DE69318491T2

DE69318491T2 - Vorrichtung zum Sammeln und Transfer von Partikeln und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE69318491T2
Application number: DE69318491T
Authority: DE
Inventors: Phillip P. Westford Ma 01886 Brown; Lewis T. Jr. Bedford Ma 01730 Polk; Walker M. Iii Berlin Ma 01503 Sloan; Hugh Methuen Ma 01844 Vartanian
Original assignee: Cytyc Corp
Current assignee: Cytyc Corp
Priority date: 1992-02-28
Filing date: 1993-02-24
Publication date: 1999-02-04
Anticipated expiration: 2013-02-25
Also published as: JPH06507345A; DE69318491D1; JP3309123B2; WO1993017090A1; AU665247B2; US5772818A; ATE166104T1; US5503802A; EP0584332A1; CA2109299A1; EP0584332B1; AU3732793A; US5364597A; CA2109299C

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät (Vorrichtung) zum Sammeln von mikroskopischen Partikeln, wie etwa von Zellen, aus einem Fluidmedium und zum Übertragen der gesammelten Zellen zu einem Empfänger, wie etwa einer Mikroskopscheibe aus Glas. Das Gerät sammelt die Zellen mit einer gewünschten räumlichen Verteilung und ermöglicht es, die Zellen zu dem Empfänger mit dieser unveränderten räumlichen Verteilung zu übertragen.
Eine Vorrichtung zum Sammeln und Übertragen gemäß der Erfindung ist bei der Ausführung von zytologischen Verfahren nützlich. Bei einem typischen zytologischen Verfahren werden Zellen aus einer Flüssigkeit, die zu untersuchende Probezellen enthält, gesammelt und werden auf eine Mikroskopscheibe bzw. einen Mikroskopträger oder einen anderen Aufnehmer für die Betrachtung und Bewertung übertragen.
Bei einer zytologischen Untersuchung ist es üblicherweise erforderlich, daß die Zellen auf dem Mikroskopträger in einer einzelnen Schicht und jeweils voneinander getrennt, d. h. verteilt, angeordnet sind. Bei manchen praktischen Ausgestaltungen werden die Zellen gezählt, so daß eine im wesentlichen bekannte Zellmenge untersucht wird.
Eine herkömmliche Vorrichtung zum Sammeln einer dispergierten Einzelschicht aus Zellen, und zum Übertragen derselben auf eine Mikroskopscheibe für die Untersuchung weist ein auf der Oberfläche sammelndes Filter auf, das ein Ende einer Röhre überspannt. Zum Sammeln der Zellen wird dieses Ende der Röhre in eine Flüssigkeit eingetaucht, die die zu untersuchenden Zellen enthält. An die Röhre wird ein Unterdruck angelegt, um hierdurch die Flüssigkeit durch das Filter anzusaugen. Diese Strömung der angesaugten Flüssigkeit in die Röhre führt zur Ablagerung von Zellen auf der Außenseite des Filters. Jede Zelle des Filters verhindert eine weitere Strömung der Flüssigkeit durch das Filter und es sammeln sich daher die Zellen auf dem Filter mit eine generell verteilten und aus einer einzigen Schicht bestehenden räumlichen Verteilung. Das Filter wird nachfolgend an der Mikroskopscheibe angeordnet, um hierdurch die gesammelten Zellen zu der Scheibe unter Beibehaltung der räumlichen Verteilung zu übertragen. Vorzugsweise wird ein geringfügiger Fluiddruck auf die Innenseite des Filters ausgeübt, um hierdurch diese Übertragung der Zellen zu der Scheibe zu erleichtern. Durch den Übertragungsvorgang werden die Partikel, die auf dem Filter gesammelt sind, effektiv auf der Betrachtungsscheibe "gedruckt". Weiterhin ist es allgemein wünschenswert, die Filtereinrichtung nur ein einziges Mal zu benutzen und sie dann wegzuwerfen, damit eine Verunreinigung durch die einzelnen Proben vermieden wird. Demzufolge ist es wünschenswert, daß die Filtervorrichtung zur Herstellung in großen Stückzahlen mit relativ niedrigen Kosten geeignet ist.
In der EP 0 448 837 A ist eine Filtereinrichtung der vorstehend erläuterten Art offenbart, die zum Sammeln von Zellen aus einer Probenflüssigkeit mit einer gewünschten räumlichen Verteilung dient. Diese Patentanmeldung und die US-PS 5 143 627 offenbaren Vorrichtungen und Verfahren zum Ausführen einer Zellsammlung mittels der Filtervorrichtung und zum Übertragen der gesammelten Zellen auf eine Mikroskopscheibe mit der gewünschten dispergierten räumlichen Verteilung.
Es wurde gefunden, daß nicht alle Zellen, die mit der bekannten Filtervorrichtung gemäß der vorstehend beschriebenen Art gesammelt worden sind, auf die Betrachtungsscheibe übertragen werden. Stattdessen werden durch jeweilige unterschiedliche Filtervorrichtungen jeweils unterschiedliche Abschnitte der gesammelten Zellen übertragen. Dieser Verlust an Zellen ist unerwünscht, und es ist auch die Änderung des Anteils von Zellen, der übertragen wird, nicht wünschenswert. Der Verlust an übertragenen Zellen führt dazu, daß die Anzahl von zur Untersuchung zur Verfügung stehender Zellen verringert ist, und kann ferner dazu führen, daß eine allgemein nicht bekannte Zellemenge auf die Glasscheibe übertragen wird.
In der EP 0 503 128 A, die ein nicht vorveröffentlichtes Dokument darstellt, ist eine Vorrichtung zum Sammeln und zum Übertragen von Partikeln offenbart, die einen rohrförmigen Körper aufweist, der eine ebene Randeinrichtung zur Bereitstellung einer ebenen Oberfläche an einem ersten axialen Ende des rohrförmigen Körpers, und eine ringförmige Montageoberfläche umfaßt. Weiterhin ist ein Filterelement vorgesehen, das einen Filterabschnitt und einen Montageabschnitt umfaßt, die an der ringförmigen Montagefläche des rohrförmigen Körpers befestigt sind. Der Abschnitt überspannt das erste Ende des rohrförmigen Körpers und liegt an der Randeinrichtung zur ebenen Anordnung desselben bzw. derselben an.
Es ist demgemäß eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Sammeln von Zellen und ähnlichen Partikeln aus einem Fluidmedium mit einer dispergierten räumlichen Verteilung, und zum Übertragen der gesammelten Partikel auf eine Glasscheibe oder einen ähnlichen Aufnehmer mit einem minimalen Verlust an Partikeln zu schaffen. Es ist weiterhin eine Aufgabe, daß die Vorrichtung die Übertragung der Partikel unter getreuer Beibehaltung der räumlichen Verteilung der gesammelten Partikel erleichtert.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, einen Aufbau und eine Herstellungsmethode für eine derartige Vorrichtung zu schaffen, die es ermöglichen, daß unterschiedliche Vorrichtungen eine reproduzierbare und gleichmäßige Übertragung von gesammelten Partikeln auf den Aufnehmer bewirken.
Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung umfassen auch die Bereitstellung einer Vorrichtung zum Sammeln und Übertragen von Partikeln, die automatisch mit einer bestimmten Orientierung und Position relativ zu einer linearen Achse und einer Drehachse angeordnet werden kann; und die in freigebbarer und austauschbarer Weise mit Fluidleitungen gekoppelt werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Sammeln und Übertragen von Partikeln gemäß den vorstehenden Eigenschaften zu schaffen, die mit relativ geringen Kosten hergestellt werden kann. Es ist demgemäß eine Aufgabe, ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorrichtung zu schaffen, das mit relativ geringen Kosten in der Praxis eingesetzt werden kann.
Weitere Zielsetzungen der Erfindung sind zum Teil offensichtlich und erschließen sich zum Teil aus der folgenden Beschreibung.
Eine in Übereinstimmung mit der Erfindung stehende Vorrichtung zum Sammeln und Übertragen von Partikeln kann dazu benutzt werden, im wesentlichen alle gesammelten Zellen auf eine Glasscheibe oder einen anderen Aufnehmer zu übertragen, wobei die räumliche Verteilung der gesammelten Zellen getreu repliziert wird. Die Vorrichtung erreicht diese Zielsetzungen dadurch, daß ein Filter des Oberflächen-sammelnden Typs an einem Trägerkörper mit einer sehr ebenen Geometrie angeordnet wird. Das Filter sammelt die interessierenden Partikel an seiner äußeren Oberfläche. Die ebene Anordnung des Filters ermöglicht es, dieses mit dem Aufnehmer wie etwa einer Mikroskopscheibe vollständig und gleichförmig in Kontakt zu bringen, so daß eine reproduzierbare Übertragung eines hohen Prozentsatzes der gesammelten Partikel auf den Empfänger erzielt wird. Weiterhin weisen die übertragenen Partikel die gleiche räumliche Verteilung wie diejenige, die sie vor der Übertragung auf dem Filter aufwiesen, auf.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß der herkömmliche Aufbau und die Herstellung der bekannten Filtervorrichtung zu einem an der Oberfläche sammelnden Filter führt, das nicht vollständig flach war, und beruht ferner auf der Erkenntnis, daß unterschiedliche dieser Vorrichtungen Filter aufweisen, die variierende Abweichungen von der Ebenheit zeigen.
Die Erfindung schafft somit einen neuartigen Aufbau für eine Vorrichtung, die Partikel wie etwa Zellen aus einer Fluidprobe sammeln. Der neuartige Aufbau erlaubt der die Partikel sammelnden Vorrichtung, nahezu alle gesammelten Partikel auf eine Mikroskopscheibe zu übertragen, wobei eine im wesentlichen exakte Replizierung der räumlichen Verteilung, die die Zellen auf der Sammelvorrichtung gehabt haben, erreicht wird.
Ein Ausführungsbeispiel des neuartigen Aufbaus trägt ein blattförmiges Filterblatt, z. B. ein Porenmembranfilter, auf einem ebenen rohrförmigen Rand, der an dem Ende eines Trägerkörpers angeordnet ist. Das Filter weist ein präzises Maß an Ebenheit auf, das durch den rohrförmigen Rand definiert ist. Bei dem neuartigen Aufbau wird das Filterblatt an dem Trägerkörper an einer ringförmigen Oberfläche befestigt, die nach innen ausgespart an dem Körper unterhalb des Rands vorgesehen ist. Dieser neuartige Aufbau erlaubt es, daß das Filter an dem Trägerkörper mit einer kostengünstigen Verbindungstechnik angebracht werden kann, wobei Beispiele dieser Verbindungstechniken ein thermisches Verbinden, ein Ultraschallschweißen und ein Verbinden mittels Lösungsmittel umfassen. Verformungen des Montageaufbaus, die durch die Verbindungstechnik hervorgerufen werden, sind auf die Montageoberfläche beschränkt und führen nicht zu Verschlechterungen der gewünschten, präzisen Ebenheit des das Filter positionierenden Rands.
