Аналитическая капиллярная кювета
Предлагаемая полезная модель относится к области оптического приборостроения, в частности, к аналитическим устройствам на базе капиллярных кювет. Полезная модель может быть использована для проведения биомедицинских исследований в медицине для диагностики заболеваний, путем регистрации изменений оптической плотности живых клеток или тканей, при контроле производства в пищевой, химической, биотехнологической, фармацевтической, целлюлозно-бумажной промышленности. Технический результат в предлагаемой полезной модели достигают созданием аналитической капиллярной кюветы, которая, согласно полезной модели, выполнена, по крайней мере, из трех плоскопараллельных пластин и снабжена, по крайней мере, одной парой каналов подачи и удаления субстанций, которые соединены с рабочей камерой, при этом рабочая камера, низ которой снабжен дополнительным отражающим слоем, и пара каналов подачи и удаления субстанций расположены в одной плоскопараллельной пластине, а каналы подачи и удаления буферного раствора с исследуемым объектом и каналы подачи и удаления субстанций снабжены вертикальными подводами, выполненными в другой плоскопараллельной пластине.
Предлагаемая полезная модель относится к области оптического приборостроения, в частности, к аналитическим устройствам на базе капиллярных кювет.
Полезная модель может быть использована для проведения биомедицинских исследований в медицине для диагностики заболеваний, путем регистрации изменений оптической плотности живых клеток или тканей, при контроле производства в пищевой, химической, биотехнологической, фармацевтической, целлюлозно-бумажной промышленности,
Известно, что лазерная интерференционная микроскопия позволяет регистрировать трехмерные изменения оптической плотности живых объектов (<1 мкм), не прибегая к их специальной модификации. Эта особенность, наряду с достаточно легким процессом обучения операторов, а также возможностью оценивать изменения состояния клеток по изменению регистрируемого оптического коэффициента преломления, делает лазерную интерференционную микроскопию уникальным методом исследования интегральных свойств живых клеток (состояние и движение цитоплазмы, упругость клеточной мембраны и т.д.), а также диагностики в клинике.
Для проведения исследований изменения оптических свойств объекта, а также влияния на эти объекты различных веществ (это необходимо, например, при оценке эффективности воздействия лекарств на клетки в фармакологии) важным является применение аналитической капиллярной кюветы для фиксации клеток.
Известен аналитический капиллярный микрочип, состоящий из плоской диэлектрической или с диэлектрическим поверхностным слоем пластины, в теле которой выполнены, по крайней мере, один полый канал,
герметически соединенный в виде сэндвича с покровной пластиной для образования капилляров для жидкости, имеющих вход и выход для жидкости, и по крайней мере один планарный световодный канал для ввода излучения в капилляр, при этом один из концов световодного канала примыкает к капилляру для жидкости (патент RU №2229699 по кл G 01 N 21/03, 2000 г).
Недостатками известного устройства является сложность конструкции из-за необходимости создания световодного канала и системы подвода жидкости.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является аналитический капиллярный микрочип, содержащий корпус, состоящий из герметично соединенных между собой плоскопараллельных пластин из диэлектрика, выполненные в них сообщающиеся между собой аналитическую рабочую камеру, канал подачи буферного раствора с исследуемым объектом в камеру и канал удаления буферного раствора из нее, при этом аналитическая рабочая камера, канал подачи буферного раствора с исследуемым объектом в камеру и канал удаления раствора из нее имеют одинаковую глубину и расположены на поверхности одной из плоскопараллельных пластин, а канал подачи и канал удаления соединены с аналитической рабочей камерой с противоположных сторон (патент RU №2097752 по кл. G 01 N 27/26, 1997 г.)
Недостатками известного устройства являются:
- ограниченные возможности применения устройства, т.к. его нельзя применять для измерений методом лазерной интерференционной микроскопии;
- невозможность получения интерференционной картины, необходимой для регистрации изображения;
- невозможность создания условий для проведения исследований на живых объектах.
Задачами, решаемыми предлагаемой полезной моделью, являются создание конструкции:
- позволяющей, проводить исследования биологических микрообъектов, в том числе живых и немодифицированных
- имеющей возможность добавления субстанций и/или замены буферного раствора с исследуемым объектом, в ходе микроскопического исследования.
-возможность контролируемого изменения давления в аналитической рабочей камере
Технический результат в предлагаемой полезной модели достигают созданием аналитической капиллярной кюветы, содержащей корпус, состоящего из герметично соединенных между собой плоскопараллельных пластин из диэлектрика, выполненные в одной из них сообщающиеся между собой аналитическую рабочую камеру, канал подачи объекта в камеру и канал удаления объекта из нее, при этом аналитическая рабочая камера, канал подачи объекта в камеру и канал удаления объекта из нее имеют одинаковую глубину, а канал подачи и канал удаления соединены с аналитической рабочей камерой с противоположных сторон, которая, согласно полезной модели, выполнена, по крайней мере, из трех плоскопараллельных пластин и снабжена, по крайней мере, одной парой каналов подачи и удаления субстанций, которые соединены с рабочей камерой, при этом рабочая камера, низ которой снабжен дополнительным отражающим слоем, и пара каналов подачи и удаления субстанций расположены в одной плоскопараллельной пластине, а каналы подачи и удаления объекта и каналы подачи и удаления субстанций снабжены вертикальными подводами и отводами, выполненными в другой плоскопараллельной пластине.
