DE102021113471A1 - Method and device for determining the state of suspended moving particles - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung 100 zur Bestimmung des Zustands suspendierter bewegter Partikel unter Verwendung eines strahlungsaktivierbaren Stoffs, der im nicht aktivierten Zustand in das Innere der Partikel eindringen kann oder an deren Oberflächen bindet, ohne dabei den zu bestimmenden Zustand der Partikel zu beeinflussen, und der im aktivierten Zustand eine Vernetzung von Strukturen oder Bestandteilen, z.B. Proteinen, in den zu untersuchenden Partikeln bewirkt.The invention relates to a method and a device 100 for determining the state of suspended moving particles using a radiation-activatable substance which, in the non-activated state, can penetrate into the interior of the particles or binds to their surfaces without influencing the state of the particles to be determined , and which, when activated, causes structures or components, e.g. proteins, to network in the particles to be examined.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft die Vermessung von suspendierten Partikeln, die sich entweder mit oder in der Suspension bewegen. Insbesondere befasst sich die vorliegende Erfindung mit der Vermessung der Eigenschaften bewegter suspendierter Partikel, die durch die Bewegung der Partikel beeinflusst werden.The present invention relates to the measurement of suspended particles moving either with or in the suspension. In particular, the present invention deals with the measurement of the properties of moving suspended particles, which are influenced by the movement of the particles.
Konkret ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung des Zustands suspendierter bewegter Partikel sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung des Zustands suspendierter bewegter Partikel. Insbesondere ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung, die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist.Specifically, the subject matter of the present invention is a method for determining the state of suspended moving particles and a device for determining the state of suspended moving particles. In particular, the subject matter of the present invention is a device that is set up to carry out the method according to the invention.
Die Dynamik von strömenden Partikeln wie Zellen, Mikroben, Einzellern und Vesikein unter mikrofluidischen Bedingungen ist Gegenstand vieler Forschungsprojekte, aus denen sich eine ganze Reihe von Anwendungsmöglichkeiten ergeben. In einschlägigen Studien wird die Wechselwirkung zwischen der Strömung und den Partikeln untersucht. Es werden experimentelle Ansätze sowie numerische Modelle entwickelt, um die Wechselwirkungsdynamik im Mikrometer- oder sogar Submikrometerbereich zu beschreiben und deren Verständnis zu verbessern.The dynamics of flowing particles such as cells, microbes, protozoa and vesicles under microfluidic conditions is the subject of many research projects, which result in a whole range of possible applications. Relevant studies examine the interaction between the flow and the particles. Experimental approaches as well as numerical models are developed to describe the interaction dynamics in the micrometer or even submicrometer range and to improve their understanding.
Eine wichtige Frage ist der Einfluss von externen Kräften auf die Partikel, bei denen es sich beispielsweise um Kräfte aus der umgebenden Flüssigkeit (lokale oder globale Druck- oder Strömungsänderungen), lichtinduzierte Kräfte (z.B. optische Pinzetten) oder um Kräfte aufgrund statischer oder dynamischer elektrischer und/oder magnetischer Felder handeln kann. Wirkt eine solche äußere Kraft auf ein Partikel ein, so wird die Form nicht fester Partikel in der Regel beeinflusst. Die sich ergebende Form ist oft charakteristisch für den einzelnen Partikeltyp oder -untertyp.An important question is the influence of external forces on the particles, which can be, for example, forces from the surrounding liquid (local or global pressure or flow changes), light-induced forces (e.g. optical tweezers) or forces due to static or dynamic electrical and /or magnetic fields. If such an external force acts on a particle, the shape of non-solid particles is usually affected. The resulting shape is often characteristic of the particular particle type or subtype.
So ist z. B. bei der Strömung von roten Blutkörperchen in mikrokapillaren Blutgefäßen deren Form von großer Bedeutung für das Strömungsverhalten und damit deren Transport, z.B. deren Geschwindigkeit. Bei einer gegebenen mechanischen Verengung mit einer bestimmten Größe und Querschnitt wird bei relativ geringen Strömungsgeschwindigkeiten die sogenannte „Fallschirm“-Form der Zellen induziert, die eine große Querschnittsfläche aufweist. Sie gewährleistet eine ausreichende Transportgeschwindigkeit der roten Blutkörperchen, um einen ausreichenden Gasaustausch mit dem umgebenden Gewebe zu ermöglichen. Bei relativ hohen Strömungsgeschwindigkeiten neigen die roten Blutkörperchen hingegen dazu, die sogenannte „Pantoffel“-Form anzunehmen, eine asymmetrische Form, die eine verringerte effektive Querschnittsfläche aufweist. Hierdurch wird die relative Transportgeschwindigkeit gegenüber dem umgebenden Medium reduziert, wie aus der Veröffentlichung Kihm A, Kaestner L, Wagner C, Quint S, Classification of red blood cell shapes in flow using outlier tolerant machine learning, PLoS Comput Biol. 2018 Jun 15;14(6):el006278. dot 10.1371/journal.pcbl.1006278. PMID: 29906283; PMCID: PMC6021115 bekannt ist. Dieser auf der äußeren Form einzelner Zellen basierende Rückkopplungsmechanismus ist ein kleiner, aber wichtiger Teil eines übergeordneten Kontrollmechanismus, der den Gasaustausch (Sauerstoff/Kohlendioxid) des gesamten Organismus reguliert. Variiert man die Strömungsgeschwindigkeit, so ist für jede Geschwindigkeit eine andere Zellform vorherrschend, und es kann ein Übergang von „Fallschirmen“ zu „Pantoffeln“ beobachtet werden. Die zugrunde liegende statistische Verteilung wird als „Phasendiagramm“ bezeichnet.So e.g. B. in the flow of red blood cells in microcapillary blood vessels, their shape is of great importance for the flow behavior and thus their transport, e.g. their speed. For a given mechanical constriction of a given size and cross-section, at relatively low flow velocities, the so-called “parachute” shape of the cells is induced, which has a large cross-sectional area. It ensures that the red blood cells are transported at a sufficient speed to enable sufficient gas exchange with the surrounding tissue. At relatively high flow velocities, however, the red blood cells tend to adopt the so-called "slipper" shape, an asymmetric shape that has a reduced effective cross-sectional area. This reduces the relative transport speed compared to the surrounding medium, as from the publication Kihm A, Kaestner L, Wagner C, Quint S, Classification of red blood cell shapes in flow using outlier tolerant machine learning, PLoS Comput Biol. 2018 Jun 15;14 (6):el006278. dot 10.1371/journal.pcbl.1006278. PMID: 29906283; PMCID: PMC6021115 is known. This feedback mechanism, based on the external shape of individual cells, is a small but important part of a higher-level control mechanism that regulates gas exchange (oxygen/carbon dioxide) throughout the organism. Varying the flow velocity, a different cell shape is dominant for each velocity, and a transition from “parachutes” to “slippers” can be observed. The underlying statistical distribution is called a "phase diagram".
Studien haben gezeigt, dass dieser zellbasierte Rückkopplungsmechanismus durch vererbte oder erworbene Krankheiten, Parasiten (Malaria) oder auch Medikamente gestört werden kann. Auch wurde festgestellt, dass das Alter von Zellen sowie die Lagerungszeit, z.B. von Bluttransfusionen, diesen Mechanismus beeinflussen können.Studies have shown that this cell-based feedback mechanism can be disturbed by inherited or acquired diseases, parasites (malaria) or medication. It was also found that the age of cells and the storage time, e.g. of blood transfusions, can influence this mechanism.
Diese Studien wurden mit Hilfe der 2D-Hellfeldmikroskopie durchgeführt, die die Projektion von Zellen im Fluss unter mikrofluidischen Bedingungen zeigt. Diese Art von Studien liefert genügend Informationen, um detailliertere Untersuchungen in 3D mit anspruchsvolleren Techniken wie der 3D-Konfokalmikroskopie zu motivieren, wie sich aus der Veröffentlichung Quint S, Christ AF, Guckenberger A, Himbert S, Kaestner L, Gekle S, Wagner C 3D Tomography of cells in microchannels, Appl. Phys. Lett. 2017; 111(10) ergibt. Erste Versuche mit 3D-Konfokalmikroskopie brachten vielversprechende, hoch detaillierte Ergebnisse für ein besseres Verständnis der Zelldynamik. Allerdings kann aufgrund der Bandbreitenbeschränkung dieser Mikroskope kein hoher Durchsatz erwartet werden, was für eine statistische Auswertung ein Problem darstellt.These studies were performed using 2D brightfield microscopy, which shows the projection of cells in flow under microfluidic conditions. This type of study provides enough information to motivate more detailed investigations in 3D using more sophisticated techniques such as 3D confocal microscopy, as evidenced by the publication Quint S, Christ AF, Guckenberger A, Himbert S, Kaestner L, Gekle S, Wagner C 3D Tomography of cells in microchannels, Appl. Phys. Latvia 2017; 111(10) results. First experiments with 3D confocal microscopy brought promising, highly detailed results for a better understanding of cell dynamics. However, due to the bandwidth limitations of these microscopes, high throughput cannot be expected, which poses a problem for statistical analysis.
