СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ГИБКИХ МИКРОМЕХАНИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Полезная модель относится к области устройств для качественного и количественного определения химических соединений и биологических объектов, способных специфически связываться с рецепторами, иммобилизованными на поверхности микромеханических элементов, с образованием устойчивого комплекса, в том числе биологических материалов: комплиментарных молекул нуклеиновых кислот, клеток и клеточных рецепторов, компонентов комплекса антиген-антитело и других белковых и небелковых комплексов. Данные методы анализа основаны на изменении поверхностного натяжения на границе микромеханических элементов и исследуемой экспериментатором системы, под действием которого микромеханические элементы изгибаются. Величина изгиба микромеханического элемента дает информацию об исследуемом объекте.
Известна система для определения положения гибких микромеханических элементов, состоящая из источника света, в качестве которого может быть использован, например, лазер, оптического отражательного элемента, в качестве которого может быть использовано зеркало, одного или нескольких микромеханических элементов и фоторегистрирующего комплекса, в качестве которого может быть использован фотодиод (патент США №2002, 0092340 A1, 2002, класс 73/24.02).
Известна система для определения положения гибких микромеханических элементов, состоящая из источника света, в качестве которого может быть использован, например, лазер, одного или нескольких микромеханических элементов и фоторегистрирующего комплекса (патент № ЕР 1342789 А2, 2003, класс C12Q 1/02).
Наиболее близкой к заявляемой является известная система для определения положения гибких микромеханических элементов, состоящая из источника света - лазера, способного перемещаться в горизонтальной плоскости, параллельной плоскости, содержащей микромеханические элементы, неподвижного оптического отражательного элемента - зеркала или неподвижного оптического преломляющего элемента - линзы, системы, состоящей не менее чем из двух микромеханических элементов с отражательной поверхностью, и по крайней мере одного фоторегистрирующего комплекса, в качестве которого использован прибор с зарядовой связью (ПЗС камера) (заявка РСТ № WO 2005/086172 А1, 2005, класс G13B 21/20) - прототип.
Недостатком известной системы является то, что она в силу своих конструкционных особенностей неудобна в работе, поскольку не позволяет осуществлять свою предварительную настройку перед началом измерений и имеет невысокую чувствительность определения положения гибких микромеханических элементов, что обусловлено неизбежными механическим колебаниями всей системы, связанными с перемещением достаточно массивного источника света.
Технической задачей полезной модели является создание более удобной системы для определения положения гибких микромеханических элементов, обладающей повышенной чувствительностью определения положения гибких микромеханических элементов.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной системе для определения положения гибких микромеханических элементов, состоящей из источника света, оптического отражательного или оптического преломляющего элемента, системы, состоящей не менее чем из двух микромеханических элементов с отражательной поверхностью, и по крайней мере одного фоторегистрирующего комплекса, источник света неподвижен, а оптический отражательный или оптический преломляющий элемент способен поступательно двигаться и/или вращаться, при этом взаимное расположение источника света, оптического отражательного или оптического преломляющего элемента, системы микромеханических элементов и фоторегистрирующего комплекса подобрано так, что при движении оптического элемента луч света, идущий от источника света, после прохождения оптического элемента попадает и отражается от отражательной поверхности каждого микромеханического элемента на фоточувствительную поверхность фоторегистрирующего комплекса.
Предлагаемое техническое решение может быть реализовано в трех различных конкретных вариантах.
В первом конкретном варианте полезной модели в качестве оптического отражательного элемента система содержит плоское зеркало, способное вращаться относительно двух взаимно перпендикулярных неподвижных осей, лежащих в плоскости зеркала, одна из которых до начала определения положения микромеханических элементов перпендикулярна направлению луча света, идущего от источника света, микромеханические элементы находятся в одной плоскости и параллельны друг другу в не изогнутом состоянии, а их направление перпендикулярно направлению луча света, идущего от источника света, причем фоторегистрирующий комплекс расположен так, что до начала определения положения микромеханических элементов угол между плоскостью микромеханических элементов и осью вращения зеркала, перпендикулярной лучу света, идущего от источника, равен углу между плоскостью микромеханических элементов и плоскостью фоточувствительной поверхности фоторегистрирующего комплекса.
Во втором конкретном варианте полезной модели в качестве оптического преломляющего элемента система содержит оптическую плоскопараллельную пластину, способную вращаться относительно двух взаимно перпендикулярных неподвижных осей, лежащих в плоскости оптической пластины, каждая из которых до начала определения положения микромеханических элементов перпендикулярна направлению луча света, идущего от источника света, микромеханические элементы находятся в одной плоскости и параллельны друг другу в не изогнутом состоянии, а их направление параллельно прямой пересечения плоскости, в которой лежат микромеханические элементы, с плоскостью, образованной пересечением луча, идущего от источника света, с одной из осей вращения оптической пластины, причем фоторегистрирующий комплекс расположен так, что до начала определения положения микромеханических элементов угол между плоскостью микромеханических элементов и одной из осей вращения оптической пластины равен углу между плоскостью микромеханических элементов и плоскостью фоточувствительной поверхности фоторегистрирующего комплекса.
