SE431487B - Partikelanalyseringsapparat - Google Patents

Description

azalean-3 mätningarna, och detta gör det nödvändigt att korrelera de två mätnings- typerna. Detta korrelerationsproblem är icke signifikant vid låga parti- kelflödeshastigheter, men vid höga partikelflödeshastigheter är det möj- ligt att de detekterade signalerna förvrängas genom sådana bildningar som cellaggregat som faller isär sedan de gått genom en volymavkännings- öppning för att separata gå till den optiska avkänningszonen, liksom förefintlighet av icke-fluorescerande partiklar, och möjligheten att två intilliggande celler byter lägen i flödet. Detta erfordrar ytterlig- are användning av speciella kretsanordningar för att kompensera tidsför- dröjningen mellan de optiska och elektroniska signalerna för en given par- tikel.

Då sortering icke användes, har det utvecklats en kombinerad elektro- optisk partikelanalysator i vilken alla mätningar sker samtidigt, och härigenom elimineras det invecklade och osäkra i att korrelera data er- hållna från följdmätningar. Denna elektrooptiska partikelanalysator har beskrivits i en artikel med titeln "Combined Optical and Electronic Analysis of Cells with AMAC Transducers", av Thomas et al., publicerad i The Journal of Histochemistry and Cytochemistry", vol. 25, nr. 7, (l977), s. 827-835. Denna multiparameter-partikelanalysator använder en kvadratisk avkänningsöppning där samtliga parametrar mätas samtidigt. Den kvadratíska öppningen är innesluten i en kub utbildad genom att fyra pyramider hållas Sâiiliilâfl .

Den föreliggande uppfinningen riktar sig mot en partikelanalyserings- apparat för studium av partiklar i suspension, med apparaten inkluderan- de en flödescell med en partikelavkänningsöppning genom vilken en ström av partiklar i suspension går, med flödescellen försedd med en uppströms- kanal och en nedströmskanal, med den nämnda partíkelavkänningsöppningen belägen däremellan och utgörande den enda mediumförbindelsen mellan de nämnda kanalerna, och utloppsorgan belägna i närheten av den nämnda ned- strömskanalen. Uppfinningen utmärkes av att ett vätskeinföringsorgan är uppbyggt och lägesplacerat nedströms den nämnda nedströmskanalens nedströms- ände och verksamt att införa vätska som strömmar in i såväl nämnda utlopps- organ som mot den uppströms belägna partikelavkänningsöppningen för att hydrodynamiskt fokusera partikelströmmen när den strömmar nedströms från den nämnda partikelavkänningsöppningen in i nämnda utloppsorgan.

Hittills har sortering av droppar aldrig ingått i en elektrooptisk apparat i vilken elektriska impedansmätningar och optiska mätningar 8301630-3 skett samtidigt. Det har emellertid visat sig att trots flödeskamma- rens ringa volym kunde en hydrodynamisk fokusering av partikelströmmen medelst en vätskebeklädnad ske genom införandet av en beklädnadsvätska i botten på nedströmsöppningen och därigenom icke störa den optiska ut- rustningen.

Såsom uteslutande belysande utföringsformer av uppfinningen kommer dyli- ka att beskrivas under hänvisning till de bifogade ritningarna, där: Fig. l är dels en sektionsvy och dels ett blockschema för en apparat för partikelanalysering och sortering enligt uppfinningen, och Fig. 2 är en förstorad sektionsvy av avkänningsöppningsregionen hos flödescellen i fig. l.

Fig. l visar en genomströmníngsapparat l0 för partikelanalysering och sortering med ett sampelinföringsrör l2, ett beklädnadsrör lä anbragt i omgivande koaxiellt samband med röret 12, och en optiskt transparent flödescell l6 belägen vid rörets l2 ände. Flödescellen 16 har utbildats med ett par motstående urborrningar eller kanaler l8 och 20 och en mik- roskopisk avkänningsöppning 22, som bildar en mediumgenomgång mellan kanalernas ändar. öppningen 22 anger en partikelavkänningszon som kom- mer att beskrivas längre fram. En vätskeström med individuella suspen- derade partiklar, som härstammar från en tryckbehållare 23A, går genom röret l2. En salthaltig laminär vätskebeklâdnad, som härstammar från en annan tryckbehållare 23B, går genom röret ih för att omge partikelström- men. När vätskepartikelströmmen går ut från röret l2 och går in i den första kanalen l8, kommer ett hydrodynamiskt tryck att minska partikel- störmmens diameter när strömmen uppnår vätskebeklädnadens hastighet.

