DE1517961B2

DE1517961B2 - Verfahren und vorrichtung zum trennen von in fluessigkeit suspendierten kleinen teilchen, insbesondere von blut- oder gewebezellen

Info

Publication number: DE1517961B2
Application number: DE19661517961
Authority: DE
Inventors: Mack Jett Los Alamos N.Mex. Fulwyler (V.StA.)
Original assignee: United States Atomic Energy Commission, Germantown, Md. (V.StA.)
Priority date: 1965-06-04
Filing date: 1966-06-03
Publication date: 1976-02-12
Also published as: GB1103190A; IL25874A; SE320210B; US3380584A; DE1517961A1; BE679753A; NL6605117A; ES337429A1

Description

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu trennenden Teilchen in einer Elektrolyt-Flüssigkeit suspendiert sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Meßstelle als ausgewählte Eigenschaft der elektrische Widerstand, die induzierte Lumineszenz oder die Radioaktivität eines vorgegebenen Suspensionsvolumens gemessen werden.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen unter Druck stehenden, die Suspension enthaltenden Flüssigkeitsbehälter (11), der mit einer Ausflußdüse (21) verbunden ist, einen mit der

schallgeber (25), einen auf die ausgewählte Eigenschaft der Teilchen ansprechenden elektrischen Meßfühler bzw. Meßwandler (29), eine stromabwärts der Düsenaustrittsöffnung angeordnete, mit einem Impulsgenerator (35) verbundene Ladeelektrode (37), wobei der Meßfühler über einen Proportionalverstärker und Impulswandler (31) sowie ein Verzögerungsglied (33) mit dem Impulsgenerator verbunden ist, stromabwärts der Ladeelektrode (37) angeordnete elektrostatische oder elektromagnetische Ablenkmittel (39, 41), sowie Aufnahmebehälter (43) zur gesonderten Sammlung der getrennten Teilchen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallgeber (27) gegenüber der Düse (21) und/oder ihrem Gehäuse vorzugsweise durch hochelastische Mittel (20) entkoppelt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Aufnahmebehälter (43) der getrennten Teilchen ein kontinuierlich^ bewegtes Fließpapier dient, dessen Bewegungsrichtung vorzugsweise senkrecht sowohl zur Flüssigkeitsstrahlrichtung als auch zur Ablenkrichtung_:, verläuft. . \

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren den Ansprüche 4 bis 6, zur Durchführung des Ver-' fahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich-V net, daß an der Meßstelle ein auf den elektrischen Widerstand eines vorgegebenen Suspensionsvolumens ansprechender Meßfühler bzw. Meßwandler (21, 22, 24, F i g. 3), bzw. ein auf die induzierte Lumineszenz des vorgegebenen Suspensionsvolumens ansprechender Meßwandler (60, 63, Fig. 4) bzw..ein auf die Radioaktivität des vorgegebenen Suspensionsvolumens ansprechender Meßwandler (63, F i g. 5) vorgesehen ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen von in Flüssigkeit suspendierten kleinen" Teilchen, insbesondere von Blut- oder Gewebezellen, -durch, Ablenkung im elektrischen oder magnetischen Feld, bezüglich ausgewählter Eigenschaften; insbesondere deren Größe und/oder Sorte, welche als solche der Ablenkung durch die genannten Feldwirkungen nicht zugänglich sind sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Ein Bedürfnis nach einem einfachen und wirksamen Verfahren zur Trennung von Teilchen so geringer Größe, daß sie nicht als diskrete, räumlich getrennte Festteilchen, sondern praktisch nur in Form einer Suspension in einer Trägerflüssigkeit gehandhabt werden können, und zwar nach ausgewählten Eigenschaften als Trennkriterium, die als solche nicht ohne weiteres der elektrischen oder magnetischen Ablenkung zugänglich sind, besteht auf vielen Gebieten, insbesondere in der Biologie und in der Medizin. So ist es für Zwecke der biologischen oder medizinischen Forschung und auch für Zwecke der therapeutischen Analyse beispielsweise häufig erforderlich, Blutkörpechen nach ihrer Größe oder nach anderweitigen Kriterien zu sortieren. In der Krebsforschung besteht vielfach ein Bedürfnis, Krebszellen von normalen Zellen zu trennen, wobei die Unterschiede

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falls in der Radioaktivität nach geeigneter Vorbe- die Trennung hinsichtlich photoelektrisch nachweishandung oder in der induzierten Lumineszenz be- barer Eigenschaften beschränkt.

stehen können. Diese bekannten Trennverfahren eignen sich daher

Zwar sind Verfahren zur Trennung bzw. Sortierung nicht zur Trennung von in Suspensionsform vorvon Stoffen oder Stoffgemischen durch elektrische 5 liegenden kleinen Teilchen hinsichtlich beliebiger oder magnetische Ablenkung an sich in mannig- Trennkriterien, welche als solche der elektrischen fachen Ausgestaltungen bekannt; diese bekannten oder magnetischen Ablenkung nicht unmittelbar zu-Verfahren eignen sich jedoch nicht zur Trennung gänglich sind.

kleiner, in flüssiger Suspension vorliegender Teilchen Aus der US-PS 26 56 508 ist ein Verfahren zum

nach ausgewählten Eigenschaften, die als solche nicht io Zählen und gegebenenfalls zur Messung der Größe unmittelbar der elektrischen oder magnetischen Ab- von in Suspension befindlichen Teilchen bekannt, lenkung zugänglich sind. Hierbei wird die Suspension durch ein — vorzugs-

