DE2645324A1

DE2645324A1 - Einrichtung zur aufbewahrung und identifizierung von in durchflussgeraeten analysierten teilchen

Info

Publication number: DE2645324A1
Application number: DE19762645324
Authority: DE
Inventors: Walter Robert Hogg
Original assignee: Coulter Electronics Inc
Current assignee: Coulter Electronics Inc
Priority date: 1975-10-08
Filing date: 1976-10-07
Publication date: 1977-04-21
Also published as: FR2328960A1; SE434436B; DE2645324C2; JPS609311B2; FR2328960B1; SE7611159L; GB1555091A; JPS5247353A

Description

Coulter Electronics, Inc., Hialeah,
Florida/USA

Einrichtung zur Aufbewahrung und Identifizierung
von in Durchflußgeräten analysierten Teilchen

Die Erfindung "betrifft eine Einrichtung zur Identifizierung und Aufbewahrung von Teilchen, um ihnen ihre durch
Messung ermittelten Eigenschaften zuordnen zu können.

Bei der Untersuchung der Eigenschaften kleiner Teilchen, insbesondere von Körperzellen, unterscheidet man vor allem zwei Lehrmeinungen. Nach der ältesten Lehrmeinung leitet man die Zellen einzeln durch eine Erfassungszone, wo eine bestimmte Eigenschaft, beispielsweise Größe oder Farbe,
gemessen wird. Die Messung, und damit auch die Teilchen, kann man zählen. Man bezeichnet dies als die "Durchflußtechnik" .

0 9 8 1 S / 1 1 S 4

Bei diesen Einrichtungen werden die Eigenschaften der Teilchen grob, wenn auch einzeln, gemessen. Sobald die Teilchen die Erfassungszone passiert haben, in der die eigentliche Messung erfolgt ist, werden sie beseitigt oder mit anderen Teilchen vermischt, so daß ihre Identität verloren geht. Die Eigenschaften werden hierbei gemessen und statistisch einer gegebenen Probe zugeordnet, worauf die Teilchen zum Abfall kommen, was eine einzelne Identifikation der Teilchen auch durch geschultes Personal ausschließt. Sowohl in der Industrie als auch in der Medizin können die so ermittelten Daten gebraucht werden, wenn sich auch nur grobe Proben aufbewahren und weiter untersuchen lassen und eine Zuordnung bestimmter Daten zu bestimmten Teilchen nicht möglich ist.

Die zweite Lehrmeinung bezweckt die mechanische Verdopplung der vom Beobachter, beispielsweise einem geschulten Zytologen ausgeführten Funktion und wird als "Mustererkennung" ("Pattern Recognition") bezeichnet. Man streicht bei dieser Methode die Probe, beispielsweise Blut, auf einen Objektträger bzw. ein Substrat. Ein Mikroskop lokalisiert die einzelnen Zellen auf dem Objektträger, wobei man das Bild der Zellen beispielsweise durch Fernseheinrichtungen abtasten kann. Die zweidimensionalen Abmessungen der Zellen, ihre Farbe, die Farbdichte sowie eine mögliche Fluoreszenz der Zellen an verschiedenen Stellen kann gemessen und in einem Computergedächtnis gespeichert werden. Nach mathematischen Verfahren kann dann der Versuch zur Identifizierung der Zellen nach den gespeicherten Daten unternommen werden.

Beide Verfahren bzw. Lehrmeinungen haben ihre Nachteile· Das erste Verfahren arbeitet schnell, liefert aber nur Messungen der groben Parameter· Das zweite Verfahren ist

709816/ 1 1S4

-r- a

sehr langsam, führt aber zu einer weitgehenden, wenn auch noch nicht voll befriedigenden Identifizierung der Zelle. Die nach der Durchflußmethode gewonnenen Informationen wird man nicht erhalten, wenn man nach der Mustererkennung arbeitet, wobei gerade diese Information zur eindeutigen und vollständigen Zellenidentifizierung erforderlich sein kann.

Eine Einrichtung zur automatischen Untersuchung und Trennung von Zellen ist in der deutschen Patentanmeldung P 24- 4-9 701.6 angegeben. Gemäß dieser Anmeldung passieren Teilchen in einer Suspension die Erfassungszone des Teilchendetektors, gehen dann durch einen Teilchenseparator, wo die Suspension in einzelne Tröpfchen, die die Teilchen enthalten, aufgeteilt wird, und gelangt dann auf ein Substrat. Die durch die Erfassung jedes Teilchens gewonnene Information wird ebenso wie das Zeitintervall zwischen den erfaßten Teilchen gespeichert. Das Substrat bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit nach einem bestimmten Muster, so daß die Tröpfchen und Teilchen, die auf das Substrat gelangen, ein bestimmtes, räumliches Muster aufweisen, das vom Zeitintervall zwischen den erfaßten Teilchen abhängt. Die Information wird so aufrechterhalten, daß sich die Eigenschaften der Teilchen und ihre Lage auf dem Substrat zuordnen lassen. Die Anordnung arbeitet zwar sehr wirksam, doch muß die Geschwindigkeit des Substrats äußerst genau eingehalten werden, damit man eine genaue Zuordnung zwischen dem Zeitintervall der erfaßten Teilchen und dem räumlichen Muster auf dem Substrat erhält.. Außerdem erfordert das Festhalten der Zeitinformation über die erfaßten Teilchen und die Zuordnung zu dem räumlichen Muster auf dem Substrat zusätzlichen Speicherplatz im Computer. Zur Verringerung dieses Aufwandes ist eine Reduzierung der Größe des Computerspeichers anzustreben. In dem

709816/11S4

erläuterten Ausführungsbeispiel werden sämtliche Teilchen auf dem Substrat festgehalten, so daß oft große Substratflächen mit Teilchen bedeckt sind, die nicht interessieren.

