技术领域
背景技术
[0002] 在细胞测量和细胞检测的领域公知通流测量，其中磁标记的分析物流过磁
传感器。但是正
信号在此不能唯一地回溯到单个细胞。由此，通过磁标记物的横向选择错误地标记的细胞也会引起正信号。此外游离的标记物也会引起正信号。细胞凝聚又只能导致正信号而不能本身被识别。
发明内容
[0003] 本发明要解决的技术问题是，减小在磁流量血细胞计数中的背景信号并且避免错误的正信号。
[0004] 上述技术问题通过按照
权利要求1所述的方法和按照权利要求9所述的装置解决。方法的扩展和装置的有利构造是
从属权利要求的内容。
[0005] 按照本发明的方法用于对细胞进行磁流量测量。在此该方法包括以下步骤：
[0006] 首先进行传感器布置的启动。在此，在惠斯通电桥中按照对
角线布置或平行布置连接至少一个第一和第二磁阻性的组件。在此对角线布置是指，惠斯通电桥的对角线地相对的
电阻是磁阻性的组件，平行布置是指，惠斯通电桥中并排布置的电阻是磁阻性的组件。磁阻性的组件以互相的距离在流动方向上布置。特别地将距离与待检测的细胞类型匹配。
此外进行细胞的磁标记。在启动和标记细胞之后产生细胞经由传感器布置的流动。在此，细胞的流动首先经由第一并且然后经由第二磁阻性的组件进行。在此进行单个细胞采集。通过经由传感器布置流动的单个磁标记的细胞的
磁场，产生测量信号，该测量信号具有由至少三个测量偏转（Messausschlag）组成的特征性样本。特征性测量样本提供信息：测量偏转数量、测量偏转距离、测量偏转幅值、测量偏转方向和测量偏转方向顺序。在单个细胞采集之后进行测量信号的分析，在所述分析中根据特征性的测量偏转顺序识别测量信号作为单个细胞检测。
[0007] 这一点允许通流中分析物的无校准的浓度确定。该方法还具有优点，除了减小背景信号之外还避免错误的正信号。
[0008] 同时可以进行通流速度测量。也可以推导出细胞大小。在本发明的一种有利构造中，在该方法中进行测量信号的分析，在该分析中根据磁阻性组件的已知的距离计算细胞的通流速度。识别细胞的通流速度带来另外的优点。根据通流速度可以高
质量地推导出细胞大小。比细胞小很多的颗粒，例如游离的磁标记物，比待检测的细胞慢很多地运动。较大的颗粒或细胞凝聚以比待检测的细胞高很多的通流速度运动。也就是，通过计算通流速度进一步提高了单个细胞检测的品质。
[0009] 在本发明的另一个有利构造中，在该方法中进行测量信号的分析，在该分析中根据测量偏转距离计算细胞直径。该计算例如可以结合计算的通流速度和测量的测量偏转距离来进行。细胞直径是另一个参数，该参数提示单个细胞检测或者是对于错误的正信号的指示。
[0010] 在本发明的另一个有利构造中，在该方法中进行测量信号的分析，在该分析中根据测量偏转幅值确定
信噪比。特别地，测量信号样本可以具有多个测量偏转，所述多个测量偏转具有不同的幅值。例如可以确定对于幅值的上边界值和/或下边界值。测量偏转幅值在此，不是如迄今为止的测量那样仅用于识别测量结果，而是用作来自于特征性测量信号样本的多个信息中的一个。
[0011] 特别地，对于所有测量值或来自于测量信号样本的信息诸如测量偏转数量、测量偏转距离和测量偏转幅值，确定边界值。特别地可以确定边界间隔，对于正的测量信号的相应的测量值必须位于其中。这些边界值，即上和/或下边界值或边界间隔，也可以对于计算的参量如通流速度或细胞直径或信噪比被确定。
[0012] 在本发明的一种有利构造中，在该方法中借助超顺
磁性标记物进行细胞的磁标记。磁阻性组件例如是GMR传感器、TMR传感器或AMR传感器。
