RU177777U1 - Термостатированный планшетный люминометр с автоматическим дозатором для высокопроизводительного биотестирования - Google Patents

Термостатированный планшетный люминометр с автоматическим дозатором для высокопроизводительного биотестирования Download PDF

Info

Publication number
RU177777U1
RU177777U1 RU2017135981U RU2017135981U RU177777U1 RU 177777 U1 RU177777 U1 RU 177777U1 RU 2017135981 U RU2017135981 U RU 2017135981U RU 2017135981 U RU2017135981 U RU 2017135981U RU 177777 U1 RU177777 U1 RU 177777U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tablet
luminometer
photon sensor
samples
biotesting
Prior art date
Application number
RU2017135981U
Other languages
English (en)
Inventor
Людмила Алексеевна Франк
Владимир Николаевич Заблуда
Сергей Александрович Лященко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук"
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 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" filed Critical Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук"
Priority to RU2017135981U priority Critical patent/RU177777U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU177777U1 publication Critical patent/RU177777U1/ru

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/76Chemiluminescence; Bioluminescence
    • G01N21/763Bioluminescence

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к измерительной биомедицинской технике, а именно к технике измерения интенсивности светового сигнала в биоспецифическом (хеми-)биолюминесцентном анализе и может быть использована для выявления диагностических мишеней в медицине и биологии. Термостатированный планшетный люминометр с автоматическим дозатором для высокопроизводительного биотестирования содержит двухкоординатный держатель планшета, датчик фотонов, дозатор, подсистему регулирования температуры и электронный модуль управления, новым является то, что имеет термоэлектрический радиаторный теплообменник с принудительной конвекцией и встроенную автоматическую систему калибровки датчика фотонов. Технический результат полезной модели заключается в увеличении точности биолюминесцентного анализа и высокой воспроизводимости результатов измерений, благодаря улучшенной термостабилизации планшета с образцами с точностью ±0,5°С до абсолютной разницы в 20°С между температурой образцов и окружающей среды, в которой работает люминометр, а также благодаря наличию встроенной системы калибровки датчика фотонов перед каждым циклом измерений. 3 ил.

