УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ И АНАЛИЗА СВЕРХСЛАБЫХ СВЕЧЕНИЙ БИОХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для регистрации и анализа сверхслабых световых потоков, возникающих в ходе протекания химических реакций (хемилюминесценция) или свечения, генерируемого биологическими объектами в процессе их жизнедеятельности (биолюминесценция).
Установление предшествующего уровня техники.
Спонтанная биохемилюминесценция ряда веществ характеризуется низкой интенсивностью свечения и требует, соответственно, высокой чувствительности светорегистрирующего устройства. Основным элементом таких устройств является фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), оптически сопряженный с рабочей измерительной камерой для размещения анализируемого вещества.
ФЭУ, используемый в устройстве, как правило, обладает очень высокой чувствительностью и предназначен для работы только со слабыми световыми потоками. Интенсивная засветка фотокатода, в т.ч. обычным дневным светом недопустима, поскольку она приводит к необратимым разрушениям анодной системы ФЭУ.
При открытой крышке рабочей измерительной камеры необходимо оберегать ФЭУ от прямого воздействия ярких источников света, например, таких как настольные лампы, солнечный свет и т.п.
Известно устройство для регистрации и анализа сверхслабых свечений биохимических реакций, содержащее кювету, состоящую из светонепроницаемого корпуса со съемной крышкой и отверстием на дне [1]. В корпусе установлено прозрачное цилиндрическое гнездо для размещения исследуемой пробы. Напротив отверстия на дне корпуса размещен ФЭУ, оптически сопряженный с содержимым цилиндрического гнезда. Устройство содержит также шторку, выполненную с возможностью прерывания светового потока, идущего от цилиндрического гнезда к ФЭУ, усилитель, вход которого соединен с выходом ФЭУ, интерфейс связи, вход которого подключен к выходу усилителя, компьютер, вход которого соединен с выходом интерфейса связи и источник питания, клеммы которого подключены к входам питания ФЭУ, усилителя и интерфейса связи.
Недостатком устройства является отсутствие в нем защиты ФЭУ от внешней засветки при случайном открытии крышки кюветы во время проведения измерений.
Известно также устройство для регистрации и анализа сверхслабых свечений биохимических реакций, содержащее:
- кювету, состоящую из светонепроницаемого корпуса со съемной светоизолирующей крышкой, внутри которого установлено цилиндрическое гнездо с боковыми окнами, и выполнены прямоугольные щели,
- светофильтры, размещенные в прямоугольных щелях,
- пробирка для размещения исследуемой пробы, установленная в стакане внутри цилиндрического гнезда,
- вращатель исследуемой пробы, кинематически связанный со стаканом,
- нагреватель, закрепленный на боковых стенках светонепроницаемого корпуса,
- ФЭУ, установленные в выточках, выполненных в стенках корпуса кюветы, и оптически сопряженные с исследуемой пробой в пробирке,
- усилители сигналов, входы которых подключены к выходам ФЭУ,
- блоки сопряжения, входы которых соединены с выходами усилителей сигналов,
- персональный компьютер, входы которого подключены к выходам блоков сопряжения,
- и источник питания, клеммы которого подключены к входам питания нагревателя, узла вращения исследуемой пробы, усилителей сигналов, блоков сопряжения и ФЭУ [2].
Характеристика и критика прототипа.
Наиболее близкой полезной моделью к предлагаемой по наибольшему количеству сходных признаков, технической сущности, схемному решению и достигаемому при использовании техническому результату является устройство для регистрации и анализа сверхслабых свечений биохимических реакций, описанное в [3].
Такое устройство, выбранное в качестве прототипа, содержит:
- кювету, состоящую из светонепроницаемого корпуса со съемной крышкой, внутри которого установлено цилиндрическое гнездо с боковым окном, и выполнен прямоугольный паз,
- затвор, представляющий собой поджатую пружиной пластинку, передвигающуюся внутри прямоугольного паза и имеющую отверстие, совпадающие по размеру с боковым окном цилиндрического гнезда, но в нерабочем состоянии находящееся с ним на разных уровнях,
- пробирку для размещения исследуемой пробы, установленную в стакане внутри цилиндрического гнезда,
- вращатель исследуемой пробы, кинематически связанный со стаканом,
- нагреватель, закрепленный на боковых стенках светонепроницаемого корпуса,
- фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), установленный в выточке, выполненной в стенке корпуса кюветы, и оптически сопряженный с исследуемой пробой в пробирке,
- усилитель сигналов, вход которого подключен к выходу ФЭУ,
- блок сопряжения, вход которого соединен с выходом усилителя сигналов,
- персональный компьютер, вход которого подключен к выходу блока сопряжения,
- и источник питания, клеммы которого подключены к входам питания нагревателя, узла вращения исследуемой пробы, усилителя сигналов, блока сопряжения и ФЭУ,
- при этом съемная крышка снабжена штырьком, обеспечивающим смещение пластинки затвора.