[0013] 优选地，在该方法中在启动传感器布置时将第一和第二磁阻性组件在流动方向上按照最大一个细胞直径的距离布置。这具有如下优点，即，产生具有四个测量偏转的测量信号样本。替换地，距离也可以为一个半细胞直径。最大两倍细胞直径的距离是有用的。磁阻性组件的距离的这样的匹配针对具有特征性的细胞直径的细胞类型。为了采集不同的细胞类型或未知直径的细胞，可以实施具有不同距离的多个传感器布置的传感器路段。
[0014] 在本发明的利用有利构造中，在该方法中为了启动传感器布置将四个磁阻性组件在惠斯通电桥中按照平行布置接线为第一和第二对并且这样
串联布置，使得细胞的流动可以首先经由第一、然后经由第二、然后经由第三并且然后经由第四磁阻性组件引导。细胞的流动首先经由第一、然后经由第二、然后经由第三并且然后经由第四磁阻性组件引导。优选地，在分析中根据在第一和第二对磁阻性组件之间的已知的对距离计算通流速度。该构造具有如下优点，即，由两对磁阻性组件产生对于单个细胞的特征性测量信号样本。
[0015] 优选地，在复杂介质中，例如
全血中进行细胞检测。分析物，即，细胞，具有变化的直径。典型地，白血细胞直径为7至12μm。相应地，例如设置对于计算的细胞直径的边界间隔（为7至12μm）。这具有如下优点，即，可以避免横向选择性，例如到具有明显不同的细胞直径的其他细胞类型的横向选择性。但是这样的横向选择性不可以唯一地通过磁标记物排除。
[0016] 此外细胞上的标记物
密度是变化的。这例如按照不同的测量偏转幅值表达。相应地，例如选择对于测量偏转幅值的边界间隔。通过确定对于测量偏转幅值的上和下边界有利地抑制背景以及不考虑通过凝聚引起的太高的信号。例如具有
抗体的游离超顺磁颗粒对背景信号具有贡献。除了例如通过游离的标记物互相连接的细胞的凝聚，通过抗体也可以发生超顺磁颗粒的凝聚。但是它们例如通过设定对于测量偏转幅值的上边界而被排除。
[0017] 细胞与通流通道中的磁阻性组件或与通道壁的距离的变化以变化的通流速度表达。当发生细胞粘贴到通道表面或与通道表面相互作用时，在片状流中的通流速度改变。优选地，磁标记的细胞在外部场中在磁阻性组件处积聚并且细胞的散射场对齐。特别地细胞这样积聚在通道壁处，使得其以片状流动沿着通道壁滚动。优选地，外部场垂直于细胞的待检测的散射场延伸。
[0018] 在单个磁标记的细胞经过（überstreichen）单个磁阻性组件的情况下磁阻性组件取决于细胞的
位置或其相对于磁阻性组件，也就是传感器元件的磁场，经历一个电阻改变。该测量信号具有正的和负的测量偏转。根据细胞的散射场（所述散射场是磁偶极子）的方向，首先发生正的并且然后发生负的测量偏转或反之。
[0019] 在对角线布置中的一对磁阻性组件被经过的情况下先后形成两个精确相同的测量信号。信号可以通过磁阻性组件的距离来
修改。在组件距离减小的情况下发生测量信号的重叠。
[0020] 在单个磁标记的细胞经过在平行布置中的一对磁阻性组件的情况下发生两个单信号，其中第二信号是第一信号的镜像。在平行布置中的信号也可以通过磁阻性组件的距离修改。借助合适的距离选择可以这样重叠信号，使得出现具有单信号两倍幅值的信号偏转。
[0021] 按照本发明的方法的主要优点在于，不取决于分析物的变化的细胞直径并且不取决于细胞上的标记物密度，产生特征性的测量信号样本并且因此可以进行单个细胞检测。特别地，单个细胞的测量信号样本提供四个比特的信息内容。这一点产生按照本发明的方法的另一个优点，也就是信号走向或信号样本允许这样降低错误的正信号和背景信号，使得可以进行标记的细胞的无校准的浓度确定。这样的无校准的浓度确定利用纯幅值分析是不可能的。借助信号样本的分析可能性延伸到
