WO2011062517A1 - Аналитическая система для определения в анализируемой пробе компонентов, проявляющих круговой дихроизм, устройство для размещения проб и оптический диффузометр - Google Patents

Аналитическая система для определения в анализируемой пробе компонентов, проявляющих круговой дихроизм, устройство для размещения проб и оптический диффузометр Download PDF

Info

Publication number
WO2011062517A1
WO2011062517A1 PCT/RU2009/000636 RU2009000636W WO2011062517A1 WO 2011062517 A1 WO2011062517 A1 WO 2011062517A1 RU 2009000636 W RU2009000636 W RU 2009000636W WO 2011062517 A1 WO2011062517 A1 WO 2011062517A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sample
circular dichroism
component
cuvette
analyzed
Prior art date
Application number
PCT/RU2009/000636
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Владимир Михайлович ГУСЕВ
Сергей Федорович КОЛЬЯКОВ
Олег Николаевич КОМПАНЕЦ
Михаил Алексеевич ПАВЛОВ
Андрей Михайлович ПАВЛОВ
Юрий Михайлович ЕВДОКИМОВ
Сергей Геннадьевич СКУРИДИН
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Лaбopatopия Оптико-Электронных Пpибopob"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Лaбopatopия Оптико-Электронных Пpибopob" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Лaбopatopия Оптико-Электронных Пpибopob"
Priority to PCT/RU2009/000636 priority Critical patent/WO2011062517A1/ru
Publication of WO2011062517A1 publication Critical patent/WO2011062517A1/ru

Links

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
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/33—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using ultraviolet light
    • 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
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/0332—Cuvette constructions with temperature control
    • 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
    • G01N21/19—Dichroism

