Концентратомер подвижных инфузорий в жидких средах

Изобретение относится к области фотометрии жидких сред. Концентратомер жидких сред содержит источник излучения, кювету, фильтр низких частот, усилитель, интегратор, задающий генератор. В состав устройства введены фотопреобразующий усилитель, устройство задержки, устройство выделения сигнала, управляемый детектор, накопитель, пороговое устройство, стабилизатор температуры, подключенный к кювете, управляющий генератор и микроконтроллер. Детектор выполнен управляемым. Источник излучения через кювету оптически связан с фотопреобразующим усилителем, соединенным со входом устройства задержки, выход которого подключен к входу фильтра низких частот. Второй вход подключен к выходу задающего генератора. Выход фильтра низких частот к подключен к входу устройства выделения сигнала, выход которого соединен с входом усилителя. Второй вход соединен с входом управляющего генератора, первым входом управляемого детектора и первым входом накопителя, второй вход которого соединен с входом управляемого детектора. Выход соединен с входом порогового устройства, выход которого через микроконтроллер соединен с первым входом усилителя тока, выход которого соединен с источником излучения. Второй вход соединен с выходом интегратора, выход которого соединен со вторым входом фильтра низких частот. Второй вход микроконтроллера соединен с выходом задающего генератора, а его выход подключен ко входу индикаторного устройства. Технический результат - автоматизация концентратомера, обеспечение возможности исследования БЖДС и повышение точности и стабильности ее исследования. 4 з.п. ф-лы. 1 ил.

 

Изобретение относится к области фотометрирования жидких сред в биологии и медицине.

Фотометрическое исследование концентрации подвижных биологических агентов в жидких средах может быть использовано для исследования токсичности жидких дисперсных сред биологического происхождения (БЖДС).

Известен приборно-вычислительный комплекс «БиоЛат-3.2», предназначенный для автоматизированного биотестирования с системой визуализации и программным обеспечением для математической обработки данных, а также биологической оценки действия кормовых и пищевых продуктов и добавок, сельскохозяйственного сырья растительного и животного происхождения, фармацевтических препаратов и БАД на инфузорий Parametium caudatum и Tetrahimena pyriforis [1].

Действие прибора основано на подсчете подвижных инфузорий телевизионным методом, в основе которого лежит сравнение изображений тест-объектов через определенные промежутки времени.

Недостатками известного приборно-вычислительного комплекса являются: значительные габариты, относительно высокая стоимость оборудования и программного обеспечения, избыточность получаемой информации, которой трудно дать однозначную интерпретацию.

Недостатки приборно-вычислительный комплекса объясняются сложностью аппаратной части комплекса, необходимостью применения сложных алгоритмов распознавания объектов.

Известен анализатор токсичности АТ-04, предназначенный для скрининга полимерных материалов и изделий, позволяющий автоматически производить количественную оценку токсичности водных вытяжек из данных материалов путем анализа зависимости показателя подвижности суспензии сперматозоидов от времени [2].

Оценка показателей подвижности осуществляется путем подсчета изменений интенсивности светового потока при движении сперматозоидов через оптический зонд. При этом движущиеся частицы, находящиеся в лазерном луче, рассеивают свет в виде флуктуаций интенсивности и частоты (за счет эффекта Доплера).

Недостатками известного анализатора являются: высокая стоимость оборудования, затрудненность широкого практического применения.

Недостатки известного анализатора объясняются сложностью аппаратной части комплекса (в том числе фотоприемного устройства), необходимостью применения сложных алгоритмов обработки для выделения информативного параметра токсичности, использованием в качестве тест-объекта семенной жидкости крупного рогатого скота, требующей специального хранения в жидком азоте.

Во всех описанных устройствах использован компьютер, что снижает автономность и мобильность проводимых исследований. Кроме того, повышенный уровень ослабления оптического излучения БЖДС делает невозможным работу существующих приборов с подобными средами.

Известен концентратомер «Биотестер-2М», не требующий применение компьютера, и предназначенный для определения концентрации взвеси подвижных микроорганизмов (инфузорий Parametium caudatum) в прозрачных жидких средах при их перераспределении в объеме пробы в процессе их развития или гибели, содержащий источник излучения, сформированного формирователем излучения, оптически связанный через кювету с фотоприемным устройством, фотоэлектронный преобразователь, фильтр низких частот, интегрирующее звено, усилитель, накопитель, детектор, задающий генератор и индикаторное устройство [3].