Vätskebeklädnaden är även verksam att centrera partikelströmmen så att partiklarna går genom öppningen 22. Sedan de lämnat öppningen 22 går partiklarna in i den andra kanalen 20 i flödescellen l6.

Skilda systemkomponenter uppbäras av ett cylindriskt stativ 25. Ett munstycke Zh, med en utloppsöppning 26 utbildad däri, är anbragt vid flödescellens l6 ände så att munstycket 2ü och den andra kanalen 20 avgränsar en vätskefylld flödeskammare 28. Ett rör 29 är kopplat till stativet 25 medelst en röranslutning 30. En andra beklädnadsvätska matas via röret 29 till en vätskehålighet 3l, som står i mediumförbind- else med tre ïnloppsöppningar 32, som är utbildade i flödescellens l6 vägg. På grund av det tryckfall som hör samman med öppningen 22 är det 8301630-3 nödvändigt att införa en andra beklädnadsvätska i flödeskammaren 28 för att alstra en andra beklädnad som uppvisar tillräckliga hydrodyna- miska tryck för att föra partiklarna genom flödeskammaren 28 och ut genom utloppsöppningen 26. i motsats mot tidigare konstruktioner har den andra vätskebeklädnaden införts i flödeskammarens 28 nedre del och detta medför fördelar ifråga om optisk belysning och insamling, såsom kommer att beskrivas längre fram. Särskilt går bekiädnadsvätskan in i den andra kanalen 20 genom de till ett flertal uppgående inloppsöppningarna 32, som är belägna på ställen som ligger på ett avsevärt avstånd nedanför och nedströms avkänningsöppningen 22. Vidare införas den andra beklädnadsvätskan på ett icke koncentriskt sätt i förhållande till den partikelström som går ut från avkänningsöppningen 22 och insprutas i den andra kanalens 20 inre volym. Trots den andra kanalens 20 ringa volym och det icke koncentriska införandet av den andra vätskebeklädnaden vid den andra kanalens 20 botten har det visat sig att en del av den andra vätske- beklädnaden går "uppför" för att infånga den partikelström som går ut från avkänningsöppningen 22 medan en del av den andra beklädnadsvätskan går direkt till utloppsöppningen 26 och alla mellanliggande punkter. På detta sätt erhålles en god hydrodynamisk fokusering av partikelströmmen genom flödeskammaren 28 och strömmen tiilåtes därigenom att gå ut genom utloppsöppningen 26. Vid det föredragna utförandet visas tre inloppsöpp- ningar 32. Det är dock tydligt att antalet öppningar 32 är en konstruk- tíonsfråga och att det räcker med en, men att det, i beroende av deras diameter, är lämpligt att ha mera än en för att tillåta rengöring och spolning av flödeskammaren 28.

De systemkomponenter som visats i blockform är sådana som normalt före- finns i vanliga partikelanalyserings- och sorteringssystem, vilka ibland brukar betecknas som cytometriska flödessorteringssystem. Det har endast visats de komponenter i partikelanalyserings~ och sorteringsapparaten l0 som är nödvändiga för att förklara den föreliggande uppfinningens arbets- sätt.

