Устройство для анализа люминесценции растворов

Полезная модель относится к физической химии, биологии, фармакологии, медицине, пищевой промышленности, нефтехимии, а именно к устройствам для изучения процессов образования активных форм кислорода в водных растворах, органических растворителях, маслах и в гетерогенных системах, в том числе содержащих металлические наночастицы и другие наноматериалы, в присутствии веществ обладающих антиоксидантной активностью. Образование активных форм кислорода определяется по интенсивности люминесценции возникающей после добавления к исследуемым образцам раствора, содержащего люминол и пероксидазу хрена, являющихся реактивами для хемилюминесцентного обнаружения перекиси водорода. Полезная модель обеспечивает экспрессное определение антиоксидантной активности водо- и жирорастворимых веществ. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Техническое решение относится к физической химии, биологии, фармакологии, медицине, пищевой промышленности, нефтехимии, а именно к устройствам для изучения процессов образования активных форм кислорода (АФК) в водных растворах, органических растворителях, маслах и в гетерогенных системах, в том числе содержащих металлические наночастицы и другие наноматериалы, в присутствии веществ обладающих антиоксидантной активностью.

Известно устройство для анализа люминесценции растворов [1], состоящее из светонепроницаемый герметичный камеры с крышкой, содержащей сосуд с исследуемым или контрольным веществом, нагреватель, фотоприемник, интерфейс, блок управления, электропривод и блок питания, соединенные по электрической цепи и подключенные к персональному компьютеру. Однако данное устройство не позволяет проводить одновременный сравнительный анализ активности антиоксидантов.

Наиболее близким является устройство для анализа люминесценции растворов [2], состоящее из светонепроницаемой герметичной крышки и светонепроницаемой герметичной камеры, в которой установлены штатив с отверстиями для сосудов и сосуды с исследуемыми веществами, а также фотоприемник, таймер, АЦП, блок управления, привод и блок питания, соединенные по электрической цепи, причем штатив, соединен с приводом, установленным с возможностью вращательного движения, фотоприемник расположен с возможностью совпадения с любым отверстием штатива, а фотоприемник через АЦП подключен к персональному компьютеру. Однако данное устройство не позволяет проводить изучение процессов образования АФК в гомогенных и гетерогенных системах.

Задачей полезной модели является экспрессное исследование процессов образования АФК в водных растворах, органических растворителях, маслах и в гетерогенных системах.

Поставленная задача решается следующим образом. Устройство для анализа люминесценции растворов содержит светонепроницаемую герметичную крышку и светонепроницаемую герметичную камеру, в которой установлены штатив с отверстиями для сосудов и сосуды с исследуемыми веществами, а также фотоприемник, таймер, АЦП, блок управления, привод и блок питания, соединенные по электрической цепи, причем штатив, соединен с приводом и установлен с возможностью вращательного движения, фотоприемник расположен с возможностью совпадения с любым отверстием штатива и через АЦП подключен к персональному компьютеру, согласно техническому решению, оно снабжено дозатором, установленным на крышке и электрически соединенным с блоком питания и блоком управления, при этом дозатор выполнен с возможностью подачи заданного количества раствора, содержащего реагенты для хемилюминесцентного обнаружения перекиси водорода, в сосуды с исследуемыми веществами. Кроме того, дозатором является дополнительный привод с редуктором и шприцом, что позволяет проектировать устройство из стандартных комплектующих, что упрощает и удешевляет устройство. Кроме того, раствор содержит люминол, пара-йодфенол и пероксидазу хрена.

Устройство иллюстрируется чертежом, на котором приведена структурная схема устройства для анализа люминесценции растворов.

Устройство содержит светонепроницаемый герметичную камеру 1, светонепроницаемую герметичную крышку 2, разъем 3 для подключения электропитания дозатора, состоящего из дополнительного привода 4, редуктора 5 с плунжерной подачей усилия, шприц 6 с раствором 7, содержащим люминол, пара-йодфенол и пероксидазу хрена, являющихся реагентами для обнаружения перекиси водорода, светонепроницаемую трубку 8 для подачи раствора 7 в сосуды, которыми являются пробирки Эппендорфа, подшипник 9, штатив 10 с отверстиями 11 для пробирок Эппендорфа, держатель 12 для штатива 10, редуктор 13, привод 14, таймер 15, блок питания 16, блок управления 17, ФЭУ 18, АЦП 19 и персональный компьютер (ПК) 20.

