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Dokumentenidentifikation DE69530851T2 22.01.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0000786079
Titel MONITORVORRICHTUNG FÜR DEN STRAHL EINES DURCHFLUSSZYTOMETERS
Anmelder University of Washington, Seattle, Wash., US
Erfinder VAN DEN ENGH, Ger, Seattle, US
Vertreter Kador und Kollegen, 80469 München
DE-Aktenzeichen 69530851
Vertragsstaaten BE, CH, DE, ES, FR, GB, IT, LI, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 13.10.1995
EP-Aktenzeichen 959375452
WO-Anmeldetag 13.10.1995
PCT-Aktenzeichen PCT/US95/13502
WO-Veröffentlichungsnummer 0096012172
WO-Veröffentlichungsdatum 25.04.1996
EP-Offenlegungsdatum 30.07.1997
EP date of grant 21.05.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.01.2004
IPC-Hauptklasse G01N 15/14

Beschreibung[de]
I. TECHNISCHES GEBIET

Diese Erfindung bezieht sich auf Durchflußzytometer, wie sie in klinischen Anwendungen und Forschungsanwendungen verwendet werden. Genauer bezieht sich die Erfindung auf Systeme, die die Zustände des von einer Düse in einem Durchflußzytometer ausgesendeten Strahls während der Verarbeitungsoperation überwachen. Die Erfindung kann unabhängig vom Typ der betroffenen Verarbeitung angewendet werden und ist besonders für Sortier- und Analyseanwendungen geeignet.

Durchflußzytometer sind über viele Jahre in klinischem und Forschungsgebrauch. Grundsätzlich wirken die Systeme so, daß sie kleine Mengen einer Substanz in einem Umhüllungsfluid positionieren. Dieses Umhüllungsfluid kann entweder Tröpfchen bilden oder in einem Strahl für die optische Analyse vorhanden sein. Durch hydrodynamische Fokussierung und laminare Strömung wird die Substanz in einzelne Zellen und dergleichen getrennt und von einem Umhüllungsfluid umgeben. In vielen Anwendungen verläßt das Umhüllungsfluid zusammen mit seiner mitgerissenen Substanz eine Düse in einem Strahl, wobei es entweder frei fällt oder in einem optisch durchsichtigen Weg für die Analyse kanalisiert wird. Diese Analyse erfordert sehr genaue und gleichförmige Zustände in dem Strahl. Leider sind immer noch Schwankungen vorhanden. Somit besteht ein Bedarf an der Überwachung der Zustände des Strahls, um eine genaue Analyse sicherzustellen. Zwei Typen von Schwankungen sind besonders von Belang. Zunächst neigt der Abbruchpunkt, bei dem die Tröpfchenbildung auftritt, dazu, zu schwanken oder zu driften. Wie für den Fachmann auf dem Gebiet wohlbekannt ist, ist dies das Ergebnis von Änderungen in bezug auf das Material und auf die Temperaturen, des Vorhandenseins von Luftblasen und dergleichen. Da der genaue Ort des Tröpfchenabtrennpunkts zur differentiellen Ladung verschiedener Tröpfchen und anderer Aspekte verwendet wird, können solche Schwankungen die Fähigkeit zerstören, die gewünschte Funktion des Durchflußzytometers zu erreichen.

II. STAND DER TECHNIK

Die Änderung des Tröpfchenabtrennpunkts ist Gegenstand einer Anzahl von Untersuchungen. Wie die US-Patente Nr.4317520, 4318480, 4318481, 4318482, 4318483 und 4325483 erläutern, besteht der Zugang herkömmlich darin, den Tröpfchenabtrennpunkt vor der tatsächlichen Verarbeitung der Substanz unter Verwendung von stroboskopischem Licht und mikroskopischer Analyse zu bestimmen. Daraufhin wird unter der Voraussetzung, daß keine Drift oder Schwankung auftritt, anhand des für den Tröpfchenabtrennpunkt bestimmten Orts die Verarbeitung durchgeführt. Offensichtlich erkennt diese Art von Zugang nicht die Realitäten der tatsächlichen Verarbeitung und sieht vollständig über die Tatsache hinweg, daß tatsächlich eine Schwankung des Orts des Tröpfchenabtrennpunkts auftritt.

Wie die US-Patente Nr. 4317520, 4318480, 4318481, 4318482, 4318483 und 4325483 weiter erläutern, besteht ein beschrittener Zugang darin, die Menge der Streuung des von einer Laserfluoreszenzquelle emittierten Lichts als indirekte Angabe des Orts zu verwenden, an dem die Oberflächenspannungs-"Verengung" (und somit die Tröpfchenbildung) auftritt. Dieser Zugang besitzt den wesentlichen Vorteil, daß er die Möglichkeit gewährt, die Bedingungen während der Verarbeitung tatsächlich zu überwachen, wobei er aber keine direkte Angabe des Zustands liefert. Obgleich der Zugang, den diese verwandten Patente nehmen, eine große Verbesserung gegenüber dem herkömmlichen Zugang ist, scheint er dennoch lediglich eine indirekte – und etwas weniger genaue – Angabe des genauen Orts des Tröpfchenabtrennpunkts zu liefern. Ferner legen diese Literaturhinweise auch die Beleuchtung des Umhüllungsfluids mit einer Wellenlänge nahe, bei der das Umhüllungsfluid durchsichtig ist. Dies kann unnötig sein.

Ähnlich legen die verwandten US-Patente Nr. 4691829 und 4487320 die Verwendung von Streulicht als indirekte Angabe des Tröpfchenabtrennpunkts nahe. Diese zwei Literaturhinweise erläutern jeweils, daß;, obgleich eine direkte Angabe des Tröpfchenabtrennpunkts wünschenswert wäre, eine physikalische Beschränkung dies unzweckmäßig macht. Sie erläutern grundsätzlich, daß die Anwesenheit von unerwünschtem licht die Fähigkeit zerstört, die gewünschten Daten, d. h. die Ausstrahlungen von der Substanz selbst, zu sammeln.