В основу работы прибора положен принцип импульсной фотометрии, позволяющий анализировать характер изменения светового потока с длиной волны λ=620 нм, вызванного случайным изменением числа микроорганизмов в зоне измерения.

Известный концентратомера «Биотестер-2М» наиболее близок к предлагаемому по количеству общих признаков и вследствие этого выбран за прототип.

Недостатком концентратомера «Биотестер-2М» является невозможность его использования для исследования токсичности БЖДС.

Этот недостаток объясняется тем, что по сравнению с водными средами БЖДС обладают повышенной вязкостью и мутностью на данной длине волны и вследствие этого уменьшается амплитуда информативного сигнала и соотношение сигнал-помеха на выходе фотоприемного устройства, снижается обнаруживающая способность концентратомера в целом. Кроме того, отсутствие термостатирования кюветы и различные значения оптической плотности исследуемых БЖДС уменьшают точность и стабильность исследования, а схемотехническое решение этого концентратомера не позволяет автоматизировать процесс исследования, а невозможность оперативного изменения внутренних параметров (коэффициент усиления, диапазоны частот и т.п.) затрудняет адаптацию под различные виды инфузорий

Задачей изобретения является создание автоматизированного концентратомера (АК) БЖДС для определения ее токсичности.

Техническим результатом изобретения является автоматизация концентрацтомера, обеспечение возможности исследования БЖДС и повышение точность и стабильности ее исследования.

Для обеспечения указанного технического результата в известный концентратомер, содержащий источник излучения, кювету, фильтр низких частот, усилитель, интегратор, задающий генератор, введены новые признаки, а именно: фотопреобразующий усилитель, устройство задержки, устройство выделения сигнала, управляемый детектор, накопитель, пороговое устройство, стабилизатор температуры, управляющий генератор и микроконтроллер, при этом детектор выполнен управляемым, а источник излучения через кювету оптически связан с фотопреобразующим усилителем, соединенным со входом устройства задержки, выход которого подключен к входу фильтра низких частот, а второй вход - к выходу задающего генератора, выход фильтра низких частот к подключен к входу устройства выделения сигнала, выход которого соединен с входом усилителя, а второй вход соединен с входом управляющего генератора, первым входом управляемого детектора и первым входом накопителя, второй вход которого соединен с входом управляемого детектора, а выход - с входом порогового устройства, выход которого через микроконтроллер соединен с первым входом усилителя тока, выход которого соединен с источником излучения, а второй вход - с выходом интегратора, выход которого соединен со вторым входом фильтра низких частот, при этом второй вход микроконтроллера соединен с выходом задающего генератора, а его выход подключен к входу индикаторного устройства, кроме того, к кювете подключен стабилизатор температуры.

Введение новых признаков делает возможным алгоритмизацию и автоматизацию процесса исследования БЖДС, в том числе при разных концентрациях, обеспечивает повышение точности и стабильности исследования путем стабилизация температуры и наличия связи фотопреобразующего усилителя с источником излучения в совокупности с остальными заявленными признаками.

Для увеличения полезного сигнала и отношения сигнал-помеха и минимизации исследуемого объема пробы кювета может быть выполнена в виде капилляра.

Использование источника излучения с длиной волны близкой к изобастической точке гемоглобина (λ=810 нм), позволяет снизить влияние мутности исследуемой БЖДС по сравнению с длиной волны источника излучения известного концентратомера.

В АК предусмотрена автоматическая оценка степени токсичности БЖДС путем оценки времени гибели 100% инфузорий в пробе: остро токсично - не более 5 минут, токсично - не более 10 минут, слаботоксично - не более 15 минут, не токсично - 20 минут и более, что позволяет минимизировать ошибки и увеличить число исследований.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой показана структурная схема АК.

Предложенная АК содержит источник излучения 1, кювету 2, фотопреобразующий усилитель 3, устройство задержки 4, фильтр низких частот 5, усилитель тока 6, стабилизатор температуры 7, управляемый детектор 8, усилитель 9, устройство выделения сигнала 10, интегратор 11, индикаторное устройство 12, накопитель 13, пороговое устройство 14, управляющий генератор 15, микроконтроллер 16, задающий генератор 17.

