-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Verdünnungs- und Meßeinrichtung
für eine
Partikelzählung
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1. Diese Vorrichtung ist insbesondere aber
nicht ausschließlich
dazu bestimmt, Blutzellen zu zählen.
-
Eine
Vorrichtung, die die Merkmale des Oberbegriffes des Anspruches 1
zeigt, ist in der SE-B-8206784.4
beschrieben.
-
Im
Stand der Technik ist es bekannt (vgl. z.B. WO 95/25269), Blutzellen
zu zählen,
indem man ein exakt definiertes Volumen einer verdünnten Blutprobe
veranlaßt,
eine sog. Kapillare zu passieren, d.h. ein extrem kleines Loch,
generell in einem Rubin, wobei das Loch einen Durchmesser hat, der
beträchtlich größer als
die Größe einer
Blutzelle ist, typischerweise 80μm.
Es wird eine Spannung an die Kapillare angelegt und wenn eine Blutzelle
durch das Loch hindurch passiert, ändert sich der elektrische
Widerstand. Dies liegt daran, daß die Zellen als Isolatoren angesehen
werden können.
Jede Änderung
des Widerstandes kann durch eine geeignete elektronische Ausrüstung detektiert
werden und die Summe aller detektierten Änderungen entspricht der Anzahl
von Blutzellen, die durch die Kapillare gelangt sind. Um eine Konzentration
von Zellen in der originalen Probe zu erhalten, wird die Konzentration
von Zellen in der verdünnten
Probe mit dem Verdünnungsfaktor
multipliziert, typischerweise 1:40000, wenn das Zählen von
roten Blutzellen (RBC) betroffen ist. Es ist offensichtlich, daß das Messen
des Probenvolumens und des Verdünnungsflüssigkeitsvo lumens
in exakter und wiederholbarer Weise durchgeführt werden müssen, so
daß nicht
nur ein korrekter Grad von Verdünnung stets
garantiert werden kann, sondern auch eine vollständige und gleichförmige Mischung
der zwei Volumina sichergestellt ist.
-
Bei
einem typischen Apparat nach dem Stand der Technik wird eine Spritze
dazu verwendet, ein definiertes Volumen (typischerweise 5ml) von Verdünnungsflüssigkeit
bereitzustellen, und dieses Volumen wird durch eine Leitung in eine
Meßkammer verschoben.
Auf ihrem Wege zur Meßkammer
bringt die Verdünnungsflüssigkeit
ein definiertes Volumen (typischerweise 25μl) einer Blutprobe mit sich,
welche zuvor in die Leitung eingebracht wurde. Die Blutprobe mischt
sich mit der Verdünnungsflüssigkeit
und wird von dieser in der Meßkammer
gelöst,
welche somit auch eine Verdünnungs- oder Mischkammer
ist, und ein definierter Bruchteil der verdünnten Probe wird weiter durch
eine Kapillare verschoben, die in einer Wand der Meßkammer
angeordnet ist oder in einem Meßwandler,
der in der Meßkammer
angeordnet ist.
-
Dieser
Apparat nach dem Stand der Technik erfordert eine Spritze für die Verdünnungsflüssigkeit und
eine separate Misch-/Meßkammer.
Es wäre
daher wünschenswert,
den Apparat durch Kombination der Spritze und mindestens einer Mischkammer
zu vereinfachen.
-
Auch
ist bei dem Apparat nach dem Stand der Technik das Mischen zwischen
der Blutprobe und der Verdünnungsflüssigkeit
in der Meßkammer
durch Turbulenzen verursacht, wenn die beiden Flüssigkeiten in die Meßkammer
eintreten und kann nicht in irgendeiner Weise verstärkt werden.
Es wäre
daher wünschenswert,
die Turbulenzen in der Mischkammer zu steigern, um dadurch eine
gleichförmigere
Mischung der Probe und der Verdünnungsflüssigkeit
zu erhalten. Eine bekannte Methode zum Erhalten einer Turbulenz
in einer Flüssigkeit
ist es, Luftbläschen
in eine Mischkammer an derem Boden mittels einer Pumpe einzulassen.
Offensichtlich macht das Erfordernis einer Pumpe den Apparat teurer
und mühsamer
und vergrößert das
Erfordernis einer Wartung.
-
Die
vorliegende Erfindung hat es als Aufgabe, einerseits eine Möglichkeit
zur Kombination einer Dosierspritze und einer Mischkammer zu schaffen, die
auch eine Meßkammer
sein kann und andererseits ein Mittel zur Verbesserung des Mischens
in einer Mischkammer zwischen einer Partikel enthaltenden Probe
mit einer relativ hohen Konzentration und einer Verdünnungsflüssigkeit
durch Zuführen
von Luft in die Mischkammer ohne die Notwendigkeit einer Pumpe oder ähnlichem.
