FI94646B - Mikro-organismien ja muiden hiukkasten dielektroforeettinen määritys - Google Patents

Mikro-organismien ja muiden hiukkasten dielektroforeettinen määritys Download PDF

Info

Publication number
FI94646B
FI94646B FI913579A FI913579A FI94646B FI 94646 B FI94646 B FI 94646B FI 913579 A FI913579 A FI 913579A FI 913579 A FI913579 A FI 913579A FI 94646 B FI94646 B FI 94646B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
fluid
suspension
particles
chamber
electrodes
Prior art date
Application number
FI913579A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI913579A0 (fi
FI94646C (fi
Inventor
Walter Bernard Betts
Jeremy John Hawkes
Original Assignee
British Tech Group
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by British Tech Group filed Critical British Tech Group
Publication of FI913579A0 publication Critical patent/FI913579A0/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI94646B publication Critical patent/FI94646B/fi
Publication of FI94646C publication Critical patent/FI94646C/fi

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/02—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving viable microorganisms
    • C12Q1/04—Determining presence or kind of microorganism; Use of selective media for testing antibiotics or bacteriocides; Compositions containing a chemical indicator therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C5/00—Separating dispersed particles from liquids by electrostatic effect
    • B03C5/02—Separators
    • B03C5/022—Non-uniform field separators
    • B03C5/026—Non-uniform field separators using open-gradient differential dielectric separation, i.e. using electrodes of special shapes for non-uniform field creation, e.g. Fluid Integrated Circuit [FIC]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/30—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M47/00—Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
    • C12M47/04—Cell isolation or sorting
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/447—Systems using electrophoresis
    • G01N27/44704—Details; Accessories
    • G01N27/44717—Arrangements for investigating the separated zones, e.g. localising zones
    • G01N27/44721—Arrangements for investigating the separated zones, e.g. localising zones by optical means

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Manufacturing Of Micro-Capsules (AREA)
  • Agricultural Chemicals And Associated Chemicals (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Description

