DE2922643A1 - Vorrichtung zur zaehlung und klassifizierung von teilchen - Google Patents
Vorrichtung zur zaehlung und klassifizierung von teilchenInfo
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Description
GESELLSCHAFT FÜR STRAHLEN- UND Neuherberg, den 31.Mai 1979
UMWELTFORSCHUNG MBH, MÜNCHEN PLA 7922 Ga/str
Vorrichtung zur Zählung und Klassifizierung von Teilchen
-1-
030030/0268
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zählung und Klassifizierung
von Teilchen, bei der eine Strömungsdüse die Teilchen hydrodynamisch fokussiert, wobei die Strömungsdüee in einer
Kapillardüse endet, die einen Strömungsfaden mit kreisrundem Querschnitt und mit entlang einer Achse des .Strömungsfadens - ausgerichteten
Teilchen erzeugt, und von einem Mantelrohr umgeben ist, durch welches eine Mantelströmung für den Strömungsfaden
der Teilchen ausgebildet wird.
Die Zählung und Aufnahme der Größenverteilung von Zellen und Partikeln bei gleichzeitiger Aufschlüsselung nach bestimmten
Zellqualitäten ist problematisch. So sieht ein unter der Bezeichnung
Coulter-Prinzip bekanntes Verfahren vor, eine elektronische Messung des Zellvolumens über Widerstandsänderung einer
Elektrolytflussigke.it beim Durchtritt der Zellen durch eine
Öffnung in einer Trennwand vorzunehmen. Optische Durchflußverfahren versuchen entweder über Pluoreszenzmessungen mit einer
Anfärbung der Partikel und Differenzierung nach Fluoreszenzintensitäten, eine Streulichtmessung mit einer Streuung einer kohärenten
Lichtquelle an Partikeln oder über eine Messung der Absorption der Gesamtzelle auf Objektträgern dieses Problem
zu lösen. Bei allen diesen optischen Verfahren ist jedoch das Meßvolumen größer als die zu messende Zelle bzw. Teilchen.
Bei der Messung nach dem Coulter-Prinzip ist der Meßwert abhängig von der Geometrie der Durchflußöffnung und von der Lage
der Durchtrittsachse in der Durchflußöffnung. Es sind keine weiteren Aussagen über die Partikel möglich. Außerdem besteht
die Gefahr der Verstopfung der Meßöffnung; der maximale Zelldurchmesser ist auf 5o % der Meßöffnung beschränkt. Das Ergebnis
ist eine geringe Zählrate, die noch abhängig von der Teilchengröße ist.
-3-
Ο3Ο05Ο/Ό268
Die Fluoreszenzmessungen haben den Nachteil, daß der Meßwert abhängig von Färbungsprozessen ist, d.h. verschiedene Meßserien
si,nd nicht direkt miteinander vergleichbar und Fluoreszenzfärbungen
spezieller Zellqualitäten sind oft gar nicht herstellbar. Bei der Streulichtmessung sind zur Aufnahme einer Größenverteilung
gleichzeitige Messungen in mehreren Raumwinkeln notwendig. Dies führt dazu, daß nur Größenverteilungen bis maximal
ca Io pm aus Streudaten herleitbar sind. Bei diesen beiden
Meßverfahren ist außerdem die optische Qualität des Suspensionsstrahls, die Teilchen liegen in Suspensionen vor, nicht optimal
an den Brechungsindex angepaßt. Die Absorptionsmessungen gelingen bisher nur mit einem Meßfeld, das größer als der Zellquerschnitt
ist. Die Zellen werden dabei auf Objektträger aufgebracht, was eine geringe Zähl- und Analysengeschwindigkeit nach sich zieht,
da der Objektträger u.a. mechanisch bewegt werden muß.
