FI81211C - Foerfarande och anordning foer snabb bestaemning av formen pao celler eller motsvarande i en stroem. - Google Patents

Description

1 81211

Menetelmä ja laite solujen tai vastaavien muodon nopeaan määrittämiseen virtauksesta - Förfarande och anordning för snabb bestämning av formen pä celler eller motsvarande i en Ström.

Biotekniikan eräs hyvin mielenkiintoinen alue on saada kasveja, sieniä, bakteereja jne. muokatuksi perimältään siten, että niihin saadaan tiettyjä haluttuja ominaisuuksia. Esimerkiksi joku mikrobi saadaan tuottamaan runsaasti haluttuja antibiootteja. Eräs paljon käytetty tekniikka on altistaa solu säteilylle tai mutaatioita aiheuttaville kemikaaleille. Menetelmillä saadaan todennäköisyyksillä 10”^ - 10"? haluttuja mutantteja, joita sitten voidaan tuottaa suuria määriä ja jalostaa edelleen.

Mikrobien kohdalla yksittäisten kantasolujen erotteluun pyritään laimentamalla niitä sisältävää liuosta, kunnes tietyssä tilavuudessa suurella todennäköisyydellä on vain yksi mikrobi. Tällöin päädytään käytännössä tilanteeseen, jossa noin puolet viljelyn käynnistykseen otetuista vakiotilavuuksista ei sisällä ollenkaan mikrobia ja viljemien tuottoteho alenee vastaavasti. Kasvisoluille laimennusmenettely ei sovellu, vaan solumassasta täytyy mikroskoopin avulla valita terveet halutut yksittäisso-lut erilliskasvatukseen. Jos nämä solut valitaan mikroskoopin levyltä mikropipetillä erilliskasvatukseen tiettyyn paikkaan elatuslevylle yksitellen, saavutetaan ehkä nopeus 1 solu minuutissa. Tällöin yhden ihmisen työaikaa kuluisi tuollaisen tyypillisen todennäköisyyden mukaan (10"5 - 10-6) vuodesta kymmeneen vuoteen. Automatisoimalla tekniikkaa osittain päästään nykyisin nopeuteen noin 5 solua minuutissa. Tällöin käytetään vielä ihmistä mukana suorittamassa puoliautomatiikan mukana solujen valintaa. Kehitteillä on tekniikkaa, joka muuttaa kuvan sähköisiksi signaaleiksi tietokonetta varten. Tietokone tekee näköhavaintojensa perusteella valinnan ja kääntää virtauksen hanalla haluttuun putkeen, josta edelleen haluttu solu kerätään automaattisesti yksittäiskasvatukseen. Tässä tekniikassa tulee rajaksi kameran kuvausnopeus ja toisaalta mikroskooppi ja nopea 2 81211 kamera tietojenkäsittelyineen on hyvin kallis ratkaisu. Mikroskooppi myös periaatteessa rajoittaa käytettyä aallonpituutta, koska se on tehty silmän näkemälle aallonpituudella, joka on vain osa optiikan lakeja noudattavasta sähkömagneettisesta säteilystä. Yleisenä toiminnan valvonta- ja arviointiperusteena erilaisissa biotekniikan fermentointiprosesseissa on tuotanto-liuoksen sisältämien solujen ja muiden partikkelien luonteen ja laadun tarkkailu. Täten seurataan mm. prosessissa käytettävien organismien elävyyttä ja erilaisten ei-toivottujen partikkelien esiintymistä. Tämä tehdään pienten kohteiden osalta mikroskoop-pisesti tietyin väliajoin otetuista näytteistä. Tässä kuvattu laitteisto mahdollistaisi jatkuvan seurannan, jolloin valvonta tehostuu ratkaisevasti.

Keksinnön tarkoitus saavutetaan menetelmällä ja laitteella, joiden tuntomerkit on esitetty vaatimuksissa.

Tämän keksinnön tärkeimmät edut ovat vaiintaoptiikan halpuus verrattuna mikroskooppi-kamera yhdistelmään, ja näitä voidaan laittaa rinnakkain useita hyvin edullisesti, koska valolähteitä ja tietojenkäsittelyä voidaan yhdistää. Myöskään käytetty aallonpituus ei rajoitu ainoastaan näkyvälle alueelle, vaan voidaan käyttää myös sopivia aallonpituuksia IR- ja UV-alueilta, jolloin lajittelu helpottuu. Myöskin UV-alueilla saadaan terä-vämpiä optisia rajoja, koska aallonpituus pienenee.

