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DE2422016A1 - Diagnose von krankheitszustaenden durch fluoreszenzmessungen unter verwendung von abtastlaserstrahlen - Google Patents

Diagnose von krankheitszustaenden durch fluoreszenzmessungen unter verwendung von abtastlaserstrahlen

Info

Publication number
DE2422016A1
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Authority
DE
Germany
Prior art keywords
cell
antigens
antibodies
light
type
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE2422016A
Other languages
English (en)
Inventor
Dale Marvin Holm
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
US Atomic Energy Commission (AEC)
Original Assignee
US Atomic Energy Commission (AEC)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by US Atomic Energy Commission (AEC) filed Critical US Atomic Energy Commission (AEC)
Publication of DE2422016A1 publication Critical patent/DE2422016A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • G—PHYSICS
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    • G—PHYSICS
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Description

United States Atomic Energy Commission, Washington, D.C. 20545, U.S.A.
Diagnose von Krankheitszuständen durch Fluoreszenzmessungen unter Verwendung von Abtastlaserstrahlen.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Diagnose von Krankheiten, und zwar insbesondere auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur physikalischen Analyse ausgewählter Charakteristiken von biologischen Fällen, um so festzustellen, ob und in welcher Weise diese krank sind.
Auf dem Gebiete der Biologie und Medizin wurden fluoreszente Farbstoffe in großem Maße verwendet und es sei beispielsweise auf folgende Anwendungen verwiesen: Nukleinsäure-Zytochemie,
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Fluoreszenz-Antikörperuntersuchungen, Scheiben- oder Blatt-Zelldiagnose, Krebszellenfeststellung und Fluorochrömuntersuchungen (Fluorochromasia). Ein Verfahren zur schnellen und quantitativen Messung der Fluoreszenzlichtemission von Zellen, die Fluorochrom enthalten, verwendet ein Zeilströmungssystem. Zellen in einer wässrigen Suspension werden mit einer Geschwindigkeit von
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ungefähr 1O bis 10 Zellen pro Minute gemessen.
Fluorochrom enthaltende Zellen fließen in einem 50 Mikron Durchmesser Strom durch einen 100 Mikron Durchmesser Strahl von Anregungslicht. Ein Fotovervielfacher nimmt das sich ergebende Fluoreszenzlicht auf. Jede Zelle braucht ungefähr 15 bis 20 Mikrosekunden, um den Lichtstrahl zu durchqueren, wobei während dieser Zeit die Zelle infolge der Lichtstrahlanregung fluoresziert. Die elektrischen Ausgangssignale von dem Fotovervielfacher besitzen eine Dauer und eine Amplitude, die mit der Dauer und der Intensität des fluoreszierenden Lichtes in Beziehung stehen. Die elektrischen Ausgangssignale werden verstärkt, die Amplitude wird analysiert und im Speicher eines Mehrkanalimpulshöhenanalysators gespeichert. Die Inhalte des Analysatorspeichers sind als ein Frequenzverteilungshistogramm der Fluoreszenzlichtemission pro Zelle wiedergebbar.
Obwohl dieses System in zufriedenstellender Weise arbeitet, so besteht ein Bedürfnis nach einem System, welches eine Farbanzeige der Menge, Lage und Art der Antikörperchen oder Antigene in einer biologischen Zelle vorsieht.
Gemäß der Erfindung ist ein Lichtstrahl vorgesehen, der eine X-Y-Abtastung über eine selektiv gefärbte biologische Zelle vornimmt, welche Antikörperchen und/oder Antigene enthält. Die eingefärbten Antikörperchen und Antigene fluoreszieren infolge bestimmter erster Wellenlängen von Anregungslicht innerhalb des Strahles mit zweiten,vorzugsweise längeren Wellenlängen. Andere Antikörperchen und Antigene können in geeigneter Weise derart gefärbt sein, daß sie spezielle in dem Strahl vorhandene Wellen-
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längen absorbieren. Detektoren nehmen das Fluoreszenzlicht auf und erzeugen Ausgangsgrößen, welche für ausgewählte Charakteristiken des Fluoreszenzlichtes, wie beispielsweise seine Amplitude oder seine Farbe, repräsentativ sind. Andere Detektoren können Teile des Abtaststrahls.aufnehmen, nachdem dieser durch die Zelle gelaufen ist, um Ausgängsgrößen zu erzeugen, die für den Abtaststrahl repräsentativ sind, wie er durch die mit Lichtabsorptionsfarbstoffen behandelten Antikörperchen und/oder Antigene moduliert ist.
