DE2834568C3 - Verfahren zur Messung der elektrophoretischen Beweglichkeit von Teilchen - Google Patents
Verfahren zur Messung der elektrophoretischen Beweglichkeit von TeilchenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der elektrophoretischen Beweglichkeit von Teilchen, bei
dem an eine in einer Elektrophoresekammer befindliche Flüssigkeitsprobe eine Spannung angelegt, die Probe
mikroskopisch betrachtet, videotechnisch aufgenommen, auf einem Monitor abgebildet und die Zeit
gemessen wird, in welcher die jeweils ausgewählten Teilchen der Probe eine vorbestimmte Distanz zwischen
zwei gewählten Markierungen durchwandern.
Es ist bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt (Hannig, K.; Wirth, U.; Meyer, B.-M.; Zeiller, K.;
»Theoretical and Experimental Investigations of the Influence of Mechanical and Elektrokinetic Variables on
the Efficiency of the Method«, Hoppe Seyler's Z. Physiöl. Chern., Bd. 356), mittels der eine große Zahl von
Zellen oder Partikeln, die als Strahl kontinuierlich in einen laminaren Pufferstrom gegeben und nach
Ablenkung in einem senkrechten elektrischen Feld in einer endlichen Zahl von Gefäßen aufgefangen,
mengenmäßig erfaßt und für weitere Untersuchungen verwendet werden können. Die Bestimmung der
elektrophoretischen Beweglichkeit der Partikel erfolgt über die Auslenkung der zu untersuchenden Partikel in
einem konstanten Laminarstrom.
Die Nachteile des Verfahrens bzw. der Anordnung liegen in der erforderlichen hohen Konstanz des Pufferund
Probenstroms, in dem geringen Probendurchsatz sowie in der Verwendung eines niederionischen Puffers,
der die mehrmalige Untersuchung einschränkt.
Weiter ist ein Verfahren zur Bestimmung der elektrophoretischen Beweglichkeit von einzelnen Partikeln
aus der Dopplerverschiebung der Frequenz des an
κι den Partikeln gestreuten Laserlichtes bekannt (Uzgiris,
E. E [1972], Optics Commun 6).
Der bei diesem Verfahren aufzubringende Aufwand zur Analyse des gestreuten Laserlichtes (Vielkanalana-ί
jsator etc.) ist sehr hoch.
Außerdem ist ein Verfahren bekannt (Vransky, V. K.; »Die Zellelektrophorese«, Fortschritte der experimentellen
und theoretischen Biophysik, Band 18), bei dem die elektrophoretische Beweglichkeit von einzelnen
mikroskopisch kleinen Partikeln durch Zeitmessung
;o ermittelt wird. An die Flüssigkeitsprobe in einer
Elektrophoresekarnmer v/ird eine Spannung angelegt. Mittels mikroskopischer Betrachtung der Probe wird
manuell (z. B. mit Stoppuhr) die Zeit gemessen, die ein betrachtetes ausgewähltes Teilchen zum Durchwandern
y, einer bestimmten vorgewählten Wegstrecke benötigt.
Nachteilig ist, die subjektive Fehlerbehaftung des Meßergebnisses durch den Zeitnehmer. Diese subjektive
Beeinflussung erfolgt einerseits durch die visuelle Betrachtung und manuelle Zeitnahme, andererseits
ju durch die dem Beobachter überlassene Entscheidung
über die Auswahl der zu untersuchenden Teilchen zur Zeitmessung. Zur Reduzierung des auftretenden subjektiven
Meßfehlers sind Meßreihen notwendig, aus denen der Mittelwert gewonnen werden muß, wodurch der
j5 Zeitaufwand der Messungen ansteigt. Gleichermaßen
ist der hohe bedienungstechnische Aufwand von Nachteil.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit möglichst einfachen Mitteln ein Verfahren zur zeitlichen
Messung der elektrophoretischen Beweglichkeit einzelner ohne subjektive Beeinflussung auf ausgewählte
elektrophoretisch auswertbarer Teilchen zu schaffen, das eine genaue Zeitmessung der Bewegung der
Teilchen ohne subjektive Meßfehler beinhaltet. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Messung der
elektrophoretischen Beweglichkeit von Teilchen der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß das bei dor videotechnischen Aufnahme der Probe erzeugte BAS-Signal nach Durchlaufen einer
ίο Filterkette und nach anschließender Digitalisierung
durch Vergleich mit einer einstellbaren Referenzspannung mit Impulsen logisch verknüpft wird, die
gleichzeitig zum Monitor gelangen und von denen einer durch Zeitverzögerung aus dem Bildsynchronimpuls des
γ, BAS-Signals und die anderen zwei Impulse durch
unterschiedliche Zeitverzögerung aus dem Zeilensynchronimpuls des BAS-Signals gewonnen werden, und
daß durch das erste der durch die logische Verknüpfung entstandenen Signale, die jeweils bei gleichzeitigem
μ Erscheinen eines der beiden zeitverzögerten Zeilensynchronimpulse,
des zeilverzögerten Bildsynchronimpulses und eines Impulses des digitalisierten BAS-Signals
auftreten, ein Zählvorgang ausgelöst wird, durch ein weiteres durch die logische Verknüpfung erzeugtes
Signal gestoppt wird.
