DE2405839C2 - Anordnung zum Messen der Flexibilität von Teilchen - Google Patents

Description

a) die Verengung als Blende(n) ausgebildet ist, deren Öffnung (H') ein wenig kleiner als der freie Durchmesser der zu untersuchenden Teilchen gewählt ist, daß

b) eine Einrichtung (40, 40', 20) zur Beleuchtung der Blendenöffnung (11') vorgesehen ist, daß

c) in Lichtrichtung hinter der Blendenöffnung (11') eine Abbildungsoptik (21) und mindestens ein fotoelektrischer Empfänger (24) zugeordnet sind, daß

d) dem bzw. den fotoelektrischen Empfängern) (24) Mittel zur Speicherung (27, 28) und/oder Anzeige (29) der Ausgangssignale dieses Empfängers vorgesehen sind, und daß

e) Mittel (27) zur Auswertung der Zeitdauer der Signale bzw. ihrer Aufzeichnungen vorhanden sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Beleuchtungs- und Abbildungs-Strahlengang optische Mittel (20', 21') zur Sichtbarmachung von Phasenobjekten vorgesehen sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (11) in der Trennwand (32, 33) einer zweiräumigen Kammer (10) vorgesehen ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine metallische Blende (11) vorgesehen ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (11) auswechselbar montiert ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung in der Blende eine sich verjüngende Querschnittsform aufweist.

7. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß optische Mittel (20', 21') zur Erzeugung von Interferenzen vorgesehen sind.

8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Beleuchtungsrichtungen zumindest angenähert senkrecht zur Querschnittsebene der Blendenöffnung (11') verläuft.

9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Beleuchtungsrichtungen zumindest angenähert parallel zur Querschnittsebene der Blendenöffnung (1Γ) verläuft.

10. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich in die Trennwand (32, 33) zwischen den beiden Räumen (10', 10") der Kammer (10) mindestens ein lichttransparenter, aber flüssigkeitsdichter Durchlaß (H") eingefügt ist.

11. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Blende (11) tragende Trennwand zwischen den beiden Räumen (10^r, 10") aus lichttransparentem Material gefertigt ist.

12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein in die Umgebung der Blendenöffnung (1Γ) ragendes Zuführrohr (34) für die zu untersuchenden, in einer Suspension getragenen Objekte vorgesehen ist

13. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß zusätzlich mindestens ein Zuführrohr (35) für Spülflüssigkeit vorgesehen ist

Die Anmeldung betrifft eine Anordnung zum Messen der Flexibilität von in einem strömungsfähigen und lichtdurchlässigen Medium mitgeführten Teilchen mit einer vom Medium durchflossenen Verengung, welche in einem Druckgefälle liegt

Bekanntlich ist die Flexibilität von Erythrozyten eine Hauptvoraussetzung für die Passage von Blut durch die feinsten Haargefäße des Blutkreislaufs bei Lebewesen. Während dieser Passage werden die Erythrozyten stark verformt, was aufgrund ihres Aufbaus möglich ist. Mechanisch gesehen, stellt ein Erythrozyt einen nur teilweise mit Flüssigkeit gefüllten Membransack dar, welcher ohne Oberflächendehnung in eine Vielzahl von Formen gebracht werden kann. Diese Verformbarkeit ist nur begrenzt durch die jeweilige Viskosität des Sackinhalts und die Biegemöglichkeit des Membransakkes. Auf diese beiden Eigenschaften nehmen gewisse Erkrankungen des Lebewesens Einfluß, so daß sich aus einer verminderten Flexiblität der Erythrozyten im Zusammenhang mit anderen Symptomen auf das Vorliegen der einen oder der anderen Krankheit schließen läßt.

Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, die Flexibilität von Erythrozyten meßtechnisch zu erfassen.

So ist es aus der Zeitschrift »Nouvelle Revue Francaise d'Hematologie« 1967, Nr.2, S. 195-214 bekannt, eingedickte Erythrozytensuspensionen durch normale Papierfilter zu treiben und dabei über die Passagezeiten Filterkurven zu gewinnen, die gewisse Rückschlüsse auf

■»ο die Erythrozyten zulassen. Durch die Zeitschrift »Biophysical Journal«, Vol. 13, 1973, S. 1166 ff ist es bekannt, die Kräfte zu messen, welche notwendig sind, um einzelne Zellen durch Mikropipetten passieren zu lassen. Aus diesen notwendigen Kräften schließt man dann auf die Eigenschaft der Zellen zurück. Auch hat man mit verdünnten Erythrozytensuspensionen experimentiert, welche zwecks Messung der Passagezeit durch Faser-Filter oder durch Porensiebe gedrückt werden.