-
Zum
Erreichen dieser Ziele schlägt
die vorliegende Erfindung vor, einerseits die Volumina einer Spritze
an einer von beiden Seiten ihres Kolbens zu verwenden, auf einer
ersten Seite zum Aufnehmen und Verteilen einer Verdünnungsflüssigkeit
und auf einer zweiten Seite zum Bereitstellen einer Mischkammer,
die mit einer Meßkammer
kombiniert sein kann.
-
In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel schlägt die Erfindung
vor, Luft am Boden der Mischkammer dadurch einzuführen, daß der Druck
in der Mischkammer verringert wird, so daß Luft in die Mischkammer gesaugt
wird. In vorteilhafter Weise wird ein Kolben der Dosierspritze,
die zum Dosieren der Verdünnungsflüssigkeit
verwendet wird, auch zum Absenken des Druckes in der Mischkammer
verwendet. Bevorzugt hat der Kolben eine erste Seite mit einer relativ
kleinen Fläche
zum Dosieren der Verdünnungsflüssigkeit
und ei ne zweite Seite mit einer relativ großen Fläche, so daß eine definierte Verschiebung
des Kolbens in der Dosierrichtung eine Verschiebung eines definierten
Volumens von Verdünnungsflüssigkeit
bewirkt und eine Volumenvergrößerung auf
der zweiten Seite des Kolbens, die größer ist als das genannte definierte
Volumen. Dies schafft seinerseits einen verringerten Druck in einem Luftvolumen
auf der zweiten Seite des Kolbens, was dazu verwendet wird, Luft
in die Mischkammer zu saugen.
-
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend beschrieben unter
Bezugnahme auf die angehängten
Zeichnungen, bei denen:
-
1 ist
eine schematische Ansicht, die einen Apparat nach dem Stand der
Technik zeigt;
-
2 ist
eine schematische Ansicht, die ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung zeigt, das eine kombinierte Misch- und Meßkammer
getrennt von einer Spritze verwendet;
-
3 ist
eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispieles der vorliegenden
Erfindung, das eine Mischkammer verwendet, die mit einer Spritze
integriert ist sowie eine separate Meßkammer;
-
4 ist
eine schematische Ansicht, die ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung zeigt, die eine kombinierte Misch- und Meßkammer
verwendet, die in einer Spritze integriert sind;
-
5 ist
eine schematische Ansicht, die ein fünftes bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt, die eine kombinierte Misch- und
Meßkammer
verwendet, die in einer Spritze integriert sind.
-
Bei
der Anordnung des Standes der Technik gemäß 1 ist 11 eine
Spritze, die einen Zylinder 12 und einen Kolben 13 aufweist,
wobei letzterer innerhalb eines Zylinders mittels einer Kolbenstange 14 beweglich
ist, die sich durch ein Ende des Zylinders hindurch erstreckt, welche
ein offenes Ende sein kann. Das gegenüberliegende Ende des Zylinders
ist geschlossen und mit einer Leitung 15 verbunden. Die Leitung 15 ihrerseits
steht mit einer Zufuhrleitung 16 für Verdünnungsflüssigkeit in Verbindung, welche eine
Ventil 17 darin aufweist und mit einer Abfuhrleitung 18,
die ein Ventil 19 darin aufweist. In der Leitung 18 ist
auch ein Drehventil 20, dessen nicht dargestellter drehbarer
Ventilkörper
einen Durchlaßkanal 21 hat
und der in zwei verschiedenen Positionen positionierbar ist. In
einer ersten Position (dargestellt in 1) steht
der Durchlaßkanal
mit einer Leitung 22 in Verbindung, der zu einer nicht
dargestellten Pumpe führt
und mit einer Leitung 23, die mit einem Gefäß 24 in
Verbindung steht, welches eine zu verdünnende Blutprobe enthält. Die
Blutprobe in dem Gefäß 24 kann
bereits zu einem gewissen Ausmaß verdünnt sein.
Die Abfuhrleitung 18 endet in einer Misch- und Meßkammer 25.
Bei Betätigung
der Pumpe wird die Blutprobe von dem Gefäß 24 durch das Ventil 20 hindurch
transportiert und füllt
so den Durchgangskanal 21. In einer zweiten Position des Ventilkörpers steht
der Durchgangskanal mit der Leitung 18 in Verbindung. Da
der Durchgangskanal 21 ein genau definiertes Volumen enthält, wird
ein Drehen des Ventilkörpers
in die zweite Position dieses definierte Volumen in Verbindung mit
der Leitung 18 bringen.