Ein bevorzugtes optionales Merkmal der Filtervorrichtung besteht in dem Vorsehen einer Barriere zwischen dem zur Filterpositionierung dienenden Rand und der Montagefläche. Die Barriere führt zu einer Verzögerung der Auswirkungen eines Verbindungseffekts, wie etwa von Wärme, die während des Verbindungsprozesses gebildet wird, auf eine Störung des Rands, bei dem sie zu einer unerwünschten geometrischen Verformung führen könnte. Die Barriere kann auch derart ausgestaltet sein, daß sie übermäßiges oder verlagertes Material aufnimmt, das während des Verbindungsvorgangs gebildet wird, so daß solches Material die präzise Anordnung des Filters an dem Rand nicht verschlechtern kann. Eine Ausführungsform eines solchen Barriereaufbaus ist ein ringförmiger Trog an dem Drehkörper, der zwischen dem Positionierungsrand und der Montagefläche angeordnet ist. Der Trog ist geometrisch derart ausgestaltet, daß er eine Tiefenabmessung besitzt, die die Länge des Leitungspfads zwischen der an der Montagefläche erzeugten Wärme und dem Positionierungsrand vergrößert.
Es ist demgemäß ein Merkmal der Erfindung, eine zum Sammeln und Übertragen von Partikeln dienende Vorrichtung zu schaffen, die ein ebenes, an der Oberfläche sammelndes Filter an einem Trägerkörper umfaßt. Der Trägerkörper ist vorzugsweise ein rohrförmiger Körper, bei dem das Filter an einem ebenen Rand an einem Ende montiert ist. Der Körper weist eine ringförmige Montagefläche auf, die radial außerhalb des Rands und an dem Körper axial einwärts vom Rand angeordnet ist. Die Montagefläche ist vorzugsweise im wesentlichen parallel zu dem Rand geführt.
Ein weiteres Merkmal der Vorrichtung ist ein Filter des an der Oberfläche sammelnden Typs, das einen ersten Abschnitt aufweist, der den rohrförmigen Körper überspannt und an dem Rand für eine Anbringung in der durch den Rand definierten Ebene angebracht ist. Der erste Abschnitt des Filters besitzt somit eine Außenfläche, die von dem rohrförmigen Körper nach außen weist und auf der mikroskopische, in einem Fluid vorhandene Partikel gesammelt werden können, wobei von dieser Außenfläche die solchermaßen gesammelten Partikel auf einen Aufnehmer wie etwa auf eine Mikroskopscheibe übertragen werden können. Der Aufnehmer wird mit der die Partikel tragenden Außenfläche des ersten Abschnitts des Filters in Anlage gebracht, um hierdurch diese Übertragung der gesammelten Partikel zu bewirken.
Die Merkmale der sammelnden und übertragenden Vorrichtung umfassen weiterhin einen Montageabschnitt des Filters, der peripher zu dem ersten Abschnitt angeordnet ist und der an der ringförmigen Montagefläche befestigt und hierdurch an dem Trägerkörper angebracht ist.
Der Aufbau zum Befestigen des Montageabschnitts des Filters umfaßt vorzugsweise ein Bindemittel oder eine Verbindung zwischen dem Material des rohrförmigen Körpers und dem Material des Filters. Dieses Bindemittel ist typischerweise ein fest verbindender Fluß von Material, der mit einer Technik wie etwa einem Ultraschallschweißen, einem thermischen Verbinden oder einem Lösungsmittelverbinden erzeugt wird.
Es ist ebenfalls ein Merkmal der sammelnden und übertragenden Vorrichtung, eine Verformungsbarriere zwischen dem ebenen Rand und der Montagefläche bereitzustellen. Die Barriere isoliert den Rand gegenüber einer Material verformenden Wirkung, die während der Befestigung des Filters an der Montagefläche hervorgerufen wird. Die Barriere ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel durch einen ringförmigen Trog bzw. eine ringförmige Wanne an dem Gehäusekörper gebildet und ist zwischen dem Rand und der Montagefläche angeordnet, und weist weiterhin eine Tiefenabmessung auf, die sich longitudinal zu der Achse des rohrförmigen Körpers erstreckt.
Bei einem Ausführungsbeispiel besitzt der neuartige Aufbau einen rohrförmigen Trägerkörper, der entgegengesetzt angeordnete axiale Enden aufweist, wobei ein erstes axiales Ende offen ist und ein zweites axiales Ende geschlossen ist. Ein den vorstehenden Erläuterungen entsprechender ebener Rand ist an dem offenen axialen Ende angeordnet und dient zum Halten eines Filterelements mit einer ebenen Orientierung. Eine ringförmige Montagefläche ist an der Peripherie des rohrförmigen Trägerkörpers zwischen den axialen Enden angeordnet und dient zum Aufnehmen eines Abschnitts des Filterelements, um hiermit das Filterelement an dem rohrförmigen Trägerkörper zu befestigen.
Ein vorteilhaftes Merkmal dieses Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß ein Fluid koppelndes Element zwischen den axialen Enden vorgesehen ist, das zum Herstellen einer abnehmbaren und austauschbaren Verbindung mit einer Drucksteuerquelle ausgelegt ist. Hierdurch ist es möglich, das die Partikel in Suspension enthaltende Fluid durch das Filterelement hindurch in den rohrförmigen Trägerkörper einzuführen, um hierdurch Partikel an der Außenfläche des Filterelements zu fangen. Eine Orientierungseinrichtung ist dazu vorgesehen, die Koppeleinrichtung so zu orientieren, daß sie für die Verbindung mit der Drucksteuerquelle ausgerichtet ist.
Ein Vorteil, der bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erzielt wird, besteht in der verbesserten, probeninternen Isolation des die Partikel verarbeitenden Geräts, mit dem zusammen die neuartige, Partikel sammelnde und übertragende Vorrichtung eingesetzt wird. Dies heißt, daß das die Partikelsuspension enthaltende Fluid, das in den Körper eingesaugt ist, d. h. das Filtrat, nicht mit dem die Partikel verarbeitenden Gerät in Berührung kommt, da ein axiales Ende des rohrförmigen Trägerkörpers geschlossen ist. Nachdem die gesammelten Zellen von dem auf der Oberfläche sammelnden Filterelement übertragen worden sind, kann das Filtrat zudem durch das Filterelement aus dem rohrförmigen Trägerkörper heraus zurückgeblasen werden. Aufgrund dieses Merkmals der vorliegenden Erfindung ist es bei dem die Partikel verarbeitenden Gerät, zusammen mit dem die neuartige, Partikel sammelnde und übertragende Vorrichtung benutzt wird, nicht erforderlich, einen Abfallkreislauf bzw. einen Abfallabschnitt vorzusehen. Mit den vorstehend genannten und weiteren Merkmalen der Erfindung wird ein sehr ebenes, an der Oberfläche sammelndes Filter geschaffen, das zum Sammeln der Partikel aus einem Fluid und zum präzisen, gleichförmigen Anliegen an einer Mikroskopscheibe oder einem anderen Aufnehmer ausgelegt ist, so daß ein reproduzierbarer und maximaler Anteil der gesammelten Partikel leicht auf diesen Aufnehmer übertragen werden kann, wobei die räumliche Verteilung, die die Partikel auf dem Filter hatten, in maximaler Weise beibehalten wird.
Weiterhin kann die Vorrichtung mit relativ geringen Kosten und mit hohen Stückzahlen hergestellt werden. Dies ist wünschenswert, damit eine frische Vorrichtung für jede zytologische, zu verarbeitende Probe benutzt werden kann und folglich eine Verunreinigung von Probe zu Probe vermieden wird.
Bei einem bevorzugten Herstellungsverfahren wird das Membranfilter thermisch wird der ringförmigen Montagefläche des rohrförmigen Körpers verbunden. Ein bevorzugter thermischer Verbindungsvorgang arbeitet mit einem erhitzten Werkzeug, das die Filtermembran an die ringförmige Montagefläche, die aus thermoplastischem Material besteht, anpreßt und die Montagefläche in ausreichendem Ausmaß schmilzt, damit die Filtermembran eingebettet wird. Nach dem Abkühlen schafft das thermoplastische Material der Montageoberfläche eine sichere mechanische Verbindung zwischen der Filtermembran und dem rohrförmigen Körper.
Es ist weiterhin bevorzugt, daß das Membranfilter ausreichend gespannt ist, damit es frei ist von Falten oder Kräuselungen, und daß es effektiv kein Durchhängen zeigt. Im Anschluß an den Befestigungsschritt wird die Filtereinrichtung mit Hilfe eines Schrumpf prozesses gleichförmig gespannt. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein wärmeschrumpfbares Material für das Membranfilter zu verwenden und dieses einer Wärme auszusetzen, die ausreichend ist, das Membranfilter zu schrumpfen, damit das gewünschte Ausmaß an Dehnung erzielt wird. Bevorzugte Materialien zur Herstellung mittels eines sukzessiven thermischen Verbindungsschritts und einer nachfolgenden Wärmeschrumpfung bestehen in dem Einsatz eines Polycarbonat-Filters und eines rohrförmigen Körpers, der aus Polystyrol hergestellt ist.
Die Erfindung umfaßt demzufolge die Merkmale des Aufbaus, die Kombination der Elemente und der Anordnung von Teilen, wie sie in den nachstehend erläuteten Konstruktionen als Beispiel veranschaulicht sind, und umfaßt ferner die Mehrzahl von Schritten und deren Beziehung zwischen einem oder mehreren derartigen Schritten im Hinblick auf jeden anderen dieser Schritte zur Herstellung eines solchen Aufbaus, wie sie insgesamt durch die nachfolgende detaillierte Offenbarung als Beispiel veranschaulicht sind. Der Umfang der vorliegenden Erfindung ist in den Patentansprüchen angegeben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Zum vollständigeren Verständnis der Natur und der Aufgaben der vorliegenden Erfindung wird auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, wobei gilt:
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung stehenden Vorrichtung zum Sammeln und Übertragen;
Fig. 2 zeigt eine seitliche Aufrißansicht der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung, die teilweise im Schnitt gezeigt ist;
Fig. 3 zeigt eine vergrößerte fragmentarische Detailansicht aus Fig. 2 ohne die Be trachtungsscheibe;
Fig. 4 zeigt eine fragmentarische seitliche Aufrißansicht einer weiteren, in Übereinstimmung mit der Erfindung stehenden Vorrichtung zum Sammeln und Übertragen, die teilweise im Schnitt gezeigt ist;
Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung stehenden Vorrichtung zum Sammeln und Übertragen;
Fig. 5A zeigt eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie A-A eines Ausschnitts des weiteren Ausführungsbeispiels der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung geschnitten ist;
Fig. 6 zeigt eine Querschnittsansicht, die entlang der in Fig. 5 gezeigten Linie 6-6 geschnitten ist;
Fig. 7 zeigt eine Querschnittsansicht, die entlang der in Fig. 6 gezeigten Linie 7-7 geschnitten ist;
Fig. 7A zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels der in Fig. 5 dargestellten Vorrichtung;
Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Geräts, das zusammen mit der in Fig. 5 dargestellten Vorrichtung arbeitet; und
Fig. 9 und 10 zeigen schematische Darstellungen eines Verfahrens zur Herstellung einer Vorrichtung gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung, wobei sukzessive thermische Verbindungs- und Wärmeschrumpfprozesse dargestellt sind.

