DE3338364A1

DE3338364A1 - Vorrichtung zur kontinuierlichen messung im fluss von individuellen eigenschaften von teilchen oder zellen

Info

Publication number: DE3338364A1
Application number: DE19833338364
Authority: DE
Inventors: Bernard 42100 Saint-Etienne Faure; Jean-Claude Healy; Jean 42000 Saint-Etienne Monin; Georges Soldat
Original assignee: SAINT ETIENNE, University of
Current assignee: SAINT ETIENNE, University of
Priority date: 1982-10-22
Filing date: 1983-10-21
Publication date: 1984-05-17
Also published as: FR2535051B1; JPS59150325A; FR2535051A1

Description

Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung im Fluß von individuellen Eigenschaften von Teilchen oder Zellen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung im Fluß von individuellen Eigenschaften von Teilchen oder Zellen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Im einzelnen betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung von rheologischen Eigenschaften von mikroskopischen, biologischen oder nicht biologischen Objekten.

In vielen Bereichen ist es wichtig, Kenntnis über die Eigenschaften der Deformierbarkeit von mikroskopischen Objekten zu haben, um damit den Zustand der Viskosität der Masse, die sie bilden oder den Zustand der Plastizität der Membran, die sie aufweisen, zu bestimmen, um z.B. den Zustand der Alterung zu messen oder den Einfluß zu bestimmen, den das Vorhandensein von fremden

* Uuro l-'rcinkfurt/Friinkfiin Office:

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Telex: 4K)87f» ciblex (J

ORIGINAL

I "Büro München/Municli Oftice:

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Telegrammadresse: Pawamuc — f'oslscheck München I3(M)52-HO2 Telefax: ()8Ι(ΐΐΛ)2()ί)-(5 (CiP. 2+3) — Teletex 8l(>l8OO = pawaMU:

333836Λ

Substanzen auf solche Eigenschaften haben kann, die von selbst oder gezwungenermaßen in ein solches Milieu eingetreten sind.

Im Beispielsfalle, wie hier im Fall von Erythrozyten, erlauben die ermittelten unterschiedlichen Informationen die Mechanismen von Erneuerung, Alterung, Veränderung oder von Behandlungen zu erkennen und zwar als Funktion von fremden Substanzen, die frei oder gezwungen in dieses Milieu eingedrungen sind.

Um über solche Information verfügen zu können, wurden bereits Techniken verschiedenen Typs vorgeschlagen.

Eine Technik globaler Information besteht darin, zu versuchen, Informationen über eine Population, die die Eigenschaften der Viskoelastizität betreffen, z.B. durch Filtration durch eine Membrane oder mittels eines Viskosimeters zu erlangen, wie es in der FR-OS 22 70 beschrieben ist.

Die damit erlangten Informationen sind von makroskopischem Typ und geben keine Antwort, die es weder erlaubt, die Charakteristika des individuellen Alterns zu studieren, noch jene des Einflusses der spezifischen Anordnung von Produkten oder Substanzen, welche freiwillig oder unfreiwillig in das Medium eingedrungen sind.

In derselben Technik hat man ebenso vorgeschlagen, eine QQ Flüssigkeit, welche in Suspension die zu messenden Zellen enthält, durch einen Kanal mit fixen Wänden fließen zu lassen. Diese Technik, die die FR-OS 24 84 077 lehrt, sieht vor, senkrecht auf den Kanal ein Lichtbündel zu richten, das den Kanal und den Fluß, welcher laminar οι- strömt, durchdringt und dessen erzeugtes Beugungsbild darüberhinaus boebachtet wird.

Eine solche Technik berücksichtigt eine globale Population von Zellen und erlaubt daher nicht, wirklich die gestellten Probleme zu lösen. Außerdem erlaubt eine solche Technik nur über einen kleinen Streuwinkel zu verfügen und liefert nur eine makroskopische Teilinformation.

Des weiteren ist eine solche Methode schwer zu verwirklichen und fordert eine schwierige Interpretation des IQ Beugungsbildes, welches erzeugt wurde, um über die rheologischen Eigenschaften Aussagen machen zu können.