So ist aus der deutschen Patentschrift 7 29 487 ein weise verengtes — Rohr geleitet, an dessen beiden Verfahren zur Trennung eines Stoffgemischs bekannt, Enden Elektroden angebracht sind; die Suspension daß aus Anteilen mit unterschiedlicher elektrischer 15 bildet einen charakteristischen Widerstand zwischen Leitfähigkeit besteht, beispielsweise der metallhalti- den beiden Elektroden, der beim Auftreten eines Teilgen Komponenten eines Erzes vom tauben Gestein; chens beeinflußt wird, derart, daß die Widerstandsbei diesem bekannten Verfahren wird das Stoff- änderung ein Anzeichen für das Vorliegen bzw. Pasgemisch vermittels einer elektrisch leitenden Flüssig- sieren eines Teilchens (Zählen) und das Ausmaß der keit in einem breiten Kanal durch ein Magnetfeld ao Widerstandsänderung gegebenenfalls eine Anzeige etwa senkrecht zu den Kraftlinien hindurchgeführt für die Größe des Teilchens (Größenmessung) dar- --^ und der elektrische Strom mittels Elektroden durch stellt. Eine Trennung der Teilchen etwa nach ihrer ~«₅ die Flüssigkeit in ihrer Strömungsrichtung oder in Größe, oder gar nach anderweitigen nichtelektrischen · entgegengesetzter Richtung geleitet und den Stoffteil- Kriterien, ist mit diesem bekannten Verfahren nicht ?.· chen gleichzeitig ein Bewegungsimpuls entgegen- »5 möglich. . f

gesetzt zu dem Impuls aufgezwungen, welcher in den Schließlich ist es aus der Literaturstelle SEL-Re- j

elektrisch leitenden Anteilen gemäß der Dreifmger- port-64-004 vom März 1964 der Stanford Electronics / regel entsteht, so daß das Stoffgemisch nach Maß- Laboratories der Stanford University in anderem Zugabe der Leitfähigkeit in zwei oder mehrere Anteile sammenhang, nämlich für einen mit Tinte arbeitenzerlegt wird. Dieses Verfahren ist ersichtlich auf die 3° den direkt schreibenden Oszillographen, bekannt, Behandlung von Stoffgemischen beschränkt, die sich einen kontinuierlichen Tintenstrom in diskrete Tropfunmittelbar in einer elektrischen Eigenschaft (Leit- chen vorgegebener gleicher Größe aufzuspalten, infähigkeit) charakteristisch unterscheiden. Im übrigen dem man die Ausflußöffnung eines Rohrs, durch ist dieses bekannte Verfahren nach seiner gesamten welches der Tintenstrom fließt, einer Vibration, beiAuslegung nur zur Trennung bzw. Sortierung verhält- 35 spielsweise mittels Ultraschallerregung unterwirft, nismäßig grober, großer Teilchen mit Teilchengrößen Dicht unterhalb der Ausflußöffnung, aus welcher die weit oberhalb der Suspendierbarkeit bestimmt und diskreten Tröpfchen austreten, ist eine elektrostati- geeignet; die Einbringung in eine Flüssigkeit dient sehe Vorrichtung zur Aufladung der einzelnen Tröpflediglich als einfaches Transportmedium durch das chen nach Maßgabe eines, elektrischen Signals vor-Scheidemagnetfeld und zur einfachen Strombeauf- 40 gesehen, das in dem selbstschreibenden Oszillograschlagung der in der erwähnten Weise selbst leit- phen graphisch aufgezeichnet werden soll. Die in diefähigen Stoffkomponenten. . ser Weise aufgeladenen diskreten Tröpfchen passieren

Aus der US-PS 26 46 880 ist ein Trocken- sodann eine elektrische Ablenkvorrichtung und tref- Γ Sortierverfahren zum photoelektrischen Sortieren fen sodann auf einen unterhalb dieser angeordneten-- r kleiner Teilchen bekannt, bei denen es sich jedoch 45 in Linearrichtung vorgeschobenen Aufzeichnungsgleichwohl um makroskopische Festkörperteilchen träger, beispiesweise einen Registrierpapierstreifen, handelt, die während des gesamten Verfahrens diskret auf welchem die" unterschiedlich stark abgelenkten räumlich getrennt vorliegen. Die Sortierung erfolgt Tröpfchen eine kontinuierliche Kurve als graphische nach photoelektrisch erfaßbaren Eigenschaften der Darstellung des wiederzugebenden elektrischen Si-Teilchen, insbesondere nach ihrer Farbe und /oder 5° gnals aufzeichnen. Mit dem Problem der Trennung ihrem Reflexionsvermögen. Die in freiem Fall oder von Teilchen nach ausgewählten Eigenschaften hat anderweitig aufeinanderfolgend an einem photoelek- diese bekannte Vorrichtung nichts zu tun. Insbesontrischen Detektor vorbeibewegten diskreten Teilchen dere stellt die Tintenflüssigkeit keine Suspension der werden hinsichtlich der in Frage stehenden optischen eigentlich interessierenden und hinsichtlich bestimm-Eigenschaft (Farbe, Reflexionsvermögen od. dgl.) 55 ter Kriterien zu trennenden Teilchen dar, sondern durch den photoelektrischen Detektor vermessen und eine homogene Tintenflüssigkeit. Die Tintentröpfchen in Abhängigkeit von dem photoelektrischen Meß- werden nicht nach Maßgabe irgendeiner Eigenschaft signal in einer an der Meßstelle angeordneten Ko- ihrer selbst aufgeladen, sondern in Abhängigkeit von rona-Entladungsvorrichtung gemäß dem Betrag des einem äußeren zugeführten elektrischen Signal, das Meßsignals elektrisch aufgeladen. Im weiteren Ver- 60 in dem Oszillographen graphisch aufgezeichnet werlauf passieren die Teilchen eine elektrische Ablenk- den soll.