Definitions

  • the present invention relates to medical equipment and biotechnologies, and more particularly, to devices for determining substances or compounds exhibiting circular dichroism (hereinafter referred to as CD) in analyzed samples, including those implementing biosensor technologies for determining biologically active substances ( further BAS), and can be used in medical and clinical biochemistry, as well as in molecular pharmacology in the study of pharmacokinetics of biologically active compounds, in the pharmaceutical industry and ecology, and olee effectively - in clinical biochemistry.
  • CD circular dichroism
  • a known spectropolarimeter company Jasco Corporation, Japan Jasco J-710/720 Spectropolarimeter, Instruction Manual
  • a light source selector, polarizer, polarization modulator, cell with the sample under study, photo a todetector, a synchronous amplifier, a DC amplifier, a computer, in which a circular dichroism value (hereinafter referred to as CD) is proportional to the concentration of biologically active substances in the sample.
  • CD circular dichroism value
  • a device for determining a biologically active substance in an analyte (RU, 2107280, C1), containing a light source, a selector, a polarizer, a polarization modulator, a cell for placing a test sample containing a biosensor based on cholesteric liquid crystal DNA dispersion (hereinafter, CLCD DNA) in contact with the analyzed liquid, photodetector, synchronous amplifier, signal processing means, control unit.
  • analyte containing a light source, a selector, a polarizer, a polarization modulator, a cell for placing a test sample containing a biosensor based on cholesteric liquid crystal DNA dispersion (hereinafter, CLCD DNA) in contact with the analyzed liquid, photodetector, synchronous amplifier, signal processing means, control unit.
  • CLCD DNA cholesteric liquid crystal DNA dispersion
  • the disadvantages of this device include the unstable operation of a photoelastic type polarization modulator due to its possible displacement, as well as the influence of the electronic modulator excitation circuit on other systems of the device, which reduces the sensitivity of detection of CDs and, accordingly, measurements of the concentration of biologically active substances.
  • the design of the cell used to place the sample used in the indicated device does not exclude the possibility of temperature drift of the optical characteristics of the cell material and, accordingly, of the CD signal.
  • the amplification of the resulting CD signal for direct current in the path of the synchronous amplifier.
  • the presence of an analog low-pass filter in the latter significantly reduces the possibility of further processing of the useful signal due to the limited set of filter time constants.
  • the disadvantages of the device include the electrodynamic drive (position type) of rotation of the diffraction grating of the selector, which is difficult to manufacture and configure.
  • dichrograph for determining the biologically active substance in the analyzed fluid (DE, 10035709, C2), also used to implement the biosensor method for determining biologically active substances in liquids and containing sequentially installed: light radiation source , a selector, a polarizer, a polarization modulator, a cell for placing a sample containing a DNA CCD biosensor and an analyzed liquid, a depolarizer, a photodetector, a digital registration system, means in for signal processing, control unit.
  • the light flux becomes modulated in intensity, as a result of which an electric signal arises at the photodetector output, whose variable component at the radiation polarization modulation frequency is proportional to the value of the CD signal. Then the signal arrives at the input of the digital registration system and after amplification, filtering and converting to digital code enters the computer.
  • the interface board based on the microcontroller carries out the necessary interaction of all nodes of the device, collects and preprocesses the CD signal, transfers data to a computer, and also tests the parameters of all dichrograph systems.
  • the operation of the dichrograph described above is carried out using a software package that implements various biosensor operating modes and supports a library of techniques for determining various biologically active substances, so that the user has the opportunity to select from the menu the substance whose determination of concentration is currently required, after which the program in the dialogue mode “leads” the researcher through all the actions prescribed by the method and gives the result in the form of the concentration value in the studied sample of the selected connection.
  • the used design of the light source leads to the formation of ozone inside the spectral block of the dichrograph in the UV range near 200 nm.
  • the electrodynamic drive (positional type) of rotation of the diffraction grating of the selector is not technologically advanced.
  • the stability of the characteristics and the resistance to external influences of the photoelastic polarization modulator are not high enough.
  • the presence of a spurious CD signal due to stresses in the windows of the optical cell with the sample under study and imperfections in the cell fixation unit, as well as excessive noise we in the CD recording channel lead to insufficient reliability and stability of the results of measurements of the CD signal.
  • the presence of a separate cell thermostatic control unit with the breakdown leads to the bulkiness of the dichrograph.
  • the basis of the creation of the present invention was the task of creating an analytical system for determining in the analyzed samples components exhibiting circular dichroism, which allows to increase the accuracy and reproducibility of the measurement of the CD signal, and, therefore, create conditions for higher accuracy in determining the concentrations determined
  • any analyzed samples including liquids, gels, films, including biological fluids, such as blood plasma, whole blood and others.
  • the problem was solved by creating a device for placing the analyzed sample in an optically permeable cuvette, containing thermostatic control unit of the specified cuvette, characterized in that it has a through-window light cuvette compartment made of a detachable of two halves, between which an internal cavity is formed for placement cuvettes pressed against each other by a spring with adjustable force, and each of these halves is structurally combined with two Peltier elements, a radiator and a temperature sensor, and s an opportunity sliding movement relatively of the body casing, and said optically permeable a cuvette for placement of the sample, adapted for tight placement in the indicated cuvette compartment.
  • a selector adapted for generating light fluxes with wavelengths corresponding to the region of optical activity of the determined component or other component of the indicated sample, manifested in the spectrum of their circular dichroism;
  • polarizer adapted to form a linearly polarized light flux
  • spectral slit adapted to isolate a linearly polarized light flux with a certain direction of the polarization vector
  • polarization modulator adapted to convert said linearly polarized luminous flux into a circularly polarized luminous flux with a periodically changing direction of rotation of the polarization vector
  • a device for placing the analyzed sample in an optically permeable cuvette comprising a thermostatic block for said cuvette;
  • a polarization modulator containing a photoelastic type polarization modulator having two bars of quartz connected by ends with an adhesive joint and placed on two supports in longitudinal vibration nodes, and one bar is made of crystalline quartz, and the other bar is made of fused quartz;
  • the system is adapted to determine in the analyzed samples the presence and concentration of components that exhibit circular dichroism and / or are capable of changing the optical properties of other components of the specified sample, which have circular dichroism in the light emission band of the source, as well as to determine and record changes characteristics of circular dichroism in time;
  • - as a source of light radiation contains a lamp source of radiation made with the possibility of baking its optimal temperature with an increased output of UV radiation;
  • the selector is made on the basis of the Czerni-Turner monochromator with Fasti coma compensation, contains a step drive for turning the diffraction grating and a microcontroller that provides programmable execution of step-by-step control commands, including initialization, accelerated movement to the set position, uniform movement to the set - nom range;
  • a bar made of crystalline quartz is fixed motionless on one of the indicated supports, and a bar made of fused silica lies freely on another support, and there is a latch for the place of the indicated adhesive joint of these bars adapted for functioning in conditions of transportation;
  • - contains a spectral filter adapted to absorb second-order radiation from the indicated diffraction grating of the selector
  • the device for placing the analyzed sample contains a cuvette compartment having a through light window and made of a detachable of two halves, pressed against each other by a spring with adjustable force, between which an internal cavity is formed to accommodate optically transparent cuvettes, and each of these halves is structurally combined with two Peltier elements, a radiator and a temperature sensor and has the possibility of sliding movement relative to the device body, and the specified optically permeable cuvette for placement of the sample is adapted for dense placement in the indicated cuvette compartment .
  • said system as a lamp radiation source contain a xenon lamp having an extended wavelength range in the UV radiation region, and said xenon lamp in the region of its active zone be equipped with an additional outer casing made from a radiation-tight material with an optically transparent window, and placed with a minimum gap in the indicated additional lamp housing, and the light radiation source contained an air cooler waiting for the outer surface of the indicated outer lamp housing.
  • the sample it is possible for the sample to be analyzed to be a liquid or gel or film, presumably containing a detectable component.
  • the sample to be analyzed is a liquid or gel or film, presumably containing a detectable component, while the sample contains another component that has the ability to change the characteristics of circular dichroism under the influence of the detected component.
  • the analyzed sample was a liquid, presumably containing a detectable component, with a biosensor placed in it, having a sensitive element, having anomalous circular dichroism and the ability to change the characteristics of circular dichroism under the influence of the determined component.
  • the sample to be analyzed is a gel or film, presumably containing a detectable component, and the sample contains another liquid component exhibiting circular dichroism and capable of changing the characteristics of circular dichroism under the influence of the detected component .
  • the sample to be analyzed is a gel or film, presumably containing the component to be determined, and the sample contains another liquid component with a biosensor placed in it, having a sensitive element, exhibiting abnormal circular dichroism and capable of changing characteristics circular dichroism under the influence of the determined component.
  • the functions of the specified processing and control means should be performed by a computer with software adapted to process electrical signals received from the analyzed sample, determine the presence or absence of the component to be determined, calculate its concentration and control all devices of the specified system.
  • the system be adapted to operate with an external computer or with an integrated computer via USB.
  • the system be modular and contain functional modules: a light source module, an optical filter module, a diffraction grating rotation module, a polarization modulator module, a cuvette temperature regulator module, two temperature sensor modules cuvettes, a digital registration system module, and these modules contained control devices that provide control over the functioning of these modules in coordinated modes.
  • control devices are in the form of microcontrollers adapted for communication with each other using a standard I2C interface.
  • the module of the digital registration system contains a microcontroller that provides the necessary operations by microcontrollers of other functional modules, preprocesses the signal, transfers it via USB to the specified computer, receives and transfers computer commands to microcontrollers functional modules.
  • the system is adapted to be placed in a portable case.
  • an optical diffusometer was created that contains an analytical system for determining the components exhibiting circular dichroism in the described sample in the described versions.
  • FIG. 1 is a block diagram of an analytical system according to the invention, an embodiment
  • FIG. 2 is a diagram of an embodiment of a light source with a xenon lamp according to the invention
  • FIG. 3. a device for placing the analyzed sample in a thermostatic cuvette according to the invention
  • FIG. 4 - polarization modulator of the analytical system according to the invention, embodiment
  • Figure 5 is a diagram of the interaction of functional modules of an analytical system made in a modular embodiment according to the invention.
  • FIG. 6 dependence of the CD signal measured by the analytical system generated by the liquid crystal dispersion DNA with the formation of DNA-mitoxantrone complexes, from the concentration of mitoxantrone.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an analytical system according to the invention for determining in an analyzed sample components exhibiting circular dichroism, comprising, in sequence, connected: a broadband light source 1; spectral filter 2; selector 3; polarizer 4; spectral gap 5; polarization modulator 6; a device 7 for placing the analyzed fluid in contact with the biosensor in an optically permeable cell; photoelectronic multiplier 8; digital registration system 9; signal processing and control means 10.
  • the broadband light source 1 comprises a xenon lamp 12 providing an extended wavelength range in the UV region and configured to provide its optimum temperature regime with an increased output of UV radiation .
  • a 150 watt xenon lamp can be used as the indicated lamp 12, providing an acceptable light intensity in the range from 185 to 1000 nm, and a source of nickname, providing a level of pulsation of the light flux of not more than 0.05%.
  • the optimal thermal mode of operation of the indicated xenon lamp 12 is realized when the requirements of its operating instructions are met: the cathode 13 of the vertically located lamp must be fixed in a radiator 14 of aluminum alloy with a diameter of 40 mm and a thickness of 15 mm, and the latter should be attached to any base 15.
  • a similar radiator should be mounted on the anode 16 without any additional fastening - in this case, the convection air flow generated when the lamp 12 is turned on should be enough for the lamp 12 to reach the opt mal thermal conditions. But such a lamp, which has a heavy radiator on a glass flask, seriously restricts transportation conditions.
  • the design of the lamp assembly 12 shown in FIG. 2 leaves the anode 16 completely free, and it is cooled by the air flow generated by the fan 17 between the outer casing 18 and the inner casing 19, in which the transparent (quartz) part 20 is placed lamps 12.
  • the air flow is almost completely separated from the quartz bulb of lamp 12 and, accordingly, from UV radiation formation, the inner housing 19, therefore, the continuous formation of ozone does not occur.
  • the inner housing 19 of the lamp 12 is not tight, but the gaps in it are minimal, so when the lamp is off, the partial pressure of oxygen inside the structure is aligned with the external.
  • the lamp 12 is turned on, an insignificant amount of ozone is sensed by smell, but after two minutes and with the further operation of the lamp, the amount of ozone formed drops so much that its smell is absolutely not felt.
  • the radiation from the lamp 12 is output through a tube 21, fixed in the hole of the inner case 19 and exiting through the hole of the outer case 18 and closed from the outside with a quartz window.
  • the radiation yield recorded at a wavelength of 200 nm was approximately 2 times higher than the level of UV radiation achieved using the design of the lamp assembly used in the dichrograph selected as a prototype (DE, 10035709, C2). This makes it possible to refuse to use a separate unit with a powerful fan connected to a pipe with an exhaust system of the room when working in the UV range, which reduces the dimensions of the analytical system and facilitates its maintenance, and allows the system to be implemented in a version suitable for transportation.
  • Spectral filter 2 ( Figure 1) is introduced when operating in the range of wavelengths above 400 nm and is adapted to absorb UV radiation directed by the diffraction grating of selector 3 in the same direction in the second reflection order, which It allows reducing the level of background illumination and leads to an increase in the sensitivity of registration of the CD signal in this spectral range.
  • the selector 3 (Fig. 1) is adapted for the formation of light fluxes with wavelengths corresponding to the region of optical activity of the components of the sample, manifested in the spectrum of their circular dichroism.
  • a Czerny-Turner monochromator scheme with Fasti coma compensation is selected.
  • the analytical system uses a step-by-step drive of rotation of the diffraction grating (not shown in the drawings), made by well-known specialists in the field of optical devices.
  • the selector 3 for controlling the stepper drive, the selector 3 comprises a microcontroller that provides the step-by-step execution of the control commands: initialization, accelerated movement to a predetermined position, uniform movement in a predetermined range.
