ИММУНОТУРБИДИМЕТРИЧЕСКИЙ ПЛАНШЕТНЫЙ АНАЛИЗАТОР
IMMUNOTURBIDIMETRIC FLATBED ANALYZER

Изобретение относится к анализирующей аппаратуре, используемой для иммунотурбидиметрического анализа множества различных образцов, в частности для проведения массового скрининга населения как в крупных, так и в средних и малых лабораториях, а также для контроля сырья и материалов при их производстве.
Известна автоматическая измерительная аппаратура, используемая для анализа множества образцов в смешанных растворах биохимическим и турбидиметрическим способом (заявка США №2009009760, класс МКИ G01J 3/443, G01N 21/53). Устройство содержит один белый источник света и, по крайней мере, один монохроматический источник света, чтобы селективно изменять или одновременно направлять белый и монохроматический свет по одной и той же оси в соответствии с объектом, который должен быть исследован, чтобы осуществить спектрометрическое и турбодиметрическое измерение объекта. Измерительная оптическая система содержит блок излучения, блок измерения света, блок спектрофотометра, использующего белый свет, и блок турбидиметрического иммунного анализа, использующего монохроматический свет. В изобретении используется облучение образца в кювете и измерение света, прошедшего через реакционную кювету. Устройство также содержит блок направления света на реакционную кювету, расположенную в точке измерения. Образцы перемещаются каруселью.
Устройство не предназначено для массовых анализов с использованием 96-луночных микропланшетов, регистрация сигнала осуществляется в кюветах, расположенных на карусели.
Известен турбидиметр для измерения множества жидких образцов, находящихся во множестве отдельных объемов или ячеек (патент США №6307630, класс НКИ 356/436). В изобретении используется один источник излучения света и один детектор измерения. Источник излучения направляет свет одновременно на все ячейки с образцами, а детектор измеряет рассеянный образцами в ячейках свет последовательно. Это достигается за счет закрытого и открытого состояния затвора над ячейками. В качестве источника света используются лазер или светодиод, в качестве детектора используются фотоумножитель или фотодиод, а для передачи света к измерительной ячейке может использоваться волоконно-оптический жгут.
Недостатком устройства является распределение света по всем ячейкам, что приводит к снижению уровня света в отдельной ячейке, и, как следствие, снижается динамический диапазон регистрации сигнала.
Известен нефелометр/турбидиметр, используемый для автоматического химического анализа (патент США №5940178, класс НКИ 356/339). Устройство содержит лазер для генерирования пучка света на первой длине волны; первый разделитель светового потока, расположенный таким образом, чтобы направлять свет на прозрачный реакционный контейнер вдоль специфического пути светового потока; детектор нефелометра для детектирования световой энергии, рассеянной частицами, суспендированными в реакционном контейнере; световой диод для генерирования света на другой длине волны, также направляемой через реакционный контейнер; детектор турбидиметрического света, расположенный вдоль специфического пути светового потока на противоположной стороне реакционного контейнера; фокусирующая линза, расположенная между реакционным контейнером и детектором турбидиметрического света; второй разделитель светового потока, расположенный между реакционным контейнером и объективом для отражения лазерного пучка от фокусирующей линзы. Лазер испускает свет на длине волны 600-850 нм, светодиод на длине волны 850-1050 нм.
Устройство не предназначено для работы с микропланшетами и регистрации пропускания и/или поглощения света, в том числе в видимой и ближней ультрафиолетовой области спектра.
Известен планшетный фотометр MULTISKAN ЕХ, производитель THERMO LABSYSTEM (FINLAND). Семейство планшетных фотометров для иммуноферментного и турбидиметрического анализа используется для клинических исследований и для научно-исследовательской деятельности. Оптическая система обеспечивает спектральный диапазон измерения 400-750 нм, максимальное число фильтров 8, скорость измерения - 5 сек/планшет.
Известен высокопроизводительный и экономичный микропланшетный нефелометр ThermoFisher Nepheloskan Ascent Reader/Analyzer, используемый для тестирования частиц в 96-ячеистых планшетах при тестировании в фармацевтической промышленности, при измерениях протеинов, тестировании роста бактерий и т.п., при этом несколько образцов измеряют одновременно, спектральный диапазон измерений 580-630 нм.