Die erfindungsgemäße Einrichtung vermeidet diese Nachteile. Sie erfaßt und unterscheidet die Eigenschaften der Teilchen und ordnet die Teilchen auf einem Substrat nach einem bestimmten Muster an, dem die Eigenschaften zugeordnet werden können, ohne daß das Zeitintervall zwischen dem Auftreten der Teilchen ermittelt werden muß. Die erfindungsgemäße Einrichtung arbeitet dadurch wirtschaftlich, daß lediglich in der Erfassungszone erfaßte Teilchen zur weiteren Untersuchung aufbewahrt werden, was den Verlust an Substrat verringert. Dies erlaubt eine schnelle 'Vorsortierung der Teilchen, beispielsweise der Zellen, wobei lediglich Zellen, die später noch ausführlicher untersucht werden sollen, aufbewahrt werden.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Identifizierung von in einer Suspension befindlichen Teilchen ist gekennzeichnet durch ein Erfassungsgerät mit einer Anordnung zur Aufnahme der Suspension, mit einer Erfassungszone zur Erzeugung mindestens eines charakteristischen Signals, das mindestens eine physikalische Eigenschaft jedes passierenden Teilchens darstellt, und mit einer Anordnung, die die einzelnen Teilchen in der Suspension in einem Strom durch die Erfassungszone und aus dem Teilchenabtastgerät heraus leitet, und durch eine mit dem Abt ast gerät und mit einem Substrat verbundene Folgeschaltung, die auf mindestens ein charakteristisches Signal bei jedem Teilchen anspricht, ein bestimmtes Folgesignal erzeugt und den Strom der Teilchen zu einer diesem bestimmten Folgesignal zugeordneten Stelle auf dem Substrat leitet, mit einem an das

709816/1114

-Jf-

Erfassungsgerät und die FoIgeschaltung angeschlossenen Speicher, der auf dieses charakteristische Signal anspricht und der dieses Signal und eines der Folgesignale speichert, und mit einem mit der Stelle auf dem Substrat korrespondierenden Speicherstellenidentifizierer zur Zuordnung der Lage des Teilchens und seiner Eigenschaften.

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

Pig. 1 eine kombinierte Darstellung mit einem Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung und

Fig. 2 ein detaillierteres Blockschaltbild dieser Einrichtung.

Die Hauptteile der dargestellten Einrichtung sind zunächst eine Anordnung, die Grobmessungen an den in Suspension befindlichen Teilchen erlaubt, wenn diese nacheinander eine Erfassungszone passieren, wo außerdem interessierende Teilchen gezählt und in der dadurch spezifizierten Folge der Zählung gespeichert werden, und ferner eine Anordnung, die die Teilchen nach dem Passieren der Erfassung sz one in einem Strom auf ein Substrat wirft, das sich gegenüber dem Strom nach einem vorgegebenen Plan bewegt, der von der Folge der Zählung abhängt, so daß aufeinanderfolgende Teilchen, die von Interesse sind, an vorgegebenen Stellen auf dem Substrat abgeschieden werden, die sich den spezifizierten Speicherstellen zuordnen lassen.

Bei der Erfindung wird davon ausgegangen, daß die Messungen beim Abtasten der Teilchen in der Erfassungszone und

709816/11SA

die Teilchenzählung oder die Stelleninformation gespeichert und für weitere Messungen an den Teilchen auf dem Substrat entweder sofort oder später verfügbar gehalten werden. Die Teilcheneigenschaften und die Teilchen auf dem Substrat lassen sich entweder von Hand oder automatisch dem Resultat einer weiteren Untersuchung oder Analyse zuordnen. Man kann dadurch erheblich mehr über jedes einzelne Teilchen aussagen, als dies durch die Grobmessung in der Erfassungszone oder durch die automatische oder visuelle Mikroskopuntersuchung allein möglich ist.

In Fig. 1 der Zeichnung befinden sich die meisten mechanischen Teile einer Einrichtung 10 auf einer Basis oder Plattform 12. Das Teilchenabtastgerät 14 ist an einem Arm 15 eines Ständers 16 angebracht, der in Richtung des Rotationspfeiles drehbar ist und an einem Arm 19 ein Mikroskop 17 trägt. Das Abtastgerät 14 enthält mindestens eine Erfassungszone und einen Tröpfchengenerator nach der genannten Patentanmeldung. Der Tröpfchengenerator ist so angeordnet, daß die Tröpfchen gegen ein Substrat 18 geschleudert werden.

Das unter dem Abtastgerät 14 befindliche Substrat 18 hält auf seiner Oberfläche Teilchen fest, die mit den Tröpfchen auftreffen, und verhindert eine weitere Bewegung der Teilchen auf dieser Fläche, so daß die Lage der Teilchen nach dem Auftreffen festliegt. Das Substrat kann beispielsweise eine spezielle Oberfläche aus Mattglas, gefrittetem Glas oder dergleichen aufweisen oder aus einem absorbierenden Material, etwa Filterpapier, festem, porösem Kunststoff oder dergleichen hergestellt sein, so daß sich die Tröpfchenflüssigkeit durch Absaugen und/oder Kapillarwirkung beseitigen läßt. Das Substrat 18 ist auf einen Präzisionsabtasttisch 20 montiert.