Ein durch eine geeignete elektrische Schaltung mit den Detektorausgangsgrößen verbundenes Farbfernsehbild oder eine andere derartige Anzeigevorrichtung zeigt eine visuelle Darstellung der farbansprechenden Antikörperchen und Antigene, die in der abgetasteten Zelle vorhanden sind, und zwar nach Art, Menge und Lage in der Zelle. Die Ausgangsinformation kann auch aufgezeichnet werden.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, um zwischen kranken biologischen Zellen und gesunden Zellen unterscheiden zu können. Die Erfindung bezweckt ferner, eine Farbanzeige oder eine Aufzeichnung vorzusehen, die für Art, Menge und Lage ausgewählter Antikörperchen und Antigene in einer biologischen Zelle repräsentativ ist. Ferner bezweckt die Erfindung, Information vorzusehen, und zwar über auf Farbstoff ansprechende Antikörperchen und Antigene ausgewählter Arten, die in einer biologischen Zelle vorhanden sind, und zwar durch ihre Fluoreszenz- oder Absorptions-Eigenschaften, wenn sie vorbestimmte Wellenlängen enthaltendem Licht ausgesetzt sind.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß in biologischen Zellen vorhandene Antikörperchen und Antigene schnell und wirtschaftlich festgestellt werden können. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die in einer biologischen Zelle vorhandenen Antikörperchen und Antigene nach Art, Menge und Lage innerhalb der Zelle klassifiziert werden können. Schließlich hat die vorliegende Erfindung noch den Vorteil, daß eine visuelle Anzeige oder eine Aufzeichnung hinsichtlich Art, Menge und Lage der Antikörperchen und Antigene in einerbiologischen Zelle vorgenommen
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werden kann.
Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Einkanalfluoreszenz- und einem Einkanalabsorptions-Zellenanalysator;
Fig.- 2. ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels der Erfindung für eine vierkanalige Analyse;
Fig." 3 eine schematische Darstellung eines weiteren Mehrkanal-Zellenana Iysators gemäß der Erfindung.
Der im folgenden verwendete Ausdruck "Licht" umfaßt die infraroten, sichtbaren und ultravioletten Teile des elektromagnetischen Spektrums.
Biologische Zellen sind Zellen eines lebenden Organismus und umfassen mindestens einen Kern (Nukleus), der von Zytoplasma umgeben ist. Antikörperchen bedeuten das biologische Ansprechen auf Antigene, die sämtliche Materialien umfassen, welche vom immunologischen System des Körpers als fremd erkannt werden. Bestimmte Antikörperchen und Antigene sprechen auf Farbstoffe in der Weise an, daß ausgewählte Farbstoffe diesen zugeordnet werden können. Wenn eingefärbte Antikörperchen in eine biologische entsprechende Antigene enthaltende Zelle eingeführt werden, so bildet die Kombination einen chemischen Komplex, der infolge Anregungslichts einer bestimmten Wellenlänge fluoresziert. Antikörperchen können durch ein umgekehrtes Verfahren mit eingefärbten Antigenen festgestellt werden. Bei den obigen Vorgängen kann die Absorption des einfallenden Lichtes einer vorbestimmten Wellenlänge an Stelle der Fluoreszenz festgestellt werden.
In Fig. 1 ist ein System dargestellt, welches einen Einkanal-Fluoreszenzanalysator und einen Einkanal-Absorptionsanalysator
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besitzt. Es kann entweder der Einkanal-Fluoreszenzanalysator oder der Einkanal-Absorptionsanalysator allein verwendet werden. Alternativ können beide Kanäle auch gleichzeitig arbeiten.
Eine Lichtquelle 10- - vorzugsweise ein Laser - emittiert Licht, welches mindestens die Wellenlänge, oder Wellenlängen enthält, die bestimmt sind, die Fluoreszenz in auf Farbstoff ansprechenden Antikörperchen oder Antigenen in einer entsprechend gefärbten Zelle 20 einzuleiten. Wenn gewünscht, kann das von der Quelle 10 Icommende Licht auch die Wellenlänge oder Wellenlängen aufweisen, die durch andere auf Farbstoff ansprechende Antikörperchen oder Antigene in der Zelle absorbiert werden.
