ДВУХВЕБКАМЕРНЫЙ ЦИФРОВОЙ МИКРОСКОП

Полезная модель относится к устройствам для наблюдения и видео- и фотофиксации состояния и поведения микрообъектов в лабораторных условиях для целей биологических, биомедицинских и гигиенических исследований и предназначена для наблюдения за водными микроорганизмами в среде их обитания.
Известно, что совмещение оптических микроскопов и цифровых фотокамер позволило эффективно решать задачу регистрации поведения микрообъектов, находящихся в лабораторной оптически прозрачной чашке Петри, предметный столик микроскопа при этом перемещается в декартовой системе координат.
Известен цифровой USB-микроскоп, применяемый для исследования плоских микрообъектов с приемлемым увеличением (прототип) [1]. Прототип оснащен цифровой камерой, передающей изображения исследуемых объектов в компьютер. Просмотр изображений осуществляется с помощью компьютера. Камера закрепляется на штативе, предметный столик перемещается в декартовой системе координат. Известны варианты прототипа с частичным или полным управлением при помощи компьютера и с различной степенью автоматизации управления. Цифровые USB-микроскопы имеют следующие основные преимущества перед оптическими микроскопами: меньшие габариты, возможность фото- и видеозаписи поведения исследуемых объектов, обработка изображений в реальном времени, возможность выполнения измерений (в зависимости от модели и назначения микроскопа). Прототип использует, как правило, светодиодную подсветку.
Недостатком прототипа является невозможность наблюдения живых микрообъектов в реальной физической среде обитания и реальной социальной среде обитания. Также к недостаткам цифровых USB-микроскопов можно отнести невозможность одновременного наблюдения в реальном времени поведенческих реакций отдельной особи живого микрообъекта и поведенческих реакций множества особей живых микрообъектов при воздействии дестабилизирующих факторов. В современном уровне техники не выявлено сведений цифровых микроскопов, реализующих эти возможности.
Предлагается полезная модель, представляющая собой устройство, имеющее в своей конструкции термокамеру, в которой размещаются исследуемые микрообъекты, и моделируются параметры среды их обитания, включающее две перемещаемые относительно предметного столика веб-камеры, причем одна из веб-камер размещается внутри термокамеры, а вторая размещается снаружи термокамеры под предметным столиком, при этом управление устройством осуществляется с помощью ПК. Техническим результатом полезной модели является обеспечение:
- наблюдения живых микрообъектов и их поведенческих реакций в физической среде, воспроизводящей параметры реальной среды обитания;
- одновременного наблюдения поведенческих реакций отдельных особей живых микрообъектов и множества данных объектов;
- возможности использования не только для наблюдения живых микрообъектов, но и для построения моделей объектов и моделирования их поведения.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство содержит термокамеру, в которой размещается чашка Петри с исследуемыми микрообъектами, и моделируются задаваемые параметры среды обитания этих микрообъектов - давление, газовый состав атмосферы, световая и электромагнитная среда, радиационный фон; включает две веб-камеры, независимо перемещаемые шаговыми двигателями относительно предметного столика в горизонтальной и вертикальной плоскостях, причем одна из веб-камер, работающая в микрорежиме, размещается в цилиндре внутри термокамеры, а вторая, работающая в макро- или микрорежиме, размещается снаружи термокамеры в цилиндре под стеклянным предметным столиком (Фиг. 1); при этом управление перемещением веб-камер и параметрами среды, а также регистрация, хранение и представление данных осуществляется с помощью аппаратных и программных средств на базе персонального компьютера.
Общая схема предлагаемой полезной модели представлена на Фиг. 1.
Двухвебкамерный цифровой микроскоп функционирует следующим образом.
Герметичное пространство термокамеры создано шарообразным корпусом, имеющим клапан для обеспечения параметров среды (Фиг. 2), и стеклянным предметным столиком. В термокамере воспроизводят параметры обитания исследуемых живых микрообъектов. Внутри термокамеры на предметный столик помещают чашку Петри с исследуемыми микрообъектами и содержащей их средой.
Для перемещения веб-камер ВК1 и ВК2 относительно предметного столика и, соответственно, центра дна чашки Петри используют цилиндрическую систему координат. Положение точки М (в данном случае - центр объектива веб-камеры) в цилиндрической системе координат определяется тройкой чисел ρ, ϕ и z, где ρ - расстояние от точки М до оси Oz (0≤ρ<∞); ϕ - угол, образованный проекцией радиус-вектора точки М на
плоскость Oху с положительным направлением оси Ox, (0≤ϕ<2π); z - координата проекции точки М на ось Oz (-∞<z<∞). Началом системы координат считают центр дна чашки Петри. Шаговые двигатели ДШ3 и ДШ6 перемещают камеры ВК1 и ВК2 в горизонтальной плоскости по радиусу (задают координаты ρ). Шаговые двигатели ДШ1 и ДШ4 перемещают корпус К1 с размещенной в нем камерой ВК1 и корпус К3 с размещенной в нем камерой ВК2 в вертикальной плоскости параллельно оси Oz (задают координаты z). Шаговые двигатели ДШ2 и ДШ5 перемещают корпус К2 внутри цилиндра Ц1 с камерой ВК1 и корпус К4 внутри цилиндра Ц2 с камерой ВК2 в горизонтальной плоскости (задают координаты ϕ). На Фиг. 3 представлен узел для перемещения веб-камер в цилиндрической системе координат, включающий панель для перемещения веб-камеры в горизонтальной плоскости Oху, панель и ось для перемещения веб-камеры в вертикальной плоскости параллельно оси Oz и шестеренку для перемещения в угловой координате ϕ цилиндра.
Посредством электронных устройств и программных средств осуществляют управление перемещениями веб-камер и параметрами среды. Для регистрации, хранения и представления данных используют персональный компьютер.
Осуществление полезной модели
Полезная модель реализована в виде опытного образца двухвебкамерного цифрового микроскопа, осуществляющего достижение указанного технического результата. Применение двухвебкамерного микроскопа позволило открыть наличие RGB-таксиса у простейших многоклеточных животных Trichoplax (Placozoa), используемых в биологических исследованиях [2].
Источники информации
1 Цифровой микроскоп - устройство и принцип работы. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://xn---dtbchbawj2amueleii7b6i.xn--p1ai/pribory/tsifrovoj-mikroskop-ustrojstvo-i-printsip-raboty.html (дата обращения: 28.07.2021).
2 Капцов В.А., Дейнего В.Н., Козырицкий Д.В. RGB-таксис Trichoplax (Placozoa) как новый метод гигиенических исследований // Медицина труда и экология человека. - 2021. -№1(22). -С. 6-22.