DE2824831C3

DE2824831C3 - Vorrichtung zur Untersuchung von in einer Flüssigkeit suspendierten Teilchen

Info

Publication number: DE2824831C3
Application number: DE2824831A
Authority: DE
Inventors: Markus Regensdorf Feier (Schweiz)
Original assignee: Contraves AG
Current assignee: Rheinmetall Air Defence AG
Priority date: 1977-06-27
Filing date: 1978-06-06
Publication date: 1980-11-06
Also published as: NL188308C; CH614781A5; CA1103312A; US4161690A; IT1096003B; JPS5412794A; NL188308B; FR2396285B1; GB1602134A; NL7806472A; DK146984B; ES471120A1; SE7807163L; SE438554B; FR2396285A1; DK250878A; IT7824714A0; DK146984C; JPS629850B2; DE2824831B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Untersuchung von einer Flüssigkeit suspendierten Teilchen, insbesondere Blutkörperchen, mit zwei durch eine isolierende Wand getrennten Gefäßen für die Suspension, einem die Wand durchdringenden Meßkanal, zwei an eine elektronische Schaltungsanordnung angeschlossene Meßelektroden zur Erfassung der beim Durchgang von Teilchen durch den Meßkanal auftretenden impulsartigen Widerstandsänderung.

Bei der Erfassung der impulsartigen Widerstandsänderungen treten Störungen auf, die von der Turbulenz der Flüssigkeit und von Randerscheinungen des elektrischen Meßfeldes verursacht werden. Als besondere Störung ist zu erwähnen, daß im Gefäß, das in Durchflußrichtung am Ausgang des Meßkanals liegt, ein Wirbel entsteht, der bereits gemessene Teilchen in den Bereich des Meßfeldes zurückfördert: Teilchen, die auf solche Weise rezirkulierl werden, lösen erneut eine Änderung des gemessenen Potentialunterschiedes aus, wodurch das Meßergebnis verfälscht wird. Es ist bereits versucht worden, eine räumliche Begrenzung der Suspension im Kanal zu schaffen; die entsprechende Vorrichtung ist aber sehr kompliziert und entsprechend aufwendig.

Aus der DE-OS 24 48 320 ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekanntgeworden, bei welcher zusätzlich zu den beiden im unmittelbaren Bereich des Meßkanales angeordneten Meßelektroden innerhalb der Gefäße je eine Speiseelektrode vorgesehen ist. Dank dieser Anordnung der Meße'iektroden erfolgt die Messung eines Teilchens in dem Moment, in welchem es sich in der Nähe der Mitte des Meßkanales befindet, das heißt, an einer Stelle, wo Störungen der Messung durch Turbulenz und durch Randerscheinungen des Melifeldes sich am wenigsten auswirken. Nachteilig ist dabei, daß die Ruproduzierbarkeit der Messung von der Konstanz der geometrischen und elektrochemischen Beschaffenheit der Meßelektroden abhängig ist; unter anderem ist bei der Reinigung des Meßkanals die größte Vorsicht geboten, damit die Meßelektroden in keiner Weise geändert werden. Der Betrieb der Vorrichtung ist entsprechend aufwendig, wie auch die Herstellung eines mit zwei identischen Meßelektroden versehenen Kanals.

Der Erfindung liegt die durch den genannten Stand der Technik nicht nahegelegte Aufgabe zugrunde, die Teilchen bei einem bestimmten Punkt (Mitte des Meßkanales) ihres Weges durch den Meßkanal zu erfassen, ohne von im Meßkanal angeordneten Meßelektrode.i abhängig zu sein. Dadurch soll unter anderem erreicht werden, daß die Reproduzierbarkeit der Messung von der Konstanz der geometrischen und elektrochemischen Beschaffenheit von im Kanal angeordneten Meßelektroden unabhängig ist. Weiter ist die auf der Auswertung des Potentialunterschiedes zwischen den beiden in bekannter Weise in den