[0022] 1.不取决于背景，例如游离的颗粒，借助正的和负的测量偏转的交替的顺序，对于单个细胞的特征性的指纹
[0023] 2.在活体外部的通流速度测量，由此可以排除细胞凝聚或凝聚的标记物的错误的正信号，
[0025] 4.关于在测量信号样本内部单个测量偏转的距离推导出细胞大小。
[0026] 按照本发明的装置用于细胞的磁流量测量。装置包括传感器布置，其包括至少一个具有至少一个第一和第二磁阻性组件的惠斯通电桥。磁阻性组件按照对角线布置或按照平行布置接线。磁阻性组件按照互相的距离沿着流动通道这样布置，使得细胞的流动可以首先经由第一并且然后经由第二磁阻性组件引导。在流动方向上磁阻性组件的距离优选地匹配到待检测的细胞类型。在此这样构造磁阻性组件，使得可以采集单个磁标记的细胞的磁场。这样构造传感器布置，使得可以采集测量信号，该测量信号示出了具有至少三个测量偏转的特征性的测量信号样本。测量信号样本包含信息：测量偏转数量、测量偏转距离、测量偏转幅值、测量偏转方向和测量偏转方向顺序。此外包括分析
电子器件，所述分析电子器件被构造为根据测量偏转方向顺序将测量信号识别为单个细胞检测。按照本发明的装置带来优点，即，保证单个细胞检测，因为通过来自于测量信号样本的附加的信息避免了错误的正信号。
[0027] 在本发明的一种有利构造中，磁阻性组件的距离最大为一个细胞直径。例如距离最大为50μm。优选地距离最大为25μm。该距离具有如下优点，即，产生具有按照对角线布置的四个测量偏转并且具有按照平行布置的三个测量偏转的测量信号样本。
[0028] 在本发明的一种有利构造中，该装置包括分析电子器件，其被构造为从测量信号样本中根据磁阻性组件的已知距离计算通流速度。
[0029] 在本发明的另一个有利构造中，该装置包括分析电子器件，其被构造为根据测量偏转间隔计算细胞直径。优选地，分析电子器件用于相同地计算细胞直径和通流速度。
[0030] 在本发明的有利构造中，该装置包括分析电子器件，其被构造为根据测量偏转幅值确定信噪比。特别地，利用也计算通流速度和细胞直径的相同的分析电子器件来确定信噪比。
[0031] 优选地，磁阻性组件按照平行布置接线并且这样串联布置，使得细胞的流动可以首先经由第一、然后经由第二、然后经由第三并且然后经由第四磁阻性组件引导。此外在传感器布置中包括至少一个惠斯通电桥，该惠斯通电桥具有由分别两个磁阻性组件构成的第一和第二对。优选地，在磁阻性组件的第一和第二对之间的距离为大于三个细胞直径。该装置的这样的实施方式具有如下优点，即，在平行布置中确定通流速度并且两对磁阻性组件也产生两个特征性的测量信号样本。
[0032] 特别地，也可以进行分别具有一个传感器布置的多个装置的相互连接。在此例如可以将分别具有不同距离的多个传感器对相互连接。这一点具有优点，例如采集并区分不同的细胞大小。
[0033] 例如该装置包括通流室，细胞通过该通流室引导，并且所述通流室有利地经由磁阻性传感器延伸。磁阻性组件可以是GMR，TMR或AMR传感器。这样的磁阻性传感器有利地作为磁阻按照惠斯通测量电桥接线。通过由此引起电阻改变，利用这样的惠斯通测量电桥可以检测由细胞产生的散射场。
[0034] 优选地这样构造通流室，使得可以在其中实现分析物的层状流。特别地，细胞与通流室表面的粘接或相互作用不太强。优选地，通流通道的内表面的构造允许细胞在通道壁上滚动。
[0035] 优选地，惠斯通测量电桥按照以下布局实现：磁阻性组件优选地是条纹形的，例如，具有2×30μm的传感器表面。有利地，组件大小位于细胞的分析物的尺寸的范围内。待检测的细胞例如具有在1和20μm之间的直径。有利地，条纹形的磁阻性组件与细胞的流动方向横切。有利地，至惠斯通电桥的四个电阻的
