DE3228767A1

DE3228767A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der grenzflaeche zwischen blutplasma und einer blutkoerperchen-suspension

Info

Publication number: DE3228767A1
Application number: DE19823228767
Authority: DE
Inventors: Tokio Akishima Tokyo Kano; Akitoshi Kawasaki Takayanagi
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1981-08-03
Filing date: 1982-08-02
Publication date: 1983-02-17
Also published as: US4487836A; JPS5822946A; DE3228767C2; JPH039418B2

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Grenzfläche zwischen Blutplasma und einer- Blutkörperchen-Suspension

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Grenzfläche (Sprungschicht) zwischen einem Blutplasma und einer Blutkörperchen-Suspension, die durch Zentrifugieren getrennt worden sind. Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung können mit einer Vorrichtung verbunden werden, die Plasma und eine Blutkörperchen-Suspension getrennt liefert.

Bei einem üblichen Verfahren wurde der Unterschied des Gleichstromwiderstands zwischen den jeweiligen Proben, z. B. einem Serum und einen (Blut)klumpen, angewandt, um die Grenzfläche nachzuweisen. Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die eine bekannte Vorrichtung zum Nachweis der Grenzfläche zeigt. Wie aus Fig. hervorgeht, umfaßt eine in einem Reagensröhrchen enhaltene Probe ein Serum 2 und einen Blutklumpen

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(Koagulum) 3, die durch Zentrifugieren getrennt worden sind. Um das Serum 2 zu extrahieren bzw. zu gewinnen, werden ein Elektrodenpaar 4, die in einem elektrisch isolierenden Schlauch oder Röhrchen enthalten sind, und eine Saugdüse 6 in die Probe eingetraucht. Das Röhrchen 5 und die Düse 6 sind an einem Halter 7 befestigt, der sich auf und nieder bewegt. Während die Elektroden und die Saugdüse 6 allmählich nach unten bewegt werden, wird der Widerstand zwischen den Elektroden 4 kontinuierlich gemessen durch Anlegen einer Gleichspannung an die Elektroden 4. Dadurch wird die Grenzfläche zwischen dem Serum 2 und dem Klumpen 3 nachgewiesen durch eine plötzliche Änderung des Widerstands. In diesem Falle wird, da das Serum 2 eine Flüssigkeit (flüssigkeitsartiges Material) mit einer geringen Viskosität ist, der Klumpen 3 jedoch ein gelartiges Material mit einer hohen Viskosität ist, das Verhältnis des Widerstands des Serums 2 zu dem Widerstand des Klumpen 3 um einige Zehner größer, so daß die Grenzfläche leicht und genau nachgewiesen werden kann. Wenn jedoch zu der Blutprobe ein Antikoagulans zugesetzt worden ist, ist der Widerstand der Blutkörperchen-Suspension gering und dadurch das Verhältnis des Widerstands des Blutplasmas zu dem Widerstand der Blutkörperchen-Suspension ungefähr 1 zu 1,1. Dadurch ist es nicht möglich,die Grenzfläche zwischen dem Blutplasma und der Blutkörperchen-Suspension mit Hilfe des bekannten Verfahrens leicht und genau nachzuweisen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben erwähnten Nachteile zu überwinden und ein neues

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und günstiges Verfahren zum genauen Nachweis einer Grenzfläche zwischen einem Blutplasma und einer Blutkörperchen-Suspension zu entwickeln.
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Die Erfindung betrifft ein solches Verfahren zum Nachweis einer Grenzfläche zwischen einem Blutplasma und einer Blutkörperchen-Suspension einer in einem Gefäß enthaltenen Probe. Es umfaßt die folgenden Stufen:

Eintauchen eines Elektrodenpaars in die Probe:

Anlegen einer Wechselspannung an die Elektroden mit einer solchen Frequenz, daß der Widerstand (Impedanz) des Blutplasmas stark verschieden ist von demjenigen der Blutkörperchen-Suspension und

