SE429479B - Flodescell - Google Patents

Description

azosusz-s UF HISTUCHEMISTRY AND CYTÛCHEMISTRY; Vol. 25, No. 7,(l977), sid. 827- _835. Denna multiparameter-partikelanalysator använder en kvadratisk avkänningskammare eller öppning där alla parametrar mätas samtidigt.

Den-kvadratiska öppningen är innesluten i en kub utbildad genom att fyra pyramider limmas ihop. De optiska och mekaniska egenskaperna hos detta arrangemang har visat sig vara underoptimala.

Uppsamlandet av divergerande fluorescent ljus som härstammar från en detekteringszon hos partikelanalysatorn erfordrar att ljuset är tämligen organiserat, så att efterföljande optiska element kan fokusera ljuset för ytterligare behandling. Sålunda kommer i ett typiskt fall, för att filtrera bort ströljus från det fluorescenta ljuset, detta fluorescenta ljus att fokuseras så att det går genom en knappnåls- stor öppning. Spärrfilter och fotomultiplikatorrör arbetar vidare effektivare när ljus faller in rätvinkligt mot deras ytor. Förutom att vara organiserat skall det divergenta fluorescenta ljuset för- att kunna uppsamlas uppvisa en rimlig rymdvinkel i avseende på detek- teringszonen. Med andra ord måste för att fokusera ljuset för filtre- ring eller för att alstra rätvinklígt ljus åtminstone ett optiskt element erfordras,exempelvís en kollimatorlins. Ju mera divergent det ljus är som kollimatorlinsen mottar desto större styrka måste linsen uppvisa. Praktiska begränsningar ifråga om en billig kolli- matorlins erfordrar att linsen har ett f-värde som icke är mindre än 0,7, och detta begränsar ljusuppsamlingen till en halv vinkel av *ungefär 40 grader. Den börda som pålägges av de optiska ytorna i den redan beskrivna kuben orsakar att ljuset går ut från kubens yttre plana omkrets mycket divergerande. Vid användning av en enda billig kollimatorlins av vanligt slag kan endast en del av detta mycket divergerande ljus uppsamlas till ett organiserat knippe av i huvudsak parallella strålar. Exempelvis vid användning av en kvadratisk öpp- ning är den ljusmängd som finns tillgänglig för en precis organisering begränsad till den area som står mot en av den kvadratiska öppningens plana ytor. När denna kvadratiska öppning kombineras med konfigura- tionens plana yttre omkrets kommer icke allt det ljus som träffar öppningens plana yta att kunna uppsamlas på grund av den stora divergens som kubkonfiguratibnen.alstrar. Även graden av möjlig Vidvinkel- 8205032-9 belysning har i hög grad inskränkts genom kubkonfigurationen. Ävenså komplicerar den börda som pålägges genom kubens optiska ytor uppsamlandet av spritt ljus, särskilt när det spridda ljuset är korrele- rat till dess rymdvinkel ifråga om avvikelsen från det infallande belysande ljusknippets centrala axellinje. Likaså komplicerar kubens optiska ytor tillämpandet av optik för Fourier-omvandling.

För fackmannen inom mikroskopiområdet är det väl känt att placeringen av ett föremål inom objektivlinsen resulterar i den största effektivi- teten ifråga om ljussamling och upplösning. Det är även väl känt att användningen av vattenimmersionsoptik resulterar i högre optisk effek- tivitet än torr optik men dock icke så stor effektivitet som den som ernâs genom ett immersionsmedium med en brytningsindex som är lika med linsens.

Uppfinningen riktar sig mot en optiskt klar flödescell för mätning av optiska signaler alstrade när partiklar uppburna i ett medíumflöde går genom en öppning utbildad i flödesoellen och bestrålas av en strål- ningskälla. Flödescellen har åtminstone en i huvudsak sfärisk del för strålningsuppsamlíng. Den i huvudsak sfäriska delen anger en rota- tíonsyta som radiellt är symmetrisk i avseende på en optisk axellinje som går genom öppningen. Då en kvadratisk öppning användes är åtmins- tone en plan yta på densamma inriktad i rätvinkligt samband med den ljussamlande optiska axellinjen. I den första utföringsformen omfattar flödescellen ett optiskt klart sfäriskt element med en öppning belägen i detsammas centrum. I den andra utföringsformen är öppningen placerad centrumförskjuten i förhållande till det sfäriska elementets kröknings~ centrum.

Under verksamheten belyser den belysande strålningen individuella partiklar i flödet vid en detekteringszon innanför öppningen för att frambringa optiska signaler, medan samtidigt partikelimpedansmätningar kan ske efter fritt val ifråga om varje belyst partikel. Vid den första utföringsformen är detekteringszonen belägen vid det sfäriska elemen- tets centrum och följaktligen kommer det sfäriska elementets sfäriska yta att till ett minimum nedbringa den optiska signalens ljusbrytning och därigenom tillåta de optiska signalerna att gå från det sfäriska 820503-2-9 lo elementet som en jämförelsevis organiserad strålning med en rimlig divergensgrad. I den andra utföringsformen verkar det sfäriska ele- mentets sfäriska periferi längs en ände av den ljussamlande optiska axellinjen som en kraftigare lins, så att strålningen går från det sfäriska elementet med en jämförelsevis ringa divergensgrad.