vorrichtung, in welcher sie nach Maßgabe ihrer elek- Der Erfindung liegt daher als Aufgabe die Schaf-

trischen Aufladung abgelenkt und je nach ihrer unter- fung eines Verfahrens und einer Vorrichtung hierschiedlichen Ablenkung getrennt aufgesammelt wer- für zugrunde, das in einfacher und wirksamer Weise den. Dieses Verfahren ist einerseits auf Festkörper- 65 die Trennung kleiner, in Suspension befindlicher teilchen solcher Größe beschränkt, daß sie noch in Teilchen gestattet, wobei als Trennkriterium an sich praktikabler Weise als diskrete Teilchen gehandhabt beliebige ausgewählte Eigenschaften der Teilchen in werden können; zum anderen ist dieses Verfahren auf Frage kommen, weiche als solche nicht unmittelbar

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der elektrischen oder magnetischen Ablenkung zu- ladungsstelle die Aufspaltung in die Tröpfchen ergänglich zu sein brauchen, derart, daß sich das Trenn- folgt, wird in prinzipiell einfacher Weise gewährverfahren für vielfältige Anwendungszwecke mit be- leistet, daß jeweils jedes Tröpfchen in der richtigen liebigen Trennkriterien eignet. Weise mit einer solchen Aufladung »markiert« wird, Zu diesem Zweck kennzeichnet sich ein Verfahren 5 weiche dem früher beim Durchtritt durch die Meßder eingangs genannten Art gemäß der Erfindung stelle ermittelten Meßwert der ausgewählten Größe durch die folgenden Verfahrensschritte: entspricht. Durch geeignete Anpassung der Ultra-Zuführen der die Teilchen enthaltenden Suspen- schallfrequenz in Abstimmung mit der Viskosität der sion unter Druck zur Erzeugung einer gerichte- Suspensionsflüssigkeit und der mittleren durchschnittten Suspensionsstrahlströmung vorgegebener ^{10 Hchen} Teilchengröße kann dabei gewährleistet wer-Strömungsgeschwindigkeit; ^den> ^{daß bei der durch die} Ultraschallbeaufschlagung Messen der ausgewählten Eigenschaft der an bewirkten Aufspaltung de_S> anfänglich kontinuiereiner Meßstelle in dem Strahl aufeinanderfol- ^hchen Suspensionsstrahls in jedem Tröpfchen im wegend vorbeiströmenden Teilchen unter Erzeu- sentlichen höchstens nur ein Teilchen enthalten ist. gung eines den Meßwert wiedergebenden elek- ¹S Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich ertrischen Meßsignals; ■ sichtlich zur Trennung nach vielfältigen beliebigen Erzeugen und zeitliches Verzögern eines den Be- Trennkriterien, im einfachsten Fall nach der Größe, trag des Meßsignals wiedergebenden Aufla- J^{edoch auch nach} beispielsweise der Radioaktivität, dungssteuersignals· ^der Farbe, der Fluoreszenz, der Lichtdurchlässigkeit Beaufschlagen des'suspensionsstrahls mit Ultra- ^{ao 0}^r -undurchlässigkeit oder irgendeinem anderwei-^ schallschwingung zur Aufspaltung des Suspen- ^tiS^en Kriterium. Einzige .Voraussetzung fur die Aq_n. sionstrahls in aufeinanderfolgende, jeweils eines wendbarkeit des erfindungsgemäßen Trennverfahrens der zu trennenden Teilchen enthaltende Tropf- ^ist> ^daß ^ώβ ausgewählte Eigenschaft in einem Meß- , chen vorgegebener Größe* wandler nachgewiesen und gemessen und in eine ent- » Elektrisches Aufladen der erzeugten Tröpfchen ^a5 sprechende elektrische Größe umgewandelt werden : an einer stromabwärts der Meßstelle gelegenen ^kami, welche in der erwähnten zeitverzögerten Weise , Aufladungsstelle in Abhängigkeit von dem ver- zur Steuerung der Tröpfchenaufladung dient, zögerten Aufladungssteuersignal, wobei die vor- ^Nach zweckmäßigen Ausgestaltungen der ErMngegebene Zeitverzögerung des Aufladesteuer- ^dun§ ^kann vorgesehen sein, daß die zu trennenden signals und der Abstand zwischen MeßsteUe und ³° Teilchen in einer Elektrolyt-Flüssigkeit suspendiert Aufladungsstelle in Abhängigkeit von der Strö- ^sind "^ ^daß a*¹ der MeßsteUe als ausgewählte Eigenmungsgeschwindigkeit des Strahls bzw. der ^{scnaft der} elektrische Widerstand, die induzierte Tröpfchen so gewählt bzw. bemessen werden, Lumineszens oder die Radioaktivität eines vorgegedaß das die ausgewählte Eigenschaft der Teil- ^benen Suspensionsvolumens gemessen werden. chen an der MeßsteUe wiedergebende Meßsignal ^{35 Die} Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur und die Aufladung der Tröpfchen an der Auf- Durchführung des Verfahrens, die gekennzeichnet ist ladestelle nach Maßgabe des verzögerten Auf- ^{durch einen 1}^¹ Druckystehenden, die Suspension ladungssteuersignals jeweils das gleiche TeUchen enthaltenden, Flüssigkeitsbehälter, der mit einer Aufbetreffen· flußdüse verbunden ist,' einen mit der Düse in Wirk-Ablenken der aufgeladenen Tröpfchen im elek- ⁴° verbindung stehenden Ultraschallgeber, einen auf die irischen oder magnetischen Feld an einer strom- ausgewählte Eigenschaft der Teilchen ansprechenden abwärts der Aufladungsstelle gelegenen Ablenk- elektrischen Meßfühler bzw. Meßwandler, eine _stelj_e. Z- stromabwärts der Düsenaustnttsöffnung angeordnete,^ getrenntes Sammeln der nach Maßgabe ihrer ™^{ι einem} Impulsgenerator verbundene Ladeelek-Aufladung verschieden stark abgelenkten Tropf- ^{45 0}^ ^{wobei der} Meßfühler über einen Proportionaleren, verstärker und Impulswandler sowie ein Verzögerungsglied mit dem Impulsgenerator verbunden ist,

