Детектор магнитной проницаемости с компенсацией дрейфа

Изобретение относится к области физико-химических исследований твердых, жидких и газообразных образцов материалов. Устройство для обнаружения и измерения магнитной проницаемости μ или относительной магнитной проницаемости μ_r, или относительной магнитной восприимчивости (μ_r-1) образца содержит камеру для образцов и по меньшей мере две катушки индуктивности, причем упомянутые две катушки окружают упомянутую камеру для образцов, а упомянутая камера для образцов имеет по меньшей мере одно отверстие для введения образца или сосуда для образцов, вмещающего образец, при этом упомянутое устройство также снабжено электрической схемой, которая измеряет разность индуктивности между двумя катушками. Технический результат - повышение чувствительности детектора. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение касается устройства для использования при измерении магнитной проницаемости (μ) или, альтернативно, относительной магнитной проницаемости (μ_r).

Уровень техники

Ежегодный мировой рынок диагностического оборудования, основанного на иммунологических обследованиях, за последние несколько десятилетий значительно увеличился. Главная причина успеха иммунологических обследований состоит в том, что способ является общепринятым и легким в приспособлении к различным проблемам химических исследований. Используя различные типы технических приемов обнаружения в комбинации с иммунологическими обследованиями, можно идентифицировать и определить количественно множество важных химических веществ. В зависимости от физического принципа измерения разные типы детекторов подходят для различных типов исследовательских проблем. Начиная с введения иммунологических обследований, было представлено много детекторов с превосходными эксплуатационными качествами. Один тип детектора использует магнитную проницаемость в качестве основной для обнаружения. Такой детектор, который описан в патентах Швеции №9502902-1 и США №6110660, позволяет проводить быструю и простую идентификацию веществ, используя технологию иммунологического обследования. Измерения выполняют, помещая образцы в измерительную катушку, индуктивность которой измеряют и сравнивают с отдельной заполненной воздухом эталонной катушкой. Этот тип устройства позволяет измерять магнитную проницаемость образцов, но он имеет недостаток, заключающийся в том, что зависящий от температуры дрейф ограничивает чувствительность детектора. Температурный дрейф вызван изменениями температуры образца и фактом, что на температуру измерительной катушки и эталонной катушки, соответственно, по-разному воздействуют фактические процессы измерения.

Настоящее изобретение решает проблему зависящего от температуры дрейфа новым и эффективным способом при измерении магнитной проницаемости или, в качестве альтернативы, относительной магнитной проницаемости. Кроме того, это позволяет получать другие параметры из собранных данных измерения, причем эти параметры связаны с магнитной проницаемостью, например магнитная восприимчивость.

Магнитные иммунологические обследования основаны на принципе, что образец вводят в сосуд для образцов, содержащий один или более магнитных реактивов и жидкость, и затем сосуд для образцов помещают в измерительный прибор для считывания концентрации анализируемого вещества. (Криз (Kriz) и др. Аналитическая химия 68 (Analytical Chemistry 68), стр.1966 (1996 г.); Криз и др. Биодетекторы и биоэлектроника 13 (Biosensors and Bioelectronics 13), стр.817 (1998 г.); Ларсон К. (Larsson К.) и др. Исследования 27 (Analysis 27), стр.78, 1999 г.).

Вышеупомянутые документы, патенты Швеции №9502902-1, США №6110660 и работа Ларсона К. и др. Анализ 27, стр.78, 1999 г., раскрывают устройства и способы известного уровня техники, в которых использование основано на обнаружении магнитной проницаемости для количественных химических исследований образцов, помещенных в измерительную катушку. Упомянутые устройства и способы, однако, не содержат объединенную спаренную катушку, то есть измерительную катушку и эталонную катушку, которые одновременно окружают сосуд для образцов. Следовательно, нет никакой непрерывной температурной компенсации дрейфа, и это означает, что температура образца должна поддерживаться постоянной. Практически трудно, а в некоторых случаях даже невозможно управлять температурой образца во время процесса измерения, в особенности, когда его помещают в измерительную катушку во время фактического процесса измерения.

