[go: up one dir, main page]

RU2429465C1 - Optical diffuser for analysis of biologically active substance transfer, analytical system for determining biologically active substance in fluid and method of determining biologically active substance concentration in fluid - Google Patents

Optical diffuser for analysis of biologically active substance transfer, analytical system for determining biologically active substance in fluid and method of determining biologically active substance concentration in fluid Download PDF

Info

Publication number
RU2429465C1
RU2429465C1 RU2010137010/28A RU2010137010A RU2429465C1 RU 2429465 C1 RU2429465 C1 RU 2429465C1 RU 2010137010/28 A RU2010137010/28 A RU 2010137010/28A RU 2010137010 A RU2010137010 A RU 2010137010A RU 2429465 C1 RU2429465 C1 RU 2429465C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
biosensor
biologically active
circular dichroism
active substance
sensitive element
Prior art date
Application number
RU2010137010/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Михайлович Гусев (RU)
Валерий Михайлович Гусев
Олег Николаевич Компанец (RU)
Олег Николаевич Компанец
Михаил Алексеевич Павлов (RU)
Михаил Алексеевич Павлов
Юрий Михайлович Евдокимов (RU)
Юрий Михайлович Евдокимов
Сергей Геннадьевич Скуридин (RU)
Сергей Геннадьевич Скуридин
Дмитрий Петрович Чулков (RU)
Дмитрий Петрович Чулков
Валентина Алексеевна Дубинская (RU)
Валентина Алексеевна Дубинская
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Энергетические Технологии"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Энергетические Технологии" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Энергетические Технологии"
Priority to RU2010137010/28A priority Critical patent/RU2429465C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2429465C1 publication Critical patent/RU2429465C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: physics. ^ SUBSTANCE: optical diffuser comprises analytical system to determine biologically active substance in analysed fluid by registered optical biosensor pickup dichroism signal variation proceeding from DNA molecular structures. Said biosensor comprises sensitive element displaying circular dichroism in visible spectrum. Proposed system comprises narrow-band light source emitting on wavelength corresponding to maximum optical activity of sensitive element, wavelength selector made up of narrow-band interference filter, polariser to generate linearly polarised light flux, polarisation modulator, photo detector, registration and processing system and computer to calculate biologically active substance concentration proceeding from results of measuring circular dichroism signal differences obtained before contact of biosensor with analysed fluid and in preset interval of biosensor contact with analysed fluid. ^ EFFECT: higher accuracy of determination of concentration. ^ 5 cl, 5 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение относится к медицинской технике и биотехнологиям, а более конкретно к устройствам для определения в анализируемых пробах веществ или соединений, проявляющих круговой дихроизм (далее КД), в том числе реализующим биосенсорные технологии определения биологически активных веществ (далее БАВ), и может быть использовано в медицинской и клинической биохимии, а также в молекулярной фармакологии, в пищевой, фармацевтической и биотехнологической отраслях промышленности и экологии, и наиболее эффективно в клинической биохимии.The present invention relates to medical equipment and biotechnologies, and more specifically to devices for determining substances or compounds exhibiting circular dichroism in the analyzed samples (hereinafter referred to as CD), including those that implement biosensor technologies for determining biologically active substances (hereinafter BAS), and can be used in medical and clinical biochemistry, as well as in molecular pharmacology, in the food, pharmaceutical and biotechnological industries and ecology, and most effectively in clinical biochemistry missions.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Известны различные устройства, реализующие биосенсорные технологии, основанные на регистрации оптических сигналов биологически активных веществ, проявляющих аномальный круговой дихроизм в анализируемых жидкостях.Various devices are known that implement biosensor technologies based on the registration of optical signals of biologically active substances that exhibit abnormal circular dichroism in the analyzed liquids.

Известен спектрополяриметр фирмы Jasco Corporation, Япония (Jasco J- 710/720 Spectropolarimeter, Instruction Manual), содержащий источник светового излучения, селектор, поляризатор, модулятор поляризации, ячейку с исследуемой пробой, фотодетектор, синхронный усилитель, усилитель постоянного тока, компьютер, в котором регистрируют величину кругового дихроизма (далее КД), пропорциональную концентрации БАВ в пробе. Однако отсутствие режима накопления сигнала, а значит, недостаточная чувствительность определения БАВ (10-7 моля), большие вес, габариты и энергопотребление, высокая стоимость прибора, отсутствие мобильности приводят к ограничению области применения указанного спектрополяриметра.A known spectropolarimeter company Jasco Corporation, Japan (Jasco J-710/720 Spectropolarimeter, Instruction Manual) containing a light source, selector, polarizer, polarization modulator, cell with the sample under study, photodetector, synchronous amplifier, DC amplifier, computer, in which register the value of circular dichroism (hereinafter referred to as CD), proportional to the concentration of biologically active substances in the sample. However, the lack of signal accumulation mode, which means insufficient sensitivity for determining biologically active substances (10-7 moles), high weight, dimensions and power consumption, high cost of the device, and lack of mobility limit the scope of this spectropolarimeter.

Известны устройство для определения биологически активного вещества в анализируемой жидкости (RU, 2107280, С1) и две его технические реализации в виде полезной модели (DE, 10035709, С2) и портативного дихрометра СКД-2 (Успехи физических наук, 2004, т.174, №6, с.686-690), содержащие установленные последовательно источник светового излучения, селектор, поляризатор, модулятор поляризации, ячейку для размещения исследуемой пробы, содержащей биодатчик на основе холестерической жидкокристаллической дисперсии ДНК (далее ХЖКД ДНК) в контакте с анализируемой жидкостью, фотодетектор, синхронный усилитель, средство обработки сигнала, блок управления.A known device for determining the biologically active substance in the analyzed fluid (RU, 2107280, C1) and its two technical implementations in the form of a utility model (DE, 10035709, C2) and a portable dichrometer SKD-2 (Uspekhi Fizicheskikh Nauk, 2004, v.174, No. 6, p. 686-690), containing a sequentially installed light source, a selector, a polarizer, a polarization modulator, a cell for placing a test sample containing a biosensor based on cholesteric liquid crystal DNA dispersion (hereinafter referred to as CLCD DNA) in contact with the analyzed liquid w, photodetector, lock-in amplifier, the signal processing means, the control unit.

При прохождении через исследуемую пробу, биодатчик в которой проявляет свойства аномального кругового дихроизма, световой поток становится модулированным по интенсивности, благодаря чему на выходе фотодетектора возникает электрический сигнал, переменная составляющая которого на частоте модуляции поляризации излучения пропорциональна величине сигнала КД. Затем сигнал поступает на вход цифровой системы регистрации и после усиления, фильтрации и преобразования в цифровой код поступает в компьютер. Интерфейсная плата на основе микроконтроллера осуществляет необходимое взаимодействие всех узлов прибора, сбор и предварительную обработку сигнала КД, передачу данных в компьютер, а также тестирование параметров всех систем дихрометра.When passing through the test sample, in which the biosensor exhibits the properties of anomalous circular dichroism, the light flux becomes modulated in intensity, due to which an electric signal arises at the photodetector output, the variable component of which at the radiation polarization modulation frequency is proportional to the value of the CD signal. Then the signal is fed to the input of a digital registration system and, after amplification, filtering and conversion to a digital code, is fed to a computer. The interface board based on the microcontroller provides the necessary interaction of all the nodes of the device, the collection and preliminary processing of the CD signal, data transfer to the computer, as well as testing the parameters of all dichrometer systems.

Управление работой дихрометра СКД-2 осуществляется с помощью программного комплекса, осуществляющего различные режимы работы дихрометра и поддерживающего библиотеку методик для определения различных БАВ, благодаря чему пользователь имеет возможность выбрать из меню то вещество, определение концентрации которого требуется в данный момент, после чего программа в режиме диалога «ведет» исследователя через все действия, предписанные методикой, и выдает результат в виде значения концентрации определяемого соединения в исследуемом образце.The operation of the SKD-2 dichrometer is carried out using a software package that implements various modes of the dichrometer and supports a library of methods for determining various biologically active substances, so the user can select from the menu the substance whose concentration is currently required, after which the program is in mode the dialogue “leads” the researcher through all the actions prescribed by the method and gives the result in the form of the concentration value of the determined compound in the studied image tse.

Однако к недостаткам вышеупомянутых устройств можно отнести:However, the disadvantages of the above devices include:

- неоптимальную конструкцию лампового источника светового излучения, приводящую к образованию озона внутри спектрального блока в диапазоне УФ-излучения вблизи 200 нм;- non-optimal design of the lamp light source, leading to the formation of ozone inside the spectral block in the UV range near 200 nm;

- недостаточно надежный и сложный в изготовлении и настройке электродинамический привод (позиционного типа) поворота дифракционной решетки селектора;- insufficiently reliable and difficult to manufacture and configure the electrodynamic drive (positional type) rotation of the diffraction grating of the selector;

- недостаточную стабильность характеристик и недостаточную устойчивость к внешним воздействиям фотоэластического модулятора поляризации, а также- insufficient stability of the characteristics and insufficient resistance to external influences of the photoelastic polarization modulator, as well as

- влияние электронной схемы возбуждения модулятора на другие системы устройства, что понижает чувствительность регистрации КД, и, соответственно, измерения концентрации БАВ.- the influence of the electronic modulator excitation circuit on other systems of the device, which reduces the sensitivity of registration of CD, and, accordingly, the measurement of the concentration of biologically active substances.

Наличие паразитного сигнала КД из-за напряжений в окнах оптической кюветы с исследуемой пробой и несовершенства узла фиксации ячейки, а также избыточные шумы в канале регистрации КД приводят к недостаточной надежности и стабильности результатов измерений сигнала КД.The presence of a spurious CD signal due to the stresses in the windows of the optical cell with the sample under study and imperfections in the cell fixation unit, as well as excessive noise in the CD recording channel, lead to insufficient reliability and stability of the results of measurements of the CD signal.

Усиление результирующего сигнала КД по постоянному току в тракте синхронного усилителя приводит к температурному дрейфу сигнала, при этом наличие в синхронном усилителе аналогового фильтра низких частот существенно снижает возможности дальнейшей обработки полезного сигнала из-за ограниченного набора постоянных времени фильтра.The amplification of the resulting DC signal by direct current in the path of the synchronous amplifier leads to a temperature drift of the signal, while the presence of an analog low-pass filter in the synchronous amplifier significantly reduces the possibility of further processing of the useful signal due to the limited set of filter time constants.

Наличие селектора длины волны в виде монохроматора и отдельного блока термостатирования ячейки с пробой приводит к излишней громоздкости дихрометра.The presence of a wavelength selector in the form of a monochromator and a separate thermostatic control unit for the cell with the breakdown leads to excessive bulkiness of the dichrometer.

Перечисленные выше недостатки устройств для определения БАВ устранены в дихрометре для определения биологически активного вещества в жидкостях, гелях и пленках (RU, 92959, U1) и в дихрометре для определения биологически активного вещества в анализируемой жидкости (RU, 92960,U1). В указанных дихрометрах для достижения более высокой точности определения концентраций определяемых компонентов в любых анализируемых пробах, в том числе в жидкостях, гелях, пленках, предложены усовершенствованная конструкция лампового источника светового излучения, резко уменьшающая уровень образующегося озона в диапазоне УФ-излучения вблизи и ниже 200 нм, технологичный шаговый двигатель поворота дифракционной решетки, усовершенствована конструкция устройства для размещения анализируемой пробы, обеспечивающая возможность скользящего перемещения кюветы с пробой относительно корпуса устройства без появления напряжений в материале стенок кюветы, конструктивное выполнение фотоэластического модулятора поляризации в сочетании со стабилизацией его рабочего тока, обеспечившее высокую стабильность характеристик модулятора и устойчивость его к внешним механическим воздействиям.The above-mentioned disadvantages of devices for determining biologically active substances were eliminated in a dichrometer for determining a biologically active substance in liquids, gels, and films (RU, 92959, U1) and in a dichrometer for determining a biologically active substance in a analyzed liquid (RU, 92960, U1). In these dichrometers, in order to achieve higher accuracy in determining the concentrations of the components to be determined in any analyzed samples, including liquids, gels, films, an improved design of a lamp light source is proposed, which sharply reduces the level of ozone generated in the UV range near and below 200 nm , a technologically advanced stepper motor for turning the diffraction grating, the design of the device for placing the analyzed sample is improved, which allows sliding the movement of the cell with the sample relative to the body of the device without the appearance of stresses in the material of the cell walls, the constructive implementation of the photoelastic polarization modulator in combination with stabilization of its operating current, which ensured high stability of the modulator characteristics and its resistance to external mechanical influences.

Кроме этого, в предложенных устройствах для определения БАВ реализован принцип модульности, при котором функциональные модули устройства для определения БАВ содержат микроконтроллеры, обеспечивающие управление функциональными модулями в согласованных режимах и взаимодействие их между собой с помощью стандартного интерфейса типа I2C. Управление работой аналитического устройства осуществляется с помощью внешнего или встроенного компьютера, при этом микроконтроллер модуля цифровой системы регистрации обеспечивает выполнение необходимых операций микроконтроллерами других функциональных модулей, первичную обработку сигнала, передачу его по интерфейсу USB в указанный компьютер, прием и передачу команд компьютера другим функциональным модулям.In addition, the proposed devices for determining biologically active substances implement the principle of modularity, in which the functional modules of the device for determining biologically active substances contain microcontrollers that provide control of functional modules in coordinated modes and their interaction with each other using a standard interface like I2C. The operation of the analytical device is controlled using an external or built-in computer, while the microcontroller of the digital registration system module provides the necessary operations by microcontrollers of other functional modules, the primary signal processing, its transmission via USB to the specified computer, the reception and transmission of computer commands to other functional modules.

