Способ исследования биологической пробы с поверхности кожи

 

Использование: медицина, клиническая диагностика. Целью изобретения является ускорение анализа, повышение информативности за счет расширения спектра, анализируемых компонентов. Сущность изобретения: компоненты пробы отбирают с помощью высоковакуумного разрежения у поверхности кожи на участке, ограниченном размером d м, а регистрацию компонентов проводят с помощью массспектрометра. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 6 01 N 33/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4846809/14 (223 04.07 90 (46) 30.10.92. Бюл, № 40 (71) Ленинградский политехнический институт им. M,È.Êàëèíèíà и Научно-исследовательский институт гигиены морского транспорта (72) И.M,MàðêeëoB, О,Ю.Цыбин и MË.Öûáèна (56) Ахременко А.К., Ануфриев А.И., Сафронов В,M. и др. Экология, 1989, ¹ 1, с. 86-88.

Кабулия Б.Г., Цховреташвили Н.Г. Терапевтический архив, 1984, ¹ 4, с. 147-150.

Изобретение относится к области исследования организма человека или животного, конкретнее — к получению и исследованию биологических проб внутрен.ней среды организма с диагностическими целями.

В настоящее время известен ряд способов неинвазивного получения биопроб для их дальнейшего масс-спектрометрического анализа.

Известен способ, по которому прокачивают газ через камеру с находящимся в ней живым объектом, берут пробу выходящего газа в объеме 5-10 мл, и исследуют зту пробу методом масс-спектрометрии, Недостаток способа-аналога состоит в отсутствии возможности локализации участка организма, из которого получена проба.

Возможность локализации достигается в способе-прототипе, который является способом исследования биологической пробы с поверхности кожи путем отбора биологически активных компонентов пробы в вакууми„„. Ж„„1772745 А1 (54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ПРОБЫ С ПОВЕРХНОСТИ КОЖИ (57) Использование: медицина, клиническая диагностика, Целью изобретения является ускорение анализа, повышение информативности за счет расширения спектра, анализируемых компонентов, Сущность изобретения: компоненты пробы отбирают с помощью высоковакуумного разрежения у поверхности кожи на участке, ограниченном размером 10 < б < 10 м, а регистрацию компонентов проводят с помощью массспектрометра. 1 з,п. ф-лы, 4 ил. рованный объем с последующей регистрацией их содержания.

Согласно способу, к участку наружного кожного покрова прикладывают селективную газопроницаемую мембрану, отделяющую этот участок от вакуумированного объема. В указанном объеме производят ионизацию атомов, проходящих сквозь мембрану, и измеряют парциальное давлеwe no величине ионного тока между электродами, Недостаток способа-прототипа состоит в отсутствии возможности анализа состава выделяющихся из организма газов, невозможности раздельного анализа различных газов из-за комплексного селективного действия мембраны, низких значениях быстродействия и чувствительности из-эа необходимости накопления достаточного количества газов для измерения ионного тока, т.е. большом времени анализа.

Целью данного изобретения является ускорение анализа, повышение информативности за счет расширения спектра анализируемых компонентов.

1772745

Изобретение поясняется чертежами„ где на фиг. 1-4 поясняется применение данного способа.

На фиг. 1-4 обозначены: 1 — поверхность кожи, 2 — вакуумный канал, 3 — стенки ваку- 5 умного канала, 4 — диафрагма, 5 — откачка вакуумными насосами, 6 — источник потока лазерного излучения или атомных частиц, ВЭУ вЂ” вторично-электронный умножитель.

В соответствии с предложенным спасо- 10

60М на определенного размера участок поверхности кожи человека или животного воздействуют высоковакуумным разрежением, и за счет этого отбирают компоненты пробы, Компоненты пробы при этом оказы- f5 ваются в вакууме, где они сразу же могут быть зарегистрированы и исследованы. Совмещение операций отбора пробы и ее анализа позволяет повысить быстродействие вплоть до измерений зависимости содержа- 20 ния биопробы от времени в процессе ее извлечения. Минимальное время отбора— анализа пробы составляет, как показали проведенные испытания и оценки, 105„.104 секунды, давление вблизи вакуумирован- 25 ного участка кожи 105...10 Горр, чувствительность лучше, чем 10 г.

