Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к технологическим методам создания электрооптических устройств на основе жидких кристаллов (ЖК), и может быть использовано для ориентирования эритроцитов крови человека с целью тестирования крови в схемах корреляторов и других системах оптической обработки информации.
Известно, что большую часть перемещающихся по сосудам клеток крови составляют эритроциты (5•1012 дм-3) [1]. В норме большая часть кровяных телец - это двояковогнутые диски. Они обладают высокой пластичностью и способностью быстро восстанавливать свою обычную форму после прохождения капилляров. Эритроциты выполняют важные для организма человека функции: дыхательную, пластическую, транспортную, буферную.
В настоящее время установлено, что изменение конфигурации эритроцитов связано с возникновением разного рода патологий. В связи с этим регистрация этих изменений, например, оптическими методами является важной и актуальной задачей. Однако применение оптических схем обработки информации, например, корреляторов Ван-дер-Люгта и совместного преобразования [2] затруднено тем, что они не обладают достаточной инвариантностью по отношению к сдвигу отдельных элементов в тестируемом образце крови (а эритроциты очень подвижны) и, следовательно, не могут дать корректной оценки степени изменения конфигурации реального эритроцита по сравнению с эталонным дискоцитом. В связи с этим первоочередной задачей является фиксирование эритроцитов и их выравнивание вдоль одного направления с целью существенного уменьшения степеней свободы клеток.
Известен способ фиксации клеток, выбранный в качестве аналога [3], где анализ эритроцитов проводили при фиксации их формы альдегидами и спиртами. Использовали метод рассеяния света на клетках различной конфигурации. Картина рассеяния света дискоидными (эталонными) эритроцитами мазка крови на экране представляла собой систему концентрических окружностей. При отклонении от эталонной картины рассеяния регистрировалось изменение формы эритроцитов и велся подсчет процентного распределения реальных эритроцитов по группам.
Однако описанный метод имеет существенные недостатки. Рассеяние света средами, состоящими из большого числа частиц, существенно усложнено и отличается от рассеяния отдельными частицами. Это связано с эффектами многократного рассеяния, когда свет, рассеянный одной частицей, вновь рассеивается другими частицами. Учитывая тот факт, что эритроциты постоянно движутся, указанные эффекты существенно затрудняют анализ полученных картин рассеяния и их сопоставление с отдельной, адекватно связанной с полученным результатом рассеяния, клеткой.
Известен способ фиксации эритроцитов, выбранный в качестве прототипа [4] , где для оценки формы клеток использовался метод альдегидной фиксации в условиях изотонии, позволяющий избежать чрезмерной ретракции и вторичной деформации клеточных элементов. Чувствительность отмеченного способа достаточно высока и позволяет избежать потерь жизненных функций эритроцитов. Однако способ предполагает равномерное распределение клеток крови в используемом химическом составе, без их существенного замедления, что не дает возможности использовать схемы когерентно-оптической обработки, чувствительные к сдвигу и линейным перемещениям эритроцитов.
Целью изобретения является оптимизация метода ориентирования, фиксации и визуализации эритроцитов в ЖК-среде за счет структурных и физических особенностей ЖК-молекул.
Указанная цель достигается тем, что в известном способе, где для оценки формы клеток применяется альдегидная фиксация, используют среду на основе жидких кристаллов. Замена альдегидов нематической жидкокристаллической мезофазой изменяет условия взаимодействия клеточных включений с матричной средой и обеспечивает выравнивание эритроцитов вдоль линий натирания ЖК-ячеек. Последнее существенно снижает число степеней свободы эритроцитов без потери жизненно важных функций клеток, что позволяет использовать для оценки степени изменения конфигурации клеток способы когерентно-оптической обработки информации.
Сравнительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается тем, что для выравнивания эритроцитов крови человека используют матричную среду другого состава - жидкокристаллическую мезофазу. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".
Изобретение поясняется чертежом, на котором представлены последовательно эталонные эритроциты без ЖК, эритроциты в нематической ЖК-среде без использования ориентирующего покрытия, эритроциты в нематической ЖК-среде с использованием ориентирующих покрытий.