Aufgrund dieser Einschränkung wurden alternative Ansätze untersucht, die 3D-Aufnahmen von Zellen im Fluss ermöglichen. Alle existierenden Technologien (z.B. Phasenkontrastmikroskopie) weisen jedoch die gleichen Einschränkungen auf und verlangen nach hochempfindlichen, großen und teuren Versuchsaufbauten.Because of this limitation, alternative approaches that allow 3D imaging of cells in flow have been explored. However, all existing technologies (e.g. phase contrast microscopy) have the same limitations and require highly sensitive, large and expensive experimental setups.
Hier setzt die vorliegende Erfindung ein, die es sich zur Aufgabe gemacht hat, diese Situation zu verbessern.This is where the present invention comes in, which has set itself the task of improving this situation.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, welches es erlaubt, den Zustand suspendierter bewegter Partikel zu bestimmen, wobei das Verfahren mit einem deutlich verringerten apparativen Aufwand durchführbar sein soll. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, die es erlaubt, den Zustand suspendierter bewegter Partikel zu bestimmen, wobei der Aufbau dieser Vorrichtung gegenüber dem der aus dem Stand der Technik vorbekannten Vorrichtungen deutlich vereinfacht sein soll.The object of the present invention is therefore to specify a method which allows the state of suspended moving particles to be determined, it being possible to carry out the method with a significantly reduced outlay on equipment. Furthermore, it is the object of the present invention to specify a device that allows the state of suspended moving particles to be determined, with the structure of this device being significantly simplified compared to the devices previously known from the prior art.
Gelöst werden diese Aufgaben durch ein Verfahren gemäß Anspruch 100 sowie durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 17.These tasks are solved by a method according to
Die sich an diese unabhängigen Ansprüche anschließenden abhängigen Ansprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar. Dabei können die Merkmale der Unteransprüche sowohl einzeln als auch in Kombination mit den Merkmalen weiterer Unteransprüche mit den Merkmalen der Hauptansprüche kombiniert werden, auch wenn dies nicht explizit angegeben ist. Dies gilt auch über die Grenzen der Anspruchskategorien Verfahren und Vorrichtung hinweg.The dependent claims following these independent claims represent advantageous refinements and developments of the method according to the invention and the device according to the invention. The features of the subclaims can be combined with the features of the main claims both individually and in combination with the features of other subclaims, even if this is not explicitly stated. This also applies beyond the limits of the method and device claim categories.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dazu vorgesehen, den Zustand suspendierter bewegter Partikel zu bestimmen. Dabei ist der Begriff „Partikel“ weit auszulegen. Der Begriff „Partikel“ soll Gegenstände erfassen, deren Zustand einerseits von einer Bewegung in einer Suspension abhängen kann und deren Größe andererseits so klein ist, dass die Bestimmung des zu bestimmenden Zustands am einzelnen Partikel einen erhöhten apparativen Aufwand erfordert. Die typische Größe derartiger Partikel liegt unterhalb von 100 Mikrometern, bei biologischen Partikeln auch unter 15 Mikrometern, wobei die Größenangaben beispielhaft zu verstehen sind und die Erfindung nicht beschränken sollen. Der Begriff „Partikel“ umfasst im Kontext der vorliegenden Erfindung sowohl belebte als auch unbelebte Materie, wobei hier beispielhaft menschliche, tierische oder pflanzliche Zellen, Viren, Vesikel, Mizellen, Mikroben und Einzeller genannt seien.The method according to the invention is intended to determine the state of suspended moving particles. The term “particle” is to be interpreted broadly. The term "particle" is intended to include objects whose condition can depend on movement in a suspension and whose size is so small that determining the condition to be determined on the individual particle requires more equipment. The typical size of such particles is below 100 micrometers, and in the case of biological particles also below 15 micrometers, the size specifications being to be understood as examples and not intended to limit the invention. In the context of the present invention, the term “particle” includes both animate and inanimate matter, human, animal or plant cells, viruses, vesicles, micelles, microbes and protozoa being mentioned here by way of example.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Verwendung eines strahlungsaktivierbaren Stoffs, der im nicht aktivierten Zustand in das Innere der Partikel eindringen kann oder an deren Oberflächen bindet, ohne dabei den zu bestimmenden Zustand der Partikel zu beeinflussen. Es versteht sich für den Fachmann von selbst, dass eine gewisse Beeinflussung des zu bestimmenden Zustands des Partikels durch den strahlungsaktivierbaren Stoff nicht auszuschließen bzw. in vielen Fällen sogar unvermeidlich ist. Gemeint ist, dass der zu bestimmende Zustand auch unter Einfluss des strahlungsaktivierbaren Stoffs mit guter Sicherheit erfassbar ist, insbesondere mit guter Sicherheit von anderen möglichen Zuständen des Partikels unterschieden werden können.The method according to the invention comprises the use of a radiation-activatable substance which, in the non-activated state, can penetrate into the interior of the particles or binds to their surfaces without influencing the state of the particles to be determined. It goes without saying for the person skilled in the art that a certain influencing of the state of the particle to be determined by the radiation-activatable substance cannot be ruled out or is even unavoidable in many cases. What is meant is that the state to be determined can be detected with a good degree of certainty, even under the influence of the radiation-activatable substance, and in particular can be distinguished from other possible states of the particle with a good degree of certainty.
Der strahlungsaktivierbare Stoff weist weiterhin einen aktivierten Zustand auf, in dem der Stoff eine Vernetzung von Strukturen oder Bestandteilen, z.B. Proteinen, in dem zu untersuchenden Partikel bewirkt. Auf diese Weise wird der zu bestimmende Zustand des Partikels praktisch eingefroren und kann zu einem späteren Zeitpunkt, insbesondere in einer anderen Umgebung, experimentell untersucht werden.The radiation-activatable substance also has an activated state in which the substance causes crosslinking of structures or components, e.g. proteins, in the particle to be examined. In this way, the state of the particle to be determined is practically frozen and can be experimentally examined at a later point in time, in particular in a different environment.
Strahlungsaktivierbar bedeutet im Kontext der vorliegenden Erfindung, dass der Stoff aus dem nicht aktivierten Zustand in den aktivierten Zustand wechselt, wenn er einer geeigneten Strahlung ausgesetzt wird, worauf im Folgenden noch genauer eingegangen wird.In the context of the present invention, radiation-activatable means that the substance changes from the non-activated state to the activated state when it is exposed to suitable radiation, which will be discussed in more detail below.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf:
- a. Bereitstellen einer Suspension mit einer Vielzahl zu untersuchender Partikel, wobei die Suspension neben den zu untersuchenden Partikeln den strahlungsaktivierbaren Stoff im nicht aktivierten Zustand enthält,
- b. Induzieren einer Bewegung der suspendierten Partikel im umgebenden Medium in einer Strömungskammer, und
- c. Beaufschlagen zumindest eines Teilvolumens der Strömungskammer mit Strahlung, die dazu geeignet ist, den strahlungsaktivierbaren Stoff vom nicht aktivierten Zustand in den aktivierten Zustand zu versetzen, um den in den Partikeln enthaltenen oder anhaftenden strahlungsaktivierbaren Stoff zu aktivieren.
- a. Providing a suspension with a large number of particles to be examined, the suspension containing the radiation-activatable substance in the non-activated state in addition to the particles to be examined,
- b. inducing movement of the suspended particles in the surrounding medium in a flow chamber, and
- c. Subjecting at least one partial volume of the flow chamber to radiation which is suitable for changing the radiation-activatable substance from the non-activated state to the activated state in order to activate the radiation-activatable substance contained or adhering to the particles.
Dabei kann die Suspension beispielsweise Wasser als flüssiges Medium umfassen, in dem die zu untersuchenden Partikel suspendiert sind. Selbstverständlich sind auch andere flüssige Medien möglich. Weiterhin kann die Suspension weitere Hilfsstoffe wie Salze, Säuren, Basen, Emulgatoren, Stabilisatoren oder Nano-Partikel aufweisen, um bestimmte Zustände der zu untersuchenden Partikel einzustellen oder/und zu stabilisieren bzw. die Dichte des flüssigen Mediums zu beeinflussen.The suspension can include, for example, water as the liquid medium in which the particles to be examined are suspended. Of course, other liquid media are also possible. Furthermore, the suspension can contain further auxiliary substances such as salts, acids, bases, emulsifiers, stabilizers or nano-particles in order to set and/or stabilize certain states of the particles to be examined or to influence the density of the liquid medium.
Auch der Begriff Strömungskammer ist im Kontext der vorliegenden Erfindung weit auszulegen. Umfasst vom Begriff Strömungskammer sind alle Behältnisse, die ein Mindestvolumen der Suspension aufnehmen können und in denen eine erfindungsgemäße Bewegung der Partikel dergestalt induziert werden kann, dass das flüssige Medium die Partikel umströmt oder die Partikel mit dem flüssigen Medium strömen oder eine Kombination von beidem vorliegt. Dies definiert auch die Bedeutung des Begriffs Bewegung der Partikel im Kontext der vorliegenden Erfindung.The term flow chamber is also to be interpreted broadly in the context of the present invention. The term flow chamber encompasses all containers that can hold a minimum volume of the suspension and in which a movement of the particles according to the invention is induced in this way it can be that the liquid medium flows around the particles or the particles flow with the liquid medium or a combination of both. This also defines the meaning of the term movement of the particles in the context of the present invention.
