检测并表征微粒的方法和设备技术

用于检测并表征悬浮在液体介质中的微粒的设备（５０）包含体积计管道（Ｃ），使所述悬浮液和电流同时通过该体积计管道。在最佳实施例中，由含有中心圆形管道（１０’）的绝缘薄片（Ｗ）确定管道（Ｃ）的定界中心区，由附着在管道薄片（Ｗ）两相反侧面上的不绝缘的金属圆环（５２’）和（５３’）确定远端导电元件。圆环（５２’）和（５３’）的厚度大于管道（Ｃ）的直径。管道薄片（Ｗ）中的管道（１０’）和圆环（５２’和５３’）中的相应开孔（５８和５９）共同构成流动平滑的管道（Ｃ），其中，体积计管道（Ｃ）的电场和流体动力场被有利地修正。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及检测并表征悬浮在液体介质中的微小微粒，例如血细胞或陶瓷粉末的方法和设备的改进，该液体介质的单位体积电阻抗不同于悬浮微粒的单位体积电阻抗。更具体地说，本专利技术涉及依据Coulter原理，检测并表征这种微粒的方法和设备的改进。Wallace H.Coulter的美国专利No.2656508公开了一种用于检测悬浮在液体介质中的微粒的创造性方法。附图说明图1中示意地说明了实现这种方法的一个例证设备。这种设备包括一个双隔仓绝缘容器6，绝缘容器6形成由绝缘壁7分隔的第一隔仓6A和第二隔仓6B。隔仓6A和6B均适于容纳液体介质，并被充满液体介质M。要检测并表征的微粒以适当的浓度悬浮于液体介质M中，并通过在隔仓6A上形成的适当的输入口8被输入隔仓6A。壁7上形成一个相当大的开口7A，开口7A被由均匀的绝缘材料制成的薄片W密封。在薄片W上形成的小通孔形成管道10，管道10构成隔仓6A和6B之间的唯一操作连接。施加于在隔仓6B上恰当形成的输出口11的适当真空，使微粒悬浮液通过管道10从隔仓6A流入隔仓6B，下面将详细说明。悬浮液中的每个微粒置换等体积的微粒悬浮液体M，管道10提供一致的基准体积，根据该基准体积，可比较被置换的体积。如果恰当地选择管道10的尺寸，以及悬浮液中的微粒浓度，则可单独地使更多或更少的微粒通过该管道。这样，管道10起微型体积计的作用，在适当的条件下，能够检测被单独的微观微粒置换的液体。为了能够方便地检测由通过该管道的微粒引起的液体排出量，使微粒悬浮液体M具有不同于微粒的单位体积电阻抗。这样，微粒和悬浮液体之间电阻抗方面的差异把置换的液体体积转变为填充管道10的液柱的电阻抗的比例变化。激发电极15和16分别安置在隔仓6A和6B中，并与电流源17电连接，从而使标称电流和微粒悬浮液同时流过管道10。于是，微粒通过管道10将在流过管道的电流中产生正比于被微粒置换的液体体积的脉动。交流耦合的读出电路19也与激发电极15和16电连接，检测这些电极之间电流中的脉动。这样，当单个微粒通过管道10时，读出电路19产生其幅度代表微粒体积的电信号脉冲。辅助电路20进一步处理微粒信号脉冲，以提供超过某一特定体积门限值的微粒的计数，或者借助Wallace H.Coulter和Joseph R.Coulter，Jr.的美国专利No.2869078中公开的正排量计量系统，提供微粒浓度。通过使电流源17提供恒定电流，并利用Wallace H.Coulter等的美国专利No.3259842中描述的多门限分级电路21分析微粒脉冲，可便利地表征微粒的体积分布。或者，如果使电流源17提供激发电流的组合，包括至少一个如Wallace H.Coulter和W.R.Hogg的美国专利No.3502973和3502974中描述的高频交流电源，可类似地表征反映某些微粒的内部组成的表观体积。这种表征结果由适当的装置22显示或记录。这种通过把微粒悬浮于单位体积电阻抗不同于微粒的单位体积电阻抗的液体介质中，并使得到的微粒悬浮液通过收缩管道，同时监测流过该管道的电流来检测并表征微粒的方法已被称为Coulter原理。Coulter原理的中心是体积计管道10，它通过收缩在容器6中建立的电场和流体动力场，使微粒特征的电传感成为可能。虽然在美国专利No.2656508中考虑过常规纵断面及圆形或矩形横断面的管道，但是在该专利实施例中，管道是在布置于第二容器中的封闭玻璃管的壁上形成的针点圆孔，从而微粒悬浮液和激发电流在这两个容器之间，均沿着圆孔轴向方向流动。这种在容器上直接形成的小孔难以按照可重现的几何形状和容差被制造。一种可行的备选方案利用从毛细管道上剪下，并封闭稍大的开孔的单独薄片，以便管道构成这两个容器之间唯一的工作连接；但是，如果利用可靠密封所需的玻璃熔合法进行密封，则这种薄片中的管道几何形状是不稳定的。开发作为精密机械装置的减摩轴承的红宝石或蓝宝石在熔合为玻璃的过程中保持它们的几何形状，具有极好的介电性能和机械性能，并在一定的几何形状和尺寸范围内易于获得，因此在Wallace H.Coulter等的美国专利No.2985830和3122431中指出用作管道薄片。