Auf einem zweiten Weg ist versucht worden, eine Bestimmung der Eigenschaften der individuellen Visko-

,p- elastitizität der Zellen dadurch näher zu kommen, um das angestrebte Ziel genauer zu erreichen, das insbesondere ermöglichen soll, entweder die individuelle Alterung solcher Zellen oder die Veränderung ihres plastischen Verhaltens im Zusammenhang mit dem Vorhanden-

_nn sein von fremden Substanzen in ihrem Medium, zu bestimmen.

Um das zu erreichen ist insbesondere in der DE-OS 2 405 839 vorgeschlagen worden, ein Mikroskop über einer Platte vorzusehen, welche eine Durchgangsöffnung aufweist, deren Durchmesser geringer als der mittlere _o_ Durchmesser von jeder individuell betrachteten deformierbaren Zelle ist. Die Ausnehmung ist in der Achse einer Bestrahlungseinrichtung wie z.B. einem Laser, angeordnet. Jede zu messende Zelle wird individuell auf die Platte gebracht und man bestimmt die Veränderung des optischen Signals, welches dem Durchtreten einer Zelle durch die öffnung entspricht.

Diese Technik erlaubt, die Verformbarkeit der Zelle als Funktion der Durchtrittszeit durch die Durchtrittsöffnung

einzuschätzen bzw. zu bestimmen.
35

\ Eine solche technische Lösung stellt einen gewissen Fortschritt bezüglich des erstgenannten Verfahrens dar, da sie die Lieferung von Informationen im Zusammenhang mit bestimmten individuellen Eigenschaften der Zellen erlaubt.

Jedoch beziehen sich die Charakteristiken der ermittelten Verformbarkeit nur auf einen Beharrungszustand während des Hindurchtretens der Zelle in der Durchtrittsöffnung

2Q und entsprechen mehr einer Information über seine Viskosität. Demgegenüber erlaubt ein solches Verfahren nicht das Gesetz der vorübergehenden Deformation vor Hindurchtreten durch die Durchtrittsöffnung zu berücksichtigen, das sich genauer auf das elastische j- Deformationsvermögen der äußeren Membran bezieht.

Deshalb erlaubt eine solche Methode nicht die nötigen Schlüsse und Versuche bezüglich der Alterung oder Veränderung des elastischen Verhaltens der Membran anzu-„_. stellen, welche für die Verformungseigenschaften verantwortlich sind.

Diese Technik kann weiterhin nicht zufriedenstellen bezüglich technischer Ausführung, da es von besonderer __ Schwierigkeit ist, die Platte und die Durchtrittsöffnung herzustellen, deren Genauigkeit und geringes Ausmaß die erhaltenen Ergebnisse bedingen.

Man hat ebenso vorgeschlagen, in diesem zweiten Typ eine

Pipette von sehr geringem Durchmesser zu verwenden, deren 30

eines offene Ende in eine Lösung von schwacher Zellenoder Teilchenkonzentration eintaucht, wobei die Zellen oder Teilchen deformierbar und zu untersuchen sind. Am anderen Ende wird Unterdruck derart angelegt, daß

eine Saugwirkung entsteht, die das Teilchen dazu bringt, 35

sich zu deformieren, um in die Kapillarrohre einzudringen, die von der Pipette>begrenzt wird. Unter dem Mikroskop

werden dann die Bedingungen der Deformation deutlich.

Eine solche Technik erlaubt tatsächlich, die Eigenschaften der Viskoelastizität der Zelle oder des Teilchens zu bestimmen und löst in diesem Sinne die eingangs gestellte Aufgabe.

Jedoch ist ersichtlich, daß eine solche Technik wenig praktisch ist, da sie zu einer schweren und schwierig IQ zu beherrschenden Bauweise zwingt, um mit hoher Zuverlässigkeit den Eintritt einer Zelle oder eines Teilchens in das Kapillarrohr oder die Pipette zu gewährleisten.

