DE2748564C2

DE2748564C2 - Verfahren zur Gewinnung von Informationen über die Eigenschaften von in einer Flüssigkeit suspendierten Teilchen sowie Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE2748564C2
Application number: DE2748564A
Authority: DE
Inventors: Walter Robert Miami Lakes Fla. Hogg
Original assignee: Coulter Electronics Inc
Current assignee: Coulter Electronics Inc
Priority date: 1976-10-28
Filing date: 1977-10-28
Publication date: 1986-02-06
Also published as: JPS5643496B2; DE2748564A1; JPS5360287A; US4184766A

Description

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12. Die flüssige Teilchensuspension steht über eine Lei- zeitliche Zuordnung in der Erfassungszone 36 gespei-

tung 18 mit einem Eintrittsrohr 16 für die flüssige Probe chert wird.

in Verbindung. Durch das Rohr 16 gelangt die flüssige Das bereits bei seiner Abwärtsbewegung durch die Teilchensuspension in eine Durchflußkammer 20. Durchflußkammer 20 oben betrachtete Teilchen pasin einem Gefäß 24 befindet sich eine als Umhüllung 5 siert dann einen Lichtstrahl zwischen einer Anordnung oder Mantel dienende, teilchenfreie Flüssigkeit 22, die 38 mi» Linse und Fotozelle und einer Lichtquelle 44. Die über eine Druckluftquelle 26 unter Druck steht Ober dabei bewirkte Veränderung des Lichtstrahles verureine Leitung 30 steht die Mantelflüssigkeit 22 im Gefäß sacht eine proportionale Änderung eines elektrischen 24 mit einer zweiten Eintrittsöffnung 28 in Verbindung. Signales.

Die Mantelflüssigkeit gelangt über die zweite Eintrkis- io Die Änderung betrifft die an diesem Detektor zu mes-

öffnung 28 in die Durchflußkammer 20 und umschließt sende, spezielle Teilcheneigenschaft und bewirkt ein

die flüssige Suspension 10 mit einem laminaren Mantel. elektrisches Signal, das der Elektronik 46 ebenso wie bei

Dadurch strömt die flüssige Suspension mit den Teil- den Erfassungszonen 34 und 36 zugeführt wird, zur Um-

chen mit praktisch konstanter Strömungsgeschwindig- Wandlung in digitale Form. Außerdem ist das elektrische

keit in der Mitte der Durchflußkammer 20. is Signal dem Signal zugeordnet, das die Erfassungszone

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Durch- 38 beim Durchgang des Teilchens lieferte, und dem

flußzelle 20 im Querschnitt kreisförmig, wobei der Teil nachfolgenden, durch die Elektronik 46 erfaßten Teil-

mit dem größten Durchmesser an der Spitze des Pro- chen, zur Ableitung einer Folge zeitlicher Zuordnungs-

beneintrittsrohres 16 liegt und sich zu dem kleineren messungen für die Erfassungszone 38. Sowohl die zeitli-

Durchmesser, in Strömungsrichtung hinter diesen 20 ehe Zuordnung als auch die Teilcheneigenschaften wer- Punkt, verjüngt den im Computer 48 gespeichert

