ПРИБОР ДЛЯ БИОМЕДИЦИНСКИХ И ТОКСИКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
DEVICE FOR BIOMEDICAL AND TOXICOLOGY RESEARCH

Изобретение относится к области экологии, фармакологии, токсикологии и медицины (например, определение активности комплимента).
Известно оптоэлектронное устройство для оценки подвижности микроорганизмов в целях биологического мониторинга природных водоемов (Патент SU 1697004). Однако данное устройство предназначено для работы только в полевых условиях и имеет один канал съема информации.
Известно устройство для определения подвижности биологических объектов в жидкой среде для оценки токсичности водных растворов (Патент SU 1677630 A1). Однако данное устройство имеет сложную оптическую систему и требует наличия кюветы с 4-мя прозрачными стенками, где проводятся измерения.
Известен прибор для экотоксикологического контроля, позволяющий визуализировать подвижные биологические объекты путем построения 2,5 D-графика. Однако прибор имеет сложную конструкцию, низкую производительность, а измерения проводят в тонком слое (И.С. Захаров, А.В. Завгодский. Биотестовые аппаратурные средства и методы контроля локомоций инфузорий, Известия ЮФУ, Раздел III, Биотехнологии, 2008, стр. 205-209).
Известен прибор "Биотестер-2" для применения в области токсикологического мониторинга, использующий локомоторные способности инфузорий. Измерения проводят в стандартной кювете, фотометрическим способом [И.С. Захаров, А.В. Пожаров, Т.В. Гурская, А.Д. Финогенов. Биосенсорные системы в медицине и экологии - СПб: СПбГУТ, 2003; Д.О. Виноходов. Токсикологические исследования кормов с использованием инфузорий, Санкт-Петербург, 1995). Отсутствие автоматизации измерений снижает производительность и практическую ценность этого устройства.
Все вышеперечисленные устройства конструктивно не приспособлены для проведения измерений на 96-луночном планшете. А между тем, такой планшет является дешевым расходным материалом, состоящим из 12 стрипов по 8 лунок в каждом. Планшет оптически прозрачен, нетоксичен и имеет стандартные размеры вне зависимости от производителя. Привлекательность использования планшета связана с тем, что он позволяет легко автоматизировать процесс анализа. Даже при работе в полуавтоматическом режиме оператор может использовать весь ассортимент приспособлений, специально созданный для работы с планшетом и выпускаемый в промышленном масштабе (8-ми и 12-ти канальные пипетки, инкубаторы, шейкеры, ридеры и пр.).
Наиболее близким к изобретению является устройство для автоматического определения характеристик газовых и жидкостных проб (Патент RU 2035716), содержащее корпус, установочный узел для размещения планшета с пробами, два шаговых привода для перемещения установочного узла по двум взаимно перпендикулярным осям, неподвижный фотометрический модуль, где под фотометрическим модулем понимается пара элементов: излучатель и фотоприемник, размещенные по разные стороны от плоскости перемещения установочного узла с планшетом. Устройство также содержит блок обработки, блок регистрации и управления.
Конструкция, реализующая данное изобретение, имеет следующие элементы, общие с прототипом: корпус, установочный узел для размещения планшета с пробами, шаговый привод, неподвижный фотометрический модуль и блок управления.
Недостатки прототипа заключаются в неспособности обычного фотометрического модуля, для которого излучатель и фотоприемник расположены на одной оптической оси, производить измерение подвижности рассеивающих частиц, а также наличием большого количества движущихся деталей, что снижает надежность устройства в целом. Недостатком прототипа является, также, невысокая производительность, обусловленная тем, что вышеописанный фотометрический модуль способен одномоментно анализировать только одну лунку планшета. Эта схема сканирования планшета требует наличия двух шаговых приводов, что увеличивает габариты конструкции и ее стоимость.
Цель изобретения - повышение производительности и сокращение времени анализа тестируемого раствора (соединения) на токсичность или иную характеристику его физиологической активности.
В основе изобретения лежит автоматизированное измерение подвижности микробиологических тест-объектов на 96-луночном планшете в отсутствии и присутствии различных доз испытуемого вещества. Измерение подвижности осуществляется фотометрическим модулем на основе метода динамического светорассеяния (И.С. Захаров, А.В. Пожаров, Т.В. Гурская, А.Д. Финогенов. Биосенсорные системы в медицине и экологии. - СПб: СПбГУТ, 2003).
Технический результат, достигаемый при использовании данного изобретения, заключается в возможности анализировать подвижность тест-объектов, общем сокращении времени анализа, повышения надежности механической части прибора, уменьшении габаритов устройства и удобства пользования.
Указанный технический результат достигается за счет того, что согласно изобретению использован модифицированный фотометрический модуль, позволяющий измерять подвижность частиц и мутность раствора, анализу подвергается сразу целый стрип (последовательный ряд из 8-ми лунок планшета), для чего используется линейка из восьми идентичных неподвижных фотометрических модулей, использован только один шаговый двигатель, жестко закрепленный на корпусе и обеспечивающий перемещение установочной платформы с планшетом перпендикулярно расположению линейки фотометрических модулей.