Es ist daher bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen worden (DE-OS 25 43 31o), die optische Analyse
von Zellen und Partikeln in einem in Luft befindlichen Flüssigkeitsstrahl zur Partikel- und Zelltrennung bzw. Anreicherung
durchzuführen. Die Zellen und Partikel werden dabei mit Hilfe einer hydrodynamischen Fokussierung vereinzelt und entlang
der zentralen Strömungsachse ausgerichtet. So orientiert, verlassen sie die Düse mit einem kreisrunden Querschnitt der
Flüssigkeitssäule. Der in die Luft austretende Flüssigkeitsstrahl zerfällt nach kurzer Distanz in einzelne Flüssigkeitströpfchen, die einzelne Partikel bzw. Zellen enthalten. Ent- ·
sprechend der optischen Information, die von den Zellen bzw. Partikeln während des Durchgangs durch das Meßvolumen, das im
ungestörten Bereich des Flüssigkeitsstrahles liegt, gewonnen worden ist, werden sie in verschiedene Richtungen abgelenkt
und sortiert. Bei einer Variante dieses Systems liegt das Meßvolumen nicht im Bereich der stromauf liegenden strömungsfreien
Küvette. Dabei ist es unerheblich, ob eine weitere Mantelflüs- sigkeit zur Kompensation des Druckabfalls eingesetzt wird. Bei
allen experimentellen und kommerziellen Durchflußzytometriesortierern handelt es sich um Ausführungen, bei denen der Flüssigkeitsstrahl
in Luft einen kreisrunden Querschnitt hat.
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Die optische Abbildung der sich im Flüssigkeitsstrahl befindlichen
Zellen bzw. Partikeln ist durch die als Zylinderlinse wirkende
Flüssigkeit in der Ebene senkrecht zur Flußrichtung jedoch verzerrt. Damit wird eine ebene Abbildung des Zentrums der
Flüssigkeitssäule unmöglich. Weiterhin werden durch die Brechungsund Refiekfcjonseigenschaft des Übergangs vom optisch dichteren
Medium (Flüssigkeit) zum optisch dünnerem Medium (Luft), die Polarisationseigenschaften des durch diese Grenzflächen hindurchlaufenden
Lichtes verändert. Dieses scheint mit der Zunahme von polarisationsoptischen Untersuchungen an immunkompetenten Zellen
von besonderer Bedeutung für die Zukunft zu sein. Die Analyse von Streulicht ist nur in der Richtung parallel zur Strömungsrichtung
möglich.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nunmehr darin, diese o.g. Nachteile zu verhindern.
Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Merkmalen des Anspruchs 1 aufgezeigt. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist in
den Merkmalen des Anspruchs 2 beschrieben.
Die wesentlichen Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß aufgrund
ebener Übergangsflächen zwischen verschiedenen Brechungsindices
der Einsatz axialsymmetrischer Optiken füi. eine hochaufgelöste Abbildung möglich wird. Weiterhin bildet die Flüssigkeitssäule
ihre eigenen "Fenster" aus, die keiner Verschmutzung unterliegen.
Der Einsatz von ebenen Flüssigkeitsluftgrenzflächen ermöglicht
den Einsatz von axialsymmetrischen Optiken mit hoher numerischer
Apertur. Dieses ist bei der Untersuchung von Absorptionen, Streulicht und Fluoreszenz von besonderem Vorteil. Die Polarisationseigenschaften von transmittiertem bzw. emittiertem Licht, werden
bei dem senkrechten Durchgang durch ebene Flächen nicht verändert. Erstmals sind hochauflösende Abbildungen,evtl. auch holographische
Analysen, der sich im Flüssigkeitsstrahl befindlichen Partikel prinzipiell möglich.
-5-
030050/0268
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mittels der schematischen Figv 1 und 2 näher beschrieben,
wobei die Fig . 2 lediglich ein Detail der Fig . · zeigt.
In der vorgeschlagenen Strömungsdüsenkonfiguration (s.Fig 1), wird, wie bereits in der OS 25 43 31o beschrieben, ebenfalls eine
konzentrische hydrodynamische Fokussierung und Vereinzelung der Zellen und Partikel auf einem Strömungsfaden 4 entlang einer Strömungsachse
Io mit Hilfe eines Mantelstromes 11 durchgeführt, wobei
die Zellen durch die Zuführung 14 (Verdünnungsflüssigkeit durch Öffnung 15) in die Strömungsdüse 13 gepreßt werden, die in eine
Kapillardüse 2 mit Austrittsende 1 von kreisförmigen Querschnitt endet und der Mantelstrom 11 außerhalb der Strömungsdüse 13 in
das Gehäuse 12 eingeführt wird. Der Mantelstrom 11 umgibt den Strömungsfaden 4 erst ab dem Austrittsende 1 der Kapillardüse 2.