В третьем конкретном варианте полезной модели в качестве оптического отражательного элемента система содержит плоское зеркало, способное поступательно двигаться вдоль направления луча света, идущего от источника света, и вращаться относительно оси, находящейся на пересечении плоскости зеркала с плоскостью, образованной падающим на зеркало и отраженным от него лучами света, при этом зеркало расположено так, что прямая, перпендикулярная оси вращения зеркала и лежащая в плоскости зеркала, до начала определения положения микромеханических элементов перпендикулярна направлению луча света, идущего от источника света, микромеханические элементы находятся в одной плоскости и параллельны друг другу в не изогнутом состоянии, а их направление перпендикулярно направлению луча света, идущего от источника света, причем фоторегистрирующий комплекс расположен так, что до начала определения положения микромеханических элементов угол между плоскостью микромеханических элементов и прямой, перпендикулярной оси вращения зеркала и лежащей в плоскости зеркала, равен углу между плоскостью микромеханических элементов и плоскостью фоточувствительной поверхности фоторегистрирующего комплекса.
В предлагаемом техническом решении в качестве источника света может быть использован, например, лазер, фотодиод, система фотодиодов, лампа накаливания и т.д. Спектр излучения источника света может варьироваться в широких пределах, например, от ультрафиолетовой до инфракрасной областей света. Мощность источника света не является принципиальной и может варьироваться в зависимости от решаемой задачи. Источник света может обладать как дискретным, так и непрерывным спектром. Величина диаметра пучка света может варьироваться в широких пределах.
В предлагаемой полезной модели в качестве оптического отражательного элемента можно использовать, например, зеркало, уголковый отражатель, оптическую призму и т.д. В качестве оптического преломляющего элемента можно использовать, например, линзу, оптическую делительную пластинку, оптический клин и т.д. При этом оптические отражательные элементы могут быть изготовлены из различных материалов с нанесенным отражательным покрытием, имеющим полную или частичную способность к отражению свету, либо из материалов с полированной поверхностью, например, кремниевое зеркало, серебряное зеркало и т.д. Оптические преломляющие элементы могут быть выполнены из различных оптических прозрачных, бесцветных или окрашенных материалов, например, из стекла, пластика и т.д.
В предлагаемом техническом решении в качестве микромеханических элементов можно использовать гибкие консоли различной конструкции, например, так называемые кантилеверы, выполненные из различных материалов, например, из металла, из кремния, из пластика и т.д. При этом каждый из микромеханических элементов обязательно должен обладать способностью отражать падающий на него свет, т.е. поверхность микромеханического элемента должна быть отражательной. Если поверхность микромеханического элемента не способна отражать падающий на него свет, то такой микромеханический элемент не может быть использован в предлагаемом техническом решении. Кроме того, микромеханические элементы обязательно должны быть достаточно гибкими, чтобы изгибаться под воздействием сил, вызванных изменением поверхностного натяжения на границе микромеханических элементов и исследуемой экспериментатором системы. Микромеханические элементы в не изогнутом состоянии преимущественно должны находиться в одной плоскости, хотя возможно и другое их расположение, например, при использовании нескольких фоторегистрирующих комплексов.
В предлагаемой полезной модели в качестве фоторегистрирующего комплекса можно использовать, например, фотодиод, либо несколько фотодиодов, ПЗС камеру, детектор положения луча непрерывного типа и т.д. Каждый из этих приборов может быть различных марок. Можно использовать как один фоторегистрирующий комплекс, так и несколько таких комплексов.
В предлагаемом техническом решении источник света должен быть неподвижен, что позволяет уменьшить неизбежные механические колебания всей системы, связанные с перемещением достаточно массивного источника света, понижающие чувствительность определения положения гибких микромеханических элементов. Если источник света подвижен, то повысить чувствительность определения положения гибких<микромеханических элементов не удается.
В предлагаемой полезной модели оптический отражательный элемент или оптический преломляющий элемент должен обладать способностью поступательно двигаться и/или вращаться. Поступательное движение оптического элемента может быть осуществлено путем его перемещения, например, по линейной направляющей. Вращение оптического элемента может быть достигнуто за счет использования шарнирных конструкций различного типа, например, шарнира шарового типа. Вращение оптического элемента позволяет осуществлять настройку предлагаемой системы перед работой и делает систему более удобной в эксплуатации, т.е. решает одну из задач полезной модели. Кроме того, для некоторых оптических элементов их вращение позволяет направлять луч света на каждый из микромеханических элементов предлагаемой системы.
