Устройство для микробиологических исследований Советский патент 1980 года по МПК A61B5/00 G01N33/15 G01N33/48 

Изобретение относится к медицине и касается технику идентификации кле ток и контроля их физиологического состояния, применяемой в научных исследованиях и в микробиологической промышленности . Известно устройство для микробиологических исследований, содержащее ячейку для размещения исследуемой культуры, соединенную с оптоэлектрон ннм преобразователем и регистрирую-, щим прибором, термостат- ч, систему перемешивания и слива исследуемой культуры и перестраиваемый по частоте генератор. О физиологическом состоянии клеток судят по частотной зависимости эффектов ориентации и цепе образования (ориентационный спектр) и их диэлектрофоретического осаждения (диэлектрофоретический спектр) Однако известное устройство не обеспечивает высокой точности контро ля и разрешения вследствие длительно го времени анализа и ограниченного диапазона частот, обусловленного емкостпыми свойствами ячейки. Известное устройство имеет значительную продолжительность регистрации спектра засчет ручной,установки частоты и амплитуды напряжения генератора для регистрации каждой точки спектра. Смена образца с возникшими после воздействия поля агрегатами клеток производится после установки, требуемой частоты и напряжения генератора. Длительность анализа ухудшает точность измерения истинных ориентационных и диэлёктрофоретических спектров за счет изменений в клетках суспензии, вызванных выходом ионов в растворитель и увеличением электропроводности суспензии. Ухудшение точности вызывает и неточная установка напряжения от измерения к измерению и неточна установка частоты при измерениях спектров различных образцов. Шунтирование выхода генератора емкостью ячейки на высоких частотах-сужает рабочий диапазон частот и ухудшает точность исследований за счет потери информативного высокочастотного отрезка спектра. Цель изобретения - повышение точности и разрешакицей способности при идентификации и контроле состояния клеток. Поставленная цель достигается тем, iTO в устройство введены последовательно соединенные блок запуска, генератор импульсов, блок управления, счетчик, дешифратор, дополнительный перестраиваегодй генератор и коммутатор. Причем, счетчи-к через второй дополнительно введенный дешифратор соединен со вторым дополнительно введенным коммутатором, а выходы обоих коммутаторов соединены со входами V ячейки.

Дополнительный пepecтpaивae щй генератор в виде последовательно соединенных задающего блока, активного элемента и низкочастотного фильтра. ,

На фиг. -1 -изображена структурная схема устройства для микробиологических исследований; на фиг. 2 - ячейка, входящая в устройство.

.Устройство для микробиологических исследований содержит перестраиваемый по частоте генератор 1, коммутаторы 2 и 3, дешифраторы 4 и 5, блок 6 запуска, генератор 7 импульсов, блок

8управления коммутаторами, источник

9света, ячейку 10, термостат 11 образца, линию 12 подачи образца,линию 13 приема образца, систему 14 перемешивания и слива образца, оптоэлектронный преобразователь 15, регистрирующий прибор 16, счетчик 17 частот,дополнительный перестраиваемый генератор 18, выполненный в виде последовательно соединенных задающего блока

19, активного элемента 20 и низкочастотного фильтра 21.

Ячейка 10 состоит из корпуса 22, выполненного из диэлектрического материала, с полостью 23 и каналами 24 и 2 5, к которым подсоединены линия 12 подачи образца и линия 13 ripliiMa образца. Полость 23 образована корпусом 22 истеклами оптических окон 26 и 27 и в ней расположеныэлектроды 28 и 29, имеющие основные выводы 30 и 31 и дополнительные выводы 32 и 33. . /

Устройство работает следующим образом.

Полость 23 ячейки 10 заполняется клеточной суспензией из термостату 11 образца через линию 12 подачи образца и канал 24. Световой поток от Источника 9 света, пройдя через стекла оптических окон 26 и 27 и заполненную суспензией полость 23 ячейки 10 с элё тродами 28 и 29 поступает на оптоэлек ронный преобразователь 15, который Лреобразует его в электрический сигнал, записываемый регистрирующим прибором-16. Гармоническое электрическое напряжение в виде радиоимпульса , который формируется коммутатором 2 или коммутатором 3, посгупает на электроды 28 и 29 через основные выводы. 30 и 31 или через дополнительные выводы 32 и 33 соответственно либо от перестраиваемого;: по частоте генератора 1, либо от дополнительного пе784865

рестраиваемого генератора 18. При подаче радиоимпульса на электроды 28 и 29 клетки в суспензии, заполняющей полость 23, за счет наведенного дипольного момента ориентируются параллельно или перпендикулярно (в зависимости от диапазона частот) линиям электрического поля и осаждаются на электродах 28 и 29 в силу неоднородности электрического поля, обусловленной конфигурацией электродов. Это приводит к изменению прозрачности суспензии, заполняющей полость. 23 причем за счет малого времени ориентацйи и большого времени диэлектрического осаждения эффекты легко различимы. При подаче следующего радиоимпульса с другой частотой заполнения вследствие частотной зависимости величины электрического дипольного момента, индуцируемого полем в клетках, степень ориентации и осаз кдения клеток меняется, что приводит к другой интенсивности проходящего через ячейку 10 светового потока от источника 9 света. Изменения светового потока-на каждой из частот записываются регистрирующим прибором 16.Поле окончания каждого радиоимпульса система 14 перемешивания путем создания серии гидравлических ударов в полости 23 через линию 13 приема образца и канал 25 сбивает осадок клеток с электродов 28 и 29 сливает через, систему 14 перемешивания использованный объем суспензии и готовит устройство для регистрации следующей точки спектра. Расположение каналов 24 и 25 на противоположных торцах ячейки 10 позволяет наиболее быстро и эффективно очищать полость 23 от остатков использова,ннЬй суспензии которые содержат агрегированные комплексы клеток, искажающие результаты последующего анализа.