Es ist vorteilhaft, wenn ab Beginn des Zählvorgangs der durch einen zeitverzögerten Zeilensynchronimpuls
verursacht wurde, jeder zeitverzögerte Zeilensynchron-
impuls dieser Zeitverzögerung und bei Beendigung des Zählvorgangs jeder zeitverzögerte Zeilensynchronimpuls
unterdruckt wird. Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die zwei Zeitverzögerungen des jeweils zeitverzögerten
Zeilensynchronimpulses sowuhl gemeinsam als auch einzeln eingestellt werden.
Außerdem ist es noch vorteilhaft, wenn die Zeitverzögerung und tile Impulsdauer des zeitverzögerten
Bildsynchronimpulses eingestellt werden.
Von Vorteil ist auch, wenn die aus den Bild- und Zeilensynchronimpulsen erzeugten Signale den Monitor
hell-dunkel steuern und als vertikale sowie horizontale Markierungslinien erscheinen.
Vorteilhaft ist weiterhin, wenn die Zählimpulse digital erfaßt und ausgewertet werden. Aus den Video-Synchronimpulsen
werden durch Zeitverzögerung periodische Signale erzeugt, die auf dem Monitorbild einen
einstellbaren rechteckförmigen Bildausschnitt darstellen, welcher der Zeitmessung zugrunde gelegt wird, d. h.,
es wird, sofern sich ein elektrophoretisch auswertbares Teilchen der zu analysierenden Probe innerhalb dieses
Bildausschnittes bewegt, die Zeit gemessen, die das Teilchen zum Durchwandern von einer vertikalen
Begrenzung des Bildausschnittes zur anderen benötigt. Die Zeitmessung erfolgt durch Start und Stop eines
Zählvorgangs, dessen Zählimpulse digital erfaßt und rechentechnisch bearbeitet werden können. Start und
Stop des Zählvorgangs werden durch die logische Verknüpfung der zeitverzogerten Video-Synchronimpulse
mit dem digitalisierten BAS-Signal der videotechnischen Aufnahme der Probe ausgelöst. Um zu
gewährleisten, daß Start und Stop des Zählvorgangs an unterschiedlichen vertikalen Begrenzungen des Bildausschnittes
auf dem Monitor verursacht werden, werden diejenigen zeitverzogerten Zeilensynchronimpulse, die
den Zählvorgang ausgelöst haben, vom Beginn der Zählung ab unterdrückt. Durch einen Abgleich der
Referenzspannung beim Vergleich mit dem BAS-Signal zur Digitalis,erung wird eine Auswahl derjenigen
Teilchen der Probe bewirkt, die zur elektrophoretischen Auswertung herangezogen werden.
