УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ ЖИДКОСТЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ И СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ ЖИДКОСТЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УСТРОЙСТВА Российский патент 2010 года по МПК G01N33/487 G01N29/02 

Изобретение относится к способам исследования или анализа материалов, точнее исследования свойств жидкостей с использованием акустической эмиссии.

Преимущественная область применения изобретения - медицина. Изобретение можно также использовать в пищевой промышленности, фармацевтической промышленности и других областях, в которых требуется установить косвенным образом соответствие интегрального химического состава какого-либо жидкого продукта принятым стандартам.

Любое состояние организма, в особенности патологическое, характеризуется определенным химическим составом крови, мочи, слюны и других биожидкостей организма. Известны некоторые относительно немногие заболевания, для которых установлено изменение содержания какого-либо определенного вещества в крови или моче. Например, глюкоза при сахарном диабете, α-фетопротеин при раке печени, простат-специфический антиген - при раке предстательной железы [Цыганенко А.Я., Жуков В.И., Мясоедов В.В., Завгородний И.В. Клиническая биохимия. - М.: Триада-Х, 2002. - 498 с.]. Для значительного числа заболеваний такие строго специфичные вещества неизвестны. Их выявление, идентификация и доказательства специфичности именно для данного заболевания, особенно на ранних его стадиях, сопряжены с очень большими трудностями.

Если бы удалось осуществить прямое определение всех химических веществ и их количественное содержание в какой-либо биожидкости организма при каждом конкретном заболевании или хотя бы некоторых из них, то задача была бы решена. Но ввиду огромного количества соответствующих веществ и сложнейшей количественной их динамики практическое решение подобной задачи невозможно.

В то же время несомненно полезным и перспективным оказалось бы получение возможности выявлять косвенным путем особенности интегрального химического состава жидкостей, преимущественно биологических. Не подлежит сомнению, что этот состав изменяется при любых патологических состояниях организма. Точно так же любой жидкий продукт, который соответствует принятым в данной области стандартам, обладает определенным интегральным химическим составом. Отклонения от него свидетельствуют либо о нарушении технологии производства, либо о прямой фальсификации.

Следовало ожидать, что приемы косвенного определения интегрального химического состава жидкостей окажутся наиболее эффективными, если они будут основаны на исследовании не свойств жидкости как таковой, а ее способности воздействовать на протекание какого-либо процесса, который отвечал бы на такое воздействие значительными изменениями своих параметров. При этом желательно использование микроколичеств исследуемых жидкостей. Подобные приемы обладают повышенной чувствительностью.

Однако в отношении определения особенностей интегрального химического состава жидкостей такие приемы в настоящее время неизвестны и соответственно общедоступные сведения о них отсутствуют.

В настоящем изобретении впервые реализовано соответствующее техническое решение, что позволяет судить о его соответствии критериям «новизна» и «изобретательский уровень».

Изобретение основано на использовании явления акустической эмиссии, для чего создано соответствующее устройство и способ использования этого устройства. В качестве прототипа устройства принят источник: Кузнецов Д.М., Смирнов А.Н., Сыроешкин А.В. Акустическая эмиссия при фазовых превращениях в водной среде // Российский химический журнал. 2008. Т. 52. №1. С.114-121. Устройство-прототип содержит емкость с закрепленным на ней датчиком акустической эмиссии, а также блок, обеспечивающий регистрацию и анализ параметров акустической эмиссии, возникающей в емкости при плавлении помещаемого в нее куска льда. Однако данное устройство не может быть использовано для определения косвенным путем особенностей интегрального химического состава жидкостей, в частности биологических.

Данная задача решена в заявляемом устройстве, которое совместно со способом, основанным на использовании устройства, позволяет получить необходимый технический результат, заключающийся в том, что косвенным путем устанавливают свойства жидкости, зависящие от особенностей ее интегрального химического состава.