Следует отметить, что взаимное расположение источника света, оптического отражательного или оптического преломляющего элемента, системы микромеханических элементов и фоторегистрирующего комплекса следует подбирать так, чтобы при движении оптического элемента луч света, идущий от источника света, после прохождения оптического элемента обязательно попадал и отражался от отражательной поверхности каждого микромеханического элемента на фоточувствительную поверхность фоторегистрирующего комплекса. Данные условия соблюдаются в каждом из трех предлагаемых конкретных вариантах полезной модели. Если эти условия не соблюдать, то решить техническую задачу полезной модели невозможно.
В первом предлагаемом конкретном варианте полезной модели оптический отражательный элемент - плоское зеркало должно быть способно вращаться относительно двух взаимно перпендикулярных неподвижных осей, лежащих в плоскости зеркала, одна из которых до начала определения положения микромеханических элементов перпендикулярна направлению света, идущего от источника света. В данном конкретном случае микромеханические элементы должны находится в одной плоскости и быть параллельными друг другу в не изогнутом состоянии, а их направление должно быть перпендикулярно направлению луча света, идущего от источника света. Кроме того, фоторегистрирующий комплекс в системе должен быть расположен так, чтобы до начала определения положения микромеханических элементов угол между плоскостью микромеханических элементов и осью вращения зеркала, перпендикулярной лучу света, идущего от источника, равен углу между плоскостью микромеханических элементов и плоскостью фоточувствительной поверхности фоторегистрирующего комплекса. Если хотя бы одно из этих условий не соблюсти, то решить техническую задачу полезной модели не удается.
Во втором предлагаемом конкретном варианте полезной модели оптический преломляющий элемент - плоскопараллельная пластина должна быть способна вращаться относительно двух взаимно перпендикулярных неподвижных осей, каждая из которых до начала определения положения микромеханических элементов перпендикулярна направлению луча света, идущего от источника света. При этом микромеханические элементы должны находится в одной плоскости и быть параллельными друг другу в не изогнутом состоянии, а их направление должно быть параллельно прямой пересечения плоскости, в которой лежат микромеханические элементы, с плоскостью, образованной пересечением луча, идущего от источника света, с одной из осей вращения оптической пластины. Кроме того, фоторегистрирующий комплекс в системе должен быть расположен так, чтобы до начала определения положения микромеханических элементов угол между плоскостью микромеханических элементов и одной из осей вращения оптической пластины совпадал с углом между плоскостью микромеханических элементов и плоскостью фоточувствительной поверхности фоторегистрирующего комплекса. Если хотя бы одно из этих условий не соблюсти, то решить техническую задачу полезной модели не удается.
В третьем предлагаемом конкретном варианте полезной модели оптический отражательный элемент - плоское зеркало должно быть способно поступательно двигаться вдоль направления луча света, идущего от источника света, и должно быть способно вращаться относительно оси, находящейся на пересечении плоскости зеркала с плоскостью, образованной падающим на зеркало и отраженным от него лучами света, при этом зеркало должно быть расположено так, что прямая, перпендикулярная оси вращения зеркала и лежащая в плоскости зеркала, до начала определения положения микромеханических элементов должна быть перпендикулярна направлению света, идущего от источника света. При этом микромеханические элементы должны находится в одной плоскости и быть параллельными друг другу в не изогнутом состоянии, а их направление должно быть перпендикулярно направлению луча света, идущего от источника света. Кроме того, фоторегистрирующий комплекс должен быть расположен так, что до начала определения положения микромеханических элементов угол между плоскостью микромеханических элементов и прямой, перпендикулярной оси вращения зеркала и лежащей в плоскости зеркала, был равен углу между плоскостью микромеханических элементов и плоскостью фоточувствительной поверхности фоторегистрирующего комплекса. Если хотя бы одно из этих условий не соблюсти, то решить техническую задачу полезной модели не удается.
С помощью предлагаемой полезной модели можно изучать качественный и количественный состав химических и биологических объектов, способных специфически связываться с рецепторами на поверхности микромеханических объектов с образованием устойчивых комплексов, присутствие которых приводит к изменению поверхностного натяжения, т.е. к изменению поверхностных сил, действующих на микромеханический элемент. При связывании таких объектов с рецепторами, нанесенными на один или нескольких микромеханических элементов системы, последние изгибаются. Величину такого изгиба предлагаемая система дает возможность регистрировать. При этом под чувствительностью определения положения гибких микромеханических элементов подразумевается минимальное изменение угла изгиба микромеханического элемента, которое может зафиксировать система.
Преимущества предлагаемой полезной модели иллюстрируют следующие примеры.
Пример 1 (по П.2 формулы полезной модели).
