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Title:
DEVICE AND IN VITRO METHOD FOR THE MARKING-FREE IMAGING AND ANALYSIS OF CELLS AND CRYSTALS IN A BIOLOGICAL SAMPLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/144608
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an in vitro method and to a cell imaging device for imaging cells, in particular cell topographies, or crystals in a biological sample. A biological sample solution having at least one cell or at least one crystal is conducted into a microfluidic channel. The cell or the crystal is caused to rotate in the microfluidic channel. Then two images of the same cell or the same crystal following one another in time are produced from different orientations by means of a microscopy device.

Inventors:
HAYDEN OLIVER (DE)
KAPPEL ANDREAS (DE)
SCHMIDT OLIVER (DE)
Application Number:
PCT/EP2015/056040
Publication Date:
October 01, 2015
Filing Date:
March 23, 2015
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
B01L3/00; G01N15/14
Domestic Patent References:
WO2012057878A12012-05-03
Foreign References:
US20140071452A12014-03-13
US20110077496A12011-03-31
Other References:
ALBERT SAHRADHA ET AL: "Optofluidic Single-Cell Rotation", BIOPHYSICAL JOURNAL, vol. 106, no. 2, 16 February 2014 (2014-02-16), XP028825079, ISSN: 0006-3495, DOI: 10.1016/J.BPJ.2013.11.1195
KOLB T ET AL: "Dynamically reconfigurable fibre optical spanner", LAB ON A CHIP - MINIATURISATION FOR CHEMISTRY AND BIOLOGY 20140321 ROYAL SOCIETY OF CHEMISTRY GBR, vol. 14, no. 6, 21 March 2014 (2014-03-21), pages 1186 - 1190, XP055207687, ISSN: 1473-0197
BRYAN J BLACK AND SAMARENDRA K MOHANTY: "Fiber-optic spanner", OPTICS LETTERS, OPTICAL SOCIETY OF AMERICA, US, vol. 37, no. 24, 15 December 2012 (2012-12-15), pages 5030 - 5032, XP001579590, ISSN: 0146-9592, [retrieved on 20121204], DOI: 10.1364/OL.37.005030
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Claims:
Patentansprüche

1. In-vitro Verfahren zur Darstellung von Zellen (2,3,4,5) oder Kristallen in einer biologischen Probe 1 mit folgenden Schritten:

- Führen der biologischen Probe (1) mit wenigstens einer Zel¬ le (2,3,4,5) und/oder einem Kristall in einen mikrofluid- ischen Kanal (7),

- Initiieren einer Rotation der Zelle (2,3,4,5) und/oder des Kristalls im mikrofluidischen Kanal (7) mittels einer ersten Vorrichtung (10, 11, 19, 20),

- Erzeugen wenigstens zweier zeitlich aufeinander folgender Bilder (16, 17) derselben Zelle (2, 3, 4, 5) und/oder dessel- ben Kristalls mittels einer Mikroskopiervorrichtung (6).

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine dreidimensionale Ab¬ bildung einer Zelloberfläche der Zelle (2, 3, 4, 5) oder ei¬ ner Kristalloberfläche aus den wenigstens zwei Bildern (16, 17) der Zelle (2) mittels einer Prozessoreinheit berechnet wird .

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei anhand der Bilder ein Zelltyp, insbesondere ein dysmorpher Zelltyp, ermittelt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rotation der Zelle (2, 3, 4, 5) oder des Kristalls hydro¬ dynamisch mittels einer gezielten Strömung, insbesondere Wir- belströmung, der biologischen Probe (1) initiiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Strömung mittels we¬ nigstens eines Strömungshindernisses (10, 11) im mikrofluid- ischen Kanal (7) erzeugt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Strömung mit Hilfe der Zufuhr einer Trägerflüssigkeit (14, 15) in einem bestimmten Winkel, insbesondere rechtwinklig, zu einer Längs¬ achse des mikrofluidischen Kanals (7) erzeugt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zelle (2, 3, 4, 5) und/oder der Kristall ungefärbt analy¬ siert werden.