Указанные технические решения позволили несколько уменьшить габариты предложенных аналитических устройств за счет включения блока термостатирования ячейки с пробой в состав оптического (спектрального) блока.The indicated technical solutions allowed to slightly reduce the dimensions of the proposed analytical devices by including the thermostatting unit of the cell with the sample in the optical (spectral) unit.

Кроме того, стало возможным применение биодатчиков на основе молекулярных конструкций ДНК, сохраняющих свою аномальную оптическую активность в течение длительного времени.In addition, it has become possible to use biosensors based on molecular DNA constructs that retain their abnormal optical activity for a long time.

Использование предложенных аналитических устройств позволяет точнее и с лучшей воспроизводимостью определять величину КД, а значит, и концентрацию в жидкости различных БАВ, при этом достигается более высокая чувствительность их определения (до 10-9 М/л) и появляется возможность значительно расширить класс определяемых БАВ.Using the proposed analytical devices allows more accurately and with better reproducibility to determine the value of CD, and hence the concentration of various biologically active substances in the liquid, while achieving a higher sensitivity of their determination (up to 10-9 M / l) and it becomes possible to significantly expand the class of defined biologically active substances.

В то же время имеется множество аналитических задач, для решения которых не требуются полифункциональные широкодиапазонные дихрометры и которые можно было бы решить с помощью еще более простых и дешевых специализированных приборов, использующих для определения одного БАВ или однотипных БАВ конкретный специфический биодатчик, нацеленный на определение только этих БАВ. В этом случае можно было бы отказаться от таких достаточно громоздких элементов конструкции полифункциональных дихрометров, как мощный ламповый источник излучения, требующийся для обеспечения широкого диапазона длин волн его работы, селектор длины волны излучения в виде монохроматора и высокочувствительный детектор излучения на основе фотоэлектронного умножителя.At the same time, there are many analytical problems for the solution of which multifunctional wide-band dichrometers are not required and which could be solved with the help of even simpler and cheaper specialized instruments that use a specific specific biosensor to determine only these biologically active substances or biologically active ones, aimed at determining only these BAS. In this case, it would be possible to abandon such cumbersome structural elements of multifunctional dichrometers as a powerful tube radiation source, which is required to ensure a wide range of wavelengths of its operation, a radiation wavelength selector in the form of a monochromator, and a highly sensitive radiation detector based on a photoelectron multiplier.

Такая возможность появилась с созданием биодатчиков, содержащих в своем составе частицы молекулярных конструкций ДНК (МК ДНК) (Жидкокристаллические дисперсии и наноконструкции ДНК (под редакцией Ю.М.Евдокимова) - М., Радиотехника, 2008). Для МК ДНК характерна не только аномальная оптическая активность, проявляемая в виде интенсивной полосы в спектре КД в области поглощения азотистых оснований ДНК на длине волны ~270 нм, но и дополнительная аномальная оптическая активность в области поглощения чувствительных элементов биодатчика, например наномостиков, «сшивающих» МК ДНК, например наномостиков, содержащих в качестве структурных элементов хромофоры антибиотика на длине волны ~520 нм. Величина аномальной оптической активности биодатчиков на основе МК ДНК в этой полосе остается неизменной в течение длительного времени и может уменьшаться (вплоть до полного исчезновения) под действием БАВ, «мишенью» которых являются структурные элементы наномостиков, являющиеся, по сути, наносенсорами. Наличие и концентрацию БАВ в анализируемой жидкости определяют по величине регистрируемого изменения под действием БАВ (в результате его взаимодействия с МК ДНК) сигнала КД биодатчика только в одной указанной выше полосе в видимом диапазоне спектра при помощи предварительно записанного калибровочного графика.Such an opportunity appeared with the creation of biosensors containing particles of molecular DNA constructs (MK DNA) (Liquid crystal dispersions and DNA nanoconstructions (edited by Yu.M. Evdokimov) - M., Radio engineering, 2008). MK DNA is characterized not only by anomalous optical activity, manifested in the form of an intense band in the CD spectrum in the region of absorption of nitrogenous DNA bases at a wavelength of ~ 270 nm, but also by additional anomalous optical activity in the region of absorption of sensitive elements of the biosensor, for example, “crosslinking” nanobridges MK DNA, for example, nanobridges containing antibiotic chromophores as structural elements at a wavelength of ~ 520 nm. The magnitude of the anomalous optical activity of MK DNA biosensors in this band remains unchanged for a long time and can decrease (up to complete disappearance) under the influence of biologically active substances, the “target” of which are the structural elements of nanobridges, which are, in fact, nanosensors. The presence and concentration of biologically active substances in the analyzed liquid is determined by the magnitude of the recorded changes under the influence of biologically active substances (as a result of its interaction with MK DNA) of the CD sensor signal in only one of the above bands in the visible range of the spectrum using a pre-recorded calibration graph.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

В основу предлагаемого изобретения была положена задача создания компактной специализированной биосенсорной аналитической системы для определения в анализируемых жидких пробах БАВ, «мишенью» которых являются реакционно-способные, чувствительные к определяемому БАВ структурные элементы МК ДНК, обладающие аномальной оптической активностью в видимом диапазоне спектра, без какой-либо потери чувствительности регистрации сигнала КД, с высокой точностью определения концентрации определяемых БАВ, в том числе ультранизкой концентрации (до ~10-9 моля), в любых анализируемых пробах, в том числе в жидкостях, гелях, пленках, в том числе в биологических жидкостях, таких как плазма крови, цельная кровь и других.The basis of the present invention was the task of creating a compact specialized biosensor analytical system for determining biologically active substances in the analyzed liquid samples, the “target” of which are reactive, structurally sensitive MK DNA structural elements that are sensitive to a defined biological substance, having anomalous optical activity in the visible spectrum, without which or loss of sensitivity of registration of the CD signal, with high accuracy in determining the concentration of determined biologically active substances, including ultra-low concentration (d about ~ 10 -9 moles), in any analyzed samples, including liquids, gels, films, including biological fluids, such as blood plasma, whole blood, and others.

Поставленная задача решена созданием аналитической системы для определения биологически активного вещества в анализируемой жидкости по величине регистрируемого изменения оптического сигнала кругового дихроизма биодатчика под действием вещества, подлежащего определению, содержащая размещенные последовательно:The problem is solved by creating an analytical system for determining the biologically active substance in the analyzed fluid by the magnitude of the recorded change in the optical signal of the circular dichroism of the biosensor under the action of the substance to be determined, containing the following in sequence:

- источник светового излучения;- source of light radiation;

- селектор, приспособленный для формирования светового потока с длиной волны, соответствующей области оптической активности биодатчика, проявляемой в спектре его кругового дихроизма;- a selector adapted to form a luminous flux with a wavelength corresponding to the region of optical activity of the biosensor, manifested in the spectrum of its circular dichroism;

- поляризатор, приспособленный для формирования линейно поляризованного светового потока;- a polarizer adapted to form a linearly polarized light flux;

- спектральную щель, приспособленную для выделения линейно поляризованного светового потока с определенным направлением вектора поляризации;- a spectral gap adapted to isolate a linearly polarized light flux with a certain direction of the polarization vector;

- модулятор поляризации, приспособленный для преобразования указанного линейно поляризованного светового потока в циркулярно поляризованный световой поток с периодически изменяющимся направлением вращения вектора поляризации;a polarization modulator adapted to convert said linearly polarized light flux into a circularly polarized light flux with a periodically changing direction of rotation of the polarization vector;

- устройство для размещения пробы, содержащей биодатчик или анализируемую жидкость в контакте с биодатчиком, в оптически проницаемой кювете, содержащее узел термостатирования указанной кюветы;- a device for placing a sample containing a biosensor or an analyzed liquid in contact with the biosensor in an optically permeable cuvette containing a thermostatic unit for said cuvette;

- фотодетектор, приспособленный для регистрации оптических сигналов кругового дихроизма биодатчика и преобразования их в пропорциональный электрический сигнал;- a photodetector adapted for recording optical signals of circular dichroism of the biosensor and converting them into a proportional electrical signal;

- цифровую систему регистрации, приспособленную для выделения и усиления указанного электрического сигнала и преобразования его в цифровую форму;- a digital recording system adapted to isolate and amplify said electrical signal and convert it to digital form;

- средство обработки полученного электрического сигнала и вычисления концентрации биологически активного вещества в жидкости, отличающейся тем, что система:- a means of processing the received electrical signal and calculating the concentration of biologically active substances in a liquid, characterized in that the system:

- приспособлена для определения биологически активного вещества в анализируемой жидкости по величине регистрируемого изменения оптического сигнала кругового дихроизма биодатчика на основе молекулярных конструкций ДНК, содержащих чувствительный элемент, проявляющий круговой дихроизм в видимой области спектра;- adapted to determine the biologically active substance in the analyzed fluid by the magnitude of the recorded change in the optical signal of the circular dichroism of the biosensor based on molecular DNA constructs containing a sensitive element that exhibits circular dichroism in the visible spectrum;

- в качестве источника светового излучения содержит узкополосный источник света видимого диапазона, излучающий на длине волны, соответствующей максимуму оптической активности чувствительного элемента биодатчика, проявляемой им в видимой области спектра кругового дихроизма, и снабженный коллимирующей линзой, размещенной в пучке света источника излучения,- as a source of light radiation contains a narrow-band light source of the visible range, emitting at a wavelength corresponding to the maximum optical activity of the sensitive element of the biosensor, manifested by him in the visible region of the spectrum of circular dichroism, and equipped with a collimating lens placed in the light beam of the radiation source,

- в качестве селектора длин волн содержит узкополосный интерференционный фильтр, размещенный в пучке света источника излучения после коллимирующей линзы;- as a wavelength selector contains a narrow-band interference filter located in the light beam of the radiation source after the collimating lens;

- средство обработки приспособлено для вычисления концентрации биологически активного вещества на основе результатов измерений разности величин сигналов кругового дихроизма чувствительного элемента биодатчика, выполненных до контакта биодатчика с анализируемой жидкостью и через заданный промежуток времени контакта биодатчика с анализируемой жидкостью.- the processing means is adapted to calculate the concentration of the biologically active substance based on the measurement results of the difference in the values of the circular dichroism signals of the sensitive element of the biosensor, made before the biosensor contacts the analyte and after a predetermined period of time the biosensor contacts the analyte.

Поставленная задача была также решена разработкой способа определения концентрации биологически активного вещества в анализируемой жидкости с помощью контактирующего с ней биодатчика, содержащего чувствительный элемент, проявляющий круговой дихроизм, в котором анализируемую жидкость с биодатчиком облучают циркулярно поляризованным световым потоком в видимой области спектра на длине волны, соответствующей максимуму оптической активности чувствительного элемента биодатчика, проявляемой им в видимой области спектра кругового дихроизма, в котором концентрацию вещества определяют по величине регистрируемого изменения сигнала кругового дихроизма чувствительного элемента биодатчика под действием вещества, подлежащего определению, путем сравнения результатов измерений, зарегистрированных до контакта и при контакте биодатчика с анализируемой жидкостью, с калибровочными данными, отличающегося тем, что измерения сигнала кругового дихроизма осуществляют неоднократно через заданный промежуток времени контакта биодатчика с анализируемой жидкостью, меньший, чем время полной диффузии анализируемой жидкости в биодатчик, и при этом используют соответствующую охарактеризованную выше аналитическую систему согласно изобретению для определения биологически активного вещества в анализируемой жидкости.The problem was also solved by the development of a method for determining the concentration of a biologically active substance in an analyte using a biosensor in contact with it containing a sensitive element that exhibits circular dichroism, in which the analyte with a biosensor is irradiated with a circularly polarized light flux in the visible region of the spectrum at a wavelength corresponding to the maximum optical activity of the sensitive element of the biosensor, manifested by him in the visible region of the spectrum of circular dichroism oism, in which the concentration of the substance is determined by the magnitude of the recorded change in the circular dichroism signal of the sensitive element of the biosensor under the action of the substance to be determined by comparing the results of measurements recorded before contact and when the biosensor is in contact with the analyzed liquid, with calibration data, characterized in that the signal is measured circular dichroism is carried out repeatedly after a predetermined period of time of contact of the biosensor with the analyzed liquid, less than mja complete diffusion of the liquid being analyzed in the biosensor, and thus is used to characterize the proper analytical system above according to the invention for determining the active substance in an analyzed liquid.

