Устройство для анализа биологических объектов

 

Изобретение относится к области биологических и медицинских исследований и может быть применено в цитологии, гематологии, онкологии, фармакологии и биотехнологии. Устройство состоит из источника света, оптической системы с объективом, детектора света, герметичной камеры, проточной кюветы, емкости для исследуемых объектов, устройства, создающего постоянное давление струи исследуемой взвеси биологических объектов, дополнительный канал для создания гидродинамической фокусировки, емкости для исследованных объектов и устройства для обеспечения разряжения в ней. Устройство позволяет проводить анализ биологических объектов, работать с патогенным материалом, а также в стерильных условиях. 1 ил.

Изобретение относится к области биологических и медицинских исследований и может быть применено в цитологии, гематологии, онкологии, фармакологии и биотехнологии.

Известно устройство для флуоресцентного анализа биологических объектов в водной пробе, содержащее источник возбуждающего излучения, приемник флуоресцентного излучения, оптическую систему, включающую светофильтры и микрообъективы, и проточную кювету с каналами для подачи и стока смывной жидкости (1).

Это устройство позволяет анализировать биологические объекты по интенсивности флуоресценции.

Конструктивной особенностью этого устройства является то, что среда, через которую проходят возбуждающее и флуоресцентное излучения, является неоднородной, так как существуют области с разными коэффициентами преломления: зрачок объектива-капля иммерсионной жидкости, капля иммерсионной жидкости-стекло проточной кюветы, стекло проточной кюветы-смывная жидкость, капля иммерсионной жидкости-воздух. За счет этих неоднородностей происходит рассеяние возбуждающего и флуоресцентного излучений, интенсивность их падает и соответственно уменьшается чувствительность устройства. Рассеяние излучение также частично попадает на фотоприемник, дополнительно понижая чувствительность устройства.

Проба исследуемых биологических объектов контактирует с окружающей средой, что затрудняет возможность работы как с патогенным, так и со стерильным материалом.

Известно устройство для флуоресцентного исследования биологических объектов в водной пробе, содержащее источник возбуждающего излучения, приемник флуоресцентного излучения, оптическую систему, включающую светофильтры и микрообъектив, и проточную кювету с каналами для подачи исследуемых объектов и для подачи и стока смывающей жидкости, которое от вышеописанного отличается тем, что с целью повышения чувствительности кювета выполнена открытой для погружения в нее микрообъектива, фронтальная линза которого служит вместо стекла проточной кюветы, исключая тем самым неоднородности коэффициента преломления оптических сред (2).

В этом устройстве по сравнению с предыдущим повышена чувствительность за счет исключения неоднородностей коэффициента преломления оптических сред на пути возбуждающего и флуоресцентного излучений.

Однако и в этом устройстве сохраняется паразитное рассеяние на выходном отверстии кюветы.

Конструкция устройства позволяет осуществлять движение кюветы вдоль оптической оси объектива для фокусировки возбуждающего излучения на ее выходное отверстие. Однако свободное движение перпендикулярно оптической оси конструкцией кюветы не предусмотрено.

Биологические объекты, проходящие выходное отверстие кюветы по разным траекториям, могут освещаться по-разному из-за неодинаковой освещенности выходного отверстия, а сигнал от них приходит на разные участки приемника флуоресцентного излучения, отличающиеся по своей чувствительности. Это снижает разрешающую способность устройства.

Проба исследуемых биологических объектов контактирует с окружающей средой, что затрудняет возможность работы как с патогенным, так и со стерильным материалом.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство, содержащее последовательно расположенные источник света, оптическую систему, проточную кювету, в которой канал поступления пробы соединен с устройством, создающим постоянное давление струи исследуемой жидкости, системы фокусировки и детектора света, причем кювета выполнена в виде трубки, суживающейся в капилляр с выходным отверстием 80-100 мкм, и снабжена оптическим окном (3).

