RU200805U1

RU200805U1 - Fluorescent Biochip Analyzer

Info

Publication number: RU200805U1
Application number: RU2020121719U
Authority: RU
Inventors: Сергей Анатольевич Клотченко; Жан-Мишель Байанга; Марина Александровна Плотникова; Дмитрий Аркадьевич Макаров; Наталия Евгеньевна Гюлиханданова; Артём Андреевич Саканцев; Андрей Владимирович Васин; Владимир Абович Готлиб; Владимир Александрович Елохин
Priority date: 2020-06-30
Filing date: 2020-06-30
Publication date: 2020-11-12

Abstract

Полезная модель относится к области медицинской техники и касается флуоресцентного анализатора биочипов. Анализатор биочипов включает в себя корпус, на котором установлены держатель образца, осветитель с лазерными источниками возбуждения излучения, двухполосный интерференционный фильтр, объектив и CMOS-камера. Держатель образца установлен на моторизированном трансляторе с шагом 1 мм и разрешением на полном шаге 5 мкм, обеспечивающим возможность перемещения образца относительно других элементов анализатора. Технический результат заключается в сокращении времени сканирования биочипа и повышении производительности анализатора. 1 ил.The utility model relates to the field of medical technology and concerns a fluorescent biochip analyzer. The biochip analyzer includes a housing with a sample holder, an illuminator with laser excitation sources, a two-band interference filter, a lens, and a CMOS camera. The sample holder is mounted on a motorized translator with a step of 1 mm and a resolution at a full step of 5 μm, which allows the sample to move relative to other elements of the analyzer. The technical result consists in reducing the scanning time of the biochip and increasing the productivity of the analyzer. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к медицинской технике, в частности к аналитическим приборам в медицине, а именно к устройству, предназначенному для регистрации изображений флуоресцентных биочипов при возбуждении флуоресценции на длинах волн 520 и 633 нм и последующего измерения интенсивности флуоресценции полученных изображений.The utility model relates to medical technology, in particular to analytical devices in medicine, namely, to a device designed for recording images of fluorescent biochips upon excitation of fluorescence at wavelengths of 520 and 633 nm and subsequent measurement of the fluorescence intensity of the resulting images.

В настоящее время на рынке диагностических приборов представлены различные анализаторы биочипов, предлагаемые известными компаниями-производителями аналитических приборов для медицины, например, Innopsys, PerkinElmer, Roche, CapitalBio, Arrayit, Hewlett Packard и другими, в том числе компаниями из Российской Федерации.Currently, the market for diagnostic devices includes various biochip analyzers offered by well-known manufacturers of analytical devices for medicine, for example, Innopsys, PerkinElmer, Roche, CapitalBio, Arrayit, Hewlett Packard and others, including companies from the Russian Federation.

Назначением выпускаемых анализаторов биочипов является проведение медицинских исследований, заключающихся в одновременной диагностике нескольких различных параметров (например, уровня концентрации белковых биомаркеров или определение присутствия определенных фрагментов ДНК в биоматериале: в сыворотке крови, буккальном эпителии, слюне, назофарингеальном мазке или других биологических субстанциях). Биочипы (биологические микрочипы) представляют собой биохимические структуры, размещенные на предметных стеклах для микроскопии, с помощью которых можно проводить анализ специфических взаимодействий биологических макромолекул нескольких видов одновременно [1].The purpose of the manufactured biochip analyzers is to conduct medical research, which consists in the simultaneous diagnosis of several different parameters (for example, the level of concentration of protein biomarkers or determination of the presence of certain DNA fragments in a biomaterial: in blood serum, buccal epithelium, saliva, nasopharyngeal smear or other biological substances). Biochips (biological microchips) are biochemical structures placed on microscopic slides, which can be used to analyze specific interactions of biological macromolecules of several types simultaneously [1].

