RU92960U1 - DICHROMETER FOR DETERMINATION OF BIOLOGICALLY ACTIVE SUBSTANCE IN ANALYZED LIQUID - Google Patents
DICHROMETER FOR DETERMINATION OF BIOLOGICALLY ACTIVE SUBSTANCE IN ANALYZED LIQUID Download PDFInfo
- Publication number
- RU92960U1 RU92960U1 RU2009142927/22U RU2009142927U RU92960U1 RU 92960 U1 RU92960 U1 RU 92960U1 RU 2009142927/22 U RU2009142927/22 U RU 2009142927/22U RU 2009142927 U RU2009142927 U RU 2009142927U RU 92960 U1 RU92960 U1 RU 92960U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- dichrometer
- biosensor
- biologically active
- light flux
- polarized light
- Prior art date
Links
- 229940088623 biologically active substance Drugs 0.000 title claims abstract description 16
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 27
- 229940125730 polarisation modulator Drugs 0.000 claims abstract description 21
- 238000002983 circular dichroism Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 16
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000012491 analyte Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 29
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 9
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 3
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 28
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 14
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 12
- 238000013461 design Methods 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- KKZJGLLVHKMTCM-UHFFFAOYSA-N mitoxantrone Chemical compound O=C1C2=C(O)C=CC(O)=C2C(=O)C2=C1C(NCCNCCO)=CC=C2NCCNCCO KKZJGLLVHKMTCM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229960001156 mitoxantrone Drugs 0.000 description 6
- 230000002547 anomalous effect Effects 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 230000005520 electrodynamics Effects 0.000 description 3
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 3
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 238000004164 analytical calibration Methods 0.000 description 2
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 2
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004986 Cholesteric liquid crystals (ChLC) Substances 0.000 description 1
- 206010010071 Coma Diseases 0.000 description 1
- 235000010469 Glycine max Nutrition 0.000 description 1
- 244000068988 Glycine max Species 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 230000000259 anti-tumor effect Effects 0.000 description 1
- 239000002246 antineoplastic agent Substances 0.000 description 1
- 229940041181 antineoplastic drug Drugs 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013060 biological fluid Substances 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 1
- 210000005056 cell body Anatomy 0.000 description 1
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000035764 nutrition Effects 0.000 description 1
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 1
- 238000011022 operating instruction Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000000144 pharmacologic effect Effects 0.000 description 1
- 239000008363 phosphate buffer Substances 0.000 description 1
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
1. Дихрометр для определения биологически активного вещества в анализируемой жидкости с помощью биодатчика, содержащего чувствительный элемент, проявляющий круговой дихроизм, содержащий размещенные последовательно: ! источник широкополосного светового излучения; ! селектор, приспособленный для формирования световых потоков с длинами волн, соответствующих области оптической активности определяемого вещества в анализируемой жидкости и биодатчика, проявляемой в спектре их 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 анализируемую жидкость в контакте с биодатчиком, в оптически проницаемой кювете, содержащее блок термостатирования указанной кюветы; ! фотоэлектронный умножитель, приспособленный для регистрации оптических сигналов кругового дихроизма анализируемой жидкости и 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; ! и при э� 1. A dichrometer to determine the biologically active substance in the analyzed fluid using a biosensor containing a sensing element exhibiting circular dichroism, containing placed in series:! broadband light source; ! a selector adapted for generating light fluxes with wavelengths corresponding to the region of optical activity of the analyte in the analyzed fluid and the biosensor manifested in the spectrum of their 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 the analyzed liquid in contact with the biosensor in an optically permeable cuvette, comprising a thermostatic unit for said cuvette; ! a photoelectronic multiplier adapted for recording optical signals of circular dichroism of the analyzed liquid and biosensor and converting 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 received electrical signal and calculating the concentration of the biologically active substance; ! and when
Description
Настоящая полезная модель относится к медицинской технике и биотехнологиям, а более конкретно - к устройствам для определения в анализируемой жидкости биологически активного вещества (далее БАВ), реализующим биосенсорные технологии определения БАВ, и может быть использована в медицинской и клинической биохимии, а также в молекулярной фармакологии при исследовании фармако-кинетики биологически активных соединений, в фармацевтической промышленности и экологии, и наиболее эффективно - в клинической биохимии.This utility model relates to medical equipment and biotechnologies, and more specifically to devices for determining a biologically active substance (hereinafter BAS) in an analyzed fluid, which implements biosensor technologies for determining BAS, and can be used in medical and clinical biochemistry, as well as in molecular pharmacology in the study of the pharmacokinetics of biologically active compounds in the pharmaceutical industry and ecology, and most effectively in clinical biochemistry.
Известны различные устройства, реализующие биосенсорные технологии, основанные на регистрации оптических сигналов биологически активных веществ, проявляющих аномальный круговой дихроизм в анализируемых жидкостяхVarious devices are known that implement biosensor technologies based on the registration of optical signals of biologically active substances exhibiting anomalous 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, a selector, a polarizer, a polarization modulator, a cell with a sample under study, a photodetector, a synchronous amplifier, a direct current amplifier, a 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 a signal accumulation mode, which means insufficient sensitivity of the determination of biologically active substances (10 -7 moles), large weight, dimensions and power consumption, high cost of the device, and lack of mobility limit the scope of this spectropolarimeter.
Известно устройство для определения биологически активного вещества в анализируемой жидкости (RU, 2107280, С1), содержащее 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. Однако к недостаткам этого устройства можно отнести неустойчивую работу модулятора поляризации фотоэластического типа из-за возможного его смещения, а также влияние электронной схемы возбуждения модулятора на другие системы устройства, что понижает чувствительность регистрации КД, и, соответственно, измерения концентрации БАВ. Кроме того, использованная в указанном устройстве конструкция ячейки для размещения пробы не исключает возможность температурного дрейфа оптических характеристик материала кюветы и, соответственно, сигнала КД пробы. К аналогичному дрейфу приводит и усиление результирующего сигнала КД по постоянному току в тракте синхронного усилителя. При этом наличие в последнем аналогового фильтра низких частот существенно снижает возможности дальнейшей обработки полезного сигнала из-за ограниченного набора постоянных времени фильтра. К недостаткам устройства можно отнести также сложный в изготовлении и настройке электродинамический привод (позиционного типа) поворота дифракционной решетки селектора.A device is known for determining a biologically active substance in an analyzed liquid (RU, 2107280, C1), comprising a 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, photodetector, synchronous amplifier, signal processing means, control unit. However, the disadvantages of this device include the unstable operation of a photoelastic type polarization modulator due to its possible displacement, as well as the influence of the electronic modulator excitation circuit on other systems of the device, which reduces the sensitivity of CD registration, and, accordingly, the measurement of the concentration of biologically active substances. In addition, the design of the cell used to place the sample used in the indicated device does not exclude the possibility of temperature drift of the optical characteristics of the cell material and, accordingly, the CD signal of the sample. The amplification of the resulting CD signal by direct current in the synchronous amplifier path leads to a similar drift. Moreover, the presence of an analog low-pass filter in the latter significantly reduces the possibility of further processing of the useful signal due to the limited set of filter time constants. The disadvantages of the device can also be attributed to the difficult to manufacture and configure the electrodynamic drive (positional type) of rotation of the diffraction grating of the selector.
