Способ детектирования биологических частиц в аэрозоле



Способ детектирования биологических частиц в аэрозоле
Способ детектирования биологических частиц в аэрозоле
Способ детектирования биологических частиц в аэрозоле
Способ детектирования биологических частиц в аэрозоле

 


Владельцы патента RU 2495426:

Закрытое акционерное общество "ИММУНОСКРИН" (ЗАО "ИММУНОСКРИН") (RU)

Изобретение относится к детектированию, классификации и идентификации биологических и не биологических частиц в окружающей среде, в частности к мультиспектральным системам измерения, и может быть использована для обнаружения опасных частиц аэрозоля. Для этого частицы аэрозоля осаждают на поверхность субстрата. Облучают поверхность с осажденным образцом источником света. Детектируют на нескольких длинах волн эмиссию флуоресценции и фосфоресценции образца с выделением сигнала фосфоресценции с задержкой во времени между актом возбуждения и актом приема сигнала эмиссии. Определяют биологические частицы по соотношению сигналов флуоресценции и фосфоресценции. При этом в процессе осаждения контролируют концентрацию частиц аэрозоля на поверхности субстрата по уровню сигнала рассеяния поверхности субстрата с частицами, который сравнивают с заданным предельным значением уровня рассеяния, определяемого с учетом разрешающей способности оптической системы детектирования сигналов, которую принимают эквивалентной максимальному размеру искомых частиц. При достижении заданного уровня рассеяния осаждение частиц прекращают и детектируют эмиссию флуоресценции и фосфоресценции каждой частицы отдельно. Способ позволяет повысить селективность анализа опасных частиц биоаэорозоля в присутствии частиц небиологической природы, за счет измерения флуоресцентных и фосфоресцентных характеристик каждой отдельной частицы. 4 з.п.ф-лы, 4 ил., 3 табл.

 

Изобретение относится к детектированию, классификации и идентификации биологических и не биологических частиц в окружающей среде, в частности к мультиспектральным системам измерения вредных аэрозольных частиц.

Существует острая необходимость анализа биологических аэрозолей, в которые входят бактерии, вирусы, грибы, пыльца, биологически активные протеины и другие биологические материалы. Некоторые инфекционные заболевания, например, туберкулез, грипп, пневмония, распространяются воздушно-капельным путем, а такие особо опасные патогены как сибирская язва, бруцеллез, чума, туляремия, возбудители геморрагических лихорадок и многие другие способны распространяться через воздух.

В связи с террористическими угрозами применения биологического оружия, которое включает в себя патогены, передающиеся аэрозольным способом, продолжает оставаться весьма актуальной задачей создание быстрых способов обнаружения и идентификации биоаэрозолей.

Способы контроля воздушных биологических частиц играют все большую роль в таких областях, как эпидемиология, генный анализ ДНК, в сельском хозяйстве, мониторинге пищи и воды и т.д. Поэтому задачей является своевременное выявление и определение нежелательных концентраций потенциально опасных биопатогенов в воздухе, размеры которых находятся в пределах 1-10 мкм. Мониторинг таких аэрозолей должен занимать минимальное время, в особенности при актах терроризма или военных действий. Биологически опасные частицы такие, как бактерии, вирусы и токсины, содержат множество флуорофоров эндогенной природы: триптофан, флавины, фенилаланин, тирозин и другие протеины, которые могут быть использованы для различения или характеристики частиц, что исключает необходимость проведения иммунологических способов измерения и позволяет проводить детектирование и идентификацию частиц в режиме реального времени.

Одна из ключевых проблем в выявлении и идентификации частиц аэрозоля биологической природы заключается в том, что их выявление необходимо проводить в присутствии мешающих примесей - частиц аэрозоля не биологической природы того же дисперсного состава. При этом концентрация частиц мешающих примесей может превышать концентрацию биологического аэрозоля в сотни и тысячи раз.

Известен способ измерения опасных биологических агентов в воздухе (ЕР №2239557, класс МПК G01N 15/02), обладающий высокой специфичностью и селективным выделением частиц, имеющих в своем составе эпитопы патогенов для биоспецифического связывания с соответствующими маркерами. Способ основан на осаждении из воздуха образца, содержащего частицы биоаэрозоля, на полимерный субстрат, проведении биоспецифической реакции с частицами биоаэрозоля или их компонентами, облучении продуктов реакции ультрафиолетовым излучением и измерение эмиссии люминесценции меток.

Недостатком способа является необходимость проведения биоспецифической реакции, что требует наличия дорогих реагентов и длительного времени проведения анализа (до 30-60 минут),

Известны система и способ детектирования биологических флуоресцентных частиц (патент США №5895922, класс НКИ 250/491.2). Система позволяет детектировать в реальном времени вредные биоаэрозоли в диапазоне размеров вдыхаемых частиц от 0,5 до 15 мкм и установить их природу: биологические или не биологические. Способ основан на подаче непрерывного потока воздуха таким образом, чтобы каждая частица попадала в измерительный объем последовательно, облучении каждой частицы лазерным источником света на длине волны 320-360 нм для возбуждения флуоресценции биологических молекул, детектировании флуоресценции частиц на длине волны 400-500 нм, при этом интенсивность флуоресценции частиц сравнивают с заранее установленным значением и определяют частица биологическая или не биологическая. Для более точной классификации частиц дополнительно измеряют размер частиц.

Недостатком способа является сложность системы формирования потока частиц через измерительный объем, неоднозначность получения результатов исследований, так как не каждая частица попадает в зону освещения частиц источником света.