Другие способы известного уровня техники также содержат детектор потока для жидкостной хроматографии, основанный на измерениях ядерного магнитного резонанса, ЯМР (Спраул М. (Spraul М.) и др. Биомедицина ЯМР (NMR Biomed) 7, 295-303, 1994 г.). Однако этот детектор не измеряет магнитную проницаемость, которая, в отличие от ЯМР, является макроскопической характеристикой, порождаемой в веществе вне атомного ядра. Кроме того, это устройство не содержит спаренную катушку, как в настоящем изобретении.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение, таким образом, касается устройства, которое отличается тем, что содержит камеру для образцов, которая окружена по меньшей мере двумя катушками, соединенными с электрической схемой, которая измеряет разность индуктивности между катушками, причем упомянутое устройство способно анализировать качественно и количественно содержание химических веществ в сосуде для образцов, помещенном в упомянутую камеру для образцов, или, альтернативно, определять магнитную проницаемость вещества, помещенного в сосуд для образцов.

Изобретение также касается способа, в котором устройство согласно изобретению используют для обнаружения различных химических веществ в сосуде для образцов и который не ограничен иммунологическими обследованиями, например аффинным связыванием или связыванием на основе синтетического пептида, отобранного из библиотек фагов. Кроме того, изобретение касается способа, в котором устройство согласно изобретению используют, в частности, как аппарат для исследования крови, предназначенный для клинического использования (например, для определения газов крови, электролитов, металлических микроэлементов, гемоглобина, глюкозы, белковых маркеров, факторов комплемента, гормонов, бактерий, вирусов, дрожжей, клеток, грибов, спор, фагов, клеточных органелл, ДНК и РНК).

В одном из вариантов осуществления устройства одну из катушек размещают так, что она находится в термическом контакте посредством физической связи с материалом, который содержит камеру для образцов, но не окружает контейнер камеры для образцов.

В одном из вариантов осуществления устройства материалом, из которого сделана камера для образцов, является полимер типа дельрина, полиоксиметилена, поливинилхлорида, тефлона, полиамида, полиацеталя, полиэтилена, поликарбоната, полистирола, полипропилена, древесины, стекла или металла с 0,999<μ_к<1,001.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет основную схему, изображающую принцип устройства согласно настоящему изобретению.

Фиг.2 изображает пример электрической схемы.

Осуществление изобретения

Согласно одному аспекту изобретения, устройство отличается тем, что упомянутые катушки индуктивности имеют собственную индуктивность в диапазоне 0,01-100 мкГн.

Согласно другому аспекту, устройство отличается тем, что упомянутая камера для образцов имеет объем камеры в диапазоне 0,1-5000 мкл.

Согласно дополнительному аспекту, устройство отличается тем, что оно содержит электрическую схему согласно фиг.2.

Согласно еще одному аспекту, устройство отличается тем, что оно снабжено электрической схемой, выходной сигнал которой пропорционален разности индуктивности между упомянутыми катушками индуктивности и относительной магнитной проницаемости (μ_r) образца, введенного в камеру для образцов, которая находится в диапазоне 0,0000001<μ_r<10.

Согласно другому аспекту, устройство отличается тем, что снабжено электрической схемой, которая сформирована так, что упомянутые измерительные катушки являются частью мостовой схемы переменного тока.

Согласно другому аспекту, устройство отличается тем, что оно снабжено двумя или более системами спаренных катушек индуктивности для одновременного детектирования нескольких образцов.

Согласно другому аспекту, устройство отличается тем, что оно снабжено более чем двумя катушками индуктивности, которые окружают камеру для образцов для выполнения измерений в различных местоположениях в том же образце или в различных слоях осадка в сосуде для образцов.

Согласно еще одному аспекту, устройство согласно изобретению отличается тем, что оно обеспечено дополнительными физическими способами измерения известного уровня техники для определения поглощения света, светового излучения, растворенного газа, содержания ионов и электрической проводимости.