Indem erfindungsgemäß die zunächst in kontinuier- stromabwärts der Ladeelektrode angeordnete elek-

lichem Suspensionsstrom vorliegenden TeUchen hin- trostatische oder elektromagnetische Ablenkmittel so-

sichtlich der als Trennkriterium vorgesehenen ausge- 50 wie Aufnahmebehälter zur gesonderten Sammlung

wählten Eigenschaft vermessen, der Suspensions- der getrennten Teilchen.

strom sodann in Tröpfchen vorgegebener kleiner Nach zweckmäßigen Ausgestaltungen kann — je Größe unterteUt und die so erzeugten Tröpfchen an nach der als Trennkriterium gewählten Eigenschaft — einer stomabwärts gelegenen SteUe mit entsprechen- vorgesehen sein, daß an der Meßstelle ein auf den der zeitlicher Verzögerung elektrisch nach Maßgabe 55 elektrischen Widerstand eines vorgegebenen Suspendes gemessenen Betrags der ausgewählten Eigenschaft sionsvolumens ansprechender Meßfühler bzw. Meßaufgeladen werden, werden in einfacher und wirk- wandler bzw. ein auf die induzierte Lumineszens des samer Weise derartige kleine in Suspension befind- vorgegebenen Suspensionsvolumens ansprechender liehe TeUchen der Trennung durch elektrische oder Meßwandler bzw. ein auf die Radioaktivität des vormagnetische Ablenkung auch hinsichtlich solcher 60 gegebenen Suspensionsvolumens ansprechender Meß-Eigenschaften zugänglich gemacht, welche unmittelbar wandler vorgesehen ist.

der Ablenkung nicht zugänglich sind. Durch sinn- Es ist zweckmäßig, das Kopplungsglied zwischen

volle gegenseitige Abstimmung der zeitlichen Ver- dem Schallgeber und der Flüssigkeit vorzugsweise

zögerung des in Abhängigkeit von dem jeweiligen durch hochelastische Führungsmittel gegenüber der

Meßsignal erzeugten Aufladungssteuersignals und der 65 Düse und/oder ihrem Gebläse zu entkoppeln. Als

räumlichen Entfernung zwischen Meß- und Aufla- Speicher zum Sammeln der getrennten Teilchen sind

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geschwindigkeit, wobei zwischen Meß- und Auf- ordnete Auffangbehälter verwendet. Alternativ kann

als Speicher aber auch ein während der Durchführung des Trennverfahrens kontinuierlich bewegtes Fließpapier verwendet sein.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Trennverfahrens sowie der hierfür verwendeten Vorrichtung an Hand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 schematisch eine vereinfachte Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 2 in perspektivischer Darstellung das Düsenaggregat mit Meßwandler und die Ablenk- und Auffangvorrichtungsteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 3 in Detailschnittansicht das Düsenaggregat mit Meß wandler gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 und 5 jeweils in Schnittansicht zwei weitere Beispiele für verschiedene Ausführungsformen des Düsenaggregats mit auf Lumineszenz bzw. auf Radioaktivität der zu trennenden Teilchen ansprechenden Meßwandlern,