Beispielhaft kann die Strömungskammer als Kapillare ausgebildet sein, als Probevolumen eines Rheometers oder auch einfach als Behältnis, welches die zu untersuchende Suspension aufnimmt. Bevorzugt ist die Strömungskammer dazu ausgebildet, dass sich in ihr Strömungsverhältnisse der Suspension einstellen können, unter denen sich der zu bestimmende Zustand der Partikel einstellt.For example, the flow chamber can be designed as a capillary, as a sample volume of a rheometer, or simply as a container that holds the suspension to be examined. The flow chamber is preferably designed in such a way that flow conditions of the suspension can be set in it, under which the state of the particles to be determined is set.
Eine erfindungsgemäße Bewegung der zu untersuchenden suspendierten Partikel kann beispielsweise hervorgerufen werden durch eine Bewegung der Suspension durch die Strömungskammer, z.B. indem die Suspension durch die Strömungskammer hindurchgepumpt wird. Im Probenvolumen eines Rheometers wird die Suspension einer kontrollierten Scherung unterworfen, wodurch sich die Partikel relativ zum umgebenden flüssigen Medium bewegen. Schließlich ist auch denkbar, eine Bewegung der zu untersuchenden Partikel in der Suspension zu indizieren, indem die Partikel einer äußeren Kraft ausgesetzt werden, die z.B. von einem (inhomogenen) elektrischen oder magnetischen Feld oder auch von einem Lichtfeld („optical tweezers“) herrühren kann. Alle diese Beispiele sind exemplarisch zu verstehen und beschränken den Gegenstand der Erfindung nicht.A movement according to the invention of the suspended particles to be examined can be caused, for example, by moving the suspension through the flow chamber, e.g. by pumping the suspension through the flow chamber. In the sample volume of a rheometer, the suspension is subjected to controlled shear, causing the particles to move relative to the surrounding liquid medium. Finally, it is also conceivable to indicate a movement of the particles to be examined in the suspension by subjecting the particles to an external force, which can originate, for example, from an (inhomogeneous) electric or magnetic field or from a light field (“optical tweezers”) . All of these examples are to be understood as examples and do not restrict the subject matter of the invention.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, zu untersuchende Partikel in einem bewegten Zustand zu fixieren bzw. „einzufrieren“, d.h. der Zustand der Partikel verändert sich nicht mehr, auch wenn sich der Bewegungszustand der Partikel oder die Strömungsbedingungen, denen die suspendierten Partikel ausgesetzt sind, ändern. Bei geeigneter Wahl des strahlungsaktivierbaren Stoffs können sich auch weitere Parameter ändern wie z.B. das Medium, in dem die Partikel suspendiert sind, ohne dass sich der Zustand der Partikel dadurch wesentlich ändert. Hierdurch wird es möglich, die in dem zu bestimmenden Zustand fixierten Partikel in einem nachgelagerten Verfahrensschritt unter veränderten Bedingungen zu untersuchen, was ganz neue experimentelle Möglichkeiten eröffnet. So können beispielsweise Untersuchungsmethoden zur Bestimmung des Zustands der Partikel eingesetzt werden, die ruhende Partikel voraussetzen oder nur sehr aufwendig oder gar nicht anwendbar wären, solange sich die Partikel in der Strömungskammer befinden, wie dies beispielsweise bei vielen gängigen Mikroskopieverfahren der Fall ist.The method according to the invention allows the particles to be examined to be fixed or “frozen” in a moving state, i.e. the state of the particles no longer changes, even if the state of motion of the particles or the flow conditions to which the suspended particles are exposed change . With a suitable choice of the radiation-activatable substance, other parameters can also change, such as the medium in which the particles are suspended, without the state of the particles changing significantly as a result. This makes it possible to examine the particles fixed in the state to be determined in a subsequent process step under changed conditions, which opens up completely new experimental possibilities. For example, investigation methods can be used to determine the state of the particles that require stationary particles or would be very difficult or impossible to use as long as the particles are in the flow chamber, as is the case with many common microscopy methods, for example.
Vorteilhaft handelt es sich bei dem zu bestimmenden Zustand der Partikel um deren äußere Form oder um deren innere Struktur. Besonders bevorzugt handelt es sich um den dreidimensionalen Charakter der äußeren Form oder der inneren Struktur der Partikel oder um eine zweidimensionale Projektion des dreidimensionalen Charakters.The state of the particles to be determined is advantageously their external shape or their internal structure. The three-dimensional character of the external shape or the internal structure of the particles or a two-dimensional projection of the three-dimensional character is particularly preferred.
Vorteilhaft wird der zu bestimmende Zustand der Partikel in einem nachgelagerten Verfahrensschritt mittels eines optischen oder rastermikroskopischen Verfahrens bestimmt. Bei den optischen Verfahren haben sich optische Mikroskopie, Lichtstreuung, Lichtbeugung, Lichtabsorption, Phasenmodulation, Fluoreszenzdetektion, oder daraus abgeleitete zeitliche oder räumliche Modulationsverfahren als besonders geeignet erwiesen.The state of the particles to be determined is advantageously determined in a subsequent method step by means of an optical or scanning microscopic method. In the case of the optical methods, optical microscopy, light scattering, light diffraction, light absorption, phase modulation, fluorescence detection, or temporal or spatial modulation methods derived therefrom have proven to be particularly suitable.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Bewegungsparameter der Partikel über einen definierten Bewegungsbereich, der sich durch das Teilvolumen erstreckt, konstant gehalten. Vorteilhaft kann der Zustand der Partikel durch Aktivierung des strahlungsaktivierbaren Stoffs fixiert werden, während sich die Partikel in dem vorgenannten Bewegungsbereich befinden. Dabei kann der genannte Bewegungsbereich insbesondere räumlich begrenzt sein.In an advantageous development of the method according to the invention, the movement parameters of the particles are kept constant over a defined range of movement that extends through the partial volume. The state of the particles can advantageously be fixed by activating the radiation-activatable substance while the particles are in the aforementioned movement range. In this case, the said range of movement can be spatially limited in particular.
Hierzu ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass das Teilvolumen der Strömungskammer nur dann mit Strahlung beaufschlagt wird, wenn in dem definierten Bewegungsbereich konstante Bewegungsparameter der Partikel vorliegen.For this purpose, in an advantageous embodiment of the method according to the invention, it is provided that the partial volume of the flow chamber is only exposed to radiation if constant movement parameters of the particles are present in the defined movement range.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der strahlungsaktivierbare Stoff mittels Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung, insbesondere im infraroten, im sichtbaren oder im ultravioletten Spektralbereich oder im Spektralbereich von Röntgen- oder Gammastrahlung, oder mittels Teilchenstrahlung wie Alpha- oder Betastrahlung in den aktivierten Zustand versetzt werden kann. Aber auch eine Aktivierbarkeit mittels Schallwellen, insbesondere mittels Ultraschallwellen, hat sich als vorteilhaft erwiesen und soll im Kontext der vorliegenden Erfindung vom allgemeinen Begriff Strahlung/Bestrahlung umfasst sein.In the context of the method according to the invention, it has proven to be advantageous if the radiation-activatable substance is irradiated with electromagnetic radiation, in particular in the infrared, in the visible or in the ultraviolet spectral range or in the spectral range of X-rays or gamma radiation, or by means of particle radiation such as alpha or beta radiation can be switched to the activated state. However, the ability to be activated by means of sound waves, in particular by means of ultrasonic waves, has also proven to be advantageous and is intended to be encompassed by the general term radiation/irradiation in the context of the present invention.
Entsprechend wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Aktivierung des strahlungsaktivierbaren Stoffs vorteilhaft elektromagnetische Strahlung, insbesondere im infraroten, im sichtbaren oder im ultravioletten Spektralbereich oder im Spektralbereich von Röntgen- oder Gammastrahlung, oder Teilchenstrahlung wie Alpha- oder Beta-Strahlung, verwendet. Aber auch die Verwendung von Schallwellen, die vom insbesondere von Ultraschallwellen, hat sich als vorteilhaft erwiesen.Accordingly, electromagnetic radiation, particularly in the infrared, visible or ultraviolet spectral range or in the spectral range of X-rays or gamma radiation, or particle radiation such as alpha or beta radiation, is advantageously used in the method according to the invention for activating the radiation-activatable substance. But also the uses tion of sound waves, in particular ultrasonic waves, has proven to be advantageous.
Bevorzugt wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ein strahlungsaktivierbarer Stoff verwendet, der im aktivierten Zustand geeignet ist zur Vernetzung von Proteinen, die in den zu untersuchenden Partikeln vorhanden sind. Insbesondere kommt eine Vernetzung der Amine von Lysin- oder Arginin-Seitenketten von Proteinen der zu untersuchenden Partikel in Betracht und hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen.Within the scope of the method according to the invention, preference is given to using a radiation-activatable substance which, in the activated state, is suitable for crosslinking proteins which are present in the particles to be examined. In particular, crosslinking of the amines of lysine or arginine side chains of proteins of the particles to be examined can be considered and has proven to be particularly advantageous.
Es hat sich weiterhin herausgestellt, dass sich bei einer Verwendung eines strahlungsaktivierbaren Stoffs, der entweder ein Arylazid, ein Diazirin oder ein Diazirin-enthaltendes Analogon der Aminosäuren Leucin (Photo-Leucin), Methionin und p-Benzoyl-Phenylalanin enthält oder ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Arylaziden, Diazirinen sowie Diazirin-enthaltenden Analoga der Aminosäuren Leucin (Photo-Leucin), Methionin und p-Benzoyl-Phenylalanin, besondere Vorteile realisieren lassen.It has also been found that when using a radiation-activatable substance that contains either an aryl azide, a diazirine or a diazirine-containing analog of the amino acids leucine (photo-leucine), methionine and p-benzoyl-phenylalanine or is selected from the Group consisting of aryl azides, diazirines and diazirine-containing analogues of the amino acids leucine (photo-leucine), methionine and p-benzoyl-phenylalanine can realize particular advantages.
