DE10203636B4 - Device for the detection of particles in a fluid - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zum Nachweis von Partikeln (9) mittels Dielektrophorese, insbesondere zur Messung ihrer Konzentration in einem Fluid, mit wenigstens einer ersten und einer zweiten Elektrode (4, 5), zwischen denen ein Wechselfeld erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Elektroden (4, 5) mit einer Gegenelektrode (10, 11) einen Messkondensator (16) bildet, dessen Kapazität mittels einer Messeinrichtung (14, 15, 17) messbar ist.Device for detecting particles (9) by means of dielectrophoresis, in particular for measuring their concentration in a fluid, with at least a first and a second electrode (4, 5), between which an alternating field can be generated, characterized in that at least one of the electrodes ( 4, 5) with a counter electrode (10, 11) forms a measuring capacitor (16), the capacitance of which can be measured by means of a measuring device (14, 15, 17).

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nachweis von Partikeln, insbesondere zur Messung ihrer Konzentration in einem Fluid mit wenigstens einer ersten und einer zweiten Elektrode, zwischen denen im Rahmen einer Dielektrophorese ein Wechselfeld erzeugbar ist.The invention relates to a device for the detection of particles, especially for measuring their concentration in a fluid with at least a first and a second electrode, an alternating field between them as part of a dielectrophoresis can be generated.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der US 6,294,063 B1 bekannt.Such a device is for example from the US 6,294,063 B1 known.

Unter Partikeln sollen in diesem Zusammenhang in einem Fluid beweglich sich befindende lebende oder nicht lebende Zellen, Zellansammlungen, organische und nichtorganische Teilchen homogener und inhomogener Zusammensetzung, Zellteile, Viren, Plasmide sowie Flüssigkeitströpfchen in einer Emulsion oder irgendwelche festen Bestandteile in einer Suspension verstanden werden.Particles are said to be in this Connection living or moving in a fluid non-living cells, cell collections, organic and non-organic Particles of homogeneous and inhomogeneous composition, cell parts, viruses, Plasmids and liquid droplets in an emulsion or any solid components in a suspension be understood.

Oft ergibt sich die Notwendigkeit, solche Partikel aus einem Fluid zu isolieren oder zumindest nachzuweisen, dass und in welchem Anteil sie sich in dem Fluid befinden. Dazu sind verschiedene Verfahren bekannt. Es können beispielsweise biologische Nachweisverfahren oder chemische Nachweisverfahren mit sogenannten Markern durchgeführt werden, bei denen eine fremde Substanz zugegeben wird, die die Partikel in irgendeiner Weise beeinflusst, beispielsweise sich mit ihnen verbindet, so dass die entstehende Verbindung leicht nachzuweisen oder abzutrennen ist.Often there is a need isolate or at least detect such particles from a fluid, that and in what proportion they are in the fluid. To various methods are known. For example, biological detection methods or chemical detection methods are carried out with so-called markers, where a foreign substance is added, the particles influenced in some way, for example dealing with them connects so that the resulting connection is easy to demonstrate or is to be separated.

Dies erfordert jedoch immer einen gewissen Aufwand, da meistens eine auf die besondere Art der Partikel abgestimmte Substanz als Marker erforderlich ist.However, this always requires one a certain amount of effort, since it is mostly due to the special nature of the particles coordinated substance is required as a marker.

Außerdem ist bekannt, dass in einem elektrischen Feld die in einer Flüssigkeit beziehungsweise einem Fluid in geladener Form vorliegenden Teilchen durch elektrische Felder getrennt werden können. Die Teilchen wandern aufgrund der Kraftwirkung im elektrischen Feld zu einer Elektrode mit der der Teilchenladung entgegengesetzten Polarität.It is also known that in an electric field in a liquid or a Fluid present in charged form by electrical Fields can be separated. The Particles migrate due to the force in the electric field to an electrode with the opposite of the particle charge Polarity.

Oft ergibt sich jedoch in der Realität, dass Partikel vorliegen, die nicht in dem Fluid dissoziieren, und somit keine Nettoladung tragen, sondern elektrisch neutral sind.However, in reality it often emerges that particles are present that do not dissociate in the fluid, and thus none Carry net charge, but are electrically neutral.