Nachteilig bei allen genannten Methoden ist, daß die Strömungsbedingungen für die Erythrozyten völlig andere sind als im lebenden Organismus. Dies gilt insbesondere bezüglich der viel zu hohen Drücke, denen die Erythrozyten bei diesen Verfahren ausgesetzt sind.

Bei den mit Filtern arbeitenden Methoden sind zusätzliche Schwierigkeiten durch die nicht oder nur schlecht standardisierten Öffnungen der Filter gegeben, was zusätzlichen Aufwand bedingt. Darüber hinaus wirken sich partielle Verstopfungen der Filter wie eine allgemeine Verlängerung der Passagezeit aus, was zu fehlerhaften Ergebnissen Anlaß bietet. Bei der Methode mit eingedickter Erythrozytensuspension können bereits kleine Änderungen in der Volumenfraktion der Erythrozyten zu erheblichen Verfälschungen des Meß-

t>5 ergebnisses führen.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, welche die Untersuchung der Flexibilität von Erythrozyten unter weitestgehend den

Eigenschaften des lebenden Körpers angenäherten Bedingungen gestattet und daher weitgehend realistische Rückschlüsse auf eventuelle Krankheitsbilder zuläßt

Gegenstand der Erfindung ist daher eine Anordnung der eingangs genannten Art, die sich dadurch auszeichnet, daß die Verengung als Blende ausgebildet ist, deren öffnung kleiner als der freie Durchmesser der zu untersuchenden Teilchen gewählt ist, daß eine Einrichtung zur Beleuchtung der Blendenöffnung vorgesehen ist, daß In Lichtrichtung hinter der Blendenöffnung vorgesehen ist, daß in Lichtrichtung hinter der Blendenöffnung eine Abbildungsoptik und mindestens ein fotoelektrischer Empfänger angeordnet sind, daß dem bzw. den fotoelektrischen Empfängern) Mittel zur Speicherung und/oder Anzeige der Ausgangssignale dieses Empfängers vorgesehen sind, und daß Mittel zur Auswertung der Zeitdauer der Signale bzw. ihrer Aufzeichnungen vorhanden sind.

Es können im Beleuchtungs- und AbLildungs-Strahlengang Mittel zur Sichtbarmachung von Phasenobjekten vorgesehen sein. Auch kann die Blende in der Trennwand einer zweiräumigen Kammer montiert sein. Des weiteren können optische Mittel zur Erzeugung von Interferenzen vorgesehen sein. Zusätzlich zur Blendenöffnung kann in der Trennwand zwischen den beiden Räumen der Kammer mindestens ein lichttransparenter, aber flüssigkeitsdichter Durchlaß eingefügt sein oder die Trennwand selbst kann aus lichttransparentem Material gefertigt sein. Für die Zuführung der Objekte kann ein in die Umgebung der Blendenöffnung ragendes Zuführrohr vorgesehen sein. Zusätzlich kann ein Zuführrohr für SpülfUissigkeit vorgesehen sein.

Der besondere Vorteil der Erfindung ist einmal dadurch gegeben, daß mit ihr dem Vital-Zustand äquivalente Meßwerte gewonnen werden können und daß andererseits diese Anordnung in ihrem Aufbau und in ihrer Handhabung relativ einfach ist.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von schematischen Zeichnungen beispielsweise erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig.2 im Querschnitt eine Untersuchungskammer für Verwendung in Verbindung mit Interferenz- oder Phasenkontrastsystemen,

F i g. 3 im Querschnitt eine Untersuchungskammer, vorwiegend für Verwendung in Verbindung mit Zweistrahl-Interferenzsystemen.

Wie in F i g. 1 dargestellt, ist eine Untersuchungskammer 10 vorgesehen, welche zwei mittels einer Blende 11 in zwei Räume 10' und 10" unterteilt ist. Die Blende 11 weist als Verengung eine definierte öffnung 11' auf. Ober- und Unterfläche (36,37) der Kammer 10 sind aus lichttransparentem Material, wie Kunststoff oder Glas gefertigt. Der Raum 10' ist über eine Flüssigkeitsleitung 12 mit einem Flüssigkeitsreservoir 13 verbunden, welches mit einer Flüssigkeit, z. B. mit einer Na-Cl-Lösung gefüllt ist. Dieses Reservoir ist nach oben verschlossen, wobei der Deckel drei Anschlußstutzen aufweist. Der erste Stutzen 13' ist mit einer nicht mit dargestellten Druckgasquelle verbunden, am zweiten Stutzen 13" ist ein Reduzierventil 14 angeschlossen und der dritte Stutzen 13'" führt zu einem Druckanzeigegerät, beispielsweise zu einem Schrägrohr-Öldruck-Manometer 15. Der Raum 10" der Kammer 10 ist über eine Flüssigkeitsleitung 17 mit einem Auffangbehälter 16 verbunden.

