Устройство для электрооптического анализа суспензии клеток

 

Изобретение относится к аналитическим методам анализа клеток, к устройствам для электрооптического анализа суспензии клеток. Цель изобретения повышение точности и чувствительности анализа. Устройство содержит электрооптическую ячейку 1, емкости 2 и 3 для суспензии и отходов, источники света 4 и 14, фотоприемник 5, счетчики импульсов 7 и 17, генератор 8. В ячейке размещены электроды 10 13 для создания в ней электромагнитного поля, соединенные с усилителем сигналов 25, четырехканальным фазовым манипулятором 24, коммутатором сигналов, генератором 8, блоком управления 19 и микропроцессором 20. Световые потоки проходят от источников 4 и 14 через ячейку и, отражаясь от зеркал 15 и 16, попадают в фотоприемник 5 при одновременном наложении электромагнитного поля на клетки в ячейке 1, при этом происходит считывание сигналов и их регистрация в микропроцессоре 20, который через общую шину 32 соединен с источником света 4 и 14, счетчиками 7 и 17, усилителем 25 и генератором 8. Устройство позволяет решать задачи контроля морфометрических параметров и физиологического состояния культур клеток. 3 ил.

Изобретение относится к аналитическим методам исследования морфометрических параметров и физиологического состояния клеток в суспензии по частотной зависимости величины их анизотропии поляризуемости, к устройствам для электрооптического анализа суспензии клеток. Целью изобретения является повышение точности и чувствительности анализа. На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 электрооптическая ячейка в изометрии; на фиг. 3 разрез А-А на фиг. 2. Устройство для электрооптического анализа суспензии клеток содержит электрооптическую ячейку 1 для исследуемой суспензии, сообщенную с емкостями 2 и 3 для хранения исследуемого образца и сбора отходов соответственно, источник света 4 и последовательно соединенные в электрическую цепь фотоприемник 5, преобразователь 6 напряжения в частоту, первый счетчик 7 электрических импульсов и генератор 8 гармонического напряжения. Электрооптическая ячейка 1 выполнена в виде куба со светопрозрачными стенками 9 и снабжена четырьмя электродами 10, 11, 12 и 13 в виде стрежней, служащих для создания электромагнитного поля в ячейке 1, установленными вертикально по углам ячейки на одинаковом расстоянии от ее вертикальной оси. Устройство также содержит дополнительный источник света 14 и два зеркала 15 и 16, служащие для сведения световых потоков от источника света 4 и 14 к фотоприемнику 5, второй счетчик импульсов 17, подключенный к выходу 18 преобразователя напряжения параллельно первому счетчику 7, блок управления 19 с микропроцессором 20, связанные с входами 21 и 22 счетчиков 7 и 17, соединенные с генератором 8 гармонического напряжения в последовательную электрическую цепь коммутатор сигналов 23, четырехканальный фазовый манипулятор 24 и ускоритель сигналов 25, последний из которых подключен к отдельным проводникам 26, 27, 28 и 29 к каждому из электродов 10, 11, 12 и 13 ячейки соответственно. Блок управления 19 соединен с входом 30 коммутатора 23 и входом 31 фазового манипулятора 24, а выход микропроцессора 20 связан через общую шину 32 с источником света 4 и 14, счетчиками 7 и 17, генератором 8 и усилителем 25. Кроме того, блок управления 19 имеет электрическую связь с источниками света 4 и 14 с помощью проводников 33 и 34. Ячейка 1 снабжена патрубками 35 и 36 для подвода исследуемой суспензии и сбора отходов соответственно, сообщенными с емкостями 2 и 3. Устройство работает следующим образом. Полость электрооптической ячейки 1 заполняется клеточной суспензией из емкости 2 для хранения образца и после завершения измерений сливается в емкость 3 для сбора отходов. Световые потоки от импульсных источников света 4 и 14 попеременно в течение полупериодов частоты модуляции проходят через светопрозрачные стенки 9 ячейки 1 и сводятся на фотоприемнике 5 с помощью зеркал 15 и 16. С выхода фотоприемника 5 электрическое напряжение, пропорциональное интенсивности световых потоков, поступает на вход преобразователя 6 напряжения в частоту. Последовательность импульсов переменной частоты с выхода преобразователя 6 напряжения в частоту подается на счетные входы счетчиков 7 и 17, которые осуществляют счет импульсов синхронно с работой источников света 4 и 14 по управляющим сигналам от блока управления 19. Двоичные коды на информационных выходах счетчиков 7 и 17, соответствующие количеству подсчитанных импульсов, поступают на общую шину 32 микропроцессора 20. Установка заданной интенсивности света на входе фотоприемника 5 производится подачей с общей шины 32 микропроцессора 20 двоичных кодов на информационные входы источников света 4 и 14. Конечным регистрируемым сигналом является изменение оптических свойств суспензии после воздействия на нее радиоимпульса электрического поля заданной частоты заполнения. Изменение свойств связано с ориентацией клеток и обусловлено изменением характера их светорассеяния. Степень ориентации зависит от напряженности электрического поля и электрических параметров клеточных структур. По стационарной величине экспериментального сигнала, измеренного на ряде частот электрического поля, рассчитывается функция частотной дисперсии анизотропии поляризуемости. Вид полученной функциональной зависимости определяется электрическими свойствами и размерами отдельных структур клеток. Это позволяет идентифицировать изменения физиологического состояния клеток, сопряженные с изменением электрических свойств и размеров структур. Например, нарушение регуляторной функции цитоплазматической мембраны определяется по появлению пассивной диффузии ионов и изменению электропроводности цитоплазмы. Контроль указанного параметра позволяет оценить степень повреждения клеток в процессах культивирования, сушки, нормализации и хранения биопрепаратов. Анализ формы кривой изменения оптических свойств суспензии при переходе клеток из ориентированного в дезориентированное состояние обеспечивает восстановление функции распределения размеров клеток. Точность решения обратных задач оценки физиологического состояния и восстановления распределения размеров клеток определяется точностью измерения изменений оптической плотности и особенностями формирования электрического ориентирующего поля. Формирование радиоимпульсов с заданной частотой заполнения и длительностью осуществляется генератором 8 и коммутатором 23 по управляющему сигналу от блока управления 19, сформированного по команде от микропроцессора 20. Управление частотой генератора 8 производится подачей на его информационные входы управляющих кодов с общей шины 32 микропроцессора 20, а длительность радиоимпульсов задается коммутатором 23 при подаче управляющего сигнала от блока управления 19. Радиоимпульсы подаются на вход четырехканального фазового манипулятора 24, который образует четыре напряжения с различными фазами частоты заполнения. Разность фаз между его выходами I и II, III и IV фазового манипулятора 24 постоянно равна 180^о. Через каждый полупериод частоты модуляции электрического поля на выходах III и IV фаза одновременно меняется на 180^о по управляющему сигналу от блока управления 19. С выходов фазового манипулятора 24, гармонические напряжения с созданной разностью фаз через усилитель 25 поступают на электроды 10-13 электрооптической ячейки 1 в случае четырехэлектродной системы. Коммутация фазы в фазовом манипуляторе 24 в обоих случаях вызывает поворот на 90^о вектора электрического поля в электрооптической ячейке 1 и изменение на 90^о направления преобладающей ориентации клеток. Прохождение через суспензию взаимно перпендикулярных световых потоков от источников света 4 и 14 и подача на электродную систему электрооптической ячейки 1 электрического напряжения с выходов усилителя 25 сопровождается двумя эффектами. В канале, где направление падения света в электрооптической ячейке 1 параллельно вектору электрического поля, происходит уменьшение коэффициента пропускания света. В то же время в другом канале, где вектор электрического поля ортогонален направлению светового потока, происходит увеличение коэффициента пропускания света. Разностный сигнал, образованный за счет модуляции света в источниках света 4 и 14, обусловлен накоплением различного числа импульсов в счетчиках 7 и 17 и выделяется микропроцессором 20. Повышение точности определения физиологического состояния клеток и их морфометрических параметров осуществляется в предложенном устройстве за счет уменьшения шума и увеличения измеряемой величины анизотропии поляризуемости, пропорциональной изменению коэффициента пропускания суспензии при ориентации клеток. Снижение шума происходит за счет исключения шумовых компонент, которые в равной степени проявляются при ортогональном прохождении света через электрооптическую ячейку 1 квадратного сечения с равными оптическими путями и взаимокомпенсируются в разностном сигнале. Исключаются шумы, вызванные седиментацией клеток, флуктуациями плотности суспензии и коррелированными низкочастотными составляющими шума фотоприемника 5. Двукратное увеличение сигнала достигается за счет изменения направления ориентации клеток при изменении фазовых соотношений на выходах I-IV фазового манипулятора 24. Реализация предложенной совокупности узлов и связей обеспечивает увеличение отношения сигнал/шум, что позволяет повысить точность решения обратных задач оценки физиологического состояния и восстановления распределения размеров при контроле процессов культивирования, концентрирования, сушки и хранения биопрепаратов.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА СУСПЕНЗИИ КЛЕТОК, содержащее электрооптическую ячейку для исследуемой суспензии, сообщенную с емкостями для хранения исследуемого образца и сбора отходов, источник света и последовательно соединенные в электрическую цепь фотоприемник, преобразователь напряжения в частоту, первый счетчик электрических импульсов и генератор гармонического напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и чувствительности анализа, электрооптическая ячейка выполнена в виде куба со светопрозрачными стенками и снабжена четырьмя электродами в виде стержней для создания электромагнитного поля в ячейке, установленными вертикально по углам ячейки на одинаковом расстоянии от ее вертикальной оси, при этом устройство содержит дополнительный источник света и два зеркала, служащие для сведения световых потоков от источников света к фотоприемнику, второй счетчик импульсов, подключенный к выходу преобразователя напряжения параллельно первому счетчику, блок управления с микропроцессором, связанные с входами счетчиков, соединенные с генератором гармонического напряжения в последовательную электрическую цепь коммутатор сигналов, четырехканальный фазовый манипулятор и усилитель сигналов, последний из которых подключен отдельными проводниками к каждому из электродов ячейки, причем блок управления соединен с входом коммутатора и входом фазового манипулятора, а выход микропроцессора связан через общую шину с источником света, счетчиками импульсов, генератором и усилителем.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 14-2002

Извещение опубликовано: 20.05.2002        

---