Description

Полезная модель относится к измерительной биомедицинской технике, а именно к технике измерения интенсивности (хеми-)биолюминесценцентного сигнала в анализируемых образцах, и может быть использована для специфического выявления диагностических мишеней в медицине и биологии.
Известен способ высокочувствительного выявления диагностических мишеней на основе биолюминесцентного специфического (иммунологического, ДНК-гибридизационного, либо других) анализа мишеней с использованием в качестве репортера светоизлучающих белков - Са2+-регулируемых фотопротеинов или люцифераз [RU п. 2497128, МПК G01N 33/532, опубл. 27.10.2013 г.]. Метод реализуется путем образования на поверхности пластикового планшета биоспецифических комплексов «определяемая мишень - биолюминесцентный репортер», наличие и (или) количество которого выявляют по сигналу репортера (хеми- или биолюминесценция), который запускается путем впрыска раствора субстрата (например, целентеразина) или кофактора (например, CaCl2). Метод позволяет выявлять мишени быстро, просто и с высокой чувствительностью.
Для рутинного применения описанного метода в медицинской практике необходима его приборная реализация с возможностью одновременного анализа серии образцов в идентичных и стабильных условиях окружающей среды, которую возможно обеспечить планшетным размещением образцов в термостатированной среде с контролируемой температурой, при этом подачу водного раствора субстрата или CaCl2 необходимо строго дозировать для каждого образца с фиксированным временем начала оптических измерений после подачи раствора CaCl2.
Известна конструкция люминометра для измерения интенсивности хемилюминесценции в биомедицинских применениях [US 5290513 A1, МПК G01N 21/76, опубл. 01.03.1994 г.], которая включает в себя: детектор излучения с входным окном; устройство последовательного перемещения образцов относительно входного окна; диафрагменную пластину, неподвижно расположенную между входным окном детектора и планшетом с образцами; систему, предназначенную для прижима планшета с образцами к пластине диафрагмы с постоянным давлением. В конструкции применен фотоэлектронный умножитель в качестве детектора света, с целью линеаризации зависимости выходного сигнала от интенсивности свечения образца в широком диапазоне принимаемого излучения. Такая реализация требует применения высоковольтного малошумящего источника питания для фотоприемника и его дополнительного охлаждения, что увеличивает массогабаритные показатели прибора в целом и сокращает межповерочные интервалы. При этом современные полупроводниковые лавинные фотодиоды на основе кремния, собранные в матрицу из нескольких десятков тысяч штук и работающие в гейгеровском режиме на напряжении пробоя 24-26 В (например, сенсор MicroFJ-60035-TSV компании SensL, Ирландия), в сочетании с малошумящими программируемыми операционными усилителями, прецизионными аналого-цифровыми преобразователями и быстродействующими счетчиками импульсов являются компактными датчиками фотонов, которые способны обеспечить практически линейную зависимость выходного сигнала от величины светового потока излучения в диапазоне от 0.0000001 до 10 лм, спектральном диапазоне от 200 до 900 нм и эффективностью фотодетекции до 51% на длине волны излучения 420 нм, что является достаточным для биолюминесцентной тест-системы, в которой требуется измерить интегральную яркость свечения образца в течение нескольких секунд в спектральном диапазоне от 350 до 500 нм.
Кроме того, в результате детального обзора других известных конструкций не удалось обнаружить совмещения планшетной системы загрузки образцов, высокочувствительного датчика света, системы дозатора и термостатирования образцов в едином техническом решении.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому, является полезная модель по патенту [US 2012/0300194 А1, МПК G01N 21/59, H01L 27/146, опубл. 29.11.2012 г. (прототип)], устройство содержит: подсистему формирования изображения образцов, подсистемы контроля температуры и управления газовым составом атмосферы внутри устройства, модуль управления и подсистемы для измерения оптического поглощения, интенсивности флуоресценции и люминесценции, поляризации флуоресценции. Все измерения могут осуществляться как в спектральном режиме, так и в интегральном с применением монохроматора и светофильтров в том числе и с построением временных зависимостей, на планшете с 96-ю образцами, который изменяет свое положение в пространстве с помощью двухкоординатного приводного держателя, движимого шаговыми моторами и имеет встроенную систему дозатора с двумя соплами для различных жидких реактивов.
Однако нагрев газовой среды производится от работающей лампы и других теплопроизводящих электронных узлов, а охлаждение возможно только до температуры окружающей среды посредством пассивной теплопроводности через стенки прибора, что накладывает требования к условиям рабочего помещения и материала корпуса прибора.
В случае полевых измерений состояние внешней среды может значительно влиять на условия проведения измерений биолюминесценции и на кинетику протекания химических реакций, что является недостатком в конструкции прототипа.