Zur Beeinflussung solcher Partikel ist die Methode der Dielektrophorese bekannt. Diese beruht darauf, dass elektrisch neutrale Teilchen, wenn sie polarisiert werden, das heißt, wenn der positive und der negative Ladungsschwerpunkt auseinanderfallen, in einem elektrischen Gradientenfeld einer Kraftwirkung unterliegen.To influence such particles the method of dielectrophoresis is known. This is based on that electrically neutral particles, when polarized, this means, if the positive and negative charge center of gravity fall apart, subject to a force effect in an electrical gradient field.

Eine derartige Polarisation polarisierbarer Teilchen wird durch Anlegen eines elektrischen Wechselfeldes erreicht. Das Zusammenwirken des elektrischen Wechselfeldes, dessen Frequenz typisch im Bereich von einigen Kilohertz bis Megaherz liegt mit einem elektrischen Gradientenfeld erlaubt somit die Verschiebung von Partikeln, das heißt diese können in dem Fluid abgesondert und/oder nachgewiesen werden.Such a polarization of polarizable particles is achieved by applying an alternating electrical field. The Interaction of the alternating electrical field, the frequency of which is typical is in the range from a few kilohertz to megahertz with an electrical Gradient field thus allows the displacement of particles, the is called these can are separated and / or detected in the fluid.

Die Kraftwirkung auf die Partikel hängt dabei von ihrer Polarisierbarkeit und von der Dielektrizitätskonstante des Fluids sowie von der Frequenz des Wechselfeldes und dem Gradienten des elektrischen Feldes ab. Aus der US-Patentschrift US 6056861 ist grundsätzlich die Methode der Dielektrophorese und ihre Verwendung zur Absonderung von Partikeln in Fluiden oder zu deren Nachweis bekannt. Dort wird jedoch der Methode von rotierenden Feldern beziehungsweise Wanderwellen zur Beeinflussung der Partikel der Vorzug gegeben, da diese Methoden auf insbesondere auch schwach polarisierbare Partikel effektiv anwendbar sein sollen.The force effect on the particles depends on their polarizability and on the dielectric constant of the fluid as well as on the frequency of the alternating field and the gradient of the electric field. From the U.S. patent US 6056861 the method of dielectrophoresis and its use for the separation of particles in fluids or for their detection is known in principle. There, however, preference is given to the method of rotating fields or traveling waves for influencing the particles, since these methods are to be effectively applicable to particles which are also weakly polarizable.

Ein konkreter Weg zum qualitativen oder quantitativen Nachweis der Partikel geht aus der Entgegenhaltung jedoch nicht hervor.A concrete path to quality or quantitative evidence of the particles comes from the document however not apparent.

Aus der GB 2238619 ist die Anwendung der Dielektrophorese auf Mikroorganismen und andere polarisierbare Partikel in einem Fluid bekannt. Dort strömt eine Flüssigkeit zwischen zwei Elektroden durch, die ein elektrisches Wechselfeld mit einem Gradienten erzeugen, um die polarisierbaren Partikel im Bereich des elektrischen Feldes zurückzuhalten. Nach einer bestimmten Zeit werden die Elektroden abgeschaltet, so dass die durch die dielektrophoresische Wirkung angesammelten Partikel schwallartig aus der Elektrodenanordnung ausgeschwemmt werden. Dieser Schwall von Partikeln wird stromabwärts durch eine Änderung der Lichtabsorbtion in einem Lichtstrahl nachgewiesen und somit wird die Menge beziehungsweise Dichte der Partikel bestimmt.From the GB 2238619 the application of dielectrophoresis to microorganisms and other polarizable particles in a fluid is known. There, a liquid flows between two electrodes, which generate an alternating electric field with a gradient in order to retain the polarizable particles in the area of the electric field. After a certain time, the electrodes are switched off, so that the particles accumulated by the dielectrophoresis effect are flushed out of the electrode arrangement in a surge. This surge of particles is detected downstream by a change in the light absorption in a light beam and the quantity or density of the particles is thus determined.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zum Nachweis von Partikeln in einem Fluid zu schaffen, bei dem nach der Verschiebung der Partikel diese mit möglichst geringem Aufwand und quantitativ erfassbar sind.The present invention lies In contrast, the task of a device of the type mentioned for the detection of particles in a fluid, in which after the displacement of the particles with the least possible effort and are quantifiable.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gelöst, bei der wenigstens eine erste der Elektroden mit einer ersten Gegenelektrode einen ersten Messkondensator bildet und dass die Kapazität des ersten Messkondensators mittels einer Messeinrichtung messbar ist.The object is achieved by a Device released, in the case of the at least one first of the electrodes with a first counter electrode forms a first measuring capacitor and that the capacitance of the first Measuring capacitor is measurable by means of a measuring device.

