Устройство для флуоресцентного исследования биологических объектов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 260179 (21) 2717933/18-25 (51) М. КЛ.

G 01 j 1/44 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений н открытий

Опубликовано 231280.Бюллетень HP 47

Дата опубликования описания 23.1280 (53) УДК 535. 242 (088.8) (72) Авторы изобретения

В.С. Александров и В.Е. Курочкин

Ленинградский институт авиационного приборбстроения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЧ ФЛУОРЕСЦЕНТНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Изобретение относится к биологическим исследованиям, а именно к устройствам счета и анализа биологических объектов (биообъектов).

Известны устройства для флуорес- 5 цеитного исследования биообъектов в потоке транспортной среды, содержащие источник возбуждающего излучения, приемник флуоресцентного излучения, оптические фильтры и измерительную кювету $1) .

Однако зти устройства обладают ограниченными функциональными возможностями, так как не обеспечивают оценку интенсивности флуоресценции 15 отдельных биообъектов и их поштучный счет.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее источник воз- 26 буждающего излучения, подключенный к стабилизированному источнику питания, последовательно соединенные приемник излучения, усилитель и блок регистрации, оптические фильтры,из- 25 мерительную проточную кювету, связанную Через первое отверстие с каналом подачи биообъектов в транспортной среде, а через два других отверстия соответственно с каналами подачи и 30 стока смывной среды и микрообъектив, установленный соосно с первым отверстием (2J.

Недостатками данного устройства являются ограниченные чувствительность и точность, так как при изучении биообъектов с малыми размерами (например, микроорганизмами, фракции

1-2 мкм и др.) происходят сбои в регистрации, вследствие малой интенсивности флуоресценции биообъектов вышеуказанных размеров, обусловленной мальм количеством флуорохрома адсорбированного вещества в биообъекте, ответственного за флуоресценцию. Повышение интенсивности возбуждающего излучения не приводит к увеличению чувствительности устройства, так как с увеличением интенсивности флуоресцирующего излучения пропорционально увеличивается и шум от паразитных фоновых засветок, обусловленных рассеянием излучений оптическими элементами, их собственной флуоресценцией и некоторыми другими явлениями.

Цель изобретения — повьхаение чувствительности и точности устройства.

Указанная цель достигается тем, <, что в устройство дополнительно введе- .ны датчик регистрации появления био789687 объвкта, установленный в канале подачи биообьектов s транспортной среде перед первым отверстием, последова- тельно соединенные элементом временной задержки, вход которого подключен к выходу усилителя и перестраивавмый фильтр, вход которого подключен к блоку регистрации, а также блок подстройки и блокирования перестраиваемого фильтра, сигнальнйй вход которого подключен к выходу усилителя, управляющий вход — к датчику регистрации появления биообъекта, а выход - к управляющему входу перестраиваемого фильтра. Между перестраиваемым фильтром и блоком регистрации включается также квадратор.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит кювету, связанную через микроотверстие 1 с каналом

2 подачи биообъектов в транспортной среде, а через два,другим отверстия в нижнем основании 3 кюветы с каналами 4 и 5 подачи и стока смывной среды. Верхним основанием проточной кюветы является тонкое кварцевое стекло 6. Каналы 2, 4 и 5 связаны между собой канавкой 7. Датчик 8 регистрации появления биообъекта, установленный в канале 2 подачи биообъектов перед микроотверстием 1,является любым датчикс м, способным зарегистрировать появление биообъекта перед микроотверстием 1 (кондуктометрическим, емкостным, оптическим и другим) ° Выход датчика 8 подключен к управляющему входу блока 9 подстройки и блокирования фильтра. Система возбуждения флуоресценции биообъекта состоит иэ источника 10 возбуждающего излучения, соединенного со стабилизированным источником 11 питания, линзы 12, светофильтра 13, дихроичного зеркала 14, микрообъекта 15, в фокусе, которого расположено микроотвврстие 1. Система регистрации флуоресцентного излучения биообъвктива состоит из микрообъектива

15, дихроичного зеркала 14, светофильтра 16, линзы 17 и фотоприемника

18. Система регистрации электрического сигнала состоит из последовательно соединенных усилителя 19, под.ключенного к выходу фотоприемника

18, элемента 20 временной задержки перестраиваемого фильтра 21, квад.ратора 22 и блока 23 регистрации, а также блока 9 подстройки и блокирования фильтра, через который выход усилителя 19 соединен с управляющим входом перестраиваемого фильтра 21..

Устройство работает следующим образом.

