Способ и устройство для измерения термоосцилляций микрообъектов

 

1. Способ измерения термоосцил. ляций микрообъектов, .включающий регистрацию рефракции света на границе двух контактируюдах между собой термометрических тел с разнозависимыми от температуры коэффициентами преломления, одним из которых является , окружающая среда, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона размеров и-змеряемых микрообъектов, рефракцию света регистрируют на границе окружающей среды и ее пристенного,слоя, прилегающего к микрообъекту. 2. Устройство для измерения термоосцилляций микрообъектов, содержащее источник света, микроскоп с конденсором косого освещения, фотокамеру и кювету для исследуемых объектов , отличающееся тем, что с целью обеспечения измерений термоосцилляций субклеточных структур , в него дополнительно введены усилитель биопотенциалов и блок синхронизации, .причем выход усилисл с: те.ля биопотенциалов соединен с входом блоюа синхронизации, а выход блока синхронизации соединен с источп НИКОМ света. 4 СО ЮНА

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

Н ABTOPCHOMV-СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4Р вишь

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbfTHA (21) 3347676 /18-25 (22) 04.08.81 (46) 15.09.83. Бюл. Ф 34 (72) Г.A. Золенко (71) Чечено-Ингушский государственный университет им. Л.Н. Толстого (53) 535.24(088.8) (56) 1. Иоффе Б.В. Рефрактометрические,методы химии. Л., ГНТИ химичес - кой литературы, 1960, с. 257-261.

2. Авторское свидетельство СССР

Ì 670831, кл. С 01 N 21/41, G 0l К ll/12 .(прототип). (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕРМООСЦИЛЛЯЦИЙ МИКРООБЬЕКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ измерения термоосцилляций .микрообъектов,,включающий ре-. гистрацию рефракции света на границе двух контактирующих между собой термометрических тел с раэнозависимыми от температуры коэффициентами

„„SU„„1041917 А преломления, одним из которых является окружающая среда, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью расширения диапазона размеров измеряемых микрообъектов, рефракцию света регистрируют на границе окружающей среды и ее пристенного слоя, прилегающего к микрообъекту.

2. УстройствО для измерения термоосцилляций микрообъектов, содержащее источник света, микроскоп с конденсором косого освещения, фотокамеру и кювету для исследуемых объектов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что с целью обеспечения измерений термоосцилляций субклеточных структур, в него дополнительно введены усилитель биопотенциалов и -блок синхронизации, причем выход усилителя биопотенциалов соединен с входом блока синхронизации, а выход блока синхронизации соединен с источ ником света.

1041917

Изобретение относится к термометрии оптическими методами и может быть использовано для измерения быстро изменяющейся температуры микрообьектов, преимущественно биологических, тканевых и субклеточных, в свой- 5 ственной им среде.

Известен способ измерения термоосцилляций микрообъектов, включающий измерение зависимых от температуры характеристик термометрических тел, 10 находящихся в контакте с исследуемым объектом (1 ).

Устройство, для реализации известного способа содержит кювету для исследуемых объектов и блок измерения зависимых от температуры параметров термометрических тел.

Недостатком известных способа и устройства является невозможность измерения характеристик субклеточных структур вследствие большой массы термометрических тел.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения термоос- 25 цилляций микрообъектов, включающий регистрацию рефракции света на границе двух контактирующих между собой термометрических тел с раэноэависимыми от температуры коэффициентами ° преломления, одним из которых является окружающая микрообъект среда (2 J.

Устройство для измерения термоосцилляций микрообъектов содержит источник света, микроскоп с конденсором35 косого освещения, фотокамеру и кювету для исследуемых объектов.

В качестве термометрических тел при реализации известного способа используются фенетол и взвешенный в нем кварцевый порошок.. Смешанные 40 компоненты имеют близкие коэффициенты преломления, причем коэффициент преломления фенетола термозависим. При .освещении белым светом, смесь меняет цвет в зависимости от 45 температуры в соответствии с изменением коэффициента преломления фенетола. Регистрируя изменение цвета, измеряют термоосцилляции. В микроскопическом варианте термометрическим телом служит единственная микрочасти- . ца кварца, смоченная. Фенетолом.

Недостатком известного способа является невозможность измерения при его реализации. термоосцилляции объектов малых размеров, например объектов типа субклеточных структур, вследствие увеличения тепловых потерь в области контакта термометрических тел с исследуемым объектом и, как следствие, уменьшения возможной частоты измеряемых осцилляций и снижения достоверности измерений.

Недостатком известного устройств является невозможность проведения измерения для субклеточных структур, 5 обладающих быстро меняющимися во времени по случайному закону термоосцилляциями;

1 Цель изобретения — расширение диапазона размеров измеряемых микрообъектов.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу, включающему регистрацию рефракции света на границе двух контактирующих между собой термометрических тел с раэнозависимыми от температуры коэффициентами йреломления, одним из которых является окружающая объект среда, рефракцию света регистрйруют на границе окружающей среды и ее пристенного слоя, прилегающего к микро-. объекту.

С целью обеспечения измерений термоосцилляций субклеточных структур в устройство для измерения термоосцилляций микрообъектов, содержащее источник света, микроскоп с кон- денсором,. косого освещения, фотокамеру и кювету для исследуемых объектов, дополнительно введены усилитель биопотенциалов и блок синхронизации, 1 причем выход усилителя биопотенциалов связан с входом блока синхронизации, а выход блока синхронизации соединен с источником света.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит импульсный источник 1 света, микроскоп 2 с кон,денсором . 3 косого освещения, фотокю,. ру 4, кювету 5 для исследуемых объектов, усилитель б биопотенциалов и блок 7 синхронизации.