Это достигается тем, что используют устройство, которое содержит две идентичные емкости, зафиксированные на какой-либо поверхности и снабженные закрепленными на них датчиками акустической эмиссии, а также регистратор сигналов акустической эмиссии, соединенный с анализатором этих сигналов. При этом устройство дополнительно снабжено блоком приспособлений, позволяющих возбуждать в жидкости сигналы акустической эмиссии. Блок включает подъемно-опускающий механизм с редуктором, снабженный держателем, в котором закреплена кассета с набором сменных объектов для вызывания акустической эмиссии в жидкостях, источник сжатого газа с редуктором, двумя манометрами и двумя системами регулируемого введения струи газа в жидкости, находящиеся в емкостях, приспособление на основе элементов Пельтье для одновременного нагревания или замораживания жидкостей в емкостях, терморегулятор для термостатирования жидкостей в емкостях, соединенный с приспособлением для нагревания. В кассете закреплены бункеры, заполняемые объектами, подлежащими введению в жидкости, находящиеся в емкостях, а также капиллярные трубки для воспроизведения капиллярного эффекта и коллодиевые мешочки, заполненные концентрированными растворами какого-либо вещества для воспроизведения процесса осмоса, причем анализатор параметров сигналов акустической эмиссии через блок сравнения соединен с блоком цифровой визуализации величин этих параметров, который представляет собой монитор и/или принтер. Датчики акустической эмиссии закреплены внутри или снаружи емкостей с жидкостями.

Устройство позволяет осуществить способ, в соответствии с которым две идентичные емкости заполняют равными количествами воды или физиологического раствора, в одну из емкостей добавляют исследуемую жидкость в объеме 0,01-0,0001 от общего объема, после чего в жидкостях, находящихся в емкостях, одновременно возбуждают сигналы акустической эмиссии путем введения в эти жидкости струи газа для образования газовых пузырьков, или путем замораживания или оттаивания этих жидкостей, или путем растворения в этих жидкостях какого-либо вещества, или путем введения в эти жидкости сорбента для осуществления в них процесса сорбции, или путем помещения в эти жидкости объектов, способных к набуханию, или путем введения в эти жидкости объектов, в которых осуществляется капиллярный эффект, или путем введения в эти жидкости объектов, в которых осуществляется процесс осмоса, или путем осуществления в жидкостях процесса денатурации белка, или путем осуществления в жидкостях ферментативной реакции. При этом синхронно регистрируют параметры сигналов акустической эмиссии, возникающей в каждой из емкостей, и находят разность между величинами этих параметров.

Струю газа вводят в жидкости на постоянном или переменном расстоянии от их поверхности. Сигналы акустической эмиссии регистрируют в жидкостях при их температурах в пределах 20-70°С и в диапазоне частот 20000-2000000 Hz, причем в каждом случае выбирают ту частоту, при которой величина регистрируемых параметров оказывается максимальной.

В качестве исследуемых биожидкостей используют цельную кровь, плазму крови, сыворотку крови, мочу, лимфу, слюну, слезную жидкость, пот. При необходимости можно использовать и любые другие биожидкости, например желчь, желудочный сок, синовиальную жидкость, жидкость, содержащуюся в патологических образованиях, и т.п.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых

Фиг.1. Акустическая эмиссия в воде, при пропускании через нее газовых пузырьков.

Фиг.2. Акустическая эмиссия при замораживании бидистиллированной воды.

Фиг.3. Акустическая эмиссия при оттаивании замороженной воды.

Фиг.4. Акустическая эмиссия при растворении пенициллина в физиологическом растворе и воде.

Фиг.5. Акустическая эмиссия при сорбции уксуса активированным углем.

Фиг.6. Акустическая эмиссия в бидистиллированной воде в ходе процесса осмоса.

Фиг.7. Акустическая эмиссия в жидкости при падении в нее капель жидкости.

Фиг.8. Акустическая эмиссия в воде в ходе набухания в ней гороха.

Фиг.9. Акустическая эмиссия в воде в ходе поднятия ее по капилляру.

Фиг.10. Акустическая эмиссия в воде в ходе денатурации в ней яичного белка.

Фиг.11. Акустическая эмиссия в жидкости при падении в нее капель биожидкости.

Фиг.12. Акустическая эмиссия в желудочном соке при переваривании в нем яичного белка.

Фиг.13. Акустическая эмиссия при оттаивании замороженной бидистилированной воды с предварительным добавлением плазмы крови.

Фиг.14. Акустическая эмиссия при растворении в воде аскорбиновой кислоты с предварительным добавлением яичного белка.

Фиг.15. Акустическая эмиссия в воде при добавлении к ней микроколичеств других жидкостей.

Фиг.16. Акустическая эмиссия в физиологическом растворе при добавлении к нему микроколичества плазмы крови больного со злокачественным новообразованием.

Фиг.17. Изменение (в %) акустической эмиссии в бидистилированной воде при добавлении к ней микроколичеств плазмы крови доноров, больного диабетом и больного инфарктом миокарда.

Фиг.18. Изменение (в %) акустической эмиссии в бидистиллированной воде при добавлении к ней микроколичеств плазмы крови доноров, больного ревматизмом и больного лейкозом.