Известны система и способ для сбора и анализа частиц биологического аэрозоля (заявка США №2005/0147533, класс НКИ 422/730). Способ включает осаждение частиц аэрозоля на не флуоресцирующую поверхность, при этом может быть произведена дискриминация частиц по массе, облучение осажденных частиц ультрафиолетовым источником излучения на двух и более длинах волн, измерение эмиссии люминесценции частиц на двух и более длинах волн, при этом детектор может содержать одну и более детектирующих зон, пикселей. Характеристики частиц определяют по их интегральным сигналам в том или ином спектральном диапазоне.

Недостатком способа является измерение интегрального сигнала от подложки с частицами, что не позволяет точно идентифицировать биологические и не биологические частицы отдельно.

Известны способ и устройство для детектирования и дискриминации части в потоке (заявка США №2010/0053614, класс НКИ 356/34). Способ включает отбор и направление частиц через измерительный объем системы, облучение частиц одним или несколькими источниками излучения на двух и более длинах волн. Измерение эмиссии флуоресценции или рассеяния частиц детектором осуществляют детектором, чувствительным к положению частиц в измерительном объеме, например. Charge Coupled Device (CCD) Geiger-mode avalanche photodiode (GM-APD) array. При этом измерение эмиссии флуоресценции частиц измеряют на двух и более длинах волн и в системе обработки информации определяют природу частицы.

Недостатком способа является необходимость использования крайне сложной оптической и механической систем для направления источника излучения в необходимое пространство измерительного объема.

Известен способ, описанный в изобретении "Ультрафиолетовый спектральный флуоресцентный сенсор и способ" (заявка США №2005/0070025, класс НКИ 436/178). Способ используется для детектирования патогенов в аэрозоле, который включает следующие операции: сбор и осаждение образцов из воздуха на фильтр или другой подходящий субстрат, при этом осаждают частицы только в диапазоне размеров 1-10 мкм. Освещают последовательно и/или одновременно поверхность с частицами на одной из множества выбранных длин волн для возбуждения эмиссии флуоресценции белков (триптофана, тирозина, фенилаланина, флавинов, хлорофилла); детектируют последовательно или одновременно эмиссию флуоресценции осажденных частиц на нескольких длинах волн, каждая из которых соответствует длине волны возбуждения; каждую из частиц идентифицируют по эмиссии флуоресценции на нескольких длинах волн и по размерам. В способе может быть использован один или несколько детекторов, каждый из которых детектирует эмиссию флуоресценции на одной из множества выбранных дли волн; частицы аэрозоля идентифицируют по сочетанию нескольких значений эмиссии флуоресценции частиц, полученной при возбуждении на нескольких длинах волн, путем сравнения измеренных значений эмиссии флуоресценции с заранее установленными значениями и с учетом дифференцирования частиц по размерам.

Способ не позволяет достоверно идентифицировать опасные биологические частицы и отличить биологические частицы от не биологических при наличии в пробе частиц иной природы, но со сходным спектральным составом эмиссии флуоресценции.

Наиболее близким к заявляемому является способ, описанный в изобретении «Способ и устройство для детектирования биоаэрозолей» (заявка США №2008/0254502, класс НКИ 435/54). Способ используют для детектирования патогенов в аэрозоле, который включает следующие операции: сбор и осаждение образца из воздуха на фильтр или другой подходящий субстрат; добавление веществ, препятствующих доступу кислорода и веществ, усиливающих короткую флуоресценцию и фосфоресценцию (например, соли тяжелых металлов и другие соединения), освещение последовательно и/или одновременно поверхности с образцом на одной из множества выбранных длин волн для возбуждения эмиссии флуоресценции белков (триптофана, тирозина, фенилаланина, флавинов, хлорофилла), детектирование последовательно или одновременно эмиссии флуоресценции и фосфоресценции образца на нескольких длинах волн, каждая из которых соответствует длине волны возбуждения и излучения фосфоресценции с выделением сигнала с задержкой во времени между актами возбуждения и эмиссии. В способе может быть использован один или несколько детекторов, например, фотоумножителей, каждый из которых детектирует эмиссию флуоресценции и фосфоресценции на одной из множества выбранных длин волн. О наличии частиц биологической природы в образце судят по сочетанию нескольких значений эмиссии флуоресценции и фосфоресценции от образца, путем сравнения измеренных значений эмиссии с заранее установленными значениями.

Способ не позволяет выявить опасные биологические частицы в отобранном образце частиц аэрозоля и отличить биологические частицы от не биологических при наличии в образце множества частиц не биологической природы как со сходным, так и отличающимся от биологических частиц спектральным составом эмиссии, так как при осуществлении способа регистрируют интегральный сигнал эмиссии от всего образца на подложке.

Задачей является создание способа обнаружения опасных частиц биоаэрозоля в присутствии большого количества частиц иной, не биологической, природы.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является получение флуоресцентных и фосфоресцентных характеристик от каждой отдельной частицы в исследуемом образце, что повышает селективность анализа.

