مقدمه ای بر اصل کولتر

اصل کولتر

اصل کولتر روشی مرجع برای مطالعه اندازه و دینامیک ذرات است که بر اساس تغییرات قابل اندازه گیری در امپدانس الکتریکی است که توسط ذرات نارسانا در محلول الکترولیت تولید می شود. امروزه از آن به عنوان آزمایش حدی برای ذرات معلق در محلول های تزریقی با حجم زیاد نیز استفاده می شود.

از زمانی که کولتر روشی را برای شمارش و اندازه ذرات معلق در یک محلول رسانا در سال 1953 به ثبت رساند، اصل کولتر به طور گسترده برای این منظور مورد استفاده قرار گرفت. اگرچه این تکنیک در ابتدا برای شمارش و اندازه گلبول های قرمز استفاده می شد، اما امروزه اساس چندین ابزار شمارش ذرات مختلف است که توسط تعدادی از شرکت ها در سراسر جهان تولید می شود.

توصیف کلی اصل کولتر

اصل کولتر بر این واقعیت استوار است که قرار دادن اجسام در یک میدان الکتریکی، جریان در آن میدان را تغییر می‌دهد. یک دهانه کوچک یا دیافراگم که بین الکترودها قرار می گیرد، ناحیه حسگری را نشان می دهد که ذرات معلق از آن عبور می کنند و حجم آنها با استفاده از امپدانس الکتریکی اندازه گیری می شود.

از آنجایی که جریان الکتریکی در محدوده دیافراگم محدود می‌شود، ذرات، حجمی از مایع رسانا را به اندازه خود تغییر می‌دهند زیرا توسط خلاء کشیده می‌شوند. این به نوبه خود پالس های قابل اندازه گیری تولید می کند که می توانند با تجهیزات پیشرفته بیشتر تجزیه و تحلیل شوند.

نتیجه، آنالیز همزمان اندازه و غلظت ذرات در وضوح بالا است،که این اصل را از اندازه‌گیری‌های پراکندگی نور که اطلاعات غلظت را به دست نمی‌دهند جدا می‌کند. به بیان دقیق تر، تکنیک های پراکندگی نور(light scattering techniques) اندازه گیری کل جمعیت ذره را فراهم می کند، در حالی که اصل کولتر تجزیه و تحلیل ذره به ذره را ارائه می دهد.

شمارنده های کولتر

مجموعه گسترده ای از ابزارهای شمارش ذرات بر اساس اصل کولتر به صورت تجاری تولید شده و در تنظیمات مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. این ابزارها از شمارشگرهای کوچکی که برای شمارش گلبول های قرمز و سفید در بیمارستان‌های کوچک استفاده می‌شوند تا ابزارهای کنترل‌شده با ریزپردازنده چند پارامتری با رقیق‌سازی کاملاً خودکار نمونه‌ها و چاپ نتایج را شامل می‌شوند.

شمارنده های سلول های خونی بر اساس اصل تغییر رسانایی عمل می کنند، که هر بار که سلول از یک روزنه عبور می کند، اتفاق می افتد. مجموعه‌ای از پالس‌های ولتاژ به‌دست‌آمده (با بزرگی متناسب با حجم ذرات) به صورت الکترونیکی تقویت شده، مقیاس‌بندی شده و بر روی یک نمایشگر مناسب نمایش داده می‌شوند.

ابزار مبتنی بر اصل کولتر زمانی به بهترین شکل کار می کند که قطر متوسط ذرات بین 2 تا 40 درصد از قطر سوراخ اندازه گیری باشد. بنابراین حد بالایی از اندازه گیری با افزایش اندازه ذرات تحمیل می شود.

شمارنده‌های Coulter معمولاً همراه با یک نمایشگر اسیلوسکوپی برای نمایش اطلاعات پالسی که از تقویت‌کننده عبور کرده‌اند ارائه می‌شوند و به عنوان یک بررسی قابل مشاهده در روند شمارش عمل می‌کنند و هر گونه نقص (مانند سوراخ مسدود شده) را بلافاصله نشان می‌دهند.

آنالایزرهای بکمن کولتر

یک شرکت آمریکایی Beckman Coulter اصل کولتر را در مجموعه وسیعی از ابزارها معرفی کرده است که از ابزارهایی برای مقاصد ساده شمارش سلولی گرفته تا آنالایزرهای بالینی بزرگ و خودکار که می توانند برای تجزیه و تحلیل خون کامل استفاده شوند، را شامل می شود.

به عنوان مثال، آنالایزرهایی مانند UniCel DxH 800 یا LH 750 می توانند پلاکت ها را به عنوان ذرات بین 2 تا 25 فمتولیتر بشمارند. این منحنی را با محدوده 0-70 فمتولیتر نشان می دهد که برای استخراج تعداد پلاکت و سایر پارامترها برای اهداف صنعتی و تحقیقاتی استفاده می شود.

در نتیجه، اصل Coulter هنوز به عنوان فناوری اصلی برای تعیین مشخصات ذرات در نظر گرفته می شود و ابزار Beckman Coulter دستگاه های قدرتمند و کاربر پسند برای شمارش ذرات هستند. سری Z برای شمارش سلولی اولیه در نظر گرفته شده است، در حالی که سری Multisizer تجزیه و تحلیل پالس دیجیتال و محدوده اندازه گسترده را ارائه می دهد.