Als ganz besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der strahlungsaktivierbare Stoff ein modifiziertes Glutaraldehyd, Formaldehyd oder Paraformaldehyd aufweist, oder es sich bei dem Stoff um modifiziertes Glutaraldehyd, Formaldehyd oder Paraformaldehyd oder ein Gemisch daraus handelt.It has proven to be particularly advantageous if the radiation-activatable substance has a modified glutaraldehyde, formaldehyde or paraformaldehyde, or if the substance is modified glutaraldehyde, formaldehyde or paraformaldehyde or a mixture thereof.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Suspension, nachdem sie in der Strömungskammer mit Strahlung beaufschlagt wurde, batchweise gesammelt wird. Insbesondere kann die batchweise gesammelte Suspension dann in einem nachgelagerten Verfahrensschritt wiederum bevorzugt batchweise untersucht werden, um den zu bestimmenden Zustand der fixierten Partikel in der Suspension zu bestimmen.In an advantageous development of the method according to the invention, it is provided that the suspension is collected in batches after it has been exposed to radiation in the flow chamber. In particular, the suspension collected in batches can then be examined in turn, preferably in batches, in a subsequent method step in order to determine the state of the fixed particles in the suspension to be determined.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die konstanten Bewegungsparameter der suspendierten Partikel im definierten Bewegungsbereich nach Ablauf einer vorgegebenen Messzeit geändert werden. Bevorzugt erfolgt diese Änderung so, dass nach der Änderung erneut konstante Bewegungsparameter der suspendierten Partikel im definierten Bewegungsbereich vorliegen, die jedoch von den vorherigen Bewegungsparametern verschieden sind.In a further advantageous development of the method according to the invention, it is provided that the constant movement parameters of the suspended particles in the defined movement range are changed after a predetermined measurement time has elapsed. This change preferably takes place in such a way that, after the change, constant movement parameters of the suspended particles are again present in the defined movement area, which, however, are different from the previous movement parameters.
Besonders bevorzugt werden Partikel, die zum Zeitpunkt ihrer Fixierung durch Aktivierung des strahlungsaktivierbaren Stoffs übereinstimmenden Bewegungsparametern ausgesetzt waren, zu Batches zusammengefasst, d.h. in einem oder mehreren Batches gesammelt. Zu diesen Batches werden keine Partikel hinzugefügt, die die zum Zeitpunkt ihrer Fixierung durch Aktivierung des strahlungsaktivierbaren Stoffs abweichenden Bewegungsparametern ausgesetzt waren. D.h., in einem Batch sind in dieser vorteilhaften Weiterbildung im Wesentlichen nur Partikel enthalten, die die zum Zeitpunkt ihrer Fixierung durch Aktivierung des strahlungsaktivierbaren Stoffs übereinstimmenden Bewegungsparametern ausgesetzt waren.Particular preference is given to combining particles which, at the time they were fixed, were exposed to the same movement parameters as a result of activation of the radiation-activatable substance, i.e. collected in one or more batches. No particles are added to these batches that were exposed to different movement parameters at the time of their fixation due to the activation of the radiation-activatable substance. In other words, in this advantageous development, a batch essentially only contains particles that were exposed to the same movement parameters at the time of their fixation by activation of the radiation-activatable substance.
Diese Verfahrensweise stellt Batches zur Verfügung, die eine große Zahl von Partikeln enthält, die die zum Zeitpunkt ihrer Fixierung durch Aktivierung des strahlungsaktivierbaren Stoffs übereinstimmenden Bewegungsparametern ausgesetzt waren. Sofern die Partikel im Wesentlichen übereinstimmende Eigenschaften aufweisen, erlaubt dies den Einsatz von statistischen Untersuchungsmethoden, zur Bestimmung des zu bestimmenden Zustands der Partikel die auf der parallelen Untersuchung einer Vielzahl von Partikeln basieren, wobei hier beispielhaft die dynamische Lichtstreuung genannt ist. Dies kann Grundlage für eine apparativ unaufwendige, schnelle und zuverlässige Feststellung des zu bestimmenden Zustands sein.This procedure provides batches that contain a large number of particles that were exposed to the same movement parameters at the time of their fixation by activation of the radiation-activatable substance. If the particles have essentially the same properties, this allows the use of statistical investigation methods for determining the state of the particles to be determined, which are based on the parallel investigation of a large number of particles, dynamic light scattering being mentioned here as an example. This can be the basis for a quick and reliable determination of the condition to be determined that requires little equipment.
Sind die vorgenannten Bedingungen erfüllt, so hat es sich als möglich erwiesen, dass in einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Zustand von mehr als 10.000 Partikeln pro Stunde bestimmt wird, bevorzugt mehr als 100.000 Partikeln pro Stunde und besonders bevorzugt mehr als 100.000.000 Partikeln pro Stunde, was jeweils Gegenstand besonders bevorzugter Ausgestaltungen einer solchen Weiterbildung ist.If the aforementioned conditions are met, it has proven to be possible in an advantageous development of the method according to the invention to determine the state of more than 10,000 particles per hour, preferably more than 100,000 particles per hour and particularly preferably more than 100,000,000 particles per hour, which is the subject of particularly preferred embodiments of such a training.
Auch mit Untersuchungen an einzelnen Partikeln lassen sich ähnlich hohe Untersuchungszahlen von 10.000 Partikeln pro Stunde und mehr realisieren. Hierzu hat sich der Einsatz von Verfahren, die es erlauben, den zu bestimmenden Zustand an einzelnen Partikeln zu ermitteln, aber zeitgleich parallel eine Mehrzahl von Partikeln zu analysieren, als besonders vorteilhaft erwiesen. Beispielhaft seien hier dreidimensional auflösende optische Mikroskopieverfahren genannt, die eine parallele Bestimmung des zu bestimmenden Zustands einer Vielzahl von Partikeln erlauben, die sich gleichzeitig im Sichtfeld des betreffenden Mikroskops befinden.Similarly high test numbers of 10,000 particles per hour and more can also be achieved with tests on individual particles. For this purpose, the use of methods that allow the state to be determined to be determined on individual particles, but at the same time to analyze a plurality of particles in parallel, has proven to be particularly advantageous. Three-dimensionally resolving optical microscopy methods are mentioned here by way of example, which allow a parallel determination of the state to be determined of a large number of particles that are simultaneously in the field of view of the relevant microscope.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch auf ein einzelnes suspendiertes Partikel anwendbar ist, was ebenfalls vom Wortlaut des unabhängigen Verfahrensanspruchs umfasst sein soll. In der Regel wird die Suspension aber eine Vielzahl suspendierter Partikel enthalten.In this context, it is pointed out that the method according to the invention can also be applied to a single suspended particle, which should also be covered by the wording of the independent method claim. As a rule, however, the suspension will contain a large number of suspended particles.
Es wird darauf hingewiesen, dass es auch möglich ist, die Partikel nach ihrer Fixierung kontinuierlich einer geeigneten Untersuchungsvorrichtung zuzuführen, statt die fixierten Partikel batchweise zu sammeln.It is pointed out that it is also possible to feed the particles continuously to a suitable examination device after they have been fixed, instead of collecting the fixed particles in batches.
Schließlich ist Gegenstand einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Verfahren, welches einen weiteren Verfahrensschritt vorsieht, in dem die mit dem optischen oder rastermikroskopischen Verfahren gewonnen Signale mittels maschinellen Lernens ausgewertet werden.Finally, the subject of a further advantageous development of the method according to the invention is a method which provides a further method step in which the signals obtained with the optical or scanning microscopic method are evaluated by means of machine learning.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens die statistische Verteilung der bewegten Partikel zum Zeitpunkt ihrer Fixierung bestimmt.In a further advantageous development of the method according to the invention, the statistical distribution of the moving particles is determined at the time of their fixation.
Besonders bevorzugt wird ein Phasendiagramm der bewegten suspendierten Partikel bestimmt.A phase diagram of the moving suspended particles is particularly preferably determined.
Nachfolgend werden die Merkmale, Eigenschaften und Vorteile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und von bevorzugten Ausgestaltungen bzw. vorteilhaften Weiterbildungen präsentiert, wobei zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehenden Ausführungen zu den Merkmalen, Eigenschaften und Vorteilen eines erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen wird, die mutatis mutandis auf die erfindungsgemäße Vorrichtung und deren bevorzugte Ausgestaltungen bzw. vorteilhafte Weiterbildungen übertragen werden können, wie für den Fachmann offensichtlich ist.The features, properties and advantages of a device according to the invention and of preferred configurations or advantageous developments are presented below, whereby to avoid repetition reference is made to the above statements on the features, properties and advantages of a method according to the invention, which mutatis mutandis to the device according to the invention and their preferred configurations or advantageous developments can be transferred, as is obvious to the person skilled in the art.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist zur Bestimmung des Zustands zumindest eines, bevorzugt aber einer Mehrzahl bewegter Partikel(s) vorgesehen. Die Vorrichtung basiert auf der Verwendung eines strahlungsaktivierbaren Stoffs, der im nicht aktivierten Zustand in das Innere der Partikel eindringen oder an deren Oberfläche binden kann, ohne dabei den zu bestimmenden Zustand der Partikel wesentlich zu beeinflussen, und der im aktivierten Zustand eine Vernetzung von Strukturen oder Bestandteilen, z.B. Proteinen, in den zu untersuchenden Partikeln bewirkt.A device according to the invention is provided for determining the state of at least one, but preferably a plurality of moving particles. The device is based on the use of a radiation-activatable substance which, in the non-activated state, can penetrate into the interior of the particles or bind to their surface without significantly influencing the state of the particles to be determined, and which, in the activated state, enables crosslinking of structures or components, e.g. proteins, in the particles to be examined.
