RU2749767C1

RU2749767C1 - Device for determining plate aggregation activity

Info

Publication number: RU2749767C1
Application number: RU2020139637A
Authority: RU
Inventors: Андрей Борисович Катасонов
Original assignee: Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научный центр психического здоровья"
Priority date: 2020-12-03
Filing date: 2020-12-03
Publication date: 2021-06-16

Abstract

FIELD: medical technology.

SUBSTANCE: invention relates to the field of medical technology. The device for determining the aggregation activity of platelets contains a cuvette holder placed in the body, at least one cuvette made of optically transparent material and forming a flat-bottomed working container for the blood plasma sample under study, a thermal stabilization module, at least one laser radiation source located with enabling the passage of laser radiation through a corresponding working capacity, at least one receiver of laser radiation, a blood plasma mixing unit and a control unit. The cuvettes can be made in the form of a strip. The blood plasma mixing unit is made in the form of a vibration motor mechanically connected to the cuvette holder, which is fixed on elastic supports and made movable with the possibility of performing harmonic oscillations in the horizontal plane along mutually perpendicular axes with a phase shift of 90 degrees. The vibration motor can be made in the form of an electric motor with an eccentric. The frequency of vibrations excited by the vibration motor is selected equal to the natural frequency of the mechanical vibrational system formed by a cuvette holder with cuvettes and elastic supports. Sources of laser radiation are placed below the corresponding working capacity, and the receivers of laser radiation are placed above it so that their optical axes coincide with the longitudinal central axis of the corresponding working capacity in a static state.

EFFECT: invention ensures its high operational efficiency, including by increasing the reproducibility and accuracy of determining the aggregation activity of platelets.

9 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области медицинской техники и может использоваться в устройствах для анализа агрегации тромбоцитов.The invention relates to the field of medical technology and can be used in devices for the analysis of platelet aggregation.

Тромбоциты, являющиеся форменными элементами крови, играют важную роль в процессах свертывания крови и тромбообразования. Способность этих клеток менять свою форму и слипаться один с другим под действием индукторов характеризует агрегационную активность тромбоцитов. Повышенная агрегационная активность тромбоцитов возникает, например, при таких состояниях как инфаркт миокарда, атеросклероз, ишемическая болезнь сердца, нарушения мозгового кровообращения. Пониженная характерна, например, при врожденной патологии тромбоцитов или приобретенной тромбоцитопатии в результате ряда факторов. Известны различные методы и устройства для определения агрегационной активности тромбоцитов.Platelets, which are blood cells, play an important role in the processes of blood coagulation and thrombus formation. The ability of these cells to change their shape and adhere to one another under the action of inductors characterizes the aggregation activity of platelets. Increased platelet aggregation activity occurs, for example, in conditions such as myocardial infarction, atherosclerosis, ischemic heart disease, and cerebrovascular accident. Reduced is characteristic, for example, in congenital platelet pathology or acquired thrombocytopathy as a result of a number of factors. Various methods and devices are known for determining the aggregation activity of platelets.

Широкое распространение получили устройства, использующие оптический турбидиметрический метод, основанный на измерениях светового пучка, прошедшего через анализируемую среду и претерпевшего светорассеяния на оптических неоднородностях, при этом световой пучок от источника излучения проходит через прозрачную емкость с исследуемым образцом плазмы крови вдоль оси, совпадающей с нормалью к фотоприемной поверхности (G.V.R. Born, M.J. Kross. The aggregation of blood platelets «The Journal of Physiology», 1963, v. 168, p. 178-195). Мерой агрегации является регистрируемое изменение светопропускания плазмы крови, связанное с уменьшением рассеяния света на тромбоцитах в результате их слипания в агрегаты, образующиеся под воздействием индукторов агрегации. Использующие этот метод известные агрегометры содержат как правило термостабилизированный (термостатированный) кюветодержатель с кюветой, размещенную в кювете магнитную мешалку, источник освещения, расположенный на одной оптической оси с источником освещения фотоприемник и блок регистрации оптической плотности суспензии тромбоцитов. Достоинствами этого метода и реализующего его устройств является простота и возможность оценки такого важного показателя как средний радиус тромбоцитарных агрегатов. Недостатками являются недостаточная информативность определения агрегационной активности тромбоцитов при воздействии на плазму крови индукторов с низкой концентрацией и невозможность анализа плазмы крови с низкой концентрацией тромбоцитов (менее 10⁸ тр/мл), поскольку образование малых агрегатов на светопропускание суспензии тромбоцитов сказывается незначительно. Использование же магнитной мешалки снижает воспроизводимость, а также и точность результатов определения агрегационной активности тромбоцитов. При этом таким узлам присуща проблема стандартизации характера перемешивания пробы, что критично, например, при регистрации спонтанной агрегации.Devices that use the optical turbidimetric method, based on measurements of a light beam that has passed through the analyzed medium and underwent light scattering at optical inhomogeneities, have become widespread, while the light beam from the radiation source passes through a transparent container with the studied blood plasma sample along the axis coinciding with the normal to photoreceiving surface (GVR Born, MJ Kross. The aggregation of blood platelets "The Journal of Physiology", 1963, v. 168, pp. 178-195). A measure of aggregation is the recorded change in the light transmission of blood plasma associated with a decrease in light scattering on platelets as a result of their adhesion into aggregates formed under the influence of aggregation inductors. Known aggregometers using this method usually contain a thermostabilized (thermostated) cuvette holder with a cuvette, a magnetic stirrer placed in the cuvette, an illumination source located on the same optical axis with the illumination source, a photodetector and a platelet suspension optical density recording unit. The advantages of this method and the devices that implement it are the simplicity and the possibility of assessing such an important indicator as the average radius of platelet aggregates. The disadvantages are the insufficient information content of determining the aggregation activity of platelets when exposed to the blood plasma of inducers with a low concentration and the impossibility of analyzing blood plasma with a low concentration of platelets (less than 10 ⁸ tr / ml), since the formation of small aggregates on the light transmission of the platelet suspension has little effect. The use of a magnetic stirrer reduces the reproducibility, as well as the accuracy of the results of determining the aggregation activity of platelets. At the same time, such nodes are inherent in the problem of standardizing the nature of sample mixing, which is critical, for example, when registering spontaneous aggregation.