При этом согласно изобретению целесообразно, чтобы в указанной аналитической системе источник светового излучения содержал два дополнительных узкополосных источника излучения, приспособленных для работы попеременно с первым источником и излучающих на длинах волн, на которых сигнал кругового дихроизма чувствительного элемента биодатчика исследуемой пробы минимален по отношению к оптическому сигналу кругового дихроизма чувствительного элемента биодатчика на длине волны первого источника излучения, при этом один из указанных дополнительных источников был приспособлен для излучения света на более короткой, а другой из указанных дополнительных источников был приспособлен для излучения света на большей длине волны по отношению к длине волны первого источника излучения, причем каждый из указанных дополнительных источников излучения был бы снабжен коллимирующей линзой, размещенной в пучке света соответствующего дополнительного источника излучения, а селектор длин волн содержал два дополнительных интерференционных фильтра, размещенных в пучке света каждого из указанных дополнительных источников излучения после соответствующей коллимирующей линзы, и чтобы система содержала средство для направления коллимированных потоков излучений дополнительных источников по пути потока излучения первого источника.Moreover, according to the invention, it is advisable that in the specified analytical system the light source contains two additional narrow-band radiation sources adapted to work alternately with the first source and emitting at wavelengths at which the circular dichroism signal of the sensitive element of the biosensor of the test sample is minimal with respect to the optical signal circular dichroism of the sensitive element of the biosensor at the wavelength of the first radiation source, while one of the indicated additional It was adapted to emit light at a shorter one, and the other of these additional sources was adapted to emit light at a longer wavelength with respect to the wavelength of the first radiation source, each of these additional radiation sources being equipped with a collimating lens placed in the light beam of the corresponding additional radiation source, and the wavelength selector contained two additional interference filters located in the light beam of each of the additional radiation sources after the corresponding collimating lens, and that the system contains means for directing collimated radiation flows of additional sources along the radiation path of the first source.

При этом в способе определения концентрации биологически активного вещества согласно изобретению целесообразно производить дополнительно облучение анализируемой жидкости с биодатчиком циркулярно поляризованным световым потоком на длинах волн короче и больше длины волны, при которых сигнал кругового дихроизма чувствительного элемента биодатчика минимален по отношению к оптическому сигналу кругового дихроизма чувствительного элемента биодатчика на длине волны, соответствующей указанному максимуму оптической активности чувствительного элемента биодатчика, и при этом использовать соответствующую охарактеризованную выше аналитическую систему согласно изобретению для определения биологически активного вещества в анализируемой жидкостиMoreover, in the method for determining the concentration of a biologically active substance according to the invention, it is advisable to additionally irradiate the analyzed liquid with a biosensor with a circularly polarized light flux at wavelengths shorter and longer than the wavelength at which the circular dichroism signal of the sensitive element of the biosensor is minimal with respect to the optical signal of circular dichroism of the sensitive element biosensor at a wavelength corresponding to the specified maximum optical activity senses an element of the biosensor, and at the same time use the corresponding analytical system described above according to the invention for determining the biologically active substance in the analyzed liquid

Поставленная задача была также решена созданием оптического диффузометра для анализа механизмов транспорта биологически активных веществ и определения их коэффициентов диффузии в биодатчик на основе молекулярных конструкций ДНК, содержащих чувствительный элемент, проявляющий свойства кругового дихроизма при облучении световым потоком в видимой области спектра, содержащего охарактеризованную выше аналитическую систему согласно изобретению для определения биологически активного вещества в анализируемой жидкости.The problem was also solved by creating an optical diffusometer for analyzing the mechanisms of transport of biologically active substances and determining their diffusion coefficients in a biosensor based on molecular DNA constructs containing a sensitive element that exhibits the properties of circular dichroism when exposed to a light flux in the visible region of the spectrum containing the analytical system described above according to the invention for determining the biologically active substance in the analyzed fluid.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

В дальнейшем аналитическая система для определения биологически активного вещества в анализируемой жидкости согласно изобретению поясняется примерами ее конструктивного выполнения и применения и прилагаемыми чертежами.In the future, the analytical system for determining the biologically active substance in the analyzed fluid according to the invention is illustrated by examples of its structural implementation and application and the accompanying drawings.

Фиг.1 - оптическая схема аналитической системы согласно изобретению, вариант выполнения.Figure 1 is an optical diagram of an analytical system according to the invention, an embodiment.

Фиг.2 - оптическая схема аналитической системы согласно изобретению, вариант выполнения.Figure 2 is an optical diagram of an analytical system according to the invention, an embodiment.

Фиг.3 - Спектр КД биодатчика на основе МК ДНК, "сшитых" наномостиками DAU-Сu.Figure 3 - CD spectrum of a biosensor based on MK DNA "crosslinked" by DAU-Cu nanobridges.

Фиг.4 - Зависимости величины относительного изменения сигнала кругового дихроизма ΔА/ΔАmax биодатчика на основе МК ДНК, генерируемого им на длине волны ~515 нм, от времени его обработки гипорамином, характеризующие динамику разрушения биодатчика МК ДНК под действием гипорамина.Figure 4 - Dependence of the magnitude of the relative change in the signal of circular dichroism ΔA / ΔA max of the biosensor based on MK DNA generated by it at a wavelength of ~ 515 nm, on the time of its treatment with hyporamine, characterizing the dynamics of the destruction of the MK DNA biosensor under the action of hyporamine.

Фиг.5 - Калибровочная зависимость величины ΔА/ΔАmах от концентрации гипорамина, соответствующая 10-минутной обработке гипорамином биодатчика на основе МК ДНК.Figure 5 - Calibration dependence of ΔA / ΔA max on hyporamine concentration, corresponding to a 10-minute treatment with hyporamine biosensor based on MK DNA.

Однако представленные примеры выполнения и применения аналитической системы согласно изобретению не ограничивают другие возможности его выполнения и применения, не выходящие за рамки формулы изобретения.However, the presented examples of the implementation and application of the analytical system according to the invention do not limit other possibilities of its implementation and application, not beyond the scope of the claims.

Наилучший вариант осуществления изобретенияBest Mode for Carrying Out the Invention

На Фиг.1 и Фиг.2 показаны структурные схемы двух вариантов выполнения аналитической системы согласно изобретению для определения биологически активного вещества (БАВ) в анализируемой жидкости с помощью биодатчика, содержащего чувствительный элемент, проявляющий круговой дихроизм в видимой области спектра цркулярно поляризованного светового потока, по величине регистрируемого изменения оптического сигнала биодатчика под действием вещества, подлежащего определению.Figure 1 and Figure 2 shows the structural diagrams of two embodiments of the analytical system according to the invention for determining a biologically active substance (BAS) in the analyzed fluid using a biosensor containing a sensitive element exhibiting circular dichroism in the visible spectral region of a circularly polarized light flux, the magnitude of the recorded change in the optical signal of the biosensor under the action of the substance to be determined.

Аналитическая система согласно изобретению, выполненная по первому варианту (Фиг.1), содержит один узкополосный источник 1 излучения видимого диапазона длин волн, коллимирующую линзу 2, размещенную в пучке света источника 1 излучения, и селектор, выполненный в виде узкополосного интерференционного фильтра 3, размещенного в пучке света, поступающего из коллимирующей линзы 2.The analytical system according to the invention, made according to the first embodiment (Figure 1), contains one narrow-band radiation source 1 of the visible wavelength range, a collimating lens 2 placed in the light beam of the radiation source 1, and a selector made in the form of a narrow-band interference filter 3, placed in a beam of light coming from a collimating lens 2.

При этом источник 1 излучения должен быть приспособлен для излучения на длине волны в области оптической активности чувствительного элемента биодатчика, проявляющего круговой дихроизм в узкой видимой области спектра. В качестве узкополосного источника 1 излучения целесообразно использовать миниатюрный и дешевый светоизлучающий диод с высокой яркостью излучения, например диод S12LG2C-B.In this case, the radiation source 1 must be adapted for radiation at a wavelength in the region of optical activity of the sensitive element of the biosensor exhibiting circular dichroism in a narrow visible region of the spectrum. As a narrow-band radiation source 1, it is advisable to use a miniature and cheap light emitting diode with a high brightness of radiation, for example, the diode S12LG2C-B.

Возможность использования для измерений только видимого диапазона длин волн расширяет выбор таких источников, которых имеется много в этом диапазоне, в том числе лазерных, а также исключает проблемы, связанные с использованием УФ-излучения (поглощение в воздухе, образование озона).The ability to use only the visible wavelength range for measurements expands the selection of sources that are numerous in this range, including laser ones, and also eliminates the problems associated with the use of UV radiation (absorption in air, ozone formation).

Узкополосный диодный источник 1 излучения заменяет собой традиционно используемые в полифункциональных дихрометрах широкополосный (обычно ламповый) источник излучения и селектор длины волны на основе монохроматора с их сложными и габаритными конструкцией и элементами и позволяет тем самым кардинально упростить, миниатюризировать и удешевить аналитическую систему для определения БАВ в анализируемой жидкости.Narrow-band diode radiation source 1 replaces the broad-band (usually tube) radiation source and wavelength selector based on a monochromator with their complex and dimensional design and elements, which are traditionally used in multifunctional dichrometers, and thereby dramatically simplify, miniaturize, and cheapen the analytical system for determining biologically active substances in the analyzed fluid.

Для проведения более точных измерений величины изменения под действием БАВ оптического сигнала чувствительного элемента биодатчика на длине волны максимума интенсивной (аномальной) полосы в видимой области спектра КД целесообразно использовать аналитическую систему, содержащую в дополнение к излучающему в указанной области спектра узкополосному источнику 1 излучения еще два узкополосных источника, работающих попеременно с первым источником 1 излучения и излучающих на длинах волн, где сигнал КД биодатчика по абсолютной величине минимален: один источник - на более короткой длине волны, другой источник - на большей длине волны по отношению к положению максимума указанной полосы в спектре КД чувствительного элемента биодатчика.To conduct more accurate measurements of the magnitude of the change under the influence of the biologically active substance of the optical signal of the sensitive element of the biosensor at the wavelength of the maximum of the intense (anomalous) band in the visible region of the CD spectrum, it is advisable to use an analytical system containing, in addition to the narrow-band radiation source 1 emitting two narrow-band sources a source operating alternately with the first radiation source 1 and emitting at wavelengths, where the CD signal of the biosensor in absolute value is mini small: one source at a shorter wavelength, another source at a longer wavelength relative to the position of the maximum of this band in the CD spectrum of the sensitive element of the biosensor.

Введение двух дополнительных миниатюрных источников излучения незначительно усложняет конструкцию аналитической системы, но позволяет учесть вклад фоновых сигналов в измеряемый сигнал КД и, соответственно, существенно повысить точность измерения изменений оптических свойств биодатчика при его взаимодействии с БАВ, а также наличия и концентрации БАВ в анализируемой жидкости.The introduction of two additional miniature radiation sources slightly complicates the design of the analytical system, but allows one to take into account the contribution of background signals to the measured CD signal and, accordingly, significantly increase the accuracy of measuring changes in the optical properties of the biosensor during its interaction with biologically active substances, as well as the presence and concentration of biologically active substances in the analyzed liquid.

В этом случае в пучке света каждого дополнительного узкополосного источника света могут быть установлены коллимирующие линзы и интерференционные фильтры, а для последующей поляризации, преобразования поляризации и просвечивания исследуемой пробы целесообразно осуществить совмещение и направление потоков коллимированного узкополосного излучения двух дополнительных источников света по пути потока излучения первого (рабочего) источника 1.In this case, collimating lenses and interference filters can be installed in the light beam of each additional narrow-band light source, and for subsequent polarization, polarization conversion, and transmission of the test sample, it is advisable to combine and direct the streams of collimated narrow-band radiation of two additional light sources along the radiation path of the first ( working) source 1.

Аналитическая система согласно изобретению, выполненная по второму варианту (Фиг.2), содержит три узкополосных источника 1, 1a, 1б излучения видимого диапазона длин волн, соответствующие им коллимирующие линзы 2, 2а, 2б, размещенные в пучке света соответствующих источников 1, 1а и 1б излучения, и соответственно три узкополосных интерференционных фильтра 3, 3а и 3б селектора, размещенные в пучках света, поступающего соответственно из коллимирующих линз 2, 2а и 2б. Кроме того, аналитическая система (Фиг.2) содержит два полупрозрачных плоскопараллельных зеркала А и Б, выполненных, например, из кварца, для направления потоков коллимированного узкополосного излучения источников 1а и 1б по пути потока излучения источника 1.The analytical system according to the invention, made according to the second embodiment (FIG. 2), contains three narrow-band radiation sources 1, 1a, 1b of the visible wavelength range, their corresponding collimating lenses 2, 2a, 2b, placed in the light beam of the corresponding sources 1, 1a and 1b radiation, and, accordingly, three narrow-band interference filters 3, 3a and 3b of the selector, placed in beams of light coming from collimating lenses 2, 2a and 2b, respectively. In addition, the analytical system (Figure 2) contains two translucent plane-parallel mirrors A and B, made, for example, of quartz, for directing the streams of collimated narrow-band radiation of sources 1a and 1b along the path of the radiation flux of source 1.

При этом источники 1, 1a и 1б излучения приспособлены для излучения на разных длинах волн:Moreover, the radiation sources 1, 1a and 1b are adapted for radiation at different wavelengths:

- источник 1 излучения - на рабочей длине волны, соответствующей максимуму оптического сигнала КД чувствительного элемента биодатчика в видимой области спектра КД;- radiation source 1 - at a working wavelength corresponding to the maximum of the optical signal of the CD of the sensitive element of the biosensor in the visible region of the CD spectrum;

- источник 1а излучения - на более короткой по отношению к рабочей длине волны источника 1, на которой оптический сигнал КД чувствительного элемента биодатчика имеет минимум;- radiation source 1a - at a shorter relative to the working wavelength of the source 1, at which the optical signal CD of the sensitive element of the biosensor has a minimum;

- источник 1б излучения - на длине волны, большей по отношению к рабочей длине волны источника 1, на которой оптический сигнал КД чувствительного элемента биодатчика также имеет минимум.- radiation source 1b - at a wavelength longer with respect to the working wavelength of source 1, at which the optical signal CD of the sensitive element of the biosensor also has a minimum.