709816/11S4

-r-

Der Abtasttisch 20 bewegt sich abhängig von Schrittschalt-Signalen um eine vorgegebene Strecke in Richtung X bzw. X, wie die Pfeile 24 und 26 zeigen. Größe und Richtung jeder Bewegung bei einem Schrittschaltsignal sind durch im Abtasttisch vorhandene Einrichtungen vorgegeben. Beispielsweise kann der Abtaettisch aus einer ersten Y-Stellung zwanzig diskrete Schritte in Y-Richtung gemäß Pfeil 26 machen und dann einen Schritt in X-Richtung gemäß Pfeil 24·. Dann kann der Abt.asttisch in die erste, um einen Schritt in der X-Richtung verschobene Y-Stellung zurückkehren und die Schritte in der Y-Stellung wiederholen. Durch die Schrittschaltungen werden eine Anzahl rechteckiger Lagen auf dem Substrat 18 definiert, deren Begrenzung gestrichelt angedeutet ist. Dadurch kann jedes Teilchen später durch seine Koordinaten X und Y lokalisiert werden. Nach einer vorgegebenen Anzahl von Schaltschritten, beispielsweise 1000 Schritten des Abtasttisches 20, ist der Stillstand oder die Rückkehr in die Ausgangsstellung programmiert. Wenn das Programm den Stillstand des Tisches in der letzten Stellung angibt, ist zur Rückkehr des Tisches in die Ausgangsstellung ein getrenntes Rücksteilsignal erforderlich. Das Schrittschaltsignal für den Abtasttisch 20 kann ein Impuls sein, der um eine Stellung der Folge weiterschaltet, oder ein spezieller Adressenidentifizierer, vorzugsweise in digitaler Ausführung, der den Tisch zu einer vorgegebenen Stelle weitergehen läßt.

Der Tröpfchengenerator des Teilchenabtastgerätes 14- enthält unten eine (nicht gezeigte) Strahlöffnung, aus der ein Strahl 28 austritt, der sich in einem bestimmten Abstand unter der öffnung in Tröpfchen aufteilt. Der Strahl 28 bzw. die Tröpfchen passieren einen Aufladungsring 30 und Ablenkplatten 32. Die zu untersuchenden Teilchen befinden sich im Teilchenabtastgerät 14 in einer elektrisch

709818/11S4

264532A

leitenden Lösung. Die in Suspension befindlichen Teilchen passieren im Abtastgerät 14 einzeln die Erfassungszone und bewirken eine Änderung der elektrischen Impedanz einer Tastöffnung, abhängig von Teilchenvolumen. Die Impedanzänderung wird erfaßt und zur Erzeugung eines Signals verwendet, dessen Amplitude der Größe bzw. dem Volumen des die Tastöffnung passierenden Teilchens proportional ist. Die Anzahl der Signale, die Reihenfolge ihres Auftretens und die einzelnen Amplituden können zur detaillierten Teilchenanalyse gespeichert werden.

Weitere Informationen über die Teilchen kann man durch Wandler gewinnen, die auf den Durchgang der Teilchen durch elektrische oder optische Erfassungszonen in der flüssigen Suspension ansprechen. Die sogenannten groben physikalischen Eigenschaften der Teilchen, die sich elektrisch in analoger Weise messen und aufzeichnen lassen, können abhängig sein von den Tastöffnungsströmen mehrerer Frequenzen, von verschiedenen Wellenlängen des Lichts, von der Fluoreszenz, der elektrischen Undurchlässigkeit usw.

Die elektronische Schaltung zur Betätigung des Teilchenabtastgerätes 14 und zur Aufnahme der von dieser kommenden Teilcheninformation, zur Betätigung des Aufladeringes 30, der Ablenkplatten 32 und des A.btasttisches 20 ist durch die Bezugsziffer 34 angedeutet. Diese elektronische Schaltung 34 kann mit einem Computer 36 verbunden sein, der die Teilcheninformation sowie weitere noch zu beschreibende Informationen speichert.

Wenn die Einrichtung arbeitet, gelangt die Teilcheninformation in Form von im Teilchenabtastgerät 14 erzeugten Signalen zur elektronischen Schaltung 34. Das die aufgenommenen Elektroniksignale erzeugende Teilchen tritt durch

7Q9816/11SA

die Strahlöffnung als Strahl 28 aus und gelangt in einem Tröpfchen zum Aufladering 30. Jedes Tröpfchen enthält nicht mehr als ein Teilchen, wobei die Zeit nach Aufnahme der Teilchenidentifizierungsinformation durch die Elektronikschaltung 34, in. der das Tröpfchen mit dem Teilchen entstand, identifiziert werden kann. Das Tröpfchen mit einem Teilchen trifft dann an einer bestimmten Stelle des Substrats 18 auf, wenn die von der Elektronikschaltung aufgenommene Information bestimmte Anforderungen erfüllt, etwa einen bestimmten Schwellwert überschreitet, und wenn die Einrichtung nach Ablauf einer genügenden Zeit nach der Einleitung oder nach der Erkennung und Weiterleitung des letzten Tröpfchens mit einem Teilchen stabilisiert ist. Bei Nichterfüllung einer dieser Bedingungen gibt die Elektronikschaltung 34 eine Spannung auf den Aufladering 30, der die Tröpfchen auf eine bestimmte Spannung bringt. Die aufgeladenen Tröpfchen werden dann beim Durchgang durch die Ablenkplatten 32 in einem Winkel zu einem Behälter abgelenkt, daß sie beseitigt oder für eine spätere Weiterverwendung aufbewahrt werden können'.

