DE202012105015U1

DE202012105015U1 - Device with an inner and an outer functional element

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Publication number: DE202012105015U1
Application number: DE202012105015U
Authority: DE
Original assignee: LZH Laser Zentrum Hannover eV
Current assignee: LZH Laser Zentrum Hannover eV
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2013-03-05
Anticipated expiration: 2022-12-22

Abstract

Einrichtung mit einem inneren und einem äußeren Funktionselement zur Erzeugung eines Fluidstroms mit einem Kernstrahl und einem Hüllstrahl mit einem inneren Funktionselement zur Formung eines Kernstrahls, einem äußeren Funktionselement mit einem Abschnitt zur Führung eines Hüllstrahls und einem Abschnitt zur Fokussierung des Hüllstrahls mit Kernstrahl am freien Ende des äußeren Funktionselements, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Funktionselement zur Formung des Kernstrahls einen Strömungskanal aufweist, durch den der Kernstrahl geführt wird, und örtlich getrennt ist vom äußeren Funktionselement mit einem Abschnitt zur Fokussierung des Hüllstrahls mit dem Kernstrahl und/oder dem Abschnitt zur Formung des Hüllstrahls.Device having an inner and an outer functional element for generating a fluid stream with a core jet and a sheath jet with an inner functional element for shaping a core jet, an outer functional element with a section for guiding a sheath jet and a section for focusing the sheath jet with a core jet at the free end of the sheath jet outer functional element, characterized in that the inner functional element for shaping the core jet has a flow channel through which the core jet is guided, and is spatially separated from the outer functional element with a section for focusing the sheath jet with the core jet and / or the section for forming the core jet Hüllstrahls.

Description

Vorliegend wird eine Einrichtung mit einem inneren und einem äußeren Funktionselement zur Erzeugung eines Fluidstroms mit einem Kernstrahl und einem Hüllstrahl bereitgestellt. Die Einrichtung mit einem inneren und einem äußeren Funktionselement zeichnet sich aus durch ein inneres Bauteil zur Formung eines Kernstrahls, einem äußeren Funktionselement mit einem Abschnitt zur Führung eines Hüllstrahls und einem Abschnitt zur Fokussierung des Hüllstrahls mit Kernstrahl am freien Ende des Funktionselements, wobei die Einrichtung mit einem inneren und einem äußeren Funktionselement derart ausgebildet ist, dass das Funktionselement zur Formung des Kernstrahls örtlich getrennt ist vom äußeren Funktionselement mit einem Abschnitt zur Fokussierung des Hüllstrahls und/oder dem Abschnitt zur Führung des Hüllstrahls. In einem weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung zur Auftrennung von Partikeln mit dieser Einrichtung mit einem inneren und einem äußeren Funktionselement bereitgestellt. Insbesondere handelt es sich hierbei um eine durchflusszytometrische Vorrichtung. Weiterhin beschreibt die vorliegende Anmeldung auf ein Verfahren zur Auftrennung von Partikeln mit Hilfe dieser Einrichtung, insbesondere ein Verfahren zur Auftrennung von lebenden isolierten Zellen wie Keimzellen. Schließlich wird ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Einrichtung beschrieben.In the present case, a device is provided with an inner and an outer functional element for generating a fluid flow with a core jet and an enveloping jet. The device with an inner and an outer functional element is characterized by an inner component for forming a core beam, an outer functional element having a section for guiding a sheath beam and a section for focusing the sheath beam with a core jet at the free end of the functional element, wherein the device an inner and an outer functional element is formed such that the functional element for forming the core beam is spatially separated from the outer functional element with a section for focusing the sheath beam and / or the section for guiding the sheath beam. In a further aspect, a device for separating particles with this device is provided with an inner and an outer functional element. In particular, this is a flow cytometric device. Furthermore, the present application describes a method for the separation of particles by means of this device, in particular a method for the separation of living isolated cells such as germ cells. Finally, a method of manufacturing such a device will be described.

Stand der TechnikState of the art

Die Auftrennung und Selektion von Partikeln, insbesondere von lebenden Zellen wie Spermatozoen, ist Gegenstand vieler Verfahren. Insbesondere spielt hier die qualitative und quantitative aber auch kostengünstige Auftrennung und Selektion von Spermatozoen, das so genannte „Sexing”, eine wichtige Rolle.The separation and selection of particles, in particular of living cells such as spermatozoa, is the subject of many methods. In particular, the qualitative and quantitative but also cost-effective separation and selection of spermatozoa, the so-called "sexing", plays an important role here.

Hierbei geht es um die geschlechtsspezifische Sortierung von Spermatozoen, der im Nutztierbereich eine große wirtschaftliche Bedeutung zukommt.This is about the gender-specific sorting of spermatozoa, which has a large economic importance in the livestock sector.

Im Bereich der Nutztierzüchtung und Nutztiervermehrung, insbesondere von Rindern aber auch von Schweinen, Schafen, Geflügel oder Pferden, ist die vorherige Festlegung des Geschlechts des Nachwuchses vorteilhaft. Üblicherweise werden zur geschlechtsspezifischen Sortierung von Spermien Durchflusszytometer eingesetzt, wie sie kommerziell erhältlich sind. Zur Unterscheidung der X- und Y-chromosomalen Spermien werden Unterschiede im DNA-Gehalt der beiden Spermienarten im Vergleich miteinander genutzt, die durch spezielle Detektionsmöglichkeiten von Durchflusszytometern bestimmt werden können. Auf Grund der bekannten Unterschiede im DNA-Gehalt zwischen Spermien, die das größere X-Chromosom beinhalten und solchen, die das kleinere Y-Chromosom beinhalten z. B. bei Rindern um ca. 4%, ist es möglich diese Differenz im DNA-Gehalt zu nutzen, um einerseits das Geschlecht der Spermien zu bestimmen und andererseits diese Spermien aufzutrennen und zu selektionieren.In the field of livestock breeding and livestock reproduction, especially of cattle but also of pigs, sheep, poultry or horses, the prior determination of the sex of the offspring is advantageous. Typically, for sperm sorting, flow cytometers are used as commercially available. Differences in the DNA content of the two types of spermatozoa, which can be determined by special detection options of flow cytometers, are used to differentiate the X and Y chromosomal spermatozoa. Because of the known differences in DNA content between sperm containing the larger X chromosome and those containing the smaller Y chromosome, e.g. For example, in cattle by about 4%, it is possible to use this difference in DNA content, on the one hand to determine the sex of the sperm and on the other hand to separate and select these sperm.

Grundsätzlich werden in der Durchflusszytometrie die zu detektierenden und zu selektionierenden Partikel in einem Fluidstrom vereinzelt, um dann entsprechend auf Basis eines bestimmten Signals selektioniert zu werden. Üblicherweise handelt es sich hierbei um das Signal eines DNA-spezifischen Fluoreszenzfarbstoffs, der mit Hilfe einer Anregung über einen Laserstrahl detektiert wird. Mit Hilfe der Detektoren können weitere gewünschte Partikeleigenschaften, wie Größe etc., bestimmt werden. Üblicherweise erfolgt dieses über die Bestimmung des Streulichts des eingestrahlten Laserlichts. Mit Hilfe der Detektoren werden entsprechende Messsignale generiert, die eine Auskunft über den DNA-Gehalt der Partikel sowie über Größe und andere Eigenschaften der Partikel erlauben. Über eine Sortiereinrichtung wird dann eine Auftrennung und Selektionierung der Partikel, insbesondere der Spermien, durchgeführt. Eine entsprechende Auftrennung und Selektionierung erfolgt üblicherweise über ein Ablenken der aus einem Fluidstrom erzeugten Tröpfchen in einem elektrischen Feld. Dazu wird der Fluidstrom und somit auch die daraus erzeugten Tröpfchen elektrisch aufgeladen um dann beim Durchtritt durch ein elektrisches Feld elektrostatisch abgelenkt und entsprechend selektioniert zu werden.In principle, in flow cytometry, the particles to be detected and selected are separated in a fluid flow, in order then to be correspondingly selected on the basis of a specific signal. Usually, this is the signal of a DNA-specific fluorescent dye, which is detected by means of excitation via a laser beam. With the help of the detectors further desired particle properties, such as size, etc., can be determined. This usually takes place via the determination of the scattered light of the incident laser light. With the help of the detectors corresponding measurement signals are generated, which allow information about the DNA content of the particles as well as the size and other properties of the particles. A sorting device is then used to separate and select the particles, in particular the sperm. A corresponding separation and selection usually takes place via a deflection of the droplets generated from a fluid flow in an electric field. For this purpose, the fluid flow and thus also the droplets produced therefrom are electrically charged in order then to be electrostatically deflected when passing through an electric field and to be correspondingly selected.