μ Gefäßen angeordneten Meßelektroden basierende Teilchenanalyse — mit der Möglichkeit einer Erdung der Schaltung und der weitgehenden Unempfindlichkeit der Messung gegenüber Änderungen der Elektrodenoberfläche, weil diese sehr groß sein kann — mit der

ib Möglichkeit einer Messung in dem Moment kombiniert, wo sich das gemessene Teilchen in der Nähe der Mitte des Meßkanales befindet — mit der Eliminierung von Störungen durch Randeffekte des Meßfeldes und durch rezirkulierte Teilchen —. Zur Lösung dieser Aufgabe

ίο wird eine Vorrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durch mindestens eine die Suspension im Meßkanal kontaktierende, zwischen den Meßeiektroden liegende Zusaizelektrode, zur Bildung eines Hilfsimpulses, wenn ein Teilchen den Bereich der Zusatzelektrode im Meßkanal passiert, von dem die Erfassung der impulsartigen Widerstandsänderungen ausgelöst wird.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die vorgeschlagene Vorrichtung wird vorzugsweise zu gleichzeitigen Untersuchung von in derselben Flüssigkeit suspendierten Teilchen unterschiedlicher Größe angewendet bzw. verwendet, insbesondere zur Untersuchung von Erythrozyten und Thrombozyten in verdünntem Blut: die Funktionsweise wird im folgenden erklärt.

Wenn ein Teilchen den Kanal durchläuft, liegt es zu nacheinander gegebenen Zeitpunkten erst zwischen der ersten Meßelektrode und der Zusatzelektrode, dann

ω etwa in Nähe der Zusatzelektrode, und später zwischen der Zusatzelektrode und der zweiten Meßelektrode. Der Meßwert wird nun beispielsweise zwischen der ersten und der zweiten Meßelektrode gebildet, während der Hilfsimpuls zwischen der ersten Meßelektrode und

h^r. der Zusatzelektrode abgenommen wird. Dann erzeugt das Durchlaufen eines Teilchens einen Impuls des Meßwertes und einen Hilfsimpuls. Der Impuls des Meßwertes erstreckt sich etwa über die Zeitdauer des

Durchlaufens des Teilchens auf der gesamten Länge des Meßkanals. Der Hilfsimpuis erstreckt sich etwa über die Zeitdauer, die das Teilchen benötigt, um den Kanalabschnitt zu durchlaufen, der vor der Zusatz slektrode, das heißt, zwischen der ersten Meßelektrode und der Zusatzelektrode liegt. Der Hiifsimpuls weist also eine abfallende Flanke auf, wenn das Teilchen bei der Zusatzelektrode durchläuft, während zu diesem Zeitpunkt der Impuls des Meßwertes weiterhin eine g-oße Amplitude aufweist Wenn ein Teilchen aber den Meßkanal nicht durchläuft, sondern durch einen Wirbel am Ausgang des Meßkanals in den Bereich des Meßfeldes zurückgefördert wird, so wird kein Hiifsimpuls erzeugt und der Meßwert entfällt als Störimpuls.

Es ist ersichtlich, daß eine vom Hiifsimpuls ausgelöste Erfassung des Meßwertes einen Meßwert nur dann liefert, wenn das Teilchen den Kanal durchläuft, und nicht dann, wenn das Teilchen durch einen Wirbel rezirkuliert wurde. Es gibt zudem Stellet: des Meßkanals, wo die Randeffekte des Meßfeldes sich nicht auswirken, das heißt, wenn sich das Teilchen momentan an solchen Stellen befindet, ist der momentane Meßwert praktisch nur von der Teilchengröße und praktisch nicht von der Teilchenbahn abhängig. Die Erfassung kann zum Zeitpunkt ausgelöst werden, wo das Teilchen sich an einer solchen vorteilhaften Stelle befindet, so daß der Meßwert auch von Randeffekten des Meßfeldes ungestört bleibt. Zu diesem Zweck wird die bestimmte Zusatzelektrode an dieser vorteilhaften Stelle des Meßkanals oder in Durchflußrichtung etwa nach dieser Stelle angeordnet, so daß der Hiifsimpuls etwa dann endet, wenn sich das Teilchen an der gewünschten Stelle befindet, und die Erfassung wird durch die abfallende Flanke des Hilfsimpulses ausgelöst.