Die Vorrichtung weist dabei zumindest die folgenden Merkmale auf:
- a. eine Strömungskammer zur Aufnahme einer Suspension, in der die zu untersuchenden Partikel suspendiert sind,
- b. eine Bewegungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine Bewegung der suspendierten Partikel in der Strömungskammer zu induzieren, und
- c. eine Strahlungsquelle, die dazu eingerichtet ist, zumindest ein Teilvolumen der Strömungskammer mit Strahlung zu beaufschlagen, die dazu geeignet ist, den strahlungsaktivierbaren Stoff vom nicht aktivierten Zustand in den aktivierten Zustand zu versetzen.
- a. a flow chamber for receiving a suspension in which the particles to be examined are suspended,
- b. an agitator configured to induce movement of the suspended particles in the flow chamber, and
- c. a radiation source that is set up to expose at least a partial volume of the flow chamber to radiation that is suitable for changing the radiation-activatable substance from the non-activated state to the activated state.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des Zustands eines einzelnen suspendierten Partikels vorgesehen ist. In der Regel wird eine der Vorrichtung zugeführte Suspension jedoch eine Vielzahl suspendierter Partikel enthalten, was ebenfalls vom Wortlaut des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs umfasst sein soll.In this connection it is pointed out that the device according to the invention is intended for determining the state of an individual suspended particle. As a rule, however, a suspension supplied to the device will contain a large number of suspended particles, which should also be covered by the wording of the independent device claim.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Bewegungseinrichtung als Schlauch-, Kolben-, Membran- oder druckgetriebene Pumpe ausgebildet. Dabei hat sich die Verwendung einer druckgetriebenen Pumpe als Bewegungseinrichtung als besonders vorteilhaft erwiesen, da dieser Pumpentyp eine besonders genaue Kontrolle der Strömungsparameter in der Strömungskammer erlaubt, insbesondere wenn diese mikrofluidisch ausgebildet ist.In an advantageous embodiment of the device according to the invention, the moving device is designed as a hose, piston, diaphragm or pressure-driven pump. The use of a pressure-driven pump as a movement device has proven to be particularly advantageous, since this type of pump allows a particularly precise control of the flow parameters in the flow chamber, in particular if the latter is of microfluidic design.
Eine druckgetriebene Pumpe basiert auf einem Druck-Controller mit Piezokeramischem Antrieb, der Druck auf einen Vorratsbehälter aufbaut, in dem sich die zu „pumpende“ Suspension befindet. Die Suspension steigt dann über eine Steigröhre auf und gelangt dann in die Strömungskammer. Entsprechende Systeme werden beispielsweise von der Fa. Elvesys - Microfluidics Innovation Center, Paris, Frankreich, angeboten.A pressure-driven pump is based on a pressure controller with a piezo-ceramic drive, which builds up pressure on a reservoir containing the suspension to be "pumped". The suspension then rises up a riser tube and then enters the flow chamber. Corresponding systems are offered, for example, by the company Elvesys—Microfluidics Innovation Center, Paris, France.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Strahlungsquelle dazu ausgebildet, in Partikeln enthaltenen oder anhaftenden strahlungsaktivierbaren Stoff durch Bestrahlung zu aktivieren, wenn sich diese Partikel im Teilvolumen befinden.In an advantageous development of the device according to the invention, the radiation source is designed to activate radiation-activatable substance contained in or adhering to particles by irradiation if these particles are located in the partial volume.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Bewegungseinrichtung dazu eingerichtet, die Bewegung der Partikel in der Strömungskammer mittels Fördern der Suspension durch die Strömungskammer, mittels Scherung der Suspension in der Strömungskammer, durch Induzieren einer Bewegung der suspendierten Partikel in der Suspension, oder durch eine beliebige Kombination von zwei oder mehr der vorgenannten Maßnahmen zu induzieren.In an advantageous embodiment of the device according to the invention, the movement device is set up to move the particles in the flow chamber by conveying the suspension through the flow chamber, by shearing the suspension in the flow chamber, by inducing a movement of the suspended particles in the suspension, or by a to induce any combination of two or more of the above measures.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Vorrichtung weiterhin eine Bewegungseinrichtungssteuerung auf, die dazu eingerichtet ist, die Bewegungseinrichtung zu steuern.In an advantageous embodiment of the device according to the invention, the device also has a movement device controller which is set up to control the movement device.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Bewegungseinrichtungssteuerung dazu eingerichtet, die Bewegungseinrichtung dergestalt zu steuern, dass die Bewegungsparameter der Partikel über einen definierten Bewegungsbereich, der sich durch das Teilvolumen erstreckt, konstant sind, insbesondere kann sich eine konstante Bewegung der Partikel im Bewegungsbereich einstellen.In a further advantageous development of this configuration of the device according to the invention, the movement device control is set up to control the movement device in such a way that the movement parameters of the particles are constant over a defined movement range that extends through the partial volume; in particular, a constant movement of the particles can occur set in the range of motion.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Vorrichtung weiterhin eine Strahlungsquellensteuerung auf, die dazu eingerichtet ist, die Strahlungsquelle zu steuern.In an advantageous embodiment of the device according to the invention, the device also has a radiation source controller which is set up to control the radiation source.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die vorgenannten Steuerungen dazu eingerichtet sind, die Strahlungsquelle zu aktivieren, wenn in dem definierten Bewegungsbereich konstante Bewegungsparameter der Partikel vorliegen.In a further advantageous development of these refinements of the device according to the invention, the aforementioned controls are set up to activate the radiation source if constant movement parameters of the particles are present in the defined movement range.
Es ist offensichtlich, dass die vorgenannten Steuerungen nicht separat ausgebildet sein müssen, sondern auch in einer gemeinschaftlichen Steuerung zusammengefasst sein können.It is obvious that the aforementioned controls do not have to be designed separately, but can also be combined in a common control.
Insbesondere können einzelne oder beide der vorgenannten Steuerungen softwareimplementiert ausgeführt sein.In particular, one or both of the aforementioned controls can be implemented in software.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die erfindungsgemäß vorgesehene Strahlungsquelle zur Aussendung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere im infraroten, im sichtbaren oder im ultravioletten Spektralbereich oder von Röntgen- oder Gammastrahlung, oder von Teilchenstrahlung eingerichtet. Aber auch eine Strahlungsquelle, die zur Aussendung von Schallwellen, insbesondere von Ultraschall, eingerichtet ist, ist Gegenstand einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.In a preferred embodiment of the device according to the invention, the radiation source provided according to the invention is set up to emit electromagnetic radiation, in particular in the infrared, in the visible or in the ultraviolet spectral range or of X-rays or gamma radiation, or of particle radiation. However, a radiation source that is set up to emit sound waves, in particular ultrasound, is also the subject of an advantageous embodiment of the device according to the invention.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Vorrichtung weiterhin eine Untersuchungsvorrichtung auf, die zur Bestimmung des Zustands der in der Suspension enthaltenen Partikel eingerichtet ist.In an advantageous development of the device according to the invention, the device also has an examination device which is set up to determine the state of the particles contained in the suspension.
Dabei ist die Untersuchungsvorrichtung vorteilhaft dazu eingerichtet, die äußere Form oder um die innere Struktur der Partikel zu ermitteln. Besonders bevorzugt ist die Untersuchungsvorrichtung dazu eingerichtet, den dreidimensionalen Charakter oder eine zweidimensionale Projektion des dreidimensionalen Charakters der äußeren Form oder der inneren Struktur der Partikel zu bestimmen.The examination device is advantageously set up to determine the external shape or the internal structure of the particles. The examination device is particularly preferably set up to determine the three-dimensional character or a two-dimensional projection of the three-dimensional character of the external shape or the internal structure of the particles.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung basiert die Untersuchungsvorrichtung auf einem optischen oder einem rastermikroskopischen Verfahren.In a particularly preferred embodiment, the examination device is based on an optical or a scanning microscopic method.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn es sich bei dem optischen Verfahren um optische Mikroskopie, Lichtstreuung, Lichtbeugung, Lichtabsorption, Phasenmodulation, Fluoreszenzdetektion, oder um daraus abgeleitete zeitliche oder räumliche Modulationsverfahren handelt.It has proven to be particularly advantageous if the optical method involves optical microscopy, light scattering, light diffraction, light absorption, phase modulation, fluorescence detection, or temporal or spatial modulation methods derived therefrom.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Untersuchungsvorrichtung dazu eingerichtet, den Zustand von mehr als 10.000 Partikeln pro Stunde zu bestimmen, bevorzugt von mehr als 100.000 Partikeln und besonders bevorzugt von mehr als 1.000.000 Partikeln.In a particularly preferred embodiment, the examination device is set up to determine the state of more than 10,000 particles per hour, preferably more than 100,000 particles and particularly preferably more than 1,000,000 particles.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung weiterhin eine Sammeleinrichtung auf, die für ein batchweises Sammeln der mit Strahlung beaufschlagten Suspension eingerichtet ist.In a further advantageous development, the device according to the invention also has a collecting device which is set up for batchwise collecting of the suspension subjected to radiation.
