NL8006326A - Inrichting en werkwijze voor impedantiemetingen aan afzonderlijke deeltjes, gesuspendeerd in een vloei- stofstroom. - Google Patents

Inrichting en werkwijze voor impedantiemetingen aan afzonderlijke deeltjes, gesuspendeerd in een vloei- stofstroom. Download PDF

Info

Publication number
NL8006326A
NL8006326A NL8006326A NL8006326A NL8006326A NL 8006326 A NL8006326 A NL 8006326A NL 8006326 A NL8006326 A NL 8006326A NL 8006326 A NL8006326 A NL 8006326A NL 8006326 A NL8006326 A NL 8006326A
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
particle
signal
impedance
length
particles
Prior art date
Application number
NL8006326A
Other languages
English (en)
Original Assignee
Coulter Electronics
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 Coulter Electronics filed Critical Coulter Electronics
Publication of NL8006326A publication Critical patent/NL8006326A/nl

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10Investigating individual particles
    • G01N15/1031Investigating individual particles by measuring electrical or magnetic effects
    • G01N15/12Investigating individual particles by measuring electrical or magnetic effects by observing changes in resistance or impedance across apertures when traversed by individual particles, e.g. by using the Coulter principle
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/01Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials specially adapted for biological cells, e.g. blood cells
    • G01N2015/012Red blood cells
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10Investigating individual particles
    • G01N2015/1019Associating Coulter-counter and optical flow cytometer [OFC]
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10Investigating individual particles
    • G01N2015/1022Measurement of deformation of individual particles by non-optical means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10Investigating individual particles
    • G01N2015/103Particle shape
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10Investigating individual particles
    • G01N15/14Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/1404Handling flow, e.g. hydrodynamic focusing
    • G01N2015/1413Hydrodynamic focussing