Nachweis des Widerstands zwischen den Elektroden wodurch die Grenzfläche zwischen dem Plasma und der Blutkörperchen-Suspension nachgewiesen wird, wenn der Wechselstromwiderstand sich abrupt ändert.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bestehend aus einer ersten und einer zweiten Elektrode, einem Mittel zum Eintauchen der Elektroden in die Probe, einem Mittel, um an die Elektroden eine Wechselspannung anzulegen mit einer Frequenz ,bei der der Widerstand des Blutplasmas stark verschieden ist von demjenigen der Blutkörperchen-Suspension und Mitteln zum Nachweis bzw. zur Anzeige einer plötzlichen Änderung des Widerstands zwischen den Elektroden zum Nachweis der Grenzfläche zwischen dem Blutplasma und der Blutkörperchen-Suspension.

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Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei ist:

Fig. 1 eine schematische Ansicht, die eine übliche Vorrichtung zum Nachweis einer Grenzfläche zeigt.

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit des Widerstands von der Frequenz für ein Blutplasma und eine Blutkörperchen-Suspensionj

Fig. 3 eine graphische Darstellung einer Kurve, die charakteristisch ist für den Wechselstromwiderstand einer Blutkörperchen-Suspension·^

Fig. 4a und 4B schematische Darstellungen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig. 5 und 6 schematische Darstellungen, die andere Ausführungen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigen.

Fig. 2 zeigt die frequenz-abhängigen Wechselstromwiderstands-Kurven für Blutplasma und eine Blutkörperchen-Suspension. Sowohl das Blutplasma als auch die Blutkörperchen-Suspension sind Flüssigkeiten, die jeweils organische Substanzen enthalten. Allgemein besitzt eine Flüssigkeit, die organische Substanzen, wie Blutkörperchen und Proteine enthält, einen hohen Wert für den dielektrischen Verlust (tan S ) charakteristisch im Vergleich mit reinem Wasser und die Kapazität pro Flächeneinheit wird folglich größer. Der Wechselstromwiderstand

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eines Materials mit einem kapazitiven Widerstand ' wird bei einer Erhöhung der Frequenz verringert und somit wird der Wechselstromwiderstand sowohl des Blutplasmas als auch der Blutkörperchen-Suspension mit zunehmender Frequenz verringert, wie aus Fig. 2 hervorgeht. Wie aus der Kurve A hervorgeht, verringert sich der Wechselstromwiderstand des Blutplasmas gleichmäßig, aber der Wechselstromwiderstand der Blutkörperchen-Suspension besitzt einen flachen Bereich, wie aus der Kurve B hervorgeht. Ein derartiges Merkmal wird als Streuung (Dispersion) bezeichnet und die elektrischen Eigenschaften,wie die Abhängigkeit der Frequenz vom Wechselstromwiderstand,ändern sich plötzlich. Auf dem Gebiet der Biochemie werden die in Fig. 2 gezeigteno(-und ß-Bereiche als Bereiche von 04-Streuung und ß-Streuung bezeichnet. Bei einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der flache Anteil im Bereich der ß-Streuung angewandt zum Nachweis der Grenzfläche zwischen Blutplasma und Blutkörperchen-Suspension. D. h. der Wechselstromwiderstand von Blutplasma und Blutkörperchen-Suspension wird gemessen durch Anlegen einer Wechselspannung an die Elektroden mit einer Frequenz im Frequenzbereich F-j, besonders im Frequenzbereich F₂, wie in Fig. 2 angegeben. Um die Grenzfläche genau und gleichmäßig nachzuweise η, reicht es aus, daß das Verhältnis des Wechselstromwiderstands im Blutplasma zu demjenigen in der Blutkörperchen-Suspension größer ist als 1:2. Dann kann der Frequenzbereich F^ auf ungefähr 30Ifcbis4O0 kHz festgesetztwerden. Darüber hinaus kann im Frequenzbereich F₂ von ungefähr 10 kHz bis 50 kHz

*)(Kapazität)

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ein Maximalwert für das Verhältnis der Wechselstromwiderstände von 1 : 7 erreicht werden. Genau gesagt verändert sich das Verhältnis der Wechselstromwiderstände leicht, entsprechend Unterschieden in den jeweiligen Mengen der Proben, aber ein solcher Unterschied ist vernachlässigbar, solange eine biochemische Analyse in Betracht kommt.

