DE3343149A1

DE3343149A1 - Verfahren zum auswerten von agglutinationsmustern

Info

Publication number: DE3343149A1
Application number: DE19833343149
Authority: DE
Inventors: Tokio Kano; Akira Tokyo Tamagawa
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1982-11-29
Filing date: 1983-11-29
Publication date: 1984-05-30
Also published as: JPS5998708A; FR2536858A1

Description

Verfahren zum Auswerten von Agglutinationsmustern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem Agglutinationsmuster ausgewertet oder beurteilt werden, die von Teilchen gebildet worden sind, welche sich auf einer geneigten Bodenfläche eines Reaktionsgefäßes abgesetzt habenjEin Verfahren zum Beurteilen eines auf einer geneigten konischen Bodenfläche eines Re. aktionsgefäßes entstandenen Teilchenagglutinationsmusters ist be reite beispielsweise in JA-OS 2 564/81 vorgeschlagen worden« Dabei werden Abbildungen zentraler und peripherer Bereiche des Bodens auf ein erstes bzw. zweites Lichtempfangselement projiziert und die Ausgangssignale der Lichtempfangselemente entsprechend weiterverarbeitet· Wenn ein Reaktionsgefäß mit konischem Boden benutzt wird und in der in dieses Gefäß gefüllten Reaktionsflüssigkeit die darin enthaltenen Teilchen in eine Agglutinationsreaktion eintreten, setzen sich die zusammengeballten Teilchen wie Schnee gleichmäßig auf der geneigten Bodenfläche ab und bilden ein sogenanntes gleichförmiges Niederschlagsmuster. Wenn keine Agglutinationsreaktion auftritt, rollen die zum Boden absinkenden Teilchen längs der geneigten Bodenfläche und sammeln sich in der Mitte des Bodens an, wo sie ein sogenanntes integrales Muster bilden. Das Ausgangssignal des ersten Lichtempfangselements, welches die Abbildung des zentralen Bodenbereichs empfängt, wird nit E^ und das des zweiten Lichtempfangselements, welches die Abbildung des peripheren Bodenbereichs empfängt, mit E₂ angenommen. Eine Differenz zwischen diesen Ausgangssignalen E₁ und E₂, nämlich AE=IE₂-E₁I ändert sich ent-

sprechend dem Teilchenagglutinationsmuster. Unter Hinweis auf Fig. 1 bedeutet das, daß beim Absetzen von Teilchen auf der Bodenfläche, wo sie ein klares gleichförmiges Niederschlagsauster bilden, wie es in den Fig· IA und IB gezeigt ist und bei dem die Teilchenmenge eine Verteilung gemäß Fig. IC hat, die Differenz ΔΕ äußerst klein ist. Wenn sich im Gegensatz hierzu das klare Integrationsmuster gemäß Fig. 2A, 2B und ZC bildet, ist die Differenz ΔE groß. Anhand eines Vergleichs der Differenz ΔE mit zwei Bezugswerten V₁ und V₂ (V]^=- ^)* ^{die ex}~ perimentell festgelegt werden können, kann also die Agglutinationsreaktion beurteilt werden. Wenn nämlich AE^Vgt wird das Muster als "Agglutinationsrauster (+)" bewertet, wenn aber AE>V,, wird das Wuster als "Nichtagglutinationsmuster (-)" bewertet. Wenn das Teilchenmuster eine Zwischenagglutination zeigt, wie in den Fig. 3A, 3B und 3C dargestellt, wird ein Wert

„<AE * V, erhalten. In diesem Fall wird das Muster als ■Zwischenmuster (?)^M beurteilte Wenn eine auszuwertende Probe ein Zwischenrauster (?) ergibt, wird die Probe erneut untersucht, um die Zuverlässigkeit der Analyse zu verbessern.

Das vorstehend beschriebene bekannte Beurteilungsverfahren hat Jedoch Nachteile. Wenn nämlich in der Reaktionsflüssigkeit nur eine kleine Menge Teilchen enthalten ist, hat das integrale Muster («) die in Fig. Kk und JfB gezeigte Gestalt und eine Teilchenmengenvertellung gemäß Fig. ^C. In diesem Fall ist die DIffe. renz ^E klein, da die Anzahl der in der Mitte des Bodens angesammelten Teilchen gering ist. Dann ist ΔΕ^ν^ und das Muster wird fälschlicherweise für das Zwischenmuster (?) gehalten. In extremen Fällen könnte das integrale Muster sogar als gleichmäßiges Niederschlagsmuster (+) angesehen werden. Ist andererseits die Anzahl der in der Reaktionsflüssigkeit enthaltenen Teilchen zu groß, so rutschen selbst im Fall einer Agglutinationsreaktion viele Teilchen, die keine Gelegenheit hatten, sich zusammenzuballen, auf der gleichmäßig niedergeschlagenen Teilchenschicht ab und werden in der Mitte gesammelt, wo sie ein