Det föredragna förverkligandet av den första och den andra utförings- formen inkluderar användning av en öppning med åtminstone en plan yta. Strålning som kommer från öppningens mitt och infaller mot den plana ytan brytes genom en flödes-glasgränsyta på ett radiellt symmet- riskt sätt omkring den ljussamlande optiska axellinjen och brytes därefter genom en glas-luftgränsyta hos den sfäriska ytan på ett ra- ' _ diellt symmetriskt sätt omkring den ljussamlande optiska axellinjen och medger därigenom det effektiva uppsamlandet av synnerligen orga- 'niserat ljus.

Vid en modifikation av den första utföringsformen av uppfinningen kan en del av det sfäriska elementet vara försett med en reflekte- rande beläggning för att öka ljusuppsamlingen och/eller belysningen.

Vid såväl den första som den andra utföringsformen kan det sfäriska elementet användas med icke parallellt belysande ljus i stället för med parallellt ljus för att eliminera problem med ojämn belysning inom partiklarna. Vid såväl den första som den andra utföringsformen kan ett eller flera avsnitt av det sfäriska elementets sfäriska peri- ferí modifieras till att inkludera en sfärisk del med större krökning för att ytterligare konvergera strålningen på ett organiserat sätt.

Vid andra arrangemang har flödescellen en eller flera sfäriska delar och åtminstone en icke sfärisk del för att åstadkomma ytterligare ytor för ljusuppsamling.

Såsom uteslutande exempel kommer belysande utföringsformer av uppfin- ningen att nu beskrivas under hänvisning till de bifogade ritningar- na, där: Fíg. l är en tvärsektionssidovy av den första utföringsfor- men av flödescellen, Fig. 2 är en tvärsektionssidovy av den första utföringsfor- men av flödescellen tagen efter sektionslinjen 2-2 i fig. l, Fig.3 är en uppifrån sedd planvy av den andra utförings- 8205Û32*9 formen av flödescellen, Fig. 4 är en uppifrån sedd planvy av en modifierad första utföringsform enligt fig. l och 2, I Fig. 5 är en delvy av den modifierade utföringsformen en- ligt fig. 4, och Fig. 6 är en uppifrån sedd tvärsektionsvy av en modifierad andra utföringsform enligt fig. 3.

Fig. l visar en första utföringsform av en optisk flödescell 10 som omfattar ett optiskt klart sfäriskt element 12, företrädesvis utbildat av kvarts. En öppning 14, företrädesvis med en kvadratisk tvärsek- tionskonfíguration, är beläget centralt omkring det sfäriska elementets 12 krökningscentrum. Ett par motstående förbindelsekanaler, en upp- strömskanal 16 och en nedströmskanal 18, sträcker sig utåt från ett par öppna ändar 20 och 22 hos den kvadratiska öppningen 14 för att sluta vid det sfäriska elenentets 12 sfäriska periferi 23. Följaktligen gen kommer kanalerna 16 och 18 och öppningen 14 att bilda en kanal för mottagning av etí mediumflöde genom det sfäriska elementet 12.

Kanalerna 16 och 18 och öppningen 14 är företrädesvis centrerade på flödets axellinje 19 Kanalerna 16 och 18 nedbringar flödets tryckfall genom det sfäriska elementet 12 till ett minimum.

Det väl kända förfarandet med laminärt flöde användes företrädesvis, såsom angivits i de amerikanska patenten nr. 3,7lÛ,933 och },989,381.

Ett rör 24 för införandet av samplar åstadkommer individuellt isole- rade partiklar, exempelvis celler, i en mediumsuspension. Införsel- röret 24 omges av en uppströmskammare 26, som användes för att åstad- komma en mediummantel för att centrera de medtagna partiklarna när de går genom öppningen 14. En nedströmskammare 28 mottar flödets me- dium sedan detta gått genom öppningen 14 och nedströmskanalen 18.

Kamrarna 26 och 28 är under mediumtätning anbragta på det sfäriska elementet 12 medelst ett par vanliga tätningar 29. Ehuru öppningen 14 företrädesvis har en kvadratisk tvärsektionskonfiguration, kan den även antaga andra tvärsektionskonfigurationer, exempelvis en cir- kulär konfiguraticn. Såsom kommer att beskrivas mera detaljerat i det följande kan det vara önskvärt att icke inkludera nedströmskam- maren 28 vid vissa förverkliganden av omvandlare, exempelvis för cellsortering. 28205032-9 Ett par elektroder, en uppströmselektrod 30 och en nedströmselektrod 32, står i elektrisk förbindelse med öppningens 14 båda sidor och mellan den har pålagts en potentialskillnad. På för fackmannen väl känt sätt, som angivits genom det amerikanska pionjärpatentet nr. 2,656,5D8 till Coulter och det amerikanska patentet nr. 4,0l4,6ll, sker en impedansavkänning av partiklar som går genom öppningen 14, och härigenom åstadkommes räkning och volymdata. Det enkla arrange- manget med de två elektroderna 30 och 32 har visats endast för att angíua ett sätt på vilket impedansmätning av partiklar kan ske. Andra elektrodarrangemang kan användas tillsammans med flödescellen 10, exempelvis dem som visats i det amerikanska patentet nr. 4,0l9,l34.

