Устройство для измерения концентрации заряженных частиц



Устройство для измерения концентрации заряженных частиц
Устройство для измерения концентрации заряженных частиц
Устройство для измерения концентрации заряженных частиц
Устройство для измерения концентрации заряженных частиц
Устройство для измерения концентрации заряженных частиц
Устройство для измерения концентрации заряженных частиц
Устройство для измерения концентрации заряженных частиц
Устройство для измерения концентрации заряженных частиц
Устройство для измерения концентрации заряженных частиц
Устройство для измерения концентрации заряженных частиц
Устройство для измерения концентрации заряженных частиц
Устройство для измерения концентрации заряженных частиц
Устройство для измерения концентрации заряженных частиц
Устройство для измерения концентрации заряженных частиц
Устройство для измерения концентрации заряженных частиц
Устройство для измерения концентрации заряженных частиц

 


Владельцы патента RU 2515207:

МЕДИМЕЙТ ХОЛДИНГ Б.В. (NL)

Заявленное изобретение относится к приборам измерения заряженных частиц в пробах для анализов в биологии, химии, промышленности или экологии, в частности к приборам для измерения концентрации ионов, например концентрации ионов лития, в пробах, таких как пробы крови. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение точности измерения концентрации заряженных частиц. Технический результат достигается благодаря тому, что прибор (1) для измерения концентрации одного типа заряженных частиц в пробе (10), первую цепь с блоком (54) регулирования напряжения, которая присоединена, по меньшей мере, к двум первым электродам (30, 30'), расположенным вдоль канала (12), содержащего пробу (10); вторую цепь с блоком (55) определения удельной проводимости, которая присоединена, по меньшей мере, к двум вторым электродам (5, 5'), размещенным в канале (12), причем первая цепь и вторая цепь имеют электрическую развязку друг от друга; и канал (12) содержит текучую среду, содержащую газ, концентрацию которого внутри канала (12) поддерживают на уровне, не превышающем заданной предельной величины. При этом первая цепь и вторая цепь имеют электрическую развязку по средствам одного или нескольких трансформаторов. 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Настоящая заявка родственна международной заявке РСТ/ЕР 2006/011148 "Датчик ионов для текучей среды и способ его изготовления", поданной 21 ноября 2006 г.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0002] Изобретение относится к приборам и к способам измерения заряженных частиц в пробах для анализов в биологии, химии, промышленности или экологии. Более конкретно, изобретение относится к способам и к приборам для измерения концентраций заряженных частиц, в частности концентраций ионов, например концентраций ионов лития, в пробах, таких как пробы крови.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Неорганические ионы имеют большое значение для живых организмов, и такие ионы находятся в больших количествах в питьевой воде, в крови и в каждой клетке организма, а также в окружающей среде. Например, для живых организмов весьма существенна концентрация многих ионов, таких как ионы натрия, калия, магния и кальция внутри и снаружи клеток. Соответственно, концентрация ионов в крови и в клетках крови животных и человека также имеет большое значение для многих функций организма.

[0004] Обычно литий присутствует в плазме крови в очень малых количествах. Он используется также в качестве лекарственного средства для лечения некоторых видов душевных расстройств, таких как биполярные аффективные расстройства. По некоторым оценкам в мире более миллиона человека ежедневно принимают литий. Недостатком использования лития является очень низкий терапевтический индекс, то есть отношение токсичной концентрации к терапевтической концентрации. Большинство пациентов хорошо реагируют на концентрации лития в плазме крови, составляющие 0,4-1,2 ммоль/л, в то время как токсическое воздействие может происходить уже при концентрации лития порядка 1,6 ммоль/л. Продолжительное действие высокого уровня лития в крови может приводить к устойчивым расстройствам нервной системы и даже к смерти. Поэтому контроль концентрации лития в процессе лечения особенно важен, причем необходимо проводить регулярные проверки раз в два месяца для поддержания содержания лития на нужном уровне.

