DE2625286A1

DE2625286A1 - Verfahren und vorrichtung zum ausstossen kleiner probenmengen fuer teilchenuntersuchungsgeraete

Info

Publication number: DE2625286A1
Application number: DE19762625286
Authority: DE
Inventors: Walter Robert Hogg
Original assignee: Coulter Electronics Inc
Current assignee: Coulter Electronics Inc
Priority date: 1975-06-05
Filing date: 1976-06-04
Publication date: 1976-12-16
Also published as: FR2313672A1; JPS51151183A; FR2313672B1

Description

Patantanwätte

DFpr.-Eng. E. Eder

DfpL-Ing. K. Schieschtee

8 München 40, ElisabethsUaßeW

Coulter Electronics Limited, Harpenden / England

Verfahren und Vorrichtung zum Ausstoßen kleiner Probenmengen für Teilchenuntersuchungsgeräte

Die Erfindung bezieht sich auf die Untersuchung von Teilchen ohne Verdünnung» wobei eine Einrichtung eine sehr kleine Menge einer nichtverdünnten Fluidprobe, die Teilchen enthält, in eine Strömung ausstoßt, die zur Erfassungszone eines Teilchenuntersuchungsgerätes führt.

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Bisher war es bei der Teilchenuntersuchung» beispielsweise bei der Untersuchung der roten und weißen Blutkörperchen einer Blutprobe, üblich, die Probe zu verdünnen und dann einen Teil der verdünnten Probe durch die Erfassungszone eines Teilchenuntersuchungsgerätes zu leiten. Die Verdünnung des Blutes erfolgt deshalb, da es normalerweise ca. 5 Millionen Blutkörperchen pro Kubikmillimeter enthält und für Untersuchungen und Analysezwecke lediglich ein Hundertstel dieser Menge, d.h. ein Volumen von 0,01 KubiJcmillimetern benötigt wird.

Bei der Untersuchung der Blutprobe erfolgt die Zählung der Blutkörperchen in einer bestimmten Menge der Probe dadurch, daß ein Teil der verdünnten Blutprobe durch die Er&ssungszone des Teilchenuntersuchungsgerätes geleitet wird, das nach einem bestimmten Erfassungsprinzip arbeitet.

Wenn ein mikroskopisch kleines Teilchen in einem Elektrolytfluid suspendiert ist und ein elektrisches Feld passiert, dessen Abmessungen so klein sind, daß sie sich denjenigen des Teilchens nähern, erfolgt gemäß diesem Prinzip eine kurzzeitige Änderung der elektrischen Impedanz des Elektrolyten im Bereich dieses Feldes. Diese Impedanzänderung führt einen Teil der Energie des erregenden Feldes einer zugehörigen elektrischen Schaltung zu und erzeugt ein elektrisches Signal. Bin solches Signal gibt für die meisten Aufgaben in Biologie, Medizin, Wirtschaft usw. das Teilchenvolumen ausreichend genau wieder.

Ein solches Teilchenuntersuchungsgerät enthält zwei Gefäße, jedes mit einem Teil des Elektrolytfluids. Das zweite, kleinere Gefäß taucht in den Elektrolyten im ersten Gefäß. Durch in den Elektrolyten tauchende Elektroden in jedem Gefäß wird ein elektrischer Strom durch eine Öffnung in der Seitenwand des zweiten Gefäßes erzeugt, wobei diese winzige Öffnung die Tastöffnung bildet. Die Strömung des Fluids von einem in das

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andere Gefäß erreicht man durch ein Vakuum im zweiten Gefäß. Die im Elektrolyten die Tastöffnung passierenden Teilchen ändern die Impedanz des Elektrolyten innerhalb der Tastöffnung, was von den Elektroden erfaßt wird. Die Impedanzänderung bewirkt ein elektrisches Signal, einen Teilchenimpuls, der über die elektrische Schaltung des Teilchenuntersuchungsgerätes gezählt wird ·

Zur Untersuchung von Blut wird eine entsprechende Verdünnung des Blutes in den Elektrolyten im ersten Gefäß gebracht. Durch Vakuumerzeugung im zweiten Gefäß strömt das verdünnte Blut während einer bestimmten Zeit aus dem ersten Gefäß durch die Tastöffnung in das zweite Gefäß. Das zweite Gefäß enthält ebenfalls Elektrolyten, zum Teil mit vorhergehenden Verdünnungen.

Um die Teilchenkonzentration einigermaßen genau messen zu können muß die Fluidmenge, die während der Arbeitszeit des Gerätes die Erfassungszone in einer bestimmten Zeitspanne passiert exakt gemessen bzw. dosiert werden. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß das Fluid die Erfassungszone während einer bestimmten Zeit mit einer festen Strömungsgeschwindigkeit passiert.