-Följaktligen uppträder en detekteringszon 34 i öppningen 14 vid det sfäriska elementets 12 centrum 15 för impedans- och räkningsmätnin- gar av medtagna partiklar. Ehuru impedansavkänning visats vid den första utföringsformen, kan flödescellen 10 användas uteslutande för . mätning av optiska signaler, såsom kommer att beskrivas längre fram.

Detekteringszonen 34 bestrålas av en strålningskälla 36, som åstad- kommer ett jämförelsevis parallellt strålknippe 38, företrädesvis ett laserstrålknippe som.är centrerat på en första optisk axellinje 40. Förfarandet att belysa ett flöde för detektering av absorberat ljus, fluorescent ljus och/eller spritt ljus är väl känt av fackmannen, såsom visas genom det amerikanska patentet nr. 3,7l0,933. För att ínförliva dessa belysningsförfaranden under användning av jämförelsevis parallellt ljus in i det sfäriska elementet 12 har ett par motstående plana ytor 41 och 42 utbildats på det sfäriska elementet 12 och är dimensioneradeaoch utbildade med sådan konfiguration att vara lika stora eller större än strålknippets 38 tvärsektionsdimensioner. Följ- aktligen kommer strålknippet 38 att gå genom det sfäriska elementets 12 periferi 23 två gånger med minimal ljusbrytning. Den del av strål- knippet 38 som icke spritts genom de medförda partiklarna går genom det sfäriska elementet 12, reflekteras av en spegel 43 och samlas därefter i en avstjälpningsplats 44 för strålknippet. Uppsamlingen av ljus som spritts i framåtriktningen sker genom en spridningsdetektor 45 för framåtgående ljus på sätt som angivits i det amerikanska pa- tentet 3,7l0,933. Flödescellen 10 erfordrar emellertid icke nödvän- digtvis eller är begränsad till uppsamling av framåt spritt ljus, 8205032-'9 eftersom det spridda ljus som går genom någon del av den sfäriska periferin 23 kan uppsamlas och därefter analyseras på sätt som är väl känt för fackmannen. Dessutom kan det spridda ljuset bringas till en brännpunkt vid ett Fourier-plan och antingen detekteras där el- ler hanteras genom väl kända förfaranden för optisk databehandling.

En fördel hos denna första utföringsform av flödescellen 10 är att, när det spridda ljuset går genom den sfäriska periferin 23. kommer det sfäriska elementet 12 att i huvudsak verka som ett optiskt icke- element i jämförelse med kubkonfigurationen enligt teknikens tidigare ståndpunkt. Detta betyder med andra ord att det spridda ljuset exi- sterar i en i huvudsak mot den sfäriska periferin 23 vinkelrät rikt- ning, och följaktligen elimineras den i kuben enligt teknikens tidi- gare ståndpunkt skeende ljusbrytníng som orsakade en vid divergens av det spridda ljuset, såsom illustreras genom ljusstrålarna 46. På grund av den ljusbrytníng som orsakas av flödes-glasgränsytan kommer det utgående ljuset att vara något mindre divergent i förhållande till dess infallsriktning i öppningen 14.

Fig. 2 är en tvärsektionsvy av flödescellen 10 tagen i avseende på ett sektionsplan som går genom det sfäriska elementets 12 centrum och går vinkelrätt mot ritningsplanet för fig. 1. Såsom är praxis inom detta tekniska område uppsamlas fluorescent ljus som härstam- mar från detekteringszonen 34 företrädesvis i rät vinkel mot strål- knippet 38. Specifikt är i den första utföringsformen ett spärrfil- ter 47 och en detektor för fluorescent ljus centrerade på en andra optisk axellinje 50, som företrädesvis är vinkelrät mot den första optiska axellinjen 40. I idealfallet anger den första optiska axellinjen 40 och den andra optiska axellinjen 50 ett plan som är i huvudsak vinkelrätt mot flödets flödesaxellinje 19. För att åstadkomma parallellt ljus till spärrfiltret 47 och detektorn 48 användes en samlingslins 52. I idealfallet är samlingslinsen 52 belägen omedelbart intill det sfäriska elementet 12. Arrangemang med linser och detektorer är väl kända för fackmannen, såsom visas i det amerikanska patentet nr. 3,7lU,933. Liksom vid det spridda ljuset korsar det fluorescenta ljuset den sfäriska periferin 23 i huvudsak vinkelrätt och därigenom kommer ljusbrytningen av det fluorescenta ljuset att bli minimal. Såsom anges genom ljusstrålarna 53 tillåter den sfäriska periferin 23 att det azosozz-9 fluorescenta ljuset går ut från det sfäriska elementet 12 på ett or- ganiserat sätt med minimal ljusbrytning. Följaktligen elimineras den vida divergens som kubkonfigurationen enligt teknikens tidigare stånd- punkt orsakat. I själva verket kommer den ringa ljusbrytning som in- föres genom den första utföríngsformen att något minska det utgående ljusets divergens.

