Устройство для флуоресцентного исследования биологических объектов Советский патент 1980 года по МПК G01J1/44 

1

Изобретение относится к биологйчес КИМ исследованиям, а именно к устройствам счета и анализа биологических объектов (биообъектов).

Известны устройства для флуоресцентного, исследования биообъектов в потоке транспортной среды, содержащие источник возбуждающего излучения, приемник флуоресцентного излучения, оптические фильтры и измерительную кювету l .

Однако эти устройства обладают ограниченными функциональными возможностями, так как не обеспечивают оценку интенсивности флуоресценции отдельных биообъектов и их поштучный счет.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее источник возбуждающего излучения, подключенный к стабилизированному источнику питания, последовательно соединенные приемник излучения, усилитель и блок регистрации, оптические фильтры,измерительную проточную кювету, связанную Через первое отверстие с каналом подачи биообъектов в транспортной среде, а через два других отверстия соответственно с каналами подачи и

стока смывной среды и микрообъектив, установленный соосно с первым отверстием 22 .

Недостатками данного устройства

5 являются ограниченные чувствительность и точность, так как при изучении биообъектов с малыми размерами (например, микроорганизмами, фракции 1-2 мкм и др.) происходят сбои в регистрации, вследствие малой интенсивности флуоресценции биообъектов вышеуказанных размеров, обусловленной малым количеством флуорохрома адсорбированного вещества в биообъекте,

15 ответственного за флуоресценцию. Повышение интенсивности возбуждающего излучения не приводит к увеличению чувствительности устройства, так как с увеличением интенсивности флуоресцирующего излучения пропорционально увеличивается и шум от паразитных фоновых засветок, обусловленных рассеянием излучений оптическими элементами, их собственной флуоресценцией

25 и некоторыми другими явлениями.

Цель изобретения - повьшение чувствительности и точности устройства. Указанная цель достигается тем, |, что в устройство дополнительно введены датчик регистрации появления биоОбъекта, установленный в канале подачи биообъектов в транспортной среде перед первьвл отверстием, последовательно соединённые элементом временной задержки, вход которого подключен к выходу усилителя и перестраиваемый фильтр, вход которого подключен к блоку регистрации, а также блок подстройки и блокирования перестраиваемого фильтра, сигнальный вхо которого подключен к выходу усилителя, управляющий вход - к датчику регистрации появления биообъекта, а выход - к управляющему входу перестраиваемого фильтра. Между перестраиваемым фильтром и блоком регистрации включается также квадратоЬНа чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит кювету,связанную через микроотверстие 1 с каналом 2 подачи биообъектов в транспортной среде, а через два других отверстия в нижнем основании 3 кюветы с каналами 4 и 5 подачи и стока смывной среды. Верхним основанием проточной кюветы является тонкое кварцевое стекло 6. Каналы 2, 4 и 5 связаны между собой канавкой 7. Датчик 8 регистрации появления биообъекта, установленный в канале 2 подачи биообъектов перед микроотверстием 1,является любым датчиком, способным зарегистрировать появление биообъекта перед микроотверстием 1 (кондуктометрическим, емкостным, оптическим и другим). Выход датчика 8 подключен к управляющему входу блока 9 подстройки и блокирования фильтра. Система возбуждения флуоресценции биообъекта состоит из источника 10 возбуждакадвго излучения, соединенного со стабилизированным источником 11 питания, линзы 12, светофильтра 13, дихроичного зеркала 14, микрообъекта 15, в фокусе,которого расположено кшкроотверстие 1. Система регистрации флуоресцентного излучения биообъектива состоит из микрообъектива 15, дихроичного зеркала 14, светофильтра 16, линзы 17 и фотоприемника 18. Система регистрации электрического сигнала состоит из последовательно соединенных усилителя 19, подключенного к выходу фотоприемника 18, элемента 20 временной задержки перестраиваемого фильтра 21, квад.ратора 22 и блока 23 регистрации, а также блока 9 подстройки и блокирования фильтра, через который выход усилителя 19 соединен с управлянлцим входом перестраиваемого фильтра 21.

Устройство работает следующим образом.