В данном устройстве для защиты от попадания дневного света на ФЭУ при открывании крышки последняя снабжена затвором, состоящим из поджатой пружины и пластины, выполненной с возможностью перекрытия нежелательного светового потока.
Но так как указанная пластинка с соответствующей пружиной обладают инерцией, световой поток прерывается не мгновенно, а с некоторым опозданием, что приводит к частичной засветке ФЭУ.
Технический результат и его достижение.
Предлагаемая полезная модель направлена на достижение технического результата, а именно, внесение в конструкцию устройства таких изменений, которые обеспечивали бы дополнительную защиту ФЭУ устройства от внешних засветок.
Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что известное устройство для регистрации и анализа сверхслабых свечений биохимических реакций, содержащее:
- кювету, состоящую из светонепроницаемого корпуса со съемной крышкой, внутри которого установлено цилиндрическое гнездо с боковым окном и выполнен прямоугольный паз,
- затвор, представляющий собой поджатую пружиной пластинку, передвигающуюся внутри прямоугольного паза и имеющую отверстие, совпадающие по размеру с боковым окном цилиндрического гнезда, но в нерабочем состоянии находящееся с ним на разных уровнях,
- пробирку для размещения исследуемой пробы, установленную в стакане внутри цилиндрического гнезда,
- вращатель исследуемой пробы, кинематически связанный со стаканом,
- нагреватель, закрепленный на боковых стенках светонепроницаемого корпуса,
- фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), установленный в выточке, выполненной в стенке корпуса кюветы, и оптически сопряженный с исследуемой пробой в пробирке,
- усилитель сигналов, вход которого подключен к выходу ФЭУ,
- блок сопряжения, вход которого соединен с выходом усилителя сигналов,
- персональный компьютер, вход которого подключен к выходу блока сопряжения,
- и источник питания, клеммы которого подключены к входам питания нагревателя, узла вращения исследуемой пробы, усилителя сигналов и блока сопряжения,
- при этом съемная крышка снабжена штырьком, обеспечивающим смещение пластинки затвора, и совмещение прорезанного в нем окна с окном цилиндрического гнезда, создавая тем самым условия для прохода светового потока от исследуемой пробы к ФЭУ,
содержит также
- защитный кожух, закрепленный на корпусе кюветы и предназначенный для защиты ФЭУ от механических повреждений, и
- электрический разъем, вилка которого размещена на съемной крышке корпуса кюветы, а ее ответная часть - на защитном кожухе ФЭУ,
- при этом контакты вилки электрически соединены с клеммами источником питания, а контакты ответной части подключены к ФЭУ.
Кроме того, съемная крышка светонепроницаемого корпуса кюветы снабжена направляющими, облегчающими ее размещение на корпусе кюветы.
Заявителем проведена также проверка соответствия указанной совокупности существенных признаков устройства двум условиям (критериям) патентоспособности.
Проверка соответствия заявляемого устройства условию патентоспособности «Новизна».
Основными признаками, отличающими заявляемое устройство от ближайшего аналога
- прототипа, являются:
- наличие защитного кожуха, закрепленного на корпусе кюветы и предназначенного для защиты ФЭУ от механических повреждений,
- наличие электрического разъема, вилка которого размещена на съемной крышке корпуса кюветы, а ее ответная часть - на защитном кожухе ФЭУ,
- электрическое соединение контактов вилки с клеммами источником питания и подключение контактов ответной части к ФЭУ,
- снабжение съемной крышки светонепроницаемого корпуса кюветы направляющими, облегчающими ее размещение на корпусе кюветы.
Наличие указанных признаков обеспечивает соответствие всей совокупности признаков условию патентоспособности «новизна». При этом не обнаружены устройства, в которых технический результат достигнут аналогичной совокупностью существенных признаков.