F i g. 6 bis 8 Schaltbilder von elektrischen Schaltanordnungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Der Flüssigkeitsbehälter Ii mit den in der Flüssigkeit suspendierten Teilchen, die nach einer ausgewählten Eigenschaft zu trennen sind, ist über ein Reduzierventil 15 mit einem Druckbehälter 13 verbunden. Die Ausflußöffnung des Behälters 11 steht durch eine Leitung 19, in der ein Filter 17 angeordnet ist, mit einer Düse 21 in Verbindung. Das Filter 17 dient lediglich dem Zweck, solche Teilchen von der Düse 21 fernzuhalten, die eventuell zu einer Verstopfung der Düsenöffnung führen könnten. Die in der Düse 21 stehende Flüssigkeit ist über ein Kopplungsglied 23 mit einem Schallgeber 25 gekoppelt. Der Schallgeber 25 kann beispielsweise ein piezo-elektrischer Schallgeber sein, der mit einem geeigneten Frequenzgenerator 27 verbunden ist. Mittels eines elastischen Ringes 20, der als Schallisolator dient, ist eine Schallentkopplung zwischen dem Kopplungsglied 23 und der Düse 21 erreicht. Am Düsenausgang ist ein Fühlerelement bzw. Meßwandler 29 angeordnet, das als auf die ausgewählte Eigenschaft abgestimmter elektrischer Wandler ausgebildet ist. Dieser Fühler 29 ist über einen Prö'portionalverstärker und Impulswandler 31 und ein elektrisches Verzögerungsglied 33 mit einem Impulsgenerator 35 verbunden, dessen Ausgang mit einer am Fühler 29 angeordneten Elektrode sowie einer vorzugsweise ringförmigen Elektrode 37 verbunden ist. Diese Elek- so trode 37 ist in einer von der Strahlstromgeschwindigkeit der Flüssigkeit am Düsenausgang und der Frequenz des Schallgebers abhängigen Entfernung vom Düsenausgang angeordnet. Vorzugsweise wird die Frequenz und die Amplitude des Frequenzgenerators 27 auf die Viskosität und die Strahlstromgeschwindigkeit der Flüssigkeit am Düsenausgang abgestimmt, um eine Aufspaltung des Strahlstroms in diskrete Tröpfchen gleicher Größe im Bereich der ringförmigen Elektrode 37 zu gewährleisten. In Strahlstromrichtung hinter der Elektrode 37 ist eine aus den Ablenkplatten 39 und 41 bestehende elektrostatische Ablenkeinrichtung angeordnet, deren Potential vorzugsweise regelbar ist. In einer geeigneten Entfernung von der Ablenkeinrichtung ist eine Speichereinrichtung 43 vorgesehen.

In der Fi g. 2 sind der Schallgeber mit dem Kopp- !mssslied 23. der Fühler 29. die Elektrode 37. die

Ablenkeinrichtung 39-41 und die Speichereinrichtung 43 perspektivisch dargestellt.

In der F i g. 3 ist ein elektrischer Meßwandler dargestellt, der speziell zur Verwendung an einer Trennanlage vorgesehen ist, in welcher die Teilchen lediglich in Abhängigkeit von ihrer Anwesenheit und ihrer Größe trennen soll. Dabei besteht der Fühler aus dem metallischen Ende der Düse 21, einer Platte 22 aus dielektrischem Material und einer Endelektrode 24, wobei der metallische Teil der Düse 21 mit dem Proportionalverstärker 31 (nicht gezeichnet) und die Elektrode 24 mit Masse elektrisch verbunden sind. Die Düse 21 ist vorzugsweise im Preßsitz in die zylindrische Bohrung einer Hülse 51 eingepaßt und mit dieser vorzugsweise durch ein Gießharz 53 verklebt. In der dargestellten Form weist sowohl die vorzugsweise aus Platin hergestellte Düse 21 an ihrer Außenseite sowie die Hülse 51, die zweckmäßig aus einem synthetischen plastischen Material hergestellt ist, an entsprechender Stelle auf ihrem Innenumfang jeweils eine ringförmige Nut auf, um durch das Gießharz 53 eine sichere gegenseitige Verankerung zu erzwingen. Die Hülse 511st mit einem Gehäuse 49 verschraubt. In der Hülse 51 ist das Kopplungsglied 23 mittels eines hochelastischen Führungsrings 47 geführt. Das Kopplungsglied 23 besitzt an seinem Ende einen Durchmesser, der etwa dem größten Durchmesser der — konischen — Düse 21 entspricht. Das Kopplungsglied 23 weist ferner einen Bund 52 auf, der als Auflager für einen ebenfalls elastischen Führungsring 45 dient, der andererseits an einem in dem Gehäuse 49 gelagerten ringförmigen Widerlager 54, 55 anliegt. Durch die elastischen Führungsringe 45 und 47 ist eine Entkopplung zwischen dem (hier nicht gezeichneten) Schallgeber und dem Gehäuse 49 bzw. der Düse 21 erreicht.

Der Fühler nach F i g. 3 spricht auf eine Änderung im elektrischen Widerstand zwischen der Düse 21 und der Endelektrode 24 ¥eim Durchtritt von zu trennenden Teilchen durch, die Düsenöffnung an, ist speziell zur Sortierung von Teilchen nach ihrer Größe geeignet. Dabei ist die Größe der Widerstandsänderung und das daraus resultierende elektrische JSignal proportional zur Teilchengröße selbst. Eine solche Einrichtung ist daher beispielsweise zur Trennung von Blutkörperchen geeignet. Für die praktische Durchführung eines Trennverfahrens von Blutkörperchen haben sich beispielsweise folgende Einstellwerte als geeignet erwiesen:

1. Durchtrittsöffnung der dielektritrischen Platte 22 22 μ

2. öffmmg der Endelektrode 24 ... 36 μ

3. Frequenz des Schallgebers 72 kHz

4. Flüssigkeit, in der die Teilchen
suspendiert sind 0,9%

Salzlösung

5. Druck am Reduzierventil 15 53 psi

6. Durchlaufzeit zwischen Fühler 29
und Elektrode 37 200

7. Dauer des Ladeimpulses an der
Elektrode 37 100

8. Strahlstromgeschwindigkeit am
Düsenausgang 14,6 m/sec

9. Durchschnittliche Größe der roten
Blutkörperchen beim Menschen.. 85 μ³

10. Größe von Blutkörperchen von

Mäusen 42u³

509587/329

In der Fig. 4 ist ein Fühler bzw. Meßwandler dargestellt, der auf Lumineszenz anspricht. Eine Lichtquelle 60 zur Auszahlung von Licht einer bestimmten Wellenlänge ist unterhalb des Ausgangs der Düse 21 angeordnet und durch das Fenster 61 an die Flüssigkeitsleitung angekoppelt. In Stromrichtung dahinter ist ein lichtempfindliches Element vorgesehen, das auf die Fluoreszenzwellenlänge anspricht. Teilchen, die lumineszieren, werden kurz nach der Anregung Licht emittieren, das von dem lichtempfindlichen Element 63 aufgefangen und in eine proportionale elektrische Größe umgewandelt wird.

