Устройство для испытания химических соединений на ферментативную активность

 

ОПИСАНИЕ ..., «748249

Союз Советских

Соцналнстнческнх

Республик

К АВ2ОРСКОМУ СВИ ИВЛЬСТВУ (61) Дополнительное к ввт. сеид-ву (51)М. Кл (22) Заявлено 070778 (21) 2640481/23-26 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

G N 31/14

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (53) УДК П7.1Ь.087 ° .5:066.12(088.8) Опубликовано 150780, Бюллетень ¹ 26

Дата опубликования описания 180780

Л.А. Пирузян, И.Я. Колокольцов, В.В. Скнбенко, d .Е. Либинзон и С.Г. Антонян (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Научно-исследовательский институт по биологическим испытаниям химических соединений

{54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

НА ФЕРМЕНТАТИВНУЮ АКТИВНОСТЬ

Изобретение относится к области исследования химических соединений на биологическую активность электрометрическим методом и может быть ис-. пользовано для серийного испытания 5 химических соединений на активность ряда ферментов — ацетилхолинэстеразы, аденозинтрифосфатазы протеолитических ферментов и др.

Известно устройство для исследова- 10 ния веществ химическим способом, содержащее насос, подключенный к поглотительному сосуду с мешалкой и последовательно соединенные электродный блок, рН-метр, подключенный к 15 датчику температуры, блок титрования, дозатор с электромагнитными клапанами, счетчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь и блок регистрации (11. 20

Наиболее близким, по технической сущности, к предложенному техническому решению является устройство для . испытания химических соединений на ферментативную активность, содержа- 25 щее технологический блок, электродный блок, связанный с выходом технологического блока, усилитель, подключенный своим входом к одному из выходов электродного блока, первый ком 30 мутатор, вход которого соединен с другим выходом электродного блока, а выход первого коммутатора связан с входом усилителя, блок перемешивания, подключенный к входу технологического блока, блок задания, соединенный с входом блока перемешивания, блок управления, связанный своими входом и выходом с блоком задания, блок испытуемых соединений, подключенный своим входом к выходу блока управления, блок регистрации, соединенный своим входом с выходом блока испытуемых соединений и с одним иэ входов технологического блока, и блок индикации, один из входов которого связан с входами блока регистрации и блока задания $2) .

Недостатком этого устройства является малая производительность и низкая точность. Это объясняется тем, что все операции, касающиеся приготовления, дозирования и смешивания реагентов производятся вручную. Кроме того измерительные электроды электродного блока имеют неидентичные характеристики, что снижает точность устройства. При тщательном отборе нескольких электродов нз большого массива с примерно одинаковыми харак748249 теристиками, точность устройства также остается низкой, так как с течением времени не одинаково изменяются сопротивления различных электродов и значения координат изопотенциальной точки, что не позволяет с достаточной точностью проводить корреляцию по нескольким концентрациям испытуемых химических соединений.

Цель изобретения — повышение производительности и точности устройст- 0 ва.

Указанная цель достигается тем, что устройство дополнительно содержит блок коррекции, выход которого подключен к одному иэ входов усилителя, аналого-цифровой преобразователь, связанный с выходом усилителя и с одним из входов блока коррекции, логический блок, подключенный к одному из выходов блока управления, к выходу аналого-цифрового преобразо- 0 вателя и к входам блока регистрации и блока индикации, блок сравнения, соединенный с выходом аналого-цифрового преобразователя и одним из выходов и входов блока управления, Я блок дозаторов, связанный одним из своих входов с блоком сравнения, а другим входом — c одним из выходов блока задания и входом блока перемешивания, при этом -один из выходов блока дозаторов подключен к одному из входов блока управления и одному из входов блока индикации, а другой выход блока дозатороэ соединен с технологическим блоком и блоком ис- З5 пытуемых соединений, формирователь импульсов, связанный с одним из выходов блока управления и выходом блока регистрации, распределитель импульсов, вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, а выход распределителя импульсов соединен с одним из входов первого коммутатора, второй коммутатор, связанный своим входом с выходом распределителя импульсов, а выходом — с бло- 4$ ком коррекции, дешифратор, подключенный к одному иэ выходов первого коммутатора и входам блока индикации, блока регистрации и блока задания, и транспортный блок, соединенный своим $Q вхОдом с выходом блока управления и входом блока испытуемых соединений, а выходом — co входами технологического блока и блока индикации.

На чертеже представлена блок-схема устройства для испытания химических соединений на ферментативную активность.