Die meisten Teilchenuntersuchungsgeräte arbeiten mit einer Dosiereinrichtung, die ein geschlossenes Fluidsystem umfaßt, das mit dem zweiten Gefäß hydraulisch verbunden ist. Das geschlossene Fluidsystem ist an eine Vakuumquelle und an ein Quecksilbermanometer angeschlossen. Während das Gerät arbeitet hebt das Vakuum im geschlossenen Fluidsystem das Quecksilber im Manometer und saugt einen Teil der Fluidprobe in das zweite Gefäß. Darauf vird die Vakuumquelle abgeschaltet und das Manometer, dessen Quecksilber in seine Ausgangsstellung nach unten geht, saugt Flüssigkeit durch die Tastöffnung, wobei

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Signale erzeugt werden, die Anfang und Ende einer Analyse während einer Periode angeben, in der ein exakt dosiertes Volumen des Fluids die Tastöffnung passiert. Das abgemessene Fluidvolumen ist gleich dem Volumen im Manometer zwischen zwei Elektroden.

Es muß somit eine Blutprobe verdünnt werden, die Verdünnung muß exakt ermittelt werden und die Strömungsgeschwindigkeit durch die Tastöffnung muß ebenso genau bekannt sein, damit man die Blutkörperchen genau zählen kann. Einfacher ist es eine bestimmte, kleine Menge unverdünnten Blutes durch die Tastöffnung zu leiten, so daß Manometer und Verdünnungseinrichtungen entfallen können. Ein solches Gerät, das eine winzige Menge eines Fluids, das Teilchen enthält, beispielsweise eine Blutprobe in eine-Strömung ausstößt, die zur. Erfassungszone eines Teilchenuntersuchungsgerätes führt, ist Gegenstand der Deutschen Patentanmeldung P 23 39 213.4.

Die Ausstoßeinrichtung wird hierbei von einer elektrischen Schaltung betätigt, die ihr eine genau abgemessene Menge elektrischer Energie zuführt, wodurch eine Temperaturerhöhung und Ausdehnung erfolgt und eine geringe Fluidmenge ausgestoßen wird. Die Energiemenge läßt sich berechnen und ist im vorliegenden Fall die Menge, die benötigt wird zur Erhöhung der Temperatur der Einrichtung um 20°, wobei diese Temperaturerhöhung eine bestimmte Ausdehnung und damit Ausstoßung einer bestimmten Fluidmenge bewirkt.

Bei ausreichender thermischer Isolation, so daß die im Heiz- zyklus verlorengehende Energie vernachlässigt werden kann, wird die gesamte zugeführte Energie als Wärme in dem Ausdehnungselement gespeichert, vorauf sich eine längere Abkühlperiode anschließt. Längere Abkühlperioden sind jedoch betriebsmäßig

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unerwünscht. Wenn man jedoch zur schnelleren Abkühlung die Isolation verringert, muß der Wärmeverlust während der Ausdehnungsperiode berücksichtigt und ausgeglichen werden. Dies ist jedoch unbefriedigend, da weder der Temperaturgradient der Isolation noch die Umgebungstemperatur feste und/oder ausreichend bekannte Größen sind. Vorteilhafter ist deshalb die Messung des Temperaturanstiegs innerhalb der Ausstoßeinrichtung und nicht die Messung der zugeführten Energie.

Erreicht wird dieses Ziel durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Ausstoßen einer bestimmten Probenmenge aus einer Ausstoßeinrichtung, wobei einer Anordnung, die eine gegebene Menge der Probe aufnimmt und speichert, eine thermische Expansionseinrichtung zugeordnet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der thermischen Expansionseinrichtung zu einem ersten Zeitpunkt überwacht und gespeichert wird, daß nach diesem ersten Zeitpunkt der thermischen Expansionseinrichtung Energie zugeführt wird, wodurch Temperatur und Volumen der Einrichtung zunehmen und eine kleine Menge der Probe aus der Aufnahme- und Speicheranordnung ausgestoßen wird, daß der Temperaturanstieg der thermischen Expansionseinrichtung nach diesem ersten Zeitpunkt überwacht wird und daß die Energiezufuhr zu dieser Einrichtung beendet wird, wenn die überwachte Temperatur einen vorgegebenen Wert erreicht hat.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, wobei eine Ausstoßeinrichtung mit einer Aufnahme- und Speicheranordnung eine gegebene Probenmenge aufnimmt und vorübergehend speichert und wobei diese Anordnung zum Ausstoßen einer kleinen Probenmenge eine thermische Expansionseinrichtung enthält, die von einer Energieversorgungseinrichtung gespeist wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist

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gekennzeichet durch eine in der thermischen Expansionseinrichtung angeordnete, erste Schalteinrichtung, die von der Temperatur beeinflußt wird, und durch eine zweite Schaltung, die an die erste Schaltung und an die Energieversorgungseinrichtung angeschlossen ist, und die abhängig von der Temperaturbeeinflussung der ersten Schaltung die Energieversorgung der thermischen Expansionseinrichtung beendet·

Die ausführliche Erläuterung der Erfindung erfolgt unter Bezugnahme auf ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel. Darin zeigt:

Fig. 1 einen vertikalen Teilschnitt durch die Erfassungszone

des Gerätes mit der Ausstoßeinrichtung, Fig. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung der thermischen

Expansionseinrichtung nach Fig. 1 und Fig. 3 ein Schaltschema für den Betrieb der Ausstoßeinrichtung.

Ein Teilchenuntersuchungsgerät 10 enthält gemäß Fig. 1 ein erstes Gefäß 12 mit einem Fluid 14. Ein zweites und kleineres Gefäß 16 im Gefäß 12 taucht mit dem unteren Abschnitt in das Fluid 14. Das Gefäß 16 ist vorzugsweise ein Röhrchen und enthält ein Fluid 18. Das Röhrchen, ein Tastöffnungsröhrchen, enthält in der Seitenwand eine Tastöffnung in einem Plättchen 20 in einer Ausnehmung der Seitenwand des Taströhrchens 16.

Das Taströhrchen 16 steht oben mit einer nicht gezeigten Vakuumquelle in Verbindung, mit einer Steuereinrichtung, die das Röhrchen 16 während einer bestimmten Zeitspanne mit der Vakuumquelle verbindet. Außerdem steuert die Einrichtung die Funktion der Schaltung 22 des Teilchenuntersuchungsgerätes Die Schaltung 22 enthält Verbindungen zu den beiden Elektroden 24 und 26, die im Fluid 14 und 18 angeordnet sind. Über die beiden Elektroden fließt durch die Tastöffnung im Plättchen

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ein elektrischer Strom. Wenn das Taströhrchen 16 an das Vakuum angeschlossen ist, wird ein Teil des Fluids 14 durch die Tastöffnung in das Röhrchen 16 gesaugt.

Bei konventionellen Teilchenuntersuchungsgeräten ist das Fluid 14 eine Verdünnung von Blut in einem Elektrolyten, so daß das verdünnte Blut durch die Tastöffnung gesaugt werden kann. Die Tastöffnung passierende Teilchen, beispielsweise Blutkörperchen, verändert die Elektrolytimpedanz in der Tastöffnung. Die Schaltung 22 erfaßt die Impedanzänderung und erzeugt ein elektrisches Signal, einen sogenannten Teilchenimpuls, wenn ein Teilchen die Tastöffnung passiert. Die erzeugten Impulse werden von der Schaltung 22 untersucht und/oder gezählt oder auf andere Weise analysiert.

Gemäß der Erfindung dient als Fluid 14 ein Elektrolyt, der keinerlei Teilchen enthält, also im Gegensatz zu bekannten Einrichtungen. Ebenfalls wird in das Gefäß 12 keine verdünnte Probe als Fluid 14 gebracht. Vielmehr enthält das Teilchenuntersuchungsgerät 10 gemäß der Erfindung eine Ausstoßeinrichtung 28, die Probenfluid in den reinen Elektrolyten ausstößt. Die Ausstoßeinrichtung 28 stößt eine kleine Menge der unverdünnten Fluidprobe einer Suspension gegen die Tastöffnung im Plättchen 20 aus. Das Teilchenuntersuchungsgerät 10 arbeitet somit ohne Verdünnung.

Die Ausstoßeinrichtung 28 umfaßt ein Gehäuse 30 rat einen Hohlraum 32, in dem sich eine thermische Expansionseinrichtung 34 befindet. Zur Verbindung mit dem Hohlraum 32 hat das Gehäuse 30 einen Ausschnitt 35. Der Ausschnitt 35 ist von einem Plättchen 36 abgedeckt, das dem Plättchen 20 entspricht. Das Plättchen enthält als Auslaß für die Ausstoßeinrichtung 28 eine Tastöffnung. Der Auslaß ist vorzugsweise sehr klein, damit ein

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Vermischen von Probe und Elektrolyt möglichst gering bleibt. Die tatsächliche Größe der Tastöffnung, die den Auslaß bildet, ist nicht kritisch, so daß sich bei der Ausstoßeinrichtung gemäß der Erfindung Plättchen verwenden lassen, deren Tastöffnungen den Anforderungen üblicher Teilchenuntersuchungsgeräte nicht mehr genügen. Die erfindungsgemäße Ausstoßeinrichtung kann also ohne weiteres mit solchen, außerhalb der Norm liegenden Tastöffnungsplättchen arbeiten. Typisch für die Tastöffnung im Plättchen ist ein Durchmesser in der Größenordnung von 30 μ.