Известно, например, устройство для исследования агрегации тромбоцитов путем регистрации спонтанной агрегации, использующее турбидиметрический метод, основанный на измерении изменения оптической плотности плазмы крови, обогащенной тромбоцитами, в процессе их агрегации, и содержащее источник стабилизированного света, рабочую емкость с обогащенной тромбоцитами плазмой крови, систему перемешивания плазмы крови, фотоприемник, аналого-цифровой преобразователь и регистрирующий блок, при этом рабочая емкость образована двумя расположенными горизонтально плоскопараллельными дискообразными оптически прозрачными пластинами, в нижней из которых выполнено цилиндрическое углубление, а пластины размещены в поле зрения светового микроскопа и выполнены с обеспечением возможности их вращения во взаимопротивоположных направлениях для перемешивания плазмы крови (RU 2278381 С1, 2006). В этом устройстве, в отличие от аналогичных устройств, в которых перемешивание осуществляется посредством магнитных мешалок, перемешивание плазмы крови обеспечивается без введения в нее инородных тел при создании внутри рабочей емкости сдвига с заданной скоростью. В результате этого достигается достаточная чувствительность устройства при измерении спонтанной агрегации тромбоцитов. Однако это устройство малопроизводительно, поскольку предусмотрена работа только с одной порцией плазмы крови. Боковой ввод светового пучка и его немонохромный характер не позволяют обеспечить высокую стабильность его параметров при прохождении в рабочую емкость, что снижает воспроизводимость и точность измерений. Устройство не позволяет регистрировать индуцированную агрегацию, поскольку его конструкция не предусматривает возможность введения индуктора агрегации непосредственно в процессе перемешивания пробы при эксплуатации устройства. Поэтому это устройство имеет недостаточную эксплуатационную эффективность.It is known, for example, a device for studying platelet aggregation by registering spontaneous aggregation, using a turbidimetric method based on measuring the change in optical density of platelet-rich blood plasma during their aggregation, and containing a stabilized light source, a working container with platelet-rich blood plasma, a system mixing of blood plasma, a photodetector, an analog-to-digital converter and a recording unit, while the working capacity is formed by two horizontally parallel plane-parallel disc-shaped optically transparent plates, in the lower of which there is a cylindrical recess, and the plates are placed in the field of view of the light microscope and made to enable them rotation in mutually opposite directions for mixing blood plasma (RU 2278381 C1, 2006). In this device, in contrast to similar devices in which mixing is carried out by means of magnetic stirrers, mixing of blood plasma is provided without introducing foreign bodies into it while creating a shear inside the working vessel at a given rate. As a result, sufficient sensitivity of the device is achieved when measuring spontaneous platelet aggregation. However, this device is ineffective, since it is provided to work with only one portion of blood plasma. The side entry of the light beam and its non-monochromatic nature do not allow for high stability of its parameters when passing into the working vessel, which reduces the reproducibility and accuracy of measurements. The device does not allow recording the induced aggregation, since its design does not provide for the possibility of introducing an aggregation inductor directly during the mixing of the sample during the operation of the device. Therefore, this device has insufficient operational efficiency.

Известно также устройство для анализа агрегаций тромбоцитов крови, использующее турбидиметрический метод и метод анализа флуктуаций светопропускания, содержащее основание с прозрачной ячейкой для исследуемого образца плазмы крови, узел перемешивания, включающий магнитную мешалку и электродвигатель с магнитом, выполненным с обеспечением возможности вращения вокруг вертикальной оси, совпадающей с продольной осью прозрачной ячейки, источник и приемник лазерного излучения, оптические оси которых совпадают и перпендикулярны продольной оси прозрачной ячейки, входную и выходную диафрагмы и блок обработки, включающий фильтры высоких и низких частот и блок определения параметров агрегации (US 5071247 А, 1991). К недостатку устройства относится низкая воспроизводимость агрегатограмм и их невысокая точность, что обусловлено использованием магнитных мешалок. Это связано с тем, что мембрана тромбоцитов весьма чувствительна к внешнему механическому воздействию, при этом даже небольшие сдвиговые напряжения в суспензии способны вызвать спонтанную агрегацию тромбоцитов. Расположенная в прозрачной ячейке (рабочей емкости) магнитная мешалка является основным источником нестабильности в процессах агрегации и дезагрегации тромбоцитов, она дает очень грубое перемешивание суспензии, которое практически невозможно стандартизовать. Другой недостаток связан с использованием дискретной рабочей емкости (прозрачной ячейки), что не позволяет обеспечить высокую производительность при эксплуатации устройства. Кроме того, боковой ввод и вывод лазерного излучения снижает воспроизводимость анализа, поскольку лазерное излучение дважды проходит через боковые цилиндрические стенки прозрачной ячейки, геометрию которых трудно стандартизовать. Соответственно затруднительно обеспечить воспроизводимые условия для реализации метода анализа флуктуаций светопропускания, на основе которого рассчитывается средний радиус тромбоцитарных агрегатов. Все это также не позволяет обеспечить высокую эксплуатационную эффективность такого устройства.It is also known a device for analyzing blood platelet aggregations using a turbidimetric method and a method for analyzing light transmission fluctuations, comprising a base with a transparent cell for a blood plasma sample under study, a stirring unit, including a magnetic stirrer and an electric motor with a magnet, made with the possibility of rotation around a vertical axis that coincides with a longitudinal axis of a transparent cell, a source and receiver of laser radiation, the optical axes of which coincide and are perpendicular to the longitudinal axis of the transparent cell, input and output diaphragms and a processing unit including high and low frequency filters and a unit for determining aggregation parameters (US 5071247 A, 1991). The disadvantage of the device is the low reproducibility of aggregatograms and their low accuracy, which is due to the use of magnetic stirrers. This is due to the fact that the platelet membrane is very sensitive to external mechanical stress, while even small shear stresses in the suspension can cause spontaneous platelet aggregation. A magnetic stirrer located in a transparent cell (working vessel) is the main source of instability in the processes of aggregation and disaggregation of platelets; it gives a very coarse mixing of the suspension, which is almost impossible to standardize. Another drawback is associated with the use of a discrete working capacity (transparent cell), which does not allow for high performance during the operation of the device. In addition, the lateral input and output of laser radiation reduces the reproducibility of the analysis, since the laser radiation passes twice through the lateral cylindrical walls of the transparent cell, the geometry of which is difficult to standardize. Accordingly, it is difficult to provide reproducible conditions for the implementation of the method of analysis of fluctuations in light transmission, on the basis of which the average radius of platelet aggregates is calculated. All this also does not allow for the high operational efficiency of such a device.