Биообъекты, несомые транспортной средой, поступают в микроотверстие 1 через .канал 2 подачи за счет раэрежения, которое создается смывной средой, пропускаемой через канал 4,

канавку 7 и канал 5. Возбуждающее излучение постоянной интенсивности от источника 10 через линзу 12,светофильтр 13, отраженное дихроичным зеркалом 14, фокусируется микрообъектиа вом 15 на биообъекте, который проходит через микроотверстие 1. Это излучение поглощается биообъектом. Импульс флуоресцентного излучения биообъекта собирается микрообъективом

дД5 и через дихроичное зеркало 14, светофильтр 16/ линзу 17 попадает на фотоприемник 18. Последовательность .электрических импульсов, амплитуда которых пропорциональна интенсивности флуоресценции поступающих биообъектов, в смеси с шумом, который пропорционален интенсивности паразитных засветок, поступает на усилитель 19. Усиленный сигнал подается на вход блока 9 подстройки и блокирования и на элемент 20 временной задержки. Блок 9 подстройки и блокирования фильтра подает команду на разблокирование перестраиваемого фильтра 21 от датчика регистрации биообъекта и канал 2 подачи биообъектов на время прохождения сигнала через перестраиваемый фильтр 21, которое известно и определяется длительностью импульса и постоянной времед ни фильтра.

Одновременно с командой разблокировки, блок 9 подает команду на перестройку фильтра 21. Импульсы поступают на перестраиваемый фильтр после его подстройки, за счет элемента 20 временной задержки.

Увеличение отношения сигнал/шум на выходе фильтра 21- происходит следующим образом.

Как известно, спектральное распределение энергии апериодической последовательности видеоимпульсов, постоянной длительности меняется в зависимости от их средней амплитуды и дисперсии.

5. Увеличение амплитуды импульса соответствует перекачке энергии в низкочастотную область электрического диапазона. Спектральное распределение энергии шума, обусловленного

Q паразитными засветками - величина постоянная, вследствие стабильности режима источника возбуждающего излучения и представляет собой окрашенный (гиперболический) нормальный шум. В этом случае фильтр 21 обладает амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ), которая уменьшает энергию спектральной плотности шума там, где она существенна - на низких частотах, а при f О, коэффициент передачи фильтра равен 0. Это связано с необходимостью наилучшим образом подавить шум.

При увеличении амплитуды регистрируемых импульсов, спектральная

5 плотность их сдвигается в низкочастотную область, поэтому максимум АЧХ фильтра 21 перестраивается в более низкочастотную область диапазона, чтобы обеспечить Максимальную величину отношения сигнал/шум. И наоборот, при уменьшении амплитуды приходящих импульсов, спектральная плотность их энергии сдвигается в более высокочастотный диапазон, поэтому максимум АЧХ перестраиваемого фильтра 21 смещается в высокочастотную область . Перестройку ЛЧХ фильтра осуществляет блок 9 подстройки и блокирования, который определяет среднюю амплитуду происходящих импульсов и соответствующим образом перестраивает фильтр 21.

С выхода перестраиваемого фильтра 21 импульсы поступают на блок 23 регистрации, в качестве которого служит счетчик или анализатор амплитуды импульсов.

Дальнейшего повшиения величины отношения сигнсШ/шум добиваются, есл сигнал после фильтра 21, пропускают через квадратор 22, который осуществляет нелинейное преобразование возве.дение в степень) сигнала.

Данное изобретение за счет повышения величины отношения сигнал/шум позволяет увеличить чувствительность и точность регистрации импульсов,создаваемых флуоресцентным излучением биообъектов, с размером около 1 мкм, т.е. на предельном уровне разрешения оптико-электронных устройств данного типа.

Формула изобретения

1. Устройство для флуоресцентного исследования биологических объектов в потоке транспортной среды, содержащее источник возбуждающего излучения, подключенный к стабилизированному источнику питания, последова- , тельно соединенные приемник излучения, усил1итель, блок регистрации,оптические фильтры, измерительную прое точную кювету, связанную через первое отверстие с каналом подачи биообъектов в транспортной среде, а через два других отверстия соответственно с каналами подачи и стока

«.смывной среды, и микрообъектив, установленный соосно с первым отверстием, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности, в него дополнитель но введены датчик регистрации появления биообъекта, установленный в кансше подачи биообъектов в транспортной среде перед первым отверстием, последовательно соединенные элементом временной задержки, вход которого подключен к выходу усилителя, и перестраиваемый фильтр, выход которого подключен к блоку регистрации, а также блок подстройки и блокирования перестраиваемого фильтра,сигналь5 i ный вход которого подсоединен к выходу усилителя, управляющий вход к датчику регистрации появления вио|Объекта, а выход - к управляющему входу перестраиваемого фильтра.

2. Устройство по п. 1, отлиDчающееся тем, что оно снабжено квадратором, включенным между перестраиваемым фильтром и блоком регистрации.

Источники информации.

5

принятые во внимание при экспертизе

1,Патент ФРГ 1932627, КЛ.С 01 N 15/00, опублик. 1969.

2.W. Gohde.AutomeatIon In der guantttativen Zytolgle mltdem Implus0 zytophotometer Sonderdruck aus GBK-Mittellungsdienst H 02.09.72, c. 255-276 (прототип).