При изготовлении биочипа с использованием роботизированных систем на твердую подложку в виде предметных стекол для микроскопии наносятся в матричном порядке массивы биологических молекул (антител, олигонуклеотидных зондов или других). При этом каждому виду и каждой концентрации биологических молекул соответствует область поверхности одинаковой площади и формы, которую называют спотом, размеры такой области находятся в диапазоне от 100 до 500 мкм (в зависимости от типа биочипа), а на поверхности подложки формируется задаваемая изготовителем структура их расположения - «субэррей» [2]. Взаимодействие исследуемого аналита с иммобилизованными на биочипе молекулами детектируется по интенсивности флуоресцентного сигнала, получаемого от спотов. В качестве флуорофоров для биочипов используют различные виды химических соединений, в данном случае, полиметиновые метки Cyanine 3 (Cy3) и Cyanine 5 (Cy5). В качестве объектов исследования (аналитов) разрабатываемого анализатора могут выступать белки (пептиды, антитела), молекулы ДНК или РНК, поли- и олигосахариды, и даже клетки животных или растений, специфически взаимодействующих с биологическими молекулами, матричным образом иммобилизованными на некой подложке [3].In the manufacture of a biochip using robotic systems, arrays of biological molecules (antibodies, oligonucleotide probes, or others) are applied in a matrix order to a solid support in the form of microscopic slides. In this case, each type and each concentration of biological molecules corresponds to a surface area of the same area and shape, which is called a spot, the dimensions of such an area are in the range from 100 to 500 μm (depending on the type of biochip), and a manufacturer-specified structure of their location is formed on the surface of the substrate - "suberrey" [2]. The interaction of the analyte under study with molecules immobilized on the biochip is detected by the intensity of the fluorescent signal received from the spots. Various types of chemical compounds are used as fluorophores for biochips, in this case, polymethine tags Cyanine 3 (Cy3) and Cyanine 5 (Cy5). The objects of study (analytes) of the developed analyzer can be proteins (peptides, antibodies), DNA or RNA molecules, poly- and oligosaccharides, and even animal or plant cells that specifically interact with biological molecules immobilized in a matrix manner on a certain substrate [3] ...

По способу размещения пробы для исследования анализаторы биочипов, в основном, подразделяются на системы, которые используют предметные стекла для микроскопов и различные варианты планшетов с лунками (биочипы в формате иммунологического планшета).According to the method of placing a sample for research, biochip analyzers are generally subdivided into systems that use microscope slides and various versions of plates with wells (biochips in the format of an immunological plate).

Ключевым элементом флуоресцентного анализатора биочипов является фотоприемное устройство, которое регистрирует величину светового потока флуоресценции и определяет схему построения прибора. Как известно, в результате флуоресценции излучаются предельно малые световые потоки, поэтому для создания анализатора биочипов применяют следующие виды фотоприемников: фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), высокочувствительный линейный фотоприемник (CCD или CMOS) или высокочувствительный матричный CMOS. Существующие на рынке коммерческие анализаторы биочипов выпускаются как в виде лабораторного исполнения, так и в виде исполнения для больших клиник и лабораторных центров, которые дополнительно оснащают устройствами автоматической загрузки слайдов или планшетов. В качестве примеров реализации анализаторов биочипов можно привести следующие устройства: InnoScan 710 производства компании Innopsys (Франция), ScanArray Express производства компании PerkinElmer (США), SpotLight™ 2 производства компании Arrayit (США) и LuxScan 10K производства компании CapitalBio (Китай). В приборах InnoScan 710, ScanArray Express и LuxScan 10K используется технология сканирования биочипов с регистрацией флуоресценции с помощью ФЭУ. Приборы InnoScan 710 и ScanArray Express обеспечивают высокую чувствительность измерений, но минимальное время анализа составляет 3–5 минут, а цена 30-50 тыс. долларов. SpotLight™ 2, в котором регистрация флуоресценции осуществляется видеокамерой, имеет недостаточно высокую чувствительность и малую область регистрации.The key element of a fluorescent biochip analyzer is a photodetector that records the value of the fluorescence luminous flux and determines the design of the device. As you know, as a result of fluorescence, extremely low light fluxes are emitted; therefore, the following types of photodetectors are used to create a biochip analyzer: a photomultiplier tube (PMT), a highly sensitive linear photodetector (CCD or CMOS), or a highly sensitive matrix CMOS. Commercial biochip analyzers available on the market are produced both in the form of a laboratory version and in the form of a version for large clinics and laboratory centers, which are additionally equipped with devices for automatic loading of slides or plates. The following devices can be cited as examples of biochip analyzers: InnoScan 710 from Innopsys (France), ScanArray Express from PerkinElmer (USA), SpotLight ™ 2 from Arrayit (USA), and LuxScan 10K from CapitalBio (China). The InnoScan 710, ScanArray Express and LuxScan 10K instruments use biochip scanning technology with fluorescence registration using a photomultiplier tube. The InnoScan 710 and ScanArray Express instruments provide high sensitivity measurements, but the minimum analysis time is 3-5 minutes, and the price is 30-50 thousand dollars. SpotLight ™ 2, in which fluorescence is recorded by a video camera, has insufficient sensitivity and a small registration area.