-9
В опыте используют систему для определения положения гибких микромеханических элементов, схематически изображенную на Фиг.1, состоящую из неподвижного источника света 1, в качестве которого использован лазерный модуль марки SPMC (производства Power technology inc), подвижного оптического отражательного элемента 2, в качестве которого использовано плоское зеркало, закрепленное на станине прибора с помощью шарнира шарового типа и способное вращаться относительно двух взаимно перпендикулярных осей, лежащих в плоскости зеркала, обозначенных на Фиг.1 штрихпунктирными линиями и дуговыми стрелками над ними, причем одна из осей до начала определения положения микромеханических элементов перпендикулярна направлению луча света, обозначенного на Фиг.1 стрелкой, идущего от лазерного модуля, и системы, состоящей из шести одинаковых гибких микромеханических элементов с отражательной поверхностью, обозначенных на Фиг.1 цифрой 3, в качестве которых были использованы кантилеверы марки CSG01 (производства Государственного Научно-Исследовательского Института Физических проблем имени Ф.В.Лукина). В использованной системе кантилеверы в не изогнутом состоянии параллельны друг другу, соединены с общим неподвижным основанием, обозначенным на Фиг.1 цифрой 4, лежат в одной плоскости с основанием и перпендикулярны направлению луча света, идущего от лазерного модуля. Кроме того, система содержит один фоторегистрирующий комплекс, обозначенный на Фиг.1 цифрой 5, в качестве которого была использована ПЗС камера марки Deep Sky Imager PRO 2 (производства Meade), соединенная с персональным компьютером, не показанном на Фиг.1. Для уточнения взаимного расположения конструктивных элементов использованной системы на Фиг.2 показана проекция использованной системы на плоскость, перпендикулярную направлению луча света, идущего от лазерного модуля. Из-за взаимного расположения лазерного модуля, обозначенного цифрой 1 и плоского зеркала, обозначенного цифрой 2, лазерный модуль на Фиг.2 трудно различим, поскольку сливается с зеркалом. При этом до начала определения положения микромеханических элементов кантилеверы, обозначенные цифрой 3, и ПЗС камера, обозначенная цифрой 5, расположены так, что угол, между плоскостью кантилеверов и осью вращения зеркала, перпендикулярной направлению луча света, идущего от лазерного модуля, обозначенный на Фиг.2 буквой α, равен углу между плоскостью фоточувствительной поверхности ПЗС камеры и плоскостью кантилеверов, обозначенному на Фиг.2 также буквой α, причем в данном конкретном опыте α равен 20°. Кроме того, на Фиг.2 основание кантилеверов обозначено цифрой 4. В данной системе взаимное расположение источника света, оптического отражательного элемента, системы микромеханических элементов и фоторегистрирующего комплекса подобрано так, что при движении оптического элемента луч света, идущий от источника света, после прохождения оптического элемента обязательно попадает и отражается от отражательной поверхности каждого микромеханического элемента на фоточувствительную поверхность фоторегистрирующего комплекса. Следует отметить, что в использованной системе лазерный модуль, основание кантилеверов и ПЗС камера неподвижны, а плоское зеркало подвижно и способно вращаться относительно двух взаимно перпендикулярных осей. Кроме того, кантилеверы обладают гибкостью и в ходе эксперимента способны изгибаться в результате изменения поверхностного натяжения на границе кантилевера и исследуемой экспериментатором системы, в качестве которой в данном опыте была использована система, состоящая из антител, специфических к белку пероксидазе хрена, и водного раствора пероксидазы хрена. Перед экспериментом на одну из сторон пяти кантилеверов наносят методом прямой сорбции из водного раствора антитела, специфические к пероксидазе хрена. На шестой кантилевер покрытие не наносят для определения влияния внешних условий на изгиб кантилеверов. Настройку использованной в опыте системы осуществляют путем направления луча света от лазерного модуля на конец одного из кантилеверов с помощью плоского зеркала. Настройку проводят вручную за счет поворота зеркала относительно оси вращения зеркала, перпендикулярной направлению кантилеверов. Затем все шесть кантилеверов подвергают воздействию водного раствора пероксидазы хрена. Направление лазерного луча на каждый из кантилеверов осуществляют за счет вращения зеркала относительно оси, перпендикулярной направлению лазерного луча, идущего от лазерного модуля. В данном опыте вращение зеркала вокруг вышеназванной оси осуществляют с помощью гальванометрического сканатора марки L Scan (производства компании Атеко), способного прецизионно вращать зеркало на заданные углы. Отраженный от кантилеверов луч света попадает на фоточувствительную поверхность ПЗС камеры, сигнал от которой передается на персональный компьютер, где он обрабатывается и визуализируется с помощью специального программного обеспечения. В результате связывания пероксидазы хрена с антителами, осажденными на кантилевере, происходит изменение поверхностного натяжения на границе кантилевера с раствором и, как следствие, происходит изгиб кантилеверов. По разнице усредненного отклонения кантилеверов, покрытых антителами, специфическими к пероксидазе хрена, и отклонения кантилевера без покрытия определяют концентрацию пероксидазы хрена в анализируемом водном растворе при использовании ранее полученной аналогичным методом градуировочной зависимости изгиба кантилевера от концентрации пероксидазы хрена. Таким образом, из примера видно, что предлагаемая система для определения положения гибких микромеханических элементов удобна в работе, т.к. позволяет осуществлять настройку системы перед началом эксперимента без использования каких-либо дополнительных приспособлений. Чувствительность определения поворота угла кантилеверов равна 0,25×10 радиан.