  • the polarizer 4 (FIG. 1) is adapted to form a linearly polarized light flux, made, for example, in the form of a prism from a nonlinear crystalline material, and installed after the selector 3.
  • the spectral slit 5 (FIG. 1) is adapted to isolate a linearly polarized light flux with a certain direction of the polarization vector and can be performed by any method known to one skilled in the art.
  • a device has been developed for placing a sample intended for studying the optical properties of the components contained therein.
  • a device is known that is used in a dichrograph (DE, 100 10035709, C2), selected as a prototype of the analytical system according to the invention, containing an optically permeable cell and a temperature control unit.
  • DE 100 10035709, C2
  • the design of this device does not provide a snug fit of the walls of the cell to the surfaces of the heater; it has significant backlash of the cell.
  • the device 7 for the placement of the analyzed sample contains an optically permeable cuvette 22, adapted to place the sample in it, for example, in a test tube, and then place the cuvette 22 in the cuvette compartment having a through light window 23 and made detachable from two halves 24 and 25, pressed against each other by a spring 26 with adjustable force.
  • each of the indicated halves 24 and 25 is structurally combined with a thermostatic block of said cuvette 22 containing two elements 27 Peltier, radiator 28 and temperature sensor 29, and has the possibility of sliding movement in the common housing 30 of device 7, for example, on calibrated balls 30a, which provides tight contact-controlled contact walls of the cell with the edges of the cell 22.
  • microcircuits having a standard digital I2C interface and providing measurement of the object temperature with a resolution of 0.033 ° C can be used as temperature sensors 29.
  • temperature sensors 29 are calibrated at several points in the operating range, for example, 4 ° C, ..., 95 ° C, using a temperature calibrator.
  • the listed measures provided the difference between the readings of the temperature sensor 29 and the thermocouples immersed in the cuvette 22 no more than 0.5 ° ⁇ .
  • the accuracy of maintaining the temperature at each of its steps was 0.5 ° C, the time to reach the set temperature with such accuracy was no more than 10 minutes in the entire range of operating temperatures, which significantly expands the analytical and research possibilities of using the analytical system according to the invention.
  • the photo-electron multiplier 8 (hereinafter PMT) (FIG. 1) is a measuring element of registration that determines the sensitivity, stability and linearity of CD measurements, while the PMT design ensures its reliable shielding from external electromagnetic fields and stray light, and also the ability to regulate its power source 31.
  • the photosensitive surface of the PMT faces the exit region of the light flux from the cell 22, and the PMT converts the optical CD signal generated by this breakdown into an electrical signal proportional to it.
  • the photomultiplier 8 ( Figure 1) has an output 32, on which a variable component is proportional to ⁇ - the signal generated by the anomalous circular dichroism of the analyzed sample, and at the output 33 it registers a constant component proportional to A - the signal value, characterizing the absorption of the biologically active substance of the sample, while the frequency of the variable component is equal to the frequency of modulation of the polarization of radiation.
  • the desired component is maintained at a constant level by regulating the supply voltage of the photomultiplier 8, for which the constant component signal from the output 33 is fed to the input 34 of the power supply 31, and the supply voltage from the output 35 of the power supply 31 is supplied to the input 36 of the multiplier 8, that is, the stabilization mode of the constant component using negative feedback with the simultaneous measurement of the variable component, which is equivalent to measuring their ratio, and therefore, measuring the CD signal of the investigated oby.
  • the output 32 of the photomultiplier 8 is connected to the input of the digital registration system 9.
  • the digital registration system 9 (FIG. 1) is adapted to isolate and amplify the indicated electrical signal and convert it to digital form and, according to the technical solution of the utility model, can be performed in a manner known to those skilled in the art.
  • the functions of the indicated means 10 for processing the obtained electric signal and calculating the concentration of the biologically active substance and, accordingly, the control unit of the dichrograph selected as a prototype (DE, 100 10035709, C2) can be performed by an external or a built-in computer with software that provides processing of the received electrical signals, the conclusion about the presence or absence of a detectable biologically active substance, the calculation of the concentration of biologically active substances and the management of all other functional devices.
  • the polarization modulator 6 (Fig. 1) is adapted to convert a linearly polarized light flux into a circularly polarized light flux with a periodically changing direction of rotation of the polarization vector.
  • the well-known polarization modulator of photoelastic type (DE, 100 10035709, C2) has two bars of quartz, connected by ends to each other by means of an adhesive joint, placed on two supports in nodes of longitudinal vibrations and fixed from above by pins that enter into the recesses indicated bars, and one bar is made of crystalline quartz, to the opposite faces of which a voltage of vibrational excitation is applied, and the other bar is made of fused quartz.
  • the photoelastic-type polarization modulator 6 shown in FIG. 4 also contains two bars of quartz 37 and 38 connected by ends with each other by means of an adhesive joint 39 and placed on two supports 40 and 41 in longitudinal vibration nodes, but at the same time, one bar 37 made of crystalline quartz is fixed motionless on one support 40, for example, by means of an adhesive joint, and a bar 38 made of fused silica lies freely on another support 41, and there is a latch ( fixative-arrester) about the adhesive connection 39 of these bars, adapted to function in conditions of transportation, made in the form of a clamp 42, place the end adhesive joint 39 bars 37 and 38 without contact with them.
  • a latch fixative-arrester
  • the clamp 42 has two symmetrical consoles 43 and 44 with screws 45, which, when installed through the spring gaskets 46, press the bars 37 and 38 against the supports 40 and 41, ensuring the fixing of the bars 37 and 38 in the case of dynamic effects on the modulator 6 polarization.
  • Such a constructive implementation of the polarization modulator 6 in combination with stabilization of its operating current ensures high stability of the modulator characteristics and resistance to external mechanical influences.
  • the principle of modularity is implemented in the analytical system, providing flexibility in the development of hardware, simplifying the assembly and commissioning of finished devices.
  • the system contains the following functional modules (Figure 5):
  • modules 47-53 comprise control devices for controlling the operation of said modules in coordinated modes.
  • control devices can be microcontrollers located ny in the specified functional modules and adapted for communication with each other using the standard interface type 12C.
  • the operation of the analytical system according to the invention can be carried out using an external or built-in computer 54, while the module 43 of the digital registration system 9 contains a microcontroller that provides the necessary operations by microcontrollers of other functional modules, the primary signal processing, its transmission via USB interface to the specified computer, receiving and transmitting computer commands 54 to other functional modules.
  • FIG. 5 shows a structural diagram of the interaction of these functional modules.
  • the necessary operations by functional modules are carried out on the basis of microcontroller commands.
  • the reception and transmission of commands from the computer to the microcontrollers of the functional modules is carried out through the microcontroller of the module 53 of the digital registration system 9.
  • Communication between the modules is carried out using the standard digital interface type I2C.
  • the circuitry solution makes it possible to use both an external and an embedded computer via the USB interface to control the analytical system.
  • the computer 54 turns on and controls the operation of the xenon lamp 12, the spectral filter 2, the stepper drive of rotation of the diffraction grating, the polarization modulator 6, sensors and temperature regulator of the cuvette 22 based on ve Peltier elements, power supply of the photomultiplier 8, digital registration system 9.
  • the software of an external or built-in computer 54 allows you to control the operating modes of the entire system, visually display the measurement results on a computer screen, save and document the measurement results, perform various actions for processing experimental results, including smoothing, accumulation, comparison with other results, as well as setting and maintaining the temperature regime of the analyzed samples, testing and diagnostics of the hardware and software parts of the analyzer system.
  • the analytical system made according to the invention makes it possible to operate in various modes with the study of samples having different component composition and different physical conditions, as well as various optical properties and various circular dichroism.
  • the sample to be analyzed may be a liquid or gel or film, presumably containing a detectable component, for example, a biological fluid.
  • the analyzed sample can be an analyzed liquid or gel or film, presumably containing a detectable component, and the sample may contain another component that has the ability to change the characteristics of circular dichroism under the influence of a distributed component, for example, a biosensor.
  • the analyzed sample can be an analyzed liquid, presumably containing a detectable component, with a biosensor placed in it, having a sensing element, having anomalous circular dichroism and the ability to change the characteristics of circular dichroism under the influence of the detected component, for example, made on the basis of DNA .
  • the sample to be analyzed can be a gel or film, presumably containing a detectable component, and the sample contains another liquid component that exhibits circular dichroism and is capable of changing the characteristics of circular dichroism under the influence of the detected component, for example, a biosensor based on cholesteric particles liquid crystal DNA dispersion.
  • the sample to be analyzed can be a gel or film, presumably containing the component to be determined, and the sample contains another liquid component with a biosensor located in it, having a sensitive element exhibiting abnormal circular dichroism and capable of changing the characteristics of circular dichroism when its structure is destroyed under the influence of a determined component, for example, a biosensor based on DNA particles crosslinked by nanobridges
  • a biosensor based on DNA particles crosslinked by nanobridges for example, a biosensor based on DNA particles crosslinked by nanobridges
  • the analytical system for determining the components exhibiting circular dichroism in the analyzed sample is adapted for placement in a portable case, which is ensured by the placement of densely filled modules, including optical devices, which protect them from dynamic and thermal influences as external - them, and internal to each other.
  • the analytical system providing high accuracy of measurements and recording them, allows you to use it as an optical diffusometer, providing measurements and recording changes in circular dichroism signals as one component of the sample diffuses, for example, a biologically active substance, to another component of the sample, for example, to a sensitive element of a biosensor, in dynamic mode with time intervals set by the control computer program.
  • a test tube with the analyzed liquid and the biosensor placed in this liquid is placed in the cell 22 (Fig.Z), That cell 22 is placed in the cell compartment, the lid of the cell compartment is closed, and the system power source is turned on.
  • the light source 1 (FIG. 1) emits a wide-band light flux incident on the input of the selector 3, at the output of which a narrow-band light flux having one known wavelength is emitted. If necessary, to operate in the wavelength range above 400 nm, a spectral filter 2 is introduced into the light flux, which absorbs UV radiation directed by the diffraction grating, which is a dispersion element of the selector 3, in the same direction in the second reflection order.
  • the narrow-band light flux passes through the polarizer 4 and is divided into two diverging beams with mutually orthogonal linear polarizations, one of which is allocated by the slit 5 and gets to the optical input of the polarization modulator 6. After passing the polarization modulator 6, the light flux becomes circularly polarized with a periodically changing direction of rotation of the polarization vector rotating in a plane orthogonal to the light flux.
  • the light flux becomes modulated in intensity.
  • an electrical signal occurs, moreover, at the output 32, a variable component is proportional to ⁇ - the value of the signal generated by the anomalous circular dichroism of the sample, and at the output 33 - a constant component proportional to A - the value of the signal that characterizes the absorption of the biologically active substance contained in the analyzed liquid , the frequency of the variable component being equal to the frequency of modulation of the polarization of the radiation.
  • the signal is supplied to one of the inputs of the digital registration system 9, to the second input of which a reference signal with the frequency of polarization modulation from the signal processing means 10, calculating the concentration of the determined component and controlling the functional modules of the analytical system is supplied.
  • the signal is amplified, filtered, converted into a digital code and supplied to the processing means 10 in which it is processed and displayed in the form of the concentration of the biologically active substance under study in the sample.
  • the tool 10 for example, an external or built-in computer 54, through the digital recording system 9 also performs the necessary interaction of all elements of the system, implements the required processing algorithm, sets the necessary supply voltages for the light source 1, to enable spectral filter 2 and to control the stepper drive rotation of the diffraction grating of the selector 3, produces a voltage with a modulation frequency for the polarization modulator 6 to work, it generates the necessary supply voltages for the Peltier elements in the device 7 for placing the sample and establishes an algorithm for stabilizing and changing the temperature of the cell, sets the necessary voltage for the power source 31 of the photomultiplier 8, generates a reference signal for the digital system 9 registration.
  • the method of processing the digital form of the received signal depends on the software used for this purpose embedded in the processing means 10.
  • a broadband light source 1 comprising a xenon lamp
  • the analytical calibration curve shown in FIG. 6, obtained using the analytical system according to the invention allows the determination of MX in a wide range of concentrations, including in the range of concentrations up to 10 "9 moles with a higher (2-3 times) accuracy and reproducibility compared with the analytical calibration curve obtained using the prototype dichrograph (curve 1).
  • the analytical system according to the invention allows more accurately, with better reproducibility and higher sensitivity (up to 10 "9 M) to determine the value of CD, and hence the presence and concentration of biologically active substances, in particular MX, for example, in the blood of patients , therapy of which is associated with the use of antitumor compounds.
  • Expanding the working range of the analytical system in the UV region of the spectrum by increasing the level of UV radiation makes it possible to expand the list of components determined by the analytical system, including biologically active and pharmacological compounds.
  • the use of the analytical system according to the invention allows more accurately and with better reproducibility to determine the value of CD, and hence the concentration of various substances, including biologically active substances (antitumor drugs, antibiotics, proteins and other substances ), in various fluids, including biological fluids, for example, in the blood of patients, which is important for the diagnosis and treatment of diseases in the practice of oncology, therapy, gynecology, medical-environmental screening and other studies - yah.
  • biologically active substances including biologically active substances (antitumor drugs, antibiotics, proteins and other substances )
  • the ability to run the analytical system according to the invention in a modular embodiment can significantly reduce its dimensions and weight.
  • the analytical system thanks to more advanced designs of the light source 1 when operating in the UV range, the device 7 for placing samples in a thermostatically controlled cell, has much higher technical characteristics and smaller dimensions, which makes it easier service.
  • the analytical system according to the invention for determining the components exhibiting circular dichroism in the analyzed samples can be used in medical and clinical biochemistry, as well as in molecular pharmacology, in studying the pharmacokinetics of biologically active compounds, in the pharmaceutical industry and ecology. Its use in clinical biochemistry is most effective.
  • the analytical system can be performed using well-known technological methods from known materials and component assemblies.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

