UA12803U

UA12803U - Dropjet method for separation of particles

Info

Publication number: UA12803U
Application number: UA20041210815U
Authority: UA
Inventors: Serhii Mykhailovych Kontush
Original assignee: Odesa State Cold Academy
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2006-03-15

Abstract

A method for separation of particles, in which the flow of mono-disperse drops, in each of which not more than one particle is located, is passed through the area of optical analysis of the properties of particles located in the drops. Then, on the bass of results of analysis the three-dimensional separation of drops with different particles is performed. For the analysis of the properties of particles the information about indicator functions of light scattering by drops containing particles over a wide range of angles is used. Information is obtained at passage of drops with the particles through the area of optical analysis, i.e., the principle of scanning cytometry is used.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель відноситься до розділу техніки сепарації речовин у дисперсному (роздробленому) вигляді, 2 коли частинки цих речовин можуть утворювати суспензії в деяких рідинах. У першу чергу він може знайти застосування при біологічних і біохімічних дослідженнях для виділення із проб рідин окремих компонентів у вигляді частинок, коли потрібна висока якість сепарації малих кількостей речовин.A useful model refers to the section of the separation technique of substances in a dispersed (fragmented) form, 2 when particles of these substances can form suspensions in some liquids. First of all, it can be used in biological and biochemical research for the separation of individual components in the form of particles from liquid samples, when high quality separation of small amounts of substances is required.

На даному рівні розвитку техніки відомі способи сепарації речовин у вигляді частинок (у дисперсному вигляді), у яких використовуються відмінності частинок одна від одної по їхніх розмірах, зарядах або 70 флуоресценції під впливом ультрафіолетового випромінювання. В останньому випадку нерозчинні частинки вводять до рідини, що розбивається (диспергується) на струмінь однакових крапель, так що виникає можливість відділення одних крапель від інших, якщо в них містяться частинки різного типу.At this level of technical development, there are known methods of separation of substances in the form of particles (in dispersed form), which use the differences of particles from each other in terms of their sizes, charges or 70 fluorescence under the influence of ultraviolet radiation. In the latter case, insoluble particles are introduced into the liquid, which is broken (dispersed) into a stream of identical droplets, so that it is possible to separate one droplet from another if they contain particles of different types.

Прикладом такого способу сепарації дисперсних речовин є спосіб, використаний для сепарації клітин і описаний, наприклад, у Іроботі І.А.Неггпрего, еїс., Те Півіогу апа їшге ої (Ше Пиогезсепсе асіїмайей сеї 72 вопег ап Яоху суотейгу: а міем/у їот З(апіога. Сіїпісаї Спетівігу, м.48, Мо 10, рр.1819-1827, 20024. В іншому подібному способі сепарація проводиться розподілом Х і М хромосом, що знаходяться в спермі, використованій для штучного запліднення тварин оппзоп І.А. РіпКеІ ОО. Моаіїісайоп ої а Іазег-разей йому суюотейег ог підп гезоїшіоп ОМА апаїувзів ої таттаїйап зрегтайог2оа. Суїотеїйгу, 1986, м.7, 268-273). У цих способах струмінь рідини пропускається через зону, освітлювану придатним оптичним випромінюванням для утворення флуоресценції частинок, що знаходяться в рідині, і потім струмінь рідини розбивається на струмінь монодисперсних крапель. Фотоприймач реєструє флуоресцентне випромінювання частинок, а підключений до нього комп'ютер аналізує характеристики випромінювання (наприклад, його інтенсивність від кожної частинки).An example of this method of separation of dispersed substances is the method used for the separation of cells and described, for example, in Irobot I.A. Neggprego, eis., Te Piviogu apa yishge oi (She Pyogezsepse asiimayei sei 72 vopeg ap Yaohu suoteigu: a miem/u iot Z(apioga. Siipisai Spetivigu, m. 48, Mo 10, yr. 1819-1827, 20024. In another similar method, separation is carried out by dividing the X and M chromosomes found in the sperm used for artificial insemination of animals oppsop I.A. RipKeI OO. Moaiiiisaiop oi a Iazeg-razei him suyuoteyeg og podp gezoishiop OMA apaiuvziv oi tattaiyap zregtaiog2oa. Suioteiigu, 1986, m.7, 268-273). In these methods, a liquid jet is passed through a zone illuminated by suitable optical radiation for the formation of particle fluorescence, which are in the liquid, and then the liquid jet is broken up into a jet of monodisperse droplets. its intensity from each particle).

Сигнали від комп'ютера вмикають систему, що відбирає зі струменя краплі з необхідними характеристиками.Signals from the computer turn on the system, which selects drops with the required characteristics from the jet.

Такою системою може служити пневматичний або електростатичний пристрій.A pneumatic or electrostatic device can serve as such a system.

