МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ АНАЛИТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ОПТИЧЕСКОГО СИГНАЛА КРУГОВОГО ДИХРОИЗМА БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНОГО МАТЕРИАЛА

1. Многофункциональная аналитическая система для определения характеристик оптического сигнала кругового дихроизма биологически активного материала, содержащая размещенные в одном корпусе:
- источник светового излучения, снабженный коллимирующей линзой;
- селектор, выполненный в виде узкополосного интерференционного фильтра с возможностью его размещения в потоке света указанного источника излучения после указанной коллимирующей линзы;
- размещенные последовательно на одной оптической оси:
- поляризатор, обеспечивающий формирование линейно поляризованного светового потока;
- спектральную щель, обеспечивающую выделение линейно-поляризованного светового потока с заданным направлением вектора поляризации;
- модулятор поляризации, обеспечивающий преобразование указанного линейно поляризованного светового потока в циркулярно-поляризованный световой поток с периодически изменяющимся направлением вращения вектора поляризации;
- приемное устройство, приспособленное для установки в нем съемной оптически проницаемой кюветы для размещения исследуемой пробы и снабженное устройством термостатирования кюветы;
- по меньшей мере, одну съемную оптически проницаемую кювету, приспособленную для размещения в ней исследуемой пробы;
- фотодетектор, обеспечивающий регистрацию оптических сигналов кругового дихроизма исследуемой пробы и преобразование их в пропорциональный электрический сигнал; и
- систему регистрации, приспособленную для выделения и усиления указанного электрического сигнала и преобразования его в цифровую форму;
- средство управления, включающее
средство обработки полученного электрического сигнала исследуемой пробы, отличающаяся тем, что:
- содержит несколько источников излучения, снабженных коллимирующими линзами, при этом содержит, по меньшей мере, один источник излучения, обеспечивающий излучение в ультрафиолетовой области спектра, и, по меньшей мере, один источник излучения, обеспечивающий излучение в видимой области спектра, и содержит достаточное количество селекторов, выполненных в виде узкополосных интерференционных фильтров, установленных с возможностью их размещения в потоке света соответствующего указанного источника излучения после указанной коллимирующей линзы и приспособленных для формирования совместно с указанными источниками излучения достаточного количества узкополосных излучающих комплексов, обеспечивающих функционирование системы в следующих режимах:
- в первом режиме тестирования системы в ультрафиолетовой области спектра при размещении в съемной кювете тестовой пробы, содержащей эталон оптической активности, проявляющий свойства кругового дихроизма при облучении пробы циркулярно-поляризованным излучением на характерных для кругового дихроизма эталона длинах волн в ультрафиолетовой области спектра;
- во втором режиме тестирования системы в видимой области спектра при размещении в съемной кювете тестовой пробы, содержащей эталон оптической активности, проявляющий свойства кругового дихроизма при облучении его циркулярно-поляризованным излучением на характерных для эталона длинах волн в видимой области спектра;
- в третьем режиме тестирования оптических свойств биологически активного материала, при размещении в съемной кювете исследуемой пробы, содержащей биологически активный материал, предположительно, обладающий оптической активностью кругового дихроизма при облучении циркулярно-поляризованным излучением;
- в четвертом режиме определения скорости диффузии биологически активного вещества в биологически активный материал и/или исследования динамики трансформации молекулярных конструкций ДНК при взаимодействии с биологически активным веществом, при размещении в указанной съемной кювете исследуемой пробы, содержащей биологически активное вещество в контакте с биологически активным материалом, предположительно, являющимся субстратом для указанного биологически активного вещества и проявляющим в исходном состоянии свойства кругового дихроизма при облучении циркулярно-поляризованным излучением на длинах волн, характерных для указанного биологически активного материала, и бизменяющим эти свойства по мере взаимодействия с биологически активным веществом в течение заданного времени экспозиции;
- в пятом режиме калибровки оптических свойств биологически активного материала, выполненного в виде биодатчика на основе молекулярных конструкций ДНК, проявляющего в исходном состоянии свойства кругового дихроизма при облучении циркулярно-поляризованным излучением на длинах волн, характерных для биодатчика, и изменяющего их в результате взаимодействия указанного биодатчика с биологически активным веществом, для которого биологически активный материал является субстратом, в течение времени такого взаимодействия, меньшего времени полной диффузии биологически активного вещества в биодатчик, при размещении в указанной съемной кювете одной из N калибровочных проб, содержащих указанный биодатчик в контакте с одним из N калибровочных растворов, содержащих указанное биологически активное вещество в различной известной концентрации;
- в шестом режиме определения наличия и концентрации биологически активного вещества в исследуемой пробе при размещении в съемной кювете исследуемой пробы, содержащей биологически активное вещество, подлежащее определению, в неизвестной концентрации и биологически активный материал, выполненный в виде биодатчика на основе молекулярных конструкций ДНК, являющегося субстратом для определяемого биологически активного вещества и проявляющего в исходном состоянии свойства кругового дихроизма при облучении циркулярно-поляризованным излучением на длинах волн, характерных для биодатчика, и изменяющего их в результате взаимодействия биодатчика с биологически активным веществом, наличие и концентрация которого подлежат определению,
и при этом:
- система снабжена устройством крепления указанных источников излучения и указанных селекторов, обеспечивающим возможность формирования источниками излучения и соответствующими им селекторами указанных излучающих комплексов соответственно выбранному режиму, излучающих на заданных длинах волн, путем направления потока излучения одного из указанных источников излучения через соответствующий один из указанных селекторов по одной оптической оси с указанным поляризатором, спектральной щелью, модулятором, указанной кюветой и фотодетектором в течение времени работы системы в соответствующем режиме.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что приспособлена в третьем режиме для тестирования оптических свойств биологически активного материала в исходном состоянии путем определения характеристик его сигнала кругового дихроизма при облучении циркулярно-поляризованным излучением в ультрафиолетовом диапазоне спектра и/или в видимом диапазоне спектра.
