Инвертированный анализатор траекторий наночастиц

Полезная модель относится к оптическим приборам, предназначенным для измерения размеров и других характеристик наночастиц в жидкости, и может быть использована для фундаментальных и прикладных исследований в физике, химии, биологии, медицине.
Известны устройства для измерения размеров наночастиц, содержащие лазер с оптическим трактом для транспортировки лазерного излучения, на пути которого установлена горизонтально расположенная оптическая ячейка, содержащая исследуемую жидкость с наночастицами и установленной над оптической ячейкой видеокамерой, снабженной объективом микроскопа для регистрации в реальном масштабе времени текущего положения частиц, визуализация которых осуществляется за счет рассеяния лазерного излучения на частицах (см., например, Sizing and phenotyping of cellular vesicles using Nanoparticle Tracking Analysis, R.A. Dragovic, at all, Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine 7 (2011) 780-788).
К недостаткам известных устройств следует отнести сложность подбора оптимальных параметров измерения и трудоемкую процедуру приготовления образцов с необходимой концентрацией наночастиц.
Наиболее близким к предложенному техническому решению по технической сущности и достигаемому эффекту является прибор, содержащий лазер, блок фокусировки, горизонтально расположенную оптическую ячейку с исследуемой жидкостью, установленный над оптической ячейкой объектив и видеокамеру, подключенную к компьютеру, выполняющему управление прибором и обработку данных с помощью специальной программы (см., например, Optical Detection and Analysis of Particles, R.J.G. Carr, Patent No: US 7399600 B2, Jul. 15, 2008, по кл. G01N 33/543, 2006.01).
К недостаткам описанного устройства следует отнести сложность настройки прибора, обусловленную использованной в нем оптической схемой с расположением объектива и видеокамеры над кюветой и высокую сложность приготовления образцов для исследования, вызванную конструкцией встроенной в прибор специальной оптической ячейки.
Техническим результатом, на получение которого направлена полезная модель, является упрощение процедур приготовления образцов, настройки и проведения измерений.
Технический результат достигается в устройстве, подключенном к компьютеру, выполненному с возможностью управления устройством и обработки получаемых данных, содержащем лазер с блоком фокусировки, оптическую ячейку, объектив и видеокамеру, отличающемся тем, что устройство собрано по инвертированной оптической схеме, в которой объектив и видеокамера расположены под оптической ячейкой, с возможностью выполнения анализа рассеянного в образце света, выходящего через нижнюю оптическую поверхность оптической ячейки, а оптическая ячейка выполнена в виде флуориметрической кюветы с полированным дном и с находящейся в ней съемной вставкой.
В устройстве значительно упрощается процесс измерений и настройки, становится возможным использование сменных кювет и проведение серий измерений образцов, находящихся в нескольких стандартных флуориметрических кюветах. Кроме того, существенно упрощается процесс очистки кюветы от старого образца, что позволяет избежать ошибок измерений, связанных с недостаточно тщательной очисткой кюветы.
Описанное исполнение устройства позволяет использовать его при исследовании, например, коллоидных и полимерных дисперсий, кинетики химических реакций, дисперсных загрязнений, иммунологических реакций и т.п., с возможностью предварительной подготовки ряда образцов, помещенных в стандартные флуориметрические кюветы с последующей простой процедурой измерения путем последовательной смены кювет в приборе.
На фиг. 1 представлена структурная схема устройства.
Инвертированный анализатор траекторий наночастиц содержит лазер 1, луч которого формируется блоком фокусировки 2 и подается в кювету 3. В качестве кюветы используется стандартная флуориметрическая кювета с полированным дном. Необходимые геометрические параметры объема образца 4 формируются с помощью вставки в кювету 5. Вставка изготовлена из черного фторопласта, что обеспечивает требуемую химическую стойкость и повышает контраст изображения. Толщина слоя образца, в котором анализируется рассеяние света на наночастицах, задается путем опускания или поднятия вставки в кювету.
Свет от лазера рассеивается на наночастицах, осуществляющих броуновское движение. Свет, рассеянный под 90° из небольшого объема образца, через полированное дно кюветы собирается объективом микроскопа 6 и подается на матрицу цифровой видеокамеры 7. Визуализированное таким образом положение каждой наночастицы записывается в реальном масштабе времени с частотой 20-100 кадров в секунду. Сигнал с видеокамеры подается в компьютер 8, программное обеспечение которого строит и анализирует траектории движения наночастиц, которые в данный промежуток времени наблюдаются в рассеивающем объеме. Устройство управления прибором 9 позволяет задавать необходимые режимы измерения и настройки прибора, осуществлять измерение температуры образца и его термостабилизацию, а также подстраивать положение объектива с помощью узла автоматической регулировки 10 с целью получения максимально резкого изображения рассеивающего объема.
В качестве варианта технической реализации устройства может быть использован инвертированный тринокулярный микроскоп, снабженный соответствующим кюветным блоком.