В качестве источников 1, 1a и 1б излучения могут быть использованы, например, светодиоды типа S12LB2C-B, S12LG2C-B, NCSU033A и NCSU034A.As sources of radiation 1, 1a and 1b, for example, LEDs of the type S12LB2C-B, S12LG2C-B, NCSU033A and NCSU034A can be used.

Желательно, чтобы одна из плоскопараллельных поверхностей зеркал А и Б для исключения наложения на коллимированное излучение интерференционных эффектов имела антиотражающее покрытие, а другая максимально отражала излучение соответствующего этим зеркалам источника излучения и была прозрачна для излучения остальных узкополосных источников света.It is desirable that one of the plane-parallel surfaces of mirrors A and B to prevent interference effects from being collimated onto the collimated radiation has an antireflection coating, while the other reflects the radiation of the radiation source corresponding to these mirrors and is transparent to the radiation of other narrow-band light sources.

Вместо полупрозрачных зеркал можно использовать полностью отражающие зеркала, которые в соответствии с алгоритмом измерения изменений сигнала КД пробы и следующим этому алгоритму порядком последовательного включения каждого из источников излучения вводились бы в световой поток поочередно, соответственно включаемым поочередно дополнительным источникам излучения.Instead of translucent mirrors, completely reflecting mirrors can be used, which, in accordance with the algorithm for measuring changes in the CD signal and the following sequence of sequentially switching each of the radiation sources, would be introduced into the light flux alternately, respectively, alternately switched on by additional radiation sources.

Для решения задач, связанных только с определением наличия БАВ или грубой оценкой концентрации БАВ в исследуемой жидкости (например, тестирование биоцидов или определение пригодности жидкости для использования), и при использовании заведомо качественных биодатчиков введение в состав аналитической системы дополнительных к источнику, излучающему на рабочей длине волны, источников излучения и других элементов не требуется, и система остается наиболее простой и компактной.To solve problems associated only with the determination of the presence of biologically active substances or a rough estimate of the concentration of biologically active substances in the test fluid (for example, testing biocides or determining the suitability of the fluid for use), and when using known quality biosensors, the introduction of an additional analytical source to the source emitting at the working length in the analytical system waves, radiation sources and other elements are not required, and the system remains the simplest and most compact.

При использовании узкополосного источника (1, 1a, 1б) излучения наиболее эффективно в качестве селектора длины волны его излучения для еще большего сужения полосы излучения, если она недостаточно узка, использовать узкополосный интерференционный фильтр (3, 3а, 3б) с многослойным диэлектрическим покрытием, но возможно использование и других типов спектральных фильтров.When using a narrow-band radiation source (1, 1a, 1b), it is most effective as a wavelength selector of its radiation to narrow the emission band even more if it is not narrow enough, use a narrow-band interference filter (3, 3a, 3b) with a multilayer dielectric coating, but other types of spectral filters are also possible.

Коллимирующие линзы 2, 2а, 2б используются для компенсации расходимости излучения узкополосного источника света и могут быть выполнены любым известным специалисту образом.The collimating lenses 2, 2a, 2b are used to compensate for the divergence of the radiation of a narrow-band light source and can be performed in any way known to a person skilled in the art.

При этом аналитические системы согласно изобретению (Фиг.1, Фиг.2) также содержат:Moreover, the analytical systems according to the invention (FIG. 1, FIG. 2) also contain:

- поляризатор 4, формирующий из указанного излучения линейно поляризованный световой поток;- a polarizer 4, forming from the specified radiation a linearly polarized light flux;

- спектральную щель 5, выделяющую «обыкновенный» луч;- spectral gap 5, emitting an "ordinary" beam;

- модулятор 6 поляризации, преобразующий линейно поляризованный световой поток в поляризованный по кругу с периодически меняющимся направлением вращения вектора поляризации;- polarization modulator 6, which converts a linearly polarized light flux into a circularly polarized one with a periodically changing direction of rotation of the polarization vector;

- устройство 7 для размещения анализируемой пробы, содержащей биодатчик в анализируемой жидкости или биодатчик;- a device 7 for placing an analyzed sample containing a biosensor in the analyzed liquid or a biosensor;

- фотодетектор 8, преобразующий изменения аномального оптического сигнала КД чувствительного элемента биодатчика под действием БАВ в пропорциональный ему электрический сигнал;- photodetector 8, converting changes in the anomalous optical signal of the CD of the sensitive element of the biosensor under the influence of biologically active substances into an electrical signal proportional to it;

- цифровую систему 9 регистрации;- digital registration system 9;

- средство 10 обработки полученного электрического сигнала и вычисления концентрации БАВ в анализируемой жидкости или определения оптических свойств биодатчика;- means 10 for processing the received electrical signal and calculating the concentration of biologically active substances in the analyzed liquid or determining the optical properties of the biosensor;

- источник 11 питания фотодетектора 8.- power supply 11 of the photodetector 8.

Поляризатор 4 (Фиг.1, Фиг.2) приспособлен для формирования линейно поляризованного светового потока и может быть призменным (например, из нелинейного кристалла дигидрофосфата калия), пленочным (например, типа NPF-S), жидкокристаллическим (например, на основе сегнетоэлектрических жидких кристаллов СЖК-582) или изготовлен любым другим известным специалисту в этой области образом.The polarizer 4 (FIG. 1, FIG. 2) is adapted to form a linearly polarized light flux and can be prismatic (for example, from a nonlinear potassium dihydrogen phosphate crystal), film (for example, NPF-S type), liquid crystal (for example, based on ferroelectric liquid crystals SZhK-582) or made by any other method known to the person skilled in the art.

При использовании призменного или пленочного поляризатора 4 преобразование линейно поляризованного светового потока в поляризованный по кругу с периодически меняющимся направлением вращения вектора поляризации целесообразно осуществлять в электрооптическом модуляторе 6 круговой поляризации фотоэластического типа.When using a prism or film polarizer 4, it is advisable to convert a linearly polarized light flux into a circularly polarized one with a periodically changing direction of rotation of the polarization vector in an electro-optical modulator 6 of circular polarization of photoelastic type.

Вместо модулятора 6 фотоэластического типа могут быть использованы и другие типы электрооптических модуляторов, например комбинация модулятора на основе жидких кристаллов, обеспечивающего попеременное (периодическое) получение на выходе двух взаимно ортогональных линейных поляризаций, и четвертьволновой пластинки (λ/4) из кристаллического кварца, преобразующей линейно поляризованный световой поток в поляризованный по кругу с периодически меняющимся направлением вращения вектора поляризации.Instead of the photoelastic type modulator 6, other types of electro-optical modulators can be used, for example, a combination of a liquid crystal-based modulator that provides alternating (periodic) output of two mutually orthogonal linear polarizations, and a quarter-wave plate (λ / 4) from crystalline quartz that converts linearly polarized light flux into a circularly polarized with a periodically changing direction of rotation of the polarization vector.

Для лучшего разделения ортогональных поляризаций в случае использования призменного поляризатора, изготовленного из нелинейного кристаллического материала, может быть использована спектральная щель 5, которая располагается непосредственно после призменного поляризатора 4 (Фиг.1) или после электрооптического модулятора 6 круговой поляризации (Фиг.2).For better separation of orthogonal polarizations in the case of using a prism polarizer made of non-linear crystalline material, a spectral gap 5 can be used, which is located immediately after the prism polarizer 4 (Figure 1) or after the electro-optical circular polarization modulator 6 (Figure 2).

В качестве устройства 7 для размещения пробы целесообразно использовать оптически проницаемую термостатируемую, например, с помощью терморегулятора 7а на основе элементов Пельтье и датчиков температуры кювету или лунки термостатируемой стандартной микроплаты с минимальным остаточным дихроизмом прозрачного материала, соответственно, стенок кюветы или дна лунок, приспособленные для размещения в них биодатчика или пробы, содержащей анализируемую жидкость в контакте с биодатчиком.As a device 7 for placing a sample, it is advisable to use an optically permeable thermostatic, for example, using a temperature controller 7a based on Peltier elements and temperature sensors of a cuvette or a well of a thermostatic standard microplate with a minimum residual dichroism of a transparent material, respectively, of the walls of the cuvette or the bottom of the holes, adapted to accommodate in them a biosensor or sample containing the analyzed fluid in contact with the biosensor.

Благодаря высокой яркости излучения светодиодов, используемых в качестве источников 1, 1a, 1б излучения, в качестве фотодетектора 8, приспособленного для регистрации оптических сигналов кругового дихроизма биодатчика и преобразования их в пропорциональный электрический сигнал, вместо дорогих фотоэлектронных умножителей (например, HAMAMATSU R1464 или R7400U-04) могут быть использованы миниатюрные стандартные фотодиоды, например, ФД-24.Due to the high brightness of the light emitting diodes used as radiation sources 1, 1a, 1b, as a photodetector 8, adapted for recording optical signals of circular dichroism of the biosensor and converting them into a proportional electric signal, instead of expensive photoelectronic multipliers (for example, HAMAMATSU R1464 or R7400U- 04) can be used miniature standard photodiodes, for example, FD-24.

Целесообразно, чтобы в цепи фотодетектора 8, преобразующего изменения сигнала КД под действием БАС в электрический сигнал, имелась электрическая обратная связь с целью регулирования его чувствительности, устроенная таким образом, что при любом изменении интенсивности поляризованного по кругу светового излучения, облучающего исследуемую пробу, постоянная составляющая электрического напряжения на выходе фотодетектора оставалась неизменной, при этом переменная составляющая электрического напряжения будет пропорциональна величине кругового дихроизма исследуемой пробы. Благодаря такому подходу удается понизить уровень помех, связанных с изменениями интенсивности излучения, и повысить чувствительность системы регистрации и аналитической системы в целом.It is advisable that in the photodetector circuit 8, which converts changes in the CD signal under the influence of ALS into an electric signal, there is an electrical feedback in order to regulate its sensitivity, arranged in such a way that for any change in the intensity of circularly polarized light radiation irradiating the test sample, the constant component the voltage at the photodetector output remained unchanged, while the variable component of the voltage will be proportional to the value of cr ug dichroism of the test. Thanks to this approach, it is possible to reduce the level of interference associated with changes in radiation intensity and increase the sensitivity of the registration system and the analytical system as a whole.

Желательно для получения устойчивого режима работы фотодетектора 8 использовать стабильный регулируемый источник 11 питания и конструкцию фотодетектора 8, обеспечивающую надежное экранирование фотодетектора 8 от внешних электромагнитных полей и паразитной световой засветки.It is advisable to obtain a stable mode of operation of the photodetector 8 to use a stable adjustable power source 11 and the design of the photodetector 8, which provides reliable shielding of the photodetector 8 from external electromagnetic fields and stray light.

Управление функциональными устройствами аналитической системы согласно изобретению производится, например, с помощью компактного персонального компьютера (ноутбука), встроенного микрокомпьютера или иного аналогичного средства с соответствующим программным обеспечением.Functional devices of the analytical system according to the invention are controlled, for example, using a compact personal computer (laptop), an integrated microcomputer, or other similar means with appropriate software.

Целесообразно, чтобы в предлагаемой аналитической системе был реализован принцип модульности, выполнение необходимых операций вышеописанными функциональными модулями системы производилось с помощью микроконтроллеров, а схемотехнические решения предоставляли возможность использования для управления прибором как внешнего, так и встроенного компьютера. Компьютер средства 10 обработки производит включение и управляет работой источников 1, 1a, 1б излучения, модулятором 6 круговой поляризации, терморегулятором 7а температуры кюветы 7, источником 11 питания фотодетектора 8, цифровой системой 9 регистрации.It is advisable that the principle of modularity be implemented in the proposed analytical system, the necessary operations by the above-described functional modules of the system are carried out using microcontrollers, and the circuitry solutions provide the possibility of using both an external and an integrated computer to control the device. The computer of the processing means 10 turns on and controls the operation of radiation sources 1, 1a, 1b, circular polarization modulator 6, cuvette 7 temperature regulator 7a, photodetector 8 power supply 11, digital registration system 9.

Программное обеспечение осуществляет управление режимами работы аналитической системы согласно изобретению, визуальное отображение результатов измерения на экране персонального компьютера, сохранение и документирование результатов измерений, выполнение различных действий по обработке экспериментальных результатов (сглаживание, накопление, сравнение с другими результатами), калибровку аппаратной части прибора, вычисление неизвестной концентрации БАВ в жидкости с помощью предварительно построенных калибровочных графиков. Прием и передача команд от средства 10 обработки микроконтроллерам функциональных устройств производится через микроконтроллер цифровой системы 9 регистрации. Связь между модулями осуществляется посредством стандартного цифрового интерфейса типа I2C. Схемотехническое решение предоставляет возможность использования для управления системой как внешнего, так и встроенного компьютера по интерфейсу USB.The software manages the operating modes of the analytical system according to the invention, visually displays the measurement results on a personal computer screen, saves and documents the measurement results, performs various actions to process the experimental results (smoothing, accumulation, comparison with other results), calibrates the hardware of the device, calculates unknown concentration of biologically active substances in the fluid using pre-built calibration graphs. The reception and transmission of commands from the processing means 10 to the microcontrollers of the functional devices is carried out through the microcontroller of the digital registration system 9. Communication between the modules is carried out via a standard digital interface type I2C. The circuitry solution provides the possibility of using both an external and an embedded computer via the USB interface to control the system.