In den bisher bekannten Vorrichtungen zur Analyse von Blutproben erzeugen die rezirkulierten Erythrozyten schwache Meßsignale, die etwa in der Größenordnung der Signale fallen, welche normalerweise durch die viel kleineren Thrombozyten erzeugt werden. Bei der vorgeschlagenen Vorrichtung erzeugen die rezirkulierten Erythrozyten kein Störsignal, so daß damit möglich wird, Erythrozyten und Thrombozyten in derselben Probe zu zählen und zu messen; insbesondere ist vor einer Zählung von Thrombozyten keine Vorbehandlung der Probe zur Lyse der Erythrozyten mehr nötig, wodurch die Probenvorbereitung schneller, einfacher und billiger wird, während eine entsprechende Fehlerquelle eliminier; und zudem eine saubere Zählung und Messung der Teilchen dank der besonderen Meßwerterfassung erreicht wird.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausbildung der Vorrichtung,

Fig.2 die Wand in Nähe des Kanals und ein erstes Beispiel einer Zusatzelektrode, im Schnitt, und

Fig.3 die Wand in Nähe des Kanals und ein zweites Beispiel einer Zusatzelektrode, im Schnitt.

In Fig. 1 sind zwei Gefäße 1 und 2 dargestellt, die durch eine elektrisch isolierende Wand 3 voneinander &n getrennt werden; ein MeP'- ·\ζ· ί durchdringt die Wand

3 vom einen Gefäß zum anderen. Beide Gefäße sowie der Meßkanal 4 sind mit einer Suspension von zu untersuchenden Teilchen in einer Flüssigkeit 5 gefüllt; am Kanal 4 ist der hydrostatische Druck der Flüssigkeit 5 im Gefäß 2 höher als im Gefäß 1, so daß die Suspension in Richtung ein&s Pfeiles 6 durch den Kanal

4 fließt; der hydrostatische Drückunterschied wird auf

bekannte Weise erreicht und wird in Fig. 1 dadurch symbolisiert, daß der Flüssigkeitsstand im Gefäß 2 höher ist als im Gefäß 1.

In je einem der Gefäße 1 und 2 ist je eine zugeordnete Meßelektrode 7 bzw. 8 angeordnet, die die Flüssigkeit kontaktiert Die entsprechenden Stromzuleitungen 9 und 10 sind an je einen Pol 11 bzw. 12 einer elektrischen Speisung 13, die einen konstanten Strom liefert, durch entsprechende, nicht bezeichnete Leitungen angeschlossen; es kann zweckmäßig sein, einen der Pole 11 oder 12 zu erden, z. 3. an einem Leitungsknoten 14. Das Elektrodenmetall ist eines der in solchen Anwendungen üblichen Metalle, z. B. Platin oder Gold.