Пример 2 (по П.3 формулы полезной модели).
-9
В опыте используют систему для определения положения гибких микромеханических элементов, схематически изображенную на Фиг.3, состоящую из неподвижного источника света 1, в качестве которого использован лазерный модуль марки LDM-4 (производства Laserex), подвижного оптического преломляющего элемента 2, в качестве которого была использована оптическая плоскопараллельная пластина, закрепленная на станине прибора с помощью шарнира шарового типа и способная вращаться относительно двух взаимно перпендикулярных осей, лежащих в плоскости зеркала, обозначенных на Фиг.3 штрихпунктирными линиями и дуговыми стрелками над ними, причем каждая из осей до начала определения положения микромеханических элементов перпендикулярна направлению луча света, обозначенного на Фиг.3 стрелкой, идущего от лазерного модуля, и системы, состоящей из четырех одинаковых гибких микромеханических элементов с отражательной поверхностью, обозначенных на Фиг.3 цифрой 3, в качестве которых были использованы кантилеверы марки ОСТО-500 (производства компании Micromotive). В использованной системе кантилеверы в не изогнутом состоянии параллельны друг другу, соединенны с общим неподвижным основанием, обозначенным на Фиг.3 цифрой 4, лежат в одной плоскости с основанием, а направление кантилеверов параллельно прямой пересечения плоскости, в которой лежат кантилеверы, с плоскостью, образованной пересечением луча света, идущего от лазерного модуля, с одной из осей вращения оптической пластины. Кроме того, система содержит один фоторегистрирующий комплекс, обозначенный на Фиг.3 цифрой 5, в качестве которого использована ПЗС камера марки ICX084AL (производства компании Sony), соединенная с персональным компьютером, не показанном на Фиг.3. Для уточнения взаимного расположения конструктивных элементов использованной системы на Фиг.4 показана проекция использованной системы на плоскость, перпендикулярную одной из осей вращения оптической преломляющей пластины и параллельную направлению кантилеверов. На этой Фиг. источник света и оптическая преломляющая пластина обозначены цифрами 1 и 2, соответственно, кантилеверы и их неподвижное основание обозначены соответственно цифрами 3 и 4, а цифрой 5 фоторегистрирующий комплекс. При этом до начала определения положения микромеханических элементов ПЗС камера и кантилеверы расположены так, что угол между плоскостью кантилеверов и одной из осей вращения оптической пластины, обозначенный на Фиг.4 буквой α, равен углу между плоскостью фоточувствительной поверхности ПЗС камеры и плоскостью кантилеверов, обозначенному на Фиг.4 также буквой α, причем в данном конкретном опыте α равен 21°. Кроме того, на Фиг.4 основание кантилеверов обозначено цифрой 4. В данной системе взаимное расположение источника света, оптического преломляющего элемента, системы микромеханических элементов и фоторегистрирующего комплекса подобрано так, что при движении оптического элемента луч света, идущий от источника света, после прохождения оптического элемента обязательно попадает и отражается от отражательной поверхности каждого микромеханического элемента на фоточувствительную поверхность фоторегистрирующего комплекса. Следует отметить, что в использованной системе лазерный модуль, основание кантилеверов и ПЗС камера неподвижны, а оптическая пластина подвижна и способна вращаться относительно двух взаимно перпендикулярных осей. Кроме того, кантилеверы обладают гибкостью и в ходе эксперимента способны изгибаться в результате изменения поверхностного натяжения на границе кантилевера и исследуемой экспериментатором системы, в качестве которой в данном опыте была использована система, состоящая из антител, специфических к морфину, и водного раствора морфина. Перед экспериментом на одну из сторон трех кантилеверов наносят методом прямой сорбции из водного раствора антитела, специфические к морфину. На четвертый кантилевер покрытие не наносят для определения влияния внешних условий на изгиб кантилеверов. Настройку использованной в опыте системы осуществляют путем направления луча света от лазерного модуля на конец одного из кантилеверов с помощью оптической пластины. Настройку проводят вручную за счет поворота оптической пластины относительно одной из ее осей вращения. Затем все четыре кантилевера подвергают воздействию водного раствора морфина. Направление лазерного луча на каждый из кантилеверов осуществляют за счет вращения оптической пластины относительно другой ее оси вращения. В данном опыте такое вращение осуществляют с помощью гальванометрического сканатора марки RLA1004-AG/D2 (производства компании AYLASE АG), способного прецизионно вращать зеркало на заданные углы. Отраженный от кантилеверов лазерный луч попадает на фоточувствительную поверхность ПЗС камеры, сигнал от которой передается на персональный компьютер, где он обрабатывается и визуализируется с помощью специального программного обеспечения. В результате связывания морфина с антителами, осажденными на поверхности кантилевера, происходит изменение поверхностного натяжения на границе кантилевера с раствором и, как следствие, происходит изгиб кантилевера. По разнице усредненного отклонения кантилеверов, покрытых антителами, специфическими к морфину, и отклонения кантилевера без покрытия определяют концентрацию морфина в анализируемом водном растворе при использовании ранее полученной аналогичным методом градуировочной зависимости изгиба кантилевера от концентрации морфина. Таким образом, из примера видно, что предлагаемая система для определения положения гибких микромеханических элементов удобна в работе, т.к. позволяет осуществлять настройку системы перед началом эксперимента без использования каких-либо дополнительных приспособлений. Чувствительность определения поворота угла кантилеверов равна 0,23×10 радиан.
