DE3118875A1 - Einrichtung zur messung von dynamischen eigenschaften von mikropartikeln - Google Patents
Einrichtung zur messung von dynamischen eigenschaften von mikropartikelnInfo
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Description
BLAZjSK Vladislav Kraillinger Weg 2 8027 Neuried
Einrichtung zur Messung von dynamischen Kigenschaften
von Mikropartikeln
BAD ORIGINAL
12.Mai 1981
Einrichtung zur Messung von dynamischen Eigenschaften von Mikropartikeln
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung bzw. ein Gerät zur Messung von dynamischen Eigenschaften von in einer Flüssigkeit
suspendierten Mikropartikeln unter Einwirkung von Scherkräften. Die einwirkenden Scherkräfte werden in einem konstante
oder veränderbarem, mit der Suspension gefüllten, Spalt zwische zwei planen Körpern (z.B. Scheiben), von denen einer stabil und
der andere beweglich (z.B. rotierend) ist, hervorgerufen. Bei der Bewegung (Rotation) des einen Körpers werden die Partikel,
abhängig von der Geschwindigkeit der Bewegung und der Viskositäi der Flüssigkeit, definierten Scherkräften ausgesetzt, welche
gewisse Form- und/oder Grössenveränderungen hervorrufen. Das System der Körper und der Suspension wird mit einem kohärenten
Lichtstrahlt (z.B. Laser) durchleuchtet, wobei bei deren Durchgang durch die Suspensionsschicht an den Partikeln eine Difraktion
der Strahlung entsteht. Aus den Differenzen der Difraktions bilder von unbelasteten und belasteten Mikropartikeln werden
die dynamischen Eigenschaften von denselben errechnet.
Unter Mikropartikeln werden Partikel einer Grosse von 1 bis 5o
Mikrometer verstanden und unter deren dynamischen Eigenschaften dann Veränderungen der Form oder Grosse, entweder selbsttätig
oder unter Einfluss von äusseren Faktoren.
Die Messung von dynamischen Veränderungen von Mikropartikeln kann über deren Zustand und Eigenschaften aussagen, was besonders
für biologische Untersuchungen und medizinische Diagnostik von Bedeutung ist. Als Beispiel kann die Messung von Deformabilität
und innerer Viskoelastizität von Erythrozyten (rote Blutkörperchen) dienen, welche für die Bestimmung von Blutkonservenqualität
und die Entwicklung von Konservierungsmethoden., sowie für medizinische Diagnostik von Blutkrankheiten von Bedeutung ist
Es sind mehrere Methoden zur Messung von DeformabiIitat von
Mikropartikeln bekannt und werden auch angewendet. Diese sind jedoch mit Nachteilen unterschiedlichen Grades behaftet.
a) Filtration von Partikelsuspension unter Druck oder Vacuum durch ein Sieb mit kalibrierten Oeffnungen," die kleiner als
die Partikel sind. Es wird ein Verhältnis zwischen der Anzahl der durchgeschlüpften und der zurückgebliebenen Partikel
gemessen. Die Nachteile dieser Methode liegen darin, dass es nicht möglich ist, mit der gleichen Partikelgruppe die
Messung zu wiederholen und dass die Relaxationszeit, d.h. die Zeitkonstante, in der die Partikel ihre ursprüngliche
Form wiedererlangen, nicht ermittelt werden kann. Das Letztere ist eine wichtige Angabe zur Ermittlung von der
inneren Viskoelastizität der Partikel.
b) Deformation der Partikel durch zentrifugale Kräfte und deren Fixierung in deformiertem Zustand. Die Nachteile dieser
Methode sind die gleichen, wie bei der Filtrations-Methode. Nachdem nur einzelne Partikel gemessen werden,
ist es schwierig, Angaben über eine Gruppe von Partikel zu gewinnen.
c) Elongation eines an einem Punkt fixierten Partikels in strömender Flüssigkeit. Von der langwierigen Präparation
des Partikels bis zur Messung abgesehen, können die gleichen Nachteile wie bei a) und b) genannt werden. Dagegen ist
es aber möglich, die Relaxationszeit, z.B. aus Videorecording,
zu messen.
d) Elongation eines Partikels beim Einsaugen in eine Mikropipette unter definierter Kraft. Mit dieser Methode werden
vorwiegend die Eigenschaften von Zellenmembranen ermittelt. Die Nachteile sind gleich wie bei c).
e) Deformation von Partikeln in Suspension, die einen Spalt zwischen zwei zentrischen Zylindern, von denen einer fest
ist und der andere rotiert, ausfüllt. Die bei der Rotation entstehenden Scherkräfte deformieren die Partikel. Die
gemessene Suspension ist mit einem räumlich kohärenten, monochromatischen Licht durchstrahlt . Das dabei entstanden
Difraktionsbild wird auf einer Photoplatte fixiert und ausgewertet. Die Nachteile dieser Messanordnung sind:
- Der Lichtstrahl wird an den zylindrischen Flächen teilwei deformiert und das Difraktionsbild, besonders bei der
Rotation, verzerrt.
