УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ БИОЧИПА

Полезная модель относится к области медицины, но также может быть использована в ветеринарии и биологии.
Известно устройство, предназначенное для получения изображения различных объектов, которое может использоваться, в том числе, для получения изображения поверхности биочипа и представляющее собой цифровой фотоаппарат (фотокамеру), например, Samsung Power Shot A75 и взятое в качестве прототипа. (См. например, http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/433415 или http://ru.wikipedia.org «устройство цифрового фотоаппарата»). Основным элементом данного устройства является размещенное в корпусе приспособление, воспринимающее изображение объекта и преобразующее его в электрические сигналы (CCD или CMOS матрица), которое функционально связано с аналого-цифровым преобразователем и процессором.
Недостатком известного устройства является невозможность достижения полной воспроизводимости условий, при которых осуществляется получение изображения поверхности биочипа, поскольку не являются точно заданными следующие параметры:
освещенность объекта, расстояние между биочипом и матрицей, воспринимающей изображение. Все это затрудняет последующую обработку изображений и оценку результатов анализа, а также сравнение между собой изображений разных биочипов. Кроме того, использование прототипа не позволяет без применения дополнительных приспособлений получать изображение поверхности биочипа при освещении в заданной части спектра, а также устанавливать наличие люминесценции определенных участков биочипа (в тех случаях, когда в процессе исследования используются флуорохромные метки).
Задачей заявленной полезной модели является повышение качества считывания результата анализа, проводимого с помощью биочипа, за счет повышения качества получаемого изображения биочипа, а также повышение воспроизводимости результатов анализа. Поставленная задача решается за счет того, что согласно полезной модели, устройство для получения изображения биочипа, содержащее приспособление, воспринимающее изображение и преобразующее его в электрические сигналы, снабжено одним или несколькими источниками света, при этом биочип, размещенный в корпусе устройства, установлен между источником света и приспособлением, воспринимающим изображение.
Устройство снабжено одним или несколькими светофильтрами.
Один или несколько светофильтров установлены между биочипом и приспособлением, воспринимающим изображение и преобразующим его в электрические сигналы.
Один или несколько светофильтров установлено между биочипом и источником света.
Устройство имеет подвижную раму для установки одного или нескольких светофильтров.
Устройство имеет приспособление для фиксации светофильтра относительно корпуса устройства
Светофильтры выполнены съемными.
В качестве источника света используется люминесцентная лампа.
В качестве источника света используется лампа накаливания.
В качестве источника света используется галогеновая лампа.
В качестве источника света используется светодиод.
В качестве источника света используется газоразрядная лампа
Один или несколько источников света размещены в съемном корпусе, устанавливаемом на корпусе устройства.
Устройство снабжено подвижной рамой для размещения источников света.
Устройство снабжено приспособлением, фиксирующим положение подвижной рамы для размещения источников света.
Устройство снабжено конденсором, устанавливаемым между источником освещения и биочипом.
Конденсор выполнен съемным.
Устройство снабжено узлом для крепления в корпусе устройства биочипа, либо инкубационно-отмывочного приспособления с находящимся в нем биочипом,
Устройство снабжено съемным адаптером для размещения биочипа, либо инкубационно-отмывочного приспособления с находящимся в нем биочипом.
Устройство снабжено ирисовой диафрагмой, установленной между источником света и биочипом
Устройство снабжено приспособлением, фокусирующим получаемое изображение на воспринимающее его устройство.
Устройство снабжено съемным непрозрачным экраном, имеющим отверстие, форма и размеры которого соответствуют форме и размерам биочипа.
Устройство снабжено перемещаемой непрозрачной заслонкой установленной между источником света и устройством, воспринимающим изображение.
Приспособление, воспринимающее изображение, размещено в съемном корпусе, который крепится к корпусу устройства.
Устройство снабжено приспособлением, перемещающим в заданные положения биочип, либо адаптер или инкубационно-отмывочное приспособление с находящимся в нем биочипом.
Использование заявленной полезной модели позволяет получать изображения поверхности биочипа при изменяемых, но полностью воспроизводимых условиях (спектральные характеристики, яркость освещения, расстояние между поверхностью биочипа и приспособлением воспринимающим изображение), дает возможность получения изображения в заданных частях спектра люминисценции (при использовании в процессе проведения анализа веществ конъюгированных с одной или несколькими флуорохромными метками), кроме того, имеется возможность получения изображения поверхности биочипа без извлечения последнего из инкубационно-отмывочного приспособления.
Наличие - нескольких заменяемых систем освещения позволяет создавать любые условия освещения необходимые для проведения исследования. При этом условия освещения остаются точно воспроизводимыми. Могут использоваться сменные системы освещения, содержащие источник света с широким спектром излучения, например, газоразрядную (ртутно-кварцевую) лампу или люминесцентную лампу или галогеновую лампу или лампу накаливания. Могут использоваться смешанные системы освещения, содержащие несколько одинаковых или различных источников света с широким спектром излучения.