* 1 94646
Mikro-organismien ja muiden hiukkasten dielektroforeettinen määritys
Dielektroforetisk bestämning av mikroorganismer och andra partiklar
Oheinen keksintö kohdistuu menetelmään ja laitteeseen mikro-organismien ja muiden hiukkasten määrittämiseksi tai tunnistamiseksi käyttäen hyväksi dielektroforeesi-ilmiötä.
Hyvin tunnettua on se, että dielektrisesti polarisoituviin hiukkasiin, jotka ovat suspendoituneina väliaineeseen epäyhtenäisessä sähkökentässä, kohdistuu silloinkin, kun hiukkasilla ei ole nettovarausta, "dielektroforeettinen" voima, joka pyrkii siirtämään niitä (sen mukaan, onko niiden polarisoituvuus suurempi vai pienempi kuin väliaineen polarisoituvuus) suuntaan, jossa sähkökentän voimakkuus suurenee tai pienenee. Voima F, joka kohdistuu hiukkaseen, jonka tilavuus on v. ja tehollinen polaroituvuus on p, saadaan yhtälöstä
F = pv (E-V) E
missä E on sähkökentän voimakkuus hiukkasen sijaintikohdassa ja V on del-vektorioperaattori. Vaihtokentässä, jossa kentän voimakkuus jokaisessa pisteessä värähtelee, mutta jossa kent-·· täkuvio pysyy paikoillaan, hiukkaseen kohdistuva dielektrofo reettinen voima on yksisuuntainen, vaikka sen suuruus vaihteleekin jaksollisesta, ja tuloksena oleva hiukkasen liike on myös yksisuuntainen siten, että hiukkanen siirtyy, mikäli sen polaroituvuus on suurempi kuin sitä ympäröivän väliaineen polaroituvuus, suuntaan, jossa kentän voimakkuus suurenee, ja : tavallisesti jompaa kumpaa elektrodijärjestelmän elektrodia kohden, joiden väliin kenttä on tuotettu. Vaihtokentän käyttöön liittyy se etu, ettei siitä kohdistu hiukkaseen hiukkasen mahdollisesta nettosähkövarauksesta johtuvaa nettovoimaa, sillä tällainen mahdollinen voima vaihtelee itsekin ja sen keskiarvo yhden jakson aikana on nolla.
2 94646
Alalla on ehdotettu dielektroforeettisen vaikutuksen hyväksikäyttöä biologisten solujen keräämiseksi tällaisia soluja sisältävästä, vedessä tai muussa nesteessä olevasta suspensiosta siten, että suspensio laitetaan astiaan, jossa on tähän suspensioon upotettu elektrodijärjestelmä, minkä jälkeen elektrodien välille aiheutetaan jännite (tavallisesti vaihtojännite) siten, että suspensiossa olevat solut (jotka liikkuvat aina siihen suuntaan, jossa niiden oman välittömän sijaintikohdan kenttävoimakkuus kasvaa) saadaan siirtymään jompaa kumpaa elektrodia kohden ja kerääntymään näille elektrodeille tai niiden välittömään läheisyyteen. Kuten julkaisussa J. A. R. Price, J. P. H. Burt ja R. Pething, Biochimica et Biophysica Acta, 964 (1988), sivut 221-230, on kuvattu, solujen keräänty-misnopeutta on seurattu ja se on mitattu fotometrisesti johtamalla valoa elektrodien välitilan läpi ja mittaamalla valonsäteen voimakkuus läpikulun jälkeen; läpikulkeutuneen valon voimakkuuden pieneneminen, joka aiheutuu valon suuremmasta absorptiosta tai sironnasta solujen kerääntymisen seurauksena, on mitta sekä kerääntyneiden solujen kokonaismäärästä sekä solujen kerääntymisnopeudesta ajan funktiona. Tavallisesti tämä kerääntymisnopeus on suurimmillaan alussa, minkä jälkeen se pienenee johtuen sekä suspensiossa jäljelläolevien solujen pienentyneestä pitoisuudesta että suojaus- tai kyllästyrnisvaikutuksesta, jonka elektrodeille jo kerääntyneet solut saavat aikaan.
Kuten edellä mainitussa julkaisussa on esitetty, on todettu, että solujen kerääntymisnopeus riippuu myös aiheutetun sähkökentän taajuudesta, eli elektrodeille aiheutetun jännitteen taajuudesta. Minkä tahansa solutyypin (tai muiden hiukkastyyp-pien) tapauksessa kerääntymisnopeusspektri, eli käyrä, jossa solujen kerääntymisnopeus riippuu aiheutetun sähkökentän taajuudesta, voidaan määrittää esimerkiksi kentän taajuusalueella 100 Hz - 10 MHz; ja on todettu, että erilaisilla soluilla on merkittävästi erilaiset kerääntymisnopeusspektrit.
3 94646
Niinpä voitaisiin toivoa, että tämän seikan, että erilaisilla soluilla on erilainen kerääntymisnopeusspektri, avulla mikro-organismien fluidisuspensioiden tuntemattomat suspendoituneet aineosat kyettäisiin tunnistamaan määrittämällä koko suspensiolle seka- tai kokonaiskerääntymisnopeusspektri, minkä jälkeen analysoitaisiin tätä spektriä mahdollisten erillisten aineosien tunnettujen spektrien suhteen ja suhteita, joissa tällaisia erillisiä spektrejä voitaisiin yhdistää additiivi-sesti siten, että saataisiin kokeellisesti määritettyä spektriä vastaava sekaspektri.
Kuitenkin tunnettujen laitteiden, joiden avulla tällainen sekaspektri voitaisiin määrittää, tapauksessa tällaisen spektrin määrittämiseen tarvittava aika ja vaivannäkö olisivat epätarkoituksenmukaisen suuria, koska kerääntymisnopeuden jokaisen, jollakin taajuudella toteutetun määrityksen jälkeen tutkittavaa suspensionäytettä sisältävä astia olisi huuhdottava ja täytettävä uudella näytteellä, tai vähintäänkin olemassaoleva näyte olisi palautettava alkuperäiseen, ennen määritystä vallinneeseen tilaansa esimerkiksi voimakkaasti sekoittamalla, mikä on vaikeasti kuviteltavissa, koska näyte on olennaisesti liikkumatonta. Lisäksi kerääntymisnopeuden seuraaminen sellaisen valonsäteen, joka kulkee vain elektrodien välitilan läpi, avulla on epätyydyttävä ratkaisu, koska siitä ei saada lainkaan suoraa tietoa niistä kerääntyneistä hiukkasista, jotka ovat "piilossa" elektrodien takana.
