Устройство для регистрации фосфоресценции люминесцентных зондов в биологических образцах

Полезная модель относится к области исследования состояния биологических систем и объектов окружающей среды и может быть использована в диагностической медицине и экологическом мониторинге. Задачей заявляемой полезной модели является снижение габарито-массовых параметров установки, повышение точности регистрации квантового выхода фосфоресценции. Поставленная задача решается тем, что устройство для регистрации фосфоресценции люминесцентных зондов в биологических образцах, включающее источник света, кювету для размещения исследуемого раствора, расположенную на пути следования светового потока, фотодетектор, источник питания, при этом кювета расположена под острым углом к оптической оси, проходящей через источник света, а фотодетектор расположен с обеспечением минимального влияния засветки от импульсного источника и отраженного от стенок кюветы света на регистрируемое излучение, согласно заявляемому техническому решению дополнительно включает усилитель сигнала, подключенный к выходу фотодетектора, микроконтроллер, подключенный к выходу усилителя сигнала и к источнику света, и диафрагму, расположенную вдоль оптической оси, проходящей через источник света, между источником света и кюветой с исследуемым образцом. В качестве источника света используют импульсный светодиод, в качестве фотодетектора - фотодиод. 1 н.п.ф., 1 з.п.ф., 1 ил.

Полезная модель относится к области исследования состояния биологических систем и объектов окружающей среды и может быть использована в диагностической медицине и экологическом мониторинге.

Известно устройство для регистрации замедленной флуоресценции (ЗФ) (Патент РФ 2262094, МПК: 7 G01N 21/64, опубл. 10.10.2005 г.), содержащее блок питания, фотоэлектронный умножитель, основной усилитель импульсов, счетчик импульсов, светонепроницаемую камеру со шторкой, источник света, блок управления шторкой и кювету. Кювета снабжена фокусирующей линзой, расположенной над ней, при этом в устройстве предусмотрена возможность перемещения объекта, помещенного в кювету, с установленной над ней собирающей линзой, сначала под источник света, а затем под фотоэлектронный умножитель, и обеспечена возможность регистрации кинетики ЗФ после преобразования потока квантов длительного свечения, фотоэлектронным умножителем.

Недостатком данного устройства являются временная зависимость начала регистрации исследуемого сигнала от начала перемещения образца и сложность конструкции из-за необходимости перемещения кюветы с исследуемым образцом сначала под излучатель, а затем под приемник.

Также известен портативный флуориметр Quantiflour производства Promega (США) (http://www.bga.su/equipment/), включающий светодиод, фотоумножитель, 10×10 мм кювету (пластик) и блок обработки данных, подключенный к светодиоду и фотоумножителю.

Недостатком данного устройства является нецелесообразность использования фотоумножителя в качестве детектора из-за достаточно больших габаритов и высокого напряжения питания. Кроме того, данное устройство предназначено только для определения ДНК.

Наиболее близким является устройство для реализации люминесцентно-кинетического метода определения наличия тяжелых металлов в водных растворах (Патент РФ 2431132, МПК: GOIN 21/64, опубл. 10.10.2011 г.), включающее источник света, кювету для размещения исследуемого раствора, расположенную на пути следования светового потока, фотодетектор в виде фотоэлектронного умножителя, блок питания источника света, светофильтры, расположенные до и после кюветы по ходу следования светового потока, элемент фокусировки регистрируемого излучения, расположенный между фотоэлектронным умножителем и светофильтром на пути регистрируемого излучения. Кроме того, содержит блок управления задержкой срабатывания фотоэлектронного умножителя, синхронизирующее устройство, подключенное к блоку питания и блоку управления задержкой, блок обработки и визуализации информации, подключенный к фотоэлектронному умножителю через аналого-цифровой преобразователь, элемент фокусировки светового потока от источника света, при этом в качестве источника света используют импульсный источник света, кювета расположена под острым углом к оптической оси, проходящей через источник света. Расположение фотоэлектронного умножителя обеспечивает минимальное влияние возбуждающего и отраженного от стенок кюветы света на регистрируемое излучение.

К недостаткам данной конструкции следует отнести большие габариты устройства, высокое напряжение питания и низкое временное разрешение получаемого сигнала.

Задачей заявляемой полезной модели является снижение габарито-массовых параметров установки, повышение точности регистрации кинетики затухания фосфоресценции образца после вспышки возбуждающего света.

Технический результат заключается в упрощении конструкции, а также в повышении временного разрешения регистрируемого квантового выхода фосфоресценции.