Die die Strömungsdüse 2,13 ummantelnde Mantelflüssigkeit 11 fließt
in gleicher Richtung (Achse "Lo)1 nimmt den aus Flüssigkeit
und Suspensionen gebildeten Strahl 4 auf und transportiert diesen weiter. Bereits an dieser Stelle 1 des Strömungssystems
sind die Partikel bzw. Zellen /Wie für die Messung benötigt, vereinzelt
und ausgerichtet. Die Strömungskammer 12 in der die Mantelflüssigkeit
11 und der Zentralstrahl 4 nun verlaufen, verjüngt sich weiter stromabwärts noch einmal, jedoch nicht zu
einem runden, sondern zu einem quadratischen oder rechteckigen
Querschnitt. Nach einer kurzen Laufzeit in dieser einen quadratischen oder rechteckigen Flüssigkeitsquerschnitt erzwingenden.
Düse 3 tritt der quadratische oder rechteckige Flüssigkeitsstrahl 5 in Luft aus. In Luft behält der Flüssigkeitsstrahl 5 auf einer
Länge von ca. 15 mm seine z.B. quadratische Form bei, bevor er in einen angenähert runden Querschnitt übergeht und dort in Tröpfchen
zerfällt. Innerhalb des Bereiches mit annähernd quadratischem Flüssigkeisquerschnitt ist die Oberfläche 7 der gebildeten
Flüssigkeitsflächen von ausgezeichneter optischer Qualität.
-6-
030050A026·
Ein senkrecht durch z.B. die Fläche 7 hindurchtretendorLaserstrahl
6 zeigt keinerlei Verzerrungen. Die forcierte Bildung von gleichmäßigen Tröpfchen gelingt ähnlich wie bei herkömmlichen
zylinderischen Flüssigkeitsquerschnitten. Die transmittierende oder emittierende Strahlung 9 wird von einem Detektor 8
aufgenommen und in bekannter Weise ausgewertet.
Die Detailfigur 2 zeigt das Austrittsende 1 der Kapillardüse 2 mit dem von dieser Probe 14 und der Verdünnungslösung
bzw. der Puffer 15)gebildeten Teilchenstrahl 4 von kreisförmigem Querschnitt entlang der Achse Io im Gehäuse 12. Konzentrisch
zu dieser Achse Io ist die weitere Strömungsdüse 3 am Gehäuse angeordnet. Sie steht mit ihrer Öffnung von kreisförmigem
Querschnitt vor dem Austrittsende 1 und fängt sowohl den Strömungsfaden als auch die Mantelflüssigkeit 11 ein. Der kreisförmige
Querschnitt dieser Düse 3 geht stetig in den quadratischen oder rechteckigen Querschnitt über, so daß der aus ihr austretende
Strömungsfaden 5 quadratischen oder rechteckigen Querschnitt
erhält.
-7-
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Leerseite
Claims (2)
- GESELLSCHAFT FÜR STRAHLEN- UND Neuherberg, den 31.Mai 1979 UMWELTFORSCHUNG MBH, MÜNCHEN PLA 7922 Ga/strPatentansprüche:( l.\Vorrichtung zur Zählung und Klassifizierung von Teilchen, bei ^—' der eine Strömungsdüse die Teilchen hydrodynamisch fokussiert, wobei die Strömungsdüse in einer Kapillardüse endet, die einen Strömungsfaden mit kreisrundem Querschnitt und mit entlang einer Achse des Strömungsfadens ausgerichteten Teilchen erzeugt, und von einem Mantelrohr umgeben ist, durch welches eine Mantelströmung für den Strömungsfaden der Teilchen ausgebildet wird,dadurch gekennzeichnet, daß im Breien des Austrittsende (1) der Kapillardüse (2)eine weitere Strömungsdüse (3) angeordnet ist, die einen quadratischen oder rechteckigen Austrittsquerschnitt aufweist und den in sie eintretenden Strömungsfaden (4) von kreisförmigen Querschnitt in einen Strömungsfaden (5) von quadratischem oder rechteckigen Querschnitt umformt, daß ein zur Messung dienender Laserstrahl (6) den aus der weiteren Strömungsdüse (3) austretenden Strömungsfaden (5) senkrecht zu einer seiner Begrenzungsflächen (7) durchstrahlt, und daß ein Detektor (8) die transmittierte und/ oder emittierte Strahlung (9) aus dem Strömungsfaden (5) aufnimmt .
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Strömungsdüse (3) konzentrisch zur Strömungsachse (lo) des Strömungsfadens (4) ausgerichtet ist, daß diese Strömungsdüse (3) von dem Strömungsfaden (4) und der Mantelströmung (11) durchquert wird, und daß die weitere Strömungsdüse (3) stetig von einem runden Öffnungsquerschnitt auf den quadratischen oder rechteckigen Querschnitt übergeht.-2-030050/0268
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