DE2929018C2

DE2929018C2 - Einrichtung zur Messung der Adhäsion von dispergierten Partikeln an der Oberfläche einer Wand

Info

Publication number: DE2929018C2
Application number: DE19792929018
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. 8000 München Kratzer; Helmut Prof. Dr. 8045 Ismaning Müller-Mohnssen
Original assignee: GESELLSCHAFT fur STRAHLEN- und UMWELTFORSCHUNG MBH 8000 MUENCHEN DE; Gesellschaft Fuer Strahlen und Umweltforschung Mbh 8000 Muenchen
Current assignee: Kratzer Michael Dr 80802 Muenchen De Mueller-
Priority date: 1979-07-18
Filing date: 1979-07-18
Publication date: 1985-11-21
Also published as: GB2059051B; DE2929018A1; GB2059051A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung der Aggregation von dispergierten Partikeln mit der Oberflaeche einer Wand (Adhaesion) oder von dispers verteilten Partikeln untereinander in einer Fluessigkeits- oder Gasstroemung, wobei dieses fluessige oder gasfoermige Mehrphasensystem auf die Wand gerichtet ist. Die Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die an der Wand und/oder aneinander haftenden Partikel mittels einer optischen Beleuchtungsvorrichtung in Auf- oder Durchlichttechnik beleuchtbar sind, und dass das gestreute, reflektierte oder durch Absorption geschwaechte Licht mit einem Objektiv auf einen Detektor richtbar und auswertbar ist. Mit der Einrichtung sind die Partikel/Wand - und Partikel/Partikel - Aggregabilitaet und auf diese Weise die Adhaesivitaeten messbar, wobei mit kleinen Probemengen gearbeitet werden kann und die Kollisionsrate Partikel/Partikel bzw. Partikel/Wand genau festgelegt ist. Anwendung der Einrichtung: Messung der Aggregationsneigung von Bestandteilen des zellulaeren und plasmatischen Gerinnungssystems wie Blutzellen (Thrombozyten) und kolloidal disperse Blutbestandteile (Fibrinogen). ...U.S.W

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung der Adhäsion von dispergierten Partikeln an der Oberfläche einer Wand in einer Flüssigkeits- oder Gasströmung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Einrichtung ist aus Path. Res. Pract, 163, 9—33 1978 bekannt. Bei dem dort angewandten Verfahren werden die Blutparlikel durch eine Staupunktströmung an einer Glaswand abgelagert Die an der Wand haftenden Partikel werden fotographiert und ausgezählt. Dieses Verfahren mißt die Plättchen/Wand-Aggregation oder Adhäsion unter definierten Strömungsbedingungen.

Die Aggregationsneigung der Partikel ist ein in der Klinik benötigter diagnostischer Parameter, da Thrombosen in Blutgefäßen und Blutgefäßprothesen durch die Aggregation von Blutzellen und Bestandteilen des plasmatischen Gerinnungssystems aus· dem strömenden Blut entstehen. Als Maß der Gerinnungsneigung gilt unter anderem die Aggregationsneigung von Einzelbestandteilen des Gerinnungssystems wie z. B. Thrombozyten. Zu ihrer Messung werden in der Klinik die sogenannten Aggregometer verwendet. Das Staupunktaggometer dient zur Bestimmung der Adhäsivität u. a. von zellulären Bauelementen unter dem Einfluß vorgegebener hydrodynamischer Kräfte. Rotationssymmetrische Staupunktströmungen von Blutzellensuspensionen erzeugen mechanische Wechselwirkungen der zellulären Elemente untereinander und mit der Oberfläche der angeströmten Wände. Die Wechselwirkungen lassen sich aufgrund von hydrodynamischen Meßwerten als Berührungshäufigkeit (Kollosionsrate) und Berührungsdrucke quantitativ beschreiben.

Der Nachteil dieses Verfahrens liegt in dem Bedarf an großen Pröbemengen (ca. 500 ml Blut) sowie dem umständlichen und zeitraubenden Auswerteverfahren. Es wird daher nur in der experimentellen Forschung angewandt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Möglichkeit für den Routinebetrieb des klinischen Labors zu bieten, mit der die Gefahr der Bildung von Thrombosen in Blutgefäßen und B'.utgefäßprothesen verringert werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Merkmal des Anspruchs 1 beschrieben. Die Merkmale der Ansprüche 2 bis 4 geben vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäß verwendeten Einrichtung an.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mittels der F i g. 1 bis 3 näher erläutert, wobei die F i g. 1 die Anordnung schematisch wiedergibt Die F i g. 2 und 3 zeigen eine zeitliche Aggregationskurve an Wolframsäureteilchen und die F i g. 3 dieselbe von Thrombozyten.