Die Sammeleinrichtung weist vorteilhaft eine Sammeleinrichtungssteuerung auf, die dazu eingerichtet ist, die Sammeleinrichtung zu steuern. Auch die Sammeleinrichtungssteuerung muss nicht separat ausgebildet sein, sondern kann in einer gemeinschaftlichen Steuerung mit der Strahlungsquellensteuerung oder/und der Bewegungseinrichtungssteuerung zusammengefasst sein. Auch kann die Sammeleinrichtungssteuerung softwareimplementiert ausgebildet sein.The collecting device advantageously has a collecting device controller which is set up to control the collecting device. The collection device control also does not have to be designed separately, but can be combined in a joint control with the radiation source control and/or the movement device control. The collection device control can also be designed to be software-implemented.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Weiterbildung weist die die Untersuchungsvorrichtung eine Verarbeitungseinheit auf, die dazu eingerichtet ist, die mit dem optischen oder rastermikroskopischen Verfahren gewonnen Signale, die mit dem zu bestimmenden Zustand der Partikel korrelieren, mittels maschinellen Lernens auszuwerten.In a further particularly advantageous development, the examination device has a processing unit that is set up to use machine learning to evaluate the signals obtained with the optical or scanning microscopic method, which correlate with the state of the particles to be determined.
Vorteilhaft ist die Strahlungsquelle dazu eingerichtet, Strahlung abzugeben, mittels der sich der strahlungsaktivierbare Stoff in den aktivierten Zustand versetzen lässt.The radiation source is advantageously set up to emit radiation, by means of which the radiation-activatable substance can be switched to the activated state.
Vorteilhaft ist in dieser Vorrichtung vorgesehen, dass der Stoff im aktivierten Zustand geeignet ist zur Vernetzung von Proteinen der zu untersuchenden Partikel, insbesondere der Amine von Lysin- oder Arginin-Seitenketten von Proteinen der zu untersuchenden Partikel.It is advantageously provided in this device that the substance in the activated state is suitable for crosslinking proteins of the particles to be examined, in particular the amines of lysine or arginine side chains of proteins of the particles to be examined.
Weiter vorteilhaft kann der Stoff ein Arylazid, ein Diazirin oder ein Diazirin-enthaltendes Analogon der Aminosäuren Leucin (Photo-Leucin), Methionin und p-Benzoyl-Phenylalanin enthalten oder ausgewählt sein aus der Gruppe Arylazide, Diazirine sowie Diazirin-enthaltende Analoga der Aminosäuren Leucin (Photo-Leucin), Methionin und p-Benzoyl-Phenylalanin.More advantageously, the substance may contain or be an aryl azide, a diazirine or a diazirine-containing analogue of the amino acids leucine (photo-leucine), methionine and p-benzoyl-phenylalanine be selected from the group consisting of aryl azides, diazirines, and diazirine-containing analogs of the amino acids leucine (photo-leucine), methionine, and p-benzoyl-phenylalanine.
Weiter vorteilhaft kann der Stoff ein modifiziertes Glutaraldehyd, Formaldehyd oder Paraformaldehyd aufweisen, oder es sich bei dem Stoff um modifiziertes Glutaraldehyd, Formaldehyd oder Paraformaldehyd oder ein Gemisch daraus handeln.Further advantageously, the substance can have a modified glutaraldehyde, formaldehyde or paraformaldehyde, or the substance can be modified glutaraldehyde, formaldehyde or paraformaldehyde or a mixture thereof.
Weiterhin ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine erfindungsgemäße Vorrichtung, ggf. auch mit den Merkmalen einzelner oder mehrerer vorteilhafter Ausgestaltungen oder Weiterbildungen, wobei die Vorrichtung weiterhin in einer Suspension suspendierte Partikel umfasst, deren Zustand bestimmt werden soll, wobei die Suspension weiterhin einen strahlungsaktivierbaren Stoff enthält, der im nicht aktivierten Zustand in das Innere der Partikel eindringen oder an deren Oberflächen binden kann, ohne dabei den zu bestimmenden Zustand der Partikel wesentlich zu beeinflussen, und der im aktivierten Zustand eine Vernetzung eine Vernetzung von Strukturen oder Bestandteilen, z.B. Proteinen, in den zu untersuchenden Partikeln bewirkt.Furthermore, the subject of the present invention is a device according to the invention, possibly also with the features of one or more advantageous configurations or developments, the device also comprising particles suspended in a suspension, the state of which is to be determined, the suspension also containing a radiation-activatable substance, which in the non-activated state can penetrate into the interior of the particles or bind to their surfaces without significantly influencing the state of the particles to be determined, and which in the activated state enables crosslinking of structures or components, e.g. proteins, in the to causes examined particles.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung erläutert. Das Ausführungsbeispiel dient dem Fachmann zur weitergehenden Erläuterung der Erfindung, schränkt aber deren Umfang nicht ein. Dennoch können Merkmale des Ausführungsbeispiels einzeln oder gemeinschaftlich zur Weiterbildung der Gegenstände der Ansprüche herangezogen werden, soweit dies für den Fachmann erkennbar technisch möglich und vorteilhaft ist.An exemplary embodiment of the invention is explained below with reference to the attached drawing. The exemplary embodiment is used by those skilled in the art to explain the invention in more detail, but does not restrict its scope. Nevertheless, features of the exemplary embodiment can be used individually or jointly to develop the subject matter of the claims, insofar as this is technically possible and advantageous for the person skilled in the art.
In der Zeichnung zeigt
Die Vorrichtung 100 weist eine Vorratskammer 10 auf, in der eine Suspension bevorratet ist, in der die zu untersuchenden Partikel suspendiert sind. Bei den Partikeln handelt es sich um menschliche rote Blutkörperchen 1, die in wässriger Lösung suspendiert sind. Bewährt hat sich eine Konzentration von etwa 50 Millionen Zellen pro Milliliter Suspension, was etwa 10 Mikrolitern Vollblut auf 1 Milliliter Suspension entspricht.The
Eine als Schlauchpumpe, Kolben-, Membran- oder druckgetriebene Pumpe ausgebildete Bewegungseinrichtung 20 fördert die Suspension über ein Schlauchsystem aus der Vorratskammer 10 zu einer Strömungskammer 30. Diese Strömungskammer 30 ist als Mikrokapillare mit rechteckigem oder rundem Querschnitt ausgebildet, wobei der Querschnitt an den typischen Querschnitt von menschlichen mikrokapillaren Blutgefäßen angepasst sind.A
Die Pumpe induziert weiterhin eine Bewegung der suspendierten roten Blutkörperchen 1 in der Strömungskammer 30. Die Betriebsparameter der Pumpe sind dabei so gewählt, dass sich in der Mikrokapillare in der hindurchströmenden Suspension Strömungsverhältnisse ausbilden, die an die Strömungsverhältnisse angepasst sind, die in menschlichen kapillaren Blutgefäßen vorgefunden werden.The pump also induces a movement of the suspended red blood cells 1 in the
Weiterhin weist die Vorrichtung 100 eine Strahlungsquelle 40 auf, die dazu eingerichtet ist, UV-Strahlung zu erzeugen. Diese UV-Strahlung ist dazu geeignet, einen strahlungsaktivierbaren Stoff vom nicht aktivierten Zustand in den aktivierten Zustand zu versetzen. Die Strahlungsquelle 40 ist dabei so angeordnet, dass sie ein Teilvolumen der Strömungskammer 20 mit UV-Strahlung beaufschlagt. Bei der Strahlungsquelle 40 handelt es sich bevorzugt um eine LED-basierte Lichtquelle oder Laser, alternativ kann aber auch eine konventionelle Quecksilberdampflampe, Halogenlampe oder generell einer Gasentladungslampe zum Einsatz kommen.Furthermore, the
Die Strömungskammer 30 ist aus Glas oder einem polymeren Kunststoff ausgebildet, wobei beide Werkstoffe transparent oder geringfügig abschwächend für die UV-Strahlung der Strahlungsquelle 30 ausgebildet sind.The
Die Suspension, die der Strömungskammer 30 zugeführt wird, enthält neben den zu untersuchenden roten Blutkörperchen 1 als strahlungsaktivierbaren Stoff ein modifiziertes Glutaraldehyd, wie es aus der [Zitat 3] bekannt ist.The suspension which is supplied to the
Glutaraldehyd wird häufig zur Fixierung von Zellen und Mikroorganismen verwendet, um ihre Form und möglicherweise ihren Stoffwechselzustand zu erhalten und sie für den Transport oder die Langzeitlagerung zu konservieren. Wird Glutaraldehyd zu einer Probe gegeben, läuft der Fixierungsvorgang typischerweise innerhalb von Millisekunden ab und „friert“ die Form der Zellen sofort ein. Der Fixierungsvorgang basiert auf einer chemischen Proteinvernetzung in der Zelle und der Zellmembran.Glutaraldehyde is widely used to fix cells and microorganisms in order to maintain their shape and possibly their metabolic state, preserving them for transport or long-term storage. When glutaraldehyde is added to a sample, the fixation process typically occurs within milliseconds, instantly “freezing” the shape of the cells. The fixation process is based on a chemical protein crosslinking in the cell and the cell membrane.