Технический результат достигается предлагаемым изобретением.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе детектирования биологических частиц в аэрозоле, включающем осаждение частиц образца на поверхность субстрата, облучение последовательно или одновременно поверхности с осажденным образцом источником света по крайней мере на одной длине волны, детектирование последовательно или одновременно на нескольких длинах волн эмиссии флуоресценции и фосфоресценции образца с выделением сигнала фосфоресценции с задержкой во времени между актом возбуждения и актом приема сигнала эмиссии и определение биологических частиц по соотношению сигналов флуоресценции и фосфоресценции, в процессе осаждения контролируют концентрацию частиц аэрозоля на поверхности субстрата по уровню сигнала рассеяния поверхности субстрата с частицами, который сравнивают с заданным предельным значением уровня рассеяния, определяемого с учетом разрешающей способности оптической системы детектирования сигналов флуоресценции, которую принимают эквивалентной максимальному размеру искомых частиц, при достижении заданного уровня рассеяния осаждение частиц прекращают и детектируют эмиссию флуоресценции и фосфоресценции от каждой частицы отдельно.

Технический результат достигается тем, что эмиссию каждой частицы регистрируют с пространственным разрешением не более чем 10×10 мкм.

Технический результат достигается также тем, что эмиссию фосфоресценции от каждой частицы регистрируют в стробоскопическом режиме с задержкой во времени между актом возбуждения и приемом сигнала эмиссии от 0 до 1 с.

Технический результат достигается также и тем, что для детектирования сигналов флуоресценции и фосфоресценции частиц на субстрате используют CCD камеру, совмещенную с электронно-оптическим преобразователем.

Технический результат достигается также тем, что измеряют частицы в диапазоне размеров от 1 мкм до 10 мкм.

Авторам не известны технические решения, обладающие такой же совокупностью признаков, как предлагаемое изобретение, следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию новизны.

Известны технические решения, в которых частицы аэрозоля облучают источником света на различных длинах волн и измеряют эмиссию флуоресценции на нескольких длинах волн (патент США №5895922, заявки США №2005/0147533, №2005/0070025, №2008/0254502). При этом в заявке США №2008/0254502 дискриминацию образцов биологически опасных частиц от не биологических частиц осуществляют за счет соотношения сигналов флуоресценции и фосфоресценции путем сравнения с заранее установленными значениями, при этом измеряют интегральные сигналы флуоресценции и фосфоресценции от совокупности частиц на поверхности субстрата. При наличии в пробах аэрозоля большого количества частиц не биологической природы, маскирующих флуоресценцию и фосфоресценцию биологических частиц, способ не позволяет достоверно определять биологически опасные частицы. В предлагаемом изобретении за счет осаждения определенного количества частиц на субстрате и выбора разрешающей способности оптической измерительной системы, которую принимают эквивалентной максимальному размеру искомых частиц, создается возможность детектировать сигналы от каждой отдельной частицы и по соотношению сигналов флуоресценции и фосфоресценции выявлять биологически опасные частицы в присутствии большого количества не биологических частиц. Следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию уровня техники.

Изобретение может быть использовано для своевременного и быстрого детектирования биологических аэрозолей, содержащих потенциально опасные бактерии, вирусы, споры в таких областях, как эпидемиология, сельское хозяйство, мониторинге пищи, воды, в лабораториях и на предприятиях, а также при мониторинге окружающей воздушной среды в связи с угрозами биотерроризма. Следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию промышленной применимости.

Фиг.1. Устройство детектирования частиц аэрозоля на поверхности субстрата предлагаемым способом, содержащее субстрат 1 для адсорбции частиц аэрозоля, блок 2 подготовки аэрозоля и осаждения, источник света 3 с длиной волны эмиссии 280 нм, источник света 4 с длиной волны эмиссии 350 нм, фотоприемник 5 для регистрации сигнала рассеяния с поверхности субстрата, коллиматор 6 светового потока рассеяния, детектор 7 - CCD камера с электронно-оптическим преобразователем, оптическая система 8 для приема сигнала эмиссии флуоресценции и фосфоресценции, светофильтры 9, блок 10 термостабилизации поверхности субстрата, блок 11 обработки сигналов рассеяния, флуоресценции и фосфоресценции.

Фиг.2. Графики зависимости уровня сигналов рассеяния субстрата от количества осажденных частиц аэрозоля, где 12 - кривая рассеяния частиц со средним медианным размером 1,5 мкм, 13 - кривая рассеяния частиц со средним медианным размером 7 мкм, 14 - уровень сигналов рассеяния, оптимальный для анализа люминесцентных характеристики отдельных частиц на поверхности субстрата.

Фиг.3. Диаграмма распределения нормированных значений сигналов эмиссии для частиц аэрозоля биологической и не биологической природы: оси координат для диаграммы распределения нормированных значений сигналов эмиссии флуоресценции: 15 - для соотношения сигналов I400nm/I350nm, 16 - для соотношения сигналов I440nm/I350nm, 17 - для соотношения сигналов I460nm/I350nm, 18 - для соотношения сигналов I450nm/I400nm, 19 - для соотношения сигналов I550nm/I400nm, 20 - для соотношения сигналов I650nm/I400nm; для диаграммы распределения нормированных значений сигналов эмиссии фосфоресценции: 21 - для соотношения сигналов I450nm/I400nm, 22 - для соотношения сигналов I550nm/I400nm и 23 - для соотношения сигналов I650nm/I400nm; на фиг.3 показаны частицы аэрозоля биологической природы 24 - диагностикум туляремийный, частицы не биологической природы 25 - пыль дорожная среднерусская, 26 - антраценовый дым.

Фиг.4. Диаграмма определения частиц биологической и не биологической природы в аэрозоле при заданных значениях концентраций частиц в единице объема осаждаемого аэрозоля: диагностикум туляремийный 27, пыль 28, антраценовый дым 29; выявленное содержание частиц в аэрозоле: частицы диагностикума туляремийного 30, пыль 31 и антраценовый дым 32.

Способ осуществляется следующим образом.

