RU2269116C2 - Устройство для формирования базы данных для определения биологических агентов и химических веществ - Google Patents
Устройство для формирования базы данных для определения биологических агентов и химических веществ Download PDFInfo
- Publication number
- RU2269116C2 RU2269116C2 RU2003117904/09A RU2003117904A RU2269116C2 RU 2269116 C2 RU2269116 C2 RU 2269116C2 RU 2003117904/09 A RU2003117904/09 A RU 2003117904/09A RU 2003117904 A RU2003117904 A RU 2003117904A RU 2269116 C2 RU2269116 C2 RU 2269116C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- database
- block
- recording
- electromagnetic radiation
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
- G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/65—Raman scattering
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
- G01N2201/12—Circuits of general importance; Signal processing
- G01N2201/129—Using chemometrical methods
- G01N2201/1293—Using chemometrical methods resolving multicomponent spectra
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к устройствам анализа многокомпонентных, дисперсных сред и может быть использовано для экспресс-анализа наличия заданного объекта в биологической среде сложного состава. База данных составляется из спектров неупругого рассеивания и распределения спектральных характеристик интенсивности электромагнитного излучения в зоне минимальных значений диаграммы рассеивания излучения пробы, состоящей из базовой биологической среды и исследуемого объекта. С ее помощью можно контролировать наличие в организме вирусов, бактерий, токсинов (алкоголя, наркотика) или определять чужеродные компоненты (например, добавки соевого белка в молоке, а также содержание в нем солей тяжелых металлов: свинца, кадмия, цинка, ртути, мышьяка и т.д.). Устройство включает блок по крайней мере с одним источником когерентного поляризованного монохроматического электромагнитного излучения, рабочую ячейку для определяемого объекта, блок для записи и считывания оптической информации, набор ячеек базы данных для хранения информации о спектрах комбинационного рассеивания или распределении спектральных характеристик интенсивности электромагнитного излучения в зоне минимальных значений диаграммы рассеивания излучения, а также блок управления, имеющий выход на компьютер. Блок для записи и считывания оптической информации содержит оптический диск с регистрирующим слоем на фазовых переходах, или голографическое устройство, или кристалл, содержащий два слоя с разными кристаллическими решетками и разными типами проводимости. Устройство может содержать блок с тремя источниками излучения в оптическом и/или ближнем ИК-диапазоне, светоделитель, спектроанализатор для контроля частей спектра и поворотное устройство и выполнено с возможностью регулирования угла между источниками и приемниками излучения. Источники излучения могут быть встроены в единый блок с программируемым микропроцессором, или программируемой логической интегральной схемой. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике, применяемой в ветеринарии, медицине и пищевой промышленности, в частности к устройствам анализа многокомпонентных, дисперсных сред, и может быть использовано для автоматического экспресс-анализа наличия заданного объекта в биологической среде сложного состава, например для контроля наличия в среде биологических агентов (вирусов, бактерий и других микроорганизмов), токсинов (алкоголя, наркотика), чужеродных белковых образований, (например, добавок соевого белка в молоке, а также по содержанию в нем солей тяжелых металлов: свинца, кадмия, цинка, ртути, мышьяка и т.д.). База данных составляется из спектров неупругого рассеивания и распределения спектральных характеристик интенсивности электромагнитного излучения в зоне минимальных значений диаграммы рассеивания излучения пробы, состоящей из базовой биологической среды и исследуемого объекта.
Известно устройство для неинвазивной экспресс-диагностики, использующее базу данных, созданную на основе обработки электромагнитной информации от точек акупунктуры, содержащее источник питания, измерительный блок и электроды с соединителем для подключения тестирующих элементов, выполненных в виде микрорезонансных контуров. В данном устройстве источник питания выполнен со стабилизатором тока, а измерительный блок - в виде измерителя электропроводности, подключенного к сигнальным выходам стабилизатора (авт. св. SU №1600696, 1990 г.). Однако отсутствует информация о том, с помощью какого устройства может быть сформирована используемая база данных.
Известно также устройство для неинвазивной экспресс-диагностики, содержащее электроды, источник, измеритель и блок управления, подключенный к входу блока электронного коммутатора, соединенного с базой данных (патент SU №1787016, 1993). В этом устройстве база данных представляет собой набор микрорезонансных контуров, каждый из которых выполнен в виде легкоплавкого вещества, соответствующего определенному медикаментозному препарату. При эксплуатации устройства происходит подключение различных микрорезонансных контуров к точкам акупунктуры пациента. Известное устройство имеет низкую точность диагностики, обусловленную использованием микрорезонансного контура. Поэтому значительный круг различных вирусов, бактерий и других биологических агентов не может быть диагностирован при его использовании. Сведения об устройстве, с помощью которого формируется база данных, в патенте SU №1787016 также отсутствуют.