Поставленная задача решается тем, что устройство для регистрации фосфоресценции люминесцентных зондов в биологических образцах, включающее источник света, кювету для размещения исследуемого раствора, расположенную на пути следования светового потока, фотодетектор, источник питания, при этом кювета расположена под острым углом к оптической оси, проходящей через источник света, а фотодетектор расположен с обеспечением минимального влияния возбуждающего и отраженного от стенок кюветы света на регистрируемое излучение, согласно заявляемому техническому решению дополнительно включает усилитель сигнала, подключенный к выходу фотодетектора, микроконтроллер, подключенный к выходу усилителя сигнала и схеме управления импульсным источником света, при этом источник питания подключен к входу усилителя сигнала и микроконтроллера, и диафрагму, расположенную вдоль оптической оси, проходящей через источник света, между источником света и кюветой с исследуемым образцом. В качестве источника света используют импульсный светодиод, в качестве фотодетектора - фотодиод.

Полезная модель поясняется чертежом: фиг.1 - структурная схема устройства для регистрации фосфоресценции биологических образцов. Позициями на чертеже обозначены: 1 - источник света, 2 - диафрагма, 3 - кювета с исследуемым образцом, 4 - фотодетектор, 5 - усилитель сигнала; 6 - микроконтроллер, 7 - источник питания, 8 - персональный компьютер.

Устройство для регистрации фосфоресценции люминесцентных зондов в биологических образцах включает источник монохроматического света 1 с диафрагмой 2, при этом источник света 1 выполнен в виде импульсного светодиода, например, марки LB-P200G3C-H5, фотодетектор 4 в виде фотодиода, например, марки SD 5421 - 002, и кювету с исследуемым образцом 3. При этом через источник света 1 и кювету с исследуемым образцом 3 проходит оптическая ось возбуждения, через фотодетектор 4 и кювету с исследуемым раствором 3 проходит оптическая ось регистрации. В данной оптической схеме предусмотрено фронтальное фотовозбуждение образца и регистрация излучения. При этом кювета 3 расположена под острым углом к оптической оси, проходящей через источник света 1, а фотодетектор 4 расположен так, что обеспечивается минимальное влияние вспышки светодиода и отраженного от стенок кюветы 3 света на регистрируемое излучение. Т.е. кювета с исследуемым образцом 3 расположена с образованием угла большего 90° между оптическими осями возбуждения и регистрации, оптимальная величина которого составляет 100-110 градусов. Если величина угла между оптическими осями возбуждения и регистрации меньше 100 градусов - происходит засветка фотодетектора 4 рассеянным светом, если больше 110 градусов - резко уменьшается интенсивность регистрируемой фосфоресцеции.

Устройство для регистрации фосфоресценции люминесцентных зондов в биологических образцах включает также усилитель сигнала 5, подключенный к выходу фотодетектора 4, микроконтроллер 6, подключенный к выходу усилителя сигнала 5 и к источнику света 1, источник питания 7, подключенный к усилителю сигнала 5 и микроконтроллеру 6, а также персональный компьютер 8, подключенный к выходу микроконтроллера 6.

Устройство для регистрации фосфоресценции биологических образцов работает следующим образом.

Микроконтроллер 6 управляет питанием импульсного источника света 1. Под воздействием импульсов света от источника 1, ограниченных диафрагмой 2, молекулы люминесцентного зонда, в образце, расположенном в кювете 3, переходят в возбужденное состояние, при переходе из которого в основное состояние происходит испускание кванта фосфоресценции, регистрируемого с помощью фотодетектора 4, сигнал с которого попадает на усилитель 5. Кроме того, микроконтроллер 6 обеспечивает измерение величины интенсивности фосфоресценции в заданный момент времени после импульсного облучения раствора возбуждающим излучением. Таким образом, получают совокупность (массив данных) измеренных зависимостей величин интенсивности фосфоресценции от времени, прошедшего после импульсного облучения раствора. Программа, установленная на персональном компьютере 8, осуществляет обработку массива полученных данных, строит графики зависимостей интенсивности фосфоресценции от времени, прошедшего после импульсного фотовозбуждения раствора; определяет интенсивность фосфоресценции в заданный момент времени, константу скорости тушения фосфоресценции, по кинетике затухания фосфоресценции определяет время жизни фосфоресценции. Использование микроконтроллера 6 позволяет увеличить временное разрешение регистрации фосфоресценции до нескольких десятков нc.

1. Устройство для регистрации фосфоресценции люминесцентных зондов в биологических образцах, включающее импульсный источник монохроматического света, кювету для размещения исследуемого образца, расположенную на пути следования светового потока, фотодетектор, источник питания, при этом кювета расположена под острым углом к оптической оси, проходящей через источник света, а фотодетектор расположен с обеспечением минимального влияния засветки от импульсного источника возбуждающего света и отраженного от стенок кюветы света на регистрируемое излучение, отличающееся тем, что дополнительно включает усилитель сигнала, подключенный к выходу фотодетектора, микроконтроллер, подключенный к выходу усилителя сигнала и к источнику света, и диафрагму, расположенную вдоль оптической оси, проходящей через источник света, между источником света и кюветой с исследуемым образцом.

2. Устройство для регистрации фосфоресценции люминесцентных зондов в биологических образцах по п.1, отличающееся тем, что в качестве источника света используют импульсный светодиод, в качестве фотодетектора - фотодиод.