Ein Beispiel für ein erfindungsgemäß verwendetes Gerät ist in F i g. 1 dargestellt In der Kammer zwischen den Wänden 4 und 4' herrscht eine rotationssymmetrische Staupunktströmung 11, 12. Für die Antransporte der Partikel 5 gegen die Wand 4 gilt näherungsweise die Gleichung 1:

¹-

ARJ

C-t,

wobei r_p — Partikelradius, y = Scherrate am Ort R (R = Abstand vom Staupunktzentrum), C = Konzentration der Partikel, ί = Zeit ist. Die Gültigkeit der Gleichung 1 v-urde experimentell nachgeprüft
Die Scherrate y wird als Funktion von R für die Geometrie der betreffenden Staupunktströmung ausgemessen, die von der Form der Kammer sowie dem Volumenstrom abhängig ist.

Die Menge der an der Wand 4 abgelagerten Partikel 5 (z. B. Thrombozyten) wird mit der Streulichttechnik gemessen. Das von der Suspension angeströmte Deckgläschen 4 wird hierbei im Auflicht- oder Durchlicht (gestrichelt gezeichneter Kondensator 13 und Strahlung 2) -Dunkelfeld beleuchtet und die Intensität des Streulichts 6 mit einem Photodetektor 10 gemessen.
Zur Abschätzung der Thrombozytenzahl wird angenommen,

1) daß die Thrombozytenkonzentration Cund die Volumina Vder Einzelthrombozyten für alle Plättchen 4 einer Probe annähernd gleich sind,

2) daß der Brechungsindex nr und die Konzentration der kolloiddispersion intrazellulären Proteine, die als Streuzentren wirken, bei al'en Thrombozyten einer Probe gleich sind und

so 3) daß der Durchmesser der streuenden Proteine kleiner als die Wellenlänge λ des Beleuchtungslichtes 2 bzw. 3 ist.

Unter diesen Umständen kann in erster Näherung die Beugungstheorie von Rayleigh nach Gleichung 2 angewendet werden:

'²-(4trV)²-sin²tf (2) \n² _T+2nlJ

'Ka

A⁴Zf²

dabei ist: Ir₁₁ = Intensität der Streustrahlung 6 von einem Plättchen, /o = Intensität des einfallenden Lichtes 2 bzw. 3, λ = Wellenlänge des einfallenden Lichtes 2 bzw. 3, R = Abstand des Objektivs vom Streuzentrum 18, V = Thrombozytenvolumen, ητ = Brechungsindex der intrazellulären Proteine, n„ = Brechungsindex der Elektrolytlösung, <x Winkel zwischen Dipol-Schwingung und Beobachtungsrichtung. Ist die Verdünnung der Teil-

3 4

chen 5 hinreichend groß, so daß sie sich weder für das Ultropak U-O 22 mit Auflichtkondensor 22—100 und

Primärlicht 2 bzw. 3 noch für das Streulicht 6 gegensei- als Lichtquelle eine Xenon-Lampe verwendet (25 A

tig abschatten, so errechnet sich die Anzahl N der abge- Gleichstrombetrieb). Im vorliegenden Experiment bc-

lagerlciiThroiiibo/yliMi wii'folgl iuu^-li(ilcicliiiiin i: Iriij·, der Aiislrillsiluivliniossoi ιΐιτ Hisse 19 0.¹» mm und

- - 5 der Wandabstund der Düse 19 0/> mm und dir VoIu

ir _Ig~1um n\ menstrom im Staupunktaggregomeier 0,06 mm/s.

ha

Meßbeispiel 2 wobei Ic = gesamte gemessene Streulichtintensität

und Ium = Streulicht des Untergrundes, bedingt durch 10 Im folgenden Fall (Fig.3) strömt plättchenreiches

Plasmaproteine und Reflexe am Glas 4, ist Rinder-Plasma durch das Staupunktaggregometer. Die

Das aus dem Staurohr 1 mit der Düse 19 ausströmen- Thrombozytenaktivätät ist durch Zugabe von

de flüssige oder gasförmige Mehrphasensystem 11, 12 3,5 χ 10~⁶ M ADP zum Plasma angeregt Im ersten

(z. B. Plättchenreiches Plasma) wird senkrecht gegen die Teil der Kurve (0—32 min) findet sich ein langsamer

Glaswand 4 der Küvette 4,4' gerichtet (Staupunktströ- 15 Anstieg der Lichtstreuung 6 mit der Zeit, der durch

mung). Sofern die Adhäsivität zwischen Partikel 5 und Adhäsion von einzelnen Thrombozyten an der Wand 4

Glaswand 4 einen Minimalwert überschreitet und ge- bedingt ist (Befund der Einzelzellablagerungen durch

eignete Strömungsgeschwindigkeiten herrschen, führt konventionelle Nachuntersuchung mikroskopisch über-

dk- Staupunktströmung zu einer Anlagerung der Teil- prüft). Die Wandschubspannung beträgt am Meßorl

chen an die Glaswand 4 und zwar in einer., Flächenbe- 20 0,7 dyn/cm². Aus diesem Kurvenabschnitt iäßt sich die

reich 15^!der der ebenen Projektion der Öffnung der Thrombozyten-Wand Adhäsivität ermitteln. Erhöht