Таким образом, предлагаемое изобретение благодаря использованию биодатчиков на основе молекулярных конструкций ДНК и новых технических решений позволяет сделать аналитическое устройство для определения БАВ в жидкости, без ущерба для его чувствительности, более простым, более компактным и более мобильным с возможностью экспрессного проведения анализа содержащих БАВ жидкостей.Thus, the present invention through the use of biosensors based on molecular DNA constructs and new technical solutions allows us to make an analytical device for determining biologically active substances in a liquid, without compromising its sensitivity, simpler, more compact and more mobile with the possibility of express analysis of biologically active substances containing liquids.

Выполнение аналитической системы согласно изобретению позволяет выполнять ее в компактном исполнении в едином корпусе, обеспечить простоту обслуживания и мобильность в различных условиях эксплуатации.The implementation of the analytical system according to the invention allows it to be carried out in a compact design in a single package, to provide ease of maintenance and mobility in various operating conditions.

Применение аналитической системы согласно изобретению может быть проиллюстрировано на примере определения наличия и концентрации БАВ в анализируемой жидкости и измерения скорости диффузии БАВ в биоматериале.The use of the analytical system according to the invention can be illustrated by the example of determining the presence and concentration of biologically active substances in the analyzed fluid and measuring the diffusion rate of biologically active substances in the biomaterial.

Работа аналитической системы согласно изобретению, выполненной по второму варианту (Фиг.2), показана на примере определения в анализируемой жидкости (крови человека) наличия и концентрации гипорамина с использованием биодатчика на основе МК ДНК, выполненного в виде интегрального микрочипа, представляющего собой частицу ХЖКД ДНК, в которой соседние молекулы нуклеиновой кислоты «сшиты» наномостиками, состоящими из чередующихся ионов Сu2+ и молекул антибиотика дауномицина, образующих между собой полимерные хелатные сшивки (RU, 2139933, С1).The operation of the analytical system according to the invention, performed according to the second embodiment (Figure 2), is shown by the example of determining the presence and concentration of hyporamine in the analyzed liquid (human blood) using a MK DNA biosensor made in the form of an integrated microchip representing a CLCD DNA particle , in which neighboring nucleic acid molecules are “crosslinked” by nanobridges, consisting of alternating Cu 2+ ions and daunomycin antibiotic molecules, which form polymer chelate crosslinks (RU, 2139933, C1).

Применение указанных частиц ХЖКД ДНК в качестве интегрального биодатчика обусловлено тем, что молекулы многих химических и биологически активных соединений образуют комплексные соединения с ионами Сu2+, "вытаскивая" эти ионы из структуры хелатного комплекса с 4 атомами кислорода в составе двух последующих молекул антрациклинового соединения. Такой процесс сопровождается не только нарушением целостности всей полимерной "сшивки", но и соответствующим уменьшением аномальной оптической активности биодатчика (Фиг.3). Величина уменьшения аномальной оптической активности связана с величиной концентрации химического или биологически активного соединения, присутствующего в анализируемой жидкости и разрушающего полимерную хелатную "сшивку". Поэтому аномальный оптический сигнал можно использовать в качестве аналитического критерия, позволяющего определять аналиты, «мишенью» которых являются «строительные блоки» микрочипа, в частности структурные элементы наномостиков, в частности ионы Cu2+ и молекулы антибиотика. При этом чувствительным элементом биодатчика является молекула антибиотика, проявляющая различный по величине круговой дихроизм до и после нарушения целостности указанной «сшивки» - наномостика при облучении в видимой области спектра в полосе поглощения дауномицина на длине волны ~515 нм.The use of these particles of CLCD DNA as an integral biosensor is due to the fact that the molecules of many chemical and biologically active compounds form complex compounds with Cu 2+ ions , "pulling" these ions out of the structure of the chelate complex with 4 oxygen atoms in the two subsequent molecules of the anthracycline compound. This process is accompanied not only by the violation of the integrity of the entire polymer "crosslinking", but also by a corresponding decrease in the anomalous optical activity of the biosensor (Figure 3). The magnitude of the decrease in anomalous optical activity is related to the concentration of a chemical or biologically active compound present in the analyzed fluid and destroying the polymer chelate crosslinking. Therefore, an abnormal optical signal can be used as an analytical criterion for determining analytes whose “target” is the “building blocks” of the microchip, in particular, the structural elements of nanobridges, in particular Cu 2+ ions and antibiotic molecules. In this case, the antibiotic molecule is a sensitive element of the biosensor, exhibiting a circular dichroism of different magnitude before and after the integrity of the indicated “crosslinking” - nanobridge when irradiated in the visible spectral region in the absorption band of daunomycin at a wavelength of ~ 515 nm.

Для указанных исследований использовали аналитическую систему (Фиг.2), содержащую три источника излучения:For these studies used an analytical system (Figure 2) containing three radiation sources:

- источник 1, излучающий на длине волны ~515 нм, соответствующей максимуму интенсивной отрицательной полосы в спектре КД чувствительного элемента биодатчика - дауномицина,- source 1, emitting at a wavelength of ~ 515 nm, corresponding to the maximum of the intense negative band in the CD spectrum of the sensitive element of the biosensor - daunomycin,

- источник 1а, излучающий на длине волны ~450 нм, меньшей длины волны указанного максимума;- source 1A, emitting at a wavelength of ~ 450 nm, less than the wavelength of the specified maximum;

- источник 16, излучающий на длине волны ~700 нм, большей длины волны указанного максимума.- a source 16 emitting at a wavelength of ~ 700 nm, a longer wavelength of the indicated maximum.

В качестве источников 1, 1a и 1б излучения, содержащих коллимирующие линзы 2, 2а и 2б, были использованы светодиоды типа S12LG2C-B, S12LB2C-B и NCSU034A.As sources of radiation 1, 1a, and 1b, containing collimating lenses 2, 2a, and 2b, LEDs of the types S12LG2C-B, S12LB2C-B, and NCSU034A were used.

При этом аналитическая система также содержала:At the same time, the analytical system also contained:

- три узкополосных интерференционных фильтра 3, 3а, 3б, сужающие полосу излучения от источников 1, 1a, 1б; полупрозрачные плоскопараллельные пластины А и Б, при этом одна из плоскопараллельных поверхностей зеркал А и Б имела многослойное антиотражающее покрытие, а другая максимально отражала излучение соответственно источников 1а или 1б и была прозрачна для излучения остальных узкополосных источников, например, в зеркале Б - прозрачна для излучения источников 1 и 1а;- three narrow-band interference filters 3, 3a, 3b, narrowing the emission band from sources 1, 1a, 1b; semitransparent plane-parallel plates A and B, while one of the plane-parallel surfaces of mirrors A and B had a multilayer antireflection coating, and the other reflected radiation as sources 1a or 1b as possible and was transparent for radiation from other narrow-band sources, for example, in mirror B it was transparent for radiation sources 1 and 1a;

- поляризатор 4, выполненный в виде призмы из нелинейного кристаллического материала;- polarizer 4, made in the form of a prism from a nonlinear crystalline material;

- спектральную щель 5;- spectral gap 5;

- модулятор 6 круговой поляризации фотоэластического типа, установленный за спектральной щелью 5;- modulator 6 of circular polarization of photoelastic type, mounted behind the spectral gap 5;

- устройство 7 для размещения исследуемой пробы, выполненное в виде термостатируемой с помощью узла 7а стандартной микроплаты с минимальным остаточным дихроизмом прозрачного материала дна лунок, приспособленных для размещения в них биодатчика или пробы, содержащей анализируемую жидкость в контакте с биодатчиком;- a device 7 for the placement of the test sample, made in the form of a thermostatic microplate with the help of the unit 7a with a minimum residual dichroism of the transparent material of the bottom of the wells, adapted to accommodate a biosensor or sample containing the analyzed liquid in contact with the biosensor;

- фотодетектор 8;- photo detector 8;

- цифровую систему 9 регистрации электрического сигнала;- a digital system 9 for recording an electrical signal;

- средство 10 обработки электрического сигнала, вычисления концентрации определяемого БАВ или определения оптических свойств биодатчика и для управления функциональными модулями предлагаемой аналитической системы, выполненное в виде встроенного микрокомпьютера;- means 10 for processing an electrical signal, calculating the concentration of the determined biologically active substances or determining the optical properties of the biosensor and for controlling the functional modules of the proposed analytical system, made in the form of an integrated microcomputer;

- источник 11 питания фотодетектора 8.- power supply 11 of the photodetector 8.

Фото детектор 8 имеет два выхода 12 и 13; выход 13 соединен с входом источника 11 питания фотодетектора 8, а выход источника 11 питания соединен, в свою очередь, с входом фотодетектора 8 для организации электрической обратной связи с целью регулирования его чувствительности. Выход 12 фотодетектора 17 подключен к первому входу 14 цифровой системы 9 регистрации, выход 15 которой соединен с входом компьютера средства 10 обработки. Для управления системой выходы компьютера средства 10 обработки соединены с источниками 1, 1а, 1б излучения, для управления поочередной работой трех источников с терморегулятором 7а температуры кюветы 7, с входом модулятора 6 круговой поляризации для управления параметрами модуляции и током стабилизации, а выход модулятора 6 соединен, в свою очередь, со входом цифровой системы 9 регистрации для синхронизации частоты и фазы модуляции и усиления.Photo detector 8 has two outputs 12 and 13; the output 13 is connected to the input of the power source 11 of the photodetector 8, and the output of the power source 11 is connected, in turn, to the input of the photodetector 8 to organize electrical feedback in order to regulate its sensitivity. The output 12 of the photodetector 17 is connected to the first input 14 of the digital registration system 9, the output 15 of which is connected to the computer input of the processing means 10. To control the system, the computer outputs of the processing means 10 are connected to radiation sources 1, 1a, 1b, to control the sequential operation of three sources with the temperature regulator 7a of the cell temperature 7, with the input of a circular polarization modulator 6 to control the modulation parameters and stabilization current, and the output of the modulator 6 is connected in turn, with the input of a digital registration system 9 for synchronizing the frequency and phase of the modulation and amplification.

При этом аналитическая система согласно изобретению (Фиг.2) работает следующим образом.Moreover, the analytical system according to the invention (Figure 2) works as follows.

Источники 1, 1а и 1б излучения работают поочередно:Sources 1, 1A and 1B of radiation work alternately:

- источник 1 светового излучения генерирует в течение заданного времени узкополосный световой поток в области максимума отрицательной полосы в спектре КД чувствительного элемента биодатчика - дауномицина на длине волны около 515 нм, этот поток коллимировали линзой 2 и после вырезания интерференционным фильтром 3 еще более узкой полосы в спектре излучения на длине волны 515 нм направляли через полупрозрачные пластины А и Б в поляризатор 4;- the light source 1 generates a narrow-band light stream for a predetermined time in the region of the maximum of the negative band in the CD spectrum of the sensitive element of the biosensor — daunomycin at a wavelength of about 515 nm, this stream was collimated by lens 2 and after cutting with an interference filter 3 an even narrower band in the spectrum radiation at a wavelength of 515 nm was sent through translucent plates A and B to polarizer 4;

- источник 1а светового излучения генерирует в течение заданного времени узкополосный световой поток на более короткой длине волны, на которой сигнал КД чувствительного элемента биодатчика - дауномицина минимален, например, на длине волны 450 нм его световой поток коллимируется линзой 2а, затем после вырезания интерференционным фильтром 3а еще более узкой полосы в спектре излучения отражается от полупрозрачной пластины А и поступает, пройдя полупрозрачную пластину Б, в поляризатор 4 по пути излучения от источника 1;- the light radiation source 1a generates a narrow-band light stream at a shorter wavelength for a predetermined time, at which the CD signal of the sensitive element of the biosensor daunomycin is minimal, for example, at a wavelength of 450 nm, its luminous flux is collimated by lens 2a, then after cutting with an interference filter 3a an even narrower band in the radiation spectrum is reflected from the translucent plate A and enters, passing the translucent plate B, into the polarizer 4 along the radiation path from source 1;

- источник 1б светового излучения генерирует в течение заданного времени узкополосный световой поток на длине волны, на которой сигнал КД чувствительного элемента биодатчика - дауномицина минимален со стороны более длинных волн, например 700 нм, его световой поток коллимируется линзой 2б, после вырезания интерференционным фильтром 3б еще более узкой полосы в спектре излучения отражается от полупрозрачной пластины Б и поступает в поляризатор 4 по пути излучения источников 1 и 1а.- the light emission source 1b generates for a given time a narrow-band light flux at a wavelength at which the CD signal of the sensitive element of the biosensor daunomycin is minimal from the side of longer waves, for example 700 nm, its luminous flux is collimated by lens 2b, after the interference filter 3b cuts out a narrower band in the radiation spectrum is reflected from the translucent plate B and enters the polarizer 4 along the radiation path of sources 1 and 1a.

Поочередное включение всех трех источников 1, 1a, 1б излучения на заданные промежутки времени осуществляет компьютер средства 10 обработки. Полное время облучения (экспозиции) исследуемой жидкости подбирается таким, чтобы могли проявиться изменения величины аномального сигнала КД биодатчика под действием содержащегося в жидкости БАВ.Alternate inclusion of all three radiation sources 1, 1a, 1b for predetermined time intervals is carried out by the computer of the processing means 10. The total time of irradiation (exposure) of the investigated liquid is selected so that changes in the magnitude of the anomalous CD signal of the biosensor under the influence of the biologically active substance contained in the liquid can occur.