Bei Spermien erfolgt die Selektionierung auf Basis des DNA-Gehalts. Die Bestimmung des DNA-Gehalts hängt aber auch stark von der Morphologie der Zellen ab, so dass die Orientierung der Spermien einen Einfluss auf den Messwert des DNA-Gehalts nehmen kann.For sperm, the selection is based on the DNA content. The determination of the DNA content also depends strongly on the morphology of the cells, so that the orientation of the spermatozoa can influence the measured value of the DNA content.

Entsprechend ist es notwendig solche Verfahren bereitzustellen, die eine Orientierung der Zellen erlauben, um die Bestimmung des DNA-Gehalts zu verbessern.Accordingly, it is necessary to provide such methods that allow orientation of the cells to improve the determination of DNA content.

In der WO 01/40765 werden verbesserte Düsen für Durchflusszytometer beschrieben. Durch die dort beschriebene Düsengeometrie sollen Schädigungen der Zellen vermieden werden.In the WO 01/40765 are described improved nozzles for flow cytometers. Due to the nozzle geometry described there, damage to the cells should be avoided.

Die WO 2005/075629 beschreibt eine Vorrichtung zur Messung von orientierten asphärischen Zellen. Hierzu wird über eine zweite Lichtquelle eine Bestimmung der Orientierung der Spermien durchgeführt.The WO 2005/075629 describes a device for measuring oriented aspherical cells. For this purpose, a determination of the orientation of the spermatozoa is carried out via a second light source.

Weiterhin werden Düsen bzw. Funktionselemente wie der Injektor für den Kernstrahl zum Erzeugen eines Fluidstroms beschrieben, die keine runde Ausbildung, sondern eine ellipsenförmige Ausbildung am Auslass aufweisen.Furthermore, nozzles or functional elements such as the injector for the core jet for generating a fluid flow are described, which is not round Training, but have an elliptical design at the outlet.

Um eine möglichst hohe Ausbeute bei der Selektion zu bekommen, werden die Spermien so ausgerichtet, dass die flache Seite des Spermienkopfes senkrecht zur zu detektierenden Strahlung ausgerichtet ist. Dazu wird eine speziell konstruierte Düsengeometrie eingesetzt. Diese Düsengeometrie erlaubt es, den Spermien enthaltenden Kernstrahl durch einen außen umschliessenden, flüssigen Hüllstrom hydrodynamisch zu fokussieren und gleichzeitig elliptisch zu formen. Die Formung basiert auf dem Prinzip, dass durch die elliptische Ausformung der sich zum Auslass hin verjüngenden Düseninnenwand und die asymmetrischen Radialgeschwindigkeitsgradienten des Hüllstroms der Kernstrahl ebenfalls elliptisch geformt und fokussiert wird. Prinzipbedingt prägt sich dadurch die Ellipsenform des Kernstrahlquerschnitts um 90° verdreht zur Ellipsenform der Düsenwand aus. Dieses resultiert in einer geringen Sortierrate.In order to obtain the highest possible yield in the selection, the spermatozoa are aligned so that the flat side of the sperm head is aligned perpendicular to the radiation to be detected. For this purpose, a specially designed nozzle geometry is used. This nozzle geometry makes it possible to hydrodynamically focus the sperm jet containing the spermatozoa by means of an externally enclosing liquid envelope flow and at the same time to form it elliptically. The shaping is based on the principle that the core jet is also elliptically shaped and focused by the elliptical shape of the nozzle inner wall tapering to the outlet and the asymmetrical radial velocity gradients of the sheath flow. Due to the principle, the elliptical shape of the core beam cross-section is characterized by 90 ° twisted to the elliptical shape of the nozzle wall. This results in a low sorting rate.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung von neuen Einrichtungen mit einem inneren und einem äußeren Funktionselement zur Erzeugung eines Fluidstroms, insbesondere von Düsen für Durchflusszytometer, die eine signifikant erhöhte Sortierrate von Partikeln, insbesondere lebenden Zellen, wie Spermatozoen, erlauben.The object of the invention is to provide new devices with an inner and an outer functional element for generating a fluid flow, in particular nozzles for flow cytometers, which allow a significantly increased sorting rate of particles, in particular living cells, such as spermatozoa.

Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention

In einem ersten Aspekt wird eine Einrichtung mit einem inneren und einem äußeren Funktionselement zur Erzeugung eines Fluidstroms mit einem Kernstrahl und einem Hüllstrahl bereitgestellt, wobei das innere Funktionselement einen Abschnitt zur Formung eines Kernstrahls und das äußere Funktionselement einen Abschnitt zur Führung eines Hüllstrahls und einen Abschnitt zur Fokussierung des Hüllstrahls mit Kernstrahl am freien Ende des Funktionselements aufweist. Die Einrichtung mit einem inneren und einem äußeren Funktionselement zeichnet sich dadurch aus, dass das innere Funktionselement mit dem Abschnitt zur Formung des Kernstrahls einen Strömungskanal aufweist, durch den der Kernstrahl geführt wird, und dadurch, dass das innere Funktionselement örtlich getrennt ist vom äußeren Funktionselement mit einem Abschnitt zur Fokussierung des Hüllstrahls mit dem Kernstrahl und/oder dem Abschnitt zur Formung des Hüllstrahls.In a first aspect, there is provided a device having an inner and an outer functional element for generating a fluid stream with a core jet and an enveloping jet, wherein the inner functional element comprises a core beam shaping section and the outer functional element comprises a sheath beam guiding section and a section Has focusing of the sheath beam with a core beam at the free end of the functional element. The device with an inner and an outer functional element is characterized in that the inner functional element with the section for shaping the core jet has a flow channel through which the core jet is guided, and in that the inner functional element is spatially separated from the outer functional element a section for focusing the envelope beam with the core beam and / or the envelope beam forming section.

In einem weiteren Aspekt wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zur Auftrennung und Selektion von Partikeln bereitgestellt. Diese Vorrichtung ist eine zur Auftrennung und Selektion von Partikeln, die eine Einrichtung mit einem inneren und einem äußeren Funktionselement zur Erzeugung eines Partikel enthaltenden Fluidstroms, eine Bestrahlungseinrichtung, die auf den aus der Einrichtung austretenden Fluidstrom gerichtet ist, einen Detektor, der auf den Fluidstrom gerichtet ist und zur Erzeugung von Messsignalen eingerichtet ist, eine mit dem Detektor verbundene Steuerungseinheit, die zum Empfang von Detektionssignalen und zur Erzeugung von Steuersignalen für eine Selektionseinheit eingerichtet ist, und eine mit der Steuerungseinheit verbundene Selektionseinheit, die zum Empfang der Steuersignale eingerichtet ist, aufweist, wobei bevorzugt die Strahlungseinrichtung einen Laser zur Erzeugung von Laserstrahlung aufweist, deren Strahlengang auf den Fluidstrom gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Erzeugung eines Fluidstroms mit einem Kernstrahl und einem Hüllstrahl verwendet wird.In a further aspect, an apparatus for separating and selecting particles is provided according to the invention. This device is a particle separation and selection device comprising a device having an inner and an outer functional element for generating a particle-containing fluid flow, an irradiation device directed to the fluid flow exiting the device, a detector directed to the fluid flow and is arranged to generate measurement signals, a control unit connected to the detector, which is set up to receive detection signals and to generate control signals for a selection unit, and a selection unit connected to the control unit, which is set up to receive the control signals, wherein preferably the radiation device has a laser for generating laser radiation, whose beam path is directed to the fluid flow, characterized in that a device according to the invention for generating a fluid flow with a core beam and an enveloping beam is used.

