RU180961U1 - Люминометр - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области аналитических систем и касается люминометра. Люминометр содержит шарнирно сочлененный корпус, состоящий из верхней и нижней частей, в которых расположены кюветное отделение и электронная система управления, включающая твердотельный фотоумножитель, блок усиления сигналов, блок питания, блок управления, счетчик импульсов, USB-порт, датчик положения верхней части корпуса и аккумуляторную батарею. Твердотельный фотоумножитель сопряжен со светособирающей призмой и снабжен системой термостатирования. Кюветное отделение расположено в верхней и нижней частях корпуса и выполнено с возможностью светоизолированного сопряжения и размещения образцов разной планарной формы. В кюветном отделении верхней части корпуса расположен модуль активного перемешивания. В нижней части кюветного отделения выполнено окно, под которым расположены установленные на электронной плате твердотельный фотоумножитель со светособирающей призмой. Верхняя часть корпуса содержит с наружной стороны панель управления и дисплей. Техническим результатом является улучшение эксплуатационных характеристик и расширение арсенала технических средств. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Полезная модель относится к аналитическим системам, в частности к области светорегистрирующего оборудования и может быть использована в качестве регистратора слабых световых потоков от биологических, физических, химических и других источников.

Известен прибор SystemSure Plus, который содержит компактный корпус, ЖК дисплей (черно-белый), мембранную клавиатуру, источник питания (АА батарейку), кюветное отделение, модуль памяти, фотоэлектронный умножитель [http://www.hygiena.com/systemsure-water-quality.html, дата просмотра 17.07.2017].

Недостатками прибора является ограниченная область использования из-за наличия нестандартного кюветного отделения и отсутствие режима измерения кинетики люминесцентных реакций.

Известен прибор Promega GlowMax 20/20, содержащий корпус, сенсорный дисплей, кюветное отделение, систему инжекторов, фотоэлектронный умножитель, модуль памяти [https://worldwide.promega.com/products/fluorometers-luminometers-multimode-readers/luminometers/glomax-20_20-luminometer/, дата просмотра 17.07.2017].

Недостатками прибора являются отсутствие возможности автономной работы, большие габаритные размеры, а также большая стоимость.

Также известен прибор Berthold Junior, содержащий модуль памяти, кюветное отделение, корпус, ЖК-дисплей, фотоэлектронный умножитель, мембранную клавиатуру [https://www.berthold.com/en/bio/portable_tube_luminometer_Junior_LB9509, дата просмотра 17.07.2017].

Недостатками прибора является отсутствие в нем режима измерения кинетики люминесцентных реакций, высокая стоимость.

Из уровня техники известен портативный прибор, содержащий корпус, фотодетектор в виде органических фотодиодов, расположенных на сменных микрофлюидных чипах, USB-порт, кюветное отделение, предназначенное для плоских (планарных) кювет в виде микрофлюидных чипов [Wojciechowski J.R. et al. Organic Photodiodes for Biosensor Miniaturization // Analytical Chemistry. 2009. Vol.81, №9. P. 3455-3461].

Недостатком этого портативного прибора является отсутствие возможности измерения сигнала в режиме счета одиночных фотонов и невозможность автономной работы.

Общим недостатком всех известных зарубежных аналогов, за исключением Promega GlowMax 20/20, является отсутствие возможности измерять зависимость потоков светового излучения от времени (кинетику реакции).

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является портативный люминометр, который содержит компактный корпус с крышкой, твердотельный фотоумножитель, блок усиления сигналов, блок питания, блок управления, счетчик импульсов, индикатор положения крышки, металлическое тело кюветного отделения, USB-порт для передачи данных на персональный компьютер и обеспечения питания люминометра [Патент РФ №149584 U1, дата приоритета 17.10.2013, дата публикации 10.01.2015, авторы: Денисов И.А. и др., RU, прототип].

Недостатком прототипа являются низкие эксплуатационные качества:

- ограниченная возможность автономной работы в связи с питанием через USB-порт;

- ограниченная область использования из-за цилиндрической формы кюветного отделения;

- недостаточная точность и чувствительность измерений из-за зависимости уровня сигнала твердотельного фотоумножителя от температуры измеряемого объекта, колебаний температуры окружающей среды и нагрева самого твердотельного фотоумножителя в процессе работы.