På vanligt sätt har vibrationsenergi pålagts på vätskestrålen 3#, som går ut från utloppsöppningen 26, genom ett vibrationsorgan 36. Såsom en möjlig- het kan vibrationsorganet 36 omfatta en piezoelektrisk kristall. Flödes- cellen i6 är anbragt på och uppbäres av en piezoelektrisk kristall, som sätter flödesceilen 16 i vibration med en hög frekvens. Den exakta fre- 8301630-3 kvens som cellen l6 vibrerar med beror på den diameter som valts för utloppsöppningen 26. Dessa vibrationer åstadkommer små störningar, nor- malt vågrörelser, på strålens 3ü yta, och dessa växer på grund av väl kända ytspänningsverkningar och klipper slutligen av strålen vid en av- brytningspunkt 38 till väl utbildade små droppar ÅÛ. Utloppsöppningens 26 diameter, vätskestrålens 3Å hastighet och partikelsuspensionens ut- spädning är samtliga förutbestämda och normalt finns det icke mera än en cell i en given droppe #0.

Medelst en vanlig sorteringsanordning 60 laddas de valda dropparna #0 medelst exempelvis en laddningskrage med en pâlagd spänning. Andra drop- par laddas icke. Sorteringsanordníngen 60 inkluderar även ett par avböj- ningsplattor mellan vilka en elektrisk potentialskillnad åstadkommits.

När dropparna går mellan plattorna, kommer de laddade dropparna att av- böjas i det elektriska fältet, och därigenom kan de laddade dropparna avskiljas från de oladdade dropparna. Beslutet att ladda en given droppe grundar sig på de redan beskrivna optiska och impedansmätningar som skett ifråga om den partikel som förefinns inuti den nämnda droppen. Den nyss gjorda beskrivningen av utbildandet och sorterandet av droppar har hållits kortfattad eftersom denna del av apparaten l0 är väl känd för fackmannen.

I flödescellen 16 belyses partikelsuspensionen på vanligt sätt under det att den går genom avkänningsöppningen 22, och detta sker medelst ett ljus- strålknippe âstadkommet av en belysningskälla 42, exempelvis en laser.

Den i sampelsuspensionen befintliga partikelns gensvar på belysningen, i typiska fall ljusspridning, fluorescens eller absorbans, detekteras med- elst ett optiskt detektorsystem hk. Såsom är väl känt för fackmannen finns det talrika belysnings- och ljusuppsamlingsarrangemang som kan användas tillsammans med flödescellen 16. Genom att placera inloppsöppningen 32 nedströms öppningen 22 i enlighet med uppfinningen stör öppningarna 32 icke belysningen och ljusuppsamlingen och därför är större rymdvinklar ifråga om belysningen och uppsamlingen möjliga.

Avkänningsöppningen 22 tjänar icke endast som en optisk avkänningszon på redan beskrivet sätt utan tjänar även som en zon för elektronisk volymavkänning i enlighet med den av Wallace Coulter angivna principen, såsom kommer att beskrivas i det följande. En uppströmselektrod #6 är företrädesvis anbragt inuti beklädnadsröret lå. En nedströmselektrod Å8 är företrädesvis anordnad i en på avstånd belägen kammare 50, som 8301 630-13 står i mediumförbindelse med flödeskammaren 28 via röret 29. En källa 52 för lågfrekvent ström, inkluderande likström, eller en högfrekvent ström eller båda är elektriskt kopplad till elektroderna 46 och H8 medelst elektriska ledare SÅ resp. 56. När partiklarna går genom öpp- ningen 22, modulerar de den elektriska strömmen för att åstadkomma partikelpulser som detekteras av en vanlig detektorkretsanordning 58.

Den nämnda strömkällan 52 och detektorkretsanordningen 58 har angivits i de amerikanska patentenfl 3,7l0,933; 3,502,97Ä och 3,502,973.

Företrädesvis men icke nödvändigtvis har kanalerna 18 och 20 en cirku- lär tvärsektion med måttet l,27 mm och flödescellens l6 totala längd är 6,35 mm. Flödescellen l6 är utbildad av ett monolitiskt kvartsstycke och därigenom kan flödescellen l6 vara ganska liten. Ju mindre flödes- cellens l6 storlek är desto bättre är densammas optiska egenskaper gen- om att flödescellen närmar sig en punktkälla för de optiska signalerna.