Наиболее близким является устройство для определения характеристик газовых и жидких проб (патент России №2035716, класс МЕСИ G01N 21/01). Устройство содержит корпус, установочный узел для размещения планшета с кюветами для исследуемых проб, два шаговых привода, первый из которых жестко установлен на корпусе и выполнен с возможностью перемещения установочного узла вдоль первой оси, считывающий узел, выполненный с размещенными по разные стороны от плоскости перемещения планшета фотоприемником и излучателем, подключенным к источнику питания. Перед фотоприемником, соединенным с соответствующим входом блока обработки и блока регистрации и управления, расположен фильтр. Второй шаговый привод жестко установлен на корпусе и связан со считывающим узлом с возможностью его перемещения вдоль второй оси, перпендикулярной первой. Излучатель расположен со стороны дна кювет, а фильтр выполнен съемным.
Указанные выше устройства и прототип обеспечивают регистрацию поглощения и/или пропускания света в микропланшетном формате в видимой и ближней инфракрасной области спектра (до 750 нм), однако они не предназначены для регистрации поглощения и/или пропускания в ближней ультрафиолетовой области спектра (340 нм) и в ближней инфракрасной области спектра на длинах волн от 750 до 850 нм. Кроме того, данные устройства не предназначены для разделения светового сигнала на составляющие: поглощение и рассеяние света образцом, так как в них отсутствует опорный канал сравнения световых потоков.
Задачей является создание иммунотурбиметрического многофункционального планшетного анализатора для проведения массовых скрининговых иммунологических, биохимических и других медицинских исследований, который может обеспечить регистрацию рассеяния, поглощения и пропускания света образцами.
Техническим результатом, получаемым при использовании изобретения, является расширение спектрального диапазона исследований образцов, обладающих поглощением и/или рассеянием света.
Технический результат достигается предлагаемым изобретением.
Сущность изобретения заключается в том, что в известном устройстве, содержащем корпус, установочный узел для размещения планшета с микрокюветами для исследуемых проб, считывающий узел, выполненный в виде размещенных по разные стороны от плоскости перемещения планшета излучателя, расположенного со стороны дна кювет, и измерительного фотоприемника с установленными перед ним линзой и съемным фильтром, соединенного с одним из входов блока обработки и блока регистрации и управления, жестко установленные на корпусе два шаговых привода, первый из которых предназначен для перемещения установочного узла вдоль первой оси, а второй предназначен для перемещения считывающего узла вдоль второй оси, перпендикулярной первой, и дополнительный фотоприемник сравнения с установленными перед ним линзой и фильтром, в устройство введена жестко установленная на корпусе каретка для перемещения излучателя, выполненного в виде установленных на подвижной части каретки, по крайней мере, двух излучающих свет на различных длинах волн светодиодов, волоконно-оптический жгут, имеющий два входных конца, закрепленных на неподвижной части каретки, и один выходной конец, и при этом к первому входному концу волоконно-оптического жгута всегда подключен один из перемещаемых светодиодов, а ко второму входному концу постоянно подключен стационарно установленный на неподвижной части каретки светодиод сравнения, выход излучателя выполнен в виде расположенных на оптической оси измерения выходного конца волоконно-оптического жгута конденсора и диафрагмы, дополнительный фотоприемник сравнения с установленными перед ним линзой и фильтром расположены на оптической оси, перпендикулярной оптической оси измерения, в геометрической точке пересечения оптических осей под углом 45° к ним установлена светоделительная пластина, при этом выход дополнительного фотоприемника сравнения связан с одним из входов блока обработки и блока регистрации и управления.
Авторам не известны технические решения, имеющие такую же совокупность признаков, как заявляемое изобретение, следовательно, заявляемое изобретение отвечает критерию новизны.