Darüberhinaus erlaubt eine solche Technik nicht, mit kontinuierlichem Fluß zu arbeiten und kann deshalb nur ein experimentelles Interesse darstellen.

Man hat ebenso versucht, eine weitere Lösung vorzuschlagen, bei der jede einzelne Zelle oder jedes einzelne

2Q Teilchen mit einer fluoreszierenden Sonde versehen wird. Diese Technik macht das Einbringen eines passenden Produktes wie z.B. 1-6-Diphenyl-hexatrien (DPH) in die Suspension nötig, welche die Zellen oder Teilchen enthält, um die Membrane einer jeden Zelle oder eines jeden Teilchens

2g auf der Oberfläche mit einem fluoreszierenden Molekül ζμ versehen.

Die Zellen oder Teilchen werden gezwungen, in ein Kapillarrohr einzutreten, welches nur erlaubt, daß _. ein einziges Teilchen vor dem Objektiv eines Mikroskops vorbeiwandert, gegenüber dem eine Bestrahlungseinrichtung angeordnet ist, z.B. ein Laser, der dazu bestimmt ist, das Leuchten der fluoreszierenden Sonde hervorzurufen.

Durch eine solche Technik wird ermöglicht, die Polarisa-35

tion der Fluoreszenz der Sonde zu untersuchen, also der

-JS-

Implantierung oder der Verankerung auf der Membrane, wie auch die Länge des Leuchtens.

Diese Technik erscheint nicht zufriedenstellend, da sie nur eine lokale Angabe, jedoch keine generelle Qualifizierung der Membran liefert, da die Polarisation der fluoreszierenden Sonde nur von der lokalen Zone der Membran, in der sie verankert ist, beeinflußt wird.

IQ Des weiteren erlaubt diese Technik nicht, eine räumliche Angabe über die Form zu erhalten und liefert demzufolge überhaupt keine Angabe über den Zustand der ständigen oder zeitweisen Deformation einer Zelle oder eines Teilchens, die erlaubt, die Bedingungen ihrer Alterung

2g oder die Reaktion gegenüber einer fremden Substanz zu bestimmen, die absichtlich oder unabsichtlich in das Medium eingedrungen sind.

Man hätte daran denken können ,eine Vorrichtung, welche in der 2Q parallelen deutschen Patentanmeldung der Anmelderin vom gleichen Tage mit dem Titel "Vorrichtung zur optischen Erkennung von individuellen vielparametrischen Eigenschaften von Teilchen" beschrieben ist> zu verwenden. Jedoch sind die technischen Einrichtungen, aus denen diese Vorrichtung zusammengesetzt ist, ausschließlich auf den Zweck beschränkt, die Bedinungen des Durchtritts, die Formen und die Korngröße der Teilchen zu untersuchen, d.h. sie betrifft einen anderen technischen Bereich als den vorliegenden.

Obwohl die Einrichtungen dieser Vorrichtung eine Möglichkeit der räumlichen Bestimmung der multiparametrisehen Eigenschaften bieten, ist diese Vorrichtung nicht dazu geeignet, die viskoelastischen Eigenschaften zu messen, d.h. die Deformation von deformierbaren Objekten unter dem Einfluß äußerer Zwangskräfte zu untersuchen.

O ORiGINAL

AO -*-

Eine solche Vorrichtung konnte deshalb nicht dazu verwendet werden, die Aufgabe des vorliegenden technischen Gebietes zu lösen, das die rheologischen Eigenschaften von deformierbaren Objekten betrifft.

Die vorliegende Erfindung zielt auf die Lösung des obengenannten Problems durch den Vorschlag einer Meßvorrichtung ab, welche es ermöglicht, im kontinuierlichen Fluß die rheologischen individuellen Eigenschaften von deformierbaren Objekten im Übergangs- oder stationären Zustand zu messen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine relativ einfache und betriebssichere Vorrichtung zu schaffen, die zu einem Selbstkostenpreis mit der üblichen Technik hergestellt werden kann, der bei der herkömmlichen ohne Beispiel ist.