Реализацию АК можно осуществить на основе дискретных аналоговых устройств, аналогично известному концентратомеру, или на основе линейных импульсных систем - программируемых аналоговых интегральных схемах (ПАИС), что обеспечивает возможность создания АК с динамически изменяемыми параметрами и конфигурацией, одновременно обеспечивая обработку сигнала от измерительного преобразователя, лежащего в инфранизкочастотной области, повышая надежность выделения информативного параметра токсичности БЖДС.

Предложенный автоматизированный концентратомер работает следующим образом. В кювету 2 в равном соотношении наливают взвесь инфузорий и исследуемую БЖДС.

Тактируемый задающим генератором 17 микроконтроллер 16 формирует короткие прямоугольные стробирующие импульсы Ucmp, поступающие в усилитель тока 6, формирующий мощные импульсы для управления источником излучения 1.

Прошедшее через кювету 2 оптическое излучение, с интенсивностью, зависящей от концентрации инфузорий, попадает на фотопреобразующий усилитель 3, преобразуется в прямоугольную импульсную последовательность и поступает на, тактируемое задающим генератором 17, устройство задержки 4, где из данной импульсной последовательности формируется огибающая электрического сигнала.

Формирование полосы пропускания АК (F=0,1…10 Гц), в том числе удаление постоянной составляющей из электрического сигнала, обусловленной фоновой засветкой фотопреобразующего усилителя 3 источником излучения 1, осуществляется устройством выделения сигнала 10 и фильтром низких частот 5. Для увеличения амплитуды полезного сигнала служит усилитель 9, а для получения его абсолютного значения - управляемый детектор 8, синхронизируемый управляющим генератором 15. Для увеличения энергии полезного сигнала и повышения обнаруживающей способности подвижных (живых) инфузорий служит накопитель 13.

С целью определения момента окончания эксперимента (гибель всех инфузории) служит пороговое устройство 14, на которое так же поступает опорное напряжение ULE100, определяющее порог наступления гибели 100% инфузорий в пробе.

Отсчет общего времени исследования, оценка уровня токсичности БЖДС и формирование соответствующей световой индикации на индикаторном устройстве 12 осуществляются автоматически с помощью микроконтроллера 16.

Интегратор 11, входящий в состав контура стабилизации мощности источника излучения 1, формирует для управляемого усилителя тока 6 сигнал регулирования данным источником излучения. Максимальное значение мощности источника излучения 1 задается источником опорного напряжения Ucm6.

Стабилизатор температуры 7 обеспечивает стабилизацию температуры кюветы 2 и самой пробы.

Результаты математического моделирования показали, что:

амплитуда полезного сигнала на выходе фотопреобразующего усилителя АК при использовании кюветы в форме капилляра с общим объемом 0,6 мл, концентрации взвеси инфузорий равной 300 шт/мл и вязкости БЖДС, равной 1,84-10-3 кг/м с, возрастает на величину от 1,8 до 2,4 раз при изменении длины кюветы от 2,6 до 5 см по сравнению с амплитудой полезного сигнала на выходе фотоэлектронного преобразователя известного концентратомера;

общее соотношение сигнал-помеха на выходе фотопреобразующего усилителя АК может в среднем до 6 раз превышать аналогичный параметр на выходе фотоэлектронного преобразователя известного концентратомера;

использование источника излучения с длиной волны равной изобастической точке гемоглобина позволяют увеличить соотношение сигнал-помеха на 6% для модельной БЖДС с коэффициентом пропускания Т=0,95 по сравнению с длиной волны источника излучения известного концентратомера;

стабильность мощности оптического излучения, падающего на ФПУ, для диапазона значений коэффициента пропускания пробы Т=0,65…0,95 составляет не хуже 103.

Проведенное моделирование показало, что заявленные технические результаты достигнуты.

Источники информации

1. http://europolytest.com/Products/Made-in-Europolytest/Made-in-Europolytest_2.html;

2. Биотестирование продукции из полимерных и других материалов. Методические указания МУ 1.1.037-95. Разработаны Московским городским центром Государственного комитета санитарно-эпидемиологического надзора России (Завьялов Н.В.), Всероссийским научно-исследовательским и испытательным институтом медицинской техники Министерства здравоохранения и медицинской промышленности России (Лаппо В.Г., Еськов А.П.), Акционерным обществом "БМК-ИНВЕСТ" (Каюмов Р.И.) и представленные в методическом пособии «Альтернативные методы исследований (экспресс-методы) для токсиколого-гигиенической оценки материалов, изделий и объектов окружающей среды» Федерального центра Госсанэпиднадзора Минздрава России;

3. http://biotester.ru.