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Description

__ * e> -1- 21582/JF/jg
Aanvrager: Coulter Electronics Inc., Hialeah, Florida, Verenigde Staten van Amerika.
Korte aanduiding: Inrichting en werkwijze voor impedantiemetingen aan afzonderlijke deeltjes, gesuspendeerd in een vloeistof-5 stroom.
De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het aftasten van deeltjes, omvattende een opening voor impedantiemetingen aan afzonderlijke deeltjes, gesuspendeerd in een vloeistofstroom, een focusseer-10 orgaan voor het hydrodynamisch focusseren van de deeltjesstroom,zodat de deeltjes voortbewegen langs een bepaald traject door de opening, eerste elektrische stroomorganen voor het verschaffen van een laag frequente, elektrische stroom door de opening voor het opwekken van een eerste, elektrisch impedantiesignaal, alsmede op een werkwijze voor het aftasten van 15 deeltjes, waarbij afzonderlijke deeltjes, gesuspendeerd in een vloeistof-stroom hydrodynamisch worden gefocusseerd,ten einde te passeren door een opening voor meting van de elektrische Impedantie, waarbij een laag frequente, elektrische stroom passeert door de opening, ten einde een eerste, elektrische impedantiemetlng te verschaffen.
20 In het algemeen heeft de uitvinding betrekking op een inrichting voor het analyseren van deeltjes en in het bijzonder op inrichtingen waarin studies kunnen worden gemaakt van deeltjessystemen, onder gebruikmaking van het impedantie-aftastprincipe, alsmede een werkwijze daarvoor.
Sedert de vorming erven meer dan 25 jaar geleden, heeft het 25 principe van het tellen en meten van deeltjes, uitgevonden door Wallace H. 'Coulter geresulteerd in talrijke werkwijzen en inrichtingen voor het elektronisch tellen, meten en analyseren van microscopische deeltjes, die worden afgetast in een fluïdumsuspensie, zoals getoond in het baanbrekende Amerikaanse octrooischrift 2.656.508, ten name van Coulter. Bij deze 30 inrichting van de stand van de techniek, wordt het vloeien van een elektrische gelijkstroom tot stand gebracht tussen twee vaten door het aanbrengen van elektroden in de respectieve lichamen van het suspensieflu-idum. De enige fluidumverbinding tussen de twee lichamen is middels een opening; derhalve wordt het vloeien van een elektrische stroom en een 35 elektrisch veld in de opening tot stand gebracht. De opening en het resulterende elektrische veld in en rond de opening vormen een aftastings-zone. Terwijl elk deeltje passeert door de aftastingszone zal tijdens de duur van de doorgang de impedantie van de inhoud van de aftastingszone ft Λ Λ C 7 O ft -2- 21582/JF/jg veranderen, waardoor de stroom, welke vloeit in de aftastingszone en het elektrische veld in de aftastingszone worden gemoduleerd, waardoor een signaal wordt opgewekt, dat dient te worden toegevoerd naar een detector, die op een geschikte wijze is ingericht om op een dergelijke verandering 5 te reageren. (Het merk "Coulter" is een geregistreerd handelsmerk, registratienummer in Amerika 995.825, ten name van Coulter Slectronics, Ine. te Hialeah, Florida, Verenigde Staten van Amerika).
Bewezen is dat de verandering in impedantie van de inhoud van de aftastingszone terwijl een deeltje daardoor passeert bij benadering 10 evenredig is met het volume van het deeltje, wanneer het dwarsdoorsnede-gebied van het deeltje wezenlijk kleiner is dan het dwarsdoorsnedegebied van de opening en het deeltje een kleinere diameter heeft dan de axiale lengte van de opening. Overeenkomstig zijn talrijke uitvoeringsvormen van commerciële deeltjesanalyse-inrichtingen ontwikkeld, welke de signaal-15 amplitude-uitgang meten van een impedantie-aftastingsinrichting, ten einde het volume of de afmetingen van de deeltjes te meten. Een dergelijke inrichting meet de elektrische afmetingen van een deeltje, waarnaar in het hiernavolgende zal worden verwezen als "deeltjesgrootte" of "gemeten grootte".
20 Het is eveneens bewezen, dat de vorm van het deeltje de geme ten grootte beïnvloedt, zodat deze niet exact overeenkomt met het feitelijke of juiete volume van het deeltje. In het algemeen zullen, vanwege het hydronamisch focusseren in de meeste inrichtingen,langwerpige deeltjes in lijn liggen met hun lengteas in hoofdzaak parallel aan de middenas 25 van de opening. In het geval van twee deeltjes met een gelijk volume, waarbij de ene sferisch is en de andere langwerpig, zal het sferische deeltje, terwijl dit passeert door de opening, een grotere dwarsdoorsnede hebben, loodrecht op het vloeien van de stroom dan het langwerpige deeltje. Derhalve zal het sferische deeltje het veld op een dusdanige wijze 30 verstoren, dat dit een groter gemeten groottesignaal zal geven dan het langwerpige deeltje, ongeacht het onderling gelijke volume. Ten einde dit effect te compenseren, zijn deeltjes naar hun vorm geclassificeerd door een term genaamd de "vormfactor". Wanneer bijvoorbeeld een uitermate langwerpig deeltje een vormfactor 1,0 wordt gegeven, dat heeft het sfe-35 rische deeltje met hetzelfde volume een vormfactor 1,5. Een inrichting gebruikmakend van twee aftastingsopeningen, welke geschikt is voor het bepalen van de vormfactor wordt getoond in het Amerikaanse octrooischrift 3.793.587 ten name van Thom et al. Bij deze inrichting is de lengte van 8006326 * -3- 21582/JF/jg één van de openingen van dezelfde grootte-orde als de lengte van de deeltjes of is kleiner dan de lengte van de deeltjes.Bij gevolg veroorzaakt met deze opening, een langwerpig deeltje een puls, welke na het stijgen ervan op een maximum blijft gedurende een bepaalde tijdsduur, waarna deze 5 afvalt. Een sferisoh deeltje wekt daarentegen een puls op, welke onmiddel- lijk afvalt na het bereiken van een maximum. In het laatstgenoemde octrooi-schrift wordt gesuggereerd dat de gemeten grootte kan worden gecorrigeerd door het delen van de impedantieverandering voor éen deeltje door de vorm~ factor ervan. Vanwege complicaties van elektrische velden laten deze cor-10 recties veel ruimte voor verbeteringen.
De mogelijkheid tot vervormen van de deeltjes, veroorzaakt door hydrodynamische drukken, terwijl het deeltje voortbeweegt door een aftas-tingsopening of de vorm van het deeltje kunnen zeer belangrijk zijn, zowel als een factor, welke de gemeten grootte beïnvloedt als een afzonder-15 lijke parameter voor het onderzoeken van de deeltjes. Ten eerste beïnvloedt de vervorming of de vorm van de deeltjes de vormfactor, die op zijn beurt de gemeten grootte beïnvloedt. Ten tweede hangt de vervormde toestand van een biologische cel niet alleen af van het celtype, maar eveneens van de leeftijd van de cel. Q?ythrocyten van zoogdieren bijvoor-20 beeld hebben geen kern. In tegenstelling tot leukocyten, zijn de erythro-cyten gemakkelijk te vervormen, vanwege hun lage inwendige viscositeit. Binnen een gegeven celtype wordt ook het celmembraan stijver met de leeftijd en derhalve minder vervormbaar. Gesteld wordt dat de pathologische toestand van een cel de vervormbaarheid of de natuurlijke vorm ervan zal 25 beïnvloeden.
In de commerciële inrichting, geconstrueerd in overeenstemming met het hiervoor genoemde Amerikaanse octrooischrift 2.656.508, worden veldexcitaties toegevoerd door een gelijkstroom-of laag frequent bron.
Zoals hiervoor beschreven, is de elektrische verandering, veroorzaakt 30 door de doorgang van een deeltje door het elektrische veld met geringe afmetingen, geëxciteerd door een gelijk- of laag frequent stroom bij benadering evenredig met de deeltjesgrootte. In deze beschrijving wordt een gelijkstroom als een stroom met een frequentie nul beschouwd. Het impedantie-aftastingsprincipe echter is materieel verruimd, ten einde 35 informatie te verschaffen met betrekking tot deeltjes, welke worden bestudeerd, en niet alleen beperkt tot karakteristieken vanwege de afmetingen van deeltjes, maar eveneens omvattende karakteristieken, vanwege de samenstelling en aard van het materiaal dat de deeltjes vormt, zoals be- -4- 21582/JF/jg schreven in het Amerikaanse octrooischrift 3.502.974 ten name van Coulter et ai. en het Amerikaanse octrooischrift 3.502.973 ten name van Coulter ·-et al. Deze inrichtingen volgens de stand van de techniek hebben in het algemeen ten minste twee stroombronnen, welke beide tegelijk worden toe-5 gepast op de aftastingszone en waarbij de een een hoge frequentie heeft en de andere een "nul-frequentieM gelijkstroom of op alternatieve wijze een voldoend lage_ frequentie heeft, zodat het reactieve deel van de impedantie van het deeltje een verwaarloosbaar effect heeft op de responsie van de inrichting. Een van de nuttige deeltjesbeschrijvingen, welke kan wor-10 den verkregen uit deze tweevoudige broninrichting is in dit gebied van de techniek bekend als de "ondoorzichtigheid" van de deeltjes. Algemeen gesproken meet de ondoorzichtigheid het verschil in afmetingen zoals gemeten bij een hoge frequentie in vergelijking met de afmetingen gemeten bij een lage of nul-frequentie.