Partikel mittels einer Impedanzmessung nachzuweisen, ist besonders einfach und wenig aufwendig dadurch, dass keine weiteren Marker benötigt werden und dass auch keine besondere Vorrichtung beispielsweise zur Lichterzeugung und Messung erforderlich ist. Die Methode der Impedanzmessung ist besonders dann mit hoher Empfindlichkeit einsetzbar, wenn die Dielektrizitätskonstante der Partikel sich von der Dielektrizitätskonstanten des Fluides stark unterscheidet, denn in diesem Fall ist einerseits die Kraftwirkung durch die Dielektrophorese besonders groß, andererseits die Impedanzänderung durch Konzentration von Partikeln in der Nähe einer Elektrode ebenfalls groß.Detecting particles by means of an impedance measurement is particularly simple and inexpensive in that no further markers are required and that no special device is required, for example for light generation and measurement. The method of impedance measurement can be used particularly with high sensitivity if the dielectric constant of the particles differs greatly from the dielectric constant of the fluid, because in this case there is one on the one hand, the force effect through the dielectrophoresis is particularly large, on the other hand, the impedance change due to the concentration of particles in the vicinity of an electrode is also large.

Die Konzentration von Partikeln an einer der Elektroden wird dann besonders groß, wenn sich dort an einer Ecke oder Kante der Elektrode eine besonders starke Inhomogenität des elektrischen Feldes befindet. Dann ist dort der Feldgradient groß und entsprechend ist die Kraftwirkung auf die Partikel besonders groß.The concentration of particles one of the electrodes becomes particularly large when there is an electrode Corner or edge of the electrode a particularly strong inhomogeneity of the electrical Field. Then the field gradient there is large and corresponding the force on the particles is particularly great.

Besonders empfindlich ist die Impedanzmessung dann, wenn in der Nähe einer der Elektroden, die für die Dielektrophorese verwendet werden, eine erste Gegenelektrode vorgesehen ist, die mit der ersten Elektrode einen Messkondensator bildet. Die Kapazität dieses Messkondensators ist dann stark von der Konzentration der Partikel in seiner Nähe abhängig. Dadurch sind die Partikel, die analysiert werden sollen, nicht nur qualitativ, sondern in gewissen Grenzen auch quantitativ nachweisbar. Das Verfahren und die Vorrichtung können beispielsweise zur Keimzahlbestimmung für Hygienemessgeräte aber auch als Sensor für die quantitative Analyse von Flüssigkeitsinhaltsstoffen beispielsweise bei Emulsionen angewendet werden.The impedance measurement is particularly sensitive then when close one of the electrodes for Dielectrophoresis are used, a first counter electrode is provided, which has a measuring capacitor with the first electrode forms. The capacity this measuring capacitor is then strongly dependent on the concentration of the Particles nearby dependent. As a result, the particles to be analyzed are not just qualitatively, but within certain limits also quantitatively verifiable. The method and the device can be used, for example, to determine the bacterial count for hygiene measuring devices, however also as a sensor for quantitative analysis of liquid ingredients can be used, for example, in emulsions.

Mikroorganismen können jedenfalls in einer Konzentration von 106 pro Milliliter und weniger nachgewiesen werden.In any case, microorganisms can be detected in a concentration of 10 6 per milliliter and less.