На поверхность субстрата 1 (фиг.1) с низким собственным уровнем люминесценции и рассеяния света, например, полимерную пленку толщиной 5 мкм, покрытую слоем металла толщиной 0,5 мкм, осаждают любым известным способом частицы аэрозоля, при этом предварительно удаляют частицы размером меньше 1 мкм и больше 10 мкм с помощью фильтров с заданным диаметром пор или с помощью виртуального импактора 2. Поверхность субстрата освещают светом от источников 3 или 4, например, светодиодов, на одной из длин волн возбуждения эмиссии 280 нм или 350 нм, и регистрируют фотоприемником 5 сигнал светорассеяния под углом 90° к падающему световому потоку. Падающий и отраженный световые потоки коллимируют путем использования коллиматора 6. Осаждение осуществляют до тех пор, пока уровень сигнала рассеяния 14 (фиг.2) не достигнет определенного заранее заданного значения которое устанавливают для получения определенной концентрации частиц на субстрате. Заданное значение уровня сигнала рассеяния устанавливают по результатам предварительно полученного калибровочного графика, показанного на фиг.2, который связывает величину сигнала рассеянного света с концентрацией частиц на субстрате для аэрозоля дисперсного состава со средним медианным размером частиц в диапазоне от 1,5 мкм до 7 мкм, который соответствует респирабельной фракции частиц в диапазоне от 1 мкм до 10 мкм. Из калибровочного графика видно, что количество частиц, которое должно быть адсорбировано для последующего достоверного анализа флуоресцентных характеристик каждой отдельной частицы, не должно превышать разрешающую способность оптической системы измерения, которая принимается эквивалентной максимальному размеру анализируемых частиц, т.е. в поле измерения будет находиться только одна частица, что обеспечивает независимое измерение характеристик каждой отдельной частицы на субстрате.

Графики зависимости уровня сигналов рассеяния субстрата от количества осажденных частиц аэрозоля и их размеров показаны на фиг.2, где 12 - кривая рассеяния частиц со средним медианным размером 1,5 мкм, 13 - кривая рассеяния частиц со средним медианным размером 7 мкм. Выделенное значение уровня 14 сигналов рассеяния является оптимальным для последующего анализа люминесцентных характеристик отдельных частиц аэрозоля на поверхности субстрата.

Прекращение отбора аэрозоля при достижении заданного уровня обеспечивает получение репрезентативной выборки отобранной пробы частиц аэрозоля (порядка 1000-5000 частиц/мм2), при этом создаются условия для выделения сигнала эмиссии от каждой частицы. При использовании в оптической системе детектирования CCD камеры с разрешающей способностью 10×10 мкм, совмещенной с электронно-оптическим преобразователем, создается возможность получить не более одной частицы на площадке субстрата площадью 100 мкм2 (детектируемая микрозона 10×10 мкм). Как видно из калибровочного графика на фиг.2, отбор пробы прекращают, когда количество частиц, адсорбированных на поверхности субстрата для последующего анализа, не превышает 103-104 частиц/мм2. Это достигается при уровне 14 сигнала рассеяния, равном 2-3% от максимального значения, при этом обеспечивается условие, при котором в поле измерения оптической системы детектирования находится не более одной частицы дисперсного диапазона 1-10 мкм на площадке 100 мкм2 и достигается полное покрытие субстрата частицами аэрозоля. При этом плотность частиц на субстрате не превышает разрешающей способности оптической системы, которую принимают эквивалентной максимальному размеру анализируемых частиц. После достижения сигналом рассеяния заданного уровня осаждение частиц прекращают и регистрируют сигналы эмиссии флуоресценции и фосфоресценции от отдельных частиц аэрозоля на поверхности субстрата. Известно, что биологические частицы (микроорганизмы, вирусы, белки) имеют не только флуоресценцию длительностью 10-9 сек., но и фосфоресценцию длительностью до 1 сек. Поэтому в процессе измерений анализируют как сигналы флуоресценции, так и сигналы фосфоресценции.

Регистрацию сигналов эмиссии осуществляют при возбуждении по крайней мере в двух спектральных областях: 280 нм от источника света 3 и 350 нм от источника света 4. При этом регистрируют сигналы флуоресценции без задержки во времени между импульсом возбуждения и приемом сигнала эмиссии и сигналы фосфоресценции с временной задержкой между импульсом возбуждения и приемом сигнала эмиссии с выделением стробов эмиссии фосфоресценции в заданном интервале времени. Регистрацию эмиссии флуоресценции и фосфоресценции осуществляют с помощью CCD камеры, совмещенной с электронно-оптическим преобразователем 7 (фиг.1), который обеспечивает регистрацию сигналов эмиссии фосфоресценции в стробоскопическом режиме с выделением сигнала с задержкой между импульсом возбуждения и приемом сигнала эмиссии от 0 до 1 с.

Сигналы эмиссии флуоресценции регистрируют в отдельных спектральных областях с помощью оптической системы 8 и системы светофильтров 9, обеспечивающих при возбуждении на длине волны с максимумом 280 нм регистрацию на длинах волн 350 нм, 400 нм, 440 нм, 460 нм, а при возбуждении на длине волны с максимумом 350 нм регистрацию на длинах волн 400 нм, 450 нм, 550 нм и 650 нм.

Сигналы эмиссии фосфоресценции регистрируют в спектральных диапазонах 400 нм, 450 нм, 550 нм, 650 нм в стробоскопическом режиме с выделением стробов эмиссии с задержкой между актом возбуждения и приемом сигнала эмиссии 100 микросекунд при возбуждении на длине волны с максимумом 280 нм. Выбор измерения областей эмиссии обусловлен получением максимального количества информации для оценки флуоресценции биологических молекул: белков - триптофана, фенилаланина, тирозина, никотинамидов и флавинов.

Абсолютные уровни сигналов флуоресценции и фосфоресценции зависят от количественного состава флуоресцирующих соединений в частицах и при прочих равных условиях пропорциональны объему частиц. Поэтому для более достоверного выявления искомых биологических частиц на фоне частиц не биологической природы определяют соотношение абсолютных уровней сигналов флуоресценции и фосфоресценции на различных длинах волн.

Для обеспечения стабильных температурных условий регистрации сигналов флуоресценции и фосфоресценции используют блок 10 термостабилизации субстрата, что повышает достоверность измерения характеристик частиц при изменяющихся условиях окружающей среды. Поступающие от фотоприемника 5 сигналы рассеяния и от фотоприемника 7 сигналы флуоресценции обрабатывают в блоке 11. Сигналы флуоресценции и фосфоресценции сравнивают с характеристиками частиц биологической и не биологической природы, находящимися в базе данных блока 11. О наличии биологического материала в частице аэрозоля судят по соотношению сигналов флуоресценции и фосфоресценции в выделенных спектральных диапазонах, которые сравнивают с предварительно полученными контрольными данными соотношения этих сигналов для частиц биологической и не биологической природы.

В таблице 1 представлены данные по соотношению уровней сигналов флуоресценции для аэрозолей, состоящих из одного вида материала, биологической или не биологической природы. Результаты получены для массива частиц более 1000 с диапазоном дисперсного состава от 1 до до 10 мкм при возбуждении на длине волны 280 нм в максимуме поглощения триптофанилов белков. Сигналы нормированы относительно эмиссии флуоресценции на длине волны 350 нм, которая является максимумом флуоресценции триптофанилов белков. Интервал нормированных значений указан для диапазона, охватывающего 99% частиц данного вида.

В таблице 2 представлены нормированные данные по флуоресценции для тех же аэрозолей, что и в таблице 1, но при возбуждении на длине волны 350 нм, т.е. в области поглощения никотинамидов и флавинов.

В таблице 3 представлены нормированные данные по фосфоресценции для тех же аэрозолей, что и в таблицах 1 и 2, при возбуждении на длине волны 280 нм и регистрации в режиме временного разрешения с задержкой 100 мкс и длительностью стробов эмиссии фосфоресценции 500 мкс. Отсутствие числовых значений в таблице в строке 8 указывает на то, что сигнал фосфоресценции имеет низкую интенсивность и не поддается достоверной обработке.

На фиг.3 на основании данных таблиц 1, 2 и 3 в логарифмическом масштабе представлены диаграммы распределения нормированных значений сигналов эмиссии в следующих координатах: 15 - для соотношения сигналов I400nm/I350nm, 16 - для соотношения сигналов I440nm/I350nm, 17 - для соотношения сигналов I460nm/I350nm, 18 - для соотношения сигналов I450nm/I400nm, 19 - для соотношения сигналов I550nm/I400nm, 20 - для соотношения сигналов I650nm/I400nm; для диаграммы распределения нормированных значений сигналов эмиссии фосфоресценции: 21 - для соотношения сигналов I450nm/I400nm, 22 - для соотношения сигналов I550nm/I400nm и 23 - для соотношения сигналов I650mn/I400nm; частицы аэрозоля биологической природы 24 - диагностикум туляремийный, частицы не биологической природы 25 - пыль дорожная среднерусская, 26 - антраценовый дым.

Из сравнения диаграмм 24, 25, и 26 видно, что диаграмма распределения нормированных значений для частиц диагностикума туляремийного 24 существенно отличается от диаграмм частиц пыли 25 и частиц антраценового дыма 26. Идентификация частиц различной природы основана на различиях в их спектрах эмиссии и соотношении сигналов эмиссии, соответственно, их селекцию можно осуществить и отличить биологические частицы от не биологических на основе анализа диаграмм распределения нормированных значений сигналов эмиссии.

На фиг.4 показаны результаты идентификации частиц на поверхности субстрата в пробе, отобранной из модельного аэрозоля, представляющего заданную смесь частиц диагностикума туляремийного 27, пыли среднерусской 28 и антраценового дыма 29. Модельный аэрозоль состоит из заданных значений концентраций каждого из компонентов 27, 28, 29, т.е. заданного числа частиц в единице объема. В результате эксперимента выявлены концентрации диагностикума туляремийного 30, в присутствии пыли среднерусской 31 и антраценового дыма 32. Из данных фиг.4 следует, что предлагаемый способ обеспечивает выявление частиц биологической природы в присутствии существенно большего числа частиц не биологической природы.

Интервал соотношений сигналов эмиссии флуоресценции от аэрозольных частиц различной природы (для вероятности 0,99) при возбуждении на длине волны 280 нм.

Таблица 1
№ п/п Испытуемый материал I400nm/I350nm I440nm/I350nm I460nm/I350nm
1 Вакцина противооспенная 0,289±0,03 0,139±0,02 0,1±0,02
2 Бифидобактерин 0,28±0,03 0,11±0,02 0,07±0,02
3 Диагностикум туляремийный 0,27±0,03 0,25±0,02 0,23±0,02
4 Пыль дорожная среднерусская (Саратов) 1,3±0,2 1,7±0,2 1,7±0,2
5 Пыль дорожная (С.-Петербург) 1,0±0,2 1,1±0,2 1,0±0,2
6 Пыль дорожная южнорусская (Астрахань) 1,2±0,2 1,4±0,2 1,5±0,2
7 Антраценовый дым 70±3,5 35±2,2 28±1,8
8 Меламинформальдегидные латексы с нафталеном 0,1±0,02 0,05±0,01 0,03±0,01

Интервал соотношений сигналов эмиссии флуоресценции от аэрозольных частиц различной природы (для вероятности 0,99) при возбуждении на длине волны 350 нм.