Прототип практически полностью исключает рассеяние возбуждающего света в информационно-измерительном объеме, что приводит к возрастанию интенсивности сигнала и увеличению чувствительности устройства. Отсутствие рассеянной компоненты возбуждающего света позволяет снизить требования к запирающим светофильтрам. Сигнал флуоресценции возрастает, что также повышает чувствительность установки.

В то же время в описанном устройстве имеется конструктивное ограничение апертуры угла регистрируемого флуоресцентного сигнала (полезного сигнала). Флуоресцентный сигнал,приходящий от микрочастиц на границу струя воздух под углами, превышающими угол Брюстера, не выходит за пределы струю. Это снижает интенсивность регистрируемого сигнала.

Биологические объекты двигаются в проточной кювете сонаправленно с лучом возбуждающего света последовательно друг за другом. При этом анализируемый биологический объект частично экранируется, следующими за ним объектами.

Равномерное освещение информационно-измерительного объема приводит к тому, что и в отсутствие гидродинамической фокусировки каждый объект внутри информационно-измерительного объема освещается одинаково, однако свет флуоресценции от биологических объектов, двигающихся по разным траекториям, попадает на разные участки фотокатода детектора света, которые отличаются по чувствительности. Следовательно, сигнал от одинаковых биологических объектов, двигающихся по разным траекториям, может быть различен, что снижает разрешающую способность устройства.

Проба исследуемых биологических объектов контактирует с окружающей средой, что затрудняет возможность работы как с патогенным, так и со стерильным материалом.

Технический результат изобретения состоит в повышении чувствительности, разрешающей способности устройства и обеспечении возможности работы в условиях, исключающих контакт анализируемой пробы с внешней средой.

Этот результат достигается тем, что в известном устройстве для анализа биологических объектов, содержащем источник света, оптическую систему с объектом, детектор света и проточную кювету, выполненную в виде трубки, суживающейся в капилляр с выходным отверстием 80-100 мкм, снабженную оптическим окном, входное отверстие которой соединено с емкостью для анализируемой пробы и устройством, создающим постоянное давление струи исследуемой взвеси биологических объектов, согласно изобретению, оно дополнительно содержит герметичную камеру с тремя отверстиями, в одном из которых установлен объектив оптической системы, в противоположном кювета, установленная с возможностью перемещения в трех взаимно перпендикулярных направлениях относительно объекта и противонаправленно ему так, что выходное отверстие кюветы служит одновременно оптическим окном, входное ее отверстие герметично соединено с емкостью для исследуемой пробы, причем кювета снабжена дополнительным каналом для создания гидродинамической фокусировки биологических объектов, а выходное отверстие камеры герметично соединено с емкостью для сбора исследованных биологических объектов, снабженной устройством для обеспечения разряжения в ней.

То, что проточная кювета снабжена дополнительным каналом для создания гидродинамической фокусировки анализируемых биологических объектов, обеспечивает прохождение последних через выходное отверстие кюветы строго по одной траектории. Происходит это следующим образом. Взвесь биологических объектов поступает в центральную часть проточной кюветы. Одновременно в нее подается чехольный поток фокусирующей жидкости. По мере сужения кюветы по направлению к выходному отверстию чехольный поток жидкости сжимает поток взвеси биологических объектов так, что последние проходят выходное отверстие кюветы последовательно один за другим, строго по одной траектории.

То, что проточная кювета установлена с возможностью перемещения в трех взаимно перпендикулярных направлениях, позволяет совмещать область максимальной фокусировки лучей света, выходящего из объектива с точкой выходного отверстия кюветы, через которую проходит траектория движения биологических объектов.

Эти конструктивные особенности устройства позволяют освещать каждый анализируемый биологический объект светом одинаковым по интенсивности, а флуоресцентный сигнал от каждого объекта приходит на одну и ту же область фотокатода детектора света, что повышает разрешающую способность устройства.

Поскольку проточная кювета установлена противонаправленно лучу света, выходящего из объекта, отсутствует экранировка анализируемого биологического объекта последующими объектами.