Фиг.19. Изменение (в %) акустической эмиссии в бидистиллированной воде при добавлении к ней микроколичеств плазмы крови доноров и плазмы крови больных раком желудка в ранней и поздней стадии.

Фиг.20. Изменение (в %) акустической эмиссии в бидистиллированной воде при добавлении к ней микроколичеств плазмы крови двух доноров, отличающихся по показателям акустической эмиссии от основной группы доноров (9 человек).

Фиг.21. Изменение (в %) акустической эмиссии в бидистиллированной воде при добавлении к ней микроколичеств сыворотки крови больного инфарктом миокарда в первый и десятый день от начала заболевания.

Фиг.22. Блок-схема устройства для осуществления способа исследования свойств биожидкостей.

Устройство для осуществления способа содержит емкость 1, заполняемую жидкостью 2, идентичную емкость 3, заполняемую жидкостью 4, в которую предварительно добавляют микроколичество исследуемой биожидкости. Обе емкости 1 и 3 зафиксированы на какой-либо поверхности 5. Для введения в жидкости 2 и 4 объектов, возбуждающих сигналы акустической эмиссии, служит подъемно-опускающий механизм 6 с редуктором 7. С этим механизмом 6 жестко соединен держатель 8, в котором закреплена кассета 9 с набором 10 сменных объектов, погружаемых в жидкости 2 и 4 для возбуждения в них акустической эмиссии. Устройство содержит также источник 11 сжатого газа с редуктором 12, двумя манометрами 13 и двумя системами 14 для подведения газа к трубкам 15, погружаемым в жидкости 2 и 4. Устройство содержит также выполненное на основе элементов Пельтье приспособление для замораживания жидкостей 2 и 4 в емкостях 1 и 3 (не показано) и аналогичное приспособление для нагревания жидкостей 2 и 4 в емкостях 1 и 3, которое соединено с терморегулятором (не показаны). Регистрацию сигналов акустической эмиссии производят при помощи датчиков 16, размещенных внутри или снаружи емкостей 1 и 3. Датчики соединены с регистратором 17 сигналов акустической эмиссии, который снабжен таймером 18 и фильтром 19 пропускаемых частот. Регистратор 17 соединен с анализатором 20 сигналов акустической эмиссии, который через блок 21 сравнения соединен с блоком 22 цифровой визуализации получаемых результатов, представленным монитором и/или принтером.

Способ осуществляют следующим образом. Емкости 1 и 3 заполняют равными количествами одной и той же жидкости, например водой, бидистиллированной водой, физиологическим раствором. Рекомендуемое количество жидкости 5-50 мл. В емкости 1 находится жидкость 2, а в емкости 3 - жидкость 4, в которую предварительно добавляют и тщательно перемешивают микроколичество исследуемой биожидкости, объем которой составляет 0,01-0,0001 от объема жидкости 4. Общий объем жидкости 4 изменяется при этом крайне незначительно, но для полной идентичности исследования можно на такую же величину увеличить объем жидкости 2.

Выбирают прием, который будут использовать для возбуждения в жидкостях 2 и 4 сигналов акустической эмиссии. Это может быть одновременное введение в жидкости 2 и 4 струи газа для образования газовых пузырьков, замораживание жидкостей 2 и 4, оттаивание замороженных жидкостей 2 и 4, растворение в жидкостях 2 и 4 какого-либо вещества, сорбция из жидкостей 2 и 4 какого-либо вещества, осуществление в жидкостях 2 и 4 процессов осмоса, падение в жидкости 2 и 4 одной или нескольких капель какой-либо жидкости, набухание в жидкостях 2 и 4 каких-либо объектов, осуществление в жидкостях 2 и 4 капиллярных эффектов, денатурация белка в разных вариантах: добавление в жидкости 2 и 4 равных количеств какого-либо белка с последующей денатурацией, например, нагреванием, денатурация в жидкости 4 белков, содержащихся в добавленной биожидкости, денатурация белков, содержащихся в биожидкости, перед ее добавлением к жидкости 4. Особый прием состоит в исследовании динамики ферментативных процессов путем добавления в жидкость 2 и 4 фермента и его субстрата при необходимых величинах температуры и рН. Для замораживания жидкостей 2 и 4 и их нагревания используют соответствующие приспособления, выполненные на основе элементов Пельтье. Охлаждающее приспособление обеспечивает замерзание жидкости, а нагревающее - ее нагревание вплоть до 70°С, причем оно соединено с терморегулятором.