Известен наиболее близкий по технической сущности к предлагаемой полезной модели дихрограф для определения биологически активного вещества в анализируемой жидкости (DE, 10035709, С2), также служащий для реализации биосенсорного способа определения БАВ в жидкости и содержащий установленные последовательно: источник светового излучения, селектор, поляризатор, модулятор поляризации, ячейку для размещения пробы, содержащей биодатчик на основе ХДКЖ ДНК и анализируемую жидкость, деполяризатор, фотодетектор, цифровую систему регистрации, средство для обработки сигнала, блок управления.Known for the closest in technical essence to the proposed utility model dichrograph for determining biologically active substances in the analyzed fluid (DE, 10035709, C2), also used to implement the biosensor method for determining biologically active substances in liquids and containing sequentially installed: light source, selector, polarizer, polarization modulator, a cell for placing a sample containing a CCD DNA-based biosensor and an analyzed liquid, a depolarizer, a photo detector, a digital recording system, tools a signal processing control unit.
Проходя через исследуемую пробу, проявляющую 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 дихрографа.Passing through the test sample exhibiting 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 dichrograph systems.
Управление работой описанного выше дихрографа осуществляется с помощью программного пакета, осуществляющего различные режимы работы биосенсора 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 в исследуемом образце выбранного соединения.The operation of the dichrograph described above is carried out using a software package that implements various biosensor operating modes and supports a library of techniques for determining various biologically active substances, so the user can select from the menu the substance whose concentration determination is required at the moment, after which the program is in dialogue mode "Leads" the researcher through all the actions prescribed by the method, and gives the result in the form of the concentration value in the test sample of the selected soybean dignia.
Однако в этом дихрографе неоптимальная конструкция источника светового излучения приводит к образованию озона внутри спектрального блока дихрографа в диапазоне УФ-излучения вблизи 200 нм. Электродинамический привод (позиционного типа) поворота дифракционной решетки селектора является нетехнологичным. Недостаточно высока стабильность характеристик и устойчивость к внешним воздействиям фотоэластического модулятора поляризации. 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. Наличие отдельного блока термостатирования ячейки с пробой приводит к громоздкости дихрографа.However, in this dichrograph, the non-optimal design of the light source leads to the formation of ozone inside the spectral block of the dichrograph in the UV range near 200 nm. The electrodynamic drive (positional type) of rotation of the diffraction grating of the selector is non-technological. The stability of the characteristics and the resistance to external influences of the photoelastic polarization modulator are not high enough. 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. The presence of a separate cell thermostatic control unit with the breakdown leads to the bulkiness of the dichrograph.
В основу создания настоящей полезной модели была положена задача создания дихрометра для определения БАВ в анализируемых жидкостях, позволяющего повысить точность и воспроизводимость измерения сигнала КД, и, следовательно, создать условия для более высокой точности определения концентраций БАВ, в том числе ультранизкой концентрации (до ~10-9 моля), в любых анализируемых жидкостях, в том числе биологических жидкостях, таких, как плазма крови, цельная кровь и других.The creation of this utility model was based on the task of creating a dichrometer for determining biologically active substances in the analyzed liquids, which allows to increase the accuracy and reproducibility of measuring the CD signal, and, therefore, to create conditions for higher accuracy in determining biologically active substances, including ultra-low concentrations (up to ~ 10 -9 moles), in any analyzed fluids, including biological fluids, such as blood plasma, whole blood and others.
Поставленная задача была решена созданием технического решения полезной модели дихрометра для определения биологически активного вещества в анализируемой жидкости с помощью биодатчика, содержащего чувствительный элемент, проявляющий круговой дихроизм, содержащего размещенные последовательно:The problem was solved by creating a technical solution of a useful model of a dichrometer to determine the biologically active substance in the analyzed fluid using a biosensor containing a sensitive element exhibiting circular dichroism, containing placed in series:
- источник широкополосного светового излучения;- a source of broadband light radiation;
- селектор, приспособленный для формирования световых потоков с длинами волн, соответствующих области оптической активности определяемого вещества в анализируемой жидкости и биодатчика, проявляемой в спектре их кругового дихроизма;- a selector adapted for the formation of light fluxes with wavelengths corresponding to the region of optical activity of the analyte in the analyzed fluid and the biosensor manifested in the spectrum of their 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 анализируемую жидкость в контакте с биодатчиком, в оптически проницаемой кювете, содержащее блок термостатирования указанной кюветы;- a device for placing a sample containing the analyzed fluid in contact with the biosensor in an optically permeable cuvette containing a thermostatic unit for said cuvette;
- фотоэлектронный умножитель, приспособленный для регистрации оптических сигналов кругового дихроизма анализируемой жидкости и биодатчика и преобразования их в пропорциональный электрический сигнал;- a photoelectronic multiplier adapted to register optical signals of circular dichroism of the analyzed liquid and biosensor and convert 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, вычисления концентрации биологически активного вещества и управления, приспособленное для осуществления взаимодействия всех элементов устройства, и при этом в качестве модулятора поляризации содержащего модулятор поляризации фотоэластического типа, имеющий два бруска из кварца, соединенных торцами между собой с помощью клеевого соединения, размещенных на двух опорах в узлах продольных колебаний и зафиксированных сверху штифтами, входящими в углубления указанных брусков, и при этом один брусок выполнен из кристаллического кварца, а другой брусок выполнен из плавленого кварца, отличающегося тем, что:- a means of processing the received electrical signal, calculating the concentration of the biologically active substance and control, adapted to implement the interaction of all elements of the device, and at the same time as a polarization modulator containing a polarization modulator of photoelastic type, having two bars of quartz connected by ends to each other using adhesive bonding placed on two supports in the nodes of longitudinal vibrations and fixed on top by pins that are included in the recesses of these bars, etc. and this one bar is made of crystalline quartz, and the other bar is made of fused quartz, characterized in that:
- источник светового излучения содержит ксеноновую лампу, обеспечивающую расширенный в области УФ излучения диапазон длин волн, выполненную с возможностью обеспечения ее оптимального температурного режима с повышенным выходом УФ излучения;- the light radiation source contains a xenon lamp that provides an extended wavelength range in the field of UV radiation, configured to provide its optimum temperature regime with an increased yield of UV radiation;
- селектор содержит шаговый привод поворота дифракционной решетки и микроконтроллер, обеспечивающий программируемое выполнение шаговым приводом команд управления, включая инициализацию, ускоренное перемещение в заданную позицию, равномерное перемещение в заданном диапазоне;- the selector comprises a step drive of rotation of the diffraction grating and a microcontroller that provides programmable execution by the step drive of control commands, including initialization, accelerated movement to a given position, uniform movement in a given range;
- содержит спектральный фильтр, приспособленный для поглощения излучения второго порядка отражения указанной дифракционной решетки селектора;- contains a spectral filter adapted to absorb second-order radiation of the indicated diffraction grating of the selector;
- устройство для размещения указанной пробы содержит термостатируемую оптически проницаемую кювету для размещения пробы, выполненную с разъемным кюветным отделением, состоящим из двух половин, поджатых друг к другу пружиной с регулируемым усилием, и каждая из указанных половин конструктивно объединена с двумя элементами Пельтье, радиатором и термодатчиком и имеет возможность скользящего перемещения относительно корпуса кюветы.- the device for placing the specified sample contains a thermostatically controlled optically permeable cell for placing the sample, made with a detachable cell compartment, consisting of two halves, pressed against each other by a spring with adjustable force, and each of these halves is structurally combined with two Peltier elements, a radiator and a temperature sensor and has the possibility of sliding movement relative to the cell body.