Недоліком описаного способу сепарації частинок є обмеження, зв'язане з використанням лише в флуоресценції частинок. При відсутності явища флуоресценції сепарація частинок даним способом неможлива.The disadvantage of the described method of particle separation is the limitation associated with the use of particles only in fluorescence. In the absence of the phenomenon of fluorescence, the separation of particles by this method is impossible.

Технічна задача, на рішення якої спрямований запропонована корисна модель, полягає в тому, щоб використовувати створені окремими частинками і скановані індикатриси розсіювання світла для сепарації цих частинок. При цьому сепарованими можуть бути частинки будь-якої природи. оThe technical problem, the solution of which is aimed at the proposed useful model, is to use the light scattering indicators created by individual particles and scanned for the separation of these particles. At the same time, particles of any nature can be separated. at

Рішення цієї задачі досягається тим, що для визначення характеристик частинок використовується Га») інформація про скановані індикатриси розсіяного лазерного випромінювання. Для одержання такої інформації в роботі М.Р.Маїївем, Зсаппіпу ому суїоптеїйгу ог іпаїмідца! рагіісіе апаїузіз, Кем. Зсі. Іпвіг., м.71, Мо.1, со рр.243-255, 2000), струмінь рідини з частинками пропускається через кювету, у якій за допомогою лазера і Га фотоприймача сканується розсіяне кожною частинкою світло в широкому діапазоні кутів. Тим самим 32 визначається відмінність частинок одна від одної. У зв'язку з тим, що описаний спосіб визначення - характеристик частинок застосовувався лише для кліток, зважених у рідині, він одержав назву методу скануючої цитометрії.The solution to this problem is achieved by the fact that to determine the characteristics of the particles, information about the scanned indicators of scattered laser radiation is used. To obtain such information in the work of M.R. Maiyev, Zsappipu omu suiopteiygu og ipaimidtsa! ragiisie apaiuziz, Kem. All together. Ipvig., m.71, Mo.1, so pp. 243-255, 2000), a stream of liquid with particles is passed through a cuvette, in which the light scattered by each particle is scanned in a wide range of angles with the help of a laser and a photodetector. Thus 32 the difference of particles from each other is determined. Due to the fact that the described method of determining the characteristics of particles was used only for cells suspended in a liquid, it received the name of the method of scanning cytometry.

Виділення та відрізнення частинок з різними властивостями (їхня сепарація) досягається використанням « способу сепарації, описаного там же |М.Р.Маїївем, Зсаппіпд Йому суїотеїйгу їог іпаїмідца! рагіісіеє апаїузів, ЗIsolation and differentiation of particles with different properties (their separation) is achieved using the "separation method described in the same place by M.R. Mayiv, Zsappipd Yomu suioteiigu yog ipaimidtsa! ragiisiee apaiuziv, Z

Рем, в8оі. Іпвіг., м.71, Мо.І, рр.243-255, 2000), а також в |патенті США - М.Р.Маїївем, А.М.СПпегпузпех, 05 с Раїепі Митбрег 5,650,847 (90.22, 1997)), з тою різницею, що в запропонованому приладі для здійснення з» сепарації рідина з частинками вводиться не як тонкий струмінь, а у вигляді потоку монодисперсних крапель.Rem, v8oi. Ipvig., m.71, Mo.I, pp. 243-255, 2000), as well as in the US patent - M.R. Mayivem, A.M. SPpegpuzpeh, 05 s Raiepi Mitbreg 5,650,847 (90.22, 1997)) , with the difference that in the proposed device for performing the separation, the liquid with particles is introduced not as a thin stream, but in the form of a flow of monodisperse droplets.

Концентрація частинок у рідині вибирається такою, щоб у кожній краплі містилося не більш однієї частинки.The concentration of particles in the liquid is chosen so that each drop contains no more than one particle.

Частота надходження крапель в кювету повинна бути менше критичної, так щоб у кожний момент часу в кюветі знаходилася лише одна крапля. В процесі свого руху в кюветі краплі висвітлюються лазерним пучком для виміру - їхніх індикатрис розсіювання за допомогою фотоприймача. Дані вимірів вводяться до комп'ютера, що виробляє ка сигнали, які надходять на виконавчий пристрій, для відхилення тих або інших крапель з первісного струменя пневматичним способом. бо Для реалізації запропонованого способу можна використовувати пристрій, схема якого приведена на Фіг.1. о 20 Струмінь монодисперсних крапель, що містять завислі в них частинки, формується за допомогою генератора монодисперсних крапель 1. Він установлений так, щоб струмінь монодисперсних крапель рухався поблизу с» оптичної осі циліндричної кювети 2, одна з торцевих сторін якої уявляє собою сферичне дзеркало 3.The frequency of drops entering the cuvette should be less than critical, so that only one drop is in the cuvette at each moment of time. During their movement in the cuvette, the drops are illuminated by a laser beam to measure their scattering indicators using a photodetector. The measurement data is entered into a computer that generates signals that are sent to the executive device to deflect certain drops from the original jet pneumatically. for To implement the proposed method, you can use the device, the diagram of which is shown in Fig. 1. o 20 A stream of monodisperse droplets containing particles suspended in them is formed with the help of a monodisperse droplet generator 1. It is set so that the stream of monodisperse drops moves near the c" optical axis of the cylindrical cuvette 2, one of the end sides of which is a spherical mirror 3.