Ein zweiter interessierender Typ der Schwankung in bezug auf die Zustände in dem Strahl ist die Tatsache, daß der Strahl dazu neigen kann, sich horizontal zu bewegen. Dies ist selbst für Systeme richtig, in denen der Strahl kanalisiert ist. Obgleich der Düsenbehälter natürlich üblicherweise befestigt ist, kann der gleiche Typ von Schwankungen, die eine Änderung des Tröpfchenabtrennpunkts bewirken, auch bewirken, daß der Strahl zur einen oder anderen Seite gelenkt wird. Obgleich diese Größe der Schwankung verhältnismäßig klein sein kann, stellt sie doch eine unnötige Verschlechterung in dem erfaßten Signal dar, da es den Brennpunkt ändern und die Auflösungsgenauigkeiten auf andere Weise zerstören kann. Keiner der erwähnten Literaturhinweise scheint diesen Aspekt behandelt zu haben.

Eines der praktischen Probleme, die ebenfalls erkannt worden sind, ist die Tatsache, daß lediglich eine beschränkte Menge an Platz vorhanden ist, in dem die Überwachung und Erfassung durchgeführt werden können. Wie das jäpanische Patent 2024535 in Bezug auf das Erfassungssystem allein erkennt, ist es wünschenswert, ein optisches System zu haben, das so klein wie möglich ist. Die vorliegende Erfindung erreicht dieses sowie andere Ziele.

Wie erwähnt wurde, besteht ein lange wahrgenommener, aber unerfüllter Bedarf an einer Vorrichtung, die eine genaue und direkte Überwachung der Zustände in dem Strahl eines Durchflußzytometers während der Verarbeitungsoperation ermöglicht. Wie die vorliegende Erfindung zeigt, ist ein solches System tatsächlich möglich, wobei es in der Tat mit Techniken und Elementen realisiert werden kann, die lange verfügbar sind. In gewissem Umfang wurden Lösungen offensichtlich nicht erreicht, da die Fachleute auf dem Gebiet eine Richtung eingeschlagen zu haben scheinen, die von der in der vorliegenden Erfindung verfolgten technischen Richtung abweicht. Dies kann das Ergebnis der Tatsache gewesen sein, daß die Fachleute auf dem Gebiet das Wesen des Problems nicht richtig erkannt haben, oder kann das Ergebnis der Tatsache gewesen sein, daß die Fachleute auf dem Gebiet durch einige der Voraussetzungen und Annahmen in Bezug auf den Typ des Systems, das betrachtet werden kann, fehlgeleitet wurden. Diesbezüglich wurde angenommen, daß die direkte Überwachung über die Verwendung einer gewissen Beleuchtungsquelle oder einer anderen optischen Quelle wegen des unvermeidlichen Konflikts mit dem Erfassungssystem unzweckmäßig ist. Die vorliegende Erfindung zeigt, daß dies nicht der Fall ist und daß die direkte Überwachung ohne den Konflikt erzielt werden kann. Nicht nur diesbezüglich, sondern auch in Bezug auf andere Aspekte, zeigt die vorliegende Erfindung, daß die Richtung der vorliegenden Erfindung nicht erkannt wurde, obgleich von den Fachleuten auf dem Gebiet wesentliche Versuche unternommen worden sind, um ein praktisches Überwachungssystem zu erreichen. Bis zur vorliegenden Erfindung war ein System, das die direkte Überwachung der Strahlzustände ermöglicht, praktisch unerreichbar.

III. OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung offenbart ein direktes Überwachungssystem, das eine getrennte Beleuchtungsquelle für die direkte Erfassung der Zustände des Strahls in einem Durchflußzytometer schafft. Die Beleuchtungsquelle kann in der Weise ausgewählt werden, daß sie bei einer Wellenlänge (wie etwa bei der Infrarotwellenlänge) vorhanden ist, die sich nicht entweder mit einer Substanzanregungsquelle oder mit einem Substanzeigenschaftssensor überschneidet. Außerdem kann in Verbindung mit einer Infrarotquelle eine kompakte Kamera mit einer ladungsgekoppelten Vorrichtung (CCD-Kamera) verwendet werden, um die Zustände des Strahls direkt zu überwachen, während die Substanz gleichzeitig durch eine Laserquelle stimuliert und die Fluoreszenz erfaßt wird. Obgleich diese Zustände gleichzeitig vorhanden sind, zeigt die vorliegende Erfindung, daß kein Konflikt vorhanden ist, und außerdem, daß das System so konstruiert sein kann, daß es ausreichend kompakt ist, um die gesamte Front des Strahls unversperrt zu lassen.

Dementsprechend besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, die direkte Überwachung während der Verarbeitungsoperation des Durchflußzytometers zu ermöglichen. In Einklang mit dieser Aufgabe besteht ein Ziel darin, ein optisches Bild des tatsächlichen Tröpfchenabtrennpunkts und Strahlstroms zu liefern, das die sehr genaue Bestimmung seines Orts ermöglicht.

Eine weitere allgemein formulierte Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Überwachung zu ermöglichen, ohne die Qualität der mit dem Durchflußzytometersystem durchgeführten Messungen zu beeinträchtigen. Diese Aufgabe besitzt ein Ziel, ein Überwachungssystem zu schaffen, das Wellenlängen und Bänder verwendet, die von den Frequenzen und Bandbreiten, die sowohl für die Substanzstimulation als auch für die Substanzerfassung verwendet werden, wesentlich getrennt sind.

Eine nochmals weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Entwurfs, der die Platzanforderungen in der Umgebung des Strahls minimiert. In Einklang mit dieser Aufgabe besteht ein Ziel in der Konfigurierung sowohl der Lichtquellen als auch ihrer jeweiligen Sensoren in einem Abstand von der Front des Durchflußzytometerstrahls.

Eine nochmals weitere Aufgabe besteht in der Schaffung eines Systems, das leicht herstellbar und wirtschaftlich realisiert ist. Somit besteht ein Ziel in der Verwendung kompakter Vorrichtungen wie etwa einer CCD-Kamera in der Umgebung des Durchflußzytometer-Strahlstroms.