15 Zoals wordt ingezien in de techniek van de cytologie, is elke nieuwe deeltjesbeschrijving, welke kan worden gemeten nuttig bij het identificeren, analyseren en sorteren van deeltjes. Cellen hebben bijvoorbeeld een membraan met een zeer grote soortelijke weerstand, welke ligt in het bereik van een di'élektricum. Het inwendige gedeelte van een cel echter is 20 vrij geleidend, waarbij verschillende typen deeltjes verschillende inwendige soortelijke weerstanden hebben. Eveneens wordt ingezien, dat de pathologische toestand van de cel invloed zal hebben op de inwendige soortelijke weerstand ervan. Bij gevolg is het wenselijk deze inwendige soortelijke weerstand op een cel-voor-cel-basis te meten.
25 Het Amerikaanse octrooischrift 3.890.568 ten name van Coulter et al. is in zoverre van belang, dat dit de elektrische veldconfiguratie beschrijft voor een illustratieve afbastingsopening. Bovendien beschrijft en toont dit Amerikaanse octrooischrift de meting van de deeltjeslengte voor het corrigeren van de onjuiste grootte metingen, veroorzaakt door 30 langwerpige deeltjes, welke de lengte van de aftastingszone overtreffen.
De daarin beschreven en getoonde procedure echter is slechts in staat op nauwkeurige wijze de lengte van het deeltje te bepalen, wanneer de lengte van het deeltje de effectieve aftastingsomvang overtreft, of anders gezegd, het bereik, waarbinnen het deeltje effectief kan worden afgetast. Deze 35 situatie treedt in het algemeen slechts op wanneer deeltjes, zoals vezels worden gesorteerd-.· Bij de meeste deeltjes, zoals biologische cellen, zal de lengte van de opening verscheidene malen de lengte van de deeltjes zijn, zelfs wanneer de deeltjes worden uitgerekt door de daarop betrekking sn 3?$ -5- 21582/JF/ hebbende dynamische krachten.
De inrichting, beschreven en getoond in een artikel, getiteld: "Fast Imaging in Flow: A Means of Combining Flow-Cytometry and Image Analysis”, V. Kachel et al., The Journal of Histochemistry And Cytochemis-5 try, vol. 27, nr. 1, (1979), biz. 335-3^1, is van belang voor het beschrijven en tonen van een schema volgens de stand van de techniek, welk geschikt is voor opvolgend onderzoek van de vorm van deeltjes, nadat de deeltjes zijn doorgelaten door een aftastingsopening. Bij deze inrichting, bekrachtigt een elektronische eenheid, geassocieerd met de aftastingsopening, 10 voor een beperkte, vooraf gekozen subpopulatie van cellen, een flitslicht, ten einde beelden te projecteren van de gekozen cellen op een film, voor opvolgend (e) opslag en onderzoek. Deze inrichting echter heeft geen mogelijkheden voor het korreleren.van deeltjesvorm met gemeten volume met betrekking tot een deeltje-voor-deeltje-basis. Vorminformatie kan niet op 15 een snelle manier en gemakkelijk worden gekwantificeerd voor computerverwerking, aangezien de uiteindelijke vorm ervan niet meer is dan een beeld op een film. Bovendien zijn de stroomsnelheden beperkt tot 5 m'per seconde met een maximum van slechts 150 foto's per seconde en dan nog alleen voor deeltjes, welke vooraf zijn gekozen. Kenmerkende stroomsnelheden zijn 20 5 tot 10 m per seconde met een deeltjestelsnelheid van 1000 tot 5000 deeltjes per seconde.
Een impedantie-aftastingsopening is gebruikt in combinatie met een benedenstroomse lichtabsorbtiedetectie, verstrooid lichtdetectie en fluorescentielichtdetectie, zoals beschreven in het Amerikaanse octrooi-25 schrift 3.710.933 ten name van Fulwyler et al. De typen optische metingen, welke benedenstrooms van de opening zijn uitgevoerd, verschaffen echter niet de informatie, welke is vereist voor de hierna te beschrijven uitvinding. Andere inrichtingen van de stand van dis techniek hebben tegelijkertijd impedantie gemeten en de bovengenoemde optische signalen in 30 optisch heldere stroomcellen. Ofschoon verstrooide lichtpatronen worden beïnvloed door de vorm van deeltjes, is dit effect slechts detecteerbaar en waarneembaar door uitermate complexe inrichtingen met marginale nauwkeurigheid, aangezien dit wordt gemaskeerd door verstrooid licht, opgewekt door gereflecteerd licht, dat in hoofdzaak afhankelijk is van de deeltjes-35 grootte en afgebogen licht, welk in hoofdzaak afhankelijk is van de licht-transmissiekarakteristieken van de deeltjes, namelijk absorptie-en brekingsindex en grootte.
Verscheidene spleetaftastingstechnieken voor het analyseren van a η n fi r -6- 21582/JF/jg deeltjes met een smalle lichtbundel zijn bekend in de techniek, zoals getoond door het artikel getiteld: "Imaging in Flow", D.B. Kay et al., gepubliceerd door The Journal Of Histochemistry and Cytochemistry, vol. 27, nr. 1, (1979), blz. 329-33*1.
5 De uitvinding beoogt de hierboven genoemde nadelen van de stand van de techniek op te heffen en voorziet daartoe in een inrichting van een in de aanhef genoemde soort, welke is gekenmerkt, doordat de inrichting signaalopwekkingsorganen omvat, bij voorkeur optische signaalopwekkings-organen, voor het opwekken van een lengtesignaal, representatief voor de 10 lengte van elk deeltje en een orgaan voor het korreleren van het lengtesignaal met het overeenkomstige eerste impedantiesignaal voor elk deeltje, waarbij het opwekken en korreleren van de signalen alle parameters verschaft, welke zijn vereist voor berekeningen, ten einde informatie omtrent de vorm van de deeltjes te verschaffen, alsmede op een werkwijze van een 15 in de aanhef genoemde soort, welke is gekenmerkt, doordat bij voorkeur optisch de lengte van elk deeltje wordt gemeten, terwijl de deeltje hy-drodynamisch wordt gefocusseerd en het korreleren van de eerste impedantie-meting en de lengtemeting voor elk deeltje, ten einde vorminformatie met betrekking tot elk deeltje te verschaffen.
20 De uitvinding is gericht op een inrichting voor het aftasten van deeltjes, alsmede op een werkwijze voor het aftasten van deeltjes, waarbij deeltjes, gesuspendeerd in een vloeistofstroom hydronamisch worden gefocusserd, ten einde te passeren door een impedantie-aftastingsope-ning. Een laag frequent stroombron verschaft een stroom door de opening 25 voor het opwekken van een eerste impedantiesignaal, dat bij benadering representatief is voor de deeltjesgrootte. Een hoog frequent bron wekt een stroom op door de opening, ten einde een tweede impedantiesignaal te verschaffen, welk in de eerste plaats representatief is voor de inwendige weerstand van het deeltje, welke op zijn beurt afhankelijk is van de 30 deeltjesgrootte, -vorm, -oriëntatie en inwendige soortelijke weerstand ervan. Een detect!e-orgaan verschaft een elektrisch looptijdsignaal, representatief voor de lengte van elk deeltje, welk wordt gebruikt voor het corrigeren van de groottemeting, inherent in het eerste impedantiesignaal, ten einde nauwkeuriger de vorm en volumemetingen te geven, welke wezen-35 lijk onafhankelijk zijn van de deeltjesvorm. Met de nauwkeurige vorm- en volumemetingen, kan een nauwkeurige bepaling van de soortelijke weerstand van een deeltje worden afgeleid uit de inwendige weerstandsmetingen, inherent in het tweede impedantiesignaal. De bepaling van de soortelijke 8 0 06 32 6 r -· -7- 21582/JF/jg weerstand van een deeltje op een deeItje-voor-deeItje-basis is van grote waarde als een nieuwe beschrijving voor het analyseren en identifioeren van biologische cellen.
In de inrichtingen volgens de stand van de techniek, was het mogelijk het tweede impedantiesignaal te gebruiken, ten einde de inwen-5 dige weerstand van het deeltje te meten, maar deze meting heeft geen betekenis op zichzelf. Het is vanwege het feit, dat de inwendige soortelijke weerstandsmeting niet alleen varieert met de inwendige soortelijke weerstand van een deeltje , maar eveneens met de grootte, de vorm en de oriëntatie van het deeltje. Op soortgelijke wijze was het bij inrichtingen 10 volgens de stand van de techniek mogelijk het eerste en tweede impedantiesignaal te benutten om de ondoorzichtigheid van het deeltje te meten, maar deze meting heeft geen rechtstreekse interpretatie op zichzelf. Het is dus vanwege het feit dat de ondoorzichtbaarheidsmeting wezenlijk varieert met de vorm, de oriëntatie en de inwendige soortelijke weerstand van 15 het deeltje. De inrichting en werkwijze volgens de uitvinding verschaffen de langwerpige deeltjes met dezelfde oriëntatie langs een vooraf bepaald traject gedurende het opwekken van alle signalen. Dan maakt de nieuwe combinatie van de drie opgewekte signalen een nauwkeurige bepaling van de inwendige soortelijke weerstand van de deeltjes mogelijk, welke tot nu 20 toe onverkrijgbaar was door welk stroomsysteem volgens de stand van de techniek dan ook. Derhalve is een waardevolle nieuwe deeltjesbeschrijving gemaakt welke beschikbaar is voor de techniek van de cytologie middels deze uitvinding.
Een nieuwe subcombinatie van de inrichting en werkwijze van de 25 uitvinding maakt gebruik -van een optisch detectie-orgaan voor het bepalen van de looptijd van de deeltjes en derhalve van de lengte van de deeltjes. Deze nieuwe subcombinatie is van nut voor het meten van de vormfactor, het juiste volume en de vervorming of de natuurlijke vorm van de deeltjes op een deeltje-voor-deeltje-basis, gebruikmakend van slechts 30 het eerste impedantiesignaal en het looptijdsignaal.
