Способ и устройство для детектирования нанесения субстанции пробы

Группы изобретений касаются получения биополимерных полей для улучшения качества полученных в целях анализа биополимерных матриц. Способ детектирования нанесения субстанции пробы при создании биополимерных полей на поверхность носителя включает установку кончика аппликатора с наносимым биополимером в качестве жидкой пробы вблизи поверхности носителя с покрытием из токопроводящего материала, создание между ними напряжения около 5 В, нанесение жидкой пробы на поверхность носителя, определение наличия и контроль жидкостного контакта между кончиком аппликатора и токопроводящим материалом поверхности по поступлению обратного сигнала электрического тока между аппликатором и токопроводящим материалом поверхности носителя (3). Представлено также устройство для детектирования насенения жидкой пробы биополимера на поверхность носителя. Достигается повышение качества создаваемых биополимерных матриц в процессе их получения. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение касается способа получения биополимерных полей с контролем в режиме реального времени для улучшения качества полученных в целях анализа биополимерных матриц.

В настоящее время для получения биополимерных полей или биополимерных матриц применяются, в основном, два способа. При одном практиковавшемся до настоящего момента способе для нанесения минимальных количеств раствора биополимера на несущий материал минимальное количество раствора биополимера наносилось на носители в виде маленьких точек измерения с помощью техники струйной печати. Однако этот способ отличался неточностью аппликации из-за различной вязкости наносимых испытуемых растворов, а также пузырьков, иногда образующихся при использовании струйного принтера.

Другой способ нанесения биополимерных полей на поверхность носителя состоит в том, что мельчайшие количества жидкости анализируемых проб наносились на поверхность носителей с помощью писчего пера. Под писчими перьями в данном случае понимаются перья, применяемые, например, в авторучках. Для создания представляющих собой организованную структуру биополимерных матриц необходимо, чтобы между смоченными наносимой жидкой пробой пером или иглой и поверхностью носителя возникал хороший контакт, необходимый для передачи жидкости, так как иначе жидкость в каждом случае будет наноситься в недостаточном объеме.

Ошибки, которые иногда возникают при передаче жидких проб, часто обнаруживаются только после окончания процесса создания биополимерной матрицы или биополимерного поля на поверхности соответствующего носителя. Оставшиеся пробелы в структуре матрицы затрудняют процесс ее оценки в автоматическом режиме. Ожидание получения биополимера безупречного качества в данном случае является экономически неприемлемым.

Для контроля полноты созданных биополимерных полей на поверхности носителей до сих пор использовались видеокамеры, которые, однако, из-за своего размера занимают ценное пространство в миниатюрном окружении участка передачи. Кроме того, автоматическая обработка сигналов видеокамер требует значительных затрат.

Ввиду обусловленных уровнем техники недостатков в основе изобретения лежит задача обеспечить повышение качества создаваемых биополимерных полей уже в процессе их создания.

Поставленная задача решается предлагаемым способом детектирования нанесения субстанции пробы при создании биополимерных полей на поверхность носителя, включающим установку кончика аппликатора с наносимым биополимером в качестве субстанции пробы вблизи поверхности носителя с покрытием из токопроводящего материала, создание между ними напряжения около 5 В, нанесение субстанции пробы на поверхность носителя, определение наличия и контроль жидкостного контакта между кончиком аппликатора и токопроводящим материалом поверхности по поступлению обратного сигнала из электрического тока между аппликатором и токопроводящим материалом поверхности (4) носителя (3).