Ein Lichtstrahl 12 vom Laser 10 läuft durch einen Strahlabtaster 14, der den Strahl auf den Strahlteiler 16 - nach Wunsch - in einer X-Abtastung oder in einer X-Y-Abtastung auftastet. Ein Teil des Strahls 12 läuft durch die Strahlteiler 16-Optik 18, welche einen engen Ausgangsstrahl erzeugt, der einen Durchmesser in der Größenordnung von einem Mikron besitzt, um Zelle 20 abzutasten. Wenn der Abtaster 14 eine X-Abtastung erzeugt, so bewegt sich die Zelle 20 in einer Richtung senkrecht zur X-Abtastung. Wenn der Abtaster 14 alternativ den Strahl in einer X-Y-Abtastung bewegt, so bleibt die Zelle verhältnismäßig stationär während der verhältnismäßig schnellen Abtastung. Demgemäß kann sich die Zelle 20 verhältnismäßig langsam durch das Äbtastfeld bewegen, weil die Abtastgeschwindigkeit hinreichend groß ist, so daß die Zellbewegung demgegenüber vernachläßigbar ist.
In der gewünschten Weise arbeitende Abtastvorrichtungen sind dem Fachmann bekannt. Derartige Abtaster weisen typischerweise Drehspiegel oder akustooptische Zellen auf. Die Optik 18 weist vorzugsweise übliche Linsen auf, die einen Strahl in der Größenordnung von 1 Mikron Durchmesser an der Zelle 20 erzeugen. Derartige Linsenanordnungen sind ebenfalls bekannt.
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Die Zelle 20 ist eine biologische Zelle, in welche ein Farbstoff oder Farbstoffe eingeführt wurden. Der Farbstoff oder die Farbstoffe können derart ausgewählt sein, daß Fluoreszenz dann erzeugt wird, wenn ein Kontakt mit einer speziellen Art oder speziellen Arten von Antikörperchen und Antigenen erfolgt. Es können auch solche Farbstoffe in die Zelle 20 eingeführt werden, welche bei einer bestimmten Art oder bestimmten Arten von Antikörperchen oder Antigenen die Absorption einer bestimmten Wellenlänge oder von bestimmten Wellenlängen von Licht bewirken. Wenn die festzustellenden fluoreszierenden Antikörperchen oder Antigene in der gefärbten Zelle vorhanden sind, so werden sie mit einer vorbestimmten Wellenlänge oder Wellenlängen fluoreszieren, wenn sie mit Licht einer ausgewählten Wellenlänge oder Wellenlängen bestrahlt werden. Wenn an der Zelle ein Farbstoff oder Farbstoffe verwendet werden, die die Lichtabsorption einleiten, so werden die bestimmten AntikörpercKen oder Antigene dadurch beeinflußt werden. Licht der vorbestimmten Wellenlänge oder der vorbestimmten Wellenlängen zuabsorbieren. Es kann ein Farbstoff oder mehrere kompatible Farbstoffe in die Zelle eingeführt werden. Die gleichzeitig verwendeten Farbstoffe sollten nicht miteinander reagieren, so daß die gewünschten Eigenschaften irgendeiner anderen in der Zelle vorhandenen Farbe nicht chemisch oder physikalisch blockiert werden. Natürlich sollten nur solche Farben oder Farbstoffe verwendet werden, die besonders für die Wellenlängeneigenschaften der verwendeten Lichtquelle geeignet sind.
Wenn der gesuchte fluoreszenzgefärbte Komplex von Antikörperchen oder Antigenen in der betreffenden Zelle vorhanden ist, so fluoreszieren die gefärbten Antikörperchen oder Antigene dann, wenn sie mit Licht von der Quelle 10 bestrahlt werden. Ein Fluoreszenzdetektor 22 nimmt das durch ein Sperrfilter 24 laufende Fluoreszenzlicht auf. Das Filter 24 gestattet den Durchgang des Lichtes nur innerhalb von relativ langen Wellenlängen aufweisenden Bändern, wie beispielsweise von Licht, welches durch fluoreszierende Körper erzeugt wird, wobei das. Filter den Durchgang von Licht mit kürzeren Wellenlängen - wie beispielsweisevon Licht, das von der Laserquelle 10 kommt, - zum Detektor 22 verhindert. Der
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Detektor 22 erzeugt ein Ausgangssignal entsprechend einer ausge— wählten Charakteristik des auf ihn einfallenden Fluoreszenzlichtes. Vorzugsweise ist die ausgewählte Charakteristik die Amplitude des Fluoreszenzlichts, wobei für den Fachmann aber klar ist, daß auch andere Charakteristiken benutzt werden können. Das Ausgangssignal des Detektors ist vorzugsweise ein elektrisches Signal, es könnte aber auch ein mechanisches oder optisches oder aber ein Strömungsmittel-Signal sein. Die Ausgangsgröße kann eine analoge oder digitale Größe sein. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Detektorausgangssignal ein elektrisches amplitudenmoduliertes Analogsignal auf, obwohl das Signal auch ebenso phasenmoduliert oder ein Digitalsignal sein könnte.