Gemäß einer weiteren Aufgabe der Erfindung wird eine

Meßvorrichtung geschaffen, die eine quasi-räumliche 20

Information über jedes untersuchte Teilchen vermittelt, derart, daß eine maximale Information über seine Form im Raum und seine Verformbarkeitseigenschaften erhalten wird, die mit den Eigenschaften der die Bestandteile

des Objektes bildenden Elemente zusammenhängen, wie die 25

innere Viskosemasse und die umgebende Membran.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist ein neues Meßgerät vorzuschlagen, welches ermöglicht, im kontinuierlichen Fluß die viskoelastischen Eigenschaften 30

von einzelnen Objekten innerhalb von Stichproben oder einer Population zu bestimmen und nach Maßgabe der individuellen Datengewinnung eine Verteilung dieser Eigenschaften im Inneren der untersuchten Population zu

ermitteln.
35

A4 -S-

Um diese obengenannten Ziele zu erreichen, weist die Vorrichtung zur Messung im kontinuierlichen Fluß von Eigenschaften von einzelnen Objekten des vorausgehenden Typs einen Reflektor, ein durchsichtiges Kapillarrohr, welches durch den Brennpunkt des Spiegels verläuft und den Einzeldurchtritt der Objekte gewährleistet, eine Bestrahlungseinrichtung, welche senkrecht zur Achse des Teiles des Rohrs, welches durch den Brennpunkt läuft, angeordnet ist, eine Maske, welche nur die nicht

IQ reflektierten gebeugten Strahlen abdeckt, ein lichtempfindliches Element, welches die gebeugten reflektierten Strahlen empfängt und Einrichtungen zur Verarbeitung der Signale, welche von der Zelle geliefert werden, auf, dadurch gekennzeichnet, daß gie zur Anwendung

j5 für die Messung von viskoelastischen Eigenschaften von einzelnen deformierbaren Objekten aufweist:

einen Reflektor, welcher von einem Par ab o:l- Spiegel gebildet ist, ein durchsichtiges Kapillarrohr mit konstantem Querschnitt, welches in seinem Teilbereich, in dem es den Brennpunkt durchdringt, eine Änderung des inneren Querschnitts aufweist, welche entlang der Bewegungsrichtung der Teilchen erst konvergierend und dann wieder divergierend ist,

eine Einrichtung zur Zwangszirkulation der deformierbaren Zellen in Suspension in dem Rohr, einen Bildanalysator, welcher einen mosaikartigen ebenen optischen Empfänger (Rasterbildempfänger), einen Bildumwandler (Verzerrer, Anamorphoseur), und einen sich drehenden Detektor auf-

^_n weist, welcher mit einem einzigen photoelektrischen Aufnehmer verbunden ist, und

eine Verarbeitungseinrichtung bzw. -schaltung zur Verarbeitung der Signale, welche vom Analysator geliefert werden.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand einer Zeichnung.

At

Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht einörerfindungsgemäßen Vorrichtung, und

Fig. 2 eine schematische Teilansicht, welche in vergrößertem Maßstab ein Detail der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt.

,Q Die Vorrichtung zur Messung im kontinuierlichen Fluß von viskoelastischen Eigenschaften einzelner Objekte, deformierbarer Teilchen oder Zellen weist einen Reflektor 1 auf, welcher auf einer nicht näher dargestellten Abstützung montiert ist. Der Reflektor 1 ist gemäß der Erfindung als ein parabolischer Spiegel ausgebildet, dessen polierte reflektierende Oberfläche mit einem überzug aus Fhodium versehen ist.

Der Spiegel 1 ist einem Kapillarrohr zugeordnet, welches _on aus einem durchsichtigen Material besteht und ein

nutzbares inneres Lumen aufweist, mit einer Größe, die auf die Abmessung der zu untersuchenden Objekte oder Zellen abgestimmt ist. Die Zellen werden mittels einer Pumpe 4, welche aus einem Vorratsbehälter 5, der die zu analysierende Suspension enthält ansaugt, in das Innere der Kapillarrohrs 3 zwangsgefördert.