После прохождения через поляризатор 4 световой поток становится линейно поляризованным. Спектральная щель 5 выделяет из потока линейно поляризованного излучения только составляющую, соответствующую вышедшему из поляризатора 4 «обыкновенному» лучу. Прошедшее спектральную щель 5 излучение попадает в модулятор 6 поляризации, пройдя который, оно становится циркулярно поляризованным с периодически меняющимся направлением вращения вектора поляризации. Пройдя устройство 7 с размещенной в нем пробой, содержащей биодатчик, обладающий аномальным круговым дихроизмом, световой поток становится модулированным по интенсивности.After passing through the polarizer 4, the light flux becomes linearly polarized. The spectral gap 5 extracts from the linearly polarized radiation flux only the component corresponding to the “ordinary” ray emerging from the polarizer 4. Passing the spectral gap 5, the radiation enters the polarization modulator 6, passing through which it becomes circularly polarized with a periodically changing direction of rotation of the polarization vector. After passing the device 7 with the sample located in it, containing a biosensor having an abnormal circular dichroism, the light flux becomes modulated in intensity.

Под действием света на выходах фотодетектора 8 возникает электрический сигнал, причем на первом выходе 12 регистрируется переменная составляющая, пропорциональная величине ΔА сигнала, обусловленного аномальной оптической активностью биодатчика (ΔА=АR-AL, где AR и AL соответственно поглощение в веществе излучения с правой и левой циркулярной поляризацией), а на втором выходе 13 - постоянная составляющая, пропорциональная величине сигнала, характеризующего поглощение биоматериала пробы (А≈АR≈АL), при этом частота переменной составляющей равна частоте модуляции круговой поляризации излучения.Under the action of light, an electrical signal appears at the outputs of the photodetector 8, and at the first output 12, a variable component is recorded proportional to the value ΔA of the signal due to the anomalous optical activity of the biosensor (ΔA = A R -A L , where A R and A L are respectively the absorption in the radiation substance with right and left circular polarization), and at the second output 13 is a constant component proportional to the value of the signal characterizing the absorption of the sample biomaterial (A≈A R ≈A L ), while the frequency of the variable component equal to the modulation frequency of the circular polarization of the radiation.

В указанной аналитической системе постоянная составляющая поддерживается на постоянном уровне путем регулирования напряжения питания фотодетектора 8, для чего сигнал постоянной составляющей с выхода 13 фотодетектора 8 вводится на вход источника 11 питания фотодетектора, то есть осуществляется режим стабилизации постоянной составляющей с помощью отрицательной обратной связи по постоянной составляющей с одновременным измерением переменной составляющей, что эквивалентно измерению их отношения (ΔА/А), а значит, измерению сигнала кругового дихроизма исходной пробы поочередно на каждой из трех длин волн (515, 450 и 700 нм).In the specified analytical system, the constant component is maintained at a constant level by adjusting the supply voltage of the photodetector 8, for which the signal of the constant component from the output 13 of the photodetector 8 is input to the input of the photodetector power supply 11, i.e., the constant component is stabilized using negative feedback on the constant component with the simultaneous measurement of the variable component, which is equivalent to measuring their ratio (ΔA / A), and therefore, measuring the signal circularly of the original sample dichroism alternately on each of the three wavelengths (515, 450 and 700 nm).

С выхода 12 фото детектора 8 соответствующий величине КД электрический сигнал поступает на первый вход 14 цифровой системы 9 регистрации, на второй вход 15 которой подается опорный сигнал с частотой модуляции круговой поляризации. Система 9 регистрации усиливает сигналы, преобразует их в постоянный ток и подает в компьютер средства 10 обработки для обработки по определенному алгоритму. Результирующий сигнал КД исходной пробы КДМК на длине волны 515 нм, рассчитанный с учетом фоновых сигналов КД на длинах волн 450 и 750 нм, сохраняется в памяти средства 10 обработки.From the output 12 of the photo detector 8, an electrical signal corresponding to the CD value is fed to the first input 14 of the digital registration system 9, to the second input 15 of which a reference signal with a modulation frequency of circular polarization is applied. The registration system 9 amplifies the signals, converts them into direct current, and supplies processing means 10 to the computer for processing according to a certain algorithm. The resulting signal is the original sample KD KD MC at a wavelength of 515 nm, calculated on the basis of background signal CD at wavelengths 450 nm and 750 is stored in the memory means 10 processing.

Определение концентрации БАВ гипорамина осуществляли следующим образом.The determination of the concentration of biologically active substances of hyporamine was carried out as follows.

Вначале измеряли остаточный круговой дихроизм КДОСТ прозрачного материала дна лунок для размещения исследуемых проб микроплаты устройства 7 на длине волны, соответствующей максимуму интенсивной отрицательной полосы в спектре КД чувствительного элемента биодатчика - дауномицина на длине волны ~515 нм, учитывая при этом фоновые сигналы КДОСТ на длинах волн ~450 нм и ~700 нм.Initially, the residual circular dichroism of the CD OST of the transparent bottom material of the wells was measured to place the studied samples of the microplate of device 7 at a wavelength corresponding to the maximum of the intense negative band in the CD spectrum of the sensitive element of the biosensor - daunomycin at a wavelength of ~ 515 nm, taking into account the background signals of the CD of OST on wavelengths of ~ 450 nm and ~ 700 nm.

Затем определяли исходные характеристики биодатчика. Для этого из некоторого количества биоматериала, содержащего чувствительные элементы биодатчика, готовили исходные пробы биодатчика путем закладки в лунки одинаковых порций биоматериала и измеряли на той же длине волны ~515 нм присущий каждой исходной пробе с биодатчиком аномальный сигнал кругового дихроизма, скорректировав его значение на измеренную величину остаточного кругового дихроизма материала дна лунок. Для всех проб результирующие сигналы КД (ΔАmах), рассчитанные с учетом фоновых сигналов КД на длинах волн ~450 нм и ~700 нм, были высокими и сравнительно одинаковыми, что говорило о высоком качестве используемых биодатчиков.Then, the initial characteristics of the biosensor were determined. For this, from a certain amount of biomaterial containing the sensitive elements of the biosensor, the initial samples of the biosensor were prepared by placing identical portions of the biomaterial into the wells and the anomalous circular dichroism signal inherent in each source sample with the biosensor was measured at the same wavelength ~ 515 nm, adjusting its value by the measured value residual circular dichroism of the bottom material of the wells. For all samples, the resulting CD signals (ΔA max ), calculated taking into account the background CD signals at wavelengths of ~ 450 nm and ~ 700 nm, were high and relatively the same, indicating a high quality of the biosensors used.

На Фиг.3 показан спектр КД в видимой области использованного биодатчика на основе молекулярных конструкций ДНК, в которых в частицах жидкокристаллической лиотропной дисперсии молекулы ДНК «сшиты» наномостиками, содержащими дауномицин и медь (DAU-Cu) (СДНК ~5,6 мкг/мл; СПЭГ=170 мг/мл, мол. масса ПЭГ=4000 Да; СДАУ ~27,18·10-6 М; СCu ~1·10-5 М; 0,3 М NaCl+10-2 М Na+-фосфатный буфер). Результирующие сигналы КД всех исходных проб биодатчика (ΔАmах) сохраняли в памяти компьютера средства 10 обработки: спектры КД молекулярных конструкций ДНК до (кривая 1, СГипорамин=0) и после (кривая 2, СГипорамин=4,0 мкг/мл) обработки гипорамином; спектр КД ХЖКД комплексов ДНК-ДАУ (Кривая 3. ΔА=(ALR)·10-6 оптич. ед.; L=1 см; Т=22°С).Figure 3 shows the CD spectrum in the visible region of the used biosensor based on molecular DNA constructs in which the DNA molecules in the particles of the liquid crystal lyotropic dispersion are “crosslinked” with nanobridges containing daunomycin and copper (DAU-Cu) (C DNA ~ 5.6 μg / ml; With PEG = 170 mg / ml, mol.weight PEG = 4000 Yes; With DAU ~ 27.18 · 10 -6 M; With Cu ~ 1 · 10 -5 M; 0.3 M NaCl + 10 -2 M Na + phosphate buffer). The resulting CD signals of all initial samples of the biosensor (ΔA max ) were stored in the computer memory of processing means 10: CD spectra of molecular DNA constructs before (curve 1, C Hyporamine = 0) and after (curve 2, C Hyporamine = 4.0 μg / ml) hyporamine treatment; the CD spectrum of CLCD DNA – DAE complexes (Curve 3. ΔА = (A L -A R ) · 10 -6 optical units; L = 1 cm; T = 22 ° C).

Затем готовили серию калибровочных проб путем обработки заложенных в лунки указанных выше исходных проб биодатчика жидкостью, содержащей определяемое БАВ в различных заданных концентрациях, и измеряли через заданные промежутки времени Δt, меньшие времени полной диффузии БАВ в биодатчик, сигналы кругового дихроизма ΔAt каждой исследуемой пробы на длине волны ~515 нм, учитывая при этом фоновые сигналы на длинах волн ~450 нм и ~750 нм. Величины результирующих сигналов ΔAt на длине волны ~515 нм для заданных одинаковых промежутков времени и для каждой из исследуемых проб с разной концентрацией гипорамина, рассчитанные с учетом фоновых сигналов на длинах волн ~450 нм и ~700 нм, сохраняли в памяти компьютера средства 10 обработки, где они затем соотносились с величинами результирующих сигналов КД всех исходных проб биодатчика ΔАmах. В результате были получены зависимости величины относительного изменения сигнала кругового дихроизма (ΔАt/ΔАmах), генерируемого биодатчиками на основе МК ДНК (ДНК из тимуса крупного рогатого скота («Sigma», США); мол. масса ДНК ~(0,3-0,7)·106 Да; СДНК=19,92 мкг/мл; Сбис-MM=170 мг/мл; мол. масса бис-макромономера ПЭГ=6000 Да; ДАУ («Sigma», США); СДAУ=25,764×10-6 М; CuCl2x·2H2O («Aldrich», США); СCu=9,901х·10-6 М; 0,3 М NaCl+10-2 М Na+-фосфатный буфер; рН ~ 7,0. размеры гидрогеля ~ 6×1×20 мм; температура 22°С) на длине волны ~ 515 нм, от времени их обработки гипорамином при разных его концентрациях (Фиг.4), характеризующие динамику разрушения МК ДНК биодатчика под действием гомоцистеина: кривая 1 - СГипорамин=0,5 мкг/мл; кривая 2 - СГипорамин=1,0 мкг/мл; кривая 3 - СГипорамин=2,0 мкг/мл; кривая 4 - СГипорамин=3,0 мкг/мл; кривая 5 - СГипорамин=0,4 мкг/мл; ΔА × 10-6 - круговой дихроизм (оптич. ед.).Then, a series of calibration samples was prepared by treating the wells of the aforementioned initial samples of the biosensor with a liquid containing a biologically active substance in various predetermined concentrations, and measured at predetermined time intervals Δt less than the time of complete diffusion of the biologically active substance into the biosensor, the circular dichroism signals ΔA t of each test sample on wavelength ~ 515 nm, taking into account the background signals at wavelengths of ~ 450 nm and ~ 750 nm. The values of the resulting signals ΔA t at a wavelength of ~ 515 nm for given identical periods of time and for each of the studied samples with different hyporamine concentrations, calculated taking into account the background signals at wavelengths of ~ 450 nm and ~ 700 nm, stored in the computer memory processing means 10 , where they then correlated with the values of the resulting CD signals of all initial biosensor samples ΔA max . As a result, we obtained the dependences of the relative change in the circular dichroism signal (ΔА t / ΔА max ) generated by biosensors based on MK DNA (DNA from cattle thymus (Sigma, USA); molecular weight ~ (0.3- 0.7) · 10 6 Yes; With DNA = 19.92 μg / ml; With bis-MM = 170 mg / ml; mol. Mass of bis-macromonomer PEG = 6000 Yes; DAU (Sigma, USA); C DAU = 25.764 × 10 -6 M; CuCl 2 x · 2H 2 O (Aldrich, USA); With Cu = 9.901х · 10 -6 M; 0.3 M NaCl + 10 -2 M Na + phosphate buffer ; pH ~ 7.0. hydrogel sizes ~ 6 × 1 × 20 mm; temperature 22 ° C) at a wavelength of ~ 515 nm, from the time they were treated with hyporamine at different concentrations (Figure 4), characterizing the dynamics of the destruction of MK DNA biosensor under the action of homocysteine: curve 1 - C Hyporamine = 0.5 μg / ml; curve 2 - C hyporamine = 1.0 μg / ml; curve 3 - C hyporamine = 2.0 μg / ml; curve 4 - C hyporamine = 3.0 μg / ml; curve 5 - C hyporamine = 0.4 μg / ml; ΔА × 10 -6 - circular dichroism (optical units).

Используя полученные через определенный заданный промежуток времени ΔТ значения величин относительного изменения сигнала кругового дихроизма (ΔА/ΔАmах), генерируемого биодатчиками на основе МК ДНК на длине волны ~ 515 нм (аналогично описанным выше), обработанными жидкостью, содержащей определяемый БАВ в различных заданных концентрациях, строили калибровочный график зависимости изменения на временном промежутке ΔТ сигнала (ΔА/ΔАmах) от концентрации гипорамина (Фиг.5), соответствующий 10-минутной обработке биодатчика на основе МК ДНК гипорамином, которую сохраняли в памяти компьютера средства 10 обработки.Using the values of the relative changes in the circular dichroism signal (ΔА / ΔА max ) generated by MK DNA biosensors at a wavelength of ~ 515 nm (similar to those described above), processed with a liquid containing a determined biologically active substance in various given concentrations, obtained over a specified time interval ΔТ , constructed a calibration curve changes depending on the time interval? T signal (ΔA / ΔA max) on the concentration hiporamin (5) corresponding to the 10-minute treatment biosensor based on DNA MK hypo amine, which is stored in the memory means 10, the processing computer.