Weiterhin wird ein Verfahren zur Selektion von Partikeln, insbesondere zur Selektion von Säugerspermatozoen, beschrieben, wobei der Partikel enthaltende Fluidstrom mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ausgebildet wird. Schließlich wird ein Verfahren zur Herstellung eines Funktionselements mit einem Strömungskanal, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Funktionselements zur Erzeugung eines Fluidstroms aus einem Kernstrahl und einem Hüllstrahl, wie es erfindungsgemäß beschrieben wird, beschrieben. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest das innere Funktionselement mit dem Strömungskanal mittels Stereolithographie hergestellt wird.Furthermore, a method for the selection of particles, in particular for the selection of mammalian spermatozoa, described, wherein the particle-containing fluid stream is formed with the device according to the invention. Finally, a method for producing a functional element with a flow channel, in particular a method for producing a functional element for generating a fluid stream from a core jet and an enveloping jet, as described in the invention, is described. This method is characterized in that at least the inner functional element is manufactured with the flow channel by means of stereolithography.

Ausführliche Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

In einem ersten Aspekt richtet sich die vorliegende Anmeldung auf eine Einrichtung mit einem inneren und einem äußeren Funktionselement zur Erzeugung eines Fluidstroms mit einem Kernstrahl und einem Hüllstrahl mit einem inneren Funktionselement zur Formung eines Kernstrahls, einem äußeren Funktionselement mit einem Abschnitt zur Formung eines Hüllstrahls und einem Abschnitt zur Fokussierung des Hüllstrahls mit Kernstrahl am freien Ende des Funktionselements, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement zur Formung des Kernstrahls einen Strömungskanal aufweist, durch den der Kernstrahl geführt wird, und das dieser örtlich getrennt ist vom Abschnitt zur Fokussierung des Hüllstrahls mit dem Kernstrahl und/oder dem Abschnitt zur Formung des Hüllstrahls.In a first aspect, the present application is directed to a device having an inner and an outer functional element for generating a fluid stream with a core jet and a sheath jet with an inner functional element for shaping a core jet, an outer functional element with a section for forming a sheath jet and a Section for focusing the sheath beam with a core beam at the free end of the functional element, characterized in that the functional element for shaping the core beam has a flow channel through which the core beam is guided, and this is spatially separated from the section for focusing the sheath beam with the core beam and / or the section for shaping the sheath jet.

Es wird davon ausgegangen, dass verbesserte Sortierraten und eine stabilere Detektion und Auftrennung von Partikeln in einem Fluidstrom, insbesondere eine geschlechtsspezifische Sortierung von Spermien, dadurch erreicht werden, dass die Kernstrahlformung getrennt von der Beschleunigung bzw. der hydrodynamischen Fokussierung durchgeführt wird.It is believed that improved sorting rates and a more stable detection and separation of particles in a fluid stream, in particular a sex-specific sorting of spermatozoa, are achieved by performing the core beam formation separately from the acceleration or hydrodynamic focusing.

D. h., in einem ersten Schritt wird der Kernstrahl, der die Partikel, insbesondere die Spermatozoen, enthält, geformt und anschließend erfolgt die Fokussierung des Kernstrahls durch den kreisrunden Hüllstrahl. Durch die Trennung dieser beiden wesentlichen Schritte in der erfindungsgemäßen Einrichtung, nämlich der Formung des Kernstrahls und der hydrodynamischen Fokussierung, ist es möglich, eine Orientierung der Partikel, insbesondere von nicht-rotationssymmetrischen Partikeln wie Spermien, im Kernstrahl zu erreichen. Der kreisrunde Hüllstrahl fokussiert den nach Durchlaufen des Strömungskanals vorliegenden Kernstrahl mit den vereinzelten und ausgerichteten Zellen. In other words, in a first step, the core jet, which contains the particles, in particular the spermatozoa, is shaped, and then the core beam is focused through the circular sheath jet. By separating these two essential steps in the device according to the invention, namely the shaping of the core jet and the hydrodynamic focusing, it is possible to achieve an orientation of the particles, in particular non-rotationally symmetrical particles such as sperm, in the core jet. The circular sheath beam focuses the core beam present after passing through the flow channel with the isolated and aligned cells.

Unter dem Ausdruck „Kernstrahl” wird vorliegend der Fluidstrahl verstanden, der vollständig von einem zweiten Strahl, dem Hüllstrahl, umgeben ist. Üblicherweise unterscheidet sich die Zusammensetzung des Kernstrahls von der des Hüllstrahls, insbesondere enthält der Kernstrahl zu analysierende und gegebenenfalls zu selektionierende Partikel. Der Kernstrahl wird üblicherweise mit einem Injektor erzeugt. Dieser Injektor weist hierzu üblicherweise ein nadelförmiges Element auf.The term "core jet" is understood here to mean the fluid jet which is completely surrounded by a second jet, the enveloping jet. Usually, the composition of the core beam differs from that of the enveloping beam, in particular the core beam contains particles to be analyzed and optionally to be selected. The core jet is usually generated with an injector. For this purpose, this injector usually has a needle-shaped element.

Unter dem Ausdruck „Hüllstrahl” wird vorliegend ein Fluidstrahl verstanden, der einen zweiten Strahl vollständig umhüllt. Üblicherweise enthält der Hüllstrahl keine Partikel.The term "sheath jet" is understood here to mean a fluid jet which completely envelopes a second jet. The sheath jet usually contains no particles.

Unter dem Ausdruck „Spermien” oder „Spermatozoen”, die vorliegend synonym verwendet werden, werden sowohl solche verstanden, die lediglich aus dem Kopfteil bestehen, als auch solche, die auch Mittelstück und Schwanzteil aufweisen, also vollständige Spermien.By the term "spermatozoa" or "spermatozoa", which are used interchangeably herein, are meant both those that consist only of the head part, as well as those that also centerpiece and tail part have, so complete sperm.

Mit Hilfe des in dem inneren Funktionselement ausgebildeten Strömungskanals ist ein Formen des Kernstrahls möglich, z. B. in eine nicht-kreisrunde Form wie in eine ovale Form. Der Strömungskanal erlaubt somit ein Orientieren der im Kernstrahl vorliegenden Partikel, insbesondere der Spermien. D. h., es ist bevorzugt, dass das innere Funktionselement mit dem Abschnitt zur Formung des Kernstrahls einen zur Ausrichtung von im Kernstrahl vorhandenen Partikeln angepassten Querschnitt aufweist. Insbesondere bevorzugt ist dieser Querschnitt am Ausgang des Strömungskanals des inneren Funktionselements ein ovaler. Der Strömungskanal kann dabei am Eingang einen anderen Querschnitt aufweisen, als am Ausgang. Insbesondere kann der Querschnitt im Eingangsbereich rund sein, während er im Ausgangsbereich die gewünschte Form, insbesondere einen ovalen Querschnitt, aufweist. Insbesondere kann der Eingangsbereich des inneren Funktionselements rotationssymmetrisch sein während der Ausgang des inneren Funktionselements nicht rotationssymmetrisch ist, nämlich oval, insbesondere ellipsenförmig ausgebildet ist. Unter oval wird vorliegend ein Querschnitt verstanden, der nicht kreisrund ist. Eine Spezialform von oval ist dabei eine ellipsenförmige Ausbildung.With the help of the formed in the inner functional element flow channel shaping of the core beam is possible, for. B. in a non-circular shape as in an oval shape. The flow channel thus allows orientation of the particles present in the core jet, in particular the sperm. In other words, it is preferred that the inner functional element has, with the section for shaping the core jet, a cross-section adapted to align particles present in the core jet. In particular, this cross section is preferably oval at the outlet of the flow channel of the inner functional element. The flow channel can have a different cross-section at the entrance than at the exit. In particular, the cross section may be round in the entrance area, while in the exit area it has the desired shape, in particular an oval cross section. In particular, the input region of the inner functional element can be rotationally symmetrical while the output of the inner functional element is not rotationally symmetrical, namely oval, in particular elliptical. Under oval is understood herein a cross-section that is not circular. A special form of oval is an elliptical formation.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Strömungskanal des inneren Funktionselements derart ausgebildet, dass sich die Querschnittsfläche des Strömungskanals über die gesamte Länge nicht ändert, also konstant ist. In alternativen Ausführungsformen kann sich die Querschnittsfläche in Richtung Ausgang des Strömungskanals verringern oder vergrößern.In one embodiment of the present invention, the flow channel of the inner functional element is designed such that the cross-sectional area of the flow channel does not change over the entire length, that is to say is constant. In alternative embodiments, the cross-sectional area may decrease or increase toward the exit of the flow channel.