Das Kapillarrohr 3 ist dem Spiegel 1 derart zugeordnet, daß ein geradliniger Teilbereich des Kapillarrohres durch den Brennpunkt F dieses Spiegels 1 verläuft. In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 durchsetzt das Kapillarrohr 3 den Scheitelpunkt des Spiegels und erstreckt sich entlang der Rotationsachse x-x¹ dieses Spiegels 1. Es sollte jedoch in Betracht gezogen werden, daß das

Kapillarrohr 3 anders angeordnet sein könnte und zwar 35

derart, daß sein geradliniger Teilbereich, durch den Brennpunkt F entsprechend einer radialen Richtung

Ι bezüglich der Achse x-x¹ verläuft.

Das Rohr 3 erstreckt sich entlang der gesamten axialen Länge des Spiegels 1, jenseits dessen es an ein Gerät zur Evakuierung, zur Sortierung, zur Aufnahme oder zur Verwendung der Suspension, welche von dem transportieren den Fluid und den Zellen gebildet ist, angeschlossen ist.

Wie aus Fig. 2 im Detail ersichtlich, ist das Kapillarrohr 3 so ausgebildet, daß es in seinem geradlinigen Teilbereich, welcher durch den Brennpunkt F verläuft, einen verengten Bereich 3a aufweist. Dieser Bereich 3a ist mit einem konvergierenden Abschnitt 3a.,, einem Abschnitt oder einem Durchtritt 3a- mit konstantem Querschnitt und einem divergierenden Abschnitt Ia^ ausgebildet. Der Querschnitt des Abschnitts 3aj ist bedeutend geringer als der konstante Querschnitt des Kapillarrohres 3 gewählt, z.B. in der Größenordnung von einem Drittel.

Die Vorrichtung weist weiterhin eine Bestrahlungseinrichtung 6 für den Brennpunkt F auf. Diese Bestrahlungseinrichtung 6 ist mit einer Emissionsquelle 7 versehen, welche parallele Strahlen emittiert, welche in einer Richtung senkrecht zu dem Bereich des Rohres 3 ausgerichtet sind, welcher durch den Brennpunkt F verläuft, wobei der Bereich des Kapillarrohres 3 auf den Brennpunkt F ausgerichtet ist. Die Quelle kann zur Untersuchung der Deformierbarkeit von Erythrozyten beispiels-

₃Q weise aus einem Helium-Neonlaser gebildet sein. Die Quelle 7 ist so gewählt, daß sie im Brennpunkt F einen Lichtfleck mit einem Durchmesser erzeugt, in der Größenordnung des äußeren Durchmessers des nicht verengten Bereiches des Rohres 3.

Die Bestrahlungseinrichtung 6 beinhaltet des weiteren eine Durchtrittsöffnung 8, welche in den Spiegel 1 eingebracht und so ausgerichtet ist, daß sie das emittierte Lichtbündel in Richtung auf den Brennpunkt F führt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist die Durchtrittsöffnung 8 im Spiegel 1 bezüglich der Achse x-x¹ so radial angeordnet, daß sie auf den Brennpunkt F IQ zentriert ist. In bestimmten Fällen könnte erwogen werden, die Durchtrittsöffnung 8 im'Scheitelpunkt des Spiegels 1 anzuordnen, wenn das Kapillarrohr 3 sich in radialer Richtung bezüglich der Rotationsachse x-x¹ erstreckt.

Die Vorrichtung weist weiterhin eine Maske 9 auf, die

im Beispielsfalle von dem Kapillarrohr 3 derart gelagert ist, daß sie sich senkrecht zur Achse x-x¹ erstreckt. Die Oberfläche der Maske 9 ist dabei so gewählt, daß 2Q sie die gebeugte Strahlung, welche unreflektiert emittiert wird, abdeckt, wie aus dem Folgenden hervorgeht.