Терморегулятор с термодатчиком позволяют термостатировать жидкости 2 и 4 на любых уровнях температуры, устанавливаемых заранее. Приспособления для замораживания и нагревания жидкостей 2 и 4 в емкостях 1 и 3 не показаны.

Для введения в жидкости 2 и 4 необходимого объекта закрепляют его в кассете 9 и включают подъемно-опускающий механизм 6. Он может работать в различных режимах, а именно: остановка на определенной высоте, непрерывное опускание с последующим непрерывным подъемом, ступенчатое опускание и подъем с фиксацией на заранее устанавливаемых уровнях. Режим опускания-подъема применяют при использовании приема, основанного на введении в жидкости 2 и 4 струи газа и образовании газовых пузырьков. Для этого при помощи редуктора 12 и манометров 13 устанавливают необходимое давление газа в источнике 11 и соответственно скорость его поступления в системы 14, подводящие газ к трубкам 15, погружаемым в жидкости 2 и 4. Трубки 15 выбирают в виде идентичных пар из набора, содержащего капилляры с разными диаметрами выпускных отверстий. При работе механизма 6 пузырьки газа выходят из трубок 15 на разных расстояниях от поверхностей жидкостей 2 и 4 и поднимаются до этих поверхностей, где лопаются. В зависимости от уровней жидкостей 2 и 4, на которых образуются газовые пузырьки, параметры акустической эмиссии изменяются, что позволяет получать дополнительную информацию.

Акустическая эмиссия в жидкостях 2 и 4 начинается или сразу же после погружения в нее какого - либо объекта из набора 10, или через некоторое время, например при замораживании жидкости, оттаивании ее, набухании объектов, денатурации белка и т.д.

Для регистрации возникающих сигналов акустической эмиссии используют специальный блок. Он содержит датчики 16 акустической эмиссии, закрепленные внутри или снаружи емкостей 1 и 3. Если используют жесткое крепление, то заранее готовят набор пар идентичных емкостей 1 и 3 с закрепленными в них датчиками 16 с разными диапазонами рабочих частот. При исследовании используют пары емкостей 1 и 3 с такими датчиками 16, которые работают в оптимальных для каждого конкретного приема диапазонах частот.

Сигналы от датчиков 16 поступают на двухканальный регистратор 17 сигналов акустической эмиссии. Он дополнительно снабжен таймером 18 и фильтром 19 частот. Таймер 18 устанавливает продолжительность каждого отсчета и количество отсчетов. Фильтр 19 частот устанавливает диапазон пропускаемых и регистрируемых частот. Регистратор 17 соединен с двухканальным анализатором 20 параметров сигналов акустической эмиссии. Это могут быть частота импульсов, амплитуда, распределение по различным частотам и т.д. Анализатор 20 производит соответствующие определения раздельно для жидкостей 2 и 4 и выдает полученные данные на блок 21 сравнения. Этот блок находит величину разностей для каждого из показателей, регистрируемых на двух сравниваемых каналах (жидкости 2 и 4). Полученные данные в виде абсолютных величин и в процентах показателя из жидкости 4 от соответствующего показателя из жидкости 2 поступают на блок 22 цифровой визуализации, представляющий собой монитор и/или принтер. На этом каждый очередной цикл исследования заканчивается.

Осуществление изобретения подтверждается примерами. Из них примеры 1-12 показывают возникновение акустической эмиссии в жидкости при использовании предложенных в изобретении приемов, а примеры 13-21 - изменения сигналов акустической эмиссии под влиянием добавления к жидкости микроколичеств исследуемой биожидкости.

Пример 1. Акустическая эмиссия возникает в воде (Фиг.1) при прохождении через нее газовых пузырьков, которые вводят в воду на постоянном расстоянии от ее поверхности (1), или при непрерывном опускании выпускного капилляра (2) и непрерывном поднятии выпускного капилляра (3).

Пример 2. При замораживании дистиллированной воды возникает интенсивная акустическая эмиссия (Фиг.2). Это связано с образованием кристаллической решетки. Количество импульсов столь велико, что пришлось использовать логарифмическую шкалу.

Пример 3. При оттаивании замороженной бидистиллированной воды кристаллическая решетка разрушается. И здесь возникает интенсивная акустическая эмиссия (Фиг.3), что опять-таки потребовало использовать логарифмическую шкалу.

Пример 4. При растворении вещества кристаллическая решетка разрушается. Процесс акустической эмиссии идет чрезвычайно быстро и исчисляется десятками тысяч импульсов в секунду. На Фиг.4 показана акустическая эмиссия при растворении 100 мг пенициллина в физиологическом растворе (1) и в воде (2).

