Устройство для испытания химических соединений на ферментативную активность Советский патент 1980 года по МПК G01N31/14 

1

Изобретение относится к области исследования химических соединений на биологическую активность электрометрическим методом и может быть использовано для серийного испытания 5 химических соединений на активность ряда ферментов - ацетилхо.динэстеразы, аденозинтрифосфатазы протеолитических ферментов и др.

Известно устройство для исследова-tO ния веществ химическим способом, содержащее насос, подключенный к поглотительному сосуду с мешалкой и последовательно соединенные электродный блок, рН-метр, подключенный к 15 датчику температуры, блок титрования, дозатор с электромагнитными клапанами, счетчик импульсов, цифроаналрговый преобразователь и блок регистрации tl.20

Наиболее близким, по технической сущности, к предложенному техническому решению является устройство для испытания химических соединений на ферментативную активность, содержа- 25 щее технологический блок, электродный блок, связанный с выходом технологического блока, усилитель, подключенный своим входом к одному из выходов электродного блока, первый ком-30

мутатор, вход которого соединен с другим выходом электродного блока, а выход первого коммутатора связан с входом усилителя, блок перемешивания, подключенный к входу технологического блока, блок задания, соединенный с входом блока перемешивания, блок управления, связанный своими входом и выходом с блоком задания, блок испытуемых соединений, подключенный своим входом к выходу блока управления, блок регистрации, соединенный своим входом с выходом блока испытуелвлх соединений и с одним из входов технологического блока, и блок индикации, один из входов которого связан с входами блока регистрации и блока зёщания f2j .

Недостатком этого устройства является малая производительность и низкая точность. Это объясняется тем, что все операции, касакйциеся приготовления, дозирования и смешивания реагентов производятся вручную. Кроме того измерительные электрбды эяектродного блока имеют неидентичные характеристики, что снижает точность устройства. При тщательном отборе нескольких электродов из большого массива с примерно одинаковыми характеристиками точность устройства также остается низкой, так как с течением времени не одинаково изменяются сопротивления различных электродов и значения координат иэопотенциальной точки, что не позволяет с достаточной точностью проводить корреляцию по нескольким концентрациям испытуемых химических соединений.

Цель изобретения - повьаиение производительности и точности устройства.

Указанная цел достигается тем, что устройство дополнительно содержит блок коррекции, выход которого подключен к одному из входов усилителя, аналого-цифровой преобразователь, связанный с выходом усилителя и с Одним из входов блока коррекции, логический блок, подключенный к одному из выходов блока управления, к выходу аналого-цифрового преобразователя и к входам блока регистрации и блока индикации, блок сравнения, соединенный с выходом аналого-цифрового преобразователя и одним из выходов и входов блока управления, блок дозаторов, связанный одним из своих входов с блоком сравнения, а другим входом - с одним из выходов блока задания и входом блока перемешивания, при этом один из выходов блока дозаторов подключен к одному из входов блока управления и одному из входов блока индикации, а другой выход блока дoзaтopOJ соединен с технологическим блоком и блоком испытуемых соединений, формирователь импульсов, связанный с одним из выходов блока управления и выходом блока регистрации, распределитель импульсов , вход которого подключенк выходу формирователя импульсов/ а выход распределителя импульсов соединен с одним из входов первого коммутатора, второй коммутатор, связанный своим входом с выходом распределителя импульсов, а выходом - с блоком коррекции, дешифратор, подключенный к одному из выходов первого коммутатора и входам блока индикации блока регистрации и блока задания, и транспортный блок, соединенный своим вхбдом с выходом блока управления и входом блока испытуемых соединений, а выходом - со входами технологического блока и блока индикации.

На чертеже представлена блок-схем гстройства для испытания химических соединений на ферментативную активность .

Устройство состоит из блока 1 управления, блока 2 задания программы, транспортного блока 3, блока 4 дозаторов, блока 5 перемешивания, блока 6 испытуемых соединений, технологического блока 7, электродного блока .8, распределителя 9 импульсов, формирователя 10 импульсов, первого коммутатора 11, усилителя 12, второго ко.1мутатора 13, блока 14 коррекции, блока 15 сравнения, дешифратора 16, логического блока 17, аналого-цифрового преобразователя 18, блока 19 регистрации и блока 20 индикации.