Bij wijze van voorbeeld slechts, zullen illustratieve uitvoeringsvormen van de uitvinding worden beschreven onder verwijzing naar de bijbehorende tekening, waarin: fig. 1 gedeeltelijk een zijaanzicht in dwarsdoorsnede is en 35 gedeeltelijk een blokschema van de inrichting volgens de uitvinding; en fig. 2 een schema is van de elektrische karakteristieken van de biologische cel en de vloeistof, welke de cel suspendeert.
örtnnn -8- 21582/JF/jg
Fig. 1 toont een inrichting 10 voor het aftasten van deeltjes met een buis 12 voor het inbrengen van monsters, een mantelbuis 14, aangebracht in een omgevend, coaxiaal verband met de buis 12 en een microscopische opening 16, aangebracht aan het einde van de mantelbuis 14, Een 5 vloeistofstroom van afzonderlijk gesuspendeerde deeltjes, afkomstig van een onder druk gebracht reservoir ( niet getoond) bewegen zich voort door de buis 12. Een Eaagsgewijs vloeistofomhulsel, afkomstig van een ander onder druk gebracht reservoir (niet getoond), beweegt zich voort door de buis 14, ten einde de deeltjesstroom te omgeven. Wanneer de vloeistof-10 stroom van deeltjes de buis 12 uittreedt, verminderen hydrodynamische drukken de diameter van de deeltjesstroom, terwijl de stroom de snelheid van het vloeistofomhulsel krijgt. Het vloeistofomhulsel werkt eveneens voor het centreren van de deeltjesstroom, zodat de deeltjes passeren door de opening 16 langs de middenas 18, waarbij de langwerpige deeljtes, voor 15 zover deze aanwezig zijn, hun lengteas in lijn hebben met de middenas 18. Na het verlaten van de opening 16, treden de deeltjes een met vloeistof gevulde stroomkamer 20 binnen, welke gedeeltelijk wordt gedefinieerd door een optisch héldere cuvette 22. De optische heldere cuvette 22 wordt omgeven door een metalen behuizing 24. Bij voorkeur omvat de stroomkamer 20 20 een tweede mantelvloeistof, verschaft door een metalen invoerbuis 26.
Vanwege de drukval, geassocieerd met de opening 16, is het wenselijk een tweede vloeistofmantel te hebben, ten einde voldoende hydrodynamische drukken te verschaffen, ten einde de lengteas van de deeltjes, voor zover aanwezig, in lijn te houden met de middenas 18 en de deeltjes door te 25 laten door de stroomkamer 20 en een uittreedsproeier 27. Wanneer de deeltjes worden gedeformeerd, terwijl deze passeren door de opening 16, helpt de tweede vloeistofmantel de noodzakelijke hydrodynamische krachten te verschaffen voor het handhaven van dezelfde graad van deformering gedurende een opvolgende optische meting, welke hierna zal worden beschreven.
30 Deze deeltjesaftastingsinrichting, zoals deze hierboven is beschreven, is van een bekend ontwerp en is gedetailleerd getoond in het Amerikaanse octrooischrift 3-710.933 ten name van Fulwhyler et al. Deze inrichting is lichtelijk gemodificeerd door het opnemen van een fluïdumvertragings-scheidingswand 28, welke de met vloeistof gevulde kamer 20 scheidt van een 35 met lucht gevulde kamer 29. Ofschoon de deeltjes, passerend langs de middenas 18 zijn getoond, zijn andere trajecten mogelijk. De deeltjesstroom kan bijvoorbeeld worden ingebracht langs een vooraf bepaald traject, welk passeert door de opening 16 en een hoek vormt met de middenas 18.
Q n. P £ 7 9 3
t· V =* W V im V
-9- 21582/JF/jg
Het belangrijke, gemeenschappelijke kenmerk van alle mogelijke trajecten is dat de hydrodynamische druk de lengteas consistent in lijn houdt met het vooraf bepaalde traject, of dit traject nu de middenas 18 is of niet.
Een lichtbron 30, bij voorkeur een rode laser, verschaft een 5 gecollimeerde lichtbundel 32 aan een eerste cilindervormige lens 34. De cilindervormige lens 34 richt op zijn beurt het licht in een uspleet-ach-tige"bundel 36, welke in een horizontaal in lijn liggend lijnbrandpunt 38 op de middenas 18 komt. Het licht wordt na doorgelaten te zijn door het lijnbrandpunt 38 gestopt door een bundel-stopper 39. Verstrooid licht, ge-10 toond door de lichtstralen 41 wordt onderschept door een detector 42, bij voorkeur een foto-elektrische inrichting. Dankzij deze inrichting, kan de looptijd van elk afzonderlijk deeltje worden bepaald. In het bijzonder zal het voorste einde van het deeltje aanvankelijk het licht verstrooi-ien en het deeltje zal voortgaan met lichtverstrooien totdat het achter-15 einde van het deeltje passeert door de lichtbundel. Het lijnbrandpunt 38 is juist onder de opening 16 gepositioneerd, zodat, wanneer de deeltjes zijn gedeformeerd of van aard langwerpig zijn, de hydrodynamische krachten voldoende sterk zijn om de uitrichting te handhaven, alsmede een eventuele deformering van de cel, wanneer deze wordt doorgelaten door het 20 lijnbrandpunt 38. De afstand tussen de opening 16 en de uitgangssproeier 27 is in fig. 1 enigszins overdreven, ten einde de optische metingen beter te illustreren, Ofschoon de impedantie-aftasting en de optische detectie op verschillende plaatsen op de middenas 18 worden uitgevoerd, kunnen deze tegelijkertijd worden gemeten door gebruik te maken van bekende 25 licht transparante stroomcellen. Het elektrische signaal van de detector 42 wordt verwerkt door pulsduurschakelingen 43 met een bekende constructie, welke een gewenst signaal verkrijgen, welk representatief is voor de tijdsduur, gedurende welke een gedeelte van het deel in de bundel 36 was, of anders gezegd de looptijd ervan. Dergelijke schakelingen zijn getoond 3° in het Amerikaanse octrooischrift 3.890.568 ten name van Coulter et al. Aangezien de snelheden van de deeltjes, terwijl deze passeren door het lijnbrandpunt 38 vooraf kunnen worden bepaald, kan een digitale computer 44 worden gebruikt, om de looptijd van elk deeltje te korreleren met de lengte ervan langs de lengteas ervan.
35 De buis 12 voor het inbrengen van monsters, welke is samen gesteld uit een geschikt geleidend materiaal, dient in de voorkeursuitvoeringsvorm als een bovenstroomse elektrode voor de impedantie-aftas-fcingsopening 16. De invoerbuis 27 is op gelijksoortige wijze gevormd uit q η π £ t 9 a -10- 21582/JF/jg een geschikt geleidend materiaal en dient als een benedenstroomse elektrode voor de opening 16. De mantelbuis 14 is samengesteld uit een geschikt niet-geleidend materiaal. De opening 16 is gevormd in een safier-plak 45, aangebracht aan het einde van de mantelbuis 14. Aangezien de ope-5 ning 16 de enige fluïdumverbinding tussen de buis 12 en de buis 26 verschaft, wordt een elektrisch veld tot stand gebracht in de opening 16. In een bekende inrichting zijn een laag frequent· stroombron 46 en een hoogfrequent stroombron 48 elektrisch gekoppeld met de buis 12 voor het inbrengen van monsters door een geleider 50 en met de invoerbuis 26 door 10 een geleider 52, welke op aardpotentiaal wordt gehouden. De laag frequent stroombron 46 verschaft een "nul frequent" gelijkstroom of een stroom met een voldoend lage frequentie, opdat het reactieve deel van de impedantie van het deeltje een verwaarloosbaar effect op de responsie van de inrichting 10 heeft, gegeven de kenmerkende tijden waarin het deeltje de 15 opening 16 passeert. Voor het doel van deze toepassing zal een laag frequent stroombron worden gedefinieerd als omvattende een gelijkstroombron. Het enige criterium is dat de resulterende signalen, welke bijdragen tot de laag frequent bron, wanneer de deeltjes passeren door de opening 16, in hoofdzaak evenredig zijn met de afmetingen van het deeltje. De hoog 20 frequent stroombron 48, wekt een stroom door de opening 16 op, gelijkertijd met de stroom van de bron 46, welke een frequentie in het hoog frequent spectrum of zelfs hoger heeft. De twee bronnen 46 en 48 wekken elk identificeerbare signalen op, welke in staat zijn afzonderlijke detectie te verschaffen, wanneer het deeltje beweegt door de opening 16, 25 waarbij één signaal een laag frequent (L.F.) signaal is, welk nagenoeg geheel het gevolg is van de afmeting van het deeltje, en het andere een hoog frequent (R.F.) signaal is (gedefinieerd boven 1 mHz), welk niet alleen het gevolg is van de afmetingen, maar van de gecombineerde effecten van afmeting, vorm, soortelijke weerstand en reactantie. Deze uitgangssig-30 nalen worden toegevoerd door de geleiders 50 en 52 naar een bekend detec-tieorgaan 54. Het detectieorgaan 54 omvat een detector 56 voor de hoog frequent signalen en een detector 58 voor de laag frequent signalen, waarbij elk van de detectoren 56 en 58 de signalen ontvangen middels de geleiders 50 en 52. Een eerste impedantiesignaal S (LF), opgewekt door 35 de detector 58, is van een aard, welke in hoofdzaak relateert aan de afmetingen van deeltjes. De detector 58 omvat kenmerkend versterkers, filters en andere goed bekende schakelingen, welke gebruikelijk worden gevonden in een commerciële Coulter-teller, met toevoeging van organen, zo- 8006326 -11- 21582/JF/jg als een laag doorlaatfilter, om te voorkomen dat de hoog-frequent signalen de schakeling verzadigen. Wanneer de lage frequentie niet gelijk aan nul is, dan omvat deze verder demodüleringsschakelingen. De detector 56 omvat een amplitudemodulatiedetectieorgaan voor het demoduleren van het 5 hoog frequent signaal ten einde een pulstype, tweede impedantiesignaal S(RF) op te wekken. De detector 56 kan filters, versterkers, demodula-toren. en andere bekende schakelingen omvatten. De structuur van de stroombronnen 46 en 48 en het detectirorgaan 54 zijn bekend in de techniek en de gedetailleerde beschrijving van deze inrichting wordt verschaft 10 in de Amerikaanse octrooisehriften 3.502.974, ten name van Coulter et al. en 3.502.973 ten name van Coulter et al. De met lucht gevulde kamer 29 verschaft een luchtspleet tussen de elektrolytische oplossing bovenstrooms van de opening 16 en elektrolytische oplossing benedenstrooms van de opening 16, waardoor de hoog-frequentstroom verliezen worden verminderd.