Устройство состоит из блока 1 управления, блока 2 задания программы, транспортного блока 3, блока 4 доза- б0 торов, блока 5 перемешивания, блока

6 испытуемых соединений, технологического блока 7, электродного блока ,8, распределителя 9 импульсов, формирователя 10 импульсов, первого ком- б5 мутатора 11, усилителя 12, второго коммутатора 13, блока 14 коррекции, блока 15 сравнения, дешифратора 16, логического блока 17, аналого-цифрового преобразователя 18, блока 19 регистрации и блока 20 индикации. усилитель 12 формирует аналоговый сигнал от электродного блока 8 для аналого- цифрового преобразователя 18 с учетом температурной поправки от датчика температуры электродного блока 8 и с учетом поправки блока 14 коррекции. Блок 19 регистрации фиксирует время, номер испытуемого химического .соединения и значения рН растворов различных ячеек технологического блока 7 с учетом концентрации испытуемого соединения.

В каждую ячейку технологического блока при проведении испытаний вносятся соответствующие концентрации химических соединений. Первый коммутатор 11 подключает соответствующие измерительные электроды блока 8 на вход усилителя 12, а состояние первого коммутатора 11 определяется дешифратором 16. Второй коммутатор 13 подключает соответствующие подстроечные элементы блока 14 коррекции в цепь обратной связи усилителя 12.

Логический блок 17 содержит элементы по числу разрядов аналого-цифрового преобразователя 18. Блок 14 коррекции содержит по два подстроечных элемента (например, резисторы) для каждой пары электродов блока 8. Один подстроечный элемент каждой пары электродов используется для установки по буферному раствору усилителя

12 в нижнее рабочее положение, а другой подстроечный элемент — в верхнее рабочее положение. Согласование электродов блока 8 с усилителем 12 производится вручную через 80-100 час работы устройства.

Дешифратор 16 выдает информацию в блок 19 регистрации и в блок 20 индикации. Каждая выходная шина дешифратора 16 соответствует определенной ячейке технологического блока 7, а следовательно и концентрации испытуемого химического соединения.

Блок 20 индикации отображает информацию о положении транспортного блока 3, режимы работа блока 4 дозаторов, состояние дешифратора 16 и значение рН растворов. Эта информация необходима для контроля работы, а также при настройке или наладке устройства. Блок 15 сравнения служит для проведения операции титрования растворов.

Блок 4 доваторов состоит из шести многоканальных перистальтических насосов-доваторов.

Транспортный блок .3 выполняет по перемещению контейнеров с измерительными ячейками, находящимися в е технологическом блоке 7, В горизон148249

60 тальном или вертикальном направлениях (в вертикальном направлении для погружения электродов в измерительные ячейки, в горизонтальном — для отвода контейнера с измерительными ячейками на позицию мойки и стерилизации).

Формирователь 10 импульсов управляет работой распределителя 9 им- . пульсов, задавая частоту опроса каждой электродной пары в цикле измерения и время между циклами измерения, которые задаются от блока 1 управления.

Блок 6 испытуемых соединений предназначен для проведения серийных разведений раствора химического соединения, поступившего в блок и выдачи в технологический блок 7 этой серии растворов, а в блок 19 регистрации — номера химического соединения. При проведении опытов используются три реагента, которые í соответствующих пропорциях смешиваются между собой и растворами химических соединений, а затем термостатируются. Временная последовательность проведения операций описывается ниже.

Устройство работает следующим образом.

Блоком 1 управления запускается блок 2 задания программы, который формирует команды транспортному блоку 3, блоку 4 дозаторов и блоку 5 перемешивания. Транспортный блок 3 перемещает контейнер с измерительными ячейками в рабочую позицию. Блок 4 дозаторов осуществляет серийное разведение испытуемого химического соединения, поступившего в блок 6 испытуемых соединений и затем в каждую измерительную ячейку технологического блока 7 вводит в заданной последовательности определенные дозы нескольких реагентов и дозу раствора химического соединения соответствующей концентрации. По окончании доэирования блок 4 дозаторов выдает ответный сигнал блоку 1 управления.

Затем кратковременно включается блок

5 перемешивания (20-30 с),после чего смесь готова к прединкубации, время которой определяется блоком 2 задания программы для определения ферментативной активности веществ и лежит в пределах от 10 до 30 мин. Контейнер с измерительными ячейками имеет модульную структуру и подключается к термостату при помощи гибких шлангов.