导线的电阻是尽可能均衡的，以便最小化信号中的偏移量和
温度影响。例如惠斯通电桥的所有四个电阻都是磁阻性组件。特别地，磁阻性组件是GMR元件。
[0036] 有利地，这样构造传感器布置，使得惠斯通电桥的对角线电阻，即，相对地位于惠斯通电桥的对角线上的电阻，布置为空间上互相分离的对。这些对中的一对例如由磁阻性组件构成。在测量过程中然后细胞流横越由磁阻性组件构成的对角线电阻对。磁阻性组件例如是GMR元件。在该配置中也就是仅利用半桥。
[0037] 测量信号样本，主要是测量偏转的距离，取决于一对对角线电阻的磁阻性组件的距离。在磁阻性组件的大的距离的情况下记录四个测量偏转。在缩短沿着流动方向在这两个磁阻性组件之间的距离的情况下四个测量偏转互
相移入彼此并且形成具有带有不同的幅值和方向的四个测量偏转的测量信号样本。从对于细胞直径来说是特征性的距离起，各个磁阻性组件的单个信号重叠。特征性的距离此外取决于细胞的散射场的延伸。在足够缩短在按照对角线布置的磁阻性组件之间的距离时发生中间的测量偏转的消失。该信号重叠从小于2个细胞直径的距离起开始出现。在例如10μm的细胞直径的情况下从磁阻性组件的大约20至30μm的距离起开始发生传感器应答的重叠。
[0038] 在惠斯通电桥的平行布局中电阻也布置为空间上分离的对。在此所述对是测量电桥的平行的电阻。在测量电桥中的平行的磁阻性组件的情况下第二信号，即，在第二磁阻性组件被经过的情况下形成的信号，是第一信号的镜像。类似于对角线布局，在平行布局中在磁阻性组件在流动方向上接近的情况下也发生传感器应答的重叠。在平行电阻的情况下两个重叠的半信号相加，由此理论上产生具有双倍幅值高度的峰值。
[0039] 对于具有平行布局的通流速度确定优选使用惠斯通电桥的两个电阻对。此外将两个平行电阻对串联。电阻对的距离有利地为大于待检测的细胞的三个细胞直径。
[0040] 借助具有两个对角线电阻的特征性测量信号顺序，可以实现细胞的通流速度的确定。通流速度可以在已知数据传输率和已知磁阻性组件的距离的情况下被计算。
[0041] 测量信号样本允许测量偏转的波峰值与相对于磁阻性组件的精确的细胞位置对应。细胞在测量偏转的两个波峰之间经过的路径相应于两个磁阻性组件的距离。
[0042] 对于具有平行布置的通流速度计算优选利用两对磁阻性组件。在此细胞的经过的路径相应于在测量偏转的波峰值之间的电阻对距离。
附图说明
[0043] 按照示例性方式参考图1至18描述本发明。附图是示意性的并且不表示忠于比例的图。
[0044] 图1示出了单个电阻布置的测量信号，
[0045] 图2示出了要检测的细胞经由单电阻运动的时间上的走向，
[0046] 图3示出了惠斯通电桥，
[0047] 图4示出了按照对角线布置的惠斯通电桥，
[0048] 图5示出了按照对角线布置的测量信号与电阻的距离的依赖关系，
[0049] 图6示出了具有电阻的距离的按照对角线布置的测量信号，所述距离允许单个电阻的两个测量信号的
叠加，
[0050] 图7示出了待检测的细胞经由两个电阻的在时间上的走向，
[0051] 图8示出了惠斯通电桥和经由电阻的细胞流走向，
[0052] 图9示出了按照平行布置的惠斯通电桥，
[0053] 图10示出了按照平行布置的测量信号与电阻的距离的依赖关系，
[0054] 图11示出了具有电阻的距离的按照平行布置的测量信号，所述距离允许单个电阻的两个测量信号的叠加，
[0055] 图12示出了待检测的细胞经由平行布置中的两个电阻的时间走向，[0056] 图13示出了对于通流速度测量的按照对角线布置的测量信号，