Oheisen keksinnön tavoitteena on saada aikaan parannettu laite dielektroforeettisten kerääntymisnopeuksien ja kerääntymisno-peusspektrien määrittämiseksi suspensiossa olevien, dielektri-sesti polarisoituvien hiukkasten tapauksessa, sekä tätä lai-:* tetta hyväksikäyttävä parannettu menetelmä tällaisten kerään tymisnopeuksien ja kerääntymisnopeusspektrien määrittämiseksi, ja tällä tavalla näiden suspensiossa olevien hiukkasten luonnehtimiseksi tai tunnistamiseksi tunnetuntyyppisten hiukkasten tunnettujen kerääntymisnopeusspektrien perusteella. Hiukkasista, joihin oheista keksintöä voidaan soveltaa, voidaan mainita 4 94646 erilaiset elolliset hiukkaset kuten mikro-organismit ja solut kuten verisolut, soluja pienemmät hiukkaset kuten virukset ja plasmidit, sekä elottomat hiukkaset kuten lateksihelmet, jotka voivat olla tai eivät ole pinnoittuneita elollisella materiaalilla. Seuraavassa kuvauksessa yksinkertainen, lyhyyden vuoksi tehty viittaus hiukkasiin on tarkoitus ymmärtää tässä laajassa merkityksessään.
Keksinnön erään piirteen mukaisesti aikaan saadaan laite flui-disuspensiossa olevien hiukkasten dielektroforeettisten kerään-tymisnopeuksien määrittämiseksi, joka laite käsittää kammion suspensiofluidia varten, elektrodijärjestelmän, jonka tehtävänä on vaikuttaa tässä kammiossa olevaan fluidiin, välineen vaihtojännitteen aikaansaamiseksi tämän elektrodirakenteen elektrodien välille siten, että tähän fluidiin saadaan aikaan kolmiulotteisesti epäyhtenäinen vaihtosähkökenttä, joka saa aikaan mainittuun fluidiin suspendoituneiden, sähköisesti polarisoituvien hiukkasten dielektroforeettisen kerääntymisen näiden elektrodien viereen, sekä välineen hiukkaspitoisuuden mittaamiseksi kammion jostakin kohdasta, tämän kammion käsittäessä sisäänmenon ja ulostulon, jotka sijaitsevat siten, että kammion läpi, sisäänmenosta ulostuloon virtaava fluidi virtaa elektrodirakenteen ohi ja sitten mainitun kohdan läpi, sekä välineen, joka on järjestetty tuottamaan tällainen fluidivirtaus kammion läpi.
Väline, joka on järjestetty tuottamaan fluidivirtaus kammion läpi, voi olla fluidia kierrättävä väline, joka kierrättää fluidia kammion ulostulosta takaisin sen sisäänmenoon.
Väline mikro-organismien tai muiden hiukkasten pitoisuuden • mittaamiseksi on edullisesti edellä kuvatun kaltainen väline, joka käsittää valonlähteen, josta saadaan kammion läpi kulkeva valonsäde (mutta joka sijaitsee elektrodirakenteesta alavirtaan eikä sen kohdalla), sekä valoa ilmaisevan välineen, joka reagoi kammion läpi kulkeneen valonsäteen voimakkuuteen ja täten valonsäteen suurentuneeseen tai pienentyneeseen absorp- = 94646 tioon tai sirontaan, mikä osoittaa fluidiin, jonka läpi valonsäde on kulkenut, suspendoituneiden mikro-organismien tai muiden hiukkasten pitoisuuden suurenemisen tai pienenemisen.
Keksinnön erään toisen piirteen mukaisesti aikaan saadaan menetelmä fluidisuspensiossa olevien, dielektrisesti polarisoituvien hiukkasten dielektroforeettisten kerääntymisnopeuk-sien määrittämiseksi, jossa menetelmässä: suspensiofluidi saatetaan virtaamaan elektrodi rakenteen ohi, elektrodiraken-teeseen syötetään ennaltamäärätyn ajanjakson ajaksi vaihtojännitettä, jolla on ennaltamäärätty taajuus, jolloin virtaavaan fluidiin saadaan aikaan kolmiulotteisesti epäyhtenäinen vaihto-sähkökenttä, joka saa aikaan mainittuun fluidiin suspendoituneiden, dielektrisesti polarisoituvien hiukkasten dielektrofo-reettisen kerääntymisen elektrodirakenteen viereen, minkä jälkeen elektrodirakenteesta poistetaan jännite, jolloin sen viereen kerääntyneet hiukkaset vapautuvat, ja elektrodirakenteen suhteen alavirrassa olevasta kohdasta mitataan suurentuneen hiukkaspitoisuuden aiheuttama pulssi, joka syntyy, kun vapautuneet hiukkaset kulkeutuvat tämän kohdan läpi virtaavan fluidin mukana.
Keksinnön mukainen menetelmä toteutetaan edullisesti käyttäen edellä kuvattua, keksinnön mukaista laitetta.
·♦ On selvää, että sen jälkeen, kun kerääntyneet hiukkaset ovat vapautuneet elektrodirakenteesta, mittauskohdan läpi kulkeutuvan, suurentuneen hiukkaspitoisuuden aiheuttama pulssi hajoaa sitten nopeasti suspensiofluidiin sen virtauksen aikana; ja että tämä menetelmä voidaan toistaa jopa pienelläkin näytteellä, jota on kierrätettävä, käyttäen aiheutetun vaihtojännit- * teen erilaisia taajuuksia elektrodirakenteen peräkkäisten jännitteensyöttöajanjaksojen aikana, jotta saataisiin tutkittavan suspension kerääntymisnopeusspektrin koko alueiden tai kriittisten alueiden määrittämiseen tarvittavat tiedot. Täten saatuja tietoja voidaan sitten verrata vastaaviin tunnettuihin tietoihin, jotka liittyvät erityisten mikro-organismien tai 6 94646 muiden hiukkasten kerääntymisnopeusspektreihin, näiden hiukkasten suhteellisten ja/tai absoluuttisten pitoisuuksien selvittämiseksi, jotka pitoisuudet ovat välttämättömiä tutkittavassa suspensiossa tuottaakseen saadut kerääntymisnopeustie-dot.