Über Leitungen 38, 39, 40 und 41 ist die thermische Expansionseinrichtung 34 mit der Steuerschaltung 42 der Ausstoßeinrichtung 28 verbunden. Die Steuerschaltung 42 enthält eine elektrische Stromquelle und eine Schaltung zur Steuerung der Energieabgabe an die thermische Expansionseinrichtung 34 derart, daß dieser lediglich die elektrische Energiemenge zugeführt wird, damit die Temperatur der Einrichtung 34 um einen bestimmten Wert ansteigt, so daß sich auch das Volumen der Einrichtung entsprechend erhöht. Bei einer Erwärmung der Einrichtung 34 dehnt sich diese aus, d.h. ihr Volumen wird größer. Durch diese Expansion wird eine geringe Menge der Pluidprobe durch den Auslaß im Plättchen 36 ausgestoßen.

Gemäß Fig. 2 ist zur Heizung der thermischen Expansionseinrichtung 34 .ein Widerstandselement 46, z.B. ein Draht, auf einen Kern 44 gewickelt. In der Nähe des Kerns 44 befindet sich ein Thermistor 47, dessen Widerstand sich mit der Temperatur stark ändert. Kern 44, Widerstand 46 und Thermistor 47 befinden sich in einem Gehäuse 48. Der Kern 44 und das Gehäuse 48 bilden das Ausdehnungsgefäß 49. Um das Gehäuse 48 liegt eine leicht elastische, aber nicht komprimierbare und isolierende Hülse 50, in der vier elektrische Anschlüsse 52, 53, 54 und 55 angebracht sind.

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Die Anschlüsse 52 und 54 sind mit den Enden des Drahtes 46 und die Anschlüsse 53 und 55 mit den Enden des Thermistors 47 verbunden. Die Leitungen 38, 39, 40 und 41 führen zum Gehäuse 30 und sind mit Anschlüssen oder Kontakten auf der Innenseite des Gehäuses 30 verbunden, die an den Anschlüssen bzw. Kontakten 52 bis 55 angreifen.

Die Steuerschaltung 42 für die Stromzufuhr kann verschieden ausgeführt werden. Eine mögliche Steuerschaltung 70 ist in Fig. 3 schematisch dargestellt.

Die Schaltung 70 enthält eine elektrische Stromquelle, die an die Einrichtung 34 angeschlossen ist und zu deren Temperaturerhöhung dient. Die Schaltung enthält ferner eine Steuerschaltung zum Messen des Temperaturanstiegs der Einrichtung 34 und zur Stromzufuhr für einen bestimmten Temperaturanstieg. Wie bereits erwähnt, befinden sich in dem Gehäuse 48 der Widerstand

46 und der Thermistor 47. Der Thermistor 47 im Ausführungsbeispiel hat vorzugsweise einen negativen Temperaturkoeffizienten. Er hat somit bei beispielsweise 25°C einen bestimmten Widerstand. Der Widerstand des Thermistors 47 steigt bzw. fällt bei einem Abfall bzw. Anstieg der Temperatur über diese 25 C.

Zwischen Masse und einem Anschluß 74 des Thermistors 47 befindet sich eine Präzisionskonstantstromquelle 72. Der andere Anschluß des Thermistors 47 ist mit Masse verbunden. Die Stromquelle 72 führt dem Thermistor 47 einen geringen Bezugsstrom zu. Dieser Bezugsstrom wird so klein gewählt, daß die dadurch bewirkte Erwärmung des Thermistors 47 vernachlässigbar klein ist. Die Konstantstromquelle 72 bewirkt somit am Thermistor

47 einen bestimmten Spannungsabfall. Da die Temperaturänderung durch diesen Strom und damit auch die Widerstandsänderung des Thermistors 47 vernachlässigbar klein ist, ändert sich der Widerstand des Thermistors 47 nur mit der Temperatur

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des Ausdehnungselementes, so daß die Spannung am Thermistor von seiner Temperatur abhängt. Der Widerstand des Thermistors 47, der einen negativen Temperatur leoeffizienten hat, kann sich mit der Temperatur auch nicht linear ändern. Infolgedessen ändert sich die Spannung am Anschluß 74 ebenfalls nicht linear mit der Temperatur. Die Spannung am Anschluß 74 des Thermistors 47 geht zu einer Nichtlinearitatskompensationsschaltung 77, die gestrichelt angedeutet ist.