Снабжение аналитической капиллярной кюветы, по крайней мере, одной парой каналов подачи и удаления субстанций и вертикальными к ним подводами позволяет расширить область ее использования, т.к. возможно проводить измерения живых объектов и контролировать их изменения во
времени, наблюдаемые при добавлении некоторых веществ, влияющих на их состояние. В этом случае необходима постоянная замена среды инкубации, а также инъекция тестируемых препаратов, т.е. аналитическая рабочая камера должна быть проточной.
Выполнение корпуса многослойным упрощает способ изготовления конструкции, т.к. аналитическая рабочая камера, каналы подачи и удаления субстанций и объектов расположены в одной плоскопараллельной пластине.
Снабжение низа или верха аналитической рабочей камеры дополнительным отражающим слоем, в качестве которого используют зеркальный слой, позволяет получать интерференционную картину, необходимую для регистрации изображения.
Выполнение плоскопараллельных пластин из разных видов диэлектрических материалов (например, стекло, тефлон и т.д.) позволяет выбрать материал пластины, в котором выполнена рабочая камера, не оказывающий влияния на функциональное состояние исследуемого объекты.
В предлагаемой полезной модели аналитическая рабочая камера имеет небольшой объем (десятки микролитров) для лучшего перемешивания и доставки субстанций, действие которых оказывает влияние на исследуемые (тестируемые) объекты.
При проведении патентных исследований не обнаружены решения идентичные заявленному, а, следовательно, заявленная полезная модель соответствует критерию «новизна».
Считаем, что сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления полезной модели.
Сущность предлагаемой конструкции полезной модели поясняется нижеследующим описанием конструкции и чертежами, где на фиг.1 показан вид сверху аналитического капиллярного кювета
На фиг.2 разрез А-А фиг1
На фиг.3 разрез В-В фиг 1
Аналитическая капиллярная кювета включает корпус содержит герметично соединенные между собой, по крайней мере, три плоскопараллельные пластины 1, 2, 3, которые могут быть выполнены из разных диэлектрических материалов, выполненные в одной из пластин, например 2, сообщающиеся между собой аналитическая рабочая камера 4, канал 5 подачи буферного раствора с исследуемым объектом в камеру и канал 6 удаления раствора из нее, по крайней мере, одну пару каналов 7, 8 подачи и удаления 9, 10 субстанций и соединенные с ними вертикальные подводы 11, и отводы 12, выполненные в другой плоскопараллельной пластине (например, или в пластине 1 или в пластине 2).
Канал 5 подачи буферного раствора с исследуемым объектом в камеру и канал удаления 6 буферного раствора с исследуемым объектом из нее также имеют вертикальные подводы 1 3 и отводы 14, выполненные в другой плоскопараллельной пластине.
В аналитической рабочей камере 4 или низ или верх имеет дополнительный отражающий слой 15, например, зеркальный слой. При этом аналитическая рабочая камера 4, канал подачи 5 буферного раствора с исследуемым объектом в камеру и канал 6 удаления буферного раствора с исследуемым объектом из нее имеют одинаковую глубину и, каналы соединены с аналитической рабочей камерой 4 с противоположных сторон.
Верхняя 1 или нижняя 3 плоскопараллельные пластины должна быть изготовлена из прозрачного материала (стекло, пластик) т.к. это необходимо для обеспечения контроля за составом среды инкубации биологического объекта.
Аналитическая рабочая камера, и все каналы могут быть выполнены в виде вырезов в одной или в нескольких диэлектрических пластинах (например, стекла).
Причем каналы 7,8 для подачи субстанций, могут быть выполнены в меньшем числе пластин, чем камера 4 и каналы для подачи 5 и удаления 6 буферного раствора с исследуемым объектом. В каком количестве пластин
вырезают камеру и каналы зависит от технических требований, а именно, от их заданных размеров и на всю конструкцию чипа не влияет.
Вертикальные подводы 13 подачи буферного раствора с исследуемым объектом должен быть соединен с резервуарами с раствором и исследуемым объектом (на черт. не показ.), а отводы 14 - соединены со сточным резервуаром (на черт не показ.).
Вертикальные подводы 11 для подачи субстанций могут быть снабжены переключателем (на черт. не показ.), который позволяет соединять каждую из них как с резервуаром с субстанциями, так и со сточным резервуаром.
Предлагаемая полезная модель работает следующим образом:
Живые микрообъекты, например, животные или растительные клетки или их фрагменты, а также микроорганизмы, в виде взвеси в буферном растворе подают под давлением через вертикальные подводы 13 подачи буферного раствора с исследуемым объектом в аналитическую рабочую камеру 4. Перемещение исследуемых объектов (микрообъектов) вблизи камеры 4 и в ней контролируют через микроскоп визуально.