Es kann dabei vorgesehen werden, dass die Dielektrophorese für eine bestimmte Zeit unter festgelegten elektrischen und geometrischen Bedingungen betrieben wird und dass danach eine Kapazitätsmessung an wenigstens einer der Elektroden durchgeführt und die gemessene Kapazität mit einem Referenzwert verglichen sowie aus der Abweichung die Partikelkonzentration in dem Fluid ermittelt wird.It can be provided that dielectrophoresis for a certain time under fixed electrical and geometric Conditions and that after that a capacity measurement performed on at least one of the electrodes and the measured capacitance with a Reference value compared and the particle concentration from the deviation is determined in the fluid.

Um quantitativ das Vorhandensein von Partikeln durch das erfindungsgemäße Verfahren nachweisen zu können, ist es sinnvoll, zunächst unter Referenzbedingungen die Dielekrophorese durchzuführen und dann die Impedanzänderung zu messen. Dabei hängt die Zahl der Partikel, die an einer Elektrode angesammelt werden, von der Dauer der Dielektrophorese, der Konzentration der Partikel im Fluid, Amplitude und Frequenz des Wechselfeldes, Feldgradient und den Dielektrizitätskonstanten des Fluids und der Partikel ab. Wenn bei einer gegebenen geometrischen Elektrodenanordnung alle übrigen Parameter konstant gehalten werden, kann somit die Konzentration der Partikel im Fluid durch Vergleich mit einem Referenzwert bestimmt werden.To quantify the existence to detect particles by the method according to the invention can, it makes sense first perform the dielecrophoresis under reference conditions and then the change in impedance to eat. It depends the number of particles that accumulate on an electrode, on the duration of the dielectrophoresis, the concentration of the particles in the fluid, amplitude and frequency of the alternating field, field gradient and the dielectric constant of the fluid and the particles. If for a given geometric Electrode arrangement all others The concentration can thus be kept constant the particles in the fluid are determined by comparison with a reference value become.

Da verschiedenartige Partikel bei unterschiedlichen Frequenzen des Wechselfeldes unterschiedlichen Kraftwirkungen unterliegen, gibt es für jede Partikelart günstige Frequenzbereiche des Wechselfeldes, bei denen der Nachweis besonders effektiv gelingt. Je nach der Art der nachzuweisenden Partikel ist somit bei einem Test die entsprechende Frequenz einzustellen, um das Verfahren besonders effektiv durchzuführen. Dadurch können auch verschiedene Partikelarten selektiv gemessen werden.Because different types of particles different frequencies of the alternating field different There are favorable frequency ranges for each particle type subject to force effects of the alternating field, where the detection is particularly effective. Depending on the type of particles to be detected, one is Test to set the appropriate frequency to make the procedure particularly effective perform. This allows different types of particles can also be measured selectively.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die erste und die zweite Elektrode jeweils mit einer Gegenelektrode einen ersten und einen zweiten Messkondensator bilden.An advantageous embodiment of the device according to the invention stipulates that the first and the second electrode each have a Counter electrode form a first and a second measuring capacitor.

Somit ist an jeder der das Wechselfeld erzeugenden Elektroden nach der Dielektrophorese eine Impedanzmessung möglich. Dies ergibt eine zusätzliche Möglichkeit zum Nachweis der Partikel, was insbesondere dann wichtig ist, wenn sich aufgrund der Polarität des Gradientenfeldes die Partikel an einer der Elektroden besonders sammeln.So everyone is the alternating field generating electrodes after dielectrophoresis an impedance measurement possible. This results in an additional one possibility for the detection of the particles, which is particularly important if themselves due to the polarity the particles on one of the electrodes collect.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die erste und gegebenenfalls die zweite Elektrode mit der jeweiligen Gegenelektrode jeweils einen Messkondensator in Form eines Plattenkondensators bildet. Ansonsten können die Messkondensatoren auch beispielsweise als Zylinderkondensatoren ausgestaltet sein.Another advantageous embodiment the device according to the invention provides that the first and possibly the second electrode a measuring capacitor with the respective counter electrode in the form of a plate capacitor. Otherwise they can Measuring capacitors also, for example, as cylindrical capacitors be designed.

Vorteilhaft kann außerdem sein, dass die beiden Plattenkondensatoren in einer Ebene mit Abstand voneinander angeordnet sind.It can also be advantageous that the two plate capacitors are spaced in one plane are arranged from each other.