Изобретение относится к определению в анализируемых пробах веществ или соединений, проявляющих круговой дихроизм. Устройство содержит ламповый источник УФ излучения, селектор на основе монохроматора Черни-Тернера с компенсацией комы Фасти с шаговым приводом поворота дифракционной решетки и микроконтроллером, поляризатор, модулятор поляризации, устройство для размещения пробы в оптически проницаемой кювете, фотоэлектронный умножитель и цифровую систему регистрации. Устройство для размещения пробы содержит блок термостатирования кюветы и кюветное отделение, выполненное разъемным из двух половин, поджатых друг к другу пружиной с регулируемым усилием, между которыми сформирована полость для размещения кюветы, при этом каждая из половин конструктивно объединена с двумя элементами Пельтье, радиатором и термодатчиком и имеет возможность скользящего перемещения относительно корпуса устройства.

Description

АНАЛИТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ В АНАЛИЗИРУЕМОЙ ПРОБЕ КОМПОНЕНТОВ,
ПРОЯВЛЯЮЩИХ КРУГОВОЙ ДИХРОИЗМ, УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗМЕЩЕНИЯ ПРОБ И ОПТИЧЕСКИЙ ДИФФУЗОМЕТР
Область техники
Настоящее изобретение относится к медицинской технике и биотехнологиям, а более конкретно - к устройствам для опре- деления в анализируемых пробах веществ или соединений, про- являющих круговой дихроизм (далее КД), в том числе, реали- зующим биосенсорные технологии определения биологически активных веществ (далее БАВ), и может быть использована в ме- дицинской и клинической биохимии, а также в молекулярной фармакологии при исследовании фармако-кинетики биологиче- ски активных соединений, в фармацевтической промышленности и экологии, и наиболее эффективно - в клинической биохимии.
Предшествующий уровень техники
Известны различные устройства, реализующие биосенсор- ные технологии, основанные на регистрации оптических сигна- лов биологически активных веществ, проявляющих аномальный круговой дихроизм в анализируемых жидкостях.
Известен спектрополяриметр фирмы Jasco Corporation, Япония (Jasco J- 710/720 Spectropolarimeter, Instruction Manual), содержащий источник светового излучения, селектор, поляриза- тор, модулятор поляризации, ячейку с исследуемой пробой, фо- тодетектор, синхронный усилитель, усилитель постоянного тока, компьютер, в котором регистрируют величину кругового дихро- изма (далее КД), пропорциональную концентрации БАВ в пробе.
Однако отсутствие режима накопления сигнала, а значит, недос-
-7
таточная чувствительность определения БАВ (10 моля), боль- шие вес, габариты и энергопотребление, высокая стоимость при- бора, отсутствие мобильности приводят к ограничению области применения указанного спектрополяриметра.
Известно устройство для определения биологически актив- ного вещества в анализируемой жидкости (RU, 2107280, С1), со- держащее источник светового излучения, селектор, поляризатор, модулятор поляризации, ячейку для размещения исследуемой пробы, содержащей биодатчик на основе холестерической жид- кокристаллической дисперсии ДНК (далее ХЖКД ДНК) в кон- такте с анализируемой жидкостью, фотодетектор, синхронный усилитель, средство обработки сигнала, блок управления. Одна- ко к недостаткам этого устройства можно отнести неустойчивую работу модулятора поляризации фотоэластического типа из-за возможного его смещения, а также влияние электронной схемы возбуждения модулятора на другие системы устройства, что по- нижает чувствительность регистрации КД, и, соответственно, измерения концентрации БАВ. Кроме того, использованная в указанном устройстве конструкция ячейки для размещения про- бы не исключает возможность температурного дрейфа оптиче- ских характеристик материала кюветы и, соответственно, сигна- ла КД пробы. К аналогичному дрейфу приводит и усиление ре- зультирующего сигнала КД по постоянному току в тракте син- хронного усилителя. При этом наличие в последнем аналогового фильтра низких частот существенно снижает возможности даль- нейшей обработки полезного сигнала из-за ограниченного набо- ра постоянных времени фильтра. К недостаткам устройства можно отнести также сложный в изготовлении и настройке элек- тродинамический привод (позиционного типа) поворота дифрак- ционной решетки селектора.
Известен наиболее близкий по технической сущности к на- стоящему изобретению дихрограф для определения биологиче- ски активного вещества в анализируемой жидкости (DE, 10035709, С2), также служащий для реализации биосенсорного способа определения БАВ в жидкости и содержащий установ- ленные последовательно: источник светового излучения, селек- тор, поляризатор, модулятор поляризации, ячейку для размеще- ния пробы, содержащей биодатчик на основе ХДКЖ ДНК и ана- лизируемую жидкость, деполяризатор, фотодетектор, цифровую систему регистрации, средство для обработки сигнала, блок управления.
Проходя через исследуемую пробу, проявляющую свойства аномального кругового дихроизма, световой поток становится модулированным по интенсивности, благодаря чему на выходе фотодетектора возникает электрический сигнал, переменная со- ставляющая которого на частоте модуляции поляризации излуче- ния пропорциональна величине сигнала КД. Затем сигнал посту- пает на вход цифровой системы регистрации и после усиления, фильтрации и преобразования в цифровой код поступает в компьютер. Интерфейсная плата на основе микроконтроллера осуществляет необходимое взаимодействие всех узлов прибора, сбор и предварительную обработку сигнала КД, передачу данных в компьютер, а также тестирование параметров всех систем дих- рографа.
Управление работой описанного выше дихрографа осуществ- ляется с помощью программного пакета, осуществляющего раз- личные режимы работы биосенсора и поддерживающего библио- теку методик для определения различных БАВ, благодаря чему пользователь имеет возможность выбрать из меню то вещество, определение концентрации которого требуется в данный момент, после чего программа в режиме диалога «ведет» исследователя через все действия, предписанные методикой, и выдает результат в виде значения концентрации в исследуемом образце выбранно- го соединения.
Однако в этом дихрографе используемая конструкция ис- точника светового излучения приводит к образованию озона внутри спектрального блока дихрографа в диапазоне УФ излуче- ния вблизи 200 нм. Электродинамический привод (позиционного типа) поворота дифракционной решетки селектора является не- технологичным. Недостаточно высока стабильность характери- стик и устойчивость к внешним воздействиям фотоэластического модулятора поляризации. Наличие паразитного сигнала КД из-за напряжений в окнах оптической кюветы с исследуемой пробой и несовершенства узла фиксации ячейки, а также избыточные шу- мы в канале регистрации КД приводят к недостаточной надежно- сти и стабильности результатов измерений сигнала КД. Наличие отдельного блока термостатирования ячейки с пробой приводит к громоздкости дихрографа.
Раскрытие изобретения
В основу создания настоящего изобретения была положена задача создания аналитической системы для определения в ана- лизируемых пробах компонентов, проявляющих круговой дихро- изм, позволяющей повысить точность и воспроизводимость из- мерения сигнала КД, и, следовательно, создать условия для более высокой точности определения концентраций определяемых
-9 компонентов, в том числе ультранизкой концентрации (до ~10 моля), в любых анализируемых пробах, в том числе, в жидкостях, гелях, пленках, в том числе в биологических жидкостях, таких, как плазма крови, цельная кровь и других.
Поставленная задача была решена созданием устройства для размещения анализируемой пробы в оптически проницаемой кювете, содержащего блок термостатирования указанной кюветы, отличающегося тем, что содержит имеющее сквозное световое окно кюветное отделение, выполненное разъёмным из двух поло- вин, между которыми сформирована внутренняя полость для раз- мещения кюветы, поджатых друг к другу пружиной с регулируе- мым усилием, и каждая из указанных половин конструктивно объединена с двумя элементами Пельтье, радиатором и термодат- чиком и имеет возможность скользящего перемещения относи- тельно корпуса устройства, и указанная оптически проницаемая кювета для размещения пробы, приспособлена для плотного раз- мещения в указанном кюветном отделении.
Поставленная задача была также решена созданием анали- тической системы для определения в анализируемой пробе ком- понентов, проявляющих круговой дихроизм, содержащей разме- щенные последовательно:
- источник широкополосного светового излучения;
- селектор, приспособленный для формирования световых потоков с длинами волн, соответствующих области оптической активности определяемого компонента или другого компонента указанной пробы, проявляемой в спектре их кругового дихроиз- ма;
- поляризатор, приспособленный для формирования линей- но поляризованного светового потока;
- спектральную щель, приспособленную для выделения ли- нейно поляризованного светового потока с определенным направ- лением вектора поляризации;
- модулятор поляризации, приспособленный для преобразо- вания указанного линейно поляризованного светового потока в циркулярно поляризованный световой поток с периодически из- меняющимся направлением вращения вектора поляризации;
- устройство для размещения анализируемой пробы в опти- чески проницаемой кювете, содержащее блок термостатирования указанной кюветы;
- фотодетектор, приспособленный для регистрации оптиче- ских сигналов кругового дихроизма компонентов анализируемой пробы и преобразования их в пропорциональный электрический сигнал;
- цифровую систему регистрации, приспособленную для на- копления, выделения и усиления указанного электрического сиг- нала и преобразования его в цифровую форму;
- средство обработки полученного электрического сигнала, вычисления концентрации определяемого компонента и управле- ния, приспособленное для осуществления взаимодействия всех элементов системы;
при этом в качестве модулятора поляризации содержащей модулятор поляризации фотоэластического типа, имеющий два бруска из кварца, соединенных торцами между собой с помощью клеевого соединения и размещенных на двух опорах в узлах про- дольных колебаний, и при этом один брусок выполнен из кри- сталлического кварца, а другой брусок выполнен из плавленого кварца;
отличающейся тем, что:
- система приспособлена для определения в анализируемых пробах присутствия и концентрации компонентов, проявляющих круговой дихроизм и/или способных изменять оптические свой- ства других компонентов указанной пробы, обладающих круго- вым дихроизмом в полосе светового излучения источника, а так- же для определения и регистрации изменения характеристик кру- гового дихроизма во времени;
- в качестве источника светового излучения содержит лам- повый источник излучения, выполненный с возможностью обес- печения его оптимального температурного режима с повышен- ным выходом УФ излучения;
- селектор выполнен на основе монохроматора Черни- Тернера с компенсацией комы Фасти, содержит шаговый привод поворота дифракционной решетки и микроконтроллер, обеспечи- вающий программируемое выполнение шаговым приводом ко- манд управления, включая инициализацию, ускоренное переме- щение в заданную позицию, равномерное перемещение в задан- ном диапазоне;
- в модуляторе поляризации брусок, выполненный из кри- сталлического кварца, закреплен неподвижно на одной из указан- ных опор, а брусок, выполненный из плавленого кварца, свободно лежит на другой опоре, и имеется фиксатор места указанного клеевого соединения указанных брусков, приспособленный для функционирования в условиях транспортирования;