Die Nichtlinearitätskompensationsschaltung 77, eine an sich bekannte Dioden-Widerstands-Schaltung,gleicht den nichtlinearen Verlauf des Thermistors oder anderer Elemente Punkt für Punkt aus. Im Ausführungsbeispiel sind drei Kompensationspunkte vorgesehen. Jeder der Dioden-Widerstands-Zweige 77a, 77b bzw. 77c wird leitend, wenn die Spannung am Thermistor 47 die Spannung B, E2 bzw. E3 an den gezeigten Verbindungspunkten überschreitet. Sobald ein Zweig leitet, wird ein Teil des Stromes vom Thermistor 47 abgeleitet und dadurch die Spannung herabgesetzt. Noch größer wird die Herabsetzung, wenn die Zweige 77b und 77c leiten, so daß größere Spannungsabfälle bei niedrigeren Temperaturen und höheren Spannungen erzeugt werden. Die nicht linear ansteigende Spannung am Thermistor bei geringeren Temperaturen'wird dadurch kompensiert.

Bei Verwendung von Thermistoren, die im jeweiligen Temperaturbereich linear sind, kann die Nichtlinearitätskompensationsschal tung 77 entfallen. Die an der Kompensationsschaltung auftretende kompensierte Spannung geht zu einem Eingang 76 eines Differenzverstärkers 78, dessen zweiter Eingang 80 mit einer einstellbaren Präzisionsspannungsreferenz 82 verbunden ist.

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Die Präzisionsspannungsreferenz 82 ist so eingestellt, daß die zum Eingang 80 des Differenzverstärkers 78 gehende Spannung etwas größer ist als die am Eingang 76 zu erwartende höchste Spannung und entspricht so einer Temperatur, die etwas niedriger ist als die niedrigste Temperatur, die am Thermistor 47 zu erwarten ist. Der Differenzverstärker 78 liefert ein Ausgangssignal, das dem Unterschied zwischen den beiden Spannungen an den Eingangsanschlüssen 78 und 80 proportional ist. Da die eine Eingangsspannung eine niedrige Temperaturreferenz darstellt und der andere Eingang der Isttemperatur des Thermistors 47 proportional ist, ist die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 78 proportional dem Unterschied zwischen der niedrigen Temperaturdifferenz und der Isttemperatur des Thermistors und ändert sich linear mit dieser Differenz. Jede Änderung dieser Spannung ist deshalb der Temperaturänderung des Thermistors 47 proportional.

Der Ausgang des Differenzverstärkers 78 geht über den normalerweise geschlossenen Kontakt 84 des Relais 86 zur Nachführ- und Halteschaltung 88, die einen Kondensator 90 zwischen dem Kontakt 84 und Masse und einen Verstärker 92 am Verbindungspunkt ■von Kondensator 90 und Kontakt 84 aufweist. Bei geschlossenem Kontakt 84 liegt die Spannung am Ausgang des Differenzverstärkers 78 am Kondensator 90. Der Kondensator 90 folgt jeder zugeführten · Spannung und hält die zugeführte Spannung, wenn der Kontakt 84 des Relais 86 offen ist, so daß diese Spannung gespeichert wird. Der Verstärker 92 ist ein Trennverstärker mit der Verstärkung 1 und hohem Eingangswiderstand und verhindert eine Entladung des Kondensators 90. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 92 stimmt mit der Spannung am Kondensator 90 überein.

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Die Spannung am Ausgang des Verstärkers 92 ist außerdem ein Maß für die Temperatur des Thermistors 47. Diese gespeicherte Spannung wird der Gleichspannung der Batterie 94 hinzuaddiert, die in Serie liegt zwischen dem Ausgang des Verstärkers 92 uid einem Eingang 96 eines Komparators 98, so daß die Gesamtspannungjam Eingang 96 des Komparators 98 liegt. Da die Spannung am Ausgang des Verstärkers 92 von der Thermistortemperatür linear abhängt, stellt die Gleichspannung der Batterie 94 eine bestimmte Widerstandsänderung oder Temperaturänderung des Thermistors 47 dar, so daß die ^samte Spannung am Eingang 96 die laufende Temperatur zuzüglich dem jeweiligen Temperaturunterschied darstellt. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel stellt die Batterie 94 eine Temperaturdifferenz von 20° dar, so daß die Spannung am Eingang 96 die Isttemperatur des Thermistors 47 bei offenen Kontakten 84 zuzüglich 20° anzeigt.