In der Veröffentlichung Schelkle KM, Schmid C, Yserentant K, Bender M, Wacker I, Petzoldt M, Hamburger M, Herten DP, Wombacher R, Schröder RR, Bunz UH, Cell Fixation by Light-Triggered Release of Glutaraldehyde, AngewChem Int Ed Engl. 2017 Apr 18;56(17):4724-4728. dol: 10.1002/anle.201612112. Epub 2017 Mar22. PMID: 28328078 wird eine chemisch modifizierte Version von Glutaraldehyd vorgeschlagen, die eine zusätzliche funktionelle Gruppe einsetzt, die die chemische Reaktivität der Substanz so maskiert, dass sie unter normalen Bedingungen inaktiv wird. Wird das chemisch modifizierte Glutaraldehyd einer Probe zugesetzt, kann es über eine angehängte Estergruppe in die Zellen gelangen. In der Zelle bleibt die Substanz jedoch inaktiv, bis sie durch Anwendung von UV-Licht aktiviert wird. Bei Anwendung der Strahlung wird die Maskierungsgruppe vom Hauptmolekül abgelöst und die Proteinvernetzung innerhalb der Zellen beginnt. In diesem Moment ist die vorherrschende Zellform fixiert und konserviert. Diese Eigenschaft macht das so genannte „caged Glutaraldehyd“ zu einem Beispiel für ein ideales Additiv zur Untersuchung der Zellformdynamik im Fluss.In the publication Schelkle KM, Schmid C, Yserentant K, Bender M, Wacker I, Petzoldt M, Hamburger M, Herten DP, Wombacher R, Schröder RR, Bunz UH, Cell Fixation by Light-Triggered Release of Glutaraldehyde, AngewChem Int Ed Engl .2017 Apr 18;56(17):4724-4728. dol: 10.1002/anle.201612112. Epub 2017 Mar22. PMID: 28328078 a chemically modified version of glutaraldehyde is proposed which has an additional employs a chemical functional group that masks the chemical reactivity of the substance in such a way that it becomes inactive under normal conditions. If the chemically modified glutaraldehyde is added to a sample, it can enter the cells via an attached ester group. However, the substance remains inactive in the cell until it is activated by the application of UV light. Upon application of the radiation, the masking group is detached from the main molecule and protein cross-linking begins within the cells. At this point, the dominant cell shape is fixed and conserved. This property makes the so-called “caged glutaraldehyde” an example of an ideal additive for studying cell shape dynamics in flow.
Das modifizierte Glutaraldehyd weist also einen aktivierten Zustand auf, in dem es eine Vernetzung von Proteinen in den zu untersuchenden roten Blutkörperchen 1 bewirkt. Im nicht aktivierten Zustand ist diese Vernetzungseigenschaft hingegen maskiert. Wird dieses modifizierte Glutaraldehyd im nicht aktivierten Zustand mit geeigneter UV-Strahlung bestrahlt, so wird die Maskierung aufgehoben und es geht es in einen aktivierten Zustand über, in dem es die genannten Vernetzungseigenschaften aufweist.The modified glutaraldehyde thus has an activated state in which it causes crosslinking of proteins in the red blood cells 1 to be examined. In the non-activated state, however, this cross-linking property is masked. If this modified glutaraldehyde is irradiated with suitable UV radiation in the non-activated state, the masking is removed and it changes to an activated state in which it has the crosslinking properties mentioned.
In der Suspension, die der Strömungskammer 30 zugeführt wird, liegt das enthaltene Glutaraldehyd im nicht aktivierten Zustand vor.The glutaraldehyde contained in the suspension which is fed to the
Die Vorrichtung 100 weist weiterhin eine Bewegungseinrichtungssteuerung 25 auf, die dazu eingerichtet ist, die Pumpe dergestalt zu steuern, dass die Bewegungsparameter der roten Blutkörperchen 1 über einen definierten Bewegungsbereich, der sich durch das von der Strahlungsquelle 40 mit UV-Strahlung beaufschlagte Teilvolumen der Strömungskammer 30 erstreckt, konstant sind.The
Weiterhin weist die Vorrichtung 100 eine Strahlungsquellensteuerung 45 auf, die dazu eingerichtet ist, die Strahlungsquelle 40 zu steuern, d.h. die Beaufschlagung des Teilvolumens der Strömungskammer 30 mit UV-Strahlung zu steuern.Furthermore, the
Die vorgenannten Steuerungen 25, 45 sind in einer softwareimplementierten gemeinsamen Steuerung 50 der Vorrichtung 100 integriert. Diese ist dazu eingerichtet, die Strahlungsquelle 40 zu aktivieren, wenn in dem definierten Bewegungsbereich konstante Bewegungsparameter der roten Blutkörperchen 1 vorliegen.The aforementioned controls 25, 45 are integrated in a software-implemented
Der Strömungskammer 30 in Stromrichtung nachgeschaltet ist eine Untersuchungsvorrichtung 60, die zur Bestimmung des Zustands der in der Suspension enthaltenen roten Blutkörperchen 1 eingerichtet ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem genannten Zustand um die dreidimensionale äußere Form der roten Blutkörperchen 1.Downstream of the
Die Untersuchungsvorrichtung 60 weist ein scanning optical microscope auf, dem die durch UV-Bestrahlung fixierten roten Blutkörperchen 1, nachdem sie die Strömungskammer 30 verlassen haben, batchweise auf einem Objektträger 2 zugeführt werden.The
Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 100 dazu eine Sammeleinrichtung 70 auf, die für ein batchweises Sammeln der mit Strahlung beaufschlagten Suspension in separaten Sammelbehältern 75 eingerichtet ist.In the exemplary embodiment shown, the
Die Sammeleinrichtung 70 weist vorteilhaft eine Sammeleinrichtungssteuerung 71 auf, die softwareimplementiert ausgeführt und dazu eingerichtet ist, die Sammeleinrichtung 70 zu steuern. Auch die Sammeleinrichtungssteuerung 71 ist in die gemeinschaftliche Steuerung 50 integriert, in der sie der Strahlungsquellensteuerung 45 und der Bewegungseinrichtungssteuerung 25 zusammengefasst ist.The collecting
Das scanning optical microscope erstellt für jedes Sichtfeld schichtweise Aufnahmen senkrecht zur Ebene des Objektträgers 2, wodurch eine Serie von typisch 50 bis 60 aufeinanderfolgenden und in der Ebene des Objektträgers 2 aufgelösten Tomographieaufnahmen der im Sichtfeld des Mikroskops befindlichen roten Blutkörperchen 2 erzeugt wird. Aus dieser Serie lässt sich mittels einer geeigneten Bildverarbeitungseinrichtung 65 die dreidimensionale äußere Form der sich im Sichtfeld befindlichen roten Blutkörperchen 1 bestimmen.The scanning optical microscope creates layered images for each field of view perpendicular to the plane of the object slide 2, whereby a series of typically 50 to 60 consecutive tomographic images of the red blood cells 2 located in the field of view of the microscope, resolved in the plane of the object slide 2, is generated. The three-dimensional external shape of the red blood cells 1 located in the field of view can be determined from this series by means of a suitable
Hierzu weist die Untersuchungsvorrichtung 60 eine Verarbeitungseinheit 80 auf, die dazu eingerichtet ist, die mit dem scanning optical microscope gewonnen Bilder, die mit dem zu bestimmenden Zustand der Partikel 1 korrelieren, mittels maschinellen Lernens auszuwerten.For this purpose, the
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Untersuchungsvorrichtung 100 dazu in der Lage, die dreidimensionale äußere Form von mehr als 10.000 roten Blutkörperchen pro Stunde zu bestimmen.In the exemplary embodiment shown, the
Mithilfe der vorstehend gezeigten Vorrichtung 100 kann beispielsweise ein Verfahren ausgeführt werden, welches die folgenden Verfahrensschritte aufweist:
- a. Bereitstellen einer Suspension mit einer Vielzahl zu untersuchender roter Blutkörperchen 1 in
der Vorratskammer 10, wobei die Suspension neben den zu untersuchenden rote Blutkörperchen 1 modifiziertes Glutaraldehyd als strahlungsaktivierbaren Stoff im nicht aktivierten Zustand enthält, und Zuführen der Suspension zu der Strömungskammer 30 mittels der Pumpe, - b. Induzieren einer Bewegung der suspendierten rote Blutkörperchen 1 im umgebenden Medium in
der Strömungskammer 30 mittels der Pumpe, und - c. Beaufschlagen eines Teilvolumens der Strömungskammer 30 mit UV-Strahlung, die dazu geeignet ist, den strahlungsaktivierbaren Stoff vom nicht aktivierten Zustand in den aktivierten Zustand zu versetzen, um das in den roten Blutkörperchen 1 enthaltene modifizierte Glutaraldehyd zu aktivieren und damit die äußere Form der strömenden roten Blutkörperchen 1 zu fixieren.
