УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЛУЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Изобретение относится к области ветеринарии, а именно, к аппаратуре для облучения световыми и/или инфракрасными лучами биологических объектов, а также может быть использовано для проведения экспериментальных работ в биологии и медицине по изучению влияния различных видов некогерентного, монохромного оптического излучения с различными характеристиками на микроорганизмы как in vitro, так и in vivo.
Известно устройство (См. патент РФ №2144396 С 1, кл. А 61 N 5/06, 1997) для проведения облучения, содержащее источник питания, ряд излучающих диодов с различными спектрами из светового и/или инфракрасного диапазонов излучения, образующий матрицу излучающих диодов, в которой часть диодов соединена параллельно и образует отдельные подряды параллельно соединенных излучающих диодов, соединенные последовательно.
Недостатками аппарата является невозможность получения монохромных излучений различных длин волн по отдельности, без замены конструктивных элементов излучающей матрицы, например, путем коммутации светодиодов с излучением одной длины волны. Кроме того, конструкция аппарата не содержит элементов, позволяющих модулировать выходное излучение матрицы светодиодов. Это не позволяет применять
данный аппарат для изучения влияния монохромных видов излучения с различной длиной волны и различной частотой модуляции излучения на биологические свойства микроорганизмов.
Наиболее близким по технической сущности заявляемому и выбранным в качестве прототипа, является устройство (См. патент РФ 2090224 С 1, А 61 N 5/06, 2000) для проведения облучения, содержащее блок питания, средство для управления излучательной способностью диодов, ряд диодов с различными спектрами из светового и инфракрасного излучения смонтированных в форме матрицы. Устройство позволяет генерировать монохромные излучения различных длин волн по отдельности и модулировать их частотой 0 Гц, 100 Гц и вручную оператором.
Недостатками этого устройства является отсутствие возможности модуляции излучения частотой больше 100 Гц, что не позволяет проводить облучение биологических объектов с более высокими частотами модуляции, использование которых может быть более эффективным, чем указанных, также компоновка излучающих диодов в форме матрицы является малопригодной для облучения микроорганизмов, находящихся в жидкой питательной среде и практически непригодной для облучения микрорганизмов, находящихся в открытых полостях организма опытного животного (ротовая полость, влагалище, прямая кишка). Последовательное соединение излучающих диодов снижает надежность прибора, так как выход из строя одного диода или контактного узла (пайки, сварки) приведет к отказу всей последовательной цепи излучающих диодов. Также весьма
важным недостатком устройства является повышенная электрическая опасность при его эксплуатации, связанная с тем, что устройство гальванически не развязано от сети переменного тока и может вызвать поражение электрическим током оператора при работе в условиях повышенной влажности или при нарушении электроизоляции прибора.
Задачей заявляемого изобретения является создание устройства, пригодного для изучения действия некогерентного монохромного излучения с различной длиной волны и частотой модуляции путем облучения биологических объектов: макроорганизмов, микроорганизмов как in vitro (находящихся в искусственной питательной среде) так и in vivo (находящихся в макроорганизме), за счет способности устройства генерировать по отдельности или одновременно некогерентное монохромное излучение со следующими длинами волн: 940 нм, 660 нм, 590 нм, 570 нм, 430 нм, с возможностью модуляции любого из них следующими частотами: 0, 5, 50, 100, 250, 500, 1000, 3000, 5000, 10000, 25000 Гц и излучателей специальной конструкции, обеспечивающих оптимальные условия облучения микроорганизмов как in vitro, так и in vivo, обладающего повышенной электрической безопасностью в сравнении с прототипом.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для облучения биологических объектов, содержащем блок питания, средство для управления свечением излучающих диодов, ряд диодов с различными спектрами излучения, смонтированными в виде матриц различной формы, согласно предлагаемому решению, оно снабжено устройством для
одновременного облучения и инкубирования, а блок питания гальванически развязан от сети питания.
Сущность изобретения заключается также в том, что управляющее устройство выполнено с возможностью включения излучающих диодов различных спектров в любой произвольной комбинации.
Сущность изобретения заключается также в том, что излучающие диоды в матрице расположены таким образом, что выходное излучение их формирует несколько направленных вперед расходящихся пучков, лежащих в одной плоскости.