Биообъекты, несомые транспортной средой, поступают в микроотверстие

1 через,канал 2 подачи эа счет разрежения которое создается смывной

4 средой, пропускаемой через канал канавку 7 и канал 5. Возбуждакщее излучение постоянной интенсивности от источника 10 через линзу 12,светофильтр 13, отраженное дихроичным зеркалом 14, фокусируется микрообъекти вом 15 на биообъекте, который проходит через микроотверстие 1. Это иэлу" чение поглощается биообъектом. Импульс флуоресцентного излучения биообъекта собирается микрообъективом

0,15 и через дихроичное зеркало 14, светофильтр 16, линзу 17 попадает на фотоприемник 18. Последовательность .электрических импульсов, амплитуда которых пропорциональна интенсивности флуоресценции поступающих биообъектов, в смеси с шумом, который пропорционален интенсивности паразитных засветок, поступает на усилитель 19. Усиленный сигнал подается на вход блока 9 подстройки и блокиро20 вания и на элемент 20 временной задержки. Блок 9 подстройки и блокирования фильтра подает команду на разблокирование перестраиваемого фильтра 21 от датчика регистрации биообъекта и канал 2 подачи биообъектов на время прохождения сигнала через перестраиваемый фильтр 21, которое известно и определяется длительностью импульса и постоянной време0 ни Фильтра.

Одновременно с командой разблокировки, блок 9 подает команду на перестройку фильтра 21. Импульсы поступают на перестраиваемый фильтр после его подстройки, за счет элемента

20 временной задержки.

Увеличение отношения сигнал/шуМ на выходе фильтра 21 происходит следующим образом.

Как известно, спектральное распре4О деление энергии апериодической последовательности видеоимпульсов.по.стоянной длительности меняется в зависимости от их средней амплитуды и дисперсии.

45 Увеличение амплитуды импульса соответствует перекачке энергии в низкочастотную область электрического диапазона. Спектральное распределение энергии шума, обусловленного

50 паразитными засветками — величина постоянная, вследствие стабильности режима источника возбуждающего излучения и представляет собой окрашенный (гиперболический) нормальный шум. B этом случае фильтр 21 обладает амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ), которая уменьшает энергию спектральной плотности шума там, где она существенна — на низких частотах, а при f = О, коэффициент пе40 редачи фильтра равен О. Это связано с необходимостью наилучшим образом подавить шум.

При увеличении амплитуды регистрируемых импульсов, спектральная

65 плотность их сдвигается в низкочас-

789687 тотную область, поэтому максимум

АЧХ фильтра 21 перестраивается в более низкочастотную область диапазона, чтобы обеспечить максимальную величину отношения сигнал/шум. И наоборот, при уменьшении амплитуды приходящих импульсов, спектральная плотность их энергии сдвигается в более высокочастотный диапазон, поэтому максимум АЧХ перестраиваемого фильтра 21 смещается в высокочастотную область. Перестройку АЧХ фильтра осуществляет, блок 9 подстройки и блокирования, который определяет среднюю амплитуду происходящих импульсов и соответствующим образом перестраивает фильтр 21.

С выхода перестраиваемого фильтра

21 импульсы поступают на блок 23 регистрации, в качестве которого служит счетчик или анализатор амплитуды импульсов.

Дальнейшего повышения величины отношения сигнал/шум добиваются, если сигнал после фильтра 21, пропускают через квадратор 22, который осуществляет нелинейное преобразование возве,дение в степень) сигнала.

Данное изобретение за счет повышения величины отношения сигнал/шум позволяет увеличить чувствительность и точность регистрации импульсов,создаваемых флуоресцентным излучением биообъектов, с размером около 1 мкм, т.е. на предельном уровне разрешения оптико-электронных устройств данного типа.

Формула изобретения

1. Устройство для флуоресцентного исследования биологических объектов в потоке транспортной среды, содержащее источник возбуждающего излучеийя, подключенный к стабилизированному источнику питания, последовательно соединенные приемник излучения, усилитель, блок регистрации, on" тические фильтры, измерительную проточную кювету, связанную через пер- ! вое отверстие с каналом подачи биообъектов в транспортной среде, а через два других отверстия соответственно с каналами подачи и стока

®,смывной среды, и микрообъектив, установленный соосно с первым отвер" стием, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствитель;ности и точности, в него дополнитель-! но введены датчик регистрации появле" $ ния биообъекта, установленный в канале подачи биообъектов в транспортной среде перед первым отверстием, последовательно соединенные элементом временной задержки, вход которо"

Щ ro подключен к выходу усилителя, и перестраиваемай фильтр, выход кото" рого подключен к блоку регистрации, а также блок подстройки и блокирования перестраиваемого фильтра,сигналья,ный вход которого подсоединен к выходу усилителя, управляющий входк датчику регистрации появления био" ,объекта, а выход — к управляющему входу перестраиваемого фильтра.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено квадратором, включенным между перестраиваемым фильтром и блоком регистрации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент ФРГ 9 1932627, кл.6 01 М 15/00, опублик. 1969.

2. M. Gohde. Automeation ln der .guant1tativen Zytolgle mitdem Implus40 .zytophotometer Sonderdruck aus

GBK-М!tteilungsdienst Н 02.09.72, с. 255-276 (прототип).

789á87

Составитель A. Чурбаков

Редактор Л. Кеви Техред A.ùåïàíñêàÿ Корректор О. Ковинская

:Заказ 9020/34,Тираж 713 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4