При этом, согласно техническому решению полезной модели, целесообразно, чтобы функции указанного средства обработки и управления выполнял компьютер с программным обеспечением, обеспечивающим обработку полученных электрических сигналов, определение наличия или отсутствия определяемого вещества и вычисление концентрации биологически активного вещества.Moreover, according to the technical solution of the utility model, it is advisable that the functions of the specified processing and control means are performed by a computer with software that processes the received electrical signals, determines the presence or absence of the substance being determined, and calculates the concentration of the biologically active substance.
При этом целесообразно, чтобы дихрометр был приспособлен для функционирования с внешним компьютером или со встроенным компьютером по интерфейсу USB.In this case, it is advisable that the dichrometer be adapted to operate with an external computer or with a built-in computer via USB.
Кроме того, согласно техническому решению полезной модели, целесообразно, чтобы дихрометр был выполнен модульным и содержал функциональные модули: модуль источника светового излучения, модуль оптического фильтра, модуль поворота дифракционной решетки, модуль модулятора поляризации, модуль терморегулятора кюветы, модули двух датчиков температуры кюветы, модуль цифровой системы регистрации, и при этом указанные модули содержали управляющие устройства, обеспечивающие управление функционированием указанных модулей в согласованных режимах.In addition, according to the technical solution of the utility model, it is advisable that the dichrometer be modular and contain functional modules: a light source module, an optical filter module, a diffraction grating rotation module, a polarization modulator module, a cell temperature regulator module, two cell temperature sensor modules, a module digital registration system, and while these modules contained control devices that provide control over the operation of these modules in coordinated modes Imah.
При этом указанные управляющие устройства могут быть выполнены в виде микроконтроллеров, приспособленных для связи между собой и с блоком управления с помощью стандартного интерфейса типа I2C.Moreover, these control devices can be made in the form of microcontrollers adapted for communication with each other and with the control unit using a standard interface like I2C.
Кроме того, согласно техническому решению полезной модели, модуль цифровой системы регистрации может содержать микроконтроллер, обеспечивающий выполнение необходимых операций микроконтроллерами других функциональных модулей, первичную обработку сигнала, передачу его по интерфейсу USB во внешний или встроенный компьютер, прием и передачу команд компьютера другим функциональным модулям.In addition, according to the technical solution of the utility model, the digital registration system module may contain a microcontroller that provides the necessary operations by microcontrollers of other functional modules, preprocesses the signal, transfers it via USB to an external or built-in computer, receives and transfers computer commands to other functional modules.
При этом, согласно техническому решению полезной модели, целесообразно, чтобы дихрометр был размещен в портативном корпусе.Moreover, according to the technical solution of the utility model, it is advisable that the dichrometer be placed in a portable case.
В дальнейшем дихрометр для определения биологически активного вещества в анализируемой жидкости с помощью биодатчика, содержащего чувствительный элемент, проявляющий круговой дихроизм, выполненный согласно техническому решению полезной модели, поясняется приведенными примерами ее конструктивного выполнения и применения и прилагаемыми чертежами, на которых:In the future, a dichrometer for determining a biologically active substance in the analyzed fluid using a biosensor containing a sensing element exhibiting circular dichroism, made in accordance with the technical solution of the utility model, is illustrated by the examples of its structural implementation and application and the accompanying drawings, on which:
Фиг.1 - блок-схема дихрометра согласно техническому решению полезной модели;Figure 1 - block diagram of a dichrometer according to the technical solution of the utility model;
Фиг.2 - схема выполнения источника светового излучения с ксеноновой лампой согласно техническому решению полезной модели;Figure 2 is a diagram of a source of light radiation with a xenon lamp according to the technical solution of the utility model;
Фиг.3. - устройство для размещения анализируемой пробы в термостатируемой кювете согласно техническому решению полезной модели;Figure 3. - a device for placing the analyzed sample in a thermostatically controlled cell according to the technical solution of the utility model;
Фиг.4. - схема взаимодействия функциональных модулей дихрометра, выполненного в модульном варианте согласно техническому решению полезной модели;Figure 4. - a diagram of the interaction of the functional modules of the dichrometer, made in a modular version according to the technical solution of the utility model;
Фиг.5 - зависимость измеренного с помощью предлагаемого дихрометра сигнала КД, генерируемого жидкокристаллической дисперсией ДНК при образовании комплексов ДНК-митоксантрон, от концентрации митоксантрона.Figure 5 - dependence of the CD signal measured using the proposed dichrometer generated by liquid crystal DNA dispersion during the formation of DNA-mitoxantrone complexes, on the concentration of mitoxantrone.
Однако представленные примеры выполнения и применения дихрометра не ограничивают возможности его выполнения и применения, не выходящие за рамки формулы полезной модели.However, the presented examples of the implementation and application of the dichrometer do not limit the possibility of its implementation and application, not beyond the scope of the utility model formula.
На Фиг.1 показана схема дихрометра для определения БАВ в анализируемой жидкости, содержащего последовательно соединенные: источник 1 широкополосного светового излучения; спектральный фильтр 2; селектор 3; поляризатор 4; спектральную щель 5; модулятор 6 поляризации; устройство 7 для размещения анализируемой жидкости в контакте с биодатчиком в оптически проницаемой кювете; фотоэлектронный умножитель 8; цифровую систему 9 регистрации; средство 10 обработки сигналов и управления.Figure 1 shows a diagram of a dichrometer for determining biologically active substances in the analyzed fluid, containing serially connected: source 1 of broadband light radiation; spectral filter 2; selector 3; polarizer 4; spectral gap 5; polarization modulator 6; a device 7 for placing the analyzed fluid in contact with the biosensor in an optically permeable cell; photomultiplier tube 8; digital registration system 9; signal processing and control means 10.
Как показано на Фиг.2, источник 1 широкополосного светового излучения, согласно техническому решению полезной модели, содержит ксеноновую лампу 12, обеспечивающую расширенный в области УФ излучения диапазон длин волн и выполненную с возможностью обеспечения ее оптимального температурного режима с повышенным выходом УФ излучения.As shown in FIG. 2, the broadband light source 1, according to the technical solution of the utility model, comprises a xenon lamp 12 providing an extended wavelength range in the UV radiation region and configured to provide its optimum temperature regime with an increased output of UV radiation.
При этом в качестве указанной лампы 12 используется ксеноновая лампа мощностью 150 ватт, обеспечивающая приемлемую интенсивность света в диапазоне от 185 до 1000 нм, а для ее питания применен источник, обеспечивающий уровень пульсаций светового потока не более 0,05%. Расширение рабочего диапазона в ультрафиолетовую область спектра выдвигает требование уменьшения до допустимого уровня концентрации озона, образуемого под действием УФ-излучения лампы, и минимизации потерь для самого излучения, интенсивно поглощаемого образующимся озоном. Оптимальный тепловой режим работы указанной ксеноновой лампы 12 реализуется при выполнении требований инструкции ее эксплуатации: катод 13 вертикально расположенной лампы необходимо закрепить в радиаторе 14 из алюминиевого сплава диаметром 40 мм и толщиной 15 мм и последний прикрепить к какому-либо основанию 15, аналогичный радиатор должен быть установлен на анод 16 без какого-либо дополнительного крепления - в этом случае образующегося при включении лампы 12 конвекционного потока воздуха должно быть достаточно для выхода лампы 12 на оптимальный тепловой режим. Но такая лампа, имеющая тяжелый радиатор на стеклянной колбе, серьезно ужесточает условия транспортировки.At the same time, a 150-watt xenon lamp is used as the indicated lamp 12, providing an acceptable light intensity in the range from 185 to 1000 nm, and a source is used to power it, providing a level of pulsation of the light flux of not more than 0.05%. The extension of the operating range to the ultraviolet region of the spectrum makes it necessary to reduce to an acceptable level the concentration of ozone generated by the UV radiation of the lamp and minimize losses for the radiation itself, which is intensively absorbed by the generated ozone. The optimal thermal mode of operation of the indicated xenon lamp 12 is realized when the requirements of its operating instructions are met: the cathode 13 of the vertically located lamp must be fixed in a radiator 14 of aluminum alloy with a diameter of 40 mm and a thickness of 15 mm and the latter should be attached to any base 15, a similar radiator should be mounted on the anode 16 without any additional fastening - in this case, the convection air flow generated when the lamp 12 is turned on should be enough for the lamp 12 to reach the optimum the first heat treatment. But such a lamp, which has a heavy radiator on a glass flask, seriously toughens transportation conditions.