В качестве системы освещения может быть использован блок, содержащий несколько заменяемых источников света с узкими спектрами излучения, например, светодиодов.
Наличие светофильтра или блока из нескольких светофильтров, устанавливаемого между биочипом и источником освещения с широким спектром излучения позволяет получать освещение биочипа в заданной части спектра. Наличие светофильтра или блока из нескольких светофильтров, устанавливаемого между биочипом и приспособлением, воспринимающим изображение, дает, например, возможность получения изображения в заданных частях спектра люминесценции в тех случаях, когда в процессе анализа используется флуорхромное мечение связавшихся с биочипом объектов. Размещение светофильтров в перемещаемой раме, позволяет осуществлять их замету. Рама может быть выполнена сменной, что облегчает ее замену при необходимости использования другого набора светофильтров. Наличие фиксирующего приспособления позволяет надежно закрепить выбранный светофильтр в необходимом положении.
Наличие в корпусе устройства узла крепления снабженного сменными адаптерами, дает возможность размещения в нем различных вариантов биочипов, имеющих различные размеры или различных вариантов инкубационно-отмывочных приспособлений (проточных камер или кювет) в которых размещается биочип. (Могут использоваться разные варианты биочипов или инкубационно-отмывочных приспособлений, но в момент съемки в устройстве размещается один биочип или одно инкубационно-отмывочное приспособление с закрепленным в нем биочипом).
Это делает эксплуатацию устройства более удобной и позволяет не извлекать биочип из иннкубационно-отмывочного приспособления в тех случаях, когда это нецелесообразно или невозможно.
Наличие съемного непрозрачного экрана с отверстием, форма и размеры которого соответствуют форме и размерам биочипа, позволяет в процессе работы устройства получать только изображение биочипа без получения изображения других объектов. Использование экрана необходимо в тех случаях, когда применяются адаптеры или инкубационно-отмывочные приспособления, полностью изготовленные из прозрачных материалов.
Наличие конденсора позволяет добиться одинаковой яркости освещения различных участков поверхности биочипа.
Полезная модель поясняется чертежом, где
на фиг.1 представлен общий вид в разрезе устройства со съемным осветителем с газоразрядной лампой и двумя съемными блоками светофильтров, установленными в корпусе устройства;
на фиг.2 представлен общий вид биочипа;
на фиг.3 представлен общий вид в разрезе съемного адаптера для размещения биочипа в узле крепления;
на фиг.4 представлен общий вид в разрезе съемного осветителя с несколькими источниками света.
Полезная модель содержит корпус 1 (фиг.1) в котором расположен узел крепления 2 для размещения инкубационно-отмывочного приспособления, например, проточной камеры 3 (см. патент на полезную модель RU №88674) с находящимся в ней биочипом 4 (фиг.2). При размещении в устройстве данной проточной камеры ее приводящая и опюдящая трубки должны быть отсоединены, а краны перекрыты. Биочип 4 также может быть закреплен в съемном адаптере 5 (фиг.3), который размещают в узле крепления 2 (фиг.1). Устройство может быть укомплектовано съемными адаптерами 5 (фиг.3) нескольких различных видов приспособленных для размещения биочипов 4, имеющих разные размеры или для размещения различных видов инкубационно-отмывочных устройств или иных приспособлений в которых находятся биочипы.
Устройство снабжено съемным осветителем 6 (фиг.1) содержащем лампу 7 установленную в защитном корпусе 8. Лампа 7 является источником светового излучения имеющего широкий спектр. Устройство может быть снабжено несколькими съемными осветителями 6, приспособленными для разных типов ламп 7 (газоразрядной (ртутно-кварцевой) лампы, люминесцентной лампы, галогеновой лампы, лампы накаливания или ламп других типов). (Схема элетропитания лампы 7 на чертеже не обозначена.) Лампа 7 выполнена съемной для обеспечения возможности ее замены, а защитный корпус 8 выполнен разъемным. Осветитель 6 крепится к корпусу устройства 1. При этом место крепления снабжено теплоизоляцией 9 предотвращающей избыточное нагревание корпуса 1, а защитный корпус 8 осветителя 6 снабжен ребрами охлаждения. В защитном корпусе 8 осветителя 6 имеется отверстие 10, через которое свет от лампы 7 попадает в отверстие 11, выполненное в корпусе 1 устройства. Отверстие 11 закрыто прозрачной защитной вставкой. Отверстие 10 при необходимости может быть перекрыто заслонкой 12, для перемещения которой служит рукоятка 13. В корпусе 1 установлена диафрагма 14, с помощью которой регулируется поступление света. Открытие и закрытие диафрагмы 14 обеспечивает механизм 15, который снабжен шкалой 16, указывающей насколько сильно открыта диафрагма 14. В корпусе устройства имеются выемки 17 для крепления съемных блоков светофильтров 18. Съемные блоки светофильтров 18 содержат узлы крепления 19, в которых крепятся рамы 20, предназначенные для размещения светофильтров 21. Рама 20 снабжена осью 22, вокруг которой она может поворачиваться, а также защитным кожухом 23 предохраняющим светофильтры 21 от загрязнения и механического повреждения. Светофильтры 21 установлены в гнездах 24 рамы 20. При этом в каждом гнезде 24 может устанавливаться один или несколько светофильтров 21 в зависимости от тех задач, для которых используется устройство. Светофильтры 21 являются съемными. При повороте рамы 20 вокруг оси 22 происходит замена светофильтров 21, используемых при работе устройства. Один из блоков 18 светофильтров установлен между источником света и биочипом 4. При этом размещенные в нем светофильтры 21 предназначены для того, чтобы до биочипа доходил свет только определенной части спектра.