Отсутствие конструктивных препятствий на пути лучей света между объективом и объективом позволяет осуществлять освещение биологических объектов и прием флуоресценции от них, используя всю апертуру объектива. Это позволяет применять в нем высокоапертурные водно-иммерсионные объективы.

Перечисленные конструктивные особенности повышают чувствительность устройства.

Поскольку емкость для исследуемой пробы через проточную кювету соединена с герметичной камерой, выходное отверстие которой герметично соединено с емкостью для сбора исследованных биологических объектов, на всем протяжении анализа отсутствует контакт исследуемых биологических объектов с окружающей средой, что позволяет, с одной стороны, работать с патогенным материалом без риска для обслуживающего персонала, а с другой стороны, проводить анализ со стерильным материалом без риска загрязнения его микрофлорой из окружающей среды. Последнее позволяет использовать исследованные биологические объекты для повторного анализа с применением других методов.

На чертеже представлено предлагаемое устройство.

Оно содержит источник света 1, оптическую систему 2, с объектом 3, детектор света 4, анализирующее устройство 5, герметичную камеру 6, проточную кювету 7, емкость для исследуемых объектов 8, устройство, создающее постоянное давление струи исследуемой взвеси биологических объектов 9, выходное отверстие кюветы 10, дополнительный канал для создания гидродинамической фокусировки 11, выходное отверстие камеры 12, емкость 13 для исследованных биологических объектов, устройство для обеспечения разряжения в ней 14.

Биологические объекты из емкости для исследуемых объектов 8 поступают в центральный канал проточной камеры. Из дополнительного канала для создания гидродинамической фокусировки 11 поступает чехольный поток жидкости, который за счет уменьшения диаметра капилляра сжимает центральный поток в районе выходного отверстия кюветы 10, заставляя исследуемые биологические объекты двигаться по одной траектории. Возбуждающее излучение от источника света 1 проходит через оптическую систему 2 и фокусируется объективом 3 в центральную часть выходного отверстия кюветы 10, через которую проходит траектории движения биологических объектов. Конструкция камеры позволяет осуществлять фокусировку света из объектива в точку выходного отверстия кюветы, через которую проходит траектория движения биологических объектов, перемещением кюветы в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Возникшее флуоресцентное излучение объекта собирается объективом 3 и через оптическую систему 2 попадает на детектор света 4.

Таким образом, устройство позволяет освещать биологические частицы и принимать флуоресцентный сигнал во всей апертуре объектива, что позволяет использовать высокоапертурные водно-иммерсионные объективы и повышает чувствительность устройства.

Объекты, проходящие по одной и той же траектории, освещаются одинаковым по интенсивности светом, а сигнал флуоресценции от них попадает на одну и ту же область фотокатода детектора света, что позволяет увеличить разрешающую способность устройства.

Отсутствует экранировка анализируемых объектов последующими частицами, что повышает чувствительность устройства.

Полная герметичность устройства позволяет работать с патогенным материалом, а также в стерильных условиях.

Формула изобретения

Устройство для анализа биологических объектов, содержащее источник света, оптическую систему с объективом, детектор света и проточную кювету, выполненную в виде трубки, суживающейся в капилляр с выходным отверстием 80 100 мкм, снабженную оптическим окном, входное отверстие которой соединено с емкостью для анализируемой пробы и устройством, создающим постоянное давление струи исследуемой взвеси биологических объектов, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит герметичную камеру с тремя отверстиями, в одном из которых установлен объектив оптической системы, в противоположном кювета, установленная с возможностью перемещения в трех взаимно перпендикулярных направлениях относительно объектива и противонаправлено ему так, что выходное отверстие кюветы служит одновременно оптическим окном, входное ее отверстие герметично соединено с емкостью для исследуемой пробы, причем кювета снабжена дополнительным каналом для создания гидродинамической фокусировки биологических объектов, а выходное отверстие камеры герметично соединено с емкостью для сбора исследованных биологических объектов, снабженной устройством для обеспечения разряжения в ней.

РИСУНКИ

Рисунок 1