Согласно техническому решению полезной модели, конструкция узла лампы 12 оставляет анод 16 совершенно свободным, при этом он охлаждается потоком воздуха, создаваемым вентилятором 17 между внешним корпусом 18 и внутренним корпусом 19, в котором размещена прозрачная (кварцевая) часть 20 лампы 12. При такой конструкции поток воздуха практически полностью отделен от кварцевой колбы лампы 12 и, соответственно, от УФ излучения, внутренним корпусом 19, поэтому непрерывного образования озона не происходит. Внутренний корпус 19 лампы 12 не герметичен, но имеющиеся в нем зазоры минимальны, поэтому при выключенной лампе парциальное давление кислорода внутри конструкции выравнивается с атмосферным. При включении лампы 12 происходит образование незначительного количества озона, ощущаемого по запаху, но после истечения двух минут и при дальнейшей работе лампы количество образующегося озона падает настолько, что его запах абсолютно не ощущается.According to the technical solution of the utility model, the design of the lamp assembly 12 leaves the anode 16 completely free, while it is cooled by the air flow generated by the fan 17 between the outer casing 18 and the inner casing 19, in which the transparent (quartz) part 20 of the lamp 12 is placed. With this design the air flow is almost completely separated from the quartz bulb of the lamp 12 and, accordingly, from UV radiation, by the inner housing 19, therefore, continuous formation of ozone does not occur. The inner housing 19 of the lamp 12 is not sealed, but the gaps in it are minimal, so when the lamp is off, the partial pressure of oxygen inside the structure is aligned with atmospheric. When the lamp 12 is turned on, an insignificant amount of ozone is sensed by smell, but after two minutes and with the further operation of the lamp, the amount of ozone formed falls so much that its smell is absolutely not felt.
Излучение лампы 12 выводится через тубус 21, закрепленный в отверстии внутреннего корпуса 19 и выходящий через отверстие внешнего корпуса 18 и закрытый снаружи кварцевым окном. При этом зафиксированный на длине волны 200 нм выход излучения примерно в 2 раза превысил уровень УФ излучения, достигаемый с помощью конструкции узла лампы, используемой в дихрографе, выбранном в качестве прототипа (DE, 10035709, С2). Это позволяет при работе в УФ диапазоне отказаться от использования отдельного блока с мощным вентилятором, соединенным трубой с вытяжной системой помещения, что уменьшает габариты аналитической системы и облегчает ее обслуживание.The radiation of the lamp 12 is output through the tube 21, mounted in the hole of the inner housing 19 and emerging through the hole of the outer housing 18 and closed from the outside with a quartz window. In this case, the radiation yield recorded at a wavelength of 200 nm was approximately 2 times higher than the level of UV radiation achieved using the design of the lamp assembly used in the dichrograph selected as a prototype (DE, 10035709, C2). This allows you to refuse to use a separate unit with a powerful fan connected to a pipe with the exhaust system of the room when working in the UV range, which reduces the dimensions of the analytical system and facilitates its maintenance.
Спектральный фильтр 2 (Фиг.1) вводится при работе в диапазоне длин волн выше 400 нм и приспособлен для поглощения УФ излучения, направляемого дифракционной решеткой селектора 3 в том же направлении во втором порядке отражения, что позволяет снизить уровень фоновой засветки и приводит к повышению чувствительности регистрации сигнала КД в этом диапазоне спектра.Spectral filter 2 (Figure 1) is introduced when operating in the wavelength range above 400 nm and is adapted to absorb UV radiation directed by the diffraction grating of the selector 3 in the same direction in the second reflection order, which reduces the level of background illumination and increases the sensitivity registration of the CD signal in this range of the spectrum.
Селектор 3 (Фиг.1) приспособлен для формирования световых потоков с длинами волн, соответствующими области оптической активности определяемого вещества в анализируемой жидкости и биодатчика, проявляемой в спектре их кругового дихроизма. Согласно техническому решению полезной модели, для селектора 3 выбрана схема монохроматора Черни-Тернера с компенсацией комы Фасти. В качестве исполнительного механизма поворота дифракционной решетки взамен малотехнологичного электродинамического привода позиционного типа (DE, 10035709, С2) используется шаговый привод поворота дифракционной решетки (на чертежах не показан), выполненный известным специалистам образом. Согласно техническому решению полезной модели, для управления шаговым приводом селектор 3 содержит микроконтроллер, обеспечивающий программируемое выполнение шаговым приводом команд управления: инициализацию, ускоренное перемещение в заданную позицию, равномерное перемещение в заданном диапазоне.The selector 3 (Figure 1) is adapted for the formation of light fluxes with wavelengths corresponding to the region of optical activity of the analyte in the analyzed fluid and the biosensor manifested in the spectrum of their circular dichroism. According to the technical solution of the utility model, for the selector 3, the Cherni-Turner monochromator scheme with Fasti coma compensation was selected. As an actuator of rotation of the diffraction grating instead of the low-tech electrodynamic drive of the positional type (DE, 10035709, C2), a stepping drive of rotation of the diffraction grating (not shown in the drawings) is used, made in a manner known to those skilled in the art. According to the technical solution of the utility model, for controlling a stepper drive, selector 3 contains a microcontroller that provides programmable execution by a stepper drive of control commands: initialization, accelerated movement to a given position, uniform movement in a given range.
В результате проведенных испытаний полезной модели получены следующие характеристики исполнительного механизма поворота дифракционной решетки с шаговым приводом: разрешение не хуже 0,02 нм, время перестройки на 30 нм - не более 2 секунд. Эти показатели вполне соответствуют требованиям, предъявляемым к селектору 3 полезной модели.As a result of the tests of the utility model, the following characteristics of the executive mechanism of rotation of the diffraction grating with a step drive were obtained: resolution no worse than 0.02 nm, tuning time at 30 nm - no more than 2 seconds. These indicators are fully consistent with the requirements for the selector 3 of the utility model.
Поляризатор 4 (Фиг.1) приспособлен для формирования линейно поляризованного светового потока, выполнен, например, в виде призмы из нелинейного кристаллического материала, и установлен после селектора 3.The polarizer 4 (Figure 1) is adapted to form a linearly polarized light flux, made, for example, in the form of a prism from a nonlinear crystalline material, and installed after the selector 3.
Спектральная щель 5 (Фиг.1) приспособлена для выделения линейно поляризованного светового потока с определенным направлением вектора поляризации и может быть выполнена любым известным специалисту в этой области образом.The spectral gap 5 (FIG. 1) is adapted to isolate a linearly polarized light flux with a certain direction of the polarization vector and can be performed by any method known to one skilled in the art.