Beschreibung der dargestellten Ausführungsbeispiele

In den Fig. 1 und 2 ist eine in Übereinstimmung zu der Erfindung stehende Vorrichtung 10 zum Sammeln und Übertragen von Partikeln gezeigt, die ein an der Oberfläche sammelndes (oberflächensammelndes) Filter 12 aufweist, das an einem rohrförmigen Körper 14 angebracht ist. Das dargestellte Filter weist einen bekannten Aufbau mit Porenmembran auf. Durch einen an einem Ende des Körpers 14 vorhandenen Rand 16 wird ein zentraler Abschnitt 12a des Filters mit einer flachen Gestalt, d. h. in ebener Weise, positioniert, und es ist das Filter mit einem peripheren Abschnitt 12b an einer Montagefläche 18 befestigt, die an dem Körper 14 nach innen weisend von dem Rand 16 ausgenommen ist.
Durch den Aufbau wird der Rand 16 gegenüber der Position der Anbringung des Filters an dem Körper, d. h. gegenüber der Montagefläche 18, isoliert, so daß der Rand 16 das Filter mit Präzision präzisionieren kann. Verformungen der Montagefläche aufgrund der Art und Weise der Anbringung führen folglich nicht zu einer Änderung der exakten Positionierungsgeometrie des Rands 16. Als Ergebnis dessen kann der zentrale Abschnitt 12a des Filters eine präzise planare Anordnung besitzen. Wenn eine aus Glas bestehende Mikroskopscheibe bzw. ein Mikroskopträger 22, der in Fig. 2 schraffiert dargestellt ist, mit dem zentralen Abschnitt 12a des Filters in Berührung gebracht wird, liegt im wesentlichen der gesamte zentrale Filterabschnitt an der Mikroskopscheibe an. Diese im wesentlichen gleichförmige Anlage ermöglicht es, daß die gesammelten Partikel, die über die gesamte Oberfläche des zentralen Abschnitts des Filters hinweg angeordnet sind, direkt auf die Mikroskopscheibe übertragen werden können. Hierbei tritt im wesentlichen kein Verlust an Partikeln auf, die auf dem Filter verbleiben würden, und es werden die Partikel mit der gleichen räumlichen Verteilung, wie sie diese auch auf dem Filter hatten, übertragen.
Genauer gesagt, weist der dargestellte rohrförmige Körper 14 eine zylindrische Wand 24 auf, die sich entlang einer Achse 26 erstreckt. Der Positionierrand 16 befindet sich an einem axialen Ende der inneren Oberfläche der zylindrischen Wand 24. Die ringförmige Endfläche 28 der zylindrischen Wand 24, die sich an diesem axialen Ende befindet, an dem der radial innen liegende Abschnitt den zur Positionierung dienenden Rand 16 ausbildet, ist axial mit einer Ausnehmung an einer Position, die radial außerhalb des zur Positionierung dienenden Rands 16 liegt, versehen, um hierdurch die Montagefläche 18 zu bilden. Die dargestellte Montagefläche 18 bildet folglich eine ringförmige Oberfläche, die mit dem ringförmigen, zur Positionierung dienenden Rand 16 konzentrisch angeordnet ist und gegenüber dem Rand axial nach innen beabstandet an dem Körper 14 ausgebildet ist.
Wie in den Fig. 1 und 2 sowie in größeren Einzelheiten in Fig. 3 dargestellt ist, besteht ein bevorzugtes und dennoch optionales und strukturelles Merkmal der Vorrichtung 10 in einer allgemein mit dem Bezugszeichen 30 bezeichneten Barriere an dem Körper 14, die zwischen dem zur Positionierung dienenden Rand 16 und der Montagefläche 18 angeordnet ist. Die dargestellte Barriere 30 enthält eine ringförmige Rinne (Trog) 34, die derart orientiert ist, daß ihre Tiefenabmessung sich longitudinal zu der axialen Beabstandung zwischen dem Rand 16 und der Montagefläche 18 erstreckt. Demgemäß verläuft die Breite der dargestellten, zur Barriere zählenden Rinne 34 in der radialen Richtung und ist radial zwischen dem Rand 16, der radial einwärts gegenüber der Barriere angeordnet ist, und der Montagefläche 18 eingefügt, die radial außerhalb der Barriere positioniert ist.
Die Barriere 30 umfaßt weiterhin eine kragenförmige, in axialer Richtung verlaufende Wand 32, die sich an dem Körper 14 zwischen dem zur Positionierung dienenden Rand 16 und der Montagefläche 18 erstreckt.
Die Barriere 30, und insbesondere die Rinne 34, stellen einen langen thermischen Leitungspfad bereit, durch den jegliche Hitze, die an der Montagefläche 18 während der Anordnung des Filters an dieser erzeugt wird, isoliert wird und damit an einer Verformung oder einer anderweitigen geometrischen Änderung des zur Positionierung dienenden Rands 16 gehindert wird. Dieser lange Pfad führt auch zu einer Verzögerung der Lösungsmittelwirkung gegenüber einer Verformung des Rands 16, wenn ein Verbinden mittels Lösungsmittel eingesetzt wird. Ferner stellt der Hohlraum, der durch die Rinne 34 der Barriere gebildet wird, einen Aufnehmerbereich zum Einfangen und anderweitigem Aufnehmen von Abfall und anderem überschüssigem oder fließendem Material bereit, das während der Verbindung oder der anderweitigen Anbringung des peripheren Abschnitts 12b des Filters an der Montagefläche 18 erzeugt wird. Die Barriere 30 isoliert somit den zur Positionierung dienenden Rand im wesentlichen gegenüber einer Verformung und gegenüber Abfallmaterial, das andernfalls die gewünschte, sehr ebene Oberfläche, die durch den zur Positionierung dienenden Rand definiert wird, ändern oder in anderer Weise nachteilig beeinflussen könnten.
Der Aufbau der dargestellten Vorrichtung 10 enthält ferner in der Nähe von deren anderen axialen Ende einen Sitz 36, der in abnehmbarer und austauschbarer Weise eine Abdichtung gemeinsam mit einer Abdeckplatte 38 bildet, die mit einer Durchgangsleitung bzw. einem Durchgangskanal 40 versehen ist. Die Abdeckplatte kann paßgerecht an die zylindrische Wand 24 des Sitzes 36 angepaßt sein, um hierdurch dieses Ende des rohrförmigen Körpers 10, mit Ausnahme der Öffnung, die durch die Leitung 40 bereitgestellt wird, in fluiddichter Weise abdichtend zu verschließen.
Wie ebenfalls in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, weist die dargestellte Vorrichtung 10 eine nach außen vorspringende, zur Montage und für den Antrieb dienende Nabe 42 auf, die benachbart zu dem abdichtenden Ende des Körpers 14 angeordnet ist. Wie in den vorstehend angegebenen, ebenfalls anhängigen Patentanmeldungen näher beschrieben ist, kann die Vorrichtung 10 in einem Gerät mit Hilfe der zur Positionierung dienenden Nabe 42 montiert und mit Hilfe von Leerlaufwalzen, die mit der Nabe 42 in Eingriff stehen, gedreht werden. Die Vorrichtung 10 kann ferner in dem Gerät abdichtend mit Hilfe der Abdeckplatte 38 verschlossen werden, wobei die alleinig verbleibenden Öffnungen mit Hilfe der Leitung 40 und des zentralen Abschnitts 12a des Filters hergestellt werden. Wenn die Vorrichtung gegenüber der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Position umgekehrt wird und das untere, das Filter tragende Ende in eine die Partikel enthaltende Flüssigkeitsprobe eingetaucht wird, wird durch einen Unterdruck, der an die Leitung 40 angelegt wird, Flüssigkeit in das Innere des rohrförmigen Körpers 14 eingesaugt, und es werden bei dem Prozeß Partikel, die in der Flüssigkeit transportiert werden, auf der äußeren Oberfläche des zentralen Abschnitts 12a des Filters gesammelt.
Wie in den angegebenen, ebenfalls anhängigen Patentanmeldungen weiterhin erläutert ist, kann die Vorrichtung 10 mit den auf der äußeren Oberfläche des zentralen Abschnitts 12a des Filters befindlichen Partikeln nach ihrer Herausnahme aus der die Partikel enthaltenden Flüssigkeit so angeordnet werden, daß sie sich in Anlage an einer Mikroskopscheibe 22 befindet, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Die Zellen oder anderen Partikel, die auf dem Filter gesammelt sind, werden auf die Glasscheibe übertragen. Die Übertragung der Partikel von dem Filter auf die Mikroskopscheibe läßt sich dadurch vereinfachen, daß ein erhöhter Druck auf die Innenseite des Filterabschnitts 12a ausgeübt wird.