8. Zelldarstellungsvorrichtung (18) zur Analyse von Zellen (2,3,4,5) und Kristallen in einer biologischen Probe (1), um- fassend:

- einen mikrofluidischen Kanal (7) zum Aufnehmen einer biolo¬ gischen Probe (1) mit wenigstens einer Zelle (2,3,4,5) und/oder einem Kristall,

- eine erste Vorrichtung zur Initiierung einer Rotation (10, 11, 19, 20) der Zelle (2,3,4,5) und/oder des Kristalls im mikrofluidischen Kanal (7),

- eine Mikroskopiervorrichtung zum Abbilden der Zelle

(2,3,4,5) und/oder des Kristalls, wobei die

Mikroskopiervorrichtung (6) derart ausgebildet ist, wenigs- tens zwei Bilder (16, 17) derselben Zelle (2) zu erzeugen.

9. Zelldarstellungsvorrichtung (18) nach Anspruch 8 mit einer Prozessoreinheit zum Berechnen einer dreidimensionalen Abbil¬ dung einer Zelloberfläche der Zelle (2, 3, 4, 5) oder einer Kristalloberfläche aus den wenigstens zwei Bildern (16, 17) der Zelle (2) .

10. Zelldarstellungsvorrichtung (18) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Mikroskopiervorrichtung ein digitalholographisches Mikroskop (6) ist.

11. Zelldarstellungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei das digitalholographisches Mikroskop (6) ein linsenfreies Mikro¬ skop ist.

12. Zelldarstellungsvorrichtung (18) nach einem der Ansprüche 8 bis 11 mit einer zweiten Vorrichtung zum Erfassen von Mie- und /oder Rayleigh-Streuung .

13. Zelldarstellungsvorrichtung (18) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Zelle (2,3,4,5) und/oder der Kristall mit einem Farbstoff eingefärbt ist.

14. Zelldarstellungsvorrichtung (18) nach einem der Ansprüche 8 bis 13 mit einem Fluoreszenzmikroskop als einer zweiten Mikroskopiervorrichtung .

Description:
Beschreibung

Vorrichtung und in-vitro Verfahren zur markierungsfreien Dar ¬ stellung und Analyse von Zellen und Kristallen in einer bio- logischen Probe

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein in-vitro Ver ¬ fahren zur markierungsfreien Darstellung und Analyse von Zelltopographien und Zelltypen unter Verwendung einer

Mikroskopiervorrichtung.

Die Darstellung von biologischen Proben, insbesondere von Zellen, Bakterien oder Partikeln in Suspension ist von beson ¬ derer Bedeutung, wenn diese Proben identifiziert, klassifi- ziert und ggf. sortiert werden müssen.

Insbesondere das Bestimmen von Zellen und deren Zuordnung zu einem Zelltyp ist in der Zytologie von großer Bedeutung. In hamatologischen Untersuchungen werden beispielsweise zellulä- re Blutkomponenten, wie Erythrozyten, Thrombozyten und weiße Blutzellen bestimmt und quantifiziert. Die weißen Blutzellen werden nach granulären Zellen, wie beispielsweise

Neutrophile, Eosinophile und Basophile, und nach nicht granulären Zellen, beispielsweise Lymphozyten oder Monozyten differenziert. Rote Blutkörperchen werden je nach Reife in Reticulozyten und reife Erythrozyten eingeteilt.