[0057] 图14示出了待检测的细胞经由电阻的时间上的走向，
[0058] 图15示出了惠斯通电桥和经由电阻的细胞流走向，
[0059] 图16示出了对于通流速度测量的、按照平行布置的惠斯通电桥，
[0060] 图17示出了用于通流速度测量的、按照平行布置的两个电阻对的两个测量信号，[0061] 图18示出了待检测的细胞经由用于通流速度测量的测量布置的时间上的走向。
具体实施方式
[0062] 在图1中示出的随着时间t的测量信号走向首先示出了正的测量偏转和然后相同幅值A的负的测量偏转。当单个细胞10经由单个测量电阻运动时，形成该信号。时间上的流动走向20在图2中示出。图2示出了在三个时刻t1、t2和t3的细胞10。细胞10在时间间隔t1至t3中经过测量电阻。此外示出了细胞10的散射场。在此由测量电阻仅记录面内场（in-plane），即，平行于通过速度箭头v示出的运动方向的场。垂直于运动方向并且垂直于电阻所位于的平面的场不由传感器采集。在电阻上用于积聚细胞10的外部场恰好在垂直于运动方向的该方向上对齐。
[0063] 图3示出了惠斯通测量电桥。在此Ucc表示施加的
电压，Ub表示测量电压，R1至R4表示测量电桥的电阻，其中至少两个，例如相对的对角线元件R1和R4是磁阻性的电阻。此外示出细胞10及其流动方向20。
[0064] 图4示出了，惠斯通测量电桥优选是如何布置的，使得细胞10的流动可以经由对角线元件R1、R4进行。在此根据对角线对40进行测量，而例如R2和R3不必是磁阻性的组件。磁阻性组件R1、R4的距离Δx影响测量信号。测量信号通过距离Δx的影响在图5中示出。图5对于三个不同的距离Δx1、Δx2和Δx3示出随着时间的测量走向。在此Δx2<Δx1并且Δx3<Δx2。在距离Δx减小的情况下发生两个磁阻性组件R1、R4的此外相同产生的测量信号的叠加。对于距离Δx3示出了对于按照对角线布置40的单个细胞检测的特征性的测量信号，具有四个相继的测量偏转，首先是正的、然后是负的、然后又是正的并且然后是负的测量偏转。测量偏转也具有不同的幅值A。
[0065] 对于无校准的单个细胞检测，也就是在复杂介质中的细胞浓度的量化，利用该距离依赖关系。进行该距离Δx与待检测的细胞10的各自的细胞大小的适配。细胞大小可以在1μm和20μm之间变化。对于这样的单个细胞检测，大约3μm的细胞大小和在8μm至12μm范围内的细胞大小是感兴趣的。CD4+细胞例如具有大约7μm的直径。在一种细胞类型内细胞直径也
波动。也就是必须一起采集小的变化。相应地，对于测量幅值A选择一定的间隔。图6示出了对于单个细胞检测的特征性的测量走向，即单个细胞10的所谓的指纹。
[0066] 在此，在特征性的时间t61、t62、t64和t65的测量偏转的波峰值与相对于电阻（R1,R4）的精确位置对应，所述位置在图7中示出。单个细胞10运动经过一对磁阻性组件R1、R4的旁边。该示出的半桥布置按照对角线布置40接线。由两个磁阻性组件R1、R4又仅记录细胞10的散射场的面内场。在时刻t61细胞10到达第一传感器元件R1，在时刻t62细胞10刚好经过第一传感器元件R1并且以其散射场已经到达第二传感器元件R4，由此第二测量偏转在时刻t62具有比在时刻t61的第一测量偏转更小的幅值A。当细胞10精确地位于在组件R1/R4之间的中心时，在时刻t63进行测量信号的过零。在时刻t64开始经过（überstreichen）第二传感器元件R4。在时刻t65细胞10结束经过第二传感器元件。在时刻t65又记录具有完整的幅值高度A的测量偏转。
[0067] 图8以经典的