Die bei einem Teilchen von der Elektronikschaltung 34- aufgenommenen Signale führen außerdem zu einem bestimmten Zählsignal. Dieses geht zum Abtasttisch 20 und schaltet ihn zur nächsten Stellung der Schrittschaltfolge, so daß das nächste auf das Substrat 18 gerichtete Tröpfchen an der nächsten Stelle der Folge auf trifft. Das Zählsignal der Elektronikschaltung 34- und die Meßergebnisse für jedes Teilchen, das heißt die vom Abtastgerät 14 gelieferten Teilchensignale, gehen von der Elektronikschaltung 34 zum Computer 36, so daß sich die Teilcheneigenschaften und ihre Lage auf dem Substrat 18 zuordnen lassen.

Zum Abschluß der Arbeitsfolge, wenn sämtliche Stellen auf

709816/1154

dem Substrat 18 ausgefüllt sind, oder wenn die Probe verbraucht ist und die Teilchen richtig vorbereitet sind, beispielsweise durch Einfärben und Fixieren, kann das Mikroskop 17 zur automatischen Teilchenuntersuchung über das Substrat 18 geschwenkt werden. Die Abtastschaltung läßt dann den Abtasttisch in jede Stellung gehen, so daß eine Mustererkennungsabtastung entsteht, wobei die so gewonnene Information und die Information im Speicher zur exakten Teilchenidentifikation gemäß der genannten Patentanmeldung gesammelt werden.

Die detailliertere Darstellung der Elektronikschaltung 34 in einem Blockschaltbild nach Fig. 2 zeigt eine einfache Ausführungsform mit einem Parameter und einem Schwellwert. Die zu untersuchenden Teilchen, beispielsweise Blutkörperchen, befinden sich verdünnt in einer Pluidsuspension in einem Probenbehälter 40, der zum Teilchenabtastgerät 14 gehört. Die erforderlichen Bandbedingungen, Luftdruck usw., müssen erfüllt sein. Bei Einschaltung des Gerätes 14 gehen die in Suspension befindlichen Teilchen aus dem Reservoir 40 durch eine oder mehrere Teilchenerfassungszonen 42 in Fig. 2 zur Strahlöffnung. Zur einfacheren Erläuterung sei angenommen, daß das Volumen von Teilchen, die ein vorgegebenes Minimum überschreiten, gemessen, aufgezeichnet und zur späteren Untersuchung aufbewahrt werden soll. Das Gerät 42 liefert Teilchenimpulse mit dem Teilchenvolumen proportionaler Amplitude, wenn ein Teilchen die Erfassungszone passiert. Die Teilchen in der Suspension treten in einem Strom 28 aus dem Gerät 14 aus und bilden Tröpfchen. Der Übergang in diese Tröpfchen erfolgt an der Aufladungsplatte JO. Infolge der.gewählten Verdünnung der Probe entstehen zwischen Tröpfchen, die ein Teilchen enthalten, sehr viele Tröpfchen ohne Teilchen. Außerdem sind das Verdünnungsverhältnis und die Tröpfchengröße so gewählt, daß

709816/11S4

ein Tröpfchen nicht mehr als ein Teilchen enthält. Es interessieren lediglich bestimmte Tröpfchen, die Teilchen enthalten.

Die beim Durchgang der Teilchen durch die Erfassungszone gelieferten Teilchenimpulse werden vom Verstärker 43 über die Leitung 44 zur Schwellwertschaltung 46 und dem Analog-Gatter 48 gegeben. Die an sich bekannte Schwellwertschaltung 46 gibt einen Schwellwertimpuls ab, wenn das aufgenommene Signal am Eingang eine vorgegebene Amplitude überschreitet, und hält diesen Schwellwertimpuls so lange, bis das Eingangssignal unter die vorgegebene Amplitude fällt. Es sei angenommen, daß der erzeugte Teilchenimpuls den Schwellwertpegel der Schaltung 46 überschreitet, so daß ein binäres Schwellwertsignal eine logische "1" auf der Leitung 47 entsteht. Bei der Beschreibung wird von einer positiven Logik ausgegangen, das heißt eine logische "1" bedeutet eine positive Spannung bzw. ein hochgeschaltetes Signal. Auch eine kompatible andere Logik ist verwendbar. Das Schwellwertsignal geht zum Eingang 52 eines Und-Gatters 54.

Die Elektronikschaltung 34 nach Fig. 2 wird durch ein binäres, hochgeschaltetes Signal am Starteingang 62 gestartet. Dieses Signal kann auf verschiedene Weise erzeugt werden, beispielsweise durch einen Startschalter und eine Stromquelle. Weiter sei angenommen, daß sämtliche Teile des Gerätes einschließlich der Tröpfchenbildungseinrichtung und der Erfassungszone einwandfrei arbeiten und daß die Tröpfchen zur Beseitigung zum Behälter geleitet werden. Das hochgeschaltete Signal geht vom Starteingang 62 zum Rücksteileingang 64 eines Zählers 58 und zum Eingang 66 eines Oder-Gatters 68.

709816/11S4

-γί-

Das hochgeschaltete Signal stellt den Zähler 58 auf Null. Der Zähler 58 zählt von Null bis zu einer vorgegebenen Zahl, beispielsweise 1.000, und liefert bei geder Zählung ein anderes Zählsignal. Das Zählsignal dient zur Zuordnung der Teilcheneigenschaften und der Lage auf dem Substrat. Jede Zählung umfaßt eine Anzahl von Signalen, insbesondere digitale Signale, die zu einem Speicher 60 gehen und eine bestimmte Speicherstelle adressieren. Bei der Zählung auf die vorgegebene Zahl liefert der Zähler 58 ein hochgeschaltetes Signal auf der Leitung 70, das über den Invertereingang 72 zum Und-G-atter 54- geht und dort ein nach unten geschaltetes Signal liefert. Bis zur Erreichung dieses Zählerstandes steht auf der Leitung 70 eine logische "0" an, so daß der Eingang am Und-Gatter 54- vor Erreichung des Gesamtzählerstandes ein logisches Signal "1" aufweist.