Усилитель 12 формирует аналоговый сигнал от электродного блока 8 для аналого-цифрового преобразователя 18 с учетом температурной поправки от датчика температуры электродного блока бис учетом поправки блока 14 коррекции. Блок 19 регистрации фиксирует время, номер испытуемого химического .соединения и значения рН растворов различных ячеек технологического блока 7 с учетом концентрации испытуемого соединения. В каждую ячейку технологического блока при проведении испытаний вносятся соответствующие концентрации химических соединений. Первый коммутатор 11 подключает соответствующие измерительные электроды блока 8 на вход усилителя 12, а состояние первого коммутатора 11 определяется дешифратором 16. Второй коммутатор 13 подключает соответствующие подстроечные элементы блока 14 коррекции в цепь обратной связи усилителя 12. Логический блок 17 содержит элементы по Числу разрядов аналого-цифрового преобразователя 18. Блок 14 коррекции содержит по два подстроечных элемента (например, резисторы) для каждой пары электродов блока 8. Один подстроечный элемент каждой пары электродов используется для установки по буферному раствору усилителя 12 в нижнее рабочее положение, а другой подстроечный элемпнт - в верхнее рабочее положение. Согласование электродов блока 8 с усилителем 12 производится вручную через 80-100 ча работы устройства..

Дешифратор 16 выдает информацию в блок 19 регистрации и в блок 20 индикации. Каждая выходная шина дешифратора 16 соответствует определенной ячейке технологического блока 7, а следовательно и концентрации испытуемого химического соединения.

Блок 20 индикации отображает информацию о положении транспортного блока 3, режимы работы блока 4 дозаторов, состояние дешифратора 16 и значение рН растворов. Эта информация необходима для контроля работы, а также при настройке или наладке устройства. Блок 15 сравнения служит для проведения операции титрования растворов.

Блок 4 дозаторов состоит из шести многокансшьных перистальтических насосов-дозаторов.

Транспортный блок .3 выполняет по перемещению контейнеров с измерительными ячейками, находящимися в . технологическом блоке 7, S горизонтальном или вертикальном направлениях (в вертикальном направлении дл погружения электродов в измерительные ячейки, в горизонтальном - для отвода контейнера с измерительньгми ячейками на позицию мойкк и стерилизации) .

Формирователь 10 импульсов управляет работой распределителя 9 им-. пульсов, задавая частоту опроса каждой электродной пары в цикле измерения и время между циклами измерения, которые задаются от блока 1 управления.

Блок 6 испытуемых соединений предназначен для проведениясерийных разведений раствора химического соединения, поступившего в блок и выдачи в технологический блок 7 этой серии растворов, а в блок 19 регистрации - номера химического соединения. При проведении опытов используются три реагента, которые в соответствующих пропорциях смешиваются между собой и растворами химических соединений, а затем термостатируются. Временная последовательность проведения операций описывается ниже.

Устройство работает следующим образом.

Блоком 1 управления запускается блок 2 задания программы, который формирует команды транспортному блоку 3, блоку 4 дозаторов и блоку 5 перемешивания. Транспортный блок 3 перемещает контейнер с измерительными ячейками в рабочую позицию. Блок 4 дозаторов осуществляет серийное разведение испытуемого химического соединения, поступившего в блок б испытуемых соединений и затем в каждую измерительную ячейку технологического блока 7 вводит в заданной последовательности определенные дозы нескольких реагентов и дозу раствора химического соединения соответствующей концентрации. По окончании дозирования блок 4 дозаторов выдает ответный сигнал блоку 1 управления. Затем кратковременно включается блок 5 перемешивания (20-30 с)/прсле чего смесь готова к прединкубации, время которой определяется блоком 2 задания программы для определения ферментативной активности веществ и лежит в пределах от 10 до 30мин. Контейнер с измерительными ячейками имеет модульную структуру и подключается к термостату при помощи гибких шлангов.

Прединкубация производится при 20-37 С, что также определяется 2 задания программы.