Таблица 2
№ п/п Испытуемый материал I450nm/I400nm I550nm/I400nm I650nm/I400nm
1 Вакцина противооспенная 2,5±0,3 0,9±0,2 0,3±0,2
2 Бифидобактерин 2,0±0,2 1,0±0,2 0,3±0,2
3 Диагностикум туляремийный 3,5±0,3 1,4±0,2 0,3±0,2
4 Пыль дорожная среднерусская (Саратов) 1,3±0,2 0,5±0,06 0,1±0,02
5 Пыль дорожная (С-Петербург) 1,2±0,2 0,6±0,07 0,2±0,03
6 Пыль дорожная южнорусская (Астрахань) 1,3±0,2 0,7±0,08 0,1±0,02
7 Антраценовый дым 0,4±0,03 0,05±0,01 0,01±0,005
8 Меламинформальдегидные латексы с нафталеном - -

Интервал соотношений сигналов эмиссии фосфоресценции от аэрозольных частиц различной природы (для вероятности 0,99) при возбуждении на длине волны 280 нм.

Таблица 3
№ п/п Испытуемый материал I450nm/I400nm I550nm/I400nm I650nm/I400nm
1 Вакцина противооспенная 1,6±0,2 1,0±0,2 0,8±0,2
2 Бифидобактерин 1,5±0,2 1,1±0,2 0,8±0,2
3 Диагностикум туляремийный 1,8±0,2 1,3±0,2 0,9±0,2
4 Пыль дорожная среднерусская (Саратов) 1,0±0,2 1,0±0,2 4,7±0,4
5 Пыль дорожная (С-Петербург) 1,0±0,2 1,0±0,2 6,0±0,5
6 Пыль дорожная южнорусская (Астрахань) 1,0±0,2 1,0±0,2 2,5±0,3
7 Антраценовый дым 15±2 0,5±0,05 -
8 Меламинформальдегидные латексы с нафталеном - - -

1. Способ детектирования биологических частиц в аэрозоле, включающий осаждение частиц образца на поверхность субстрата, облучение последовательно или одновременно поверхности с осажденным образцом источником света по крайней мере на одной длине волны, детектирование последовательно или одновременно на нескольких длинах волн эмиссии флуоресценции и фосфоресценции образца с выделением сигнала фосфоресценции с задержкой во времени между актом возбуждения и актом приема сигнала эмиссии и определение биологических частиц по соотношению сигналов флуоресценции и фосфоресценции, отличающийся тем, что в процессе осаждения контролируют концентрацию частиц аэрозоля на поверхности субстрата по уровню сигнала рассеяния поверхности субстрата с частицами, который сравнивают с заданным предельным значением уровня рассеяния, определяемого с учетом разрешающей способности оптической системы детектирования сигналов флуоресценции, которую принимают эквивалентной максимальному размеру искомых частиц, при достижении заданного уровня рассеяния осаждение частиц прекращают и детектируют эмиссию флуоресценции и фосфоресценции от каждой частицы отдельно.

2. Способ детектирования биологических частиц в аэрозоле по п.1, отличающийся тем, что эмиссию каждой частицы регистрируют с пространственным разрешением не более чем 10×10 мкм.

3. Способ детектирования биологических частиц в аэрозоле по п.1, отличающийся тем, что эмиссию фосфоресценции от каждой частицы регистрируют в стробоскопическом режиме с задержкой во времени между актом возбуждения и приемом сигнала эмиссии от 0 до 1 с.

4. Способ детектирования биологических частиц в аэрозоле по п.1, отличающийся тем, что для детектирования сигналов флуоресценции и фосфоресценции частиц на субстрате используют CCD-камеру, совмещенную с электронно-оптическим преобразователем.

5. Способ детектирования биологических частиц в аэрозоле по п.1, отличающийся тем, что измеряют частицы в диапазоне от 1 до 10 мкм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области медицины, в частности к пульмонологии, для экспресс-диагностики бронхо-легочных заболеваний. .

Изобретение относится к области гидрометеорологии контроля окружающей среды и может быть использовано для определения концентрации нитратных соединений (взвешенных частиц) в атмосферном воздухе населенных мест.

Изобретение относится к медицине, точнее к профилактической медицине, гигиене, и может быть использовано для определения риска вредного воздействия пестицидов на работающих при их применении в условиях сельскохозяйственного производства, в фермерских и личных хозяйствах и других отраслях.

Изобретение относится к медицинским токсикологическим исследованиям, в частности к санитарной токсикологии. .

Изобретение относится к медицине, а именно к клинической лабораторной диагностике рака желудка. .
Изобретение относится к медицине и касается способа оценки функциональных резервов организма человека. .
Изобретение относится к медицине, точнее к профилактической медицине и лабораторной диагностике, и описывает способ скриннинговой оценки функционального состояния организма человека, включающий сбор конденсата выдыхаемой влаги (экспирата), подготовку биосенсора - люминесцентных лифилизированных бактерий «Эколюм», добавление к 0,5 см3 биосенсора 0,5 см3 экспирата, 15-минутную экспозицию, измерение интенсивности люминесценции смеси суспензии бактерий и конденсата в течение 1000 сек, фиксирование ее максимального уровня (Иоп, имп/сек.), сопоставление этого значения с аналогичным параметром Ик, имп/сек, полученным при внесении в кювету биолюминометра вместо конденсата дистиллированной воды в равном объеме, установление коэффициента К как отношения Иоп/Ик, при значениях которого К=1 констатируют оптимальный окислительный статус, при К>1 - преобладание прооксидантных процессов (высокий уровень образования кислородных радикалов, недостаточный уровень защиты от их повреждающего действия), при К<1 - активные антиоксидантные процессы, достаточные резервы защитных механизмов.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для анализа газов живого организма. .

Изобретение относится к косметической промышленности, в частности составу для ухода за полостью рта, эффективному для снижения неприятного запаха изо рта. .
Изобретение относится к профилактической медицине и лабораторной диагностике, предназначено для выявления функциональных резервов при скрининговом эпидемиологическом обследовании больших контингентов работающих. Способ включает сбор конденсата выдыхаемой влаги (экспирата), подготовку биосенсора - люминесцентных лифилизированных бактерий «Эколюм», добавление к 0,5 см3 биосенсора 0,5 см3 экспирата, 15-минутную экспозицию, измерение интенсивности люминесценции смеси суспензии бактерий и конденсата в течение 1000 с, фиксирование ее максимального уровня (Иоп, имп/с), сопоставление этого значения с аналогичным параметром Ик, имп/с, полученным при внесении в кювету биолюминометра вместо конденсата дистиллированной воды в равном объеме, установление коэффициента К как отношения Иоп/Ик, при этом дополнительно определяют расчетный биологический возраст (РБВ, лет) обследуемого, находят отношение расчетного биологического и календарного (KB) возрастов - РБВ/КВ, и при К>1 (высокий уровень образования кислородных радикалов) с одновременным РБВ/КВ>1 делают заключение о недостаточности функциональных резервов организма человека, при К≤1 (продуктивные антиоксидантные системы) и РБВ/КВ≤1 констатируют оптимальный их уровень, при К≤1, РБВ/КВ>1 - неопределенность результата оценки, мониторинг антиокислительного баланса, углубленное функциональное обследование. Способ позволяет исключить фрагментарный характер оценки, определить степень напряженности в организме и эффективные направления лечебно-профилактических мероприятий для создания условий перехода его функционирования на более высокий уровень. 6 пр.

Изобретение относится к медицине, а именно к диагностике непереносимости лактозы. Для этого проводят выявление водорода в воздухе ротовой полости обследуемого и диагностику синдрома избыточного бактериального роста (СИБР) путем определения исходного содержания водорода до приема тестовой нагрузки с последующим определением нагрузочных содержаний водорода через 15 и 30 мин после приема тестовой нагрузки. В качестве тестового используют раствор 1 г лактулозы на 1 кг веса пациента в воде, но не более 20 г, далее рассчитывают разницу между наибольшим из нагрузочных содержаний водорода и исходным содержанием водорода. Если значение разницы после приема лактулозы равно или меньше порогового уровня 5 ppm, то диагностируют отсутствие избыточного водорода у пациента и диагностику непереносимости лактозы рекомендуют провести другими способами. Если значение разницы после приема лактулозы находится в диапазоне от 5 до 10 ppm, то у обследуемого выявляют продуцирование водорода и отсутствие СИБР. Далее после перерыва продолжительностью не менее 24 часов определяют ряд нагрузочных содержаний водорода через 30, 60, 90 и 120 мин после приема тестовой нагрузки. В качестве тестового используют раствор 2 г лактозы на 1 кг веса обследуемого в воде, но не более 50 г. Затем рассчитывают разницу между наибольшим из нагрузочных содержаний водорода и исходным содержанием водорода, если значение разницы после приема лактозы больше 10 ppm, делают вывод о непереносимости лактозы. Если значение разницы после приема лактулозы больше 10 ppm, то у обследуемого выявляют продуцирование водорода и наличие СИБР. Далее после перерыва продолжительностью не менее 24 часов определяют ряд нагрузочных содержаний водорода через 30, 60, 90 и 120 мин после приема тестовой нагрузки. В качестве тестового используют раствор 2 г лактозы на 1 кг веса обследуемого в воде, но не более 50 г. Далее рассчитывают разницу между наибольшим из нагрузочных содержаний водорода и нагрузочным содержанием на 30 мин. Если значение разницы после приема лактозы больше порогового уровня 10 ppm, то делают вывод о непереносимости лактозы. Заявляемый способ является неинвазивным, позволяет проводить дополнительно выявление проявлений и симптомов непереносимости углеводов обследуемого на вторые сутки, а также установить наличие или отсутствие СИБР, что позволяет повысить достоверность диагностики. 3 ил., 3 пр.

Группа изобретений относится к медицине, в частности к онкологии, и касается диагностики рака легкого у человека. Способ заключается в исследовании состава выдыхаемого воздуха. При выявлении в нем циклогексил изотиоцианата устанавливают диагноз рака. Второй вариант способа также связан с исследованием состава выдыхаемого воздуха. Для этого используют метод масс-спектрометрии с предварительным газохроматографическим разделением. При выявлении вещества, хроматографический пик которого характеризует хроматографическую подвижность, соответствующую циклогексил изотиоцианату, также устанавливают рак легкого. Предложенные способы обеспечивают достоверную диагностику вне зависимости от локализации, степени и формы рака, что дает возможность использования неинвазивного способа диагностики рака легкого в режиме скринингового обследования. 2 н.п. ф-лы, 2 табл., 9 пр., 1 ил.