Пример 5. Процессы сорбции сопровождаются возникновением акустической эмиссии. При разведении уксуса в воде до концентрации 4,5% и помещении в воду активированного угля динамику сорбции можно наблюдать по кривой акустической эмиссии, которая в данном случае носит волнообразный характер, как видно из Фиг.5.

Пример 6. При помещении в бидистиллированную воду коллодиевого мешочка, заполненного концентрированным раствором поваренной соли, возникает процесс осмоса. Он сопровождается акустической эмиссией, которая в этом случае имеет низкую интенсивность, но, тем не менее, отчетливо выражена (Фиг.6).

Пример 7. Падение капель жидкости в такую же или иную жидкость каждый раз дает всплеск акустической эмиссии. На Фиг.7 показано суммарное количество импульсов при последовательном падении пяти капель воды в воду (1), падении пяти капель плазмы крови в воду (2), падении пяти капель воды в плазму крови (3) и падении пяти капель плазмы крови в плазму крови (4). При увеличении высоты падения количество импульсов возникающей акустической эмиссии возрастает.

Пример 8. При помещении в воду гороха он начинает набухать и происходящее при этом повреждение структур приводит к появлению сигналов акустической эмиссии. На Фиг.8 отражена динамика акустической эмиссии при набухании в бидистиллированной воде десяти горошин.

Пример 9. При помещении в воду одной или нескольких капиллярных трубок поднятие воды по капилляру вызывает слабую акустическую эмиссию (Фиг.9).

Пример 10. Особый интерес представляет обнаруженное явление, которое состоит в том, что изменение конформации белковых молекул, происходящее при их денатурации, также сопровождается возникновением акустической эмиссии. При нагревании бидистиллированной воды до 70°С и помещении в нее 200 мг яичного белка происходит тепловая денатурация, за ходом которой можно наблюдать по кривой акустической эмиссии (Фиг.10).

Пример 11. Высокая чувствительность заявленного способа, позволяющая улавливать не только качественные и количественные изменения химического состава биожидкости, но и конформационные изменения белковых молекул при неизменности общего химического состава демонстрируется в данном примере. На Фиг.11 показано количество импульсов, возникающее при падении в воду пяти капель воды (1), пяти капель сыворотки крови (2) и пяти капель той же сыворотки, которую перед этим в течение 15 минут облучали ультрафиолетовым светом, вызывающим, как известно, денатурацию белковых молекул. В последнем случае количество импульсов, несмотря на неизменность химического состава сыворотки, изменяется.

Пример 12. На Фиг.12 отражены дополнительные возможности заявляемого способа, которые могут существенно расширить сферу его использования. При добавлении в воду желудочного сока и яичного белка (при этом температура жидкости составляла 36°С, а величина рН 2.6) начинается ферментативное расщепление белка, которое сопровождается слабой, но отчетливо выраженной акустической эмиссией. Представленная кривая позволяет наглядно представить динамику ферментативного процесса. Здесь открываются особые и многообещающие перспективы.

Последующие примеры подтверждают достижение технического результата, являющегося задачей заявляемого изобретения, а именно: доказать возможность косвенного выявления особенностей химического состава исследуемой биожидкости путем определения ее влияния на параметры акустической эмиссии, вызываемые в жидкости каким - либо из перечисленных выше приемов.

Пример 13. Из Фиг.13 следует, что оттаивание замороженной бидистиллированной воды (1), в которую предварительно была добавлена плазма крови в разведении 1:100, увеличивает суммарную интенсивность акустической эмиссии более чем в два раза по сравнению с параллельной контрольной пробой без биожидкости (2).

Пример 14. При растворении 150 мг аскорбиновой кислоты в воде (1) процесс растворения ускоряется при добавлении к воде раствора белка в соотношении 1:10000 (2). Об этом говорят кривые, представленные на Фиг.14.