-
Die
Funktion der bekannten Vorrichtung ist wie folgt: Das Ventil 17 wird
geöffnet
und der Kolben abgesenkt, um ein definiertes Volumen der Verdünnungsflüssigkeit
in die Spritze zu saugen. Danach wird das Ventil 17 geschlossen
und das Ventil 19 geöffnet
und der Kolben 13 wird angehoben, wodurch die Verdünnungsflüssigkeit
durch die Leitung 18 durch das Ventil 20 hindurch
verschoben wird, wobei dessen Ventilkörper in seiner zweiten Position
positioniert ist, so daß das
definierte Volumen der Blutprobe von der Verdünnungsflüssigkeit zur Misch- und Meßkammer 25 gebracht
wird, wo das sehr kleine Volumen der Blutprobe mit dem relativ großen Volumen
der Verdünnungsflüssigkeit
gemischt und mit dieser verdünnt
wird. In einer Wand der Kammer 25 ist eine Kapillare 26 und
ein Abfuhrleitung 27.
-
Es
ist offensichtlich, daß das
einzige Mischen, das in der Kammer 20 stattfindet, durch
Turbulenz verursacht wird, wenn die Probe und die Verdünnungsflüssigkeit
in die Kammer eintreten. Zur Verbesserung des Mischens der Probe
und der Verdünnungsflüssigkeit
sieht die vorliegende Erfindung vor, Luft in die Kammer ohne Notwendigkeit
einer Pumpe oder ähnliches
einzuführen.
-
In 2 sind
die Bezugszeichen 15-24 dazu verwendet, Teile
entsprechend denen der 1 zu bezeichnen. Die Spritze
der 1 ist durch eine Spritze 31 ersetzt,
die einen im wesentlichen vertikalen Zylinder 32 aufweist,
der einen zweifach wirkenden Kolben 33 hat, der mittels
einer Kolbenstange 34 darin beweglich ist, welch letztere
auf einer Seite des Kolbens angebracht ist und dichtend durch ein
geschlossenes Ende des Zylinders hindurchgeführt ist. Das Innere dieses
Endes des Zylinders steht mit der Leitung 15 in Verbindung.
Das gegenüberliegende untere
Ende des Zylinders, das in ähnlicher
Weise geschlossen ist, steht mit einer kombinierten Misch- und Meßkammer 35 durch
eine Leitung 36 hindurch in Verbindung, die zu einem oberen
Verschluß 37 geöffnet ist.
Die Abfuhrleitung 18 für
Verdünnungsflüssigkeit
erstreckt sich durch den Verschluß hindurch und öffnet sich
innerhalb der Kammer 35. In einer Wand der Kammer ist eine
Kapillare 38 und eine Abfuhrleitung 39 einschließlich eines
metallischen Teiles 40, das eine Elektrode bildet, die
mit einem elektrischen Draht 41 verbunden ist. Eine weitere
Elektrode 42 ist innerhalb der Kammer 35 angeordnet
und mit einem elektrischen Draht 43 verbunden. Am Boden
der Kammer 35 ist eine Leitung 44 mit einem Ventil 45.
Auch die Leitung 44 kann ein metallisches Teil 46 haben,
das eine Elektrode bildet, die mit einem elektrischen Draht 47 verbunden
ist. Über
eine Verbindung des Drahtes 41 mit einem Pol und einem oder
beiden der Drähte 43, 47 mit
dem anderen Pol einer geeigneten elektronischen Zählausrüstung kann
eine Spannung an die Kapillare angelegt werden.