Технический результат полезной модели заключается в увеличении точности биолюминесцентного анализа и высокой воспроизводимости результатов измерений, благодаря улучшенной термостабилизации планшета с образцами с точностью ±0.5°С до абсолютной разницы в 20°С между температурой образцов и окружающей среды, в которой работает люминометр, а также благодаря наличию встроенной системы калибровки датчика фотонов перед каждым циклом измерений.
Технический результат достигается тем, что в термостатированном планшетном люминометре с автоматическим дозатором для высокопроизводительного биотестирования содержащем двухкоординатный держатель планшета, датчик фотонов, дозатор, подсистему регулирования температуры и электронный модуль управления, новым является то, что имеет термоэлектрический радиаторный теплообменник с принудительной конвекцией и встроенную автоматическую систему калибровки датчика фотонов.
Отличие заявляемой полезной модели от прототипа заключается в наличии термоэлектрического радиаторного теплообменника с принудительной вентиляцией и автоматической системы калибровки датчика фотонов.
Это отличие позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется с помощью графических материалов:
На фиг. 1 показано принципиальное внутреннее устройство планшетного люминометра с автоматическим дозатором для высокопроизводительного биотестирования. На фиг. 2 представлено принципиальное устройство термоэлектрического радиаторного теплообменника с принудительной конвекцией. Стрелками показаны направления движения воздуха. На фиг. 3 показан внешний вид люминометра.
Все электронные и механические узлы люминометра располагаются на стальной плите 1 (фиг. 1), которая также является нижней и задней стенками корпуса люминометра. У задней стенки внутри корпуса расположен блок питания 2, который преобразует входное сетевое напряжение в постоянные 5 и 12 В для питания электроники и электронномеханических узлов люминометра. Также к блоку питания можно подключить и внешний источник постоянного тока на 12 В, например, от бортовой электросети автомобиля. Выбор источника питания люминометром выбирается автоматически с приоритетом на переменное высокое напряжение. У задней стенки внутри корпуса расположен перистальтический насос 3 для подачи активирующего хемилюминесценцию раствора из внешней емкости в дозатор. Перистальтический насос приводится в движение высокоточным шаговым двигателем 4. На емкости для прокачки активирующего раствора 5 расположен поверочный светодиод 6 в герметичном корпусе. Емкость для прокачки активирующего раствора предназначена для промывки и сгона воздуха из патрубков дозатора и перистальтического насоса подачи раствора. Светодиод включается по команде с центрального электронного блока управления 7 перед каждой серией измерений и после завершения измерений для калибровки датчика фотонов 8. Светодиод работает в режиме микротока для генерации минимального светового потока. Датчик фотонов 8 состоит из кремниевого фотоумножителя, смонтированного вместе с полупроводниковым датчиком температуры на нижней стороне теплопроводящей диэлектрической пластины, с обратной стороны которой располагается термоэлектрический элемент Пельтье и воздушный радиатор 9, что обеспечивает принудительное охлаждение кремниевого фотоумножителя и датчика температуры от комнатной температуры до -40°С внутри герметичного корпуса из фторопласта 10. С Фнижней стороны фторопластового корпуса 10 вклеена фокусирующая оптическая система 11, которая собирает свет от образца и фокусирует его на кремниевом фотоумножителе. В металлическом корпусе фокусирующей системы встроена форсунка дозатора для вертикального впрыска активирующего раствора в каждую отдельную лунку в планшете с образцами 12, которая находится непосредственно на оптической оси фокусирующей системы. Первичное усиление электрического сигнала с датчика фотонов производится в операционном усилителе, электронная схема 13 которого расположена снаружи фторопластового корпуса датчика. После первичного усиления сигнал обрабатывается в блоке электронной обработки 14, состоящего из электронного счетчика импульсов, программируемого операционного усилителя и 12-битного аналого-цифрового преобразователя. Напряжение пробоя величиной 24-26 В для кремниевого фотоумножителя генерируется электронным блоком управления 7. Напряжение пробоя подается на фотоумножитель только во время измерений люминесценции и калибровки фотоумножителя.
Механическая система позиционирования планшета относительно датчика фотонов устроена таким образом, что сам планшет 12 перемещается только вдоль оси X, а датчик фотонов вместе с блоком электронной обработки и соплом дозатора перемещается только по оси Y. Движение планшета по оси X осуществляется шаговым двигателем 15 и ременным приводом 16 по хромированным стальным направляющим 17. Перемещение датчика фотонов по оси Y производится также шаговым двигателем 18, ременным приводом 19 по стальному штоку 20 и направляющей стальной пластине 21, которая при этом выполняет дополнительную функцию держателя для гибкой электрической шины блока электронной обработки и трубки дозатора.
Перемещение планшета по оси X производится между двумя крайними положениями - от ограничителя со стороны задней стенки корпуса до передней стенки корпуса люминометра. Положение у передней стенки корпуса соответствует позиции для ручной установки/извлечения планшета из люминометра.