Die Vorrichtung weist auch in Verbindung mit dem 2g Spiegel 1 einen Bildanalysator 10 auf, welcher die Aufgabe hat, die von dem Spiegel 1 reflektierte gebeugte Strahlung zu empfangen. Dieser Bildanalysator ist so konzipiert, daß er einerseits einen Durchlaßbereich aufweist, welcher entsprechend der Wellenlänge der Ein-

richtung 7 gewählt ist und andererseits eine Linearität du

des Ansprechverhaltens aufweist, welche erheblich über der von handelsüblichen Bildanalysatoren liegt. Der Analysator 10 ist mit einer Einrichtung 11 versehen, welche die von ihm ausgehenden Signale verarbeitet und

auswertet, wobei die Einrichtung 11 Mittel zur Identi-35

fikation, des Verlgeiches und der Speicherung der gelieferten Signale aufweist.

Der Analysator 10 weist ein optisches mosaikartiges ■ebenes Empfangsteil 12 (Rasterbildempfänger) auf, welches senkrecht zur Achse x-x¹ ausgerichtet ist, und somit dem Spiegel 1 gegenübersteht. Das Empfangsteil 12 ist von einer Matrix von η Empfangspunkten 13 aus ebensovielen Köpfen wie Lichtleiter 14 gebildet, welche wiederum aus optischen Fasern gebildet sind. Die Lichtleiter sind an ihrem anderen Ende an einer ringförmigen oder kreisförmigen Bahn 15 angeschlossen, welche an der

^q hinteren Wand des Gehäuses 16 des Analysators 10 angeordnet ist. Zusammen bilden die Teile 13, 14 und 15 einen Anamorphoseur (Bildumwandler) 17. Die Bahn 15 ist dazu bestimmt, mit einem Empfangsteil 18 zusammenzuwirken, welches aus einem Drehsupport 19 gebildet ist, dessen

^g Rotationsachse mit der Achse der Bahn 15 zusammenfällt. Der Drehsupport 19 ist mit einer Antriebseinrichtung 20, z.B. einem Elektromotor verbunden, welcher eine einstellbare Rotationsgeschwindigkeit ermöglicht. Ein Lichtleiter 21 ist radial auf dem Drehsupport 19 derart montiert,

__ daß das eine seiner Enden aufeinanderfolgend die η Enden der Lichtleiter 14 abtasten kann. Der Lichtleiter 21 ist mit seinem anderen Ende an einem einzigen photoelektrischen Empfangsteil 22 angeschlossen, wie z.B. einem Photomultiplier oder einer Photodiode, welche wiederum mit der Einrichtung 11 verbunden ist.

Die oben beschriebene Vorrichtung funtioniert auf folgende Weise:

Der Laser 7 ist so ausgerüstet, daß er ein Lichtbündel erzeugt, welches auf den Brennpunkt F auftrifft und den Teilbereich 3a des Rohres 3 bestrahlt. Solange der Teilbereich 3a von keiner einzigen deformierbaren Zelle durchlaufen wird und lediglich die Leitung des unbeladenen Transportfluides gewährleistet ist, erfährt das auf den Brennpunkt F auftreffende Lichtbündel keinerlei Beugung und durchdringt den Teilbereich 3a und den Spiegel 1 in eine Durchtrittsöffnung 23, welche in

-Κι dem Spiegel 1 so angeordnet ist, daß sie bezüglich der Achse x-x¹ diametral gegenüber der Durchtrittsöffnung angeordnet ist.

Sobald eine deformierbare Zelle, welche im Rohr 3 wandert, gezwungen wird, einzeln in den Teilbereich des verengten Querschnittes 3a einzutreten, wird das emittierte Lichbündel durch das Vorhandensein dieser Zelle gebeugt. Daraus resultiert eine Emission von gebeugten Strahlen, wobei unter Berücksichtigung der Maske 9 nur die von dem Spiegel 1 reflektierten Strahlen empfangen werden. Diese reflektierten Strahlen r, welche untereinander und zur Achse x-x¹ parallel verlaufen, sind auf das optische, mosaikartige ebene Empfangsteil gerichtet. Das Vorhandensein der Maske 9 wirkt jeder Emission von nicht reflektierten gebeugten Strahlen entgegen, welche das Empfangsteil 12 unter irgendeinem Einfallswinkel bezüglich der Fläche dieses Empfangsteiles erreichen können.

