УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ

Полезная модель относится к области аналитической химии и может быть использована для регистрации излучения тестового слоя иммунохимических колоночных тестов с помощью фотодетектора с целью повышения точности и скорости проведения иммунохимического анализа.
Известно устройство для измерения уровня освещенности, включающее источник излучения, приемник излучения и блок регистрации (см. авторское свидетельство №371458, МПК G01J1/10, опубл. 22.11.1973г.).
Недостатком устройства является то, что в качестве блока регистрации используют электромеханическое измерительное устройство, что при конструктивной сложности не обеспечивает высокой надежности и точности определения уровня освещенности.
Наиболее близким к заявляемому является устройство для измерения уровня фотолюминесценции, содержащее размещенные в корпусе блок управления–контроллер, к выходу которого подключен источник возбуждающего излучения, фотоприемник, выход которого подключен к входу блока управления-контроллера через аналого-цифровой преобразователь, фокусирующую оптическую систему, расположенную между источником возбуждающего излучения и фотоприемником, блок индикации, подключенный к выходу блока управления–контроллера (см. патент на ИЗ RU №2460140, МПК G07D7/06, G06K9/00, опубл. 27.08.2012г.).
Недостатком устройства является то, что данное устройство предназначено для идентификации защитной метки, содержащей люминофор, и может не обеспечивать точного количественного измерения уровня люминесценции.
Задачей полезной модели является создание устройства с невысокими массогабаритными характеристиками для измерения уровня фотолюминесценции тестового слоя иммунохимических колоночных тестов.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в повышении точности и скорости проведения иммунохимического анализа.
о
о
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для измерения уровня фотолюминесценции, включающее размещенные в корпусе микроконтроллера, к выходу которого подключен источник возбуждающего излучения, фотодиод, выход которого подключен к входу микроконтроллера через аналого-цифровой преобразователь, фокусирующую оптическую систему, расположенную между источником возбуждающего излучения и фотодиодом, блок индикации, подключенный к выходу микроконтроллера, согласно решению включает светофильтр, расположенный между источником возбуждающего излучения и фокусирующей оптической системой, модуль последовательного интерфейса для связи с ПК, подключенный к микроконтроллеру, блок ручного управления, подключенный к входу микроконтроллера, источник питания, подключенный к усилителю сигнала, аналого-цифровому преобразователю, микроконтроллеру, модулю последовательного интерфейса и блоку индикации, а также усилитель электрического сигнала и блок стабилизации, причем выход фотодиода подключен к входу аналого-цифрового преобразователя через усилитель электрического сигнала, а выход микроконтроллера подключен к источнику возбуждающего излучения через блок стабилизации, при этом источник возбуждающего излучения содержит, по крайней мере, один светодиод с максимумом длин волн излучения в диапазоне от 395 до 550 нм, а корпус устройства выполнен из материала, экранирующего электромагнитное излучение, и содержит ячейку для размещения колонки с измеряемым объектом на одной оси со светофильтром, фокусирующей оптической системой и фотодиодом, расположенной под углом 30- 60 относительно направления возбуждающего излучения.
Полезная модель поясняется чертежами, на фиг. 1 изображена блок схема заявляемого устройства, на фиг. 2 изображено устройство для измерения уровня фотолюминесценции (вид в разрезе), на фиг. 3 изображено устройство для измерения уровня фотолюминесценции (вид сверху).
Позициями на фигурах обозначены:
1. источник возбуждающего излучения;
2. колонка для измеряемого объекта;
3. светофильтр;
4. фокусирующая оптическая система;
5. блок фотоприемника;
6. блок стабилизации;
7. блок контроллера;
8. блок индикации;
9. блок ручного управления;
10. источник питания;
11. отверстие максимального диаметра колонки;
12. измеряемый объект;
13. фотодиод;
14. усилитель;
15. аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
16. микроконтроллер;
17. модуль последовательного интерфейса;
18. крышка;
19. ячейка;
20. основание.
Устройство для измерения уровня фотолюминесценции содержит оптическую систему, включающую последовательно расположенные по направлению возбуждающего излучения: источник возбуждающего излучения 1, выполненный в виде набора светодиодов с максимумами длин волн излучения в диапазоне от 395 до 550 нм, колонку 2 с измеряемым объектом 12 в виде мембраны, светофильтр 3, спектр пропускания которого соответствуют спектру фотолюминесценции измеряемого объекта 2, фокусирующую оптическую систему 4 (например, собирающую линзу или систему линз F=5÷30 мм) и блок 5 фотоприемника. Блок фотоприемника 5 состоит из электрически связанных и размещенных на одной печатной плате элементов: фотодиода 13, спектральный диапазон чувствительности которого лежит в диапазоне от 420 до 675 нм, который подключен через усилитель сигнала 14 к аналого-цифровому преобразователю 15.
Блок 5 фотоприемника связан с помощью кабеля с блоком 7 контроллера. Блок 7 контроллера включает в себя электрически связанные и размещенные на одной печатной плате микроконтроллер 16 с программируемой логикой и модуль 17 последовательного интерфейса для связи с персональным компьютером (ПК). Связь блока 5 фотоприемника с помощью кабеля с блоком 7 контроллера обеспечена за счет того, что выход аналого-цифрового преобразователя 15 блока 5 фотоприемника соединен с соответствующим входом микроконтроллера 16 блока 7 контроллера.
К соответствующим выходам блока 7 контроллера подключены с помощью кабелей блок 8 индикации, например, жидкокристаллический дисплей, и блок 6 стабилизации напряжения, подключенный к источнику возбуждающего излучения 1.
К соответствующему входу микроконтроллера 16 блока 7 контроллера подключен с помощью кабеля блок 9 ручного управления.