[0005] Для исключения большого объема работы оператора обычно используются ионоизбирательные электроды, обеспечивающие измерения параметров крови в автоматическом режиме. Такие электроды имеют высокое быстродействие и широкий динамический диапазон. Однако их выходная характеристика имеет логарифмический характер, и получение высокой избирательности для лития может представлять проблемы. Кроме того, в случае отравления литием необходимо быстро проводить анализ крови. При современной методике специально обученный персонал берет пробы венозной крови у пациентов, и эти пробы передаются в центральную лабораторию для проведения измерений, причем предварительно из проб должны быть удалены эритроциты. Такая процедура может занимать до 45 минут. Для минимизации временных затрат и обеспечения проведения измерений на месте были разработаны миниатюрные приборы, носимые анализаторы, в которых используются ионочувствительные полевые транзисторы, позволяющие определять концентрацию калия и натрия в цельной крови. Однако такие анализаторы не используются для определения концентрации лития из-за высоких фоновых концентраций других заряженных частиц, в частности ионов натрия, по сравнению с гораздо меньшими концентрациями ионов лития.

[0006] Прямое измерение содержания лития в цельной крови и определение неорганических катионов в плазме крови описано и проиллюстрировано примерами в публикациях в "Electrophoresis", E. Vrouwe и др., 2004, 25, 1660-1667 и 2005, 26, 3032-3042. Содержание щелочных металлов определялось в капле цельной крови с использованием капиллярного электрофореза с заданными пробами крови и с применением принципов соединения колонок. Цельная кровь, отобранная из пальца, наносилась на микрочип без выделения или удаления компонентов отобранной крови. Концентрация лития может быть определена в плазме крови, взятой у пациента, проходящего лечение литием, без предварительной обработки пробы. Используя микрочип с измерением удельной проводимости, для лития получали чувствительность порядка 0,1 ммоль/л в матрице, содержащей 140 ммоль/л натрия.

[0007] Известны и другие документы, в которых раскрываются различные типы микрочипов для измерения концентрации ионов в пробе крови. Например, в заявке US 2005-0150766 (Manz) описывается микрочип для осуществления капиллярного электрофореза.

[0008] В патенте US 5,882,496 (Northrup и др.) раскрывается способ изготовления и применения пористых кремниевых структур для увеличения площади поверхности одного из электрофоретических устройств.

[0009] В патенте US 7,250,096 (авторы Shoji и др., права переданы компании Hitachi High-Technologies Corp) раскрывается способ и устройство для измерения токопроводящей цепи при электрофорезе для измерения состояния этой цепи.

[00010] Одной из проблем известных способов является формирование пузырьков газа в электролите на поверхности электродов (как это описывается в патенте US 7,250,096) и/или нежелательная окислительно-восстановительная реакция в микроканале устройства. Это происходит в связи с тем, что перенос зарядов через устройство осуществляется электронами в электрической цепи и ионами в химической цепи. Обмен зарядами осуществляется на электродах между ионами и электродами.

[00011] Электролит в микроканале имеет некоторую способность поглощать определенный газ. Максимальная величина этой способности для определенного газа определяет предел по поглощению газа. При достижении указанного предела в каком-либо месте микроканала будут формироваться пузырьки газа. Формирование пузырьков газа непосредственно влияет на измерения.

[00012] Ионы и другие незаряженные молекулы подвергаются изменениям в результате окислительно-восстановительных реакций и изменяющихся концентраций на электродах. Пузырьки газа формируются в связи с формированием незаряженных молекул, которые превышают указанный предел и формируют пузырьки газа. Эти пузырьки газа сосредотачиваются в микроканале устройства и, соответственно, будут искажать результаты измерений.

[00013] Формирования пузырьков газа можно избежать, как это указывается в известных информационных источниках, если существует одна электрическая цепь для измерения способом капиллярного электрофореза или одна электрическая цепь для измерения контактной удельной проводимости и если напряжение или ток регулируется соответствующим образом. Однако если имеются две электрические цепи, используемые в измерениях, то взаимные электрические помехи этих двух электрических цепей будут усложнять измерения.

[00014] В известных технических решениях для разрешения этой проблемы применяются следующие способы: использование между электродами переменного тока, ограничение электрического тока, управление типом окислительно-восстановительной реакции и снижение величины напряжения ниже потенциала окислительно-восстановительной реакции. Ограничение тока может быть реализовано за счет использования источника тока, малых размеров канала и низких концентраций электролита в канале. Также можно использовать низкую концентрацию фонового электролита в канале. Также в данном вопросе может иметь значение конструкция электродов. Электроды с большой площадью поверхности менее подвержены формированию пузырьков газа, поскольку изменения концентрации зарядов будут распределяться по большей площади.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[00015] В изобретении предлагается прибор для измерения концентрации одного из типов заряженных частиц в пробе. Проба содержит различные типы заряженных частиц и по меньшей мере один нерастворимый компонент. Прибор содержит первую цепь с с блоком регулирования напряжения, которая может присоединяться по меньшей мере к двум первым электродам, расположенным вдоль канала, содержащего пробу, и вторую цепь с блоком определения удельной проводимости, которая может присоединяться по меньшей мере к двум вторым электродам, размещенным в канале, причем первая схема и вторая схема имеют электрическую развязку друг от друга.