Der zweite Eingang 100 des Verstärkers 98 liegt direkt am Eingang des Differenzverstärkers 78. Mit der Gleichspannung der Batterie 94 ist die zu diesem Zeitpunkt am Eingang 96. liegende Spannung größer als die Spannung am Eingang 100. Der Komparator 98 wird so gewählt, daß er so lange kein Ausgangssignal liefert, bis die Spannung am Eingang 100 die Spannung am Eingang 96 überschreitet.

und 42-<nBetrieb genommen werden, wenn sich eine Probensuspensionlm^Hohlraum 32 der Ausstoßeinrichtung 28 befindet. Die Steuerschaltung·*^ kann durch einen Tastschalter 110 eingeschaltet werden, de>^Spannung von der Stromquelle 112 über den normalerweise geschlossenen Kontakt 114 des Relais 106 auf die Wicklung 116 des Relais^8^gibt, das hierdurch betätigt wird. Dadurch öffnet der normalerweise geschlossene Kontakt 84, so daß die am Kondensator 90 vor S

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Der Ausgang des Komparators 98 ist über die G-leiehrichterdiode 102 an die Wicklung 104 des Relais 106 angeschlossen. Das Relais 106 wird deshalb erst dann eingeschaltet, wenn die Spannung am EingangsanschluQ 100 des Eomparators 98 die Spannung am Eingangsanschluß 96 überschreitet.

, Das Teilchenuntersuchungsgerät kann mit Hilfe der Schaltung 22 und 42 in Betrieb genommen werden, wenn sich eine Probensuspension im Hohlraum 32 derfÄusstoßeinrichtung 28 befindet. Die Steuerschaltung 42 kann durch einen Tastschalter 110 eingeschaltet werden, der zur Betätigung des Relais 86 die Spannung der Stromquelle 112 über den normalerweise geschlossenen Kontakt 114 des Relais 106 auf die Wicklung 116 des Relais 86 gibt, wodurch der normalerweise geschlossene Kontakt 84 öffnet, so daß die am Kondensator 90 vor der Einschaltung liegende Spannung aufrechterhalten wird. Somit hängt die 1

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Spannung am Eingang 96 linear von der Temperatur des Thermistors

47 ab und damit auch von dem Gehäuse 48 unmittelbar vor der Inbetriebnahme. Gleichzeitig schließt der normalerweise offene Kontakt 118 des Relais 86 und schließt den Schalter 110 kurz, so daß nach Freigabe des Tastschalters 110 der Stromzweig zwischen der Stromquelle 112 und der RelaiswicJclung 116 zur Einschaltung des Relais 86 aufrechterhalten wird. Durch die Betätigung des Relais 86 schießt auch der normalerweise offene Kontakt 120 und verbindet die Stromquelle 112 über den Kontakt 114 des Relais 106 und den Kontakt 120 des Relais 86 mit dem Widerstandselement 46 der thermischen Expansionseinrichtung

Durch die Energiezufuhr steigt die Temperatur des Widerstandselementes 46 an, so daß sich auch der Kern 44 und das Gehäuse

48 erwärmen und ausdehnen. Durch die Temperaturerhöhung von Kern 44 und Gehäuse 48 erhöht sich auch die Temperatur des Thermistors 47, so daß sein Widerstand abnimmt. Diese Widerstandsabnahme führt zu einem Spannungsrückgang am Verbindungspunkt 74 und am Eingang 76 des Differenzverstärkers 78. Dadurch steigt die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers an und zwar so lange, wie die Temperatur des Ausdehnungselementes

49 und des Thermistors 47 zunimmt.

Die Spannung am Ausgang des Differenzverstärkers 78 geht direkt zum Eingang 100 des Komparators 98. Da die vom Thermistor 47 erfaßte Temperatur des Ausdehnungselementes 49 zunimmt, steigt die Spannungjam Eingang 100 des Komparators 98 so lange an, bis die Spannung am Eingang 100 die Spannung am Eingang 96 überschreitet und dadurch anzeigt, daß die Temperatur des Ausdehnungselementes 49 um 20° höher liegt als bei der Einschaltung des Gerätes. Sobald die Spannung am Eingang 100 die Spannung am Eingang 96 überschreitet,

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gibt der Komparator 98 ein Ausgangssignal zur Betätigung des ,Relais 106 auf die Relaiswicklung 104. Durch das Ansprechen des Relais 106 wird der normalerweise geschlossene Kontakt 114 geöffnet und dadurch der Stromkreis zwischen der Stromquelle 112 und der Relaiswicklung 116 sowie zwischen der Stromquelle 112 und dem Widerstandselement 46 unterbrochen. Dadurch wird das Relais 86 abgeschaltet und der Betriebszyklus des Systems beendet. Da der Stromzweig zum Widerstandselement 46 offen ist, hört die Temperaturzunahme der thermischen Expansionseinrichtung 34 auf, so daß eine genau bestimmbare Menge der Probensuspension ausgestoßen wird. Bis zum nächsten Ausstoßzyklus kann die Temperatur des Ausdehnungselementes 49 und des Thermistors 47 langsam und exponentiell, mit einer Geschwindigkeit, die von der thermischen Isolierung der Isolierhülse 50 abhängt, auf die Umgebungstemperatur zurückgehen.