In einer ersten Ausführung ist die Einrichtung mit einem inneren und einem äußeren Funktionselement mit Strömungskanal derart ausgebildet, dass das in Längsachse der Einrichtung angeordnete innere Funktionselement mit dem Strömungskanal stoff-, kraft- oder formschlüssig mit dem äußeren Funktionselement ausgebildet ist. D. h., das äußere Funktionselement kann einstückig mit dem inneren Funktionselement mit einem Strömungskanal ausgebildet sein oder das innere Funktionselement mit Strömungskanal kann entsprechend in dem äußerem Funktionselement stoff-, kraft- oder formschlüssig eingebracht vorliegen.In a first embodiment, the device is designed with an inner and an outer functional element with a flow channel such that the inner functional element arranged in the longitudinal axis of the device is formed with the flow channel in a material, force or form fit with the outer functional element. D. h., The outer functional element may be integrally formed with the inner functional element with a flow channel or the inner functional element with flow channel may be present in the outer functional element material, force or positively introduced.

In einer alternativen Ausführungsform ist das innere Funktionselement mit dem Strömungskanal an dem Injektor angeordnet. Das innere Funktionselement kann dabei auf den Injektor aufgesteckt werden oder anderweitig form- oder kraftschlüssig mit dem Injektor verbunden werden. Die erfindungsgemäße Einrichtung kann somit aus getrennt vorliegendem innerem und äußerem Funktionselement bestehen.In an alternative embodiment, the inner functional element with the flow channel is arranged on the injector. The inner functional element can be attached to the injector or otherwise positively or non-positively connected to the injector. The device according to the invention can thus consist of separately present inner and outer functional element.

Der Strömungskanal kann beispielhaft zentral zur Längsachse der Einrichtung mit einem inneren und einem äußeren Funktionselement angeordnet sein. Je nach Aufgabenstellung kann aber auch eine exzentrische Anordnung möglich sein. Bevorzugt ist das innere Funktionselement mit dem Strömungskanal dabei im unteren Abschnitt der Einrichtung angeordnet. Bevorzugt ist das innere Funktionselement derart angeordnet, dass der Abstand zwischen dem Ausgang des inneren Funktionselements und dem Ausgang des äußeren Funktionselements möglichst gering ist, wobei der Abstand groß genug ist, um eine Beschleunigung und hydrodynamische Fokussierung des Hüllstrahls mit dem Kernstrahl zu erlauben. Der Abstand zwischen dem Ausgang des inneren Funktionselements und des äußeren Funktionselements ist bevorzugt mindestens 300 μm, wie mindestens 500 μm.The flow channel can be arranged, for example, centrally to the longitudinal axis of the device with an inner and an outer functional element. Depending on the task but also an eccentric arrangement may be possible. In this case, the inner functional element with the flow channel is preferably arranged in the lower section of the device. Preferably, the inner functional element is arranged such that the distance between the output of the inner functional element and the output of the outer functional element is as small as possible, wherein the distance is large enough to allow acceleration and hydrodynamic focusing of the sheath beam with the core beam. The distance between the exit of the inner functional element and the outer functional element is preferably at least 300 μm, such as at least 500 μm.

In einigen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Strömungskanal derart ausgebildet, dass der Hüllstrahl im Wesentlichen nach Austritt des Kernstrahls aus dem inneren Funktionselement mit dem Abschnitt zum Formen des Kernstrahls, d. h. z. B. nach dem Austreten aus dem Strömungskanal, mit dem Kernstrahl in Kontakt gebracht wird.In some embodiments of the device according to the invention, the flow channel is designed such that the enveloping beam in Substantially after the exit of the core beam from the inner functional element with the section for shaping the core beam, that is, for example, after exiting the flow channel, is brought into contact with the core beam.

Der Kernstrahl liegt nach Austreten aus dem inneren Funktionselement mit dem Abschnitt zum Formen des Kernstrahls, insbesondere nach Austritt aus dem Strömungskanal, im Wesentlichen in der gewünschten Form vor und wird dann anschließend mit dem Hüllstrahl beschleunigt und hydrodynamisch fokussiert.After emerging from the inner functional element with the section for shaping the core jet, in particular after emerging from the flow channel, the core jet essentially exists in the desired shape and is then accelerated and hydrodynamically focused with the enveloping jet.

Am freien Ende der Einrichtung mit einem inneren und einem äußeren Funktionselement ist der Querschnitt der Austrittsöffnung des Fluidstroms mit Hüllstrahl und darin vorliegendem Kernstrahl im Wesentlichen kreisrund ausgebildet. Eine kreisrunde Ausbildung des Fluidstroms ist insbesondere vorteilhaft zur Förderung eines stationären Strömungszustandes im Freistrahl. Dadurch wird eine nachträgliche Abweichung der eingestellten Ausrichtung der Zellen verhindert.At the free end of the device with an inner and an outer functional element, the cross-section of the outlet opening of the fluid flow with the enveloping jet and the core jet present therein is substantially circular. A circular design of the fluid flow is particularly advantageous for promoting a stationary flow state in the free jet. This prevents a subsequent deviation of the set orientation of the cells.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist insbesondere eine Düse für ein Durchflusszytometer. Ausführungsformen hierzu werden bei der Erläuterung der Figuren näher dargestellt.The device according to the invention is in particular a nozzle for a flow cytometer. Embodiments for this purpose are illustrated in more detail in the explanation of the figures.

In einem weiteren Aspekt richtet sich die Anmeldung auf die Verwendung einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Formung und Fokussierung von einem Partikel enthaltenden Kernstrahl umhüllt von einem Hüllstrahl. Insbesondere ist diese Einrichtung geeignet zur geschlechtsspezifischen Sortierung von Spermien, wie Rinderspermatozoen, mittels Durchflusszytometrie unter Verwendung von kommerziellen Flusszytometern.In a further aspect, the application is directed to the use of a device according to the invention for shaping and focusing a core jet containing particles enveloped by a sheath jet. In particular, this device is suitable for the sex-specific sorting of sperm, such as bovine spermatozoa, by flow cytometry using commercial flow cytometers.

In einem weiteren Aspekt richtet sich die Anmeldung daher auf eine Vorrichtung zur Selektion von Partikeln, die eine Einrichtung mit einem inneren und einem äußeren Funktionselement zur Erzeugung eines Partikel enthaltenden Fluidstroms, eine Bestrahlungseinrichtung, die auf den an der Einrichtung austretenden Fluidstrom gerichtet ist, einen Detektor, der auf den Fluidstrom gerichtet ist und zur Erzeugung von Messsignalen eingerichtet ist, eine mit dem Detektor verbundene Steuerungseinheit, die zum Empfang von Messsignalen und zur Erzeugung von Steuersignalen eingerichtet ist, und eine mit der Steuerungseinheit verbundene Selektionseinheit, die zum Empfang der Steuersignale eingerichtet ist, aufweist. Bevorzugt ist die Strahlungseinrichtung dabei eine Laserstrahlquelle zur Erzeugung von Laserstrahlung. Die Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung mit einem inneren und einem äußeren Funktionselement zur Erzeugung eines Fluidstroms mit Kernstrahl und Hüllstrahl eine erfindungsgemäße Einrichtung ist.In a further aspect, therefore, the application is directed to a particle selection device comprising a device having an inner and an outer functional element for generating a fluid stream containing particles, an irradiation device directed to the fluid flow exiting the device, a detector directed to the fluid stream and adapted to generate measurement signals, a control unit connected to the detector adapted to receive measurement signals and to generate control signals, and a selection unit connected to the control unit and adapted to receive the control signals , having. In this case, the radiation device is preferably a laser beam source for generating laser radiation. The device is characterized in that the device with an inner and an outer functional element for generating a fluid flow with core jet and enveloping jet is a device according to the invention.