Из известных устройств наиболее близким к предложенному является устройство для определения агрегационной активности тромбоцитов, содержащее размещенные в корпусе кюветодержатель, по меньшей мере одну кювету, выполненную из оптически прозрачного материала и образующую рабочую емкость для исследуемого образца плазмы крови, модуль термостабилизации, по меньшей мере один источник лазерного излучения, расположенный с обеспечением возможности прохождения лазерного излучения через соответствующую рабочую емкость, по меньшей мере один приемник лазерного излучения, узел перемешивания плазмы крови и блок управления (RU 2343456 С1, 2009). Это устройство основано на нефелометрическом методе с использованием измерения рассеянного светового излучения. В этом устройстве использован боковой ввод и вывод лазерного излучения, при этом оптическая ось источников лазерного излучения и нормаль к фотоприемной поверхности соответствующего приемника лазерного излучения составляет некоторый угол. Узел перемешивания плазмы крови выполнен на основе средств, создающих вращающее магнитное поле, приводящее в движение магнитные мешалки. В каждую кювету помещают одну магнитную мешалку, например, перемешивающий элемент в виде шарика из ферромагнитного материала. В этом устройстве осуществляется регистрация интенсивности рассеяния лазерного излучения под углом к оптической оси источника лазерного излучения. Устройство обеспечивает достаточную чувствительность за счет создания условий эффективного рассеяния лазерного излучения на тромбоцитах в плазме крови. Однако оно не позволяет достичь высоких воспроизводимости и точности результатов анализа, что связано с боковым вводом и выводом лазерного излучения и использованием узла перемешивания с магнитной мешалкой. Кроме того, необходимость в дополнительной операции размещения в рабочих емкостях магнитной мешалки и последующее ее удаление усложняет эксплуатацию устройства. Конструкция устройства не предусматривает применение стандартизованных рабочих емкостей с использованием кювет в виде стрипа, позволяющее обеспечить одномоментное введение в рабочие емкости индукторов агрегации и тем самым дополнительно повысить воспроизводимость результатов анализа, а также повысить производительность устройства. В целом это не позволяет обеспечить высокую эксплуатационную эффективность устройства.Of the known devices, the closest to the proposed one is a device for determining the aggregation activity of platelets, containing a cuvette holder placed in the body, at least one cuvette made of optically transparent material and forming a working capacity for the blood plasma sample under study, a thermal stabilization module, at least one source laser radiation, located so that the laser radiation can pass through the corresponding working capacity, at least one receiver of laser radiation, a blood plasma mixing unit and a control unit (RU 2343456 C1, 2009). This device is based on the nephelometric method using the measurement of scattered light radiation. This device uses a lateral input and output of laser radiation, while the optical axis of the laser radiation sources and the normal to the photoreceiving surface of the corresponding laser radiation receiver makes a certain angle. The unit for mixing blood plasma is made on the basis of means that create a rotating magnetic field that drives magnetic stirrers. One magnetic stirrer is placed in each cuvette, for example a ball-shaped stirring element made of ferromagnetic material. This device records the intensity of laser radiation scattering at an angle to the optical axis of the laser radiation source. The device provides sufficient sensitivity by creating conditions for effective scattering of laser radiation on platelets in blood plasma. However, it does not allow achieving high reproducibility and accuracy of the analysis results, which is associated with the lateral input and output of laser radiation and the use of a stirring unit with a magnetic stirrer. In addition, the need for an additional operation of placing a magnetic stirrer in the working containers and its subsequent removal complicates the operation of the device. The design of the device does not provide for the use of standardized working containers with the use of cuvettes in the form of a strip, which allows for the simultaneous introduction of aggregation inductors into the working containers and thereby further increase the reproducibility of the analysis results, as well as increase the productivity of the device. In general, this does not allow for high operational efficiency of the device.