Fig. 3 stellt eine Kurve dar, die eine Antwort zeigt, die charakteristisch für den Wechselstromwiderstand einer Blutkörperchen-Suspension ist. Wie aus der Fig. 3 hervorgeht, dauert es eine verhältnismäßig lange Zeit T bis der gemessene Wechselstromwiderstand der Blutkörperchen-Suspension einen konstanten Wert erreicht, nachdem Elektroden in eine Blutkörperchen-Suspension eingetaucht sind. Im Gegensatz dazu ist diese Zeit (Konstante) bei der Messung von Blutplasma außerordentlich gering, verglichen mit derjenigen bei der Messung von Blutkörperchen und damit vernachlässigbar. Die Verzögerung T bei der Messung des Wechselstromwiderstands bei der Blutkörperchen-Suspension ist jedoch lang genug, um den Nachweis der Grenzfläche zu beeinflussen. Daher ist es im Falle des Absaugens der Blutkörperchen-Suspension durch Abwärtsbewegen der Saugdüse und Eintauchen ihrer Spitze in die Blutkörperchen-Suspension notwendig, eine Senkgeschwindigkeit und einen Endpunkt (stop timing) für die Saugdüse festzulegen, wobei ein Bewegungsabstand, entsprechend der Zeitkonstanten T in Rechnung gestellt wird.

Die Fig. 4A und 4B stellen schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung

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dar. Bei dieser Ausführungsform sind eine Elektrode 11, die mit Ausnahme einer Spitze mit einem isolierenden Überzug 18 versehen ist, eine Absaugdüse 12 für die Blutkörperchen, die aus Metall besteht und ebenfalls mit Ausnahme der Spitze mit einer Isolierschicht 19 überzogen ist, und eine Saugdüse 13 für das Blutplasma an einer Haltevorrichtung 10 befestigt. In diesem Fall befindet sich die Spitze der Düse 13 etwas unterhalb der Spitze der Düse 12 und das freie Ende der Elektrode 11 befindet sich wesentlich höher als die Düse 12. In einem Reagensröhrchen sind ein Blutplasma 14 und eine Blutkörperchen-Suspension 15 enthalten, die durch Zentrifugieren getrennt worden sind. Der Halter 10 wird zunächst nach unten bewegt, wobei die Düsen 13 und 12 nacheinander in das Blutplasma 14 eintauchen. Im Verlauf dieser Abwärtsbewegung wird der Halter 10 angehalten, wenn nachgewiesen wird, daß die Elektrode 11 das Blutplasma 14 erreicht, durch Nachweis einer Änderung des Wechselstromwiderstands zwischen der Elektrode 11 und der Düse 12 mit Hilfe eines Detektors 17, während eine Wechselspannung mit einer Frequenz im Bereich Fp nach Fig. 2 an die Elektrode 11 und die Düse 12 angelegt Wird. Zu diesem Zeitpunkt taucht die Düse 13 in das Blutplasma 14 mit einer vorgegebenen Länge ein und es wird eine vorgegebene Menge Blutplasma durch die Saugdüse 13 abgesaugt. Nachjdem Absaugen dieser

vorgegebenen Menge Blutplasma 14 wird der Halter weiter nach unten bewegt und erneut angehalten, wenn die Elektrode 11 in die Blutkörperchen-Sus-

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pension 15 eintaucht. D. h. der Wechselstrom-Widerstand zwischen der Elektrode 11 und der Düse 12 ändert sich deutlich, wenn die Elektrode 11 durch die Grenzfläche zwischen dem Blutplasma 14 und der Blutkörperchen-Suspension 15 hindurch geht und nach dem Nachweis dieser Änderung durch den Detektor 17 wird die Abwärtsbewegung gestoppt. In dieser Stellung wird eine vorgegebene Menge der Blutkörperchen-Suspension 15 durch die Düse 12 abgesaugt.