[00016] Электрическая развязка означает, что две электрические цепи не создают помех работе друг друга, и поэтому измерения будут точными.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[00017] Изобретение можно будет лучше понять из рассмотренных в нижеприведенном описании предпочтительных вариантов его осуществления, не ограничивающих объем изобретения, со ссылками на фигуры, на которых показано:

фигура 1a - общая схема, содержащая основные компоненты прибора по одному из вариантов осуществления изобретения;

фигуры 1b и 1с - схемы расположения электродов возле микроканала;

фигуры 2а и 2b - другие схемы расположения электродов возле микроканала;

фигуры 3а и 3b - схемы, иллюстрирующие возможные пути прохождения тока на одном электроде или между электродами;

фигуры 4а и 4b - схемы соединения компонентов прибора к электродам возле микроканала;

фигуры 5а и 5 - различные схемы расположения развязывающих компонентов;

фигура 6 - вариант измерительного прибора;

фигура 7 - вариант устройства с расширительной камерой;

фигура 8 - вариант устройства, обеспечивающего также измерение удельной проводимости пробы.

На всех фигурах одинаковые ссылочные номера указывают одни и те же или аналогичные элементы.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[00018] Изобретение описывается ниже со ссылками на фигуры и на иллюстрируемые на них примеры. Необходимо понимать, что признаки одного варианта осуществления изобретения могут использоваться совместно с признаками других вариантов.

[00019] На фигурах 1a-1с показаны компоненты измерительного прибора 1 по одному из вариантов осуществления изобретения.

[00020] Измерительный прибор 1 содержит измерительное устройство 17, обеспечивающее прием и обработку электрических сигналов из датчика 18. Датчик 18 измеряет концентрацию заряженных частиц в жидкой пробе 10 (показана на фигурах 1b и 1с); более подробно он описан в находящейся на рассмотрении международной заявке WO 2008/061542, полное содержание которой вводится ссылкой в настоящую заявку. Чаще всего жидкая проба 10 является пробой крови.

[00021] Датчик 18 состоит из держателя 15 чипа и устройства 9 анализа пробы. Держатель 15 чипа более подробно описывается в международной заявке РСТ/ЕР 2007/004468, полное содержание которой вводится ссылкой в настоящую заявку. Устройство 9 анализа пробы показано в увеличенном виде на фигурах 1b и 1с и будет описано более подробно со ссылками на эти фигуры.

[00022] Измерительное устройство 17 содержит блок 53 измерения удельной проводимости пробы, блок 54 регулирования напряжения и измерения тока, а также блок 55 определения удельной проводимости и управления работой ячейки. Блок 53 измерения удельной проводимости соединяется с помощью электрических цепей с электродами 4 и 4' удельной проводимости пробы на устройстве 9 анализа пробы. Блок 54 регулирования напряжения и измерения тока соединяется с электродами 30 и 30' резервуаров и с электродами 30" и 30'" стенок устройства 9 анализа пробы с помощью электрических цепей 60-60'" соответственно. Аналогично, блок 55 определения удельной проводимости и управления работой ячейки соединяется с электродами 5 и 5' устройства 9 анализа пробы с помощью электрических цепей 65 и 65' соответственно.

[00023] Измерительное устройство 17 содержит главный блок 43 управления с процессором 44 для выполнения вычислений. Главный блок 43 управления соединяется с блоком 53 измерения проводимости по электрической цепи 75, с блоком 54 регулирования напряжения и измерения тока по электрической цепи 76 и с блоком 55 определения проводимости и управления работой ячейки по электрической цепи 77.

[00024] Измерительное устройство 17 содержит ЖК-дисплей и кнопки, которые подсоединены к рабочей панели 69. Рабочая панель 69 соединяется с главным блоком 43 управления по электрической цепи 72. Электропитание измерительного устройства 17 осуществляется от источника 68 питания, соединенного с источником 79 питания. Последовательный порт 67 соединяется с главным блоком 43 управления по электрической цепи 73 и с внешними устройствами по цепи 78.

[00025] Устройство 9 анализа пробы содержит основную пластину (не показана), в которой сформирован канал 12, как показано на фигуре 1а и более четко на фигурах 1b и 1с. Основная пластина может быть изготовлена из стекла или из пластмассы. Может быть использован любой другой материал, в котором может быть выполнен канал 12. В случае использования стекла в качестве материала для основной пластины канал 12 протравливается в основной пластине между первым резервуаром 8, вторым резервуаром 8' и третьим резервуаром 8". Боковые стенки канала 12 могут быть покрыты полимером. Размеры канала 12 могут быть менее 1 см в ширину и менее 100 мкм в глубину. Размеры первого резервуара 8, второго резервуара 8' и третьего резервуара 8" могут значительно превышать ширину канала 12 (например, от 100 мк до 1см). Это показано на фигурах 1b и 1с. С каналом 12 может быть соединено еще несколько резервуаров.

[00026] Канал 12, первый резервуар 8, второй резервуар 8' и третий резервуар 8" могут быть заполнены электролитом 11 перед использованием устройства. Обычно объем резервуара составляет примерно 10 мкл.

[00027] На фигурах 1b и 1с показан вид сбоку устройства 9 анализа пробы. Это устройство 9 в одном из вариантов осуществления изобретения имеет длину 30 мм, высоту 4 мм и толщину 1,4 мм. Чип может быть выполнен из стекла.

[00028] Как можно видеть, в канале 12, а также в первом резервуаре 8, во втором резервуаре 8' и в третьем резервуаре 8" имеются электроды. Канал 12 в одном из вариантов осуществления изобретения имеет ширину, не превышающую 100 мкм, глубину, не превышающую 100 мкм, и длину, не превышающую 3 см. Также, как можно видеть, между верхней поверхностью 3 устройства 9 анализа пробы и каналом 12 имеется часть 19 канала 12. Пробу 10 помещают на верхней поверхности 3 устройства 9 анализа пробы. Проба 10 может попадать в часть 19 канала 12 через отверстие 2 в верхней поверхности 3. Отверстие 2 и часть 19 могут иметь круговое сечение, но может использоваться и любая другая форма, подходящая для ввода жидкости в канал 12.

[00029] На верхней поверхности 3 может быть несколько отверстий 2. Такое решение может быть полезным, например, для обеспечения поступления пробы в канал 12 в нескольких точках ввода. В этом случае можно выполнять несколько измерений и усреднять полученные результаты. Еще одно достоинство использования нескольких отверстий 2 заключается в том, что в этом случае возникает конвективный поток от одного отверстия в направлении другого отверстия, то есть обеспечивается альтернативный механизм транспортировки через отверстие 2 в канал 12. Еще одним достоинством использования нескольких отверстий 2 является предотвращение испарения в канале 12, как это описывается в международной заявке РСТ/ЕР 2007/004468.

[00030] Канал 12 снабжен электродами, которые, как правило, имеют закругленные углы для предотвращения концентрации тока. В первом 8 и в третьем 8" резервуарах расположены электроды 30 и 30' соответственно. Электроды 30 и 30' резервуаров обеспечивают разность потенциалов вдоль канала 12. Электроды 30 и 30' резервуаров соединяются с блоком 54 регулирования напряжения и измерения тока с помощью электрических цепей, как это было указано выше. Электроды 30 и 30' резервуаров, так же как и другие электроды, описанные ниже, обычно изготавливаются из платины, причем они плоские и тонкие, предпочтительно менее 2 мм по ширине, 2 мм по длине и порядка 100 нм по высоте.

[00031] На верхней поверхности 3 и во втором резервуаре 8' имеются электроды 30" и 30'" соответственно, которые обеспечивают разность потенциалов в канале 12 в поперечном направлении. Эта разность потенциалов обеспечивает затягивание заряженных ионов из пробы 10 через отверстие 2 в полость 19 и далее в канал 12. Электроды 30" и 30'" соединяются с помощью электрических цепей с блоком 54 регулирования напряжения и измерения тока, как это было указано выше. Обычно используется напряжение 1200 В, и ток не превышает 10 мкА.

[00032] Канал 12 имеет два канальных электрода 5 и 5', которые расположены примерно напротив друг друга и обеспечивают измерение удельной проводимости в канале 12 в поперечном направлении. Электроды 5 и 5' удельной проводимости соединяются с помощью электрических цепей с блоком 55 регулирования напряжения и измерения тока, как это было указано выше. Два канальных электрода 5 и 5' разделены зазором порядка 100 мкм и также изготовлены из платины. Ширина канальных электродов 5 и 5' не превышает 100 мкм, например равна 40 мкм, и они имеют слегка закругленные края. Поперек канала обычно подается сигнал переменного тока частотой от 100 Гц и 100 кГц с размахом амплитуд от 1 В до 10 В.

[00033] Два канальных электрода 5 и 5' обеспечивают использование механизма контактного измерения ионов в устройстве 1. Этот механизм представляет собой способ измерения, в котором канальные электроды 5 и 5' имеют непосредственную электрохимическую границу раздела с текучей средой в канале 12.

[00034] На фигуре 1с на верхней поверхности 3 показаны два электрода 4 и 4' измерения удельной проводимости пробы. Электроды 4 и 4' измерения удельной проводимости пробы покрыты пробой 10 и осуществляют измерение удельной проводимости заряженных частиц в пробе 10 до того, как заряженные частицы пройдут в часть 19 микроканала, а также при их прохождении и после такого прохождения. Электроды 4 и 4' измерения удельной проводимости пробы соединяются с блоком 53 измерения удельной проводимости пробы, как это указывалось выше. Электроды 4 и 4' измерения удельной проводимости пробы имеют в целом закругленную форму, которая обеспечивает снижение плотности тока на концах этих электродов.

[00035] На фигурах 2а и 2b расположение электродов в канале 12 показано более подробно. Для упрощения резервуары 8, 8' и 8" на этих фигурах не показаны. Показаны только электроды 30-30'". На фигуре 2а канальные электроды 5 и 5' расположены не внутри канала 12, а снаружи стенок 7 и 7' канала. Иначе говоря, ни один из канальных электродов 5, 5' не находится в непосредственном контакте с текучей средой 11 в канале 12. Как показано на фигуре 2b, канальные электроды 5 и 5' проходят сквозь боковые стенки 7 и 7' и находятся в контакте (и в непосредственном электрическом контакте) с текучей средой 11 в канале 12. Достоинством варианта, показанного на фигуре 2а, является то, что ни один из двух канальных электродов 5, 5' не находится в непосредственном контакте с текучей средой 11. В результате на поверхности канальных электродов 5, 5' не будут формироваться пузырьки газа.

[00036] В варианте осуществления изобретения, показанном на фигуре 2b, необходимо обеспечить регулирование напряжения, и/или типа окислительно-восстановительной реакции, и/или электрического тока на канальных электродах 5, 5', чтобы формирование газа находилось ниже допустимого предела. В другом варианте осуществления изобретения через канальные электроды 5, 5' может пропускаться переменный ток.

[00037] На фигурах 3а и 3b показаны пути прохождения тока на различных электродах 30 и 30', и пути прохождения тока на электродах 30" и 30'" здесь не показаны, чтобы не загромождать схемы, но они также присутствуют. На фигуре 3а показан один канальный электрод 5 (или 5') внутри канала 12 (то есть вариант, показанный на фигуре 2b). Пути 40а и 40d прохождения тока направлены вдоль канала 12 в сторону электродов 30 и 30' соответственно. Пути 40, 40с и 40b прохождения тока направлены поперек канала 12.

[00038] На фигуре 3b показаны пути прохождения тока на электродах 30 и 30', а также на канальных электродах 5 и 5'. Необходимо отметить, что от электрода 30 резервуара отходит путь 51а прохождения тока в направлении канального электрода 5 и путь 51с прохождения тока в направлении канального электрода 5', а также путь 51b прохождения тока в направлении электрода 30' другого резервуара. Аналогичным образом, от электрода 30' резервуара отходит путь 51d прохождения тока в направлении канального электрода 5 и путь 51f прохождения тока в направлении канального электрода 5', а также путь 51е прохождения тока в направлении электрода 30 другого резервуара.

[00039] От канального электрода 5 резервуара отходит путь 50а прохождения тока в направлении электрода 30 резервуара и путь 50с прохождения тока в направлении электрода 30' резервуара, а также путь 50b прохождения тока в направлении канального электрода 5'. От канального электрода 5' резервуара отходит путь 50d прохождения тока в направлении электрода 30 резервуара и путь 50f прохождения тока в направлении электрода 30' резервуара, а также путь 50е прохождения тока в направлении канального электрода 5.