Модулятор 6 поляризации (Фиг.1) приспособлен для преобразования указанного линейно поляризованного светового потока в циркулярно поляризованный световой поток с периодически изменяющимся направлением вращения вектора поляризации и может быть выполнен в виде известного модулятора поляризации фотоэластического типа (DE, 100 10035709, С2), имеющего два бруска из кварца, соединенных торцами между собой с помощью клеевого соединения, размещенных на двух опорах в узлах продольных колебаний и зафиксированных сверху штифтами, входящими в углубления указанных брусков, и при этом один брусок выполнен из кристаллического кварца, а другой брусок выполнен из плавленого кварца (на чертежах не показаны).The polarization modulator 6 (FIG. 1) is adapted to convert the specified linearly polarized light flux into a circularly polarized light flux with a periodically changing direction of rotation of the polarization vector and can be made in the form of a known photoelastic type polarization modulator (DE, 100 10035709, C2), having two a bar of quartz, connected by ends to each other by means of an adhesive joint, placed on two supports in nodes of longitudinal vibrations and fixed on top by pins entering the recesses these bars, and one bar is made of crystalline quartz, and the other bar is made of fused quartz (not shown in the drawings).
Согласно техническому решению полезной модели, устройство 7 для размещения анализируемой пробы (Фиг.3), содержащей анализируемую жидкость в контакте с биодатчиком, содержит оптически проницаемую кювету 22, приспособленную для размещения в ней пробы, например, в пробирке, и последующего размещения кюветы 22 в кюветном отделении, имеющем сквозное световое окно 23 и выполненном разъемным из двух половин 24 и 25, поджатых друг к другу пружиной 26 с регулируемым усилием. При этом каждая из указанных половин 24 и 25 конструктивно объединена с блоком термостатирования указанной кюветы 22, содержащим два элемента 27 Пельтье, радиатор 28 и термодатчик 29, и имеет возможность скользящего перемещения в общем корпусе 30 устройства 7, например, на калиброванных шариках 30а, что обеспечивает плотное регулируемое по силе соприкосновение стенок кюветного отделения с гранями кюветы 22.According to the technical solution of the utility model, the device 7 for placing the analyzed sample (Figure 3), containing the analyzed liquid in contact with the biosensor, contains an optically permeable cuvette 22 adapted to place the sample in it, for example, in a test tube, and then place the cuvette 22 in a cuvette compartment having a through light window 23 and made detachable from two halves 24 and 25, pressed against each other by a spring 26 with adjustable force. Moreover, each of the indicated halves 24 and 25 is structurally combined with the thermostatic control unit of the indicated cell 22, containing two Peltier elements 27, a radiator 28 and a temperature sensor 29, and has the possibility of sliding movement in the general case 30 of the device 7, for example, on calibrated balls 30a, which provides a tight, adjustable in force contact of the walls of the cell compartment with the faces of the cell 22.
Регулирование степени прижатия кюветы 22 к кюветному отделению с обеспечением их теплового контакта и, соответственно, теплопередачи, улучшенная динамика термостатирования кюветы 22 и уменьшение градиента установившейся в ней температуры, а также обеспечение силы давления, снимающей напряжения в материале стенок кюветы, позволяют получить лучшую, в 5 раз по сравнению с известными устройствами для размещения проб, точность измерений и воспроизводимость сигнала КД.Regulation of the degree of pressing of the cuvette 22 to the cuvette compartment with ensuring their thermal contact and, accordingly, heat transfer, improved dynamics of thermostating of the cuvette 22 and reducing the gradient of the temperature established in it, as well as providing a pressure force that relieves stress in the material of the walls of the cuvette, allows one to obtain a better 5 times compared with known devices for placing samples, the accuracy of measurements and reproducibility of the CD signal.
При этом в качестве термодатчиков 29 использованы микросхемы, имеющие стандартный цифровой интерфейс I2C и обеспечивающие измерение температуры объекта с разрешением 0,033°С. Для повышения линейности термодатчики 29 калибруют в нескольких точках рабочего диапазона, например, 4°С,…, 95°С, с помощью калибратора температуры.At the same time, microcircuits having a standard digital I2C interface and providing measurement of the object temperature with a resolution of 0.033 ° C were used as temperature sensors 29. To increase linearity, temperature sensors 29 are calibrated at several points in the operating range, for example, 4 ° C, ..., 95 ° C, using a temperature calibrator.
Кроме того, применение широтно-импульсного регулятора (на чертеже не показан) для регулирования мощности, подводимой к элементам Пельтье, позволило существенно повысить эффективность блоков термостатирования кюветы 22, уменьшить габариты, и за счет этого отказаться от размещения устройства 7 в отдельном блоке.In addition, the use of a pulse-width regulator (not shown in the drawing) for regulating the power supplied to the Peltier elements made it possible to significantly increase the efficiency of thermostatic control units of the cuvette 22, reduce the dimensions, and thereby refuse to place the device 7 in a separate unit.
Перечисленные меры обеспечили разность между показаниями термодатчика 29 и погруженной в кювету 22 термопары не более 0,5°С. Точность поддержания температуры на каждой ее ступени составила величину 0,5°С, время выхода на заданную температуру с такой точностью - не более 10 минут во всем диапазоне рабочих температур, что существенно расширяет аналитические и исследовательские возможности применения дихрометра согласно техническому решению полезной модели.These measures provided a difference between the readings of the temperature sensor 29 and the thermocouple immersed in the cuvette 22 of not more than 0.5 ° C. The accuracy of maintaining the temperature at each of its steps was 0.5 ° C, the time to reach the set temperature with such accuracy was no more than 10 minutes in the entire range of operating temperatures, which significantly expands the analytical and research possibilities of using a dichrometer according to the technical solution of the utility model.
Фотоэлектронный умножитель 8 (далее ФЭУ) (Фиг.1) является измерительным элементом регистрации, определяющим чувствительность, стабильность и линейность измерений КД, при этом конструкция ФЭУ обеспечивает его надежное экранирование от внешних электромагнитных полей и паразитной световой засветки, а также возможность регулирования его источника 31 питания. Фоточувствительная поверхность ФЭУ обращена к прошедшему через кювету 22 световому потоку, и ФЭУ преобразует оптический сигнал КД, генерируемый указанной пробой, в пропорциональный ему электрический сигнал.The photoelectronic multiplier 8 (hereinafter PMT) (FIG. 1) is a measuring element for recording that determines the sensitivity, stability and linearity of CD measurements, while the PMT design ensures its reliable shielding from external electromagnetic fields and stray light illumination, as well as the ability to control its source 31 nutrition. The photosensitive surface of the photomultiplier is facing the light stream passing through the cell 22, and the photomultiplier converts the optical CD signal generated by this breakdown into an electrical signal proportional to it.