Технической проблемой, решаемой полезной моделью, является создание люминометра с улучшенными эксплуатационными качествами, совмещающего в себе возможность большей автономной работы с высокой чувствительностью и точностью измерений при компактных размерах, а также с возможностью использования различных планарных образцов при наличии универсальной формы кюветного отделения.

Для решения технической проблемы предложен люминометр, содержащий шарнирно сочлененный корпус, состоящий из верхней и нижней частей, в которых расположены кюветное отделение и электронная система управления, включающая твердотельный фотоумножитель, блок усиления сигналов, блок питания, блок управления, счетчик импульсов, USB-порт, датчик положения верхней части корпуса. Согласно полезной модели, электронная система управления дополнительно содержит аккумуляторную батарею. Твердотельный фотоумножитель сопряжен со светособирающей призмой и снабжен системой термостатирования. Кюветное отделение расположено в верхней и в нижней частях корпуса и выполнено с возможностью светоизолированного сопряжения и размещения в нем образцов разной планарной формы, в том числе, микрофлюидных чипов, тест-полосок, срезов и пр. При этом в кюветном отделении верхней части корпуса расположен модуль активного перемешивания, в частности, для микрофлюидных чипов. В нижней части кюветного отделения выполнено окно, под которым расположены установленные на электронной плате твердотельный фотоумножитель со светособирающей призмой. Кроме того, верхняя часть корпуса содержит с наружной стороны панель управления и дисплей для вывода информации об измерениях, а блок управления состоит из двух блоков.

Согласно полезной модели, система термостатирования твердотельного фотоумножителя, в частности, содержит элемент Пельтье, датчик температуры и модуль термостатирования, связанные с блоком управления.

Согласно полезной модели, кюветное отделение выполнено коробчатой формы.

Технический результат заключается в улучшении эксплуатационных качеств и расширении арсенала технических средств, обеспечивающих большую возможность автономной работы и высокую эффективность регистрации световых потоков при сохранении компактных размеров устройства. Автономная работа люминометра обеспечивается за счет наличия аккумуляторной батареи, а высокая эффективность регистрации световых потоков, обусловленная увеличенной чувствительностью и точностью измерений, обеспечивается за счет наличия системы термостатирования твердотельного фотоумножителя и светособирающей призмы. Улучшение эксплуатационных характеристик также обеспечивается за счет использования универсальной формы кюветного отделения, предназначенного для измерения образцов различной планарной формы.

На фиг. 1 схематично изображен люминометр, общий вид; на фиг. 2 - то же, вид сзади; на фиг. 3 показана функциональная блок-схема люминометра.

Заявляемый люминометр содержит нижнюю 1 и верхнюю 2 части корпуса, соединенные одноосным шарниром 3, нижнюю 4 и верхнюю 5 части кюветного отделения, выполненные вытянутой коробчатой формы и расположенные соответственно в нижней 1 и верхней 2 частях корпуса, датчик положения 6 верхней части корпуса 2, модуль активного перемешивания 7, в частности, для микрофлюидных чипов, окно 8 кюветного отделения 4, USB-порт 9 (фиг. 1). Верхняя часть корпуса содержит с наружной стороны панель управления 10 и дисплей 11 (фиг. 2).

Функциональная блок-схема заявляемого люминометра включает светособирающую призму 12, твердотельный фотоумножитель 13, блок питания 14 твердотельного фотоумножителя, датчик положения 6 верхней части корпуса 2, модуль активного перемешивания 15, панель управления 10, усилитель 16, компаратор 17, счетчик импульсов 18, первый блок управления 19, соединенный со вторым блоком управления 20, элемент Пельтье 21, датчик температуры 22, модуль термостатирования 23, USB-порт 9 для связи с ПК 24, блок зарядки 25, аккумуляторную батарею 26, дисплей 11 (фиг. 3).

Заявляемый люминометр может работать в двух режимах: при подключенном ПК и в автономном режиме при осуществлении питания от аккумуляторной батареи 26.