Die Durchflußkammer 20 erstreckt sich über 3 Erfas- Auf ähnliche Weise wird das Teilchen beim Passieren sungszonen 34, 36 und 38, die nacheinander, das Teil- jeder weiteren Erfassungszone der Durchflußzelle 20 chenvoiumen und die elektrische Undurchlässigkeit, die erfaßt Die von den Detektoren ermittelten Teilchenei-Farbaufnahme des Teilchens und seine Fluoreszenz und 25 genschaften werden im Computer 48 gespeichert, zudie Lichtstreuung nach verschiedenen Richtungen mes- sammen mit der zeitlichen Zuordnung zwischen dem sen. Auch andere Arten von Erfassungszonen sind ein- erfaßten Teilchen und den an diesem Detektor erfaßten setzbar. Jede der Erfassungszonen hat eine eigene Erre- vorhergehenden und nachfolgenden Teilchen, gungsenergiequelle 40,42 bzw. 44. Im Ausführungsbei- Beim dargestellten Ausführungsbeispiel gelangt jedes spiel liefert die erste Quelle elektrische Energie und die 30 in Suspension befindliche Teilchen nach dem Passieren zweite sowie die dritte Quelle jeweils einen Laserstrahl. sämtlicher Detektoren der Durchflußkammer 20 in eine Je nach der Verschiedenartigkeit und Kompliziertheit Spritzdüse 50, die beispielsweise über einen piezoelekder zu untersuchenden Teilchen und der gewünschten trischen Wandler 52 mit einer Stromquelle 54 in Schwin-Entscheidungsfähigkeit der Einrichtung kommen weite- gungen versetzt wird. Durch diese Maßnahme teilt sich re Realisierungen in Betracht Die elektrischen Signale 35 die Suspension mit den Teilchen in Tröpfchen gleicher werden in der Elektronik 46 gespeichert und verglichen, Größe, die dann zu einem Substrat 56 gelangen, das im beispielsweise zum anschließenden Trennen oder Sor- Ausführungsbeispiel der Objektträger eines Mikroskotieren der Zellen, wobei die Meßergebnisse zur perma- pes ist, dessen Schlitten 58 von einem Antrieb 60 mechanenten Speicherung im Computer 48 in digitale Form nisch bewegt wird. Der Antrieb 60 bewegt den Schlitten umgewandelt werden. 40 58 schwingend. Infolge dessen bilden die Tröpfchen 62 Es wird nicht nur das elektrische Signal der Erfas- auf dem Objektträger 56 eine Schlangenlinie. Beim Absungszone 34 aufgenommen, sondern ein Abschnitt der schreiten der Teilchen in den Tröpfchen auf dem SubElektronik 46 mißt auch die zeitliche Zuordnung jedes strat 56 bilden die Zeitintervalle zusammen mit der Beerfaßten Teilchens gegenüber dem vorhergehenden wegungsgeschwindigkeitaufdemschlangenlinienformi-Teilchen. Diese gemessene Zuordnung wird ebenfalls in 45 gen Muster des Substrates 56 das proportionale Raumdigitale Form gebracht und einem Computer 48 züge- muster. Dieses Raummuster wird beispielsweise durch führt, so daß eine ganze Folge zeitlicher Zuordnungs- ein Abtastmikroskop, in ein Zeitmuster zurückverwanmessungcn für die Erfassungszone 34 gespeichert wird. delt und geht dann zur Elektronik 46, wo es in digitale

Wie bereits erwähnt, sind die Erfassungszonen 34,36 Form gebracht und im Computer 48 gespeichert wird,

und 38 entlang der Durchflußkammer 20 in möglichst 50 Die Folge der Zeitzuordnungen, die in der Erfas-

geringem Abstand hintereinander angeordnet Dennoch sungszone 34 gemessen und im Computer 48 gespei-

beträgt der Abstand zwischen den Erfasst'ngszonen chert ist, wird durch den Computer 48 mit der Folge der

mindestens mehrere cm. Nach dem Passieren der Erfas- Zeitzuordnungen verglichen, die durch die Erfassungs-

sungszone 34 der Durchflußkammer 20 geht das Teil- zone 36 gemessen und ebenfalls im Computer 48 gespei-

chen durch den Lichtstrahl einer optischen Erfassungs- ss chert sind. Die beiden Zuordnungen lassen sich einfach

zone 36. Das elektrische Signal der Erfassungszone 36 in Übereinstimmung bringen bzw. paarweise ordnen, da

beim Passieren des Teilchens geht zur Elektronik 46 und die Strömungsgeschwindigkeit annähernd bekannt und

wird in eine Form gebracht die schnell mit den Signalen konstant und der Abstand zwischen den Erfassungszo-

der anderen Erfassungszonen vergleichbar ist Nach der nen 34 und 36 mäßig ist, so daß die Korrelation zwischen