Für die Differenzierung von granulären Zellen, insbesondere von Eosinophilen und Basophilen, wird eine Färbung einge- setzt. Die Auswertung der Zellpopulationen erfolgt üblicher ¬ weise durch vollautomatisierte Hämatologie-Analysatoren oder durch Mikroskopie. Die Analyse in vollautomatisierten Analy ¬ satoren erfolgt nach festgesetzten Algorithmen. Dies führt jedoch dazu, dass in Proben mit pathologischen Populationen Fehlermeldungen angezeigt werden. Daher werden im nächsten

Schritt üblicherweise Mikroskopaufnahmen der Zellen als Vali ¬ dierungsmethode ausgewertet. Dieser Schritt ist aufwendig und kostenintensiv, da er in der Probenvorbereitung, Mikroskopie und weiteren Bearbeitungsschritten manuelle Bewertung erfor ¬ dert .

Eine Analyse von unterschiedlichen Zelltypen ist ebenfalls in der Urinanalyse nötig. Die Urinsedimentanalyse ist eine etab ¬ lierte in-vitro Diagnostikmethode zur Bestimmung von Nieren ¬ störungen und Störungen des Urogenitaltraktes. Die Urinprobe wird typischerweise zentrifugiert , der Überstand verworfen und das Sediment wieder resuspendiert. Anschließend wird die Probe mittels eines Phasenkontrastmikroskops untersucht. Wei ¬ terhin können zelluläre Elemente mittels der Sternheimer- Malvin-Färbung dargestellt werden. Mit polarisiertem Licht ist es möglich, doppelbrechende Elemente, wie beispielsweise Harnsäurekristalle, Lipidtröpfchen oder ovale Fettkörnchen nachzuweisen. Auch hier müssen die Probenvorbereitung, Mikro ¬ skopie und weitere Arbeitsschritte inklusive der Auswertung manuell erfolgen. Dies ist aufwendig und kostenintensiv.

Auch in der quantitativen Blut zelldiagnostik kann auf ein Hä- matologie-Analysator verzichtet werden und stattdessen jede Einzelzelle mikroskopiert werden. Dann ist es möglich, das Blutbild unabhängig von festen Algorithmen quantitativ zu be ¬ stimmen. Von Nachteil ist allerdings, dass der Probendurch ¬ satz deutlich geringer als bei einem Hämatologie-Analysator ist. Weiterhin bleibt der Aufwand, die Zellen auf Objektträ ¬ gern zu immobilisieren und zu färben weiterhin bestehen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist folglich das Bereitstellen eines effizienten und zeitsparenden Verfahrens zum Darstellen von Zellen und Kristallen in biologischen Pro ¬ ben .

Diese Aufgabe wird von dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Zelldarstellungsvorrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbil ¬ dungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben. Das erfindungsgemäße in-vitro-Verfahren zur Darstellung von Zellen, insbesondere von Zelltopographien, oder von Kristal ¬ len in einer biologischen Probe erfolgt in mehreren Schrit ¬ ten. Eine biologische Probelösung mit wenigstens einer Zelle und/oder wenigstens einem Kristall wird in einen mikrofluid ¬ ischen Kanal geführt. Die Zelle und/oder der Kristall wird im mikrofluidischen Kanal mittels einer ersten Vorrichtung zum Rotieren gebracht. Es werden dann zwei zeitlich aufeinander folgende Bilder derselben Zelle und/oder des Kristalls mit- tels einer Mikroskopiervorrichtung erzeugt.

Die Erfindung umfasst weiterhin eine Zelldarstellungsvorrich ¬ tung zur Analyse von Zellen und/oder Kristallen in einer bio ¬ logischen Probe. Diese Zelldarstellungsvorrichtung umfasst einen mikrofluidischen Kanal zum Aufnehmen der biologischen Probe, eine erste Vorrichtung zur Initiierung einer Rotation einer biologischen Zelle und/oder eines Kristalls im mikro- fluidischen Kanal, und eine Mikroskopiervorrichtung zum Ab ¬ bilden der Zelle und/oder des Kristalls. Die

Mikroskopiervorrichtung ist derart ausgebildet, dass sie we ¬ nigstens zwei Bilder derselben Zelle und/oder desselben Kris ¬ talls erzeugen kann.