In diesem Fall wird die Dielektrophorese zwischen den Plattenkondensatoren durchgeführt, so dass sich die Partikel an wenigstens einer der Elektroden eines Plattenkondensators sammeln und dort mit hoher Genauigkeit und Nachweiswahrscheinlichkeit registriert werden können. Da die Platten der Plattenkondensatoren im wesentlichen parallel zu den Feldlinien des Wechselfeldes im Mittelbereich zwischen den Elektroden verlaufen, ergibt sich an den einander zugewandten Kanten der Plattenkondensatoren ein besonders starker Feldgradient. Dort werden sich demnach die Partikel bei der Dielektrophorese besonders konzentrieren und sind dort durch die Impedanzänderung des jeweiligen Plattenkondensators gut nachweisbar.In this case, dielectrophoresis performed between the plate capacitors so that the particles collect on at least one of the electrodes of a plate capacitor and registered there with high accuracy and probability of detection can be. Because the plates of the plate capacitors are essentially parallel to the field lines of the alternating field in the middle between the Electrodes run on the mutually facing edges plate capacitors have a particularly strong field gradient. There will be the particles are particularly concentrated during dielectrophoresis and are there due to the change in impedance of the respective plate capacitor is clearly detectable.

Besonders wirkungsvoll kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung außerdem sein, dass erste und zweite Elektrode mit einem Wechselfeld wählbarer Frequenz beaufschlagbar sind. Diesem kann vorteilhaft ein Gleichspannungsfeld mit einem Feldgradienten überlagerbar sein.Particularly effective at device according to the invention Moreover be that first and second electrodes with an alternating field selectable Frequency can be applied. This can advantageously be a DC voltage field can be overlaid with a field gradient his.

Durch die wählbare Frequenz des Wechselfeldes kann einerseits die Nachweiswahrscheinlichkeit einer bestimmten Partikelart erhöht werden, andererseits können innerhalb eines Fluids auch verschiedene Partikelarten nacheinander detektiert werden. Durch ein zusätzliches Gleichspannungsfeld kann die Kraftwirkung auf die Partikel verstärkt werden.Through the selectable frequency of the alternating field on the one hand, the probability of detection of a certain Particle type increased on the other hand can Different types of particles in succession within a fluid can be detected. With an additional DC voltage field, the force effect on the particles can be increased.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrieben.The invention is explained below of an embodiment shown in a drawing and then described.

Dabei zeigtIt shows

1 die Anordnung der Plattenkondensatoren zur Durchführung der Dielektrophorese, 1 the arrangement of the plate capacitors for performing the dielectrophoresis,

2 schematisch einen der Plattenkondensatoren mit einer Einrichtung zur Impedanzmessung. 2 schematically one of the plate capacitors with a device for impedance measurement.

In der 1 ist durch einen Flüssigkeitsspiegel 1 angedeutet, dass sich dort zwei als Plattenkondensatoren ausgebildete Messkondensatoren 2, 3 in einer Flüssigkeit befinden.In the 1 is through a liquid level 1 indicated that there are two measuring capacitors designed as plate capacitors 2 . 3 are in a liquid.

Die jeweils oberen Elektroden 4, 5 der Plattenkondensatoren 2, 3 bilden jeweils die erste und zweite Elektrode für die Dielektrophorese. Dazu sind die Elektroden 4, 5 mittels Anschlüssen 6, 7 mit einer hochfrequenten Wechselspannungsquelle 8 verbunden die eine Wechselspannung im Frequenzbereich zwischen einigen Kilohertz und 100 Megaherz erzeugt.The top electrodes 4 . 5 of the plate capacitors 2 . 3 form the first and second electrodes for dielectrophoresis. The electrodes are for that 4 . 5 by means of connections 6 . 7 with a high frequency AC voltage source 8th connected which generates an alternating voltage in the frequency range between a few kilohertz and 100 megahertz.