Für ein Ausführungsbeispxel der Erfindung sei angenommen, daß der Kern 44 der thermischen Expansionseinrichtung 34 aus einem thermisch sehr gut leitenden Material, wie beispielsweise Silber oder Berylliumoxyd besteht, wobei letzteres nicht nur aus wirtschaftlichen Gründen, sondern auch wegen der Einsparung der elektrischen Isolation vorzuziehen ist. Ebenso besteht das Material <|es Gehäuses 48, in dem der Kern 44 eingebettet ist, vorzugsweise aus Berylliumoxyd. Der thermische Ausdehnungskoeffizient von Silber beträgt 19·1Ο~ und der von Berylliumoxyd 5»3·1Ο . Wie bereits erwähnt, genügt zur Analyse und Untersuchung der Blutkörperchen eine Blutmenge von 0,01 Kubikmillimetern. Wenn man einen Temperaturanstieg von 11,1⁰C annimmt und wenn das Ausdehnungselement 49 mit dem Kern 44 im Gehäuse 48 zylindrisch ist und zweimal so lang wie sein Durchmesser ist, so zeigt die Rechnung, daß ein Ausdehnungsel«ient aus Silber einen Durchmesser von 2,16 mm und eine Länge von ca. 4»32 mm haben muß, damit man bei einem Temperaturanstieg von 11,1⁰C des Ausdehnungselementes

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eine Volumenzunähme von ca. 0,01 mm³ erhält. Für diese Menge genügt eine kleine Spritze und eine sehr kleine Blutmenge. Die Spritze und die thermische Expansionseinrichtung 34 sind ausreichend groß, daß sie sich ohne weiteres unter Verwendung von Miniaturwiderständen herstellen lassen.

Wenn das Ausdehnungselement 49 nicht aus Silber sondern aus Berylliumoxyd BeO besteht, muß sein \öLumen etwa auf das Doppelte eines Ausdehnungselementes aus Silber erhöht werden. Im vorliegenden Fall beträgt der Durchmesser des Ausdehnungselementes ca. 2,62 mm und seine Länge 5,51 mm.

Eine überschlägige Berechnung zeigt, daß ein Ausdehnungselement aus BeO 1,09 Wärmekalorien bzw. 4,56 Joule benötigt, damit man eine Volumenzunähme von 0,01 mm des Elementes erhält, bei einer Temperaturanstiegszeit von 20 Sekunden und einer Leistungsaufnahme des Elementes von 0,228 Watt.

Einer der Vorteile eines ohne Verdünnung arbeitenden Teilchenuntersuchungsgerätes mit der Ausstoßeinrichtung 28 besteht darin, daß durch die Tastöffnung im Plättchen 20 vielmehr Elektrolyt gesaugt wird als Blut. In der Wirkung bedeutet dies exakt eine Verdünnung des Blutes. Allerdings spielt die Verdünnung keine Rolle, da sämtliche Blutkörperchen in der Blutprobe von 0,01 mm³, die in den Elektrolyt 14 ausgestoßen wird, gezählt werden.

Der durch die Tastöffnung im Plättchen 20 gesaugte Elektrolyt dient außerdem zur Umhüllung der durch die Tastöffnung fließenden Blutkörperchen. Wenn die genannte, äußerst kleine Blutmenge am Plättchen 20 in das Fluid ausgestoßen und durch die Tastöffnung gesaugt wird, werden praktisch sämtliche Blutkörperchen vom Elektrolyten umschlossen und durch die

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Tastöffnung gesaugt. In der Praxis bedeutet dies, daß keine Blutkörperchen im Elektrolyten verloren gehen.

Das beschriebene System läßt sich offensichtlich in verschiedener Hinsicht variieren. Beispielsweise können die der Einfachheit halber verwendeten Relais 106 und 86 durch Halbleiterschaltungen ersetzt werden. Anstelle der Batterie 94 kann ein an sich bekannter Operationsverstärker treten der bewirkt, daß die Summe von zwei auf Masse bezogenen Spannungen am Anschluß 96 auftritt. Ebenso ist die Erfindung bei optischen Teilchenzählern und anderen Anwendungsfällen ersetzbar. Durch Einstellung der von der Batterie 94 gelieferten Spannungsverschiebung kann die Menge der bei jedem Zyklus ausgestoßenen Probensuspension gesteuert werden.

