Устройство для анализа биохемилю-минесценции микроорганизмов
Союз Советских
Социалистических
Реслублик
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 08.08.79 (21) 2815177/18-25 (51)М. Кл.з с присоединением заявки М (23) Приоритет G 01 N 23/08 С 12 К 1/00 Государствеииый комитет СССР по делам изобретеиий и открытий Опубликовано 30,0681,Бюллетень Н924 (53) УДК 577.1 (088.8) Дата опубликования описания 30 . 06 . 81 Б.A. Клюшин, С.Н. Богословский, Г.Е. Брикач, А.С. Нелюбин, A.Н. Елизаров и A.Â. Ревин (72) Авторы изобретения Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее камеру с анализируемым объектом — источником биохемилюминесценции,прерыватель, фотоумножитель, соединенный с источником питания и узлом статирования, который также соединен с камерой, а выход фотоумножителя соеди15 нен с сигнальным входом усилителя, выход .которого соединен через дискриминатор со счетчиком импульсов 21 . Данное устройство также не позволяет анализировать статистические 20 характеристики интенсивности биохемилюминесценции и не имеет автоматической адаптации параметров измерительного тракта к анализируемому объекту, требует достаточно большого интервала времени для обеспечения 1 необходимой точности измерения. Однако на практике имеется большой круг задач, например при использовании результатов анализа биохемилюми30 несценции для диагностики, где тре Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для проведения микробиологических и биохимических исследований, и предназначено для точного количественного и сравнительного анализа хемилюминесценции биологических объектов. Известно устройство для исследования биохемилюминесценции, содержащее камеру с объектом исследования, фотоумножитель с блоком питания, усилитель, дискриминатор, осциллограф, пересчетное устройство, измеритель скорости счета, электронный автоматическчй потенциометр Г11 . Это устройство позволяет исследовать среднюю интенсивность биохемилюминесценции эа определенный промежуток времени, однако не позволяет анализировать статистические характеристики интенсивности биохемилюминесценции, что не дает возможности выявлять изменения в объекте исследования на ранних стадиях, задолго до достоверной регистрации изменения интенсивности биохемилюминесценции. При этом для достаточно точных измерений требуется большой интервал времени.Кроме Tol о,устройство не nosBo Ляет адаптировать параметры измерительного тракта к анализируемому объекту,что ограничивает диапазон и точность измерения интенсивности биохемилюминесценции. 842517 50 буется как можно более раннее обнаружение патологии, для чего необходимо, помимо измерения средней интенсивности, измерять статистические характеристики биохемилюминесценции. 5 Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей и сокращение общего времени анализа биохемилюминесценции, расширение дина1 мического диапазона измерения световых потоков и повышение точности измерения, повышение производительнос-ти устройства, повышение надежности функционирования. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее камеру с анализируемым объектом— источником биохемилюминесценции, прерыватель, фотоумножитель, соединенный с источником питания и с узлом статирования, который также соединен 20 с камерой, а выход фотоумножителя соединен c,ñèãíàëüíûì входом усилителя, выход которого соединен через дискриминатор со счетчиком импульсов, введены решающий блок, цифровой ре- 25 гистратор, переключатель диапазона прерывателя, коммутатор, входы которого соединены соответственно с выходом дискриминатора и счетчика, а соответствующие выхода коммутатора соединены со счетчиком и через переключатель диапазона — с прерывателем, другие информационные и управляющие . входы-выходы коммутатора соединены с информационными и управляющими выходами-входами решающего блока, другой выход которого соединен с цифровым регистратором. С целью расширения динамического диапазона измерения световых потоков и повышения .. точности измерения 40 устройство дополнительно содержит переключатели диапазона источника питания, усилителя, дискриминатора,аналого-цифровой преобразователь (АЦП), информационный вход которого соединен с выходом усилителя, а выход с соответствующим входом коммутатора, другие выходы которого соединены соответственно с управляющим входом AUII, узла статирования, а через соответствующие переключатели диапазона — с управляющим входом источника питания, усилителя и дискриминатора. С целью повышения производительности устройство дополнительно содержит узлы для автоматической загрузки и выгрузки, которые соединены с соответствующими выходами коммутатора и с камерой. С целью повышения надежности функ- 60 ционирования устройство содержит дополнительный цифровой регистратор, соединенный через соответствующий узел управления со счетчиком импульсов, причем управляющий вход узла 65 управления соединен через коммутатор с решающим блоком. На чертеже представлена схема предлагаемого устройства для анализа биохемилюминесценции микроорганизмов. Устройство содержит узел 1 загрузки, решающий блок 2, коммутатор 3, переключатели 4-7 диапазона, источник 8 питания, усилитель 9, дискриминатор 10, прерыватель 11, счетчик 12 импульсов, АЦП 13, узел 14 