Прединкубация производится при

20-37 С, что также определяется блоком 2 задания программы.

По истечении времени, заданного на прединкубацию блоком 2 задания программы, блок 1 управления выдает .команду транспортному блоку 3 на перемещение контейнера с измерительны5 !

О !

55 ми ячейками технологического блока вверх, и электродй блока 8 погружаются в измерительные ячейки, включается блок 5 перемешивания, распределитель

9 импульсов устанавливается формирователем 10 импульсов в первое положение, первый коммутатор 11 подключает первую пару электродов блока 8 на вход усилителя 12, второй коммутатор

13 подключает первую пару подстроечных элементов блока 14 коррекции в цепь обратной связи усилителя 12, и на вход блока 15 сравнения поступает код, соответствующий значению рН смеси, находящейся в первой измерительной ячейке технологического блока 7.

На другой вход блока 15 сравнения поступает код с линейки тумблеров

"задание установки" блока 1 управления.

В случае отклонения значения рН от уставки, в большую или меньшую сторону, блок 15 сравнения выдает соответствующий сигнал в блок 4 дозаторов, который выдает серию элементарных (минимальных) доз с определенным интервалом времени между дозами.

При равенстве рН смеси растворов и уставки, блок 15 сравнения прерывает серию элементарных доз и выдает в блок 1 управления сигнал "Окончание титрования", который через формирователь 10 импульсов устанавливает распределитель 9 импульсов в следующее положение, первый коммутатор 11 подключает вторую пару электродов блока 8 на вход усилителя 12, второй коммутатор 13 подключает вторую пару подстроечных элементов блока 14 коррекции, а блок 15 сравнения выдает управляющий сигнал в блок 4 дозаторов, а затем по окончании титрования выдает сигнал в блок 1 управления.

Таким же образом производится установка нужного значения рН и в других измерительных ячейках технологического блока 7.

В случае необходимости исключения иэ цикла титрования какой-то измерительной ячейки технологического блока 7, формирователь 10 импульсов выдает два импульса, а распределитель

9 импульсов и коммутаторы 11 и 13, отрабатывают два шага и титрование производится в последующей измерительной ячейке технологического блока 7, аналогично, в случае исключения иэ цикла титрования подряд и измерительных ячеек технологического блока 7, формирователь 10 импульсов выдает (и+1) импульс; По окончании титрования, во всех ячейках технологического блока 7 дешифратор 16 выдает разрешающий сигнал блоку 2 задания программы на ввод субстрата.

Блок 2 задания программы формирует команду блоку 4 дозаторов, который вводит в каждую измерительную

748249

Формула изобретения ячейку технологического блока 7 посредством многоканального насоса доэатора дозу субстрата, а затем выдает ответный сигнал об исполнении этой команды блоку 1 управления, который в свою очередь выдает блоку 2 задания программы разрешающий сигнал на режим измерения.

Распределитель 9 импульсов устанавливается формирователем 10 импульсов в первое положение, первый коммутатор 11 подключает первую пару электродов блока 8, второй коммутатор 13 подключает первую пару подстроечных элементов блока 14 коррекции и на первый вход логического блока 17 от аналого-цифрового преобразователя 18 поступает код, соответствующий значению рН в первой измерительной ячейке технологического блока 7.

На второй вход логического блока

17 и на вход блока 6 испытуемых соединений поступают разрешающие сигналы от блока 1 управления и блок 19 регистрации фиксирует время, номер испытуемого химического соединения, концентрацию испытуемого химического соединения (каждой концентрации испытуемого химического соединения соответствует определенное состояние

-,цешифратора 16) и значение рН, код которого поступает от аналого-цифро.вого преобразователя 18 через логический блок 17 на блок 19 регистрации и блок 20 индикации. Время опре.деляется электронными часами блока

19 регистрации, а номер испытуемого химического соединения поступает в блок 16 регистрации от блока 6 испытуемых соединений.

По окончании режима измерения блок

19 регистрации запускает формирователь 10 импульсов, который устанавливает распределитель 9 импульсов во второе положение, первый коммутатор

11 подключает вторую пару электродов блока 8 на вход усилителя 12, второй коммутатор 13 подключает вторую пару подстроечных элементов блока 14 коррекции в цепь обратной связи усилителя 12 и на вход блока 19 регистрации подает значение рН, соответствующее второй измерительной ячейке технологического блока 7, и блок 19 регистрации регистрирует время, концентрацию испытуемого химического соединения и значение рН, а затем аналогично регистрируется информация

rL состоянии исследуемых объектов в других измерительных ячейках технологического блока 7.