Техническая проблема, решаемая изобретением, заключается в создании устройства для определения агрегационной активности тромбоцитов, лишенного недостатков прототипа. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в повышении эксплуатационной эффективности устройства, в том числе за счет повышения воспроизводимости и точности результатов определения агрегационной активности тромбоцитов.The technical problem solved by the invention is to create a device for determining the aggregation activity of platelets, devoid of the disadvantages of the prototype. The technical result provided by the invention consists in increasing the operational efficiency of the device, including by increasing the reproducibility and accuracy of the results of determining the aggregation activity of platelets.

Это достигается тем, что в устройстве для определения агрегационной активности тромбоцитов, содержащем размещенные в корпусе кюветодержатель, по меньшей мере одну кювету, выполненную из оптически прозрачного материала и образующую рабочую емкость для исследуемого образца плазмы крови, модуль термостабилизации, по меньшей мере один источник лазерного излучения, расположенный с обеспечением возможности прохождения лазерного излучения через соответствующую рабочую емкость, по меньшей мере один приемник лазерного излучения, узел перемешивания плазмы крови и блок управления, узел перемешивания плазмы крови выполнен в виде вибродвигателя, механически связанного с кюветодержателем, который закреплен на упругих опорах и выполнен подвижным с обеспечением возможности совершать гармонические колебания в горизонтальной плоскости по взаимно перпендикулярным осям со сдвигом фаз в 90 градусов, при этом частота возбуждаемых вибродвигателем колебаний выбрана равной собственной частоте механической колебательной системы, образованной кюветодержателем с кюветами и упругими опорами, источники лазерного излучения размещены снизу от соответствующей рабочей емкости, а приемники лазерного излучения размещены сверху от нее так, что их оптические оси совпадают с продольной центральной осью соответствующей рабочей емкости в статическом состоянии, при этом дно рабочих емкостей выполнено плоским. Кюветы могут быть выполнены в виде стрипа, содержащего образующие рабочие емкости для исследуемых образцов плазмы крови лунки по количеству пар источников и приемников лазерного излучения. Вибродвигатель может быть выполнен в виде электродвигателя, снабженного эксцентриком, выполненным с обеспечением возможности вращения в горизонтальной плоскости. Вибродвигатель может быть встроен непосредственно в кюветодержатель. Модуль термостабилизации может быть выполнен в виде резистивного нагревательного элемента, снабженного датчиком температуры. Модуль термостабилизации может быть встроен непосредственно в кюветодержатель. Приемники лазерного излучения могут быть снабжены на своем входе собирающей оптической линзой. Приемники лазерного излучения могут быть снабжены на своем выходе режекторным фильтром. Блок управления может быть выполнен в виде микроконтроллера, связанного с источниками и приемниками лазерного излучения, модулем термостабилизации и узлом перемешивания плазмы крови. Микроконтроллер может быть выполнен с обеспечением возможности связи с персональным компьютером.This is achieved by the fact that in the device for determining the aggregation activity of platelets, containing placed in the case of the cuvette holder, at least one cuvette made of optically transparent material and forming a working capacity for the analyzed blood plasma sample, a thermal stabilization module, at least one source of laser radiation located so that laser radiation can pass through the corresponding working capacity, at least one receiver of laser radiation, a blood plasma mixing unit and a control unit, a blood plasma mixing unit is made in the form of a vibration motor mechanically connected to the cuvette holder, which is fixed on elastic supports and is made movable with the ability to perform harmonic vibrations in the horizontal plane along mutually perpendicular axes with a phase shift of 90 degrees, while the frequency of vibrations excited by the vibration motor is selected equal to the natural frequency of the mechanical stake a laboratory system formed by a cuvette holder with cuvettes and elastic supports, the laser radiation sources are located below the corresponding working capacity, and the laser radiation receivers are located above it so that their optical axes coincide with the longitudinal central axis of the corresponding working capacity in a static state, while the bottom working containers is made flat. The cuvettes can be made in the form of a strip containing the wells forming the working containers for the studied blood plasma samples according to the number of pairs of sources and receivers of laser radiation. The vibration motor can be made in the form of an electric motor equipped with an eccentric made with the possibility of rotation in the horizontal plane. The vibration motor can be built directly into the cuvette holder. The thermal stabilization module can be made in the form of a resistive heating element equipped with a temperature sensor. The thermal stabilization module can be built directly into the cuvette holder. Receivers of laser radiation can be equipped at their entrance with a collecting optical lens. Receivers of laser radiation can be equipped with a notch filter at their output. The control unit can be made in the form of a microcontroller connected with sources and receivers of laser radiation, a thermal stabilization module and a blood plasma mixing unit. The microcontroller can be designed to enable communication with a personal computer.

Достижение указанного технического результата обеспечивается всей совокупностью существенных признаков, представленной в независимом пункте формулы изобретения, каждый признак которой необходим, а вместе они достаточны для решения указанной проблемы и достижения указанного технического результата.The achievement of the specified technical result is ensured by the entire set of essential features presented in the independent claim, each feature of which is necessary, and together they are sufficient to solve the specified problem and achieve the specified technical result.

На чертеже показана структурная схема устройства для определения агрегационной активности тромбоцитов.The drawing shows a block diagram of a device for determining the aggregation activity of platelets.

