Устройство регистрации результатов ПЦР с монохроматором Российский патент 2022 года по МПК G01N21/64 C12Q1/00 

Область техники

Изобретение относится к устройствам регистрации. В частности, изобретение относится к устройству регистрации результатов ПЦР с использованием красителей с различными спектрами поглощения и флуоресценции. Устройство может найти применение в медицине, контроле за микробиологическим загрязнением окружающей среды и продуктов питания, криминалистике.

Уровень техники

Полимеразная цепная реакция является одним из методов молекулярной биологии. В основе этого метода лежит многократное копирование (амплификация) определенных участков ДНК и РНК в процессе повторяющихся температурных циклов.

На Фиг. 2 приведена обобщенная схема оптико-электронного блока устройства, предназначенного для проведения и регистрации результатов ПЦР. Реакционная смесь (14), имеющая в своем составе исследуемый биологический материал, размещается в контейнере (15), который в свою очередь располагается в амплификаторе (16), осуществляющем циклическое температурное воздействие на образцы материала. В результате полимеразной цепной реакции при наличии в образце фрагментов искомой ДНК происходит экспоненциальное увеличение их числа. Это увеличение регистрируется по флуоресцентному излучению красителя, который вводят в состав реакционной смеси перед диагностикой. Интенсивность флуоресцентного излучения возрастает пропорционально количеству продукта амплификации. Для возбуждения флуоресцентного излучения и его регистрации служит оптико-электронный блок (17), который включает в себя объектив (18), источник квазимонохроматического возбуждающего излучения (19), приемник излучения (20), спектроделитель (21), фильтр возбуждения (22) и фильтр регистрации (23), представляющие собой узкополосные интерференционные фильтры. Спектры флуоресценции красителей сдвинуты в длинноволновую область относительно спектров возбуждающего излучения на 30-40 нм. Поэтому полоса пропускания фильтра (23) смещена относительно полосы пропускания фильтра (21) на такую же величину.

Среди приборов, оптико-электронный блок которых построен по приведенной схеме, можно отметить прибор для ПЦР диагностики (CFX96 Touch Real-Time PCR Detection System от Bio-Rad [1]), прибор для ПЦР диагностики (амплификатор детектирующий DTprime 4М1 от ДНК-Технология [2]). В этих приборах источниками возбуждающего излучения являются светодиоды.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является прибор ПЦР диагностики в реальном времени (7500 Fast Dx Real-Time PCR System от Thermo Fisher Scientific [3]). Прибор содержит кювету для образцов, термоциклер и оптико-электронный блок, состоящий из источника возбуждения флуоресценции на базе галогенной лампы и регистратора на основе камеры с ПЗС-матрицей. Прибор имеет возможность проводить мультиплексные исследования на пяти фиксированных длинах волн возбуждающего излучения при одновременном использовании до пяти красителей. Для этого в приборе предусмотрена установка сменных фильтров возбуждения и регистрации.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является обеспечение работы прибора с излучением любой длины волны.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что выделение монохроматического излучения требуемой длины волны для возбуждения флуоресценции осуществляется монохроматором. Данный монохроматор выделяет также флуоресцентное излучение от исследуемых образцов и направляет его на входной зрачок системы регистрации.

Преимущество предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом заключается в возможности перестройки длины волны возбуждающего излучения и отсутствии необходимости применения узкополосных фильтров, временная деградация которых может привести к возникновению погрешностей в работе прибора.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - схема оптико-электронного блока настоящего изобретения.

Фиг. 2 - обобщенная схема оптико-электронного блока устройства для ПЦР диагностики.

Осуществление изобретения

На Фиг. 1 представлен пример конкретного исполнения оптико-электронного блока прибора для ПЦР контроля с монохроматором.

Свет от источника излучения (1), обладающего широким спектром, например, от вольфрамовой галогенной лампы, фокусируется конденсором (2) на входной щели (3) монохроматора. Монохроматор состоит из входного (4) и выходного (5) объективов, диспергирующего элемента (6), например, призмы постоянного угла отклонения Аббе. При расположении выходной щели (7) монохроматора в передней фокальной плоскости осветительного объектива (8) образцы в кювете (9) освещаются параллельным пучком монохроматического света, длину волны которого можно изменять путем поворота призмы (6). Флуоресцентное излучение образцов в автоколлимационном ходе возвращается объективом (8) в щель (7) и в обратном ходе лучей фокусируется в щель (10), находящуюся в плоскости входной щели (3) и отстоящей от нее на величину линейной дисперсии монохроматора, соответствующей разности длин волн возбуждающего и флуоресцентного излучений и составляющей 30-40 нм. Пройдя через призму (11), флуоресцентное излучение собирается объективом (12), в плоскости изображения которого находится фоточувствительный слой приемника излучения (13), например, ПЗС-матрицы.

Список литературы к заявке

Устройство регистрации результатов ПЦР с монохроматором

1. Bio-Rad. Real-Time PCR Systems [Электронный ресурс]. URL: https://www.bio-rad.com/ru-ru/product/cfx96-touch-real-time-pcr-detection-system (дата обращения: 01.04.2020).

2. ДНК-Технология. Детектирующие амплификаторы [Электронный ресурс]. URL: https://www.dna-technology.ru/dnaproducts/equipments/rtamplificators/dt_prime (дата обращения: 01.04.2020).

3. Thermo Fisher Scientific. Real-Time PCR. Applied Biosystems Real-Time PCR Instruments [Электронный ресурс]. URL: https://www.thermofisher.com/ru/ru/home/life-science/pcr/real-time-pcr/real-time-pcr-instruments/7500-fast-real-time-pcr-system.html (дата обращения: 01.04.2020).

Изобретение относится к устройству регистрации результатов полимеразной цепной реакции (ПЦР). Устройство регистрации результатов ПЦР содержит источник света (1) с широким спектром излучения, осветительный объектив (8), кювету (9) с образцами и систему регистрации. Между источником света (1) и осветительным объективом (8) установлен монохроматор, который обеспечивает освещение образцов монохроматическим светом возбуждения, а также возвращение флуоресцентного излучения в автоколлимационном ходе объективом (8) в выходную щель (7) монохроматора и его фокусировку в щель (10), которая находится в плоскости входной щели (3) монохроматора и отстоит от нее на величину линейной дисперсии монохроматора, соответствующей разности длин волн возбуждающего и флуоресцентного излучения. Устройство позволяет проводить ПЦР диагностику с использованием красителей, обладающих различными спектрами поглощения и флуоресценции, а также обеспечивает возможность перестройки длины волны возбуждающего излучения при отсутствии необходимости применения узкополосных фильтров, временная деградация которых может привести к возникновению погрешностей в работе прибора. 2 ил.

Устройство регистрации результатов ПЦР с монохроматором, содержащее источник света (1) с широким спектром излучения, осветительный объектив (8), кювету (9) с образцами и систему регистрации, отличающееся тем, что между источником света (1) и осветительным объективом (8) установлен монохроматор, который обеспечивает освещение образцов монохроматическим светом возбуждения, а также возвращение флуоресцентного излучения в автоколлимационном ходе объективом (8) в выходную щель (7) монохроматора и его фокусировку в щель (10), находящуюся в плоскости входной щели (3) монохроматора и отстоящую от нее на величину линейной дисперсии монохроматора, соответствующей разности длин волн возбуждающего и флуоресцентного излучения.