Известно устройство для неинвазивной экспресс-диагностики, содержащее базу данных с коммутатором, состоящую из ячеек с структурой, соответствующей спектральной характеристике электромагнитного излучения определенного химического вещества или микроорганизма, и с возможностью подключения к контуру, содержащему последовательно соединенные первый электрод, блок анализа измеряемого тока, выполненный с возможностью временного хранения информации, источник питания и второй электрод, а также блок управления (обработки информации), который соединен с блоком анализа измеряемого тока и с коммутатором базы данных (патент RU №2190349, 2002 г.). Недостатком этого устройства и используемой им базы данных являются проблемы, связанные с тиражированием и хранением, а также с невозможностью записать большое количество информации на один носитель.
В патенте РФ №2199356, 2003 г. описано устройство для записи на кристалл поляризованного электромагнитного излучения микроорганизмов. Устройство содержит рабочую ячейку для размещения исследуемого микроорганизма, средство для изменения температуры, вспомогательную ячейку и средство для записи спектра излучения, в частности с использованием кристаллов кремния, германия, алмаза или арсенида галлия. Запись собственного электромагнитного излучения патогенных микроорганизмов производится при их инактивации.
Предлагаемое устройство позволяет сформировать базу данных, обеспечивающую непрерывность анализа и заметное повышение достоверности информации. При этом достигается компактность и быстродействие устройства при расширении его функциональных возможностей, таких как возможность длительного хранения и тиражирования базы.
Устройство для формирования базы данных для определения биологических агентов и химических веществ согласно изобретению включает блок по крайней мере с одним источником когерентного поляризованного монохроматического электромагнитного излучения в оптическом диапазоне или ближнем ИК-диапазоне (полупроводниковым лазером), рабочую ячейку для определяемого объекта, блок для записи и считывания оптической информации, набор ячеек базы данных для хранения информации о спектрах комбинационного рассеивания или распределении спектральных характеристик интенсивности электромагнитного излучения в зоне минимальных значений диаграммы рассеивания излучения, а также блок управления (например, в виде программируемого микропроцессора или программируемой логической интегральной схемы), имеющий выход на компьютер.
Блок для записи и считывания оптической информации может включать оптический диск с регистрирующим слоем на фазовых переходах, или голографическое устройство, или кристалл, содержащий два слоя с разными кристаллическими решетками и разными типами проводимости.
Одного источника когерентного электромагнитного излучения достаточно, если исследуемый объект дает пик фотолюминесценции в видимом диапазоне. В то же время, некоторые биологические объекты и химические вещества не имеют пика фотолюминесценции в видимом диапазоне и, как показывают исследования [У.Дьюли. Лазерная технология и анализ материалов. М.: Мир, 1996 г.], не все вещества дают характерные спектры в этой области, что понижает вероятность обнаружения объекта.
Для таких случаев устройство может содержать блок с тремя источниками излучения в оптическом и/или ближнем ИК-диапазоне, а также дополнительно содержать светоделитель и поворотное устройство и выполненное с возможностью регулирования угла между источниками и приемниками излучения. Кроме того, в состав устройства могут входить блок для записи и считывания оптической информации и спектроанализатор для контроля части спектра, записываемого в базу, и перестройки частотного диапазона.
Каждая из ячеек блока для записи и считывания содержит информацию, соответствующую спектральной характеристике электромагнитного излучения определенного химического вещества или микроорганизма. Устройство содержит также спектроанализатор для контроля части спектра, записываемого в базу и перестройки частотного диапазона в случае необходимости.
На Фиг.1 изображена блок-схема устройства с одним источником излучения. Схема устройства с блоком, содержащим три источника когерентного монохроматического излучения с разными длинами волн, показана на Фиг.2.
Устройство с двумя источниками излучения может не обеспечить надежной идентификации объекта в связи с тем, что, как показали расчеты, подтвержденные и экспериментальным набором статистических измерений, ошибки распознавания первого и второго рода колеблются от 1 до 10%, что несовместимо с требованиями к медицинским приборам. Три источника дают ошибки распознавания порядка десятых долей процента. Число источников излучения более трех также возможно, но при этом практически не уменьшаются ошибки распознавания и тем самым не увеличивается эффективность, в то же время, это усложняет конструкцию и увеличивают появление случайных ошибок, связанных с ухудшением отношения сигнал/шум при обработке сигнала. Такие конструктивные варианты на чертежах не показаны и далее не рассматриваются.