Оно содержит корпус 1, в котором размещены все элементы и узлы устройства. Устройство содержит кюветодержатель 2 с по меньшей мере одной кюветой, выполненной из оптически прозрачного материала и образующей рабочую емкость 3 для исследуемого образца 4 плазмы крови. В преимущественном исполнении устройства кюветы выполнены в виде стрипа (Strip) 5, содержащего образующие рабочие емкости 3 лунки в количестве, например, восьми и представляющего собой линейный элемент стрипованного 96-луночного лабораторного планшета, например, фирмы Corning Inc. Дно рабочих емкостей (лунок) 3 выполнено плоским. Кюветодержатель 2 выполнен, например, из легкого и хорошо проводящего тепло материала (например, дюралюминия марки Д16т) и снабжен электроизоляционным покрытием. Устройство содержит модуль 6 термостабилизации, который выполнен преимущественно в виде резистивного нагревателя, соединенного с датчиком температуры. В качестве резистивного нагревателя может быть использован, например, чип-резистор на расчетную мощность 2 Вт, а в качестве датчика температуры может быть использована, например, микросхема DS1621S+ (фирма Maxim Integrated). Модуль 6 термостабилизации преимущественно встроен непосредственно в кюветодержатель 2, при этом эти чип-резистор и микросхема приклеены к кюветодержателю 2 поверх электроизоляционного покрытия. Устройство содержит по меньшей мере один источник 7 лазерного излучения, расположенный с обеспечением возможности прохождения лазерного излучения через соответствующую рабочую емкость 3, и по меньшей мере один приемник 8 лазерного излучения. Источники 7 лазерного излучения размещены снизу от соответствующей рабочей емкости 3, а приемники 8 лазерного излучения размещены сверху от нее так, что в статическом состоянии устройства их оптические оси совпадают с продольной центральной осью соответствующей рабочей емкости 3. Количество пар источников 7 и приемников 8 лазерного излучения при выполнении кювет в виде стрипа 5 равно количеству лунок в нем. В качестве источников 7 лазерного излучения могут быть использованы, например, лазерные модули DSP6505-0415 (фирма DESHENG) с длиной волны 650 нм, образующие тонкий пучок излучения диаметром 0,3-0,5 мм. В качестве приемников 8 лазерного излучения могут быть использованы, например, фотоприемники (фотодиоды) BPW34 (фирма Vishay). Приемники 8 лазерного излучения преимущественно снабжены на своем входе собирающей оптической линзой, например, диаметром 6-7 мм и радиусом кривизны 10-12 мм (на чертеже не показана). На своем выходе приемники 8 лазерного излучения преимущественно снабжены режекторным фильтром (фильтр-пробка), выполненным аналоговым или цифровым, например, на базе микропроцессора TMS320C5x (фирма Texas Instruments). Устройство содержит узел перемешивания плазмы крови, который выполнен в виде механически связанного с кюветодержателем 2 вибродвигателя, который выполнен преимущественно в виде электродвигателя 9, снабженного эксцентриком 10, и преимущественно встроен непосредственно в кюветодержатель 2. Вибродвигатель может быть, например, впрессован или вклеен в выполненное для этого в кюветодержателе 2 отверстие (на чертеже не отражено). Ось электродвигателя 9, например, перпендикулярна горизонтальной плоскости, а эксцентрик 10 выполнен преимущественно с обеспечением возможности вращения в этой плоскости. В качестве вибродвигателя может использоваться, например, миниатюрный вибромотор QX-6A-3V (фирма QX Motor). Кюветодержатель 2 закреплен на упругих опорах 11 и выполнен подвижным с обеспечением возможности совершать гармонические колебания в горизонтальной плоскости по взаимно-перпендикулярным осям со сдвигом фаз в 90°, при этом частота возбуждаемых вибродвигателем колебаний выбрана равной собственной частоте механической колебательной системы, образованной кюветодержателем 2 с кюветами и упругими опорами 11. Количество упругих опор 11 может составлять, например, четыре. Каждая из них выполнена, например, в виде тонкого металлического стержня (спицы) диаметром 0,3-0,8 мм и длиной 10-40 мм из пружинной стали или бронзы, жестко закрепленного одним концом на основании корпуса 1, а другим - на кюветодержателе 2, с обеспечением возможности упруго и равномерно изгибаться вдоль своей оси. Собственные частоты этой механической системы при выполнении кювет в виде стрипа 5 лежат в диапазоне 50-150 Гц. Для обеспечения возбуждения резонанса в такой механической колебательной системе частота вращения эксцентрика составляет, например, 3000-9000 об/мин. Устройство содержит блок управления 12, выполненный преимущественно в виде микроконтроллера, связанного с источниками 7 и приемниками 8 лазерного излучения, модулем термостабилизации 6 и узлом перемешивания плазмы крови. С приемниками 8 лазерного излучения блок управления 12 может быть связан непосредственно или через режекторный фильтр. В качестве микроконтроллера может быть использован, например, микрочип AT91SAM7X256C (фирма Atmel). Микроконтроллер выполнен преимущественно с обеспечением возможности связи с персональным компьютером (на чертеже не показан), размещенным вне корпуса 1. Для этого он снабжен USB интерфейсом и/или блоком беспроводной передачи данных, например, Wi-Fi. Электропитание устройства может осуществляться, например, посредством размещенного в корпусе 1 источника постоянного тока или от персонального компьютера через кабель с USB разъемом. Корпус 1 снабжен съемной или откидной крышкой (на чертеже не показана).It contains a housing 1, which contains all the elements and assemblies of the device. The device contains a cuvette holder 2 with at least one cuvette made of optically transparent material and forming a working capacity 3 for the test sample 4 of blood plasma. In an advantageous embodiment of the device, the cuvettes are made in the form of a strip (Strip) 5 containing 3 wells forming working containers in an amount of, for example, eight and representing a linear element of a striped 96-well laboratory plate, for example, from Corning Inc. The bottom of the working containers (holes) 3 is flat. The cuvette holder 2 is made, for example, of a light and well heat-conducting material (for example, duralumin grade D16t) and is equipped with an electrically insulating coating. The device contains a thermal stabilization module 6, which is made mainly in the form of a resistive heater connected to a temperature sensor. As a resistive heater, for example, a chip resistor with a design power of 2 W can be used, and, for example, a DS1621S + microcircuit (Maxim Integrated) can be used as a temperature sensor. The thermal stabilization module 6 is preferably built directly into the cuvette holder 2, while this chip resistor and microcircuit are glued to the cuvette holder 2 over the electrically insulating coating. The device contains at least one source 7 of laser radiation, located so that the passage of laser radiation through the corresponding working capacity 3, and at least one receiver 8 of laser radiation. Sources 7 of laser radiation are placed below the corresponding working capacity 3, and receivers 8 of laser radiation are placed above it so that in the static state of the device their optical axes coincide with the longitudinal central axis of the corresponding working capacity 3. The number of pairs of sources 7 and receivers 8 of laser radiation when performing cuvettes in the form of a strip, 5 is equal to the number of wells in it. As sources 7 of laser radiation can be used, for example, laser modules DSP6505-0415 (firm DESHENG) with a wavelength of 650 nm, forming a thin beam of radiation with a diameter of 0.3-0.5 mm. As receivers 8 of laser radiation can be used, for example, photodetectors (photodiodes) BPW34 (Vishay). Receivers 8 of laser radiation are preferably equipped at their input with a collecting optical lens, for example, with a diameter of 6-7 mm and a radius of curvature of 10-12 mm (not shown in the drawing). At their output, the receivers 8 of laser radiation are preferably equipped with a notch filter (filter-notch), made analog or digital, for example, based on a TMS320C5x microprocessor (Texas Instruments). The device contains a blood plasma mixing unit, which is made in the form of a vibration motor mechanically connected to the cuvette holder 2, which is made mainly in the form of an electric motor 9, equipped with an eccentric 10, and is preferably built directly into the cuvette holder 2. The vibration motor can, for example, be pressed into or glued into a made for this in the cuvette holder 2 hole (not shown in the drawing). The axis of the electric motor 9, for example, is perpendicular to the horizontal plane, and the eccentric 10 is made mainly to allow rotation in this plane. As a vibration motor, for example, a miniature vibration motor QX-6A-3V (company QX Motor) can be used. The cuvette holder 2 is fixed on elastic supports 11 and is made movable with the provision of the ability to perform harmonic oscillations in the horizontal plane along mutually perpendicular axes with a phase shift of 90 °, while the frequency of vibrations excited by the vibration motor is chosen equal to the natural frequency of the mechanical oscillatory system formed by the cuvette holder 2 with cuvettes and elastic supports 11. The number of elastic supports 11 can be, for example, four. Each of them is made, for example, in the form of a thin metal rod (spoke) with a diameter of 0.3-0.8 mm and a length of 10-40 mm made of spring steel or bronze, rigidly fixed with one end on the base of the body 1, and with the other on the cuvette holder 2, with the ability to elastically and uniformly bend along its axis. The natural frequencies of this mechanical system when performing the cuvettes in the form of strip 5 are in the range of 50-150 Hz. To ensure the excitation of resonance in such a mechanical oscillatory system, the rotational speed of the eccentric is, for example, 3000-9000 rpm. The device contains a control unit 12, made mainly in the form of a microcontroller associated with sources 7 and receivers 8 of laser radiation, a thermal stabilization module 6 and a blood plasma mixing unit. With receivers 8 of laser radiation, the control unit 12 can be connected directly or through a notch filter. For example, an AT91SAM7X256C microchip (Atmel) can be used as a microcontroller. The microcontroller is mainly designed to enable communication with a personal computer (not shown in the drawing) located outside the housing 1. For this, it is equipped with a USB interface and / or a wireless data transmission unit, for example, Wi-Fi. The power supply of the device can be carried out, for example, by means of a DC power supply located in the housing 1 or from a personal computer via a cable with a USB connector. The body 1 is provided with a removable or hinged cover (not shown in the drawing).