Исследуемые образцы представляли собой стеклянные ячейки размером 25х25 мм2 с шириной зазора 10 мкм, внутрь которых помещался состав нематика с введенными эритроцитами размером 5 - 7 мкм. Таким образом, толщина ячейки позволяла вводить один слой клеток, что существенно облегчало дальнейшее изучение поведения эритроцитов в ЖК-среде. Эритроциты добавлялись в нематик в количестве от 1 до 10% общей массы смеси.
Первая группа ячеек была изготовлена без использования ориентирующих покрытий, вторая - с применением ориентанта на основе раствора фторопласта в смеси ацетона с толуолом. Выбор органического ориентанта был связан с тем фактом, что, как было показано в [5], свойства ориентирующей пленки существенно влияют на динамические характеристики ЖК и во многом определяют величину наклона ЖК-молекул к поверхности подложки. Поскольку наибольший контраст и быстродействие были получены при использовании полимерных ориентирующих покрытий, работа с указанным выше составом, безусловно, превалирует над использованием окисных ориентантов.
Ориентирующая пленка была получена методом центрифугирования с последующей натиркой фланелевой тканью и использовалась в дальнейшем для создания ячеек S-типа. В качестве исходной матрицы применялись нематические ЖК-композиции на основе цианобифенилов. Особенности ЖК, заключающиеся в том, что их структурные элементы связаны достаточно слабыми дисперсионными силами [6] , приводят к тому, что мезофазу можно использовать как матрицу при создании композитных материалов [7]. Препараты крови представляли собой клетки различного размера и конфигурации, что позволяло наблюдать особенности выравнивания эритроцитов вдоль линий натирания. Для проведения экспериментов в поляризованном свете использовался микроскоп ЛЮМАМ-2И с фотонасадкой.
На чертеже приведены последовательно результаты исследования возможности выравнивания эритроцитов в ЖК-среде; a соответствует исходному препарату крови без использования ЖК; b определяет возможность достаточно равномерного размещения клеток крови в ЖК-среде без предварительной укладки молекул ЖК вдоль линий натирания; c иллюстрирует картину расположения эритроцитов в ЖК с использованием ориентирующих покрытий, полученную в поляризованном свете при размещении ячейки между поляризатором и анализатором, угол между которыми составлял 45o.
Как видно из чертежа, эритроциты, не являясь нейтральными частицами, способны ориентироваться вдоль границ неоднородностей мезофазы, созданных при натирании, за счет возникновения статического поля поляризации. Соответствующие неоднородности могут быть связаны с микрокристаллитными блоками, двойниковыми вростками в кристаллах, нарушениями структуры подповерхностных слоев в процессе обработки поверхности [8] и т.д. Естественно, что нанесение ориентанта сглаживает грубые выступы и существенно влияет на изменение анизотропии поверхностных сил, однако первичная информация о характеристиках поверхностной неоднородности сохраняется в приповерхностных слоях и изменяет функционал свободной энергии близлежащих молекул ЖК. Указанные причины могут приводить к смещению перекрывающихся областей в ассоциатах, состоящих из двух молекул ЖК с перекрытыми жесткими ядрами и антипараллельной ориентацией [9] . Дипольный момент валентного колебания связи C ≡ N, ориентированной вдоль длинной оси жесткого ядра молекулы цианобифенила, оказывается нескомперсированным, что обуславливает притягивание клеток красной крови и их ориентирование вдоль границ неоднородности мезофазы.