Eine Lichtinformation, welche den verschiedenen gebeugten und reflektierten Lichtstrahlen entsprechen, werden von den η Empfangspunkten 13 der optischen Empfangseinrichtung des Empfangsteils 12 aufgefangen.

Das mosaikartige Muster der empfangenen Lichtinformation wird über die Lichtleiter 14 zur Bahn 15 weitergeleitet. Die Rotation des Support 19 erlaubt mittels des Lichtleiters 21 sukzessive die Lichtinformation jedes Lichtleiters 14 zu berücksichtigen und die aus den η über-

gg tragungsleitern stammenden Informationen dem einzigen photoelektrischen Empfangsteil 22 zu übermitteln, welches auf die Bedingungen der Wellenlängen, der Geschwindigkeit und der erforderlichen Linearität für die Messung derart abgestimmt ist, daß entsprechende elektrische

gg Signale der Verarbeitungseinrichtung 11 zugeleitet werden.

-Μ ι Die Geschwindigkeit der Datengewinnung durch die Rotation des Supports 19 kann in Abhängigkeit von der beabsichtigten Art der Messung der Bildanzahl geregelt werden, die während des Zwangsdurchtritts einer Zelle durch den verengten Abschnitt 3a gesammelt werden sollen. _λDemzufolge wird es möglich, Informationen erst zu dem Zeitpunkt abzugreifen, zu dem eine Zelle bis zur Deformation gezwängt den Abschnitt 3a2 besetzt. Es ist auch möglich, dadurch, daß man den Support 19 schneller IQ drehen läßt, mehrere aufeinanderfolgende Bilder derselben Zelle, während sie durch den verengten Abschnitt 3a wandert, abzugreifen und daraus ein Gesetz der Deformation in einem Übergangszustand zu gewinnen.

Dadurch, daß eine optimale spektrale Empfindlichkeit und eine große Linearität verfügbar ist, wird es demzufolge möglich, über Informationen zu verfügen, welche die viskoelastischen Eigenschaften einer Zelle zugleich im Übergangszustand und im stationären Zustand betreffen.

2Q Dabei werden die den viskoelastischen Eigenschaften entsprechenden Informationen unter Berücksichtigung der Anordnung des Teilbereiches 3a im Brennpunkt F in der Mitte einer quasi-räumlichen Hüllkurve abgegriffen. Tatsächlich erlaubt dies, die gebeugten Strahlen min-

2g destens auf 3 ΈΓ sr abzugreifen und auf diese Weise über sozusagen die Gesamtheit der Winkelverteilung der Intensitätsstreuung zu verfügen, entsprechend dem rheologischen Verhalten einer Zelle und den Deformationseigenschaften entsprechend dem Zustand der viskosen _ Masse und der diese umgebende Membran.

Die Untersuchung des Deformationsvermögens erlaubt demgemäß eine Kenntnis über die Veränderung der Form im Raum dadurch zu erlangen, daß jede Zelle einzeln in kontinuierlichen Fluß behandelt wird. Es wird demzufolge möglich, spezifische Daten für jede Zelle oder jedes Teilchen einer Population zu bekommen und demzufolge

eine Verteilung der viskoelastischen Eigenschaften zu ermitteln.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich aus der Tatsache, daß der Bildanalysator 10 unter Berücksichtigung seines Aufbaus einen großen Durchlaßbereich besitzt, der vom ultravioletten Bereich über den Sehbereich bis zum Infrarotbereich reicht, und der ebenso eine große Linearität des Ansprechverhaltens aufweist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere bei der rheologischen Verteilung der roten Blutkörperchen anwendbar. Bei einer solchen Anwendung kann die Vorrichtung folgende konstruktive Einzelheiten auf-