На рис. 1 изображена внутренняя компоновка узлов прибора, а на рис. 2 - оптическая схема фотометрического модуля (единицы узла считывания). Весь прибор заключен в корпус 1, на котором расположен выключатель питания 2, сопряженный с блоком питания 3. Планшет 6 расположен и зафиксирован на установочной платформе 7, приводимой в возвратно-поступательное движение шаговым двигателем 8, жестко связанным с корпусом прибора 1. Узел считывания состоит из восьми последовательно расположенных фотометрических модулей, состоящих в свою очередь из излучающей и регистрирующей частей. Сверху, над планшетом расположена линейка из 8-ми излучающих частей узла считывания 9, а снизу, под планшетом - комплиментарный им набор регистрирующих частей 10. Согласованную работу всех компонентов прибора осуществляет блок управления 4, который обеспечивает также двустороннюю связь с персональным компьютером 5.
На рис. 2 представлена детализированная оптическая схема фотометрического модуля. Излучающая часть состоит из источника излучения 11, диафрагмы 12 и линзы 13. Излучение проходит через кювету с тест-объектом 14, рассеивается на движущихся частицах и достигает регистрирующей части, которая содержит диафрагму 15 и фотоприемник излучения 16, расположенный под некоторым углом О к главной оптической оси излучателя 17.
Вышеописанный фотометрический модуль по сравнению с прототипом имеет более простое конструктивное исполнение, так как не содержит призму, фильтры и дополнительную линзу. Это обстоятельство позволяет сконструировать недорогой считывающий узел, подвергающий анализу сразу целый стрип, что в свою очередь дает возможность использовать однокоординатную систему перемещения планшета, для которой требуется всего один шаговый двигатель в отличие от прототипа. В совокупности, эти особенности прибора позволяют сократить время анализа, повысить надежность механической части прибора, а также уменьшить габариты прибора по сравнению с прототипом почти в 2 раза.
Работает прибор следующим образом. После его подключения к бытовой сети и персональному компьютеру, оператор запускает специализированное приложение, контролирующее работу прибора в интерактивном режиме. Затем, на подвижную платформу помещается планшет, содержащий тестируемые образцы, крышка кюветного отделения закрывается, а блок управления прибора отсылает приложению соответствующее сообщение. Одномоментному анализу подвергается сразу целый стрип планшета. В зависимости от выбранного режима, сканирование планшета будет происходить либо в ручном (асинхронный опрос лунок), либо автоматическом режимах (синхронный опрос по заданной программе).
Прибор позволяет измерять абсолютную и относительную подвижности тест-объектов в присутствии разных концентраций токсикантов, а также мутность испытуемых растворов. При использовании соответствующих протоколов могут быть выполнены анализы на острую и хроническую токсичность (определение ЛД50 и ЛД100), определение эффективной концентрации фармакологических препаратов (ЕС50), а также титра комплимента. Результаты всех измерений могут быть представлены как в графическом (кинетические кривые), так и текстовом видах.
Пример использования прибора
К 200 мкл суспензии инфузорий tetrahymena periformis было добавлено 50 мкл сыворотки крови человека. Комплимент, содержащийся в сыворотке, является неспецифическим токсикантом для этого вида инфузорий (и многих других видов простейших). Кинетическая кривая изменения относительной подвижности клеток приведена на рис. 3. Хорошо видно, что период возбуждения инфузорий (стадия А) сменяется угнетением их подвижности (стадия Б), что характерно для действия многих токсических агентов (Д.О. Виноходов. Токсикологические исследования кормов с использованием инфузорий, Санкт-Петербург, 1995).
Ссылки
1. Д.О. Виноходов. Токсикологические исследования кормов с использованием инфузорий, Санкт-Петербург, 1995.
2. И.С. Захаров, А.В. Завгодский. Биотестовые аппаратурные средства и методы контроля локомоций инфузорий, Известия ЮФУ, Раздел III, Биотехнологии, 2008, стр. 205-209.
3. И.С. Захаров, А.В. Пожаров, Т.В. Гурская, А.Д. Финогенов. Биосенсорные системы в медицине и экологии. - СПб: СПбГУТ, 2003.
4. А.Н. Машковцев, Л.С. Осипов, К.Н. Пилипенко. Устройство для определения характеристик газовых и жидкостных проб. Патент RU 2035716.
5. А.П. Еськов. Устройство для оценки подвижности микроорганизмов. Патент SU 1697004 A1, Бюл. изобр. №45.
6. А.П. Еськов, А.В. Филатов. Устройство для определения подвижности биологических объектов в жидкой среде. Патент SU 1677630 A1, Бюл. изобр. №34.