Keksintö on ymmärrettävissä täydellisemmin seuraavasta yksityiskohtaisemmasta kuvauksesta, jossa viitataan liitteenä oleviin piirustuksiin, joissa: kuvio 1 on kaavamainen perspektiiviesitys elektrodijärjestel-män käsittävästä kammiorakenteesta, jota voidaan käyttää oheisen keksinnön mukaisesti; kuvio 2 on kaavamainen esitys keksinnön mukaisesta laitteesta, johon kuuluu kuvion 1 mukainen kammiorakenne; kuvio 3 esittää sitä tapaa, jolla kuvion 2 mukaisesta laitteesta saadun valonsäteen absorptio vaihtelee ajan funktiona mikro-organismin tai muun hiukkasen kerääntymisjakson aikana ja sen jälkeen laitteen ollessa toiminnassa; ja kuvio 4 esittää neljän erilaisen mikro-organismin kerääntymis-nopeusspektriä, jotka aikaisemmat tutkijat ovat määrittäneet ja jotka on löydettävissä tekniikan nykytasoa esittävistä * julkaisuista.
Kuvion 1 esittämä kammiorakenne, jota on merkitty yleisesti viitenumerolla 10, käsittää takalevyn 11 sekä etulevyn 12, jotka molemmat on tehty lasista ja ovat läpinäkyviä, ja joiden väliin on sijoitettu väliarkki 13. Väliarkin 13 keskiosa on poistettu siten, että levyjen 11 ja 12 väliin syntyy ohut kammio 14 (väliarkin 13 paksuinen, joka paksuus voi olla noin 0,05 mm, mutta joka voi vaihdella laajalla alueella, riippuen tavattavien suspendoituneiden hiukkasten koosta), ja levy 12 on varustettu sisäänmenolla 15 ja ulostulolla 16, joka avautuu kammioon 14. Kammion 14 korkeus voi olla noin 10 mm ja sen II.
7 94646 pituus voi olla noin 40 mm. Takalevyn 11 päällä on elektrodi-rakenne, joka koostuu metallikerroksesta, esimerkiksi alumiini -kerroksesta, levitettynä takalevyn päälle esimerkiksi 1 mikronin paksuiseksi kerrokseksi, joka on sitten syövytetty siten, että on saatu pari lomittain sijaitsevia elektrodeja 17 ja 18, jotka ovat yhtenäisiä liitintaulujen 19 ja 20 kanssa, vastaavasti. Kumpikin elektrodi voi muodostua kahdeksasta yhdensuuntaisesta sormesta, joiden kunkin leveys on 0,06 mm, ja jotka ovat 0, 06 mm: n etäisyydellä toisen elektrodin kustakin seuraa-vasta sormesta. Kunkin sormen pituuden keskiosa on paljaana kammion 14 sisätilan kohdalla ollakseen lähellä kammiossa olevaa fluidia, vaikka läsnä voikin olla eristävää materiaalia oleva suojakalvo fluidin ja elektrodien välisen todellisen kosketuksen estämiseksi. Elektrodit ovat muodoltaan sellaisia, että ne tuottavat kolmiulotteisesti erittäin epäyhtenäisen sähkökentän välittömään läheisyyteensä, kun niiden välille aiheutetaan jännite. Elektrodit 17 ja 18 ovat lähempänä sisäänmenoa 15 kuin ulostuloa 16 siten, että elektrodien ja ulostulon 16 väliin jää kammiosta 14 alue 21, jonka läpi voidaan johtaa numerolla 22 merkitty valonsäde (jonka aallonpituus on esimerkiksi 450 tai 660 nm, tai jolla on jokin muu aallonpituus, joka sopii paremmin kyseisen materiaalin tapauksessa), jota elektrodit 17 ja 18 eivät tällöin häiritse.
Kuvion 1 mukainen kammiorakenne 10 liitetään kuviossa 2 esitettyyn, keksinnön mukaiseen laitteeseen. Se käsittää säiliön 23 tunnistettavia hiukkasia, esimerkiksi mikro-organismeja sisältävää nestesuspensiota 24 varten. Kammiorakenteen 10 sisäänme-noon 15 liitetty putki 25 on uponneena säiliössä 23 olevaan nestesuspensioon 24, ja kammiorakenteen ulostulo 16 on liitetty putkella 26 pumppuun 27, joka voi olla peristalttipumppu, joka imee suspensiofluidia kammion 14 läpi ja palauttaa sen säiliöön 23 palautusputkea 28 pitkin, esimerkiksi nopeudella 0, 1-1, 0 ml/min. Ilmalinjasta 29 peräisin oleva ilma kuplii säiliössä olevan suspension 24 läpi, ja tämän ilman tehtävänä on sekä suspension sekoittaminen että sen ilmastaminen. Säiliössä 23 on myös pH-anturi 30 suspension pH-arvon seuraamiseksi 8 94646 siten, että se voidaan säilyttää toivotulla vakiotasolla, sillä ollaan todettu, että mikro-organismien kerääntymisnopeus dielektroforeesin seurauksena elektrodeilla 17 ja 18 riippuu suspension pH-arvosta. Koko laite pidetään edullisesti toivotussa vakiolämpötilassa, koska myös lämpötilan muutokset pyrkivät vaikuttamaan kerääntymisnopeuksiin.
Laitteessa on myös signaaligeneraattori 31, joka tuottaa vaihtojännitettä, jolla on valittu taajuus ja amplitudi, ja joka voidaan siirtää kytkimen 32 avulla oskilloskooppiin 33, jonka tehtävänä on seurata sitä, sekä kammiorakenteen 10 elektrodei-hin 17 ja 18. Elektrodeihin syötetyn jännitteen amplitudi on tarkoituksenmukaisesti valittu alueelta 5-30 volttia, taajuuden vaihdellessa alueella 10 Hz - 10 MHz tai enemmän. Laitteeseen kuuluu myös valonlähde, edullisesti LED-valonlähde 40, johon syötetään tehoa tehonlähteestä 41 kuvion 1 mukaisesti, ja joka sijaitsee siten, että kammion 14 läpi saadaan kulkemaan valonsäde 22, sekä kuviossa 1 numerolla 42 esitetty foto-metri, joka mittaa säteen 22 intensiteetin sen jälkeen, kun säde on kulkenut kammion 14 läpi, ja josta saadaan syöttösuure piirturiin 43.
Kun tätä laitetta käytetään, jolloin pumppu 27 imee jatkuvasti suspensiosta 24 virran kammion 14 läpi ja kierrättää sen takaisin säiliöön 23, kytkin 32 suljetaan esimerkiksi 5 sekun- * niksi jännitteen syöttämiseksi signaaligeneraattorista 31, en-naltamäärätyllä amplitudilla ja valitulla taajuudella, elektrodeihin 17 ja 18, jolloin elektrodien vieressä olevaan suspensioon syntyy kolmiulotteisesti epäyhtenäinen vaihtosähkökent-tä, jonka seurauksena suspensiossa olevat mikro-organismit liikkuvat dielektroforeettisesti ja kerääntyvät elektrodeille • f tai niiden läheisyyteen. Kun kytkin 32 avataan, kerääntyneet mikro-organismit vapautuvat ja kulkeutuvat suspensionesteen jatkuvan virran mukana alavirtaan ja kulkevat valonsäteen 22 läpi suspensiossa olevien mikro-organismien suurentuneesta pitoisuudesta johtuvana paikallisena pulssina.