F i g. 5 zeigt schließlich einen Fühler, der auf Radioaktivität anspricht. Ein Szintillationselement 69 ist in einem Zylinder 67 gelagert und mit einem lichtempfindlichen Element 63 gekoppelt. Auf diese Weise sind z. B. thyroide Krebszellen nachweisbar.

Zahlreiche andere Fühlertypen sind mit der Vorrichtung nach der Erfindung zu verwenden, wenn sie nur die Forderung erfüllen, daß sie die interessierende Teilcheneigenschaft in eine proportionale elektrische Größe umwandeln.

. In den F i g. 6 bis 8 ist eine komplette Schaltanordnung dargestellt. In dieser Schaltanordnung werden die vom Fühler 29 abgegebenen Impulse verstärkt und in eine Information in digitaler Form umgewandelt (Analog-Digital-Konverter 101) die in Speicher-Flip-Flops ■ gespeichert wird. Nach einer zeitlichen Verzögerung, die der Strömungszeit zwischen Fühler 29 und Lade-Elektrode 37 (F i g. 1) entspricht, wird an die Lade-Elektrode 37 ein Impuls abgegeben, dessen Dauer der Anzahl der Tröpfchen jeder Gruppe, in der ein Teilchen zu erwarten ist, und dessen Amplitude der Größe der vom Fühler abgegebenen Information angepaßt ist. Bei der Beschreibung dieser Schaltanordnung soll gleichzeitig die Wirkungsweise mit angegeben werden, um sie dadurch leichter verständlich zu machen.

Der Ausgang des Fühlers 29 ist mit dem Eingang eines Proportionalverstärkers 31 verbunden, der entsprechend hohe Impulse über seinen Ausgang an einen den Analog-Digital-Konverter 101 weiterleitet. Da das System nur auf solche Teilehen ansprechen soll, bei denen die zu untersuchende Eigenschaft innerhalb eines vorbestimmten Intervalls liegt, werden außerdem zwei Diskriminatoren 118 und 119 angesteuert, von denen der eine — 118 — die untere Grenze und der andere — 119 — die obere Grenze des interessierenden Intervalls bestimmt. Dabei löst der obere Diskriminator 119 ein Ladepotential an dAr T orlia-'PliilrtfoHo Ί*7 otic rlo<3 qila Toilr»V»o« mit

Werten oberhalb dieser Grenze im gleichen Behälter sammelt.

Die zeitliche Verzögerung zwischen der Signalerzeugung im Fühler 29 und der Impulsabgabe an der Lade-Elektrode 37 erfordert einmal die Speicherung der Fühlerinformation, bis diese benötigt wird und zweitens eine genaue Zeitkontrolle. Die Speicherung erfolgt in einem Speichersystem, das in bevorzugter Form aus den Speicher-Flip-Flops 103 besteht, die Zeitkontrolle wird von dem Ladeverzugs-Multivibrator 157 (Fig. 7) durchgeführt. Da das Potential an der Lade-Elektrode 37 jeweils der Größe der Eigenschaft des Tleichens entsprechen muß, ist die gespeicherte Information entsprechend zu behandeln. Das erfolgt mit dem Ausgangssignal des Analog-Digital-Kcnveriers 101 in gzzizittz- Fern inch die Speicher-Flip-Flops 103, durch den Binär-Kode-Dezimal-Konverter 129, durch das Netzwerk zur Formung des Ladeimpulses 132 und durch den Digital-Analog-Konverter 135. Da das Lade-Potential an der Lade-Elektrode 37 lange genug aufrecht erhalten werden muß, um ein Tröpfchen zu beladen, muß der Ladeimpuls ein Rechteckimpuls genauer Länge sein. Diese Impulslänge wird erreicht durch den Ladezeit-Multivibrator 159, der für die genaue Dauer den geeigneten UND-Kreis im Impulsschaltkreis 132 triggert. Das führt zu einem genauen Rechteckimpuls am Ausgang 147 (F i g. 8) im Emitter-Folger-Kreis des Transistors 143.

Wie bereits erwähnt, wird das Ausgangssignal des Fühlers 29 über einen Verstärker und Impulsgenerator 31 an den Eingang eines Analog-Digital-Konverters 101 gegeben. Die Kapazität dieses Konverters 101 (Viel-Kanal-Analysator) ist nach der Zahl der geforderten Trennmöglichkeiten zu bemessen. In der hier beschriebenen Vorrichtung sollen die Teilchen in zehn Auffängern 43 gesammelt werden. Dazu wurde ein üblicher Analog-Digital-Konverter mit* 100 Kanälen gewählt, von denen aber nur die volleiP Zehner benutzt werden. Die Zehnerimpulse werden stetig verstärkt in den Emitter-Folgern 104 bis 107 ,·' und anschließend durch UND-Tore 111 bis 117 ge- · leitet, sofern diese nicht gesperrt sind. Die Sperrung J erfolgt durch den Diskriminator 119, wenn das Signal; vom Fühler 29 den oberen Grenzwert überschreitet. In diesem Fall wird das Ausgangssignal des Diskriminators 119 in dem Schmitt-Trigger 144 ..geformt und erzeugt einen negativen Impuls von etwa 85 Mikrosekunden Dauer im Multivibrator 127, der die UND-Kreise 111 bis 117 sperrt, aber gleichzeitig die ODER-Kreise 121 und 123 öffnet, wodurch die 8- und 2-Bits in die Speicher-Flip-Flops 103-ß und 103-D durch die UND-Tore 125-5 und 125-D gelangen. _y

Der Impuls vom Diskriminator 119 durchläuft aber auch das ODER-Tor 128 und !erzeugt nach einer Verzögerung von 5 Mikrosekunden einen 5-Mikrosekunden-Übertragungsimpuls, der die zehn in die Speicher-Flip-Flops leitet. Das führt-wiederum zur Aufschaltung eines Potentials auf die LaderETektrode 37, das höher liegt, als die Potentiale,"die bei der Trennung der interessierenden Teilchen verwendet werden.

Wird vom Fühler 29 ein Teilchen entdeckt, das im dritten Auffänger 43 aufgefangen werden sollte, dann werden zwei Signale erzeugt. Der untere Diskriminator 118 gibt einen Aktivierungsimpuls, der über die Leitung A zum Schmitt-Trigger 148 (F i g. 7) gelangt. Das gleiche Signal wird im Anaiog-Digital-Konverter 101 in eine »3« umgewandelt, die ein positives Ausgangssignal am 10er und 20er Ausgang bewirkt. Diese Einer laufen durch die Emitter-Folger 104 und 105 zu den UND-Toren 111 und 113. Diese UND-Tore sind nicht durch einen Impuls vom oberen Diskriminator gesperrt und leiten daher die Einer durch die UND-Tore 125-/1 und 125-5 in das Speichersystem 103. Der Analog-Digital-Konverter erzeugt außerdem. noch einen ADD-1-Impuls, der den Schmitt-Trigger 155 anstößt, der seinerseits nun einen Impuls durch den ODER-Kreis 128 an den Verzögerungskreis 130 gibt. Nach 5 Mikrosekunden stößt dieser den Übertragungs-Impuls-Generator 131 an, der für die Dauer von 5 Mikrosekunden einen ciiadratischen Übertrasunssimpuls absibL
Das Auftreten eines Übertragungsimpulses an den

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UND-Kreisen 125-/4 bis 125-D zusammen mit dem Auftreten von Einem vom Analog-Digital-Konverter 101 auf den UND-Toren 125-A und 125-B bewirkt einen positiven Impuls am Ausgang der Flip-Flops 103-/4 und 103-ß. Die Flip-Flops und Emitter-Folger im Ausgang der Flip-Flops sind so geschaltet, daß eine »1« negativ und eine »0« positiv ist. Daher bewirkt eine »1« am Eingang der Flip-Flops 103-/4 und 103-J3 und eine »0« am Eingang der Flip-Flops 103-C und 103-D folgende Bedingungen auf den Leitungen E bis L: eine negative Spannung auf F, H, I, K und positive Spannungen auf E, G, J und L. Es liegen daher Plus-Spannungen an den Hauptleitungen 1, 2, Ά, 8 des Binär-dezimal-code-zu-dezimal-Konverters 129. Diese gleichzeitigen positiven Spannungen bewirken einen Plus-Ausgang vom UND-Tor 131-C Dieses Plus-Potential bleibt am Ausgang des UND-Tores 131-C, bis ein Frei-Signal auf der Leitung D kommt.

Die Erzeugung des Frei-Signals geschieht in der Schaltanordnung nach F i g. 7. Das Aktivierungssignal vom unteren Diskriminator 118 durchläuft das normalerweise offene UND-Tor 153 und triggert den Lade-Verzugsgenerator 157. Der Lade-Verzugsgenerator 157 gibt einen Sperr-Auslöse-Impuls 154, um das ODER-Tor 155 zu sperren und damit den Sperrimpuls einzuleiten. Am Ende der Verzögerungszeit, die im Lade-Verzugs-Generator gesetzt wird, wird ein Trigger-Impuls erzeugt, um den Lade-Zeit-Generator anzustoßen. Der Ausgang des Lade-Zeit-Generators ist ebenfalls mit dem Eingang des ODER-Tors 155 verbunden, so daß ein Sperr-Potential an das UND-Tor gelegt wird von dem Augenblick an, nachdem ein Start-Signal über die Leitung A empfangen ist, bis zu dem Moment, in dem sich das entsprechende Tröpfchen aus dem Strahlstrom löst. Der Ausgangsimpuls vom Lade-Zeit-Generator durchläuft zusammen mit dem ADD-1-Impuls das UND-Tor 152 und ändert die Lage des Flip-Flops 154. Der Ausgang des Flip-Flops 154 gibt einen Impuls auf die Leitung D, wenn das UND-Tor 161 durch den Ausgangs-Impuls des Lade-Zeit-Generators geöffnet wird, und zwar nur in dieser Öffnungszeit. Der nächste Impuls vom unteren Diskriminator 118 läßt den Flip-Flop 154 wieder zurückklappen.