Наиболее близким к заявляемому устройству является анализатор биочипов [4], содержащий держатель образца и осветитель для возбуждения флуоресценции. Данное устройство включает в себя лазерные источники возбуждения люминесцентного излучения и волоконно-оптическую систему распределения излучения лазеров, устройство регистрации изображения образца (CMOS-камеру), двухполосный блокирующий фильтр для получения флуресцентного изображения образца и оптическую систему для формирования флуоресцентного изображения образца в плоскости фотоприемника. Осветитель для возбуждения флуоресценции содержит кольцевую опору, в которой по ее окружности расположены концы волокон волоконно-оптической системы для равномерного распределения излучения лазеров, при этом волоконно-оптическая система включает в себя несколько жгутов оптических волокон, так что каждому лазеру соответствует один жгут волокон, причем каждый жгут со стороны, обращенной в сторону образца, когда он установлен в держатель, разделен на отдельные волокна, а концы волокон от разных лазеров расположены по окружности кольцевой опоры с чередованием и ориентированы в сторону анализируемого образца, когда он установлен в держатель, под острым углом к оси этой кольцевой опоры. Указанное устройство позволяет увеличить равномерность освещенности разных участков биочипа при его освещении различными лазерами за счет возможности освещения образца возбуждающим светом с разных сторон при использовании индивидуальных лазеров или любой комбинации лазеров. Данное техническое решение (патент RU2510959) принято за прототип.The closest to the claimed device is a biochip analyzer [4], containing a sample holder and an illuminator for exciting fluorescence. This device includes laser sources of excitation of luminescence radiation and a fiber-optic system for distributing laser radiation, a sample image registration device (CMOS camera), a two-band blocking filter for obtaining a fluorescent image of the sample, and an optical system for forming a fluorescent image of the sample in the plane of the photodetector. The illuminator for exciting fluorescence contains an annular support, in which the ends of the fibers of the fiber-optic system are located around its circumference for uniform distribution of laser radiation, while the fiber-optic system includes several bundles of optical fibers, so that each laser corresponds to one bundle of fibers, and each bundle from the side facing the sample, when installed in the holder, is divided into separate fibers, and the ends of the fibers from different lasers are located around the circumference of the annular support alternately and are oriented towards the analyzed sample when it is installed in the holder, at an acute angle to the axis of this annular support. This device makes it possible to increase the uniformity of illumination of different parts of the biochip when illuminated with various lasers due to the possibility of illuminating the sample with exciting light from different sides when using individual lasers or any combination of lasers. This technical solution (patent RU2510959) was taken as a prototype.

Недостатком прототипа (патент RU2510959) является ограничение по размеру снимка, обусловленное размерами фоточувствительной области фотоприемника. Таким образом, в устройстве, принятом в качестве прототипа, размер поля в плоскости исследуемого объекта ограничен требованиями к разрешающей способности и количеством элементов разложения (пикселов) фотоприемника.The disadvantage of the prototype (patent RU2510959) is the limitation on the size of the picture due to the size of the photosensitive area of the photodetector. Thus, in the device adopted as a prototype, the size of the field in the plane of the object under study is limited by the requirements for the resolution and the number of decomposition elements (pixels) of the photodetector.