En valfri egenskap hos den första utföringsformen av flödescellen 10; sådan den visas i fig. 2, är en reflekterande beläggning Sä på- förd på en sida av den sfäriska periferin 23. Såsom visas genom den som exempel angivna ljusstrålen 56 reflekteras en del av det ljus som härstammar från detekteringszonen av den reflekterande beläggnin- gen 54 och går genom detekteringszonen 34 och uppsamlas därefter.

Många variationer ifråga om uppsamlandet av fluorescent ljus eller någon annan optisk signal är tydliga för en fackman. Sålunda kan exempelvis den reflekterande beläggningen 54 utgöras av ett dikroiskt material för att reflektera strålning inom ett våglängdsområde men tillåta att ett annat våglängdsområde går igenom. Dessutom kan fluore- scent ljus med en annan våglängd eller spritt ljus uppsamlas på den sida av det optiska elementet 12 som i fig. 2 visas försedd med den reflekterande beläggningen 54. Dylik ytterligare uppsamling kan ske genom uteslutning av den reflekterande beläggningen 54 eller inklu- dera en känd typ av dikroisk reflekterande beläggning 54 som är i stånd att särskilja fluoreseent ljus med skilda våglängder. Det är för fackmannen tydligt att flödescellen 10 kan användas för uppsam- ling av endast fluorescent ljust eller av endast spritt ljus eller, såsom i den första utföringsformen, en kombination därav. Vidare kan flödescellen lÛ användas tillsammans med väl kända slitsavkännings- förfaranden och för studium av polarisationen av fluorescent ljus.

Vid exempelvis polarisationsstudium infaller linjärt polariserat ljus från en laser mot partiklarna och depolariseras delvis. Ljustyrkorna hos det polariserade ljus som är polariserat parallellt och vinkelrätt mot det polariserade infallande ljusets plan mätes. Dylika mätningar erfordrar att de fluorescenta ljussignalerna kvarstår optiskt organi- serade. Flödescellen lÛ kan följaktligen användas för att uppsamla vilken som helst optisk signal som går fram från detekteringszonen 34. 8205032-9 En annan fördel med det sfäriska elementet 12 är att belysning med _: icke parallellt ljus kan tillhandahållas av källan 36 i stället för det parallella strålkníppet 38. Särskilt kan strålningskällan 36 åstad- komma ett strålknippe som är konvergent mot detekteringszonen 34.

Det infallande ljuset kommer följaktligen att träffa_den sfäríska periferin 23 under rät vinkel och därigenom minskas ljusbrytningen till ett minimum för att tillåta att ljuset fokuseras vid detekte- ringszonen 34. Ljuskällor som icke är av lasertyp, såsom kvicksilver- eller xenonbåglampor och vanlig episkopisk mikroskopibelysning,kan användas i stället för laserbelysning tillsammans med flödescellen 10. Ljuskällor för ljus som icke är parallellt begränsar mätningen av framåtljusspridning.

Nedströmskammaren 28 kan antaga många skilda Former som är väl kända av fackmannen. Den kan utgöras av en enkel kammare som användes för att taga hand om vätskan från flödet, såsom visas i de amerikanska patenten nr. 3,746,976 och 4,Ul4,6ll. Alternativt kan bildandet av droppar (icke visade) med individuellt isolerade partiklar däri, med efterföljande sortering av dropparna, införlivas med flödescellens 10 flödessystem. I detta fall skulle nedströmskammaren 28 icke er- fordras och nedströmskanalen 18 skulle stå i direkt förbindelse med den omgivande atmosfären. Ett sätt att göra detta skulle vara att använda ett andra jordat mantelarrangemang såsom visats i det amerikan- ska patentet nr. 3,7lÛ,933 eller alternativt använda ett jordat platt- arrangemang såsom visas i det amerikanska patentet 3,380,584. Om sor- teringsegenskapen har införlivats, är det önskvärt att öppningen 14 har ett förhållande mellan djup och vidd av ungefär 4 till l. Utan sortering är det önskvärt att detta Förhållande är ungefär l till l. Üppningens 14 vidd kan variera beroende på storleken av de partiklar som skall analyseras. Ehuru det sfäriska elementet 12 företrädesvis är utbildat av kvarts, kan även andra material som är mycket ljusgenom- släppande och har låg brytningsindex, exempelvis plast eller safir, användas vid specifika tillämpningar.