- содержит стабилизатор рабочего тока модулятора;
- содержит спектральный фильтр, приспособленный для по- глощения излучения второго порядка отражения указанной ди- фракционной решетки селектора;
- в качестве фотодетектора содержит фотоэлектронный ум- ножитель;
- устройство для размещения анализируемой пробы содер- жит кюветное отделение, имеющее сквозное световое окно и вы- полненное разъёмным из двух половин, поджатых друг к другу пружиной с регулируемым усилием, между которыми сформиро- вана внутренняя полость для размещения оптически прозрачной кюветы, и при этом каждая из указанных половин конструктивно объединена с двумя элементами Пельтье, радиатором и термодат- чиком и имеет возможность скользящего перемещения относи- тельно корпуса устройства, и указанная оптически проницаемая кювета для размещения пробы приспособлена для плотного раз- мещения в указанном кюветном отделении.
При этом, согласно изобретению, целесообразно, чтобы указанная система в качестве лампового источника излучения со- держала ксеноновую лампу, имеющую расширенный в области УФ излучения диапазон длин волн, и указанная ксеноновая лампа в области ее активной зоны была снабжена дополнительным на- ружным корпусом, выполненным из непроницаемого для излуче- ния материала с оптически прозрачным окном, и размещена с ми- нимальным зазором в указанном дополнительном корпусе лампы, а источник светового излучения содержал устройство воздушного охлаждения наружной поверхности указанного наружного корпу- са лампы.
При этом, согласно изобретению, возможно, чтобы анали- зируемой пробой были жидкость или гель или пленка, предполо- жительно, содержащие определяемый компонент.
Кроме того, согласно изобретению, возможно, чтобы анали- зируемой пробой были жидкость или гель или пленка, предполо- жительно, содержащие определяемый компонент, и при этом проба содержала другой компонент, обладающий свойством из- менять характеристики кругового дихроизма под воздействием определяемого компонента. Кроме того, согласно изобретению, возможно, чтобы анали- зируемой пробой была жидкость, предположительно, содержащая определяемый компонент, с размещенным в ней биодатчиком, имеющим чувствительный элемент, обладающий аномальным круговым дихроизмом и свойством изменять характеристики кру- гового дихроизма под воздействием определяемого компонента.
Кроме того, согласно изобретению, возможно, чтобы анали- зируемой пробой были гель или пленка, предположительно, со- держащие определяемый компонент, и проба содержала другой жидкий компонент, проявляющий круговой дихроизм и способ- ный изменять характеристики кругового дихроизма под воздей- ствием определяемого компонента.
Кроме того, согласно изобретению, возможно, чтобы анали- зируемой пробой были гель или пленка, предположительно, со- держащие определяемый компонент, и проба содержала другой жидкий компонент с размещенным в нем биодатчиком, имеющим чувствительный элемент, проявляющий аномальный круговой дихроизм и способный изменять характеристики кругового дих- роизма под воздействием определяемого компонента.
При этом, согласно изобретению, целесообразно, чтобы функции указанного средства обработки и управления выполнял компьютер с программным обеспечением, приспособленным для обработки полученных от анализируемой пробы электрических сигналов, определения наличия или отсутствия определяемого компонента, вычисления его концентрации и управление всеми устройствами указанной системы. При этом, согласно изобретению, целесообразно, чтобы система была приспособлена для функционирования с внешним компьютером или со встроенным компьютером по интерфейсу USB.
При этом, согласно изобретению, целесообразно, чтобы система была выполнена модульной и содержала функциональ- ные модули: модуль источника светового излучения, модуль оп- тического фильтра, модуль поворота дифракционной решетки, модуль модулятора поляризации, модуль терморегулятора кюве- ты, модули двух датчиков температуры кюветы, модуль цифро- вой системы регистрации, и указанные модули содержали управ- ляющие устройства, обеспечивающие управление функциониро- ванием указанных модулей в согласованных режимах.
При этом, согласно изобретению, целесообразно, чтобы указанные управляющие устройства были выполнены в виде микроконтроллеров, приспособленных для связи между собой с помощью стандартного интерфейса типа I2C.
При этом, согласно изобретению, возможно, чтобы модуль цифровой системы регистрации содержал микроконтроллер, обеспечивающий выполнение необходимых операций микрокон- троллерами других функциональных модулей, первичную обра- ботку сигнала, передачу его по интерфейсу USB в указанный компьютер, прием и передачу команд компьютера микрокон- троллерам функциональных модулей. При этом, согласно изобретению, целесообразно, чтобы система была приспособлена для размещена в портативном кор- пусе.
При этом создан оптический диффузометр, содержищий аналитическую систему для определения в анализируемой пробе компонентов, проявляющих круговой дихроизм, в описанных ва- риантах исполнения.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем аналитическая система для определения в анализируемой пробе компонентов, проявляющих круговой дих- роизм, согласно изобретению поясняется приведенными приме- рами ее конструктивного выполнения и применения и прилагае- мыми чертежами, на которых:
Фиг. 1 - блок-схема аналитической системы согласно изобрете- нию, вариант;
Фиг. 2 - схема выполнения источника светового излучения с ксе- ноновой лампой согласно изобретению;
Фиг. 3. - устройство для размещения анализируемой пробы в термостатируемой кювете согласно изобретению;
Фиг. 4. - модулятор поляризации аналитической системы соглас- но изобретению, вариант выполнения;
Фиг.5- схема взаимодействия функциональных модулей аналити- ческой системы, выполненной в модульном варианте согласно изобретению;
Фиг. 6 - зависимость измеренного с помощью аналитической сис- темы сигнала КД, генерируемого жидкокристаллической диспер- сией ДНК при образовании комплексов ДНК- митоксантрон, от концентрации митоксантрона.
Однако представленные примеры выполнения и примене- ния дихрометра не ограничивают возможности его выполнения и применения, не выходящие за рамки формулы изобретения.
Наилучший вариант осуществления изобретения На Фиг.1 показана блок-схема аналитической системы со- гласно изобретению для определения в анализируемой пробе компонентов, проявляющих круговой дихроизм, содержащей по- следовательно соединенные: источник 1 широкополосного свето- вого излучения; спектральный фильтр 2; селектор 3; поляризатор 4; спектральную щель 5; модулятор 6 поляризации; устройство 7 для размещения анализируемой жидкости в контакте с биодатчи- ком в оптически проницаемой кювете; фотоэлектронный умно- житель 8; цифровую систему 9 регистрации; средство 10 обра- ботки сигналов и управления.
Как показано на Фиг.2, источник 1 широкополосного свето- вого излучения, согласно изобретению, содержит ксеноновую лампу 12, обеспечивающую расширенный в области УФ излуче- ния диапазон длин волн и выполненную с возможностью обеспе- чения ее оптимального температурного режима с повышенным выходом УФ излучения.
При этом, согласно изобретению, в качестве указанной лам- пы 12 может быть использована ксеноновая лампа мощностью 150 ватт, обеспечивающая приемлемую интенсивность света в диапазоне от 185 до 1000 нм, а для ее питания применен источ- ник, обеспечивающий уровень пульсаций светового потока не более 0,05%.
Расширение рабочего диапазона в ультрафиолетовую об- ласть спектра выдвигает требование уменьшения до допустимого уровня концентрации озона, образующегося под действием УФ излучения лампы, и минимизации потерь для самого излучения, интенсивно поглощаемого образующимся озоном.
Оптимальный тепловой режим работы указанной ксеноновой лампы 12 реализуется при выполнении требований инструкции её эксплуатации: катод 13 вертикально расположенной лампы необ- ходимо закрепить в радиаторе 14 из алюминиевого сплава диа- метром 40 мм и толщиной 15 мм и последний прикрепить к како- му-либо основанию 15. Аналогичный радиатор должен быть ус- тановлен на анод 16 без какого-либо дополнительного крепления - в этом случае образующегося при включении лампы 12 конвек- ционного потока воздуха должно быть достаточно для выхода лампы 12 на оптимальный тепловой режим. Но такая лампа, имеющая тяжёлый радиатор на стеклянной колбе, серьезно уже- сточает условия транспортировки.
Согласно изобретению, показанная на Фиг.2 конструкция уз- ла лампы 12 оставляет анод 16 совершенно свободным, при этом он охлаждается потоком воздуха, создаваемым вентилятором 17 между внешним корпусом 18 и внутренним корпусом 19, в кото- ром размещена прозрачная (кварцевая) часть 20 лампы 12. При такой конструкции поток воздуха практически полностью отде- лен от кварцевой колбы лампы 12 и, соответственно, от УФ излу- чения, внутренним корпусом 19, поэтому непрерывного образо- вания озона не происходит. Внутренний корпус 19 лампы 12 не герметичен, но имеющиеся в нем зазоры минимальны, поэтому при выключенной лампе парциальное давление кислорода внутри конструкции выравнивается с внешним. При включении лампы 12 происходит образование незначительного количества озона, ощущаемого по запаху, но после истечения двух минут и при дальнейшей работе лампы количество образующегося озона па- дает настолько, что его запах абсолютно не ощущается.
Излучение лампы 12 выводится через тубус 21 , закреплен- ный в отверстии внутреннего корпуса 19 и выходящий через от- верстие внешнего корпуса 18 и закрытый снаружи кварцевым ок- ном. При этом зафиксированный на длине волны 200 нм выход излучения примерно в 2 раза превысил уровень УФ излучения, достигаемый с помощью конструкции узла лампы, используемой в дихрографе, выбранном в качестве прототипа (DE, 10035709, С2). Это позволяет при работе в УФ диапазоне отказаться от ис- пользования отдельного блока с мощным вентилятором, соеди- ненным трубой с вытяжной системой помещения, что уменьшает габариты аналитической системы и облегчает ее обслуживание, позволяет выполнить систему в варианте, пригодном для транс- портирования.
Спектральный фильтр 2 (Фиг.1) вводится при работе в диа- пазоне длин волн выше 400 нм и приспособлен для поглощения УФ излучения, направляемого дифракционной решеткой селек- тора 3 в том же направлении во втором порядке отражения, что позволяет снизить уровень фоновой засветки и приводит к повы- шению чувствительности регистрации сигнала КД в этом диапа- зоне спектра.
Селектор 3 (Фиг.1) приспособлен для формирования свето- вых потоков с длинами волн, соответствующих области оптиче- ской активности компонентов пробы, проявляемой в спектре их кругового дихроизма. Согласно изобретению, для селектора 3 выбрана схема монохроматора Черни-Тернера с компенсацией комы Фасти. В качестве исполнительного механизма поворота дифракционной решетки взамен используемого ранее нетехноло- гичного электродинамического привода позиционного типа (DE, 10035709, С2), в аналитической системе используется шаговый привод поворота дифракционной решетки (на чертежах не пока- зан), выполненный известным специалистам в области оптиче- ских устройств образом. Согласно изобретению, для управления шаговым приводом селектор 3 содержит микроконтроллер, обес- печивающий программируемое выполнение шаговым приводом команд управления: инициализацию, ускоренное перемещение в заданную позицию, равномерное перемещение в заданном диапа- зоне.