15 Van het eerste impedantiesignaal S(LF), het tweede impedantie signaal S(RF) en het looptijdsignaal t van de pulsduurschakelingen 43, zal de computer 44 signalen digitaliseren, de signalen op een deeltje-voor-deeltje-basis korreleren en de signalen in geheugen opslaan-. Bij dé voorkeursuitvoeringsvorm worden de optische signalen opgewekt op een 20 plaats beneden de plaats waarop de impedantiesignalen worden opgewekt. Derhalve is er een tijdsvertraging tussen het moment waarop de eerder opgewekte eerste en tweede impedantiesignalen wonden opgewekt en het moment waarop het lengtesignaal wordt opgewekt. De gegevensopslagmogelijkheden van de digitale computer 44 houden op eenvoudige wijze rekening met deze 25 tijdsvertraging en maken mogelijk dat de drie signalen worden gekorreleerd voor elk van de deeltjes. Op alternatieve wijze kunnen schakelingen worden gebruikt om een vertragingsorgaan te verschaffen voor het impedantiesignaal ten einde het mogelijk te maken de drie signalen te korreleren, zoals getoond door het Amerikaanse octrooischrift 3.976.862 ten name van 30 Curbelo. Voor een betere visualisering van de uitgevoerde berekeningen door de computer 44, is de computer 44 verdeeld in een eerste geheugen-, collationerings-en berekeningsorgaan 60 en tweede geheugen-, collatione-rings-,en berekeningsorgaan 60. Een elektrische schakelingsversie van de computer 44 is mogelijk en zal deze afzonderlijke ' eenheden omvatten.
35 Het verdient echter de voorkeur een digitale computer 44 met opgeslagen programmabesturing te gebruiken. Het berekeningsorgaan 60 ontvangt het impedantiesignaal S(LF) en het looptijdsignaal t en houdt aan de hand van deze signalen rekening met de vorm van elk deeltje en modificeert -12- 21582/JF/jg de impedantiesignalen S(LF), ten einde een juiste of feitelijke volume- meting Vp en een verhoudingsmeting tussen de lengte en de breedte (a/b) van elk deeltje te verkrijgen. Het rekenorgaan 60, welk niet het impedantie- signaal S(RF) vereist,wekt zelf een nuttige uitgang op aangezien het impe- 5 dantiesignaal S(LF) gecorrigeerd kan worden, ten einde het juiste volume
v te geven en de verhouding tussen lengte en breedte a/b korreleert met P
de deformering van het deeltje. Bovendien verschaft de uitvinding een nieuw optisch detectororgaan, gebruikmakend van de spieetachtige bundel 36 voor het bepalen van het looptijdsignaal t. Het signaal 60 berekent eveneens 10 een vormfactor f uit het looptijdsignaal t en het impedantiesignaal S(LF) en laat dit door naar het rekenorgaan 62.Het orgaan 62 ontvangt een nieuwe combinatie van signalen voor elk deeltje, bestaande uit het irapedantiesig-naal S(RF), het impedantiesignaal S(LF) en een vormfactor f,welke op zijn beurt is berekend uit het impedantiesignaal S(LF) en het looptijdsignaal t 15 in het orgaan 60. Het orgaan 60 digitaliseert de signalen,korreleert het signaal op deeltje-voor-deeltje-basis en slaat de signalen op in het geheugen. Uit de unieke combinatie van alle drie de ingangssignalen, kan het orgaan 62 de inwendige soortelijke weerstand op een deeltje-voor-deel-tje-basis berekenen. Een collationeringsorgaan 64 correleert de juiste
20 volumemeting v , de verhoudingsmeting a/b en de inwendige soortelijke P
weerstand voor elk afzonderlijk deeltje en een uitleesorgaan 66 drukt de geaccumuleerde gegevens af of geeft'deze weer. De methematiek voor het uitvoeren van de hierboven beschreven berekeningen zal volgen.
Ofschoon de onderhavige uitvinding is bedoeld voor het dekken 25 van deeltjes in het algemeen, heeft de term deeltjes in het bijzonder betrekking op door een membraan ommanteldö deeltjes, welke cellen genoemd zullen worden. De cellen kunnen bijvoorbeeld biologische cellen of kunstmatige door een membraan omgeven cellen zijn.
Fig. 2 toont een bekend schakelingssehema voor het in model 30 brengen van de elektrische karakteristieken van een cel en de suspensie-vloeistof, die de cel omgeeft, en wordt in de beschrijving slechts weergegeven als een analogon als een hulp bij het begrijpen van de uitvinding. De cel is getoond door een streeplijn 68. De verscheidene elektrische weerstandswaarden R in Ohm, welke hierna zullen worden beschreven, 35 zijn gerelateerd aan de elektrische soortelijke weerstandswaarde p van de gespecificeerde materialen of oplossingen door bekende vergelijkingen.
De soortelijke weerstand p , welke de reciproke waarde van de soortelijke geleidbaarheid p is,wordt in het lagemeen gemeten in Ohm,om.De soortelijke 3 η n § * 2 6 κί· ijl V U v £.
J· .*! -13- 21582/JF/jg weerstandswaarden van pg, Pm en p^^ duiden respectievelijk de soortelijke weerstand van de elektrolytische suspensievloeistof, die de cel omgeeft, het membraan van de cel en de inwendige bestanddelen van de cel aan. Een schakeling 70 omvat dus een serieschakeling vein een weerstand R1 (p e) > 5 weerstand R2(p ) en weerstand R3(p ), welke elk een gedeelte weergeven e e van de suspenderende vloeistof. Parallel aan de weerstand R2(pe) is een schakeling 72, welke; de cel vertegenwoordigt. De schakeling 72 omvat twee keer in serie de impedantie van het membraan van de cel, getoond door de parallelle rangschikking van weerstand R4(pm) en een capaciteit C1 en 10 door een weerstand R5(pm) en een capaciteit C2, waarbij wordt aangenomen dat de twee impedanties gelijk aan elkaar zijn. Tussengeschakeld in serie tussen deze twee impedanties, is een inwendige weerstand R6(p^). Deze inwendige weerstand R6(pi) is belangrijk gebleken voor het onderzoeken van cellen. Het voorafbepaalde traject 74 is in lijn getoond met de lengteas 15 van de cel. Bij de uitvoeringsvorm getoond in fig. 1, zal het vooraf bepaalde traject langs de middenas 18 zijn. Het vloeien van de stroom wordt aangenomen parallel met het vooraf bepaalde traject 74 te zijn. Neem nu aan, met het doel van illustratie, dat de cel wordt gedraaid. Wanneer de cel een langwerpige as bezit en wanneer de as onder een steeds grotere 20 hoek komt te staan met betrekking tot het voorafbepaalde traject 74, neemt de inwendige weerstand R6(p^) steeds toe. Gebleken is derhalve dat ten einde de weerstandswaarde R6(p^) van verschillende cellen te vergelijken, de oriëntatie van de cellen hetzelfde dient te zijn voor elke cel ten tijde van de meting. Uit de hierboven staande concepten, genomen van een 25 analoog model, dat hier niet verder ontwikkeld zal worden, hangt de meting van de cellulaire soortelijke weerstand p^ af van de vorm en de oriëntatie van de cel. Derhalve dient de juiste celvorm te worden bepaald en de oriëntatie te worden gehandhaafd, ten einde de inwendige soortelijke weerstand van de cel uit de gemeten parameters te berekenen. Dit wordt 30 moeilijker gemaakt door het feit, dat de soortelijke weerstand van het membraan pm veel groter van waarde is dan de inwendige soortelijke weerstand p^, ofschoon de inwendige soortelijke weerstand p^ kenmerkend groter in waarde is dan de soortelijke weerstand van de vloeistof p . Vanwege de unieke combinatie van signalen kan in de inrichting 10 de inwendige 35 soortelijke weerstand p^ worden bepaald op een cel-voor-cel-basis. Een discussie van de mathematica voor het bepalen van de inwendige soortelijke weerstand p^ of de inverse tegenhanger ervan, namelijk de inwendige soortelijke geleidbaarheid p., zal hierna worden besproken.
q η n fi j *> -14- 21582/JF/jg
Zoals duidelijk zal worden, kan, wanneer de vormfactor f kan worden bepaald, de inwendige soortelijke weerstand p^ of de inverse tegenhanger ervan de soortelijke geleidbaarheid (f^ worden bepaald.Bovendien kan het impedantiesignaal S(LF) worden gecorrigeerd, ten einde het juiste
5 volume v te weerspiegelen. Het impedantiesignaal S(LF) is gerelateerd P
aan het juiste volume vp door de vormfactor f in de volgende vergelijking.
S(LF) = f . v . EOF') (1)
P
Het impedantiesignaal S(LF) is gerelateerd aan het juiste volume v door de vormfactor f in de volgende vergelijking: 10 S(RF) a f ; v . (1"pe/pl),S(RF) (2) P 1+(Pe/P±).(f-1)