[00040] На фигурах 3а и 3b иллюстрируется одна из проблем объединения способов капиллярного электрофореза для разделения ионов с контактным измерением удельной проводимости. Должны учитываться не только соответствующие электрические потенциалы между канальными электродами 5, 5' и между электродами 30, 30' резервуаров, но и перекрестный механизм путей прохождения тока, указанных ссылочными номерами 50а, 50с, 50d, 50f и 51a, 51с, 51d, 51f. Необходима развязка между цепью, содержащей канальные электроды 5 и 5', и цепью, содержащей электроды 30 и 30' резервуаров. Эта проблема более остро стоит для малоразмерных устройств, таких как устройство, предлагаемое в настоящем изобретении.

[00041] Необходимо обеспечить, чтобы между электронными элементами не было цепи по постоянному или переменному току или чтобы такая цепь имела большое сопротивление. Это иллюстрируется на фигурах 4а и 4b, на которых в верхней части показано развязывающее устройство 80 возле цепи блока 54 регулирования напряжения и в нижней части развязывающее устройство 80' возле цепи блока 55 определения удельной проводимости.

[00042] Электроды 30-30'" резервуаров подсоединяются электрическими цепями 60-60'" к блоку 54 регулирования напряжения и измерения тока. Электроды 5 и 5' соединяются с помощью электрических цепей 65 и 65' с блоком 55 определения удельной проводимости и управления ячейкой.

[00043] На фигуре 4а показано, что блок 54 регулирования напряжения и измерения тока подсоединяется к главному блоку управления через развязывающее устройство 80. На фигуре 4b блок 55 определения проводимости и управления ячейкой подсоединяется к главному блоку 43 управления через развязывающее устройство 80'. Развязывающие устройства 80 и 80' предназначены для обеспечения электрической развязки между различными электродами. Развязывающие устройства 80 и 80' показаны в определенном положении на фигурах 4а и 4b, но в других вариантах они могут быть расположены в других местах. Следует также иметь в виду, что могут использоваться и другие развязывающие компоненты в дополнение к развязывающим устройствам 80 и 80'. Можно указать, что в большинстве случаев между цепями блока 54 регулирования напряжения и цепями блока 55 определения удельной проводимости и электродами 30-30'", 5-5" должно быть реализовано развязывающее устройство 82 с низкой емкостью.

[00044] Развязывающие устройства 80 и 80' могут иметь разные схемы, показанные на фигурах 5а-5d. Как показано на фигуре 5а, вход каждой из двух электрических цепей 90, 91 изолирован от выходов двух электрических цепей 90', 91' конденсаторами 95 и 95а. Аналогично, как показано на фигуре 5b, вход каждой из двух электрических цепей 90, 91 изолирован от выходов двух электрических цепей 90', 91' индуктивностью 96. Как показано на фигуре 5с, индуктивность 97 имеет ответвления 92, 92' от средних точек. Как показано на фигуре 5d, для развязки входов электрических цепей 90, 91 и выходов электрических цепей 90', 91' используется пьезоэлемент 98.

[00045] Развязывающие устройства 80 и 81 обеспечивают существенное уменьшение постоянного тока между цепью капиллярного электрофореза и цепью контактного измерения ионов. Еще одна проблема возникает при использовании переменного тока между цепью капиллярного электрофореза и цепью контактного измерения ионов. Ее также можно ослабить путем использования развязывающих устройств 80 и 80'.

[00046] Необходимо отметить, что уменьшение величины емкости 82 положительно влияет на снижение негативных эффектов постоянного и переменного тока. Предполагается, что величина емкости, не превышающая 100 пф, например 20 пф, будет оптимальной для обеспечения точного измерения ионов в канале 12.

[00047] На фигуре 6 показан пример измерительного прибора с дисплеем 69. Ширина 16" обычно меньше 50 см и в одном из вариантов составляет 10 см. Высота 16'" меньше 10 см и в одном из вариантов составляет 5 см. Длина 16' меньше 50 см и в одном из вариантов составляет 20 см.

[00048] На фигуре 7 показан другой вариант осуществления изобретения, в котором к части 19 микроканала 12 на входе 100' по соединительному каналу 101 подсоединяется расширительная камера 104. Следует отметить, что размеры поперечного сечения соединительного канала 101 меньше размеров поперечного сечения канала 12. Также необходимо отметить, что канал 101 имеет большую длину и проходит вперед и назад, чтобы занимать минимум пространства. В результате по сравнению с каналом 12 и другими резервуарами увеличивается аэродинамическое сопротивление в канале 101 при прохождении текучей среды в расширительную камеру 104.

[00049] Расширительная камера 104 заполняется текучей средой 102, такой как электролит 11. Внутри текучей среды 102 имеется пузырек 103 газа. Пузырек 103 газа предпочтительно содержит инертный газ, такой как гелий или аргон.