Анализируя данные, полученные в эксперименте, можно сделать следующие выводы. Предложено новое применение ЖК-композиций для выравнивания эритроцитов крови человека, что существенно расширяет область функционального использования ЖК-сред как в системах когерентно-оптической обработки информации, так и в медицине. Действительно, с одной стороны, наблюдаемый эффект ориентирования эритроцитов в ЖК значительно облегчает подсчет клеток и может быть использован для количественной оценки эритроцитов разной формы и размера, проводимой методами электронной, люминесцентной, фазово- контрастной и световой микроскопии [3,4]. Конфигурация же эритроцита имеет большое диагностическое значение и несет дополнительную информацию о функциональном состоянии организма человека наряду с такими показателями крови, как цвет и концентрация гемоглобина. С другой стороны, существенное замедление передвижения эритроцитов в ЖК (за счет вязкости среды), по сравнению с фиксацией альдегидами и спиртами, позволяет достаточно корректно проводить корреляционную обработку мазков крови при сравнении нормальных кровяных телец и клеток с наблюдаемой патологией, что наряду с рентгеноскопическим анализом может быть не менее информативным, но гораздо более безопасным, не приводящим к утрате биологических функций протоплазмы и органелл эритроцитов. Подобные исследования доступны для проведения экспериментов по рассеянию излучения разных длин волн (ультрафиолетовый диапазон, видимая область, ближний и средний инфракрасный диапазон), что дает возможность диагностировать количество и форму выступов, появляющихся в процессе развития заболевания, на эритроцитах и других клетках крови. Они позволят создать автоматизированные системы выявления наиболее ранних реакций крови на клеточном и субклеточном уровнях, ориентированные на поиск тонких механизмов адаптации организма к воздействию электромагнитных полей.
Источники информации.
1 Игнатьев B.B., Кидалов B.H., Самойлов B.O., Суббота А.Г., Суховецкая H. Б., Сясин Р.И. Реакция эритроцитов движущейся крови млекопитающих на действие постоянных и импульсных электромагнитных полей низкочастотного диапазона. // Физиологический журнал им. И.М.Сеченова, т.81,- В.12, 1995, с.115-120.
2 Васильев А.А., Касасент Д., Компанец И.Н., Парфенов А.В. Пространственные модуляторы света. - M.: Радио и связь. 1987. с.320.
3 Константинова Е.В., Бибикова Л.А., Кидалов В.Н. К использованию современных эритроцитарных маркеров стрессорного состояния организма. // Жур. экологии человека, т.1., В.1, 1994, с.26 - 32.
4 Кидалов B.H., Лысак В.Ф. Квантитативная эритрограмма и возможность ее использования в клинике и эксперименте. // Лабораторное дело.- В.8., 1989, с.36 - 40 (прототип).
5 Каманина Н. В. Временные характеристики нематических жидкокристаллических ячеек с различными ориентирующими покрытиями. // Письма в ЖТФ, т.22, В.7, 1996, с.53 - 56.
6 The Molecular Physics of Liquid Crystals. // Ed. by Luckhurst G.R., Gray G.W. - New York, Academic Press. 1979. 494 р.
7 Жаркова Г.М., Сонин А.С. Жидкокристаллические композиты. - Новосибирск: ВО Наука, с.214, 1994.
8 Аэро Э.Л. Двулучепреломление нематических жидких кристаллов вблизи дефектов поверхности. // Оптика и спектроскопия, т.60, В.2, 1986, с. 347 - 353.
9 Аверьянов Е. М. , Жуйков В.А., Шабанов В.Ф., Адоменас П.В. Изучение ориентационной упорядоченности и фазовых переходов в жидких кристаллах 4-алкил-4'-цианобифенилах методом поляризационной ИК-спектроскопии. // Кристаллогр. т.27, В.2, 1982, с.333-341.
Использование: в оптическом приборостроении. Сущность изобретения: способ состоит в том, что при создании ЖК- ячейки с концентрацией эритроцитов от 1 до 10% общей массы образца, используют нематический жидкий кристалл в качестве матрицы и ориентирующее покрытие на основе раствора фторопласта в смеси ацетона с толуолом с последующей натиркой фланелевой тканью. Ориентирование ЖК-молекул вдоль линий натирания, сопровождающееся возможностью отслеживания неоднородностей, приводит к созданию нескомпенсированного дипольного момента в ассоциатах, что обуславливает притягивание клеток крови и их выравнивание вдоль одного направления. 1 ил.
| Лабораторное дело | |||
| Механизм для сообщения поршню рабочего цилиндра возвратно-поступательного движения | 1918 |
|
SU1989A1 |