Durch das Startsignal vom Starteingang 62 zum Eingang 66 des Oder-Gatters 68 liefert dieses ein logisches Signal ^l!1", das zum Setzeingang 74- eines bistabilen Eippers bzw. Flipflops 76 geht, das abhängig vom Signal am Eingang 74-schaltet und ein logisches Signal "1" liefert, das zum Eingang 78 des Und-Gatters 54· geht.

Das logische Signal 1 am Eingang 78 des Und-Gatters 54- und das logische Signal 0 am Invertereingang 74- des Und-Gatters 54- erscheinen praktisch unmittelbar nach der Aufnahme des Startsignals 1 und stehen an diesen Eingängen an, so daß bei Aufnahme des erwähnten Schwellwertsignals am Eingang 52 das Und-Gatter 54- schaltet und am Ausgang ein Logiksignal 1 liefert, das zur Verzögerungsschaltung 80, dem Eiickflankendetektor 81 (TED), zum Zähleingang des Zählers 58 und zum Steuereingang 50 des Analog-Gatters 48 geht.

Das Und-Gattersignal am Steuereingang 50 des Analog-

709816/1154

Gatters 48 öffnet das Analog-Gatter und läßt den Teil des Teilchenimpulses passieren, der den Schwellwertpegel der Schaltung 46 überschreitet, und zwar auf der Leitung 55 zum Analog-Digital-Wandler und zum Speicher 60, so daß eine Aufnahme dieser Impulse nur nach Einschaltung der Einrichtung und Synchronisierung mit den Impulsen und der TropfchenMl&ung möglich ist. Weitere Teilcheneigenschaften, die von anderen Erfassungszonen geliefert werden, die sich "bei 42 im Gerät 14 befinden können, gehen ebenfalls über die Leitung 44 oder andere, nicht gezeigte Leitungen, über Analog-Gatter wie das Gatter 48 zum Analog-Digital-Wandler und zum Speicher 60, nach Öffnung durch Aufnahme eines Gattersignals am Gattereingang· Der Analog-Digital-Wandler und Speicher 60 formt die vom Analog-Gatter 48 und anderen Gattern aufgenommenen analogen Signale in äquivalente, digitale Signale um und speichert diese Signale durch das vom Zähler 58 gelieferte Zählsignal an der bezeichneten Adresse.

Durch das vom Und-Gatter kommende Signal liefert der Zähler 58 ein Zählsignal, wie bereits erläutert. Dieses Zählsignal geht zum Wandler und Speicher 60 und adressiert die Speicherstelle, an der die Teilcheneigenschaften gespeichert sind.

Der Bückflankendetektor 81 spricht auf die hintere Flanke des Und-Gatter signal s an und gibt einen verzögerten Triggerimpuls auf einen monostabilen Kipper 82. Dieser liefert ein hochgeschaltetes Signal von fester Amplitude und Dauer, abhängig vom verzögerten Triggerimpuls, der auf den Rückflankendetektor 84 gegeben wird. Dieser Detektor 84 liefert am Ende des hochgeschalteten Signals des monostabilen Kippers 82 einen weiteren, verzögerten Triggerimpuls, der auf die monostabilen Kipper 86 und 88 gegeben

709816/11S4

wird und so die gesamte Verzögerungsperiode ergibt.

Der monostabile Kipper 86 "bewirkt einen Kurzschlußimpuls, der zu einer Kurzschlußeinrichtung 87 geht, die einen Feldeffekttransistor (PET) 89 enthält. Durch die Kurzschlußimpulse leitet der JTET 89 und bildet einen niederohmigen Weg nach Masse. Dieser niederohmige Weg setzt die normalerweise von der Spannungsquelle 90 über den Widerstand 91 zur Aufladungsplatte 30 gehende Spannung herab. Durch die von den Rückflankendetektoren 81 und 84 und dem monostabilen Kipper 82 bewirkte Verzögerung hat die Aufladungsplatte 30 in der Zeit keine Spannung, in der das Teilchen, das den Schwellwertimpuls erzeugte, die Aufladungsplatte 30 passiert. Dadurch bildet sich um das Teilchen ein Tröpfchen, so daß das das genannte Teilchen enthaltende Tröpfchen nicht aufgeladen wird und an der bestimmten Stelle auf das Substrat 18 fällt, die der erwähnten Zählerstandszahl entspricht. Alle anderen Tröpfchen werden von der Aufladungsplatte 30 aufgeladen und beim Passieren der Ablenkungsplatten 32 zum Abfallbehälter 21 abgelenkt.

Das Signal des Und-Gatters 54- geht auch zur Verzögerungsschaltung 80, die nach einer für den Betrieb des Rückflankendetektors 81 ausreichenden Zeit ein hochgeBchaltetes Signal am Ausgang abgibt, das zum Eingang 90 und zum Rückstelleingang des 3?lipflops 76 geht, das zurückgestellt wird und das hochgeschaltete Signal am Eingang 78 des Und-Gatters 54- beendet. Mit dem Ende des hochgeschalteten Signals am Eingang 78 des Und-Gatters 54- sperrt dieses Gatter, so daß diese Schaltung nicht mehr arbeitet und nachfolgende Teilchen so lange nicht zum Substrat gelangen können, bis das Plipflop 76 wieder geschaltet wird. Dies ist nach Beendigung eines Arbeitsganges der Einrichtung und Stabilisierung der Fall.

7 0 9 8 1 6 / 1 1 S 4

Wie bereits erwähnt, geht der Impuls des Riickflankendetektors 84 auch zum monostabilen Kipper 88, der dadurch umschaltet und während einer vorgegebenen Zeitspanne am Ausgang ein logisches Signal 1 liefert. Diese vorgegebene Zeitspanne ist größer als die Zeitspanne, die ein Tröpfchen zur Bewegung von der Aufladungsplatte 30 zum Substrat 18 braucht. Der monostabile Kipper 86 gibt einen Aufladungsimpuls von kurzer Dauer ab, gerade ausreichend, damit lediglich die gewünschten Tröpfchen ohne Aufladung passieren können. Das logische Signal 1 des monostabilen Kippers 88 geht zu einem Riickflankendetektor 92, der auf das Ende des Logiksignals 1 anspricht und mit einem Riickflankenimpuls einen monostabilen Kipper 94 triggert. Der Kipper 94 schaltet dadurch um und liefert ein hochgeschaltetes Schrittschaltsignal zu der bereits erwähnten, programmierten Schrittschaltvorrichtung 96, vorzugsweise zwei programmierte Schrittschaltmotoren im Abtasttisch 20, wodurch der Tisch zur nächsten Position der Schaltfolge geschaltet wird. Das Substrat 18 befindet sich dann in der Position zur Aufnahme des nächsten erfaßten Tröpfchens, das ein Teilchen enthält.

Ein Riickflankendetektor 97 erhält ebenfalls das Logiksignal 1 des monostabilen Kippers 94 und liefert bei der Riickflanke des Logiksignals einen verzögerten Triggerimpuls, der zu einem monostabilen Kipper 98 geht, der ein hochgeschaltetes Signal von fester Amplitude und Dauer liefert. Dieses Logiksignal 1 des Kippers 98 geht zum Rückflankendetektor 100, der am Signalende einen Impuls zu einem weiteren monostabilen Kipper 102 gibt, der während einer kurzen Zeitspanne ein Logiksignal 1 erzeugt. Dieses Logiksignal 1 geht zum zweiten Eingang 104 des Oder-Gatters 68, das ein Logiksignal 1 zum Setzeingang 74- des Flipflops 76 gibt.

709816/11S4

Die Vorgänge bei der Betätigung der Rück flankend et ekt or en 97 und 100, der monostabilen Kipper 98 und 102 und des Oder-Gatters 68 erfordern eine ausreichende Zeitspanne, die die Stabilisierung der Schrittschaltvorrichtung 96 und des Substrats 18 in der neuen Position und die Beseitigung aller Vibrationen und die Stabilisierung der übrigen Schaltung der elektronischen Schaltung 34-, beispielsweise die Beendigung sämtlicher Funktionsübergänge, erlaubt. Das Flipflop 76 spricht auf das Logiksignal 1 am Setzeingang 74- an, schaltet um und liefert wieder ein Logiksignal 1 zum Eingang 78 des ühd-G-atters 54-. Mit dem Logiksignal 1 am Eingang 78, solange der Zähl ei¹ 58 noch nicht den vollen Zählerstand erreicht hat, spricht das TJnd-Gatter 54- auf das nächste Schwellwert signal am Eingang 52 an und zählt das Signal, speichert die Zählung und die Teilcheneigenschaften im Speicher 60, leitet das Tröpfchen mit dem eingeschlossenen leuchen zu der zugeordneten Stelle auf dem Substrat 18 und schaltet dann den Abtasttisch 20 und das Substrat 18 in die nächste Stellung.

Hachdem der Zähler 58 die entsprechende Anzahl von Teilchen gezählt hat, gibt er äi Logiksignal auf einen Indikator 71» eier der Bedienungsperson anzeigt, daß die Probe gewechselt werden muß, daß ein Einfärben erfolgen muß und/oder eine mikroskopische Überprüfung.

Das Logiksignal 1 des Zählers 58 sperrt über den Eingang 72 das Und-Gatter 54-, so daß dieses bei Aufnahme weiterer Schwellwert signale am Eingang 52 kein Logiksignal 1 liefern kann und dadurch die Funktion der Elektronikschaltung 34- beendet.- Zu diesem Zeitpunkt sind sämtliche programmierten Stellen auf dem Substrat 18 mit ausgewählten Teilchen gefüllt, wobei die Teilcheneigenschaften und der

7 0 9 816/1154

Zählerstand in der Zahlenfolge gespeichert sind. Die Information im Speicher kann man mit üblichen Wiedergabegeräten gewinnen, beispielsweise Kathodenstrahlröhren oder Schreibern. Bei bekannten Teilcheneigenschaften und Zählerstand der Folge, wobei die Lage auf dem Substrat mit dem ebenfalls bekannten Zählerstand übereinstimmt, können Teilcheneigenschaften und die Lage des Teilchens entweder von Hand oder durch geeignete Schrittschaltmaschinen einander so zugeordnet werden, daß sich die einzelnen Teilchen weiter studieren lassen. Das Mikroskop 17 kann über das Substrat 18 und den Abtasttisch 20 gebracht werden, so daß man die Teilchen bei der Weiterschaltung in jede neue Stellung visuell beobachten kann, wobei die Teilcheneigenschaften von der jeweiligen Anzeigevorrichtung wiedergegeben werden. '