De ondoorzichtigheid Op wordt als volgt verkregen:
On JtBÜL °-pe/pi)-E(RF) _ m P " S(LF) " [l+(pe/Pl).(f-1)J .E(LF) U) ^5 De volgende presentatie beschrijft een werkwijze voor het aflei- den van de vergelijkingen (1) en (2). Aangenomen wordt dat het deeltje een ellipsvormige configuratie heeft, welke is verlengd in een richting van de polaire diameter. Vervolgens wordt de Laplace-vergelijking opgelost in ellipsvormige coördinaten voor het deeltje, met de lengteas van het 20 gesimuleerde ellipsvormige deeltje gedefinieerd als coördinaatas z, waarbij de z-as parallel is aan het elektrische veld en het vloeien van de stroom in de opening. Allereerst kan het theorema van Green, welk een volume-integraal geeft in termen van een oppervlakte-integraal als volgt worden beschreven, wanneer er geen lading is: 25 *3 (*· 3Ï- z ' & > ·ί3 = 0 w waarin φ de gebonden potentiaalverdeling uitwendig aan het deeltje is en n een naar buiten gerichte vector, loodrecht op het oppervlak s is. Vervolgens wordt het oppervlak van de opening 16 geïntegreerd ten 30 einde de volgende oppervlakte-integraal te geven: 0 = -ΤΓΓ · E . v s S(E) . v (5) o R o o waarin AR de verandering in de openingsweerstand R is, wanneer een deeltje aanwezig is, E de elektrische valsterkte op elk punt binnen 35 de opening, vq het effectieve volume van de opening en S(E) het gemeten impedantiesignaal. De potentiaal over het oppervlak van het deeltje kan worden gegeven door de oplossing van de Laplace-vergelijking met de grensvoorwaarde dat er een potentiaal over het membraan is en stroomcon- 8 0 06 32 6 -15- 21582/JF/jg tinulteit door het membraan. Derhalve bestaat het volgende verband: φ «[-E.F^) + <*, . G^)] . Ρ(ξ2) . Ρ(ξ3) (6) waarin ξ^, ξ2 en ellipsoïde coördinaten zijn. De andere ter-5 men van de hierboven gegeven vergelijking worden als volgt gedefinieerd: FCe1) = (ξ^2)έ (7) A1 = [(b2-a2).(c2-a2)] έ (8) G^l) = 2 * *47 F(u) . R(u) R(u) s |(u+a2) .(u+b2).(u+c2)J^ (10) waarin a, b en c de semi-lange,semi-korte en semi-korte as van de ellipsoïde, die is verlengd in een richting van de polaire diameters zijn. De term u is een gegeneraliseerde coördinaat. De term α is gelijk 15 aan de oppervlakte-integraal van het deeltje, gedeeld door % , hetgeen de volgende vergelijking oplevert: j = 4ττα1 (11) terwijl op zijn beurt is gedefinieerd door het toepassen van de geschikte grensvoorwaarden op de beschrijving van de potentiaal inwen- 20 dig en uitwendig aan de cel.
-f.v (1—p /P.).E+(p /p.).(V° /a) a__E - e 1 e 1 m (i2)
“1 " 4tt '[ 1+(pe/p.).(f-1) J
/s*/o+/p*°r , (,3) v (1-p /p. )E+(b/p ).(V°/a) 25 S(E> = f.f-J ) . -M„ - «"> O l* 6 1 * .00 , 1 ( du 1---: 2 _J°...F2fu,M(u)_ (15) a.b.c r°° du 30 2 'o F2(u).R(u) waarin p, en p respectievelijk de inwendige en de uitwendige X Θ soortelijke weerstand van de cel zijn-en vS de membraan- (aangeduid door het onderschrift "m") potentiaal aan de polen (aangeduid door het bovenschrift "o") van de ellipsoïde in lijn met de stroomrichting is. Nu die-35 nen de grensvoorwaarden voor de vergelijking(14) te worden onderzocht. De eerste grensvoorwaarde is de toepassing van de laag frequent stroombron 46, welke in de opening 16 een elektrisch veld E(LF) opwekt. Dit leidt tot de volgende resultaten: 80 06 326 -16- 21582/JF/jg V® a f . a.. E(LP), (16) waarin S(E) = S(LF) en E = E(LF).
Bij gevolg geldt de volgende vergelijking: v S(LF) = f . (-~2- ) . E(LF). (17) 5 Vo
Verwijzend naar de figuren 1 en 2 betekent deze eerste grens-voorwaarde, dat voor de toepassing van de laag frequent stroombron 46 de capaciteiten C1 en C2 dusdanig hoge impedanties verschaffen, dat deze in wezen werken als open schakelingen. Derhalve is de inwendige weerstand van 1q een cel niet detecteerbaar, vanwege de hoge soortelijke weerstand van het membraan van de cel. De tweede grensvoorwaarde voor vergelijking (14) is de toepassing van de hoog frequent stroombron 48, welke in de opening een elektrisch veld E(RF) opwekt. Wanneer de frequentie hoog genoeg is, bijvoorbeeld 30 mHz, leidt dit tot de volgende resultaten: 15 Vm = ° <18> waarin S(E) s S(RF) en E = E(RF).
Bij gevolg geldt de volgende vergelijking: V [<1-p /p.M(RF) 1 S(BF) , f.(-E- ) . (f-1)j (19) 2q Verwijzend naar de figuren 1 en 2, betekent deze tweede grens voorwaarde dat voor de toepassing van de hoog frequent stroombron 48, dat de capaciteiten C1 en C2 in wezen kortsluitingen zijn, zodat deze werken als shunts over de zeer hoge membraanweerstanden. Bij gevolg kan de inwendige soortelijke weerstand van de cel eenvoudig worden gemeten. Nu wordt 25 de ondoorzichtigheid berekend, hetgeen leidt tot het volgende verband: 0d - S<RF> - (1~Pe/pi),E(RF)_ f20) P ‘ S(LF) “ (1+(p /p,).(f-1)).E(LF) el j i»
Onder verwijzing naar vergelijking (20) zijn alle variabelen bekend, met de uitzondering van de vormfactor f en de inwendige soorte-2o lijke weerstand p^. Derhalve kan, wanneer de vormfactor f kan worden bepaald, de inwendige soortelijke weerstand p^ worden berekend. Dit kan worden volbracht door de ontwikkeling van de volgende vergelijkingen. Het
juiste volume v en de lengte a zijn gerelateerd aan de vormfactor f, wan-P
neer de semi-korte assen b en c gelijk zijn, door de volgende vergelij-25 kingen: b = K · T- · 4-)* (21) p 4ir a m = -g- (22) 3005325 -17- 21582/JF/jg 2 κ-ί „ , m m . cosh m . , ____ f-1 = -γ----2 3/2 «or m > 1 (23) m -1 (in -1)
Bij gevolg verschaffen de vergelijkingen (17) en (23) twee niet-lineaire simultane vergelijkingen, voor het oplossen van de vormfactor f 5 en het juiste volume v . De berekeningen voor het verkrijgen van deze twee
Sr termen kunnen worden volbracht met enkel het impedantiesignaal S(LF) en • de looptijd t,. hetgeen de lengte van het deeltje a- verschaft. Vergelijking (21) neemt aan dat het deeltje een ellipsoldevorm heeft. Zoals getoond in fig. 1, worden de vormfactor f en het juiste volume vp berekend 10 in het rekenorgaan 60. Nadat de vormfactor f is opgelost, kan vergelijking (20) worden opgelost, door het rekenorgaan 62 voor het vinden van de inwendige soortelijke weerstand p op een cel-voor-cel-basis. Deze berekening vereist de ontvangst van het impedantiesignaal S(RF), het impedantiesignaal S(LF) en de vormfactor f.
15 Een alternatieve wijze voor het elektronisch verkrijgen van de lengte van een lengteas van de deeltjes is beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3*793.587 ten name van Thom et al. en is hierin opgenomen als referentie. Ofschoon de onderhavige uitvinding nieüwe optische detec-tie-organen omvat voor het verkrijgen van de lengte van de deeltjes, kan 20 dezelfde lengtebepaling worden uitgevoerd, zij het met een geringere nauwkeurigheid, door de twee-openingeninrichting van het Thom-octrooischrift. Wanneer de lengte van het deeltje is verkregen door bekende elektronische detectie-organen of door de nieuwe optische elektronendetectieorganen, maakt een nieuwe combinatie van de signaalingangen, bestaande uit het im-25 pedantiesignaal S(LF), het impedantiesignaal S(RF) en de lengte van een deeltje, de bepaling mogelijk de inwendige soortelijke weerstand ^ van de cellen. Eén van de twee openingen van het Thom-octrooischrift heeft een aslengte in dezelfde orde van grootte als de lengte van de deeltjes of kleiner dan de lengte van de deeltjes. De duur van de puls, opgewekt door 30 het deeltje, korreleert met de lengte van het deeltje. Derhalve wordt wanneer de term "detectie-orgaan of organen" wordt gebruikt voor het bepalen van de lengte van het deeltje in de conclusies, bedoeld voor het dekken van optische detectie-organen, zoals het gebruik van de spieetvormige bundel 36 en eveneens elektronische detectieorganen, zoals de opening 35 van het Thom-octrooischrift, welke een korte axiale lengte heeft.
De elektrische veranderingen, veroorzaakt door de deeltjes zullen optreden binnen de effectieve begrenzingen van de opening 16, gedefinieerd als de aftastzone of de aftastende omvang. Zoals gedetailleerd -18- 21382/JF/jg beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3.890,568 ten name van Coulter et al., strekt de aftastingszone zich in hoofdzaak uit voorbij de axiale lengte van de opening 16. Voor het doel van deze toepassing zal de aftastingszone worden gedefinieerd als omvattende het gebied rond de 5 opening 16, waarin de elektrische veldintenslteit ten minste 1% of meer is van die in het middengebied binnen de opening 16.
Begrepen dient te worden dat de stroominrichting met stroomka-mer 2Q, zoals weergegeven in het Amerikaanse octrooischrift 3.710.933 ten name van Fulwyler et al., slechts één van de vele mogelijk stroominrich-10 tingen weergeeft, welke kunnen worden gebruikt om de onderhavigs uitvinding in de praktijk te brengen en de uitvinding is niet beperkt tot deze structuur. Naar voren wordt gebracht dat deze uitvinding kan worden gebruikt bij elke willekeurige doorstroominrichting waarin deeltjes hydro-dynamisch worden gefocusseerd,ten einde te passeren door een impedantie-15 aftastingsopening.
-CONCLUSIES- 80 06 32 6