کانتر کولتر(Coulter Counter) چگونه کار می کند؟

Coulter Counter ابزاری است که می تواند سلول های یک الکترولیت را شمارش و اندازه گیری کند تا اطلاعات ارزشمندی را در اختیار محققان قرار دهد. برای مثال، تعداد سلول‌های یک نوع خاص در نمونه خون می‌تواند سرنخ‌هایی از نوع بیماری که بیمار از آن رنج می‌برد را ارائه دهد.

تعداد سلول کم یا زیاد در شناسایی بیماری ها مهم است. Coulter Counter قادر به شمارش اریتروسیت ها (گلبول های قرمز)، لکوسیت ها (گلبول های سفید خون) و پلاکت ها است. این ابزارها معمولاً در بیمارستان‌ها یافت می‌شوند تا به کادر پزشکی کمک کنند تا تعداد سلول‌های نمونه خون بیمار را تعیین کنند(شمارش کامل خون). آنها همچنین برای شمارش انواع دیگر سلول ها مانند باکتری ها، چربی ها، ماهیچه ها و انواع دیگر سلول ها مفید هستند.

با یک شمارنده Coulter، یک الکترولیت حاوی سلول ها از طریق یک روزنه کوچک که به جریان الکتریکی متصل است حرکت می کند. شمارش با مشاهده تغییرات ولتاژ شناسایی شده در حین حرکت سلول یا الکترولیت از طریق دیافراگم به دست می آید. به عنوان مثال، ممکن است هنگام عبور مولکول از روزنه، افت جریان داشته باشد زیرا مولکول رسانایی کمتری نسبت به الکترولیت اطراف دارد. پالس های ولتاژ بینشی را در مورد حجم سلول های عبوری در سوسپانسیون فراهم می کنند.

اولین پتنت برای این ایده در سال 1949 در اداره ثبت اختراع ایالات متحده ثبت شد و در سال 1953 برای مهندس برق آمریکایی والاس کولتر که با برادرش جوزف کولتر در حال انجام تحقیقات در این زمینه بود، صادر شد. آنها افرادی بودند که پشت اصل کولتر بودند که تعریف می کردند چگونه ذراتی که همزمان با جریان الکتریکی از یک سوراخ کوچک عبور می کنند، بر خوانش بر اساس حجم و مقاومت قابل اندازه گیری حاصل در الکترولیت تأثیر می گذارد.

این سیستم به گونه ای تنظیم شد که اطمینان حاصل شود که تنها یک سلول در هر زمان می تواند از دیافراگم عبور کند. در یک آزمایش اولیه، آنها با ایجاد یک سوراخ در سلفون که یک لوله مویرگی کوچک را پوشانده بود، آزمایش کردند. آنها الکترودهایی را به سلفون متصل کردند تا جریان الکتریکی ایجاد کنند. در نسخه‌های بعدی، آنها بر یافتن راه‌هایی برای خودکارسازی فرآیند تمرکز کردند.

پس از تایید مفهوم خود، آنها قراردادی را برای دفتر تحقیقات دریایی در ایالات متحده برای ساخت ابزار Coulter Counter امضا کردند. آنها اولین نسخه خود را شامل یک سیستم اندازه گیری، شمارنده پالس، اسیلوسکوپ و مانومتر جیوه ای در سال 1952 ساختند و توسط مؤسسه ملی بهداشت ارزیابی شد. شمارنده های کولتر بسته به نوع تحقیقی که انجام می شود می توانند از جریان مستقیم یا جریان متناوب استفاده کنند. نسخه های جریان مستقیم رایج ترین هستند، اما جریان متناوب به دلیل خواص غشای سلولی برای بررسی سلول های خونی در هماتولوژی مفید است.

برادران به اصلاح این اختراع ادامه دادند و Coulter Electronics را در سال 1958 راه اندازی کردند. این سیستم برای شمارش ذرات در الکترولیت ها رایج شد. اختراعات مختلف ساختار Coulter Counter و انطباق‌های آن در طول سال‌ها را مشخص می‌کنند. نسخه اولیه Coulter Counter مدل A نام داشت.

شرکت آنها با ایجاد تغییرات جدید رشد کرد. نوآوری‌های بعدی، تحولات فناوری را در بر می‌گیرد. به عنوان مثال، یک نسخه ترانزیستوری اولیه مدل F نام داشت.

محققان سایر سازمان‌ها به بهبود فرآیند Coulter Counter ادامه می‌دهند. برخی از نوآوری ها سعی در افزایش کارایی سیستم ها داشته اند. به عنوان مثال، جون هو و جیانگ ژ در دانشگاه آکرون حق ثبت اختراعی را در مورد دستگاه شمارش چند کاناله منتشر کرده اند.

شرکت های دیگری نیز در تولید و پالایش نسخه های خود از شمارنده های Coulter برای فروش مانند Thermo Fisher مشارکت دارند. Beckman Coulter به نوآوری در این زمینه با سازهای خود ادامه می دهد. این فناوری کاربرد خود را از پزشکی به صنایع دیگر مانند تولید مواد غذایی، سرامیک و فلزات مذاب گسترش داده است.

مطالعه صدها مطلب علمی در حوزه بیولوژی

آرشیو جدیدترین خبرهای روز دنیای بیولوژی