Схематическое изображение термоэлектрического радиаторного теплообменника с принудительной вентиляцией представлено на фиг. 2. Стрелками показано движение воздуха относительно планшета с образцами. Конвекция воздуха осуществляется при помощи вентиляторов 22, которые нагнетают воздух из внутреннего пространства люминометра в полость теплообменника 23. Теплообменник устроен таким образом, что протекающий через него воздух приобретает температуру медной решетки радиатора, которая через термоэлектрический элемент Пельтье соединена с решеткой внешнего медного радиатора 24. Внешний медный радиатор расположен на внешней стороне задней стенки корпуса люминометра.
Воздух, прошедший через теплообменник и имеющий заданную оператором температуру, проходит под механической приводной системой планшета и выходит во внутреннее пространство корпуса люминометра через решетку медного радиатора 25, расположенного под планшетом и служащего держателем последнего. Благодаря наличию гибкой и воздухонепроницаемой мембране 26, воздух после теплообменника проходит только через решетку держателя планшета. Воздух, который прошел через держатель планшета и возвращается к вентиляторам теплообменника, частично протекает над радиатором датчика фотонов 9, для охлаждения последнего. Данная конструкция позволяет нагревать/охлаждать инжектируемые растворы на пути от перистальтического насоса к соплу дозатора одновременно с самим держателем благодаря протеканию воздуха к теплообменнику через систему перемещения держателя по оси Y, на которой закреплена гибкая трубка с раствором.
Преимуществами конструкции теплообменника перед жидкостными и открытыми аналогами являются: простота и надежность в эксплуатации за счет минимального количества движущихся частей; отсутствие жидкости, которая может протечь в корпус люминометра; возможность как подогрева планшета так и его охлаждения относительно температуры окружающей среды; отсутствие открытого газообмена с внешней средой и, как следствие, возможность задания контролируемой атмосферы в процессе измерений биолюминесценции.
Внешний вид люминометра представлен на фиг. 3. Основные внешние элементы корпуса следующие: крышка 27 для ручной загрузки и извлечения планшета; электрический разъем 28 для питания люминометра от сети 220 В; электрический разъем 29 для питания от напряжения 12 В; внешний медный радиатор теплообменника 24; кнопка включения люминометра 30; электрический разъем 31 для проводного подключения люминометра к сети Ethernet; светодиодный индикатор питания люминометра 32; светодиодный индикатор измерений 33.
Измерения биолюминесценции на люминометре производятся следующим образом. В первую очередь на люминометр подается напряжение питания и производится его подключение к настроенному сетевому маршрутизатору. Далее, с другого устройства, подключенного посредством маршрутизатора в общую локальную сеть с люминометром, оператором задаются температурные режимы для держателя планшета и датчика фотонов, используя web-интерфейс. При необходимости оператор может подать команду промывки сопла дозатора. Калибровка положения 2-х координатного держателя планшета производится автоматически при включении люминометра и перед каждой последующей серией измерений. Калибровка датчика фотонов производится автоматически перед каждой серией измерений биолюминесценции.
Через несколько минут, после достижения заданных температур держателя и датчика фотонов, оператором подается команда перевода люминометра в режим перезагрузки планшета. При этом держатель планшета автоматически подводится под крышку ручной загрузки. После этого, открыв крышку, оператором устанавливается планшет с новыми образцами и закрывается крышка. Когда разница между температурой планшета и держателя уменьшится до половины градуса Цельсия подается команда проведения измерений.
Каждое измерение содержит 1000 точек зависимости потока фотонов от времени с заранее заданной длительностью измерений для каждой лунки планшета. Полное измерение на всех 96-ти лунках одного планшета генерирует порядка 100 МБ цифровых данных, которые сохраняются в энергонезависимой памяти люминометра. Эти данные могут быть впоследствии переданы и обработаны на устройстве оператора, в том числе с построением диаграмм и математическими операциями.
Заявляемая полезная модель термостатированного планшетного люминометра с автоматическим дозатором обладает следующими преимуществами:
- высокой аппаратной чувствительностью по отношению к выявляемым мишеням, которая определяется режимом работы датчика фотонов и для современных полупроводниковых матричных фотодиодов составляет не менее 103 квантов в секунду;
- возможностью серии измерений на 96 образцах при одной загрузке;
- низкими требованиями к условиям внешней среды, составу и температуре окружающего воздуха, а также возможностью питания от постоянного напряжения 12 В бортовой электросети автомобиля при работе в полевых условиях. Допустимый рабочий диапазон температуры окружающего воздуха от +5 до +35°С при заданной температуре образцов +20°С и от +15 до +50°С при температуре образцов +35°С