Gemäß einem ersten Aspekt ist die Erfindung als Durchflußzytometersystem für die Überwachung von Strahlzuständen definiert, das umfaßt: einen Düsenbehälter für die Schaffung eines Düsenvolumens, der einen Düsenausgang besitzt; einen Umhüllungsfluidanschluß, der sich in dem Düsenvolumen befindet; einen Substanzeinleitungsanschluß, der sich in dem Düsenvolumen befindet; einen Analysebereich unterhalb des Düsenausgangs, in dem ein Strahl auftritt; einen Substanzeigenschaftssensor, der Emissionen von dem Analysebereich über ein Substanz-Wellenlängenband erfaßt; eine Strahlbeleuchtungsquelle, die auf den Analysebereich gelenkt wird und elektromagnetische Emissionen über ein Überwachungs-Wellenlängenband aussendet, das von dem Substanzwellenlängenband wesentlich getrennt ist; ein Analysegerät; und einen Strahlzustandssensor, der Strahlungen von dem Analysebereich empfängt und auf das Überwachungs-Wellenlängenband anspricht.

Gemäß einem zweiten Aspekt ist die Erfindung als ein Verfahren zur Tröpfchen-Durchflußzytometrie definiert, das die Zustände eines Strahls überwacht, mit den folgenden Schritten: Aufbauen eines Düsenvolumens; Einleiten einer Strömung eines Umhüllungsfluids in das Düsenvolumen; Einleiten einer Strömung einer Substanz in das Umhüllungsfluid in dem Düsenvolumen; Zulassen, daß das Umhüllungsfluid aus dem Düsenvolumen aus- und in einen Analysebereich eintritt, um einen Strahl zu erzeugen; Erfassen einer Eigenschaft der Substanz in einem Substanz-Wellenlängenband; Beleuchten des Strahls in dem Analysebereich in einem Überwachungs-Wellenlängenband, das von dem Substanzwellenlängenband wesentlich getrennt ist; Analysieren einer Eigenschaft der Substanz; und Überwachen wenigstens eines Strahlzustands in dem Analysebereich in dem Überwachungs-Wellenlängenband.

Natürlich sind in anderen Bereichen der Beschreibung und der Ansprüche weitere Aufgaben der Erfindung offenbart.

IV. KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer direkten Strahlüberwachungseinrichtung, die auf ein Tröpfchendurchflußzytometer angewendet wird.

2 ist eine schematische Querschnittsansicht einer direkten Strahlüberwachungseinrichtung, die auf ein Durchflußzytometer mit ununterbrochenem Strahl angewendet wird.

3 ist eine Draufsicht einer Ausführungsform, die die Konfiguration zum Vermeiden der Front des freien Falls oder des Analysebereichs zeigt.

V. BESTE AUSFÜHRUNGSART DER ERFINDUNG

In den 1 und 2 ist zu sehen, wie die vorliegende Erfindung ein Überwachungssystem schafft, das in Verbindung entweder mit einem Tröpfchendurchflußzytometer oder mit einem Durchflußzytometer mit ununterbrochenem Strahl realisiert sein kann. In beiden Konfigurationen umfaßt das Durchflußzytometer (1) ein Düsensystem (42), das das Einleiten einer Strömung einer Substanz in ein Umhüllungsfluid bewirkt. Hierzu enthält das Düsensystem (42) einen Düsenbehälter (2), der ein Düsenvolumen (3) aufbaut. Das Düsenvolumen (3) enthält einen Umhüllungsfluidanschluß (4), so daß ein Umhüllungsfluid aus einem Vorratsbehälter (5) in es eingeleitet werden kann. Außerdem ist ein Substanzeinleitungsanschluß (9) enthalten, so daß eine Substanz aus dem Substanzvorratsbehälter (8) in das Umhüllungsfluid eingeleitet werden kann. Daraufhin wird das Umhüllungsfluid zusammen mit seiner mitgerissenen Substanz hydrodynamisch fokussiert, so daß einzelne Zellen und dergleichen von der Düseneinheit (6) in den Bereich (7) des freien Falls oder einer Analyse darunter ausgesendet werden können. Da das Kanalsystem horizontal ausgerichtet sein kann, ist der Begriff "darunter" so zu verstehen, daß der Bereich lediglich nach dem Düsenausgang (6) aufzutreten braucht und nicht genau schwerkraftmäßig unterhalb des Düsenausgang (6) zu liegen braucht. Dadurch, daß das Umhüllungsfluid das Düsenvolumen (3) verlassen kann, wird der Strahl (12) erzeugt. Dieser Strahl tritt in dem Bereich (7) des freien Falls oder in einem Analysebereich auf, wo er analysiert oder weiterverarbeitet werden kann.

In einem Tröpfchendurchflußzytometer, wie es in 1 gezeigt ist, kann durch den Oszillator (10) eine Oszillation in dem Strahl (12) ausgelöst werden. Wie für den Fachmann auf dem Gebiet leicht verständlich ist, bewirkt der Oszillator (10) die Auslösung von Schwankungen in dem Strahl (12), so daß seine Oszillationen die Bildung von Tröpfchen (13) aus dem Umhüllungsfluid bewirken können. Jedes der Tröpfchen (13) kann in einem Analysebereich differentiell analysiert werden, um zu beurteilen, ob sie ein besonderes Element der Substanz wie etwa eine Zelle oder ein Zellenbruchteil enthalten. Für eine Sortieranwendung kann ein Sortiergerät (16) enthalten sein, das jedes Tröpfchen, das eine Substanz enthält, differentiell lädt und es somit elektrostatisch ablenkt. In dem in 2 gezeigten Durchflußzytometer mit ununterbrochenem Strahl kann der Strahl einfach in einem Analysebereich analysiert und in einer Aufnahme (61) gesammelt werden. In diesem Bereich kann der Strahl entweder in einem Kanal enthalten sein oder frei fallen.

