Устройство для обнаружения биологических агентов и химических веществ

 

Изобретение относится к медицинской и ветеринарной диагностической технике и может быть использовано для неинвазивного экспресс-определения присутствия в исследуемом объекте какого-либо биологического агента (вируса, бактерии и т.д.) или химического вещества, например наркотика или алкоголя. Устройство включает источник питания, активный электрод и опорный электрод, блок анализа измеряемого тока, блок управления, базу данных из ячеек для записи информации, каждая из которых соответствует спектральной характеристике электромагнитного излучения определенного химического вещества или биологического агента, и коммутатор подключения ячеек. Источник питания выполнен с возможностью формирования переменного или постоянного тока в цепи. Блок анализа измеряемого тока и блок управления выполнены в виде единого блока. Единый блок соединен с активным электродом, источником питания и с коммутатором базы данных. Опорный электрод соединен с источником питания. Выход коммутатора подключения ячеек соединен с опорным электродом. Единый блок может представлять собой программированный микроконтроллер, или программируемый микропроцессор, или программируемую логическую интегральную схему. Устройство позволяет обеспечить непрерывность анализа, компактность и быстродействие устройства при расширении его функциональных возможностей. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к медицинской и ветеринарной диагностической технике и может быть использовано для неинвазивного экспресс-определения присутствия в исследуемом объекте, преимущественно в организме человека или животного, какого-либо биологического агента (вируса, бактерии и т.д.), или химического вещества, например наркотика или алкоголя.

Известно устройство для неинвазивной экспресс-диагностики, содержащее источник питания, измерительный блок и электроды с соединителем для подключения тестирующих элементов, выполненных в виде микрорезонансных контуров (авт. св. SU №1600696, 1990). В известном устройстве источник питания выполнен со стабилизатором тока, а измерительный блок - в виде измерителя электропроводности, подключенного к сигнальным выходам стабилизатора.

Недостатком известного устройства является значительная продолжительность во времени процесса диагностики, что сопряжено с необходимостью определения оптимальных точек акупунктуры на исследуемом объекте, и низкая точность диагностики вследствие воздействия внешних полей на точки акупунктуры.

Известно также устройство для неинвазивной экспресс-диагностики, содержащее электроды, источник, измеритель и блок управления, подключенный к входу блока электронного коммутатора, соединенного с базой данных (патент SU №1787016, 1993). В этом устройстве база данных представляет собой набор микрорезонансных контуров, каждый из которых выполнен в виде легкоплавкого вещества, соответствующего определенному медикаментозному препарату. При эксплуатации устройства происходит подключение различных микрорезонансных контуров к точкам акупунктуры пациента.

Недостатком известного устройства является низкая скорость процесса проведения неинвазивной диагностики, поскольку перед началом измерений приходится определять месторасположение точек акупунктуры на исследуемом объекте, и при этом используются вспомогательные блоки. Кроме того, известное устройство имеет низкую точность диагностики, обусловленную использованием микрорезонансного контура. Поэтому значительный круг различных вирусов, бактерий и других биологических агентов не может быть диагностирован при использовании известного устройства.

Наиболее близким к заявленному является устройство для неинвазивной экспресс-диагностики, содержащее базу данных с коммутатором, состоящую из ячеек с поляритонной структурой, соответствующей спектральной характеристике электромагнитного излучения определенного химического вещества или микроорганизма, и с возможностью подключения к контуру, содержащему последовательно соединенные первый электрод, блок анализа измеряемого тока, выполненный с возможностью временного хранения информации, источник питания и второй электрод, а также блок управления (обработки информации), который соединен с блоком анализа измеряемого тока и с коммутатором базы данных (патент RU №2190349, 2002).

Источник питания устройства пропускает опорное напряжение только в виде постоянного тока, что через несколько минут работы приводит к поляризации участков кожи, которых касаются электроды. При этом приходится прерывать анализ и менять участки контакта электродов.

Предлагаемое изобретение позволяет обеспечить непрерывность анализа, компактность и быстродействие устройства при расширении его функциональных возможностей.

Устройство для обнаружения микроорганизмов и химических веществ согласно изобретению включает источник питания, активный и опорный электроды, блок анализа измеряемого тока, блок управления и базу данных из ячеек для записи информации, каждая из которых соответствует спектральной характеристике электромагнитного излучения определенного химического вещества или биологического агента (микроорганизма). Устройство также содержит коммутатор подключения ячеек. Источник питания выполнен с возможностью формирования переменного или постоянного тока в цепи. Блок анализа измеряемого тока и блок управления представляют собой единый блок, который соединен с активным электродом, источником питания и с коммутатором базы данных. Опорный электрод соединен с источником питания, а выход коммутатора подключения ячеек соединен с опорным электродом.

База данных из ячеек для записи и коммутатор подключения ячеек также могут быть встроены в единый блок анализа и управления. При этом единый блок может быть выполнен в виде программированного микроконтроллера, или программируемого микропроцессора, или программируемой логической интегральной схемы, которые совмещают функции анализа измеряемого тока, управления, базы данных из ячеек для записи информации и коммутатора подключения ячеек.