Es wird weiterhin auf die Fig. 1, 2 und 3 Bezug genommen. Das Filter 12 ist an dem rohrförmigen Körper 14 mit Hilfe der Anbringung des peripheren Abschnitts 12b an der Montagefläche 18 befestigt. Eine bevorzugte Befestigung wird dadurch erhalten, daß der periphere Abschnitt des Filters durch Wärme mit dem Material des rohrförmigen Körpers an der Montagefläche 18 verstemmt bzw. verzahnt wird. Wie nachstehend in größeren Einzelheiten erläutert wird, wird bei diesem Herstellungsprozeß, der nach der Positionierung des Filters 12 an dem Rand 16 der zylindrischen Wand 24 des rohrförmigen Körpers 14 ausgeführt wird, ein erwärmter Druckstempel mit dem peripheren Abschnitt 12b des Filters in einen ausgewählten Druckkontakt gebracht und dieser periphere Abschnitt hierdurch an die Montagefläche 18 angedrückt. Die Wärme, die durch den Druckstempel abgegeben wird, ruft ein zur Verbindung führendes Fließen des Materials des rohrförmigen Körpers 14 hervor, durch das der periphere Abschnitt des Filters mit der Montagefläche verbunden wird. Die resultierende Verbindung 44, siehe Fig. 3, ist nach der Verfestigung des fließenden Materials vorzugsweise sowohl mechanisch als auch intermolekular.
Alternative Methoden zum Befestigen des Filters 12 an der Montagefläche 18 schließen ein Ultraschallschweißen und ein Verbinden mittels Lösungsmittel ein. Diese Methoden sind im Stand der Technik allgemein bekannt.
Bei einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der Erfindung ist die zylindrische Wand 24 des rohrförmigen Trägerkörpers 14 aus einem Polystyrolharz gegossen, das von Dow Chemical Company unter der Bezeichnung Styron 685D vertrieben wird. Das Filter 12 ist eine aus Polycarbonat bestehende Membran, die mit einem Benetzungsmittel, das im Handel von Herstellern mit hydrophilen Eigenschaften erhältlich ist, und mit Wärme behandelt ist, die auf den rohrförmigen Körper 14 gemäß der nachstehenden Beschreibung zur Verstemmung ausgeübt wird. Wie erwähnt, kann das Filter 12 auch durch Ultraschall mit dem rohrförmigen Körper 14 verbunden werden. Ein geeigneter Ultraschallverbindungsprozeß steht von Polyfiltronics, Inc., Rockland, Massachusetts 02370 zur Verfügung. Die poröse Membran, die bei diesem Beispiel das Filter 12 bildet, weist eine Dicke in der Größenordnung von 7 Mikrometern auf und ist kommerziell von Poretics Corporation, Livermore, Kalifornien 94550 und von Nuclepore Corporation, Pleasonton, Kalifornien 94566, erhältlich.
Wie vorstehend angegeben, sind nachteilige Materialverformungsauswirkungen, die an der Montagefläche 18 während dieser Befestigung des peripheren Abschnitts des Filters an der Montagefläche auftreten können und die beispielsweise durch die Wirkung von Wärme und Lösungsmittel hervorgerufen werden, gegenüber dem zur Positionierung dienenden Rand 16 mittels der Barriere 30 abgeschirmt, die die Rinne 34 enthält. Weiterhin wird Material, das während des Montagevorgangs fließförmig wird oder in anderer Weise verlagert wird - wie etwa das Material des Filters und/oder dasjenigen der zylindrischen Wand des rohrförmigen Körpers - und das dazu tendiert, sich an der ringförmigen Montagefläche 18 radial nach innen zu bewegen, in der Rinne 34 der Barriere gefangen oder in sonstiger Weise aufgenommen. Die Rinne verhindert folglich, daß sich derartiges Material an dem zur Positionierung dienenden Rand 16 anlagert oder diesen in anderweitiger Weise stört oder verformt. Die Barriere 30 gewährleistet somit, daß der zentrale Abschnitt 12a des Filters durch den Rand 16 mit der gewünschten Form oder Kontur, z. B. einer ebenen Flächigkeit, positioniert wird.
Fig. 4 zeigt eine weitere Vorrichtung 50 gemäß der vorliegenden Erfindung, die einen ovalförmigen Abschnitt 52 eines Filters 54 aufweist, das zum Sammeln von Partikeln und zum Übertragen derselben auf einen Aufnehmer wie etwa auf eine Betrachtungsscheibe dient. Die Vorrichtung 50 weist einen rohrförmigen Träger 56 auf, der entlang einer Achse 58 langgestreckt ist, und bildet einen elliptischen, zur Filterpositionierung dienenden Rand 60. Der Rand ist flach, d. h. eben, und liegt in einer Ebene, die sich diagonal über den kreisförmigen Querschnitt des dargestellten Körpers 56 hinweg erstreckt.
An dem rohrförmigen Körper 56 ist gegenüber dem Rand 60 axial einwärts beabstandet eine Montageschulter 62 ausgebildet, die an der rohrförmigen Außenwand des Körpers 56 radial nach außen vorsteht. Die Schulter bildet eine ringförmige Montagefläche, an der ein peripherer Abschnitt 64 des Filters 54 angebracht ist, um hierdurch das Filter an dem Körper zu befestigen. Die dargestellte Montagefläche ist ovalförmig, d. h. elliptisch, und liegt vorzugsweise generell parallel zu dem zur Positionierung dienenden Rand 60.
Die Vorrichtung 50 weist ferner eine Barrierenrinne oder Barrierenmulde 66 auf, die eine axiale Ausnehmung der Montagefläche, die durch die Schulter 62 gebildet ist, darstellt. Die Mulde befindet sich an einer radial inneren Position an der Schulter in der Nachbarschaft der rohrförmigen Wand des Körpers 56.
Das Filter 54 wird an dem Körper 56 dadurch befestigt, daß der periphere Abschnitt 64 an der Montageoberfläche, die durch die Schulter 62 gebildet ist, festgelegt wird. Das Verfahren zur Befestigung kann eine Technik wie etwa das Ultraschallschweißen, das thermische Verbinden oder das Verbinden mittels Lösungsmittel enthalten. Der weitere Aufbau und das Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung 50 können mit der vorstehenden Beschreibung übereinstimmen, einschließlich der Beschreibung der Vorrichtung 10, die in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist.
In den Fig. 5 bis 7 ist eine weitere Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, die ein an der Oberfläche sammelndes Filter 62 aufweist, das an einem rohrförmigen Körper 64 angebracht ist. Wie auch bei den Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Fig. 1 bis 4 gezeigt ist, wird ein zentraler Abschnitt 62a des Filters durch einen Rand 66, der an einem offenen Ende des Körpers 64 liegt, mit einer ebenen Konfiguration positioniert. Das Filter 62 ist an einem peripheren Abschnitt 62b mit einer Montagefläche 68 fest verbunden, die an dem Körper 64 nach innen weisend gegenüber dem Rand 66 ausgenommen ist. Weiterhin enthält die Vorrichtung 60 eine Barriere, die allgemein mit dem Bezugszeichen 70 versehen ist und an dem Köper 64 so ausgebildet ist, daß sie zwischen dem zur Positionierung dienenden Rand 66 und der Montagefläche 68 liegt. Die Merkmale und die Vorteile der Barriere 70 sind gleichartig wie diejenigen der Barriere 30, wie sie vorstehend im Zusammenhang mit der Vorrichtung 10 beschrieben worden sind.
Im Unterschied von den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen der Erfindung ist jedoch der rohrförmige Körper 64 an seinem axialen Ende 80, das von dem Rand 66 beabstandet liegt, verschlossen, wie dies aus Fig. 6 ersichtlich ist. Ferner weist der Körper 64 eine Fluidkoppelung 82 auf, die es ermöglicht, einen Druck über das Filter 62 hinweg anzulegen, das zum Sammeln und für den Transport der Partikel benutzt wird.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel, das einen hohlen zylindrischen Körper 64 aufweist, enthält die Koppelung 82 eine abdichtende Oberfläche 84 und eine oder mehrere Öffnungen. Die dargestellte abdichtende Oberfläche ist eine flache, d. h. ebene Oberfläche an der äußeren Wand des Körpers 64.