Die Ausführungsform nach den B¹Ig. 1 und 2 kann in verschiedener Hinsicht variiert werden. Beispielsweise kann in Fig. 2 anstelle der Schwellwertschaltung 46, die auf Teilchenimpulse anspricht, die einen vorgegebenen Schwellwert überschreiten, eine Fensterschwellwert schaltung verwendet werden, die ein Schwellwertsignal lediglich bei Impulsen liefert, deren Amplitude eine erste vorgegebene Amplitude überschreitet und unter einer zweiten vorgegebenen Amplitude bleibt. Außerdem kann die Schwellwertschaltung 46 nicht nur auf charakteristische Signale bzw. Eigenschaftssignale ansprechen, sondern auf Teilchenimpulssignale, die beim Durchgang durch eine Coulter-Tastöffnung entstehen, beispielsweise Signale eines Detektors für optische Dichte oder Fluoreszenz oder auf ein charakteristisches Signal, das eine Kombination von zwei oder mehreren dieser Signale bildet. Als Substrat 18 kann anstelle der rechteckigen Platte ein längeres Band verwendet werden, wie bei der genannten Patentanmeldung. Ein solches

709816/1154

Band kann lediglich in einer Richtung geschaltet werden, beispielsweise in Richtung des Pfeiles 26 in Fig. 1, so daß sich das Band aui einer kontinuierlichen Bahn von Anfang bis Ende bewegt. Außerdem kann man (Tröpfchen, die Teilchen enthalten, nebeneinander zu getrennten Stellen auf dem Band ablenken, wenn das Band genügend breit ist, und dann ebenso wie beim Substrat 18 vorwärts weiterschalten und Tröpfchen mit Teilchen an der nächsten Stelle der Folge abscheiden. Die Tröpfchen können bei bestimmten Zählerständen der Folge unterschiedlich abgelenkt werden, so daß der Tisch feststeht und nicht in Richtung des Pfeiles 26 bewegt wird.

Bei einer alternativen Ausführungsform kann der Abtasttisch 20 direkt mit dem Computer 36 verbunden werden, wie in Fig. 1 gestrichelt angedeutet. Die X-Y-Lage des Abtasttisches wird dem Computer 36 zugeführt und bewirkt die Adressierung der Teilcheninformation für das Teilchen an dieser Stelle. Bei dieser Ausführungsform dient der Zähler 58 in Fig.2 lediglich zur Zählung der Gesamtzahl und muß nicht mit dem Speicher 60 verbunden sein.

Patentanwälte

Dipl.-ing. E. Edsr

Dipl.-Ing. K. Schieschke

8München 40, bKs^o.iiisüaiJeSt

709816/1154

ic

Leerseite

Claims

Pafenfamväite

DFpI..ing. E. E-Jer

DIP/.-/ng. K. Schleschfr«

8Mü(lü

Pat ent anspriiche

1. Einrichtung zur Identifizierung von in Suspension befindlichen Teilchen, gekennzeichnet durch ein Erfassungsgerät (14) mit einer Anordnung (40) zur Aufnahme der Suspension, mit einer Erfassungszone (42) zur Erzeugung mindestens eines charakteristischen Signales, das mindestens eine physikalische Eigenschaft jedes durchtretenden Teilchens darstellt, und mit einer Anordnung (42), die die einzelnen Teilchen in der Suspension in einem Strom durch die. Erfassungszone und aus dem Teilchenabtastgerät heraus leitet, und durch eine mit dem Abtastgerät und mit einem Substrat (18) verbundene Folgeschaltung (34), die auf mindestens ein charakteristisches Signal bei jedem Teilchen anspricht, ein bestimmtes Folgesignal erzeugt und den Strom der Teilchen zu einer diesem bestimmten Folgesignal zugeordneten Stelle auf dem Substrat leitet, mit einem an das Erfassungsgerät und die Folgeschaltung angeschlossenen Speicher (60), der auf dieses charakteristische Signal anspricht und der dieses Signal und eines der Folgesignale speichert, und mit einem mit der Stelle auf dem Substrat korrespondierenden Speicherstellenidentifizierer zur Zuordnung der Lage des Teilchens und seiner Eigenschaften.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folgeschaltung eine Schrittschaltvorrichtung (96) zur Bewegung des Substrats in einer vorgegebenen Folge betätigt, die eine Anzahl bestimmter Stellen bestimmt, wobei die Schrittschaltvorrichtung auf Folgesignal anspricht und auf eine der bestimmten Stellen schaltet·

709816/1164

ORIGINAL INSPECTED

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Folgeschaltung eine Schwellwertschaltung (46) aufweist, die an das Erfassungsgerät angeschlossen ist und auf mindestens eines der charakteristischen Signale, das einen Schwellwert überschreitet, ein Schwellwertsignal liefert, einen Zähler (58), der an die Schwellwertschaltung angeschlossen ist und der jedes Schwellwertsignal zählt und dabei Zählersignale liefert, eine Richtungsschaltung (81, 82, 84, 86, 90, 30), die an die Schwellwertschaltung angeschlossen ist und auf das Schwellwertsignal anspricht und die den Strom der Teilchen, die das Schwellwertsignal erzeugen, auf das Substrat leitet, und eine Schrittschaltvorrichtung (81, 82, 84, 88, 92, 94, 96), die mit dem Substrat verbunden ist und bei jedem Zählersignal der Zählung in der vorgegebenen Folge um einen Schritt weiterschaltet, wobei das Substrat in der Folge bewegt und das Teilchen zu einer bestimmten Stelle auf dem Substrat abgelenkt wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler digital arbeitet, jedes Schwellwertsignal zählt und zur Darstellung jeder gebildeten Zählung ein digitales Zählersignal liefert.

5· Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (60) einen Wandler (60) enthält, der an das Erfassungsgerät angeschlossen ist, zur Umwandlung des charakteristischen Signals in eine digitale Zahl, einen Speicher (60) und ein Gatter (54), das auf das Schwellwertsignal anspricht, zur Eingabe der digitalen Zahl und des Zählersignals in den Speicher.