Claims (9)

1. Inrichting voor het aftasten van deeltjes, omvattende een opening voor impedantiemetingen aan afzonderlijke deeltjes, gesuspendeerd 5 in een vloeistofstroom,een focusseerorgaan voor het hydrodynamisch focus-seren van de deeltjesstroom, zodat de deeltjes voortbewegen langs een bepaald traject door. de opening, eerste,elektrische stroomorganen voor het verschaffen van een laag frequente, elektrische stroom door de opening voor het opwekken van een eerste, elektrisch impedantiesignaal, met 10 het kenmerk, dat de inrichting signaalopwekkingsorganen omvat, bij voorkeur optische signaalopwekkingsorganen (30, 34, 39, 40, 42, 43), voor het opwekken van een lengtesignaal (t), representatief voor de lengte van elk deeltje en een orgaan (44) voor het korreleren van het lengtesignaal met het overeenkomstige eerste impedantiesignaal voor elk deeltje, waarbij 15 het opwekken en korreleren van de signalen alle parameters verschaft, welke zijn vereist voor berekeningen, ten einde informatie omtrent de vorm van de deeltjes te verschaffen.
2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de signaalopwekkingsorganen optische signaalopwekkingsorganen (30, 34, 39, 20 4o, 42, 43) omvatten voor het opwekken van een smalle stralingsbundel (36) ten einde elk deeltje te onderscheppen, terwijl het deeltje hydrodynamisch wordt gefocusseerd en voor het opwekken van het lengtesignaal (t), representatief voor de duur van de doorgang van het deeltje door de smalle bundel.
3. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de signaalopwekkingsorganen optische signaalopwekkingsorganen (30, 34, 39, 40, 42, 43) of impedantie-aftastende signaalopwekkingsorganen omvat, alsmede tweede elektrische stroomorganen (48, 56) voor het opwekken van een hoog frequente,elektrische stroom door de opening (16) voor het opwek- 30 ken van een tweede,elektrisch impedantiesignaal (SRF) en een orgaan (44) voor het korreleren van het eerste impedantiesignaal (), waarbij het tweede impedantiesignaal(SRp) en het lengtesignaal (t) voor elk deeltje dienen voor de bepaling van de inwendige soortelijke weerstand (fX) van elk deeltje.
4. Inrichting volgens conclusie 1,2 of 3, met het kenmerk, dat deze verder een rekenorgaan (60) omvat voor het berekenen van een vorm- factor (f) uit het eerste impedantiesignaal (ST_) en het lengtesignaal Lr 1 voor elk deeltje. 8 0 0 S 3 2 S -20- 21582/JF/jg
5. Inrichting volgens één van de conclusies 1 tot en met 4, met het kenmerk, dat deze een rekenorgaan (60) omvat, welk gebruik maakt van het eerste impedantiesignaal (S^) en het lengtesignaal (t), voor het corrigeren van een groottemetlng, gebaseerd op het eerste impedantieks signaal, ten einde rekening te houden met de vorm van het deeltje, ten einde een juiste volumemeting (v ) voor elk deeltje te verschaffen. P
6. Inrichting volgens één van de conclusies 1 tot en met 5, met het kenmerk, dat deze een rekenorgaan (60) omvat voor het berekenen van de verhouding (a/b) tussen de lengte en de breedtè van het deeltje, waar- 10 bij de verhouding een indicatie verschaft voor de vorm van het deeltje
7. Inrichting volgens één van de conclusies 1 tot en met 6, met het kenmerk, dat de deeltjes cellen omvatten.
8. Werkwijze voor het aftasten van deeltjes, waarbij afzonderlijke deeltjes, gesuspendeerd in een vloeistofstroom, hydrodynamisch ^5 worden gefocusseerd, ten einde te passeren door een opening voor meting van de elektrische impedantie, waarbij een laag frequente, elektrische stroom passeert door de opening, ten einde een eerste,elektrische impe-dantiemeting te verschaffen, met het kenmerk, dat bij voorkeur optisch de lengte van elk deelt je.· wordt gemeten, terwijl het deeltje hydrodynamisch 20 wordt gefocusseerd en het korreleren van de eerste impedantiemeting en de lengtemeting voor elk deeltje, ten einde vorminformatie met betrek king tot elk deeltje te verschaffen.
9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de stap van het meten van de lengte van elk deeltje het optisch of elektronisch 25 meten van de lengte van elk deeltje omvat en dat een hoog frequente, elektrische stroom wordt doorgelaten door de opening voor het verschaffen van een tweede,elektrische impedantiemeting, het korreleren van de eerste impedantiemeting, de tweede impedantiemeting en de lengtemeting voor elk deeltje en het daaruit berekenen van de inwendige soortelijke weerstand 30 van ejjj deeltje. Eindhoven, oktober 1980 8 0 ö 6 ó 2 8
NL8006326A 1979-11-23 1980-11-20 Inrichting en werkwijze voor impedantiemetingen aan afzonderlijke deeltjes, gesuspendeerd in een vloei- stofstroom. NL8006326A (nl)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US9694579 1979-11-23
US06/096,945 US4298836A (en) 1979-11-23 1979-11-23 Particle shape determination