1. Концентратомер жидких сред, содержащий источник излучения, кювету, фильтр низких частот, усилитель, интегратор, задающий генератор, отличающийся тем, что в него введены фотопреобразующий усилитель, устройство задержки, устройство выделения сигнала, управляемый детектор, накопитель, пороговое устройство, стабилизатор температуры, подключенный к кювете, управляющий генератор и микроконтроллер, при этом детектор выполнен управляемым, а источник излучения через кювету оптически связан с фотопреобразующим усилителем, соединенным с входом устройства задержки, выход которого подключен к входу фильтра низких частот, а второй вход - к выходу задающего генератора, выход фильтра низких частот к подключен к входу устройства выделения сигнала, выход которого соединен с входом усилителя, а второй вход соединен с входом управляющего генератора, первым входом управляемого детектора и первым входом накопителя, второй вход которого соединен с входом управляемого детектора, а выход - с входом порогового устройства, выход которого через микроконтроллер соединен с первым входом усилителя тока, выход которого соединен с источником излучения, а второй вход - с выходом интегратора, выход которого соединен со вторым входом фильтра низких частот, при этом второй вход микроконтроллера соединен с выходом задающего генератора, а его выход подключен к входу индикаторного устройства.

2. Концентратомер по п. 1, отличающейся тем, что кювета выполнена в виде капилляра.

3. Концентратомер по п. 1, отличающейся тем, что в нем использован источник излучения с длиной волны, близкой к изобастической точке гемоглобина (λ=810 нм).

4. Концентратомер по п. 1, в котором предусмотрена автоматическая динамическая подстройка мощности источника излучения под различные значения оптической плотности исследуемых БЖДС.

5. Концентратомер по п. 1, в котором предусмотрена автоматическая оценка степени токсичности БЖДС путем оценки времени гибели 100% инфузорий в пробе: остро токсично - не более 5 минут, токсично - не более 10 минут, слаботоксично - не более 15 минут, не токсично - 20 минут и более.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области оптических измерений. Дифференциальный измеритель оптической плотности жидкой среды включает светонепроницаемый корпус, излучатель света, две идентичные проточные измерительные кюветы с патрубками для ввода и вывода жидкости излучатель, оптические окна для ввода и вывода излучения, фотоприемники сигналов измерительных каналов, дифференциальный усилитель.

Изобретение относится к технической физике, а именно к определению физико-химических параметров металлических расплавов путем измерения плотности и поверхностного натяжения неподвижно лежащей на подложке эллипсовидной капли образца расплава посредством фотоэлектронной объемометрии.

Изобретение относится к области исследования жидкостей и может быть использовано для определения сжимаемости жидкостей в широком интервале давлений и температур.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения момента возникновения пробоины на крыле летательного аппарата при воздействии средств поражения.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к приборам для исследования плотности жидкостей пикнометрическим методом. .

Изобретение относится к авиационной промышленности и может быть использовано при исследовании различных летательных аппаратов в гидродинамических трубах, а также в различных отраслях промышленности народного хозяйства, где необходимо исследовать "возмущенный" поток жидкости.

Изобретение относится к авиационной промышленности и может быть использовано при исследовании различных летательных аппаратов в гидродинамических трубах, а также в различных отраслях народного хозяйства, где необходимо исследовать турбулентности жидкостей в трубопроводах или замкнутых помещениях.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к вибрационным датчикам плотности, и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности . .

Изобретение относится к области измерительной техники. Анализатор состава природного газа содержит непрерывный лазер, фокусирующую линзу, газовую кювету с входным и боковым окном, фотообъектив, голографический фильтр, спектральный прибор, сопряженный с ПЗС-матрицей, и блок управления, взаимодействующий с ПЗС-матрицей.

Изобретение относится к исследованию и анализу газов с помощью электромагнитного излучения. Спектрометр состоит из последовательно размещенных источника микроволнового излучения, ячейки с исследуемым газом, приемной системы, включающей в себя детектор и блок обработки сигнала, и блока управления частотой источника излучения.

Изобретение относится к способам определения потенциалов ионизации и сродства к электрону органических молекул кислород- и азотсодержащих соединений. Целью изобретения является повышение точности методов определения ПИ и СЭ и его распространение на другие классы соединений, которые не относятся к ароматическим молекулам.