Es versteht sich jedoch, daß die abdichtende Oberfläche 84 auch andere Formen annehmen kann, beispielsweise konische oder sphärische Form. Jegliche Oberfläche, die zur Bereitstellung einer fluid-dichten Abdichtung ausgelegt ist, ist geeignet. Die Öffnungen 86 und 88 erstrecken sich ausgehend von der abdichtenden Oberfläche 84 durch die Wand des Körpers 64 hindurch, um hierdurch eine Fluidkoppelung einer externen Druckquelle (nicht gezeigt) zu ermöglichen, die mit der Oberfläche 84 in abnehmbarer und austauschbarer Weise in Lage bringbar ist, und hierdurch den Fluiddruck in den Innenraum des Körpers 64 mit Hilfe des jeweiligen Durchgangs zu koppeln, der durch jede Öffnung 86 und 88 gebildet wird. Üblicherweise dient eine Öffnung 86, 88 als ein Drucksteueranschluß, wohingegen die andere Öffnung als ein Drucküberwachungsanschluß dient.
Wie vorstehend erläutert, ist es jedoch nicht notwendig, daß die Koppelung 82 zwei Öffnungen 86 und 88 umfaßt. Tatsächlich kann, wie in Fig. 5A gezeigt ist, eine Vorrichtung 60A mit einer Koppelung 82A ausgebildet werden, die nur eine einzige Öffnung 86A besitzt. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann, wie nachstehend in größeren Einzelheiten erläutert wird, eine Koppelblock 96A eines die Partikel bearbeitenden Geräts mit der Koppelung 82A zusammenwirken, um hierdurch die Drucküberwachungs- und Steuerquellen (nicht gezeigt) in Fluidverbindung mit der Öffnung 86A zu bringen.
Bei jeder Konfiguration stellt die abdichtende Oberfläche 84 eine Oberfläche bereit, die zur Aufnahme einer fluid-dichten Verbindung mit den Drucksteuerungs- und Überwachungsquellenanschlüssen dient. Demgemäß sind die allgemeinen Konzepte hinsichtlich des Sammelns und der Übertragung der Partikel, die im Zusammenhang mit den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen der Erfindung zusammenhängen, auch bei der Vorrichtung 60 einsetzbar.
Ein weiteres Merkmal der Vorrichtung 60 ist in dem geschlossenen axialen Ende 80 und der zwischenliegenden Druckquellenkoppelung 82 verkörpert. Durch diese Merkmale wird die von Probe zu Probe vorhandene Isolierung des die Partikel bearbeitenden Geräts, mit dem zusammen die Vorrichtung benutzt wird, verbessert. Durch die Beseitigung der Notwendigkeit hinsichtlich einer Abdeckplatte 38 (Fig. 2), wie sie bei den Vorrichtungen 10 und 50 erforderlich ist, wird nämlich die Möglichkeit der Verunreinigung von Probe zu Probe verkleinert. Die Vorrichtung 60 ist vollständig selbständig.
Ferner kann das Fluid, das in den Körper angesaugt worden ist, d. h. das Filtrat, durch das Filterelement wieder aus dem rohrförmigen Trägerkörper zurück ausgeblasen werden, nachdem die gesammelten Zellen von dem auf der Oberfläche sammelnden Filterelement übertragen worden sind. Auf diese Weise ist es nicht erforderlich, daß das die Partikel bearbeitende Gerät, mit dem zusammen die die Partikel sammelnde und übertragende Vorrichtung 60 benutzt wird, einen Abfallkreislauf aufweist, da nämlich das Filtrat nach dem Sammeln und der Übertragung der Zellen wieder zu dem Probenbehälter zurückgeführt werden kann, wie vorstehend erläutert.
Ein weiteres Merkmal der Vorrichtung 60 besteht darin, daß die Koppelung 82 an dem rohrförmigen Körper 64 mit Abstand zu den beiden axialen Enden angeordnet ist, wobei die Abstände größer sind als die maximale Flüssigkeitstiefe, die in den Körper 64 in Abhängigkeit von den vorstehend beschriebenen, die Partikel sammelnden und übertragenden Vorgängen einzusaugen ist. Demgemäß befindet sich unabhängig von der jeweiligen vertikalen Orientierung der Vorrichtung 60, d. h. unabhängig davon, ob sich das axiale Ende 80 während des Sammelns der Partikel oder das Filter während der Übertragung der Partikel jeweils oben befindet, wie dies in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist, die Koppelung 82 vertikal oberhalb der Flüssigkeit in dem rohrförmigen Körper 64. Die Druckquellenverbindung, die an der Koppelung 82 angebracht ist, kann daher gegenüber der Flüssigkeitsprobe isoliert werden. Dies trägt zusätzlich dazu bei, die Integrität der einzelnen Proben zu bewahren.
Wie aus den Fig. 5, 6 und 7 weiterhin ersichtlich ist, weist die dargestellte Vorrichtung 60 eine Orientierungsleiste 90 und eine Halteausnehmung, die eine winklig verlaufende Rückhaltefläche 92 besitzt, auf, wobei diese beiden Komponenten an der Außenwand des Körpers und in der Nähe des geschlossenen axialen Endes 80 ausgebildet sind. Auch wenn bei der dargestellten Halteausnehmung eine winklig angeordnete Rückhaltefläche 92 zum freigebbaren Eingriff mit einem externen Klemmelement zum axialen Festhalten der Vorrichtung 60 eingesetzt wird, ist die Rückhaltefläche 92 nicht erforderlich. Die dargestellte Leiste 90 ist im Hinblick auf die Koppelung 82 in Umfangsrichtung derart ausgerichtet, - oder anderweitig selektiv derart angeordnet - daß ein die Partikel bearbeitendes Gerät den Körper 64 selektiv hinsichtlich seiner Drehlage um seine Längsachse herum orientieren kann, und folglich in der horizontalen Ebene gemäß Fig. 7 ausrichten kann, um hierdurch die Koppelung 82 mit den externen Drucksteuerungs- und Überwachungsquellenanschlüssen auszurichten.
Die dargestellte Filtervorrichtung 150, die in Fig. 7A gezeigt ist, weist einen hohlen zylindrischen Körper 151 auf, der an seinem normalerweise oben liegenden axialen Ende geschlossen ist und der ein Siebfilter 152 umfaßt, das ein normalerweise unten liegendes axiales Ende überspannt. Das Siebfilter weist Poren mit ausgewählter Größe auf, um hierdurch interessierende Zellen und zellförmige Partikel zu blockieren und kleinere Partikel durchzulassen. Ein Orientierungsvorsprung 151a steht vor einem abgeflachten Oberflächenabschnitt des Körpers in der Nähe von dessen geschlossenem Ende radial vor. Der Vorsprung 151a liegt vorzugsweise innerhalb der zylindrischen Außenfläche des Körpers 151 und ragt folglich nicht über diese vor. Ein Durchgang 151b erstreckt sich radial durch die Wand des Körpes 151 an einer Position hindurch, die axial mit dem Vorsprung 151a ausgerichtet ist und gegenüber den beiden axialen Enden ausreichend beabstandet ist, derart, daß er sich in dem mittleren Abschnitt des Körpers befindet. Die zylindrische Außenfläche des Körpers ist bei dem Durchgang 151b abgeflacht, so daß sich der Durchgang von dem Zentrum der abgeflachten Ausnehmung in der Außenwand des Körpers ausgehend erstreckt.
Ein weiteres strukturelles Merkmal der dargestellten Filtervorrichtung 150 besteht in einer Klemmregion, die axial zwischen dem Vorsprung 151a und dem hiermit ausgerichteten Durchgang 151b angeordnet ist und die einen nicht kreisförmigen Querschnitt aufweist. Die dargestellte, nicht kreisförmige Klemmregion ist durch drei flache Klemmflächen 151c gebildet, die um den Umfang des zylindrischen Körpers 151 herum mit gleichförmigen Abständen angeordnet sind. Dieser Satz aus Klemmflächen besitzt relativ zu dem Vorsprung 151a und dem Durchgang 151b eine ausgewählte oder bekannte umfangsmäßige Position und axiale Position an der Vorrichtung 150.