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silchenmuster gemäß Fig. 5A, 5B und 5C bilden. Das ergibt Lne DifferenzΔΕ, die größer ist als Vp oder V». Dies Muster inn fälechlicherweise für das Zwischenmuster (?) oder das inagrale Muster (-) statt für ein gleichmäßiges Niederschlagsaster (+) gehalten werden.

tifgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Auswerten von eilchenmustern zu schaffen, mit dem die Nachteile des bekannen Verfahrens vermieden und Jede Art von Teilchenmuster exakt estimmt werden kann, gleichgültig wie groß die Menge der in inem Eeaktionsgefäß enthaltenen Teilchen ist.

in diese Aufgabe lösendes Verfahren ist mit seinen Ausgestalungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

It dem Verfahren gemäß der Erfindung wird eine erste Dicke ei-ίβτ Teilchenschicht in einem ersten Bereich, zu dem der tiefste •unkt der Bodenfläche des Reaktionsgefäßes gehört, photoelek-,risch festgestellt, und eine zweite Dicke wird in einem zwei- -en, vom ersten Bereich entfernten Bereich gleichfalls photoilektrisch wahrgenommen. Dann wird ein Verhältnis r zwischen der treten und zweiten Dicke gebildet und das Tellchenagglutinationsmster auf der Basis dieses Verhältnisses ausgewertet.

Sei dem Verfahren gemäß der Erfindung zum Auswerten von Teilihenmustem wird das Verhältnis r der Dicke der Teilchenschicht uin zentralen Bereich und im peripheren Bereich der geneigten Bolenfläche des Reaktionsgefäßes auf der Basis der photoelektrljchen Ausgangssignalβ für den zentralen bzw. den peripheren Be-•eich berechnet und das berechnete Verhältnis r mit experimentell festgelegten Bezugswerten R, und R„ verglichen, um das Peilchenmuster zu bewerten. Polglich kann jede Art von Teil- :henmuster selbst dann exakt beurteilt werden, wenn die Menge ler in der Reaktionsflüssigkeit enthaltenen Teilchen stark schwankt.

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Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig., IA, B, C bis Fig. 5A, B, C fünf verschiedene Teilchenmuster, die sich auf einer konischen Bodenfläche eines Reaktionsgefäßes gebildet habenj

Fig. 6 ein Schema eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Auswerten von Teilchenmustern zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Fig. 6 ist eine Vorrichtung zum Auswerten von Teilchenmustern für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrene gezeigt, die ein Mikroplättchen 1 aus einem durchsichtigen Kunststoff aufweist, in dem eine Vielzahl von Beaktionsgefäßen la in einer Matrixform gebildet ist. Jedes Reaktionsgefäß la hat eine konisch geneigte Bodenfläche Ib. Das Mikroplättchen 1 wird mittels einer Lichtquelle 2, einer Beleuchtungslinse 3 und einer Diffusionsscheibe 4 gleichmäßig beleuchtet. Eine Abbildung der konischen Bodenfläche Ib des Reaktionsgefäßes la wird mit Hilfe einer Abbildungslinse 5 auf einem Lichtempfangselement 6 geschaffen. Wie in Fig. 6 in Draufsicht gezeigt ist, weist das Lichtempfangselement 6 einen ersten und einen zweiten Lichtempfangsbereich 6a und 6b in konzentrischer Anordnung auf. Der erste Lichtempfangsbereich 6a erhält eine Abbildung eines zentralen Bereichs einschließlich des tiefsten Punktes der Bodenfläche Ib und der zweite Lichtempfangsbereich 6b eine Abbildung eines peripheren Bereichs der Bodenfläche. Ausgangssignalβ des ersten und zweiten Lichtempfangsbereichs 6a und 6b werden über Verstärker 7a und 7b und einen A/D-Umsetzer 8 in einen Rechner 9 eingegeben. Im Rechner 9 werden die Ausgangssignale des ersten und zweiten Lichtempfangsbereichs 6a und 6b weiterverarbeitet, wie nachfolgend noch näher erläutert wird. Das erhaltene Auswertergebnis wird dann von einer Anzeigevorrichtung 10 angezeigt.