Техническая проблема заключается в необходимости разработки высокоэффективного и экономичного анализатора биочипов с расширенными функциональными возможностями.The technical problem is the need to develop a highly efficient and cost-effective biochip analyzer with extended functionality.

Технический результат состоит в обеспечении возможности перемещения держателя образцов с установленным в него биочипом.The technical result consists in providing the possibility of moving the sample holder with the biochip installed in it.

Технический результат достигается тем, что во флуоресцентном анализаторе биочипов, включающем корпус, на котором установлен держатель образца, осветитель с лазерными источниками возбуждения излучения, двухполосный блокирующий интерференционный фильтр, проекционный объектив, CMOS-камеру, согласно полезной модели, держатель образца установлен на подвижной площадке, обеспечивающей возможность перемещения образца относительно других элементов анализатора, таких как осветитель, объектив и CMOS-камера.The technical result is achieved by the fact that in a fluorescent biochip analyzer, which includes a housing on which a sample holder is installed, an illuminator with laser sources of radiation excitation, a two-band blocking interference filter, a projection lens, a CMOS camera, according to the utility model, the sample holder is installed on a movable platform, providing the ability to move the sample relative to other elements of the analyzer, such as the illuminator, lens and CMOS camera.

В предпочтительном варианте реализации полезной модели подвижная площадка оснащена электроприводом, а в наиболее предпочтительном варианте подвижная площадка представляет собой моторизированный транслятор с шагом 1 мм и разрешением на полном шаге 5 мкм.In a preferred embodiment of the utility model, the movable platform is equipped with an electric drive, and in the most preferred embodiment, the movable platform is a motorized translator with a step of 1 mm and a resolution at a full step of 5 μm.

Заявляемое устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема анализатора.The claimed device is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a schematic diagram of the analyzer.

Флуоресцентный анализатор биочипов включает корпус 1, в нижней части которого (внутри) расположена подвижная площадка 2. Подвижная площадка 2 предпочтительно оснащена электроприводом (не показан на чертеже) и представляет собой моторизированный транслятор с шагом 1 мм и разрешением на полном шаге 5 мкм. На подвижной площадке 2 расположен, с возможностью перемещения относительно других элементов анализатора (за счет подвижной площадки 2), держатель образцов 3. Также внутри корпуса 1 расположен осветитель 4 с лазерными источниками света для возбуждения флуоресцентного излучения. Вблизи осветителя 4 предпочтительно расположены дополнительные светодиоды подсветки 5. Внутри корпуса 1 выше осветителя 4 над держателем образцов 3 и, соответственно, над подвижной площадкой 2 установлен двухполосный интерференционный фильтр 6. Также внутри корпуса 1 над двухполосным интерференционным фильтром 6 расположен объектив 7, над которым расположена CMOS-камера 8 (КМОП). Подвижная площадка 2, осветитель 4, светодиоды подсветки 5, объектив 7 и CMOS-камера 8 соединены с помощью соответствующих кабелей и разъемами с внешним модулем управления (не показан на чертеже), как правило, с компьютером. Также возможно исполнение устройства портативным, с установкой всех органов управления и источника питания внутри корпуса 1. Конструкция устройства обеспечивает возможность сканирования всей площади биочипа, расположенного на держателе образцов 3, за счет его перемещения на подвижной площадке 2 в линейном направлении.The fluorescence biochip analyzer includes a housing 1, in the lower part of which (inside) a movable platform 2. The movable platform 2 is preferably equipped with an electric drive (not shown in the drawing) and is a motorized translator with a 1 mm step and a resolution at a full step of 5 μm. On the movable platform 2 is located, with the ability to move relative to other elements of the analyzer (due to the movable platform 2), the sample holder 3. Also inside the housing 1 there is an illuminator 4 with laser light sources for exciting fluorescent radiation. Additional LEDs of illumination 5 are preferably located near the illuminator 4. Inside the housing 1, above the illuminator 4 above the sample holder 3 and, accordingly, above the movable platform 2, a two-band interference filter 6 is installed. Also, inside the housing 1, above the two-band interference filter 6, there is an objective 7, above which is located CMOS camera 8 (CMOS). Movable platform 2, illuminator 4, backlight LEDs 5, lens 7 and CMOS camera 8 are connected by means of appropriate cables and connectors to an external control module (not shown in the drawing), as a rule, to a computer. It is also possible to make the device portable, with the installation of all controls and a power source inside the housing 1. The design of the device provides the ability to scan the entire area of the biochip located on the sample holder 3 by moving it on the movable platform 2 in a linear direction.