Для определения в анализируемой жидкой пробе неизвестной концентрации определяемого БАВ вначале в соответствии с описанной выше процедурой готовили пробу биоматериала с биодатчиком, для чего в лунку с известным значением КДост материала ее дна помещали такое же, как для указанных выше исходных проб с биодатчиком, количество биоматериала, содержащего биодатчик, и проводили с помощью аналитической системы (Фиг.2) измерение его сигнала кругового дихроизма (ΔАmах) при облучении проб циркулярно поляризованным светом на рабочей длине волны ~520 нм с учетом фоновых сигналов на длинах волн ~450 и ~700 нм в соответствии с вышеизложенным алгоритмом.For determination in an analyzed liquid sample of unknown concentration of the biologically active substances initially in accordance with the procedure described above was prepared biomaterial sample with a biosensor, which in well with the known value KD ost material its bottom placed is the same as for the above initial sample with a biosensor, the quantity of biomaterial containing a biosensor, and using the analytical system (Figure 2), we measured its circular dichroism signal (ΔA max ) when samples were irradiated with circularly polarized light at a working wavelength ~ 520 nm taking into account background signals at wavelengths of ~ 450 and ~ 700 nm in accordance with the above algorithm.

Затем подготовленную пробу биоматериала с биодатчиком подвергали обработке анализируемой жидкостью, предположительно содержащей гипорамин в неизвестной концентрации, и через время экспозиции ΔT измеряли величину изменения сигнала кругового дихроизма биодатчика (ΔА) на временном промежутке ΔT при облучении циркулярно поляризованным светом на рабочей длине волны ~515 нм и двух дополнительных длинах волн (~450 и ~700 нм).Then, the prepared biomaterial sample with the biosensor was subjected to the treatment with the analyzed liquid, presumably containing hyporamine in an unknown concentration, and after the exposure time ΔT, the change in the signal of the circular dichroism of the biosensor (ΔА) was measured over the time interval ΔT upon irradiation with circularly polarized light at an operating wavelength of ~ 515 nm and two additional wavelengths (~ 450 and ~ 700 nm).

Измеренное значение относительного изменения под действием гипорамина за время ΔT сигнала кругового дихроизма (ΔА/ΔАmах), генерируемого гелевым биодатчикам на основе МК ДНК на длине волны ~515 нм, компьютер сравнивал с калибровочной кривой (Фиг.5) и выводил на монитор соответствующее ему значение концентрации гипорамина в содержащей его анализируемой жидкости.The measured value of the relative change under the action of hyporamine during ΔT of the circular dichroism signal (ΔA / ΔA max ) generated by gel biosensors based on MK DNA at a wavelength of ~ 515 nm, the computer was compared with a calibration curve (Figure 5) and displayed on the monitor corresponding to it the concentration of hyporamine in the analyzed fluid containing it.

Результат измерения наличия и концентрации БАВ в жидкости может быть представлен в виде бланка, содержащего информацию о времени и месте проведения анализа, а также типе определяемого вещества и его содержании в анализируемой жидкости. Кроме того, на бланке приводится калибровочная кривая, на которой "жирной" точкой указано экспериментально измеренное и использованное для определения концентрации БАВ в анализируемой жидкости значение результирующего сигнала КД, равного отношению (ΔА/ΔАmах) за время экспозиции ΔT.The result of measuring the presence and concentration of biologically active substances in the liquid can be presented in the form of a form containing information about the time and place of the analysis, as well as the type of substance to be determined and its content in the analyzed liquid. In addition, the calibration curve is shown on the form on which the experimentally measured and used to determine the concentration of biologically active substances in the analyzed liquid indicates the value of the resulting CD signal equal to the ratio (ΔA / ΔA max ) during the exposure time ΔT.

Как видно из Фиг.4, время определения концентрации БАВ в анализируемой жидкости можно существенно сократить, если измерения величины КД твердотельных биодатчиков, обработанных содержащей БАВ анализируемой жидкостью, производить, не дожидаясь осуществления полной диффузии БАВ в биоматериале, через небольшие одинаковые промежутки времени ΔТ, достаточные для проявления характерной зависимости изменения аномального сигнала КД биодатчика во времени при взаимодействии содержащей БАВ жидкости с чувствительными элементами такого биодатчика. В этом случае калибровочные кривые, используемые для определения неизвестной концентрации БАВ в анализируемой жидкости, должны быть записаны точно в соответствии с вышеприведенной процедурой измерения сигналов КД, то есть через такие же определенные одинаковые промежутки времени ΔT.As can be seen from Figure 4, the time for determining the concentration of biologically active substances in the analyzed liquid can be significantly reduced if measurements of the CD values of solid-state biosensors treated with the biologically active substances containing the analyzed liquid are made without waiting for the complete diffusion of the biologically active substances in the biomaterial, at small equal time intervals ΔТ, sufficient for the manifestation of a characteristic dependence of the change in the anomalous CD signal of the biosensor over time during the interaction of a biologically active substance containing biologically active substances with sensitive elements of such a biosensor ka. In this case, the calibration curves used to determine the unknown concentration of biologically active substances in the analyzed liquid should be recorded exactly in accordance with the above procedure for measuring CD signals, i.e., at the same defined equal time intervals ΔT.

Вычисление скорости диффузии БАВ, содержащегося в анализируемой жидкости в определенной низкой концентрации, в биодатчик производится тем же компьютером средства 10 обработки также на основании результатов, полученных в соответствии с описанной выше процедурой измерения величины изменений сигнала КД, регистрируемого до и после обработки твердотельного биодатчика указанной жидкостью, то есть измеряя ΔА исходной пробы после полного проникновения БАВ в биодатчик (ΔТ=Тдиф) или через определенные промежутки времени ΔT (время экспозиции) после начала обработки жидкостью. Такие возможности аналитической системы согласно изобретению позволяют использовать ее в оптическом диффузометре для определения динамики транспорта БАВ в молекулярные конструкции ДНК.The diffusion rate of the biologically active substance contained in the analyzed liquid at a certain low concentration into the biosensor is made by the same computer of the processing means 10 also on the basis of the results obtained in accordance with the procedure described above for measuring the magnitude of changes in the CD signal recorded before and after processing the solid-state biosensor with the indicated liquid , i.e. measuring ΔA original sample after complete penetration of biologically active substances into the biosensor (? T = T diff), or at certain intervals of time ΔT (the exposure time) n after the start of the liquid treatment. Such capabilities of the analytical system according to the invention make it possible to use it in an optical diffusometer to determine the dynamics of biologically active substances in molecular DNA constructs.

Компьютер средства 10 обработки осуществляет также необходимое взаимодействие всех элементов устройства, реализует требуемый алгоритм управления и обработки, вырабатывает управляющие сигналы для включения поочередно источников излучения 1, 1a, 1б, вырабатывает напряжение с частотой модуляции для работы модулятора 6 поляризации, формирует опорный сигнал на частоте модуляции для системы 9 регистрации, осуществляет управление терморегулятором 7а температуры устройства 7 для размещения пробы.The computer of the processing means 10 also performs the necessary interaction of all elements of the device, implements the required control and processing algorithm, generates control signals to turn on the radiation sources 1, 1a, 1b, generates a voltage with a modulation frequency for operation of the polarization modulator 6, generates a reference signal at the modulation frequency for the registration system 9, it controls the temperature controller 7a of the temperature of the device 7 for placing the sample.

Таким образом, аналитическая система согласно изобретению благодаря использованию биодатчиков на основе молекулярных конструкций ДНК и новых технических решений позволяет быстро, точно и с высокой чувствительностью определять в различных жидкостях, в том числе в биологических жидкостях, например в крови пациентов, наличие и концентрацию различных биологически активных веществ (противоопухолевые препараты, антибиотики, белки и т.д.) и поможет спасти здоровье и жизнь пациентов в тех случаях, когда другие способы неприменимы или не дают надлежащего эффекта.Thus, the analytical system according to the invention through the use of biosensors based on molecular DNA constructs and new technical solutions allows you to quickly, accurately and with high sensitivity to determine in various fluids, including biological fluids, for example in the blood of patients, the presence and concentration of various biologically active substances (antitumor drugs, antibiotics, proteins, etc.) and will help save the health and life of patients in cases where other methods are not applicable or do not give adlezhaschego effect.

Кроме того, настоящее изобретение, предназначенное для определения наличия и концентрации практически важных классов БАВ, которые тем или иным способом нарушают целостность структуры молекулярных конструкций ДНК биодатчика, позволяет сделать аналитическую систему для определения БАВ в жидкости более простой, более компактной, более мобильной и более простой в обслуживании без ущерба для ее чувствительности.In addition, the present invention, designed to determine the presence and concentration of practically important classes of biologically active substances, which in one way or another violate the structural integrity of the molecular structures of the biosensor DNA, makes it possible to make an analytical system for determining biologically active substances in liquids simpler, more compact, more mobile and simple in service without compromising its sensitivity.

Аналитическую систему согласно изобретению возможно использовать в качестве компактной аналитической системы для определения наличия и концентрации БАВ в жидкости и в качестве оптического диффузометра при анализе механизмов транспорта БАВ, разрушающих биодатчик, и определении их коэффициентов диффузии.It is possible to use the analytical system according to the invention as a compact analytical system for determining the presence and concentration of biologically active substances in a liquid and as an optical diffusometer for analyzing the biological transport mechanisms of biologically active substances that destroy the biosensor and determining their diffusion coefficients.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Настоящее изобретение может быть использовано в медицинской и клинической биохимии, а также в молекулярной фармакологии, при исследовании фармако-кинетики значимых биологически активных соединений, в фармацевтической промышленности и экологии. Наиболее эффективно его использование в клинической биохимии.The present invention can be used in medical and clinical biochemistry, as well as in molecular pharmacology, in the study of pharmacokinetics of significant biologically active compounds, in the pharmaceutical industry and ecology. Most effective is its use in clinical biochemistry.

Настоящее изобретение позволяет во многих случаях заменить сложное и дорогостоящее оборудование, исключив при этом использование высококвалифицированного персонала, и может быть применено в медицинской и клинической биохимии, в практике онкологии, хирургии, гинекологии, при медико-биологическом скрининге, а также в молекулярной фармакологии при исследовании фармако-кинетики значимых биологически активных соединений, в фармацевтической промышленности и экологии. Наиболее эффективно его использование в клинической медицине и биохимии.The present invention allows in many cases to replace complex and expensive equipment, eliminating the use of highly qualified personnel, and can be used in medical and clinical biochemistry, in the practice of oncology, surgery, gynecology, in biomedical screening, as well as in molecular pharmacology in the study pharmacokinetics of significant biologically active compounds in the pharmaceutical industry and ecology. Its most effective use in clinical medicine and biochemistry.

Claims (5)