Заявленное устройство для определения агрегационной способности тромбоцитов реализует турбидиметрический метод анализа. Его конструкция позволяет обеспечить преимущества, характерные для использующих этот метод известных устройств, и устранить недостатки устройства-прототипа, реализующего нефелометрический метод анализа, за счет иного выполнения узла перемешивания плазмы крови и иной схемы прохождения лазерного излучения через рабочие емкости 3.The claimed device for determining the aggregation capacity of platelets implements a turbidimetric analysis method. Its design makes it possible to provide the advantages characteristic of known devices using this method, and to eliminate the disadvantages of a prototype device that implements the nephelometric method of analysis, due to a different implementation of the blood plasma mixing unit and a different scheme for the passage of laser radiation through the working containers 3.

Устройство в преимущественном исполнении работает следующим образом. При включения электропитания прогревается кюветодержатель 2 за счет тепла, выделяемого модулем 6 термостабилизации. После прогрева кюветодержателя 2 до заданной температуры в него устанавливается стрип 5, рабочие емкости (лунки) 3 которого в количестве восьми заполняются исследуемыми образцами 4 плазмы крови. С помощью 8-канальной пипетки во все рабочие емкости 3 одновременно вводятся порции индуктора агрегации, например, коллагена, и включается рабочий режим устройства. При этом в автоматическом режиме, обеспечиваемым блоком управления 12, включается электродвигатель 8 и происходит перемешивание содержимого каждой рабочей емкости 3. Одновременно включаются источники 7 и приемники 8 лазерного излучения, лазерные лучи от источников 7 лазерного излучения попадают в соответствующие рабочие емкости 3 через их прозрачное плоское дно, частично рассеиваются на тромбоцитах и через собирающие оптические линзы попадают на фотодиоды соответствующих приемников 8 лазерного излучения, где преобразуются в электрические сигналы. Режекторные фильтры обеспечивают удаление из этих электрических сигналов составляющих, совпадающих с частотой вынужденного механического колебания кюветодержателя 2 и высшие гармоники этого колебания. Далее электрические сигналы поступают в блок управления 12, выполненный в виде микроконтроллера, для обработки в режиме реального времени. Определение агрегационной активности тромбоцитов осуществляется расчетом характеризующего агрегационную активность тромбоцитов среднего радиуса тромбоцитарных агрегатов на основе одномоментного построения восьми кинетических кривых агрегации. Расхождение между каналами при измерении стандартных кинетических кривых агрегации одновременно по восьми каналам составляет не более 5-7%. Результаты анализа передаются через кабель или Wi-Fi на персональный компьютер.The device in the preferred embodiment works as follows. When the power is turned on, the cuvette holder 2 is warmed up due to the heat generated by the thermal stabilization module 6. After warming up the cuvette holder 2 to a predetermined temperature, a strip 5 is installed in it, the working containers (wells) 3 of which, in the amount of eight, are filled with the investigated blood plasma samples 4. With the help of an 8-channel pipette, portions of the aggregation inducer, for example, collagen, are simultaneously introduced into all working containers 3, and the operating mode of the device is switched on. At the same time, in the automatic mode provided by the control unit 12, the electric motor 8 is switched on and the contents of each working container 3 are mixed. At the same time, the sources 7 and receivers 8 of laser radiation are switched on, laser beams from the sources 7 of laser radiation enter the corresponding working containers 3 through their transparent flat bottom, partially scattered on platelets and through collecting optical lenses fall on the photodiodes of the corresponding receivers 8 of laser radiation, where they are converted into electrical signals. Notch filters ensure the removal from these electrical signals of the components that coincide with the frequency of the forced mechanical vibration of the cell holder 2 and the higher harmonics of this vibration. Further, the electrical signals are sent to the control unit 12, made in the form of a microcontroller, for processing in real time. Determination of the aggregation activity of platelets is carried out by calculating the average radius of platelet aggregates characterizing the aggregation activity of platelets on the basis of the simultaneous construction of eight kinetic curves of aggregation. The discrepancy between the channels when measuring the standard kinetic curves of aggregation simultaneously for eight channels is no more than 5-7%. The analysis results are transmitted via cable or Wi-Fi to a personal computer.

Особенностью устройства является использование орбитального принципа перемешивания. При этом кюветодержатель 2 совершает вращательные движения так, что каждая его точка вращается с одинаковой амплитудой. Такое вращение может рассматриваться как векторная сумма сложения гармонических колебаний по взаимно перпендикулярным осям в горизонтальной плоскости (плоскости кюветодержатедя 2). Для обеспечения правильного кругового движения между этими колебаниями должен быть фазовый сдвиг 90°. Такие колебания возбуждаются, например, электродвигателем 9 с эксцентриком 10, вращающимся в горизонтальной плоскости. Необходимая амплитуда колебаний кюветодержателя 2 достигается благодаря эффекту резонанса за счет выбора частоты возбуждаемых вибродвигателем 9 колебаний (угловой частоты вращения эксцентрика 10) равной собственной частоте механической колебательной системы, образованной кюветодержателем 2 с кюветами (стрипом 5) и упругими опорами 11. Это обеспечивает при минимальном энергопотреблении эффективное и в то же время максимально щадящее перемешивание в виде ламинарного течения среды без турбулентных завихрений (присущих магнитным узлам перемешивания плазмы крови), травмирующих тромбоциты. Следствием этого