В устройстве использован принцип построения спектров по дискретному множеству частот. Длительность импульса на каждой частоте и паузы между ними, необходимые для вспомогательных операций по перемешиванию и сливу, задаются генератором 7 импульсов . Регистрация спектров проис: зсодит тогда, когда блок б запускает тенератор 7, который вьадает импульсную последовательность. Номер генерируемой частоты, соответствующий количеству импульсов от генератора 7 импульсов и сосчитанный сче чиком 17 частот,определяегся дешифраторами 4. и 5. Выходной сигнал дешифраторов вызывает генерирование гармонических колебаний -в перестраиваемом генераторе 1 или дополнительном перестраиваемом генераторе 18. Приход очередного импульса с генератора 7 импульсов вызывает .увеличение записанно.го в счетчике 17 частот номера на единицу и генерирование следующей частоты. Дешифратор 4 обеспечивает работу электронно-перестраиваемого генерато ра 1 в нижней части диапазона, где реактивными параметрам ячейки 10 можно пренебречь. Дешифратор 5 обеспечивает работу электронно-перест аи ваемого генератора 18, работающего в высокочастотной части диапазона используемых частот, где емкость ячейки 10 существенна и включена в схему генератора 18. Из управляющих сигналов с выхода счетчика 17 частот и генератора 7 км пульсов блок 8 управления коммутаторами вырабатывает сигналы для коммутаторов 2 и 3. В нижней части диапазона частот при постоянно включенном коммутаторе 3 коммутатор 2 формирует радиоимпульс при одновременном подктп чении электродов 28 и 29 ячейки 10 ч .рез основные выводы 30 и 31 к выходу перестраиваемого генератора 1, В вер ней части диапазона частот коммутато 2постоянно разомкнут, а коммутатор 3формирует рещиоимпульс при подсоединении ячейки 10 к выходу дополнительного перестраиваемого генератора 18. Действующее значение напряжения между электродами 28, 29 ячейки 10 стабилизируется у генераторов 1 и 18 системами автоматической регулировки выхода. Условия возбуждения генератора 18 выполненного по схеме с отрицат1еЛьным сопротивлением, носят специфический характер. Емкость ячейки 10 входит в нагрузочную фазосдвигающую цепь (RC), обеспечивающую наряду с собственными реактивными параметрами активного элемента 20 возникновение у этого элемента отрицательного входного сопротивления и выполнения баланса амплитуд на генерируемой частоте. Изменение емкости ячейки 10 между электродами 28 и 29 за счет изменения параметров клеточной суспензии при необходимом фазовом сдвиге в этой цепи вызывает появление избытка отрицательного сопротивления и возможность возникновения совместно с колебаниями основной гармоники колебайий,высших гармоник. Фильтрация этих гармоник осуществляется низкочастотным фильтром 21. Баланс фаз, задающий зна чение генерируемой частоты, определяется задгиощим блоком 19. Идентификация клеток и контроль их физиЬлогического состояния осуществляется на основе исследования ориёнтационных и диэлектрофоретических спектров, имеющих характерные особенности у клеток разных видов и изменяющихся при изменении физиологического состояния клеток. Повышение точности и разрешающей способности достигается в предложенном устройстве автоматизацией процесса измерения и сокращением времени анализа за счет более быстрой перестройки частоты генераторов и смены образца, а также снятия спектров в более широкой полосе частот при высокой точности установки частоты и напряжения на электродах ячейки, а также независимости параметров генератора при меняющихся электрических параметрах клеточной суспензии. Формула изобретения /Устройство для микробиологических исследований, содержащее ячейку для размещения исследуемой культуры, соединенную с оптоэлектронным преобразователем и рёгистрирукяцим прибором, термостат,, систему перемешивания и слива исследуемой культуры и перестраиваемый по частоте генератор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и разрешающей способности при идентификации и контроле состояния клеток, в него введены последовательно соединенные блок запуска, генератор импульсов, блок управления, счетчик, дешифратор, дополнительный перестраиваемый генератор и коммутатор, причем счетЧйк через вторбй дополнительно введенный дешифратор соединен с перестраиваемым по частоте генератором, выход которого соединен со вторым дополнительно введейиьлм коммутатором, а выходы обоих коммутаторов соединены со входами ячейки. 2. Устройство по п. 1, отличающееся . тем, что дополнительный перестраиваемый генератор выполнен в виде последовательно соединенных задающего блока,.активного элемента и низкочастотного фильтра. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 469748, кл. С 12 К 1/10, 1974 (прототип) .

и

26 28

26

Л

22

/

2

./

7

УО 29/

7 J/

J

NT

JJ