Оптимальные условия для облучения и инкубации микроорганизмов, находящихся в жидкой питательной среде, обеспечиваются специальным устройством, состоящим из двух пластиковых иммунологических планшетов с диаметром гнезда 6 мм, в один из которых встроены светоизлучающие диоды с следующими длинами волн: 940 нм, 660 нм, 590 нм, 570 нм, 430 нм, расположенные параллельными рядами по 5, соединенных параллельно, диодов с излучением одинаковой длины волны в каждом ряду. Второй планшет используется для инкубирования микроорганизмов в жидкой питательной среде и измерения их концентрации с использованием вертикального фотоэлектроколориметра. В рабочем состоянии планшет с излучающими диодами помещается поверх планшета с питательной средой, так, чтобы излучение диодов было направлено на поверхность жидкой питательной среды, с содержащимися в ней микроорганизмами.
Для облучения микроорганизмов, находящихся на поверхности тела животного, разработано устройство, в котором излучающие диоды с применяемыми спектрами излучения пространственно равномерно расположены в форме матрицы, что позволяет при включении по отдельности каждого спектра излучения обеспечивать одинаковую интенсивность облучения в пределах области излучения матрицы.
Для облучения микроорганизмов, находящихся в открытых полостях организма животного, разработано устройство, имеющее вид цилиндра с закругленным дистальным торцом, внутри которого размещена плата с излучающими диодами инфракрасного и красного спектра излучения, ориентированными таким образом, что суммарное излучение имеет вид трех, направленных вперед расходящихся пучков, лежащих в одной плоскости; два внешних пучка направлены под углом к продольной оси цилиндра и центральному пучку в 15-25 градусов. Конструкция устройства является оптимальной для облучения микроорганизмов, находящихся в ротовой полости, влагалище, на шейке матки и в полости матки.
На фиг.1 представлена общая схема предлагаемого устройства для облучения микроорганизмов. Устройство содержит средство управления излучательной способностью светодиодов 1; согласующее устройство 2;
устройство для одновременного облучения и инкубирования микроорганизмов, состоящее из верхнего планшета 3 с вмонтированными в него излучающими диодами и нижнего планшета 4, предназначенного для
заполнения жидкой питательной средой, посева в нее микроорганизмов, дальнейшего их инкубирования и измерения оптической плотности; устройства для облучения поверхности тела 5; устройства для облучения открытых полостей 6.
Структурная схема средства управления излучательной способностью светодиодов представлена на фиг.2, где 7 - сетевой адаптер, содержащий понижающий трансформатор, гальванически развязывающий устройство от бытовой электросети; 8 - стабилизатор напряжения; 9 - зарядное устройство; 10 - аккумуляторная батарея; 11 - генератор модулирующих импульсов с изменяемой частотой; 12 - устройство управления генератором импульсов; 13 - выходной усилитель мощности.
Структурная схема согласующего устройства представлена на фиг.3, где 14 - устройство распределения сигнала; 15, 16, 17, 18, 19 - выходные усилители.
Схема устройства для одновременного облучения и инкубирования микроорганизмов представлена на фиг.4, где 3 - верхний планшет со встроенными излучающими диодами (по 5 излучающих диодов каждого спектра излучения); 20 - ряд излучающих диодов инфракрасного спектра (940 нм); 21 - ряд излучающих диодов красного спектра (660 нм); 22 - ряд излучающих диодов желтого спектра (590 нм); 23 - ряд излучающих диодов
зеленого спектра (570 нм); 24 - ряд излучающих диодов синего спектра (430 нм); 4 - нижний планшет с лунками для жидкой питательной среды; 25 -лунки с жидкой питательной средой и содержащимися в ней микроорганизмами, подвергаемые облучению; 26 - не подвергаемые облучению лунки с жидкой питательной средой и содержащимися в ней микроорганизмами (контроль).
Схема устройства для облучения поверхности тела представлена на фиг.5, где 27 - излучающие диоды инфракрасного спектра (940 нм), 28 - излучающие диоды красного спектра (660 нм), 29 - излучающие диоды желтого спектра (590 нм), 30 - излучающие диоды зеленого спектра (570 нм), излучающие диоды синего спектра (430 нм).
Схема устройства для облучения открытых полостей представлена на фиг.6; где 32 - прозрачный корпус, 33 - излучающие диоды инфракрасного спектра (940 нм), 34 - излучающие диоды красного спектра (660 нм), 35 -монтажная плата.