Известен планшетный фотометр MULTISKAN ЕХ, производитель THERMO LABSYSTEM (FINLAND), используемый для иммуноферментного и турбидиметрического анализа для клинических исследований и для научно-исследовательской деятельности и микропланшетный нефелометр ThermoFisher Nepheloskan Ascent Reader/Analyzer, используемый для тестирования частиц в 96-ячеистых планшетах при тестировании в фармацевтической промышленности, при измерениях протеинов, тестировании роста микроорганизмов, а также устройство для определения характеристик газовых и жидких проб (патент России №2035716). Эти устройства содержат только один источник света, который по светосиле и спектральному составу источников излучения не обладает требуемыми характеристиками, необходимыми для решения поставленной задачи. По сравнению с известными устройствами предлагаемое изобретение позволяет регистрировать поглощение и/или пропускание исследуемых биологических образцов в ближней ультрафиолетовой области спектра (340 нм) и в ближней инфракрасной области спектра на длинах волн от 750 до 850 нм, т.е. позволяет значительно расширить динамический диапазон измерений светового сигнала, что имеет большое значение при исследовании образцов, имеющих как большие, так и малые концентрации измеряемых аналитов. При этом введение светодиода сравнения позволяет проводить как прямые, так и относительные измерения сигналов образцов в данном диапазоне изменений светового сигнала, что также расширяет динамический диапазон измерений. Следовательно, предлагаемое изобретение отвечает критерию уровня техники.
Изобретение может быть использовано в здравоохранении в практике клинико-диагностических исследований для оценки как иммуноферментных, так и иммунотурбидиметрических и биохимических анализов, а также для контроля биотехнологических процессов, сопровождающихся изменением мутности анализируемых сред. Иммунотурбидиметрия является одним из методов контроля без использования меченых реагентов и представляет собой наиболее простой, дешевый и быстрый способ гомогенного анализа. Следовательно, предлагаемое изобретение отвечает критерию промышленной применимости.
На фиг.1 показаны установочный узел 1 для размещения планшета 2 с микрокюветами 3 для исследуемых проб и считывающего узла 4; считывающий узел 4 содержит излучатель 5 и измерительный фотоприемник 6 с установленными перед ним линзой 7 и фильтром 8; излучатель 5 содержит волоконно-оптический жгут 9, имеющий два входных конца (вх.1 и вх.2) и один выходной конец (вых.), группу светодиодов 10, 11, 12, 13, 14 (показаны на фиг.2) и светодиод 15, выходной конденсор 16 с диафрагмой 17; светодиоды 10-14 установлены на подвижной части 18 каретки 19, жестко установленной на корпусе; вх.1 и вх.2 волоконно-оптического жгута 9 и светодиод 15 установлены на неподвижной части каретки 19, при этом вх.2 волоконно-оптического жгута соединен со светодиодом 15, а ко вх.1 попеременно подключаются светодиоды 10-14; выход излучателя 5 и фотоприемник 6 с линзой 7 и фильтром 8 находятся на одной оптической оси измерения, причем излучатель 5 расположен под дном измерительных микрокювет 3 планшета 2; на оптической оси, перпендикулярной оптической оси измерения; над микрокюветами 3 расположены фотоприемник сравнения 20 с установленными перед ним линзой 21 и фильтром 22; в геометрической точке пересечения оптических осей под углом 45 к ним установлена светоделительная пластина 23; на фиг.2 показан корпус устройства 24, подвижная часть 18 каретки 19 и шаговый привод 25 для перемещения установочного узла 1 вдоль первой оси; на фиг.3 показан шаговый привод 26 для перемещения планшета вдоль оси, перпендикулярной первой, и планшет 2. Блоки питания, блок обработки и блок регистрации и управления на фигурах не показаны.