Hittills har den första utföringsformen enligt fig.l och 2 beskri- vits såsom använd för studiet av partiklar, exempelvis biologiska celler, och dessa införas medelst sampelinförselröret 24. Ett annat 8205032-9 19 förverkligande av omvandlaren 10 är inom kromatografiområdet, där optiska flödesceller vanligen användas för att analysera ett ström- mande kromatografiskt medium. Inom kromatografiområdet kan de redan angivna förfarandena med laminär strömning, och därmed sampelinför- selröret 24, användas eller icke användas. Följaktligen kan de bestånds- delar som skall detekteras vara eller icke vara centrerade i vätske- flödet. Termen "partíkel" definieras här att inkludera de fluorescerande molekylerna i det strömmande kromatografíska mediet.

I fig. 1 och 2 visas den kvadratiska öppningen 14 med flata ytor 58.

För fackmannen är det känt att ljus som härstammar från ett centrum' 59 hos öppningen 14 korsar varje flat yta 58 på sådant sätt att den ljusbrytning som införes genom flödes-glasgränsytan hos den flata ytan 58 böjer ljuset på ett radiellt symmetriskt sätt omkring de optiska axlarna 40 och 5Û.Den unika kombinationen av den sfäriska periferin 23 och åtminstone en av de flata ytorna 58 tillåter att ljus uppsam- las längs den optiska axeln 50, och den resulterande ljusbrytningen orsakar radiellt symmetrisk ljusböjning. Detta betyder att billiga sfäriska linser, exempelvis samlingslinsen 52, kan användas för att samla ljuset till ett väl organiserat strålknippe. Ehuru detta icke visats kan fluorescensdetektorn 48 även placeras på den första op- tiska axeln 40 och utnyttja de redan beskrivna fördelarna hos de flata ytorna 58. Strålningskällan 36 och därmed samhörande optiska element kommer emellertid att i begränsad omfattning störa ljusuppsamlingen. Ävenså kan partikelströmmen förläggas förskjuten från centrum i för- hållande till den kvadratiska öppningens 14 centrum, så att en av de flata ytorna 58 omfattar en större area i avseende på partiklarna.

Härigenom tillåtes följaktligen ljusuppsamling inom en vid vinkel och fyrkantformade pulser för impedansavkänning.

I fig. 3 visas en andra utföringsform av flödescellen 10, där öpp- ningens 14 flödesaxellinje 19 är belägen förskjuten i förhållande till det sfäriska elementets 12 centrum l5. Såsom är känt inom mik- roskopiområdet kan placering av en ljuskälla centrumförskjuten i ett sfäriskt linselement frambrínga ett linselement med en numerisk aper- tur som är så stor som 1,4. Mera specifikt korsar strålning som fort- sätter från öppningen 14 den sfäriska periferin 23 för att brytas på v 827-05032-9 11 ett radiellt symmetriskt sätt i avseende på den andra optiska axeln 50.

Följaktligen kommer ljusstrålar 60, som fortsätter från öppningen 14 till en på avstånd belägen del av 61 av det sfäriska elementet 12, att brytas inåt mot den andra optiska axeln 50. På grund av denna inåtböjning kommer ett mindre divergent strålknippe, som är centrerat på den optiska axeln 50, att fortsätta från det sfäriska elementet 12 och blir parallellt genom samlingslinsen 52. I jämförelse med sam- lingslinsen S2 i den första utföringsformen erfordrar samlingslinsen 52 i den andra utföringsformen mycket mindre brytkraft för samma ljus- uppsamling och därmed följer avsevärda kostnadsbesparingar. Alternativt kan en samlingslins _52 med samma brytkraft användas för att uppfånga och till parallella strålar omvandla mera ljus. Mera specifikt kan nästan allt ljus som fortsätter från en av den kvadratiska öppningens 14 flata sidor 58 uppsamlas av samlingslinsen 52 till ett knippe parallella strålar. Strålningskällan 36 åstadkommer konvergent belys- ning, såsom visas genom riktningen av de två ljusstrålarna 60. Detta åstadkommes genom användning av en vanlig dikroisk spegel 63, som kan användas för att reflektera belysande strålning samtidigt som den låter fluorescent ljus passera, eller vice versa. Linsen 52 använ--- des för att det belysande ljuset skall bli konvergent och för att göra det utgående fluorescenta ljuset konvergent. Linsen 52 kan vara skild från eller fastsatt på det sfäriska elementet 12. I den i fig. l och 2 visade första utföringsformen kan organiserat ljus uppsamlas även om de optiska axlarna 40 och 50 icke är vinkelräta mot flödets axellinje 19. Vid den i fig. 3 visade andra utföringsformen måste de optiska axlarna 40 och 50, som är sammanfallande, vara vinkelräta mot flödets axellinje 19. Ävenså måste den andra optiska axeln 50 i huvudsak gå genom det sfäriska elementets 12 centrum 15. 0m vid- vinkelbelysning önskas, måste vidare den första optiska axeln 40 sammanfalla med den andra optiska axeln 50. I andra avseenden är emel- lertid uppbyggnaden och arbetssättet hos den andra utföringsformen densamma som hos den första utföringsformen.