На чертеже приведена блок-схема заявленного устройства, которое содержит электроды, единый блок анализа измеряемого параметра тока и управления, базу данных, состоящую из ячеек для записи, каждая из которых соответствует спектральной характеристике электромагнитного излучения определенного вида биологического агента или химического вещества, снабженную коммутатором (не указан) и источник питания. Электроды находятся в контакте с исследуемым объектом. При подаче на объект электромагнитного излучения слабой мощности (электрического тока) в нем возбуждается волновой пакет спектрального состава, соответствующего особенности спектральным характеристикам всех объектов (А.А. Акаев, С.А. Майоров Оптические методы обработки информации. - М.: Высшая школа. 1988). При этом ток в цепи повторяет особенности спектральных характеристик объекта. В случае если источник питания формирует в цепи постоянный ток, один из электродов служит активным (измерительным), а второй - опорным электродом. При работе на переменном токе каждый из электродов выполняет указанные функции попеременно в соответствии с мгновенным направлением тока. В устройстве последовательно соединены первый электрод, единый блок анализа и управления и второй электрод, образующие вместе с исследуемым объектом контур тока. База данных через коммутатор соединена с контуром тока (предпочтительно непосредственно с единым блоком). Источник питания также соединен с контуром через единый блок. Сложение двух спектральных характеристик от источника и ячейки для записи дает биение в результате интерференции двух сигналов, близких по форме, что вызывает увеличение тока в цепи.

Источник питания желательно выполнять в виде источника регулируемого опорного напряжения, что позволяет устанавливать величину постоянного или переменного тока, пропускаемого через исследуемый объект, из условия обеспечения наилучшего информационного отклика. Единый блок анализа и управления выполнен с возможностью временного хранения информации об измеряемых параметрах и с возможностью обработки информации. Для подключения определенной ячейки из базы данных в контур тока служит быстродействующий электронный коммутатор (не показан).

Каждая ячейка для записи формируется путем предварительной регистрации соответствующей спектральной характеристики электромагнитного излучения определенного вида химического вещества или биологического агента и последующей определенной технологической обработки составляющих ячейку элементов. Ячейка для записи содержит, по крайней мере, два элемента, один из которых является изолятором, а другой - проводником. Такие структуры, обладающие различными типами проводимостей и различными параметрами кристаллической решетки, имеют на границе раздела напряженный слой с повышенным электрическим потенциалом, создающий барьер определенной формы (Тхорик Г.Т., Хазан А.И. Напряжения в гетероструктурах. - Киев: Университет, 1972). В этом слое велика вероятность возникновения фононной волны при пропускании тока через ячейку (X. Хаус Волны и поля в оптоэлектронике. - М.: Мир 1988). Ячейка может быть многослойной, что повышает точность информации за счет уменьшения шумов. Проводником в ячейке может служить серебро или алюминий. Ячейка для записи может быть выполнена из алюминия, зафиксированного на основе из монооксида кремния.

Ячейки для записи служат в устройстве своеобразными зондами, при помощи которых в исследуемом объекте, например в организме человека или животного, выявляется наличие определенного химического вещества или биологического агента. Ячейки для записи обладают малой инерционностью, что повышает быстродействие устройства.

Устройство работает следующим образом. Электроды размещают на исследуемом объекте в произвольных точках. От источника опорного напряжения на электроды подается напряжение и через исследуемый объект пропускают переменный или постоянный ток величиной 2-15 мкА, выбираемой из условия обеспечения наилучшего информационного отклика. После чего ток проходит через ячейку базы данных, меняя форму потенциального барьера на границе раздела слоев, что дает информацию о характеристиках электрического поля, создаваемого объектом. Известно, что подобную информацию можно регистрировать и обрабатывать (Обработка изображений и цифровая фильтрация. Под ред. X.Куанга. - М.: Мир 1979).

Единый блок после анализа входного сигнала формирует команду управления на электронный коммутатор базы данных, который подключает к контуру тока ячейку для записи, соответствующую определенному виду биологического агента или химического вещества, наличие которого требуется определить в исследуемом объекте. Из ячейки базы данных в контур тока поступает отклик, вид которого повторяет характер спектральной характеристики подключенной ячейки. При наличии в исследуемом объекте биологического агента или химического вещества, соответствующего подключенной ячейке, динамическая характеристика в результате интерференции сигналов вызовет увеличение тока, величина которого оцифровывается и проходит обработку по алгоритму работы блока. На основании соответствия между параметрами динамической характеристики структуры подключенной ячейки и изменением величины измеряемого тока диагностируют наличие в исследуемом объекте химического вещества или биологического агента, соответствующего подключенной ячейке.

Заявленное устройство обладает высокой скоростью проведения неинвазивной экспресс-диагностики. Наиболее эффективно его применение при диагностировании заболеваний в экстренной хирургии и интенсивной терапии, а также при обследовании больших контингентов людей или животных при минимальных затратах средств и времени.

Формула изобретения

1. Устройство для обнаружения биологических агентов и химических веществ, включающее источник питания, выполненный с возможностью формирования переменного или постоянного тока в цепи, активный электрод и опорный электрод, блок анализа измеряемого тока, блок управления, базу данных из ячеек для записи информации, каждая из которых соответствует спектральной характеристике электромагнитного излучения определенного химического вещества или биологического агента, и коммутатор подключения ячеек, отличающееся тем, что блок анализа измеряемого тока и блок управления представляют собой единый блок, в который также встроены база данных из ячеек для записи информации и коммутатор подключения ячеек, при этом единый блок соединен с активным электродом, источником питания и с коммутатором базы данных, опорный электрод соединен с источником питания, а выход коммутатора подключения ячеек соединен с опорным электродом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что единый блок представляет собой программированный микроконтроллер, или программируемый микропроцессор, или программируемую логическую интегральную схему, выполненные с возможностью осуществления функций анализа измеряемого тока, управления, базы данных из ячеек для записи информации и коммутатора подключения ячеек.

РИСУНКИРисунок 1

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 10.09.2010

Извещение опубликовано: 10.09.2010        БИ: 25/2010