Wie ersichtlich, ist die Untersuchungskammer 10 im Strahlengang eines Mikroskopes angeordnet derart, daß die optische Achse desselben die Öffnung 11' der Blende 11 zentral durchstößt Das Mikroskop ist mit einer Einrichtung 20', 21' zur Sichtbarmachung von Phasenobjekten (Interferenz, Interferenz-Kontrast, Phasenkontrast, Dunkelfeld) ausgestattet, da Erythrozyten vorwiegend Phasenobjekte darstellen und die durch sie verursachte Veränderung der Lichtamplitude oft nicht ausreicht, um ein verarbeitungsfähiges elektrisches Signal anzuregen. Dem Objektiv 21 is; ein Strahlenteiler

ίο 22 nachgeordnet, welcher über ein Okular 23 die visuelle Beobachtung der Vorgänge in der Untersuchungskammer 10 gestattet

Dem Teiler 22 ist ein fotoelektrischer Empfänger 24 in Form eines SEV nachgeordnet, welcher empfangene Lichtsignale in entsprechende elektrische Signale umwandelt Diesem Empfänger 24 sind zwecks Verminderung der Störsignalanteile Blenden vorgeschaltet

Die Ausgangssignale dieses Empfängers 24 werden einer nachgeschalteten Verstärker- und Verformerstufe 25 zugeführt, der ein Vielkanalanalysator 26 nachgeordnet ist. An die Ausgangsklemmen des letzteren können Langzeitspeicher darstellende Geräte in Form eines Zweikoordinatenschreibers 27, eines Lochstreifengerätes 28 oder dergleichen angeschlossen sein. Der Stufe 25 ist ein Oszillograph 29 zur visuellen Kontrolle der elektrischen Signale parallel-geschaltet

In F i g. 2 ist eine Untersuchungskammer 10 im Detail gezeigt. Wie ersichtlich, sind die Räume 10' und 10" je über einen Auslaß 30 bzw. 31 mit den Leitungen 12 und

jo 17 verbunden. Die beiden Räume sind mittels zweier Metallplatten 32, 33 voneinander getrennt, welche im Zentrum Aussparungen aufweisen. Letztere sind so geformt, und bemessen, daß sie eine Blende 11 mit Blendenöffnung 11' dreieckförmigen Querschnitts sieher halten. Diese Blende ist so montiert, daß der kleinere Öffnungsquerschnitt 11' oben liegt. In den Raum 10' ragt seitlich ein leicht verjüngtes Zuführungsrohr 34 hinein, in den Raum 10" ein solches mit der Bezugszahl 35. Die Deckplatten 36 und 37 der Kammer sind, wie bereits weiter oben ausgeführt, aus lichttransparertem Material gefertigt.

Die soweit beschriebene Anordnung funktioniert wie folgt:
Im Reservoir 13 befindliche Lösung wird mittels einer Druckgasquelle unter Druck gesetzt, wobei dieser unter Beobachtung des Druckanzeigegerätes 15 mittels deReduzierventils 14 eingestellt oder nachgeregelt werden kann. Diese Art der Druckregelung ist sehr genau und es ist möglich, mit ihr auch kleine Drücke reproduzierbar einzustellen. Die unter Druck stehende Flüssigkeit gelangt über die Leitung 12 in den oberen Raum 10' der Untersuchungskammer 10 und wird von dort durch die enge Blendenöffnung 11' in den unteren Raum 10 gedruckt, von wo sie über die Leitung 17 in einen Auffangbehälter 16 gelangt. Wie bereits oben erwähnt, ist die Untersuchungskammer 10 so in den Strahlengang eines Mikroskops montiert, daß die optische Achse des letzteren zentral zur Blendenöffnung 11' ist. Eine Lampe 40 mit vorgeschalteter Blende 40' leuchtet über einen Kondensator 20 die Blendenöffnung 11' aus, und solange reine Lösung durch diese Öffnung fließt, läßt sich weder visuell noch fotoelektrisch irgendetwas beobachten. Wird nun über das Zuführungsrohr 34 beispielsweise eine Erythrozyten mitführende Suspension zugeführt, so wird diese mit von der aus dem Reservoir 13 kommenden Lösung erfaßt und durch die Öffnung 11' geführt. Der Durchmesser dieser Blendenöffnung ist um ein wenig