- Schwierige Reinigung der Zylinder und der Probenwechsel.
- Nach jedem Probenwechsel müssen die Zylinder optisch zentriert werden.
- Sedimentation der Partikel beim Stillstand.
- Die Spaltbreite kann ohne Zylinderwechsel nicht verändert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mess-System zu schaffen, das die vorstehend genannten Mangel beseitigt, indem
es folgende technische Kriterien erfüllt:
a) Messung von dynamischen Eigenschaften von Mikropartikeln
in breitem Bereich der einwirkenden Scherkräfte, wobei Deformation, Elongation und Relaxation der Partikel als
wichtigste Eigenschaften erfasst werden müssen.
b) Wiederholbarkeit der Messung mit der gleichen Partikelgruppe unter kontinuierlich oder stufenweise veränderten
Bedingungen und Erfassung der Messdaten in beliebiger Phase der Untersuchung.
c) Veränderbarkeit der Prüfbedingungen ohne Umbau der Einrichtung oder Umfüllen der Prüfsubstanz.
d) Einfacher und leichter Probenwechsel durch schnelle Reinigung des Mess-Systems oder durch auswechselbare
Messelemente.
e) Weitgehende Eliminierung der Sedimentation der Partikel
beim Stillstand.
f) Benutzung eines Detektionssystems, das eine graphische und/oder mathematische Auswertung der Daten (mit eventuellem
Anschluss an EDV) erlaubt.
Die Aufgaben wurden erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die
Eigenschaften der Partikel an einer definierten Schicht von Partikelsuspension zwischen zwei planparallelen Scheiben, von
denen die eine fest und die andere beweglich ist, gemessen werden .
Während des Messvorganges wird die bewegliche Scheibe in Be^-
wegung gesetzt, wobei die dieser Scheibe nähere Flüssigkeitsschichten mitbewegt werden. Die Bewegung wird jedoch von der
stationären Scheibe gebremst und somit entstehen in der dünnen Flüssigkeitsschicht Scherkräfte, deren Stärke von der Viskosität
der Flüssigkeit und der Geschwindigkeit der Scheibe abhängen. Diesen Scherkräften ausgesetzte Partikel verändern dabei ihre
Form oder Grosse, wenn sie eine Elastizität aufweisen.
Beim Druchgang einer kohärenten Strahlung, z.B. Laserstrahlen, durch die Suspension entsteht an den Partikeln eine Difraktion
der Strahlung, welche als ein Difraktionsbild erfasst wird.
Veränderungen der Partikel erscheinen als Deformation des Difraktionsbildes.
Durch Auswertung dieser Deformation ist es möglich, schnell und einfach die dynamischen Eigenschaften der
Partikel zu bestimmen.
In Fig. 1 ist die Messanordnung schematisch dargestellt. In dem Spalt zwischen der festen Scheibe Q) und der beweglichen
(rotierenden) Scheibe 0 befindet sich die Suspension der untersuchten Partikel (3). Kohärentes Licht (4) eines Lasers 0
wird durch das System geführt oder mit Hilfe von Prismen oder Spiegeln (Q gelenkt, wobei eine Difraktion (7) der Strahlung an
den Partikeln entsteht. Das so veränderte Licht, über ein optisches System @ geführt, wird von einem System optischer
oder optoelektronischer Detektoren aufgenommen und ausgewertet. Die Auswertung der Difraktionsbilder wird in Fig. 2 und 3 bei
der Messung der Deformabilität der Erythrozyten demonstriert. In Fig. 2 ist ein Difraktionsbild einer Blutkörperchen-Suspension
bei Stillstand der Scheibe, also bei Null-Scherkraft (4) und ein entsprechendes Diagramm der Intensität und Strahlungsverteilung in der Bildebene (£) dargestellt.
Fig. 3 zeigt ein Difraktionsbild bei rotierender Scheibe, somit bei der Einwirkung von Scherkräften auf die Erythrozyten (4),
sowie ein entsprechendes Diagramm der Strahlungsverteilung in
der Bildebene (£). Die Berechnung der Deformabilität erfolgt
nach der Formel
d _ ao
do ~al
wobei d die durch die Deformation entstandene Elongation der Blutkörperchen und do deren Durchmesser sind.
In nachfolgenden Beispielen und Zeichnungen sind die grundsätzlichen
Ausführungen der Messkörper und die Messanordnungen aufgeführt.
Beispiel 1: Das Messystem (Fig. 4) wird aus zwei runden Scheiben
gebildet, von denen die eine O)/ z.B. die untere, fest und die andere C3 z.B. die obere, rotierend angeordnet sind. Der Messspalt
kann durch feste Distanzscheiben (Fig. 4a) oder mittels eines beweglichen Kolbens (Fig. 4b) eingestellt werden. Die
Scheiben müssen dauernd oder intermittierend für das kohärente Licht durchlässig sein.