Das Auftreten des Dauerpotentials auf der Leitung D gibt dem betreffenden UND-Tor in der Schaltanordnung zur Formung des Ladeimpulses die Möglichkeit, den Ausgang des angeregten Tores 131-A bis 131-/ an den Digital-Analog-Konverter 135 anzukoppeln. In dem Beispiel wird das UND-Tor 131-C durch das Potential auf der Leitung D freigegeben und kann einen Impuls durch seinen Emitter-Folger an den Ausgang 3 geben, der den Transistor 135-C öffnet. Das gibt dem 90-Volt-Potential am Kollektor des Transistors 135-C die Möglichkeit, das Grundpotential am Ausgangstransistor 143 zu erhöhen. Die Widerstandskette 149-/4 bis 149-K ist so bemessen, daß die Ausgangsspannung am Ausgang 147 einen Wert von 90VoIt hat. Es wurde bereits oben gesagt, daß ein Teilchen

ίο mit Übergröße zu einem maximalen Lade-Potential an der Lade-Elektrode 37 führt. Das Signal des oberen Diskriminators 119 erzeugt nach der Umformung im Schmitt-Trigger 144 (F i g. 6) und im Multivibrator 127 ein Sperrpotential an den UND-Kreisen 111 bis 117. Das Signal läuft aber durch den ODER-Kreis 123. Dadurch werden die Flip-Flops 103-ß und 1Ö3-D geschaltet. Weiterhin entstehen negative Potentiale an den Punkten E, H, I und L und positive Potentiale an F, G, H und k. Aus F i g. 8 ist zu

ersehen, daß die Hauptleitungen I, 4", 2 und 8 des Konverters 129 positive Potentiale aufweisen und daß damit das UND-Tor 131-/ als einziges frei ist. Das schaltet wiederum den Transistor 135-/ ein mit dem Ergebnis, daß am Ausgang 147 etwa eine Spanas nung von 300 Volt liegt.

Zum Schluß sei der Aufbau und die Wirkungsweise des Digital-Analog-Konverters 135 beschrieben. Jeder Transistor 135-A bis 135-7 liegt über seinen Kollektor-Widerstand 134-/4 bis 134-7 an einer Spannungsquelle von 600 Volt über eine Kette von Spannungsteilerwiderständen 149-/4 bis 149-ίΓ. Die Widerstandswerte wurden in diesem Beispiel so gewählt, daß an den Kathoden der Dioden 137-/4 bis 137-/ Spannungen liegen, die jeweils um 30 Volt ansteigen. So läuft eine entschlüsselte »1« zum Transistor 135-/4 mit 30VoIt Verbrauchsspannung und eine entschlüsselte »10« zum Transistor 135-/ mit etwa 300 Volt Spannung. /
Ohne Eingangsenergie sind alle Transistoren 135-/1 bis 135-/ eingeschaltet und gesättigt, so daß die Kollektoren weniger als ein Volt über Masse liegen. Wenn ein negativer Impuls empfangen wird, wird eine umgekehrte Vorspannung an die Basis-Emitter-. Verbindung geschaltet und damit der betreffende Transistor ausgeschaltet. Da der Kollektorstrom auf Null fällt, steigt die Kollektorspannung bis zur Spannung an dem zugehörigen Widerstand der Spannungsteilerkette an und gelangt über die entsprechende Diode (137-/4 bis 137-/) an die Basis des Emitter-Folgers 143. Der Spannungsimpuls am Emitter des Emitter-Folgers 143 wird der Lade-Elektrode 37 zugeführt.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Λ. \J Lt <J \J JL Patentansprüche:

1. Verfahren zum Trennen von in Flüssigkeit suspendierten kleinen Teilchen, insbesondere von Blut- oder Gewebezellen, durch Ablenkung im elektrischen oder magnetischen Feld, bezüglich ausgewählter Eigenschaften, insbesondere deren Größe und/oder Sorte, welche als solche der Ablenkung durch die genannten Feldwirkungen nicht zugänglich sind, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

Zuführen der die Teilchen enthaltenden Suspension unter Druck zur Erzeugung einer gerichteten Suspensionsstrahlströmung vorgegebener Strömungsgeschwindigkeit;
Messen der ausgewählten Eigenschaft der an einer Meßstelle in dem Strahl aufeinanderfolgend vorbeiströmenden Teilchen unter Erzeugung eines den Meßwert wiedergebenden elektrischen Meßsignals;
Erzeugen und zeitliches Verzögern eines den Betrag des Meßsignals wiedergebenden Aufladungssteuersignals; '

Beaufschlagen des Suspensionsstrahls mit Ultraschallschwingung zur Aufspaltung des Suspensionsstrahls in aufeinanderfolgende, jeweils eines der zu trennenden Teilchen enthaltende Tröpfchen vorgegebener Größe;
elektrisches Aufladen der erzeugten Tröpfchen an einer stromabwärts der Meßstelle gelegenen Aufladungsstelle in Abhängigkeit von dem verzögerten Aufladungssteuersignal, wobei die vorgegebene Zeitverzögerung des Aufladesteuersignals und der Abstand zwischen Meßstelle und Aufladungsstelle in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit des Strahls bzw. der Tröpfchen so gewählt bzw. bemessen werden, daß das die ausgewählte Eigenschaft der Teilchen an der Meßstelle wiedergebende Meßsignal und die Aufladung der Tröpfchen an der Aufladestelle nach Maßgabe des verzögerten Aufladungssteuersignals jeweils" das gleiche Teilchen betreffen;

Ablenken der aufgeladenen Tröpfchen im elektrischen oder magnetischen Feld an einer stromabwärts der Aufladungsstelle gelegenen Ablenkstelle;

getrenntes Sammeln der nach Maßgabe ihrer Aufladung verschieden stark abgelenkten Tröpfchen.