В результате проведенных испытаний аналитической систе- мы согласно изобретению получены следующие характеристики исполнительного механизма поворота дифракционной решетки с шаговым приводом: разрешение не хуже 0,02 нм, время пере- стройки на 30 нм - не более 2 секунд. Эти показатели вполне со- ответствуют требованиям, предъявляемым к селектору 3. Поляризатор 4 (Фиг.1) приспособлен для формирования линейно поляризованного светового потока, выполнен, например, в виде призмы из нелинейного кристаллического материала, и ус- тановлен после селектора 3.
Спектральная щель 5 (Фиг.1) приспособлена для выделения линейно поляризованного светового потока с определенным на- правлением вектора поляризации и может быть выполнена лю- бым известным специалисту в этой области образом.
Согласно изобретению, разработано устройство для разме- щения пробы, предполагаемой для изучения оптических свойств содержащихся в ней компонентов. Известно устройство, исполь- зуемое в дихрографе (DE, 100 10035709, С2), выбранном в качест- ве прототипа аналитической системы согласно изобретению, со- держащее оптически проницаемую кювету и узел терморегулиро- вания. Однако конструкция этого устройства не обеспечивает плотного прилегания стенок кюветы к поверхностям нагревателя, имеет значительный люфт кюветы.
Согласно изобретению, устройство 7 для размещения анали- зируемой пробы (Фиг.З) содержит оптически проницаемую кюве- ту 22, приспособленную для размещения в ней пробы, например, в пробирке, и последующего размещения кюветы 22 в кюветном отделении, имеющем сквозное световое окно 23 и выполненном разъемным из двух половин 24 и 25, поджатых друг к другу пру- жиной 26 с регулируемым усилием. При этом каждая из указан- ных половин 24 и 25 конструктивно объединена с блоком термо- статирования указанной кюветы 22, содержащим два элемента 27 Пельтье, радиатор 28 и термодатчик 29, и имеет возможность скользящего перемещения в общем корпусе 30 устройства 7, на- пример, на калиброванных шариках 30а, что обеспечивает плот- ное регулируемое по степени прижатия контактирование стенок кюветного отделения с гранями кюветы 22.
Регулирование степени прижатия кюветы 22 к кюветному от- делению с обеспечением их теплового контакта и, соответственно, теплопередачи, улучшенная динамика термостатирования кюветы 22 и уменьшение градиента установившейся в ней температуры, а также обеспечение силы давления, снимающей напряжения в ма- териале стенок кюветы, позволяют получить лучшую, в 5 раз по сравнению с известными устройствами для размещения проб, точность измерений и воспроизводимость сигнала КД.
При этом в качестве термодатчиков 29 могут быть использо- ваны микросхемы, имеющие стандартный цифровой интерфейс I2C и обеспечивающие измерение температуры объекта с разре- шением 0,033 °С. Для повышения линейности термодатчики 29 калибруют в нескольких точках рабочего диапазона, например, 4 °С, ..., 95 °С, с помощью калибратора температуры.
Кроме того, применение широтно-импульсного регулятора
(на чертеже не показан) для регулирования мощности, подводи- мой к элементам Пельтье, позволяет существенно повысить эф- фективность блоков термостатирования кюветы 22, уменьшить габариты, и за счет этого отказаться от размещения устройства 7 в отдельном блоке. Перечисленные меры обеспечили разность между показа- ниями термодатчика 29 и погруженной в кювету 22 термопары не более 0,5 °С. Точность поддержания температуры на каждой ее ступени составила величину 0,5 °С, время выхода на заданную температуру с такой точностью - не более 10 минут во всем диа- пазоне рабочих температур, что существенно расширяет анали- тические и исследовательские возможности применения анали- тической системы согласно изобретению.
Фотоэлектронный умножитель 8 (далее ФЭУ) (Фиг.1) явля- ется измерительным элементом регистрации, определяющим чув- ствительность, стабильность и линейность измерений КД, при этом конструкция ФЭУ обеспечивает его надежное экранирование от внешних электромагнитных полей и паразитной световой за- светки, а также возможность регулирования его источника 31 пи- тания. Фоточувствительная поверхность ФЭУ обращена в область выхода светового потока из кюветы 22, и ФЭУ преобразует опти- ческий сигнал КД, генерируемый указанной пробой, в пропор- циональный ему электрический сигнал.
Фотоумножитель 8 (Фиг.1) имеет выход 32, на котором ре- гистрирует переменную составляющую, пропорциональную ΔΑ - величине сигнала, порожденного аномальным круговым дихроиз- мом анализируемой пробы, а на выходе 33 регистрирует постоян- ную составляющую, пропорциональную А - величине сигнала, ха- рактеризующей поглощение биологически активного вещества пробы, при этом частота переменной составляющей равна частоте модуляции поляризации излучения. В фотоумножителе 8 посто- янная составляющая поддерживается на постоянном уровне путем регулирования напряжения питания фотоумножителя 8, для чего сигнал постоянной составляющей с выхода 33 заводится на вход 34 источника 31 питания, а напряжение питания с выхода 35 ис- точника 31 питания подается на вход 36 фотоумножителя 8, то есть осуществляется режим стабилизации постоянной составляю- щей с помощью отрицательной обратной связи с одновременным измерением переменной составляющей, что эквивалентно измере- нию их отношения, а значит, измерению сигнала КД исследуемой пробы. Выход 32 фотоумножителя 8 соединен со входом цифро- вой системы 9 регистрации.
Цифровая система 9 регистрации (Фиг.1) приспособлена для выделения и усиления указанного электрического сигнала и преобразования его в цифровую форму и, согласно техническому решению полезной модели, может быть выполнена известным специалистам образом.
Согласно техническому решению полезной модели, функ- ции указанного средства 10 обработки полученного электриче- ского сигнала и вычисления концентрации биологически актив- ного вещества и, соответственно, блока управления дихрографа, выбранного в качестве прототипа (DE, 100 10035709, С2), может выполнять внешний или встроенный компьютер с программным обеспечением, обеспечивающим обработку полученных электри- ческих сигналов, вывод о наличии или отсутствии определяемого БАВ, вычисление концентрации БАВ и управление всеми други- ми функциональными устройствами. При этом, согласно изобретению, в указанной аналитиче- ской системе модулятор 6 поляризации (Фиг.1) приспособлен для преобразования линейно поляризованного светового потока в циркулярно поляризованный световой поток с периодически из- меняющимся направлением вращения вектора поляризации.
Известный модулятор поляризации фотоэластического типа (DE, 100 10035709, С2) имеет два бруска из кварца, соединенных торцами между собой с помощью клеевого соединения, разме- щенных на двух опорах в узлах продольных колебаний и зафик- сированных сверху штифтами, входящими в углубления указан- ных брусков, и при этом один брусок выполнен из кристалличе- ского кварца, к противоположным граням которого подводится напряжение возбуждения колебаний, а другой брусок выполнен из плавленого кварца.
Показанный на Фиг.4 модулятор 6 поляризации фотоэла- стического типа согласно изобретению также содержит два бру- ска 37 и 38 из кварца, соединенных торцами между собой с по- мощью клеевого соединения 39 и размещенных на двух опорах 40 и 41 в узлах продольных колебаний, но при этом один брусок 37, выполненный из кристаллического кварца, закреплен неподвиж- но на одной опоре 40, например, с помощью клеевого соедине- ния, а брусок 38, выполненный из плавленого кварца, свободно лежит на другой опоре 41, и имеется фиксатор (фиксатор- арретир) области указанного клеевого соединения 39 указанных брусков, приспособленный для функционирования в условиях транспортирования, выполненный в виде хомута 42, охватываю- щего место торцевого клеевого соединения 39 брусков 37 и 38 без контакта с ними. Хомут 42 имеет две симметричные консоли 43 и 44 с винтами 45, которые при установке через пружинящие про- кладки 46 прижимают бруски 37 и 38 к опорам 40 и 41 , обеспечи- вая фиксацию брусков 37 и 38 в случае динамических воздейст- вий на модулятор 6 поляризации. Такое конструктивное выпол- нение модулятора 6 поляризации в сочетании со стабилизацией его рабочего тока обеспечивает высокую стабильность характе- ристик модулятора и устойчивость к внешним механическим воз- действиям.
Согласно изобретению, в аналитической системе реализо- ван принцип модульности, обеспечивающий гибкость при разра- ботке аппаратной части, упрощающий процесс сборки и наладки готовых приборов. При этом система содержит следующие функ- циональные модули (Фиг.5):
- модуль 47 источника 1 светового излучения,
- модуль 48 оптического фильтра 2,
- модуль 49 поворота дифракционной решетки,
- модуль 50 модулятора 6 поляризации,
- модуль 51 терморегулятора кюветы 22,
- модули 52 двух датчиков температуры кюветы 22,
- модуль 53 цифровой системы 9 регистрации,
и при этом указанные модули 47-53 содержат управляющие уст- ройства, обеспечивающие управление функционированием ука- занных модулей в согласованных режимах. Такими управляю- щими устройствами могут быть микроконтроллеры, размещен- ные в указанных функциональных модулях и приспособленные для связи между собой с помощью стандартного интерфейса типа 12С. Управление работой аналитической системы согласно изо- бретению может быть осуществлено с помощью внешнего или встроенного компьютера 54 , при этом модуль 43 цифровой сис- темы 9 регистрации содержит микроконтроллер, обеспечиваю- щий выполнение необходимых операций микроконтроллерами других функциональных модулей, первичную обработку сигнала, передачу его по интерфейсу USB в указанный компьютер, прием и передачу команд компьютера 54 другим функциональным мо- дулям.
На Фиг.5 показана структурная схема взаимодействия ука- занных функциональных модулей. Выполнение необходимых операций функциональными модулями осуществляется на основе команд микроконтроллеров. Прием и передача команд от компь- ютера микроконтроллерам функциональных модулей осуществ- ляется через микроконтроллер модуля 53 цифровой системы 9 регистрации. Связь между модулями осуществляется посредст- вом стандартного цифрового интерфейса типа I2C. Схемотехни- ческое решение предоставляет возможность использования для управления аналитической системой как внешнего, так и встро- енного компьютера по интерфейсу USB.
Компьютер 54 производит включение и управляет работой ксеноновой лампы 12, спектрального фильтра 2, шагового приво- да поворота дифракционной решетки, модулятора 6 поляризации, датчиками и терморегулятором температуры кюветы 22 на осно- ве элементов Пельтье, источником питания фотоумножителя 8, цифровой системой 9 регистрации.
Программное обеспечение внешнего или встроенного ком- пьютера 54 позволяет осуществлять управление режимами рабо- ты всей системы, визуальное отображение результатов измерения на экране компьютера, сохранение и документирование результа- тов измерений, выполнение различных действий по обработке экспериментальных результатов, включая сглаживание, накопле- ние, сравнение с другими результатами, а также задание и под- держание температурного режима анализируемых проб, тестиро- вание и диагностику аппаратной и программной частей аналити- ческой системы.
Таким образом, аналитическая система, выполненная со- гласно изобретению, позволяет обеспечивать ее функционирова- ние в различных режимах с исследованием проб, имеющих раз- личный компонентный состав и различное физическое состояние, а также различные оптические свойства и различный круговой дихроизм.
Согласно изобретению, анализируемой пробой может быть жидкость или гель или пленка, предположительно содержащие определяемый компонент, например, биологическую жидкость.