Изобретение относится к области медицины, а именно к неонатологии, реаниматологии и респираторной терапии, и описывает способ прогнозирования эффективности неинвазивной вентиляции легких у недоношенных новорожденных. Способ включает анализ клинико-функциональных показателей здоровья ребенка, а именно параметров вентиляции: фракционной концентрации кислорода во вдыхаемой смеси, среднего давления в дыхательных путях, парциального давления кислорода в артериальной постдуктальной крови, и расчет индекса оксигенации. При значении индекса оксигенации, равного или меньше 3,5, прогнозируют эффективность проводимой неинвазивной вентиляции легких, а при значении индекса оксигенации больше 3,5 - неэффективность. Способ позволяет прогнозировать успешность проведения различных методов неинвазивной вентиляции легких у недоношенных новорожденных с очень низкой и экстремально низкой массой тела при рождении с диагнозом респираторный дистресс-синдром. 2 пр.

Изобретение относится к области медицины, в частности пульмонологии, и предназначено для скрининговой диагностики хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ) и бронхиальной астмы. Способ включает регистрацию выдыхаемого воздуха пациента и его анализ, для чего проводят регистрацию и анализ спектра поглощения выдыхаемого воздуха пациента, причем предварительно проводят измерения спектра поглощения выдыхаемого воздуха верифицированных групп пациентов с бронхолегочными заболеваниями, представляющими диагностический интерес, вычисляют средние значения квадрата расстояний Махаланобиса от спектра поглощения выдыхаемого воздуха каждого члена группы до спектров поглощения выдыхаемого воздуха остальных членов группы. Затем находят среднее значение от указанных средних значений и доверительный интервал. При значении в интервале от 1,28 до 2,29 диагностируют ХОБЛ, а при значении более 2,29 диагностируют бронхиальную астму. 5 табл., 2 пр.

Группа изобретений относится к медицине. Способ контроля дыхания субъекта реализуют с помощью устройства для контроля дыхания. При этом принимают газ в измерительную ячейку из канала, который соединен по текучей среде с дыхательными путями субъекта с помощью приспособления сопряжения, которое вставлено в дыхательные пути субъекта. Измерительная ячейка сконфигурирована для выкачивания газа, принятого из канала. Формируют с помощью детектора состава выходные сигналы относительно состава газа, принятого в измерительную ячейку. Формируют с помощью детектора давления выходные сигналы относительно давления в канале. Идентифицируют с помощью процессора дыхание на основе выходных сигналов относительно давления в канале. Определяют с помощью процессора параметр дыхания на основе выходных сигналов относительно состава газа и на основе идентифицированного дыхания. Определяют с помощью процессора тип приспособления сопряжения на основе выходных сигналов детектора давления. Определяют с помощью процессора параметр дыхания на основе выходных сигналов детектора состава и на основе определенного типа приспособления сопряжения. Достигается повышение точности измерения параметра дыхания посредством определения типа приспособления сопряжения, которое вставляется в дыхательные пути субъекта, и последующей коррекции контролируемых параметров дыхания согласно обнаруженному типу приспособления сопряжения. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области диагностики и может быть использовано для тестирования и корректировки работы алкометра. Портативный картридж со стандартным спиртовым газом для алкометра содержит стандартный спиртовой газ с предварительно заданной концентрацией и выполнен с возможностью отображения значения указанной концентрации на внешней поверхности картриджа (1) или его сохранения на запоминающем носителе, предусмотренном на картридже (1). Картридж (1) имеет выходное отверстие, выполненное с возможностью соединения с алкометром (30) для выпуска стандартного спиртового газа в алкометр (30) и герметично закрытое мягкой мембраной (16). Картридж (1) также содержит внутренний контейнер из мягкого материала, в котором содержится стандартный спиртовой газ с предварительно заданной концентрацией, и внешний кожух (10) из твердого материала для защиты внутреннего контейнера. При соединении картриджа (1) с алкометром (30) происходит протыкание мягкой мембраны (16) и обеспечивается возможность перетекания стандартного спиртового газа из внутреннего контейнера в алкометр (30). Изобретение обеспечивает упрощение конструкции картриджа и повышает его надежность. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Группа изобретений относится к области медицины и может быть использована для диагностики наличия инфекции Helicobacter pylori у пациента по выдыхаемому воздуху. Для этого у пациента проводят определение содержания аммиака с сопутствующими органическими аминами в воздухе ротовой полости в период активного гидролиза мочевины в интервале с 1 до 9-й мин после приема мочевины. При этом используют несколько датчиков газа, которые подбирают таким образом, чтобы чувствительность каждого вспомогательного датчика к газу, к которому перекрестно чувствителен основной датчик, была выше чувствительности основного датчика к данному газу. Основным датчиком является датчик, чувствительный к аммиаку, а вспомогательными - датчики, чувствительные к парам спирта и летучим органическим соединениям. Показания основного датчика корректируют с учетом показаний вспомогательных датчиков и по скорректированным показаниям судят о степени инфицированности пациента бактерией Helicobacter pylori. Группа изобретений относится также к устройству для реализации указанного способа. Группа изобретений позволяет уменьшить погрешность измерения концентрации аммиака в выдыхаемом пациентом воздухе, вносимой воздействием на датчик примесных газов. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 1 пр.
Наверх