电路图又示出惠斯通电桥。箭头20示出待检测的细胞10的流动方向。流动方向20现在与图3相反经由平行元件R1和R2或R3和R4选择。平行元件意味着，经过的电阻对R1/R2或R3/R4是并列地而不是对角线地相对布置。图9示出惠斯通电桥90的有利布置，从而电阻按照互相的定义的距离Δx沿着流动方向20布置。电阻R1-R4是条纹形地并且横切于流动方向20布置。如此外在图9中可以看出的，细胞10经过电阻对或也经过在分离的通道中的两个电阻对。在图16中示出，如何利用平行接线160也可以实现经由所有四个磁阻性组件R1-R4的流动20，其中它们按一行沿着流动通道20布置。
[0068] 图10示出两个测量电阻R3、R4的平行布置90的测量信号与距离Δx的依赖关系。在距离Δx减小的情况下测量信号接近。对于距离Δx1，测量信号尚互相分离并且不重叠。在此示出，与对角线布置40相反在平行布置90中测量偏转顺序是镜像的。在经过第一电阻R3的情况下首先发生正的测量偏转并且然后发生负的偏转。在经过第二测量电阻R4的情况下首先发生负的并且然后正的测量偏转。在测量电阻R3、R4进一步接近的情况下发生测量信号的重叠，在距离Δx4的情况下测量信号重叠为使得仅剩三个测量偏转被记录，其中第二、中间的测量偏转具有双倍的幅值高度A。双倍的幅值高度A可以用于改进的信噪比。
[0069] 图11示出了经由平行布置的测量信号走向。在这种情况下测量偏转的波峰值也精确地对应于时刻t11-t13或相对于电阻的位置。它们在图12中在细胞10经由测量电阻R3、R4的时间走向中示出。在时刻t11细胞10开始经过第一测量电阻R3。细胞10以速度v运动经过测量电阻。记录细胞10的散射场的面内场。在时刻t12细胞10以最高幅值A精确位于平行布置90中在两个磁阻性组件R3、R4之间。在时刻t3细胞10结束经过第二传感器R4。两个传感器R3、R4以距离Δx位于平行布置90中。
[0070] 图13又示出对角线布置40中测量信号的时间走向，具有磁阻性组件R1、R4的距离Δx，其引起具有不同幅值的四个测量偏转的测量信号走向。测量偏转的波峰值的时刻t31至t34又在图14中示出并且与细胞10关于测量电阻R1、R4的位置相关。细胞10以时间间隔Δt在两个极大值之间、也就是在时刻t31和t33的测量偏转的波峰值之间经过的路径Δx，精确相应于两个传感器元件R1、R4的距离Δx。通过测量点的数量N，和已知的数据传输率 ，可以这样确定速度v：
[0071]
[0072] 对于具有平行布置160的通流速度的这样的计算优选将惠斯通电桥的所有四个电阻R1-R4作为磁阻性组件使用并且按一行布置，从而首先经过第一对R1、R2并且按照比组件距离Δx更大的距离Δx经过第二对R3、R4。图15示出了细胞10关于测量电阻R1-R4的走向。图17示出了平行布置160中两个相继的对R1、R2和R3、R4的测量信号。图18示出细胞10对传感器布置的相应经过。在时刻t71细胞10以速度v经过第一传感器元件R1。在时刻t72细胞10到达在前两个组件R1/R2之间的中心。该位置相应于第一测量信号的最高波峰值t72。在时刻t73细胞
10结束第二传感器R2。在时刻t74细胞10已经到达在第二对的组件之间的中心，也就是又是第二测量信号的最高波峰值。在时刻t72和t74的这两个极大值的时间间隔ΔT用ΔT来表示。
现在又可以利用该时间差ΔT来确定通流速度v。
[0073]
[0074] 根据这样确定的通流速度v从时间间隔ΔT/Δt和组件的已知的距离Δx或已知的对距离ΔX可以在所有情况下也确定细胞直径，方法是将通流速度v[μm/s]与时间间隔Δt[sec]或ΔT[sec]相乘。