Согласно изобретению, анализируемой пробой могут быть анализируемые жидкость или гель или пленка, предположитель- но содержащие определяемый компонент, и при этом проба мо- жет содержать другой компонент, обладающий свойством изме- нять характеристики кругового дихроизма под воздействием оп- ределяемого компонента, например, биодатчик.
Согласно изобретению, анализируемой пробой может быть анализируемая жидкость, предположительно содержащая опреде- ляемый компонент, с размещенным в ней биодатчиком, имеющим чувствительный элемент, обладающий аномальным круговым дихроизмом и свойством изменять характеристики кругового дихроизма под воздействием определяемого компонента, напри- мер, выполненный на основе ДНК.
Согласно изобретению, анализируемой пробой могут быть гель или пленка, предположительно содержащие определяемый компонент, и проба содержит другой жидкий компонент, прояв- ляющий круговой дихроизм и способный изменять характеристи- ки кругового дихроизма под воздействием определяемого компо- нента, например, биодатчик на основе частиц холестерической жидкокристаллической дисперсии ДНК.
Согласно изобретению, анализируемой пробой могут быть гель или пленка, предположительно содержащие определяемый компонент, и проба содержит другой жидкий компонент с разме- щенным в нем биодатчиком, имеющим чувствительный элемент, проявляющий аномальный круговой дихроизм и способный из- менять характеристики кругового дихроизма при разрушении его структуры под воздействием определяемого компонента, напри- мер, биодатчиком на основе частиц ДНК, сшитых наномостиками В соответствии с составом и физическим состоянием ана- лизируемых проб аналитическая система согласно изобретению позволяет выбирать схему подачи и характеристики светового потока, направляемого через световое окно кюветы на анализи- руемую пробу. Варианты последовательности действий уст- ройств аналитической системы для обеспечения таких потоков могут быть выбраны компьютером 54, например, из размещенной в нем библиотеки, с возможность их корректировки пользовате- лем.
Согласно изобретению, аналитическая система для опреде- ления в анализируемой пробе компонентов, проявляющих круго- вой дихроизм, приспособлена для размещения в портативном корпусе, что обеспечивается размещением плотно наполненных модулей, в том числе оптических устройств, обеспечивающих защиту их от динамических и тепловых воздействий как внеш- них, так и внутренних между собой.
Аналитическая система согласно изобретению, обеспечи- вающая высокую точность измерений и регистрации их, позволя- ет использовать ее в качестве оптического диффузометра, обес- печивая измерения и регистрацию изменения сигналов кругового дихроизма по мере диффузии одного компонента пробы, напри- мер, биологически активного вещества, в другой компонент про- бы, например, в чувствительный элемент биодатчика, в динами- ческом режиме с установленными программой управляющего компьютера временными интервалами.
Аналитическая система работает следующим образом:
Пробирку с анализируемой жидкостью и размещенным в этой жидкости биодатчиком помещают в кювету 22 (Фиг.З), за- тем кювету 22 размещают в кюветном отделении, закрывают крышку кюветного отделения и включают источник питания сис- темы.
Источник 1 светового излучения (Фиг.1) излучает широко- полосный световой поток, попадающий на вход селектора 3, на выходе которого излучается узкополосный световой поток, имеющий одну известную длину волны. При необходимости ра- боты в диапазоне длин волн выше 400 нм в световой поток вво- дится спектральный фильтр 2, который поглощает УФ излучение, направляемое дифракционной решеткой, являющейся дисперси- онным элементом селектора 3, в том же направлении во втором порядке отражения.
Узкополосный световой поток проходит через поляризатор 4 и делится на два расходящихся луча с взаимно ортогональными линейными поляризациями, одна из которых выделяется щелью 5 и попадает на оптический вход модулятора 6 поляризации. Прой- дя модулятор 6 поляризации, световой поток становится цирку- лярно поляризованным с периодически изменяющимся направ- лением вращения вектора поляризации, вращающегося в плоско- сти, ортогональной световому потоку.
Пройдя в устройстве 7 через кювету 22 с исследуемой про- бой, содержащей биодатчик, проявляющий свойство аномального кругового дихроизма, световой поток становится модулирован- ным по интенсивности.
Под действием модулированного по интенсивности света на выходах фотоумножителя 8 возникает электрический сигнал, причем на выходе 32 регистрируется переменная составляющая, пропорциональная ΔΑ - величине сигнала, порожденного ано- мальным круговым дихроизмом пробы, а на выходе 33 - постоян- ная составляющая, пропорциональная А - величине сигнала, ха- растеризующей поглощение биологически активного вещества, содержащегося в анализируемой жидкости, при этом частота пе- ременной составляющей равна частоте модуляции поляризации излучения.
С выхода 32 фотоумножителя 8 сигнал поступает на один из входов цифровой системы 9 регистрации, на второй вход ко- торой подается опорный сигнал с частотой модуляции поляриза- ции от средства 10 обработки сигнала, вычисления концентрации определяемого компонента и управления функциональными мо- дулями аналитической системы.
В цифровой системе 9 регистрации сигнал усиливается, фильтруется, преобразуется в цифровой код и подается в средст- во 10 обработки, в котором он обрабатывается и выводится в ви- де значения концентрации исследуемого биологически активного вещества в пробе. Средство 10, например, внешний или встроен- ный компьютер 54, через цифровую систему 9 регистрации осу- ществляет также необходимое взаимодействие всех элементов системы, реализует требуемый алгоритм обработки, устанавлива- ет необходимые питающие напряжения для источника 1 светово- го излучения, для включения спектрального фильтра 2 и для управления шаговым приводом поворота дифракционной решет- ки селектора 3, вырабатывает напряжение с частотой модуляции для работы модулятора 6 поляризации, вырабатывает необходи- мые питающие напряжения для элементов Пельтье в устройстве 7 для размещения пробы и устанавливает алгоритм стабилизации и изменения температуры кюветы, устанавливает необходимые на- пряжения питания источника 31 питания фотоумножителя 8, формирует опорный сигнал для функционирования цифровой системы 9 регистрации. Способ обработки цифровой формы по- лученного сигнала зависит от используемого для этой цели про- граммного обеспечения, заложенного в средстве 10 обработки.
Для сравнения аналитических возможностей аналитической системы согласно изобретению и известного дихрографа, вы- бранного за прототип (DE, 10035709, С2), были проведены сле- дующие измерения:
1. Измерения уровней светового УФ излучения на длине волны 200 нм ксеноновой лампы на входе в селектор 3:
(а) в случае использования источника светового излучения дихрографа-прототипа;
(б) в случае использования источника 1 широкополосного светового излучения согласно изобретению, содержащего ксено- новую лампу;
Результаты измерений показали, что зафиксированный на длине волны 200 нм выход излучения для случая (б) примерно в 2 раза превысил уровень УФ излучения, достигаемый с помощью случая (а).
2. Измерения зависимости «базовой линии» аналитической сис- темы от длины волны для двух случаев: (а) при использовании термостатируемой кюветы дихро- графа-прототипа и
(б) при использовании устройства для размещения проб в термостатируемой кювете согласно изобретению в аналитической системе согласно изобретению.
Результаты измерений показали, что дрейф и нестабиль- ность «базовой линии» для случая (а), обусловленные паразит- ными сигналами КД из-за напряжений в материале стенок кюве- ты, в 4,1 раза больше аналогичных характеристик, полученных для случая (б).
3. Измерения калибровочной кривой для определения присутст- вия в пробе противоопухолевого препарата митоксантрона (MX) в контакте с биодатчиком на основе частиц жидкокристалличе- ской дисперсии ДНК в водно-солевом растворе полимера поли- этиленгликоля, то есть определение зависимости сигнала КД, ге- нерируемого жидкокристаллической дисперсией ДНК биодатчика на длине волны 680 нм при образовании комплекса ДНК-МХ, от концентрации MX (Сднк ~ 5 мкг/мл; Спэг— 170 мг/мл; 0,3 М NaCl + 10" М- фосфатный буфер; рН -7,0; L= 1 см).
Представленная на Фиг.6 аналитическая калибровочная кривая, полученная при помощи аналитической системы согласно изобретению, позволяет определять MX в широкой области кон- центраций, в том числе в области концентраций до 10"9 моля с бо- лее высокой (в 2-3 раза) точностью и воспроизводимостью по сравнению с аналитической калибровочной кривой, полученной с помощью дихрографа-прототипа (кривая 1). Таким образом, аналитическая система согласно изобрете- нию позволяет точнее, с лучшей воспроизводимостью и более высокой чувствительностью (до 10"9 М) определять величину КД, а значит, наличие и концентрацию БАВ, в частности, MX, напри- мер, в крови больных, терапия которых связана с применением противоопухолевых соединений.
Расширение рабочего диапазона аналитической системы в УФ область спектра за счет повышения уровня УФ излучения по- зволяет расширить перечень определяемых при помощи аналити- ческой системы компонентов, в том числе, биологически актив- ных и фармакологических соединений.
Таким образом, использование аналитической системы со- гласно изобретению позволяет точнее и с лучшей воспроизводи- мостью определять величину КД, а значит, и концентрацию раз- личных веществ, включая биологически активные вещества (про- тивоопухолевые препараты, антибиотики, белки и другие вещест- ва), в различных жидкостях, в том числе в биологических жидко- стях, например, в крови пациентов, что важно для диагностики и лечения заболеваний в практике онкологии, терапии, гинеколо- гии, при медико-экологическом скрининге и других исследовани- ях.
Кроме того, благодаря снижению уровня возмущений и по- мех при регистрации сигнала КД с помощью аналитической сис- темы согласно изобретению достигается более высокая чувстви- тельность определения компонентов, проявляющих круговой дихроизм, в том числе, БАВ (до 10"9 М/л), и появляется возмож- ность значительно расширить класс определяемых биологически активных веществ.
Кроме того, возможность выполнения аналитической сис- темы согласно изобретению в модульном варианте позволяет значительно уменьшить ее габариты и вес. Кроме того, аналити- ческая система, благодаря более совершенным конструкциям ис- точника 1 светового излучения при работе в УФ диапазоне, уст- ройства 7 для размещения проб в термостатируемой кювете, име- ет значительно более высокие технические характеристики и меньшие габариты, что облегчает ее обслуживание.
Специалистам в области оптических измерительных уст- ройств должно быть понятно, что в аналитическую систему со- гласно изобретению могут быть внесены различные усовершен- ствования и модификации, не выходящие за рамки настоящего изобретения.
Промышленная применимость
Аналитическая система согласно изобретению для опреде- ления в анализируемых пробах компонентов, проявляющих кру- говой дихроизм, может быть использована в медицинской и кли- нической биохимии, а также в молекулярной фармакологии, при исследовании фармако-кинетики биологически активных соеди- нений, в фармацевтической промышленности и экологии. Наибо- лее эффективно ее использование в клинической биохимии. Ана- литическая система может быть выполнена с помощью извест- ных технологических приемов из известных материалов и ком- плектующих узлов.