Företrädesvis approximerar partikelavkänningsöppningens 22 tvärsektion en kvadrat. Såsom framgår av förstoringen i fig. 2 är kanalernas l8 och 20 ändar utbildade med sfäriska ytor 62 och 64, som båda avbrytas genom öppningen 22. Genom att åstadkomma rundade ändar hos urborrningarna be- höver öppningen 22 icke vara precist placerad. Utsidorna är flata och parallella med öppningens 22 väggar. I ett typiskt fall har öppningen 22 väggar med längder av 50 till l00)§n. Företrädesvis ligger utlopps- öppningen 26 och kanalerna l8 och 20 koaxiellt i linje med varandra.

De nu i detta stycke beskrivna dimensionerna och konfigurationerna är en- dast belysande och andra former och storlekar kan användas.

Ehuru apparaten i första hand användes för cellstudier kan den likaväl tillämpas för andra slags partiklar.

Ehuru särskilda utföringsformer av uppfinningen har visats och beskrivits är avsikten icke att härigenom begränsa uppfinningen till detaljerna i dessa utföringsformer. Istället omfattar uppfinningen alla modifikation- er, utföringsformer , användningar och ekvivalenter av den föreliggande uppfinningen som faller inom idén och omfånget för uppfinningen, be- skrivningen och de bifogade patentkraven.

Claims (6)

8301630-3 P A T E N T K R A V

1. Partikelanalyseríngsapparat (10) för studium av partiklar i suspension, med apparaten inkluderande en flödescell (16) med en partikelavkänningsöppning (22) genom vilken en ström av partiklar i suspension går, med flödescellen försedd med en uppströmskanal (18) och en nedströmskanal (20), med den nämnda partikelavkänningsöppningen (22) belägen däremellan och utgörande den enda mediumförbindelsen mellan de nämnda kanalerna, och utloppsorgan (24,26) belägna i närheten av den nämnda nedströmskanalen, k ä n n e t e c k n a d av att ett vätskeinföringsorgan (32) är uppbyggt och lägesplacerat nedströms den nämnda nedströmskanalens (20) nedströmsände och verksamt att införa vätska (238) som strömmar in i såväl nämnda utloppsorgan (24,26) som mot den uppströms belägna partikelavkänningsöppningen (22) för att hydrodynamiskt Fokusera partikelströmmen när den strömmar nedströms från den nämnda partikelavkänningsöppningen (22) in i nämnda utlopps- organ.

2. Partikelanalyseringsapparat enligt krav l, k ä n n e - t e c k n a d av att det nämnda vätskeinföringsorganet (3l,32) är uppbyggt och arrangerat i Förhållande till partikelströmmen för att införa vätskan på ett icke koncentriskt sätt.

3. Partikelanalyseringsapparat enligt krav l eller 2, k ä n- n e t e c k n a d av att det nämnda vätskeinföringsorganet (30, 31,32) är uppbyggt och arrangerat på sådant sätt i förhållande till partikelströmmen att vätskan går in i flödescellen (16) i approximativt rät vinkel mot partikelströmmen,

4. Partikelanalyseringsapparat enligt något av kraven l-3 och ytterligare inkluderande belysningsorgan (42) för att åstadkomma strål- ning för att belysa partiklarna i den nämnda partikelavkänningsöppningen (22), k ä n n e t e c k n a d av att nämnda belysningsorgan (A2) och detsammas strålning är orienterade och placerade på avstånd från det nämnda vätskeinföringsorganet (32).

5. Partikelanalyseringsapparat enligt något av kraven l-4, k ä n n e t e c k n a d av att vätskeínföringsorganet (32) är 8301630-3 placerat intill det nämnda utloppsorganet (26) och det nämnda utlopps- organet (26) inkluderar ett munstycke (24) med en utloppsöppning (26) för att kasta ut partikelströmmen som en vätskestråle (Bh) från det nämnda munstycket.

6. Partikelanalyseringsapparat enligt krav 5, k ä n n e - t e c k n a d av störningsorgan (36) för att periodískt störa vätskestrålen (34) för att frambrínga små droppar som innehåller partiklar och sorteringsorgan (60) för att sortera de nämnda dropparna, med nämnda sorteringsorgan styrt av signaler alstrade när partiklarna går genom den nämnda partíkelavkänningsöppningen (22). --ooo---