Второй блок светофильтров 18 установлен между биочипом 4 и размещенным в корпусе 1 устройством, воспринимающим изображение и преобразующем его в электрические сигналы (матрицей) 25. Он используется в тех случаях, когда проводятся исследования биочипов, на поверхности которых находятся объекты, связанные с флуорохромной меткой. При этом светофильтр 21 пропускает свет той части спектра, которая соответствует спектру эмиссии данной флуорохромной метки. При использовании нескольких флуорохромных меток требуется последовательное использование нескольких светофильтров 21. При этом замена светофильтров осуществляется путем поворота рамы 20 вокруг оси 22. Фиксация рам 20 в нужном положении обеспечивается с помощью установленных в корпусе 1 фиксирующих механизмов содержащих пружину 26 клин 27. Рама 20 имеет выемки 28. При повороте рамы 20 клин 27 входит в ту или иную выемку 28. При этом для дальнейшего вращения рамы 20 для замены светофильтра 21 требуется приложить некоторое усилие.
В тех случаях, когда использование светофильтров 21 не требуется, съемные блоки светофильтров 18 могут быть сняты, а выемки 17 закрыты съемными заглушками (на чертеже не указаны).
Конструкция устройства предусматривает возможность освещения поверхности биочипа сменными источниками света, имеющими узкий спектр излучения, что в некоторых случаях является более предпочтительным.
При этом вместо осветителя 6 устанавливают осветитель 29 (фиг.4), содержащий корпус 30 в котором на оси 31 крепится поворотная рама 32 с размещенными в ней светодиодами 33. Фиксация рамы 32 в нужном положении обеспечивается с помощью фиксирующего механизма содержащего пружину 34 и клин 35. Рама 32 имеет выемки 36. При повороте рамы 32 клин 35 входит в ту или иную выемку 36. При этом для дальнейшего вращения рамы 32 для замены светодиода 33 требуется приложить некоторое усилие. Электропитание светодиодов 33 на чертеже не обозначено. Светодиоды 33 выполнены съемными для обеспечения возможности их замены. Корпус 30 осветителя 29 выполнен разъемным.
В корпусе 1 (фиг.1) расположен узел крепления 37, в котором размещена съемная рама 38 с закрепленным в ней съемным конденсором 39. В корпусе 1 размещается съемная рама 40, в которой крепится линза 41 фокусирующая изображение на матрицу 25. Перемещение линзы 41 по вертикальной оси при первоначальной настройке устройства обеспечивает механизм 42, который снабжен шкалой 43.
В корпусе 1 установлена CCD матрица 25. (Возможно использование также иного устройства, воспринимающего изображение и преобразующее его в электрические сигналы, например CMOS матрицы). Матрица 25 соединена с блоком 44 содержащим аналого-цифровой преобразователь, процессор, запоминающее устройство, приспособление, обеспечивающее сопряжение с компьютером. В конструкции устройства могут быть использованы перечисленные элементы блока 44 взятые от любого цифрового фотоаппарата. Устройство блока 44 на чертеже не обозначено. Для подключения устройства к компьютеру используется порт 45. Матрица 25 и блок 44 установлены в съемном корпусе (секции) 46 который крепится в корпусе 1. Матрица 25 и блок 44 выполнены съемными, что позволяет выполнять их замену при ремонте устройства или его модернизации. В корпусе 1 устройства размещены затвор 47 и механизм управления его работой 48. Их конструкция на чертеже не обозначена. Приспособления 47 и 48 могут быть взяты от фотоаппарата. Выдержка устанавливается либо ручной, либо автоматической настройкой. В последнем случае используются приспособления 47 и 48 от цифрового фотоаппарата, при этом приспособление 47 сопряжено с блоком 44.