является повышение воспроизводимости и точности (и связанного с этим повышение достоверности) результатов определения агрегационной активности тромбоцитов при эксплуатации устройства, что является основной составляющей его эксплуатационной эффективности. Однако, поскольку для качественного фотометрического анализа требуется соблюдение условия неизменности пути прохождения лазерного излучения через анализируемую среду, необходимо обеспечить оптимальное схему размещения источников 7 и приемников 8 лазерного излучения относительно рабочих емкостей 3 с исследуемым образцом 4 плазмы крови. Это достигается при направлении лазерного излучения вдоль продольной центральной оси рабочих емкостей 3 (в статическом состоянии устройства и соответственно статическом состояния рабочих емкостей 3). Направление лазерного излучения снизу рабочих емкостей 3, имеющих прозрачное плоское дно, позволяет обеспечить стабильность интенсивности и диаметра лазерного луча в них. При обратном прохождении лазерного излучения эти условия не могут достигаться из-за линзового эффекта поверхности плазмы крови в рабочих емкостях 3, в результате чего лазерный луч расширяется, что нежелательно, и ухудшается стабильность его параметров. Повышение стабильности параметров лазерного луча после его вхождения в рабочие емкости 3 через их дно по сравнению с вводом и выводом через боковые стенки позволяет повысить воспроизводимость результатов определения агрегационной активности тромбоцитов. Кроме того, отказ от магнитных мешалок в пользу орбитального перемешивания при колебательных движениях кюветодержателя 2 и одновременно отказ от бокового прохождения лазерного излучения рабочих емкостей 3 в пользу вертикального (продольноосевого), дает возможность использовать вместо одиночных кювет стрипа 5 с идентичными лунками. Это позволяет реализовать одномоментное введение в рабочие емкости 3 индукторов агрегации, например, посредством стандартной многоканальной пипетки, что особенно важно при регистрации быстрых кинетических фаз агрегации. Это дополнительно способствует повышению достоверности результатов анализа и повышает производительность устройства. Повышение воспроизводимости и точности определения агрегационной активности тромбоцитов как составляющих эксплуатационной эффективности устройства при его эксплуатации достигает 20-30%.A feature of the device is the use of the orbital mixing principle. In this case, the cuvette holder 2 makes rotational movements so that each point rotates with the same amplitude. Such rotation can be considered as a vector sum of the addition of harmonic vibrations along mutually perpendicular axes in the horizontal plane (the plane of the cell containing 2). To ensure correct circular motion, there must be a 90 ° phase shift between these oscillations. Such vibrations are excited, for example, by an electric motor 9 with an eccentric 10 rotating in a horizontal plane. The required amplitude of oscillations of the cell holder 2 is achieved due to the resonance effect due to the choice of the frequency of vibrations excited by the vibration motor 9 (angular frequency of rotation of the eccentric 10) equal to the natural frequency of the mechanical oscillatory system formed by the cell holder 2 with cells (strip 5) and elastic supports 11. This provides at minimum power consumption effective and at the same time the most gentle mixing in the form of a laminar flow of the medium without turbulent eddies (inherent in the magnetic mixing units of blood plasma) that injure platelets. The consequence of this is an increase in the reproducibility and accuracy (and the related increase in the reliability) of the results of determining the aggregation activity of platelets during the operation of the device, which is the main component of its operational efficiency. However, since high-quality photometric analysis requires compliance with the condition of the invariability of the path of laser radiation through the analyzed medium, it is necessary to provide an optimal layout of the sources 7 and receivers 8 of laser radiation relative to the working containers 3 with the investigated blood plasma sample 4. This is achieved when the laser radiation is directed along the longitudinal central axis of the working containers 3 (in the static state of the device and, accordingly, in the static state of the working containers 3). The direction of the laser radiation from the bottom of the working containers 3, which have a transparent flat bottom, makes it possible to ensure the stability of the intensity and diameter of the laser beam in them. With the reverse passage of laser radiation, these conditions cannot be achieved due to the lens effect of the blood plasma surface in the working containers 3, as a result of which the laser beam expands, which is undesirable, and the stability of its parameters deteriorates. An increase in the stability of the parameters of the laser beam after it enters the working containers 3 through their bottom in comparison with the input and output through the side walls makes it possible to increase the reproducibility of the results of determining the aggregation activity of platelets. In addition, the rejection of magnetic stirrers in favor of orbital mixing during oscillatory movements of the cell holder 2 and at the same time the rejection of the lateral passage of laser radiation of the working containers 3 in favor of the vertical (longitudinal) one makes it possible to use strip 5 with identical wells instead of single cells. This makes it possible to implement the simultaneous introduction of 3 aggregation inductors into the working capacities, for example, by means of a standard multichannel pipette, which is especially important when registering fast kinetic phases of aggregation. This further improves the reliability of the analysis results and improves the performance of the device. Increasing the reproducibility and accuracy of determining the aggregation activity of platelets as components of the operational efficiency of the device during its operation reaches 20-30%.