ФЭУ 8 имеет выход 32, на котором регистрирует переменную составляющую, пропорциональную ΔА - величине сигнала, порожденного аномальным круговым дихроизмом анализируемой пробы, а на выходе 33 регистрирует постоянную составляющую, пропорциональную А - величине сигнала, характеризующей поглощение биологически активного вещества пробы, при этом частота переменной составляющей равна частоте модуляции поляризации излучения. В фотоумножителе 8 постоянная составляющая поддерживается на постоянном уровне путем регулирования напряжения питания фотоумножителя 8, для чего сигнал постоянной составляющей с выхода 33 заводится на вход 34 источника 31 питания, а напряжение питания с выхода 35 источника 31 питания подается на вход 36 фотоумножителя 8, то есть осуществляется режим стабилизации постоянной составляющей с помощью отрицательной обратной связи с одновременным измерением переменной составляющей, что эквивалентно измерению их отношения, а значит, измерению сигнала КД исследуемой пробы. Выход 32 фотоумножителя 8 соединен со входом цифровой системы 9 регистрации.PMT 8 has an output 32, on which it registers a variable component proportional to ΔA - the value of the signal generated by the anomalous circular dichroism of the analyzed sample, and at output 33 it registers a constant component proportional to A - the value of the signal characterizing the absorption of the biologically active substance of the sample, while the frequency of the variable component is equal to the frequency of modulation of the polarization of radiation. In the photomultiplier 8, the constant component is maintained at a constant level by adjusting the supply voltage of the photomultiplier 8, for which the constant component signal from the output 33 is fed to the input 34 of the power supply 31, and the supply voltage from the output 35 of the power supply 31 is fed to the input 36 of the multiplier 8, i.e. the constant component is stabilized using negative feedback with the simultaneous measurement of the variable component, which is equivalent to measuring their ratio, and therefore measuring signal la CD test sample. The output 32 of the photomultiplier 8 is connected to the input of a digital registration system 9.
Цифровая система 9 регистрации (Фиг.1) приспособлена для выделения и усиления указанного электрического сигнала и преобразования его в цифровую форму и, согласно техническому решению полезной модели, может быть выполнена известным специалистам образом.The digital registration system 9 (FIG. 1) is adapted to isolate and amplify the indicated electrical signal and convert it to digital form and, according to the technical solution of the utility model, can be performed in a manner known to those skilled in the art.
Согласно техническому решению полезной модели, функции указанного средства 10 обработки полученного электрического сигнала и вычисления концентрации биологически активного вещества и указанного в прототипе блока управления (DE, 100 10035709, С2) может выполнять внешний или встроенный компьютер с программным обеспечением, обеспечивающим обработку полученных электрических сигналов, вывод о наличии или отсутствии определяемого БАВ, вычисление концентрации БАВ и управление всеми другими функциональными устройствами.According to the technical solution of the utility model, the functions of the specified means 10 for processing the received electrical signal and calculating the concentration of the biologically active substance and the control unit specified in the prototype (DE, 100 10035709, C2) can be performed by an external or embedded computer with software that processes the received electrical signals, the conclusion about the presence or absence of a defined biologically active substances, the calculation of the concentration of biologically active substances and the management of all other functional devices.
Согласно техническому решению полезной модели в дихрометре реализован принцип модульности, обеспечивающий гибкость при разработке аппаратной части, упрощающий процесс сборки и наладки готовых приборов. При этом дихрометр содержит следующие функциональные модули (Фиг.4):According to the technical solution of the utility model, the dichrometer implements the principle of modularity, which provides flexibility in the development of hardware, simplifying the process of assembly and commissioning of finished devices. When this dichrometer contains the following functional modules (Figure 4):
- модуль 37 источника 1 светового излучения,- module 37 of the source 1 of light radiation,
- модуль 38 оптического фильтра 2,- module 38 of the optical filter 2,
- модуль 39 поворота дифракционной решетки,- module 39 rotation of the diffraction grating,
- модуль 40 модулятора 6 поляризации,- module 40 of the polarization modulator 6,
- модуль 41 терморегулятора кюветы 22,- module 41 of the thermostat of the cell 22,
- модули 42 двух датчиков температуры кюветы,- modules 42 of two cell temperature sensors,
- модуль 43 цифровой системы 9 регистрации,- module 43 of the digital registration system 9,
и при этом указанные модули 37-43 содержат управляющие устройства, обеспечивающие управление функционированием указанных модулей в согласованных режимах. Такими управляющими устройствами могут быть микроконтроллеры, размещенные в указанных функциональных модулях и приспособленные для связи между собой с помощью стандартного интерфейса типа 12С. Управление работой дихрометра может быть осуществлено с помощью внешнего или встроенного компьютера 44, при этом модуль 43 цифровой системы 9 регистрации содержит микроконтроллер, обеспечивающий выполнение необходимых операций микроконтроллерами других функциональных модулей, первичную обработку сигнала, передачу его по интерфейсу USB в указанный компьютер, прием и передачу команд компьютера 44 другим функциональным модулям.and while these modules 37-43 contain control devices that provide control over the operation of these modules in coordinated modes. Such control devices can be microcontrollers located in these functional modules and adapted for communication with each other using a standard interface like 12C. The operation of the dichrometer can be carried out using an external or built-in computer 44, while the module 43 of the digital registration system 9 contains a microcontroller that provides the necessary operations by microcontrollers of other functional modules, the primary signal processing, its transmission via USB to the specified computer, reception and transmission computer commands 44 other functional modules.
На Фиг.4 показана структурная схема взаимодействия указанных функциональных модулей в дихрометре. Выполнение необходимых операций функциональными модулями осуществляется на основе команд микроконтроллеров. Прием и передача команд от компьютера микроконтроллерам функциональных модулей осуществляется через микроконтроллер модуля 43 цифровой системы 9 регистрации. Связь между модулями осуществляется посредством стандартного цифрового интерфейса типа 12С. Схемотехническое решение предоставляет возможность использования для управления дихрометром как внешнего, так и встроенного компьютера по интерфейсу USB.Figure 4 shows a structural diagram of the interaction of these functional modules in a dichrometer. The necessary operations by functional modules are carried out on the basis of microcontroller commands. The reception and transmission of commands from the computer to the microcontrollers of the functional modules is carried out through the microcontroller of the module 43 of the digital registration system 9. Communication between the modules is carried out using a standard 12C digital interface. The circuitry solution provides the possibility of using both an external and an integrated computer via the USB interface for controlling the dichrometer.
Компьютер 44 производит включение и управляет работой ксеноновой лампы 12, спектрального фильтра 2, шаговым приводом поворота дифракционной решетки, модулятором 6 круговой поляризации, датчиками и терморегулятором температуры кюветы 22 на основе элементов Пельтье, источником 31 питания фотоумножителя 8, цифровой системой 9 регистрации.The computer 44 turns on and controls the operation of the xenon lamp 12, the spectral filter 2, the stepwise rotation of the diffraction grating, a circular polarization modulator 6, sensors and temperature thermostat for the cuvette 22 based on Peltier elements, a photomultiplier 8 power supply 31, and a digital registration system 9.
Дихрометр работает следующим образом:The dichrometer works as follows:
Пробирку с анализируемой жидкостью и размещенным в этой жидкости биодатчиком помещают в кювету 22 (Фиг.3), затем кювету 22 размещают в кюветном отделении, закрывают крышку кюветного отделения и включают источник питания дихрометра.A tube with the analyzed liquid and the biosensor placed in this liquid is placed in the cell 22 (Figure 3), then the cell 22 is placed in the cell compartment, the lid of the cell compartment is closed and the dichrometer power supply is turned on.
Источник 1 светового излучения (Фиг.1) излучает широкополосный световой поток, попадающий на вход селектора 3, на выходе которого излучается узкополосный световой поток, имеющий одну известную длину волны. При необходимости работы в диапазоне длин волн выше 400 нм в световой поток вводится спектральный фильтр 2, который поглощает УФ излучение, направляемое дифракционной решеткой, являющейся дисперсионным элементом селектора 3, в том же направлении во втором порядке отражения.The light emission source 1 (FIG. 1) emits a broadband light stream incident on the input of the selector 3, at the output of which a narrow-band light stream having one known wavelength is emitted. If it is necessary to work in the wavelength range above 400 nm, a spectral filter 2 is introduced into the light flux, which absorbs UV radiation directed by the diffraction grating, which is the dispersion element of the selector 3, in the same direction in the second reflection order.