Vorteilhaft ist es mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Zelldarstellungsvorrichtung möglich, die Zelle und/oder Kristalle aus unterschiedlichen Perspektiven darzu ¬ stellen, insbesondere zu fotografieren. Somit können Kristal ¬ le und Zellen, insbesondere pathologisch veränderte Zellen, analysiert und klassifiziert werden. Urinproben umfassen ty- pischerweise Kristalle. Es ist bei Urinproben ebenso möglich, dass sowohl Zellen, wie beispielsweise rote oder weiße Blut ¬ körperchen, als auch Kristalle in einer biologischen Probe auftreten. In Blutproben sind typischerweise ausschließlich Zellen unterschiedlicher Zelltypen enthalten, welche analy- siert werden. Ein Zell- oder Kristallnachweis ist ausschließ ¬ lich aufgrund der morphologischen Beschaffenheit der Zelle oder des Kristalls möglich. Die Rotation insbesondere der Zelle in Kombination mit einer Mikroskopiervorrichtung ermög- licht das Abbilden der Zelle mit dem optischen System aus verschiedenen Orientierungen. Die Zellen sind somit gut dif ¬ ferenzierbar, insbesondere nach einer Rekonstruktion. Insbe ¬ sondere Zellen mit optisch auffälligen dreidimensionalen Strukturen, wie beispielsweise ausgeprägten Organellen, Granulae oder spezielle Zellformen wie Erythrozyten und

Megakariozyten, lassen sich aus verschiedenen Winkeln dar ¬ stellen, wobei die Mikroskopiervorrichtung fixiert ist. Die Zellen oder Kristalle verbleiben in ihrer nativen Umge ¬ bung, wodurch vorteilhaft Artefakte von beispielsweise Trock ¬ nung und Färbung verhindert werden. Dies ermöglicht eine schnelle und wenig aufwendige Probenpräparation, die idealer ¬ weise für Point-of-Care-Anwendungen einsetzbar ist. Für die Analyse von Urin ist keine Sedimentationsanalyse notwendig. Bereits mit einem geringen Probenvolumen können Zellen und/oder Kristalle im Urin in ihrer nativen Umgebung analy ¬ siert werden, da sie aus verschiedenen Richtungen abgebildet werden .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung wird eine dreidimensionale Abbildung einer Zell ¬ oberfläche, d. h. der Zelltopographie der Zelle, oder eine Kristalloberfläche aus den wenigstens zwei Bildern der Zelle mittels einer Prozessoreinheit berechnet. Vorteilhaft ermög ¬ licht das dreidimensionale Modell der Zelle eine Klassifizie ¬ rung in beispielsweise pathologische und nicht-pathologische Zelltypen. Weiterhin ist die Unterscheidung reifer Erythrozy ¬ ten und Reticulozyten möglich.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbil ¬ dung der Erfindung wird die Rotation der Zelle hydrodynamisch mittels einer gezielten Strömung initiiert. Diese gezielte Strömung ist insbesondere eine Wirbelströmung, die die Zelle in Relation zur Mikroskopiervorrichtung rotiert, derart, dass die Mikroskopiervorrichtung die Zelle oder den Kristall aus unterschiedlichen Perspektiven aufnehmen kann ohne ihre eigen Position zu verändern. Die Zellen oder im Fall der Urinana- lyse auch die Kristalle, werden berührungslos manipuliert und können somit vorteilhaft in ihrer nativen Umgebung verblei ¬ ben. Die Rotation ist insbesondere durch die Strömungsge ¬ schwindigkeit der biologischen Probe durch den mikrofluid- ischen Kanal einzustellen. Vorteilhaft werden weiterhin

Zentrifugationsaggregate, insbesondere von Kristallen, bei der Urinsedimentationsanalyse vermieden. Durch das kontinu ¬ ierliche Führen von biologischer Probe durch den mikrofluid- ischen Kanal, kann die Analyse vorteilhafterweise solange dauern, bis eine minimale Anzahl von partikulären Komponenten des Urins oder Bluts analysiert ist. In Abhängigkeit der Durchflussgeschwindigkeit kann anschließend auf insbesondere die Erythrozytenzahl zur Klassifizierung zurückgeschlossen werden .