Die Koppelung 82, die Orientierungsleiste 90 und die Halteausnehmung 92 erleichtern die Verwendung der Vorrichtung 60 bei dem automatisierten Sammeln und Übertragen von Partikeln, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist. Ein automatisiertes Gerät, das allgemein mit dem Bezugszeichen 94 bezeichnet ist, weist einen Koppelblock 96 auf, der mit Druckleitungen 98 verbunden ist, eine in Drehrichtung orientierende Führung 100 umfaßt und einen Haltefinger 102 aufweist. Bei dem Einsatz wird die Vorrichtung 60 entlang des Pfeils 106 derart orientiert, daß sich das geschlossene Ende 80 ganz oben befindet, und es wird die Vorrichtung 60 derart axial angehoben, daß die Leiste 90 in der Führung 100 paßgerecht eingebracht wird, wodurch die Orientierung der Vorrichtung in Drehrichtung entlang des Pfeils 104 fixiert wird. Eine fortgesetzte Aufwärtsbewegung der Vorrichtung führt zu einer Schnappeinpassung bzw. einer Schnappverbindung zwischen der Halteausnehmung 92 und dem Finger 102, wodurch die Vorrichtung 60 in vertikaler Richtung an Ort und Stelle gehalten wird. Andere Mittel zum Befestigen der Vorrichtung 60 sind für den Fachmann ebenfalls ersichtlich. Durch die Fixierung der Orientierung der Vorrichtung durch Einpassung der Leiste 90 in der Führung 100 "kennt" das Gerät 94 die Position der Koppelung 82. Das Gerät kann dann die Vorrichtung 60 mittels einer Klammer 103 derart manipulieren, daß die Koppelung 82 unter korrekter Ausrichtung mit dem Koppelblock 96 angeordnet wird, der bei dem Gerät an einem Arm oder einer anderen Anordnung derart angebracht ist, daß eine Bewegung entlang des Pfeils 108 zur selektiven Herstellung oder Abtrennung einer fluid-dichten Verbindung zwischen den Leitungen 98 und den Öffnungen 86 und 88 erzielt wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Filterbefestigung enthält einen ersten thermischen Verbindungsschritt, bei dem das Filter durch Wärme mit dem Rand des Trägerkörpers verschweißt wird. Zur Sicherstellung einer geeigneten Spannung des Filters, duch die eine gleichförmig ebene Oberfläche erreicht werden soll, wird ein zweiter Schritt eingesetzt, bei dem eine Wärmeschrumpfung des Filters erfolgt.
Fig. 9 zeigt einen Herstellungsapparat, der bei einer Methode zur Anbringung eines an der Oberfläche sammelnden Filters 202 an einem rohrförmigen Körper 204 mit Hilfe eines thermisch verbindenden Prozesses eingesetzt wird. Bei dieser Fabrikation wird das an der Oberfläche sammelnde Filter 202 auf einem Rand 206 angeordnet, der an einem Ende des rohrförmigen Körpers 204 vorhanden ist. Die dargestellten Gerätekomponenten zur Herstellung der thermischen Verbindung bestehen im wesentlichen aus einer Dornpresse, die einen erhitzten Stempel 208 besitzt. Die Stempelspitze 210 ist ähnlich wie ein Horn oder ein hohles Rohr geformt, das im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie der Rand 206 des rohrförmigen Körpers 204 aufweist, wobei die Stempelspitze 210 direkt an das Filter 202 angedrückt und bei einer Temperatur gehalten wird, die zum Verschweißen des Filters 202 mit dem Rand 206 des Körpers 204 geeignet ist. Die Temperatur de Stempelspitze wird vorzugsweise gesteuert, beispielsweise mit Hilfe einer digitalen Steuerung derart, daß eine Genauigkeit von ±1ºF erzielt wird.
Der Kontaktdruck, der zwischen der Stempelspitze 210, dem Filter 202 und dem Rand 206 vorhanden ist, wird bei dem dargestellten Gerät dadurch gesteuert, daß der Körper 204 an einem Luftzylinder bzw. luftbetätigten Zylinder 212 gehalten ist, der an der Pressenbasis 214 angebracht ist. Der Pressenstempel 208 wird solange abgesenkt, bis er mit einem Anschlag in Eingriff tritt. Der an der Basis vorhandene luftbetätigte Zylinder 212 nimmt dann die Last auf. Die Last kann dadurch eingestellt werden, daß der zu dem luftbetätigten Zylinder 212 gespeiste Druck variiert wird. Die Wirkzeit des Verbindungsschritts, d. h. diejenige Zeit, während der die Stempelspitze 210 an dem Filter 202 und dem Rand 206 angedrückt bleibt, läßt sich durch die Steuerung der zeitlichen Lage und der Umkehrung der Richtung des luftbetätigten Zylinders 212, durch die die Last und die Hitze von dem Rand 206 und dem Filter 202 weggenommen werden, steuern. Beispielsweise kann ein Grenzschalter (nicht gezeigt) einen Zeitgeber dann aktivieren, wenn der Dornpressenstempel 208 auf einen Anschlag trifft, um hierdurch die Anpreßzeit zu bestimmen, während der die Stempelspitze 210 an das Filter 202 und den Rand 206 angedrückt wird.
Eine Steuereinheit 215, die ebenfalls in Fig. 9 gezeigt ist, kann eine Steuerung der Temperatur der Stempelspitze, der Druckkraft und der Anpreßzeitdauer bereitstellen. Die Steuereinheit wird vorzugsweise durch einen Mikroprozessor betrieben, wobei Verbindungen zu einer Drucksensoreinheit in dem luftbetätigten Zylinder 212, zu einer Temperaturerfassungseinheit in der Stempelspitze 210 und zu einem Mikroschalter vorhanden sind, der durch den Stempel 208 dann betätigt wird, wenn dieser mit seinem Anschlag in Eingriff tritt. Eine für diesen Zweck vorgesehene Steuereinheit 215 kann durch den Fachmann unter Verwendung bekannter Techniken geschaffen werden.
Nach dem Absenken des Stempels 208 und dem Eingriff mit dem Anschlag betätigt die Steuereinheit 215 eine pneumatische Pumpe oder eine Druckluftquelle, die mit dem luftbetätigten Zylinder 212 verbunden ist. Die Steuereinheit überwacht den zu dem luftbetätigten Zylinder gespeisten Druck und stellt diesen derart ein, daß er mit einer gewünschten Druckkraft übereinstimmt, die auftritt, wenn die Stempelspitze mit dem Filter und dem Körper in Kontakt tritt. Die Preßzeitdauer dieser Kontaktberührung wird relativ zu der Berührung zwischen dem Anschlag und dem Stempel festgelegt, oder kann alternativ auf die Erzielung eines Solldruckwerts in dem luftbetätigten Zylinder 212 bezogen sein. Bei dem Ende der vorbestimmten Preßzeitdauer gibt die Steuereinheit den Druck in dem luftbetätigten Zylinder 212 frei, wodurch der Körper und das Filter von der Stempelspitze wegbewegt werden.
Die Steuereinheit erfaßt die Temperatur des Stempels 208 und der Stempelspitze 210 und stellt diese derart ein, daß die gewünschte Temperatur der Stempelspitze in einem Bereich von ±1ºF gehalten wird.
Die Arbeitsbedingungen für den thermischen Verbindungsschritt umfassen die Festlegung der Temperatur, der Preßzeitdauer und der Verbindungskraft oder des Verbindungsdrucks. Als Beispiel kann eine Erhöhung der Temperatur des Stempels generell dadurch kompensiert werden, daß die Preßzeitdauer und die Druckkraft verringert werden, und umgekehrt. Der Prozeß wird als optimal betrachtet, wenn das Schmelzen des Zylinders minimal ist, die Benetzung bzw. das Naßwerden oder Flüssigwerden der Grenzfläche zwischen dem Rand und dem Filter gleichmäßig ist und wenn die mechanische Festigkeit der Verbindung zwischen dem Filter 202 und dem Körper 204 hoch ist. Wenn die Parameter für die Temperatur, die Preßzeitdauer und die Belastungskraft zu groß sind, kann das Ergebnis eine unerwünschte Verformung des Rands 206 sein. Wenn diese Parameter umgekehrt zu gering sind, ist die resultierende Verbindung schwach und es schält sich das Filter leichter von dem Körper 206 ab. Ein besonders nützlicher Test hinsichtlich dieser Arbeitsbedingungen besteht in der Bestimmung der Qualität einer Scheibe, die durch die Aufbringung von Probenmaterial von dem Filter mit Hilfe der die Partikel sammelnden und übertragenden Vorrichtung erzeugt wird.
Nachdem das Filter 202 an dem rohrförmigen Körper 204 angebracht ist, wird das Filter 202 so geschnitten, daß es dem Duchmesser des Körpers 204 angenähert ist. Hierdurch wird überschüssiges Filtermaterial beseitigt, das andernfalls mit dem Partikelsammel- und Übertragungsvorgang in störende Wechselbeziehung treten könnte.
Ein bevorzugtes Filtermaterial für die erläuterte thermische Verbindungs-Herstellungsmethode ist Polycarbonat, und ein bevorzugtes Material für den rohrförmigen Körper ist Polystyrol. Die Prozeßparameter bei der mechanischen Verbindung des aus Polycarbonat bestehenden Filters mit dem aus Polystyrol bestehenden Rand gemäß der vorstehend beschriebenen, unter Verwendung des in Fig. 9 gezeigten Geräts erfolgenden Weise sind die folgenden:

Temperatur der Stempelspitze:

135 bis 176,67ºC (275 bis 350ºF)

Druckkraft:

9,072 bis 27,216 kg (20 bis 60 lbs)

Preßzeitdauer:

0,75 bis 2,0 s

Abmessungen der Stempelspitze:

Äußerer Durchmesser 2,54 cm (1,0")
Innendurchmesser 2,26 cm (0,89").
Der Schmelzpunkt von Polycarbonat liegt höher als derjenige von Polystyrol, so daß die von der Stempelspitze erzeugte Wärme, die durch das Filter geleitet wird, bei diesen Bedingungen dazu führen, daß der Rand 106 schmilzt und eine mechanische Verbindung mit dem aus Polycarbonat bestehenden Filter herstellt. Eine spezielle, bevorzugte Kombination der Parameter für die thermisch hervorgerufene mechanische Verbindung zwischen dem Filter und dem Körper ist folgende:

Temperatur der Stempelspitze:

176,67ºC (350ºF)

Druckkraft:

18,144 kg (40 lbs)

Preßzeitdauer:

0,75 s.
Es wurde weiterhin gefunden, daß die Übertragung von Partikeln von dem Sammelfilter auf eine Mikroskopscheibe dadurch verbessert wird, daß ein Filterschrumpfschritt ausgeführt wird, vorzugsweise nach dem Schritt der thermischen Verbindung mit dem rohrförmigen Körper. Der Filterschrumpfschritt führt zu einer gleichförmigen Spannung des Filters, wodurch die flache, faltenfreie Anbringung des Filters an dem Körper 206 gefördert wird. Wie aus Fig. 10 ersichtlich ist, werden bei einem Gerät zum Ausführen des Filterschrumpfschritts eine mit variabler Lufttemperatur arbeitende Heißluftquelle 230 und eine strömungsrichtende Leiteinrichtung 220 eingesetzt, die zum Richten einer Heißluftströmung 224 zu dem Filter 202 dient, das an dem Körper 206 befestigt ist. Der rohrförmige Körper 206 wird zusammen mit dem thermisch angebundenen Filter 202 unter der strömungsrichtenden Leiteinrichtung 220 der Heißluftquelle mit einer gesteuerten Geschwindigkeit und mit einem ausgewählten minimalen Abstand 226 vorbeigeführt. Die Temperatur der heißen Luft wird derart aufrechterhalten, daß sich das Filter 202 zusammenzieht und in allen Richtungen im wesentlichen gleichförmig unter Spannung gesetzt wird. Damit die Dauer der Ausübung der Wärme variiert werden kann, kann die Geschwindigkeit verändert werden, mit der der rohrförmige Körper 204 durch die Wärmeströmung 224 hindurchgeleitet wird. Die Dauer der Wärmeausübung ist umgekehrt poportional zu der Geschwindigkeit, mit der der Zylinder durch die Wärmeströmung hindurchgeleitet wird.
Die Prozeßparameter für den Wärmeschrumpfschritt, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ausgeführt wird, sind die folgenden:

Lufttemperatur:

121,11 bis 204,44ºC (250 bis 400ºF)

Dauer der Wärmeeinwirkung (unter Bezugnahme auf die Geschwindigkeit des Zylinders ausgedrückt):

1,27 bis 5,08 cm/s (0,5 bis 2,0"/s).
Bei einer speziellen, als Beispiel dienenden praktischen Ausgestaltung ist die eingesetzte Heißluftquelle eine temperatur-variable Heißluftkanone (Master Appliance, VariTemp Heat Gun VT 752C) sowie eine strömungsrichtende Leiteinrichtung mit Auslaßabmessungen von 8" · 0,2". Die Lufttemperatur wird bei 204,44ºC (400ºF) gehalten, und es wird der rohrförmige Körper 104 durch die Heißluftströmung mit einer Geschwindigkeit von 1,3" je Sekunde hindurchgeführt. Wenn der rohrförmige Körper 104 direkt unterhalb der strömungsleitenden Leiteinrichtung 220 positioniert ist, sind diese Komponenten ungefähr 1,27 cm (0,5") voneinander beabstandet. Für den Fachmann ist ersichtlich, daß auch andere Kombinationen dieser Parameterwerte eingesetzt werden können.
Es ist somit ersichtlich, daß die Erfindung die vorstehend angegebenen Aufgaben, die unter anderem aus der vorstehenden Beschreibung erkennbar sind, effizient löst.