По окончании первого цикла измерения, сигнал с выхода дешифратора 16 записывает единицу в счетчик количества циклов блока 2 задания програьыы и через блок 2 задания программы и блока 1 управления запускает формирователь 10 импульсов, который содержит реле времени для задания

2О

40 времени между циклами измерения.(Это реле устанавливается вручную на определенное время срабатывания при помощи переменного резистора при настройке устройства).

По истечении времени между цикла ми измерения формирователь 10 импульсов устанавливает распределитель 9 импульсов в первое положение и начинается второй цикл измерения, который проводится аналогично первому.

При совпадении состояния счетчика количества циклов блока 2 задания программы с заданным этим блоком количеством циклов, транспортный блок

3 по команде блока 1 управления опускает контейнер с измерительными ячейками технологического блока 7 в нижнее положение, затем контейнер перемещается на пс ицию мойки и стерилизации, а в рабочую позицию технологического блока 7 поступает другой контейнер, и работа устройства повто-. ряется.

Следует заметить, что блок 1 управления содержит переключатель "Время измерения", который, задавая соответствующие режимы формирователю 10 импульсов, позволяет изменять частоту опроса электродов блока 8 внутри цикла измерения. Таким образом, каждому положению переключателя "Время измерения" соответствует определенная длительность цикла измерения.

Наличие в предложенном устройстве новых блоков позволит испытывать до пятидесяти тысяч химических соединений в год на ферментативную активность, а известные устройства позво-. ляют проводить испытания, примерно, одной тысячи химических соединений в год. Кроме того, повышается -количество испытаний и достоверность результатов экспериментов, так как блок

14 коррекции и второй коммутатор 13 позволяют учитывать разброс параметров рабочих характеристик измеритель.ных электродов блока 8, что обеспечивает высокую точность измерения значений рН в измерительных ячейках технологического блока 7 с различными значениями концентраций химических соединений;

Устройство для испытания химических соединения на ферментативную активность, содержащее технологический блок, электродный блок, связанный с выходом технологического блока, усилитель, подключенный своим входом к одному из выходов электродного блока, первый коммутатор, вход которого соединен с другим выходом электродного блока, а выход первого коммутатора связан с входом усилителя, блок перемешиванйя, подключенный к входу тех8249

ЦНИИПИ Заказ 4351/10 Тираж 1019 Подписное

Филиал ППП Патент . r. Ужгород, ул. Проектная, 4

9 74

1 нологического блока, блок задания, соединенный с входом блока перемешивания, блок управления, связанный своими входом и выходом с блоком задания, блок испытуемых соединений, подключенный своим входом к выходу блока управления, блок "регистрации, соединенный своим входом с выходом блока испытуемых соединений и с одним из входов технологического блока, и блок индикации, один из входов которого связан с входами блока регистрации и блока задания, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения производительности и точности устройства, оно дополнительно содержит блок коррекции, выход которого подключен к одному иэ входов усилителя, аналого-цифровой преобразователь, связанный ..с выходом усилителя и с одним из входов блока коррекции, ло. гический блок, подключенный к одному из выходов блока управления, к выходу аналого-цифрового преобразователя и к входам блока регистрации и блока индикации, блок сравнения, соединенный с выходом аналого-цифрового преобразователя и одним из выходов и входов блока управления, блок дозаторов, связанный одним иэ своих входов с блоком сравнения, а другим входом — с одним из выходов блока задания и входом блока перемешивания, при этом один иэ выходов блока доза-. торов подключен к одному из входов блока управления и одному из входов блока индикации, а другой выход блока дозаторов соединен с технологическим блоком и блоком испытуемых соединений, формирователь импульсов, связанный с одним из выходов блока управления и выходом блока регистрации, распределитель импульсов, вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, а выход распределителя импульсов соединен с одним из входов первого коммутатора, второй коммутатор, связанный своим входом с выходом распределителя импульсов, 1$ а выходом — с блоком коррекции, дешифратор, подключенный к одному из выходов первого коммутатора и входам блока индикации, блока регистрации и блока задания, и транспортный блок, що соединенный своим входом с выходом блока управления и входом блока испытуемых соединений, а выходом — со входами технологического блока и блока индикации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельствоСССР

9 517845, кл.G O N 31/16, 1974.

2. Биохимия, т. 36, вып. 1, 1975, ЗО с. 73-76, рис. 1 (прототип).