Wie oben dargelegt, reicht die Düse 12 weiter nach unten als die Elektrode 11 und zwar um einen bestimmten Abstand,der entsprechend bestimmt werden muß unter Berücksichtigung der Zeitkonstanten T und der Geschwindigkeit, mit der sich die Düse nach unten bewegt. D. h., nachdem die Düse 12 durch die Grenzfläche zwischen dem Plasma 14 und der Blütkörperchen-Suspension 15 hindurch gegangen ist, muß die Düse 12 in einer solchen Stellung gestoppt werden, das eine gegebene Menge der Blutkörperchen-Suspension. 15 korrekt abgesaugt werden kann, wie in Fig. 4B gezeigt.

Fig. 5 zeigt eine schematische·Ansicht einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Bei dieser Ausführungsform sind die Elektrode 1t und die Düsen 12 und 13 so angeordnet, daß sie gleichzeitig das Blutplasma 14 und die Blutkörperchen-Suspension 15 absaugen. Zu diesem Zweck ist die Spitze der Düse 13 in einem bestimmten Abstand oberhalb der Spitze

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der Düse 12 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform wird die Abwärtsbewegung des Halters 10 gestoppt, wenn eine plötzliche Änderung des Wechselstromwiderstands beobachtet wird, aufgrund des Eintauchens der Elektrode 11 in die Blutkörperchen-Suspension 15. In dieser Stellung wird die Blutkörperchen-Suspension 15 durch die Düse 12 abgesaugt und gleichzeitig das Blutplasma durch die Düse 13. Auch bei dieser Ausführungsform muß die Endstellung des Halters 10 bestimmt werden unter Berücksichtigung der Zeitkonstanten T und des Höhenunterschiedes zwischen der Elektrode 11 und der Düse 12.

Fig. 6 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Bei dieser Ausführungsform wird die Zeitkonstante T positiv ausgenutzt, um den Halter 10 in einer besonders günstigen Position zum Absaugen der Blutkörperchen-Suspension 15 anzuhalten. Auch bei dieser Ausführungsform werden das Blutplasma und die Blutkörperchen-Suspension 15 gleichzeitig abgesaugt. D. h. die Elektrode 11 und die Düse sind in der gleichen Höhe angeordnet und der Halter 10 wird angehalten, wenn die plötzliche Änderung des Wechselstromwiderstandes durch den Detektor 17 nachgewiesen wird nach einer Zeit T, die beginnt, wenn die Elektrode 11 durch die Grenzfläche hindurch geht. Während dieser Zeit T bewegen sich der Halter 10 und damit die Düse um eine Strecke VxT nach unten, wobei V die Geschwindigkeit der Abwärtsbewegung ist. Darua ist es durch geeignete Wahl der Geschwindigkeit der Abwärtsbewegung möglich, die Düse 12 in einer

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Stellung zu halten, die besonders geeignet ist zum Absaugen der Blutkörperchen 15. Es ist zu bemerken, daß der Abstand zwischen den Düsen 12 und 13 so bestimmt werden muß, daß in der Endstellung die Düse 13 sich in einer besonders günstigen Stellung zum Absaugen des Blutplasmas befindet.

Wie oben gesagt, kann die Grenzfläche zwischen dem Blutplasma und der Blutkörperchen-Suspension genau und zuverlässig bestimmt werden, da der Wechselstromwiderstand gemessen wird mit einer Wechselspannung mit einer solchen Frequenz, daß der Wechselstromwiderstand der Blutkörperchen-Suspension stark verschieden ist von demjenigen des Blutplasmas.