Claims

1. Vorrichtung zum Sammeln und Übertragen von Partikeln, mit

einem rohrförmigen Körper (14; 56; 64; 151), der ein erstes axiales Ende aufweist, das von einem zweiten axialen Ende beabstandet angeordnet ist,

einer ebenen Randeinrichtung (16; 66) zur Bildung einer ebenen Oberfläche an dem ersten axialen Ende des Körpers,

einer ringförmigen Montageoberfläche (18; 62; 68), die an dem Umfang des Körpers zwischen den axialen Enden angeordnet ist und somit gegenüber den Enden axial beabstandet ist,

einem Filterelement (12; 54; 62; 152), das einen Filterabschnitt (12a; 62a) und einen Montageabschnitt (12b; 62b), der peripher zu dem Filterabschnitt angeordnet ist, aufweist, wobei der periphere Abschnitt an der ringförmigen Montageoberfläche für die Anbringung des Filterelements an dem rohrförmigen Körper befestigt ist und wobei der Filterabschnitt das erste Ende des rohrförmigen Körpers überspannt und an der Randeinrichtung zur ebenen Anordnung desselben anliegt,

einer Einrichtung (80) zum Verschließen des zweiten axialen Endes des rohrförmigen Stützkörpers, und

einer ersten Koppeleinrichtung (82; 82a), die zwischen den axialen Enden des rohrförmigen Körpers angeordnet ist und zur abnehmbaren und austauschbaren Aufnahme einer Fluidverbindung mit einer Druckquelle dient.

2. Vorrichtung, die ein Partikel sammelndes und übertragendes Filter aufweist, mit

einem rohrförmigen Körper (14; 56; 64; 151), der einen ebenen Rand (16; 66) an einem ersten axialen Ende aufweist, das beanstandet von einem zweiten axialen Ende angeordnet ist,

einer ringförmigen Montageoberfläche (18; 62; 68), die an dem Körper zwischen den axialen Enden radial außerhalb des Rands und im wesentlichen parallel hierzu angeordnet ist,

einem Filter (12; 54; 62; 152), das

einen Filterabschnitt (12a; 62a), der das erste axiale Ende überspannt und an dem Rand für eine Anordnung in einer ersten, durch den Rand definierten Ebene sitzend angeordnet ist, wobei der Filterabschnitt eine äußere Sieboberfläche aufweist, die von dem rohrförmigen Körper nach außen gewandt ist und zum Sammeln von mikroskopischen, in einem Fluid transportierten Partikeln auf ihr dient sowie zum Transportieren dieser gesammelten Partikel zu einem ebenen Empfänger, der mit der die Partikel tragenden äußeren Oberfläche in Anlage gebracht ist, ausgelegt ist, und

einen Montageabschnitt (12b; 62b) aufweist, der peripher zu dem Filterabschnitt angeordnet und mit der ringförmigen Montageoberfläche für die Festlegung des Filters an dem rohrförmigen Stützkörper verbunden ist,

einer Barriere (30; 70), die radial zwischen der Montageoberfläche und dem Rand angeordnet ist und zum Abschirmen des Rands gegenüber Verformungsvorgängen dient, die an der Montageoberfläche während der Befestigung des Montageabschnitts des Filters an der Montageoberfläche auftreten,

einer ersten Koppeleinrichtung (82; 82a), die von dem rohrförmigen Körper getragen und zwischen den axialen Enden des rohrförmigen Körpers für die abnehmbare und austauschbare Aufnahme einer Fluidverbindung mit einer Druckquelle angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin eine Barriereneinrichtung (30; 70) aufweist, die radial zwischen der Randeinrichtung und der ringförmigen Montageoberfläche für die Abschirmung der Randeinrichtung gegenüber Verformungsvorgängen, die bei der Befestigung des Montageabschnitts des Filters an der ringförmigen Montageoberfläche hervorgerufen werden, angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der die Barriereneinrichtung einen Abschnitt des rohrförmigen Körpers enthält, der eine Wanne definiert, die zwischen der Randeinrichtung und der ringförmigen Montageoberfläche angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Randeinrichtung eine ringförmige, das Filter tragende Oberfläche aufweist, die mit einer ersten Ebene ausgerichtet ist und sich in Querrichtung, relativ zu der Achse des Körpers, erstreckt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis S. die weiterhin eine Orientierungseinrichtung (90; 151a) aufweist, die an dem rohrförmigen Körper gehalten ist und zum Orientieren der Ausrichtung der Koppeleinrichtung mit der Druckquellenverbindung dient.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die erste Koppeleinrichtung eine Einrichtung (88) zum Aufnehmen einer Verbindung mit einer Drucküberwachungsquelle aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die eine Klemmregion (151c) an dem rohrförmigen Körper für die Aufnahme einer Montagekraft aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die weiterhin eine mit Ausnehmung versehende Halteeinrichtung (92) an dem rohrförmigen Körper für die Aufnahme einer freigebbaren Orientierungskraft aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die weiterhin eine zweite Koppeleinrichtung enthält, die benachbart zu der ersten Koppeleinrichtung angeordnet ist und zum Aufnehmen einer Fluidverbindung mit einer Drucküberwachungsquelle dient.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die erste Koppeleinrichtung von jedem der axialen Enden des rohrförmigen Körpers um eine Strecke beabstandet ist, die größer ist als die maximale Tiefe des Fluids, das in den rohrförmigen Körper während des Sammelns und der Übertragung der Partikel eingezogen wird.

12. Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Sammeln von Partikeln, mit den Schritten:

Bereitstellen eines rohrförmigen Körpers (14; 56; 64; 151), der ein erstes axiales Ende aufweist, das gegenüber einem zweiten axialen Ende beabstandet angeordnet ist,

Ausbilden einer Randeinrichtung (16; 66) an dem ersten axialen Ende und Bereitstellen einer ringförmigen Befestigungseinrichtung an dem Körper derart, daß diese von den axialen Enden axial beabstandet angeordnet ist und zwischen diesen axialen Enden liegt,

Anordnen eines Partikel sammelnden Abschnitts einer Filtereinrichtung (12a; 62a) an der Randeinrichtung,

Befestigen eines peripheren Befestigungsabschnitts der Filtereinrichtung (12b, 62b) an der Anbringungseinrichtung für die Anbringung der Filtereinrichtung an dem Körper, und

Schrumpfen der Filtereinrichtung derart, daß der Partikel sammelnde Abschnitt der Filtereinrichtung gleichförmig unter Spannung gesetzt ist, wobei der das Filter schrumpfende Prozeßschritt auf die Filtereinrichtung im Anschluß an den Befestigungsschritt ausgeübt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, das weiterhin den Schritt des Schrumpfens der Filtereinrichtung im Anschluß an den Befestigungsschritt enthält, wobei der die Partikel sammelnde Abschnitt der Filtereinrichtung aufgeheizt und zu einer solchen Schrumpfung veranlaßt wird, daß der die Partikel sammelnde Abschnitt der Filtereinrichtung gleichförmig unter Spannung gesetzt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Befestigungsschritt das Fließen von Material zwischen der Anbringungseinrichtung und dem peripheren Befestigungsabschnitt der Filtereinrichtung für die Verbindung des peripheren Befestigungsabschnitts der Filtereinrichtung mit der Anbringungseinrichtung enthält.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das Fließen des Materials einen beliebigen der folgenden Schritte enthält: einen Schritt des Verbindens mittels Lösungsmittel, einen Schritt des Verbindens mittels Ultraschall, und einen Schritt mit thermischer Verbindung.