Пример 3 (по П.4 формулы полезной модели).
4
2
2
-9
В опыте используют систему для определения положения гибких микромеханических элементов, схематически изображенную на Фиг.5, состоящую из неподвижного источника света 1, в качестве которого использован лазерный модуль марки SPMC (производства Power technology inc), подвижного оптического отражательного элемента 2, в качестве которого использовано плоское зеркало, зафиксированное на линейной направляющей станины прибора с помощью шарнира шарового типа. При такой фиксации зеркало способно поступательно двигаться вдоль направления луча света, обозначенного на Фиг.5 стрелкой, идущего от лазерного модуля, и вращаться относительно оси, обозначенной на Фиг.5 штрихпунктирной линией и дуговыми стрелками над ней, находящейся на пересечении плоскости зеркала с плоскостью, образованной падающим на зеркало и отраженным от него лучами света. В данной системе прямая, перпендикулярная оси вращения зеркала и лежащая в плоскости зеркала, до начала определения положения микромеханических элементов перпендикулярна направлению луча света, идущего от лазерного модуля, и, кроме того, она содержит систему, состоящую из пяти одинаковых гибких микромеханических элементов с отражательной поверхностью, обозначенных на Фиг.5 цифрой 3, в качестве которых были использованы кантилеверы марки DP17/GP (производства компании Mikromash). В использованной системе кантилеверы в не изогнутом состоянии параллельны друг другу, соединены с общим неподвижным основанием, обозначенным на Фиг.5 цифрой 4, лежат в одной плоскости с основанием, и перпендикулярны направлению луча света, идущего от лазерного модуля. Кроме того, система содержит один фоторегистрирующий комплекс, обозначенный на Фиг.5 цифрой 5, в качестве которого использована ПЗС камера марки Видеоскан-205 (производства компании НПП Видеоскан), соединенная с персональным компьютером, не показанном на Фиг.5. Для уточнения взаимного расположения конструктивных элементов использованной системы на Фиг.6 показана проекция использованной системы на плоскость, перпендикулярную направлению луча света, идущего от лазерного модуля. На этой Фиг. источник света и зеркало обозначены цифрами 1 и 2, соответственно, кантилеверы и их неподвижное основание обозначены соответственно цифрами 3 и 4, а цифрой 5 обозначен фоторегистрирующий комплекс. При этом до начала определения положения микромеханических элементов ПЗС камера и кантилеверы расположены так, что угол между плоскостью кантилеверов и прямой, перпендикулярной оси вращения зеркала и лежащей в плоскости зеркала, обозначенный на Фиг.6 буквой α, равен углу между плоскостью фоточувствительной поверхности ПЗС камеры и плоскостью кантилеверов, обозначенному на Фиг.6 также буквой α, причем в данном конкретном опыте α равен 18°. Кроме того, на Фиг.6 основание кантилеверов обозначено цифрой 4. В данной системе взаимное расположение источника света, оптического отражательного элемента, системы микромеханических элементов и фоторегистрирующего комплекса подобрано так, что при движении оптического элемента луч света, идущий от источника света, после прохождения оптического элемента обязательно попадает и отражается от отражательной поверхности каждого микромеханического элемента на фоточувствительную поверхность фоторегистрирующего комплекса. Следует отметить, что в использованной системе лазерный модуль, основание кантилеверов и ПЗС камера неподвижны, а плоское зеркало подвижно и способно вращаться относительно оси, находящейся на пересечении плоскости зеркала с плоскостью, образованной падающим на зеркало и отраженным от него лучами света, и способно поступательно двигаться вдоль направления луча света, идущего от лазерного модуля. Кроме того, кантилеверы обладают гибкостью и в ходе эксперимента способны изгибаться в результате изменения поверхностного натяжения на границе кантилевера и исследуемой экспериментатором системы, в качестве которой в данном опыте была использована система, состоящая из рецептора - бис-4-(2-пиридилметиленаминофинил)дисульфида, специфического к иону кобальта, и водного раствора соли Со(СlO)•6НO. Перед экспериментом на одну из сторон четырех кантилеверов наносят методом прямой сорбции