Es ist wichtig, daß die meisten Durchflußzytometer so arbeiten, daß sie eine spezifische Eigenschaft der Substanz, die analysiert wird, erfassen. In dem von der vorliegenden Erfindung umfaßten Dwchflußzytometertyp kann dies in dem Bereich (7) des freien Falls oder in einem Analysebereich stattfinden. Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, findet dies durch die Verwendung eines gewissen Typs eines Substanzeigenschaftssensors (62) statt. Der Substanzeigenschaftssensor (62) kann so positioniert sein, daß er Aussendungen erfaßt, die von der Substanz in dem Strahl (12) auftreten. Die daraufhin erfaßten Signale können je nach der besonderen betroffenen Substanz oder der Anwendung in einer Anzahl verschiedener Arten durch das Analysegerät (15) verwendet werden. Der Substanzeigenschaftssensor (62) kann, wie in 1 gezeigt ist, direkt die Signale vom Strahl (12) erfassen oder, wie in 2 gezeigt ist, eine oder mehrere Linsen (63) enthalten, die das Licht durch eine Öffnung (64) leiten können. Außerdem können die Aussendungen von der Substanz auf einer Wellenlänge oder Frequenz oder in einem gesamten Substanz-Wellenlängenband auftreten. Natürlich sollte der Substanzeigenschaftssensor (62) auf die gewünschten besonderen Emissionen reagieren und somit, wenn geeignet, in dem Substanz-Wellenlängenband arbeiten.

Um die Substanz zu analysieren, ist es häufig üblich, eine Fluoreszenz der Substanz hervorzurufen und daraufhin ihre Emissionen zu analysieren. Diese kann natürlich oder über einen Typ einer Substanzstimulationsquelle (65) durch Stimulieren der Substanz, nachdem sie den Düsenbehälter (2) verläßt, erzeugt werden. Die Substanzstimulationsquelle (65) sollte, möglicherweise am Ort des Strahls (12), auf die Substanz gelenkt sein. Wie für den Fachmann auf dem Gebiet leicht verständlich ist, kann die Substanzstimulationsquelle (65) wie etwa ein Laser, der bewirkt, daß die Substanz fluoresziert, elektromagnetische Strahlung aussenden und somit als elektromagnetische Quelle dienen. Diese Fluoreszenz kann in einem Fluoreszenzemissionsband auftreten.

Da sowohl das Fluoreszenzemissionsband als auch die Wellenlängen, bei denen die Substanzstimulationsquelle (65) arbeitet, um eine Fluoreszenz zu bewirken, typischerweise im sichtbaren Spektrum liegen, wurden die Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich zu der Schlußfolgerung geführt, daß eine optische Überwachung ohne Konflikt unpraktisch ist. Die vorliegende Erfindung zeigt, daß dies nicht der Fall ist. Genauer ist in den beider 1 und 2 zu sehen, daß der Entwurf eine direkte Strahlüberwachungseinrichtung (66) enthält, die angrenzend an den Substanzeigenschaftssensor (62) positioniert ist. Wie in den beiden Figuren gezeigt ist, kann die direkte Strahlüberwachungseinrichtung (66) eine Strahlüberwachungsquelle (67) enthalten, die elektromagnetische Emissionen in einem Überwachungs-Wellenlängenband auf einen Analysebereich (wie etwa den Bereich (7) des freien Falls) und auf den Strahl (12) leiten kann. Wie in 1 gezeigt ist, können die elektromagnetischen Emissionen der Strahlbeleuchtungsquelle (67) den Substanzeigenschaftssensor (62) in gewissem Umfang beleuchten. Obgleich die Fachleute auf dem Gebiet zuvor davon ausgegangen sind, daß eine solche Beleuchtung zu einem unerwünschten Konflikt führt, zeigt die vorliegende Erfindung, wie dies vollständig vermieden werden kann. Anstatt ein optisches Bild zu vermeiden, bewirkt die direkte Strahlüberwachungseinrichtung (66), daß die Zustände in dem Strahl (12) optisch erfaßt und überwacht werden. Diese Zustände können neben anderen Umfängen den Ort des Strahls oder seinen Tröpfchenabtrennpunkt (69) enthalten. Diese Überwachung kann gleichzeitig mit dem Erfassen einer Substanzeigenschaft stattfinden, während die Substanz durch den Strahl (12) geleitet wird. Die Technik zum direkten Überwachen dieser Zustände ohne Konflikt mit der Substanzerfassung bietet eine größere Genauigkeit beim Sicherstellen der tatsächlichen Zustände des Strahls (12). Anders als die zuvor beschrittenen Zugänge erfaßt die direkte Strahlüberwachungseinrichtung (66) nicht nur eine indirekte Angabe wie etwa das gestreute Licht. Statt dessen kann die direkte Strahlüberwachungseinrichtung (66) die Form und den Zustand des Strahls (12) direkt abbilden. Anstatt lediglich eine indirekte Angabe zu liefern, die darauf hindeutet, daß sich ein Zustand in dem Strahl (12) geändert hat, ist die direkte Strahlüberwachungseinrichtung (66) so konfiguriert, daß sie ein bestätigendes Abbild des Strahls (12) liefert. Dieses Abbild kann je nach Anwendung verarbeitet oder angezeigt werden. Somit wird der Strahl (12) durch die Verwendung der Strahlbeleuchtungsquelle (67) beleuchtet, um wenigstens in Bezug auf einen Zustand in dem Strahl (12) eine direkte Schlußfolgerung zu ermöglichen.

Um die optische Erfassung des Strahls (12) zu ermöglichen, könnte für einige Anwendungen das Umgebungslicht verwendet werden, wobei es in der bevorzugten Ausführungsform aber durch eine getrennte Quelle ersetzt ist. Somit wird eine Beleuchtung des Strahls (12) ausgeführt, während gleichzeitig ermöglicht wird, daß eine Messung der Daten stattfindet. Um einen Konflikt zu vermeiden, kann die Strahlbeleuchtungsquelle (67) als Infrarotquelle konfiguriert sein. Diese Infrarotquelle kann bewirken, daß der Strahl Infrarotstrahlung ausgesetzt wird, die in einem Überwachungs-Wellenlängenband vorhanden ist, das von den Wellenlängenbändern und Frequenzen, die von dem Substanzeigenschaftssensor (62) oder von der Substanzstimulationsquelle (65) verwendet werden, wesentlich getrennt ist. Da viele Substanzen im Bereich von 400 nm bis 800 nm fluoreszieren und da viele Laser oder andere Quellen diese Fluoreszenz durch Emission im Bereich von 200 nm bis 800 nm stimulieren, wird dadurch, daß das Überwachungs-Wellenlängenband in den Infrarotbereich (800 nm bis 3000 nm) gelegt wird, irgendeine Überschneidung mit diesen Bändern verhindert. Dadurch, daß das Überwachungs-Wellenlängenband und das Fluoreszenzemissionsband im wesentlichen getrennt gehalten werden – d. h. diese wenig oder keine Überschneidung und somit wenig oder keinen Konflikt besitzen – können sowohl die direkte Strahlüberwachungseinrichtung (66) als auch der Substanzeigenschaftssensor (62) gleichzeitig arbeiten und dennoch unabhängig voneinander sein.