Измеряемый образец (микрофлюидный чип, срез, тест-полоска) помещается в нижнюю часть кюветного отделения 4 и светоизолированно закрывается верхней частью 5. При необходимости осуществляется перемешивание реагентов в образце при помощи модуля активного перемешивания 7. Световой поток от измеряемого образца поступает через светособирающую призму 12 на твердотельный фотоумножитель 13, температура которого поддерживается на постоянном уровне с помощью элемента Пельтье 21, датчика температуры 22 и модуля термостатирования 23, контролируемого 1-м блоком управления 19. В результате лавинного пробоя от каждого фотона возникает разность потенциалов, которая увеличивается усилителем 16 и попадает на компаратор 17, который преобразуют сигнал из аналогового в цифровой. После этого цифровой сигнал поступает на счетчик импульсов 18. Данные со счетчика импульсов используются 1-м блоком управления 19 для подсчета количества фотонов, упавших в заданный промежуток времени (интенсивность сигнала). Данные об интенсивности сигнала передаются во 2-й блок управления 20 и через USB-порт 9 на персональный компьютер 24, в случае его подключения. Второй блок управления 20 производит обработку, хранение данных и обновляет их отображение на дисплее 11. Управление люминометром происходит при помощи панели управления 10 и через персональный компьютер 24.

Система 1-го блока управления 19 предусматривает старт измерения сразу после светоизолированного закрытия верхней части 2 корпуса, а также своевременно останавливает измерение в случае несветоизолированного положения верхней части 2 корпуса, защищая данные от искажения, что обеспечивается работой датчика положения 6 верхней части 2 корпуса.

Применение термостатирования твердотельного фотоумножителя обеспечивает уменьшение шума (темновых пробоев) более чем на 20%. Для достижения лучшей светоизоляции используется кюветное отделение 4 и 5 из светонепроницаемого материала. Светоизоляция между нижней 4 и верхней 5 частями кюветного отделения обеспечивается нанесением на одной детали 4 светоизолирующей каймы трапециевидного сечения, и на другой детали 5 ответного антогонистического углубления (условно не показано). Датчик положения 6 верхней части 2 корпуса обеспечен контактной цепью, размыкающейся при светоизолированном соприкосновении верхней части кюветного отделения 5 с нижней 4. Питание люминометра при отключении от персонального компьютера происходит за счет аккумуляторной батареи 26. При этом 1-й блок управления 19 обеспечивает для твердотельного фотоумножителя 13 повышение напряжения от 5 В до необходимого рабочего диапазона 20-100 В. Каскад усиления лавинного пробоя твердотельного фотоумножителя 13 обеспечивается усилителем 16. Опорное напряжение на компаратор 17 подается от 1-го блока управления 19. Цифровой сигнал компаратора 17 передается на счетчик импульсов 18, данные которого используются 1-м блоком управления 19 для определения количества произошедших пробоев в заданный промежуток времени.

Таким образом, твердотельный фотоумножитель в люминометре термостатируется для обеспечения стабильного сигнала и снабжен светособирающей призмой, отделенной теплоизолирующим воздушным зазором. Электронная система управления разработана с использованием современной элементной базы, обеспечивающей компактность и автономную работу устройства.

В результате, в полезной модели при портативных размерах и автономном энергопотреблении сохраняется высокая эффективность регистрации световых потоков с повышенной точностью и чувствительностью. Кроме того, дополнительным преимуществом заявляемого люминометра является его компактная конструкция и лучшая устойчивость при использовании в горизонтальном рабочем положении.

Claims (3)

1. Люминометр, содержащий шарнирно сочлененный корпус, состоящий из верхней и нижней частей, в которых расположены кюветное отделение и электронная система управления, включающая твердотельный фотоумножитель, блок усиления сигналов, блок питания, блок управления, счетчик импульсов, USB-порт, датчик положения верхней части корпуса, отличающийся тем, что электронная система управления люминометром дополнительно содержит аккумуляторную батарею, твердотельный фотоумножитель сопряжен со светособирающей призмой и снабжен системой термостатирования, кюветное отделение расположено в верхней и нижней частях корпуса и выполнено с возможностью светоизолированного сопряжения и размещения в нем образцов разной планарной формы, в том числе, микрофлюидных чипов, тест-полосок, срезов и пр., при этом в кюветном отделении верхней части корпуса расположен модуль активного перемешивания, в нижней части кюветного отделения выполнено окно, под которым расположены установленные на электронной плате твердотельный фотоумножитель со светособирающей призмой, кроме того, верхняя часть корпуса содержит с наружной стороны панель управления и дисплей для вывода информации об измерениях, а блок управления состоит из двух блоков.

2. Люминометр по п. 1, отличающийся тем, что система термостатирования твердотельного фотоумножителя содержит элемент Пельтье, датчик температуры и модуль термостатирования, связанные с блоком управления.

3. Люминометр по п. 1, отличающийся тем, что кюветное отделение выполнено коробчатой формы.

Images