В простейшем варианте исполнения (с одним источником излучения) устройство работает следующим образом. От источника 1 монохроматического излучения излучение поступает на ячейку 4, содержащую базовую среду и исследуемый объект (вирус, микроорганизм). После этого излучение поступает в блок 6 для записи и считывания оптической информации (преобразующий оптическую информацию, например, с помощью двухслойной пластинки медь-оксид меди). После преобразования оптической информации в электрическую информационный сигнал поступает в блок 8 хранения и обработки информации, состоящий из программируемого микропроцессора и логической интегральной схемы.
Более сложный конструктивный вариант устройства (Фиг.2) работает следующим образом. Излучение от трех монохроматических когерентных, поляризованных источников (лазеров) с различными длинами волн в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне излучения с блока 1 последовательно направляют (например, по световому волокну 2) на светоделитель 3. После светоделителя 3, часть излучения направляют на ячейку 4, содержащую базовую среду (воду, спирт, солевые растворы и т. д.) и исследуемый биологический агент (вирус, бактерию). После прохождения ячейки 4 излучение одновременно поступает в спектроанализатор 5 и в блок 6 для записи и считывания оптической информации, содержащий в себе перезаписываемый носитель информации, установленный на поворотном устройстве 7, которое позволяет менять угол между приемником оптической информации и источником излучения. Блок 6 для записи и считывания оптической информации, например устройство, содержащее регистрационный слой на фазовых переходах (Оптические дисковые системы, под. ред Стельмаха. М.: Наука, 1987 г.) или голографическое устройство (А.А.Акаев, С.А.Майоров. Оптические методы обработки информации М.: Высшая школа, 1988), необходим для длительного хранения базы данных спектров большого количества исследуемых объектов и для точного воспроизведения при перезаписи и тиражирования. После анализа показаний спектранализатора 5, подбирается узкий участок спектра и угол между источником излучения в блоке 2 и приемником блока 6 для записи так, чтобы записанный участок спектра имел наиболее характерные особенности. После этого производится считывание информации, причем в качестве источника опорного сигнала берется излучение того же лазера, прошедшее через светоделитель 3. Считываемый аналоговый оптический сигнал поступает в базу данных [Могильная Т.Ю., Прохоров К.А., Сагитова Е.И., Сафронов И.А. Возможности оптических методов для исследования структурного состояния алюмосиликатных нанокомпозитов. Материалы Второго международного симпозиума «Аэрокосмические приборы и технологии», Санкт-Петербург, 17-20 сентября 2002, стр.72.].
Заявленное устройство позволяет переписывать без искажений информацию о спектральном распределении биологического агента или химического вещества, допускает массовое тиражирование базы, сохранение большого количества информации на одном носителе и допускает сроки хранения без перезаписи в течение нескольких десятилетий. [Оптические дисковые системы, под. ред Стельмаха. М.: Наука, 1991], что позволяет составлять и постоянно пополнять базу данных при появлении новых биологических агентов для проведения неинвазивной экспресс-диагностики и контроля примесей в биологических средах.
Claims (4)
1. Устройство для формирования базы данных для определения биологических агентов и химических веществ, включающее блок по крайней мере с одним источником когерентного поляризованного монохроматического электромагнитного излучения, рабочую ячейку для определяемого объекта, приемный блок для записи и считывания оптической информации с набором ячеек базы данных для хранения информации о спектрах комбинационного рассеяния или распределения спектральных характеристик интенсивности электромагнитного излучения в областях минимальных значений диаграммы рассеяния излучения, а также блок управления, имеющий выход на компьютер, при этом блок для записи и считывания оптической информации содержит оптический диск с регистрирующим слоем на фазовых переходах, или голографическое устройство, или кристалл, содержащий два слоя с разными кристаллическими решетками и разными типами проводимости.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит блок с тремя источниками излучения в оптическом и/или ближнем ИК диапазоне, дополнительно содержит светоделитель и поворотное устройство и выполнено с возможностью регулирования угла между источниками и приемниками излучения.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит спектроанализатор для контроля частей спектра.
