АНАЛИЗАТОР ГЛЮКОЗЫ

Полезная модель относится к технике исследования и анализа биологических материалов путем определения электрохимических параметров и может быть использована в медицине для определения концентрации глюкозы в биологических материалах (кровь, сыворотка крови, плазма крови, моча, ликвор).
Известен вольтамперометрический анализатор, содержащий, по меньшей мере, одну электрохимическую ячейку, состоящую, по меньшей мере, из индикаторного электрода и вспомогательного электрода, блок формирования поляризующего напряжения, выход которого подключен к вспомогательному электроду, устройство перемешивания раствора электрохимической ячейки, выход которого соединен механически с индикаторным электродом, который подключен к входу измерительного
преобразователя, блок управления и вывода данных, первый выход которого подключен к входу блока формирования поляризующего напряжения, второй выход к управляющему входу измерительного преобразователя, а его третий выход и первый вход объединены и подключены к входу устройства перемешивания раствора электрохимической ячейки. Дополнительно в анализатор введены блок синхронизации измерений и блок определения концентрации, вход и выход которого соединены соответственно с четвертым выходом и вторым входом блока управления и вывода данных, при этом первый вход блока синхронизации измерения соединен с выходом измерительного преобразователя, его второй вход подключен к третьему выходу блока управления и вывода данных, третий вход соединен с пятым выходом блока управления и вывода данных, а выход блока синхронизации подключен к третьему входу блока управления и вывода данных (патент РФ №2314523 на изобретение, кл. GO1N 27/48, опубл. 10.01.2008).
К недостаткам известного вольтамерометрического анализатора следует отнести: отсутствие насосов для подачи исследуемых растворов в электрохимическую ячейку и откачки отработанного раствора из электрохимической ячейки снижает производительность работы и ухудшает условия его эксплуатации;
- невозможность хранения нескольких результатов анализа из-за отсутствия блока памяти результатов анализа.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является экспресс-анализатор «Эксан-Г», содержащий измерительную ячейку, включающую амперометрический ферментный датчик, на рабочей поверхности которого расположены анодный (рабочий) электрод, электрод сравнения и ферментная глюкозооксидазная мембрана; магнитную мешалку, перистальтический насос, пипеточный дозатор, систему автоматической подстройки чувствительности, содержащую термодатчик; электронный блок, панель управления, индикатор, емкость для буферного раствора и емкость для отработанного раствора (Лауринавичус В.А., Фирантас С.Г.-А., Куртинайтене Б.C., Гурявичене В.В., Балтакис Г.Ю., Кайрис Г.-Л.Л., Василяускас П.С.«Определение глюкозы в крови с помощью экспресс-анализатора «Эксан-Г». Лабораторное дело. 1987; №11, с.844-849 - прототип).
К недостаткам известного экспресс-анализатора следует отнести:
- низкую производительность из-за наличия одного перистальтического насоса, осуществляющего не только подачу буферного раствора в измерительную ячейку, но и удаление отработанного раствора из измерительной ячейки;
- невозможность хранения нескольких результатов анализа из-за отсутствия блока памяти результатов анализа;
- невозможность синхронизации запуска измерения и ввода пробы в измерительную ячейку из-за отсутствия синхродатчика в пипеточном дозаторе и электрического соединения пипеточного дозатора с электронным блоком.
Техническим результатом полезной модели является создание новой конструкции анализатора глюкозы, обеспечивающего повышение производительности работы и удобство в эксплуатации.
Для достижения технического результата заявляемый анализатор глюкозы, содержащий измерительную ячейку, включающую амперометрический ферментный датчик, на рабочей поверхности которого расположены анодный электрод, электрод сравнения и ферментная глюкозооксидазная мембрана; магнитную мешалку, перистальтический насос, пипеточный дозатор, термодатчик, электронный блок, панель управления, индикатор, емкость для буферного раствора и емкость для отработанного раствора, согласно полезной модели, содержит два перистальтических насоса, один насос для подачи буферного раствора в измерительную ячейку, другой насос для удаления отработанного раствора из измерительной ячейки, при этом дополнительно содержит блок памяти для хранения информации о результатах нескольких анализов
и сведений о пациентах, причем пипеточный дозатор, содержащий синхродатчик для запуска процесса измерения, электрически соединен с электронным блоком для синхронизации запуска измерения и ввода пробы в измерительную ячейку.
В таком анализаторе глюкозы предпочтительно:
- наличие термопечатающего устройства для вывода результатов анализа на бумажный носитель;
- измерительная ячейка содержит вспомогательный электрод;
- индикатор выполнен в виде жидкокристаллического графического дисплея;
- наличие разъема для подключения клавиатуры для ввода в блок памяти сведений о пациентах;
- наличие разъема для подключения компьютера;
- панель управления выполнена в виде сенсорных кнопок, расположенных на лицевой части корпуса.