Fig.4 visar två modifikationer av de redan beskrivna utföringsformerna.

Strålningskällan 36 åstadkommer strålning som är konvergent i rit- ningsplanet, såsom visas genom ljusstrålarna 64. I en mot ritningen vinkelrät riktning är den av strålningskällan 36 åstadkomma strål- .azosnzz-Q 12 ningen jämförelsevis smal och något konvergent. Följaktligen kommer strålarna 64 att riktas mot öppningen 14 såsom ett konvergerande "slitsliknande“ strâlknippe. Eftersom dylika strålar är i huvudsak vinkelräta mot den sfäriska periferin 23, orsakas minimal brytning av den utgående strålningen genom den sfäriska ytans luft-glasgränsyta.

Ehuru en mycket liten avböjning orsakas av öppningens 14 glas-flödes- I gränsyta, kommer den konvergerande: belysningen att belysa de partik- lar som fortsätter genom öppningen 14. Ett smalt band av en reflekte- rande beläggning 65 har pålagts på den sfäriska periferin 23 för att bilda en reflekterande spegel för att hindra den belysande strålnin- gen sedan den gått genom öppningen 14. Den reflekterande beläggnin- gen 65 visas i detalj i fig. 5 tillsammans med konfigurationen av den ' belysande strålningen, när denna träffar den reflekterande beläggningen 65, och detta visas genom den i stort sett elliptiska konfigurationen 66. Den reflekterande beläggningens 65 bredd göres minimal i avseende på den belysande strålningen för att ljusspridningen skall kunna detekteras ovanför och nedanför den reflekterande belägg- ningen medelst detektorn 45 för spritt ljus. Det är möjligt att placera flödescellen lÜ i ett laserhålrum tillsammans med den reflekterande spegeln. Detta arrangemang tillåter användning av en billig och svagare "ljuskälla. Dessutom minskar vidvinkelbelysning av partiklarna, såsom är känt för fackmannen, problem som normalt påträffas vid belysning av biologiska celler med jämförelsevis smala strålknippen. Mera spe- cifikt alstrar belysning av celler med jämförelsevis smala strålknip- pen av belysande strålning, exempelvis laserljus, "heta punkter", dvs. områden med en jämförelsevis hög energitäthet i jämförelse med närliggande områden inom cellen. Detta betyder med andra ord att områden med ojämn strålning eller "heta punkter" representerar ojämn belysning, och därigenom kommer icke alla delar av en cell att utsät- tas för samma energimängd. Dessa "heta punkter" beror på optiska effekter vid cell- och organgränser. För fackmannen är det vidare känt att konvergerande strålknippen, t.ex. lasersträlning, med en Gauss-intensitetsprofil blir parallella inom fokalområdet på grund av diffraktion och därför alstrar "heta punkter" på samma sätt. Prob- lemet med dessa "heta punkter" är att de ifråga om läget sammanfal- ler med områdena av fluorescent material inuti cellen, varvid detta 8205Û32'9 13 fluorescensmaterial avger en fluorescent signal med hög intensitet i förhållande till den signal med låg intensitet som samma fluorescens- material skulle frambragt om det icke befunnit sig i den "heta punk- ten". Detta betyder att om den "heta punkten" sammanfaller med fluore- scensmaterialet, kommer en onoggrann fluorescensavläsning att erhål- las. Vidvinkelbelysning av det slag som visas i fig. 3 och 4 nedbrin- gar de nu beskrivna problemen till ett minimum. Ävenså infångar cel- ler ljus så att ljus icke går ut likformigt från cellerna.

Enligt fig. 4 har ett område på den sfäriska periferin 23 modifie- rats till att inkludera ett utskjutande sfäriskt linsavsnitt 67 med större krökning än den sfäriska periferin 23, så att parallellt ljus kan erhållas utan införande av separata optiska element, exempelvis samlingslinsen 52. Dessa linsavsnitt kan utbildas i ett stycke med det sfäriska elementet 12 men de kan även utgöras av separata delar som fastsättas på det sfäriska elementet 12. Det sfäriska elementet 12 är i och för sig ett monolitiskt element. Det sfäriska elementets mrrrrnriska karaktär medför förbättrad ljusoppsamling genom att på- klistrade ytor eliminerats. Särskilt orsakar det klister eller lim som användes i de påklistrade ytorna optisk inhomogenitet och därigenom alstras spritt ljus. Inhomogeniteterna kan fluorescera och med tiden kan klistret lossna. Såsom visats i fig. 4 har den sfäriska periferin angivits med en yttre radie 68 som är lika med den inre radien hos det sfäriska linsavsníttet 67. Det sfäriska linsavsnittet 67 har en yttre radie 70 som roterar omkring ett krökningscentrum 72 beläget på den andra optiska axeln 50. Den yttre radien 70 är ifråga om di- mensionen mindre än radien 66, och följaktligen är linsavsnitets 67 yttre krökning större än den sfäriska periferins 23. Det är tydligt att den föreliggande uppfinningens omfång inkluderar icke endast det sfäriska elementet 12 utan även kan inkludera ett eller flera sfäriska avsnitt, exempelvis sådana som linsavsnittet 67, eller kan inkludera ett eller flera asfäriska avsnitt utbildade i ett stycke med det sfäris- ka elementet 12 eller fastsatta på detta.