[00050] Расширительная камера 104 с пузырьком 103 газа обеспечивает возможность расширения и сжатия текучей среды в микроканале 12 при изменениях температуры без риска разрушения чипа. Таким образом, могут допускаться изменения температуры не только на несколько градусов, но даже и до 50 градусов. Такая возможность необходима для обеспечения эффективной работы прибора. Если, например, текучая среда в микроканале 12 расширяется настолько, что текучая среда будет вытекать из чипа, то при охлаждении канал 12 уже не будет заполняться полностью текучей средой, что приведет к изменению результатов измерений. Необходимо отметить, что расширительная камера 104 имеет существенный объем по сравнению с объемом резервуаров 8-8" и канала 12, поэтому сформированный пузырек 103 газа будет обеспечивать возможность компенсации изменений температуры и будет предотвращать утечку жидкой среды.

[00051] Пузырек 103 газа формируют путем откачивания воздуха из устройства 9 анализа проб и последующей подачи в микроканал 12 инертного газа, который просачивается в расширительную камеру 104. Затем из устройства 9 анализа проб откачивают газ и подают на него текучую среду. После этого устройство 9 анализа проб снова подвергают действию атмосферного давления, и оно заполняется текучей средой. Поскольку в расширительной камере 104 остается газ, то будет формироваться пузырек 103 газа. В другом способе пузырек 103 газа формируют путем электролиза воды. В этом случае необходимо, чтобы в расширительной камере 104 были соответствующие электроды. Степень разрежения в расширительной камере 104 влияет на формирование пузырька 103 газа. Чем выше будет аэродинамическое сопротивление соединительного канала 101, тем медленнее будет вытекать газ из расширительной камеры 104 по сравнению с каналом 12. Это означает, что можно откачать почти весь газ из канала 12, но при этом достаточно газа будет оставаться в расширительной камере 104. При заполнении текучей средой устройства 9 анализа проб остающийся в расширительной камере 104 газ будет формировать пузырек 103 газа.

[00052] Необходимо отметить, что расширительная камера 104 может использоваться не только в вышеописанном устройстве 9 анализа проб. Например, такая расширительная камера 104 может использоваться в любом микрожидкостном устройстве для компенсации расширения/сжатия текучей среды, находящейся в микроканалах микрожидкостного устройства.

[00053] Удельная проводимость пробы может также измеряться с помощью другого устройства 120 анализа пробы. На фигуре 8 показан типичный вариант такого устройства 120 анализа пробы. В этом варианте осуществления изобретения используется впускная часть 112, соединенная закруглением 113 канала и каналом 111с резервуаром 110 для пробы. Резервуар 110 для пробы обычно открывается в атмосферу. В этом варианте обычно отсутствует непосредственное соединение с системой 12 канала.

[00054] Устройство 120 анализа пробы обычно высушивается перед использованием. Заполнение устройства 120 анализа пробы после нанесения пробы 10 на верхнюю поверхность осуществляется через впускную часть 112 для пробы и закругление 113 канала. В этом случае предотвращается формирование пузырьков газа и обеспечивается надлежащее заполнение канала 111 для пробы мимо электродов 4 и 4'. Заполнение осуществляется, например, за счет гидродинамического давления, обеспечиваемого в результате того, что резервуар 110 для пробы открывается в атмосферу.

[00055] Необходимо соблюдать осторожность для правильного заполнения устройства 120 анализа пробы в связи с одновременным использованием заполненной системы 12 канала. Устройство 120 анализа пробы в процессе его изготовления заполняют электролитом 11. Электролит 11 необходимо удалить из устройства 120 анализа пробы. Это осуществляется через открытый резервуар 110 для пробы, который используется для испарения электролита 11 в атмосферу. В этом варианте необходимо предпринимать меры, чтобы никаких осадков не образовывалось в устройстве 120 анализа пробы при испарении электролита 11, поскольку они будут влиять на последующее заполнение устройства пробой. В устройстве 120 анализа пробы используется испарительная камера 115, в которую ведет канал 116 испарения. Вход в испарительный канал 116 расположен возле впускной части 112 для пробы. Испарительная камера 115 обычно закрыта. В этом случае испарение электролита 11 будет заканчиваться в испарительной камере 115 через испарительный канал 116, и поэтому осаждение частиц будет происходить внутри испарительного канала, а не внутри системы канала устройства 120 анализа пробы.