Генератором монодисперсних крапель може бути, наприклад, генератор, описаний у (патенті Контуша С.М.,The generator of monodisperse drops can be, for example, the generator described in (patent S.M. Kontush,

Щекатоліної С.А., Генератор монодисперсних крапель, заявка Мо2003065236 від 6.06.03р.)ї. Струмінь крапель 29 проходить через невеликий отвір у дзеркалі 4, встановленому між генератором крапель і кюветою 2 під кутом с 452 до осі кювети. Лазер 5 за допомогою цього дзеркала висвітлює краплі, що рухаються в кюветі 2. Усередині кювети 2 також під кутом 4592 до осі кювети встановлене плоске дзеркало б, у центрі якого є отвір діаметром біля 5мм. Фотоприймач 7 з об'єктивом 8 і щілиною 9 установлений таким чином, щоб він реєстрував світло, розсіяне краплями і відбите спочатку сферичним дзеркалом З і потім плоским дзеркалом 6. Сигнали від 60 фотоприймача вводяться до комп'ютера 10. Електронний блок 10 (з виконавчим пневматичним ключем 11) спрямовує ті чи інші краплі до збірників 12 і 13.Shchekatolinai S.A., Generator of monodisperse drops, application Mo2003065236 dated 06.06.03. The stream of drops 29 passes through a small hole in the mirror 4 installed between the droplet generator and the cuvette 2 at an angle of 452 to the axis of the cuvette. Laser 5 uses this mirror to illuminate drops moving in cuvette 2. Inside cuvette 2, a flat mirror b is also installed at an angle of 4592 to the axis of the cuvette, in the center of which there is a hole with a diameter of about 5 mm. The photo receiver 7 with the lens 8 and the slit 9 is installed in such a way that it registers the light scattered by the drops and reflected first by the spherical mirror C and then by the flat mirror 6. The signals from the photo receiver 60 are input to the computer 10. The electronic unit 10 (with executive with a pneumatic key 11) directs certain drops to collectors 12 and 13.

Робота пристрою відбувається в такий спосіб. При працюючому генераторі монодисперсних крапель, що містять частинки, які сепарируються, установлюється такий режим його роботи, щоб через кювету краплі проходили по одній. Лазерне випромінювання через дзеркало, встановлене у верхній частині кювети, висвітлює 65 одиночні краплі, що переміщуються вдоль кювети, а фотоприймач збирає розсіяне ними випромінювання, так що виникає інформація про індикатриси розсіювання світла краплями в різних тілесних кутах, приблизно від 109 до 902, Підключений до фотоприймача комп'ютер обробляє одержувану інформацію в реальному масштабі часу, використовуючи придатну програму, і видає сигнал на виконавчий пристрій, що спрямовує пролітаючу через кювету краплю у той або інший бік. Розміри використованих для роботи пристрою крапель може коливатися відThe device works as follows. When the generator of monodisperse drops containing particles that are separated is working, its mode of operation is established so that the drops pass through the cuvette one at a time. Laser radiation through a mirror installed at the top of the cuvette illuminates 65 single drops moving along the cuvette, and a photodetector collects the radiation scattered by them, so that there is information about the light scattering indicators by the drops at different solid angles, approximately from 109 to 902, Connected to photo receiver computer processes the received information in real time, using a suitable program, and issues a signal to the executive device, which directs the drop flying through the cuvette in one direction or another. The sizes of the drops used for the operation of the device can vary from

ЗО до 10Омкм, а частота їхнього проходження - до 1000ГцЦ.ZO up to 10 Ohm, and the frequency of their passage - up to 1000 Hz.

Claims

The formula of the invention

And. And What And The method of particle separation, in which a stream of monodisperse drops, each of which contains no more than one particle, is passed through the zone of optical analysis of the properties of the particles in the drops, and then, based on the results of the analysis, spatial separation of the drops with different particles is carried out, which differs in that for the analysis of particle properties, information on the 7/5 indicators of light scattering by drops containing particles in a wide range of angles is used, which is obtained when the droplets with particles pass through the zone of optical analysis, that is, the principle of scanning cytometry. that 2 (ze) «c) (ee) s yo

- and? - ime) (ee) («in) syu» 60 b5