" -1о

Достигается исключение традиционных этапов: забор крови, лимфы и др. бипроб, их обработка, выполнение технологических 30 приемов (химический анализ, измерение и т,д.), Подключение аналитического прибора непосредственно к поверхности кожи человека или животного позволяет не только повысить быстродействие анализов 35 внутренней среды. сократив время одного исследования на единицы, десятки и сотни минут, но и расширить спектр анализируемых компонентов, Наибольшими чувствительностью и бы- 40 стродействием из аналитических приборов отличаются вакуумные масс-спектрометры, в том числе в наиболее современном тандемном варианте, s сочетании с жидкостным или газовыми хроматографами, в 45 режиме бомбардировки мишени потоком лазерного излучения или атомных частиц. В этих приборах время измерения спектра масс в широком интервале значений массовых чисел может составлять приблизитель- 50 но 10 ...1 с, т.е. время измерений сокращается еще на единицы-сотни минут.

Высокая информативность вакуумных приборов состоит в возможности измерения в интервале массовых чисел, например 55

1„.20000 с разрешением 10...1000, В соответствии с изобретением, вакуумный аналитический прибор, например, масс-спектрометр, подключен к участку кожи и осуществлена вакуумная откачка канала, причем поверхность кожи и аналитический прибор разделены диафрагмой, Минимальный размер d отверстия диафрагмы определяется следующими факторами: — отверстие не должно создавать селекцию атомов и молекул, т.е. минимальный размер отверстия должен быть больше наибольших размеров молекул 10 м, при этом спектр регистрируемых молекул расширяется на порядок и более; — отверстия должны защищать входаналитического прибора от попадания отрывающихся частичек, чешуек, рогового слоя кожи, имеющих размеры 10 6 м, Отсюда: устройство работоспособно при d 10 6 м.

Максимальный размер отверстия определяется следующими факторами: — осуществляется защита поверхности кожи от травматических воздействий механических растяжений, обусловленных втягиванием в вакуумный канал, при размере отверстий d ь 10 з м, установленном эмпирически.

Использование вакуумного уплотнения между входом в вакуумный канал и поверхностью кожи, использование быстродействующих вакуумных насосов позволяют обеспечить давление во входной секции вакуумного канала до 10 ...10 Торр. При этом имеется градиент давления в толще кожи, и у ее поверхности возникают следующие основные процессы: — химические вещества (газы и пары), растворенные в крови и тканях организма, "вскипают", происходит их диффузионное движение через поры поверхности кожи под действием градиента давления, Этому способствует эластичное растягивание участка кожи в вакуумный канал, приводящее к расширению пор и усилению газообмена. Таким образом, экстрагирующее действие устройства приводит к формированию потока частиц, вылетающих в вакуум с поверхности кожи. Концентрация и массовый спектр частиц в этом потоке, измеренные в различные моменты времени от начала вакуумной экстракции, несут диагностическую информацию о состоянии организма; — эмиттированные с поверхности кожи частицы движутся преимущественно по прямолинейным траекториям. т,к. длина свободного пробега частиц между столкновениями намного больше размеров вакуумной области. Установление оси вакуумного канала в направлении вдоль траектории частицы, использование аналитических приборов, основанных на измерении какой-либо характеристики траектории частицы, например, радиуса кривизны в электромагнитном поле, времени пролета, длины

1772745 траектории до коллектора, позволяют достичь наилучших результатов исследований, типичных для современной вакуумной масс-спектрометрии.

