DE888593C - Vorrichtung zur Bestimmung der Beweglichkeit von kleinen Teilchen - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur Bestimmung der Beweglichkeit von kleinen Teilchen Für verschiedenewissenschaftliche und technische Anwendungen ist es erwünscht, die Bewegungen von Teilchen, die zu winzig sind für die Wahrnehmung mit unbewaffnetem Auge, definieren zu können. Diese Beweglichkeit kann unabhängig sein, und dann ist sie also eine Eigenschaft der Teilchen, «,-elche man beobachten will, wie es z. B. der Fall ist bei Bakterien und sonstigen Mikroorganismen. Es ist jedoch auch möglich, daß die Bewegung abhängig ist und dadurch verursacht wird, daß man die Teilchen durch ein elektrisches Feld oder durch eine bewegte Flüssigkeit, worin sie suspendiert wird, sich bewegen läßt. In beiden Fällen ist die Vorrichtung nach der' Erfindung verwendbar.
• Aus der schweizerischen Patentschrift 259 932 ist eine Vorrichtung bekannt- zum Zählen von roten Blutkörperchen in einer bestimmten Menge Blut. Gemäß diesem Verfahren führt man die Blutkörperchen in verdünntem Zustand durch ein so enges Kapillarrohr, daß sich nur ein Blutkörperchen zugleich im Durchmesser dieses Rohres befinden kann. Weil jedes Blutkörperchen den Lichtstrom einer sich an einer Seite dieses Rohres befindenden Lichtquelle unterbricht, kann mit einer sich an der anderen Seite des Rohres aufgestellten und mit einer Zählvorrichtung gekuppelten photoelektrischem Zelle die Zahl der mit der Verdünnungsflüssigkeit durch das Kapillarrohr strömenden Blutkörperchen gemessen werden.
• In der amerikanischen Patentschrift 2 427 319 ist ein Verfahren beschrieben, um die Trübung einer sich in einer Flasche befindenden Flüssigkeit zu messen. Nach diesem Verfahren setzt man den Inhalt der Flasche in Bewegung und mißt mit Hilfe einer photoelektrischen Zelle die Lichtabsorption der durch diese Bewegung aufgewirbelten Verunreinigung.
• Nach der Erfindung werden Lichtimpulse registriert, verursacht von Licht, welches reflektiert oder zerstreut von sich unter einem Mikroskop befindenden, bewegenden Teilchen, erhellt mittels einer Lichtquelle, unter Zwischenschaltung eines Diaphragmas mit einer oder mehreren Öffnungen, die vorzugsweise von der Größenordnung des Projektionsbildes des sich bewegenden Teilchens in dem mit dem Mikroskop in der Ebene des Diaphragunas hergestellten Bild auf eine photoelektrische Zelle fällt und durch einen damit verbundenen Registrierapparat, z. B. einen Oszillographen oder eine Zählvorrichtung, registriert wird.
• Vorzugsweise wird, kombiniert mit der Lichtquelle, ein Dunkelfeldkondensor angewandt; dadurch werden die sich im Feld des Mikroskops befindenden Teilchen beleuchtet, wodurch diese Teilchen zu allen Seiten unregelmäßig zerstreutes oder reflektierendes Licht zurückwerfen. Die Apparatur ist dadurch viel empfindlicher als mit durchfallendem Licht, weil der Prozentualunterschied im Lichtstrom, der beim Durchgang eines Teilchens auf die photoelektrische Zelle fällt, bei Dunkelfeldbeleuchtung viel größer ist als bei durchfallendem Licht.
• Der größte Teil des Feldes wird im Projektionshild vom Diaphragma abgeblendet; wenn ein Teilchen sich jedoch über einem nicht abgeblendeten Teil des Feldes bewegt, .empfängt die phötoelektrischeZelle einenLichtimpuls, der in bekannter Weise, gegebenenfalls verstärkt, registriert werden kann. Die Größe der einen oder mebreren Öffnungen des Diaphragmas soll derartig gewählt werden, daß diese von derselben Größenordnung sind wie das Bild der Teilchen, deren Bewegungen man beobachten will. Die Öffnungen können auch schlitzförmig sein, und in diesem Fall soll die Breite des Schlitzes vorzugsweise von der Größenordnung der Teilchen sein. Wenn die Abmessung viel geringer ist, wird der Lichtimpuls unnötigerweise abgeschwächt, während bei einer zu großen Öffnung so viele Teilchen sich zu gleicher Zeit im nicht abgeblendeten Teil des Feldes bewegen können, daß sogar bei einer ziemlich starken Verdünnung des Präparats so viele gleichzeitige Durchgänge stattfinden, daß diese nicht mehr in einfacher Weise von der photoelektrischen Zelle und vom Registrierapparat getrennt werderi können.
• Man kann jedoch die Öffnung auch so groß machen, daß das Licht von mehreren Teilchen zugleich die photoelektrische Zelle erreicht. Man bekommt dann nach Verstärkung eine verhältnismäßig größere Spannungsschwankung, welche man elektronisch von der Zählvorrichtung als ein Vielfacher von einem einzelnen Durchgang registrieren lassen kann.
• Es ist ebenfalls möglich, weil die Bewegungen der Teilchen im Licht nicht stetig sind, bei einem konzentrierten Präparat oder bei einer größeren Öffnung des Diaphragmas (wobei meistens das Licht von mehreren Teilchen die photoelektrische Zelle erreicht) zu zählen, wie oft innerhalb einer bestimmten Zeit die Ausgangsspannung des Ver= stärkers sich über einen nach Wahl festzustellenden Schwellenwert steigert.