При использовании вышеприведенной конструкции дополнительные светодиоды 5 позволяют получать изображения колориметрических биочипов, не производя механического перемещения двухполосного интерференционного фильтра 6, а также проводить считывание двухмерных баркодов, не производя механического перемещения двухполосного интерференционного фильтра 6.When using the above design, additional LEDs 5 allow obtaining images of colorimetric biochips without mechanical movement of the two-band interference filter 6, as well as reading two-dimensional barcodes without mechanical movement of the two-band interference filter 6.

Заявляемое устройство работает следующим образом.The claimed device operates as follows.

Анализатор включают через подключенный к нему компьютер или аналогичный интерфейс управления. Флуоресцентный биочип помещают на держатель образцов 3, закрепленный на подвижной площадке 2. Затем включается осветитель 4 с лазерными источниками возбуждения флуоресцентного излучения, или дополнительные светодиоды подсветки 5 белого света, применяемые для получения колориметрических изображений биочипов, и проводится быстрое сканирование всего предметного стекла (биочипа). Далее необходимая область биочипа помещается в поле зрения матричной CMOS-камеры 8. После этого включаются лазерные источники излучения (осветитель) 4, возбуждающие флуоресценцию, и регулируется их мощность. После выполненных действий, возбуждающее флуоресценцию излучение падает на исследуемую область биочипа, расположенную непосредственно под объективом 7 фотоприемника, в соответствии со схемой, представленной на фиг. 1. Оптическая система из CMOS-камеры 8 и объектива 7 позволяет захватить в поле зрения 4 «субэррея» (зону 25×25 мм), и при этом возбуждающее флуоресценцию излучение, отраженное от поверхности биочипа, не попадает на матрицу фотоприемного устройства (CMOS-камеры) в результате блокирования фильтром 6.The analyzer is switched on through a computer connected to it or a similar control interface. The fluorescent biochip is placed on the sample holder 3, fixed on the movable platform 2. Then the illuminator 4 with laser sources of excitation of fluorescent radiation is turned on, or additional LEDs of illumination 5 of white light, used to obtain colorimetric images of biochips, and a quick scan of the entire slide (biochip) is carried out ... Next, the required area of the biochip is placed in the field of view of the matrix CMOS camera 8. After that, the laser radiation sources (illuminator) 4, exciting the fluorescence, are switched on, and their power is regulated. After the performed actions, the radiation exciting fluorescence falls on the investigated area of the biochip, located directly under the lens 7 of the photodetector, in accordance with the diagram shown in FIG. 1. The optical system of CMOS camera 8 and lens 7 allows capturing 4 "suberries" (area 25 × 25 mm) in the field of view, and at the same time, the radiation exciting fluorescence reflected from the biochip surface does not fall on the matrix of the photodetector (CMOS- camera) as a result of blocking by filter 6.