Ein die innerhalb der gestrichelten Linien dargestellten Komponenten aufweisender Einkanal-Datenanalysator 26 nimmt das amplitudenmodulierte elektrische Ausgangssignal vom Fluoreszenzdetektor 22 auf. Der Analysator 26 enthält einen schnellen Linearverstärker 28, der das Ausgangssignal vom Detektor 22 aufnimmt und es verstärkt und das verstärkte Signal an eine automatische Verstärkungssteuervorrichtung 30 weiterschickt. Ferner wird ein die Änderung der Intensität des Lichts von Quelle 10 angebendes Signal ebenfalls in die Verstärkungssteuervorrichtung 30 von einem Strahlintensitätsüberwacher 34 eingegeben, der einen Teil des Strahls 12 aufnimmt, welcher durch Strahlteiler 16 reflektiert wird. Das Strahlintensitätssignal ist mit der Ausgangsgröße des Verstärkers 28 zeitsynchronisiert, und zwar durch ein Verzögerungselement 32·. Die automatische Verstärkungssteuerung 30 normalisiert das Fluoreszenzintensitätssignal, um Beleuchtungs— änderungen zu kompensieren und erzeugt eine Ausgangsgröße, welche quantitativ die Antikörper- und Antigen-Konzentration in der Zelle 20 auf einer Punkt zu Punkt Basis darstellt.
Die Ausgangsgröße der automatischen Verstärkungssteuervorrichtung 30 läuft durch übliche Vorrichtungen zu einer Signalverarbeitungsvorrichtung und einem Fernsehbild-Generator/, der die üblichen Bauteile aufweist, die in einer dem Fachmann bekannten Art·zusammengebaut sind. Die Fernsehschaltung ist mit dem Abtaster 14 synchronisiert, um so eine visuelle Anzeige zu erzeugen, die
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für die eingefärbten Antikörperchen und Antigene innerhalb der Zelle '20 nach Art, Menge und Lage repräsentativ ist. Das Fernsehbild ist vorzugsweise ein Farbfernsehbild, um so das deutlichste visuelle Bild der gefärbten Zelle und deren Antikörperchen und Antigene zu erzeugen. Zudem kann das Bild durch eine Aufzeichnungsvorrichtung 36 ausgezeichnet werden, welche in Form bekannter Aufzeichnungsmittel ausgebildet ist, beispielsweise in Form einer fotografischen, elektrofotografischen oder magnetischen Aufzeichnungsvorrichtung, welche die Fernsehanzeige aufzeichnet oder die Aufzeichnung von einem Analog- oder digitalen Ausgangssignal vom Einkanal-Analysator/vornimmt.
Es kann auch ein Absorptionsdetektor 38 benutzt werden. Der Detektor 38 nimmt das von Quelle 10 kommende, durch Zelle 20 laufende Licht auf. Die Ausgangsgröße des Absorptionsdetektors 38 stellt die Menge des Abtastlichts ausgewählter Wellenlängen von Quelle 10 fest, die durch in geeigneter Weise gefärbte Antikörperchen oder Antigene innerhalb der Zelle 20 absorbiert wurde.
Der Detektor 38 steht mit seinem Ausgang mit einem Einkanal-Datenanalysator 40 ähnlich dem Analysator 2 6 in Verbindung. Der Analysator 40 empfängt eine Ausgangsgröße vom Strahlenintensitätsüberwacher 34 und liefert seinerseits eine Ausgangsgröße an den Fernsehbildgenerator und Signalverarbeiter 34 oder eine Aufzeichnungsvorrichtung 36, um ein Fernsehbild zu erzeugen und - wenn gewünscht - eine Aufzeichnung vorzusehen, wobei die in der Zelle vorhandenen auf Farbstoff ansprechenden Antigene und Antikörperchen nach Art, Zahl und Lage angegeben werden. Die Fluoreszenz- und Absorptions-Kanäle können gesondert, der Reihe nach oder gleichzeitig benutzt werden.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Vielzahl von Kanälen, wobei jeder der Kanäle eine Wellenlänge verarbeitet, die sich von den durch die anderen Kanäle verarbeiteten Wellenlängen unterscheidet. Eine Quelle, wie beispielsweise ein Laser 10", emittiert einen Lichtstrahl 12'. Der Strahl 12' wird von einem Strahlabtaster 14' aufgenommen, der wie der Abtaster in Fig. 1 arbeitet und dem Strahl eine Abtastbewegung erteilt.
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Ein Strahlteiler 16', eine Strahlgrößenreduktionsoptik 18' und ein Strahlintensitätsmodulator 34' arbeiten ebenfalls in gleicher Weise wie die entsprechenden Gegenstücke der Fig. 1. Eine Zelle 2O1 bewegt sich in Y-Richtung, während der Abtaster 14' die X-Richtung abtastet. Alternativ kann der Abtaster 14· eine X-Y-Abtastung an einer relativ stationären Zelle 20' vornehmen.
Der in seiner Größe auf den 1 Mikron-Bereich durch die Optik 18' reduzierte Strahl 12' tastet die Farbstoff enthaltende Zelle 20" ab . Wenn die festzustellenden, auf Farbstoff ansprechenden fluoreszierenden Antikörperchen oder Antigene in der Zelle vorhanden sind, so fluoreszieren sie bei vorbestimmten Wellenlängen dann, wenn sie durch die im Strahl 12' vorhandene ausgewählte Wellenlänge stimuliert werden.
Um die Zelle 20' herum ist ein Absorptionsdetektor 48 und eine Vielzahl von Fluoreszenzdetektoren 50, 52 und 54 angeordnet. Die Detektoren 50, 52, 54 und 48 empfangen fluoreszierendes bzw. absorptionsmoduliertes Licht von den eingefärbten Antigenen oder Antikörperchen in der Zelle 20·, die dem Lichtstrahl 12" ausgesetzt ist. Zwischen jedem der Fluoreszenzdetektoren 50, 52 und 54 und der Zelle 20* sind Sperrfilter 56 bzw. 58 bzw. 60 angeordnet. Die Filter 56, 58 und 60 sind optische Schmalbandfilter, die für jeden Detektor eine ausgewählte Wellenlänge oder Wellenlängen fluoreszierenden Lichtes hindurchlassen. Auf diese Weise kann die Fluoreszenzwellenlängenverteilung gemessen werden, um beispielsweise Kategorien der auf Farbstoff ansprechenden Antikörperchen in der Zelle nach Art und Menge zu bilden.
Die durch die Detektoren 48, 50, 52 und 56 erzeugten Ausgangssignale laufen zu einer Vierkanal-Signalverarbeitungsvorrichtung 62 und einem Farbfernsehbildgenerator 63. Wenn beispielsweise eine unterschiedliche Wellenlänge von drei bestimmten Fluoreszenzwellenlängen von jedem der drei Detektoren aufgenommen wird, so zeigt die Dreifarbenanzeige Antikörper und Antigene in der Zelle nach Art, Menge und Lage sichtbar auf dem Fernsehschirm.
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Die Ausgangsgröße des Absorptionsdetektors 48 wird wie in Fig. 1 verarbeitet und angezeigt. Die Ausgangsgröße des Absorptionsdetektors 48 kann auch zu derjenigen Ausgangsgröße hinzuaddiert werden, welche für die Fluoreszenz repräsentativ ist, und angezeigt oder aufgezeichnet werden.
Die Ausgangsgrößen der Detektoren 48, 50, 52 und 56 können ebenfalls direkt zu einer Aufzeichnungsvorrichtung 64 laufen, die
beispielsweise eine fotografische, elektro grafische oder
magnetische Speichervorrichtung ist, um die eingefärbten Antikörperchen und Antigene nach Art, Menge und Lage in der Zelle aufzuzeichnen. Ferner kann ein Integrator die Signale aufnehmen und verarbeiten, um die Daten für die Aufzeichnung zu vereinfachen. Es können mehr als drei Fluoreszenzlichtdetektoren verwendet werden, wobei vorzugsweise ein Analysatorkanal für jeden Detektor vorgesehen ist. Eine Vielzahl von Detektorausgangsgrößen könnte ebenfalls durch Multiplexbetrieb in einem Kanal vorgesehen sein. Andere Signalverarbeitungsverfahren sind dem Fachmann bekannt.
In" Fig. 3 ist schematisch eine Vorrichtung dargestellt, um eine Vielzahl von Ausgangsgrößen zu erhalten, welche für gefärbte Antikörperchen und Antigene repräsentativ sind, die Licht unterschiedlicher Wellenlängen absorbieren, und zwar abhängig von dem verwendeten Farbstoff und der Art des eingefärbten Antikörperchens. Eine Lichtquelle 70 weist einen Laser auf, der in der Lage ist eine Vielzahl von Wellenlängen in einem einzigen Strahl zu erzeugen oder aber die Lichtquelle 70 weist eine Vielzahl von Lasern auf, wobei optische Einrichtungen vorgesehen sind, um ihre Strahlen in einem oder mehreren Strahlen 72 zu kombinieren. Derartige optische Einrichtungen sind dem Fachmann bekannt. In der Zeichnung ist ein Mehrwellenlängenlaser als Ausführungsbeispiel dargestellt. Ein X-Richtungsabtaster oder eine Strahlablenkvorrichtung 74 nimmt den Mehrwellenlängenstrahl 72 von Quelle 70 auf und tastet den Strahl durch einen Spektralseparator, wie beispielsweise ein Prisma 76, welches jede gesonderte Wellenlängenkomponente des Strahls um eine unterschiedliche Größe in bekannter Weise bricht, ab. Wenn eine Vielzahl von Lasern verwendet wird,
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brauchen keine Prismen benutzt zu werden. Der ausgebreitete Strahl trifft auf einen Strahlteiler 78 auf. Ein Teil des ausgebreiteten Strahls läuft durch den Strahlteiler 78, durch eine Strahlgrößenverminderungsoptik 80 und eine Zelle 82. Die Strahlverminderungsoptik 80 ist ähnlich der den Fig. 1 und 2. Vorzugsweise bewegt sich die Zelle 82 in der Y-Richtung, so daß eine X-Y-Abtastung bewirkt wird. Alternativ kann der Abtaster 74 ein X-Y-Abtaster sein und die Zelle.82 wird relativ dazu stationär gehalten. Natürlich kann die Zelle verglichen mit der schnellen Abtastung am X-Y-Abtaster relativ langsam bewegt werden, so daß ein kontinuierlicher Strom von separierten Zellen am Abtaster vorbeilaufen kann.
Die Absorptionsdetektoren 84, 86 und 88, von denen jeder auf eine andere der ausgewählten im Strahl 72 vorhandenen Wellenlängen anspricht, nehmen die verschiedenen Wellenlängenkomponenten auf, wenn diese durch die Zelle 82 laufen. Die ausgewählten, im Strahl 72 vorhandenen Wellenlängen laufen durch die Zelle 82 in der Ordnung der Wellenlängen, so daß die Absorptionsdetektoren 84, 86 und 88 Ablesungen an einem gegebenen Punkt in der Zelle der Reihe nach registrieren. Der Strahlteiler 78 reflektiert einen Teil des Lichtes in dem spektralmäßig getrennten Strahl 72 durch eine Fokussier- oder KoUimier-Optik, die durch eine Linse 90 dargestellt ist, auf einen Strahlxntensxtätsüberwacher 92. Die Absorptionsdetektoren 84, 86 und 88 und der Strahlxntensxtätsüberwacher 82 stehen mit ihren Ausgängen mit einer Dreikanalsigna lver ar be itungsvor richtung 94 ähnlich der Vierkanalverarbeitungsvorrichtung 62 der Fig. 2 in Verbindung. Vor jedem der Detektoren 84, 86 und 88 können zur Dämpfung unerwünschter Wellenlängen Filter angeordnet sein, um den Durchgang ausgewählter Wellenlängen auf jeden der Detektoren zu gestatten. Auf diese Weise empfängt jeder Detektor nur Licht der Wellenlängen, die er überwachen sollte. Ausgangssignale von der Verarbeitungsvorrichtung 62 können benutzt werden, um eine Farbanzeige auf einem Farbfernseher 96 zu erzeugen, und um eine Aufzeichnung auf einer geeigneten Aufzeichnungsvorrichtung 98 ähnlich der Aufzeichnungsvorrichtung 64 in Fig. 2 vorzunehmen. Ferner kann die
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Verarbeitungsvorrichtung 94 auch mit ihrem Ausgang mit einem Integrator 100 in Verbindung stehen, wobei der Integrator 100 die drei Signale integriert und mit seinem Ausgang mit der Aufzeichnungsvorrichtung 98 in Verbindung steht, um vereinfachte Aufzeichnungen von beispielsweise der Gesamtzahl der Antikörperchen und Antigene in einer Zelle 82 zu erzeugen oder um die Anzahl der Antikörperchen und Antigene in Zelle 82 klassifiziert nach Art aufzuzeichnen.
Bildvergrößerung und andere Verfahren können zur Verbesserung des Farbfernsehbildes vorgesehen sein.
Die zu untersuchenden biologischen Zellen können auf viele bekannte Arten bewegt werden, wie beispielsweise in einer Strömungsmittelsuspension durch den Hals eines nach der Art eines Stundenglases geformten Kapillarrohres, mittels eines motorangetriebenen Schlittens oder durch Strömungsmitteldruck.
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Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    1.)Verfahren zur Erzeugung einer Ausgangsgröße, welche mindestens eine Art eines Antikörperchens oder Antigens in einer biologischen Zelle darstellt, die einen Farbstoff zur Empfindlichmachung von mindestens einer der Arten der Antikörperchen oder Antigene enthält, die möglicherweise in der Zelle vorhanden sind, so daß dann, wenn eine Art von Antikörperchen oder Antigen durch eine ausgewählte Lichtwellenlänge stimuliert wird, dieses mit einer vorbestimmten Wellenlänge fluoresziert, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
    Erzeugung eines Lichtstrahls, der die ausgewählte Wellenlänge enthält und einen Durchmesser besitzt, der wesentlich kleiner ist als der Querschnitt der Zelle,
    Bewegung des Lichtstrahls relativ zur Zelle zur Erzeugung einer X-Y-Abtastung über die Zelle hinweg, wodurch mindestens eine Art der gefärbten Antikörperchen oder Antigene in der Zelle zur Fluoreszenz mit der vorbestimmten Wellenlänge gebracht wird,
    Feststellung des Fluoreszenzlichts,
    und Erzeugung einer Ausgangsgröße entsprechend mindestens einer Charakteristik des Fluoreszenzlichtes, wobei diese Charakteristik mindestens für eine Art eines Antikörpers oder Antigens in der Zelle repräsentativ ist.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Charakteristik die Amplitude ist.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Farbanzeige entsprechend der Charakteristik vorgesehen ist, um eine Anzeige der Art der gefärbten Antikörperchen oder Antigene innerhalb der Zelle zu erzeugen.
    4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufzeichnung entsprechend der Charakteristik vorgesehen wird, um eine Anzeige der Art der gefärbten Antikörperchen oder Anti-
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    gene innerhalb der Zelle vorzusehen.
    5. Verfahren zur Erzeugung einer Ausgangsgröße, welche mindestens eine Art eines Antikörperchens oder Antigens in einer biologischen Zelle darstellt, die einen Farbstoff zur Empfindlichmachung (Sensitisierung) von mindestens einer der Arten von Antikörperchen oder Antigene enthält, die möglicherweise in der Zelle vorhanden sind, so daß dann, wenn eine Art des Antikörpers oder Antigens von Licht einer vorbestimmten Wellenlänge getroff en wird, dieses teilweise absorbiert wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
    Erzeugung eines Lichtstrahls, der die ausgewählte Wellenlänge enthält und einen Durchmesser besitzt, der wesentlich kleiner als der Querschnitt der Zelle ist,
    Bewegung.des Lichtstrahls relativ zur Zelle zur Erzeugung einer X-Y-Abtastung über die Zelle hinweg, wodurch mindestens eine Art der gefärbten Antikörperchen oder Antigene in der Zelle veranlaßt wird, die vorbestimmte Wellenlänge zu absorbieren,
    Feststellung der Absorption des modulierten Lichts,
    und Erzeugung einer Ausgangsgröße entsprechend mindestens einer Charakteristik des durch Absorption modulierten Lichtes, was mindestens eine Art eines Antikörpers oder Antigens in der Zelle repräsentiert.
    6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Charakteristik die Amplitude ist.
    7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Farbanzeige entsprechend der Charakteristik erzeugt wird, um eine Anzeige der Art der gefärbten Antikörperchen oder Antigene innerhalb der ,Zelle zu schaffen.
    8. Verfahren insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche zur Erzeugung einer Ausgangsgröße, welche für die Antikörperchen oder Antigene in einer biologischen Zelle repräsentativ ist, wobei die Zelle mindestens einen Farb-
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    stoff enthält, der einige der Antikörperchen oder Antigene 'lichtabsorbierend bei einer bestimmten Wellenlänge macht, und · andere Antikörperchen oder Antigene bei bestimmten Wellenlängen" fluoreszierend macht, und zwar infolge von Licht mit vorbestimmten Wellenlängen, welches auf Antikörperchen oder Antigene einfällt; die auf einen derartigen Farbstoff ansprechen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
    Erzeugung eines Lichtstrahls.mit einem Durchmesser, der wesentlich kleiner ist als der Querschnitt der Zelle;
    Bewegung des Strahls über die Zelle und relativ zu dieser zur Erzeugung einer X-Y-Abtastung;
    Feststellung des fluoreszierenden Lichts von den auf Farbstoff ansprechenden Antikörperchen oder Antigenen, und Erzeugung einer ersten dafür repräsentativen Ausgangsgröße;
    Feststellung des durch die gefärbten Antikörperchen oder Antigene innerhalb der Zelle absorbierten Lichtes und Erzeugung einer zweiten dafür repräsentativen Ausgangsgröße;
    Erzeugung einerAnzeige entsprechend den ersten und zweiten Ausgangsgrößen, welche für die auf Farbstoff ansprechenden Antikörperchen und Antigene repräsentativ sind.