Wie erwähnt wurde, kann die Strahlbeleuchtungsquelle (67) tatsächlich eine Infrarotquelle sein. Dementsprechend kann die direkte Strahlüberwachungseinrichtung (66) einen Typ eines Strahlzustandssensors (68) enthalten, der auf die besondere durch die Strahlbeleuchtungsquelle (67) emittierte Frequenz reagiert. Um Platz zu sparen und die Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung zu verbessern, kann der Strahlzustandssensor (68) tatsächlich ein Typ einer ladungsgekoppelten Vorrichtung wie etwa eine CCD-Kamera sein. Somit wird die CCD-Kamera durch die Infrarotquelle aktiviert und reagiert sie auf sie. Sie empfängt Emissionen in dem Überwachungs-Wellenlängenband und reagiert auf sie. Da das Überwachungs-Wellenlängenband von dem Fluoreszenzemissionsband oder von dem Substanz-Wellenlängenband im wesentlichen getrennt ist sowie von dem Substanzstimulationsband (der Wellenlänge oder dem Band, bei dem die Substanz stimuliert werden kann, um zu fluoreszieren) getrennt ist, können die direkte Strahlüberwachungseinrichtung (66) und der Substanzeigenschaftssensor (62) gleichzeitig arbeiten.

Der Betrieb der direkten Strahlüberwachungseinrichtung (66) gleichzeitig mit dem Substanzeigenschaftssensor (62) gewährt die Möglichkeit. der Rückkopplung der Zustände an das System und des Vornehmens von Korrekturen an dem System. Dies kann in der in den 1 und 2 gezeigten Konstruktion durch die Verwendung einer Steuereinheit (34) ausgeführt werden. Wie gezeigt ist, reagiert die Überwachungseinheit (34) auf die direkte Strahlüberwachungseinrichtung (66). Dies kann über den Anschluß an den oder über die direkte Verbindung mit dem Strahlzustandssensor (68) erfolgen. Wie der Fachmann auf dem Gebiet leicht implementieren kann, kann das Ausgangssignal des Strahlzustandssensors (68), wenn er einen Bestimmungstyp in Bezug auf den Zustand in dem Strahl (12) vornimmt, dazu verwendet werden, wenigstens einen Zustand in dem Strahl einzustellen. Diese Einstellung kann tatsächlich eine Einstellung eines Parameters sein, der den Strahl hervorruft, wie etwa, wie in 2 gezeigt ist, der Ort des Strahlbehälters (2) oder, wie in 1 gezeigt ist, die Steuerung des Oszillators (10) (wie etwa eines piezoelektrischen Kristalls). In jeder Situation kann die Steuereinheit (34) auf nicht optimale Zustände reagieren und deren Korrektur bewirken.

Wie in 1 gezeigt ist, ist die Steuereinheit (34) an den Oszillator (10) angeschlossen, wobei sie auf diese Weise den Ort einstellen kann, an dem der Tröpfchenabtrennungspunkt (69) stattfindet. Wie für den Fachmann auf dem Gebiet wohlbekannt ist, liegt das daran, daß der Oszillator (10) bewirkt, daß die Tröpfchen (13) verursacht werden. Der gezeigte Oszillator (10) wird durch eine Wechselspannungsquelle (22) gesteuert, die als Oszillatorantrieb wirkt. Wenn dieser Oszillatorantrieb eine Wechselspannung an den Oszillator (10) anlegt, treten in dem Umhüllungsfluid Oszillationen auf eine Weise auf, die das Tröpfchen (13) verursachen. Dadurch, daß erreicht wird, daß der Oszillator (10) auf den Strahlzustandssensor (68) reagiert, kann die Steuereinheit (34) bewirken, daß die dem Oszillator (10) von der Wechselspannungsquelle (22) zugeführte Amplitude geändert wird. Wiederum kann die Schaltung, um dies zu realisieren, leicht konstruiert werden. Auf diese Weise kann die Amplitude der Druckwelle in dem Umhüllungsfluid auf eine Weise geändert werden, die den Ort einstellt, an dem der Tröpfchenabtrennungspunkt (69) stattfindet. Da das Umhüllungsfluid auf den Oszillator (10) reagiert, bewirkt die Steuereinheit (34) die Einstellung des Orts, an dem der Tröpfchenabtrennungspunkt (69) stattfindet, und kann somit eine automatische Einstellung in einer Rückkopplungsantwort bewirken.

Wie ebenfalls in 1 gezeigt ist, kann die Wechselspannungsquelle (22) selbstverständlich eine charakteristische Frequenz besitzen, die ungeändert ist. Diese Frequenz kann durch die Anordnung des Düsensystems bestimmt sein. Da erwünscht sein kann, die Strahlbeleuchtungsquelle (67) stroboskopisch zu betreiben, ist zu sehen, daß die Strahlbeleuchtungsquelle (67) direkt an die Wechselspannungsquelle (22) angeschlossen ist. Somit sind die Frequenz, bei der der Oszillator (10) arbeitet, und die Frequenz, bei der die Strahlbeleuchtungsquelle (67) arbeitet, völlig gleich. Da die Tröpfchen (13) anhand der Frequenz des Oszillators (10) gebildet werden, kann dies eine einfache stroboskopische Anordnung bewirken, durch die die Zustände in dem Strahl (12) genau überwacht werden können.