Der in F i g. 1 abgebildete Kanal 4 weist eine kreisrunde Öffnung auf, deren Durchmesser zur Untersuchung von Erythrozyten (roten Blutkörperchen) typisch in der Größenordnung von 70 μ liegt Am Kanal 4 ist eine in Richtung des Pfeiles 6 wesentliche kürzer als die Kanallänge ausgebildete Zusatzelektrode 15 angeordnet, die die Flüssigkeit 5 in Nähe der Mitte des Kanals 4 kontaktiert. Eine Stromzuleitung 16 zur Zusatzelektrode 15 ist in die isolierende Wand 3 eingebettet Das Elektrodenmetall der Zusatzelektrode ist wiederum eines der in solchen Anwendungen üblichen Metalle, z. B. Platin oder Gold; die Stromzuleitung 16 kann aus demselben Metall bestehen, oder aus einem anderen Metall, z. B. Kupfer, das dann im Bereich des Kontaktes mit der Flüssigkeit 5 mit dem Elektrodenmetal! beschichtet, beispielsweise durch ein galvanisches Verfahren vergoldet wird. Die Wand 3 mit der eingebetteten Stromzuleitung 16 und der Zusatzelektrode 15 kann dreischichtig mit einer zwischen zwei isolierenden Platten verklebten Metallplatte ausgebildet sein: der Kanal 4 wird dann durch Bohren eines Loches senkrecht zu den Platten hergestellt. Die Zusatzelektrode 15 besteht aus der vergoldeten Anschnittfläche der Kupferschicht durch die Bohrung des Kanals 4, wie aus F i g. 2 besser ersichtlich ist.

In Fig. 2 wird im Schnitt die Wand 3 in Nähe des Kanals 4 dargestellt. Die Wand 3 besteht aus zwei ebenen, glasfaserverstärkten Kunststoff platten 17 und 18 zwischen denen eine als elektrische Zuleitung dienende Kupferschicht oder Kupferplatte 16 verklebt ist. Der Kanal 4 ist eine im Längsschnitt gezeigte zylindrische Bohrung, die auf eine Kanalachse 19 zentriert ist. Die Zusatzelektrode 15 ist also als Teil der Wandung des Kanals 4 ausgebildet.

Sofern der Durchmesser des Kanals 4 es erlaubt, können die Zusatzelektrode und deren isolierte elektrische Zuleitung auch von einem Kanalende her in den Kanal hineinragen, wie in Fig.3 schematisch gezeigt wird. Der Kanal 4 ist hier eine einfache Bohrung durch eine isolierende Wand 3. Ein Kupferstab 32 ist von einer Isolierschicht 33 umhüllt und dient als elektrische Zuleitung; die Spitze des Stabes ist von der Isolierung befreit, der freigelegte Metallteil ist vergoldet und bildet die Zusatzelektrode 34; das Ganze ist im Verhältnis zum inneren Maß des Kanals nicht maßstabgetreu abgebildet, sondern mit einem stark vergrößerten Durchmesser eingezeichnet, um eine übersichtliche Zeichnung zu ergeben.

Die Änderungen der Impedanz der Flüssigkeit werden zwischen den beiden Meßelektroden gemessen: dazu wird auf bekannte Weise ein konstanter Strom zwischen den Meßelektroden 7 und 8 durch die Flüssigkeit 5 geleitet, so daß sich die Spannung zwischen den beiden Meßelektroden 7 und 8 ändert, wenn ein Teilchen den Kanal 4 passiert. Auf bekannte Weise wird