статирования, фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) 15, камеру 16, цифровой регистратор 17, узел 18 выгрузки, узел 19 управления и регистратор 20. В,качестве решающего блока 2 может быть применена мини- или микроЭВМ, а в качестве цифровых регистраторов 17 и 20 — электрическая печатающая машинка типа "Консул 254". Коммутатор 3 на три входных и десять выходных направлений, АЦП 13, узел 14;статирования, источник 8 питания и дискриминатор 10 строятся по известным схемам. В качестве фотоумножителя 15 может быть использован ФЭУ-.79, в качестве усилителя 9 — УШ-10,счетчика 12 импульсов — частотомер 43-.38. о В качестве прерывателя 11 может быть использована ячейка Керра, выполняющая функцию прерывателя-ослабителя светового потока от анализируемого объекта в камере 16 к ФЭУ в зависимости от величины управляющего аналогового сигнала с переключателя 7 диапазонов. Переключатели 4-7 диапазонов могут быть выполнены в виде запоминающих регистров с дешифраторами и выходными делителями напряжений, управляющие сигналы с которых соответственно выдаются на источник 8 питания, управляя с помощью низковольтового входа его высоковольтовым выходом, усилитель 9, увеличивая или уменьшая его коэффициент усиления, дискриминатор 10, увеличивая или уменьшая уровни дискриминации сигналов, прерыватель 11,соответственно ослабляя или совсем прерывая световой поток от анализируемого объекта в камере 16 к ФЭУ 15. Узлы 1 для автоматической загрузки и 18 выгрузки могут быть выполнены в виде электромагнитных клапанов, открывающихся с приходом соответствующего управляющего сигнала из решающего блока 2 через коммутатор 3. Камера 16 может бать выполнена в виде.реакционного сосуда с входным и выходным отверстиями, с окном и фокусирующей оптической системой, а также с необходимыми отверстиями для обеспечения регулирования состояния анализируемого объекта от узла 14 статирования. Устройство работает следуЮщим образом. Перед началом работы у узла 1 автоматической загрузки подготавли8425 60 ваются анализируемые и эталонные объекты. Пускается в работу решающий блок 2, который через коммутатор 3 и соответствующие переключатели 4-7 устанавливает начальное напряжение на выходе источника 8, коэффициент усиления усилителя 9, нижний и верхний уровни (окно) пропускания сигналов дискриминатора 10, закрывающее положение прерывателя 11, диапазон счета импульсов счетчика 12, диапазон АЦП 13, а с помощью узла 14 статирования начальные режимы ФЭУ 15 и камеры 16. В этом режиме решающий блок 2 анализирует шумовой сигнал измерительного тракта устройства, поступающий в него через 15 АЦП 13 и коммутатор 3 для учета в последующем анализе светового потока биохемилюминесценции, и устанавлива-, ет рабочий режим ФЭУ 15. Затем решаю- щий блок выдает команду на узел 1 20 для автоматической загрузки первого анализируемого объекта в камеру 16, после чего через коммутатор 3 и переключатель 7 — на установку исходного рабочего положения прерывателя 25 11. С этого момента световой поток биохемилюминесценции начинает поступать на вход ФЭУ 15, где кванты света преобразуются в импульсные электрические сигналы, усиливаются усилителем 9 и, пройдя сквозь окно дискриминатора 10, поступают на счетчик 12 и .через коммутатор 3 — в решающий блок 2. Кроме того, решающий блок периодически опрашивает счетчик 12, Анализируя поступающие в него сигналы, последний рассчитывает текущий интервал следования импульсов с дискриминатора 10 и формирует массив соответствующих данных, который используется в дальнейшем для расчета 40 статических характеристик. При этом решающий блок. 2 сравнивает значение очередного интервала с контрольно-предупредительной границей (КПГ), соответствующей мак- 45 симальной частоте, с которой устройство может еще успевать измерять,рассчитывать и запоминать текущие интервалы между импульсами. При превышении этой КПГ решающий блок выдает, команду 50 через коммутатор 3, переключатель 7 на прерыватель 11 для соответствующего ослабления интенсивности светового потока биохемилюминесценции из камеры 16. При уменьшении интенсивности светового потока .биохемилюминесценции меньше определенного значения (своя КПГ) решающий блок 2 осуществляет соответствующее обратное переключение прерывателя 11. Дискриминатор 10 пропускает только те сигналы с усилителя 9, которые по амплитуде соответствуют появлению единичного фотоэлектрона на катоде ФЭУ 15. Для этого верхняя и нижняя 65 границы (окно) дискриминатора 10 устанавливаются на определенном уровне решающим блоком 2 после аййлиза шумов измерительного тракта устройства и текущего контроля тенденции изменения амплитуды сигналов с по-. мощью АЦП 13. При этом решающий блок периодически снимает код с выхода АЦП через коммутатор 3 и сравнивает его со своими КПГ, соответствующими верхней и нижней границам окна пропускания дискриминатора 10. ПриближеI нии очередного кода с АЦП 13 к нижней КПГ решающий блок 2 осуществляет через коммутатор 3 и переключатель 5 увеличение коэффициента усиления усилителя 9, а при приближении к, верхней КПà — соответствующее уменьшение коэффициента усиления. По окончании измерения светового потока биохемилюминесценции от очередного объекта решающий блок 2 выдает команду через переключатель 7 на прерыватель 11 для установки его в положение "Закрыто", анализирует вышеописанным образом собственные шумы измерительного тракта устройства и затем, дает команду на узел 18 для. автоматической выгрузки объекта из камеры 16. По окончании выгрузки дается команда на узел 1 для загрузки следующего объекта. и работа устройства происходит аналогично вышеописанно.