Claims (1)

  1. Термостатированный планшетный люминометр с автоматическим дозатором для высокопроизводительного биотестирования, содержащий двухкоординатный держатель планшета, датчик фотонов, дозатор, подсистему регулирования температуры и электронный модуль управления, отличающийся тем, что имеет термоэлектрический радиаторный теплообменник с принудительной конвекцией и встроенную автоматическую систему калибровки датчика фотонов.
RU2017135981U 2017-10-10 2017-10-10 Термостатированный планшетный люминометр с автоматическим дозатором для высокопроизводительного биотестирования RU177777U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017135981U RU177777U1 (ru) 2017-10-10 2017-10-10 Термостатированный планшетный люминометр с автоматическим дозатором для высокопроизводительного биотестирования

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017135981U RU177777U1 (ru) 2017-10-10 2017-10-10 Термостатированный планшетный люминометр с автоматическим дозатором для высокопроизводительного биотестирования

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU177777U1 true RU177777U1 (ru) 2018-03-12

Family

ID=61628800

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017135981U RU177777U1 (ru) 2017-10-10 2017-10-10 Термостатированный планшетный люминометр с автоматическим дозатором для высокопроизводительного биотестирования

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU177777U1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113923384A (zh) * 2020-07-10 2022-01-11 广州印芯半导体技术有限公司 光传感器及其感测方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2373540C1 (ru) * 2008-06-04 2009-11-20 Институт биофизики Сибирского отделения РАН Способ одновременного определения двух аналитов биолюминесцентным молекулярным микроанализом
KR20100007622A (ko) * 2008-07-14 2010-01-22 주식회사 네오엔비즈 환경 오염을 측정하기 위한 발광측정장치
KR101087721B1 (ko) * 2010-01-18 2011-11-30 (주)마이크로디지탈 발광 측정장치
US20120300194A1 (en) * 2007-02-13 2012-11-29 Bti Holdings, Inc. Universal multidetection system for microplates

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120300194A1 (en) * 2007-02-13 2012-11-29 Bti Holdings, Inc. Universal multidetection system for microplates
RU2373540C1 (ru) * 2008-06-04 2009-11-20 Институт биофизики Сибирского отделения РАН Способ одновременного определения двух аналитов биолюминесцентным молекулярным микроанализом
KR20100007622A (ko) * 2008-07-14 2010-01-22 주식회사 네오엔비즈 환경 오염을 측정하기 위한 발광측정장치
KR101087721B1 (ko) * 2010-01-18 2011-11-30 (주)마이크로디지탈 발광 측정장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113923384A (zh) * 2020-07-10 2022-01-11 广州印芯半导体技术有限公司 光传感器及其感测方法
CN113923384B (zh) * 2020-07-10 2024-02-13 广州印芯半导体技术有限公司 光传感器及其感测方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2020188804A5 (ru)
US9194793B2 (en) Sample analysis device
US9892893B2 (en) Cooled photomultiplier tube based light detector with reduced condensation, and related apparatuses and methods
US8481944B2 (en) IR spectrometer with non-contact temperature measurement
US11525837B2 (en) Automatic analyzer
TW201221937A (en) Scattering light source multi-wavelength photometer
RU177777U1 (ru) Термостатированный планшетный люминометр с автоматическим дозатором для высокопроизводительного биотестирования
WO2015029673A1 (ja) 捕集装置および検出装置
KR102626771B1 (ko) 광 측정 장치 및 광 측정 방법
EP3403069A1 (en) Emission lifetime measuring method and apparatus for measuring a mean lifetime of electronically excited states
CN109520987B (zh) Atp荧光检测仪
EP2976619B1 (en) Light and shutter for a sample analyzer
US20230375402A1 (en) Methods and devices for obtaining silicon photomultiplier data
CN209946007U (zh) Atp荧光检测仪
CN213506974U (zh) 便携式实时荧光定量pcr仪
CN102109380A (zh) 一种开放式低温高分辨激光光谱测试系统
JP2005098765A (ja) 光源装置及びそれを用いた分析装置
US20120164649A1 (en) System, devices and methods for monitoring and detection of chemical reactions
KR102628355B1 (ko) 광 측정 장치 및 광 측정 방법
JP2006322720A (ja) マイクロチップ吸光光度測定装置
JP2023506775A (ja) 精密温度制御を伴う反応または成長監視システムおよび動作方法
CN218824327U (zh) 一种半自动生化分析仪
US20240351028A1 (en) Micro-fluidic device and micro-fluidic measuring arrangement
CN112300926A (zh) 一种具有温度调节功能的(光)检测装置
JP6830874B2 (ja) 反応液保持装置、および自動分析装置