Bevorzugt handelt es sich bei der Vorrichtung um ein Flusszytometer mit der erfindungsgemäßen Einrichtung. Diese Vorrichtung ist insbesondere eine, die es erlaubt, einen Fluidstrom aus Flüssigkeitströpfchen zu erzeugen.The device is preferably a flow cytometer with the device according to the invention. In particular, this device is one that allows a fluid flow to be generated from liquid droplets.

Dem Fachmann sind entsprechende Vorrichtungen mit den entsprechenden Elementen bekannt.The person skilled in the corresponding devices with the corresponding elements are known.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist üblicherweise weiterhin einen Schwingkörper zum Erzeugen einer entsprechenden Druckoszillation für den Fluidstrom auf. In einem Abstand zur Austrittsöffnung der Einrichtung mit einem inneren und einem äußeren Funktionselement, insbesondere der Düse, ist eine Bestrahlungseinrichtung angeordnet, deren Strahlung auf den aus der Düse austretenden Fluidstrom gerichtet ist, und gegenüber der Bestrahlungseinrichtung oder einem Winkel zu dieser ist ein Detektor angeordnet, dessen Sensoroberfläche auf den Fluidstrom gerichtet ist. Es können dabei mehrere Detektoren zur Detektion verschiedener oder gleicher Wellenlängen eingesetzt werden. Der Detektor ist vorzugsweise ein optischer Detektor, dessen Sensoroberfläche vorzugsweise mit in allen vorgewählten Wellenlängen durchlässigen optischen Elementen versehen ist. Auf diese Weise kann der Detektor auf eine vorgewählte Wellenlänge eingestellt sein, z. B. bei Einsatz von Farbstoffen auf die Wellenlänge, die von einem für das Partikel spezifischen Farbstoff bzw. von einem mit dem Partikel assoziierten Farbstoff oder Farbstoffkonjugat emittiert wird. Zur Anregung der Emission der Strahlung von einem Farbstoff oder Farbstoffkonjugat, mit dem das Partikel konjugiert ist, ist die Bestrahlungseinrichtung vorzugsweise eingerichtet, eine Anregungswelle zu emittieren. Gleiches gilt bei der Detektion von Streulicht.The device according to the invention usually further comprises a vibrating body for generating a corresponding pressure oscillation for the fluid flow. At a distance from the outlet opening of the device with an inner and an outer functional element, in particular the nozzle, an irradiation device is arranged, the radiation of which is directed to the emerging from the nozzle fluid flow, and with respect to the irradiation device or an angle to this is arranged a detector, whose sensor surface is directed to the fluid flow. Several detectors can be used to detect different or the same wavelengths. The detector is preferably an optical detector whose sensor surface is preferably provided with optical elements permeable in all preselected wavelengths. In this way, the detector may be set to a preselected wavelength, e.g. Example, when using dyes to the wavelength emitted by a specific dye for the particle or of a particle associated with the dye or dye conjugate. To excite the emission of radiation from a dye or dye conjugate to which the particle is conjugated, the irradiation means is preferably arranged to emit an excitation wave. The same applies to the detection of stray light.

Dem Fachmann sind geeignete Farbstoff- oder Farbstoffkonjugate bekannt. Bevorzugt sind es hierbei Fluoreszenzfarbstoffe bzw. -farbstoffkonjugate, die spezifisch einen Teil der Partikel markieren. Dieser Fluoreszenzfarbstoff kann bspw. entweder einer sein, der mit der DNA interkaliert oder einer, der mit einem spezifischen Bindeanteil konjugiert ist, wie einem Antikörper, einer Nukleinsäuresequenz etc.The person skilled in the art is familiar with suitable dye or dye conjugates. In this case, preference is given to fluorescent dyes or dye conjugates which specifically mark a part of the particles. This fluorescent dye may be, for example, either one that intercalates with the DNA or one that is conjugated with a specific binding portion, such as an antibody, a nucleic acid sequence, etc.

Der Detektor ist mit einer Steuerungseinheit verbunden, die die vom Detektor abgegebenen Messsignale aufnimmt, und die eingerichtet ist, auf Basis dieser Messsignale Steuersignale für eine Selektionseinheit zu erzeugen und an diese zu übermitteln. Generell kann eine Einrichtung zur Erzeugung eines Partikel enthaltenden Fluidstroms mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung, aus der der Fluidstrom austritt, einer in einem Abstand zu dieser angeordneten Bestrahlungseinrichtung und einem der Bestrahlungseinrichtung zugeordneten Detektor, der mit einer Steuerungseinheit verbunden ist, den funktionsgleichen Einrichtungen eines bekannten Durchflusszytometers, auch als FACS-Gerät bezeichnet, entsprechen.The detector is connected to a control unit which receives the measurement signals delivered by the detector and which is set up to generate and transmit control signals for a selection unit on the basis of these measurement signals. In general, a device for generating a particle-containing fluid stream with a device according to the invention, from which the fluid flow exits, a spaced apart from this irradiation device and one of Irradiation associated detector, which is connected to a control unit, the functionally identical facilities of a known flow cytometer, also referred to as FACS device correspond.

Weiterhin wird ein Verfahren zur Auftrennung und Selektion von Partikeln, insbesondere von lebenden Zellen wie Spermien, durch Ausbildung eines Partikel enthaltenden Fluidstroms, Detektieren einer Eigenschaft der Partikel in dem Fluidstrom, Erzeugen eines für die Eigenschaften spezifischen Messsignals, Erzeugung eines Steuersignals auf Basis des Messsignals, Steuern einer Selektionseinheit mit Steuersignalen und Behandeln eines der Partikel in Abhängigkeit von dem Steuersignal, wobei die Ausbildung des Partikel enthaltenden Fluidstroms durch eine erfindungsgemäße Einrichtung erfolgt, beschrieben. Im direkten Vergleich mit dem Stand der Technik ist es mit Hilfe des Verfahrens möglich, signifikant verbesserte Ergebnisse in der Sortierqualität und Rate zu erhalten. Es ist weiterhin möglich, signifikant höhere Sortierraten mit stabiler Detektion zu erzielen, wobei die Qualität der aufgetrennten Partikel, insbesondere der selektionierten Spermien, verbessert werden kann. Die erhaltenen, selektionierten X und Y Spermien zeigen verbesserte Qualitäten und eine höhere Reinheit auf.Furthermore, a method for separating and selecting particles, in particular living cells such as sperm, by forming a particle-containing fluid stream, detecting a property of the particles in the fluid stream, generating a characteristic-specific measurement signal, generating a control signal based on the measurement signal, Controlling a selection unit with control signals and treating one of the particles in response to the control signal, wherein the formation of the particle-containing fluid flow is carried out by a device according to the invention described. In direct comparison with the prior art, it is possible with the aid of the method to obtain significantly improved results in sorting quality and rate. It is also possible to achieve significantly higher sorting rates with stable detection, whereby the quality of the separated particles, in particular the selected sperm, can be improved. The obtained, selected X and Y spermatozoa show improved qualities and a higher purity.

Das Verfahren ist insbesondere zur Selektionierung bzw. Separation von lebenden isolierten Zellen, insbesondere Keimzellen, geeignet. Bevorzugt sind die Keimzellen solche ausgenommen menschlicher Keimzellen, insbesondere sind die Keimzellen nicht-menschliche Säuger-Spermatozoen. Das Verfahren eignet sich insbesondere zur geschlechtsspezifischen Sortierung von Spermien bei Rindern, Schweinen, Schafen oder anderen Nutztieren.The method is particularly suitable for the selection or separation of living isolated cells, in particular germ cells. Preferably, the germ cells are those other than human germ cells, in particular, the germ cells are non-human mammalian spermatozoa. The method is particularly suitable for the gender-specific sorting of sperm in cattle, pigs, sheep or other farm animals.