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Strömung mittels wenigstens eines Strömungshinder ¬ nisses im mikrofluidischen Kanal erzeugt. Ebenso kann die Strömung mithilfe der Zufuhr einer Trägerflüssigkeit in einem bestimmten Winkel zu der Längsachse des mikrofluidischen Ka ¬ nals erzeugt werden. Dieser Winkel ist insbesondere ein rech ¬ ter Winkel.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbil- dung der Erfindung werden die Zellen ungefärbt analysiert. Sie können somit vorteilhaft in ihrer nativen Umgebung ohne Artefakte von Trocknung und Färbung analysiert werden. Daher ist vorteilhaft eine kontinuierliche Analyse von Probelösung im mikrofluidischen Kanal möglich.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbil ¬ dung der Erfindung ist die Mikroskopiervorrichtung ein digi ¬ tal-holographisches Mikroskop. Der Einsatz eines digitalho ¬ lographischen Mikroskops erlaubt es, die Phaseninformation des Objekts quantitativ zu erfassen. Diese Mikroskopie- Methode ermöglicht eine besonders hohe axiale Auflösung. Axi ¬ al bedeutet in der Richtung der optischen Achse des Mikro ¬ skops. Eine digital-holographische Mikroskopie ermöglicht ei- ne Auflösung von bis zu einem Nanometer in z-Richtung. Dies entspricht einer Präzision, die um einen Faktor 100 bis 1000 höher liegt als mit anderen bekannten lichtmikroskopischen Verfahren. Aufgrund der präzisen Ermittlung eines Dickenpro- fils der Zelle gegenüber dem umgebenden Medium ist eine ge ¬ nauere Bestimmung des Zelltyps möglich. Als umgebendes Medium wird hier insbesondere die Trägerflüssigkeit im mikrofluid- ischen Kanal bezeichnet. Der Einsatz des digital-holographischen Mikroskops ist wei ¬ terhin besonders für das Fokussieren von sich in Rotation be ¬ findlichen Objekten von großem Vorteil. Da die Position der Zelle oder des Kristalls in z-Richtung, d.h. entlang der op ¬ tischen Achse des Mikroskops, nicht genau bekannt ist, kann die Zelle nachträglich durch Computer-Rekonstruktion des auf ¬ genommenen Hologramms fokussiert werden. Dadurch wird ein aufwändiger Autofokus wie er bei einem herkömmlichen Mikro ¬ skop nötig wäre, vermieden. Weiterhin ermöglicht das nach ¬ trägliche, digitale Fokussieren das Berechnen unterschiedli- eher Foki für unterschiedliche laterale Positionen im Bild ¬ feld. Das bedeutet, es können sich mehrere Zellen und/oder Kristalle gleichzeitig im Bildfeld des Mikroskops befinden und zeitgleich abgebildet werden. Insbesondere können sie auch dann abgebildet werden, wenn sich die Zellen nicht in einer Fokusebene befinden. Der Einsatz eines Konfokal-

Mikroskops zur Rekonstruktion der Zellen wird somit vermie ¬ den. Ebenso wird vorteilhaft der Einsatz eines Polarisierers vermieden . Das digital-holographische Mikroskop kann optional mit