изл
изл
изл
изл
изл
изл
В предложенном варианте исполнения устройства для решения конкретной задачи использованы светодиод 10 с длиной волны излучения (λ) 650 нм, светодиод 11 с λ 500±5 нм, светодиод 12 с λ 430…650 нм, светодиод 13 с λ 405 нм, светодиод 14 с λ 340 нм и светодиод 15 с λ 850 нм. Светодиоды 10-14 установлены на подвижной части 18 каретки 19 и попеременно подключаются к вх.1 волоконно-оптического жгута 9; светодиод 15 установлен на неподвижной части каретки 19 и постоянно связан с вх.2 волоконно-оптического жгута 9 и формирует сигнал сравнения в измерительном канале. В данном варианте исполнения устройства для увеличения мощности зондирующего микрокювету пучка света перед светодиодом 14 установлена линза. Смена светодиодов 10-14 и смена фильтров 8 перед измерительным фотоприемником осуществляются вручную в зависимости от программы исследований, для которых используется устройство.
Устройство работает следующим образом.
Планшет 2 устанавливают в установочный узел таким образом, чтобы одна из исследуемых микрокювет (лунок) планшета 3 находилась в зоне измерения на оптической оси между излучателем 5 и измерительным фотоприемником 6, при этом свет от излучателя 5 проходит через середину дна микрокюветы 3. На выходе волоконно-оптического жгута 9 получается равномерно распределенная смесь излучений светодиодов, поступающих на вх.1 и вх.2. Смешанный световой поток с выхода волоконно-оптического жгута 9 поступает на вход конденсора 16, с выхода которого через диафрагму 17 световой пучок попадает на дно микрокюветы 3 планшета 2. Пройдя столб жидкости в микрокювете, световой поток попадает через светоделительную пластину 23, фильтр 8 и линзу 7 на фотоприемник 6. Меньшая часть светового потока, примерно 7% (в данном варианте устройства), поступает через фильтр 22 и линзу 21 на фотоприемник сравнения 20. На измерительный фотоприемник поступает свет с длиной волны от 340 до 850 нм от светодиодов 10-15. Сканирование микрокювет планшета осуществляется следующим образом. По первой оси перемещение планшета осуществляется шаговым приводом 26. Перемещение установочного узла 1 с установленными на нем излучателем 5 и измерительным фотоприемником 6 осуществляется шаговым приводом 25 по направлению, перпендикулярному первой оси. Подвижная часть 18 каретки 19 с установленным на ней выходным концом волоконно-оптического жгута 9 и светодиодами 10-14 также перемещается шаговым приводом 25.
изл
изл
изл
Устройство позволяет измерять коэффициент пропускания и/или оптическую плотность образца в зависимости от заданной программы исследований. При использовании только измерительного фотоприемника осуществляются прямые измерения сигналов от микрокювет. При использовании измерительного фотоприемника 6 и фотоприемника сравнения 20 осуществляются относительные измерения, что позволяет компенсировать дефекты материала микрокювет и учитывать рассеяние света образцами, которые практически не имеют поглощения в области 850 нм. Благодаря измерению светового потока, прошедшего через микрокювету, в двух спектральных диапазонах, один из которых является световым потоком сравнения с длиной волны 850 нм, устройство обеспечивает определение уровня поглощения света образцами, содержащими частицы примесей, рассеивающих свет. Предлагаемый вариант исполнения устройства позволяет проводить измерения на разных длинах волн: измерение оптической плотности и вклад рассеяния в пропускание света для коротковолновой линии (светодиод 14 с λ 340 нм) для биологических образцов, содержащих компоненты, рассеивающие свет. Измерения поглощения и рассеяния света образцами, содержащими форменные элементы крови в видимой и красной области спектра (светодиоды 10-13). Оценку рассеяния света образцами в окне прозрачности биологических жидкостей (светодиод 15 с λ 850 нм). Канал сравнения с λ 850 нм позволяет эффективно компенсировать ошибки измерения и учитывать рассеивание света образцами. Использование нескольких источников, излучающих свет на селективных длинах волн, позволяет упростить выбор интерференционных фильтров в канале измерительного фотоприемника при осуществлении различных исследований, обеспечивает оптический контраст при измерении сигналов, уменьшает фоновый сигнал и позволяет проводить измерение образцов с высокой оптической плотностью (до 4 ед. оптической плотности). Каждому излучающему светодиоду соответствует определенный фильтр в канале измерения, при этом фильтры и светодиоды перемещаются вручную.