Устройство для определения агрегационной активности тромбоцитов, выполненное в соответствии с изобретением, обладает более высокой эксплуатационной эффективностью по сравнению с известными аналогичными. Оно обеспечивает высокие воспроизводимость и точность результатов определения агрегационной активности тромбоцитов. Устройство просто по конструкции и удобно в эксплуатации. В преимущественном конструктивном исполнении устройство обладает высокой производительностью.The device for determining the aggregation activity of platelets, made in accordance with the invention, has a higher operational efficiency in comparison with the known analogous. It provides high reproducibility and accuracy of results for determining platelet aggregation activity. The device is simple in design and easy to operate. In the preferred design, the device has a high performance.

Claims

1. A device for determining the aggregation activity of platelets, containing placed in the housing a cuvette holder, at least one cuvette made of optically transparent material and forming a working capacity for the studied blood plasma sample, a thermal stabilization module, at least one source of laser radiation located with the provision the possibility of laser radiation passing through the corresponding working capacity, at least one laser radiation receiver, a blood plasma mixing unit and a control unit, characterized in that the blood plasma mixing unit is made in the form of a vibration motor mechanically connected to the cuvette holder, which is fixed on elastic supports and is made movable with the ability to perform harmonic vibrations in the horizontal plane along mutually perpendicular axes with a phase shift of 90 degrees, while the frequency of vibrations excited by the vibration motor is selected equal to the natural frequency of the mechanical vibration of the system formed by a cell holder with cuvettes and elastic supports, the laser radiation sources are located below the corresponding working vessel, and the laser radiation receivers are located above it so that their optical axes coincide with the longitudinal central axis of the corresponding working vessel in a static state, while the bottom working containers is made flat.

2. The device according to claim 1, characterized in that the cuvettes are made in the form of a strip containing the wells forming the working containers for the blood plasma samples according to the number of pairs of sources and receivers of laser radiation.

3. The device according to claim. 1, characterized in that the vibration motor is made in the form of an electric motor equipped with an eccentric made with the possibility of rotation in a horizontal plane.

4. The device according to claim 1, characterized in that the vibration motor is built directly into the cuvette holder.

5. The device according to claim 1, characterized in that the thermal stabilization module is made in the form of a resistive heating element equipped with a temperature sensor.

6. The device according to claim. 1, characterized in that the thermal stabilization module is built directly into the cuvette holder.

7. The device according to claim. 1, characterized in that the laser receivers are equipped at their entrance with a collecting optical lens.

8. The device according to claim 1, characterized in that the laser receivers are equipped with a notch filter at their output.

9. The device according to claim 1, characterized in that the control unit is made in the form of a microcontroller associated with sources and receivers of laser radiation, a thermal stabilization module and a blood plasma mixing unit.

10. The device according to claim. 9, characterized in that the microcontroller is designed to provide the ability to communicate with a personal computer.