Patentanwälte

Dipl.-ing. E. Eder

Dipl.-Ing. K. Schioschke

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Claims

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1J Verfahren zum Ausstoßen einer bestimmten Probenmenge einer Ausstoßeinrichtung, wobei einer Anordnung (30), die eine gegebene Menge der Probe aufnimmt und speichert, eine thermische Expansionseinrichtung (34) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der thermischen Expansionseinrichtung (34) zu einem ersten Zeitpunkt überwacht und gespeichert wird, daß nach diesem Zeitpunkt der thermischen Expansionseinrichtung Energie zugeführt wird, wodurch Temperatur und Volumen der Einrichtung zunehmen und eine kleine Menge der Probe aus der Aufnahme- und Speicheranordnung ausgestoßen wird, daß der Temperaturanstieg der thermischen Expansionseinrichtung nach diesem ersten Zeitpunkt überwacht wird und daß die Energiezufuhr zu dieser Einrichtung beendet wird, wenn die überwachte Temperatur einen vorgegebenen Wert erreicht hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abschaltung der Energiezufuhr die überwachte Temperatur nach dem ersten Zeitpunkt mit der gespeicherten und überwachten Temperatur verglichen wird und da3 die Energiezufuhr beendet wird, wenn die überwachte Temperatur um einen vorgegebenen Betrag über der gespeicherten und überwachten Temperatur liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung der Temperatur und des Temperaturanstiegs die Spannung an einer Schaltung überwacht wird, die mindestens einen in der thermischen Expansionseinrichtung untergebrachten Thermistor umfaßt, wobei sich die Widerstandsschaltung und die Temperatur linear mit der Temperatur verändern.

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4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den vorhergehenden Ansprüchen, wobei eine Ausstoßeinrichtung (28) mit einer Anordnung (3ü) eine gegebene Probenmenge aufnimmt und vorübergehend speichert und wobei diese Anordnung zum Ausstoßen einer kleinen Probenmenge eine thermische Expansionseinrichtung (34) enthält, die von einer Energieversorgungseinrichtung (112) gespeist wird, gekennzeichnet durch eine in der ersten Schaltung (47) angeordnete thermische Expansionseinrichtung, die von der Temperatur beeinflußt wird, und durch eine zweite Schaltung (42), die an die erste Schaltung und an die Energievers or gungs einrichtung (112) angeschlossen ist und die abhängig von der Temperaturbeeinflussung der. ersten Schaltung die Energieversorgung der thermischen Expansionseinrichtung beendet.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltung einen in der thermischen Expansionseinrichtung untergebrachten Thermistor (47) umfaßt, dessen Widerstand von der Temperatur abhängt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltung (42) eine an die erste Schaltung (47) angeschlossene Einrichtung (72) zur Lieferung eines Signals enthält, das sich mit der Temperaturbeeinflussung ändert, daß eine Speicherschaltung (88, 94) dieses Signal bei Einschaltung der Energiezufuhr zur thermischen Expansionseinrichtung speichert und daß eine Vergleichsschaltung (98, 102, 104) an die erste Schaltung (47), die Speicherschaltung (88, 94) und die Einrichtung (112) für die Energiezufuhr angeschlossen ist, wobei die Vergleichsschaltung auf einen vorgegebenen Unterschied zwischen dem Signal der Speicherschaltung und der ersten Schaltung anspricht und die Energiezufuhr beendet.

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RO
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiezufuhreinrichtung (72) eine Stromquelle zur Speisung des Thermistors einschließt, so daß am Thermistor abhängig vom Strom eine Spannungabfällt, die sich mit der Temperatur ändert.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verstärker (78) an den Thermistor, die Speicherschaltung und die Vergleichsschaltung angeschlossen ist und daß dieser Verstärker diese Spannung mit einem Referenzsignal vergleicht und ein Steuersignal liefert, daß sich abhängig von den dazwischen bestehenden Schwankungen ändert.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherschaltung eine Nachführ- und Halteschaltung (88) enthält, die an die erste Schaltung angeschlossen ist und die ein dem aufgenommenen Signal entsprechendes Signal liefert und nach Beendigung des aufgenommenen Signales aufrechterhält.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung einen Komparator (98) enthält, der an die erste Schaltung (47) und an die Nachführ- und Halteschaltung (88) angeschlossen ist, die bei einem bestimmten, dazwischen bestehenden Unterschied ein Vergleichssignal liefert, und daß die Schalteinrichtung (T04, 114) abhängig von diesem Vergleichssignal die Stromzufuhr aus der Einrichtung (112) zur Energieversorgung der ersten Schaltung beendet.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten Schaltung und der Nachführ- und Halteschaltung ein Schalter (116, 84) angeordnet ist, der in einer ersten Betriebsart eine Verbindung zwischen der ersten Schaltung und der Nachführ- und Halteschaltung herstellt

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und der in einer zweiten Betriebsart diese Verbindung unterbricht.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung der ersten Schaltung (47) mit dem Schalter (116) ein Verstärker (78) vorgesehen ist, der das an der ersten Einrichtung auftretende Signal mit einem Referenzsignal vergleicht und abhängig von dazwischen bestehenden Schwankungen ein Steuersignal liefert.

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