In 2 ist zu sehen, wie eine alternative Rückkopplungsanordnung für ein Durchflußzytometer mit ununterbrochenem Strahl konfiguriert sein kann. In dieser Figur ist der Strahlzustandssensor (68) an die Steuereinheit (34) angeschlossen. Diese kann ihrerseits an eine oder an mehrere Düseneinstelleinrichtungen (70) angeschlossen sein, die bewirken, daß der Düsenbehälter (2) horizontal verschoben wird. Ferner kann diese horizontale Bewegung bei einer orthogonalen Anordnung und dergleichen über die gesamte horizontale Ebene erfolgen. Durch Einstellen des Orts des Düsenvolumens (3) kann die Düseneinstelleinrichtung (70) den horizontalen Ort des Strahls (12) nach Bedarf korrigieren.

Um eine Änderung des horizontalen Orts genau zu erfassen, kann verstanden werden, wie die Anordnung aus 2 konfiguriert ist. Durch die Verwendung einer Linse (63), die in dem Licht angeordnet ist, das durch die Strahlbeleuchtungsquelle (67) emittiert wird, kann ein Brennpunkt erzeugt werden, der horizontal demjenigen entspricht, der für den Substanzeigenschaftssensor (62) angeordnet ist. Dieser Brennpunkt liegt in dem Strahl (12). Somit kann der Strahlüberwachungssensor (68), wenn der Strahl (12) den Brennpunkt verläßt, dies erfassen und ein Signal an die Steuereinheit (34) liefern, die ihrerseits durch den Betrieb der Düseneinstelleinrichtung (70) eine Bewegung des Düsenvolumens (3) bewirken kann. Da der Betrag der Verschiebung klein – in der Größenordnung eines Mikrometers oder ähnlich – sein kann, können die Zustände des Strahls (12) in der Weise eingestellt werden, daß die Analysefähigkeiten des Durchflußzytometers (1) optimiert werden..

Schließlich kann anhand von 3 verstanden werden, wie sowohl der Substanzeigenschaftssensor (62) als auch seine entsprechende Substanzstimulationsquelle (65) zusammen mit der Strahlbeleuchtungsquelle (67) und ihrem entsprechenden Strahlzustandssensor (68) in der Weise angeordnet werden können, daß die Front (71) der Analyse oder der Bereich (7) des freien Falls (der Bereich, der dem Betreiber zugewandt ist) vermieden wird. Durch Konfigurieren dieser Vorrichtungen und Verwendung kleiner Vorrichtungen wie etwa der CCD-Kamera oder der Infrarotkamera kann diese Anordnung die Möglichkeit bieten, die Strömungen in dem Durchflußzytometer (1) ohne übermäßige Behinderung zu beobachten.

Die vorstehende Diskussion und die folgenden Ansprüche beschreiben die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Insbesondere können selbstverständlich Änderungen vorgenommen werden, ohne von dem wie duch die Ansprüche definierten Umfang der Erfindung abzuweichen.


Anspruch[de]
  1. Durchflußzytometersystem für die Überwachung von Strahlzuständen, das umfaßt:

    a. einen Düsenbehälter (2) für die Schaffung eines Düsenvolumens (3), der einen Düsenausgang (6) besitzt;

    b. einen Umhüllungsfluidanschluß (4), der sich in dem Düsenvolumen (3) befindet;

    c. einen Substanzeinleitungsanschluß (9), der sich in dem Düsenvolumen (3) befindet;

    d. einen Analysebereich unterhalb des Düsenausgangs (6);

    e. einen Substanzeigenschaftssensor (62), der Emissionen von dem Analysebereich über ein Substanz-Wellenlängenband erfaßt;

    f. eine Strahlbeleuchtungsquelle (67), die zum Analysebereich gerichtet ist und elektromagnetische Emissionen über ein Überwachungs-Wellenlängenband aussendet;

    g. ein Analysegerät (15), das auf den Substanzeigenschaftssensor (62) anspricht; und

    h. einen Strahlzustandssensor (68), der Strahlungen von dem Analysebereich empfängt und auf das Überwachungs-Wellenlängenband anspricht,

    dadurch gekennzeichnet, daß das Überwachungs-Wellenlängenband von dem Substanz-Wellenlängenband im wesentlichen getrennt ist.
  2. Durchflußzytometersystem für die Überwachung von Strahlzuständen nach Anspruch 1 und ferner gekennzeichnet durch eine Substanzstimulationsquelle (65), die zum Analysebereich gerichtet ist.
  3. Durchflußzytometersystem für die Überwachung von Strahlzuständen nach Anspruch 2, bei dem die Substanzstimulationsquelle (65) gekennzeichnet ist durch eine elektromagnetische Quelle, die eine Fluoreszenz hervorruft.
  4. Durchflußzytometersystem für die Überwachung von Strahlzuständen nach Anspruch 3, bei dem die Fluoreszenz in einem Fluoreszenzemissionsband auftritt und bei dem das Überwachungs-Wellenlängenband von dem Fluoreszenz-Emissionsband im wesentlichen getrennt ist.
  5. Durchflußzytometersystem für die Überwachung von Strahlzuständen nach Anspruch 4, bei dem die Strahlbeleuchtungsquelle (67) gekennzeichnet ist durch eine Infrarotquelle.
  6. Durchflußzytometersystem für die Überwachung von Strahlzuständen nach Anspruch 5, bei dem der Strahlzustandssensor (68) gekennzeichnet ist durch eine ladungsgekoppelte Vorrichtung, die auf die Infrarotquelle anspricht.
  7. Durchflußzytometersystem für die Überwachung von Strahlzuständen nach Anspruch 6, bei dem die elektromagnetische Quelle gekennzeichnet ist durch eine Laserquelle.
  8. Durchflußzytometersystem für die Überwachung von Strahlzuständen nach Anspruch 7, bei dem der Analysebereich eine Front (71) besitzt, wobei die Infrarotquelle, die ladungsgekoppelte Vorrichtung, der Substanzeigenschaftssensor (62) und die Laserquelle in einem Abstand von der Analysefront konfiguriert sind.
  9. Durchflußzytometersystem für die Überwachung von Strahlzuständen nach Anspruch 1, 3, 5 oder 7, ferner gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (34), die in Reaktion auf den Strahlzustandssensor (68) wenigstens einen Zustand in dem Strahl einstellt.
  10. Durchflußzytometersystem für die Überwachung von Strahlzuständen nach Anspruch 9, ferner gekennzeichnet durch eine Düseneinstelleinrichtung (70), die mit dem Düsenbehälter (2) verbunden ist und an die Steuereinheit (34) angeschlossen ist, um den Ort des Düsenbehälters (2) einzustellen.
  11. Durchflußzytometersystem für die Überwachung von Strahlzuständen nach Anspruch 1, 3, 5 oder 7, ferner gekennzeichnet durch einen Oszillator (10), der auf das Umhüllungsfluid wirkt, um an einem Tröpfchenabtrennpunkt (69) Tröpfchen in dem Strahl zu erzeugen.
  12. Durchflußzytometersystem für die Überwachung von Strahlzuständen nach Anspruch 11, ferner gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (34), die in Reaktion auf den Strahlzustandssensor (68) den Ort einstellt, an dem der Tröpfchenabtrennpunkt (69) auftritt.
  13. Durchflußzytometersystem für die Überwachung von Strahlzuständen nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Oszillatorantrieb, der mit dem Oszillator verbunden ist und an die Steuereinheit (34) angeschlossen ist.
  14. Durchflußzytometersystem für die Überwachung von Strahlzuständen nach Anspruch 13, bei dem der Oszillatorantrieb gekennzeichnet ist durch eine Wechselspannungsquelle (22), die eine bestimmte Amplitude besitzt, wobei die Amplitude auf die Steuereinheit (34) reagiert.
  15. Durchflußzytometersystem für die Überwachung von Strahlzuständen nach Anspruch 1, bei dem der Strahlzustandssensor (68) gekennzeichnet ist durch