Преимуществом предлагаемого способа является то, что после включения напряжения за счет потока электрического тока между аппликатором и токопроводящим материалом может детектироваться жидкостный контакт.Так как находящаяся внутри аппликатора жидкость, благодаря буферным ионам, имеет электрическую проводимость, то анализируемая проба биополимера, наносимая на токопроводящий материал носителя, представляет собой жидкостный мостик, замыкающий электрическую цепь между покрытой токопроводящим материалом поверхностью носителя и аппликатором. Благодаря этому обеспечивается в высшей степени надежное детектирование нанесения достаточной для анализа пробы биополимера на носителе, так что с помощью соответственно генерированного и усиленного обратного сигнала при отсутствии жидкостного контакта на компьютер, управляющий аппликатором, поступает команда повторить процесс заправки или нанесения до поступления сигнала о имеющем место жидкостном контакте или, после нескольких безуспешных попыток, осуществляется соответствующая запись в протокол ошибок ЭВМ.

Согласно форме исполнения предлагаемого способа контроль жидкостного контакта проб и поверхности носителя осуществляется в режиме реального времени.

Наиболее выгодным образом обратный сигнал генерируется из детектированного потока электрического тока между аппликатором и проводящим материалом поверхности носителя. При этом в качестве жидкостного мостика между аппликатором и носителем лучше всего использовать жидкость самой пробы.

Для получения представительного и поддающегося обработке обратного сигнала поступающий от детектированного потока электрического тока сигнал усиливается с помощью усилителя, в частности высокоомного усилителя. Перед высокоомным усилителем может быть установлено добавочное сопротивление, например, 10 МОм.

Соответственно усиленный обратный сигнал может использоваться для автоматического запуска процесса нанесения путем подачи управляющего сигнала на аппликатор в том случае, если будет детектировано отсутствие тока и, следовательно, жидкостного мостика между аппликатором и поверхностью носителя.

Дальнейшим объектом настоящего изобретения является устройство для детектирования нанесения субстанции пробы на поверхность носителя, содержащее размещенный вблизи поверхности (4) носителя (3) с покрытием из токопроводящего материала (14) аппликатор (1) с наносимым биополимером в качестве субстанции пробы, источник напряжения (9), соединенный через добавочное сопротивление (5) и электрический проводник (2) с аппликатором (1) и контактом (6), пружиняще прилегающим к поверхности (4) носителя (3), при этом электрический проводник (2) и контакт (6) соединены со входом усилителя (7) через точки съема напряжения (15).

По сравнению с известным соответствующим уровню техники решением, при котором качество биополимерного поля контролируется с помощью видеокамер с последующей обработкой видеосигналов, устройство согласно изобретению представляет собой более простую и более надежную возможность контроля в режиме реального времени. Электрический проводник, взаимодействующий с электрическим контактом носителя, может выгодным образом помещаться в патрон капиллярной трубочки, служащей для подачи жидкой пробы, и вместе с электрическим контактом носителя простым способом подключаться к источнику напряжения.

Согласно предпочтительному признаку изобретения поверхность носителя может состоять из токопроводящей пластмассы, в то время как сам носитель изготовлен из более дешевого материала. Поверхность носителя может представлять собой металлический материал, например, в виде тонких металлических пластинок.

Носитель для проб можно также изготавливать из стекла или пластмассы и придать ему токопроводимость за счет нанесения на него токопроводящего материала. Используемый материал для выполнения покрытия на поверхность носителя, изготовленного из более дешевого материала, может представлять собой токопроводящий полимер. Токопроводящий материал может также состоять из металла или полупроводника. В качестве полупроводника может применяться, например, оксид индия-олова, при этом по соображениям экономии расходов не вся поверхность носителя должна быть снабжена покрытием из токопроводящего материала. Так, например, в определенных случаях нанесение покрытия из токопроводящего материала на часть поверхности носителя может быть достаточным.

Далее изобретение поясняется чертежом.

На чертеже представлено схематическое изображение устройства, служащего для контроля биополимерной матрицы в режиме реального времени.

Согласно чертежу кончик аппликатора 1, включающий капиллярную трубочку 11, подведен к поверхности 4 носителя 3. Поверхность 4 носителя 3 имеет покрытие из токопроводящего материала 14. Токопроводящий материал 14 может состоять из электропроводящего полимера. Он может содержать металл или полупроводник. В качестве полупроводникового материала для нанесения на поверхность 4 носителя 3 хорошо зарекомендовал себя оксид индия-олова. Разумеется, на поверхность 4 носителя 3 могут наноситься также другие полупроводниковые материалы.

Сам же носитель 3, напротив, состоит из более дешевого материала, например пластмассы, металла или стекла. В патроне 13 капиллярной трубочки 11 предусмотрен электрический проводник 2, имеющий электрический контакт с находящейся внутри капиллярной трубочки 11 субстанцией пробы, которая выходит из капиллярной трубочки 11 через находящийся внизу кончик 1 в направлении поверхности 14 носителя 3. Электрический проводник 2 соединен со входом усилителя 7 и через добавочное сопротивление 5, например в 10 МОм, подключен к источнику напряжения 9. Электрический контакт 6, который пружиняще прилегает к токопроводящему материалу 14, поверхности 4 соединяет его с источником напряжения 9 через провод. Контакт 6 также соединен со входом усилителя 7, который в частности выполнен высокоомным и который генерирует обратный сигнал 8. В точках съема напряжения 15 проводник 2 соединен с добавочным сопротивлением 5 источника напряжения 9, а пружиняще прилегающий к поверхности 4 контакт 6 - со входом высокоомного усилителя 7.

Для нанесения минимальных количеств жидкости в диапазоне пико- и нанолитров применяется, например, стеклянный капилляр со служащим в качестве аппликатора 1 вытянутым тонким кончиком диаметром около 100 микрон, который окружает тонкий электрический проводник 2, обеспечивающий электрическое соединение с наносимой пробой биополимера. Жидкость является токопроводящей, благодаря находящимся в ней буферным ионам.

В качестве носителя 3 для изготовляемых биополимерных полей или матриц могут применяться обычно используемые в микроскопии носители, снабженные покрытием из токопроводящего материала 14, например полупроводникового материала оксид индия-олова, при этом электрическое соединение обеспечивается с помощью контакта 6, пружиняще прилегающего к носителям. Для получения прочного ковалентного химического соединения и электростатического контакта между наносимым биополимером и поверхностью 4 носителя 3, покрытой токопроводящим материалом 14, на токопроводящий материал 14 может наноситься тонкий слой полимера, например полилизина или поли-этиленимина.

Между носителем 3, его поверхностью 4 вместе с токопроводящим материалом 14 и находящейся в капиллярной трубочке 11 субстрацией пробы с помощью дополнительного сопротивления 5, например, в 10 МОм создается напряжение около 5 В. Когда имеет место жидкостный контакт 12 между кончиком аппликатора 1 и токопроводящим материалом 14 на поверхности 4 носителя 3, то накоротко замыкается напряжение измерения, так как электрический проводник 2, а также контакт 6, находящийся в соприкосновении с токопроводящим материалом 14, соединены с источником напряжения 9. Наличие жидкостного контакта 12 между отверстием на конце аппликатора 1 и поверхностью 4 носителя, на которую нанесен токопроводящий материал 14, может определяться, например, с помощью высокоомного усилителя 7, после чего с помощью обратного сигнала 8 этого усилителя об этом сообщается управляющему компьютеру.

Обратный сигнал 8 может использоваться для точного позиционирования носителя 3 в направлении Z, т.е. в направлении, вертикальном поверхности 4 носителя 3.

Могут применяться и другие известные специалисту возможности исполнения электрической схемы для детектирования наличия жидкостного контакта 12.

Если ожидаемый жидкостный контакт 12 в форме создания жидкостного мостика не состоялся, то на компьютер, управляющий аппликатором 1, подается команда на повторение процесса заправки аппликатора и нанесения пробы до тех пор, пока не поступит обратный сигнал о жидкостном контакте 12 в форме образования жидкостного мостика между кончиком аппликатора 1 и токопроводящим материалом 14 на поверхности 4. После нескольких безуспешных попыток создания жидкостного контакта 12 между отверстием на кончике аппликатора 1 и токопроводящим материалом 14 носителя 3 в протокол ошибок управляющей ЭВМ заносится соответствующая запись.

В результате создается возможность детектирования ошибки нанесения пробы уже непосредственно в процессе создания биополимерных полей или матриц. Поэтому генерированный в соответствии с изобретением обратный сигнал 8, наряду с автоматическим запуском повторного процесса нанесения пробы, может быть применен для документирования наблюдаемой ошибки в ходе нанесения биополимера. Согласно дальнейшей форме исполнения изобретения аппликатор 1 перемещается в сторону поверхности 14 до тех пор, пока не возникнет электрический контакт. При этом обратный сигнал служит сигналом об осуществлении нанесения субстанции пробы аппликатором 1, например капиллярной трубочкой.

Наряду с выполнением токопроводящего материала 14 покрытия на поверхности 4 носителя 3 из металлического материала или полупроводниковых соединений типа уже упомянутого оксида индия-олова это покрытие может также изготавливаться из материала, содержащего углерод или углеродные соединения.

1. Способ детектирования нанесения субстанции пробы при создании биополимерных полей на поверхность носителя, включающий установку кончика аппликатора (1) с наносимым биополимером в качестве жидкой пробы вблизи поверхности (4) носителя (3) с покрытием из токопроводящего материала (14), создание между ними напряжения около 5 В, нанесение жидкой пробы на поверхность (4) носителя (3), определение наличия и контроль жидкостного контакта между кончиком аппликатора (1) и токопроводящим материалом (14) поверхности (4) по поступлению обратного сигнала (8) электрического тока между аппликатором (1) и токопроводящим материалом (14) поверхности (4) носителя (3).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что контроль жидкостного контакта жидкой пробы (12) и поверхности (4) носителя (3) осуществляют в режиме реального времени во время процесса нанесения.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обратный сигнал (8) генерируется из электрического тока между аппликатором (1) и поверхностью (4) носителя (3).

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что сигнал из электрического тока между аппликатором (1) и поверхностью (4) носителя (3) преобразуется в поддающийся обработке обратный сигнал (8) с помощью усилителя (7).

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что обратный сигнал (8) используется для автоматического запуска повтора процесса нанесения путем подачи соответствующей команды на аппликатор (1).

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что обратный сигнал (8) используется для точного позиционирования носителя в направлении Z в процессе аппликации.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что обратный сигнал (8) используется для автоматического документирования ошибки в процессе нанесения субстанции пробы на поверхность (4) носителя (3).

8. Устройство для детектирования нанесения жидкой пробы биополимера на поверхность носителя, содержащее размещенный вблизи поверхности (4) носителя (3) с покрытием из токопроводящего материала (14) аппликатор (1) с наносимым биополимером в качестве жидкой пробы (12), соединенный с источником напряжения (9) через жидкую пробу (12), покрытие из токопроводящего материала (14) поверхности (4) носителя (3) и контакт (6), пружиняще прилегающий к поверхности (4) носителя (3), а также через электрический проводник (2) и добавочное сопротивление (5), при этом электрический проводник (2) и контакт (6) соединены со входом усилителя (7) через точки съема напряжения (15).

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что поверхность (4) носителя (3) состоит из токопроводящего искусственного материала.

10. Устройство по п.8, отличающееся тем, что поверхность (4) носителя (3) состоит из проводящего электричество металлического материала.

11. Устройство по п.8, отличающееся тем, что носитель (3) состоит из стекла или пластмассы, а его проводимость обеспечивается за счет нанесения на него токопроводящего материала (14).

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что токопроводящий материал (14) представляет собой токопроводящий полимер.

13. Устройство по п.11, отличающееся тем, что токопроводящий материал (14) представляет собой металл.

14. Устройство по п.11, отличающееся тем, что токопроводящий материал представляет собой полупроводник.

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что полупроводник содержит оксид индия-олова.