Излучающие диоды в устройстве для облучения открытых полостей соеденены параллельно. Установка в устройство излучающих диодов только инфракрасного и красного спектров излучения, объясняется результатами исследованиями, с применением устройства для одновременного облучения и инкубирования микроорганизмов, согласно которым было установлено, что
инфракрасное излучение с частотой модуляции 3000 Гц и красное излучение с частотой модуляции 1000 Гц оказывают наиболее выраженный бактериостатический эффект на музейный штамм золотистого стафилококка и повышают чувствительность его к антибиотикам. Проверка устройства для облучения открытых полостей в эсперименте и производственном опыте показала наличие бактериостатического эффекта и выраженное профилактическое действие при послеродовом эндометрите у коров, одним из возбудителей которого является золотистый стафилококк. Устройство работает следующим образом:
Для облучения микроорганизмов (in vitro), находящихся в жидкой питательной среде, к средству управления излучательной способностью светодиодов 1 подключают согласующее устройство 2, к которому подключают верхний планшет устройства для одновременного облучения и инкубирования микроорганизмов 3, помещенный на нижний планшет 4 этого устройства с жидкой питательной средой и содержащимися в ней микроорганизмами. Затем переключателями на средстве управления излучательной способностью светодиодов 1 устанавливают режим работы от сети или аккумуляторов, устанавливают частоту модуляции излучения и производят включение устройства. При работе излучающих диодов устройства для одновременного облучения и инкубирования микроорганизмов, происходит одновременное воздействие на микроорганизмы инфракрасного, красного, желтого, зеленого, синего спектров излучения с одинаковой установленной частотой модуляции. При
этом воздействию каждого спектра излучения подвергаются пять лунок с микрорганизмами (фиг.4; поз. 25) при максимально одинаковых внешних условиях. Это позволяет получать одновременно пять результатов измерения оптической плотности, при минимальной погрешности эксперимента. Благодаря этому, данный метод обеспечивает высокую точность и достоверность полученных данных при статистической обработке результатов эксперимента.
Для облучения микроорганизмов, находящихся на поверхности тела животного, к средству управления излучательной способностью светодиодов 1 подключают устройство для облучения поверхности тела 5. Затем переключателями на средстве управления излучательной способностью светодиодов 1 устанавливают режим работы от сети или аккумуляторов, устанавливают необходимый спектр излучения, устанавливают частоту модуляции излучения и производят включение устройства. Излучающие диоды одного спектра излучения (фиг.5; поз. 27, 28, 29, 30, 31) в устройстве имеют параллельное или последовательно-параллельное соединение, при этом излучающие диоды разных спектров излучения соединены независимо друг от друга. Такая схема соединения излучающих диодов позволяет проводить включение всех генерируемых устройством спектров излучения как в отдельности так и в любой произвольной комбинации, что в сочетании с возможностью модуляции этих спектров излучения любой из предусмотренных устройством частот, позволяет подобрать индивидуальные и/или наиболее эффективные режимы облучения микроорганизмов.
Для облучения микроорганизмов, находящихся в открытых полостях организма животного, к средству управления излучательной способностью светодиодов 1 подключают устройство для облучения открытых полостей 6, затем переключателями на средстве управления излучательной способностью светодиодов 1 устанавливают режим работы от сети или аккумуляторов, устанавливают необходимый спектр излучения инфракрасный и/или красный, устанавливают частоту модуляции излучения и производят включение устройства. Излучение диодов (фиг.6 поз. 33, 34) генерируемое устройством для облучения открытых полостей, ориентировано и направлено таким образом, что обеспечивается максимально эффективное облучение микроорганизмов, находящихся в открытых полостях (в частности, во влагалище или на поверхности шейки матки). Этим достигается ярко выраженный бактериостатический эффект при профилактике послеродовых эндометритов у животных.
Изобретение позволяет проводить облучение микроорганизмов и/или других биологических объектов как in vitro с воздействием, одновременно или в любой произвольной комбинации, пятью спектрами излучения с выбранной частотой модуляции на 25 лунок с жидкой питательной средой и находящимися в ней микроорганизмами при максимально одинаковых внешних условиях, что позволяет получить минимальную погрешность измерений и экспериментальной работы в целом, так и in vivo, позволяя
облучать микрорганизмы и другие биологические объекты, находящиеся на поверхности тела и в открытых полостях организма животного.