Umwandlung in digitale Form wird das Signal im Com- 60 den beiden Folgen von Zeitzuordr.ungen relativ einfach

pul er 48 gespeichert. herzustellen ist Sobald die Zuordnung einmal erreicht

Die Elektronik 46 spricht nicht nur auf die Eigen- ist werden auch die der Folge der Zeitzuordnungen

schäften der Teilchen an, sondern mißt auch die zeitliche entsprechenden Eigenschaften vom Computer 48 zuge-

Zuordnung jedes Teilchens gegenüber dem unmittelbar ordne* und verglichen.

vorhergehenden, von der Erfassungszone 36 gemesse- 65 Derselbe Korrelationsablauf wird ausgeführt zwi-

nen Teilchen. Die zeitliche Zuordnung wird ebenfalls in sehen der Folge der von der Erfassungszone 36 gemes-

digitale Form gebracht und dem Computer 48 züge- senen und im Computer 48 gespeicherten Zeitzuord-

führt, wo die gesamte Folge von Meßergebnissen für die nungen und der Folge der von der Erfassungszone 38

gemessenen und ebenfalls vom Computer 48 gespeicherten Folge von Zeitzuordnungen. Infolge der engen räumlichen Anordnung der Erfassungszonen 36 und 38 entlang der Durchflußkammer 20 derart, daß jedes Teilchen diese Detektoren nacheinander passiert, läßt sich die Zuordnung zwischen der zeitlichen Folge an der Erfassungszone 36 und der zeitlichen Zuordnung an der Erfassungszone 38 relativ einfach erreichen. Die Korrelation der Zeitfolge, gemessen von der Erfassungszone 38, die mit den anderen Erfassungszonen entlang der Durchflußkammer 20 in Reihe geschaltet ist, erfolgt auch durch den Computer 48, wobei diese Korrelationen praktisch gleichzeitig nach dem Durchgang durch die letzte Erfassungszone erfolgen können, damit ein Ablenkungssystem 52 aktivierbar ist, auf kontinuierlicher Basis. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt die Betätigung des Ablenkungssystems 52 je nachdem, ob Teilchen in der Strömung an der Erfassungszone 38 vorhanden sind oder nicht, so daß sämtliche Teilchen verarbeitet werden und nur die nicht mehr brauchbare Trägerflüssigkeit beseitigt wird, wodurch die Pfützenbildung wie auch die Bewegung der auf dem Substrat 56 festgehaltenen Teilchen minimal wird.

Wie bereits erwähnt, wird auch die räumliche Zuordnung der auf dem Substrat abgeschiedenen Teilchen gemessen. Auch diese Meßergebnisse werden in eine zeitliche Folge zurückverwandelt und ebenfalls im Computer 48 gespeichert Diese Meßreihe wird verglichen mit der zeitlichen Folge von Messungen, die an der Erfassungszone ausgeführt wird, bevor die Teilchen die Durchflußkammer 20 verlassen, so daß eine Korrelation der Muster erreichbar ist Mit dem Erreichen der Korrelation sind auch die von den Detektoren entlang der Durchflußkammer 20 erfaßten Teilcheneigenschaften und die räumliche Lage der Teilchen auf dem Substrat 56 zugeordnet. Damit an jedes Teilchen auf einer bestimmten Stelle des Substrates abgeschieden werden, wobei seine im Computer gespeicherten, räumlichen Eigenschaften jedem Teilchen richtig zugeordnet werden können.

Es wird wieder darauf hingewiesen, daß die Korrelationen zwischen benachbarten Erfassungszonen erfolgen, beispielsweise zwischen den Erfassungszonen 36 ίο und 38, und nicht zwischen den Erfassungszonen 34 und 38 oder dem Substrat 56. Die Korrelation benachbarten Detektoren hat den Vorteil, daß die zeitlichen Schwankungen der Intervalle, hervorgerufen durch eine regellose Zufallsbewegung im Durchflußsystem, und der Abis stand zwischen entsprechenden Erfassungszonen minimal bleiben. Eine Korrelation von nicht benachbarten Erfassungszonen ist weit weniger zuverlässig, da sich die Zeitfehler in der zeitlichen Folge mit jeder der nicht benachbarten Erfassungszonen akkumulieren. Damit die Möglichkeit einer falschen Korrelation minimal bleibt und eine Korrelation der Eigenschaften möglich ist, die an einer Reihe von getrennten Erfassungszonen ermittelt wurden, zusammen mit einer maximalen Teilchenkonzentration, damit möglichst viele Teilchen pro Sekunde meßbar sind, ist die Korrelation benachbarter Erfassungszonen unbedingt vorzuziehen.