Schließlich wird ein Verfahren zur Herstellung einer Einrichtung mit einem inneren und einem äußeren Funktionselement mit einem Strömungskanal in dem inneren Funktionselement, insbesondere einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Erzeugung eines Fluidstroms aus einem Kernstrahl und einem Hüllstrahl ausgeführt. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest das innere Funktionselement mit dem Strömungskanal mittels Stereolithographie hergestellt wird.Finally, a method for producing a device having an inner and an outer functional element with a flow channel in the inner functional element, in particular a device according to the invention for generating a fluid flow of a core jet and a sheath jet is performed. This method is characterized in that at least the inner functional element is manufactured with the flow channel by means of stereolithography.

Dem Fachmann ist das Stereolithographieverfahren bekannt. Dabei wird das zu produzierende Funktionselement schichtweise aufgebaut. Die Stereolithographie ist eine technische Ausführung der Schichtbauverfahren und erlaubt die Fertigung von dreidimensionalen Teilen sehr komplexer Gestalt. Mit Hilfe der Mikrostereolithographie ist es möglich, die erfindungsgemäßen Einrichtungen mit einem inneren und einem äußeren Funktionselement bereitzustellen. Als Werkstoffe können übliche Monomer-Werkstoffe, wie sie für die Stereolithographie verwendet werden, eingesetzt werden. Bevorzugt handelt es sich dabei um solche Werkstoffe, die nicht elektrisch aufladbar sind. Eingesetzt werden können übliche Kunststoffe, die die geforderte Genauigkeit während der Verarbeitung aufweisen.The person skilled in the stereo lithography method is known. The functional element to be produced is built up in layers. Stereolithography is a technical design of the layering process and allows the production of three-dimensional parts of very complex shape. With the help of micro stereolithography, it is possible to provide the devices according to the invention with an inner and an outer functional element. As materials conventional monomer materials, such as those used for stereolithography can be used. These are preferably those materials which are not electrically rechargeable. Can be used conventional plastics, which have the required accuracy during processing.

Bei dem Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen inneren Funktionselements mit Strömungskanal ist es in einer Ausführungsform bevorzugt, dass dieses mittels Mikrostereolithographie hergestellte innere Funktionselement kraft-, form- oder stoffschlüssig mit dem äußeren Funktionselement verbunden wird.In the method for producing the inner functional element with flow channel according to the invention, it is preferred in one embodiment that this inner functional element produced by microstereolithography is connected to the outer functional element in a force, form or material fit.

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit einem inneren und einem äußeren Funktionselement erlaubt Verbesserungen in den Sortierraten sowie der Sortierqualität und eine stabilere Detektion von nicht rotationssymmetrischen Partikeln wie Spermien. Es zeigte sich dabei auch, dass die erhaltenen Spermatozoenfraktionen geringere Schäden und eine höhere Motilität sowie Fruchtbarkeit aufzeigen können. Die erreichbaren höheren Sortierraten und erhöhten Lebensfähigkeiten sind von großem wirtschaftlichem Interesse.The device according to the invention with an inner and an outer functional element allows improvements in the sorting rates and the sorting quality and a more stable detection of non-rotationally symmetrical particles such as sperm. It was also found that the obtained spermatozoa fractions can show less damage and a higher motility and fertility. The achievable higher sorting rates and increased viability are of great economic interest.

Die Erfindung wird nun genauer anhand von Beispielen mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Dabei werden in den Figuren für funktionsgleiche Elemente jeweils dieselben Bezugsziffern verwendet.The invention will now be described more specifically by way of example with reference to the figures. The same reference numerals are used in the figures for functionally identical elements.

Der schematische Aufbau einer erfindungsgemäßen Einrichtung mit einem inneren und einem äußeren Funktionselement ist in der 1 dargestellt. Die Darstellung zeigt eine Draufsicht in Strömungsrichtung.The schematic structure of a device according to the invention with an inner and an outer functional element is in the 1 shown. The illustration shows a plan view in the flow direction.

Die Einrichtung 1 mit einem inneren Funktionselement 2 und einem äußeren Funktionselement 3 weist einen im inneren Funktionselement ausgebildeten Strömungskanal 4 auf. Das innere Funktionselement 2 mit dem Strömungskanal 4 weist Stege 5 zum stoffschlüssigen Verbinden mit dem äußerem Funktionselement 3 auf. Der Strömungskanal 4 ist zentriert in der Einrichtung 1 angeordnet.The device 1 with an inner functional element 2 and an outer functional element 3 has a flow channel formed in the inner functional element 4 on. The inner functional element 2 with the flow channel 4 has webs 5 for cohesive connection with the outer functional element 3 on. The flow channel 4 is centered in the decor 1 arranged.

Der Strömungskanal weist dabei im Einlass 6 einen runden Querschnitt auf, während der Querschnitt am Ausgang des entsprechenden Abschnitts, also am Ausgang des Strömungskanals einen ovalen Querschnitt aufzeigt. Der Hüllstrahl wird durch die Freiräume 7 an dem Strömungskanal 4 geführt, um dann am Ausgang des Strömungskanals mit dem Kernstrahl zusammengeführt zu werden. Der Kernstrahl wird gemäß bekannter Verfahren, z. B. mit Hilfe einer Nadel bzw. eines Kernstrahlinjektors erzeugt und in das innere Funktionselement 2 mit dem enthaltenen Strömungskanal 4 oberhalb des Strömungskanals eingeführt.The flow channel points in the inlet 6 a round cross section, while the cross section at the exit of the corresponding section, that is at the outlet of the flow channel shows an oval cross section. The envelope beam is through the open spaces 7 at the flow channel 4 guided to then be merged at the output of the flow channel with the core jet. The core jet is in accordance with known methods, for. B. using a needle or a Kernstrahlinjektors and generated in the inner functional element 2 with the contained flow channel 4 introduced above the flow channel.

Das äußere Funktionselement 3 selbst ist sich in Strömungsrichtung verjüngend ausgebildet. The outer functional element 3 itself is tapered in the flow direction.

In Strömungsrichtung kann der Strömungskanal zumindest abschnittsweise sich verjüngend ausgebildet sein. Eine Formgebung des Kernstrahls erfolgt in eine nicht runde Form, bevorzugt ovale Form, am Ausgang des Strömungskanals. Am Ausgang des Strömungskanals kommt der Kernstrahl dann in Kontakt mit dem am Strömungskanal außen vorbeiströmenden Hüllstrahl. Dieser Hüllstrahl beschleunigt und fokussiert den Fluidstrom hydrodynamisch bis zum Austritt am freien Ende der Einrichtung.In the direction of flow, the flow channel can be designed to taper at least in sections. A shaping of the core jet takes place in a non-round shape, preferably an oval shape, at the outlet of the flow channel. At the outlet of the flow channel, the core jet then comes into contact with the enveloping jet flowing past the flow channel on the outside. This sheath jet accelerates and focuses the fluid flow hydrodynamically until it exits at the free end of the device.

In der 2 wird das bisherige, im Stand der Technik beschriebene Prinzip in Einrichtungen zum Erzeugen eines Fluidstroms mit einem Kernstrahl und einem Hüllstrahl gezeigt. Dabei wird mit Hilfe einer entsprechenden Vorrichtung der Kernstrahl 8 mit den Partikeln in die Einrichtung eingeführt und zusammen mit dem Hüllstrahl 9 durch den Ausgang des Funktionselements als Fluidstrom mit einem Kernstrahl und einem Hüllstrahl in beschleunigter und fokussierter Form herausgeführt.In the 2 For example, the previous principle described in the prior art is shown in means for generating a fluid stream with a core jet and a shell jet. It is using a corresponding device of the core beam 8th introduced with the particles in the device and together with the sheath beam 9 led out through the output of the functional element as fluid flow with a core beam and a sheath beam in accelerated and focused form.