Пример 15. Прием, основанный на возникновении акустической эмиссии при образовании в жидкости и прохождении через нее газовых пузырьков, является одним из наиболее информативных. На Фиг.15 показаны изменения акустической эмиссии, вызываемой в воде путем введения в нее струи газа на постоянном расстоянии от поверхности воды при добавлении к воде микроколичеств различных биожидкостей, а также спирта при соотношении 1:1000 во всех случаях. Предоставлены величины изменения количества сигналов акустической эмиссии в процентах от показателей, полученных в воде без добавления биожидкостей. Получены следующие результаты: 1 - вода, 100%, 2 - добавление яичного белка. Уменьшение на 31%. 3 - добавление яичного желтка. Уменьшение на 48%. 4 - добавление слюны. Уменьшение на 69%. 5 - добавление плазмы крови. Уменьшение на 86%. 6 - добавление спирта. Уменьшение на 95%. Особенно показателен последний результат. Акустическая эмиссия, возникающая при образовании, всплывании и разрыве газовых пузырьков, в основном связана с параметрами поверхностного натяжения. Спирт - вещество с очень высокой поверхностной активностью. Поэтому даже крайне малое его количество вызвало столь значительный эффект.

Пример 16. Этот и все последующие примеры имеют непосредственную медицинскую направленность. На Фиг.16 представлены кривые, отражающие количество импульсов акустической эмиссии, возникающих при введении в физиологический раствор (1) струи газа в ходе непрерывного опускания и поднятия выпускных трубок. Кривая (2) - то же, но при добавлении плазмы крови больного со злокачественной опухолью. Стрелка - переход от опускания к поднятию выпускных трубок. Плазма добавлена в соотношении 1:10000. Но даже столь малое ее количество существенно изменило величину акустической эмиссии, особенно на стадии поднятия выпускных трубок.

В примерах 17-21 использовали тот же прием, что и в примере 16 - введение в жидкости струи газа. Акустическую эмиссию при этом возбуждали в бидистиллированной воде, а результаты выражали в процентах количества импульсов акустической эмиссии, возникавших в воде с добавленной биожидкостью по отношению к таковым в воде без биожидкости. Во всех случаях плазму крови добавляли в соотношении 1:1000. Каждая проба, как и во всех аналогичных примерах, проводилась синхронно в обеих емкостях с жидкостями.

В примерах 17-20 использованы данные, полученные в одной и той же контрольной группе, состоявшей из девяти доноров. Образцы плазмы крови каждого из них исследовали поочередно по влиянию на показатели акустической эмиссии. Полученные показатели у всех девяти доноров оказались весьма близкими, поэтому на фигурах 17-20 каждая точка на соответствующей кривой представляет среднюю для всей контрольной группы величину.

Пример 17. Сравнивали показатели акустической эмиссии, возникавшей при добавлении плазмы крови доноров, плазмы крови больного инфарктом миокарда и плазмы крови больного сахарным диабетом. На Фиг.17: 1 - доноры, 2 - больной инфарктом миокарда, 3 - больной сахарным диабетом. Различие между воздействием на показатели акустической эмиссии плазмы крови доноров и плазмы крови больных двумя различными болезнями чрезвычайно показательны. Стрелка - см. пример 16.

Пример 18. Полностью аналогичен предыдущему с той разницей, что добавляли плазму крови больного лейкозом и больного ревматизмом. На Фиг.18 - 1 - доноры, 2 - больной лейкозом, 3 - больной ревматизмом. И здесь различия между воздействиями на показатели акустической эмиссии плазмы крови доноров и плазмы крови больных еще двумя болезнями достаточно наглядны. Стрелка - см. пример 16.

Пример 19. В данном примере показаны возможности заявленного способа при исследовании биожидкости больных одним и тем же заболеванием, но на разных его стадиях.

Фиг.19. Построение графика идентично двум предыдущим примерам. В данном случае сравнивали воздействие на показатели акустической эмиссии плазмы крови контрольной группы доноров и плазмы крови больных раком желудка на ранней и поздней стадиях заболевания.

На Фиг.19: 1 - доноры, 2 - больной раком желудка на ранней стадии, 3 - больной раком желудка на поздней стадии.

Приведенные данные показывают возможности заявляемого способа не только при разных заболеваниях, но и при разных стадиях одного и того же заболевания. Стрелка - см. пример 16.

Пример 20. В данном примере приводятся результаты случайного наблюдения. Тем не менее, они заслуживают специального рассмотрения. Как указывалось выше, в контрольную группу входили 9 доноров. Однако первоначально было отобрано 11 человек. Но у двух из них (№4 и №7) полученные данные, во-первых, резко отличались от всей остальной группы, а во-вторых, оказались весьма сходными между собой. Это видно из Фиг.20. Как и в предыдущих примерах добавляли плазму крови в соотношении 1:1000. 1 - основная контрольная группа (9 доноров), 2 - донор №4, 3 - донор №7.