[00056] Необходимо иметь в виду, что система канала устройства 120 анализа пробы, испарительный канал 116 и испарительная камера 115 имеют существенно более широкое применение, кроме устройства 9 анализа пробы, описанного со ссылками на фигуры 1а-1с. Например, устройство 120 анализа пробы с испарительным каналом 116 и испарительной камерой 115 может использоваться в других микрожидкостных устройствах, например, для определения удельной проводимости пробы и проводимости плазмы. Например, может осуществляться измерение уровня гемоглобина.

[00057] Изобретение было описано в отношении нескольких вариантов его осуществления. Однако специалистам в данной области техники будет понятно, что изобретение не ограничивается этими вариантами. Объем изобретения должен толковаться в соответствии с прилагаемой формулой.

1. Прибор (1) для измерения концентрации одного типа заряженных частиц в пробе (10), в которой имеется несколько типов заряженных частиц и, по меньшей мере, один нерастворимый компонент, содержащий:
первую цепь с блоком (54) регулирования напряжения, которая присоединена, по меньшей мере, к двум первым электродам (30, 30'), расположенным вдоль канала (12), содержащего пробу (10);
вторую цепь с блоком (55) определения удельной проводимости, которая присоединена, по меньшей мере, к двум вторым электродам (5, 5'), размещенным в канале (12), причем первая цепь и вторая цепь имеют электрическую развязку друг от друга; и
канал (12) содержит текучую среду, содержащую газ, концентрацию которого внутри канала (12) поддерживают на уровне, не превышающем заданной предельной величины.

2. Прибор (1) по п.1, в котором электрическая развязка представляет собой развязку по постоянному току.

3. Прибор (1) по п.1, в котором электрическая развязка осуществляется с использованием одного или нескольких трансформаторов (80, 81).

4. Прибор (1) по любому из пп.1-3, содержащий также, по меньшей мере, один или несколько дополнительных трансформаторов в первой цепи и/или во второй цепи.

5. Прибор (1) по любому из пп.1-3, содержащий также конденсатор между блоком (54) регулирования напряжения и блоком (55) определения удельной проводимости.

6. Прибор (1) по любому из пп.1-3, в котором общая емкость прибора не превышает 100 пФ.

7. Прибор (1) по любому пп.1-3, в котором общая емкость прибора не превышает 20 пФ.

8. Прибор (1) по любому из пп. 1-3, общие размеры которого не превышают 50×50×10 см.

9. Прибор (1) по любому из пп. 1-3, общие размеры которого не превышают 20×10×5 см.

10. Прибор (1) по любому из пп 1-3, в котором канал имеет миниатюрные размеры, не превышающие 100 мкм по ширине и глубине.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к паразитологии и касается способа видовой ДНК-дифференциации гельминтов - возбудителей церкариального дерматита человека. Дифференциацию четырех видов Trichobilharzia: Т.

Изобретение относится к областям медицины, в частности к урологии, нефрологии и курортологии, и позволяет своевременно и с большой точностью диагностировать мочекаменную болезнь.

Изобретение относится к области молекулярной биологии. .

Изобретение относится к области медицины и касается способа прогнозирования активности гликофорина мембран эритроцитов в периферической крови беременных при обострении герпес-вирусной инфекции и повышения содержания перекисей жирных кислот.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к плодоводству, и может быть использовано для определения иммунных и высокоустойчивых к коккомикозу форм черешни, вишни и подвоев для этих культур.
Изобретение относится к разделению смесей свободных генетически кодируемых аминокислот методом капиллярного электрофореза и может быть использовано как для контроля качества лекарственных препаратов, так и для определения аминокислотного состава биологически-активных пептидов.

Изобретение относится к области медицины, а также к ветеринарии и микробиологии и предназначено для биологических исследований суспензий клеток и образцов биоптатов.

Изобретение относится к областям медицины, экологии, токсикологии и пищевой промышленности, а в частности, к способам получения характеристических профилей различных биологических объектов (моча, плазма и сыворотка крови, структуры мозга, слезная жидкость) и объектов природного происхождения (чай, вино, листья, хвоя) на основе одновременного определения конкретных групп биологически активных веществ методами капиллярного зонного или мицеллярного электрофореза.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к плодоводству. .
Изобретение относится к пищевой промышленности, биотехнологии, ликероводочной промышленности, производству безалкогольных напитков и связано с определением содержания катионов, аминов, анионов органических и неорганических кислот в различных средах.
Наверх