Die Erfindung soll nachstehend anhand einer in der Zeichnung dargestellten Anordnung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert werden. Eine Videokamera 1 ist über einen Trennverstärker
2 und über einen Modulator 3 mit einem Monitor 4 verbunden. Gleichermaßen steht die Videokamera
1 über dem Trennverstärker 2, eine Filterkette 5 und einen mit einer Referenzspannung Urei versehenen
Komparator 6 mit einem ersten Eingang eines UND-Glied\_s 7 in Verbindung, dessen zweiter Eingang
mit dem Ausgang eines ODER-Gliedes 8 gekoppelt ist. Ein Eingang des ODER-Gliedes 8 ist mit dem Ausgang
eines UND-Gliedes 9, der andere Eingang des ODER-Gliedes 8 mit dem Ausgang eines UND-Gliedes
10 verbunden. Ein weiterer Ausgang des Trennverstärkers 2 ist über ein Amplitudensieb 11 auf einen
Impulsverteiler 12 geführt, dessen erster Ausgang mit einem Multivibrator 13 gekoppelt ist, dessen Ausgang
mit zwei weiteren Multivibratoren 14,15 in Verbindung
steht. Der zweite Ausgang des Impulsverteilers 12 ist über zwei in Reihe geschaltete Multivibratoren 16, 17
mit je einem Eingang der UND-Glieder 9, 10 verbunden. Der Ausgang des Multivibrators 14 ist auf
einen zweiten Eingang des UND-Gliedes 9, auf einen Eingang des Modulators "!·. auf einen ersten Eingang
eines ODER-Gliedes 18 sowie auf einen ersten Eingang eines UND-Gliedes 19 geführt. In gleicher Weise
besteht eine Kopplung des Ausgangs des Multivibratorr
15 mit einem zweiten Eingang des UND-Gliedes 10, mit einem weiteren Eingang des Modulators 3, mit einem
zweiten Eingang des ODER-Gliedes 18 sowie mit einem ersten Eingang eines UND-Gliedes 20. Der Ausgang des
Multivibrators 17 ist gleichfalls mit dem Modulator 3 und der Ausgang des UND-Gliedes 7 mit je einem
Eingang der UND-Glieder 19, 20 verbunden. Das UND-Glied 19 ist ausgangsseitig mit dem Rücksetzeingang
eines Flip-Flops 21, das UND-Glied 20 hingegen mit dem Rücksetzeingang eines Flip-Flops 22 gekoppelt.
Der Ausgang des Flip-Flops 21 ist auf einen dritten Eingang des UND-Gliedes 9 geführt, der Ausgang des
Flip-Flops 22 auf einen dritten Eingang des UND-Gliedes 10. Das ODER-Glied 18 sowie das UND-Glied 7
sind ausgangsseitig mit je einem Eingang eines UND-Gliedes 23 verbunden, dessen Ausgang auf einen
Rücksetzeingang eines Flip-Flops 21 geführt ist. Die Setzeingänge der Fiip-Fiops 21,22 und 24 sind an einen
Steuereingang £« gelegt. Der Ausgang des UND-Gliedes
7 ist mit je einem Eingang zweier UND-Glieder 25, 26 verbunden. Ein zweiter Eingang des UND-Gliedes 25
ist mit einem ersten Ausgang und ein zweiter Eingang des UND-Gliedes 26 ist mit einem zweiten Ausgang des
Flip-Flops 24 gekoppelt. Die Ausgänge der UND-Glieder 25, 26 sind auf zwei Eingänge eines Flip-Flops 27
geführt, dessen Ausgang mit einem Eingang eines UND-Gliedes 28 in Verbindung steht. Der Ausgang des
UND-Gliedes 28, an dessen zweiten Eingang ein Taktgenerator 29 angeschlossen ist, ist mit einem Zähler
30 verbunden.
Die Videokamera 1, die das Videobild einer zu analysierenden flüssigen teilchenenthaltenden Probe,
die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht in der Zeichnung dargestellt ist, für die Abbildung auf dem
Bildschirm des Monitors 4 aufnimmt, liefer! ein BAS-Signal, dessen Signal-Rausch-Verhältnis in der
Filterkette 5 verbessert wird. Dieses BAS-Signal wird im Komparator 6 digitalisiert, indem es mit der
Referenzspannung Urcr verglichen wird, so daß die
digitalen BAS-Impulse am UND-Glied 7 erscheinen. Im
Amplitudensieb 11 werden aus dem in der Trennstufe 2
abgetrennten Videosignal die Synchronimpulse gewonnen und in dem nachfolgenden Impulsverteiler 12 in
Bildsynchronimpuls (BSI) und Zeilensynchronimpuls (ZSI) getrennt. Der ZSI wird im Multivibrator 13
zeitverzögert. An den Multivibrator 13 schließen sich die beiden Multivibratoren 14,15 mit unterschiedlichen
Verzögerungszeiten an, so daß an den Ausgängen der Multivibratoren 14, 15 jeweils zeitlich nacheinander
zwei zeltverzögerte periodische Zeilensynchronimpulse anliegen, die über den Modulator 3 den Monitor 4
hell-dunkel tasten und auf dem Bildschirm des Monitors
als zwei vertikale Markierungen sichtbar sind. Die Lage dieser Markierungen ist durch Variation der Zeitverzögerung
des Multivibrators 13 gemeinsam und durch Variation der Zeit' erzögerungen der Multivibratoren
14,15 einzeln veränderbar. Diese vertikalen Markierungen begrenzen die Distanz, die der Zeitmessung für die
Teilchen in der zu analysierenden Prob.; zugrunde gelegt wird.