Далее устанавливают параметры CMOS-камеры 8, необходимые для регистрации изображения, такие как время экспозиции видеокамеры (чем больше величина времени накопления используется, тем более слабые интенсивности флуоресценции становится возможным зарегистрировать) и коэффициент усиления видеокамеры (также позволяет регистрировать малые значения интенсивности флуоресценции, однако в отличие от использования большого времени выдержки добавляется шум, создаваемый самой видеокамерой). Помимо этого, для улучшения соотношения сигнал/шум используются методы статистической обработки изображений, в частности, функции «суммирования и усреднения регистрируемого изображения» - при этом полезный сигнал остается неизменным, а уровень флуктуирующего шума понижается; «нормировка на неоднородность освещения» необходима для устранения влияния возможных неоднородностей распределения энергии излучения лазерных диодных модулей (осветителя) 4 при съемке изображения; «вычитание темнового тока» - для исключения влияния геометрического шума CMOS-камеры 8. Выбранные настройки могут быть сохранены в виде предустановок для удобства постоянного использования.Next, the parameters of the CMOS camera 8 are set, which are necessary for recording the image, such as the exposure time of the video camera (the longer the accumulation time is used, the weaker the fluorescence intensities it becomes possible to register) and the gain of the video camera (it also allows recording low values of the fluorescence intensity, but in unlike using a long exposure time, noise generated by the camcorder itself is added). In addition, to improve the signal-to-noise ratio, methods of statistical image processing are used, in particular, the function of "summing and averaging the recorded image" - while the useful signal remains unchanged, and the level of fluctuating noise is reduced; "Normalization to illumination inhomogeneity" is necessary to eliminate the influence of possible irregularities in the distribution of the radiation energy of laser diode modules (illuminator) 4 during image capture; "Dark current subtraction" - to eliminate the influence of geometric noise from the CMOS camera 8. Selected settings can be saved as presets for convenience of permanent use.

После вышеперечисленных действий начинается процесс сканирования биочипа. В том случае, если необходимо получить изображения конкретного участка биочипа, производится регистрация данной области и полученное изображение проходит дальнейшую обработку в ПО для анализа интегральной интенсивности излучения флуоресценции спотов. Для получения изображения всего флуоресцентного биочипа производится процесс механического сканирования, при котором последовательно регистрируется несколько отдельных кадров (в используемой оптической системе от 4 до 8 в зависимости от количества пар исследуемых «субэрреев»), и далее ПО создает цельное изображение из полученных кадров путем их сшивки, которое в дальнейшем анализируется для получения результатов обработки и расчета интенсивности. Это обеспечивается за счет перемещения держателя образцов 3 на подвижной подложке 2. В предпочтительном варианте полезной модели для этого используют электропривод моторизированного транслятора, а именно привод плавно перемещает площадку с держателем образцов 3 от одной позиции регистрации изображения к другой в линейном направлении, обеспечивающем полное сканирование биочипа, расположенного на держателе образцов 3. Сшивка фрагментов изображения биочипа производится с точностью до долей пикселя, а значение интенсивности флуоресценции в зоне сшивки интерполируется математическими процедурами, содержащимися в ПО.After the above steps, the biochip scanning process begins. In the event that it is necessary to obtain images of a specific area of the biochip, the registration of this area is performed and the resulting image is further processed in software to analyze the integral intensity of the fluorescence emission of spots. To obtain an image of the entire fluorescent biochip, a mechanical scanning process is carried out, in which several separate frames are sequentially recorded (in the used optical system, from 4 to 8, depending on the number of pairs of the investigated "suberrays"), and then the software creates a whole image from the obtained frames by stitching them , which is further analyzed to obtain processing results and calculate the intensity. This is provided by moving the sample holder 3 on the movable substrate 2. In a preferred embodiment of the utility model, an electric drive of a motorized translator is used for this, namely, the drive smoothly moves the platform with the sample holder 3 from one image recording position to another in a linear direction, providing a complete scan of the biochip located on the sample holder 3. The stitching of the biochip image fragments is performed with an accuracy of fractions of a pixel, and the value of the fluorescence intensity in the stitching zone is interpolated by mathematical procedures contained in the software.