- a. Providing a suspension with a large number of red blood cells 1 to be examined in the
storage chamber 10, the suspension containing modified glutaraldehyde as well as the red blood cells 1 to be examined contains lung-activatable substance in the non-activated state, and supplying the suspension to theflow chamber 30 by means of the pump, - b. inducing movement of the suspended red blood cells 1 in the surrounding medium in the
flow chamber 30 by means of the pump, and - c. Applying UV radiation to a partial volume of the
flow chamber 30, which is suitable for switching the radiation-activatable substance from the non-activated state to the activated state, in order to activate the modified glutaraldehyde contained in the red blood cells 1 and thus the external form of the flowing red blood cells 1 to fix.
Mittels der Bewegungseinrichtungssteuerung 25 werden die Bewegungsparameter der roten Blutkörperchen 11 in der Strömungskammer 30 über einen definierten Bewegungsbereich, der sich durch das von der Strahlungsquelle 40 mit UV-Strahlung beaufschlagbare Teilvolumen erstreckt, konstant gehalten.The movement parameters of the red blood cells 11 in the
Das Teilvolumen der Strömungskammer 30 wird mit UV-Strahlung aus der Strahlungsquelle 40 beaufschlagt, wenn in dem definierten Bewegungsbereich konstante Bewegungsparameter der roten Blutkörperchen 1 vorliegen. Hierzu wird die Strahlungsquelle 40 von der Strahlungsquellensteuerung 45 entsprechend gesteuert. Hierdurch wird das in den roten Blutkörperchen 1 vorhandene Glutaraldehyd aktiviert, wodurch der Zustand der roten Blutkörperchen 1 fixiert wird.The partial volume of the
In einem nachgelagerten Verfahrensschritt werden die fixierten roten Blutkörperchen 1 batchweise mittels der Sammeleinrichtung 70 in separaten Sammelbehältern 75 gesammelt.In a subsequent method step, the fixed red blood cells 1 are collected in batches in
Es ist vorgesehen, bei der Ausführung des Verfahrens die konstanten Bewegungsparameter der suspendierten roten Blutkörperchen 1 im definierten Bewegungsbereich nach Ablauf einer vorgegebenen Messzeit zu ändern. Dabei erfolgt diese Änderung so, dass nach der Änderung erneut konstante Bewegungsparameter der suspendierten roten Blutkörperchen 1 im definierten Bewegungsbereich vorliegen, die jedoch von den vorherigen Bewegungsparametern verschieden sind.When the method is being carried out, it is provided that the constant movement parameters of the suspended red blood cells 1 in the defined movement range be changed after a predetermined measurement time has elapsed. This change takes place in such a way that, after the change, constant movement parameters of the suspended red blood cells 1 are again present in the defined range of movement, which, however, are different from the previous movement parameters.
Dabei werden jeweils rote Blutkörperchen 1, die zum Zeitpunkt ihrer Fixierung durch Aktivierung des Glutaraldehyds übereinstimmenden Bewegungsparametern ausgesetzt waren, mittels der Sammeleinrichtung 70 zu batches zusammengefasst, d.h. in einem oder mehreren Sammelbehältern 75 gesammelt. Zu diesen batches werden keine roten Blutkörperchen 1 hinzugefügt, die die zum Zeitpunkt ihrer Fixierung durch Aktivierung des Glutaraldehyds abweichenden Bewegungsparametern ausgesetzt waren. D.h. in einem Sammelbehälter 75 sind nur rote Blutkörperchen 1 enthalten, die die zum Zeitpunkt ihrer Fixierung übereinstimmenden Bewegungsparametern ausgesetzt waren. Sofern die Partikel im Wesentlichen übereinstimmende Eigenschaften aufweisen, erlaubt dies den Einsatz von statistischen Untersuchungsmethoden, zur Bestimmung des zu bestimmenden Zustands der Partikel die auf der parallelen Untersuchung einer Vielzahl von Partikeln basieren, wobei hier beispielhaft die dynamische Lichtstreuung genannt ist. Dies kann Grundlage für eine apparativ unaufwendige, schnelle und zuverlässige Feststellung des zu bestimmenden Zustands sein.Red blood cells 1 that were exposed to matching movement parameters at the time of their fixation by activation of the glutaraldehyde are combined into batches by means of the
Aus den Sammelbehältern 75 werden Proben entnommen, auf Objektträger 2 übertragen und dem scanning optical microscope zugeführt. Dieses erzeugt mittels der Bildverarbeitungseinrichtung 65 dreidimensionale Repräsentationen der dreidimensionalen äußeren Form der sich im Sichtfeld des Mikroskops befindlichen roten Blutkörperchen 1, die beispielsweise als zweidimensionale Darstellung 3 auf einer angeschlossenen Anzeigeeinrichtung 90 dargestellt werden können. Samples are taken from the
In einem weiteren Verfahrensschritt werden die mit dem Mikroskop generierten Abbildungen der roten Blutkörperchen 1 mittels maschinellen Lernens ausgewertet.In a further method step, the images of the red blood cells 1 generated with the microscope are evaluated using machine learning.
Im Ausführungsbeispiel ist die grundlegende Erfindungsidee also dergestalt verkörpert, dass Form strömender roter Blutkörperchen, die in einer modifiziertes Glutaraldehyd enthaltenden Suspension suspendiert sind, durch Anwendung von UV-Licht in einem kleinen räumlichen Bereich fixiert werden und ihre 3D-Form zu fixieren, wenn die roten Blutkörperchen innerhalb einer genau kontrollierten und wohldefinierten Strömung einen stationären Zustand erreichen. Daher muss die nachfolgende bildgebende Untersuchung der roten Blutkörperchen nicht zu dem Zeitpunkt durchgeführt werden, zu dem die Zellen im Fluss sind. Vielmehr können Zellen separat, z. B. unter verschiedenen Flussbedingungen, gesammelt und zu einem späteren Zeitpunkt abgebildet werden. Die Aufnahmen können dann mittels künstlicher Intelligenz ausgewertet werden, um unverzerrte und schnelle Ergebnisse bei hoher statistischer Relevanz zu erhalten.In the exemplary embodiment, the basic idea of the invention is embodied in such a way that the shape of flowing red blood cells, which are suspended in a suspension containing modified glutaraldehyde, are fixed in a small spatial area by the application of UV light and their 3D shape is fixed when the red Blood cells reach a steady state within a precisely controlled and well-defined flow. Therefore, the subsequent imaging study of the red blood cells need not be performed at the time when the cells are in flux. Rather, cells can be separately, e.g. B. under different flow conditions, collected and mapped at a later time. The recordings can then be evaluated using artificial intelligence in order to obtain undistorted and fast results with high statistical relevance.
Zusammengefasst erlaubt dieser Ansatz die Aufnahme von Partikeln in der Strömung in drei Dimensionen, und zwar unabhängig vom vorherrschenden Strömungsregime und der Strömungsgeschwindigkeit. Weitere Vorteile sind, dass die Bildgebung nicht vor Ort durchgeführt werden muss. Vielmehr können die Untersuchungen aus der Ferne durchgeführt werden und aufwendige, anfällige und teure optische Systeme wie Mikroskope müssen nicht vor Ort bereitgestellt werden. Auch gibt es keine besonderen Vorschriften bezüglich der optischen Güte des Mikrofluidiksystems, was beispielsweise die Verwendung von Standard-Glaskapillaren als Strömungskammer möglich macht. Wenn keine bildgebenden Komponenten zum Zeitpunkt des Durchflusses der Zellen beteiligt sind, müssen auch keine planaren Strukturen für geringste Lichtbrechung wie z. B. rechteckige Kanäle verwendet werden. Vielmehr können auch Kanäle mit rundem Querschnitt verwendet werden, die die Strömungsverhältnisse eher physiologisch nachahmen.In summary, this approach allows the uptake of particles in the flow in three dimensions, independent of the prevailing flow regime and flow velocity. Other advantages are that the image exercise does not have to be carried out on site. Rather, the examinations can be carried out remotely and complex, vulnerable and expensive optical systems such as microscopes do not have to be provided on site. There are also no special regulations regarding the optical quality of the microfluidic system, which makes it possible, for example, to use standard glass capillaries as flow chambers. If no imaging components are involved at the time the cells flow through, no planar structures for the lowest light refraction such as e.g. B. rectangular channels can be used. Rather, channels with a round cross-section can also be used, which imitate the flow conditions more physiologically.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- rote BlutkörperchenRed blood cells
- 22
- Objektträgerslide
- 33
- Darstellung rotes BlutkörperchenIllustration of red blood cells
- 1010
- Vorratskammerpantry
- 2020
- Bewegungseinrichtungmoving device
- 2525
- Bewegungseinrichtungssteuerungmovement device control
- 3030
- Strömungskammerflow chamber
- 4040
- Strahlungsquelleradiation source
- 4545
- Strahlungsquellensteuerungradiation source control
- 5050
- gemeinsame Steuerungcommon control
- 6060
- Untersuchungsvorrichtungexamination device
- 6565
- Bildverarbeitungseinrichtungimage processing device
- 7070
- Sammeleinrichtungcollection facility
- 7171
- Sammeleinrichtungssteuerungcollection facility control
- 7575
- Sammelbehältercollection container
- 8080
- Verarbeitungseinheitprocessing unit
- 9090
- Anzeigeeinrichtungdisplay device
- 100100
- Vorrichtungcontraption
Claims (35)
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2022
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WO2022248561A1 (en) | 2022-12-01 |
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