-
Die
Funktion des Apparates der 2 ist wie folgt:
Das Ventil 19 ist geschlossen und das Ventil 17 geöffnet und
die Kolbenstange 34 wird betätigt, um den Kolben um einen
vorgegebenen Abstand aus seiner oberen Position abzusenken. Eine
Verdünnungsflüssigkeit,
typischerweise eine isotonische Lösung aus NaCl, wenn eine Verdünnung einer
Blutprobe und das Zählen
von RBC betroffen ist, wird aus einer nicht dargestellten Quelle
in das obere Volumen V1 der Spritze 31 durch
die Leitungen 16 und 15 gezogen. Danach wird das
Ventil 17 geschlossen und das Ventil 19 geöffnet und
der Ventilkörper
des Drehventiles 20 wird gedreht, so daß sein Durchgangskanal 21 mit
der Leitung 18 verbunden wird. Jetzt wird die Kolbenstange 34 betätigt, um
den Kolben 33 anzuheben, wodurch die Verdünnungsflüssigkeit
durch die Leitungen 15 und 18 hindurch verschoben
wird und die Blutprobe aus dem Durchgangskanal 21 in die
Kammer 35 verbracht wird. Gleichzeitig vergrößert sich
das Volumen V2 der Spritze mehr, als das obere
Volumen V1 sich verkleinert, aufgrund der
größeren effektiven
Kolbenfläche
auf der Unterseite des Kolbens. Dies führt zu einem Absenken des Druckes in
einem Luftvolumen in dem unteren Volumen V2. Jetzt
wird das Ventil 45 geöffnet
und Luft unter Atmosphärendruck
kann in die Leitung 44 und die Kammer 35 an deren
Boden eintreten, um mindestens ein Luftbläschen zu erzeugen, das durch
die Mischung der Blutprobe und der Verdünnungsflüssigkeit hindurch aufsteigt,
was eine zusätzliche
Turbulenz schafft, als es das Resultat des einfachen Einführens der
Probe mit der Verdünnungsflüssigkeit
bringen würde.
Dies führt
zu der gewünschten
verbesserten Mischung und, als Folge, zu einer gleichförmigeren Verteilung
der Blutzellen innerhalb des Volumens.
-
Das
Ausführungsbeispiel
der 3 unterscheidet sich von dem der 2 darin,
daß eine Mischkammer
in die Spritze 51 integriert ist, einfach dadurch, daß das untere
Volumen V2 als Mischkammer 52 verwendet
wird, in welche die Leitung 18 öffnet sowie eine Lufteinlaßleitung 53,
die ein Ventil 54 aufweist. Die Leitung 55 führt von
der Kammer 52 zu einer separaten Meßkammer 56, die eine
Kapillare 57, eine Abfuhrleitung 58 sowie Elektroden 59 und 60 mit
elektrischen Drähten 61 bzw. 62 aufweist.
Während
bei dem Ausführungsbeispiel
der 2 das gesamte untere Volumen V2 trocken
war, enthält
es in 3 ein oberes Luftvolumen und ein unteres Volumen
einer Blutprobe und von Verdünnungsflüssigkeit,
wenn der Kolben einmal verschoben wurde, um die Verdünnungsflüssigkeit
zu verschieben. Wie zuvor bewirkt der Unterschied der Flächen der
Ober- und Unterseiten des Kolbens ein Absenken des Druckes in dem
unteren Volumen V2, welches dazu verwendet
wird, Luft in die Mischkammer 52 zu ziehen, wenn das Ventil 54 geöffnet wird.
-
Das
Ausführungsbeispiel
der 4 unterscheidet sich von dem der 3 darin,
daß die
Spritze 51 ihr unteres Volumen V2 als
Misch- und Meßkammer 72 verwendet.
-
Folglich
besteht der einzige Unterschied im Vergleich zu 3 darin,
daß die
Kapillare 73 in der Wand der Spritze angeordnet ist und
eine Abfuhrleitung 74 mit einer Elektrode 75 aufweist.
Zumindest eine weitere Elektrode ist als metallischer Teil der Leitung 18 und/oder 53 angeordnet
(nicht dargestellt).
-
5 zeigt
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
einer Spritze 81, die eine kombinierte Misch- und Meßkammer 82 aufweist.
Hier beschreibt die Leitung 18 zum Einführen einer Probe und der Verdünnungsflüssigkeit
in die Kammer 82 eine im wesentlichen vertikale Schleife 83,
bevor ihr Ende mit dem Bodenende der Spritze verbunden ist. Die
Schleife enthält
einen V-förmigen Abschnitt
mit einem ersten Schenkel 84 und einem zweiten Schenkel 85.
Am Boden der V-Form steht die Leitung 18 mit der Kapillare 86 in
Verbindung, die in der Wand der Spritze angeordnet ist. Die Leitung 18 hat
ein weiteres Ventil 87 zwischen der Schleife und der Spritze.
