be scanned is applied at a certain frequency (f), objects of one kind can be stopped while the others are still rotating. This should allow the distinction of living from dead cells or allow to determine the proportion of dead cells. However, our own investigations on complex objects, above all on multilayer biological cells, have shown that a simple registration of the frequency of maximum rotation is not sufficient for an accurate determination of the sought object parameters. For a targeted examination of, in particular, biological objects, it is necessary to measure the entire curve of the rotation as a function of the frequency of the applied electric field. The measurement of the resonance frequency (f1) proposed by Arnold and Zimmermann is only useful as a rough approximation for complex structured objects.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist die schnelle und sichere Vermessung des gesamten Rotationsspektrums als Funktion der Frequenz zur gezielten Untersuchung dielektrischer, insbesondere biologischer Objekte. Dabei soll die Auswertung vereinfacht und ein EDV-gerechter Parameter ermittelt werden.The aim of the invention is the rapid and reliable measurement of the entire rotation spectrum as a function of the frequency for the targeted examination of dielectric, in particular biological objects. The evaluation should be simplified and a computer-compatible parameter should be determined.

Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Messung des Rotatiansspektrums dielektrischer Objekte im rotierenden Hochfrequenzfeld durch Vermessung des gesamten Kurvenverlaufs der Rotation als Funktion der Frequenz des applizierten elektrischen Feldes mittels einer Kompensationsmethode. Dies ist insbesondere bei mehrschaligen Objekten, wie Protoplasten und vielen tierischen Zellen, notwendig.The object of the invention is to provide a method and a device for measuring the rotatory spectrum of dielectric objects in the rotating radio-frequency field by measuring the entire curve of the rotation as a function of the frequency of the applied electric field by means of a compensation method. This is especially necessary for multi-shell objects, such as protoplasts and many animal cells.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei jeder zu messenden Frequenz das Objekt durch Kompensation in eine bestimmte Winkelgeschwindigkeit versetzt wird und zur Ermittlung der gesamten Funktion R(f) Parameter ausgewertet werden, durch deren Variation diese Winkelgeschwindigkeit erzielt wurde.According to the invention the object is achieved in that at each frequency to be measured, the object is offset by compensation in a certain angular velocity and evaluated to determine the entire function R (f) parameters, the variation of which angular velocity was achieved.

Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Meßprinzips kann z. B. jeder Frequenz als Parameter, das Verhältnis der Einschaltzeiten von zwei Kompensationsfeldern, oder bei vorgegebenem Einschaltzeitverhältnis der beiden Frequenzen der Abstand zur zweiten Frequenz zugeordnet werden, der notwendig ist, um das Meßobjekt mit einer bestimmten Winkelgeschwindigkeit zuversehen. Aus diesen Parametern kann dann leicht die Funktion R(f) bestimmt werden. Die somit erhaltenen Parameter können auch mit Hilfe eines Mikrorechners ausgewertet werden.By applying the measuring principle according to the invention z. B. each frequency as a parameter, the ratio of the turn-on of two compensation fields, or for a given Einschaltzeitverhältnis the two frequencies of the distance to the second frequency are assigned, which is necessary to assign the measuring object with a certain angular velocity. The function R (f) can then be easily determined from these parameters. The parameters thus obtained can also be evaluated with the aid of a microcomputer.

Erfindungsgemäß wird die Winkelgeschwindigkeit des untersuchten Objektes durch eine Kompensationsschaltung auf einen vorgegebenen Wert, bzw. auf ein Vielfaches dieses vorgegebenen Wertes, oder auf den Wert 0 gebracht.According to the invention, the angular velocity of the examined object is brought by a compensation circuit to a predetermined value, or to a multiple of this predetermined value, or to the value 0.

Zur Auswertung der Rotation werden die meßtechnisch leicht erfaßbaren Parameter der Kompensationsanordnung, die zur Erfüllung der oben genannten Bedingung führen, herangezogen. Voraussetzung für die Messungen sind:For evaluating the rotation, the metrologically easily detectable parameters of the compensation arrangement, which lead to the fulfillment of the abovementioned condition, are used. Precondition for the measurements are:

1. Eine Meßkammer bestehend aus mindestens 3 Elektroden.1. A measuring chamber consisting of at least 3 electrodes.

2. Mindestens ein Generator variabler Frequenz bzw. mehrere Generatoren fester Frequenz, oder beides.2. At least one variable frequency generator or several fixed frequency generators, or both.

