WO2020209758A1 - Комплекс для исследования биологических объектов - Google Patents

Комплекс для исследования биологических объектов Download PDF

Info

Publication number
WO2020209758A1
WO2020209758A1 PCT/RU2020/000185 RU2020000185W WO2020209758A1 WO 2020209758 A1 WO2020209758 A1 WO 2020209758A1 RU 2020000185 W RU2020000185 W RU 2020000185W WO 2020209758 A1 WO2020209758 A1 WO 2020209758A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
radiation
sharpener
complex according
biological object
unit
Prior art date
Application number
PCT/RU2020/000185
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Владимир Анатольевич БУРЦЕВ
Евгений Павлович БОЛЬШАКОВ
Николай Валентнович КАЛИНИН
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория имени Владимира Анатольевича Бурцева"
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 "Лаборатория имени Владимира Анатольевича Бурцева" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория имени Владимира Анатольевича Бурцева"
Priority to EP20787919.8A priority Critical patent/EP3954284A4/en
Publication of WO2020209758A1 publication Critical patent/WO2020209758A1/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/1434—Optical arrangements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/04—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/06—Cathodes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N2015/0038—Investigating nanoparticles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N2015/1006—Investigating individual particles for cytology
    • 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
    • G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G2/00—Apparatus or processes specially adapted for producing X-rays, not involving X-ray tubes, e.g. involving generation of a plasma
    • H05G2/001—X-ray radiation generated from plasma
    • H05G2/003—X-ray radiation generated from plasma being produced from a liquid or gas

Definitions

  • the invention relates to the fields of biology and medicine and can be used to study living biological objects such as cells.
  • the present invention is directed to the study of changes in living and cancer cells in real time and in the body (nutrient medium), including, depending on the effect on them of multi-band electromagnetic radiation. This will contribute to the early and unambiguous detection and treatment of malignant disease, and most importantly - the search for ways to activate the natural mechanisms of self-destruction of cancer-affected cells as foreign. It is proposed to use both the well-known water and carbon "windows" (2-4 and 4.5-5 nm, respectively), and to carry out theoretical searches for new spectral "windows” to expand the experimental diagnostic capabilities of the proposed complex.
  • the creeping avalanche discharge itself is a weakly luminous annular plasma formation, not accompanied by any short-wave radiation.
  • the discharge passes into the stage of a high-voltage longitudinal discharge with the generation of MR-EUV radiation.
  • the burst of this radiation lasting several nanoseconds and occurring in a very narrow pressure range of 0.2-0.4 Torr is of a resonant nature and is probably due to the deceleration of runaway electrons on the gas.
  • This process is interrupted by the next stage - the development of a longitudinal high-current discharge with a pinch effect and pumping of the active medium with thermal electrons.
  • the technical solution described in [6] is chosen as the prototype of the claimed invention.
  • the known installation contains an electric-discharge laser of a capillary type and a submicroscope (fractions of a micron), consisting of an illuminating Schwarzschild objective with a multilayer Sc-Si-film coating of mirror surfaces and an imaging objective in the form of a zone plate, as well as a CCD camera.
  • the disadvantages of the prototype can be attributed to limited functionality due to the possibility of working in only one wavelength range, since with its help only observation of the object is possible, and the study of the effect on the object is not carried out.
  • the present invention is aimed at solving the problem of creating a cost-effective practical equipment for conducting fundamental research on the issues of photon-based effects of multi-band radiation on nanobiological objects, including cells, and visualizing the results of this effect also by photon-based submicroscopy.
  • the result of solving this problem is planned to be applied in clinical equipment for the early diagnosis of cancer at the cellular level, namely, to study the determination of radiation doses in various ranges of the spectrum for such processes as damage, change and division / reproduction.
  • Of particular interest are the possible resonant effects of activation of the self-destruction mechanisms of cancer cells as foreign.
  • the technical result of the claimed invention is to increase the resolution of the resulting image of a biological object, due to the possibility of changing the radiation wavelength, at which the submicroscope will have the maximum resolution.
  • an expansion of functionality is achieved due to the appearance of additional functions, such as visualization and study of the behavior of a biological object when exposed to radiation with different wavelengths.
  • the complex for the study of biological objects includes a multi-range radiation source connected through a process chamber and a bellows assembly with a diagnostic chamber, to which a sensor of the transmitted radiation and a submicroscope are connected.
  • the multi-band radiation source includes a generator high-voltage pulses with two forming double artificial lines, at least two sharpeners, at least one transmitting coaxial line, conical matching line, capillary electric discharge load.
  • the process chamber includes a differential pumping unit with a pulse gas valve.
  • the diagnostic chamber includes a target assembly for installation in it with the possibility of removing a removable sample of a biological object.
  • the bellows assembly is configured to focus radiation from a multi-band radiation source onto the target assembly of the diagnostic chamber.
  • the senor of the transmitted radiation contains a radiation detector and is located relative to the target assembly in such a way as to register the incident and / or transmitted radiation through the target assembly.
  • a submicroscope includes illuminating and imaging objectives, a radiation receiver and a holder for a removable sample of a biological object.
  • a variant of the development of the main technical solution is possible, which consists in the fact that accumulative forming double artificial lines are used.
  • a variant of the development of the main technical solution is possible, which consists in the fact that multi-link forming double artificial lines are used.
  • a variant of the development of the main technical solution is possible, which consists in the fact that the transmitting coaxial lines are separated by a sharpener.
  • a variant of the development of the main technical solution is possible, which consists in the fact that a gas annular sharpener is used as a sharpener.
  • a variant of the development of the main technical solution is possible, which consists in the fact that a cylindrical gas sharpener is used as a sharpener.
  • the target unit is a diaphragm and consists of a stand-holder for a replaceable sample of a biological object.
  • illuminating and imaging lenses are Schwarzschild lenses with a multilayer coating.
  • the claimed technical result is achieved. Since in order to expand the experimental capabilities (by increasing the resolution and additional functions) when conducting fundamental research on the effect of radiation on nanoobjects, including biological objects (healthy and cancer cells), a low-inductive discharge with preliminary gas ionization, a sliding avalanche discharge, was proposed and used. This made it possible to implement various mechanisms for creating a plasma of multiply charged ions, including (pinch, non-pinch - beam and combined) mechanisms of pumping and generation of radiation.
  • the use of storage forming double artificial lines made it possible to exclude the use of special chargers, since accumulation comes from a standard source.
  • the use as a sharpener of a gas annular sharpener, for example, a 2-section one is due to the fact that the self-breakdown of one of its gaps leads to a distortion of the field in the second gap and its breakdown, which achieves an additional aggravation of impulses.
  • the use of a cylindrical gas sharpener with structural LC-elements as a sharpener makes it possible to obtain additional sharpener capabilities.
  • the use of Schwarzschild lenses as illuminating and imaging lenses leads to the unification of lenses and an additional increase in the measurement accuracy.
  • FIG. 1 shows a block diagram of the proposed complex.
  • FIG. 2 shows the layout of the complex elements.
  • MDII 1 - multi-band radiation source
  • DC 4 - diagnostic camera
  • DPI 5 - transmitted radiation sensor
  • HVI high-voltage pulse generator
  • PCL 10 - transmission coaxial line
  • PCL transmission coaxial line
  • KSL conical matching line
  • SP 14 - power supply system
  • the complex for the study of biological objects includes a multi-range radiation source 1 (MDII) connected through a process chamber 2 (TC) and a bellows assembly 3 (SU) with a diagnostic chamber 4 (DC), to which a sensor 5 of the passed radiation (DPI) and submicroscope 6 (CM).
  • MDII multi-range radiation source 1
  • TC process chamber 2
  • SU bellows assembly 3
  • DC diagnostic chamber 4
  • DPI passed radiation
  • CM submicroscope 6
  • MDII 1 includes a high-voltage pulse generator 7 (HVI) connected in series with each other and located in a single housing for powering a low-inductive z-discharge with two forming double artificial lines (DFL) (not shown in the drawing), at least two sharpeners, for example, a gas ring sharpener 8 (GCO) and / or gas cylindrical sharpener 9 (GCO), at least one transmitting coaxial line (PCL) 10 and 11 (in this implementation of PCL, GCO 9 are separated), cone matching line 12 (KSL), capillary electric discharge load 13 (KEN).
  • HVI high-voltage pulse generator 7
  • DFL double artificial lines
  • DFL double artificial lines
  • GCO gas ring sharpener 8
  • GCO gas cylindrical sharpener 9
  • PCL coaxial line
  • KSL cone matching line 12
  • KEN capillary electric discharge load 13
  • MDII 1 includes a power supply system (SP) DFL (not shown in the drawing), a storage capacitor (not shown in the drawing) GVI 7 and a gas supply system (SG) 15 for linear switches GVI 7, GKO 8, GCO 9 and KEN 13,
  • SP power supply system
  • SG gas supply system
  • DFL due to the use of a paper-oil dielectric with low leakage, can be made accumulative, i.e. charged continuously using mains-powered high-voltage rectifiers. DFL (not shown in the drawing) can also be made multi-link to generate a pulse that is closest to rectangular in shape. DFL (not shown in the drawing) can be assembled according to a folded circuit of rolled capacitor sections and connected in parallel according to a "butterfly" scheme using a current-collecting unit. DFL (not shown in the drawing) are triggered using linear gas switches (not shown in the drawing) with distortion of the electric field.
  • a thyratron RC generator which forms pulses, and separating ceramic disc capacitors (not shown in the drawing) and cable transformers (not shown in the drawing) on ferrite rings with an increase in the output voltage of 3: 1. All this is placed in a tank with transformer oil.
  • KEN 13 through a sliding seal is connected to TK 2, which includes differential pumping unit 16 (U DO) installed on the opposite side of the connection with KEN 13, which is a set of diaphragms installed at a distance from each other and obstructing passage gas, with a pulse gas valve (not shown in the drawing), which protects the radiation transport path from gas leakage from the capillary, since the gas leakage limits the number of pulse repetitions.
  • UDO 16 with a pulse gas valve provide the ability to simulate the situation and create a series of pulses from the MDII 1.
  • the proposed MDII 1 allows obtaining the following wavelength ranges (division into ranges is conditional):
  • DC 4 includes a target assembly (not shown in the drawing) for installing a removable sample (not shown in the drawing) of a biological object in it with the ability to remove.
  • a DPI 5 is installed, located relative to the target assembly (not shown in the drawing) in such a way as to register the incident and / or transmitted radiation and contains a radiation detector with calibrated semiconductor photodiodes for recording the radial distribution of both incident and transmitted radiation. replaceable radiation sample.
  • DK 4 can also be equipped with compact spectrometers (not shown in the drawing).
  • the target assembly (not shown in the drawing) is a diaphragm and consists of a stand-holder with micrometric adjustment screws for installing and fixing replaceable samples of biological objects and a target simulator (for alignment) in the form of a square plate with a central hole with a diameter that ensures a fairly uniform distribution radiation intensity along the radius of the hole, and inserted into the vertical grooves of the unit.
  • the target simulator is replaced by a sample of a biological object, which is, for example, a portable sealed cassette consisting of two films transparent for radiation but impermeable to air, between which a biostructure is placed in a nutrient medium, illuminated through a central hole in a compressive plates.
  • SU 3 is configured to focus radiation from MDII 1 onto the target unit (not shown in the drawing) DK 4.
  • SU 3 is a corrugated metal pipe equipped with means for adjusting (for example, bolts) the angle of the tube, and serves for rough alignment of the beam on the target unit (not shown in the drawing).
  • CM 6 includes illuminating and imaging lenses, a radiation receiver and a holder for a removable sample of a biological object.
  • the illuminating and imaging lenses can be Schwarzschild lenses.
  • the lenses contain mirrors, on the surface of which multilayer coatings are applied, which determine their spectral characteristics. Objectives (or their components) are interchangeable depending on the range of radiation wavelengths upon exposure. Illuminating and imaging lenses with focusing elements are mounted in the CM 6 vacuum chamber on a platform and have devices for carrying out adjustment work.
  • the investigated objects are attached to the holder, which also has adjustment devices.
  • the radiation detector for visualization and registration of images of targets can be a CCD camera with a phosphor coating. It is possible to carry out experiments on the effect of radiation on nanoobjects and to visualize the results of exposure both in transmitted and reflected light, depending on the location of the radiation receiver and using a transparent or opaque substrate for a removable sample of a biological object (for example, a cassette).
  • DK 4 and chamber CM 6 are equipped with systems 17 and 18 pumping (CO) with pumps. CO 17 and 18 can be combined into one pumping system.
  • TK 2 and chamber CM 6 are equipped with vacuum gauges - pressure measurement systems 19 and 20 (LED), for example, using a Pirani sensor with a two-channel controller.
  • LED vacuum gauges - pressure measurement systems 19 and 20
  • a gate 21 (W), which is a vacuum unit for CO, can be installed between the chamber CM 6 and DK 4.
  • the complex can be controlled manually or automatically using the information and control system 22 (IMS), which includes power control units, gas supply, pumping, operation control, as well as a block for processing the received images, etc.
  • IUS 22 can be connected to MDII 1, DPI 5, UDO 16, SM 6, as well as with other sensors and systems of the complex that can be digitally controlled.
  • the claimed complex is proposed to be installed in a shielded measuring room with an oscilloscope.
  • the complex implements the following method for studying biological objects.
  • a target simulator (not shown in the drawing) is installed in the target unit DK 4, radiation of the visible range is directed at it, for example, from an additional radiation source, for example, a LED (not shown in the drawing), installed on the axis of the MDII 1, for example, with output KEN 13, if necessary, adjust the position of the target simulator (not shown in the drawing) on the target assembly holder (not shown in the drawing) using the adjusting screws (not shown in the drawing) so that the radiation hits its center.
  • an additional radiation source for example, a LED (not shown in the drawing)
  • output KEN 13 if necessary, adjust the position of the target simulator (not shown in the drawing) on the target assembly holder (not shown in the drawing) using the adjusting screws (not shown in the drawing) so that the radiation hits its center.
  • the target simulator (not shown in the drawing) is transferred to the CM 6 holder, and in its place in the DK 4 a rotary mirror is installed (not shown in the drawing), if necessary, it is adjusted using adjusting screws (not shown in the drawing) on the target assembly holder ( not shown in the drawing) the position of the rotary mirror (not shown in the drawing) and on the CM 6 holder the position of the target simulator (not shown in the drawing) so that the radiation hits the center of the target simulator (not shown in the drawing). Focusing is carried out by spatial movement of the CM 6 objectives. During experiments with biological objects, a target simulator (not shown in the drawing) is replaced with a sample (not shown in the drawing) of a biological object.
  • the selected radiation wavelength is generated using the MDII 1, it is directed to the sample under study (not shown in the drawing) of the biological object, the reflected and / or transmitted radiation is recorded with the aid of the IR 5, and the dose of absorbed radiation is determined.
  • the test sample (not shown in the drawing) of the biological object is transferred to the CM 6 camera, fixed in the holder between the objectives.
  • a rotary mirror is installed in DK 4 (not shown in the drawing).
  • the radiation wavelength of the MDII 1 is changed to the optimal one to obtain the best spatial resolution, the sample is irradiated with it, visualized using the CM 6 lenses and recorded using a CCD camera.
  • the dose of radiation is adjusted if necessary. Based on the data obtained, conclusions are drawn about the changes that have occurred in the biological object, depending on the radiation parameters that were affected by it.
  • the pulse valve petal tightly closes the inlet with a diameter of 1-2 mm (replaceable) UDO 16, i.e. the valve is closed.
  • the tract should be pumped out (CO 17 and 18) to a high pressure of 10 -4 Torr, measuring the pressure with a Pirani vacuum gauge with a controller (LED 19, 20). Pump out KEN 13 and TK 2 to the limiting forevacuum of 10 2 Torr, while measuring the pressure.
  • the gas that entered the unit gradually fills the U DO 16 cells, and until it practically comes out into the path, it is possible to implement a burst mode of operation with a limited number of pulses in a train with a repetition rate of a fraction of a Hz and the number of pulses in a train.
  • a sample of a biological object should be moved to the CM 6 camera, replaced by a unit with a rotating mirror, and the CCD camera should be turned on to obtain an image of the biological object.
  • the claimed complex makes it possible to visualize not only biological objects themselves, but also to influence them with further analysis of the results.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области медицины. Комплекс для исследования биологических объектов включает многодиапазонный источник излучения, соединенный через технологическую камеру и сильфонный узел с диагностической камерой, к которой подсоединены датчик прошедшего излучения и субмикроскоп, причем, многодиапазонный источник излучения включает генератор высоковольтных импульсов с двумя формирующими двойными искусственными линиями, не менее двух обострителей, передающую коаксиальную линию, конусную согласующую линию, капиллярную электроразрядную нагрузку. Технологическая камера включает узел дифференциальной откачки с импульсным газовым клапаном, мишенный узел для установки в нем с возможностью снятия сменного образца биологического объекта. Сильфонный узел выполнен с возможностью фокусировки излучения от многодиапазонного источника излучения на мишенный узел. Датчик прошедшего излучения содержит приемник излучения и расположен относительно мишенного узла для регистрации падающего и/или прошедшего через мишенный узел излучения. Субмикроскоп включает освещающий и изображающий объективы, приемник излучения и держатель для сменного образца биологического объекта. Техническим результатом является повышение разрешения получаемого изображения биологического объекта, благодаря возможности изменения длины волны излучения, при которой субмикроскоп обладает максимальной разрешающей способностью.

Description

КОМПЛЕКС ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
Изобретение относится к областям биологии и медицины и может применяться для исследования живых биологических объектов, таких как клетки.
К современным угрозам в области «науки о жизни», в том числе биологии и медицины, относят: высокую смертность онкологических заболеваний, недостаточную эффективность существующих мер по раннему предупреждению и лечению подобных заболеваний, неоднозначное понимание механизмов перерождения здоровых клеток в раковые, неэффективную система реабилитации, критическое отставание современной научно-исследовательской базы для фундаментальных исследований и производственно-технологической базы биотехнологий и др.
Настоящее изобретение направлено на исследование изменений живых и пораженных раком клеток в реальном времени и в организме (питательной среде), в том числе, в зависимости от воздействия на них многодиапазонного электромагнитного излучения. Это будет способствовать раннему и однозначному обнаружению и лечению злокачественной болезни, а главное - поиску путей активизации естественных механизмов самоуничтожения пораженных раком клеток как инородных. При этом предлагается использовать как известные водяное и углеродное «окна» (2-4 и 4,5-5 нм соответственно), так и проводить теоретические поиски новых спектральных «окон» для расширения экспериментальных диагностических возможностей предлагаемого комплекса.
Разработка новых методов визуализации in vivo (в организме) определенных групп клеток для клеточной регенеративной медицины и для других областей биомедицины становится наиболее перспективным направлением современных биомедицинских исследований [1]. Среди уже применяющихся и вновь разрабатываемых методов визуализации клеточных структур фотон-основанный метод, использующий принципы оптической когерентной томографии (x-ray nanotomography) [2, 3, 4], обладает неоспоримыми преимуществами благодаря высокой информативности и отсутствию необходимости предварительной подготовки биообъектов, отсутствию ионизирующего излучения (кроме специальных случаев целенаправленного поражения раковых клеток). В стандартном методе оптической когерентной томографии (ОКТ) получение трехмерной информации об объекте осуществляется путем наблюдения и регистрации оптических изображений, базирующихся на регистрации сигнала, возбуждаемого в объекте исследования внутри различных слоев с высокой селекцией по глубине и высоким пространственным разрешением.
Обзор работ [1-4] показал успехи в развитии прямого изображения с помощью рентгеновской микроскопии и различных ее применений, включая трехмерную биологическую томографию, динамические процессы в магнитных наноструктурах, химические пространственные исследования, технологические применения, связанные с солнечными элементами и батареями, изучение археологических материалов, исторические применения. Среди этих успехов можно отметить получение прекрасных изображений одиночной живой клетки на микроскопе ХМ-1 с использованием синхротронного источника Advanced Light Source в Berkley Lab [2]. Установки типа XM-ALS являются достаточно дорогими, сложными и недоступными широкому кругу пользователей.
Впервые компактный высокой яркости ЭУФ-МР (экстремальный ультрафиолет - мягкий рентген) лазер на капиллярном разряде с квантовым переходом на длине волны 46,9 нм неоно-подобного аргона был создан в Исследовательском центре при Колорадском университете, США профессором Дж. Рокка с сотрудниками. [5]. Эта работа была повторена в Италии, Японии, Израиле, Чехии, России. С использованием своего лазера Дж. Рокка успешно применил для визуализации углеродных трубок за один выстрел источника излучений с разрешением, примерно равным длине волны [6]. В данной работе было сделано предположение о возможности получения пространственного разрешения порядка длины волны. Это предположение было подтверждено в работе [2], в которой было получено разрешение 12 нм при визуализации клетки в питательной среде с применением более коротковолнового (синхротронного) источника. Но попытки сделать лазер на капиллярном разряде с использованием активных сред на плазме многозарядных ионов с более короткими длинами волн из-за резко возрастающих требований к необходимой мощности накачки не приводили к успеху и были, в основном, прекращены.
Тем не менее, развитие коротковолновых электроразрядных нелазерных источников излучений позволило проводить не только визуализацию сухих нанометровых объектов, но и эксперименты по воздействию такого излучения на биологические материалы и структуры, в том числе мокрые. Так, в работах [7-9] исследовались биологические материалы (ДНК, жиры, белки, углеводы, хроматин, нуклеосомы) в "углеродном окне" спектра, что дает возможность исследовать не только поверхностные, но и глубинные процессы взаимодействия и их диагностики на расстояниях до 30 мкм.
Вклад в развитие ЭУФ-МР лазеров в целях микроскопии внесли чешские ученые, которые не только продвинулись в борьбе за более короткие длины волн излучения электроразрядных лазеров, а, следовательно, более высокое разрешение, но и исследовав излучение неоно-подобного азота с длиной волны 2,88 нм, находящееся в районе водяного окна, они осуществили МР-микроскопию с использованием в качестве освещающего объектива эллипсоидальное зеркало. Получены предварительные результаты по визуализации тестовой сетки с разрешением примерно 110 нм [10].
В НИИЭФА им. В.Д. Ефремова были предложены и исследованы две модификации установки «Экстрим» на протяженном малоиндуктивном z-разряде с тесной геометрией электродов [11-14]. В отличие от известных электроразрядных ЭУФ лазеров, в том числе [5], использовавших для предионизации рабочего газа дополнительного микросекундного разряда, впервые был применен скользящий—100 нс малоиндуктивный протяженный лавинный z-разряд. Проведенные исследования при изменении давления аргона от 0,001 до 1000 Торр впервые было обнаружено электромагнитное излучение различными датчиками в различных диапазонах спектра [11]. Деление на диапазоны было довольно условное, но, тем не менее, это дало возможность назвать такой источник многодиапазонным.
Сам скользящий лавинный разряд, как показали проведенные исследования с помощью ПЗС-приемника на первых модификациях установки «Экстрим», представляет слабосветящееся кольцевое плазменное образование, не сопровождается каким-либо коротковолновым излучением. Но после достижения его фронтом выходного электрода разряд переходит в стадию высоковольтного продольного разряда с генерированием МР-ЭУФ излучения. Вспышка этого излучения длительностью несколько наносекунд и происходящее в очень узком диапазоне давлений 0,2-0, 4 Торр, носит резонансный характер и, вероятно, обусловлено торможением на газе убегающих электронов. Этот процесс прерывается следующей стадией - развитием продольного сильноточного разряда с пинч-эффектом и накачкой активной среды тепловыми электронами.
При давлениях меньше 0,1 Торр наблюдается длинноимпульсная генерация жесткого излучения с энергией фотонов 15-25 кэВ, вызываемого торможением убегающих электронов на стенках разрядной трубки, поскольку не зависит от давления остаточного газа. Это тормозное излучение носит характер слаборасходящегося луча (менее 10-2 рад), что может быть эффектом его коллимации на длинной трубке 05 мм хЫОО мм.
Прототипом заявляемого изобретения выбрано техническое решение, описанное в [6]. Известная установка содержит электроразрядный лазер капиллярного типа и субмикроскоп (доли мкм), состоящий из освещающего Шварцшильдовского объектива с многослойным Sc-Si-пленочным покрытием зеркальных поверхностей и изображающего объектива в виде зонной пластинки, а также ПЗС камеры.
Однако к недостаткам прототипа можно отнести ограниченную функциональность из-за возможности работы только в одном диапазоне длин волн, поскольку с его помощью возможно лишь наблюдение объекта, а изучение влияния на объект не производится
Настоящее изобретение направлено на решение проблемы создания экономически выгодного практичного оборудования для проведения фундаментальных исследований вопросов фотон основанного воздействия многодиапазонного излучения на нанобиологические объекты, включая клетки, и визуализации результатов этого воздействия также фотон основанной субмикроскопией. Результат решения этой проблемы планируется применить в клиническом оборудовании для ранней диагностики раковых заболеваний на клеточном уровне, а именно для исследования определения доз облучения в различных диапазонах спектра для протекания таких процессов как поражение, изменение и деление/размножение. Особый интерес представляют возможные резонансные эффекты активизации механизмов самоуничтожения раковых клеток как инородных.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение разрешения получаемого изображения биологического объекта, благодаря возможности изменения длины волны излучения, при которой субмикроскоп будет обладать максимальной разрешающей способностью. Одновременно с этим достигается расширение функциональных возможностей за счет появления дополнительных функций, таких как визуализация и изучение поведения биологического объекта при воздействии на него излучением с разной длиной волны.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что комплекс для исследования биологических объектов включает многодиапазонный источник излучения, соединенный через технологическую камеру и сильфонный узел с диагностической камерой, к которой подсоединены датчик прошедшего излучения и субмикроскоп. Причем, многодиапазонный источник излучения включает генератор высоковольтных импульсов с двумя формирующими двойными искусственными линиями, не менее двух обострителей, по меньшей мере одну передающую коаксиальную линию, конусную согласующую линию, капиллярную электроразрядную нагрузку. Технологическая камера включает узел дифференциальной откачки с импульсным газовым клапаном. Диагностическая камера включает мишенный узел для установки в нем с возможностью снятия сменного образца биологического объекта. Сильфонный узел выполнен с возможностью фокусировки излучения от многодиапазонного источника излучения на мишенный узел диагностической камеры. При этом датчик прошедшего излучения содержит приемник излучения и расположен относительно мишенного узла таким образом, чтобы регистрировать падающее и/или прошедшее через мишенный узел излучение. А субмикроскоп включает освещающий и изображающий объективы, приемник излучения и держатель для сменного образца биологического объекта.
Возможен вариант развития основного технического решения, заключающийся в том, что применены накопительные формирующие двойные искусственные линии.
Возможен вариант развития основного технического решения, заключающийся в том, что применены многозвенные формирующие двойные искусственные линии.
Возможен вариант развития основного технического решения, заключающийся в том, что передающие коаксиальные линии разделены обострителем.
Возможен вариант развития основного технического решения, заключающийся в том, что в качестве обострителя применен газовый кольцевой обостритель.
Возможен вариант развития основного технического решения, заключающийся в том, что в качестве обострителя применен газовый цилиндрический обостритель.
Возможен вариант развития основного технического решения, заключающийся в том, что мишенный узел представляет собой диафрагму и состоит из стойки- держателя для сменного образца биологического объекта.
Возможен вариант развития основного технического решения, заключающийся в том, что освещающий и изображающий объективы представляют собой Шварцшильдовские объективы с многослойным покрытием.
Таким образом, за счет всей совокупности существенных признаков изобретения достигается заявленный технический результат. Поскольку с целью расширения экспериментальных возможностей (за счет повышения разрешающей способности и дополнительных функций) при проведении фундаментальных исследований воздействия излучения на нанообъекты, включая биологические объекты (здоровые и раковые клетки), предложен и использован малоиндуктивный разряд с предварительной ионизацией газа скользящий лавинный разряд. Это дало возможность реализовывать различные механизмы создания плазмы многозарядных ионов, включая (пинчевые, непинчевые - пучковые и комбинированные) механизмы накачки и генерации излучения. Это позволяет получать слаборасходящееся спонтанное, слабокогерентное и когерентное излучение в различных диапазонах спектра, в том числе в областях экстремального ультрафиолета (ЭУФ), мягкого рентгена (МР) и жесткого рентгена (ЖР) путем простого изменения начального давления и рода газа в капиллярном разряде и, соответственно, получения необходимой длины волны. Для того чтобы стало возможным воздействие излучения на биологические объекты в состав комплекса введена технологическая вакуумная камера, которая расположена вблизи выхода капиллярной трубки. Расположенный внутри камеры импульсный электрический клапан своим лепестком перекрывает входное отверстие дифференциального узла откачки и открывает его перед выстрелом (пачки выстрелов) для прохода излучения в тракт транспортировки луча к мишеням мишенного узла, расположенного в диагностической камере. Таким образом, благодаря управлению количеством импульсов излучения, давлением, временем воздействия, появилась возможность определения закономерностей для данного биологического объекта, что направлено на получение резонанса и, как результат, выявление механизмов самоуничтожения злокачественных клеток. Кроме того, использование наряду со Шварцшильдовским освещающим объективом, как в прототипе, также изображающего объектива такого же типа вместо зонной пластинки, позволило унифицировать эти системы микроскопа и применить их для визуализации биологических объектов как в проходящем, так и в отраженном свете. Это дало дополнительные преимущества в экспериментах по визуализации, в том числе в использовании схем с рассеянием облучающего излучения.
Кроме того, применение накопительных формирующих двойных искусственных линий позволило исключить применение специальных зарядных устройств, т.к. накопление происходит от стандартного источника. Применение многозвенных формирующих двойных искусственных линий, в том числе, например, 4х-звенных, дало возможность формировать импульсы, по форме приближенные к прямоугольным. Применение в качестве обострителя газового кольцевого обострителя, например, 2х- секционного, обусловлено тем, что самопробой одного из его зазоров приводит к искажению поля во втором зазоре и его пробою, чем достигается дополнительное обострение импульсов. Применение в качестве обострителя газового цилиндрического обострителя с конструктивными LC-элементами позволяет получить дополнительные возможности обострителя. Применение в качестве освещающего и изображающего объективов Шварцшильдовские объективы приводит к унификации объективов и дополнительному повышению точности измерений.
Сущность заявляемого изобретения и варианты его реализации раскрыты в нижеследующем описании и на фигурах.
На Фиг. 1 приведена блок-схема заявляемого комплекса.
На Фиг. 2 приведена схема расположения элементов комплекса.
На Фигурах обозначено:
1 - многодиапазонный источник излучения (МДИИ);
2 - технологическая камера (ТК);
3 - сильфонный узел (СУ);
4 - диагностическая камера (ДК);
5 - датчик прошедшего излучения (ДПИ);
6 - субмикроскоп (СМ);
7 - генератор высоковольтных импульсов (ГВИ);
8 - газовый кольцевой обостритель (ГКО);
9 - газовый цилиндрический обостритель (ГЦО);
10 - передающая коаксиальная линия (ПКЛ);
11 - передающая коаксиальная линия (ПКЛ);
12 - конусная согласующая линия (КСЛ);
13 - капиллярная электроразрядная нагрузка (КЭН);
14 - система питания (СП);
15 - система газообеспечения (СГ);
16 - узел дифференциальной откачки (У ДО);
17 - система откачки (СО) вакуумной диагностической камеры;
18 - система откачки (СО) вакуумной камеры субмикроскопа;
19 - система измерения давления (СИД) остаточного газа в технологической камере;
20 - система измерения давления (СИД) остаточного газа в камере субмикроскопа;
21 - шибер (Ш);
22 - информационно-управляющая система (ИУС). Комплекс для исследования биологических объектов (Фиг. 1, 2) включает многодиалазонный источник 1 излучения (МДИИ), соединенный через технологическую камеру 2 (ТК) и сильфонный узел 3 (СУ) с диагностической камерой 4 (ДК), к которой подсоединены датчик 5 прошедшего излучения (ДПИ) и субмикроскоп 6 (СМ).
МДИИ 1 включает последовательно соединенные между собой и расположенные в едином корпусе генератор 7 высоковольтных импульсов (ГВИ) для питания малоиндуктивного z-разряда с двумя формирующими двойными искусственными линиями (ДФЛ) (на чертеже не показано), не менее двух обострителей, например, газовый кольцевой обостритель 8 (ГКО) и/или газовый цилиндрический обостритель 9 (ГЦО), по меньшей мере одну передающую коаксиальную линию (ПКЛ) 10 и 11 (в данной реализации ПКЛ разделены ГЦО 9), конусную согласующую линию 12 (КСЛ), капиллярную электроразрядную нагрузку 13 (КЭН). Также МДИИ 1 включает систему 14 питания (СП) ДФЛ (на чертеже не показано), накопительного конденсатора (на чертеже не показано) ГВИ 7 и систему 15 газообеспечения (СГ) линейных коммутаторов ГВИ 7, ГКО 8, ГЦО 9 и КЭН 13,
ДФЛ (на чертеже не показано), благодаря использованию бумаго-масленного диэлектрика с низкими утечками, могут быть выполнены накопительными, т.е. заряжаемыми постоянно с использованием высоковольтных выпрямителей с питанием от сети. ДФЛ (на чертеже не показано) также могут быть выполнены многозвенными для формирования импульса, по форме наиболее приближенного к прямоугольному. ДФЛ (на чертеже не показано) могут быть собраны по свернутой схеме из рулонных конденсаторных секций и соединенных параллельно по схеме «бабочки» с помощью токосборного узла. ДФЛ (на чертеже не показано) запускаются с помощью линейных газовых коммутаторов (на чертеже не показано) с искажением электрического поля. Для их запуска используется тиратронный RC-генератор, формирующий импульсы, и разделительные керамические дисковые конденсаторы (на чертеже не показано) и кабельные трансформаторы (на чертеже не показано) на ферритовых кольцах с повышением выходного напряжения 3:1. Все это помещено в бак с трансформаторным маслом.
Далее, генерируемые с помощью ДФЛ (на чертеже не показано) высоковольтные импульсы испытывают обострение передних фронтов с помощью ГКО 8 с электрическим самопробоем первого зазора и искажением поля во втором зазоре, а также ГЦО 9 с L-C запуском зазоров. Между ГКО 8 и ГЦО 9 располагаются отрезки ПКЛ 10 и 11 с 50% водно-глицериновым диэлектриком. При этом ПКЛ может быть как одна цельная, так и несколько разделенных. Выходной конец ПКЛ 11 соединяется с КЭН 13 через КСЛ 12.
КЭН 13 через скользящее уплотнение (на чертеже не показано) соединяется с ТК 2, которая включает установленные с противоположной стороны от соединения с КЭН 13 узел 16 дифференциальной откачки (У ДО), представляющий собой совокупность диафрагм, установленных на расстоянии друг от друга и затрудняющих проход газа, с импульсным газовым клапаном (на чертеже не показано), защищающим тракт транспортировки излучения от натекания газа из капилляра, поскольку натекание газа ограничивает число повторений импульсов. УДО 16 с импульсным газовым клапаном обеспечивают возможность моделирования ситуации и создание серии импульсов от МДИИ 1.
Предлагаемый МДИИ 1 позволяет получать следующие диапазоны длин волн (деление на диапазоны условное):
1. Жесткое рентгеновское излучение, энергия фотонов 15-25 кэВ (длины волн менее 0,1 нм) - давление аргона 0,01-0,2 Торр,
2. Мягкое рентгеновское излучение, энергия фотонов от ~ десятков эВ до единиц кэВ (длина волны от долей нм до единиц нм) - давление аргона 0,2-0, 4 Торр,
3. Экстремальное ультрафиолетовое излучение, энергия фотонов от нескольких десятков эВ до нескольких сотен эВ (длина волны от нескольких нм до нескольких десятков нм) - давление аргона 0,4-0, 6 Торр,
4. Излучение видимого спектра, длина волны 180-500 нм - давление аргона 20 - 200 Торр,
5. Инфракрасное излучение, длина волны 600-1000 нм - давление аргона 300-750
Торр.
ДК 4 включает мишенный узел (на чертеже не показано) для установки в нем с возможностью снятия сменного образца (на чертеже не показано) биологического объекта. На выходе ДК 4 установлен ДПИ 5, расположенный относительно мишенного узла (на чертеже не показано) таким образом, чтобы регистрировать падающее и/или прошедшее через него излучение и содержащий приемник излучения с калиброванными полупроводниковыми фотодиодами для регистрации радиального распределения как падающего, так и прошедшего через сменный образец излучения. ДК 4 также может быть оснащена компактными спектрометрами (на чертеже не показано). Мишенный узел (на чертеже не показано) представляет собой диафрагму и состоит из стойки- держателя с микрометрическими винтами юстировки для установки и фиксации сменных образцов биологических объектов и имитатора мишени (для юстировки) в виде квадратной пластины с центральным отверстием с диаметром, обеспечивающим достаточно однородное распределение интенсивности излучения по радиусу отверстия, и вставляемой в вертикальные пазы узла. Во время экспериментов с биологическими объектами имитатор мишени заменяется на образец биологического объекта, представляющий собой, например, переносную герметичную кассету, состоящую из двух прозрачных для излучения, но не пропускающих воздух пленок, между которыми помещается биоструктура в питательной среде, освещаемая через центральное отверстие в сжимающих пластинах.
СУ 3 выполнен с возможностью фокусировки излучения от МДИИ 1 на мишенный узел (на чертеже не показано) ДК 4. СУ 3 представляет собой гофрированную металлическую трубу, снабженную средствами регулировки (например, болты) угла трубы, и служит для грубой юстировки луча на мишенный узел (на чертеже не показано).
К боковому фланцу ДК 4 прикрепляется камера СМ 6. На верхнем фланце камеры СМ 6 монтируется турбомолекулярный насос (на чертеже не показано) с подключенным форвакуумным спиральным насосом (на чертеже не показано). СМ 6 включает освещающий и изображающий объективы, приемник излучения и держатель для сменного образца биологического объекта. Освещающий и изображающий объективы могут представлять собой Шварцшильдовские объективы. Объективы содержат зеркала, на поверхность которых нанесены многослойные покрытия, определяющие их спектральные характеристики. Объективы (или их составные части) являются сменными в зависимости от диапазона длин волн излучения при воздействии. Освещающий и изображающий объективы с фокусирующими элементами крепятся в вакуумной камере СМ 6 на платформе и имеют устройства для проведения юстировочных работ. Исследуемые объекты (образцы биологических объектов) крепятся к держателю, имеющему также юстировочные приспособления. Приемник излучения для визуализации и регистрации изображений мишеней (имитатора и образца) может представлять собой ПЗС камеру с люминофорным покрытием. Предусмотрена возможность проведения экспериментов по воздействию излучения на нанообъекты и визуализации результатов воздействия как в проходящем, так и отраженном свете в зависимости от расположения приемника излучения и использования прозрачной или непрозрачной подложки для сменного образца биологического объекта (например, кассеты).
ДК 4 и камера СМ 6 снабжены системами 17 и 18 откачки (СО) с насосами. СО 17 и 18 могут быть объединены в одну систему откачки.
ТК 2 и камера СМ 6 снабжены вакуумерами - системами 19 и 20 измерения давления (СИД), например, с помощью датчика Пирани с двухканальным контроллером.
Между камерой СМ 6 и ДК 4 может быть установлен шибер 21 (Ш), представляющий собой вакуумный узел для СО.
Управление комплексом может осуществляться в ручную или автоматически с помощью информационно-управляющей системы 22 (ИУС), включающей блоки управления питанием, газообеспечением, откачкой, контролем работы, а также блоком обработки полученных изображений и др. ИУС 22 может быть соединена с МДИИ 1, ДПИ 5, УДО 16, СМ 6, а также с другими датчиками и системами комплекса, имеющими возможность цифрового управления.
Заявляемый комплекс предлагается устанавливать в экранированной измерительной комнате с осциллографом.
Комплекс реализует следующий способ исследования биологических объектов.
Первоначально производят юстировку, центровку и фокусировку элементов комплекса. Для чего в мишенный узел ДК 4 устанавливают имитатор мишени (на чертеже не показано), направляют на него излучение видимого диапазона, например, от дополнительного источника излучения, например, светодиода (на чертеже не показано), установленного на оси МДИИ 1, например, с выхода КЭН 13, при необходимости регулируют с помощью юстировочных винтов (на чертеже не показано) на держателе мишенного узла (на чертеже не показано) положение имитатора мишени (на чертеже не показано) так, чтобы излучение попало в его центр. Затем переносят имитатор мишени (на чертеже не показано) в держатель СМ 6, а на его место в ДК 4 устанавливают поворотное зеркало (на чертеже не показано), при необходимости регулируют с помощью юстировочных винтов (на чертеже не показано) на держателе мишенного узла (на чертеже не показано) положение поворотного зеркала (на чертеже не показано) и на держателе СМ 6 положение имитатора мишени (на чертеже не показано) так, чтобы излучение попало в центр имитатора мишени (на чертеже не показано). Фокусировку осуществляют путем пространственного перемещения объективов СМ 6. Во время экспериментов с биологическими объектами имитатор мишени (на чертеже не показано) заменяют на образец (на чертеже не показано) биологического объекта. Затем осуществляют генерацию выбранной длины волны излучения с помощью МДИИ 1 , направляют его на исследуемый образец (на чертеже не показано) биологического объекта, фиксируют с помощью ДПИ 5 отраженное и/или прошедшее через него излучение и определяют дозу поглощенного излучения. Переносят исследуемый образец (на чертеже не показано) биологического объекта в камеру СМ 6, закрепляют в держателе между объективами. В ДК 4 устанавливают поворотное зеркало (на чертеже не показано). Далее изменяют длину волны излучения МДИИ 1 на оптимальную для получения наилучшего пространственного разрешения, облучают ей образец, визуализируют с помощью объективов СМ 6 и регистрируют с помощью ПЗС камеры. При необходимости корректируют дозу излучения. На основании полученных данных делают выводы о произошедших изменениях в биологическом объекте в зависимости от параметров излучения, которым на него воздействовали.
Пример применения заявляемого комплекса.
В начале работы лепесток импульсного клапана впритирку перекрывает входное отверстие диаметром 1-2 мм (сменное) УДО 16, т.е. клапан закрыт. В это время следует тракт откачать (СО 17 и 18) до высокого давления 10-4 Торр, измеряя давление вакуумным датчиком Пирани с контроллером (СИД 19, 20). КЭН 13 и ТК 2 откачать до предельного форвакуума 102 Торр, замеряя давление.
Затем напустить газ в ТК 2 и, следовательно, в КЭН 13 до нужного давления в диапазоне 10"2- 1000 Торр с регистрацией вакуумным автономным датчиком Пирани.
Напустить аргон в линейные коммутаторы на входе ДФЛ (на чертеже не показано) до давления ~3,5 атм. в зависимости от напряжения заряда ДФЛ 60-90 кВ, замерять давление стрелочным манометром.
Напустить аргон в обострители 8 и 9 до давления ~ 1 атм. Зарядить ДФЛ (на чертеже не показано) до заданного рабочего значения по показаниям индикатора (например, табло) источника SL-40 KV-150 Wt и тиратронный генератор на приборе ТПИ1-10 кА/50 до оптимального значения по показаниям источника питания тиратронного генератора (ИП-40 kV-15Wt).
Запустить импульсный клапан с помощью синхронизатора в составе ИУС 22, освободив входное отверстие УДО 16 для прохода излучения в тракт транспортировки к нанообъектам. Через 5 сек запустить генератор запускающих импульсов. Перекрыть входное отверстие У ДО 16 для избегания слишком большого поступления газа в тракт (режим одиночных импульсов).
Поступивший в узел газ постепенно заполняет ячейки У ДО 16, и пока он практически не выйдет в тракт, можно осуществить пачечный режим работы с ограниченным числом импульсов в цуге с частотой повторения в доли Гц и числе импульсов в цуге.
Подобным образом можно провести фундаментальные исследования процессов воздействия излучения в различных диапазонах спектра, поместив мишенный узел со сменным образцом биологического объекта в ДК 4.
Для визуализации результатов воздействия образец биологического объекта следует переместить в камеру СМ 6, заменив его на узел с поворотным зеркалом, и включить ПЗС камеру для получения изображения биологического объекта.
Таким образом, заявляемый комплекс позволяет визуализировать не только сами биологические объекты, но и осуществлять воздействие на них с дальнейшим анализом результатов.
Список использованных источников
1. А.В. Мелешина, Е.И. Черкасова, М.В. Ширманова и др. Современные методы визуализации стволовых клеток in vivo (обзор). СТМ, 2015, т.7, Х° 4. с. 174-188.
2. David Attwood. Nanotomography comes of age. Nature, 2006, v.442, p.642.
3. Anne Sakdinawat and David Attwood. Nanoscale X-ray imaging. Nature Photonics. 2010, v.4, p. 840-8.
4. Weilun Chao, Bruce D. Harteneck, J. Alexander Liddle, Erik H. Anderson and David T. Attwood. Soft X-ray microscopy at a spatial resolution better than 15 nm. Letters Nature, 2005, v.435, 30 June 2005, p. 1210-1213.
5. J.J. Rocca. Table-top soft x-ray lasers. Review of Scientific Instruments. Review article. 1999, v.70, » 10, p. 3799-3825.
6. Fernando Brizuela, Courtney A. Brewer, Przemyslaw Wachulak, Dale H. Martz, Weilun Chao, Erik H. Anderson, David T. Attwood, Alexander V.C Vinogradov, Igor A. Artyukov, Alexander G. Ponomareko, Valeriy V. Kondratenko, Mario C. Marconi, Jorge J. Rocca, Carmen S. Menoni. Single-laser-shot extreme ultraviolet imaging of nanostructures with wavelength resolution. Opt. Letters, 2008, v.33, p.518-520.
7. И.А. Артюков, Б.Р. Бенвер, А.В. Виноградов, Ю.С. Касьянов, В.В. Кондратенко, К.Д. Мачетто, А. Озолс, Х.Х. Рокка, Х.Л. Чилла. Фокусировка пучка компактного импульсно-периодического рентгеновского лазера для изучения взаимодействия излучения с металлическими мишенями и рентгеновской рефлектометрии. Квантовая Электроника, 2000, 30, 328.
8. I.A. Artyukov, R.M. Feschenko, A.V. Vinogradov, Ye.A., Ye.A. Bugayev, O.Y. Devizenko, V.V. Kondratenko, Yu.S. Kasyanov, T. Hatano, M. Yamamoto, S.V. Saveliev. Soft X-ray imaging of thick carbon-based materials using the normal incidence multilayer optics. Micron, vol.41, Issue 7, October 2010, p. 722-728.
9. T. Parkman, M.E. Nawaz, M. Nevrkla, M. Vrbova, A. A. Jancarek. Water-window based on nitrogen plasma capillary discharge source. Report on 2015 International Workshop on EUV -ray sources. Dublin, Ireland, Nov. 9-11, 2015.
10. B.A. Бурцев, П.Н. Аруев, Е.П. Большаков, В.В. Забродский, Н.В. Калинин, В.А. Кубасов, В.И. Чернобровин. Мягкое рентгеновское излучение малоиндуктивного капиллярного разряда. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Электрофизическая аппаратура. 2010, N° 5(31), с. 251-264.
11. В.А. Бурцев, В.В. Забродский, Н.В. Калинин (ФТИ РАН), Е.П. Большаков (ИИЭФА). Источники электромагнитного излучения на основе малоиндуктивного протяженного z- разряда ЖТФ, 2013, том 83, вып.2, с. 43-51.
12. V.A. Burtsev, N.V. Kalinin, S.A. Vaganov. Multi-range sources of electromagnetic radiation, based on a lowductive extended z- discharge. American Journal of Modem Physics, 2013, v. 2(3), p.l 17-123.
13. Vladimir Burtsev, Nikolay Kalinin, Sergey Vaganov. Low inductive extended z- discharge as a manyrange source of radiations. Journal of Advances in physics.2015, Vol.l 1, No 2, pp. 3023- 3034.
14. И.А. Артюков, ПА.В. Виноградов, H. Л. Попов. О рентгеновском контрасте биологической наномикроскопии. Квантовая электроника, 2017, т.47, а 11, с. 1041- 1045.

Claims

Формула изобретения
1. Комплекс для исследования биологических объектов, включающий многодиапазонный источник излучения, соединенный через технологическую камеру и сильфонный узел с диагностической камерой, к которой подсоединены датчик прошедшего излучения и субмикроскоп, причем, многодиапазонный источник излучения включает генератор высоковольтных импульсов с двумя формирующими двойными искусственными линиями, не менее двух обострителей, по меньшей мере одну передающую коаксиальную линию, конусную согласующую линию, капиллярную электроразрядную нагрузку, технологическая камера включает узел дифференциальной откачки с импульсным газовым клапаном, диагностическая камера включает мишенный узел для установки в нем с возможностью снятия сменного образца биологического объекта, сильфонный узел выполнен с возможностью фокусировки излучения от многодиапазонного источника излучения на мишенный узел диагностической камеры, при этом датчик прошедшего излучения содержит приемник излучения и расположен относительно мишенного узла таким образом, чтобы регистрировать падающее и/или прошедшее через мишенный узел излучение, а субмикроскоп включает освещающий и изображающий объективы, приемник излучения и держатель для сменного образца биологического объекта.
2. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что применены накопительные формирующие двойные искусственные линии.
3. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что применены многозвенные формирующие двойные искусственные линии.
4. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что передающие коаксиальные линии разделены обострите л ем.
5. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в качестве обострителя применен газовый кольцевой обостритель.
6. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в качестве обострителя применен газовый цилиндрический обостритель.
7. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что мишенный узел представляет собой диафрагму и состоит из стойки-держателя для сменного образца биологического объекта.
8. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что освещающий и изображающий объективы представляют собой Шварцшильдовские объективы с многослойным покрытием.
PCT/RU2020/000185 2019-04-11 2020-04-03 Комплекс для исследования биологических объектов WO2020209758A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20787919.8A EP3954284A4 (en) 2019-04-11 2020-04-03 SYSTEM FOR INVESTIGATION OF BIOLOGICAL OBJECTS

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019111042 2019-04-11
RU2019111042A RU2710049C1 (ru) 2019-04-11 2019-04-11 Комплекс для воздействия облучением и визуализации биологических клеток

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020209758A1 true WO2020209758A1 (ru) 2020-10-15

Family

ID=69022731

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2020/000185 WO2020209758A1 (ru) 2019-04-11 2020-04-03 Комплекс для исследования биологических объектов

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3954284A4 (ru)
RU (1) RU2710049C1 (ru)
WO (1) WO2020209758A1 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2739062C1 (ru) * 2020-07-16 2020-12-21 Общество с ограниченной ответственностью «Лаборатория имени Владимира Анатольевича Бурцева» Генератор высоковольтных импульсов

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050171433A1 (en) * 2004-01-08 2005-08-04 Boppart Stephen A. Multi-functional plasmon-resonant contrast agents for optical coherence tomography
RU102511U1 (ru) * 2010-06-02 2011-03-10 Лариса Владимировна Ильина Многодиапазонный генератор-формирователь импульсных последовательностей медико-биологического назначения
US20160120016A1 (en) * 2013-06-14 2016-04-28 The Curators Of The University Of Missouri Low-power, compact piezoelectric particle emission

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2247453C1 (ru) * 2003-06-24 2005-02-27 Федеральное государственное унитарное предприятие научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Ефремова Многоканальный рельсовый разрядник

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050171433A1 (en) * 2004-01-08 2005-08-04 Boppart Stephen A. Multi-functional plasmon-resonant contrast agents for optical coherence tomography
RU102511U1 (ru) * 2010-06-02 2011-03-10 Лариса Владимировна Ильина Многодиапазонный генератор-формирователь импульсных последовательностей медико-биологического назначения
US20160120016A1 (en) * 2013-06-14 2016-04-28 The Curators Of The University Of Missouri Low-power, compact piezoelectric particle emission

Non-Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A.V. MELESHINAE.I. CHERKASOVAM.V. SHIRMANOVA ET AL.: "Modern Techniques for stem Cells in vivo Imaging (Review", SOVREMENNYE TEHNOLOGII V MEDICINE [MODERN TECHNOLOGIES IN MEDICINE, vol. 7, no. 4, 2015, pages 174 - 188
ANNE SAKDINAWATDAVID ATTWOOD: "Nanoscale X-ray imaging", NATURE PHOTONICS, vol. 4, 2010, pages 840 - 8
DAVID ATTWOOD: "Nanotomography comes of age", NATURE, vol. 442, 2006, pages 642
FERNANDO BRIZUELA ET AL.: "Single- laser -shot extreme ultraviolet imaging of nanostructures with wavelength resolution", OPT. LETTERS, vol. 33, 2008, pages 518 - 520, XP001511925, DOI: 10.1364/OL.33.000518 *
FERNANDO BRIZUELACOURTNEY A. BREWERPRZEMYSLAW WACHULAKDALE H. MARTZWEILUN CHAOERIK H. ANDERSONDAVID T. ATTWOODALEXANDER V.C VINOGR: "Single-laser-shot extreme ultraviolet imaging of nanostructures with wavelength resolution", OPT. LETTERS, vol. 33, 2008, pages 518 - 520, XP001511925, DOI: 10.1364/OL.33.000518
I.A. ARTYUKOVA.V. VINOGRADOVN.L. POPOV: "On contrast of biological X-ray nanomicroscopy", KVANTOVAYA ELEKTRONIKA [QUANTUM ELECTRONICS, vol. 47, no. 11, 2017, pages 1041 - 1045
I.A. ARTYUKOVB.R. BENWAREA.V. VINOGRADOVYU.S. KAS'YANOVV.V. KONDRATENKOK.D. MACCHETTOA. OZOLSJ.J. ROCCAJ.L.A. CHILLA: "Focusing of the beam of a compact, repetitively pulsed X-ray laser for studying the interaction of radiation with metallic targets and X-ray reflectometry", KVANTOVAYA ELEKTRONIKA [QUANTUM ELECTRONICS, vol. 30, 2000, pages 328, XP000954445, DOI: 10.1070/QE2000v030n04ABEH001707
I.A. ARTYUKOVR.M. FESCHENKOA.V. VINOGRADOVYE.A., YE.A. BUGAYEVO.Y. DEVIZENKOV.V. KONDRATENKOYU.S. KASYANOVT. HATANOM. YAMAMOTOS.V.: "Soft X-ray imaging of thick carbon-based materials using the normal incidence multilayer optics", MICRON, vol. 41, no. 7, October 2010 (2010-10-01), pages 722 - 728, XP027230382
J.J. ROCCA: "Table-top soft X-ray lasers", REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS, vol. 70, no. 10, 1999, pages 3799 - 3825, XP012037105, DOI: 10.1063/1.1150041
T. PARKMANM.E. NAWAZM. NEVRKLAM. VRBOVAA. A. JANCAREK: "Water-window based on nitrogen plasma capillary discharge source", REPORT ON 2015 INTERNATIONAL WORKSHOP ON EUV -RAY SOURCES, 9 November 2015 (2015-11-09)
V.A. BURTSEVN.V. KALININS.A. VAGANOV: "Multi-range sources of electromagnetic radiation based on a low-inductive extended z-discharge", AMERICAN JOURNAL OF MODERN PHYSICS, vol. 2, no. 3, 2013, pages 117 - 123
V.A. BURTSEVP.N. ARUEVE.P. BOLSHAKOVV.V. ZABRODSKIYN.V. KALININV.A. KUBASOVV.I. CHERNOBROVIN: "Soft X-ray radiation of low-inductive capillary discharge. Voprosy atmnoi nauki i tehniki. Seriya ''Elektrofizicheskaja apparatura", PROBLEMS OF NUCLEAR SCIENCE AND TECHNICS. SERIES ''ELECTROPHYSICAL APPARATUS, vol. 31, no. 5, 2010, pages 251 - 264
V.A. BURTSEVV.V. ZABRODSKIYN.V. KALININE.P. BOLSHAKOV: "Electromagnetic radiation sources based on a low-inductive extended z-discharge", ZHURNAL TEHNICHESKOI FIZIKI [THE JOURNAL OF TECHNICAL PHYSICS, vol. 83, no. 2, pages 43 - 51
VLADIMIR BURTSEVNIKOLAY KALININSERGEY VAGANOV: "Low inductive extended z-discharge as a manyrange source of radiations", JOURNAL OF ADVANCES IN PHYSICS, vol. 1 1, no. 2, 2015, pages 3023 - 3034
WEILUN CHAOBRUCE D. HARTENECKJ. ALEXANDER LIDDLEERIK H. ANDERSONDAVID T. ATTWOOD: "Soft X-ray microscopy at a spatial resolution better than 15 nm", LETTERS NATURE, vol. 435, 30 June 2005 (2005-06-30), pages 1210 - 1213

Also Published As

Publication number Publication date
EP3954284A1 (en) 2022-02-16
RU2710049C1 (ru) 2019-12-24
EP3954284A4 (en) 2022-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Korobkin et al. Self-focusing effects associated with laser-induced air breakdown
US6163590A (en) High resolution x-ray imaging of very small objects
Hussain et al. Plasma focus as a possible x-ray source for radiography
CN103077875B (zh) 一种强流小焦斑长寿命真空二极管
Pavez et al. Demonstration of X-ray emission from an ultraminiature pinch plasma focus discharge operating at 0.1 J nanofocus
RU2710049C1 (ru) Комплекс для воздействия облучением и визуализации биологических клеток
JP2001503866A (ja) 調整可能なｘ線源としての球形静電慣性閉じ込め装置
CN206450837U (zh) 一种利用单质子径迹成像的中子能谱测量装置
Toncian et al. Properties of a plasma-based laser-triggered micro-lens
Burrows et al. Studies of nuclear collisions involving 8 MeV deuterons by the photographic method I. The experimental method
Amdur et al. The Scattering of High Velocity Neutral Particles. I
Torrisi Non-equilibrium plasma produced by intense pulse lasers and relative diagnostics
Kalaiselvi et al. X-ray lithography of SU8 photoresist using fast miniature plasma focus device and its characterization using FTIR spectroscopy
Fomenkov et al. Optimization of a dense plasma focus device as a light source for EUV lithography
Jeff et al. A quantum gas jet for non-invasive beam profile measurement
Ichimura et al. Possibility and current status of absolute XHV measurement by laser ionization
Pavez et al. Potentiality of a table top plasma focus as X-ray source: Radiographic applications
Wachulak Nanometer-Scale and Low-Density Imaging with Extreme Ultraviolet and Soft X-ray Radiation
Hong et al. Compact Z-pinch radiation source dedicated to broadband absorption measurements
Ngoi et al. Ion beam measurements of a dense plasma focus device using CR 39 nuclear track detectors
Neff et al. A plasma focus as radiation source for a laboratory x-ray microscope
El-Aragi Neutron and ion beams emitted from plasma focus (112.5 J) device
Holzer et al. A Quantum Gas Jet for Non-Invasive Beam Profile Measurement
RU2520940C2 (ru) Устройство для мониторинга параметров пучка ионов
Lyman et al. Biomedical research facilities and dosimetry

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: 20787919

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020787919

Country of ref document: EP

Effective date: 20211111