1. Аналитическая система для определения биологически активного вещества в анализируемой жидкости по величине регистрируемого изменения оптического сигнала кругового дихроизма биодатчика под действием вещества, подлежащего определению, содержащая размещенные последовательно:
источник светового излучения;
селектор, приспособленный для формирования светового потока с длиной волны, соответствующей области оптической активности биодатчика, проявляемой в спектре его кругового дихроизма;
поляризатор, приспособленный для формирования линейно поляризованного светового потока;
спектральную щель, приспособленную для выделения линейно поляризованного светового потока с определенным направлением вектора поляризации;
модулятор поляризации, приспособленный для преобразования указанного линейно поляризованного светового потока в циркулярно поляризованный световой поток с периодически изменяющимся направлением вращения вектора поляризации;
устройство для размещения пробы, содержащей биодатчик или анализируемую жидкость в контакте с биодатчиком, в оптически проницаемой кювете, содержащее узел термостатирования указанной кюветы;
фотодетектор, приспособленный для регистрации оптических сигналов кругового дихроизма биодатчика и преобразования их в пропорциональный электрический сигнал;
цифровую систему регистрации, приспособленную для выделения и усиления указанного электрического сигнала и преобразования его в цифровую форму;
средство обработки полученного электрического сигнала и вычисления концентрации биологически активного вещества в жидкости,
отличающаяся тем, что:
приспособлена для определения биологически активного вещества в анализируемой жидкости по величине регистрируемого изменения оптического сигнала кругового дихроизма биодатчика на основе молекулярных конструкций ДНК, содержащих чувствительный элемент, проявляющий круговой дихроизм в видимой области спектра;
в качестве источника светового излучения содержит первый узкополосный источник света видимого диапазона, излучающий на длине волны, соответствующей максимуму оптической активности чувствительного элемента биодатчика, проявляемой им в видимой области спектра кругового дихроизма, и снабженный коллимирующей линзой, размещенной в пучке света источника излучения,
в качестве селектора длин волн содержит узкополосный интерференционный фильтр, размещенный в пучке света источника излучения после коллимирующей линзы;
средство обработки приспособлено для вычисления концентрации биологически активного вещества на основе результатов измерений разности величин сигналов кругового дихроизма чувствительного элемента биодатчика, выполненных до контакта биодатчика с анализируемой жидкостью и через заданный промежуток времени контакта биодатчика с анализируемой жидкостью.
1. The analytical system for determining the biologically active substance in the analyzed fluid by the magnitude of the recorded changes in the optical signal of the circular dichroism of the biosensor under the action of the substance to be determined, containing placed in series:
light source;
a selector adapted to generate a luminous flux with a wavelength corresponding to the region of optical activity of the biosensor, manifested in the spectrum of its circular dichroism;
a polarizer adapted to form a linearly polarized light flux;
a spectral gap adapted to isolate a linearly polarized light flux with a specific direction of the polarization vector;
a polarization modulator adapted to convert said linearly polarized light flux into a circularly polarized light flux with a periodically changing direction of rotation of the polarization vector;
a device for placing a sample containing a biosensor or an analyzed liquid in contact with the biosensor in an optically permeable cuvette containing a thermostatic unit for said cuvette;
a photo detector adapted to register optical signals of circular dichroism of the biosensor and convert them into a proportional electrical signal;
a digital recording system adapted to isolate and amplify said electrical signal and convert it to digital form;
means for processing the obtained electrical signal and calculating the concentration of the biologically active substance in the liquid,
characterized in that:
adapted to determine the biologically active substance in the analyzed fluid by the magnitude of the recorded change in the optical signal of the circular dichroism of the biosensor based on molecular DNA constructs containing a sensitive element exhibiting circular dichroism in the visible region of the spectrum;
as a source of light radiation contains the first narrow-band light source of the visible range, emitting at a wavelength corresponding to the maximum optical activity of the sensitive element of the biosensor, manifested by him in the visible region of the spectrum of circular dichroism, and equipped with a collimating lens placed in the light beam of the radiation source,
as a wavelength selector, comprises a narrow-band interference filter placed in the light beam of the radiation source after the collimating lens;
the processing means is adapted to calculate the concentration of the biologically active substance based on the measurement results of the difference in the values of the circular dichroism signals of the sensitive element of the biosensor, made before the biosensor contacts the analyte and after a specified period of time the biosensor contacts the analyte.
2. Аналитическая система по п.1, отличающаяся тем, что источник светового излучения содержит два дополнительных узкополосных источника излучения, приспособленных для работы попеременно с первым источником и излучающих на длинах волн, на которых сигнал кругового дихроизма чувствительного элемента биодатчика исследуемой пробы минимален по отношению к оптическому сигналу кругового дихроизма чувствительного элемента биодатчика на длине волны первого источника излучения, при этом один из указанных дополнительных источников приспособлен для излучения света на более короткой, а другой из указанных дополнительных источников приспособлен для излучения света на большей длине волны по отношению к длине волны первого источника излучения, причем каждый из указанных дополнительных источников излучения снабжен коллимирующей линзой, размещенной в пучке света соответствующего дополнительного источника излучения, а селектор длин волн содержит два дополнительных интерференционных фильтра, размещенных в пучке света каждого из указанных дополнительных источников излучения после соответствующей коллимирующей линзы, и система содержит средство для направления коллимированных потоков излучений дополнительных источников по пути потока излучения первого источника.2. The analytical system according to claim 1, characterized in that the light radiation source contains two additional narrow-band radiation sources adapted to operate alternately with the first source and emitting at wavelengths at which the circular dichroism signal of the sensitive element of the biosensor of the test sample is minimal with respect to optical signal of circular dichroism of the sensitive element of the biosensor at the wavelength of the first radiation source, while one of these additional sources is adapted for emitting light at a shorter, and the other of these additional sources is adapted to emit light at a longer wavelength with respect to the wavelength of the first radiation source, each of these additional radiation sources equipped with a collimating lens placed in the light beam of the corresponding additional radiation source, and the wavelength selector contains two additional interference filters located in the light beam of each of these additional radiation sources after e corresponding collimating lens and the system comprises means for directing collimated radiation fluxes additional sources of the first source of radiation flux path. 3. Способ определения концентрации биологически активного вещества в анализируемой жидкости с помощью контактирующего с ней биодатчика, содержащего чувствительный элемент, проявляющий круговой дихроизм, в котором анализируемую жидкость с биодатчиком облучают циркулярно поляризованным световым потоком в видимой области спектра на длине волны, соответствующей максимуму оптической активности чувствительного элемента биодатчика, проявляемой им в видимой области спектра кругового дихроизма, в котором концентрацию вещества определяют по величине регистрируемого изменения сигнала кругового дихроизма чувствительного элемента биодатчика под действием вещества, подлежащего определению, путем сравнения результатов измерений, зарегистрированных до контакта и при контакте биодатчика с анализируемой жидкостью, с калибровочными данными, отличающийся тем, что измерения сигнала кругового дихроизма осуществляют неоднократно через заданный промежуток времени контакта биодатчика с анализируемой жидкостью, меньший, чем время полной диффузии анализируемой жидкости в биодатчик, и при этом используют аналитическую систему для определения биологически активного вещества в анализируемой жидкости, охарактеризованную в п.1.3. A method for determining the concentration of a biologically active substance in an analyte using a biosensor in contact with it containing a sensitive element exhibiting circular dichroism, in which the analyte with a biosensor is irradiated with a circularly polarized light flux in the visible spectrum at a wavelength corresponding to the maximum optical activity of the sensitive element of the biosensor, manifested by him in the visible region of the spectrum of circular dichroism, in which the concentration of the substance is determined the magnitude of the recorded change in the circular dichroism signal of the sensitive element of the biosensor under the action of the substance to be determined by comparing the measurement results recorded before contact and when the biosensor comes in contact with the analyzed liquid, with calibration data, characterized in that the circular dichroism signal is measured repeatedly after a specified interval contact time of the biosensor with the analyzed liquid, less than the time of complete diffusion of the analyzed liquid into the biodate chick, and using an analytical system to determine the biologically active substance in the analyzed fluid, as described in claim 1. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что производят дополнительно облучение анализируемой жидкости с биодатчиком циркулярно поляризованным световым потоком на длинах волн короче и больше длины волны, при которых сигнал кругового дихроизма чувствительного элемента биодатчика минимален по отношению к оптическому сигналу кругового дихроизма чувствительного элемента биодатчика на длине волны, соответствующей указанному максимуму оптической активности чувствительного элемента биодатчика, и при этом используют аналитическую систему для определения биологически активного вещества в анализируемой жидкости, охарактеризованную в п.2.4. The method according to claim 3, characterized in that they additionally irradiate the analyzed liquid with a biosensor with a circularly polarized light flux at wavelengths shorter and longer than the wavelength at which the circular dichroism signal of the sensitive element of the biosensor is minimal with respect to the optical signal of circular dichroism of the sensitive element a biosensor at a wavelength corresponding to the indicated maximum optical activity of the sensitive element of the biosensor, and an analytical system is used to distribution of the biologically active substance in the analyzed fluid, characterized in paragraph 2. 5. Оптический диффузометр для анализа механизмов транспорта биологически активных веществ и определения их коэффициентов диффузии в биодатчик на основе молекулярных конструкций ДНК, содержащих чувствительный элемент, проявляющий свойства кругового дихроизма при облучении световым потоком в видимой области спектра, содержащий аналитическую систему для определения биологически активного вещества в анализируемой жидкости, охарактеризованную в п.1 или 2. 5. An optical diffusometer for analyzing the mechanisms of transport of biologically active substances and determining their diffusion coefficients in a biosensor based on molecular DNA constructs containing a sensitive element that exhibits the properties of circular dichroism when exposed to light in the visible region of the spectrum, containing an analytical system for determining the biologically active substance in the analyzed fluid, characterized in claim 1 or 2.
RU2010137010/28A 2010-09-06 2010-09-06 Optical diffuser for analysis of biologically active substance transfer, analytical system for determining biologically active substance in fluid and method of determining biologically active substance concentration in fluid RU2429465C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010137010/28A RU2429465C1 (en) 2010-09-06 2010-09-06 Optical diffuser for analysis of biologically active substance transfer, analytical system for determining biologically active substance in fluid and method of determining biologically active substance concentration in fluid

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010137010/28A RU2429465C1 (en) 2010-09-06 2010-09-06 Optical diffuser for analysis of biologically active substance transfer, analytical system for determining biologically active substance in fluid and method of determining biologically active substance concentration in fluid

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2429465C1 true RU2429465C1 (en) 2011-09-20

Family

ID=44758759

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010137010/28A RU2429465C1 (en) 2010-09-06 2010-09-06 Optical diffuser for analysis of biologically active substance transfer, analytical system for determining biologically active substance in fluid and method of determining biologically active substance concentration in fluid

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2429465C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2569752C2 (en) * 2013-06-24 2015-11-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Лаборатория Оптико-Электронных Приборов" Multifunctional analytic system for determining characteristics of circular dichroism optic signal from biologically active material

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2107280C1 (en) * 1996-11-15 1998-03-20 Институт молекулярной биологии им.В.А.Энгельгардта РАН Process determining biologically active substance in analyzed liquid and device for its implementation
RU2123008C1 (en) * 1997-10-28 1998-12-10 Институт молекулярной биологии имени В.А.Энгельгардта РАН Method of heparin assay
RU2135983C1 (en) * 1993-11-26 1999-08-27 Рокос унд Ко., Лтд. Process measuring transmission, circular dichroism and optical rotation of optically active substances and dichrograph for its realization
RU2139933C1 (en) * 1998-11-26 1999-10-20 Институт молекулярной биологии им.В.А.Энгельгардта РАН Molecular structure based on liquid-crystal dispersion of nucleic acid as integrated biosensor and method of preparation thereof
WO2009123307A1 (en) * 2008-04-04 2009-10-08 国立大学法人 東京大学 Method for measuring circular dichroism spectra and measurement device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2135983C1 (en) * 1993-11-26 1999-08-27 Рокос унд Ко., Лтд. Process measuring transmission, circular dichroism and optical rotation of optically active substances and dichrograph for its realization
RU2107280C1 (en) * 1996-11-15 1998-03-20 Институт молекулярной биологии им.В.А.Энгельгардта РАН Process determining biologically active substance in analyzed liquid and device for its implementation
RU2123008C1 (en) * 1997-10-28 1998-12-10 Институт молекулярной биологии имени В.А.Энгельгардта РАН Method of heparin assay
RU2139933C1 (en) * 1998-11-26 1999-10-20 Институт молекулярной биологии им.В.А.Энгельгардта РАН Molecular structure based on liquid-crystal dispersion of nucleic acid as integrated biosensor and method of preparation thereof
WO2009123307A1 (en) * 2008-04-04 2009-10-08 国立大学法人 東京大学 Method for measuring circular dichroism spectra and measurement device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2569752C2 (en) * 2013-06-24 2015-11-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Лаборатория Оптико-Электронных Приборов" Multifunctional analytic system for determining characteristics of circular dichroism optic signal from biologically active material

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zheng et al. Performance improvement of a near-infrared CH4 detection device using wavelet-denoising-assisted wavelength modulation technique
US10557790B2 (en) Carbon isotope analysis device and carbon isotope analysis method
JP3338497B2 (en) Isotope analysis method and device
KR100323281B1 (en) Simultaneous multisample analysis and apparatus therefor
US20090015819A1 (en) Optical analysis system, blood analysis system and method of determining an amplitude of a principal component
US9244005B2 (en) Ultrasensitive detection of isotopes, chemical substances and biological substances using laser wave mixing detectors
JP2005517895A (en) Chemical microsensor
Ganser et al. Online monitoring of biogenic nitric oxide with a QC laser-based Faraday modulation technique
Rolinger et al. Monitoring of ultra-and diafiltration processes by Kalman-filtered Raman measurements
Goldbeck et al. [7] Nanosecond time-resolved absorption and polarization dichroism spectroscopies
RU2107280C1 (en) Process determining biologically active substance in analyzed liquid and device for its implementation
RU2429465C1 (en) Optical diffuser for analysis of biologically active substance transfer, analytical system for determining biologically active substance in fluid and method of determining biologically active substance concentration in fluid
Mürtz et al. Ultra sensitive trace gas detection for biomedical applications
RU100624U1 (en) COMPACT ANALYTICAL SYSTEM FOR DETERMINING A BIOLOGICALLY ACTIVE SUBSTANCE IN ANALYZED LIQUID
RU2569752C2 (en) Multifunctional analytic system for determining characteristics of circular dichroism optic signal from biologically active material
US5760895A (en) Optical monitor for water vapor concentration
WO2006052644A2 (en) Apparatus and methods to measure optical rotation with electro-optic polarization modulation
Chen et al. Dynamics of the N-terminal α-helix unfolding in the photoreversion reaction of phytochrome A
RU2334216C1 (en) Chemical substance content measuring system for gas medium
Liyanage et al. Fluorescence spectroscopy of peptides
WO2011062516A1 (en) Analytical system for determining components which exhibit circular dichroism in liquids, gels and films, and optical diffusometer
RU92960U1 (en) DICHROMETER FOR DETERMINATION OF BIOLOGICALLY ACTIVE SUBSTANCE IN ANALYZED LIQUID
Ogino et al. Development of a detector for ultratrace nitrogen in argon using low-pressure, capillary glow discharge molecular emission spectrophotometry
WO2011062517A1 (en) Analytical system for determining components which exhibit circular dichroism in a sample under analysis, device for the arrangement of samples and optical diffusometer
Kliger et al. Time-resolved circular dichroism spectroscopy

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120907

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20130827

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160907