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Kanalzähler zur Zählung und Größenbestimmung von in einem
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Elektrolyten suspendierten Teilchen (Zusatz zu Patentanmeldung P 27
12 3 60.0) Die Erfindung betrifft einen Kanal zähler zur Zählung und Grßßenbestiiung
von in einem Elektrolyten suspendierten Teilchen, mit einer ersten Elektrode, einer
kleinen Durchtrittsöffnung und einer zweiten Elektrode, wobei die Suspension durch
die Durchtrittsöffnung strömt, und die erste Elektrode in Strömungsrichtung vor
der Durchtrittsöffnung, die zweite Elektrode hinter der Durchtrittsöffnung angeordnet
ist, und die während des Durchtritts eines Teilchens erfolgende Widerstandeänderung
zwischen den Elektroden registriert und ausgewertet wird.
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Der Zähler nach der Hauptanmeldung P 27 12 360.0 ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Durchtrittsöffnung in dem Strompfad der Suspension zwischen einem Eingangskanal
oder Eingang-Zuleitungsröhrchen und einem Ausgangskanal für die Suspension angeordnet
ist, und daß die Elektroden außerhalb des Strompfades der Suspension angeordnet
sind. Dabei geht bevorzugt das Eingang-Zuleitungsröhrchen von einem ersten, mit
Suspension gefüllten Gefäß aus, in dem die erste Elektrode angeordnet iet, oder
das Eingang-Zuleitungsröhrchen wird zur hydrodyna -mischen Fokussierung der Suspension
im wesentlichen koaxial innerhalb eines von Elektrolytflüssigkeit durchströmten
HUllkanals oder Hüllröhrchen geführt und endet in geringem Abstand vor der Durchtrittsöffnung
in Form einer Düse, die den fokussierten Suspensionsstrahl durch die Durchtrittsöffnung
abgibt.
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Die erste Elektrode befindet sich dann in einem weiteren, mit Elektrolytflüssigkeit
gefüllten Gefäß, in welches das stromaufwärtige Ende des Hüllröhrchens eingetaucht
ist. In Strömungsrichtung unmittelbar hinter der Durchtrittsöffnung zweigt vom Ausgangskanal
bevorzugt mindestens ein Seitenkanal oder Seitenröhrchen zu einem weiteren Gefäß
ab, in dem sich die zweite Elektrode befindet, die von Elektrolytflüssigkeit in
diesem Gefäß umgeben ist.
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Gemäß der Hauptanmeldung P 27 12 360. 0 sind also die erste und die
zweite Elektrode außerhalb der Röhrchen, die zu der Durchtrittsöffnung führen, großflächig
in Gefäßen angebracht, um das durch Elektrolyse des Elektrolyten an der Elektrodenoberfläche
erzeugte Gas relativ frei entweichen zu lassen, ohne daß aufsteigende Gasblasen
die strömende Suspension und damit den Widerstand zwischen den Elektrolyten merklich
beeinflussen. Wie in der Hauptanmeldung P 27 12 360.0 weiter ausgeführt ist, sollen
große Elektrodenflächen eingesetzt werden, um den durch Blasenbildung bedingten
Rauschpegel auf einen vernachlässigbaren Wert zu reduzieren.
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Es hat sich nun herausgestellt, daß sich der Kanalzähler gemäß
der
Hauptanmeldung P 27 12 360.0 durch eine werbesserte Anordnung der Elektroden bezüglich
seiner B«prindllchkeit noch weiter verbessern läßt.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, den Kanalzähler gemäß der Patentanmeldung
P 27 12 360.0 derart zu verbessern, dafl die Empfindlichkeit des Zählers erhoht
wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Zähler zur Zählung und Größenbestimuung
von in einem Elektrolyten suspendierten Teilchen nach der Patentanmeldung P 27 12
360.0 vorgesehen, der eine erste Elektrode, eine kleine Durchtrittsöffnung und eine
zweite Elektrode enthält, wobei die Suspension durch dio Durchtrittsöffnung strömt
und die erste Elektrode in Strömunggrichtung vor der Durchtrittsaffnung, die zweite
Elektrode hinter der Durchtrittsöffnung angeordnet ist, wobei die während des Durchtritts
eines Teilchens erfolgende Widerstandsänderung zwischen den Elektroden registriert
und ausgewertet wird, und wobei die Durchtrittsöffnung in dem Strompfad der Suspension
zwischen einem Eingang-Zuleitungsröhrchen und einem Ausgangskanal für die Suspension
angeordnet ist. Dieser Zähler ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die
erste Elektrode in unmittelbarer Nähe vor, und die zweite Elektrode in unmittelbarer
Nähe nach der Durchtrittsöffnung angeordnet ist, und daß die Oberfläche der ersten
und der zweiten Elektrode derart bemessen ist, daß die an der Elektrodenoberfläche
durch Elektrolyse erzeugten Gase im wesentlichen molekular von der umgebenden Flüssigkeit
absorbierbar sind.
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Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß die Elektroden
großflächig und in geeigneter Form in unmittelbarer Nähe der Durchtrittsöffnung
angeordnet sind, eo daß die Zuleitungswiderstände der Röhrchen bis zur Durchtrittsöffnung
verkürzt und damit verringert sind, wodurch die beim Durchtritt eines Teilchens
durch die Durchtrittsöffnung erfolgende
relative Widerstandsänderung
zwischen den Elektroden erhöht und dadurch die Empfindlichkeit des Zählers vergrößert
ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung geht das Eingang-Zuleitungsröhrchen
von einem eraten, mit Suspension gefüllten Gefäß aus. In Strömungsrichtung unmittelbar
hinter der Durchtrittsöffnung ist mindestens ein Seitenröhrchen vorgesehen, das
von dem Ausgangskanal zu mindestens einem zweiten Gefäß abzweigt, das Elektrolytflüssigkeit
enthält. Eingang-Zuleitungsröhrchen und Seitenröhrchen besitzen gegenüber der Durchtrittsöffnung
einen relativ großen Qußrschnitt, unddie rste Elektrode ist innerhalb des Eingang-Zuleitungsröhrchens
möglichst nahe an der Durchtrittsöffnung angeordnet, und es ist mindestens eine
zweite Elektrode innerhalb mindestens eines Seitenröhrchens möglichst nahe an der
Durchtrittsöffnung vorhanden. Der zwischen den Elektroden meßbare Widerstandswert
wird dadurch im wesentlichen durch die Abmessungen der Durchtrittsöffnung bestimmt.
Durch den reduzierten Abstand der Elektroden von der Durchtrittsöffnung erzeugen
die durch die Durchtrittsöffnung durchtretenden Teilchen der Suspension dann größere
relative Änderungen im Widerstand, d.h. größere elektrische Impulse, so daß der
Zähler eine höhere Empfindlichkeit besitzt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verläuft
das Eingang-Zuleitungsröhrchen zur hydrodynamischen Fokussierung der Suspension
im wesentlichen koaxial innerhalb eines von Elektrolytflüssigkeit durchströmten
Hüllröhrchens und endet in geringem Abstand vor der Durchtrittsöffnung in Form einer
Düse, die einen fokussierten Suspensionsstrahl laminar durch die Durchtrittsöffnung
abgibt. Das stromaufwärtige Ende des Hüllröhrchens steht mit einem mit Elektrolytflüssigkeit
gefüllten Gefäß in Verbindung, und die erste Elektrode ist innerhalb des Hüllröhrchens
in unmittelbarer Nähe der Durchtrittsöffnung angeordnet. Unmittelbar hinter der
Durchtrittsöffnung münden ein oder mehrere Seitenröhrchen in den Ausgangskanal und
führen
Elektrolytflüssigkeit laminar von entsprechenden Gefäßen in den Ausgangskanal. Innerhalb
mindestens eines der Seitenröhrchen ist eine zweite Elektrode, bzw. in den mehreren
Seitenröhrchen ist Je eine zweite Teilelektrode in un -mittelbarer Nähe der Durchtrittsöffnung
angeordnet.
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Die Elektroden in den Röhrchen sind in Röhrchenrichtung strömungsdurchlässig
ausgebildet, sie besitzen bevorzugt eine zylinder- oder spiralförmige Gestalt. Die
Querschnittakurve der zylinderförmigen Elektroden kann eine beliebige Form aufweisen,
sofern sicher gestellt ist, daß die Elektroden in die betreffenden Röhrchen hineinpassen,
und und wobei,vorteilhafter Weise die Zylinderachse parallel zur betreffenden Röhrchenachse
ausgerichtet ist.
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Gemäß einer weiteren Ausftlhrungsform der Erfindung lassen sich die
Elektroden in geeigneter Weise auf die Innenwände der Röhrchen aufbringen.
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Die aus festem Material bestehenden Röhrchen, in denen sich Elektroden
befinden, nehmen bevorzugt die großflächigen Elektroden vollständig auf und sind
bevorzugt eine gewisse Länge über die Elektroden hinaus in Richtung auf die Gefäße
fortgesetzt. Die Enden dieser Röhrchen sind dann bevorzugt mit flexiblen Schläuchen
oder dergleichen verbunden, die die Verbindung zu den Versorgungsgefäßen herstellen
und auch relativ lang sein können. Da die Gefäße gemäß der vorliegenden Erfindung
keine großflächigen Elektroden mehr aufnehmen müssen, und auch kein Blasenaufstieg
von derartigen Elektroden vorhanden ist, lassen sich die Gefäße bevorzugt als Flaschen
ausbilden.
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Durch die Verwendung flexibler Verbindungsleitungen zwischen den Röhrchen
und den als Flaschen ausgebildeten Gefäßen wird der Aufbau des Kanal zählers und
dessen Handhabbarkeit erheblich verbessert.
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Die hydrodynamisch fokussierte Ausführungsform besitzt den Vorteil,
daß
aufgrund der von mehreren Seiten, z.B. von zwei gegenüberliegenden Seiten erfolgenden
Einströmung des Elektrolyten die Suspension und damit die Teilchen (Zellen) in die
Mitte des Ausgangskanals strömt. Die hydrodynamische Fokussierung der Suspension
bewirkt ebenfalls eine genauere Ausrichtung der Teilchenbahn im Zentrum der Durchtrittsöffnung,
wodurch die Teilchen längs des relativ homogenen elektrischen Feldes in der Mitte
der Durchtrittsöffnung transportiert werden. Die an den Elektroden erzeugte Impulsgröße
entspricht daher der Teilchengröße besser als das bei nichtfokussierten Ausführungsformen
der Fall ist.
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Das Eingang-Zuleitungsröhrchen verengt sich bevorzugt vor der Durchtrittsöffnung
trichterförmig. Ebenfalls sind die Seitenröhrchen an ihrer Mündung bevorzugt trichterförmig
verengt, um an der Durchtrittsöffnung günstige hydrodynamische Verhältnisse zu schaffen.
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Der Querschnitt des Ausgangskanals ist bevorzugt kleiner oder gleich
(200x200) µ² . Die Durchtrittsöffnung ist bevorzugt kleiner als der Querschnitt
des Ausgangskanals. Der Ausgangskanal kann in mehrere Zweigkanäle verzweigt werden,
sofern dies für die nachgeschalteten Meßeinrichtungen erforderlich ist.
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Das aus Eingang-Zuleitungsröhrchen, Ausgangskanal, Seitenröhrchen
und/oder Hüllröhrchen bestehende Rohrsystem ist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
einstückig in nichtleitendem festem Material oder in mit nichtleitendem Material
be -schichtetem Metall ausgebildet.
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Als Elektroden werden bevorzugt Platinelektroden verwendet, deren
Fläche in der Größenordnung von etwa 1 cm2 liegt, um die bei der Elektrolyse an
den Elektroden durch Gasbildung hervorgerufene Fluktuation im Zählerstrom klein
zu halten und um eine molekulare Absorption des Gases zu erhalten. Außerdem soll
der Zählerstrom in der Größenordnung von 0,1 bis einige Milliampere
liegen,
da ansonsten die Auswirkung des Polarisationspotentials an der Grenzfläche zwischen
Elektrode und Elektrolyt den effektiven elektrischen Widerstand zwischen den Elektroden
stark erhöht, wodurch die relative Widerstandsänderung beim Durchtritt eines Teilchens
durch die Durchtrittsöffnung stark verringert wird, der Zähler also unempfindlich
wird.
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Erfindungsgemäß läßt sich der Zähler in der Zytometrie in einem Strömungs-Photometer
einsetzen, das z.B. aus der DT-PS 1919 628 bekannt ist. Bei dieser Verwendungsart
soll die optische Achse des Mikroskops des Strömungs-Photometers durch die Durchtrittsöffnung
und senkrecht zur Achse des Eingang-Zuleitungsrohrs und des Ausgangskanals verlaufen.
Das Rohrsystem wird mit einen Mikroskop-Deckglas bedeckt, und die Apertur des Okulars
soll so weit geschlossen sein, daß das Mikroskop lediglich einen sehr klonen Teil
der Durchtrittsöffnung sieht. Auf diese Weise lassen sich fluorometrische Messungen
der verschiedenen Nukleinsäuren und/oder Proteine mit der Größenbestimmung der Zellen
und/oder der Triggerung von elektrischen Einrichtungen zur Rauschunterdrückung kombinieren.
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Ferner läßt sich der erfindungsgemäße Zähler mit geeigneten Sortierern,
z B. dem in der Patentanmeldung P 27 16 095.8 beschriebenen Sortierer, verbinden,
die die Teilchen (Zellen) entsprechend ihrer Größe sortieren und daher eine CröBenverteilung
messen.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der
Zeichnung näher erläutert.
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In den Figuren zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zählers; Fig. 2 eine weitere Ausführungsform
des erfindungsgemäßen
Zählers mit hydrodynamischer Fokussierung.
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In Figur 1 ist eine erste, asymmetrische Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Zählers dargestellt. Ein erstes Gefäß 7 enthält eine Suspension 9 aus einem Elektrolyten
und suspendierten Teilchen. Die Suspension 9 strömt über einen flexiblen Verbindungsschlauch
14, der in die Suspension 9 eingetaucht ist, durch das Eingang-Zuleitungsröhrchen
3, das sich am stromabseitigen Ende trichterförmig in eine Durchtrittsöffnung 1
verjüngt. An die Durchtrittsöffnung 1 schließt eich der relativ enge Ausgangskanal
2 an, durch den die Suspension zur weiteren Untersuchung weiteren Meßeinrichtungen
zuführbar ist. In Strömungsrichtung unmittelbar hinter der Durchtrittsöffnung mtindet
ein Seitenröhrchen 4 trichterförmig verjüngt in den Ausgangskanal 2. Das dem Ausgangskanal
2 abgewandte Ende des Seitenröhrchens 4 steht über einen weiteren flexiblen Verbindungsschlauch
16 mit einer reinen Elektrolytflüssigkeit 10 in einem zweiten Gefäß 8 in Verbindung.
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In unmittelbarer Nähe der Durchtrittsöffnung 1 befindet sich eine
erste zylinderförmige Platinelektrode 5 innerhalb des Eingang-Zuleitungsröhrchens
und eine zweite zylinderförmige Platinelektrode 6 innerhalb des Seitenröhrchens
4. Uber elektrische Anschlußleitungen 18 lassen sich die Elektroden 5, 6 an elektrische
Geräte anschließen.