Устройство работает следующим образом. В шприц 6 набирается раствор 7, а в пробирки Эппендорфа помещают образцы исследуемых веществ и вставляют их в отверстия 11 штатива 10, причем крышки пробирок не закрывают. Корпус 1 закрывается крышкой 2, при этом разъем 3 электрически соединяет блок питания 16 с дополнительным приводом 4. На ПК 20 запускается программа управления устройством, регистрации и обработки поступающего сигнала. В результате в устройстве осуществляются следующие операции. Штатив 10, за счет вращения редуктора 13, приводимого в движение приводом 14, электрически соединенного с блоком питания 16 и управляемого таймером 15 и блоком управления 17, поворачивается таким образом, чтобы одна из пробирок располагалась строго над ФЭУ 18. Затем на заданное время включается дополнительный привод 4, приводящий в движение редуктор 5 с плунжерной подачей усилия, который приводит в движение шток поршня шприца 6. В результате чего заданное (500 мкл) количество раствора 7, через светонепроницаемую трубку 8 подается в соответствующую пробирку Эппендорфа. При взаимодействии раствора 7 с исследуемым раствором возникает хемилюминесцентная реакция, интенсивность свечения которой, регистрируется ФЭУ 18, преобразуется в цифровой сигнал с помощью АЦП 19 и передается для обработки в персональный компьютер (ПК) 20. Затем штатив 10 поворачивается и над ФЭУ оказывается следующая пробирка, далее повторяются операции. После того как во все пробирки будет добавлен раствор 7, продолжается пошаговое вращение штатива с синхронной регистрацией интенсивности люминесценции до окончания реакции или заданное в программе время, а раствор 7 больше не добавляется. В результате этих операций, на мониторе персонального компьютера, в программном окне отображаются кинетики интенсивностей хемилюминесцентных реакций протекающих в каждой пробирке Эппендорфа. Интенсивность свечения выражается в вольтах (В), киловольтах (кВ) или в милливольтах (мВ). Далее программа рассчитывает интегральную светимость с размерностью вольт*секунда (В*с), киловольт*секунда (кВ*с) для содержимого каждой пробирки. Чем меньше максимальная интенсивность люминесценции содержимого данной пробирки и интегральная светимость, тем меньше концентрация АФК в конкретном образце. Количественное определение концентрации АФК может быть сделано методом добавок, путем добавления в исходный образец известных количеств перекиси водорода. В данном устройстве в случае определения антиоксидантной активности водорастворимых веществ используется эффект образования перекиси водорода, супероксид анионов, гидроксил радикалов и других АФК при контакте некоторых металлов и их сплавов, с водными растворами содержащими молекулярный кислород [3]. Антиоксидантная активность исследуемого вещества оценивается по интенсивности люминесценции возникающей при добавлении к его раствору, контактирующему с поверхностью металлического цилиндра, раствора 7, содержащего люминол, пара-йодфенол и пероксидазу хрена. Следует отметить, что данное устройство может быть использовано для предварительной экспрессной оценки биосовместимости металлов или металлических сплавов, поскольку образующаяся при их контакте с водными растворами, перекись водорода является сигнальной молекулой хемотаксиса иммунных клеток организма и их активатором [4, 5]. Таким образом, чем меньше перекиси водорода генерирует данный металл или сплав, т.е. чем меньше интенсивность хемилюминесценции контактирующего с ним раствора 7, тем больше вероятность, того, что этот металл или сплав будет иметь высокую биосовместимость к организму. Также следует отметить, что данное устройство может быть использовано для определения качества растительных масел, при длительном хранении которых образуются органические пероксиды [6], а также для определения антиоксидантной активности жирорастворимых веществ. В этом случае хемилюминесценция будет возникать на границе раздела фаз вода - масло в результате гидролиза органических пероксидов с образованием перекиси водорода, участвующей в реакции ферментативного окисления люминола. Интенсивность люминесценции системы вода - масло будет увеличиваться при повышении содержания в масле органических пероксидов, а в присутствии антиоксиданта будет тем меньше, чем выше его антиоксидантная активность.