Il 9 94646
Kuviosta 3 nähdään fotometristä saadun ja piirturin 43 esittämän ulostulosignaalin lopullinen muoto, tämän ulostulosignaalin esittäessä valonsäteen 22 mitattua intensiteettiä I ajan t funktiona. Kun elektrodien 17 ja 18 välillä ei ole jännitettä, niin pysyvä mitattu säteen intensiteetti Ix on pienempi kuin arvo Io, joka edustaa säteen intensiteettiä ennen säteen kulkua kammiorakenteen 10 läpi. Ero Io-Ii on intensiteettihäviö säteen kulkiessa kammiorakenteen 10 läpi, tämän häviön johtuessa suureksi osaksi kammion 14 läpi virtaavaan nesteeseen suspendoituneiden mikro-organismien aiheuttamasta valon absorptiosta ja/tai siroamisesta. Kun elektrodeihin 17 ja 18 aiheutetaan vaihtojännite ajanhetkellä ti, mitattu valon intensiteetti kasvaa jyrkästi arvoon I2 mikro-organismien alkaessa kerääntyä elektrodeille tai niiden läheisyyteen, jolloin niiden pitoisuus valonsäteen 22 läpi kulkevassa fluidin alavirrassa pienenee nopeasti. Aikavälillä hetkeen ta saakka, jolloin elektrodeihin syötetty jännite kytketään pois päältä, kerääntymisnopeus elektrodeilla alkaa pienentyä ja valonsäteen mitattu intensiteetti alkaa heiketä, koska mikro-organismien pitoisuus elektrodien suhteen alavirrassa alkaa kasvaa vastaavalla tavalla. Jännitteen poistaminen ajanhetjellä ta aiheuttaa kerääntyneiden mikro-organismien nopean vapautumisen elektrodeilta, minkä jälkeen nämä mikro-organismit kulkeutuvat alavirtaa kohden virtaavassa suspensiossa läsnäolevien mikro-organismien kasvaneesta pitoisuudesta johtuvana suurena paikal- J. lisena pulssina, joka aiheuttaa säteen intensiteetin terävän • » pienenemisen pieneen arvoon Ia tämän pulssin kulkiessa säteen läpi. Hieman myöhemmin ajanhetkellä ts pulssi on ohittanut säteen ja mitattu säteen intensiteetti on palautunut pysyvään arvoonsa li. Intensiteettieron Ii-Ij edustama absorption kasvu on huomattavasti (jopa 100-kertaisesti) herkempi tapa mitata , aikavälillä tx-t2 kerääntyneen (kerääntyneiden) mikro-organis- mi(e)n määrää ja täten alkuperäistä kerääntymisnopeutta kuin suhteellisen pieni intensiteetin kasvu kerääntymisnopeuden suorana seurauksena arvosta li arvoon Ia.
10 94646
Kun suspensiossa olevien hiukkasten suurentuneesta pitoisuudesta johtuva pulssi on kulkenut valonsäteen 22 läpi, se hajoaa nopeasti, kun suspensiota pumpataan takaisin säiliöön 23, jossa sitä sekoitetaan lisäksi ilmalinjaa 29 pitkin saatavalla ilmalla. Taajuudeltaan erilaisten vaihtojännitteiden peräkkäinen syöttäminen elektrodeille 17 ja 18 edullisesti automaattisesti tietokoneen 44 säätelyn alaisuudessa, kuviossa 2 kaavamaisesti esitetyllä tavalla, voidaan toteuttaa nopeana sarjana tutkittavan fluidin kerääntymisnopeusspektrin määrittämiseksi tällä tavalla tietokoneeseen talletetuista tiedoista. Täten aikaa, joka tarvitaan kerääntymisspektrin saamiseksi taajuusalueella 10 Hz - 1 MHz, voidaan lyhentää yli vuorokaudesta, joka kuluu tähän saakka tunnetuissa menetelmissä, 5 minuuttiin tai sen alle. Täten saatujen, spektrin määrittävien tietojen vertaaminen tunnettujen, valituilla erillisillä mikro-organismeilla tai muilla asiaan mahdollisesti liittyvillä hiukkasilla saatujen spektrien vastaaviin tietoihin tarkastelun kohteena olevan näytteen hiukkassisällön analysoimiseksi, voidaan myös toteuttaaa nopeasti käyttäen sopivaa tietokoneohjelmaa siten, että näytteiden analyysit voidaan toteuttaa nopeasti keksinnön mukaista laitetta ja menetelmää käyttäen.
Kuviossa 4 on esitetty neljän mikro-organismin kerääntymisno-peusspektrit, jotka tunnetaan aikaisempien julkaisujen perusteella, jossa kuviossa 4 käyrät 34, 35, 36 ja 37 esittävät : vastaavasti mikro-organismien Staphylococcus aureus. Pseudomo nas fluorescens, E. coli ja B. cereus kerääntymisnopeusspekt-riä. Sen sijaan, että tällaisia aikaisempia tuloksia käytettäisiin varauksetta viitespektrinä, saattaa olla edullista muodostaa keksinnön mukaista erityistä laitetta varten tällaisten viitespektrien kirjasto tällä laitteella sen vakiintuneissa toimintaolosuhteissa, joita käytetään myös sen myöhemmän käytön aikana. Yleisesti, laitteessa tarvitaan kuitenkin vain vähäistä rutiininomaista kalibrointia, ja tästä huolimatta sillä saavutetaan selvästi parantunut herkkyys, suurempi selek-tiivisyys mikrobeille ja muuntyyppisille hiukkasille sekä
II
„ 94646 * huomattavasti parantunut nopeus ja toiminnan yksinkertaisuus verrattuna tähän saakka käytettyihin laitteisiin.
Kuten edellä on mainittu, elektrodit 17 ja 18 voivat olla alumiinia ja ne on voitu muodostaa kerrostamalla tästä metallista lasilevylle 11 kerros, jota sitten on syövytetty tarvittavan elektrodikuvion aikaansaamiseksi. Alumiinin sijasta voidaan käyttää platinasta tai kullatusta kromista tehtyjä elektrodeja, jotka on valmistettu joko syövytystekniikalla tai " poisto"-tekniikalla, jossa substraatin päälle muodostetaan kuvionaamio käyttäen sopivaa materiaalia kuten valonsuojamate-riaalia ennen metallikerroksen kerrostamista, minkä jälkeen kerrostetusta materiaalista poistetaan epätoivotut alueet poistamalla kuvionaamio siten, että metallia jää vain kohtiin, jossa se kerrostui suoraan substraatin päälle.