    9. Vorrichtung zur Bestimmung des Vorhandenseins bestimmter Antikörperchen oder Antigene in einer biologischen Zelle mindestens hinsichtlich entweder der Art, der Menge oder der Lage, wobei die Antikörperchen oder Antigene dann feststellbar sind, wenn sie mit mindestens einem ausgewählten Farbstoff eingefärbt und mit Licht beleuchtet werden, welches mindestens eine vorbestimmte Wellenlänge enthält, gekennzeichnet durch folgende Elemente:
    Mittel zur Erzeugung und Abtastung eines Lichtstrahls, der die erwähnte eine Wellenlänge enthält, wobei die Abtastung über die erwähnte Zelle hinweg erfolgt, um zu bewirken, daß .. die auf Farbstoff ansprechenden Antikörperchen oder Antigene mindestens einer der erwähnten Arten Fluoreszenzlicht aussendet, welches eine zweite Wellenlänge enthält;
    Feststellmittel für die zweite Wellenlänge in dem Fluoreszenz-
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    licht von den Antigenen oder Antikörperchen und zur Erzeugung eines Signals mit mindestens einer Charakteristik entsprechend der festgestellten Lichtwellenlänge; und
    Mittel zur Erzeugung einer Ausgangsgröße entsprechend der Information von mindestens der Art, der Menge und Lage der auf Farbstoff ansprechenden Antikörperchen oder Antigene in der Zelle.
    10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Mittel zur visuellen Anzeige von mindestens der Art, der Menge oder der Lage der Antikörperchen oder Antigene in der Zelle entsprechend dem erwähnten Signal.
    11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Erzeugung einer Aufzeichnung von mindestens einer der Größen, nämlich Art, Menge und Lage der Antikörperchen oder Antigene in der Zelle vorhanden sind, und zwar entsprechend dem erwähnten Signal.
    12. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Mittel zur Feststellung ausgewählter Lichtwellenlängen in dem Strahl, der durch Absorption durch die Zelle moduliert ist, und zur Erzeugung eines Absorptionssignals, welches für die Absorption repräsentativ ist, und wobei ferner Mittel vorgesehen sind, um eine Ausgangsgröße entsprechend dem Absorptionssignal zu erzeugen, welches Information mindestens hinsichtlich einer der Größen, nämlich Art, Menge und Lage der farbstoffempfindlichen Antikörperchen oder Antigene innerhalb der Zelle enthält.
    .13. Vorrichtung insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche zur Bestimmung des Vorhandenseins spezieller auf Farbstoff ansprechende Antikörperchen oder Antigene in einer biologischen Zelle, in welche der Farbstoff eingegeben wurde, wobei die Bestimmung mindestens hinsichtlich einer der Größen, nämlich Art, Menge und Lage erfolgt, und zwar dann, wenn eine Beleuchtung mit Licht erfolgt, das mindestens eine ausgewählte Wellenlänge enthält, gekennzeichnet durch folgende Elemente:
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    Mittel zur Erzeugung und Abtastung eines Lichtstrahls, der mindestens die erwähnte eine Wellenlänge enthält, wobei die Abtastung über die Zelle hinweg erfolgt, um zu bewirken, daß die auf Farbstoff ansprechenden Antikörperchen oder Antigene." von mindestens der einen Art die erwähnte eine Wellenlänge absorbieren,
    Feststellmittel zur. Feststellung des durch Absorption modulierten Lichtes, welches durch die Antigene oder Antikörperchen läuft und zur Erzeugung eines Signals, welches mindestens eine Charakteristik entsprechend dem durch Absorption modulierten Licht besitzt,
    und Mittel zur Erzeugung einer Ausgangsgröße entsprechend dem erwähnten Signal, wobei dieses Signal Information hinsichtlich mindestens einer der Größen, nämlich Art, Menge und Lage der auf Farbstoff ansprechenden Antikörperchen oder Antigene in der Zelle aufweist.
    14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Erzeugung einer visuellen Anzeige von mindestens einer der Größen, nämlich Art, Menge und Lage der Antikörperchen oder Antigene in der Zelle entsprechend dem Signal vorgesehen ist.
    15. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Mittel zur Erzeugung einer Aufzeichnung von mindestens einer der Größen, nämlich Art, Menge und Lage der Antikörperchen oder Antigene in der Zelle entsprechend dem Signal.
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