,_ weisen» L ö

Durchmsesser des Lumens des ,

Kapillarrohres 3 größer als 20 μΐη

Durchmesser des verengten 20

Durchtritts 5 μΐη

Gesamtlänge des Bereichs 3a 50 μη

Länge des verengten Durchtritts 25

3a₂ 15 μπι

Axiale Länge des Spiegels 1 92 mm

Parabolische Funktion des 30

Spiegels 1 F = 10,2 mm

η =

Nutzdurchmesser der Licht-35

lexter 14 · 0,66 mm

1 Leistung des Lasers

5 Konzentration der Suspension

Trägerfluid der Suspension

Rotationsgeschwindigkeit des Analysators

Linearität des Analysators

2 mW

Wellenlänge des Laserbündels 632,8 nm

in der Größenordnung von 1 %

isotonische iso-Ph

25 s

-1

10 000/1

Leerseite

Claims

Patentansprüche

/ Iy Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung im Fluß von individuellen Eigenschaften von Teilchen oder Zellen, welche einen Reflektor, ein durchsichtiges Kapillarrohr, das durch den Brennpunkt des Reflektors in Form eines Spiegels verläuft und das den Einzeldurchtritt der Zellen ermöglicht, eine Bestrahlungseinrichtung, die in senkrechter Richtung zur Achse des Rohres angeordnet ist, wobei dieser Teil des Rohres durch den Brennpunkt verläuft, eine Maske, die nur die nicht reflektierten gebeugten Strahlen abdeckt, ein lichtempfindliches Element, das die reflektierten gebeugten Strahlen empfängt, und eine Einrichtung zur Verarbeitung der Signale, die von dem lichtempfindlichen Element geliefert werden, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Anwendung der Vorrichtung zur Messung der Eigenschaften der individuellen Viskoelastizität bzw. des Fließverhaltens von deformierbaren Zellen vorgesehen ist:

ein Reflektor (1), welcher als paraboloidischer Spiegel ausgebildet ist,

ein Kapillarrohr (3), welches transparent ist und einen konstanten Querschnitt aufweist, jedoch in dem Bereich, der

ZU

* "Büro Frankfurt/Frankfurt Office:

Acleriaueriillee 1(5 D-e:S7o (>bcrursel

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durch den Brennpunkt (F) verläuft eine Querschnittsveränderung (3a) aufweist, die gemäß der Zirkulation der Zellen einen Konvergenz-Divergenzbereich aufweist,

eine Einrichtung (4), die die in Suspension befindlichen verformbaren Zellen in Zirkulation versetzt, die in dem Rohr zwangsweise erzeugt ist, und

ein Bildanalysator, welcher ein optisches mosaikartiges ebenes Empfangsteil (12), einen Anamorphoseur (17), einen drehbaren Detektor (18), der einem einzigen licht- bzw. fotoelektrischen Empfangsteil (22) zugeordnet ist, und eine Einrichtung (11) zur Verarbeitung von Signalen, welche vom Analysator geliefert werden , aufweist. 15
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildanalysator (10) den Anamorphoseur (17) aufweist, welcher aus η Leitern (14) gebildet ist, deren Köpfe Empfangspunkte (13) des mosaikartigen ebenen Empfangsteils (12) bilden, und deren andere Enden in Form einer ringförmigen Bahn (15) angeordnet sind, um mit dem drehbaren Detektor (18) zusammenzuwirken.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildanalysator (10) das optische mosaikartige ebene Empfangsteil (12) aufweist, dessen Fläche senkrecht zur Achse (x-x¹) des Reflektors (1) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildanalysator (10) einen Drehsupport (19) aufweist, welcher auf der Achse der Bahn (15) angeordnet ist und einen optischen Leiter (21) aufweist, dessen Kopf sukzessive die Querschnittsflächen der optischen Leiter (14) des Anamorphoseurs (17) abtastet und dessen anderes Ende mit dem licht- bzw. fotoelektrischen Empfangsteil (22) verbunden ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kapillarrohr einen verengten Bereich (3a) aufweist, welcher einen konvergierenden Bereich Oa^), einen verengten Durchlaßbereich (3a„) mit

konstantem Querschnitt und einen divergierenden Bereich (3a,.) aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungseinrichtung (6) im Brennpunkt des Spiegels einen Lichtfleck erzeugt, der einen Durchmesser in der Größenordnung des Kapillarrohres aufweist.