In der 3 wird eine erfindungsgemäße Einrichtung 1 mit einem innerem Funktionselement 2 und einem äußerem Funktionselement 3 dargestellt. Dargestellt sind in der 3a Querschnitte in xz-Richtung, in yz-Richtung, d. h. um 90° gedreht, sowie mit einer 45° Drehung. In der 3b sind entsprechende vergrößerte Querschnitte des unteren Abschnitts des Funktionselements, wobei das äußere Funktionselement nur teilweise dargestellt ist, sowie die Querschnitte des Fluidstroms an den verschiedenen, gekennzeichneten Positionen dargestellt. Die Angaben zu den Schnittebenen entsprechen denen in der 1.In the 3 becomes a device according to the invention 1 with an inner functional element 2 and an outer functional element 3 shown. Shown in the 3a Cross sections in xz direction, in yz direction, ie rotated by 90 °, and with a 45 ° rotation. In the 3b are corresponding enlarged cross sections of the lower portion of the functional element, wherein the outer functional element is only partially shown, as well as the cross sections of the fluid flow at the various marked positions shown. The details of the cutting planes correspond to those in the 1 ,

In den Einrichtungen liegt der Abschnitt zur Formung eines Kernstrahls in Form eines Strömungskanals 4 vor. Der Kernstrahl 8 wird durch den Strömungskanal 4 geführt, während der Hüllstrahl 9 nicht durch den Strömungskanal 4, sondern an diesem vorbei geleitet wird. In der 3 ist dabei der Steg 5, mit dem der Abschnitt des Strömungskanals 4 des inneren Funktionselements 2 mit dem äußeren Funktionselement 3 verbunden ist, dargestellt. Weiterhin zu erkennen sind der Querschnitt am Eingang sowie der Querschnitt am Ausgang des Strömungskanals 4. Ebenfalls dargestellt ist im Querschnitt für 45° der Bereich in dem der Hüllstrom an dem Strömungskanal vorbei fließen kann. Wie deutlich im Vergleich der 0°-Darstellung oder 90°-Darstellung zu erkennen, unterscheiden sich die Querschnitte am Ausgang aus dem Strömungskanal.In the devices, the section for forming a core jet is in the form of a flow channel 4 in front. The core ray 8th is through the flow channel 4 guided while the sheath beam 9 not through the flow channel 4 , but is passed to this past. In the 3 is the bridge 5 with which the section of the flow channel 4 of the inner functional element 2 with the outer functional element 3 is connected shown. Also visible are the cross section at the entrance and the cross section at the outlet of the flow channel 4 , Also shown in cross section for 45 °, the region in which the sheath flow can flow past the flow channel. As clearly seen in the comparison of the 0 ° -representation or 90 ° -representation, the cross-sections differ at the exit from the flow channel.

Dieses wird aus der 3b noch deutlicher. Hier ist eine Vergrößerung des unteren Abschnitts des Funktionselements mit 0°, 45° und 90° dargestellt. In der 0°-Darstellung, d. h. xz-Richtung, ist der Ausgang sehr schmal, während bei der 90°-Darstellung, d. h. der yz-Darstellung, der Ausgang breiter ist, um so einen ovalen Querschnitt des Ausgangs des Strömungskanals unter Beibehaltung der Querschnittsfläche des Strömungskanals zu erhalten. Dies wird in dem mit 2 bezeichneten Querschnitt des Fluidstroms deutlich. Im mit 1 bezeichneten Querschnitt des Fluidstroms ist zu erkennen, dass der Einlass 6 des Strömungskanals einen im Wesentlichen runden Querschnitt aufweist. Durch die entsprechende Ausbildung des Strömungskanals wird der Kernstrahl entsprechend in eine ovale Form am Ausgang gebracht. Anschließend findet eine Beschleunigung und Fokussierung im sich daran anschließenden Bereich durch den vorbei fließenden Hüllstrom statt. Am freien Ende 10 des Funktionselements in dem der Fluidstrom aus Hüllstrom und Kernstrom austritt ist zu erkennen, dass der austretende Fluidstrom selbst rotationssymmetrisch ist, während der Kernstrahl seinen ovalen Querschnitt beibehält und sich nicht verdreht. Dadurch ist es möglich, die nicht rotationssymmetrischen Partikel, wie die Spermien, ausgerichtet in den Fluidstrom zur Selektion einzubringen.This is from the 3b even clearer. Here is an enlargement of the lower portion of the functional element with 0 °, 45 ° and 90 ° shown. In the 0 ° representation, ie xz direction, the output is very narrow, while in the 90 ° representation, ie the yz representation, the output is wider, so as to form an oval cross-section of the outlet of the flow channel while maintaining the cross-sectional area to get the flow channel. This will be in the with 2 designated cross-section of the fluid flow clearly. Im with 1 designated cross-section of the fluid flow can be seen that the inlet 6 of the flow channel has a substantially round cross-section. Due to the corresponding design of the flow channel, the core jet is correspondingly brought into an oval shape at the outlet. Subsequently, an acceleration and focusing takes place in the adjoining area through the enveloping current flowing past. At the free end 10 of the functional element in which the fluid flow emerges from the sheath flow and core flow, it can be seen that the exiting fluid flow itself is rotationally symmetrical, while the core jet retains its oval cross section and does not twist. This makes it possible to bring the non-rotationally symmetric particles, such as sperm, aligned in the fluid flow for selection.

In der 4 wird eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dabei wird das innere Funktionselement 2 der erfindungsgemäßen Einrichtung 1 auf den Injektor 11, der z. B. in Form einer Nadel sein kann, angeordnet. Das innere Funktionselement 2 mit dem Strömungskanal 4 ist dabei kraft- oder formschlüssig an dem Injektor 11 angeordnet. Wie in der 3 sind Darstellungen in xz-Richtung und yz-Richtung gezeigt. Deutlich ist die Ausbildung des ovalen Kernstrahls im runden Hüllstrahl am Auslass des äußeren Funktionselements 3 zu erkennen.In the 4 another embodiment of the present invention is shown. This is the inner functional element 2 the device according to the invention 1 on the injector 11 , the z. B. may be in the form of a needle arranged. The inner functional element 2 with the flow channel 4 is positively or positively connected to the injector 11 arranged. Like in the 3 representations are shown in the xz direction and yz direction. The formation of the oval core jet in the round envelope jet at the outlet of the outer functional element is clear 3 to recognize.

Erfindungsgemäß kann dadurch eine höhere Sortierrate mit verbesserter Detektion und verbesserter Lebensfähigkeit erreicht werden.According to the invention, a higher sorting rate with improved detection and improved viability can thereby be achieved.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 01/40765 [0008] WO 01/40765 [0008]
WO 2005/075629 [0009] WO 2005/075629 [0009]

Claims

Einrichtung mit einem inneren und einem äußeren Funktionselement zur Erzeugung eines Fluidstroms mit einem Kernstrahl und einem Hüllstrahl mit einem inneren Funktionselement zur Formung eines Kernstrahls, einem äußeren Funktionselement mit einem Abschnitt zur Führung eines Hüllstrahls und einem Abschnitt zur Fokussierung des Hüllstrahls mit Kernstrahl am freien Ende des äußeren Funktionselements, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Funktionselement zur Formung des Kernstrahls einen Strömungskanal aufweist, durch den der Kernstrahl geführt wird, und örtlich getrennt ist vom äußeren Funktionselement mit einem Abschnitt zur Fokussierung des Hüllstrahls mit dem Kernstrahl und/oder dem Abschnitt zur Formung des Hüllstrahls.Device having an inner and an outer functional element for generating a fluid stream with a core jet and a sheath jet with an inner functional element for shaping a core jet, an outer functional element with a section for guiding a sheath jet and a section for focusing the sheath jet with a core jet at the free end of the sheath jet outer functional element, characterized in that the inner functional element for shaping the core jet has a flow channel through which the core jet is guided, and is spatially separated from the outer functional element with a section for focusing the sheath jet with the core jet and / or the section for forming the core jet Hüllstrahls.