Claims

Формула изобретения
1. Устройство для размещения анализируемой пробы в оп- тически проницаемой кювете, содержащее блок термостатирова- ния указанной кюветы, отличающееся тем, что содержит кювет- ное отделение, имеющее сквозное световое окно (23) и выпол- ненное разъёмным из двух половин (24,25), поджатых друг к дру- гу пружиной (26) с регулируемым усилием, между которыми сформирована внутренняя полость для размещения кюветы, и при этом каждая из указанных половин (24,25) конструктивно объе- динена с двумя элементами (27) Пельтье, радиатором (28) и тер- модатчиком (29) и имеет возможность скользящего перемещения относительно корпуса (30) устройства, и указанная оптически проницаемая кювета (22) для размещения пробы приспособлена для плотного размещения в указанном кюветном отделении.
2. Аналитическая система для определения в анализируе- мой пробе компонентов, проявляющих круговой дихроизм, со- держащая размещенные последовательно оптически соединен- ные:
- источник широкополосного светового излучения;
- селектор, приспособленный для формирования световых потоков с длинами волн, соответствующих области оптической активности определяемого компонента или другого компонента указанной пробы, проявляемой в спектре их кругового дихроиз- ма; - поляризатор, приспособленный для формирования линей- но поляризованного светового потока;
- спектральную щель, приспособленную для выделения ли- нейно поляризованного светового потока с определенным направ- лением вектора поляризации;
- модулятор поляризации, приспособленный для преобра- зования указанного линейно поляризованного светового потока в циркулярно поляризованный световой поток с периодически из- меняющимся направлением вращения вектора поляризации;
- устройство для размещения анализируемой пробы в оп- тически проницаемой кювете, содержащее блок термостатирова- ния указанной кюветы;
- фотодетектор, приспособленный для регистрации оптиче- ских сигналов кругового дихроизма компонентов анализируемой пробы и преобразования их в пропорциональный электрический сигнал;
- цифровую систему регистрации, приспособленную для накопления, выделения и усиления указанного электрического сигнала и преобразования его в цифровую форму;
- средство обработки полученного электрического сигнала, вычисления концентрации определяемого компонента и управле- ния, приспособленное для осуществления взаимодействия всех элементов системы;
и при этом в качестве модулятора поляризации содержит модулятор поляризации фотоэластического типа, имеющий два бруска из кварца, соединенных торцами между собой с помощью клеевого соединения и размещенных на двух опорах в узлах про- дольных колебаний, и при этом один брусок выполнен из кри- сталлического кварца, а другой брусок выполнен из плавленого кварца;
отличающаяся тем, что:
- приспособлена для определения в анализируемых пробах наличия и концентрации компонентов, проявляющих круговой дихроизм и/или способных изменять оптические свойства других компонентов указанной пробы, обладающих круговым дихроиз- мом в полосе светового излучения источника, а также определе- ния и регистрации изменения характеристик кругового дихроизма во времени;
- в качестве источника (1) светового излучения содержит ламповый источник излучения, выполненный с возможностью обеспечения его оптимального температурного режима с повы- шенным выходом УФ излучения;
- селектор (3) выполнен на основе монохроматора Черни- Тернера с компенсацией комы Фасти и содержит шаговый при- вод поворота дифракционной решетки и микроконтроллер, обеспечивающий программируемое выполнение шаговым приво- дом команд управления, включая инициализацию, ускоренное перемещение в заданную позицию, равномерное перемещение в заданном диапазоне;
- в модуляторе (6) поляризации брусок (37), выполненный из кристаллического кварца, закреплен неподвижно на одной из опор (40), а брусок (38), выполненный из плавленого кварца, сво- бодно лежит на другой опоре (41), и имеется фиксатор (42 места указанного клеевого соединения указанных брусков, приспособ- ленный для функционирования в условиях транспортирования;
- содержит стабилизатор рабочего тока модулятора;
- содержит спектральный фильтр (2), приспособленный для поглощения излучения второго порядка отражения указанной дифракционной решетки селектора;
- в качестве фотодетектора содержит фотоэлектронный ум- ножитель;
- указанное устройство (7) для размещения анализируемой пробы содержит кюветное отделение, имеющее сквозное свето- вое окно (23) и выполненное разъёмным из двух половин (24,25) , поджатых друг к другу пружиной (26) с регулируемым усилием, между которыми сформирована внутренняя полость для разме- щения оптически прозрачной кюветы (22), и при этом каждая из указанных половин (24,25) конструктивно объединена с двумя элементами (27) Пельтье, радиатором (28) и термодатчиком (29) и имеет возможность скользящего перемещения относительно кор- пуса (30) устройства, и указанная оптически проницаемая кювета (22) для размещения пробы приспособлена для плотного разме- щения в указанном кюветном отделении.
3. Система по п.2, отличающаяся тем, что в качестве лампо- вого источника излучения содержит ксеноновую лампу (12), имеющую расширенный в области УФ излучения диапазон длин волн и снабженную в области ее активной зоны дополнительным наружным корпусом (19), выполненным из непроницаемого для излучения материала, с оптически прозрачным окном (21), и раз- мещенную с минимальным зазором в указанном дополнительном корпусе (19) лампы (12), а источник (1) светового излучения со- держит устройство воздушного охлаждения наружной поверхно- сти указанного дополнительного корпуса (19) лампы (12).
4. Система по п.2, отличающаяся тем, что анализируемой пробой является жидкость или гель или пленка, предположитель- но содержащие определяемый компонент.
5. Система по п.2, отличающаяся тем, что анализируемой пробой является анализируемые жидкость или гель или пленка, предположительно содержащие определяемый компонент, и при этом проба содержит другой компонент, обладающий свойством изменять характеристики кругового дихроизма под воздействием определяемого компонента.
6. Система по п.2, отличающаяся тем, что анализируемой пробой является анализируемая жидкость, предположительно со- держащая определяемый компонент, с размещенным в ней био- датчиком, имеющим чувствительный элемент, обладающий ано- мальным круговым дихроизмом и свойством изменять характери- стики кругового дихроизма под воздействием определяемого компонента.
7. Система по п.2, отличающаяся тем, что анализируемой пробой является гель или пленка, предположительно содержащие определяемый компонент, и проба содержит другой жидкий ком- понент, проявляющий круговой дихроизм и способный изменять характеристики кругового дихроизма под воздействием опреде- ляемого компонента.
8. Система по п.2, отличающаяся тем, что анализируемой пробой является гель или пленка, предположительно содержащие определяемый компонент, и проба содержит другой жидкий ком- понент с размещенным в нем биодатчиком, имеющим чувстви- тельный элемент, проявляющий аномальный круговой дихроизм и способный изменять характеристики кругового дихроизма под воздействием определяемого компонента.
9. Система по п.2, отличающаяся тем, что функции указан- ного средства (10) обработки и управления выполняет компьютер (54) с программным обеспечением, приспособленным для обра- ботки полученных от анализируемой пробы электрических сиг- налов, заключения о наличии или отсутствии определяемого компонента, вычисления его концентрации и управление всеми устройствами указанной системы.
10. Система по п.2, отличающаяся тем, что приспособлена для функционирования с внешним компьютером или со встроен- ным компьютером по интерфейсу USB.
1 1. Система по п.2, отличающаяся тем, что выполнена мо- дульной, содержит функциональные модули: модуль (47) источ- ника светового излучения, модуль (48) оптического фильтра, мо- дуль (49) поворота дифракционной решетки, модуль (50) модуля- тора поляризации, модули (51) терморегулятора кюветы, модули (52) двух датчиков температуры кюветы (22), модуль (53) цифро- вой системы регистрации, и указанные модули содержат управ- ляющие устройства, обеспечивающие управление функциониро- ванием указанных модулей в согласованных режимах
12. Система по п.1 1, отличающаяся тем, что указанные управляющие устройства выполнены в виде микроконтроллеров, приспособленных для связи между собой с помощью стандартно- го интерфейса типа I 2С.
13. Система по п.П, отличающаяся тем, что модуль (53) цифровой системы регистрации содержит микроконтроллер, обеспечивающий выполнение необходимых операций микрокон- троллерами других функциональных модулей, первичную обра- ботку сигнала, передачу его по интерфейсу USB в указанный компьютер (54), прием и передачу команд компьютера микро- контроллерам функциональных модулей.
14. Система по п.2, отличающаяся тем, что приспособлена для размещения в портативном корпусе.
15. Оптический диффузометр, отличающийся тем, что со- держит аналитическую систему для определения в анализируе- мой пробе компонентов, проявляющих круговой дихроизм, вы- полненную по любому из п. п. 2-14.
PCT/RU2009/000636 2009-11-20 2009-11-20 Аналитическая система для определения в анализируемой пробе компонентов, проявляющих круговой дихроизм, устройство для размещения проб и оптический диффузометр WO2011062517A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2009/000636 WO2011062517A1 (ru) 2009-11-20 2009-11-20 Аналитическая система для определения в анализируемой пробе компонентов, проявляющих круговой дихроизм, устройство для размещения проб и оптический диффузометр

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2009/000636 WO2011062517A1 (ru) 2009-11-20 2009-11-20 Аналитическая система для определения в анализируемой пробе компонентов, проявляющих круговой дихроизм, устройство для размещения проб и оптический диффузометр

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011062517A1 true WO2011062517A1 (ru) 2011-05-26

Family

ID=44059818

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2009/000636 WO2011062517A1 (ru) 2009-11-20 2009-11-20 Аналитическая система для определения в анализируемой пробе компонентов, проявляющих круговой дихроизм, устройство для размещения проб и оптический диффузометр

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2011062517A1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU485367A1 (ru) * 1972-10-27 1975-09-25 Всесоюзный Научно-Исследовательский И Экспериментально-Конструкторский Институт Продовольственного Машиностроения Автоматический прибор дл регистрации спектров циркул рного дихроизма
RU2107280C1 (ru) * 1996-11-15 1998-03-20 Институт молекулярной биологии им.В.А.Энгельгардта РАН Способ определения в анализируемой жидкости биологически активного вещества и устройство для его осуществления
DE10035709A1 (de) * 2000-07-21 2002-02-07 Friedrich Spener Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung und Bestimmung von biologisch aktiven Substanzen

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU485367A1 (ru) * 1972-10-27 1975-09-25 Всесоюзный Научно-Исследовательский И Экспериментально-Конструкторский Институт Продовольственного Машиностроения Автоматический прибор дл регистрации спектров циркул рного дихроизма
RU2107280C1 (ru) * 1996-11-15 1998-03-20 Институт молекулярной биологии им.В.А.Энгельгардта РАН Способ определения в анализируемой жидкости биологически активного вещества и устройство для его осуществления
DE10035709A1 (de) * 2000-07-21 2002-02-07 Friedrich Spener Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung und Bestimmung von biologisch aktiven Substanzen

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
B.V. LOFFE., REFRAKTOMETRICHESKIE METHODY KHIMII., 1983, LENINGRAD, pages 289 - 297 *
VECHKACOV I.A. ET AL., PRIBORY I METHODY ANALIZA V BLIZHNEI INFRAKRASNOI OBLASTI., 1977, MOSCOW, pages 163 - 168 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7245373B2 (en) Spectrometer system for optical reflectance measurements
US10012586B2 (en) Carbon isotope analysis device and carbon isotope analysis method
EP0137157A2 (en) Fluid analysis technology using fluorescence type sensors
JP2002514759A (ja) 電気化学発光検査測定を実行する装置と方法の改良
CN102177423A (zh) 波长调制光谱方法
KR101710090B1 (ko) Uv-led 광원기반의 휴대용 형광 측정 장치 및 uv-led 광원을 이용한 형광 측정 방법
US6887359B2 (en) Chemical micro-sensor
JP2008527375A (ja) 赤外線透過基板、半導体基板、珪素基板、流体サンプル分析装置、流体サンプル分析方法、及び計算機読み取り可能な記録媒体
Nemkovich et al. Dipole moments of 4′-aminoflavonols determined using electro-optical absorption measurements or molecular Stark-effect spectroscopy
RU2427822C1 (ru) Способ анализа содержания летучих органических соединений в газовой среде и матричный анализатор для его осуществления
JP2007155494A (ja) ツインフローセルとそれを用いる濃度測定システム
JP5249777B2 (ja) サンプルの蛍光発光を測定するための方法および装置ならびにその使用
RU2569752C2 (ru) Многофункциональная аналитическая система для определения характеристик оптического сигнала кругового дихроизма биологически активного материала
WO2011062517A1 (ru) Аналитическая система для определения в анализируемой пробе компонентов, проявляющих круговой дихроизм, устройство для размещения проб и оптический диффузометр
RU92959U1 (ru) Дихрометр для определения биологически активного вещества в жидкостях, гелях и пленках
WO2011062516A1 (ru) Аналитическая система для определения в жидкостях, гелях и пленках компонентов, проявляющих круговой дихроизм, и оптический диффузометр
RU92960U1 (ru) Дихрометр для определения биологически активного вещества в анализируемой жидкости
JP3682474B2 (ja) 水晶振動子電極材料との反応を利用したガス測定法
RU100624U1 (ru) Компактная аналитическая система для определения биологически активного вещества в анализируемой жидкости
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
JP4145892B2 (ja) 熱レンズ分光分析システム及び熱レンズ信号補正方法
WO2020183595A1 (ja) 分光光度計
US20110027818A1 (en) Apparatus and method for detecting zinc ions
RU2715934C1 (ru) Анализатор для селективного определения летучих ароматических углеводородов
Dahab et al. Simultaneous determination of photometric accuracy during circular dichroism measurements

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09851508

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 09851508

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1