Узкополосный световой поток проходит через поляризатор 4 и делится на два расходящихся луча с взаимно ортогональными линейными поляризациями, одна из которых выделяется щелью 5 и попадает на оптический вход модулятора 6 поляризации. Пройдя модулятор 6, световой поток становится циркулярно поляризованным с периодически изменяющимся направлением вращения вектора поляризации, вращающегося в плоскости, ортогональной световому потоку.The narrow-band light flux passes through the polarizer 4 and is divided into two diverging beams with mutually orthogonal linear polarizations, one of which is allocated by the slit 5 and gets to the optical input of the polarization modulator 6. Having passed modulator 6, the light flux becomes circularly polarized with a periodically changing direction of rotation of the polarization vector rotating in a plane orthogonal to the light flux.
Пройдя в устройстве 7 через кювету 22 с исследуемой пробой, содержащей биодатчик, проявляющий свойство аномального кругового дихроизма, световой поток становится модулированным по интенсивности.Passing in the device 7 through the cuvette 22 with the sample under study containing a biosensor exhibiting the property of anomalous circular dichroism, the light flux becomes modulated in intensity.
Под действием модулированного по интенсивности света на выходах фотоумножителя 8 возникает электрический сигнал, причем на выходе 32 регистрируется переменная составляющая, пропорциональная ΔА - величине сигнала, порожденного аномальным круговым дихроизмом пробы, а на выходе 33 - постоянная составляющая, пропорциональная А - величине сигнала, характеризующей поглощение биологически активного вещества, содержащегося в анализируемой жидкости, при этом частота переменной составляющей равна частоте модуляции поляризации излучения.Under the action of a light intensity modulated at the outputs of the photomultiplier 8, an electric signal appears, and at the output 32 a variable component is recorded proportional to ΔА - the signal value generated by the anomalous circular dichroism of the sample, and at the output 33 - a constant component proportional to A - signal value characterizing the absorption biologically active substance contained in the analyzed fluid, while the frequency of the variable component is equal to the frequency of modulation of the polarization of radiation.
С выхода 32 фотоумножителя 8 сигнал поступает на один из входов цифровой системы 9 регистрации, на второй вход которой подается опорный сигнал с частотой модуляции поляризации от средства 10 обработки сигнала, вычисления концентрации определяемого БАВ и управления функциональными модулями дихрометра полезной модели.From the output 32 of the photomultiplier 8, the signal is fed to one of the inputs of the digital registration system 9, the second input of which is supplied with a reference signal with a frequency of modulation of polarization from the signal processing means 10, calculating the concentration of the determined biologically active substances and controlling the functional modules of the utility model dichrometer.
В цифровой системе 9 регистрации сигнал усиливается, фильтруется, преобразуется в цифровой код и подается в средство 10 обработки, в котором он обрабатывается и выводится в виде значения концентрации исследуемого биологически активного вещества в пробе. Средство 10, например, внешний или встроенный компьютер 44, через цифровую систему 9 регистрации осуществляет также необходимое взаимодействие всех элементов дихрометра, реализует требуемый алгоритм обработки, устанавливает необходимые питающие напряжения для источника 1 светового излучения, для включения спектрального фильтра 2 и для управления шаговым приводом поворота дифракционной решетки селектора 3, вырабатывает напряжение с частотой модуляции для работы модулятора 6 поляризации, вырабатывает необходимые питающие напряжения для элементов Пельтье в устройстве 7 для размещения кюветы с пробой и устанавливает алгоритм стабилизации и изменения температуры кюветы, устанавливает необходимые напряжения питания источника 31 питания фотоумножителя 8, формирует опорный сигнал для функционирования цифровой системы 9 регистрации. Способ обработки цифровой формы полученного сигнала зависит от используемого для этой цели программного обеспечения, заложенного в средстве 10 обработки.In the digital registration system 9, the signal is amplified, filtered, converted into a digital code and supplied to the processing means 10 in which it is processed and output as the concentration value of the biologically active substance under study in the sample. The tool 10, for example, an external or built-in computer 44, through the digital registration system 9 also performs the necessary interaction of all elements of the dichrometer, implements the required processing algorithm, sets the necessary supply voltages for the light source 1, for switching on the spectral filter 2 and for controlling the stepping rotation drive diffraction grating of the selector 3, generates a voltage with a modulation frequency for the operation of the polarization modulator 6, generates the necessary supply voltage for Peltier elements in the device 7 for placement of the cell with the sample and sets the algorithm for stabilization and temperature change of the cell, sets the necessary voltage for the power supply 31 of the photomultiplier 8, generates a reference signal for the operation of the digital registration system 9. The method of processing the digital form of the received signal depends on the software used for this purpose embedded in the processing means 10.
Для сравнения аналитических возможностей дихрометра согласно техническому решению полезной модели и известного дихрографа, выбранного за прототип (DE, 10035709, С2), были проведены следующие измерения:To compare the analytical capabilities of the dichrometer according to the technical solution of the utility model and the well-known dichrograph selected for the prototype (DE, 10035709, C2), the following measurements were carried out:
1. Измерения уровней светового УФ излучения на длине волны 200 нм ксеноновой лампы на входе в селектор 3:1. Measurement of levels of light UV radiation at a wavelength of 200 nm xenon lamp at the entrance to the selector 3:
(а) в случае использования источника светового излучения дихрографа-прототипа;(a) in the case of using a light source of a prototype dichrograph;
(б) в случае использования источника 1 широкополосного светового излучения согласно техническому решению полезной модели, содержащего ксеноновую лампу;(b) in the case of using a source 1 of broadband light radiation according to the technical solution of a utility model containing a xenon lamp;
Результаты измерений показали, что зафиксированный на длине волны 200 нм выход излучения для случая (б) примерно в 2 раза превысил уровень УФ излучения, достигаемый с помощью случая (а).The measurement results showed that the radiation yield recorded at a wavelength of 200 nm for case (b) was approximately 2 times higher than the level of UV radiation achieved using case (a).
2. Измерения зависимости «базовой линии» дихрометра от длины волны согласно техническому решению полезной модели для двух случаев:2. Measurement of the dependence of the "baseline" of the dichrometer on the wavelength according to the technical solution of the utility model for two cases:
(а) при использовании термостатируемой кюветы дихрографа-прототипа и(a) using a thermostatic dichrograph prototype cell, and
(б) при использовании термостатируемой кюветы 22 согласно техническому решению полезной модели.(b) when using a thermostatic cuvette 22 according to the technical solution of the utility model.
Результаты измерений показали, что дрейф и нестабильность «базовой линии» для случая (а), обусловленные паразитными сигналами КД из-за напряжений в материале стенок кюветы, в 4,1 раза больше аналогичных характеристик, полученных для случая (б).The measurement results showed that the drift and instability of the “baseline” for case (a), caused by spurious CD signals due to stresses in the material of the cell walls, is 4.1 times higher than the similar characteristics obtained for case (b).