из водного раствора рецепторы, специфические к ионам кобальта. На пятый кантилевер покрытие не наносят для определения влияния внешних условий на изгиб кантилеверов. Настройку использованной в опыте системы осуществляют путем направления луча света от лазерного модуля на конец одного из кантилеверов с помощью зеркала. Настройку проводят вручную за счет поворота зеркала относительно ее оси вращения. Затем все пять кантилеверов подвергают воздействию водного раствора соли кобальта. Направление лазерного луча на каждый из кантилеверов осуществляют за счет поступательного движения зеркала вдоль направления луча света, идущего от лазерного модуля. В данном опыте такое движение осуществляют с помощью линейного двигателя марки Linear Motor, LVCM-013-013-02 (производства компании Moticont), способного прецизионно перемещать зеркало на заданные расстояния. Отраженный от кантилеверов лазерный луч попадает на фоточувствительную поверхность ПЗС камеры, сигнал от которой передается на персональный компьютер, где он обрабатывается и визуализируется с помощью специального программного обеспечения. В результате связывания ионов кобальта рецепторами, осажденным на поверхности кантилевера, происходит изменение поверхностного натяжения на границе кантилевера с раствором и, как следствие, происходит изгиб кантилевера. По разнице усредненного отклонения кантилеверов, покрытых рецепторами, специфическими к иону кобальта, и отклонения кантилевера без покрытия определяют концентрацию кобальта в анализируемом водном растворе при использовании ранее полученной аналогичным методом градуировочной зависимости изгиба кантилевера от концентрации ионов кобальта. Таким образом, из примера видно, что предлагаемая система для определения положения гибких микромеханических элементов удобна в работе, т.к. позволяет осуществлять настройку системы перед началом эксперимента без использования каких-либо дополнительных приспособлений. Чувствительность определения поворота угла кантилеверов равна 0,27×10 радиан.
Пример 4 (контрольный, по прототипу).
-9
Опыт проводят аналогичный примеру 1, однако используют систему для определения положения гибких микромеханических элементов, схематически изображенную на Фиг.7, состоящую из подвижного источника света 1, в качестве которого использован лазерный модуль марки SPMC (производства Power technology inc), зафиксированного на линейной направляющей станины прибора, неподвижного оптического отражательного элемента 2, в качестве которого использовано плоское зеркало, и системы, состоящей из шести одинаковых гибких микромеханических элементов с отражательной поверхностью, обозначенных на Фиг.7 цифрой 3, в качестве которых были использованы кантилеверы марки CSG01 (производства Государственного Научно-Исследовательского Института Физических проблем имени Ф.В.Лукина). В использованной системе кантилеверы в не изогнутом состоянии параллельны друг другу, соединены с общим неподвижным основанием, обозначенным на Фиг.7 цифрой 4, лежат в одной плоскости с основанием и перпендикулярны направлению луча света, обозначенного стрелкой на Фиг.7, идущего от лазерного модуля. Кроме того, система содержит один фоторегистрирующий комплекс, обозначенный на Фиг.7 цифрой 5, в качестве которого использована ПЗС камера марки Deep Sky Imager PRO 2 (производства Meade), соединенная с персональным компьютером, не показанном на Фиг.7. Следует отметить, что в использованной системе зеркало, основание кантилеверов и ПЗС камера неподвижны, а лазерный модуль подвижен и способен поступательно двигаться вдоль линейной направляющей, перпендикулярной направлению луча света, идущего от лазерного модуля, и лежащей в плоскости, параллельной плоскости, содержащей микромеханические элементы. Направление движения источника света на Фиг.7 показано обоюдоострой стрелкой. Кроме того, кантилеверы обладают гибкостью и в ходе эксперимента способны изгибаться в результате изменения поверхностного натяжения на границе кантилевера и исследуемой экспериментатором системой. Направление лазерного луча на каждый из кантилеверов осуществляют за счет линейного перемещения лазерного модуля. Чувствительность определения поворота угла кантилеверов равна 1,3×10 радиан.