Beispiel 2; Das Messystem (Fig. 5) wird aus einer Grundplatte Q)
und rotierender Scheibe 0 gebildet, welche mit auswechselbaren Hilfskörpern (5 (Plättchen oder Schalen) versehen sind. Der
Messpalt wird entweder wie im Beispiel 1 eingestellt oder es
wird eine Distanzscheibe in den Hilfskörper integriert (Fig. 5a). Diese Anordnung erleichtert die Reinigung des Gerätes.
Messpalt wird entweder wie im Beispiel 1 eingestellt oder es
wird eine Distanzscheibe in den Hilfskörper integriert (Fig. 5a). Diese Anordnung erleichtert die Reinigung des Gerätes.
Beispiel 3: Für eine grössere Anzahl zu untersuchender Proben
ist in Fig. 6 ein Messystem dargestellt. Bei dieser Anordnung
wird sowohl die Grundplatte CD als auch die rotierende Scheibe G) mit auswechselbaren Hilfskörpern 0 und 4) versehen. Der Messpalt kann mit auswechselbaren Distanzscheiben (Fig. 6a) oder mit
integrierten Distanzformen (Fig. 6b) eingestellt werden. Diese Anordnung ist für Serienmessungen einer grossen Anzahl von Proben unter gleichen Messbedingungen geeignet.
wird sowohl die Grundplatte CD als auch die rotierende Scheibe G) mit auswechselbaren Hilfskörpern 0 und 4) versehen. Der Messpalt kann mit auswechselbaren Distanzscheiben (Fig. 6a) oder mit
integrierten Distanzformen (Fig. 6b) eingestellt werden. Diese Anordnung ist für Serienmessungen einer grossen Anzahl von Proben unter gleichen Messbedingungen geeignet.
Bei manchen Mikropartikeln erfolgt deren volle Deformation augenblicklich
mit dem Einsetzen der Scherkräfte und somit ist eine aussagekräftige Messung solcher Partikel auch bei linearer Bewegung
der Messkörper möglich.
Beispiel 4: In Fig. 7 ist eine Anordnung der Messkörper zur
Messung bei linearer Bewegung dargestellt. Die Grundplatte Q)
ist mit Führungs- und gleichzeitig Distanzschienen Q versehen, in denen die zweite Platte C5 mit einstellbarer Geschwindigkeit bewegt wird. Der Messpalt wird durch feste oder verstellbare
Distanzschienen eingestellt.
Messung bei linearer Bewegung dargestellt. Die Grundplatte Q)
ist mit Führungs- und gleichzeitig Distanzschienen Q versehen, in denen die zweite Platte C5 mit einstellbarer Geschwindigkeit bewegt wird. Der Messpalt wird durch feste oder verstellbare
Distanzschienen eingestellt.
Claims (8)
- PatentansprücheEinrichtung zur Messung von dynamischen Eigenschaften von Mikropartikeln durch Einwirkung von Scherkräften, an Suspensionen derselben in einer Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus mindestens zwei planen Messkörpern, deren Flächen in einstellbarem Abstand gehalten werden und somit einen Spalt zur Aufnhame der Suspension bilden, bestehen, von denen der eine fest ist und der andere so bewegt werden kann, dass in der Suspension definierte Scherkräfte entstehen und welche dauernd oder mit Unterbrechung mit kohärenter Strahlung durchstrahlt werden können, wobei an den Partikeln beim Stillstand und bei der Bewegung des flesskörpers unterschiedliche Difraktionsbilder der Strahlung entstehen, die gemessen und ausgewertet werden.
- 2. Messeinrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Messkörper in gleicher Richtung, aber mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegt werden.
- 3. Messeinrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Messkörper in Gegenrichtung bewegt werden.
- 4. Messeinrichtung nach Patentansprüchen 1.-3., dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des einen oder von beiden Messkörpern eine Rotation ist.
- 5. Messeinrichtung nach Patentanspruch 1-3. ,dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des einen oder von beiden Messkörpern linear ist.
- 6. Messeinrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass einer der beiden Messkörper als auswechselbares Element gestaltet wird und nur zum Messvorgang in die Einrichtung eingesetzt wird.
- 7. Messeinrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet dass beide Messkörper als auswechselbare Elemente mit
fester Spaltbreite gestaltet werden und nur zum Messvorgang in die Messeinrichtung eingesetzt werden. - 8. Messeinrichtung nach Patentansprüchen 1.-7., dadurch gekenn zeichnet, dass die Konstruktion der Messkörper und das
Material, aus welchem sie hergestellt werden, eine mindestens zeitweilige, vorteilhaft dauernde, Durchlässigkeit
für kohärente Strahlung aufweisen.
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| Date | Code | Title | Description |
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| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: BLAZEK, VLADISLAV, 4150 KREFELD, DE |
|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: BLAZEK, VLADISLAV, 5205 ST AUGUSTIN, DE |
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| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: MYRENNE GMBH, 52159 ROETGEN, DE |
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| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |