Устройство для измерения интенсивности начальной фазы индуцированной хемилюминесцентной реакции

 

Изобретение относится к хемилюминесцентному анализу. Сущность изобретения: в устройство введен пиковый детектор. Фильтр низких частот имеет полосу пропускание 0 - 5 Гц. Динамический диапазон детектора и индикатора не уже, чем динамический диапазон предусилителя. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к исследованиям жидких биологических объектов физическими способами, в частности к измерению интенсивности индуцированных хемилюминесцентных (ХЛ) реакций, преимущественно крови и ее компонентов при биологических и медицинских исследованиях, например при диагностике кислородной интоксикации при гипербарической оксигенации.

Начальная фаза индуцированной ХЛ-реакции представляет собой быструю световую вспышку, амплитуда которой характеризует содержание гидроперекисей в исследуемой системе. Плохая воспроизводимость результатов измерений по интенсивности начальной фазы ХЛ-реакции объясняется, в основном, двумя главными причинами: отсутствием в большинстве случаев дозирующего устройства, вводящего индуцирующий pаеагент в систему, стандартизирующую точность дозировки и, главным образом, скорость его введения; быстродействием регистрирующей аппаратуры.

Известные способы измерения, реализованные в люминометрах, предусматривают преобразование интенсивности световой вспышки в электрический сигнал фотодатчиком и регистрацию амплитуды или подсчет числа импульсов за заданный промежуток времени [1]. При исследовании авторам изобретения зависимости воспроизводимости интенсивности начальной фазы ХЛ-реакции сыворотки крови от факторов "а" и "б" выяснено, что точность дозирования, обусловленная допустимой погрешностью применяемых традиционных методик, приводит не более как к 10% -ному разбросу значений интенсивности, а скорость введенимя индуцированого реагента влияет на воспроизводимость значений интенсивности, в худшем случае, на 20%. Фактор "б" определяет принципиальную возможность регистрации истинной величины интенсивности и при использовании аппаратуры без надлежащего выбора может привести к 50%-ной и большей погрешности. В этом случае определяющим является быстродействие измерительного тракта.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ измерения интенсивности индуцированной ХЛ-реакции, реализуемый в люминометре модели 1250 фирмы LKB, Швеция, принимаемый за прототип [2].

Люминометр содержит фотоприемное устройство (ФПУ), состоящее из последовательно соединенных фотодатчика, предусилителя с фильтром низких частот (ФНЧ) и индикатора, в качестве которого использован быстродействующий прецизионный самописец.

Световое излучение исследуемого образца, находящегося в прозрачной кювете, регистрируется фотодатчиком, преобразуется в электрический сигнал с амплитудой, пропорциональной интенсивности свечения, из которого фильтром низких частот выделяют составляющие до 2 Гц, регистрируемые быстродействующим самописцем, который предварительно установлен на предполагаемый диапазон напряжений. Так как значение интенсивности вспышки заранее точно неизвестно, возникают три ситуации: сигнал практически неразличим по кимограмме (чувствительность мала); сигнал различим (чувствительность оптимальна или близка к оптимальной; самописец зашкаливает (чувствительность слишком высока).

Таким образом, для получения достоверных результатов необходимо провести ряд повторных измерений, чтобы подобрать необходимую чувствительность самописца, что увеличивает количество расходуемого образца пробы и затрудняет получение кимограммы, отражающей кинетику реакции, особенно ее начальной (быстропротекающей фазы), а также исключает достоверный результат по единичной пробе.

Целью изобретения является повышение достоверности измерения интенсивности начальной фазы ХЛ-реакции, уменьшение количества расходуемой пробы, повышение скорости анализа и упрощение аппаратурной реализации.

Цель достигается тем, что в известном способе измерения интенсивности начальной фазы индуцированной хемилюминесцентной реакции, заключающемся в преобразовании световой вспышки в электрический сигнал, пропорциональный интенсивности свечения, в фотоприемнике и индикации максимального значения амплитуды сигнала, согласно изобретению, фиксируют в запоминающем устройстве максимальное значение амплитуды выходного сигнала фотоприемника в диапазоне частот 0-5 Гц и напряжений 1 мВ - 10 В.

Цель достигается также тем, что в известном устройстве для реализации способа измерения интенсивности начальной фазы индуцированной хемилюминесцентной реакции, содержащем фотоприемник, состоящий из последовательно соединенных фотодатчика, предусилителя с фильтром низких частот и индикатора, согласно изобретению, он содержит дополнительно пиковый детектор, включенный между выходом фотоприемника и входом индикатора, а в качестве индикатора использован цифровой вольтметр, имеющий динамический диапазон пикового детектора.

Другим отличием является выполнение фотоприемника и пикового детектора. Фотоприемник отличается тем, что фильтр низких частот выполнен однозвенным с частотой среза 5 Гц, а пиковый детектор содержит входной повторитель напряжения, соединенный через развязывающий резистор с блоком детектирования амплитуды, выход которого через коллекторно-эмиттерный переход транзистора подключен к запоминающему конденсатору, который соединен с входом развязывающего каскада, выход которого соединен с входом цифрового вольтметра, параллельно запоминающему конденсатору подключена цепь сброса напряжения.

Фиксация в запоминающем устройстве с широким (80 дБ) динамическим диапазоном максимального значения амплитуды выходного сигнала ФПУ, с таким же динамическим диапазоном позволяет отказаться от переключения пределов чувствительности регистрирующего тракта, что обеспечивает возможность достоверного измерения от единичной пробы, а нормирование частотного диапазона ФПУ до 5 Гц позволяет практически исключить аппаратурную погрешность измерения истинного значения интенсивности быстропротекающей фазы ХЛ-реакций, присущую всем известным люминометрам.

Эспериментальные исследования, проведенные автором настоящего изобретения на сериях проб компонентов крови, показали, что световая вспышка индуцированно ХЛ-реакции компонентов крови достигает максимального значения за время 400-200 мс, что требует полосы пропускания не менее 2,5-5 Гц. Использование полученного нового значения при разработке схемы люминометра позволило исключить при измерениях потерю информации о быстропротекающих процессах и тем самым повысить достоверность измерений интенсивности.

Так как полученные данные о длительности начальной фазы индуцированной ХЛ-реакции не описаны в литературе и не вытекают с очевидностью из известных знаний, заявленное техническое решение соответствует критериям "новизна" и "существенные отличия".

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, реализующего способ измерения начальной фазы индуцированной хемилюминесцентной реакции; на фиг. 2 приведена принципиальная схема фотоприемного устройства (ФПУ) с пиковым детектором (ПД).

Устройство содержит предусилитель 1, вход которого подключен непосредственно к фотодатчику, а выход - к входу ФНЧ 2 с полосой пропускания 0-5 Гц, соответствующей времени нарастания начальной фазы ХЛ-реакции до максимального значения. Выход ФНЧ 2 соединен с входом пикового детектора 3, выход которого подключен к цифровому вольтметру 4. Наличие выхода аналогового сигнала позволяет использовать устройство как известные люминометры, что делает его универсальным.

Принципиальная схема ФПУ с ПД (фиг. 2) содержит предусилитель на микросхеме А типа 140 УД8А, усиление и полоса частот которого определяются цепями R3, C2, R2, C1. Выход предусилителя подключен к ФНЧ 2-го порядка с частотой среза 5 Гц, выполненного на микросхеме А 2 типа 140 УД6, частотозадающие цепи образованы элементами R4, R5, C3, C4. Выход ФНЧ, являющийся аналоговым выходом ФПУ, соединен с ПД, на входе которого подключен повторитель напряжения А3 на микросхеме 140 УД6, соединенный через развязывающий резистор R8 с блоком детектирования сигнала А4 на микросхеме 140 УД 14 В, диоде VD 1.

Выход А4 соединен через коллекторно-эмиттерный переход транзистора vT1 с конденсатором С3 типа К76 П-1, который подключен к входу развязывающего каскада на микросхеме А5 типа 140 УД8А, выход которого соединен с входом цифрового вольтметра 4 (фиг. 4). Параллельно конденсатору С3 подключена цепь сброса S1.

Сигнал фотодатчика, пропорциональный интенсивности светового выхода ХЛ-реакции, усиливается каскадом предусилителя 1. Высокочастотные шумовые составляющие сигнала отфильтровываются ФНЧ, на входе которого формируется сигнал амплитудой до 10 v в диапазоне частот 0-5 Гц. Выходной сигнал ФПУ подается на вход ПД через повторитель напряжения А3, что исключает попадание на аналоговый выход ФПУ напряжения смещения с входа ПД в режиме хранения сигнала. С выхода повторителя напряжения А3 сигнал амплитудой до 10 v подается на вход детектора А4, VD и запоминается конденсатором С3 с малой утечкой. На выходе повторителя напряжения А5 хранится запомненное на конденсаторе С3 значение амплитуды входного сигнала ПД.

Время хранения сигнала составляет несколько минут, что достаточно для считывания показаний с цифрового вольтметра, имеющего динамический диапазон 10 мВ - 10 В.

Широкий динамический диапазон ФПУ и ПД обеспечивает регистрацию сигналов без подбора диапазона измерений путем регулирования чувствительности или переключения пределов, что гарантирует измерение интенсивности ХЛ-реакции по единичной пробе. Описанные схемы ФПУ и ПД использованы в изготовленном образце хемилюминотестера, который предназначен для экспресс-оценки интенсивности хемилюминесцентных реакций с относительно высоким световым выходом в химических и биологических системах при экспериментальных и клинических исследованиях. Основные технические данные: Детектор ФЭУ-37 Спектральный диапа- зон, нм 300-600 Чувствительность квант˙с^-1 10⁴-10⁸ Выходное напряжение, В 10^-3-10 Размер кюветы, мм 40 х 25 х 17 Объем пробы, мм 2,5-4,5 Питание:напряжение, В 220 частота, Гц 50
Потребляемая мощность, Вт 3,2
Габариты, мм 260 х 230 х 80
Масса, кг 4
Упрощение люминометра достигается за счет исключения дорогостоящего прецизионного самописца типа 2210 фирмы LKB. Достоинством заявленного люминометра является его низкая стоимость, портативность при использовании встроенного в корпус кюветного отделения темновой камеры, простота работы с прибором, не требующая квалифицированного оператора при новом качестве выполняемых измерений. Все это делает заявленный люминометр перспективным и доступным для широкого использования при медицинских и биологических исследованиях.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ НАЧАЛЬНОЙ ФАЗЫ ИНДУЦИРОВАННОЙ ХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНТНОЙ РЕАКЦИИ, включающее кювету с дозатором, оптически связанную с фотодатчиком, который через последовательно установленные предусилитель и фильтр низких частот подключен к индикатору, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, упрощения устройства и возможности экспресс-оценки интенсивности единичной пробы, в устройство дополнительно введен пиковый детектор, установленный между фильтром низких частот с полосой пропускания 0 - 5 Гц и индикатором, при этом в качестве индикатора использован цифровой вольтметр, а динамический диапазон пикового детектора и цифрового вольтметра не уже динамического диапазона предусилителя.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фильтр низких частот выполнен однозвенным с частотой среза 5 Гц.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пиковый детектор содержит дополнительный входной повторитель напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2