4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что источники излучения встроены в единый блок с блоком управления, выполненным в виде программируемого микропроцессора или программируемой логической интегральной схемы.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003117904/09A RU2269116C2 (ru) | 2003-06-18 | 2003-06-18 | Устройство для формирования базы данных для определения биологических агентов и химических веществ |
PCT/RU2003/000515 WO2004111639A1 (fr) | 2003-06-18 | 2003-11-21 | Dispositif d'elaboration d'une base de donnees permettant de detecter des agents biologiques et des substances chimiques |
AU2003298969A AU2003298969A1 (en) | 2003-06-18 | 2003-11-21 | Device for forming database for detecting biological agents and chemical substances |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003117904/09A RU2269116C2 (ru) | 2003-06-18 | 2003-06-18 | Устройство для формирования базы данных для определения биологических агентов и химических веществ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003117904A RU2003117904A (ru) | 2004-12-10 |
RU2269116C2 true RU2269116C2 (ru) | 2006-01-27 |
Family
ID=33550549
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003117904/09A RU2269116C2 (ru) | 2003-06-18 | 2003-06-18 | Устройство для формирования базы данных для определения биологических агентов и химических веществ |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
AU (1) | AU2003298969A1 (ru) |
RU (1) | RU2269116C2 (ru) |
WO (1) | WO2004111639A1 (ru) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB0606891D0 (en) * | 2006-04-05 | 2006-05-17 | Council Cent Lab Res Councils | Raman Analysis Of Pharmaceutical Tablets |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2025760C1 (ru) * | 1991-05-27 | 1994-12-30 | Институт технической кибернетики АН Республики Беларусь | Способ получения и восстановления оптических голограмм и устройство для его осуществления |
RU2096051C1 (ru) * | 1995-02-24 | 1997-11-20 | Григорий Борисович Альтшулер | Устройство для лазерной обработки биологической ткани (его варианты) |
RU2137126C1 (ru) * | 1998-05-13 | 1999-09-10 | Тверская государственная медицинская академия | Способ исследования биологических жидкостей и устройство для его осуществления |
RU2199356C2 (ru) * | 2000-11-13 | 2003-02-27 | Петренко Сергей Иванович | Способ записи поляризованного электромагнитного излучения инактивированного штамма патогенных микроорганизмов на кристалл и устройство для его реализации, способ изменения активности штамма патогенных микроорганизмов и устройство для его реализации, способ элиминации штамма патогенных микроорганизмов из организма человека или животного |
-
2003
- 2003-06-18 RU RU2003117904/09A patent/RU2269116C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2003-11-21 AU AU2003298969A patent/AU2003298969A1/en not_active Abandoned
- 2003-11-21 WO PCT/RU2003/000515 patent/WO2004111639A1/ru active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AU2003298969A1 (en) | 2005-01-04 |
WO2004111639A1 (fr) | 2004-12-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Magde et al. | Fluorescence correlation spectroscopy. II. An experimental realization | |
Morikis et al. | Resonance Raman investigations of site-directed mutants of myoglobin: effects of distal histidine replacement | |
CN105164530B (zh) | 改良的疾病检测仪 | |
JP4264195B2 (ja) | 光学的臨床アッセイシステムのための検証装置 | |
US6122042A (en) | Devices and methods for optically identifying characteristics of material objects | |
CN104303056B (zh) | 用于改进疾病检测的微器件 | |
EP0805352B1 (en) | Method and apparatus for urinalysis, method of measuring optical rotation and polarimeter | |
JP6974426B2 (ja) | 生体試料分析システム、構成要素、およびその方法 | |
Yang et al. | Design and evaluation of a portable optical-based biosensor for testing whole blood prothrombin time | |
CN105283765A (zh) | 分析物浓度测定的系统误差补偿 | |
RU2269116C2 (ru) | Устройство для формирования базы данных для определения биологических агентов и химических веществ | |
JP2020003499A (ja) | 生物学的検知機器 | |
JPH09308623A (ja) | 無侵襲生化学計測装置 | |
KR20210092969A (ko) | 2파장 라만산란광을 이용한 비침습형 혈당 모니터링 센서 시스템 | |
RU2106627C1 (ru) | Прибор для мониторинга параметров взвешенных частиц | |
Gale et al. | Electrical impedance-spectroscopy particle detector for use in microanalysis systems | |
Bazaev et al. | Modern methods for measuring parameters of blood coagulation | |
Schmidt | A high-performance dual-wavelength spectrophotoometer and fluorometer | |
Narins et al. | A comb-filtered noise generator for use in auditory neurophysiological and psychophysical experiments | |
Villalba‐Hernández et al. | Periodontitis detection using Raman spectroscopy, support vector machine, and salivary biomarkers | |
Rai et al. | Design, characterization, and applications of photoacoustic cells and spectrometer | |
Baunsgaard et al. | Evaluation of the quality of solid sugar samples by fluorescence spectroscopy and chemometrics | |
Berger | Introduction to concepts in laser technology for glucose monitoring | |
JPS6127703B2 (ru) | ||
RU2429465C1 (ru) | Оптический диффузометр для анализа транспорта биологически активного вещества, аналитическая система для определения биологически активного вещества в жидкости и способ определения концентрации биологически активного вещества в жидкости |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070619 |