Сущность изобретения. Краткое описание чертежей.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами:
- на фиг.1 приведена структурная схема устройства;
- на фиг.2 изображена упрощенная конструктивная схема устройства (вид сбоку);
- на фиг.3 изображена упрощенная конструктивная схема устройства (вид сбоку с приподнятой крышкой);
- на фиг.4 изображена упрощенная конструктивная схема устройства (вид сверху без крышки);
- на фиг.5 приведены электрические связи между источником питания, разъемом и ФЭУ устройства.
Описание конструкции устройства (в статике).
Устройство для регистрации и анализа сверхслабых свечений биохимических реакций содержит кювету, состоящую из светонепроницаемого корпуса 1 со съемной крышкой 2, внутри которого установлено цилиндрическое гнездо 3 с боковым окном 4 и выполнен прямоугольный паз 5, затвор, представляющий собой поджатую пружиной 6 пластинку 7, передвигающуюся внутри прямоугольного паза 5 и имеющую отверстие 8, совпадающие по размеру с боковым окном 4 цилиндрического гнезда 3, но в нерабочем состоянии находящееся с ним на разных уровнях, пробирку 9 для размещения исследуемой пробы, установленную в стакане 10 внутри цилиндрического гнезда 3, вращатель 11 исследуемой пробы, кинематически связанный со стаканом 9, нагреватель 12, закрепленный на боковых стенках корпуса 1, фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) 13, установленный в выточке 14 (фиг. 4), выполненной в стенке корпуса 1 кюветы, и оптически сопряженный с исследуемой пробой в пробирке 9, усилитель 15 сигналов (фиг.1), вход которого подключен к выходу ФЭУ 13, блок 16 сопряжения, вход которого соединен с выходом усилителя 15 сигналов, персональный компьютер 17, вход которого подключен к выходу блока 16 сопряжения, и источник 18 питания, клеммы 19 которого подключены к входам питания нагревателя 12, вращателя 11 исследуемой пробы, усилителя 15 сигналов и блока 16 сопряжения.
Примечание. Персональный компьютер 17, как правило, имеет автономное (отдельное) питание.
Съемная крышка 2 снабжена штырьком 20, обеспечивающим смещение пластинки 7 затвора при закрытии крышки 2.
Устройство также содержит защитный кожух 21, закрепленный на корпусе 1 кюветы и предназначенный для защиты ФЭУ 13 от механических повреждений, и электрический разъем 22, вилка 23 которого (фиг.3) размещена на съемной крышке 2 корпуса 1 кюветы, а его ответная часть (розетка) 24 - на защитном кожухе 21 ФЭУ 13. При этом контакты а1 и b1 вилки 23 (фиг.5) электрически соединены с клеммами 19 источника 18 питания, а контакты а2 и b2 ответной части 24 подключены к клеммам 25 ФЭУ 13. Дополнительно съемная крышка 2 светонепроницаемого корпуса 1 кюветы снабжена направляющими 26, облегчающими ее размещение на корпусе 1 кюветы.
Вращатель 11 исследуемой пробы может быть выполнен, например, на основе электродвигателя 27, роликов 28 и 29 и гибкой связи (зубчатого ремня) 30.
Нагреватель 12 может быть оснащен узлом термостатирования (для простоты не показан), позволяющим оценивать текущую температуру в кювете и изменять ее в зависимости от целей исследования или при отклонении от заданного режима.
Назначение, функции и особенности конструктивных элементов устройства.
Кювета - средство для размещения исследуемой пробы при ее анализе.
Защитный кожух 21 обеспечивает защиту ФЭУ-13 от механических повреждений и возможных оптических засветок.
Затвор - конструктивный элемент, позволяющий прерывать световой поток, идущий от содержимого пробирки 10 к ФЭУ 13.
Хемилюминесценция - люминесценция, сопровождающая некоторые химические реакции.
ФЭУ 13 - регистратор свечения. Представляет собой фоточувствительный элемент, преобразующий кванты падающего на его фотокатод света в отдельные электронные импульсы. ФЭУ работает в режиме счета фотонов и может быть реализован, например, на основе ФЭУ марки (модели) Н5773Р.
Блок 16 сопряжения является интерфейсом связи с компьютером 17 и может быть реализован, например, на основе буфера обмена типа RS232.
Персональный компьютер 17 предназначен для регистрации, анализа и обработки данных. Может быть реализован, например, на основе стандартного IBM-совместимого персонального компьютера с операционной системой Windows 98/XP с использованием программного обеспечения «PowerGraph» [4].