Химические вещества с высокой магнитной проницаемостью можно идентифицировать непосредственно или использовать в качестве определенных реактивов в диагностических применениях.

Фиг.1 изображает основную схему, иллюстрирующую основной принцип настоящего изобретения. Отверстие (а) в камере для образцов позволяет вводить сосуд для образцов с различными химическими веществами (а). Камеру для образцов окружают эталонной катушкой (b) и измерительной катушкой (с), причем индуктивность катушек подвергается влиянию введенного образца. Образец, который, как полагают, имеет однородную температуру, одинаково воздействует на две катушки индуктивности. Раствор, твердый образец или осадок с обогащенным магнитным веществом-меткой у основания сосуда для образцов влияет на индуктивность в измерительной катушке (с) спаренной катушки, не влияя на эталонную катушку. Таким образом, получают сигнал, величина которого компенсируется для температурных изменений так, чтобы разность индуктивности между катушками можно измерять более точно. Устройство преимущественно может содержать электрическую схему (d) согласно фиг.2 для получения выходного электрического сигнала.

Фиг.2 изображает пример электрической схемы. Измерительная катушка (а) с индуктивностью 9 мкГн (медная проволока толщиной 0,3 мм, 30 витков, D=8 мм) последовательно соединена с резистором (b) сопротивлением 10 Ом. Эталонная катушка (с) с индуктивностью 9 мкГн (медная проволока толщиной 0,3 мм, 30 витков, D=8 мм) соединена последовательно с резистором сопротивлением 10 Ом (d). Через резисторы (b) и (d) подсоединен подстроечный резистор (е) 50 Ом с 10 витками. Через катушки (а) и (с) подсоединен конденсатор (f) 10 нф и подстроечный резистор (д) 500 Ом. На электрическую схему подается переменное напряжение (синусоидальное напряжение с размахом 2 В, 200 кГц,) через точки, (h) и (i). Регулируя подстроечные резисторы (е) и (д), балансируют амплитуду и фазу электрической схемы. Электрический сигнал, генерируемый между точками (j) и (k), при введении химических веществ с высокой магнитной проницаемостью в камеру прохождения потока, пропорционален изменению индуктивности измерительной катушки, которое, в свою очередь, пропорционально концентрации упомянутых химических веществ.

Устройство согласно изобретению можно преимущественно использовать для обнаружения, с одной стороны, химических веществ с высокой магнитной проницаемостью, а с другой стороны, химических веществ с μ_r=1, например гемоглобина, факторов комплемента, белков, гормонов, бактерий, клеток, вирусов, грибов, дрожжей, спор, фагов, клеточных органелл, ДНК, РНК, для которых требуется взаимодействие с магнитными веществами-метками, делающими настоящее устройство уникальным. Независимо от цели, способ можно выполнять при условиях с изменением температуры образца, который уменьшает вызванный температурой дрейф.

1. Устройство для обнаружения и измерения магнитной проницаемости μ или относительной магнитной проницаемости μ_r, или относительной магнитной восприимчивости (μ_г-1) образца, отличающееся тем, что содержит камеру для образцов и по меньшей мере две катушки индуктивности, упомянутые две катушки окружают упомянутую камеру для образцов, а упомянутая камера для образцов имеет по меньшей мере одно отверстие для введения образца или сосуда для образцов, вмещающего образец, упомянутое устройство также снабжено электрической схемой, которая измеряет разность индуктивности между двумя катушками.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждая из упомянутых катушек индуктивности имеет собственную индуктивность в диапазоне 0,01-100 мкГн.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что упомянутая камера для образцов имеет объем камеры в диапазоне 0,1-5000 мкл.

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что одну из катушек размещают так, что она находится в термическом контакте посредством физической связи с материалом, который содержит камера для образцов, но не окружает контейнер камеры для образцов.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что одну из катушек размещают так, что она находится в термическом контакте посредством физической связи с материалом, который содержит камера для образцов, но не окружает контейнер камеры для образцов.

6. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что материалом, из которого сделана камера для образцов, является полимер, типа дельрина, полиоксиметилена, поливинилхлорида, тефлона, полиамида, полиацеталя, полиэтилена, поликарбоната, полистирола, полипропилена, древесины, стекла или металла с 0,999<μ_r<1,001.

7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что материалом, из которого сделана камера для образцов, является полимер, типа дельрина, полиоксиметилена, поливинилхлорида, тефлона, полиамида, полиацеталя, полиэтилена, поликарбоната, полистирола, полипропилена, древесины, стекла или металла с 0,999<μ_r<1,001.

8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что материалом, из которого сделана камера для образцов, является полимер, типа дельрина, полиоксиметилена, поливинилхлорида, тефлона, полиамида, полиацеталя, полиэтилена, поликарбоната, полистирола, полипропилена, древесины, стекла или металла с 0,999<μ_r<1,001.

9. Устройство по п.5, отличающееся тем, что материалом, из которого сделана камера для образцов, является полимер, типа дельрина, полиоксиметилена, поливинилхлорида, тефлона, полиамида, полиацеталя, полиэтилена, поликарбоната, полистирола, полипропилена, древесины, стекла или металла с 0,999<μ_r<1,001.

10. Устройство п.1 или 2, отличающееся тем, что оно снабжено электрической схемой, выходной сигнал которой пропорционален разности индуктивности между упомянутыми катушками и относительной магнитной проницаемости материала образца, помещенного в одну из катушек, которая находится в диапазоне 0,0000001<μ_r<10.

11. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно снабжено электрической схемой, выходной сигнал которой пропорционален разности индуктивности между упомянутыми катушками и относительной магнитной проницаемости материала образца, помещенного в одну из катушек, которая находится в диапазоне 0,0000001<μ_r<10.

12. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно снабжено электрической схемой, выходной сигнал которой пропорционален разности индуктивности между упомянутыми катушками и относительной магнитной проницаемости материала образца, помещенного в одну из катушек, которая находится в диапазоне 0,0000001<μ_r<10.

13. Устройство по п.5, отличающееся тем, что оно снабжено электрической схемой, выходной сигнал которой пропорционален разности индуктивности между упомянутыми катушками и относительной магнитной проницаемости материала образца, помещенного в одну из катушек, которая находится в диапазоне 0,0000001<μ_r<10.

14. Устройство по п.6, отличающееся тем, что оно снабжено электрической схемой, выходной сигнал которой пропорционален разности индуктивности между упомянутыми катушками и относительной магнитной проницаемости материала образца, помещенного в одну из катушек, которая находится в диапазоне 0,0000001<μ_r<10.

15. Устройство по п.7, отличающееся тем, что оно снабжено электрической схемой, выходной сигнал которой пропорционален разности индуктивности между упомянутыми катушками и относительной магнитной проницаемости материала образца, помещенного в одну из катушек, которая находится в диапазоне 0,0000001<μ_r<10.

16. Устройство по п.8, отличающееся тем, что оно снабжено электрической схемой, выходной сигнал которой пропорционален разности индуктивности между упомянутыми катушками и относительной магнитной проницаемости материала образца, помещенного в одну из катушек, которая находится в диапазоне 0,0000001<μ_r<10.

17. Устройство по п.9, отличающееся тем, что оно снабжено электрической схемой, выходной сигнал которой пропорционален разности индуктивности между упомянутыми катушками и относительной магнитной проницаемости материала образца, помещенного в одну из катушек, которая находится в диапазоне 0,0000001<μ_r<10.

18. Устройство по п.10, отличающееся тем, что упомянутая электрическая схема сформирована так, что упомянутые катушки являются частью мостовой схемы переменного тока.

19. Устройство по любому из пп.11-17, отличающееся тем, что упомянутая электрическая схема сформирована так, что упомянутые катушки являются частью мостовой схемы переменного тока.

20. Способ обнаружения химических веществ с μ_r=1 с помощью устройства по любому из пп.1-19 во взаимодействии с магнитными веществами-метками, в котором химические вещества представлены белками, гормонами, факторами комплемента, бактериями, клетками, вирусами, грибами, дрожжами, фагами.