Устройство для анализа биологических растворов и суспензий Советский патент 1992 года по МПК G01N21/64 

Изобретение относится к люминесцентному (флуоресцентному) анализу в биотех- нологии для оптического контроля биотехнологических процессов и может найти применение в клеточной биологии для измерения с помощью флуоресцентных зондов концентрации ионов кальция и мембранных потенциалоь, а также в биохимии для измерения активности ферментов и концентрации метаболитов.

Известна система для измерения парциального давления кислорода (рОг). содержащая источник света, связанный с регистрационной ячейкой посредством световода, на торце которого расположен чувствительный элемент для измерения концентрации кислорода. В зависимости or концентрации кислорода этот элемент меняет свою флуоресценцию, что регистрируется фотоэлектронным умножителем (ЕР 0283289).

Основным недостатком указанной системы является ее ограниченный спектр применения, связанный со специальным покрытием торца световода кислородочув- ствительным комплексом лзнтонидов, применяемым только для измерения концентрации кислорода.

Известна система для измерения флуоресценции суспензий биологических объектов, снабженная источником света, по ходу лучей которого установлены коллектор, система сменных светофильтров возбуждающего света и светоделительная пластинка, направляющая свет возбуждения люминесценции с одной стороны через контактный объектив в ячейку с исследуемым объектом, а с другой стороны пропускающая свет люминесценции на фотоэлектронные умножители мультихроматора (Биофизика, т.25, № 1, с. 124-129, 1980).

Недостатком данной системы является ее малая функциональная возможность, Это обусловлено тем, что контактный объектив, направляющий свет возбуждения в ячейку с исследуемым объектом, помещен в нее, что не позволяет использовать ее автономно при физических воздействиях на объект исследования. Другим недостатком системы является ее низкая чувствительность в ультрафиолетовой области спектра. Это обусловлено тем, что мала интенсивность источника света в ультрафиолетовой области спектра, а также тем, что элементы оптики выполнены из стекла, которое значительно поглощает свет возбуждения люминесценции в указанной области спектра. Кроме того, система имеет дорогостоящий полихроматор сложной конструкции.

Известно применение лазера в качестве высокоинтенсивного источника возбуждающего света в проточной флуориметрии для определения ДНК в клетках. Однако используемый здесь лазер имеет 488 нм, т.е. видимую область спектра. Для возбуждения люминесценции в ультрафиолетовом свете применения лазера не обнаружено.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является двухлуче- вои микрофлуориметр, предназначенный для проведения цитохимических исследований. Известный микрофлуориметр состоит из источник/; света, коллек-гора, светодели- тельной пластины, обьектива и фотоэлектронных умножителей. Прибор кварцевой оптикой,

Недостатком известного устройства является отсутствие высокоинтенсивного источника ультрафиолетового света, выносной ячейки и волоконной оптики, следствием чего является низкая чувствительность в ультрафиолетовой области спектра и недостаточная функциональная

0 возможность.

Цель изобретения - повышение чувствительности, и расширение функциональ ных возможностей путем увеличения числа анализируемых характеристик.

5 На чертеже представлена общая схема устройства для анализа биологических растворов и суспензий.

Устройство для анализа биологических растворов и суспензий содержит источник

0 света 1, по ходу лучей которого установлены коллектор 2, диафрагма 3, система светофильтров возбуждающего света 4. Параллельно источнику света 1 установлен лазер 5, по ходу лучей которого расположено фик5 сированное зеркало 6 и зеркало 7 с возможностью перемещения его перпендикулярно источнику света 1. Устройство содержит также светоделительную пластину 8, отражающую свет возбуждения на фокусирующую

0 систему 9, Фокусирующая система 9 состоит из фокусирующей кварцевой линзы 10 и юстировочного устройства 11, позволяющего перемещать торец световода 12 в двух плоскостях относительно фокусирующей

5-линзы 10, за задним фокусом которой расположена светоделительная пластина 6. Световод 12 - одноволоконный кварцевый. Второй конец световода 12 герметично закреплен на боковой стенке выносной термо0 статируемой ячейки 13. Термостатируемая ячейка 13 установлена на магнитной мешалке 14. Свет люминесценции регистрируют фотоэлектронными умножителями 15 и 16, сигнал на которые поступает через запира5 ющие сменные светофильтры 17, вторую . светоделительную пластину 18, зеркало 19 и интерференционные светофильтры 20 и 21. Устройство содержит также фотоэлемент опорного сигнала 22, сумматор 23, за0 поминающее устройство (например, самописец) 24 и суспензию клеток 25.

Устройство работает следующим образом.

В зависимости от объекта исследования

5 используют лазер 5 или источник света 1.