По результатам анализа полученного изображения флуоресцирующего биочипа, исходя из принципа соответствия концентрации биомолекул в аналите значению уровня флуоресценции (среднему значению интенсивности излучения пикселов в споте), рассчитываются данные о содержании меченных флуорофором биомолекул аналита в пробе, а также отображаются графики зависимости интенсивности флуоресценции спотов от концентрации содержания меченных флуорофором биомолекул.According to the results of the analysis of the obtained image of the fluorescent biochip, based on the principle of correspondence of the concentration of biomolecules in the analyte to the value of the fluorescence level (the average value of the emission intensity of pixels in the spot), the data on the content of the analyte biomolecules labeled with the fluorophore in the sample are calculated, and graphs of the dependence of the fluorescence intensity of spots on the concentration are displayed. the content of biomolecules labeled with a fluorophore.

Дополнительно в разработанном флуоресцентном анализаторе была реализована функция распознавания штрих-кода (баркода) сканируемого биочипа. В частности, при наличии двухмерного кода на образце происходит его автоматическое декодирование, в ходе которого выключается возбуждающее флуоресценцию излучение, включаются светодиоды подсветки 5, область с двухмерным кодом располагается в поле зрения CMOS-камеры 8 и производится считывание занесенной туда информации.In addition, the developed fluorescence analyzer has a function of recognition of the barcode (barcode) of the scanned biochip. In particular, if there is a two-dimensional code on the sample, it is automatically decoded, during which the radiation exciting the fluorescence is turned off, the backlight LEDs 5 are turned on, the area with the two-dimensional code is located in the field of view of the CMOS camera 8, and the information entered there is read.

Заявляемое устройство поясняется следующими примерами.The claimed device is illustrated by the following examples.

Пример 1.Example 1.

Было проведено экспериментальное исследование эффективности работы флуоресцентного анализатора биочипов. Для этого был собран образец заявляемого устройства без моторизованного транслятора. На держатель образца был установлен лабораторный макет биочипа, состоящий из 16-ти идентичных субэрреев, каждый из которых содержал флуоресцирующие элементы (споты), представляющие собой ковалентно закрепленные на поверхности антитела, меченные молекулами Cy3 и Cy5, детектируемые анализатором. Каждый из субэрреев имел размерность 4×8 спотов (4 строки по 8 спотов в каждой). В первой и третьей строке были нанесены антитела, меченные Cy3, во второй и четвертой – меченные Cy5. Был проведен этап подготовки и сканирования биочипа согласно вышеописанной методике. При этом в ходе сканирования было сделано 5 снимков (25×25 мм), которые в дальнейшем при обработке были объединены в одно изображение, представляющее собой полноразмерный флуоресцентный снимок биочипа. Время сканирования всего биочипа с разрешением, позволяющим получить полноразмерное изображение поверхности биочипа, составило 110 с. Результат сканирования позволял проводить дальнейший корректный количественный анализ интенсивности регистрируемой флуоресценции спотов (определять относительные значения флуоресценции).An experimental study of the efficiency of the biochip fluorescent analyzer was carried out. For this, a sample of the claimed device was assembled without a motorized translator. A laboratory model of a biochip was installed on the sample holder, consisting of 16 identical suberrays, each of which contained fluorescent elements (spots) representing antibodies covalently attached to the surface, labeled with Cy3 and Cy5 molecules, detected by the analyzer. Each of the suberrays had a dimension of 4 × 8 spots (4 lines with 8 spots each). In the first and third lines, antibodies labeled with Cy3 were applied, in the second and fourth - labeled with Cy5. The stage of preparation and scanning of the biochip was carried out according to the above described method. In this case, during the scanning, 5 images were taken (25 × 25 mm), which were subsequently combined into one image during processing, which was a full-size fluorescent image of the biochip. The scanning time of the entire biochip with a resolution that allows obtaining a full-size image of the biochip surface was 110 s. The scan result made it possible to carry out further correct quantitative analysis of the intensity of the registered fluorescence of the spots (to determine the relative values of fluorescence).

Пример 2.Example 2.