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Die Suspension 9 strömt durch den aus Eingang- zuleitungsröhrchen
3, Durchtrittsöffnung 1 und Ausgangskanal 2 gebildeten Strompfad, dem ein bestimmtes
Druckgefälle von außen zur Verwirklichung der Strömung eingeprägt wird. Vom zweiten
Gefäß 8 strömt durch das Seitenröhrchen 4 unmittelbar hinter der Durchtrittsöffnung
1 reine Elektrolytflüssigkeit in den Ausgangskanal 2. Eingang-Zuleitungsröhrchen
3 und Seitenröhrchen 4 besitzen gegenüber der Durchtrittsöffnung 1 und dem Ausgangs
-kanal 2 einen relativ großen Querschnitt. Die Fläche der Durchtrittsöffnung
und
ebenso die Fläche des Querschnitts des Ausgangskanals liegt etwa in der Größenordnung
von 100 p2. Die Fläche der als Platinelektroden ausgebildeten Elektroden 5 und 6
liegt in der Größenordnung von 1 cm2. Strömt ein in der Suspension enthaltendes
Teilchen durch die Durchtrittsöffnung 1, so verändert sich bei dem Durchtritt dieses
Teilchens auigrund des unterschiedlichen spezifischen Widerstands des Teilchens
der zwischen den Elektroden 5 und 6 gemessene Widerstand R , Diese Widerstandsänderung
wird als Strom- und/oder Spannungsimpuls zwischen den Elektroden 5 und 6 registriert
und in gewünschter Weise weiter verarbeitet, wobei aus der Größe des Impulses auf
die Teilchengröße geschlossen werden kann.
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In Figur 2 ist eine weitere AusfUhrungsform der Erfindung dargestellt,
die symmetrisch angeordnete Seitenröhrchen 4', 4" und eine hydrodynamische Fokussierung
enthält. Bei dieser Ausführungsform ist die zweite Elektrode in mehrere Teilelektroden
6', 6" unterteilt, die in Seitenröhrchen 4', 4" angeordnet sind, die über Verbindungsschläuche
16', 16" mit den Elektrolytflüssigkeit enthaltenden Gefäßen 8', 8" in Verbindung
stehen, wobei die Seitenröhrchen 4', 4" unmittelbar hinter der Durchtrittsöffnung
1 in den Ausgangskanal milden und den Elektrolyten bevorzugt symmetrisch am Umfang
des Ausgangskanals 2 einführen. Das Eingang-Zuleitungsröhrchen 3 tritt in gewissem
Abstand vor der Durchtrittsöffnung 1 durch ein Hüllröhrchen seitlich hindurch und
wird anschließend koaxial in das von Elektrolytflüssigkeit durchströmte Hüllröhrchen
12 bis kurz vor die Durchtrittsöffnung 1 geführt. Durch eine Düse an dem der Durchtrittsöffnung
1 benachbarten Ende des Eingang-Zuleitungsröhrchen 3 strömt die Suspension in einem
fokussierten Strahl mittig in die Durchtrittsöffnung 1 ein. Die erste Elektrode
5 ist zylinderförmig ausgebildet und befindet sich vollständig innerhalb des Hüllröhrchens
12, das über einen flexiblen Verbindungsschlauch 20 in ein sich mit reinem Elektrolyt
gefülltes Gefäß 13 eingetaucht ist. Durch die hydrodynamische Fokussierung des Suspensionsstrahles
und durch die symmetrische
Einströmung von Elektrolytflüssigkeit
unmittelbar hinter der Durchtrittsöffnung 1 wird bewirkt, daß die zu messenden Teilchen
im wesentlichen im Zentrum, d.h. im Bereich des relativ homogenen elektrischen Feldes
durch die Durchtrittsöffnung 1 hindurchtreten, so daß zwischen der ersten Elektrode
5 und dem gemeinsamen Anschlußpunkt der zweiten Teilelektrode 6', 6" gemessene Strom-
und/oder Spannungs impulse der jeweiligen Größe des durchtretenden Teilchens genauer
entsprechen.
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In Figur 2 können die Gefäße 8', 8" die Teilelektroden 6', 6" und
die Seitenröhrchen 4', 4" durch ein Gefäß 8 und/oder eine Elektrode 6 und/oder ein
Seitenröhrchen ersetzt werden, das dem Ausgangskanal den Elektrolyten laminar zuführt.
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Die Gefäße 7, 8, 8', 8'', 13 sind in den dargestellten Aueflihrungsformen
als Flaschen ausgebildet, um eine bequemere Handhabung des Kanalzählers zu gewährleisten.
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