Пример конкретного применения. В шприц 6 набирается раствор 7, состоящий из 0.1 М трис-HCl (рН=8.5), 0.13 мМ пара-йодфенола, 0.3 мМ люминола, 40 ед./мл пероксидазы хрена. В пробирки Эппендорфа, в четырех повторах, наливается по 500 мкл растворов аскорбиновой кислоты с концентрациями 0, 0.1, 1.0 мкМ в буферном растворе с рН=7.3÷7.5, содержащем 10 мМ фосфат ионов, 137 мМ NaCl, 2.7 мМ KCl. Затем в каждую пробирку помещается по одному дюралюминиевому цилиндру (длиной 10 мм и диаметром 5 мм). При открытых пробирках корпус 1 закрывается крышкой 2, при этом соединяется разъем 3 электропитания дополнительного привода 4. На ПК запускается программа управления устройством, регистрации и обработки поступающего сигнала. Штатив 10, вращением редуктора 13, приводимого в движение приводом 14 и управляемого таймером 15 и блоком управления 17, поворачивается таким образом, что одна из пробирок располагается строго над ФЭУ 18. Затем на заданное время включается мотор дополнительного привода 4, приводящий в движение редуктор 5 с плунжерной подачей усилия, который приводит в движение поршень шприца 6. В результате этого заданное (500 мкл) количество раствора 7, через светонепроницаемую трубку 8 подается в данную пробирку Эппендорфа. При взаимодействии раствора 7 с раствором аскорбиновой кислоты в буферном растворе и поверхностью дюралюминиевого цилиндра возникает хемилюминесцентная реакция, интенсивность (В) которой регистрируется ФЭУ 18, расположенным соосно под данной пробиркой, преобразуется в цифровой сигнал с помощью АЦП 19 и передается в ПК 20 для обработки. Затем штатив 10 поворачивается, над ФЭУ оказывается следующая пробирка, и операции повторяются. После добавления раствора 7 во все пробирки, шаговое вращение штатива с синхронной регистрацией интенсивности люминесценции продолжается заданное в программе время (30 мин). В результате этих операций программа рассчитывает интегральную светимость (кВ*с) содержимого каждой пробирки и соотносит ее с концентрацией аскорбиновой кислоты:

0 мкМ - 18.7±0.5 кВ*с, 0.1 мкМ - 3.8±0.2 кВ*с, 1 мкМ - 0.4±0.1 кВ*с.

Источники информации.

1. Патент РФ 2452937, «УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА ХЕМИ- И БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ ЖИДКИХ СРЕД», 2012.

2. Патент РФ на полезную модель 150184 «Устройство для анализа люминесценции растворов и/или суспензий светящихся микроорганизмов», 2014.

3. Пилипенко П.Н. «Образование перекиси водорода при контакте воды с поверхностью металлов», Труды XX Международной конференции и дискуссионного клуба «Новые информационные технологии в медицине, биологии, фармакологии и экологии» Украина, Крым, Ялта-Гурзуф, 05-15 июня С. 260-261, 2012.

4. Hidenori Hattori, Kulandayan K. Subramanian, Jiro Sakai and Hongbo R. Luo «Reactive oxygen species as signaling molecules in neutrophil chemotaxis» Communicative & Integrative Biology 3:3, 278-281; May/June 2010; © 2010 Landes Bioscience.

5. Klyubin, I.V., Kirpichnikova, K.M., Gamaley, I.A. «Hydrogen peroxide-induced chemotaxis of mouse peritoneal neutrophils». European Journal of Cell Biology, 70 (4), 347-351, 1996.

6. Мамонтов A.C. «Исследование процессов окисления растительных масел при транспортировке и хранении», Техника и технология пищевых производств, 3, С. 136-140, 2014.

1. Устройство для анализа люминесценции растворов, содержащее светонепроницаемую герметичную крышку и светонепроницаемую герметичную камеру, в которой установлены штатив с отверстиями для сосудов и сосуды с исследуемыми веществами, а также фотоприёмник, таймер, АЦП, блок управления, привод и блок питания, соединённые по электрической цепи, причём штатив соединён с приводом и установлен с возможностью вращательного движения, а фотоприёмник расположен с возможностью совпадения с любым отверстием штатива и подключён к персональному компьютеру через АЦП, отличающееся тем, что содержит установленный на крышке и электрически соединённый с блоком питания и блоком управления дозатор, выполненный с возможностью подачи заданного количества раствора, содержащего реагенты для хемилюминесцентного обнаружения перекиси водорода, в сосуды с исследуемыми веществами.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дозатором является дополнительный привод с редуктором и шприцом.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что раствор содержит люминол, парайодфенол и пероксидазу хрена.