    a. eine direkte Strahlüberwachungseinrichtung, die auf den Strahl reagiert und gleichzeitig mit dem Substanzeigenschaftssensor arbeitet.
  16. Durchflußzytometersystem für die Überwachung von Strahlzuständen nach Anspruch 15, bei dem die direkte Strahlüberwachungseinrichtung (66) gekennzeichnet ist durch einen optischen Sensor.
  17. Durchflußzytometersystem für die Überwachung von Strahlzuständen nach Anspruch 16, bei dem die direkte Strahlüberwachungseinrichtung (66) ferner gekennzeichnet ist durch eine Infrarotquelle.
  18. Durchflußzytometersystem für die Überwachung von Strahlzuständen nach Anspruch 17, bei dem der optische Sensor gekennzeichnet ist durch eine ladungsgekoppelte Vorrichtüng.
  19. Durchflußzytometersystem für die Überwachung von Strahlzuständen nach Anspruch 18, ferner gekennzeichnet durch:

    a. einen Oszillator (10), der auf das Umhüllungsfluid wirkt, um an einem Tröpfchenabtrennpunkt (69) Tröpfchen in dem Strahl zu erzeugen;

    eine Wechselspannungsquelle (22), die eine bestimmte Amplitude besitzt; und c. eine Steuereinheit (34), die die Amplitude in Reaktion auf die direkte Strahlüberwachungseinrichtung (66) einstellt.
  20. Durchflußzytometersystem für die Überwachung von Strahlzuständen nach Anspruch 18, ferner gekennzeichnet durch eine Düseneinstelleinrichtung, die mit dem Düsenbehälter (2) verbunden ist und auf die direkte Strahlüberwachungseinrichtung (66) anspricht und den Ort des Düsenbehälters (2) einstellt.
  21. Verfahren zur Tröpfchen-Durchflußzytometrie, das die Zustände eines Strahls überwacht, mit den folgenden Schritten:

    a. Aufbauen eines Düsenvolumens (3);

    b. Einleiten einer Strömung eines Umhüllungsfluids in das Düsenvolumen (3);

    c. Einleiten einer Strömung einer Substanz in das Umhüllungsfluid in dem Düsenvolumen (3);

    d. Zulassen, daß das Umhüllungsfluid aus dem Düsenvolumen (3) ausund in einen Analysebereich eintritt, um einen Strahl zu erzeugen;

    e. Erfassen einer Eigenschaft der Substanz in einem Substanz-Wellenlängenband;

    f. Beleuchten des Strahls in dem Analysebereich in einem Überwachungs-Wellenlängenband;,

    g. Analysieren einer Eigenschaft der Substanz; und

    h. Überwachen wenigstens eines Strahlzustands in dem Analysebereich in dem Überwachungs-Wellenlängenband,