Наличие в анализаторе глюкозы двух перистальтических насосов, один из которых предназначен для подачи буферного раствора в измерительную ячейку, а другой для удаления отработанного раствора из измерительной ячейки обеспечивает заявляемой полезной модели повышение производительности работы.
Наличие блока памяти для хранения информации о результатах нескольких анализов и сведений о пациентах, электрическое соединение пипеточного дозатора, содержащего синхродатчик для запуска процесса измерения, с электронным блоком для синхронизации запуска измерения и ввода пробы в измерительную ячейку, а также предпочтительное наличие термопечатающего устройства для вывода результатов анализа на бумажный носитель, установка вспомогательного электрода в измерительной ячейке, выполнение индикатора в виде жидкокристаллического графического дисплея, наличие разъемов для подключения клавиатуры для ввода в блок памяти сведений о пациентах и для подключения компьютера, выполнение панели управления в виде сенсорных кнопок, расположенных на лицевой части корпуса, обеспечивают заявляемой полезной модели удобство в эксплуатации.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 схематически изображен анализатор глюкозы, на фиг.2 показан разрез измерительной ячейки.
Анализатор глюкозы содержит измерительную ячейку 1, включающую амперометрический ферментный датчик, на рабочей поверхности которого расположены анодный электрод 2, электрод сравнения 3 и ферментная глюкозооксидазная мембрана 4; магнитную мешалку 5, пипеточный дозатор 6, термодатчик 7, электронный блок 8,
панель управления 9, индикатор 10, емкость 11 для буферного раствора и емкость 12 для отработанного раствора, два перистальтических насоса, один насос 13 для подачи буферного раствора в измерительную ячейку 1, другой насос 14 для удаления отработанного раствора из измерительной ячейки 1, блок памяти 15 для хранения информации о результатах нескольких анализов и сведений о пациентах, при этом пипеточный дозатор 6, содержащий синхродатчик для запуска процесса измерения, электрически соединен с электронным блоком 8 для синхронизации запуска измерения и ввода пробы в измерительную ячейку 1.
Анализатор глюкозы предпочтительно содержит термопечатающее устройство 16 для вывода результатов анализа на бумажный носитель, при этом измерительная ячейка 1 содержит вспомогательный электрод 17, а индикатор 10 выполнен в виде жидкокристаллического графического дисплея. В анализаторе глюкозы имеется разъем 18 для подключения клавиатуры для ввода в блок памяти 15 сведений о пациентах и разъем 19 для подключения компьютера. Панель управления 9 анализатора глюкозы выполнена в виде сенсорных кнопок, расположенных на лицевой части корпуса.
Анализатор глюкозы, изображенный на фиг.1-2, работает следующим образом.
При помощи пипеточного дозатора 6 объемом 50 мкл в измерительную ячейку 1 вводится проба исследуемого биологического материала (например, кровь), которая, попадая в реакционную камеру измерительной ячейки 1, разбавляется находящимся в ней буферным раствором. Конструкция измерительной ячейки 1 обеспечивает постоянный объем буферного раствора в реакционной камере вместимостью 1 мл. Таким образом, при введении 50 мкл. пробы в реакционную камеру, проба разбавляется в 20 раз. Магнитная пластинка мешалки 5, находящаяся в реакционной камере измерительной ячейки 1, обеспечивает равномерное перемешивание пробы в буферном растворе. Ее вращение внутри реакционной камеры происходит за счет изменяемого магнитного поля, которое создается снаружи постоянным магнитом, вращающимся на оси электродвигателя мешалки 5. Скорость вращения электродвигателя магнитной мешалки 5 контролируется электронным блоком 8. Пипеточный дозатор 6 снабжен синхродатчиком (устройством автоматического запуска измерения) и подключен к электронному блоку 8 анализатора. В тот момент, когда в измерительную ячейку впрыскивается проба, синхродатчик запускает цикл измерения этой пробы.
В реакционной камере измерительной ячейки установлен амперометрический ферментный датчик 1, на рабочей поверхности которого расположены анодный электрод 2, изготовленный из платины в
форме диска, хлорсеребряный электрод сравнения 3, изготовленный из серебра в форме полукольца и ферментная глюкозооксидазная мембрана 4. Мембрана 4 представляет собой многослойную пленочную конструкцию, закрепленную с помощью клея на резиновом кольце. Кольцо служит для фиксации мембраны на рабочей поверхности датчика. Слои мембраны 4 имеют разное назначение, например, один слой обеспечивает избирательную проницаемость для различных молекул и газов, другой - защищает ферментный слой мембраны от загрязнения такими компонентами крови, как форменные элементы, клетки, белки и др. В ферментный слой мембраны 4 иммобилизован фермент глюкозооксидаза, в котором происходит реакция окисления глюкозы.
В боковой стенке реакционной камеры измерительной ячейки 1, напротив амперометрического ферментного датчика, установлен вспомогательный электрод 17, изготовленный из титана, который вместе с анодным электродом 2 и электродом сравнения 3 участвует в электрохимической реакции.
2
2
2
2
При введении пробы в реакционную камеру измерительной ячейки 1 в ферментном слое мембраны происходит ферментативное окисление глюкозы с образованием перекиси водорода НO и глюконовой кислоты. Перекись водорода НO на анодном электроде 2 распадается (см. схему), с появлением электрического сигнала (анодного тока).
По величине тока можно судить о концентрации глюкозы в пробе, так как существует зависимость между образовавшимся анодным током и концентрацией глюкозы пробы.
Появившийся анодный ток регистрируется и обрабатывается в электронном блоке 8 анализатора.
Результат измерения отображается на индикаторе 10, после чего автоматически включается промывка реакционной камеры измерительной ячейки 1. Промывка осуществляется буферным раствором, поступающим из емкости 11 при помощи насоса 13, подающего буферный раствор. Поступающий в реакционную камеру измерительной ячейки 1 буферный раствор промывает реакционную камеру, удаляя остатки исследуемого биологического материала, а ферментную мембрану 4 очищает от продуктов ферментативной реакции. Отработанный буферный раствор при помощи насоса 14, откачивается из реакционной камеры измерительной ячейки 1 в емкость 12 для отходов. Время промывки реакционной камеры измерительной ячейки 1 зависит от концентрации глюкозы в пробе и задается электронным блоком 8 анализатора. Чем выше концентрация глюкозы в пробе, тем больше время промывки.
Так как чувствительность амперометрического ферментного датчика зависит от температуры, то для ее контроля в анализаторе установлен
термодатчик 7, подключенный к электронному блоку 8 анализатора. Термодатчик 7 отслеживает температуру буферного раствора и, в случае ее критического изменения, предупреждает об этом оператора соответствующей информацией на индикаторе 10.
Управление анализатором осуществляется при помощи кнопок панели управления 9.
Для сохранения результатов анализов в анализаторе имеется блок памяти 15, управляемый электронным блоком 8. Для вывода результатов анализов на бумагу, в анализаторе предусмотрено термопечатающее устройство 16, управляемое с помощью электронного блока 8 и блока памяти 15.
Для передачи данных в персональный компьютер имеется разъем 19, а для подключения клавиатуры ввода в блок памяти 15 сведений о пациенте имеется разъем 18.
Приведенные в таблице технические характеристики заявляемого анализатора глюкозы и прототипа выгодно отличают заявляемую полезную модель от прототипа. Так, например, по одной из важнейших технических характеристик - время одного цикла измерений, включая измерение и промывку, у заявляемого анализатора глюкозы составляет от 37 до 70 сек в зависимости от концентрации глюкозы в пробе, а у прототипа - 100 сек вне зависимости от концентрации глюкозы в пробе.
Сопоставительный анализ заявляемого анализатора глюкозы и прототипа выявляет наличие отличительных признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели критерию «новизна».
Наличие отличительных признаков дает возможность получить положительный эффект, выражающийся в создании нового анализатора глюкозы, обеспечивающего повышение производительности работы и удобство в эксплуатации.
Использование заявляемого анализатора глюкозы для определения концентрации глюкозы в биологических материалах, например в крови, обеспечивает ему соответствие критерию «промышленная применимостью.
ТаблицаТехнические характеристики заявляемого анализатора глюкозы и прототипа («Эксан-Г»)
Технические характеристики
Заявляемый анализатор глюкозы
Прототип
Тип дозатора
Механический дозатор, 50 мкл, с синхродатчиком, подключенный к электронному блоку
Механический дозатор, 50 мкл, без синхродатчика
Запуск цикла «измерение-промывка»
Автоматический
Ручной
Тип индикатора
Светодиодные матрицы
Графический индикатор с подсветкой
Погрешность измерения, %
6
8
Производительность, анализов в час
90
30
Время одного измерения, сек
от 5 до 10
Более 10
Время одного цикла измерений (включающий измерение и промывку), сек
от 37 до 70
100
Время однократной промывки измерительной ячейки, сек
от 27 до 60
90
Объем буферного раствора на однократную промывку, мл
от 10 до 17
13±7
Потребляемая мощность, В·А
30
40
Габаритные размеры, мм
325×307×143
370×320×334
Масса, кг
5
9
Средний срок службы, лет
5
5
Наличие функции «длительность промывки измерительной ячейки в зависимости от концентрации глюкозы»
Есть
Нет
Наличие функции «Контроль температуры»
Есть
Нет
Наличие функции «Автоматическая калибровка»
Есть
Нет
Наличие блока памяти анализов
Есть
Нет
Подключение к ЭВМ
Есть
Есть
Наличие встроенного термопечатающего устройства
Есть
Нет
Наличие индикации «активность мембраны»
Есть
Нет