Seuraavassa esitellään keksintö tarkemmin periaatekuvan 1 avulla. Kuva on huomattavasti suurennettu, koska solujen tai mikrobien halkaisijat ovat yleensä alueella 0,1 - 0,001 mm ja putken pituus/leveys-suhdetta on suurennettu siten, että pituutta on suhteellisesti suurennettu vähemmän kuin leveyttä.

Soluja sisältävä neste tulee säiliöstä paineen avulla kuvan oikeasta laidasta putkeen tai kameraan (2), joka on kuvan syvyyssuunnassa paksuudeltaan vakio ja leveyssuunnassa voi aina li 3 81211 kuvauspaikkojen välillä laajentua turbulenssin tehostamiseksi ja virtausvastuksen pienentämiseksi. Valo tuodaan putkeen valokaapeleilla (11), (12), (13) jne, valo mitataan vastakkaiselta puolelta hyvin viivamaisesti eli noin 1/10-osa mitattavien solujen minimihalkaisijasta esimerkiksi fotodiodilla (21),(22), (23) jne. Kun solu tulee ensimmäiseen kuvauspaikkaan (4) ja ohittaa sen saadaan valon intensiteetistä kuvan (31) mukainen signaali. Vastaavasti kun solu kulkee seuraavan kuvauskohdan (5),(6) jne. ohi saadaan varjosignaalit (32),(33) jne. solujen eri projektioista solun pyöriessä tilastollisesti. Kun signaaleja otetaan noin 10:ssä kuvauspaikassa ja signaalit digitalisoidaan, voidaan tietokoneella piirtää solun ääriviiva, ja tunnistaa se muodoltaan. Virtausnopeus saadaan määrättyä ulos-tulevasta virtauksesta monella eri tavalla esim. laskennallisesti kun mitataan virtausmassa aikayksikössä. Kun haluttu solu tai mikrobi saadaan tunnistettua, niin se ohjataan analyysika-navan jälkeen nopeasti toimivan hanan tai muun sellaisen avulla yksittäiskasvatukseen.

Menetelmä ei rajoitu esitettyihin solu- ja mikrobisovellutuksiin, vaan se voi vaihdella patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (7)

1. Menetelmä solujen tai vastaavien kuten mikrobien nopeaan muodon määrittämiseen putkesta tai kanavasta, jonka läpi nämä on pantu virtaamaan yleensä veden tai jonkin muun väliaineen avulla, tunnettu siitä, että kanavan toisella puolella on valon lähettimiä, joista tulee lähes yhdensuuntaista valoa, useita peräkkäin (11),(12),(13) jne. ja vastakkaisella puolella kanavan poikkisuunnassa viivamaisia valon intensiteettimitta-reita, jotka mittaavat ohi kulkevan kappaleen varjon avulla tilastollisesti eri suunnista tulevan projektion, ja näiden eri suunnista saatujen projektioiden avulla muodostetaan tietokoneella kappaleen koko ja muoto, kun virtausnopeus aukon kohdalla tiedetään.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kanava mittauspisteiden välillä aina jonkin verran laajenee ja on tehty siten, että se on kuvan syvyyssuunnassa vakiosyvyinen kaiverrus ja kaiverruksen päällä oleva kansi on avattavissa, jos kanava tukkeutuu, pesua varten.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään näkyvän valon ulkopuolisia alueita (UV- ja IR-alueet), jolloin pyritään valitsemaan sellainen aallonpituus, jonka absorptioero solun ja ympäröivän väliaineen välillä on mahdollisimman suuri.

4. Patenttivaatimusten 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että virtausnopeus mitataan kanavasta laskennollisesti eri mittauspisteiden viiveestä tilastollisesti ja kalibroidaan tunnettuja kappaleita hyväksikäyttäen.

4 81211

5. Laite solujen tai vastaavien, kuten mikrobien, muodon nopeaan määrittämiseen putkesta tai kanavasta (1), jonka läpi solut väliaineessa, esim. vedessä, virtaa, tunnettu II 5 81211 siitä, että kanavan (1) toisella puolella on valon lähettimiä (11-13), joista tulee pääasiassa yhdensuuntaista valoa, useita peräkkäin (11),(12),(13) jne. ja vastakkaisella puolella kanavan poikkisuunnassa viivamaisia valon intensiteettimittareita (21-23), jotka mittaavat ohi kulkevan kappaleen varjon avulla tilastollisesti eri suunnista tulevan projektion, ja näiden eri suunnista saatujen projektioiden avulla muodostetaan tietokoneella kappaleen koko ja muoto, kun virtausnopeus aukon kohdalla tiedetään.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että kanava (1) mittauspisteiden välillä laajenee.

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että kanava (1) on varustettu avattavalla kannella puhdistuksen helpottamiseksi. 6 81211