Способ по п.2 позволяет дополнительно 5 ускорить анализ и повысить его чувствительность путем воздействия на вакуумированный участок кожи потоком лазерного излучения, электронов или быстрых нейтральных частиц, например. атомов инерт- 10 ных газов с энергией 1...10 кэВ. При этом, как показали испытания, достигаются следующие процессы: — физиологический разогрев поверхности кожи на 5...10 С, расширение пор, повы- 15 шение интенсивности эмиссии частиц на

1-2 порядка: — стерильное распыление химических веществ, находящихся как в крови, так и в межклеточной и внутриклеточной жидко- 20 стях кожи, в области вакуумного воздействия, образование микроотверстий в капиллярах, забор микрокапель крови и других жидкостей в области вакуумного анапиза; 25 — ионизация и ионизационная фрагментация исследуемых частиц.

Таким образом, создание потока лазерного излучения или атомных частиц в вакуумном канале, направленного на 30 исследуемый участок кожи, позволяют расширить информативность и экспрессность диагностических приемов.

Работа устройства для реализации способа происходит следующим образом, 35

Пусть количество отверстий n = 1, диаметр отверстий d = 2 ° 10 м. Получим значение

-з силы давления на поверхность кожи со стороны экстрактора около 20 н. При уплотнении из мягкой резины на вакуумированном 40 участке кожи обеспечим давление 10 Торр с помощью диффузионного паромасляного насоса со скоростью откачки 500 л/с.

Установим ионизатор частиц методом электронного удара, экстрактор ионов с импульсной экстракцией, пространство дрейфа длиной 1 м и детектор, снабженный, например, вторично-эмиссионным умножителем на основе микроканальной пластины.

Перечисленные устройства образуют времяпролетный быстродействующий массспектрометр, ось которого направлена вдоль траектории частицы, эмиттированной с поверхности кожи.

Вакуумный экстрактор устанавливается на заданном участке поверхности кожи, открываются вакуумные затворы откачной системы, производятся записи спектров масс в различные моменты времени от начала воздействия на кожу градиента давления по заданной программе. Запись осуществляется, например, в 03У ЭВМ, на экране цифрового осциллографа, на магнитном диске и т.д. Полное время диагностики оценивается в 1...100 с.

По данным испытаний. получаем возможность нестационарного анализа состояния биопробы. Увеличение скорости измерений составляет 10 ...10 раэ. расширение спектра масс 10 ...10 раз.

Применение лазера для бомбардировки участка кожи в вакууме, по данным испытаний, обеспечивает повышение интенсивности измеряемых сигналов на 1...2 порядка.

Представляется перспективным применение данного устройства и в достаточно простом варианте при сборе экстрагированных в вакуум частиц на охлаждаемой, например, жидким азотом, мишени, с последующим анализом традиционными методами.

Предлагаемое устройство имеет большие перспективы применения в народном хозяйстве в областях, связанных с здравоохранением, ветеринарией, сельским хозяйством. В научных исследованиях применение данного устройства и способа позволит получить значительный объем научных данных в области биохимии, биофизики, молекулярной биологии, физиологии живых организмов и т.д.

Достигаемый положительный эффект превышает указанный в формуле изобретения.

В экологических исследованиях применение устройства позволит осуществлять массовые обследования населения. Во всех случаях устраняются возможности внедрения в организм инородных частиц и инфекции, инструмент полностью стерилен, причем сложных устройств для стерилизации не требуется, стерилизация может быть произведена гаэоразрядной плазмой.

Формула изобретения

1. Способ исследования биологической пробы с поверхности кожи путем отбора биологически активных компонентов пробы в вакуумированный объем с последующей регистрацией их содержания, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью ускорения анализа, повышения информативности за счет расширения спектра анализируемых компонентов, компоненты пробы отбирают путем создания высоковакуумного разрежения у поверхности кожи, размер d участка которой выбирают из условия

10 м < б < 10 м, а регистрацию осуществля ют ва куум н ы м масс-спектрометром.

1772745

2. Способ по п.1, отличающийся мую поверхность в вакууме воздействуют тем, что, с целью ускорения анализа, повы- потоком лазерного излучения или атомных шения его чувствительности. на исследуе- частиц, 5

Составитель M.Öûáèíà

Техред M.ялоргентал Корректор И,Муска

Редактор

Заказ 3843 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

3 33035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101