Durch das zwischen den Elektroden 4, 5 entstehende elektrische Wechselfeld werden die Partikel 9 polarisiert und dann durch einen Feldgradienten bevorzugt zu Bereichen hoher Feldstärke hin verschoben. Solche Punkte hoher Feldstärke werden beispielsweise durch die einander zugewandten Kanten der Elektroden 4, 5 gebildet, so dass sich die Partikel 9 dort im Laufe der Dielektrophorese ansammeln.Because of that between the electrodes 4 . 5 The resulting alternating electric field becomes the particles 9 polarized and then preferably shifted towards areas of high field strength by a field gradient. Such points of high field strength are caused, for example, by the mutually facing edges of the electrodes 4 . 5 formed so that the particles 9 accumulate there during the dielectrophoresis.

Jeder der Elektroden 4, 5 ist zur Bildung eines als Plattenkondensator ausgebildeten Messkondensators 16 eine Gegenelektrode 10, 11 zugeordnet. Jeweils zwischen der Elektrode 4, 5 und der Gegenelektrode 10, 11 ist eine Isolationsschicht 12, 13, z. B. Keramik, Siliziumdioxid, Siliziumnitrid angeordnet.Each of the electrodes 4 . 5 is to form a measuring capacitor designed as a plate capacitor 16 a counter electrode 10 . 11 assigned. Each between the electrode 4 . 5 and the counter electrode 10 . 11 is an insulation layer 12 . 13 , e.g. B. ceramic, silicon dioxide, silicon nitride.

Der Großteil der Feldlinien innerhalb eines Plattenkondensators 2, 3 verläuft zwar direkt von einer Elektrode zur anderen, jedoch ergibt sich am Rand eines Plattenkondensators 2, 3 auch ein Streufeld. Dieses wird im vorliegenden Fall bei der Anwesenheit von Partikeln am Rand des Plattenkondensators 2, 3 von diesen beeinflusst. Haben die Partikel eine höhere Dielektrizitätskonstante als das Fluid, in dem der jeweilige Plattenkondensator 2, 3 sich befindet, das beispielsweise Wasser sein kann, so erhöhen sie die Kapazität des Kondensators, wenn sie sich an dessen Kante ansammeln.Most of the field lines within a plate capacitor 2 . 3 runs directly from one electrode to another, but results at the edge of a plate capacitor 2 . 3 also a stray field. In the present case, this occurs when particles are present at the edge of the plate capacitor 2 . 3 influenced by these. The particles have a higher dielectric constant than the fluid in which the respective plate capacitor 2 . 3 is, which can be water, for example, they increase the capacitance of the capacitor when they accumulate on its edge.

Somit kann durch Messung der Impedanz beziehungsweise Kapazität der in dem Fluid angeordneten Plattenkondensatoren nach der Dielektrophorese der Nachweis des Vorhandenseins der Partikel (9) geführt werden.Thus, by measuring the impedance or capacitance of the plate capacitors arranged in the fluid after dielectrophoresis, the presence of the particles ( 9 ) are performed.

Außerdem kann auch durch den Betrag der Änderung der Kapazität der Plattenkondensatoren die Menge der vorhandenen Partikel bestimmt werden.In addition, the Amount of change of capacity of the plate capacitors determines the amount of particles present become.

Die 2 zeigt hierzu eine Messvorrichtung, die jeweils einen Anschluss 14, 15 an jeder der Elektroden eines Plattenkondensators 16 aufweist. Die Anschlüsse 14, 15 sind mit einem Messgerät 17 verbunden, das beispielsweise bei einer festen Frequenz den Wechselstromwiderstand des Kondensators 16 messen und somit dessen Kapazität bestimmen kann. Der gemessene Kapazitätswert wird dann an eine Vergleichseinrichtung 18 weitergegeben, wo der gemessene Wert mit einem gespeicherten Referenzwert verglichen wird. Aus dem Vergleich dieser beiden Werte wird dann die Zahl der Partikel am Rand des Plattenkondensators 16 bestimmt, hieraus mittels Referenzwerten die Konzentration der Partikel in dem Fluid ermittelt und einer Anzeige 19 zugeführt.The 2 shows a measuring device, each with a connection 14 . 15 on each of the electrodes of a plate capacitor 16 having. The connections 14 . 15 are using a measuring device 17 connected, for example at a fixed frequency, the AC resistance of the capacitor 16 measure and thus determine its capacity. The measured capacitance value is then sent to a comparison device 18 passed on where the measured value is compared with a stored reference value. The comparison of these two values then becomes the number of particles at the edge of the plate capacitor 16 determined, from this the concentration of the particles in the fluid is determined using reference values and a display 19 fed.