Leuchtdioden (LEDs) oder Laserdioden verschiedener Wellenlän ¬ ge ausgerüstet sein. Dann können die Parameter Brechungsindex und physikalische Dicke der Objekte, insbesondere der Zellen, voneinander getrennt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbil ¬ dung der Erfindung ist das digital-holographische Mikroskop ein linsenfreies Mikroskop. Auf vorteilhafte Weise können dann mehrere mikrofluidische Kanäle auf einer Analyseeinheit, beispielsweise einem Chip, ausgewertet werden. Somit ist ein hoher Durchsatz von biologischen Proben zur Analyse möglich. Diese mehreren Mikrofluid-Kanäle können beispielsweise paral- lel auf einem Chip angeordnet sein.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbil ¬ dung der Erfindung umfasst die Zelldarstellungsvorrichtung eine zweite Vorrichtung zum Erfassen von Mie- und/oder Ray- leigh-Streuung . Diese Daten können vorteilhaft zusätzlich zur Differenzierung der Objekte, insbesondere der Zellen, heran ¬ gezogen werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbil- dung der Erfindung sind die Zelle und/oder der Kristall mit einem Farbstoff eingefärbt. Bereits die erste

Mikroskopiereinrichtung kann zur Abbildung des Farbstoffs, insbesondere des Fluoreszenzfarbstoffs ausgebildet sein. Al ¬ ternativ umfasst die Zelldarstellungsvorrichtung eine zweite Mikroskopiervorrichtung als Fluoreszenzmikroskop. Das Einfär ¬ ben, bzw. Markieren mit spezifischen Markierungen, insbeson ¬ dere mit Fluorophor oder Streulichtmarkern, insbesondere Gold, und anschließende Analysieren der Zellen ermöglicht ein Differenzieren über die reine Morphologie hinaus. Das Markie- ren erfolgt insbesondere mittels Antikörpern, welche an spe ¬ zifische Epitope der Zelle binden. Diese Epitope korrelieren wiederum mit einer Zellfunktionalität. Die Zelldarstellungs ¬ vorrichtung mit genau einem ersten Mikroskop zur Abbildung von Farbstoffen kann einen Farbstoff in einer Zelle von ver- schiedenen Seiten abbilden. Eine Zelldarstellungsvorrichtung mit der ersten und der zweiten Mikroskopiervorrichtung kann insbesondere die Morphologie einer Zelle mit hoher Auflösung in z-Richtung bestimmen und den Farbstoff nachweisen. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei ¬ spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch weiter er ¬ läutert. Es zeigen schematisch: Figur 1 eine schematische Darstellung des mikrofluid- ischen Kanals mit Mikroskopiervorrichtung und zwei Schnittbilder des mikrofluidischen Kanals,

Figur 2 ein weiteres schematisches Bild des fluidischen

Kanals mit Mikroskopiervorrichtung und einen zweiten Querschnitt des Fluidkanals,

Figur 3 einen Querschnitt durch den mikrofluidischen Ka ¬ nal im Bildfeld der mikroskopischen Vorrichtung zum Zeitpunkt tl,

Figur 4 einen Querschnitt durch den mikrofluidischen Ka ¬ nal im Bildfeld der Mikroskopiervorrichtung zum Zeitpunkt t2,

Figur 5 zwei Mikroskopaufnahmen zu den Zeitpunkten tl und t2.

Mithilfe des in-vitro-Verfahrens und der

Zelldarstellungsvorrichutng zur Analyse von Zellen und Kris ¬ tallen kann ein markierungsfreies Bestimmen der biologischen Probe erfolgen. Markierungsfrei bedeutet hier, dass die Zel ¬ len nicht durch beispielsweise Fluoreszenzfarbstoffe oder ra ¬ dioaktive Partikel markiert werden müssen. Eine biologische Probe kann daher beispielsweise eine Probe tierischer oder pflanzlicher Zellen, bakterieller Zellen und/oder Einzeller umfassen. Weiterhin kann die biologische Probe tierische oder menschliche Urinproben umfassen. In der Blutanalyse handelt es sich vorzugsweise um Vollblutproben, die beispielsweise Blutzellen wie Leukozyten, eosinophile Granulozyten oder basophile Granulozyten umfasst.