<у. Во время выгрузки и загрузки объектов решающий блок 2 производит анализ сформированных массивов, данных по последнему объекту по заданным алгоритмам, например вычисляет функцию автокорреляции,и выдает результаты анализа. статических.характеристик и интенсивности биохемилюминесценции.на цифровой регистратор 17 в виде соответствующих таблиц и графиков, удобных для восприятия. Таким образом достигается расширение функциональных возможностей устройства и.эначительно сокращает-. ся общее время анализа биохемилюминесценции. При этом существенно расширяется динамический диапазон измерения световых потоков от 10 до 10"о -10 квант/с и повышается точность измерения до десятков квантов в секунду за счет автоматической адаптации параметров измерительного тракта устройства к анализируемому объекту и автоматического учета собственных шумов. Кроме того, резко повышается общая производительность устройства за счет автоматической загрузки и выгрузки анализируемых объектов и совмещения времени загрузки, выгрузки с расчетом статистических характеристик и интенсивности биохемилюминесценции предыдущего объекта. При этом появляется возможность дополнительно повысить точность измерения, чередуя перед узлом эа84251> грузки реальные объекты с эталонными, по которым решающий блок производит периодически текущую калибровку измерительного тракта устройства. Кроме того, решающий блок 2 в процессе работы автоматически осуществляет периодический тестовый самоконтргль и контроль работоспособности коммутатора 3, а в случае обнаружения неисправностей он выдает команду на узел 19 управления для автоматического вывода результатов измерения интенсивности биохемилюми. — . несценции со счетчика 12 на регистратор 20. При этом в случае неисправности з коммутаторе на регистраторе 17 печатаются номер неисправного канала коммутатора 3 и возможная причина неисправности. Таким образом, достигается повышение надежности функционирования устройства, хотя и в этом режиме уст- 20 ройство не может анализировать статистические характеристики биохемилюминесценции. Формула изобретения 1. Устройство для анализа биохемилюминесценции микроорганизмов,содержащее камеру с анализируемым объектом — источником биохемилюминесценции, прерыватель, фотоумножитель, соединенный с источником питания и с узлом статирования, который соединен с камерой, а выход фотоумножителя соединен с.сигнальным входом усилителя, выход которого соединен через дискриминатор со счетчиком импульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и сокращения об- 40 щего времени анализа биохемилюминесценции, введены решающий блок, цифровой регистратор, переключатель диапазона прерывателя, коммутатор, входы которого соединены соответственно с выходом дискриминатора и счетчика, а соответствующие выходы коммутатора соединены со счетчиком и через переключатель диапазона — с прерывателем, другие информационные и управляющие входы-выходы коммутатора соединены с информационными и управляющими выходами-входами решающего блока, другой выход которого соединен с цифровым регистратором. 2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е. с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона измерения световых потоков и повышения точности измерения, введены дополнительные переключатели диапазона источника питания, усилителя,дискри- . минатора, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), информационный вход которого соединен с выходом усилителя, а выход — с соответствующим- входом коммутатора, другие выходы которого соединены соответственно с управляющим входом AUII, узла статирования, а через соответствующие переключатели диапазона — с управляющим входом источника питания, усилителя и дискриминатора. 3. Устройство по пп.1 и 2, о т- л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности устройства, введены узлы для автоматической загрузки. и выгрузки, которые соединены с соответствующими выходами коммутатора и с камерой. 4. Устройство по пп.1-3, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности функционирования, введены дополнительный цифровой регистратор, соединенный через соответствующий узел управления со счетчиком импульсов, причем управляющий вход узла управления соединен через коммутатор с решающим блоком. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Применение радиоэлектронных приборов в биологии и медицине. Под ред.акад. AH Украинской СССР P.Е. Кавицкого. Киев, "Наукова думка", 1976, с. 78-79. 2. Карнаух И.М. и др. Биохемилюминометр биомедицинского назначения и его основные метрологические характеристики. Сб. "Физические методы и вопросы метрологии биомедицинских измерений".. IV Всесоюзный семинарсовещание. N., 1976, с. 259-261 (прототип), 842517 Составитель В. Недопекин Редактор Т. Мермелштайн Техред A.A÷ Корректор М. Пожо Заказ 5056/45 Тираж 907 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.. 4/5 Филиал ППП -"Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4