diese Spannungsänderung durch eine Schaltungsanordnung gemessen, die im wesentlichen aus einem Kondensator 40 und einem Differenzverstärker 41 besteht, wobei der eine Eingang des Differenzverstärkers 41 direkt an die Meßelektrode 8 bzw. an deren Stromzuleitung 10 und der andere Eingang des Differenzverstärkers 41 über den Kondensator 40 an die Meßelektrode 7 bzw. an deren Stromzuleitung 9 angeschlossen ist. An einem Ausgang 42 des Differenzverstärkers 41 entsteht somit ein Meßwert, der den zeitlichen Verlauf der Änderungen des Potentialunterschiedes zwischen den beiden Meßelektroden darstellt. Auf ähnliche Weise werden die Änderungen des Potentialunterschiedes zwischen der Zusatzelektrode 15 und der Meßelektrode 7 durch eine Schallungsanordnung gemessen, die im wesentlichen aus dem Kondensator 40, einem weiteren Kondensator 43 und einem Differenzverstärker 44 besteht, wobei der eine Eingang des Differenzverstärkers 44 über den Kondensator 40 an die Meßelektrode 7 bzw. an deren Stromzuleitung 9 und der andere Eingang des Differenzverstärkers 44 über den Kondensator 43 an die Zusatzelektrode 15 bzw. an deren elektrische Zuleitung 16 angeschlossen ist. Wie ersichtlich, ist eine Klemme des Kondensators 40 gleichzeitig an je einen Eingang des Differenzverstärkers 41 und 44 angeschlossen. An einem Ausgang 45 des Differenzverstärkers 44 entsteht somit ein Hilfswert, der den zeitlichen Verlauf der Änderungen des Potentialunterschiedes zwischen der Meßelektrode 7 und der Zusatzelektrode 15 darstellt. Wenn nun ein Teilchen den Kanal 4 in Richtung des Pfeiles 6 durchläuft, ändert sich der Hilfswert am Ausgang 45; nachdem das Teilchen an der Zusatzelektrode 15 vorbeigeschwemmt wurde, ist auch der Hilfswert auf seinen Ausgangswert zurückgekehrt. Die Verstärkung des Differenzverstärkers 44 sowie der einem Eingangswert »Null« entsprechende Ruhewert am Ausgang 45 können auf bekannte Weise nahezu beliebig eingestellt werden. Dasselbe gilt für den Differenzverstärker 41, wobei der Ruhewert hier zweckmäßigerweise Null ist.

Es wird nun so verfahren, daß eine Abtastung des Meßwertes erfolgt wenn die Änderung des, Hilfswertes eine abfallende Flanke aufweist denn dies ist etwa der Zeitpunkt, wo das Teilchen an der Zusatzelektrode vorbeigeschwemmt wird. Es ist eine Steuerschaltung 46 vorgesehen, deren Eingang 52 mit dem Ausgang 45 verbunden ist und die auf einer abfallenden Flanke des Hilfswertes bei einem vorbestimmten Wert des Hilfswertes ein Steuersignal abgibt Die Steuerschaltung kann auf bekannte Weise aus der Reihenschaltung eines Schmitt-Triggers mit Hysterese und einer monostabilen Kippschaltung bestehen. Der Schmitt-Trigger kippt, wenn der Hilfswert einen bestimmten Wert erreicht nachdem der Schmitt-Trigger durch einen höheren Wert des Hilfswertes gesetzt wurde; das Kippen des Schmitt-Triggers löst einen Impuls der monostabilen Kippstufe aus, der das Steuersignal bildet und an einem Ausgang 47 der Steuerschaltung 46 erscheint Es ist eine Abtastschaltung 48 vorgesehen, deren Steuereingang 49 mit dem Ausgang 47 verbunden ist während deren Signaleingang 50 mit dem Ausgang 42 des Differenzverstärkers 41 verbunden ist. Eine solche Abtastschaltung ist als Analog-Gatter an sich bekannt und funktioniert so, daß als Abtastwert an ihrem Ausgang 51 dasselbe Signal wie an ihrem Signaleingang 50 ansteht solange an ihrem Steuereingang 49 ein Impuls ansteht In einer bevorzugten Variante ist die Abtastschaltung 48 auf an sich bekannte Weise mit einer Halteschaltung kombiniert, die den Abtastwert am Ausgang 51 gespeichert hält, bis er durch einen neuen Abtastwert ersetzt wird; der jeweils letzte Abtastwert steht also bis zu nächsten Abtastung am Ausgang 51 zur Verfügung, um weiter verarbeitet zu werden. Im vorliegenden Fall entspricht jeder Abtastwert der Größe eines den Kanal durchlaufenden Teilchens, und die weitere Verarbeitung der Abtastwerte erfolgt auf die in einem Teilchenanalysator übliche Weise, z. B. Zählung und Klassierung nach Größe.