In diesen Ausführungsbeispielen umfasst die biologische Probe 1, hier Blut, einen ersten reifen Erythrozyten 2, einen dysmorphen Erythrozyten 3, einen Leukozyten 4 und einen zwei ¬ ten Erythrozyten 5. Die biologische Probe 1 wird in den Mik ¬ rofluidkanal 7 geführt. Die Zelldarstellungsvorrichtung 18 dieses Beispiels umfasst weiterhin ein digitalholographisches Mikroskop 6. Das Bildfeld 8 des digitalholographischen Mikro ¬ skops 6 zeigen die Figuren 3 bis 5. In allen Ausführungsbeispielen wird die biologische Probe 1 mittels des Mikrofluidkanals 7 an dem digitalholographischen Mikroskop 6 vorbeigeführt. Die Zufuhr der biologischen Probe 1 erfolgt somit kontinuierlich in den Mikrofluidkanal 7. Die Figuren 1 und 2 zeigen jeweils Vorrichtungen 10, 11, 19, 20, welche die Zellen in Rotation versetzen.

Figur 1 zeigt ein erstes Strömungshindernis 10 und ein zwei ¬ tes Strömungshindernis 11. Diese sind in einem definierten Abstand zum Bildfeld 8 des Mikroskops 6 angeordnet. Der Ab- stand ist derart, dass die Rotation der Zellen 2,3,4,5 im

Bildfeld 8 erfolgt. Die Schnittbilder AA x und BB x zeigen zwei typische Strömungshindernisse 10 und 11 in dem Mikrofluidka ¬ nal 7. Sie sind versetzt zueinander im Mikrofluidkanal 7 an ¬ geordnet, um die eine Wirbelströmung der biologischen Probe 1 zu erzeugen.

Das erste Strömungshindernis 10, das zweite Strömungs- hinderniss 11 und der mikrofluidische Kanal 7 werden typi ¬ scherweise aus demselben Material hergestellt. Insbesondere werden die Hindernisse 10, 11 und der mikrofluidische Kanal 7 in demselben Prozessschritt hergestellt. Die Herstellung er ¬ folgt mittels Heiß-Stempeln ( engl, „not embossing") oder al ¬ ternativ mittels Spritzgießen. Als Materialen werden transpa ¬ rente Polymere verwendet. Diese Polymere sind typischerweise Polymethylmethacrylat (PMMA) , Polyethylen, Polyethylenglycol , Polydimethylsiloxan, Polycarbonate, Polyetylenterephthalat (PET), Polystyrol oder Glas.

Die Dimension der Strömungshindernisse 10, 11 wird derart ge- wählt, dass sie 20%-50% des Querschnitts des Mikrofluidkanals 7 ausfüllen. Die Breite 21 und Höhe 22 der einzelnen Strö ¬ mungshindernisse 10, 11 beträgt typischerweise wenigstens 10% der Mikrofluidkanalbreite 23. Die typische Mikrofluidkanal- breite 23 beträgt 50 bis 500 pm. In diesem Beispiel beträgt die Mikrofluidkanalbreite 23 100 pm. Der Abstand der beiden Strömungshindernisse 10, 11 zueinander ist abhängig von der Mikrofluidkanalbreite 23 und liegt typischerweise in einem Bereich von halber bis doppelter Mikrofluidkanalbreite 23. Die Anzahl der Strömungshindernisse kann variieren, beträgt aber wenigstens eins.

Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für die Ini- tiierung der Rotation der Zellen 2,3,4,5. In diesem Ausfüh ¬ rungsbeispiel werden eine erste Trägerflüssigkeit 14 mittels des ersten Zuflusskanals 19 und eine zweite Trägerflüssigkeit 15 mittels des zweiten Zuflusskanals 20 in den Mikrofluidka- nal 7 geführt. Die Zuflusskanäle sind dabei orthogonal zur Längsachse des Mikrofluidkanals 7 angeordnet. Das Schnittbild CC ' des Fluidkanals 7 zeigt, dass die erste Trägerflüssigkeit unterhalb der zweiten Trägerflüssigkeit zugeführt wird. Hier ¬ durch wird eine Verwirbelung der biologischen Probe 1 im Mik ¬ rofluidkanal 7 erzeugt. Wiederum ist diese Vorrichtung zur Rotation der Zellen derart im Mikrofluidkanal 7 angeordnet, dass die Zellen besonders im Bildfeld 8 rotieren. Auch hier erfolgt die Zufuhr der biologischen Probe 1 kontinuierlich.