• Mittels statischer Angaben kann man daraus Folgerungen ziehen betreffs der Bewegung der Teilchen, wobei man auch Rücksicht nehmen soll auf die Höhe des Schwellenwerts.
• Das nachstehende Beispiel dient zur Erläuterung der Erfindung: Die Brauchbarkeit von Sperma für künstliche Befruchtung wurde bis jetzt dadurch festgestellt, daß man ein Präparat davon unter ein Mikroskop legte und die Beweglichkeit der Spermen dem Anschein nach beurteilte. Die Abgabe eines zuverlässigen Urteils über die Brauchbarkeit ist auf diese Welse sehr schwierig und erfordert große Übung, da ja hierbei keine objektiven Meßerfodge erhalten werden.
• Wenn man das Präparat in einer bestimmten Schichtdicke z. B. in einem Haemocytomete@r unter ein Mikroskop legt, vorzugsweise arbeitend mit Dunkelfeldkondensor geringer Vergrößerung und großer Öffnung des Diaphragmas, kann man an Hand der ganzen Lichtmenge, festgestellt mit einer photoelektrischen Zelle und einem Verstärker, die Konzentration des Präparats feststellen, wobei man. zur Vergleichung eine Platte aus mattgeschliffenem Glas, welche Platte an 'Stelle des Haemocytometers gelegt wird, anwenden kann. Diese Konzentration soll bekannt sein, weil sie Einfluß hat auf die Zahl von Durchgängen, welche im nachstehenden Teil des Beispiels beschrieben werden.
• Danach wird bei starker Vergrößerung und einem Diaphragma, wie im obenstehenden beschrieben, registriert, wie viele Spermen pro Zeiteinheit im vom Diaphragma nicht abgeblendeten Teil des Feldes passieren oder wie oft der Lichtimpuls sich über den Wert der Schwelle steigert. Dies ist ein Index für die Bewegung. Die Kombination von Konzentration und Index der Bewegung ergibt einen objektiven Maßstab der Beweglichkeit der Spermen und infolgedessen der Brauchbarkeit des Präparats für künstliche Befruchtung.
• Die Anordnung das Apparats nach der Erfindung ist in der Fig. i schematisch angegeben. Mit Hilfe einer Mikroskopierlampe i und eines Mikroskops 2, versehen mit einem Dunkelfeldkondensor 3, wird z. B. ein Spermapräparat auf Schirm 4 projiziert.
• In diesem Schirm kann nach Wahl ein kleines, ein großes oder ein mehrfaches Diaphragma angeordnet werden. Wenn Spermen sich im Projektionsbild über dem Diaphragma bewegen, erreicht das zerstreute Licht den photoelektrischen Multiplikator, der sich in 5 befindet. Über dem Filter6, welches ein Band von o bis 3o Hz passierem läßt und in dieser Weise Störungen von anderen Frequenzen einschränkt, werden die Spannungsschwankungen des Ausgangs des Multiplikatorverstärkers einem langsamen Oszillograph 7 zugeführt. Zwecks genügend stetiger Lichtstärke soll die Mikroskopierlampe mit stabilisiertem Gleichstrom gespeist werden.
• Mit dieser Apparatur ist es möglich, den Durchgang eines einzelnen Spermas durch den mit dem Diaphragma übereinstimmenden Teil des Feldes deutlich zu registrieren.
• Bei Anwendung einer Zählvorrichtung anstatt eines Oszillographen kann das Ausgangssignal des photoelektrischen Multiplikators als Wechselsignal erhalten werden durch periodische Unterbrechung des auf den Multiplikator fallenden Lichtes, wobei die Unterbrechung mit Hilfe einer rotierenden, mit einer oder mehreren Öffnungen versehenen Scheibe stattfindet. In dieser Weise entsteht eine Wechselspannung derselben Periode der Unterbrechung, welche moduliert ist von den Bewegungen der Spermen.
• Diese Signale können in bekannter Weise verstärkt und gleichgerichtet werden, und man kann sie in dieser Weise geeignet machen zur Anpassung an eine Zählvorrichtung. Auch ein üblicher Gleichstromverstärker kann angewandt werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE-. i. Vorrichtung zur Bestimmung der Beweglichkeit von kleinen Teilchen, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle zur Beleuchtung dieser Teilchen, durch eine photoelektrische Zelle, durch ein zwischen den Teilchen und der photoelektrischen Zelle angeordnetes einfaches oder mehrfaches Diaphragma und durch eine die Impulse der Photozelle anzeigende oder zählende Registrier- oder Zählvorrichtung. z. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dunkelfeldkondensor angeordnet worden ist. 3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen des Diaphragmas von derselben Größenordnung sind wie die Teilchen, deren Bewegung man feststellen will. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche i oder a, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen denTeilchen und dem Diaphragma ein optisches, diese Teilchen vergrößert projizierendes System angeordnet ist und daß eine der Abmessungen des Diaphragmas übereinstimmt mit der Größenordnung des Projektionsbildes der Teilchen. 5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um den Lichtstrom zwischen Lichtquelle und photoelektrischer Zelle periodisch zu unterbrechen. 6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Diaphragma ersetzt werden kann durch ein Diaphragma, dessen Abmessungen groß sind im Vergleich zu den Teilchen oder deren Projektionsbildern an der Stelle des Diaphragmas und daß die Registrier- oder die Zählvorrichtung ersetzt werden kann durch eine Vorrichtung, mit der die Stärke des. Lichtstroms abgelesen werden kann.