Устройство для определения концентрации иммуноактивных объектов в пробах биологических жидкостей
Владельцы патента RU 2398233:
Институт аналитического приборостроения Российской академии наук (RU)
Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для определения концентрации иммуноактивных объектов в пробах биологических жидкостей. Устройство содержит преципитационную пластину с нанесенным на нее слоем геля, содержащего антитела, осветитель преципитационной пластины в виде источника диффузного света тороидальной формы и считывающее видеоустройство, соединенное с компьютером. При этом преципитационная пластина выполнена в виде диска и установлена на основании, снабженном светопоглощающим покрытием со стороны преципитационной пластины, таким образом, что геометрические центры считывающего видеоустройства, осветителя и преципитационной пластины расположены на одной вертикальной оси. Использование устройства позволяет обеспечить равномерную контрастность изображения иммунодиффузионных колец на преципитационной пластине, считать их с требуемой точностью, в результате - увеличить производительность процесса измерений. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области биомедицинской лабораторной техники и может быть использовано при иммунных исследованиях различных биологических объектов.
Известно устройство для определения концентрации антител в пробах биологических жидкостей, содержащее преципитационную пластину, систему освещения преципитационной пластины, систему освещения меток для измерения диаметров иммунодиффузионных колец на преципитационной пластине, блок наблюдения совмещения меток с границами иммунодиффузионного кольца и цифровой дисплей для отображения результатов измерений, US 4099881, кл. G01B 11/02, 1978.
Данное устройство основано на использовании интерактивного принципа оператор - устройство, в котором процесс измерения сводится к ручному управлению последовательного подвода меток от кольца к кольцу при наблюдении за процессом глазом. Известному устройству присущи недостатки, обусловленные постоянным участием оператора; устройство не может быть эффективно использовано для измерения биологических объектов в связи с его малой производительностью и с большой вероятностью появления ошибок вследствие субъективных факторов. Схема освещения не позволяет создать контрастные изображения иммунодиффузионных колец на всей пластине, вследствие чего устройство практически не может быть автоматизировано, так как из-за разной контрастности результаты будут сопровождаться как ложноположительными, так и ложноотрицательными искажениями.
Известно также устройство для определения концентрации антител в пробах биологических жидкостей, включающее преципитационную пластину, на которую наносится гель, содержащий антитела, осветитель преципитационной пластины в виде источников направленного света, считывающее устройство с маской, двумерное сканирующее устройство для преципитационной пластины в поле зрения видеоустройства, а также персональный компьютер для управления видеоустройством с маской, двумерным сканирующим устройством и статистической обработки результатов измерения диаметров иммунодиффузионных колец, DE 4318692, кл. G01N 33/559, 1994 г.
В известном устройстве освещение производится системой, которая не позволяет равномерно осветить иммунодиффузионные кольца на всей преципитационной пластине, особенно по периферии, так как в силу разных коэффициентов преломления система гель-стекло ведет себя как световод; в этом случае проявления краевых эффектов наиболее значимы и приводят к разной контрастности изображения колец на преципитационной пластине. Кроме того, в известном устройстве весьма негативно влияет на контрастность изображений колец то обстоятельство, что источник излучения обладает направленностью. При малых толщинах объекта фотометрирования (толщина геля составляет 1 мм, а толщина прозрачной подложки около 0,5 мм) поглощение направленного света невелико, что резко снижает контрастность изображения, в частности, иммунодиффузионных колец.
В связи с изложенным устройство не позволяет без искажений осуществлять одновременное считывание изображений всех иммунодиффузионных колец и, соответственно, их одновременное измерение; а потому процесс измерения довольно длительный и малопроизводительный.
Наиболее близким из известных к заявляемому изобретению является анализатор иммуноактивных объектов (Выставка: Мир биотехнологии-2005, Российская академия наук - медицине и здоровью человека, 14.03-18.03.2005, http://www.expo.ras.ru/base/prod_data.asp?prod_di=1847), включающий преципитационную пластину с нанесенным на нее слоем геля, содержащего антитела, осветитель преципитационной пластины в виде источника диффузного света тороидальной формы и считывающее видеоустройство, соединенное с компьютером.
Данному устройству присущи два существенных недостатка, обусловленных геометрией оптической схемы. Во-первых, данная система не может обеспечить достаточной равномерности освещения из-за проявления краевых эффектов, приводящих к разной контрастности изображения колец на преципитационной пластине. Во-вторых, отсутствие светопоглощающей подложки не позволяет получить максимально возможный контраст изображения колец.
Таким образом, устройство-прототип не позволяет эффективно и без искажений осуществлять считывание изображений всех иммунодиффузионных колец.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение равномерной большой контрастности изображения всех иммунодиффузионных колец на преципитационной пластине и тем самым возможности их одновременного считывания с требуемой точностью; в результате обеспечивается увеличение производительности процесса измерений.
Согласно изобретению в устройстве для определения концентрации иммуноактивных объектов в пробах биологических жидкостей, включающем преципитационную пластину с нанесенным на нее слоем геля, содержащего антитела, осветитель преципитационной пластины в виде источника диффузного света тороидальной формы и считывающее видеоустройство, соединенное с компьютером, преципитационная пластина выполнена в виде диска и установлена на основании, снабженном светопоглощающим покрытием со стороны преципитационной пластины, при этом геометрические центры считывающего видеоустройства, осветителя и преципитационной пластины расположены на одной вертикальной оси; диаметр преципитационной пластины не может превышать внутренний диаметр осветителя; расстояние d от горизонтальной плоскости симметрии осветителя до верхней поверхности преципитационной пластины может быть определено из соотношения:
,
где
t - радиус поперечного сечения осветителя,
r - расстояние между центром поперечного сечения осветителя и вертикальной осью симметрии осветителя.