3. Eine Schaltungsanordnung, die in der Lage ist, in der Meßkammer aus den durch den oder die Generatoren bereitgestellten Spannungen rotierende Felder mit den zu untersuchenden Frequenzen und erforderlichen Drehrichtungen zu erzeugen.3. A circuit arrangement which is capable of generating in the measuring chamber from the voltages provided by the generator or generators rotating fields with the frequencies to be examined and required directions of rotation.

4. Die Schaltung muß das Schalten von einer bzw. das Umschalten zwischen zwei oder mehreren Frequenzen erlauben. Bei Verwendung von 6 oder mehr Elektroden kann eine Kompensation auch durch das gleichzeitige Erzeugen der Kompensationsfelder über zwei oder mehr Elektrodensätze und direkte Überlagerung in der Meßkammer erreicht werden. Imfolgenden sollen die Merkmale der Erfindung am Beispiel der Variation der Schaltzeiten bei fixierten Amplitudenwerten (d.h. Feldstärken) der Felder erläutert werden.4. The circuit must allow the switching of one or the switching between two or more frequencies. When using 6 or more electrodes, compensation can also be achieved by simultaneously generating the compensation fields over two or more electrode sets and direct superposition in the measuring chamber. In the following, the features of the invention will be explained using the example of the variation of the switching times at fixed amplitude values (i.e., field strengths) of the fields.

Die Messungen werden in einer 4-Elektroden-Kammer durchgeführt. Durch eine elektronische Schaltung ist es möglichen der Meßkammer abwechselnd zwei rotierende Felder gleicher Feldstärke zu erzeugen, die auf das Objekt ein entgegengesetztes Drehmoment ausüben. Die Frequenzen der Felder und das Verhältnis der Einschaltzeiten lassen sich variieren (siehe auch Fig. 1). Das Ziel ist es, die gesamte Funktion R(f) mit einer Kompensationsmethode zu erfassen.The measurements are carried out in a 4-electrode chamber. By means of an electronic circuit, it is possible for the measuring chamber to alternately produce two rotating fields of the same field strength, which exert an opposite torque on the object. The frequencies of the fields and the ratio of the turn-on times can be varied (see also Fig. 1). The goal is to capture the entire function R (f) with a compensation method.

Dabei kann folgendes Meßprinzip angewandt werden: Zunächst wird eine Bezugsfrequenz gewählt, die mit möglichst großem Drehmoment das zu messende Objekt in Bewegung setzt. Dies könnte z.B. die Frequenz maximaler Rotation (fc1) sein. Im folgenden wird diese Bezugsfrequenz wechselweise mit einer variablen Frequenz (Meßfrequenz) appliziert, derart, daß dadurch der Drehsinn des Meßobjektes in schneller Folge wechselt. Die Einschaltzeiten (t 1, t2) beider Frequenzen sind so bemessen, daß entsprechend der mechanischen Trägheit des Objektes optisch lediglich die Resultierende aus beiden Drehmomenten auf das Objekt sichtbar wird. Durch manuelle Regulation oder durch den Steuerbefehl eines automatischen Bildauswerte-Gerätes wird die Relation der Einschaltzeiten beider Frequenzen zueinander solange variiert bis die resultierende Rotation gleich Null wird, d. h. das untersuchte Objekt nicht mehr rotiert. Dies bedeutet, daß die Wirkung beider Felder, d. h. das Produkt aus Rotations-Energie und Einschaltzeit gleich ist. Dieser Zustand vollständiger gegenseitiger Kompensation der Rotationswirkung durch die Felder kann ausgewertet werden: Ein völliger Stillstand des Objektes wird erreicht, wenn gilt:The following measuring principle can be used: First, a reference frequency is selected which sets the object to be measured in motion with the greatest possible torque. This could e.g. be the frequency of maximum rotation (fc1). In the following, this reference frequency is applied alternately with a variable frequency (measuring frequency), such that thereby the direction of rotation of the object to be measured changes in rapid succession. The switch-on times (t 1, t 2) of both frequencies are so dimensioned that according to the mechanical inertia of the object, only the resultant of both torques on the object becomes optically visible. By manual regulation or by the control command of an automatic image evaluation device, the relation of the switch-on times of both frequencies is varied until the resulting rotation becomes equal to zero, i. H. the examined object no longer rotates. This means that the effect of both fields, i. H. the product of rotational energy and turn-on time is the same. This state of complete mutual compensation of the rotation effect by the fields can be evaluated: A complete standstill of the object is achieved if:

ti -R1 =t2· R2ti -R1 = t2 * R2

(wobei gelten soll: R1 = Rotation des Objektes bei der Bezugsfrequenz, R2 = Rotation des Objektes bei der Meßfrequenz.) Ist R1, sowie das Verhältnis t1/t2 bekannt, so ergibt sich:(where: R1 = rotation of the object at the reference frequency, R2 = rotation of the object at the measurement frequency.) If R1, as well as the ratio t1 / t2 known, it follows:

R2 = R1.-t1:t2R2 = R1.-t1: t2

In Fig. 1 ist das Blockschaltbild dieses Gerätes dargestellt. Die Frequenzen (f) der Generatoren (1) und (2) sind durchstimmbar. Mit dem Schalter S1 kann wahlweise die Frequenz von Generator (1) oder (2) zur Phasenaufspaltung Baugruppe (3) für die 4 Elektroden der Meßkammer (5) weitergeleitet werden. Der Schalter S2 bewirkt eine Umkehr des Drehsinnes des elektrischen Feldes in der Kammer. Für die Ermittlung der Funktion R(f) wird der Generator für die Bezugsfrequenz (1) auf eine Frequenz eingestellt, bei der das zu untersuchende Objekt verhältnismäßig schnell rotiert (Bezugsfrequenz). Jetzt kann der andere Generator (2) auf die gewünschte Messfrequenz eingestellt werden. Es ist zu beachten, ob bei dieser Frequenz der Drehsinn des Objektes, dem der zuvor festgelegten Bezugsfrequenz entspricht. Trifft dies zu, so muß bei der nachfolgenden Messung der Schalter S 2 gleichzeitig mit S1 umgeschaltet werden. Das Tastverhältnis wird entweder automatisch oder mit Hand über die Steuerung (4) festgelegt. Für die Ermittlung der Funktion R(f) ist das Tastverhältnis von S1 bei einjustiertem Stillstand des Objektes zu registrieren.In Fig. 1, the block diagram of this device is shown. The frequencies (f) of the generators (1) and (2) are tunable. With the switch S1, either the frequency of generator (1) or (2) for phase splitting module (3) for the 4 electrodes of the measuring chamber (5) can be forwarded. The switch S2 causes a reversal of the sense of rotation of the electric field in the chamber. For the determination of the function R (f), the reference frequency generator (1) is set to a frequency at which the object to be examined rotates relatively fast (reference frequency). Now the other generator (2) can be set to the desired measuring frequency. It should be noted that at this frequency the direction of rotation of the object corresponds to the previously defined reference frequency. If this is true, the switch S 2 must be switched simultaneously with S1 in the subsequent measurement. The duty cycle is set either automatically or manually via the controller (4). To determine the function R (f), the duty cycle of S1 must be registered when the object is stopped.

embodiments

Zur Illustration des Funktionsprinzips des Gerätes sei das Elektrorotationsspektrum eines mehrschichtigen Objektes mit einem Aufbau entsprechend Fig. 2 demonstriert. Es handelt sich demzufolge um eine Elektrolytphase (1), die von einer kugelförmigen Schale andersartiger dielektrischer Eigenschaften (2) umgeben ist. Diese wiederum befinde sich konzentrisch in einem weiteren Eloktrolytraum (31, der seinerseits durch die Phase (4) kugelförmig begrenzt ist. Das zu untersuchende Objekt befindet sich in einer Meßlösung, deren dielektrische Parameter durch den Index e gekennzeichnet sind. Die dielektrischen Eigenschaften eines solchen Modells werden durch die Dielektrizitätskonstanten (DK), Leitfähigkeiten (G) und Radien (R) bzw. Schichtdicken (d) festgelegt.To illustrate the functional principle of the device, the electro-rotation spectrum of a multilayer object with a structure according to FIG. 2 is demonstrated. It is therefore an electrolyte phase (1), which is surrounded by a spherical shell of different dielectric properties (2). This in turn is located concentrically in a further electrolyte space (31, which in turn is spherically delimited by the phase (4).) The object to be examined is in a measuring solution whose dielectric parameters are indicated by the subscript e The dielectric properties of such a model are determined by the dielectric constants (DK), conductivities (G) and radii (R) or layer thicknesses (d).