Claims (7)

1. Laite fluidisuspensiossa olevien hiukkasten dielektroforeet-tisten kerääntymisnopeuksien määrittämiseksi, tunnettu siitä, että se käsittää kammion (14) suspensiofluidia varten, elektrodijärjestelmän (17,18), jonka tehtävänä on vaikuttaa tässä kammiossa olevaan fluidiin, välineen (31) vaihtojännitteen aikaansaamiseksi tämän elektrodirakenteen elektrodien välille, jolloin tähän fluidiin saadaan aikaan kolmiulotteisesta epäyhtenäinen vaihtosähkökenttä, joka saa aikaan mainittuun fluidiin suspendoituneiden, sähköisesti polarisoituvien hiukkasten dielektroforeettisen kerääntymisen näiden elektrodien (17,18) viereen, sekä välineen (42) hiukkaspitoisuuden mittaamiseksi kammion (14) jostakin kohdasta (21), tämän kammion (14) käsittäessä sisäänmenon (15) ja ulostulon (16), jotka sijaitsevat siten, että kammion (14) läpi, sisäänmenosta (15) ulostuloon (16) virtaava fluidi virtaa elektrodirakenteen (17,18) ohi ja sitten mainitun hiukkaspitoisuuden mittauskoh-dan (21) läpi, sekä välineen (27), jonka tehtävänä on tuottaa tällainen fluidivirtaus kammion (14) läpi.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että väline, jonka tehtävänä on tuottaa fluidivirtaus kammion (14) läpi, on fluidia kierrättävä väline (27), joka kierrättää fluidia kammion (14) ulostulosta (16) takaisin sen sisäänmenoon (15).
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että väline hiukkasten pitoisuuden mittaamiseksi käsittää valonlähteen (40), josta saadaan mainitussa kohdassa (21) kammion (14) läpi kulkeva valonsäde (22), joka kohta sijaitsee alavirran puolella elektrodirakenteen (17,18) suhteen, sekä valoa ilmaisevan välineen (42), joka reagoi kammion (14) läpi kulkeneen valonsäteen (22) voimakkuuteen ja täten valonsäteen suurentuneeseen tai pienentyneeseen absorptioon tai sirontaan, mikä osoittaa fluidiin, jonka läpi valonsäde (22) on kulkenut mainitussa kohdassa (21), suspendoituneiden hiukkasten pitoisuuden suurenemisen tai pienenemisen. li 1, 94646
4. Menetelmä fluidisuspensiossa olevien, dielektrisesti polarisoituvien hiukkasten dielektroforeettisten kerääntymisnopeuk-sien määrittämiseksi, tunnettu siitä, että suspensio-fluidi saatetaan virtaamaan elektrodirakenteen (17,18) ohi, elektrodirakenteeseen syötetään ennaltamäärätyn ajanjakson ajaksi vaihtojännitettä, jolla on ennaltamäärätty taajuus, jolloin virtaavaan fluidiin saadaan aikaan kolmiulotteisesti epäyhtenäinen vaihtosähkökenttä, joka saa aikaan mainittuun fluidiin suspendoituneiden, dielektrisesti polarisoituvien hiukkasten dielektroforeettisen kerääntymisen elektrodiraken-teen viereen, minkä jälkeen jännitteen syöttö elektrodirakenteeseen lopetetaan, jolloin sen viereen kerääntyneet hiukkaset vapautuvat, ja elektrodirakenteen (17,18) suhteen alavirrassa olevasta kohdasta (21) mitataan suurentuneen hiukkaspitoisuuden aiheuttama pulssi, joka syntyy, kun vapautuneet hiukkaset kulkeutuvat tämän kohdan läpi virtaavan fluidin mukana.
5. Menetelmä fluidisuspensiossa olevien hiukkasten dielektroforeettisen kerääntymisnopeusspektrin määrittämiseksi, tunnettu siitä, että tässä menetelmässä patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä toistetaan käyttäen syötetyn vaihtojännitteen erilaisia taajuuksia elektrodirakenteen peräkkäisillä jännitteensyöttöaikaväleillä, suspension koko kerääntymisno- . peusspektrin tai sen kriittisten osien määrittämiseen tarvittavien tietojen saamiseksi.
6. Menetelmä fluidisuspension sisältämien, dielektrisesti polarisoituvien hiukkasten tunnistamiseksi, tunnettu siitä, että niille määritetään dielektroforeettisen kerääntymisnopeus - . spektrin tiedot patenttivaatimuksen 5 mukaisella menetelmällä, • ♦ ja sitten täten saatuja tietoja verrataan vastaaviin tunnettuihin, erityisten tunnistettujen hiukkasten kerääntymisnopeuss -pektreistä saatuihin tietoihin, näiden tunnistettujen hiukkasten suhteellisten ja/tai absoluuttisten pitoisuuksien selvittämiseksi, jotka pitoisuudet ovat välttämättömiä tutkitta-vassa suspensiossa tuottaakseen saadut kerääntymi s nopeus tiedot. t .. 94646 1 4
7. Jonkin patenttivaatimuksen 4, 5 tai 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se toteutetaan jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukaisella laitteella. • · li 15 94646
FI913579A 1989-11-27 1991-07-26 Mikro-organismien ja muiden hiukkasten dielektroforeettinen määritys FI94646C (fi)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB898926781A GB8926781D0 (en) 1989-11-27 1989-11-27 Identification of micro-organisms
GB8926781 1989-11-27
GB9001836 1990-11-27
PCT/GB1990/001836 WO1991008284A1 (en) 1989-11-27 1990-11-27 Dielectrophoretic characterisation of microorganisms and other particles