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Claims

DIPL.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMANN ^ DR.-ING. DIETER BEHRENS

DIPL.-ING.; DIPL.-TFIRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ

IA-56 316 ■ D-8000 MÜNCHEN

Anm.: Olympus Optical Comp. Ltd. schweigerstrasse2

telefon: (089) 66 20 ji TELEGRAMM: PROTECTPATENT TELEX: 524070

Patentansprüche

1,J- Verfahren zur Bestimmung der Grenzfläche zwischen einem Blutplasma und einer Blutkörperchen-Suspension einer Probe in einem Behälter durch Eintauchen eines Elektrodenpaars in die Probe, Anlegen einer Spannung an die Elektroden und Messen der Widerstandsänderung beim Durchgang durch die Grenzfläche, dadurch gekennzeichnet , daß man eine Wechselspannung mit einer solchen Frequenz an die Elektroden anlegt, daß der Wechselstromwiderstand des Blutplasmas deutlich verschieden ist von demjenigen der Blutkörperchen-Suspension.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e -

kennzeichnet, daß man bei einer Frequenz der Wechselspannung im Bereich der ß-Streuung arbeitet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man in einem Frequenzbereich von ungefähr 30 Hz bis zu 400 kHz, vorzugsweise von ungefähr 10 kHz bis zu 50 kHz arbeitet.

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A. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß man die Elektroden mit einer Geschwindigkeit in die Probe eintaucht bei der eine Zeitkonstante T berücksichtigt wird, innerhalb der der Wechselstromwiderstand der Blutkörperchen-Suspension einen konstanten Wert erreicht.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Niveau des Blutplasmas nachgewiesen wird durch Nachweis einer plötzlichen Änderung der Wechselstromspannung an den Elektroden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5, mit einer ersten und einer zweiten Elektrode, einer Taucheinrichtung zum Eintauchen der Elektroden in einen Behälter für eine Blutplasma und eine Blutkörperchen-Suspension enthaltende Probe und einer an die Elektroden anglegbaren Spannungsquelle, gekennzeichnet durch eine Wechselspannungsquelle mit einer Frequenz, bei der der Wechselstromwiderstand des Blutplasmas stark verschieden ist von demjenigen der Blutkörperchen-Suspension, und durch eine Nachweiseinrichtung (17) zum Nachweis einer plötzlichen Änderung des Wechselstromwiderstands zwischen den Elektroden (11, 12).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode einen elektrisch leitenden Draht (11)

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und einen elektrisch isolierenden Überzug (18) auf diesem Draht mit Ausnahme der Spitze umfaßt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge.kennzeichnet , daß die zweite Elektrode (12) eine Düse zum Absaugen der Blutkörperchen-Suspension aus Metall mit einem elektrischen Isolierüberzug (19), der die Spitze freiläßt, aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß sie zusätzlich eine Düse zum Absaugen des Blutplasmas umfaßt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die erste und zweite Elektrode (11,12) und die Düse (13) zum Absaugen des Blutplasmas an einem auf und abwärts bewegbaren Halter (10) befestigt sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch g e kennzeichnet, daß die Spitze der zweiten Elektrode (12) tiefer liegt als die Spitze der ersten Elektrode (11) und die Spitze der Düse (13) zum Absaugen des Blutplasmas tiefer liegt als die Spitze der zweiten Elektrode (12).

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze der zweiten Elektrode (12) tiefer liegt als die Spitze der ersten Elektrode (11) und die Spitze

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der das Blutplasma absaugenden Düse (13) höher angeordnet ist als die Spitze der ersten Elektrode (11).

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Spitzet! der ersten und zweiten Elektrode (11,12) auf gleicher Höhe liegen und die Spitze der das Blutplasma absaugenden Düse (13) höher angeordnet ist als die Spitzen der beiden Elektroden (11,12).

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