Таким образом, из приведенных примеров видно, что предлагаемая полезная модель действительно позволяет создать более удобную систему для определения положения гибких микромеханических элементов, позволяющую легко осуществлять настройку системы перед работой и обладающую повышенной примерно в 6 раз чувствительностью определения положения гибких микромеханических элементов.
Были проведены дополнительные опыты, которые показали, что техническая задача полезной модели не выполняется, если система для определения положения гибких микромеханических элементов не содержит хотя бы один из нижеуказанных признаков, например, такой как, наличие в системе источника света, наличие оптического отражательного или оптического преломляющего элемента, наличие системы, состоящей не менее чем из двух микромеханических элементов с отражательной поверхностью, и по крайней мере одного фоторегистрирующего комплекса, наличие подвижности у источника света. Кроме того, техническая задача полезной модели не выполняется, если оптический отражательный или оптический преломляющего элемент не способен поступательно двигаться и/или вращаться, или подбор взаимного расположения источника света, оптического отражательного или оптического преломляющего элемента, системы микромеханических элементов и фоторегистрирующего комплекса осуществлен так, что при движении оптического элемента луч света, идущий от источника света, после прохождения оптического элемента не попадает и не отражается от отражательной поверхности каждого микромеханического элемента на фоточувствительную поверхность фоторегистрирующего комплекса.
Были проведены дополнительные эксперименты, которые показали, что в первом конкретном варианте полезной модели техническая задача полезной модели не выполняется, если система для определения положения гибких микромеханических элементов не содержит хотя бы один из нижеуказанных признаков, например, такой как, наличие в системе в качестве оптического отражательного элемента плоского зеркала, способного вращаться относительно двух взаимно перпендикулярных неподвижных осей, лежащих в плоскости зеркала, одна из которых до начала определения положения микромеханических элементов перпендикулярна направлению луча света, идущего от источника света, наличие в системе микромеханических элементов, находящихся в одной плоскости и параллельных друг другу в не изогнутом состоянии, направление которых перпендикулярно направлению луча света, идущего от источника света, наличие в системе фоторегистрирующего комплекса, расположенного так, что до начала определения положения микромеханических элементов угол между плоскостью микромеханических элементов и осью вращения зеркала, перпендикулярной лучу света, идущего от источника света, равен углу между плоскостью микромеханических элементов и плоскостью фоточувствительной поверхности фоторегистрирующего комплекса.
Проведенные дополнительные опыты показали, что во втором конкретном варианте полезной модели техническая задача полезной модели не выполняется, если система для определения положения гибких микромеханических элементов не содержит хотя бы один из нижеуказанных признаков, например, такой как, наличие в системе в качестве оптического преломляющего элемента оптической плоскопараллельной пластины, способной вращаться относительно двух взаимно перпендикулярных неподвижных осей, лежащих в плоскости оптической пластины, каждая из которых до начала определения положения микромеханических элементов перпендикулярна направлению луча света, идущего от источника света, наличие в системе микромеханических элементов, находящихся в одной плоскости и параллельных друг другу в не изогнутом состоянии, направление которых параллельно прямой пересечения плоскости, в которой лежат микромеханические элементы, и плоскости, образованной пересечением луча света, идущего от источника света, с одной из осей вращения оптической пластины, наличие в системе фоторегистрирующего комплекса расположенного, так, что до начала определения положения микромеханических элементов угол между плоскостью микромеханических элементов и одной из осей вращения оптической пластины равен углу между плоскостью микромеханических элементов и плоскостью фоточувствительной поверхности фоторегистрирующего комплекса.
Были проведены дополнительные эксперименты, которые показали, что в третьем конкретном варианте полезной модели техническая задача полезной модели не выполняется, если система для определения положения гибких микромеханических элементов не содержит хотя бы один из нижеуказанных признаков, например, такой как, наличие в системе в качестве оптического отражательного элемента плоского зеркала, способного поступательно двигаться вдоль направления луча света, идущего от источника света, и вращаться относительно оси, находящейся на пересечении плоскости зеркала и плоскости, образованной падающим на зеркало и отраженным от него лучами света, и расположение зеркала в системе так, что прямая, перпендикулярная оси вращения зеркала и лежащая в плоскости зеркала, до начала определения положения микромеханических элементов перпендикулярна направлению луча света, идущего от источника света, наличие в системе микромеханических элементов, находящихся в одной плоскости и параллельных друг другу в не изогнутом состоянии, направление которых перпендикулярно направлению луча света, идущего от источника света, расположение фоторегистрирующего комплекса в системе так, что до начала определения положения микромеханических элементов угол между плоскостью микромеханических элементов и прямой, перпендикулярной оси вращения зеркала и лежащей в плоскости зеркала, равен углу между плоскостью микромеханических элементов и плоскостью фоточувствительной поверхности фоторегистрирующего комплекса.