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Die Stärke dee auf den zentralen und peripheren Bereich der tonischen Bodenfläche Ib des Reaktionsgefäßes la auftreffenden Liichts wird mit I . bzw. I _o bezeichnet, die durchschallt ti i-

OJ. Oc.

3hen Durchlässigkeiten einer Teilchenschicht im zentralen und ieripheren Bereich mit k^ bzw. k₂, die Gesaratdurchlässigkeiten ier Lichtwege außerhalb der Teilchenschicht (Prüfflüssigkeit, laterial des Reaktionsgefäßes usw.) mit k¹, bzw. k'₂, die lurchschnittlichen Lichtstärken des auf den ersten bzw. zwei- :en Liehtempfangebereich 6a bzw. 6b auftreffenden Lichts mit I, 3ZW. Ip, die Flächen des ersten und zweiten Lichtempfangebe-•eichs mit S, bzw. S₂, die photoelektrischen Umwandlungsbeiwert Les ersten und zweiten Lichtempfangsbereichs mit K. bzw. K₂, die Verstärkungen des ersten und zweiten Verstärkers 7a und 7b mit ι-, bzw. A₂ und die Ausgangssignale der Verstärker mit E-, bzw. S₂. Ausgehend τοη dieser Basis können die folgenden Gleichungen tbgeleitet werden:

Ei = Ki-Ai-Si-Ii (1=1, 2)

Ii = ki-k'i'Ioi

Jihand der vorstehenden Gleichungen läßt sich ferner folgendes ^rerhältnis ableiten:

Ei = Ki'Ai'Si'ki'k'i'Ioi

^renn die Verstärkungsfaktoren Ai der Verstärker 7a und 7b so ingestellt sind, daß für den Fall, daß das Reaktionsgefäß la ine Reaktionsflüssigkeit ohne Teilchenenthält,d.h. ki=l, Ei= 00 mV als Ausgangswert erhalten wird. Für den Fall, daß das Rektionsgefäß eine Reaktionsflüssigkeit mit Teilchen enthält, ist er Ausgangswert Ei wie folgt:
Ei » lOO'ki

erner wird festgelegt, daß yi=l-ki. Der Wert yi ist ein Maß daür, daß kein Licht durch den zentralen und peripheren Bereich indurchgelassen, wird, weil es gestreut und von der auf der Boenflache niedergeschlagenen Teilchenschicht absorbiert wird, enn 9i mit 100 multipliziert wird, kann folgende Gleichung rhalten werden ρ¹I=IOO^i=IOO-IOOkI=IOO-Ei. Der Wert von O¹I

BAD ORIGINAL noPY *Ϊ

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etellt die Differenz zwischen dem Ausgangswert τοπ 100 mV für den Fall der Beaktionsflüssigkeit ohne Teilchen und dem Auegangswert Ei im Fall einer Beaktionsflüssigkeit mit Teilchen dar. Mit anderen Worten heißt das, daß der Wert τοη p'i einen Prozentsatz der Verringerung des Ausgangswertes aufgrund des Vorhandenseins von Teilchen wiedergibt und folglich durch die Dicke der Teilchenschicht im zentralen und peripheren Bereich bestimmt ist.

Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird im Bechner 9 zunächst der vorstehend genannte Wert $>'i abgeleitet und dann ein Verhältnis **^βΡ'τ/ρ'? berechnet· Ferner wird das Verhältnis r mit gegebenen Bezugswerten R^ und E₂ (R₁^ R₂) verglichen, die experimentell festgelegt werden können. Bei einem gleichmäßigen Niederschlagsmuster gemäß Fig. 1 und 5 ist das Verhältnis r zwischen der Dicke der Teilchenschicht im zentralen Bereich der Bodenfläche und der im peripheren Bereich klein, während das Ver. hältnis r bei dem integralen Muster gemäß Fi g_e 2 und 4 groß ist. Bei dem Zwischenmuster gemäß Fig. 3 hat auch das Verhältnis r einen Zwischenwerte Durch einen Vergleich des Verhältnisses r mit den beiden Bezugswerten R-, und R₂ können also die folgenden Bewertungen vorgenommen werden:

r>R^ j "integrales Muster (-)" R₁^r^r!sR₂ } ■ Zwischenmuster (?)" r<H₂ ; "gleichmäßiges Niederschlagsmuster (+)"

Auf diese Weise können gemäß der Erfindung die verschiedenen, in den Fig. 1 bis 5 gezeigten Teilchenmuster exakt ausgewertet werden. Mit anderen Worten heißt das, daß gemäß der Erfindung selbst dann Teilchenmuster genau beurteilt werden können, wenn die Menge der in der Reaktionsflüssigkeit enthaltenen Teilchen schwankt.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist son-