Als Trägerflüssigkeit wird typischerweise Wasser mit isotoni- schem Salzgehalt verwendet. Das Verhältnis vom Volumen der ersten oder zweiten Trägerflüssigkeit 14, 15 zu dem Volumen der biologischen Probe beträgt wenigstens eins. Alternativ kann auch die biologische Probe selber als Trägerflüssigkeit 14, 15 fungieren. Typischerweise erfolgt das Verfahren unter physiologischen Bedingungen, das heißt die Temperatur beträgt 37 °C. Es können aber ebenso Temperaturen in einem Bereich von 1°C bis 99°C, insbesondere von 20°C bis 40°C, für die Analyse der Zellen gewählt werden. Die Strömungsgeschwindigkeiten der Trägerflüssigkeiten 14, 15 und der biologischen Probe 1 be- tragen in diesem Beispiel 100 pm/ s . Typischerweise betragen die Strömungsgeschwindigkeiten wenigsten 0,1 pm/ s und liegen insbesondere in einem Bereich zwischen 10pm/s bis 1000pm/s. Die Figuren 3 und 4 zeigen jeweils das Bildfeld 8 des digi ¬ talholographischen Mikroskops 6. Es sind beispielhaft vier Bildebenen 9 des digitalholographischen Mikroskops 6 darge ¬ stellt. Eine erste Bildebene 9 soll hier als Beispiel für das Analysieren eines ersten reifen Erythrozyten 2 dienen. Jede beliebige Bildebene ist durch das digitale Fokussieren mit dem digital-holographischen Mikroskop 6 frei wählbar. Dies bedeutet insbesondere, dass eine Zelle 2, 3, 4, 5 nicht in derselben Bildebene bleiben muss. Sie kann durch die rotie- rende Bewegung zu unterschiedlichen Zeiten in unterschiedli ¬ chen Bildebenen 9 positioniert sein. Weiterhin können in dem ¬ selben Bild unterschiedliche Zellen 2,3,4,5 analysiert wer ¬ den . Die Belichtungszeit der einzelnen Bilder ist typischerweise sehr kurz, um Bewegungsunschärfe zu vermeiden. Der Abstand zweier Bilder sollte derart gewählt sein, dass wenigstens zwei Bilder aufgenommen werden, während die Zelle 2,3,4,5 das Bildfeld 8 passiert. In diesem Beispiel beträgt die Strö- mungsgeschwindigkeit 100pm/s, die Bildfeldgröße beträgt

200pm, typisch für ein 40fach Objektiv.

Die Belichtungszeit ist insbesondere kürzer als 1 ms, damit die Bewegungsunschärfe kleiner 1 pm ist. Der zeitliche Ab- stand zwischen zwei Bildern beträgt weniger als 100ms, insbe ¬ sondere weniger als 10ms, um mehr als zwei Bilder, d.h.

Mikroskopieaufnahmen machen zu können.

Figur 4 zeigt die Position des reifen Erythrozyten 2 zum Zeitpunkt t2 im Bildfeld 8. Figur 5 zeigt beispielhaft eine erste und eine zweite Mikroskopieaufnahme 16, 17 zu den Zeit ¬ punkten tl und t2 des reifen Erythrozyten 2. Die Bildebene 9 wurde hier also auf den reifen Erythrozyten 2 fokussiert. Mittels einer weiteren Bildebene können in diesem Beispiel auch der dysmorphen Erythrozyt 3 und der Leukozyt 4

abbgebildet werden.