Ifråga om fig. 6 är det för en fackman tydligt att det sfäriska elemen- tet 12 kan utbildas som ett optiskt element med ett eller flera sfä- riska avsnitt, exempelvis ett par motstående sfäriska avsnitt 74, 1k och ett eller flera asfäriska avsnitt, exempelvis ett cylindriskt avsnitt 76. Utföringsformen visar hur sfäriska avsnitt, som visas genom sfäriska ytterlinjer 78 och sfäriska periferier 23, kan för- enas så att öppningens 14 från centrum förskjutna läge kan användas för att uppsamla ljus från ett flertal sfäriska avsnitt 7A. Dessutom kan flera än två sfäriska avsnitt 74 förenas omkring öppningen 14.

Vidvinkelbelysníng av öppningen 14 kan användas genom att exempelvis åstadkomma konvergent strålning centrerad på den första optiska axeln 40, med den andra optiska axeln 50 för uppsamling anordnad i linje med den förstnämnda. Alternativt kan exempelvis konvergent "slitslik- nande" belysning åstadkommas längs en optisk axel 80, med det cylind- riska avsnittet 76 verkande som en konvergerande lins för de breda dimensionerna hos det “slitsliknande" strålknippets tvärsektion. lfråga om ritningarna i sin helhet anger samtliga utföringsformer av flödescellen 10 ett optiskt element med åtminstone ett eller flera optiska avsnitt som är radiellt symmetriska i avseende på det valda läget av den andra optiska axeln 50. Vid den första utföringsformen enligt fig. l och 2 kan, så länge som den andra optiska axeln 50 går genom centrum 15, den andra optiska axeln 50 intaga vilket som helst läge, med hela den sfäriska periferin 23 angivande ett par motstående sfäriska avsnitt. Vid den andra utföringsformen enligt fig. 3 måste den andra optiska axeln 50 gå genom öppningen 14 och centrum 15, som nu är skilda åt, så att det på avstånd anbragta avsnittet 61 anger ett sfäriskt avsnitt som är radiellt symmetriskt omkring den andra optiska axeln 50. Vid den modifierade utföringsformen enligt fig. 4 är såväl den sfäriska periferin 23 som det sfäriska linsavsnittet 67 radiellt symmetriska i avseende på den andra optiska axeln 50, och båda krökningscentra 15 och 72 är belägna därpå. I fig. 6 är såväl paret centra 15 som öppningen 14 belägna på på den andra optiska axeln 50. Om en kvadratisk öppning 14 användes, kommer åtminstone en av dess flata ytor 58 att vara orienterad så att den är vinkelrät mot den andra optiska axeln 50.

Ifråga om samtliga ritningar kan vilket som helst av de sfäriska av- snitten, exempelvis den sfäriska periferin 23, det sfäríska linsavsnit- tet 67 eller de sfäriska avsnitten 74 utbildas asfäriska för att exem- 8205032-9 15 pelvis korrigera för sfärisk aberration. Följaktligen kommer dessa ytor att i patentkraven betecknas som "i huvudsak sfäriska avsnitt" eller som "perifera konvexa avsnitt som anger en rotationsyta". Mera specifikt omfattar en rotationsyta en på ifrågakommande sätt krökt linje som roterar omkring en optisk axel för att alstra en radiellt symmetrisk yta. För enkelhetens skull kommer dylika asfäriska avsnitt att antagas ha krökningscentra hos de sfäriska konfigurationer som närmast svarar mot de asfäriska avsnitten.

Ehuru särskilda utföringsformer av uppfinningen har visats och beskri- vits här, förefinns ingen avsikt att därigenom begränsa uppfinningen till dylika utföringsformers detaljer. I motsats härtill är avsikten att täcka alla modifikationer, alternativ, utföringsformer, bruk och ekvivalenter till den föreliggande uppfinningen som faller inom idén och omfånget för uppfinningen, beskrivningen och de bifogade patentkraven.

Claims (14)

8205032-'9 16 P A T E N T K R A V

1. Flödescell (l0) för att studera individuella partiklar i vätskesuspension, med Flödescellen Försedd med en partikelavkännande öppning (14), genom vilken ett flöde av de nämnda partiklarna i sus- pension ledas, med Flödescellen uppbyggd att mottaga strålning för att belysa en given partikel i den nämnda partikelavkänningsöppnin- gen.och för att sända optiska signaler orsakade av den nämnda givna partikelns gång genom strålningen, med Flödescellen försedd med en uppströmskanal (16) utbildad vid en ände (20) på flödescellen, och med den nämnda partikelavkänningsöppningen belägen i vätskeförbin- delsesamband med den nämnda kanalen, k ä n n e t e c k n a d av ett i huvudsak sfäriskt element (12), som är verksamt som en monolitisk uppbyggnad, en optisk ljusbelysningsaxel (40) längs vilken strål-~ _ ningen skall mottagas och åtminstone en ljusuppsamlande optisk axel (40,50) längs vilken nämnda optiska signaler uppsamlas, med de nämnda optiska axlarna belägna i linje För att korsa den nämnda öppningen, och med det nämnda sfäriska elementet i huvudsak radiellt symmetriskt i avseende på de nämnda optiska axlarna.