Устройство содержит источник питания, в качестве которого может быть выбран автономный источник тока (гальванический элемент или электрический аккумулятор), блок питания, выполненный с возможностью подключения к сети переменного тока.
Источник питания 10 с помощью кабелей соединен с модулем последовательного интерфейса 17 и микроконтроллером 16 в блоке контроллера 7 и с усилителем 14 и АЦП 15 в блоке фотоприемника 5, а также с блоком индикации 8.
В заявляемом устройстве все узлы и блоки размещены в цилиндрическом корпусе из материала, экранирующего электромагнитное излучение, например сплава алюминия (дюралюминий), стали, латуни, меди, армированного пластика, а также фольгированного или металлизированного пластика.
Корпус состоит из размещенных на одной оси цилиндрической крышки 18 и цилиндрического основания 20 с ячейкой 19. Габариты корпуса не превышают: по высоте - 200 мм и в диаметре – 100 мм. Вес конструкции не превышает 2 кг.
Крышка 18 содержит полость, в которой размещены светофильтр 3, фокусирующая оптическая система 4 и блок 5 фотоприемника так, чтобы светофильтр 3, фокусирующая оптическая система 4 и фотодиод 13 располагались на оси корпуса, а с внешней стороны торца крышки 18 размещены блок 8 индикации и блок 9 ручного управления.
Основание 20 содержит полость, в которой размещены блок 7 контроллера и блок 10 питания, и выполнено с возможностью фиксации внутри корпуса ячейки 19.
Ячейка 19 содержит источник 1 возбуждающего излучения и блок 6 стабилизации напряжения и выполнена с возможностью размещения на оси корпуса колонки 2 для измеряемого объекта. Конструкция ячейки 19 выполнена таким образом, чтобы освещение возбуждающим излучением от источника 1 производилось через полупрозрачную стенку колонки 2 для измеряемого объекта. Регистрация сигнала фотолюминесценции, при этом, будет осуществляться через отверстие 11 максимального диаметра колонки.
о
о
Для равномерного освещения поверхности и эффективного возбуждения фотолюминесценции измеряемого объекта направление возбуждающего излучения от источника 1 расположено под углом φ в диапазоне от 30до 60 от оси колонки 2.
Заявляемое устройство для измерения уровня фотолюминесценции работает следующим образом.
Для проведения регистрации фотолюминесценции необходимо снять крышку 18 с основания 20 корпуса и установить колонку 2 с измеряемым объектом 12 в ячейку 19. Далее, установить крышку 18 обратно на основание 20 и провести процедуру измерения с помощью блока 9 ручного управления. Процедура регистрации будет проведена в течение 1 минуты.
При освещении измеряемого объекта 12, содержащего, например, фотолюминесцентные квантовые точки - полупроводниковые наночастицы, световым потоком, поступающим от источника 1 возбуждающего излучения, происходит оптическое возбуждение фотолюминесценции. Суммарный световой фронт, состоящий из полезного сигнала фотолюминесценции и паразитного сигнала возбуждающего излучения проходит через светофильтр 3, который ослабляет паразитный сигнал. Отфильтрованный суммарный световой фронт с выделенным полезным сигналом фокусируется оптической системой 4 на фотодиод 13 блока 5 фотоприемника. Выработанный на выходе фотодиода 13 электрический сигнал (значение напряжения которого соответствует уровню фотолюминесценции) усиливается усилителем 14 сигнала, оцифровывается с помощью аналого-цифрового преобразователя 15, и в цифровом представлении передается для регистрации на вход блока 7 контроллера для регистрации уровня фотолюминесценции, где обрабатывается, путем сопоставления с предварительно занесенными в память калибровочными постоянными, и количественное значение уровня фотолюминесценции заносится в память блока 7 контроллера, и отображается в блоке 8 индикации.
При этом блок 7 контроллера в соответствии с заложенным программным алгоритмом в автоматическом режиме осуществляет программируемое управление работой светодиодов источника 1 возбуждающего излучения, нормируя посредством блока 6 стабилизации напряжение питания источника 1 возбуждающего излучения, и обеспечивает сохранение в памяти калибровочных постоянных, значения которых определяются в процессе предварительных тарировочных измерений с использованием стандартных источников возбуждающего излучения.
С помощью блока 9 ручного управления осуществляют управление устройством: включение, выключение, запуск измерения, сохранение результата измерений, вывод в блок 8 индикации сохраненных результатов измерения.
В заявляемой полезной модели высокая скорость иммунохимического анализа реализуется за счет того, что конструкция устройства позволяет использовать в качестве измеряемого объекта мембраны в форме диска (фритта), встроенного в полупрозрачную колонку шприца, которую легко устанавливать в соответствующее посадочное место.
В конструкции устройства реализуется совмещение с высокой точностью образца измеряемого объекта с источником возбуждающего фотолюминесцентного излучения и фотодетектором (фотоприемником) для количественного измерения уровня фотолюминесценции без изъятия фритта из колонки, что в свою очередь увеличивает точность измерений и обеспечивает их повторяемость.
Также, точность измерений обеспечивается за счет применения экранирующих материалов при изготовлении корпуса (например, дюралюминий) для защиты электрических цепей устройства от паразитных электромагнитных воздействий.
Наличие дополнительно размещенного после измеряемого объекта и перед фотоприемником светофильтра обеспечивает ослабление паразитного сигнала возбуждающего излучения, что в сочетании с наличием блока стабилизации напряжения источника возбуждающего излучения и электрического усилителя сигнала, включенным между аналого-цифровым преобразователем и блоком контроллера, обеспечивает существенное повышение точности количественного измерения уровня фотолюминесценции при простоте конструктивного выполнения устройства.