Корпус 1 установлен на основании 49. Устройство снабжено экраном предварительного просмотра, устройством хранения информации (картой памяти) и блоком управления независимым от компьютера, а также панелью управления, которые на чертеже не обозначены. В конструкции устройства могут использоваться перечисленные приспособления, взятые от любого цифрового фотоаппарата имеющего их.
Устройство снабжено непроницаемым для света съемным экраном 50 имеющим отверстие, соответствующее форме и размерам биочипа 4 и находящееся в его проекции.
Устройство снабжено приспособлением 51, позволяющим перемещать в нужное положение находящееся в узле крепления 2 инкубационно-отмывочное приспособление 3 или адаптер 5 (фиг.3) с размещенным в нем биочипом 4, либо биочип 4 размещенный в узле крепления 2 без их использования. Приспособление 51 (фиг.1) снабжено шкалой (на чертеже не обозначена), позволяющей отмечать необходимое положение при настройке устройства.
Внутренняя поверхность корпуса 1, а также все находящиеся в нем непрозрачные детали, расположенные выше матрицы 25 имеют светопоглощающее покрытие. Корпус устройства выполнен разъемным для облегчения сборки устройства и его ремонта.
Биочип 4 (фиг.2) содержит прозрачную подложку 52, на которой находятся тестовые участки 53 с иммобилизованными молекулами веществ (например, антителами), способных связываться со свободными молекулами или с молекулами находящимися на поверхности объектов (клеток, вирусов и др.), присутствующих в исследуемом образце. (Тестовые участки 53 отличаются друг от друга типом иммобилизованных в них молекул). Тестовые участки 53 отделены друг от друга фоновыми участками 54 не содержащими данных молекул.
В процессе выполнения анализа биочип со связавшимися исследуемыми молекулами или содержащими эти молекулы объектами (например, клетками), может быть обработан раствором антител или иных веществ, способных связаться с ними и конъюгированных с одной или несколькими флуорохромными метками. При этом накопление метки (меток) будет происходить в области тех или иных тестовых участков 53. Если с помощью биочипа осуществляется исследование клеток, то вследствие их связывания происходит уменьшение прозрачности подложки в области тестовых участков 53. Если биочип со связавшимися клетками будет обработан красителем, окрашивающим клетки, то произойдет его накопление в области тестовых участков 53. Уменьшение прозрачности или интенсивность окрашивания различных тестовых участков 53 будет зависеть от плотности заполнения их связавшимися клетками.
Устройство работает следующим образом. Съемный адаптер 5 с размещенным в нем биочипом (или инкубационно отмывочным приспособлением, в котором находится биочип 4) устанавливают в корпусе устройства 1. В некоторых случаях биочип 4 может быть размещен в корпусе 1 без съемного адаптера, если его форма и размеры позволяют это сделать. На корпус 1 устанавливают осветитель 6 или 29. При использовании осветителя 29 поворотную раму 32 устанавливают таким образом, чтобы при работе устройства использовался нужный светодиод. Если это необходимо, устанавливают съемные блоки 18 светофильтров (оба блока или один из них в зависимости от условий проводимого исследования). Устанавливают поворотную раму 20 таким образом, чтобы использовался необходимый светофильтр 21. Подключают устройство к компьютеру или работают в автономном режиме. В зависимости от этого необходимые настройки задаются с помощью компьютера или с помощью собственной панели управления устройства. Осуществляют съемку поверхности биочипа. При этом полученное изображение передается на компьютер, где осуществляется его последующий анализ. При автономной работе устройства полученная информация записывается на карту памяти устройства и может быть передана в последующем на компьютер или переписана на носитель информации.
При работе с биочипами на поверхности которых находятся объекты, связанные с несколькими флуоресцентными метками осуществляется последовательное выполнение нескольких снимков при использовании разных светофильтров 21 (если используется осветитель 6 с лампой 7, имеющей широкий спектр излучения) и (или) при использовании разных светодиодов 33 (если используется осветитель 29).
Съемный осветитель 6 с ртутно-кварцевой лампой используется при работе с биочипами, на поверхности которых находятся объекты, содержащие флуорохромную метку. В тех случаях, когда регистрация флуоресценции не требуется, а необходима регистрация затемнения тестовых участков 53 вследствие связывания в них клеток или иных объектов имеющих подобные размеры, может быть использован съемный осветитель 6 оснащенный, например, лампой накаливания или галогеновой лампой. Съемный осветитель 29 может использоваться для решения различных задач в зависимости от спектра излучения размещенных в нем светодиодов 33. При использовании осветителя 6 с ртутно-кварцевой лампой в промежутках времени между выполнением снимков целесообразно закрывать заслонку 13 для уменьшения повреждающего действия ультрафиолетового излучения на светофильтры 21.