Когда исследуемый объект попадает в аналитическую рабочую камеру 4, доступ в канал 5 подачи буферного раствора с исследуемым объектом в камеру и канал 6 удаления раствора из нее перекрывают.
Для поддержания достаточного содержания кислорода, нутриентов в буферном растворе, находящемся в аналитической рабочей камере 4, осуществляют путем постоянной или периодической прокачки (перфузии) по каналам 7, 8 подачи и удаления 9, 10 субстанций (количество пар данных каналов зависит от технологической необходимости).
В зависимости от технологических условий (вида измеряемого объекта, измеряемых величин режимов измерения и т.д.), подача и удаление субстанций могут быть осуществлены по разным схемам:
- каждый из каналов подачи и удаления субстанций может быть, как подводящим, так и отводящим, в течение определенного времени;
- в ходе процесса измерения могут менять назначение каналов;
- в ходе процесса измерения могут менять подаваемую субстанцию.
- в ходе процесса, путем одновременного изменения давления во всех каналах подачи и удаления субстанций и буферного раствора с исследуемым объектом, могут проводить контролируемое изменение давления в аналитической рабочей камере 4
Рассмотрим случай, когда в предлагаемой полезной модели количество пар каналов подачи и удаления субстанция равно 2.
Тогда субстанции подают через каналы 7, 8, а отводят через каналы 9, 10, субстанции обтекают объем аналитической рабочей камеры 4, не вызывая перемещения микрообъекта.
При подаче субстанции с определенным веществом только через канал 7 или, в камере 4 будет создан диффузионный градиент его концентрации. Процесс контролируют визуально.
Случайный уход микрообъекта к каналам 6 и 9 или 10 может быть предотвращен отключением постоянной подачи субстанций через каналы.
Кроме того, центральное положение микрообъекта может быть обеспечено путем перераспределения потока субстанций между парами каналов 7, 8, и 9, 10.
Для относительно крупных микрообъектов уход из камеры 4 предотвращают выполнением малого диаметра каналов 11, 12, 13, 14.
Субстанции могут подаваться по схеме: канал 7 - подающий канал, а канал 9 - сточный;
канал 8 - подающий канал, а канал 10 - сточный.
В этих случаях микрообъект будет вовлечен во вращательное движение по часовой стрелке, что обеспечит более интенсивную диффузию добавляемых веществ.
Был создан опытный образец полезной модели и испытан с помощью интерференционного микроскопа МИМ 2.1 (фирма «Амфора», Россия)
В результате испытаний были получены фазовые изображения эритроцитов человека.
Для получения изображений использовали аналитическую капиллярную кювету, имеющую, в качестве дополнительного отражающего слоя, зеркальную поверхность на нижней стороне камеры (т.к. используют неинвертированный микроскоп, то его объектив располагают сверху), и две пары каналов для подачи 7, 8 и удаления 9, 10 субстанций.
Эритроциты человека имеют размеры порядка 7, 3 микрона и достаточно плохо адсорбируются на стеклянной поверхности.
Использование предлагаемой кюветы позволило не только получать изображения, но и в процессе эксперимента производить добавления некоторых веществ, в частности раствора КС1, добавление которого приводит к увеличению осмолярности раствора и, соответственно, уменьшению объема эритроцитов.
Также в опытах производили добавление дистиллированной воды в камеру через каналы 5 для подачи и удаления 6 растворов, что приводило к уменьшению осмолярности раствора и, соответственно, к увеличению объему эритроцитов.
Причем, благодаря использованию предлагаемой кюветы можно было наблюдать изменение формы и объема эритроцитов в реальном времени, что было недоступно ранее.
1. Аналитическая капиллярная кювета, содержащая корпус, состоящий из герметично соединенных между собой плоскопараллельных пластин из диэлектрика, выполненные в них сообщающиеся между собой аналитическую рабочую камеру, канал подачи буферного раствора с исследуемым объектом в камеру и канал удаления буферного раствора с исследуемым объектом из нее, при этом аналитическая рабочая камера, канал подачи буферного раствора с исследуемым объектом в камеру и канал удаления раствора из нее имеют одинаковую глубину и расположены на поверхности одной из плоскопараллельных пластин, а канал подачи и канал удаления соединены с аналитической рабочей камерой с противоположных сторон, отличающаяся тем, что она выполнена, по крайней мере, из трех плоскопараллельных пластин и снабжена, по крайней мере, одной парой каналов подачи и удаления субстанций, которые соединены с рабочей камерой, при этом рабочая камера, низ которой снабжен дополнительным отражающим слоем, и пара каналов подачи и удаления субстанций расположены в одной плоскопараллельной пластине, а каналы подачи и удаления буферного раствора с исследуемым объектом и каналы подачи и удаления субстанций снабжены вертикальными подводами и отводами, выполненными в другой плоскопараллельной пластине.
2. Аналитическая капиллярная кювета по п.1, отличающаяся тем, что в качестве дополнительного отражающего слоя используют зеркальную поверхность.
3. Аналитическая капиллярная кювета по п.1, отличающаяся тем, что плоскопараллельные пластины выполнены из разных видов диэлектрических материалов.