У обоих доноров изменения показателей акустической эмиссии при добавлении плазмы крови резко отличаются от основной группы. Эти отличия выявляются наиболее отчетливо в начальной стадии погружения выпускных трубок в жидкости. Это, пока единственное наблюдение, дает, тем не менее, основание полагать, что, хотя доноров принято считать практически здоровыми, у данных двух лиц можно предположить наличие каких-то отклонений, а возможно и скрытой патологии. Стрелка - см. пример 16.

Пример 21. Заключительный пример показывает еще одну возможность использования заявленного способа. Известно, что в ходе терапии любого заболевания большое значение имеет мониторинг состояния больного. Он позволяет следить за тем, ухудшается или улучшается состояние в ходе лечения и проводить соответствующую коррекцию. Главная трудность связана с тем, что далеко не всегда имеется показатель, который позволяет быстро и надежно делать необходимое заключение.

На Фиг.21 приведены данные, показывающие, что заявляемый способ позволяет обнаруживать динамику течения заболевания и, следовательно, может использоваться для соответствующего мониторинга.

Вызывали акустическую эмиссию в бидистиллированной воде с использованием того же приема, что и в примерах 16-20. Затем исследовали влияние на показатели акустической эмиссии сыворотки крови больного инфарктом миокарда, полученной в первый и десятый день заболевания.

На Фиг.21: кривая 1 - первый день заболевания, кривая 2 - десятый день. Сыворотку добавляли в соотношении 1:1000. Основные и весьма значительные различия отмечены в заключительной стадии подъема выпускных трубок. Стрелка - см. пример 16.

Это наблюдение дает основание полагать, что при создании необходимой базы эталонных данных заявляемый способ может использоваться и для мониторинга состояния больных в ходе лечения.

Исследование акустической эмиссии при различных температурах (от 20° до 70°С) за счет возможных при этом изменений состояния химических компонентов биожидкости и их взаимодействия должно предоставить дополнительную информацию, характеризующую исследуемые биожидкости.

В таблице приведены характеристики всех приемов, используемых при возбуждении сигналов акустической эмиссии в жидкостях.

Потенциальные возможности заявляемого способа выходят далеко за пределы приведенных примеров. Он может быть использован при исследовании интенсивности и динамики химических реакций, ферментативных реакций, иммунных реакций, проницаемости клеточных мембран, механических свойств тканей, свойств клеток крови и т.д.

Особое значение приобретает возможность постоянного мониторинга течения заболевания, причем проведение исследования занимает несколько минут. Это крайне важно, в частности, при онкологических заболеваниях для выявления ранних метастазов и рецидивов, определения эффективности проводимого лечения, прогрессирования или регрессирования опухоли и т.д. Другие возможности заявляемого способа связаны с быстрым установлением соответствия любого жидкого продукта принятым стандартам, для чего также потребуется предварительное создание соответствующей эталонной базы данных.

Существенная особенность заявляемого способа заключается в следующем. Хотя химический состав какой-либо биожидкости, например сыворотки крови у пациентов, страдающих разными заболеваниями, несомненно, различается, нельзя исключить возможность того, что показатели, характеризующие влияние этой биожидкости на акустическую эмиссию, возбуждаемую в жидкости, случайно могут совпасть. Стимулирующее влияние одних компонентов биожидкости может перекрыться тормозящим влиянием других компонентов.

Однако заявляемый способ позволяет исследовать не одну, а несколько любых биожидкостей. Кроме того, возможно использование не одного, а целого набора найденных заявителем приемов, причем в различных комбинациях. При этом количество возможных вариантов исследования столь велико, что случайное совпадение всех результатов, получаемое при исследовании биожидкостей пациентов, страдающих различными заболеваниями, крайне маловероятно. Следует дополнительно учесть и возможность одновременной регистрации по меньшей мере шести параметров акустической эмиссии. Для реализации перечисленных выше разнообразных и значительных дополнительных возможностей использования заявляемого способа потребуется создание баз репрезентативных эталонных данных. После этого станет возможной разработка многочисленных способов диагностики заболеваний и мониторинга их течения.

Изобретение относится к области медицины, в частности к способам исследования или анализа материалов с использованием акустической эмиссии. Устройство для исследования свойств жидкостей предназначено для осуществления способа исследования свойств жидкостей и содержит две идентичные емкости, зафиксированные на какой-либо поверхности, снабжено закрепленными на них датчиками акустической эмиссии, а регистратор сигналов акустической эмиссии соединен с анализатором параметров этих сигналов и дополнительно снабжен блоком приспособлений, который позволяет возбуждать в жидкости сигналы акустической эмиссии. Использование заявленного устройства позволяет расширить возможность регистрации сигналов акустической эмиссии в жидкости. 2 н. 18 з.п. ф-лы, 1 табл., 22 ил.