По истечении времени, заданного на прединкубацию блоком 2 задания программы, блок 1 управления вьщает.команду транспортному блоку 3 на перемещение контейнера с измерительными ячейками технологического блока V вверх, и электроды блока 8 погружаются в измерительные ячейки, включаетс блок 5 перемешивания, распределитель 9 импульсов устанавливается формирователем 10 импульсов в первое положение, первый коммутатор 11 подключает первую пару электродов блока 8 на вход усилителя 12, второй коммутатор 13 подключает первую пару подстроечных элементов блока 14 коррекции в цепь обратной связи усилителя 12, и на вход блока 15 сравнения поступает код, соответствующий значению рН смеси, находящейся в первой измерительной ячейке технологического блока 7.

На другой вход блока 15 сравнения поступает код с линейки тумблеров задание установки блока 1 управления .

В случае отклонения значения рН от уставки, в большую или меньшую сторону, блок 15 сравнения выдает соответствующий сигнаш в блок 4 дозаторов, который выдает серию элементарных (минимальных) доз с определенным интервалом времени между дозами. При равенстве рН смеси растворов и уставки, блок 15 сравнения прерывает серию элементарных.доз и выдает в блок 1 управления сигнал Окончание титрования, который через формирователь 10 импульсов устанавливает распределитель 9 импульсов в следующее положение, первый коммутатор 11 подключает вторую пару электродов блока 8 на вход усилителя 12, второй коммутатор 13 подключает вторую пару подстроечных элементов блока 14 коррекции, а блок 15 сравнения выдает управляющий сигнсш в блок 4 дозаторов, а затем по окончании титрования выдает сигнал в блок 1 управления. Таким же образом производится установка нужного значения рН и в других измерительных ячейках технологического блока 7.

В случае необходимости исключения из цикла титрования какой-то измерительной ячейки технологического блока 7, формирователь 10 импульсов выдает два импульса, а распределитель 9 импульсов и коммутаторы 11 и 13, отрабатывают два шага и титрование производится в последующей измерительной ячейке технологического блока 7, аналогично, в случае исключения из цикла титрования подряд п измерительных ячеек технологического блока 7, формирователь 10 импульсов выдает (п+1) импульс.- По окончании титрования, во всех ячейках технологического блока 7 дешифратор 16 выдает разрешакяций сигнал блоку 2 задания программы на ввод субстрата.

Блок 2 задания программы формирует команду блоку 4 дозаторов, который вводит в каждую измерительную

ячейку технологического блока 7 посредством многоканального насоса дозатора дозу субстрата, а затем вьщает ответный сигнал об исполнении этой команды блоку 1 управления, который в свою очередь выдает блоку 2 задания программы разрешакяций сигнал на режим измерения.

Распределитель 9 имйульсов устанавливается формирователем 10 импульсов в первое положение, первый коммутатор 11 подключает, первую пару электродов блока 8, второй коммутатор 13 подключает первую пару подстречных элементов блока 14 коррекции и на первый вход логического блока 1 от аналого-цифрового преобразователя 18 поступает код, соответствующий значению рН в первой измерительной ячейке технологического блока 7.

На второй вход логического блока 17 и на вход блока 6 испытуе алх сое.динений поступают разрешающие сигналы от блока 1 управления и блок 19 регистрации фиксирует время, номер испытуемого химического соединения, концентрацию испытуемого химического соединения (каждой концентрации испытуемого химического соединения соответствует определенное состояние -дешифратора 16) и значение рН, код которого поступает от аналого-цифро,вого преобразователя 18 через логический блок 17 на блок 19реги страции и блок. 20 индикации. Время опре.деляется электронными часами блока 19 регистрации, а номер испытуемого химического соединения поступает в блок 16 регистрации от блока б испытуемых соединений.

По окончании режима измерения бло 19 регистрации запускает формиров.атель 10 импульсов, который устанавливает распределитель 9 импульсов во второе положение, первый коммутатор 11 подключает вторую пару электродов -блока 8 на вход усилителя 12, второй коммутатор 13 подключает вторую пару подстроечных элементов блока 14 коррекции в цепь обратной связи усилителя 12 и на вход блока 19 регистрации подает значение рН, соответствующее второй измерительной ячейке технологического блока 7, и блок 19 регистрации регистрирует время, концентрацию испытуемого химического сбединения и значение рН, а. затем a aлoгичнo регистрируется информация d. срстоЯнии исследуемых объектов в других измерительных ячейкэх. технологич:еского блока 7.