Düse 19 auf die Glaswand 4 entspricht (Staufläche). Der man die Wandschubspannung auf 3 dyn/cm², so lagern

Durchlichtkondensator 13 (gestrichelt gezeichnet) bzw. sich Blutplättchen 5, die mit der Strömung in Wandnähe

der Auflichtkondensor 14 fokussiert das Licht 2 bzw. 3 gleiten, an die bereits abgelagerten Blutplättchen an.

einer starken Lichtquelle (Xenon-Lampe, nicht näher 25 Es kommt zu einem steilen Anstieg der Streulichtin-

dargestellt) auf die Höhe der Grenzfläche Wand/Fluid tensität 6. Dieser zweite Kurvenabschnitt (32—40 min)

Das Objektiv 7 fängt das von den abgelagerten Parti- repräsentiert vorzugsweise die Plättchen-Plättchen-Ad-

keln 5 gestreute Licht 6 auf und erzeugt ein Bild der häsivität (Befund der polyzellulären Ablagerungen mi-

Partikel 5 in der Ebene der Zentralblende 8. Das durch kroskopisch bestätigt).

die Zentralblende 8 durchtretende Licht 20 wird durch 30 Benutzt wurde ein Objektiv UO 52 W Leitz; die Teil-

die Feldlinse 9 gebündetl 21 und fällt auf die Photoka- chenkonzentration betrug 50 000 Plättchen/mm³.

thode eines Photoelektronen-Vervielfachers 10. Dessen

Ausgangssignal wird verstärkt und mit Hilfe eines Di- Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

rektschreibers als Funktion der Zeit registriert (nicht

dargestellt). 35

Beleuchtungsapparat 2,3,13,14, Abbildungssystem 6,
7, 8, 9 und Photokathode 10 sind derart miteinander
konjungiert, daß nur das in der Ebene 8 entstehende
Streulicht 6 ein photoelektrisches Signal erzeugt (Verminderung der Schärfentiefe auf 1 μΐη bis 50 μπι). Da die 40
Zentralblende 8 auf den Staupunkt 15 zentriert wird,
herrschen wegen der rotationssymmetrischen Strömung 11,12 in der ringförmigen Meßebene 16 überall
gleiche Beträge der Geschwindigkeitskomponenten
(gleiche Antransportrate und gleiche Scherraten). 45

, Meßbeispiel 1

ι Fig.2 zeigt üie zeitliche Aggregationskurve einer

wäßrigen Suspension von ca. 3 μπι großen Wolframsäu- 50

re-Plättchen (Teilchenkonzentration = 50 000 Teilj chen/mm³). Der erste Abschnitt der Kurve (0—3,2 min)
j zeigt die photoelektrischen Signalschwingungen der
ι vorbeiströmenden stabilen Ausgangssuspewsion. Die
" Photospannung (Photodiode 10) beträgt im Mittel etwa 55

21 V. Die Schwankungen gehen auf statistische Konzen-

trationsschwankungen der Partikel 5 im Meßfeld 16 zu-

rück.
Wird die NaCl-Konzentration der Suspension 5 durch

Zugabe (s. Pfeil) einer konzentrierten NaCI-Lösung von eo

ca. Null auf 0,9 M Mol erhöht, so wird die Dispersion

instabil: Einige Partikel 5 haften an der Wand und aneinander: Die Partikel/Wand- und die Partikel/Partikel-

Adhäsivität ist erhöht. Der Aggregationsvorgang führt

während der dargestellten Zeit zu einem annähernd Ii- 65

nearen zeitlichen Anstieg der Photospannung V.
Als Mikroskop-Photometer wird das Gerät MPV

Leitz (300 V Betriebsspannung), als Objektiv ein Leitz

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Messung der Adhäsion von dispergierten Partikein an der Oberfläche einer Wand in einer Flüssigkeits- oder Gasströmung, wobei dieses flüssige oder gasförmige Mehrphasensystem auf die Wand gerichtet ist, mit einer die an der Wand haftenden Partikel in Auf- oder Durchlichttechnik beleuchtenden Beleuchtungsvorrichtung, einem das gestreute, reflektierte oder durch Absorption geschwächte Licht auf einen Detektor richtenden Objektiv und einer Auswertevorrichtung, gekennzeichnet durch ihre Verwendung zum Prüfen von Kunststoff oder einem lebenden oder präparierten organischen Gewebe, aus dem jeweils die Wand gebildet ist, mit standardisierten Teilchen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtung mit Infrarotlicht (2 bzw. 3) erfolgt

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsvorrichtung (13 bzw. 14) ein ringförmiger Kondensor ist

4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bildebene des Objektivs (7) eine Zentralblende (8) angeordnet ist