kleiner bemessen als der freie Durchmesser der Erythrozyten, so daß letztere die Blendenöffnung nur unter Druck und mit einer gewissen Verweilzeit passieren können. Ist dies der Fall, so tritt wegen der verwendeten Interferenzeinrichtung 20', 21' oder dergleichen ein Intensitätsunterschied auf. Gleichzeitig aber ergibt sich am fotoelektrischen Empfänger 24 ein entsprechend lange andauerndes elektrisches Signal, das nach seiner Verstärkung und Rechteckverformung in der Stufe 25 ein Maß für die Dauer des Durchganges eines Erythrozyten durch die öffnung 11' ist. Sowohl die Eingangs- als auch die Ausgangssignale der Stufe 25 können auf dem Schirm des Oszillographen 29 sichtbar gemacht werden. Im nachfolgenden Vielkanalanalysator 26 werden die elektrischen Signale entsprechend ihrer Dauer selektiert und anschließend in einem Langzeitspeicher gespeichert. Angedeutet sind als Geräte zur Langzeitspeicherung ein Schreiber 27 bzw. ein Lochbandstanzer 28. Selbstverständlich kann auch ein Mehrkanalzähler Anwendung finden.

Wie sich gezeigt hat, treten gelegentlich Verstopfungen der Blendenöffnung iV auf. Um diese beseitigen zu können, ohne die Messung abbrechen zu müssen, ist das Zuführrohr 35 vorgesehen, mit welchem Spülflüssigkeit direkt in den Durchtrittsbereich der Blende 11 gegeben werden kann.

F i g. 3 zeigt eine Untersuchungskammer, bei welcher die metallische Trennwand 32,33 zwischen den Räumen 10' und 10" zwei öffnungen aufweist, von denen in die eine wie beschrieben die Blende 11 mit definierter öffnung 11' eingefügt ist, während in die andere öffnung eine transparente, vorzugsweise aus Glas gefertigte Platte 11" montiert ist. Die übrigen Teile sind wie oben zur F i g. 2 beschrieben ausgeführt.

Diese Kammer eignet sich vorwiegend für die Verwendung eines Zweistrahl-Interferenzsystems, bei dem die Aufspaltung von Meß- und Vergleichsstrahl SM und SKgroß ist im Vergleich zum Durchmesser des zu beobachtenden Objektes. Die Kammer kann beispielsweise verwendet werden in Verbindung mit einem Interferenz-Mikroskop nach Mach-Zehnder oder nach lamin-Lebedeff.

Es ist auch möglich, die Trennwand zwischen den beiden Kammern 10', 10" der Kammer 10 aus lichttransparentem Material zu fertigen. Dies erlaubt es

ίο ohne zusätzlichen Aufwand, die Kammer für Ein- oder Mehrstrahlmessungen zu verwenden. Auch kann die Blende 11 so montiert sein, daß sie sich leicht gegen eine andere mit abweichendem Öffnungsdurchmesser austauschen läßt.

Die Verwendung einer Interferenz- oder Phasen-Kontrast-Einrichtung hat den entscheidenden Vorteil, daß ein einzelner lebensfrischer und ungefärbter Erythrozyt, der die Amplitude des Lichtes nur unwesentlich beeinflußt, bei der Passage durch die Blendenöffnung 11' ein deutliches Signal ergibt.

Wenngleich im Beispiel die Untersuchung von Erythrozyten beschrieben ist, so läßt sich die neue Anordnung auch bei Untersuchungen anderer Materialien, die sich ähnlich verhalten, mit Vorteil verwenden.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Untersuchungskammer so in den Strahlengang des Mikroskops gelegt, daß die optische Achse zentral zur Blendenöffnung 11' verläuft. Es ist aber auch denkbar, die Anordnung so zu treffen, daß die optische Achse des Mikroskops und die Zentralachse der Blenderöffnung einen Winkel miteinander einschließen.

Auch kann es von Vorteil sein, mehrere Zuführrohre für zu untersuchende Objekte vorzusehen, wodurch die Durchführung von vergleichenden Messungen insbesondere hinsichtlich ihrer Auswertung mittels eines Schreibers erleichtert wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Messen der Flexibilität von in einem strömungsfähigen und lichtdurchlässigen Medium mitgeführten Teilchen mit mindestens einer vom Medium durchflossenen in einem Druckgefälle liegenden Verengung, dadurch gekennzeichnet, daß