70981S/11S4

6. Einrichtung nach, einem der Ansprüche 3 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Folgeschaltung ferner eine Starteinrichtung (62, 64, 66, 68, 74) enthält, die an den Zähler und die Schritt schaltvorrichtung angeschlossen ist und die bei Betätigung ein Startsignal liefert, wobei der Zähler beim Startsignal auf einen Anfangszählerstand geschaltet wird und die Schrittschaltvorrichtung in eine Anfangsstellung zurückkehrt·

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Starteinrichtung außerdem an die Richtungsschaltung angeschlossen ist, die bei Aufnahme des Startsignals die Richtung des Stromes abhängig vom Schwellwertsignal zum Substrat freigibt.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7? dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungsschaltung eine AufIadungsanordnung (30) enthält, die neben der Anordnung zur Bewegung der Suspension und zur Aufladung des Stromes angeordnet ist, wobei die Aufladungsanordnung abhängig vom Schwellwertsignal die Aufladung von dem Strom nimmt, der aus der Bewegungsanordnung kommt und von dem Teilchen darin, das das Schwellwertsignel erzeugte, und daß Ablenkplatten (32) mit einer bestimmten Aufladung am Strom hinter der Auflade anordnung in Richtung des Stromflusses zur Ablenkung des aufgeladenen Stromes angeordnet sind, wobei nichtaufgeladene Tröpfchen und Teilchen ohne Ablenkung zum Substrat gehen O

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Bewegung der Suspension eine Anordnung (42) zur Tröpfchenbildung enthält, wobei die Suspension einen Strom von Tröpfchen bildet, wobei im

wesentlichen jedes Teilchen in einem einzigen Tropfen enthalten ist, -und daß der Strom der Tröpfchen durch die Aufladeanordnung und die Ablenkplatten tritt, wobei die Tröpfchen, die keine interessierenden Teilchen enthalten, aufgeladen und abgelenkt werden und interessierende Teilchen nicht aufgeladen und zum Substrat geleitet werden·

10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Eichtungsschaltung ein Gatter (54·) enthält, das an die Schwellwertschaltung und den Zähler angeschlossen ist und abhängig vom Schwellwertsignal und einem bestimmten Zählersignal ein Gattersignal liefert, und daß eine Verzögerungsschaltung (81, 82, 84-, 86) an das Gatter und die Aufladeanordnung angeschlossen ist, die nach einer vorgegebenen Zeit nach dem Gattersignal ein erstes Verzögerungssignal liefert, wobei die Aufladeanordnung auf das erste Verzögerungssignal anspricht und die Aufladung des Tröpfchens und des darin eingeschlossenen Teilchens verhindert, das dieses Signal erzeugte, so daß Tröpfchen und Teilchen zum Substrat gelangen.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungsschaltung eine zweite Verzögerungsschaltung (88, 92, 94-) enthält, die an die Schrittschaltvorrichtung angeschlossen ist und die eine vorgegebene Zeit nach dem Gattersignal ein zweites Verzögerungssignal liefert, wobei die Schrittschaltvorrichtung auf das zweite Verzögerungssignal anspricht und den nächsten Schritt der Folge schaltet.

12. Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungsschaltung eine dritte und

vierte Verzögerungsschaltung enthält, an die Starteinrichtung angeschlossen, daß die dritte Verzögerungsschaltung (80) nach einer dritten vorgegebenen Zeit nach dem Gattersignal ein drittes Verzögerungssignal liefert, daß die Startschaltung (62, 90, 50) abhängig vom dritten Verzögerungssignal das Startsignal beendet, daß die vierte Verzögerungsschaltung (92, 98, 100, 102) während einer vierten, vorgegebenen Zeit arbeitet, die größer ist als die vorgegebene dritte Zeit, wobei nach dem Gattersignal ein viertes Verzögerungssignal geliefert wird, und daß die Starteinrichtung auf das vierte Verzögerungssignal anspricht und das Startsignal liefert.

13· Einrichtung nach einem der Ansprüche 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Startschaltung eine Betätigungseinrichtung (62) enthält, die bei Betätigung ein Betätigungssignal liefert, ein zweites Gatter (68), angeschlossen an die Betätigungseinrichtung und die vierte Verzögerungseinrichtung, ansprechend auf das eine Betätigungssignal und das vierte Verzögerungssignal, wobei ein zweites Gattersignal geliefert wird, eine Schaltanordnung (90), die an das zweite Gatter (68) angeschlossen ist, wobei die dritte Verzögerungsschaltung und das Gatter (34-) abhängig vom zweiten Gattersignal das Startsignal liefern und abhängig vom dritten Verzögerungssignal das Startsignal beenden.

1Λ. Einrichtung nach, einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine visuelle Beobachtungsanordnung (17) zur Beobachtung der Teilchen an der jeweiligen Stelle, wobei die Folgeschaltung zur visuellen Beobachtung zu jeder Stelle auf dem Substrat schaltbar

709816/1114

ist.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die visuelle Beobachtungssnordnung ein Mikroskop ist.

16. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine automatische Anordnung (17) zur Beobachtung der Teilchen an der jeweiligen Stelle, wobei die lolgeschaltung zur automatischen Beobachtung zu Jeder bestimmten Stelle auf dem Substrat weiterschaltet.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die automatische Beobachtungsanordnung an jeder bestimmten Stelle das Muster zur Erkennung abtastet.

Dipl.-!ng. Dip!.-Ing. K.

8Mö!K. ■ >·--^:

09316/1Ü4