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI913579A0 FI913579A0 (fi) 1991-07-26
FI94646B true FI94646B (fi) 1995-06-30
FI94646C FI94646C (fi) 1995-10-10

Family

ID=10666981

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI913579A FI94646C (fi) 1989-11-27 1991-07-26 Mikro-organismien ja muiden hiukkasten dielektroforeettinen määritys

Country Status (13)

Country Link
EP (1) EP0455777B1 (fi)
JP (1) JP2987201B2 (fi)
AT (1) ATE118812T1 (fi)
AU (1) AU643731B2 (fi)
CA (1) CA2045479C (fi)
DE (1) DE69017195T2 (fi)
DK (1) DK0455777T3 (fi)
ES (1) ES2071123T3 (fi)
FI (1) FI94646C (fi)
GB (2) GB8926781D0 (fi)
NO (1) NO912923L (fi)
RU (1) RU2055884C1 (fi)
WO (1) WO1991008284A1 (fi)

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9208357D0 (en) * 1992-04-16 1992-06-03 British Tech Group Apparatus for separating a mixture
US5427663A (en) * 1993-06-08 1995-06-27 British Technology Group Usa Inc. Microlithographic array for macromolecule and cell fractionation
GB9503436D0 (en) * 1995-02-21 1995-04-12 Mini Agriculture & Fisheries Dielectrophoresis
US5626734A (en) * 1995-08-18 1997-05-06 University Technologies International, Inc. Filter for perfusion cultures of animal cells and the like
ATE263970T1 (de) * 1996-01-22 2004-04-15 Fraunhofer Ges Forschung Lagestabile positionierung aktiv beweglicher einzeller
WO1998008931A1 (en) 1996-08-26 1998-03-05 Princeton University Reversibly sealable microstructure sorting devices
TW391881B (en) 1996-09-25 2000-06-01 Baxter Int Method and apparatus for filtering suspensions of medical and biological fluids or the like
ES2143362B1 (es) * 1997-02-28 2000-12-16 Univ Valencia Politecnica Aparato y metodo para caracterizar particulas polarizables por dielectroforesis.
AU3568100A (en) * 1999-03-30 2000-10-16 Zetatronics Limited Improved method for detecting micro-organisms
IT1309430B1 (it) * 1999-05-18 2002-01-23 Guerrieri Roberto Metodo ed apparato per la manipolazione di particelle per mezzo delladielettroforesi
GB2358473B (en) * 2000-01-22 2003-10-08 Cell Analysis Ltd Methods and apparatus for detecting microscopic bodies
JP4671084B2 (ja) * 2000-12-08 2011-04-13 和光純薬工業株式会社 誘電泳動装置用電極、その製法及び誘電泳動装置並びに該電極を使用する物質の分離方法及び検出方法
WO2002023180A1 (fr) * 2000-09-18 2002-03-21 Hitachi, Ltd. Extracteur et analyseur chimique
DE10203636B4 (de) * 2002-01-30 2004-02-12 Testo Gmbh & Co Vorrichtung zum Nachweis von Partikeln in einem Fluid
EP2359689B1 (en) 2002-09-27 2015-08-26 The General Hospital Corporation Microfluidic device for cell separation and use thereof
WO2004055505A1 (en) 2002-12-12 2004-07-01 Aura Biosystems Inc. Dielectrophoretic particle profiling system and method
ITBO20040420A1 (it) 2004-07-07 2004-10-07 Type S R L Macchina per taglio e formatura di piattine metalliche
WO2006036079A1 (fr) * 2004-08-30 2006-04-06 Bio-Id Diagnostics, Inc. Procede de mesure des caracteristiques de viscosite et d'elasticite des cellules d'objets biologiques, procede de diagnostic differentiel de maladies diffuses du foie d'origine virale ou alcoolique et dispositif pour mettre en oeuvre ces procedes
US20070196820A1 (en) 2005-04-05 2007-08-23 Ravi Kapur Devices and methods for enrichment and alteration of cells and other particles
ITBO20050481A1 (it) 2005-07-19 2007-01-20 Silicon Biosystems S R L Metodo ed apparato per la manipolazione e/o l'individuazione di particelle
US8921102B2 (en) 2005-07-29 2014-12-30 Gpb Scientific, Llc Devices and methods for enrichment and alteration of circulating tumor cells and other particles
ITBO20050646A1 (it) 2005-10-26 2007-04-27 Silicon Biosystem S R L Metodo ed apparato per la caratterizzazione ed il conteggio di particelle
ITTO20060226A1 (it) 2006-03-27 2007-09-28 Silicon Biosystem S P A Metodo ed apparato per il processamento e o l'analisi e o la selezione di particelle, in particolare particelle biologiche
GB0700538D0 (en) * 2007-01-11 2007-02-21 Intellitect Water Ltd Apparatus for measuring the turbidity of water
ITTO20070771A1 (it) 2007-10-29 2009-04-30 Silicon Biosystems Spa Metodo e apparato per la identificazione e manipolazione di particelle
JP5160878B2 (ja) * 2007-12-21 2013-03-13 浜松ホトニクス株式会社 試料同定装置および試料同定方法
IT1391619B1 (it) 2008-11-04 2012-01-11 Silicon Biosystems Spa Metodo per l'individuazione, selezione e analisi di cellule tumorali
US10895575B2 (en) 2008-11-04 2021-01-19 Menarini Silicon Biosystems S.P.A. Method for identification, selection and analysis of tumour cells
KR101936842B1 (ko) 2009-03-17 2019-01-10 메나리니 실리콘 바이오시스템스 에스.피.에이. 세포를 분리하기 위한 미세유체 디바이스
IT1403518B1 (it) 2010-12-22 2013-10-31 Silicon Biosystems Spa Dispositivo microfluidico per la manipolazione di particelle
ITTO20110990A1 (it) 2011-10-28 2013-04-29 Silicon Biosystems Spa Metodo ed apparato per l'analisi ottica di particelle a basse temperature
ITBO20110766A1 (it) 2011-12-28 2013-06-29 Silicon Biosystems Spa Dispositivi, apparato, kit e metodo per il trattamento di un campione biologico
CN107615041B (zh) * 2015-10-07 2020-12-11 Afi技术公司 检查装置、检查系统以及检查方法
RU174320U1 (ru) * 2017-01-09 2017-10-11 Федеральное государственное унитарное предприятие "Сибирский государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт метрологии" (ФГУП "СНИИМ") Измерительная ячейка для диэлектрофоретических исследований
GB2561194A (en) * 2017-04-04 2018-10-10 Galloway Roma Quick count device