这些专利中描述的小孔管道已广泛适于，例如图1中的容器6，红宝石或蓝宝石环状宝石常常用作收缩容器隔仓之间的开口(例如壁7上的开口7A)的管道薄片W。如图2中管道薄片W的放大图中所示，常规的Coulter体积计管道10包含长度为L的连续面或壁30，它穿过厚度为L的均匀绝缘材料形成直径为D的圆形横截面圆柱形开口。由于材料的均匀性，围绕流协定管道的悬浮液和电流的管道壁30的电阻率基本上呈轴对称，并且在任意纵向管道截面内是均匀的。由于历史发展，管道薄片W经常被称为“小孔薄片”，管道薄片W中的常规Coulter管道10通常被称为“Coulter小孔”。美国专利No.2656508描述了取决于Coulter体积计管道，例如图1中的管道10的尺寸的两个重要功能性，即，体积灵敏度和在同时通过管道体积的过程中，一个微粒被另一微粒的掩屏。原则上，当体积计管道10的尺寸近似于所关心的悬浮液中的最大微粒的直径时，获得最大的体积灵敏度。实际上，管道直径D必须接近最大微粒直径的两倍，以使阻塞的危险降至最小，管道长度L通常应尽可能地短，以使由于两个或多个微粒同时通过管道引起的重合物最小。对于给定的管道几何形状，重合效应只取决于微粒浓度，并可通过增大试样稀释度加以限制。工业应用要求0.010毫米-2.000毫米之间的各种管道直径D，但是许多医学和科学应用可满足于0.030毫米-0.200毫米之间的管道直径D。已发现长度直径比L/D＝1.2的管道提供可用于各种应用中的特征组合，但是医学应用受益于利用稀释度较低的试样可得到的更快的试样通过速率。如上述美国专利No.2985830中所述，L/D＝0.75的管道已证明一种可行的折衷方案；这种管道许可可接受的处理速率，及直径约为管道直径D的2％-80％的微粒的体积分级。在许多应用中，降低重合体积或改进体积灵敏度将是有利的，但是体积计管道附近的场特性阻止使用更短的管道长度。美国专利No.2656508没有预先考虑体积计管道，例如图1中的管道10的复杂的场特性。自从1953年颁布美国专利No.2656508以来，Coulter原理已应用于在许多医学、科学和工业学科中重要的各种微粒表征问题，并且已经借助Coulter体积计管道获得了大量的经验。已经发表了关于Coulter体积计管道功能性的许多研究，例如VolkerKachel的“Electrical Resistance Pulse SizingCoulter Sizing”，至于更多的信息，建议参考(FLOW CYTOMETRY AND SORTING，第二版，编辑者M.R.Melamed，T.Lindmo和M.L.Mendelsohn，Wiley-Liss，New York，1990，第45-80页)。由通过这种管道的微粒产生的信号脉冲的特征起因于微粒与由激发电极15和16之间的电流在液体介质M中建立的电场，和携带微粒通过该管道的悬浮液体M建立的流体动力场两者的复合相互作用。电场和流体动力场的电位分布在管道的入口处本文档来自技高网...

【技术保护点】
依据Ｃｏｕｌｔｅｒ原理检测并表征微粒的设备，所述设备包含：（ａ）体积计管道，可使要检测并表征微粒的液体悬浮液通过该体积计管道；（ｂ）用于使微粒的所述液体悬浮液通过所述体积计管道的液体输送系统；（ｃ）用于产生穿过所述体积计管道的标称激发电流的第一电路，所述激发电流可在所述体积计管道附近，有效地建立具有微粒灵敏区的电场，在该微粒灵敏区中，由和所述标称电流同时通过所述体积计管道的微粒产生的所述标称激发电流的改变是可测量的；及（ｄ）用于监测通过所述体积计管道的所述标称激发电流的特征，以测定通过所述管道的微粒的特征的第二电路，其特征在于： （ｉ）所述体积计管道在流体动力学上是光滑的，并形成于具有沿管道长度方向有效变化的电阻率的固体件中，以确定具有高电阻率的定界中心区的管道，所述定界中心区在其相对边界上光滑地邻接电阻率显著较低的不绝缘远端区域； （ｉｉ）所述不绝缘的远端区域独立地用于，（１）使所述电场具有某种形状，以致基本上把所述微粒灵敏区限定在所述体积计管道的物理边界内；（２）使得能够形成通过所述灵敏区的准层流，以便显著增大每秒钟通过灵敏区的基本上均匀的区域的微粒的比例；及（３）防止已通过所述管道，并处于回流轨迹上的微粒重新进入所述微粒灵敏区。...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马绍尔当尼格拉汉姆，哈维J杜恩斯坦，杰瑞格拉汉姆，泰德布里斯顿，约汉乔弗里哈非尔德，詹姆斯S金，
申请(专利权)人：库特国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]