Der Bildsynchromipuls (BSI) am Ausgang des Impulsverteilers 12 wird durch die Multivibratoren 16,
17 zweimal zeitverzögert, so daß am Ausgang des Multivibrators 17 ein zeitverzögerter periodischer
Bildsynchronimpuls (BSI) entsteht, dessen vordere Impulsflanke zeitlich durch den Multivibrator 16 und
dessen hintere Impulsflanke zeitlich durch den Multivibrator 17 bestimmt wird. Der zeitverzögerte BSI
bewirkt ebenfalls über den Modulator 3 und die tlell-Dunkel-Steuerung des Monitors 4 auf dessen
Bildschirm eine horizontale Markierung, deren Breite von der Zeitverzögerung des Multivibrators 17
abhängig ist. Durch Variation der Zeitverzögerung durch den Multivibrator 16 kann der Abstand der
oberen Begrenzungslinie der horizontalen Markierung vom oberen Bildrand des Monitors 4 eingestellt werden.
Die drei Markierungen auf dem Bildschirm des Monitors 4 stellen somit einen rechteckigen, beliebig
einstellbaren Bildausschnitt dar, der zur erfindungsgemäßen Zeitmessung eines Teilchens der Probe verwendet
wird, d. h., es wird die Zeit gemessen, die ein ausgewähltes Partikel für das Durchwandern des
genannten Bildausschnittes /wischen den zwei vertikalen Markierungen benötigt. Die Zeitmessung erfolgt
jedoch nur. wenn sich das Teilchen innerhalb des auch horizontal begrenzten Biidausschnittes bewegt. IJie
Auswahl, welche Teilchen z. B. durch ihre Größe und Helligkeit elektrophoretisch auswertbar sind, erfolgt
durch den Abgleich der Referenzspannung LKd bei der
Digitalisierung des BAS-Signals im Komparator 6.
Die in der Zeichnung dargestellte Anordnung wird durch einen Impuls am Steuereingang /:\, mit dem
Setzen der Flip-Flops 21, 22, 24 in Bereitschaft zur Messung gesetzt, was bedienungsteehnisch nach Vorbereitung
der zu analysierenden Probe erfolgen kann. In dieser Bereitschaftsstellung der Anordnung entsteht
durch die Verknüpfung der UND-Glieder 7,9, 10 sowie des ODF.R-Gliedes 8 am Ausgang des UND-Gliedes 7
ein Impuls, wenn gleichzeitig der zeitverzögerte BSI. einer der beiden zeitverzögerten Zeilensynchronimpul
se sowie ein Impuls des digitalisierten BAS-Signals auftreten. In diesem F'all wird über das durch den
gesetzten Flip-Flop 24 entriegelte UND-Glied 25 vom Ausgangsimpuls des UND-Gliedes 7 das Flip-Flop 27
gesetzt, welches die aus dem UND-Glied 28 bestehende Torschaltung entriegelt, so daß die Zählfrequenz des
Taktgenerators 29 in den Zähler 30 eingezählt wird. Der nächste unter der obengenannten Bedingung am
Auspane des UND-Gliedes 7 erscheinende Impuls setzt über das ODER-Glied 18 sowie das UND-Glied 23 das
Flip-Flop 24 zurück, welches über das UND-Glied 26 das Flip-Flop 27 rücksetzt. Durch diese Rücksetzung des
Flip-Flops 27 wird das UND-Glied 28 gesperrt, der Zählvorgang des Zählers 30 wird abgebrochen. Der
Zählerstand de* Zählers 30 wird digital erfaßt und
rechentechnisch, auf die gewünschte Zeitmessung bezogen, ausgewertet. Durch einen erneuten Impuls am
Stcuereingang F1, wird die Anordnung für die nächste
Messung wiederum in Bereitschaft versetzt.