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lern in vielerlei Hineicht vom Fachmann im Rahmen der Erfindung ibgewandelt werden kann. So sind beispielsweise bei dem hier beichriebenen Ausführungsbeispiel die Beaktionegefäße in dem Mikröilättchen ausgebildet; sie können aber auch von getrennten Beiktionegefäßen gebildet sein· Ferner kann die Bodenfläche des leaktionsgefäßes beliebige Gestalt haben, beispielsweise die liner Pyramide, eines Giebeldachs oder eines Halbdachs. Ferner :ann die Bodenfläche linear abgetastet werden und die Dioke der teilchenschicht im zentralen Bereich einschließlich des tiefsten *unktes sowie die Dicke des vom zentralen Bereich entfernten »eripheren Bereichs mittels eines Gatters extrahiert werden. In liesem Fall kann die Dicke im peripheren Bereich als durchichnittliche Dicke des zugehörigen Bereichs berechnet werden.

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Claims

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PATENTANWÄLTE* - · -"ΓΙ. »>r.-ing. ιίιλνζ »uesthoff

STHOFF-v. PECHMAN N -BEHRENS-GOETZ ^-^η.,κ^κ^^τΗον?^

DIPL.-ING. GERHARD PULS (1952-I971)

EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

DIPL.-CHEM. DR. E. PREIHEKR VON PECK

DR.-ING. DIETER BEHRENS

DIPI..-ING.; DIPL.-V1RTSCH.-ING. RUPER'

»lympus Optical D-8000 MÜNCHEN 90

!ompany Limited, schweigerstrasse2

'okyo, Japan

telefon: (089) 66 20 ji

TELEGRAMM: PROTECTPATENT TELEX: 5 14070

lA-57 800

Patentansprüche

..J Verfahren zum Auswerten eines Teilchenagglutinations-

S konisch

lusters, welches sich auf der!geneigten Bodenfläche eines Beiktionsgefäßes von auf den Boden abgesunkenen Teilchen gebillet hat,

ladurch gekennzeichnet , daß . eine erste Dicke einer Teilchenschicht in einem ersten Be-•eich einschließlich des tiefsten Punktes der Bodenfläche pho- ;oelektrisch festgestellt wird, und daß eine zweite Dicke in jinem zweiten, vom ersten Bereich entfernten Bereich photoeleksrisch festgestellt wird,

- ein Verhältnis r zwischen der ersten und zweiten Dicke abgeleitet wird, und

. das Teilchenagglutinationsrauster auf der Basis dieses Verlältnisses ausgewertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

ladurch gekennzeichnet , daß das Verhältnis r ier Dicken mit zwei experimentell festgelegten Bezugswerten R₁ and E₂ verglichen wird, und wenn r>R_lf H^r^Rg bzw. r<R₂, das Teilchenagglutinationsmuster als integrales Muster (-), Zwischenauster (?) bzw. gleichmäßiges Niederschlagsmuster (+) bewertet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß die erste Dicke der Teilchenschicht dadurch festgestellt wird_s daß die Dlffe-

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renz zwischen Auβgangesignalen einer eine Abbildung des ersten Bereichs des Beaktionegefaßβε empfangenden, photoelektrischen Wandlervorrichtung bei einer keine Teilchen enthaltenden Reaktionsflüssigkeit und bei einer Teilchen enthaltenden Reaktionsflüssigkeit berechnet wird, und daß die zweite Dicke der Teilchenschicht dadurch festgestellt wird, daß die Differenz der Ausgangesignale einer zweiten, eine Abbildung des zweiten Bereichs des Reaktionsgefäßes empfangenden, photoelektrischen Wandlervorriohtung bei einer keine Teilchen enthaltenden Reaktionsflüssigkeit und einer Teilchen enthaltenden Reaktionsflüseigkeit berechnet wird.

^. Verfahren nach Anspruch 3»

dadurch gekennzeichnet , daß die Ausgangssignale der ersten und zweiten photoelektrischen Wandlervorrichtung für den Fall, daß die Reaktionsflüssigkeit keine Teilchen enthält, auf einen vorherbestimmten Wert von z«B. 100 mV eingestellt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß die erste und zwei* te Dicke der Teilchenschicht durch photoelektrisches Abtasten der Bodenfläche des Reaktionsgefäßes festgestellt wird, bei der ein photoelektrisch umgewandeltes Ausgangssignal erzeugt wird,, aus dem Signalteile extrahiert werden, die dem ersten bzw. zweiten Bereich entsprechen.

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