    dadurch gekennzeichnet, daß das Überwachungs-Wellenlängenband von dem Substanz-Wellenlängenband im wesentlichen getrennt ist.
  22. Verfahren zur Tröpfchen-Durchflußzytometrie für die Überwachung des Zustands eines Strahls nach Anspruch 21, ferner gekennzeichnet durch den Schritt des Stimulierens der Substanz, nachdem sie aus dem Düsenvolumen (3) ausgetreten ist.
  23. Verfahren zur Tröpfchen-Durchflußzytometrie für die Überwachung des Zustands eines Strahls nach Anspruch 22, bei dem der Schritt des Stimulierens der Substanz, nachdem sie das Düsenvolumen (3) verlassen hat, gekennzeichnet ist durch den Schritt, bei dem die Substanz zum Fluoreszieren in einem Fluoreszenz-Emissionsband veranlaßt wird und bei dem der Schritt des Erfassens einer Eigenschaft der Substanz den Schritt umfaßt, bei dem Emissionen in dem Fluoreszenz-Emissionsband erfaßt werden.
  24. Verfahren zur Tröpfchen-Durchflußzytometrie für die Überwachung des Zustands eines Strahls nach Anspruch 23, bei dem das Überwachungs-Wellenlängenband von dem Fluoreszenz-Emissionsband im wesentlichen getrennt ist.
  25. Verfahren zur Tröpfchen-Durchflußzytometrie für die Überwachung des Zustands eines Strahls nach Anspruch 24, bei dem der Schritt des Beleuchtens des Strahls in dem Analysebereich gekennzeichnet ist durch den Schritt, bei dem der Strahl einer Infrarotstrahlung unterworfen wird.
  26. Verfahren zur Tröpfchen-Durchflußzytometrie für die Überwachung des Zustands eines Strahls nach Anspruch 25, bei dem der Schritt des Überwachens wenigstens eines Strahlzustands in dem Analysebereich gekennzeichnet ist durch den Schritt des Aktivierens einer ladungsgekoppelten Vorrichtung.
  27. Verfahren zur Tröpfchen-Durchflußzytometrie für die Überwachung des Zustands eines Strahls nach Anspruch 26, bei dem der Schritt des Stimulierens der Substanz, nachdem sie aus dem Düsenvolumen (3) ausgetreten ist, gekennzeichnet ist durch den Schritt des Lenkens eines Lasers auf die Substanz.
  28. Verfahren zur Tröpfchen-Durchflußzytometrie für die Überwachung des Zustands eines Strahls nach Anspruch 21, 23, 25 oder 27, ferner gekennzeichnet durch den Schritt des Steuerns wenigstens eines Zustands in dem Düsenvolumen (3) in Reaktion auf den Schritt des Überwachens wenigstens eines Strahlzustands in dem Analysebereich.
  29. Verfahren zur Tröpfchen-Durchflußzytometrie für die Überwachung des Zustands eines Strahls nach Anspruch 28, bei dem der Schritt des Steuerns wenigstens eines Zustands in dem Düsenvolumen (3) in Reaktion auf den Schritt des Überwachens wenigstens eines Strahlzustands in dem Analysebereich gekennzeichnet ist durch den Schritt des Einstellens des Orts des Düsenvolumens (3).
  30. Verfahren zur Tröpfchen-Durchflußzytometrie für die Überwachung des Zustands eines Strahls nach Anspruch 21, 23, 25 oder 27, ferner gekennzeichnet durch den Schritt des Erzeugens einer Oszillation, die bewirkt, daß an einem Tröpfchenabtrennpunkt (69) Tröpfchen in dem Strahl erzeugt werden.
  31. Verfahren zur Tröpfchen-Durchflußzytometrie für die Überwachung des Zustands eines Strahls nach Anspruch 30, ferner gekennzeichnet durch den Schritt, bei dem der Ort, an dem der Tröpfchenabtrennpunkt (69) auftritt, in Reaktion auf den Schritt des Überwachens wenigstens eines Strahlzustands in dem Analysebereich gesteuert wird.
  32. Verfahren zur Tröpfchen-Durchflußzytometrie für die Überwachung des Zustands eines Strahls nach Anspruch 31, bei dem der Schritt des Erzeugens einer Oszillation in Reaktion auf den Schritt des Steuerns des Ortes, an dem der Tröpfchen-Abtrennpunkt (69) auftritt, erfolgt.
  33. Verfahren zur Tröpfchen-Durchflußzytometrie für die Überwachung des, Zustands eines Strahls nach Anspruch 32, bei dem der Schritt des Rufbauens einer Oszillation gekennzeichnet ist durch den Schritt, bei dem an einen Oszillator (10) eine Wechselspannung mit einer Amplitude angelegt wird, und wobei der Schritt des Steuerns des Ortes, an dem der Tröpfchenabtrennpunkt (69) auftritt, den Schritt umfaßt, bei dem die Amplitude der Wechselspannung geändert wird.
  34. Verfahren zur Tröpfchen-Durchflußzytometrie für die Überwachung des Zustands eines Strahls nach Anspruch 21, ferner gekennzeichnet durch den Schritt:

    a. direktes Überwachen von Zuständen in dem Strahl, während der Schritt des Erfassens einer Eigenschaft der Substanz in einem Substanz-Wellenlängenband ausgeführt wird.
  35. Verfahren zur Tröpfchen-Durchflußzytometrie für die Überwachung des Zustands eines Strahls nach Anspruch 34, bei dem der Schritt des direkten Überwachens von Zuständen in dem Strahl gekennzeichnet ist durch den Schritt, bei dem die Zustände des Strahls bei einer Wellenlänge optisch erfaßt werden, die nicht mit dem Schritt des Erfassens einer Eigenschaft der Substanz in einem Substanz-Wellenlängenband in Konflikt gerät.
  36. Verfahren zur Tröpfchen-Durchflußzytometrie für die Überwachung des Zustands eines Strahls nach Anspruch 35, bei dem der Schritt des direkten Überwachens von Zuständen in dem Strahl gekennzeichnet ist durch den Schritt, bei dem das Überwachungs-Wellenlängenband erfaßt wird, nachdem es durch einen Abschnitt des Analysebereichs gegangen ist.
  37. Verfahren zur Tröpfchen-Durchflußzytometrie für die Überwachung des Zustands eines Strahls nach Anspruch 36, bei dem der Schritt des Beleuchtens des Strahls in dem Analysebereich in einem Überwachungs-Wellenlängenband gekennzeichnet ist durch den Schritt, bei dem der Strahl einer Infrarotstrahlung unterworfen wird.
  38. Verfahren zur Tröpfchen-Durchflußzytometrie für die Überwachung des Zustands eines Strahls nach Anspruch 36, bei dem der Schritt des Erfassens des Überwachungs-Wellenlängenbandes, nachdem es durch einen Abschnitt des Analysebereichs gegangen ist, gekennzeichnet ist durch den Schritt des Aktivierens einer ladungsgekoppelten Vorrichtung.
  39. Verfahren zur Tröpfchen-Durchflußzytometrie für die Überwachung des Zustands eines Strahls nach Anspruch 38, ferner gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

    a. Anlegen einer Wechselspannung mit einer bestimmten Amplitude an einen Oszillator (10); und

    b. Einstellen der Amplitude der Wechselspannung in Reaktion auf den Schritt des direkten Überwachens von Zuständen in dem Strahl.
  40. Verfahren zur Tröpfchen-Durchflußzytometrie für die Überwachung des Zustands eines Strahls nach Anspruch 38, ferner gekennzeichnet durch den Schritt des Einstellens des Orts der Düse in Reaktion auf den Schritt des direkten Überwachens von Zuständen in dem Strahl.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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