1. Устройство для исследования свойств жидкостей с использованием акустической эмиссии, содержащее две идентичные емкости, зафиксированные на какой-либо поверхности и снабженные закрепленными на них датчиками акустической эмиссии, регистратор сигналов акустической эмиссии, соединенный с анализатором параметров этих сигналов, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено блоком приспособлений, позволяющих возбуждать в жидкости сигналы акустической эмиссии, включающим подъемно-опускающий механизм с редуктором, снабженный держателем, в котором закреплена кассета с набором сменных объектов для вызывания акустической эмиссии в жидкостях, источник сжатого газа с редуктором, двумя манометрами и двумя системами регулируемого введения струи газа в жидкости, находящиеся в емкостях, приспособление на основе элементов Пельтье для одновременного нагревания или замораживания жидкостей в емкостях, терморегулятор для термостатирования жидкостей в емкостях, при этом в кассете закреплены бункеры, заполняемые веществами, подлежащими введению в жидкости, находящиеся в емкостях, капиллярные трубки для воспроизведения капиллярного эффекта и коллодиевые мешочки, заполненные концентрированными растворами какого-либо вещества для воспроизведения процессов осмоса, а анализатор параметров сигналов акустической эмиссии через блок сравнения соединен с блоком цифровой визуализации величин этих параметров.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что системы регулируемого введения струи газа в жидкости, находящиеся в емкостях, снабжены наборами сменных трубок с различными диаметрами выпускных отверстий.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчики акустической эмиссии закреплены внутри емкостей с жидкостями.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчики акустической эмиссии закреплены на емкостях с жидкостями снаружи.

5. Устройство по пп.3 и 4, отличающееся тем, что оно снабжено набором пар идентичных емкостей с закрепленными датчиками акустической эмиссии, причем в каждой паре датчики работают в одном и том же диапазоне частот, но для разных пар емкостей эти диапазоны различны.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что регистратор сигналов акустической эмиссии и анализатор этих сигналов содержат каждый два идентичных канала.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок сравнения выдает цифровые значения разностей параметров акустической эмиссии в жидкостях, находящихся в емкостях, в абсолютных величинах и в процентном их соотношении.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок цифровой визуализации регистрируемых параметров акустической эмиссии представляет собой монитор и/или принтер.

9. Способ исследования свойств жидкостей с использованием устройства по п.1, состоящий в том, что две идентичные емкости заполняют равными количествами жидкости - воды или физиологического раствора, в одну из емкостей добавляют исследуемую жидкость в объеме 0,01-0,0001 от общего объема, после чего в жидкостях, находящихся в обеих емкостях, одновременно возбуждают сигналы акустической эмиссии путем введения в эти жидкости струи газа для образования газовых пузырьков, или путем замораживания и оттаивания этих жидкостей, или путем растворения в этих жидкостях какого-либо вещества, или путем введения в эти жидкости сорбента для осуществления в них процесса сорбции, или путем помещения в эти жидкости объектов, способных к набуханию, или путем введения в эти жидкости объектов, в которых осуществляется капиллярный эффект, или путем введения в эти жидкости объектов, в которых осуществляется процесс осмоса, или путем осуществления в жидкостях процесса денатурации белка, или путем осуществления в жидкостях ферментативной реакции, синхронно регистрируют параметры сигналов акустической эмиссии, возникающей в каждой из емкостей, и находят разность между величинами этих параметров.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что струю газа вводят в жидкости, находящиеся в емкостях, на разных расстояниях от их поверхности.

11. Способ по п.9, отличающийся тем, что сигналы акустической эмиссии в жидкостях регистрируют при их температурах в пределах 20-70°С.

12. Способ по п.9, отличающийся тем, что параметры сигналов акустической эмиссии регистрируют в диапазоне частот от 20000 до 2000000 Гц, причем в каждом случае выбирают ту частоту, для которой величина этих параметров оказывается максимальной.

13. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качестве исследуемой биожидкости используют цельную кровь.

14. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качестве исследуемой биожидкости используют плазму крови.

15. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качестве исследуемой биожидкости используют сыворотку крови.

16. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качестве исследуемой биожидкости используют лимфу.

17. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качестве исследуемой биожидкости используют мочу.

18. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качестве исследуемой биожидкости используют слюну.

19. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качестве исследуемой биожидкости используют слезную жидкость.

20. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качестве исследуемой биожидкости используют пот.