По окончании первого цикла измерения, сигнал с выхода дешифратора 16 записывает единицу в счетчик коли- . честна .циклов блока 2 задания программы и через блок 2 задания программы и блока 1 управления запускае формирователь 10 импульсов, который содержит реле времени для задания

времени между циклами измерения.(Это реле устанавливается вручную на определенное время срабатывания припомощи переменного резистора при настройке устройства).

По истечении времени между циклами измерения формирователь 10 импульсов устанавливает распределитель 9 импульсов в первое положение и начинается второй цикл измерения, к.оторый проводится аналогично первому.

При совпадении состояния счетчика количества цикловблока 2 задания программы с заданным этим блоком количеством циклов, тра спортный блок 3 по команде блока 1 управления опускает контейнер с измерительными ячейками технологического блока 7 -в. нижнее положение, затем контейнер перемещается на петицию мойки и стерилизации, а в рабочую позицию технологического блокс1 7 поступает другой контейнер, и работа устройства повторяется. . .

Следует заметить, что блок 1 управления содержит переключатель Время измерения, который, задавая соответствуквдие режимы формирователю 10 импульсов, позволяет изменять частоту опроса электродов блока 8 внутри цикла измерения. Таким образом, каждому положению переключателя Время измерения соответствует определенная длительность цикла измерения.

Наличие в предложенном устройстве новых блоков позволит испытывать до пятидесяти тысяч химических соединений в год на ферментативную активность, а известные устройства позволяют проводи.тъ испытания, примерно, одной т лсячй химических соединений в год. Кроме того, повышается количество испытаний и достоверность результатов экспериментов, так как блок 14 коррекции и второй коммутатор 13 позволяют учитывать разброс параметров рабочих характеристик измерительных электродов блока 8, что обеспечивает высокую точность измерения значений рН в измерительных ячейках технологического блока 7 с различными значениями концентраций химических соединений..

Формула изобретения

Устройство для испытания химических соединений на ферментативную активность , содержа1 ;ее технологический блок, электродный блок, связанный с выходом технологического блока, усилитель, подключенный своим входом к одному из выходов электродного блока, первый коммутатор вход которого соединен с другим выходом электродного блока, а ВЁИСод первого коммутатора связан с входом усилителя, блок перемешивания, подключенный к входу технологического блока, блок згщания, соединенный с входом блока перемешивания, блок управления, связанный своими входом и выходом с блоком задания, блок испытуемых соединений, подключенный своим входом к выходу блока управления, бло регистрации, соединенный своим входом с выходом блока испытуемых соединений и с одним из входов технологического блока, и блок индикации, один из входов которого связан с входами блока регистрации и блока задания, отличающееся тем, ЧТО, с целью повышения производительности и точности устройства, оно дополнительно содержит блок коррекции, выход которого подключен к одному из входов усилителя, аналого-цифровой преобразователь связанный-С выходом усилителя и с одним из входов блока коррекции, логический блок, подключенный к одному из выходов блока управления, к выходу аналого-цифрового преобразователя и к входам блока регистрации и блока индикации, блок сравнения, соединенный с выходом аналого-цифрового преобразователя и одним из выходов и входов .блока управления, блок дозаторов, связанный одним из своих входов с блоком сравнения, а другим входом - с одним из выходов блока задания и входом блока перемешивания.

при этом один И9 выходов блока доза-, торов подключен к одному из входов блока управления и одному из входов блока индикации, а другой вйход блока дозаторов соединен с технологическим блоком и блоком испытуемых 5 соединений, формирователь импульсов, связанный с одним из выходов, блока управления и выходом блока регистрации , распределитель импульсов, вход которого подключен к выходу формиро0вателя импульсов, а выход распределителя импульсов соединен с одйим из входов первого KOMivtyTaTOpa, второй коммутатор,, связанный своим входом с выходом распределителя импульсов,

5 а выходом - с блоком коррекции, дешифратор, подключенный к одному из выходов первого коммутатора и входам блока Индикации, блока регистрации и блока задания, и транспортный блок, соединенный своим входом с выходом

0 блока управления и входом блока испытуемых соединений, а выходом - со входами технологического блока и блока индикации.

5 Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 517845, кл.С 01 N 31/16, 1974.

2.Биохимия, т. 36, вып. 1, 1975, 0 с. 73-76, рис. 1 (прототип).