Am Boden der Spritze kann eine Entleerungsleitung 88 mit
einem Ventil 89 vorhanden sein (eine solche Leitung und
ein solches Ventil können
an den zuvor beschriebenen Spritzen ebenfalls vorhanden sein). Mindestens
eine Elektrode ist auf jeder Seite der Kapillare vorgesehen, in
geeigneter Weise durch metallische Teile der mit der Spritze verbundenen
Leitungen. Um den Einfluß von
Luftbläschen
zu reduzieren, die möglicherweise
an den inneren Seiten der Leitungen anhaften, ist es allerdings
bevorzugt, daß zwei
Elektroden an jeder Seite vorgesehen sind. Folglich ist eine Elektrode 90 an
dem Schenkel 84 und eine Elektrode 91 an dem Schenkel 85 der
Leitung 18 angeordnet. Ein elektrischer Draht 92 verbindet
die Elektroden 90 und 91 und ein elektrischer
Draht 93 führt
von der Elektrode 91 fort. Entsprechend ist eine Elektrode 99 an
der Leitung 18 zwischen dem Ventil 87 und der
Spritze angeordnet und eine Elektrode 95 ist an der Leitung 53 zwischen
der Spritze und dem Ventil 54 angeordnet. Ein elektrischer
Draht 96 verbindet die Elektroden 94 und 95 und
ein elektrischer Draht 97 führt von der Elektrode 95 fort.
Um einen Kurzschluß zwischen den
Elektroden 90, 91 und 94, 95 zu
verhindern, hat das Ventil 87 eine isolierende Funktion
in ihrer geschlossenen Position. Eine Verzweigungsleitung 98 führt von
der Leitung 18 fort und hat ein Ventil 99.
-
Beim
Betrieb des Ausführungsbeispieles
der 5 gelangen die Verdünnungsflüssigkeit und die Blutprobe,
die von dem Kolben 33 durch die Leitung 18 hindurch
verschoben werden, durch die Schleife 83, bevor sie in
die Kammer 82 eintreten. Beim Passieren der Schenkel 84 und 85 der
Schleife wird die Flüssigkeit
Luftbläschen,
die möglicherweise
an den inneren Seiten an den Schenkeln 84, 85 anhaften, insbesondere
an deren als Elektroden dienenden Schenkel, fortspülen. Bei
diesem Zustand ist das Ventil 87 geöffnet und das Ventil 99 geschlossen, ebenso
wie die Ventile 54 und 89. Aufgrund der sehr kleinen Öffnung der
Kapillare 86 wird lediglich ein vernachlässigbares
Volumen von Flüssigkeit
durch die Kapillare hindurch in die Kammer 82 eintreten.
-
Wenn
das vorbestimmte Volumen in die Kammer 82 eingetreten ist,
wird das Ventil 54 geöffnet,
um Luft in die Kammer 82 einzuführen, zur Mischung der Blutprobe
mit der Verdünnungsflüssigkeit.
Darauf wird das Ventil 54 geschlossen, der Ventilkörper des
Drehventiles 20 wird in die dargestellte Stellung gebracht,
in der es die Leitung 18 absperrt, das Ventil 87 ist
geschlossen und das Ventil 99 geöffnet. Der Kolben 33 wird
abgesenkt, um verdünnte Probe
durch die Kapillare 86 und den Schenkel 84 der
Schleife 83 hindurch zu drücken in die Leitung 18, von
wo sie in die Leitung 98 eintritt. In der Leitung 98 ist
ein transparenter Abschnitt mit zwei Lichtsensoren 100 und 101,
die längs
einer Distanz 102 entsprechend einem vorbestimmten Volumen
in der Leitung 98 entfernt voneinander angeordnet sind.
Diese Sensoren werden eine Änderung
des Brechungsindex der Flüssigkeit,
die an ihnen vorbeipassiert, erfassen. Da die Leitung 18 nur
mit klarer Verdünnungsflüssigkeit
gefüllt
ist, nachdem sie das Volumen der Blutprobe verschoben hat, welches
in dem Durchflußkanal 21 des
Drehventiles 20 enthalten ist und zwar durch die Leitung 18 und
in die Kammer 82, wird die Flüssigkeit, die zuerst die Sensoren
passiert, das transparente Volumen der Verdünnungsflüssigkeit sein, das in dem Abschnitt
der Leitung 18 zwischen der Kapillare 86 und dem
Verzweigungspunkt zwischen den Leitungen 18 und 98 enthalten
ist. Sobald Flüssigkeit
mit einem anderen Brechungsindex, d.h. verdünnte Blutprobe, den ersten
Sensor passiert, beginnt das Zählen
der Blutzellen und sobald dieselbe Änderung am zweiten Sensor angezeigt
wird, endet das Zählen.
Das erhaltene Resultat ist die Anzahl von Blutzellen, die in dem
definierten Volumen (typischerweise 200-400μm) zwischen den Sensoren 100 und 101 enthalten
ist, und diese Anzahl wird durch das vorbestimmte Volumen geteilt,
um die Konzentration in der Probe zu erhalten. Es ist jetzt einfach,
die Konzentration der Blutzellen in der ursprünglichen unverdünnten Blutprobe
zu erhalten, durch Multiplikation mit dem Verdünnungsfaktor.