В случае возбуждения флуоресценции в ультрафиолетовой области спектра (337 нм) при измерении концентрации свободного Са44 в клетках используют лазер 5. Возбуждающий свет от лазера 5 проходит через

систему отклоняющих зеркал 6,7 и отражается светоделительной пластиной 8 на фокусирующую систему 9 Линза 10 фокусирующей системы 9 концентрируют свет на торце световода 12. Далее свет возбуждения попадает в термостатируемую ячейку 13 с суспензией клеток 25, перемешиваемых магнитной мешалкой 14. Свет флуоресценции суспензии клеток 25 проходит по световоду 12 в фокусирующую линзу 10 и через светоделительную пластину 8, сменные светофильтры 17 попадает на светоделительную пластину 18, которой делится на два пучка. Один из пучков проходит через интерференционный светофильтр 21 на фотоэлектронный умножитель 16, а другой отклоняется зеркалом 19 на светофильтр 20 и фотоэлектронный умножитель 15. Сигнал от фотоэлектронных умножителей 15 и 16 поступает на первый и второй входы сумматора 23 и самописец 24. При измерении собственной флуоресценции клеток или внутриклеточного рН используют источник света 1. Свет возбуждения люминесценции собирают коллектором 2„ проводят через диафрагму 3, систему светофильтров 4, затем свет отклоняется светоделительной пластиной 8 в фокусирующую систему 9, линзу 10. Далее процесс прохождения светолюминесценции тот же, что и в случае использования лазера 5. Часть возбуждающего света проходит светоделительную пластину 8 и попадает на фотоэлемент опорного сигнала 22 для внесения коррекции на нестабильность источника света 1, а затем направляется на третий вход сумматора 23.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 1. Устройство для анализа биологических растворов и суспензий, включающее установленные последовательно источник света, коллектор, систему сменных светофильтров возбуждающего излучения и светоделительную пластинку для формирования двух каналов, один из которых содержит аналитическую ячейку, а другой - фотоэлектронные умножители с блоком регистрации и обработки информации, включающим сумматор, два входа которого соединены с выходами фотоэлектронных умножителей, о тличающееся тем. что, с целью повышения чувствительности и расширения функциональных возможностей путем увеличения числа анализируемых характеристик, в устройство введены ультрафиолетовый лазер, зеркала, световод, фокусирующая система, дополнительные светоделитель и сменные светофильтры, при этом лазер установлен так, что ось его излучения и ось излучения основного источника параллельны, первое зеркало

фиксировано по оси излучения лазера, второе зеркало выполнено с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном направлению излучения основного источника, и установлено мгжду системой сменных

светофильтров и светоделительной пластиной, при этом на боковой стенке аналитической ячейки закреплен один торец световода, а другой торец, установленный с возможностью перемещения в продольном

и поперечном направлениях, сопряжен с выходом фокусирующей системы, перед которой расположена светоделительная пла: стина, причем между светоделительной пластиной и фотоэлектронными умножителями последовательно установлены дополнительные сменные светофильтры и дополнительный светоделитель.

2.Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что световод выполнен одноволо- конным из кварца.

3.Устройство по п.1 или 2, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что, с целью увеличения отношения сигнал/шум за счет снижения уровня шума, в устройство введены фотоэлемент опорного сигнала и запоминающее устройство, при этом фотоэлемент установлен на оси основного источника света после светоделительной пластины, выход фотоэлемента соединен с третьим входом сумматора, выход которого подключен к запоминающему устройству.

Сущность изобретения: устройство включает источник света, по ходу лучей которого установлены коллектор, система сменных светофильтров возбуждающего излучения и светоделительная пластина, делящая возбуждающий свет на два потока, один из которых направляется в аналитическую ячейку, а другой - непосредственно на фотоэлектронные умножители с блоком регистрации. Кроме того, в устройство введен ультрафиолетовый лазер, установленный так, что пути его излучения и излучения основного источника света параллельны. На пути излучения лазера установлены два зеркала, причем первое по ходу излучения фиксировано, а второе выполнено с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном направлению излучения основного источника света. На боковой стенке аналитической ячейки закреплен один торец световода, а на другой его торец, имеющий возможность перемещения в продольном и поперечном направлениях, выведен выход излучения фокусирующей системы, установленной по ходу возбуждающего излучения после одной стороны све- тоделительной пластины, с другой стороны которой на пути излучения последовательно установлены запирающие сменные светофильтры и вторая светоделительная пласти- на, направляющая излучение через интерференционные фильтры на фотоэлектронные умножители. Световод выполнен одноволоконным из кварца. В устройство может быть дополнительно введен фотоэлемент опорного сигнала, установленный по ходу излучения от источника света после первой светоделительной пластины, а регистратор выполнен в виде сумматора, два входа которого соединены с выходами фотоэлектронных умножителей, а третий - с входом фотоэлемента опорного сигнала. Выход сумматора подключен к запоминающему устройству. 1 ил. 10 С VI VI VI О сл о