Die in den Figuren dargestellte Einrichtung mit zwei Plattenkondensatoren kann beispielsweise auf einem Keramikträger angeordnet sein, auf den ein Tropfen der zu analysierenden Flüssigkeit gebracht wird. Der in der 1 dargestellte Flüssigkeitsspiegel ist insofern nur symbolisch zu verstehen. Die Vorrichtung kann auch eine Flüssigkeit analysieren, während sie in einem Kanal mit definierter Geschwindigkeit an den Plattenkondensatoren (2, 3) vorbeiströmt. Die Verwirklichung der Erfindung führt dazu, dass Messungen sehr schnell durchführbar sind, dass keine Marker benötigt werden und dass die Messergebnisse einfach auch quantitativ auswertbar sind. Dabei hält sich der konstruktive Aufwand der Vorrichtung in Grenzen, so dass die Vorrichtung sehr kostengünstig herstellbar ist.The device with two plate capacitors shown in the figures can, for example, be arranged on a ceramic carrier onto which a drop of the liquid to be analyzed is placed. The Indian 1 The liquid level shown is only to be understood symbolically. The device can also analyze a liquid while in a channel at a defined speed on the plate capacitors ( 2 . 3 ) flows past. The implementation of the invention means that measurements can be carried out very quickly, that no markers are required and that the measurement results can simply be evaluated quantitatively. The design effort of the device is limited, so that the device can be manufactured very inexpensively.

Claims (5)

Vorrichtung zum Nachweis von Partikeln (9) mittels Dielektrophorese, insbesondere zur Messung ihrer Konzentration in einem Fluid, mit wenigstens einer ersten und einer zweiten Elektrode (4, 5), zwischen denen ein Wechselfeld erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Elektroden (4, 5) mit einer Gegenelektrode (10, 11) einen Messkondensator (16) bildet, dessen Kapazität mittels einer Messeinrichtung (14, 15, 17) messbar ist.Particle detection device ( 9 ) by means of dielectrophoresis, in particular for measuring their concentration in a fluid, with at least a first and a second electrode ( 4 . 5 ), between which an alternating field can be generated, characterized in that at least one of the electrodes ( 4 . 5 ) with a counter electrode ( 10 . 11 ) a measuring capacitor ( 16 ) whose capacity is measured by means of a measuring device ( 14 . 15 . 17 ) is measurable. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (4) und die zweite Elektrode (5) jeweils mit einer ersten und einer zweiten Gegenelektrode (10, 11) einen ersten und einen zweiten Messkondensator (2, 3, 16) bilden.Device according to claim 1, characterized in that the first ( 4 ) and the second electrode ( 5 ) each with a first and a second counter electrode ( 10 . 11 ) a first and a second measuring capacitor ( 2 . 3 . 16 ) form. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der/die Messkondensator/-en (16) als Plattenkondensator/-en (2, 3) ausgebildet ist/sind.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the measuring capacitor (s) ( 16 ) as a plate capacitor (s) ( 2 . 3 ) is / are trained. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Plattenkondensatoren (2, 3) in einer Ebene mit Abstand voneinander angeordnet sind.Device according to claim 3, characterized in that the two plate capacitors ( 2 . 3 ) are spaced apart in one plane. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (4) und die zweite Elektrode (5) mit einem Wechselfeld wählbarer Frequenz beaufschlagbar sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first ( 4 ) and the second electrode ( 5 ) with an alternating field selectable frequency can be applied.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8992754B2 (en) 2005-10-26 2015-03-31 Silicon Biosystems S.P.A. Method and apparatus for the characterizing and counting particles, in particular, biological particles
US10234447B2 (en) 2008-11-04 2019-03-19 Menarini Silicon Biosystems S.P.A. Method for identification, selection and analysis of tumour cells
US10376878B2 (en) 2011-12-28 2019-08-13 Menarini Silicon Biosystems S.P.A. Devices, apparatus, kit and method for treating a biological sample
US10648897B2 (en) 2007-10-29 2020-05-12 Menarini Silicon Biosystems S.P.A. Method and apparatus for the identification and handling of particles
US10895575B2 (en) 2008-11-04 2021-01-19 Menarini Silicon Biosystems S.P.A. Method for identification, selection and analysis of tumour cells