Der Ruhewert des Differenzverstärkers kann auf Null eingestellt sein; dann wird der Wert, bei dem der Schmitt-Trigger kippt, etwa höher als Null eingestellt. Es kann auch eine andere Kombination von Ruhe- und Kippwert verwendet werden: wichtig ist nur, daß der Schmitt-Trigger auf einer abfallenden Flanke des Hilfswertes kippt Insbesondere kann die Verstärkung des Differenzverstärkers sehr hoch sein, so daß am Ausgang 45 entweder Null oder ein Hilfswert ansteht, der praktisch dem Sättigungszustand des Differenzverstärkers 44 entspricht: der Hilfswert ist dann praktisch ein logisches Signal mit zwei Zuständen, und der Schmitt-Trigger braucht dann lediglich auf die Änderung des Hilfswertes vom Sättigungswert zum Nullwert anzusprechen.

Wenn der Zweck der Untersuchung nur darin besteht, die Teilchen zu zählen (wobei rezirkulierte Teilchen nicht mitgezählt werden sollen), kann auch der Differenzverstärker 41 auf eine sehr hohe Verstärkung eingestellt werden, so daß auch am Ausgang 42 praktisch ein logisches Signal ansteht In dieser Variante der Ausbildung können die Steuerschaltung und die Abtastschaltung durch eine einfache UND-Torschaltung ersetzt werden, an deren Ausgang 51 ein logisches Signal ansteht, wenn an ihren beiden Eingängen 50 und 52 je ein logisches Signal in Koinzidenz ansteht Das Abtastsignal wird also im Innern der UND-Torschaltung gebildet und verwertet. Die Halteschaltung wird dabei überflüssig und entfällt.

Es ist ersichtlich, daß die Zusatzelektrode dazu dient, die Position des Teilchens im Kanal festzustellen, und nicht zur Bildung des Meßwertes dient Aus diesem Grund wird die Messung durch geometrische oder elektrochemische Änderungen der Zusatzeiektrode nicht beeinflußt: bei der Reinigung des Kanals sind keine besonderen Vorsichtsmaßnahmen zu treffen. Es können weitere Zusatzelektroden für andere Zwecke am Kanal angeordnet werden, z. B. zur Verbesserung der Messung nach der Lehre der CH-PS 5 52 211, oder noch zur Abschirmung gegen Streufelder; auch kann der Hilfswert zwischen der bestimmten Zusatzelektrode und einer anderen Zusatzeiektrode gebildet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Untersuchung von in einer Flüssigkeit suspendierten Teilchen, insbesondere Blutkörperchen, mit zwei durch eine isolierende Wand getrennten Gefäßen für die Suspension, einem die Wand durchdringenden Meßkanal, zwei an eine elektronische Schaltungsanordnung angeschlossene Meßelektroden zur Erfassung der beim Durchgang von Teilchen durch den Meßkanal auftretenden Impulsartigen Widerstandsänderung, gekennzeichnet durch mindestens eine die Suspension (5) im Meßkanal (4) kontaktierende, zwischen den Meßelektroden (7, 8) liegende Zusatzelektrode (15, 34), zur Bildung eines Hilfsimpulses, wenn ein Teilchen den Bereich der Zusatzelektrode im Meßkana·! passiert, von dem die Erfassung der impulsartigen Widerstandsänderungen ausgelöst wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung ausgelöst wird, wenn der Hilfsimpuls einen vorbestimmten Wert bei einem vorbestimmten Änderungstrend durchschreitet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung von einer Flanke eines Hilfsimpulses ausgelöst wird.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Reihenschaltung (46) eines Schmitt-Triggers mit Hysterese und einer monostabilen Kippschaltung zur Aufbereitung der Hilfsimpulse.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reihenschaltung (46) ein Analog-Gatter nachgeschaltet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reihenschaltung (46) ein UND-Gatter nachgeschaltet ist.