Die Art und Weise der Messung eines zeitlichen Musters an einer Erfassungszone und der Zuordnung eines von einem Substrat gemessenen zeitlichen Musters, ist an sich bekannt. Die gleiche Korrelationsmethode ist anwendbar auf die Korrelation benachbarter Erfassungszonen und der letzten Erfassungszone entlang der Durchflußkammer 20 und dem Substrat 56.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 , Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung Patentansprüche: von informationen Qber dje Eigenschaften von in einer

1. Verfahren zur Gewinnung von Informationen Flüssigkeit suspendierten Teilchen mit den Merkmalen über die Eigenschaften von in einer Flüssigkeit sus- des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorpendierten Teilchen, bei dem wenigstens eine Eigen- s richtung zur Ausführung des Verfahrens mit den Merkschaft jedes Teilchens in dem Teilchenstrom gemes- malen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 2.

sen wird, sowie die zeitlichen Beziehungen der Teil- Ein derartiges Verfahren, sowie eine solche Vorrichchen zueinander in dem Suspensionsstrom gemessen tung sind aus dem vorveröffentlichten Hauptpatent Nr. und gespeichert werden, worauf der Suspensions- 24 49 701 bekannt Bei dem bekannten Verfahren wird strom auf ein Substrat überführt und die räumliche io der Teilchenstrom durch eine vertikale Durchflußvor-Beziehung der darauf in einem Muster abgelegten richtung nach abwärts geleitet. Dabei strömen die einTeilchen zueinander gemessen und gespeichert wer- zelnen Teilchen nacheinander durch eine einzige Erfasden, wobei diese Messungen zueinander In Bezie- sungszone. Jedes Teilchen erzeugt dabei ein einer Teilhung gebracht werden, nach Patent 24 49 701, da- cheneigeiaschaft proportionales elektrisches Signal. Diedurch gekennzeichnet, daß jedes Teilchen 15 se Teilchensignale werden in einer elektronischen des Suspensionsstromes mehrere unterschiedliche Schaltung gespeichert Nach Austritt aus der Erfas-Eigenschaften der Teilchen feststellende F.rfass!uigs- sungsvorrichtung werden die Teilchen auf einem Subzonen (34,36,38) nacheinander wehrend eines Meß- strat, zum Beispiel meanderförmig abgelegt Die gespeivorganges durchströmt, daß die Eigenschaften sowie cherten Signale und die auf dem Substrat abgelegten die zeitliche Beziehung der Teilchen zueinander für 20 Teilchen werden zueinander in Beziehung gebracht alle Erfassungszonen gemessen und gespeichert Nachteilig ist hierbei, daß es nicht möglich ist, mehrere werden und daß eine Korrelation der zeitlichen Be- Teilcheneigenschaften nach dem Durchflußprinzip zu Ziehungen der Teilchen von benachbarten Erfas- ermitteln,
sungszonen erfolgt Aus der US-PS 38 22 095 ist es bekannt, die Teilchen