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2362989C2 (en) * 2004-02-27 2009-07-27 Дапрокс Аб Fibre concentration ratio measuring method and related device for implementation thereof
CN100439908C (en) * 2004-02-27 2008-12-03 达普罗克斯公司 Process and gauge for measuring fiber concentration
SE527810C2 (en) 2004-02-27 2006-06-13 Daprox Ab Measurement of degree of fiber concentration in pulp inside machine, preferably refiner for manufacture of paper pulp, comprises measuring impedance between rotor surface and sensor surface during axial movement of impedance meter body
ITBO20040420A1 (en) 2004-07-07 2004-10-07 Type S R L METAL CUTTING AND FORMING MACHINE
ITBO20050481A1 (en) 2005-07-19 2007-01-20 Silicon Biosystems S R L METHOD AND APPARATUS FOR THE HANDLING AND / OR IDENTIFICATION OF PARTICLES
ITTO20060226A1 (en) 2006-03-27 2007-09-28 Silicon Biosystem S P A METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSING AND OR ANALYSIS AND OR SELECTION OF PARTICLES, IN PARTICULAR BIOLOGICAL PARTICLES
DK2408562T3 (en) 2009-03-17 2018-06-06 Menarini Silicon Biosystems Spa Microfluidic device for isolating cells
IT1403518B1 (en) 2010-12-22 2013-10-31 Silicon Biosystems Spa MICROFLUID DEVICE FOR PARTICLE HANDLING
ITTO20110990A1 (en) 2011-10-28 2013-04-29 Silicon Biosystems Spa METHOD AND APPARATUS FOR OPTICAL ANALYSIS OF LOW TEMPERATURE PARTICLES

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2238619A (en) * 1989-11-27 1991-06-05 Nat Res Dev Dielectrophoretic characterisation of micro-organisms and other particles
US6294063B1 (en) * 1999-02-12 2001-09-25 Board Of Regents, The University Of Texas System Method and apparatus for programmable fluidic processing

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5459406A (en) * 1994-07-01 1995-10-17 Cornell Research Foundation, Inc. Guarded capacitance probes for measuring particle concentration and flow
GB9916851D0 (en) * 1999-07-20 1999-09-22 Univ Wales Bangor Manipulation of particles in liquid media
GB2358473B (en) * 2000-01-22 2003-10-08 Cell Analysis Ltd Methods and apparatus for detecting microscopic bodies
GB2361883B (en) * 2000-05-03 2003-05-28 Cell Analysis Ltd Method and apparatus for analysing low concentrations of particles

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2238619A (en) * 1989-11-27 1991-06-05 Nat Res Dev Dielectrophoretic characterisation of micro-organisms and other particles
US6294063B1 (en) * 1999-02-12 2001-09-25 Board Of Regents, The University Of Texas System Method and apparatus for programmable fluidic processing

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8992754B2 (en) 2005-10-26 2015-03-31 Silicon Biosystems S.P.A. Method and apparatus for the characterizing and counting particles, in particular, biological particles
US10648897B2 (en) 2007-10-29 2020-05-12 Menarini Silicon Biosystems S.P.A. Method and apparatus for the identification and handling of particles
US10234447B2 (en) 2008-11-04 2019-03-19 Menarini Silicon Biosystems S.P.A. Method for identification, selection and analysis of tumour cells
US10895575B2 (en) 2008-11-04 2021-01-19 Menarini Silicon Biosystems S.P.A. Method for identification, selection and analysis of tumour cells
US10376878B2 (en) 2011-12-28 2019-08-13 Menarini Silicon Biosystems S.P.A. Devices, apparatus, kit and method for treating a biological sample

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WO2003065028A1 (en) 2003-08-07
DE10203636A1 (en) 2003-08-14

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