Einrichtung mit einem inneren und einem äußeren Funktionselement zur Erzeugung eines Fluidstroms mit einem Kernstrahl und einem Hüllstrahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Funktionselement zur Formung des Kernstrahls einen zur Orientierung von im Kernstrahl vorhandenen Partikeln angepassten Querschnitt aufweist, insbesondere wobei der Querschnitt am Ausgang des Abschnitts ein nicht kreisrunder Querschnitt wie ein ovaler Querschnitt ist.Device having an inner and an outer functional element for generating a fluid flow with a core jet and a sheath jet according to claim 1, characterized in that the inner functional element for shaping the core jet has a cross section adapted for orientation of particles present in the core jet, in particular wherein the cross section at Output of the section is a non-circular cross section as an oval cross section.

Einrichtung mit einem inneren und einem äußeren Funktionselement zur Erzeugung eines Fluidstroms aus einem Kernstrahl und einem Hüllstrahl nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in Längsachse der Einrichtung angeordnete innere Funktionselement, das den Strömungskanal, durch den der Kernstrahl geführt wird, aufweist, stoff-, kraft-, oder formschlüssig mit dem äußeren Funktionselement ausgebildet ist, wobei bevorzugt der Querschnitt des Strömungskanals am Ausgang keine kreisförmige, bevorzugt eine ovale Form aufweist.Device having an inner and an outer functional element for generating a fluid stream from a core jet and an enveloping jet according to one of the preceding claims, characterized in that the inner functional element arranged in the longitudinal axis of the device, which has the flow channel through which the core jet is guided, fabric, force, or positively formed with the outer functional element, wherein preferably the cross section of the flow channel at the output has no circular, preferably an oval shape.

Einrichtung mit einem inneren und einem äußeren Funktionselement zur Erzeugung eines Fluidstroms aus einem Kernstrahl und einem Hüllstrahl nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Funktionselement an dem unteren Ende eines Injektors zur Ausbildung eines Kernstrahls kraft- oder formschlüssig angeordnet ist.Device having an inner and an outer functional element for generating a fluid flow of a core jet and a sheath jet according to one of claims 1 or 2, characterized in that the inner functional element is arranged non-positively or positively to the lower end of an injector for forming a core jet.

Einrichtung mit einem inneren und einem äußeren Funktionselement zur Erzeugung eines Fluidstroms aus einem Kernstrahl und einem Hüllstrahl nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hüllstrahl im Wesentlichen nach Austritt des Kernstrahls aus dem Strömungskanal zum Formen des Kernstrahls des inneren Funktionselements mit dem Kernstrahl in Kontakt gebracht wird.Device having an inner and an outer functional element for generating a fluid stream of a core jet and a sheath jet according to one of claims 1 to 4, characterized in that the sheath jet substantially after emergence of the core jet from the flow channel for shaping the core jet of the inner functional element with the Core beam is brought into contact.

Einrichtung mit einem inneren und einem äußeren Funktionselement zur Erzeugung eines Fluidstroms aus einem Kernstrahl und einem Hüllstrahl nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des äußeren Funktionselements am freien Ende im Wesentlichen rund ist.Device having an inner and an outer functional element for generating a fluid stream from a core jet and a sheath jet according to one of the preceding claims, characterized in that the cross section of the outer functional element at the free end is substantially round.

Einrichtung mit einem inneren und einem äußeren Funktionselement zur Erzeugung eines Fluidstroms aus einem Kernstrahl und einem Hüllstrahl nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung eine Düse für ein Durchflusszytometer ist.Device with an inner and an outer functional element for generating a fluid stream from a core jet and a sheath jet according to one of the preceding claims, characterized in that the device is a nozzle for a flow cytometer.

Einrichtung mit einem inneren und einem äußeren Funktionselement zur Erzeugung eines Fluidstroms aus einem Kernstrahl und einem Hüllstrahl nach einem der vorherigen Ansprüche zur Verwendung in der Formung und Fokussierung von einem Partikel enthaltenden Kernstrahl umhüllt von einem Hüllstrahl.A device comprising an inner and an outer functional element for generating a fluid stream of a core jet and a sheath jet according to one of the preceding claims for use in shaping and focusing a particle-containing core jet enveloped by a sheath jet.

Vorrichtung zur Selektion von Partikeln, die eine Einrichtung mit einem inneren und einem äußeren Funktionselement zur Erzeugung eines Partikel enthaltenden Fluidstroms, eine Bestrahlungseinrichtung, die auf den aus dem Funktionselement austretenden Fluidstrom gerichtet ist, einen Detektor, der auf den Fluidstrom gerichtet ist und zur Erzeugung von Messsignalen eingerichtet ist, eine mit dem Detektor verbundene Steuerungseinheit, die zum Empfang von Messsignalen und zur Erzeugung von Steuersignalen für eine Selektionseinheit eingerichtet ist, und eine mit der Steuerungseinheit verbundene Selektionseinheit, die zum Empfang der Steuersignale eingerichtet ist, aufweist, wobei bevorzugt die Strahlungseinrichtung einen Laser zur Erzeugung von Laserstrahlung aufweist, dessen Strahlengang auf den Fluidstrom gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung mit einem inneren und einem äußeren Funktionselement zur Erzeugung eines Fluidstroms mit einem Kernstrahl und einem Hüllstrahl eine nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ist.Apparatus for the selection of particles, comprising means with an inner and an outer functional element for generating a particle-containing fluid stream, an irradiation device directed towards the fluid flow emerging from the functional element, a detector directed towards the fluid flow and for generating Measuring signals is set up, a control unit connected to the detector, which is adapted to receive measurement signals and for generating control signals for a selection unit, and a selection unit connected to the control unit, which is adapted to receive the control signals, preferably wherein the radiation means a Laser for generating laser radiation, the beam path is directed to the fluid flow, characterized in that the device with an inner and an outer functional element for generating a fluid flow with a core jet and a Hüllst Rahl one according to one of claims 1 to 8.

Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eingerichtet ist, einen Fluidstrom aus Flüssigkeitströpfchen zu erzeugen.Apparatus according to claim 9, characterized in that the device is adapted to generate a fluid flow of liquid droplets.

Vorrichtung oder Einrichtung nach einem der vorliegenden Ansprüche zur Verwendung zur Selektion von Partikeln durch Ausbildung eines die Partikel enthaltenden Fluidstroms, Detektieren einer Eigenschaft eines Partikels in dem Fluidstrom, Erzeugung eines für die Eigenschaft spezifischen Messsignals, Erzeugung eines Steuersignals auf Basis des Messsignals, Steuern einer Selektionseinheit mittels des Steuersignals und Behandeln eines der Partikel in Abhängigkeit von dem Steuersignal, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidstrom zur Ausbildung des Partikel enthaltenden Fluidstroms durch eine Einrichtung mit einem inneren und einem äußeren Funktionselement zur Erzeugung eines Fluidstroms aus einem Kernstrahl und einem Hüllstrahl nach einem der Ansprüche 1 bis 8 geführt wird.Apparatus or device according to any one of the present claims for use in selecting particles by forming a fluid stream containing the particles, detecting a property of a particle in the fluid stream, generating a characteristic signal specific to the characteristic, generating a control signal based on the measurement signal, controlling a selection unit by means of the control signal and treating one of the particles in response to the control signal, characterized in that the fluid flow is for formation of the particle-containing fluid stream is passed through a device with an inner and an outer functional element for generating a fluid stream of a core jet and a sheath jet according to one of claims 1 to 8.

Vorrichtung oder Einrichtung nach einem der vorliegenden Ansprüche zur Verwendung gemäß Anspruch 11, wobei die Partikel lebende isolierte Zellen, insbesondere Keimzellen, ausgenommen menschliche Keimzellen, insbesondere nicht-menschliche Säugerspermatozoen, sind.Apparatus or device according to any one of the preceding claims for use according to claim 11, wherein the particles are living isolated cells, in particular germ cells, excluding human germ cells, in particular non-human mammalian spermatozoa.