2. Vorrichtung zur Gewinnung von Informationen 25 eines Suspensionsstromes, der eine vertikale Durchflußüber die Eigenschaften von in einer flüssigen Sus- vorrichtung durchströmt, nacheinander mehreren Erpension suspendierten Teilchen, umfassend eine fassungsdetektoren auszusetzen und in jedem Erfas-Teilchenmeßeinrichtung mit einem Behälter zur sungsdetektc·¹ ein einer Teilcheneigenschaft proportio-Aufnahme der Suspension und mindestens einer Er- nales Signal zu erzeugen. Nachteilig ist bei dieser befassungszone, die auf den Durchtritt von Teilchen 30 kannten Methode und Einrichtung, daß die Erfassungsanspricht und ein Signal erzeugt, das wenigstens eine zonen bzw. Erfassungsdetektoren sehr dicht nebeneinphysikalische Eigenschaft jedes durchtretenden Teil- ander angeordnet sein müssen, so daß die Signale fast chens darstellt, und einer Einrichtung zur Bewegung gleichzeitig erzeugt werden. Werden bei einer solchen der Suspension in einem Strom durch die Erfas- Methode die Teilchen auf einem Substrat nach einem sungszone und zur Bewegung der Teilchen aus der 35 Muster abgelegt, ist die Zuordnung der die Teilchenei-Teilchenmeßeinrichtung heraus, sowie ein Substrat genschaften wiedergebenden Signale zu den abgelegten zur Aufnahme des aus der Teilchenmeßeinrichtung Teilchen schwierig. Bei weiter auseinanderliegenden Eraustretenden Stroms, fassungsdetektoren können Veränderungen in der Strömit einer der Teilchenmeßeinrichtung zugeordneten mungsgeschwindigkeit zu Fehlzuordnungen führen.
Speichereinrichtung, die die gemessenen Eigen- 40 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verschaften der Teilchen und ihre zeitlichen Beziehun- fahren und die Vorrichtung nach dem Hauptpatent so gen zueinander in dem Strom der Suspension spei- zu verbessern, daß die Erfassung auch mehrerer Teilchert, cheneigenschaften jedes in einem Suspensionsstrom mit einer Steuereinrichtung zur relativen Bewegung enthaltenen Teilchens möglich wird, wobei aber eine zwischen dem Substrat und dem Strom der Suspen- 45 exakte Zuordnung von Teilcheneigenschaften zu auf eision entsprechend einer vorherbestimmten Gesetz- nem Substrat abgelegten Teilchen bei geringstmöglimäßigkeit derart, daß der Strom in einer Spur auf chem Aufwand gewährleistet wird.

einer Oberfläche des Substrats abgelegt wird, und Die Erfindung löst diese Aufgabe nach den kenndie Teilchen längs der Spur in Abständen voneinan- zeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Die der angeordnet sind, 50 Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahmit einer Einrichtung zum Messen der räumlichen rens ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Patent-Beziehungen der auf dem Substrat abgelegten Teil- anspruches 2.

chen zueinander und Die Erfindung bietet den Vorteil, daß es möglich wird, mit einer Korrelationseinrichtung, die das gespei- unter Verwendung des Durchflußprinzips von jedem cherte zeitliche Muster mit dem gemessenen räumli- 55 Teilchen in einem Suspensionsstrom mehrere Teilchenchen Muster derart in Beziehung setzt daß jedes eigenschaften zu erfassen und die den Teilcheneigen-Teilchen der abgelegten Spur jedem Teilchen des schäften proportionalen Signale exakt und ohne großen Suspensionsstroms richtig zugeordnet wird, nach Aufwand den auf einem Substrat zur Erkennung abge-Patent 24 49 701, dadurch gekennzeichnet, daß meh- legten Teilchen zuzuordnen.

rere Erfassungszonen (34, 36, 38) die unterschiedli- 60 Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der

ehe Eigenschaften der Teilchen feststellen und in Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher er-

Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind, läutert

vorhanden sind, daß die Speichereinrichtung mit al- Die Zeichnung zeigt schematisch den Aufbau einer

len Erfassungszonen in Verbindung steht und daß Vorrichtung zur Gewinnung von Information über die

die Korrelationseinrichtung zusätzlich die gespei- 65 Eigenschaften von in einer Flüssigkeit suspendierten

cherten zeitlichen Muster benachbarter Erfassungs- Teilchen.

zonen zur Korrelation benutzt. Eine flüssige Teilchensuspension 10 befindet sich un ter dem Druck einer Druckluftquelle 14 in einem Gefäß