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4326934A (en) * 1979-12-31 1982-04-27 Pohl Herbert A Continuous dielectrophoretic cell classification method

Also Published As

Publication number Publication date
DK0455777T3 (da) 1995-05-08
AU6748790A (en) 1991-06-26
CA2045479C (en) 2002-01-01
FI913579A0 (fi) 1991-07-26
GB2238619B (en) 1994-07-13
CA2045479A1 (en) 1991-05-28
FI94646C (fi) 1995-10-10
ES2071123T3 (es) 1995-06-16
NO912923L (no) 1991-09-23
AU643731B2 (en) 1993-11-25
RU2055884C1 (ru) 1996-03-10
JP2987201B2 (ja) 1999-12-06
JPH05504620A (ja) 1993-07-15
GB9025785D0 (en) 1991-01-09
EP0455777B1 (en) 1995-02-22
DE69017195T2 (de) 1995-06-29
GB2238619A (en) 1991-06-05
EP0455777A1 (en) 1991-11-13
NO912923D0 (no) 1991-07-26
WO1991008284A1 (en) 1991-06-13
ATE118812T1 (de) 1995-03-15
GB8926781D0 (en) 1990-01-17
DE69017195D1 (de) 1995-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI94646B (fi) Mikro-organismien ja muiden hiukkasten dielektroforeettinen määritys
US5344535A (en) Dielectrophoretic characterization of micro-organisms and other particles
EP2881458B1 (en) Method and apparatus for characterizing and counting particles, in particular biological particles
US6264815B1 (en) Apparatus and method for testing using dielectrophoresis
US8702947B2 (en) Device and method for measuring microspheres
US20110269221A1 (en) Flow channel device, complex permittivity measuring apparatus, and dielectric cytometry system
JP2005512042A (ja) 粒子インピーダンスセンサ
US7063777B2 (en) Dielectrophoretic particle profiling system and method
JP2003066004A (ja) 微粒子分離方法、微粒子分離装置、およびセンサ
JP2012071256A (ja) 微小物体捕集装置、微小物体量測定装置、微小物体捕集方法および微小物体量測定方法。
BE1010056A3 (nl) Werkwijze en inrichting voor het bepalen van de moleculaire diffusiecoefficient in een poreus medium.
JP2006510020A (ja) 静電泳動粒子のプロファイリングシステム及び方法
Mansor et al. Microfluidic Device with Removable Electrodes for Single Cell Electrical Characterization
Josefowicz Electrophoretic light scattering and its application to the study of cells
Liao Fast and Sensitive Detection of Bacteria by Means of AC Electrokinetics and Micro-Raman Spectroscopy
Suzuki et al. Quantitative analysis of DNA orientation in stationary AC electric field using fluorescence anisotropy
Liao Fast and Sensitive Detection of Bacteria by Means of
JP2003334060A (ja) 微生物数評価装置

Legal Events

Date Code Title Description
GB Transfer or assigment of application

Owner name: BRITISH TECHNOLOGY GROUP LIMITED

BB Publication of examined application
MM Patent lapsed