В соответствии с Примером 1 было проведено дополнительное экспериментальное исследование эффективности работы флуоресцентного анализатора биочипов. Для этого, как и в примере 1, был собран образец заявляемого устройства, конструкционно отличающегося от указанного в Примере 1 наличием моторизованного транслятора. На держатель образца был также установлен флуоресцентный биочип, идентичный используемому в Примере 1. Дальнейшие этапы подготовки и сканирования биочипа были проведены согласно вышеописанной методике. Аналогичным образом в ходе сканирования было сделано 5 снимков (25×25 мм), которые в дальнейшем при обработке были объединены в единое изображение. Время сканирования при этом составило 75 с. Рассчитанные затем регистрируемые сигналы интенсивности флуоресценции достоверно не отличались от сигналов, рассчитанных в Примере 1.In accordance with Example 1, an additional experimental study of the efficiency of the fluorescence analyzer of biochips was carried out. For this, as in example 1, a sample of the inventive device was collected, structurally different from that specified in example 1 by the presence of a motorized translator. A fluorescent biochip identical to that used in Example 1 was also installed on the sample holder. Further stages of preparation and scanning of the biochip were carried out according to the above described method. In the same way, during the scanning, 5 images (25 × 25 mm) were taken, which were later combined into a single image during processing. The scanning time was 75 s. The calculated then recorded fluorescence intensity signals did not differ significantly from the signals calculated in Example 1.

Конструкционные изменения, обусловленные установкой электропривода, обеспечивают сокращение времени сканирования биочипа размерностью 25×75 мм (в полноразмерном режиме в целом на 35 с, что существенно позволяет повысить производительность анализатора).The design changes caused by the installation of an electric drive provide a reduction in the scanning time of a biochip with a dimension of 25 × 75 mm (in full-size mode, on the whole, by 35 s, which significantly increases the analyzer performance).

Список литературыList of references

1. Мирзабеков, А.Д. Применение матричных биочипов с иммобилизованной ДНК в биологии и медицине / А.Д. Мирзабеков, Д.В. Прокопенко, В.Р. Чечеткин // Информационные медико-биологические технологии. - 2002. - М.: ГЭОТАР-МЕД.1. Mirzabekov, A.D. Application of matrix biochips with immobilized DNA in biology and medicine / A.D. Mirzabekov, D.V. Prokopenko, V.R. Chechetkin // Information Medico-Biological Technologies. - 2002. - M .: GEOTAR-MED.

2. Маркелов, М.Л. Технологии микрочипов - новые возможности в диагностике болезней человека / М.Л. Маркелов, Г.А. Шипулин, В.И. Покровский // Терапевтический архив. - 2008. - №4. - С. 79-85.2. Markelov, M.L. Microchip technologies - new opportunities in the diagnosis of human diseases / M.L. Markelov, G.A. Shipulin and V.I. Pokrovsky // Therapeutic archive. - 2008. - No. 4. - S. 79-85.

3. Nakaya, H.I. Concepts on microarray design for genome and transcriptome analyses / H.I. Nakaya, E.M. Reis, S. Verjovski-Almeida // Nucleic Acids Hybridization Modern Applications. - 2007.3. Nakaya, H.I. Concepts on microarray design for genome and transcriptome analyzes / H.I. Nakaya, E.M. Reis, S. Verjovski-Almeida // Nucleic Acids Hybridization Modern Applications. - 2007.

4. Устройство для анализа люминесцирующих биологических микрочипов: патент RU2510959, Российская Федерация, заявка RU2011127411, заявл. 03.02.2010, опубл. 10.04.2014.4. Device for analyzing luminescent biological microchips: patent RU2510959, Russian Federation, application RU2011127411, app. 02/03/2010, publ. 10.04.2014.

Claims

Fluorescence biochip analyzer, including a housing on which a sample holder is installed, an illuminator with laser sources of excitation of radiation, a two-band interference filter, a lens, a CMOS camera, characterized in that the sample holder is mounted on a motorized translator with a 1 mm step and resolution at a full step of 5 μm, providing the ability to move the sample relative to other elements of the analyzer.