Überträgt man das Modell auf einen pflanzlichen Protoplasten mit zentraler Vacuole so lassen sich diese physikalischen Größen folgendermaßen zuordnen:If the model is transferred to a plant protoplast with a central vacuole, these physical parameters can be assigned as follows:

DKDK GG R bzw. dR or d VacuoleninnenraumVacuoleninnenraum ε1ε1 G1G1 R1R1 Tonoplasttonoplast ε2ε2 G2G2 d1d1 Cytoplasmacytoplasm ε3ε3 G3G3 d2d2 Plasmalemmaplasmalemma ε4ε4 G4G4 d3d3 Außenmediumexternal medium sese GeGe

Fig.3 demonstriert den theoretisch berechneten Verlauf eines Elektrorotationsspektrums eines solchen Objektes bei unterschiedlichen Werten der äußeren Leitfähigkeit. Es ist ersichtlich, daß eine Variation der äußeren Leitfähigkeit nicht nur die Position der Kurve, sondern darüber hinaus auch deren Form verändertFIG. 3 demonstrates the theoretically calculated course of an electrorotation spectrum of such an object at different values of the external conductivity. It can be seen that a variation of the external conductivity not only changes the position of the curve, but also its shape

Es wurden folgende Werte als fest angenommen: The following values were assumed to be fixed:

ε 1=70 G 1=0,8 S/mε 1 = 70 G 1 = 0.8 S / m

s2 = 6 G2=1,0/iS/m d1=8nms2 = 6 G2 = 1.0 / iS / m d1 = 8nm

ε3 = 50 G3 = 0,1 S/m d2 = 2ftmε3 = 50 G3 = 0.1 S / m d2 = 2ftm

ε4 = 6 G4 = 0,1/iS/m d3 = 8nm 'ε4 = 6 G4 = 0.1 / iS / m d3 = 8nm '

ε5 = 75 Ρβ = 2ε5 = 75 Ρβ = 2

Variiert wurde die Leitfähigkeit des äußeren Mediums (Ge): = 3mS/m, = 10mS/m.The conductivity of the outer medium (Ge) was varied: = 3mS / m, = 10mS / m.

In Fig.4sind Meßpunkte dargestellt, die an einem Brassica oleracea Protoplasten im niederfrequenten Bereich des Rotationsspektrums gewonnen wurden. Der Durchmesser der Zelle betrug 22μ.ηη, die Leitfähigkeit des äußeren Mediums 8,6mS/m und die Feldstärke 3240V/m.FIG. 4 shows measurement points which were obtained on a Brassica oleracea protoplast in the low-frequency range of the rotation spectrum. The diameter of the cell was 22μ.ηη, the conductivity of the outer medium 8,6mS / m and the field strength 3240V / m.

Bei. der Frequenz f1 (Bezugsfrequenz) tritt die Rotation RI und bei der Frequenz f 2 die Rotation R2auf. Daserfindungsgemäße Meßprinzip erlaubt es nun, die Funktion R(f) wie folgt zu bestimmen. Es wird zunächst die Bezugsfrequenz f1 in der Nähe des Rotationsmaximums festgelegt (10OkHz). Die Meßfrequenz soll z.B. 1OkHz betragen. Der Drehsinn des Objektes ist bei beiden Frequenzen gleich. Der Drehsinn des applizierten Feldes muß also zusammen mit den Frequenzen geschaltet werden (siehe Fig. T). Bei Verwendung des Prinzips der Variation der Schaltzeit bei konstanter Feldstärke ergibt sich die Rotation des Objektes bei der Meßfrequenz nach der oben angegebenen Formel. Auf diese Weise kann Punkt für Punkt der Kurve durch Beibehaltung der Bezugsfrequenz und Variation der Meßfrequenz bestimmt werden.In. the frequency f1 (reference frequency), the rotation RI and at the frequency f 2, the rotation R2 occurs. The measuring principle according to the invention now makes it possible to determine the function R (f) as follows. First, the reference frequency f1 is set near the rotation maximum (10OkHz). The measuring frequency should e.g. 1OkHz. The direction of rotation of the object is the same at both frequencies. The direction of rotation of the applied field must therefore be switched together with the frequencies (see FIG. T). When using the principle of the variation of the switching time at constant field strength, the rotation of the object at the measuring frequency results according to the formula given above. In this way, point by point of the curve can be determined by maintaining the reference frequency and varying the measurement frequency.