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL8006326A true NL8006326A (nl) 1981-06-16

Family

ID=22259875

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL8006326A NL8006326A (nl) 1979-11-23 1980-11-20 Inrichting en werkwijze voor impedantiemetingen aan afzonderlijke deeltjes, gesuspendeerd in een vloei- stofstroom.

Country Status (13)

Country Link
US (1) US4298836A (nl)
JP (1) JPS5686336A (nl)
AU (1) AU540023B2 (nl)
BR (1) BR8007591A (nl)
CA (1) CA1151730A (nl)
CH (1) CH639767A5 (nl)
DE (1) DE3043814A1 (nl)
ES (1) ES497018A0 (nl)
FR (1) FR2470377A1 (nl)
GB (1) GB2064133B (nl)
IT (1) IT1148275B (nl)
NL (1) NL8006326A (nl)
SE (1) SE8008148L (nl)

Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4420720A (en) * 1981-06-29 1983-12-13 Coulter Electronics, Inc. Field focused particle sensing zone
US4510438A (en) * 1982-02-16 1985-04-09 Coulter Electronics, Inc. Coincidence correction in particle analysis system
US4527114A (en) * 1982-02-25 1985-07-02 Coulter Electronics, Inc. Electrical slit scanning apparatus
DE3233055C2 (de) * 1982-09-06 1994-07-28 Coulter Electronics Durchflußvorrichtung zur Untersuchung einzelner, in einer Flüssigkeit suspendierter Teilchen
IT1199393B (it) * 1984-04-19 1988-12-30 Vittorio Prodi Dispositivo di tipo perfezionato per la separazione in classi granulometriche di particelle di aerosol
IT1179316B (it) * 1984-04-19 1987-09-16 Vittorio Prodi Dispositivo per la separazione in classi granulometriche di particelle di aerosol
AU573436B2 (en) * 1985-04-11 1988-06-09 Nippon Steel Corporation Electromagnetic measurement of particle sizes
US4760328A (en) * 1986-05-05 1988-07-26 Integrated Ionics, Inc. Particle counter having electrodes and circuitry mounted on the pane of the orifice
US4791355A (en) * 1986-10-21 1988-12-13 Coulter Electronics Inc. Particle analyzer for measuring the resistance and reactance of a particle
KR970007077B1 (ko) * 1987-03-13 1997-05-02 코울터 일렉트로닉스 인커퍼레이티드 광산란 기술을 이용한 다중-부분식별 분석 방법
US4895034A (en) * 1987-07-28 1990-01-23 Amherst Process Instruments, Inc. Powder disperser for aerodynamic particle sizing system
US4938592A (en) * 1987-07-28 1990-07-03 Amherst Process Instruments, Inc. Beam forming and sensing apparatus for aerodynamic particle sizing system
ATE195550T1 (de) * 1990-11-23 2000-09-15 Coulter Corp Verfahren und vorrichtung zur reihensichtung mikroskopischer zellen unter verwendung von lichtstreuenden techniken
US5194909A (en) * 1990-12-04 1993-03-16 Tycko Daniel H Apparatus and method for measuring volume and hemoglobin concentration of red blood cells
US5503982A (en) * 1993-09-30 1996-04-02 Research Corporation Technologies, Inc. Detection of an acute myocardial infarction in a patient
JP3328032B2 (ja) * 1993-11-04 2002-09-24 シスメックス株式会社 粒子分析装置
GB2294772B (en) * 1994-11-02 1999-04-14 Haroun Mahgerefteh Particle size distribution analyser
US5522555A (en) * 1994-03-01 1996-06-04 Amherst Process Instruments, Inc. Dry powder dispersion system
JP3347495B2 (ja) * 1994-11-14 2002-11-20 シスメックス株式会社 粒子分析装置
US5817518A (en) * 1995-12-18 1998-10-06 Coulter International Corp. Reagent and method for differential determination of leukocytes in blood
JP3587607B2 (ja) * 1995-12-22 2004-11-10 シスメックス株式会社 粒子測定装置およびその方法
GB9526684D0 (en) 1995-12-29 1996-02-28 Shine Thomas A Method for testing a cell sample
EP1180678B1 (en) * 1995-12-29 2005-11-02 Ian Basil Shine Method for testing a cell sample
US5686309A (en) * 1996-01-19 1997-11-11 Coulter International Corp. Method and apparatus for determination of hemoglobin content of individual red blood cells
US5907240A (en) * 1997-05-12 1999-05-25 Cdc Technologies, Inc. Method and apparatus for cell differentiation by measuring apparent cell size, membrane integrity and intracellular complexity
US6122599A (en) 1998-02-13 2000-09-19 Mehta; Shailesh Apparatus and method for analyzing particles
NZ506590A (en) 1998-12-29 2002-10-25 Thomas Adam Shine A method of analysing a sample of free cells
US6323632B1 (en) * 1999-08-13 2001-11-27 Coulter International Corp. Solid state RF oscillator-detector for flow cytometer
US6204668B1 (en) 1999-02-22 2001-03-20 Coulter International Corp. DC/RF blood cell detector using isolated bridge circuit having automatic amplitude and phase balance components
US6587792B1 (en) * 2000-01-11 2003-07-01 Richard A. Thomas Nuclear packing efficiency
US20050202566A1 (en) * 2002-02-14 2005-09-15 Maurice Frojmovic Device and method for determining parameters
US7867778B2 (en) * 2007-02-23 2011-01-11 Visiongate, Inc. Fluid focusing for positional control of a specimen for 3-D imaging
JP5604862B2 (ja) 2009-01-09 2014-10-15 ソニー株式会社 流路デバイス、複素誘電率測定装置及び誘電サイトメトリー装置
US20100198037A1 (en) * 2009-01-30 2010-08-05 Cole Steven W Feedback sensor for real-time management of sickle cell disease
JP5887275B2 (ja) * 2009-12-04 2016-03-16 ライフ テクノロジーズ コーポレーション アコースティックフローサイトメトリーのための装置、システム、方法、およびコンピュータ読み取り可能な媒体
FR2971337B1 (fr) * 2011-02-04 2013-03-01 Horiba Abx Sas Dispositif et procede de mesures multiparametriques de microparticules dans un fluide

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2656508A (en) * 1949-08-27 1953-10-20 Wallace H Coulter Means for counting particles suspended in a fluid
US3502974A (en) * 1966-05-23 1970-03-24 Coulter Electronics Signal modulated apparatus for generating and detecting resistive and reactive changes in a modulated current path for particle classification and analysis
US3502973A (en) * 1966-05-23 1970-03-24 Coulter Electronics Collating apparatus for pairs of electrical pulses produced by particle analyzing apparatus
US3793587A (en) * 1971-03-10 1974-02-19 Licentia Gmbh Particle volume and cross-section measurement
BE793185A (fr) * 1971-12-23 1973-04-16 Atomic Energy Commission Appareil pour analyser et trier rapidement des particules telles que des cellules biologiques
US3890568A (en) * 1972-11-06 1975-06-17 Coulter Electronics Method and apparatus for particle length measurement
US3941479A (en) * 1974-09-26 1976-03-02 G. D. Searle & Co. Use of modulated stimulus to improve detection sensitivity for signals from particles in a flow chamber
JPS51103482A (nl) * 1975-03-08 1976-09-13 Toa Electric Co Ltd
DE2656654C3 (de) * 1976-12-14 1981-02-12 Max-Planck-Gesellschaft Zur Foerderung Der Wissenschaftense.V., 3400 Goettingen Vorrichtung zur Messung des Volumens und bestimmter optischer Eigenschaften von Partikeln
US4165484A (en) * 1977-03-23 1979-08-21 Becton, Dickinson And Company Particle counting apparatus utilizing various fluid resistors to maintain proper pressure differentials
US4224567A (en) * 1978-11-03 1980-09-23 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Apparatus for measuring resistance change only in a cell analyzer and method for calibrating it

Also Published As

Publication number Publication date
AU540023B2 (en) 1984-10-25
AU6457280A (en) 1981-05-28
JPH0225133B2 (nl) 1990-05-31
IT1148275B (it) 1986-11-26
GB2064133A (en) 1981-06-10
GB2064133B (en) 1983-07-27
FR2470377B1 (nl) 1985-01-11
JPS5686336A (en) 1981-07-14
ES8201313A1 (es) 1981-12-01
CH639767A5 (fr) 1983-11-30
DE3043814A1 (de) 1981-09-03
BR8007591A (pt) 1981-06-02
US4298836A (en) 1981-11-03
FR2470377A1 (fr) 1981-05-29
SE8008148L (sv) 1981-05-24
CA1151730A (en) 1983-08-09
IT8050207A0 (it) 1980-11-20
ES497018A0 (es) 1981-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NL8006326A (nl) Inrichting en werkwijze voor impedantiemetingen aan afzonderlijke deeltjes, gesuspendeerd in een vloei- stofstroom.
US5194909A (en) Apparatus and method for measuring volume and hemoglobin concentration of red blood cells
KR970007077B1 (ko) 광산란 기술을 이용한 다중-부분식별 분석 방법
US4577964A (en) Apparatus and method for detecting platelets in whole blood
JP3707620B2 (ja) 光散乱技術を使用した網赤血球分析方法と装置
JP4184258B2 (ja) 光学式赤血球および白血球の弁別
EP0519975B1 (en) Electro-optical methods and apparatus for high speed, multivariate measurement of individual entities in fiber or other samples
US3984307A (en) Combined particle sorter and segregation indicator
FI102324B (fi) Laitteisto ainakin yhden leukosyyttisen osapopulaation laskemista ja m äärittämistä varten
US3793587A (en) Particle volume and cross-section measurement
JP2815435B2 (ja) 粒子解析装置及び血球カウンタ
EP0121261A2 (en) Method and apparatus for distinguishing subclasses of leukocytes in a sample
EP0229815B1 (en) A device for measuring the light scattering of biological cells in flow cytophotometers
JP2001507122A (ja) 個々の赤血球の形状を決定する装置及び方法
EP0874983B1 (en) Method and apparatus for determination of hemoglobin content of individual red blood cells
IE50604B1 (en) Automated method for cell volume determination
Pelssers et al. Single particle optical sizing (SPOS): I. Design of an improved SPOS instrument and application to stable dispersions
US3739258A (en) Method and apparatus for detecting and sizing microscopic particles
US6089078A (en) Process and device for measuring particles in suspension in a liquid
US4527114A (en) Electrical slit scanning apparatus
Gray et al. A new method for cell volume measurement based on volume exclusion of a fluorescent dye
EP1365237A1 (en) Method and apparatus for evaluation of cell or particle adhesion
JP2002296170A (ja) フローサイトメータ
JPH0619349B2 (ja) 体液成分分析方法およびその装置
Pinkel On the possibility of automated scoring of pollen mutants.

Legal Events

Date Code Title Description
A85 Still pending on 85-01-01
BA A request for search or an international-type search has been filed
BB A search report has been drawn up
BV The patent application has lapsed