3. Измерения калибровочной кривой для противоопухолевого препарата митоксантрона (MX), то есть определение зависимости сигнала КД, генерируемого жидкокристаллической дисперсией ДНК биодатчика на длине волны 680 нм при образовании комплекса ДНК-МХ, от концентрации MX (СДНК ~ 5 мкг/мл; СПЕГ=170 мг/мл; 0,3 М NaCl+10-2 М - фосфатный буфер; рН ~ 7,0; L=1 см).3. Measurements calibration curve for antitumor drug mitoxantrone (MX), that is, to determine the dependence of DNA biosensor, the signal generated by the liquid crystal KD dispersion at a wavelength of 680 nm when complexed DNA-MX, the concentration of MX (C ~ DNA 5 .mu.g / ml of C PEG = 170 mg / ml; 0.3 M NaCl + 10 -2 M - phosphate buffer; pH ~ 7.0; L = 1 cm).
Представленная на Фиг.5 аналитическая калибровочная кривая, полученная при помощи дихрометра полезной модели (кривая 2) позволяет определять MX в широкой области концентраций, в том числе в области концентраций до 10-9 моля с более высокой (в 2-3 раза) точностью и воспроизводимостью по сравнению с аналитической калибровочной кривой, полученной с помощью дихрографа-прототипа (кривая 1).Presented in FIG. 5, an analytical calibration curve obtained using a utility model dichrometer (curve 2) allows one to determine MX in a wide range of concentrations, including in the range of concentrations up to 10 -9 mol with higher (2–3 times) accuracy and reproducibility compared with the analytical calibration curve obtained using the dichrograph prototype (curve 1).
Таким образом, дихрометр согласно техническому решению начтоящей полезной модели позволяет точнее, с лучшей воспроизводимостью и более высокой чувствительностью (до 10-9 М) определять величину КД, а значит, наличие и концентрацию БАВ в пробе, в частности, MX, например, в крови больных, терапия которых связана с применением противоопухолевых соединений.Thus, the dichrometer, according to the technical solution of the starting utility model, allows one to more accurately, with better reproducibility and higher sensitivity (up to 10 -9 M) determine the value of CD, and therefore, the presence and concentration of biologically active substances in the sample, in particular, MX, for example, in blood patients whose therapy is associated with the use of antitumor compounds.
Расширение рабочего диапазона устройства в УФ область спектра за счет повышения уровня УФ излучения позволяет расширить перечень определяемых при помощи дихрометра полезной модели биологически активных и фармакологических соединений.Expanding the operating range of the device in the UV region of the spectrum by increasing the level of UV radiation allows us to expand the list of useful models of biologically active and pharmacological compounds determined using a dichrometer.
Кроме того, дихрометр согласно техническому решению полезной модели, благодаря более совершенным конструкциям источника светового излучения при работе в УФ диапазоне и устройства для размещения анализируемых проб в термостатируемой кювете, имеет значительно лучшие технические характеристики и меньшие габариты, что облегчает его обслуживание.In addition, the dichrometer according to the technical solution of the utility model, due to more advanced designs of the light source when working in the UV range and a device for placing the analyzed samples in a thermostatically controlled cell, has much better technical characteristics and smaller dimensions, which facilitates its maintenance.
Специалистам в области оптических измерительных устройств должно быть понятно, что в дихрометр согласно техническому решению полезной модели могут быть внесены усовершенствования и модификации, не выходящие за рамки настоящей полезной модели.Specialists in the field of optical measuring devices should understand that in the dichrometer according to the technical solution of the utility model, improvements and modifications can be made that do not go beyond the scope of this utility model.
Дихрометр согласно техническому решению полезной модели может быть использован в медицинской и клинической биохимии, а также в молекулярной фармакологии, при исследовании фармако-кинетики биологически активных соединений, в фармацевтической промышленности и экологии. Наиболее эффективно его использование в клинической биохимии. Устройство может быть выполнено с помощью известных технологических приемов из известных материалов и комплектующих узлов.According to the technical solution of the utility model, a dichrometer can be used in medical and clinical biochemistry, as well as in molecular pharmacology, in the study of pharmacokinetics of biologically active compounds, in the pharmaceutical industry and ecology. Most effective is its use in clinical biochemistry. The device can be performed using known techniques from known materials and components.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009142927/22U RU92960U1 (en) | 2009-11-23 | 2009-11-23 | DICHROMETER FOR DETERMINATION OF BIOLOGICALLY ACTIVE SUBSTANCE IN ANALYZED LIQUID |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009142927/22U RU92960U1 (en) | 2009-11-23 | 2009-11-23 | DICHROMETER FOR DETERMINATION OF BIOLOGICALLY ACTIVE SUBSTANCE IN ANALYZED LIQUID |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU92960U1 true RU92960U1 (en) | 2010-04-10 |
Family
ID=42671510
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009142927/22U RU92960U1 (en) | 2009-11-23 | 2009-11-23 | DICHROMETER FOR DETERMINATION OF BIOLOGICALLY ACTIVE SUBSTANCE IN ANALYZED LIQUID |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU92960U1 (en) |
-
2009
- 2009-11-23 RU RU2009142927/22U patent/RU92960U1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10557790B2 (en) | Carbon isotope analysis device and carbon isotope analysis method | |
| TWI629462B (en) | Spectroscopic analysis method and spectroscopic analyzer | |
| EP3049791B1 (en) | Optical absorption monitor system | |
| KR101710090B1 (en) | Portable fluorescence measurement device based upon uv-led light source and fluorescence measurement method using uv-led light source | |
| CN111537448A (en) | Adjustable range double-light-source water quality COD (chemical oxygen demand) detection sensor | |
| JP2000298094A (en) | Photometer and method for measuring mercury vapor concentration | |
| CN116507891A (en) | Light source for variable path length system | |
| RU92960U1 (en) | DICHROMETER FOR DETERMINATION OF BIOLOGICALLY ACTIVE SUBSTANCE IN ANALYZED LIQUID | |
| Ulanovsky et al. | The FOZAN-II fast-response chemiluminescent airborne ozone analyzer | |
| RU92959U1 (en) | DICHROMETER FOR DETERMINATION OF BIOLOGICALLY ACTIVE SUBSTANCE IN LIQUIDS, GELS AND FILMS | |
| WO2011062516A1 (en) | Analytical system for determining components which exhibit circular dichroism in liquids, gels and films, and optical diffusometer | |
| JP2008527375A (en) | Infrared transmitting substrate, semiconductor substrate, silicon substrate, fluid sample analysis device, fluid sample analysis method, and computer-readable recording medium | |
| RU2569752C2 (en) | Multifunctional analytic system for determining characteristics of circular dichroism optic signal from biologically active material | |
| 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 | |
| Chen et al. | A smartphone-based absorbance device extended to ultraviolet (365 nm) and near infrared (780 nm) regions using ratiometric fluorescence measurement | |
| RU100624U1 (en) | COMPACT ANALYTICAL SYSTEM FOR DETERMINING A BIOLOGICALLY ACTIVE SUBSTANCE IN ANALYZED LIQUID | |
| 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 | |
| CN114813575A (en) | Photoacoustic spectrometry gas detection method | |
| Palma et al. | Portable light-emitting diode-based photometer with one-shot optochemical sensors for measurement in the field | |
| US20250271351A1 (en) | Miniaturized elliptical dichroism spectrometer for stereochemical analysis | |
| Dahab et al. | Simultaneous determination of photometric accuracy during circular dichroism measurements | |
| Olmsted III | Photon flux measurements using calorimetry | |
| JP4145892B2 (en) | Thermal lens spectroscopic analysis system and thermal lens signal correction method | |
| WO2024226851A2 (en) | Systems and methods for determining concentrations using absorbance change with temperature | |
| RU2715934C1 (en) | Analyzer for selective determination of volatile aromatic hydrocarbons |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20111124 |
|
| NF1K | Reinstatement of utility model |
Effective date: 20140627 |
|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20151124 |