Der Zählvorgang des Zählers 30 wird bei Überschreiten einer der beiden vertikalen Markierungen durch ein
ausgewähltes Teilchen der zu analysierenden Probe gestartet. Um zu verhindern, daß der Zählvorgang des
Zählers 30 abgebrochen wird, indem ein Teilchen der Probe diejenige vertikale Markierung überschreitet, die
ein Starten des Zählers 30 bewirkt hat, wird ab Beginn des Zählvorgangs jeder weitere zeitverzögerte ZSI der
entsprechenden Zeitverzögerung unterdrückt. Zu die scm Zweck dient die Verknüpfung des Ausgangs des
UND-Gliedes 7 mit den Ausgängen der Miiltivibratorcn
14, 15 in den UND-Gliedern 19, 20 und den nachgeschütteten I'lip-Ilops 21, 22. die mit den
UiNiJ-Iiiiciiern V, 10 in Verbindung stehen. Der liir den
Beginn des Zählvorgangs am Ausgang des UND-Gliedes 7 entstehende Impuls setzt entweder über das
UND-Glied 19 das Flip-Flop 21 zurück oder über das UND-Glied 20 wird das Flip-Flop 22 rückgesetzt.
Welches der beiden Flip-Flops 21, 22 rückgeset/t wird,
ist davon abhängig, ob ein zeitverzögerter ZSI am Ausgang des Multivibrators 14 oder des Multivibrators
15 den Zählvorgang ausgelöst hat. d. h., welche vertikale Markierung auf dem Bildschirm des Monitors 4 von
einem Teilchen der Probe überschritten worden ist. )c nach Rücksetzen des Flip-Flops 21 oder 22 wird das
UND-Glied 9 oder das UND-Glied 10 gesperrt, d.h.. derjenige periodische zeitverzögerte ZSI des Multivibrators
14 oder 15, der den Zählvorgang ausgelöst und
ein Setzen der Flip-Flops 21 oder 22 sowie 27 bewirkt
hat. kann am Ausgang des UND-Gliedes 7 keinen Impuls zum Abbrechen des Zählvorgangs des Zählers
30 erzeugen. F.in Stoppen des Zählers 30 ist somit nur durch den anderen zeitverzögerten ZSI am Ringang
eines der nicht durch einen der beiden Flip-Flops 21, 22 gesperrten UND-Glieder 9, 10 bei gleichzeitigem
Vorhandensein des zeitverzögerien BSI sowie eines lmnnUp<; rip* dicitalkiprlpn RAS-^itJnal* mriolirh
Den Multivibratoren 14, 15 sind zur Impulsformung
der zeitverzögerten Zeilensynchronimpulse in der Zeichnung nicht dargestellte Impulsformerstufen nachgeschaltet.
Claims (3)
1. Verfahren zur Messung der elektrophoretischen
Beweglichkeit von Teilchen, bei dem an eine in einer Elektrophoresekammer befindliche Probe eine
Spannung angelegt, die Probe mikroskopisch betrachtet, videotechnisch aufgenommen, auf einem
Monitor abgebildet und die Zeit gemessen wird, in welcher die jeweils ausgewählten Teilchen der
Probe eine vorbestimmte Distanz zwischen zwei gewählten Markierungen durchwandern, dadurch
gekennzeichnet, daß das bei der videotechnischen Aufnahme der Probe erzeugte BAS-Signal
nach Durchlaufen einer Filterkette und nach anschließender Digitalisierung durch Vergleich mit
einer einstellbaren Referenzspannung mit drei Impulsen logisch verknüpft wird, die gleichzeitig zum
Monitor gelangen und von denen einer durch Zeitverzögerung aus dem Bildsynchronimpuls des BAS-Signals
und die anderen zwei Impulse durch unterschiedliche Zeitverzögerung aus dem Zeilensynchronimpuls
des BAS-Signals gewonnen werden, und daß durch das erste der durch die logische Verknüpfung
entstandenen Signale, die jeweils bei gleichzeitigem Erscheinen eines der beiden zeitverzögerten
Zeilensynchronimpulse, des zeitverzögerten Bildsynchronimpulses und eines Impulses des
digitalisierten BAS-Signals auftreten, ein Zählvorgang ausgelöst wird, der durch ein weiteres durch
die logische Verknüpfung erzeugtes Signal gestoppt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ab Beginn des Zähl Vorgangs jeder zeitverzögerte Zeilensynchronii. puls dieser Zeitverzögerung
und bei Beendigung des Zählvorgangs jeder zeitverzögerte Zeilensynchronimpuls unterdrückt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Zeitverzögerungen des
jeweils zeitverzögerten Zeilensynchronimpulses sowohl gemeinsam als auch einzeln eingestellt werden.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2834568A1 DE2834568A1 (de) | 1979-03-22 |
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Family Applications (1)
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- 1978-08-31 GB GB7835146A patent/GB2006428B/en not_active Expired
Also Published As
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GB2006428B (en) | 1982-04-15 |
SU940040A1 (ru) | 1982-06-30 |
GB2006428A (en) | 1979-05-02 |
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