Коэффициент преломления пристенного слоя, и окружающей среды, прилегающей к микрообъекту, в связи с иной его органиэацией отличается от коэффициента преломления слоя, смежного с пристенным, и имеет иную термозависимость.

Пропорциональная температуре микрообъекта относительная разность этих коэффициентов может быть измерена различными способами.

Один иэ них заключается в определении изменений линейного масштаба эа объектом, коэффициент которого измеряют. Пристенный слой у поверхности субклеточных структур имеет достаточную для таких измерений толщину при увеличении около 1000 раэ.

В микрофотографическом варианте в качестве масштабного объекта удЬбно использовать волокно постоянного диаметра.

Таким образом, измерение термоосцилляций микрообъектов включает опе-. рации размещения на предметном столике темнопольного микроскопаъмасштабного и термометрируемого объектов, фотографирование их и в дальнейшем расчет по фотограммам по формуле

1041917

С рС

1 К

Измеряемые характеристики Время после. начала разогрева платины, мс

0,.8

Прирост температуры платины в среднем, С

0,11

0,.27 О, 40 О, 76

5 5 20

0,14

Количество измерений

Размах измерений, С

0,04 0,04 0,03 0,03 0,03!

Смещение рефракционной полосы, мкм

2,7

2,1 2,5

0,8 0,8

1,4

0,9

0,6

0,8

0,6

Размах измерений, мкм

Коэффициент корреляции ,между приростом температуры платины и смещением полосы

0,90 0,90

0 85

0,80

0,75 м„-м

М

1 МО где М и M — диаметр масштабного о волокна и микрообъекта. соответствнно на уровне пристенного слоя и слоя, смежного с ним

M. — пропорциональное тем1 пературе относительное изменение масштаба эа счет пристенного слоя.

Временная прследовательность М

М, M2, М и Ряд М -М

П о . М,-М,........, Мо-М„дают представления о термоосцилляциях микрообьекта.

При использовании другого способа определения разницы преломления слоев масштабный объект может быть исключен. Так, при большом. увеличе- нии можно выявить вокруг микрообъекта рефракционную полосу или полоску

Бекке, образованную за счет пристенного слоя. Для этого необходима некоторая расфокусировка микроскопа.

Положение ее у микрообъекта зависит от разницы коэффициентов преломления контактирующих тел и являетсяфункцией температуры, если один из этих коэффициентов термозависим.

Измерение термоосцилляций микрообъектов по смещению рефракционной полосы также включает фотографиро- вание объекта после выделения его необходимой части. Расчет по фотограммам ведут по формуле где С и С„. — ширина периферической части рефракционной

5 полосы соответственно в начальный и >-тый моменты времени;

К вЂ” степень увеличения микрообъекта;

10 Р- — пропорциональное при 1 росту температуры микрообъекта смещение полосы по истечении

i-Tîão интервала вре15 мени.

Временная последовательность

Р1, Р2,........., Pï дает представленйе о термоосцилляциях микрообъекта.

Пример. Измерение термоосцилляций производится на объекте, температура которого изменяется во времени известным образом и может быть измерена другим способом, помимо предложенного. Объектом термометрии служит рабочая нить платинового термометра сопротивлений, температура которой возрастает после ступенчатого увеличения текущего через нее электрического тока и регистрируется при помощи осциллографа. Нить имеет

З0 диаметр 30 мкм, допускает погружение в различные среды и размещается на столике биологического микроскопа с фотокамерой для синхронной съемки.

Результаты измерений и расчетов

35 для платины в воде приведены в таблице.

1041917

Ф

Составитель С. Бочинский

Техред В.Далекорей Корректор В. Бутяга

Редактор Jl. Алексеенко

Заказ 7118/44 Тираж 873 Подписное

ВНИИПК Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035,-Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент о, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Величина ранговой корреляции между приростом температуры объекта и смещением рефракционной полосы у его края свидетельствует о,связи между этими величинами. Корреляция между ними становится менее оптимальной, чем через миллисекунду после изменения температуры объекта.

Рассчитанная по Крамеру-Мизесу для всех наблюдений вероятность подобия Р 2 между смещением рефракционной полосы и логарифмом прироста температуры не опускается ниже 0,65.

Устройство для измерения термоосцилляций микрообъектов, реализующее предложенный способ, работает следующим образом.

Кювета 5 для исследуемых объектов с исследуемым объектом размещается на предметном столике биологического микроскопа 2,. имеющего конденсор косого освещения.

Стимуляция возбуждения исследуемого объекта и контрольное отверденьмз . биопотенциала. осуществляются внекле5 точнйми электродами.

Ф Сигнал биопотенциала от исследуемого объекта поступает на усилитель

6 биопотенциалов и далее в блок 7 синхронизации. Сигнал с блока синхронизации управляет импульсным источником 1. света, в результате чего достигается согласование момента экспозиции с Фазой биопотенциала.

Таким образом, предложенный способ позволяет расширить диапазон размеров измеряемых микрообъектов в сторону их уменьшения, а устройство обеспечивает возможность проведения измерений термоосцилляций для субклеточных структур.