Между осветителем и считывающим видеоустройством может быть установлена бленда.
Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «новизна».
Благодаря реализации отличительных признаков изобретения объект приобретает важные новые свойства, состоящие в обеспечении равномерного освещения и получении максимального контраста изображения всех иммунодиффузионных колец на всей преципитационной пластине, что позволяет одновременно без искажений считывать изображения всех иммунодиффузионных колец и осуществлять их одновременное измерение. В результате повышаются точность и скорость производимых с помощью устройства измерений.
Указанное выше позволяет, по мнению заявителя, сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:
на фиг.1 - схема устройства, продольный разрез;
на фиг.2 - схема, поясняющая взаимное расположение осветителя и преципитационной пластины;
на фиг.3 - преципитационная пластина с иммунодиффузионными кольцами, вид сверху, в увеличенном масштабе;
на фиг.4 - разрез А - А на фиг.3.
Устройство для определения концентрации иммуноактивных объектов в пробах биологических жидкостей включает преципитационную пластину 1, установленную на основании 2. Пластина 1 в конкретном примере выполнена из прозрачного полистирола (ГОСТ 20282-86). Основание 2 выполнено из дуралюминия марки Д-16. Осветитель 3 выполнен в виде источника диффузного света тороидальной формы, в частности использована кольцевая люминесцентная лампа LC 22W, OSRAM, Германия, со световым потоком 1350 лм. Считывающее видеоустройство 4 представляет собой цифровую высокочувствительную камеру Матрица 1400 М производства ООО «Дельтатех», Москва. Видеоустройство 4 соединено с компьютером (на чертежах условно не показан). В данном примере использован персональный компьютер с процессором Pentium IV, 2,0 гигагерца, ОЗУ - 1 гигабайт.
Преципитационная пластина 1 выполнена в виде диска. Основание 2 со стороны пластины 1 снабжено светопоглощающим покрытием 5, выполненным из хлопчатобумажной черной бархатной ткани толщиной 1 мм.
Геометрические центры считывающего видеоустройства 4, осветителя 3 и преципитационной пластины 1 расположены на одной вертикальной оси 6.
Диаметр пластины 1 (2R) не превышает внутренний диаметр (D) осветителя 3; расстояние d от горизонтальной плоскости 7 симметрии осветителя 3 до верхней поверхности пластины 1 определяется из соотношения:
,
где
t - радиус поперечного сечения осветителя,
r - расстояние между центром поперечного сечения осветителя и вертикальной осью симметрии осветителя.
Это обеспечивает максимальную яркость освещения пластины 1 при требуемой его равномерности.
Между осветителем 3 и считывающим видеоустройством 4 установлена бленда 8, которая предотвращает прямое попадание света от осветителя 3 в объектив видеоустройства 4.
Устройство работает следующим образом.
На поверхность преципитационной пластины 1 наносят равномерный слой 9 геля, в частности агарового, толщиной 1 мм. Гель содержит антитела, специфичные к исследуемому иммуноактивному объекту. В слое 9 геля в заданных точках выполняют сквозные отверстия в виде лунок 10 с помощью вакуумного пробойника. В ряд лунок в центральной зоне 11 преципитационной пластины 1 вносят калибровочную жидкость с возрастающими значениями концентрации исследуемого иммуноактивного объекта в заданном диапазоне.
В остальные лунки вносят разные пробы (взятые у разных источников - людей, животных) биологических жидкостей: сыворотки крови, лимфы, слюны, спинномозговой жидкости и др.
В результате взаимодействия иммуноактивных объектов биологических жидкостей с антителами геля образуются диффузионные кольца 12 различного диаметра, величина которого пропорциональна концентрации иммуноактивного объекта в данной пробе биологической жидкости.
Диффузный свет проходит от осветителя 3 через слой 9 геля и преципитационную пластину 1 и частично поглощается. Часть света, прошедшая через слой 9 геля и преципитационную пластину 1, поглощается светопоглощающим покрытием, а часть света, попавшая на диффузионные кольца 12, рассеивается, образуя контрастные изображения диффузионных колец 12. Эти изображения считываются видеоустройством 4 и передаются в компьютер в цифровой форме, где определяется их диаметр и сравнивается с диаметрами колец, образовавшихся при внесении в лунки зоны 11 преципитационной пластины 1 калибровочной жидкости.
По результатам этого сравнения определяется концентрация иммуноактивных объектов во всех пробах биологических жидкостей.
Для изготовления устройства использованы обычные конструкционные материалы и оборудование. Это обстоятельство позволяет, по мнению заявителя, сделать вывод о соответствии настоящего изобретения критерию «промышленная применимость».
1. Устройство для определения концентрации иммуноактивных объектов в пробах биологических жидкостей, включающее преципитационную пластину с нанесенным на нее слоем геля, содержащего антитела, осветитель преципитационной пластины в виде источника диффузного света тороидальной формы и считывающее видеоустройство, соединенное с компьютером, отличающееся тем, что преципитационная пластина выполнена в виде диска и установлена на основании, снабженном светопоглощающим покрытием со стороны преципитационной пластины, при этом геометрические центры считывающего видеоустройства, осветителя и преципитационной пластины расположены на одной вертикальной оси.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диаметр преципитационной пластины не превышает внутренний диаметр осветителя, при этом расстояние d от горизонтальной плоскости симметрии осветителя до верхней поверхности преципитационной пластины определено из соотношения:
,
где t - радиус поперечного сечения осветителя,
r - расстояние между центром поперечного сечения осветителя и вертикальной осью симметрии осветителя.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между осветителем и считывающим видеоустройством установлена бленда.