Zur einfachen Unterscheidung von Objekten mit einem Rotationsspektrum, das einer einschaligen Kugel entspricht von solchen mit komplizierterem Verlauf, sowie für die Analyse eines solchen Objektes kann auch folgendes, bereits erwähntes Verfahren angewendet werden: In diesem Falle ist das Verhältnis der Einschaltzeiten der beiden Felder fixiert (z. B. gleich). Beide Felder sind so geschaltet, daß sie auf das Objekt ein gegensinnig wirkendes Drehmoment ausüben. Die Kompensation erfolgt jetzt durch Variation der Frequenzen. Sind die Kompensationsbedingungen erfüllt, d. h. zeigt das Objekt keine Rotation mehr, dann kann eine mittlere Frequenz (logarithmischer Mittelwert) bestimmt werden. Der Abstand beider Frequenzen zueinander wird nun verändert und das Verfahren wiederholt. Bei einem Rotationsspektrum einer einschaligen Kugel sind die Mittelfrequenzen jeweils gleich. Eine Veränderung der Mittelfrequenzen bei Variation des Frequenzabstandes zeugt von einem komplizierteren Rotationsspektrum. Aus den gemessenen Mittelfrequenzen kann mit Hilfe eines Rechners die dielektrische Eigenschaft des untersuchten Objektes ermittelt werden. (Das Blockschaltbild einer solchen Anordnung entspricht der von Fig. 1, wobei die Baugruppe [2] z.B. ein durch die Steuerung programmierbarer Teiler für die durch den Generator [1] erzeugte Frequenz sein könnte.)For a simple differentiation of objects with a rotation spectrum corresponding to a single-shell sphere from those with a more complicated course, as well as for the analysis of such an object, the following already mentioned method can be used: In this case the ratio of the switch-on times of the two fields is fixed ( eg the same). Both fields are switched so that they exert an opposing torque on the object. The compensation is now done by varying the frequencies. If the compensation conditions are met, i. H. If the object no longer shows any rotation, then a mean frequency (logarithmic mean) can be determined. The distance between the two frequencies is changed and the procedure repeated. In a rotation spectrum of a single-shell ball, the center frequencies are the same. A change in the center frequencies with variation of the frequency spacing indicates a more complicated rotation spectrum. From the measured center frequencies, the dielectric property of the examined object can be determined with the help of a computer. (The block diagram of such an arrangement is similar to that of Fig. 1, where assembly [2] could be, for example, a controller programmable divider for the frequency generated by generator [1].)

Beide hier dargestellten Meßmethoden lassen sich kombinieren. Both measuring methods shown here can be combined.

Claims

1. A method for measuring the rotational spectrum of dielectric bodies, in particular biological objects such as individual cells or cell or particle aggregates in a rotating electric field by measuring the entire curve of the rotation as a function of the frequency of the applied electric field by means of a compensation method, characterized that at each frequency to be measured the object is offset by compensation in a certain angular velocity or stagnation and evaluated to determine the entire rotation spectrum parameters, the variation of which this angular velocity was achieved.

2. The method according to claim 1, characterized in that as a criterion for determining the parameters for determining the rotation spectrum of the dielectric body either the stoppage of the body in the rotating field or a fixed constant angular velocity or a multiple or a fraction thereof or the inversion of the sense of rotation or a combination of the above criteria is used.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that when using a rotating field, this is switched on periodically that when using two or more fields, these are switched on simultaneously, successively or periodically.

4. The method according to claim 1-3, characterized in that the dielectric body and its angular velocity and the angular frequency of the rotating field (s), and / or their amplitude changes, turn-on times, pulse shapes from which the field composition can be measured and thus parameters are determined whose evaluation gives the ..rotational spectrum of the dielectric body.

5. The method according to claim 1-4, characterized in that one works in continuously or / and discontinuously rotating fields.

6. The method of claim 1-5, characterized in that a compensation by varying the pulse length and / or the shape of the individual voltage waveforms that make up the rotating field or / and variation of the amplitude of these voltages and / or periodic connection of the rotating field (s) is achieved by varying the duration of the field-action time or by changing the distance of the frequencies between two or more fields and the measurement of the varied parameters leads to the determination of the rotation spectrum.

7. The method according to claim 1-6, characterized in that the same or different pulses or periodic voltages such as sine, triangular, rectangular or other voltage waveforms are used to generate the fields.

8. The method according to claim 1-7, characterized in that the evaluation of the measured variable or measured variables via a video system and the Meßwertbehandlung computer or microprocessor controlled takes place and leads to the presentation or immediate evaluation of the rotational spectrum. _s

9. A device for carrying out the method according to claim 1-8, characterized in that at least one generator which is variable in frequency or provide a sufficiently large number of generators or dividers voltages of different frequencies, via a controlled by a control part switching logic on an assembly for phase splitting are connected, which generates the corresponding phase shift for generating a rotating field in a measuring chamber of at least three electrodes, wherein the direction of the rotating field can be reversed at this module by the controller.

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