Изобретение относится к области экологического контроля и касается способа определения возможности применения спектрорадиометра для экологического мониторинга атмосферы.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к оптическим методам. Способ контроля шероховатости поверхности детали включает зондирование исследуемой поверхности потоком со струйной структурой, содержащим смесь химически взаимодействующих газов, визуализацию информативного параметра через контролируемую область поверхности по регистрируемому в оптическом диапазоне длин волн изображению яркостного контраста проекции зоны химического взаимодействия смеси газов.

Изобретение относится к акустике, в частности к микрофонам. Способ создания микрофона на основе селективного поглощения инфракрасного (ИК) излучения углекислым газом.

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений. Способ определения концентрации паров нафталина в газовой смеси ароматических соединений заключается в том, что материал, содержащий флуорофор дибензоилметанат дифторида бора (DBMBF2) или его метил-, или метокси-, или диметил-, или диметокси- или метилметоксипроизводное, молекулы которого окружены цепями полидиметилсилоксана или алкильными группами, помещают в газовую смесь.

Изобретение относится к биологии, экологии, сельскому хозяйству, в частности к исследованиям биоматериалов и учету животных при изучении миграционной активности. Способ детекции системной родаминовой метки в мелких млекопитающих включает использование кормовых приманок с препаратом родамин B в количестве от 0,05 до 0,10 мас.% и выявление флуоресцирующей метки родамина B путем облучения мелких млекопитающих лучом портативного зеленого лазера с длиной волны 532±20 нм.

Изобретение относится к области спектроскопии и касается способа обнаружения элемента в образце. Способ осуществляется с помощью системы спектроскопии возбуждения лазерным пробоем (LIBS), включающей в себя первый лазер, второй лазер, спектрометр и детектор.

Изобретение относится к ядерной технологии, в частности к аналитическому обеспечению процесса переработки облученного ядерного топлива, и раскрывает способ совместного спектрофотометрического определения нептуния, америция и плутония.

Устройство для вариативной одноцветной спектроскопии «накачка-зондирование» в терагерцовом диапазоне содержит перестраиваемый по частоте источник монохроматического излучения, первую пропускающую дифракционную решетку и вторую пропускающую дифракционную решетку. Вторая решетка оптически параллельно связана с прерывателем светового потока и первым плоским зеркалом. Первое плоское зеркало связано с оптической линией задержки светового пучка, вторым плоским зеркалом, фокусирующим объективом, исследуемым образцом, открытой частью апертуры и детектором излучения. Прерыватель светового потока оптически связан с третьим и четвертым плоскими зеркалами, фокусирующим объективом, исследуемым образцом и закрытой частью апертуры. Технический результат заключается в сокращении продолжительности измерений, за счет исключения необходимости перенастройки элементов устройства, и расширении класса исследуемых веществ. 2 ил.

Изобретение относится к области фотометрии жидких сред. Концентратомер жидких сред содержит источник излучения, кювету, фильтр низких частот, усилитель, интегратор, задающий генератор. В состав устройства введены фотопреобразующий усилитель, устройство задержки, устройство выделения сигнала, управляемый детектор, накопитель, пороговое устройство, стабилизатор температуры, подключенный к кювете, управляющий генератор и микроконтроллер. Детектор выполнен управляемым. Источник излучения через кювету оптически связан с фотопреобразующим усилителем, соединенным со входом устройства задержки, выход которого подключен к входу фильтра низких частот. Второй вход подключен к выходу задающего генератора. Выход фильтра низких частот к подключен к входу устройства выделения сигнала, выход которого соединен с входом усилителя. Второй вход соединен с входом управляющего генератора, первым входом управляемого детектора и первым входом накопителя, второй вход которого соединен с входом управляемого детектора. Выход соединен с входом порогового устройства, выход которого через микроконтроллер соединен с первым входом усилителя тока, выход которого соединен с источником излучения. Второй вход соединен с выходом интегратора, выход которого соединен со вторым входом фильтра низких частот. Второй вход микроконтроллера соединен с выходом задающего генератора, а его выход подключен ко входу индикаторного устройства. Технический результат - автоматизация концентратомера, обеспечение возможности исследования БЖДС и повышение точности и стабильности ее исследования. 4 з.п. ф-лы. 1 ил.

Наверх