2. Flödescell enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att öppningen (14) inkluderar åtminstone en flat yta (58), med denna flata yta belägen i rätvinkligt samband med den nämnda ljusuppsam- lande optiska axeln (40,50).

3. Flödescell enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att den nämnda öppningen (lä) är belägen i omgivningssamband med det nämnda sfäriska elementets (12) krökningscentrum (15).

4. A. Flödescell enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att det nämnda sfäriska elementets krökningscentrum (15) är belä- get mellan den nämnda öppningen (lh) och det nämnda sfäriska elemen- tet (12). 8205032-9 1!

5. Flödescell enligt ett av kraven 1-4, k ä n n e t e c k n a d av att åtminstone ett periferiområde hos det nämnda sfäriska elemen- tet (12) har ett krökt linsavsnitt (52;67) som sträcker sig utöver det sfäriska elementets yttre radie, och med det nämnda krökta lins- avsnittet beläget på den nämnda ljusuppsamlande optiska axeln (50).

6. Flödescell enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att det nämnda krökta linsavsnitet (52;67) begränsas av en inre radie (68) och en yttre radie (70), med den inre radien lika med det sfä- riska elementets yttre radie och det krökta linsavsnittets yttre ra- die mindre än den nämnda inre radien.

7. Flödescell enligt ett av kraven 1-6, k ä n n e t e c k n a d av att det sfäríska elementet (12) har ett par motstående flata ytor (4l,42) utbildade däri, med de nämnda flata ytorna belägna på en op- tisk axel (40) för belysning, med den nämnda optiska belysningsaxeln gående genom öppningen (14) och belägen i rätvinkligt samband med de nämnda flata ytorna, varjämte flödescellen ytterligare inkluderar en strålningskälla (36) för parallell strålning centrerad på den nämnda optiska belysningsaxeln.

8. Flödescell enligt ett av kraven 1-6, k ä n n e t e c k n a d av en strålningskälla (36) för konvergent strålning och i huvudsak fokuserad på öppningen (14).

9. Flödescell enligt ett av kraven 3-8 och ytterligare inklu- derande en strålningsdetektor (48) belägen på den nämnda ljusuppsam- lande optiska axeln (40,5Û) för att mottaga strålning som härstammar från öppningen (14), k ä n n e t e c k n a d av att ett avsnitt av det sfäriska elementet har en reflekterande beläggning (54), med det nämnda belagda avsnittet av det sfäriska elementet beläget på den ljusuppsamlande optiska axeln (50) och på en sida av det sfäriska elementet som är motstående den nämnda strålningsdetektorn.

10. Flödesdetektor enligt ett av kraven 3-6, k ä n n e t e c k- n a d av en strålningskälla (36) för konvergent strålning med en slitsliknande tvärsektionskonfiguratíon (66) och i huvudsak fokuse- rad på öppningen (14), och med ett smalt band reflekterande beläggning (65) anbragt på det sfäriska elementet(12) för att reflektera den '82ÜåšÜ3'¿“'-ä _ 18 nämnda konvergenta strålningen sedan den gått genom öppningen.

11. ll. Flödescell enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av en dikroisk spegel (63) belägen på den ljusuppsamlande axeln (50), varigenom den nämnda dikroiska spegeln tillåter såväl ljusuppsamling som bestrålning längs den nämnda ljusuppsamlande axeln.

12. Flödescell enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att flödescellen har ett par motstående sfäriska element (74,74) som är radiellt symmetriska i avseende på den nämnda ljusuppsamlande axeln (40), med det nämnda paret sfäriska element med sina krökningscentra (l5,l5) skilda från varandra och med öppningen (14) belägen mellan nämnda krökningscentra.

13. Flödescell enligt ett av kraven 1-12, k ä n n e t e c k- n a d av organ (3Û,30) för att leda en elektrisk ström genom den nämnda öppningen (14) samtidigt med gång av en partikel genom den nämnda öppningen, och detekteringsorgan som reagerar För varia- tioner av den elektriska impedansen för att alstra en partikelpuls- signal vid den nämnda partikelns gång genom öppningen.

14. Flödescell enligt ett av kraven 1-13, k ä n n e t e c k- n a d av ett flertal ljusuppsamlande optiska axlar (40,5Ü) för uppsamling av strålning, med varje ljusuppsamlande optiska ax- el anbragt att korsa den nämnda öppningen, och ett strålningsde- tekteringsorgan (45,b8) beläget på varje nämnd ljusuppsamlande optisk axel för uppsamlíng av nämnda optiska signaler. ---ooo---