Электрический разъем 22 может быть реализован, например, на основе цилиндрических соединителей типа РСхГ.
Принцип действия и работа устройства.
Устройство работает следующим образом.
После подключения устройства к электросети в стакан 10 кюветы помещается пробирка 9 с исследуемой пробой и со всеми необходимыми компонентами. Включаются, по необходимости, узел термостатирования (не показан) и вращатель 11 исследуемой пробы. Далее корпус 1 кюветы закрывается крышкой 2. При этом ее штырек 20 утапливает затвор, совмещая прорезанное в его пластине 7 отверстие 8 с боковым окном 4 гнезда 3, в котором размещена исследуемая проба. Одновременно замыкаются соответствующие контакты а и b электрического разъема 22, в результате чего напряжение источника 18 поступает на клеммы 25 питания ФЭУ 13. При закрывании крышки 2 направляющие 26 обеспечивают ее поступательное перемещение и предотвращают тем самым возможный перекос при соединении частей 23 и 24 разъема 22.
Свечение исследуемой пробы через боковое окно 4 цилиндрического гнезда 3 и отверстие 8 прямоугольного паза 5 попадает на фотокатод ФЭУ 13. Зарегистрированное таким образом свечение в виде соответствующих электрических сигналов усиливается усилителем 15 и через блок 16 сопряжения поступает на персональный компьютер 17. Последний производит обработку полученных сигналов согласно хранящейся в нем программы. Результаты обработки выдаются на монитор и принтер компьютера (не показаны).
Если при регистрации свечения произошло случайное открывание крышки 2 корпуса 1 кюветы, под действием пружины 6 пластина 7 перекрывает отверстие 8, предотвращая засветку фотокатода ФЭУ 13 внешним светом через данное отверстие.
В описываемом устройстве дополнительная защита ФЭУ 13 от засветки обеспечивается механическим разрывом электрической цепи, питающей ФЭУ 13. При открывании крышки 2 вилка 23 разъема 22 «выходит» из розетки 24, в результате чего напряжение источника 18 перестает поступать на клеммы 25 ФЭУ 13. Последний отключается и перестает реагировать на засветку.
Указанный дополнительный принцип защиты ФЭУ 13 от засветки является универсальным, т.е. может быть использован практически при любом количестве цилиндрических гнезд, размещаемых в корпусе 1 кюветы (у прототипа таких гнезд два).
Описываемое устройство может быть использовано для измерения свечения, возникающего в ходе протекания химических реакций (хемилюминесценция) и генерируемого биологическими объектами в процессе их жизнедеятельности (биолюминесценция).
Проверка соответствия заявляемого устройства условию (критерию) патентоспособности «промышленная применимость».
По мнению заявителя, сведения, приведенные в описании, достаточны для осуществления описываемого устройства. Такое устройство для регистрации сверхслабых световых потоков, сопровождающих биохимические реакции, физические и биологические процессы не вызывает затруднений при его изготовлении. Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность полезной модели, в принципе может быть многократно использована, например, при изучении процессов свободно-радикального окисления, оценке состояния прооксидантных и антиоксидантных систем организма человека и животных, определении антиоксидантной активности фармакологических препаратов, биологических жидкостей, косметологических средств и пищевых добавок, изучении функциональной активности фагоцитов, выявлении наличия и определении следовых концентраций различных веществ, контроле микробиологической чистоты различных объектов (продуктов питания, воды, воздуха, технологических поверхностей, помещений и т.д.).
Указанное выше позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели условию патентоспособности «промышленная применимость» по действующему законодательству.
Использованные источники информации.
1. Хемилюминесцентные методы исследования свободнорадикального окисления в сельском хозяйстве, ветеринарной медицине и животноводстве. / Байматов В.Н., Фархутдинов P.P., Багаутдинов A.M. - Уфа: Изд-во «Здравоохранение Башкортостана», 2009, с.50-53, рис.11.
2. Патент РФ №64373 на полезную модель «Кюветное отделение для биохемилюминометра». Публ. 27.06.2007 г.
3. Патент РФ №49998 на полезную модель «Устройство для измерения хемилюминесценции и биолюминесценции». Публ. 10.12.2005 г. (прототип).
4. Измайлов Д.Ю. PowerGraph. Промышленные измерения, контроль, автоматизация, диагностика (ПиКАД). 2008, №1-3.