3. Система по п.1, отличающаяся тем, что приспособлена в третьем режиме для тестирования оптических свойств биологически активного материала путем определения уровня чувствительности биологически активного материала в отношении биологически активного вещества, для которого указанный биологически активный материал является субстратом, путем определения количества указанного биологически активного вещества, в результате взаимодействия с которым наблюдается достоверное изменение величины сигнала кругового дихроизма биологически активного материала от максимума сигнала в исходном состоянии при облучении в видимом диапазоне спектра и/или в ультрафиолетовом диапазоне спектра.
4. Система по п.1, отличающаяся тем, что приспособлена в третьем режиме для тестирования оптических свойств биологически активного материала путем определения его рабочего диапазона в отношении биологически активного вещества, для которого указанный биологически активный материал является субстратом, путем определения количеств указанного биологически активного вещества, в результате взаимодействия с которым наблюдается достоверное изменение величины сигнала кругового дихроизма биологически активного материала от максимума сигнала в исходном состоянии до полного исчезновения сигнала кругового дихроизма при облучении в видимом диапазоне спектра и/или в ультрафиолетовом диапазоне спектра.
5. Система по п.1, отличающаяся тем, что средство управления выполнено с возможностью:
- выбора режима работы системы;
- выбора типа биологически активного материала, предполагаемого к использованию;
- предоставления пользователю данных о наличии в системе источников излучения и селекторов, необходимых для последующего формирования требующихся источников излучения в соответствии с выбранными типом биологически активного материала и режимом работы системы;
- подачи в автоматическом режиме управляющих команд на указанное устройство крепления, обеспечивающих соответствующее выбранному режиму положение источников излучения и селекторов для формирования соответствующего излучающего комплекса;
- подачи управляющих команд на терморегулятор узла термостатирования кюветы;
- подачи команд включения и выключения источников излучения, поляризатора, модулятора, источника питания фотодетектора;
- подачи управляющих команд, обеспечивающих регистрацию оптических сигналов исследуемой пробы через заданные промежутки времени в течение заданного времени экспозиции пробы, достаточной для регистрации фотодетектором значимых изменений оптического сигнала биологически активного материала, и подачи управляющих команд на цифровую систему регистрации и средство обработки;
- сохранения полученных результатов измерений.
6. Система по п.1, отличающаяся тем, что средство обработки приспособлено для визуализации в заданном графическом или табличном или ином виде результатов регистрации оптических сигналов исследуемой пробы и результатов вычислений, произведенных:
- для определения в первом и втором режимах способности аналитической системы измерять круговой дихроизм оптических сигналов путем выявления соответствия между характеристиками регистрируемого системой оптического сигнала и известными характеристиками кругового дихроизма эталона;
- для определения в третьем режиме оптических свойств биологически активного материала на основе результатов регистрации оптического сигнала кругового дихроизма пробы и путем сравнения результатов измерения характеристик кругового дихроизма исследуемого биологически активного материала с данными известных характеристик, сохраненных ранее, соответствующих биологически активному материалу выбранного типа, путем определения уровня чувствительности известного количества биологически активного материала и диапазона количеств биологически активного вещества, при взаимодействии с которым биологически активный материал изменяет свойства кругового дихроизма;
- для определения в четвертом режиме коэффициента диффузии биологически активного вещества в биологически активный материал и динамики трансформации молекулярных конструкций ДНК при взаимодействии с биологически активным веществом на основе результатов измерения величины регистрируемого сигнала кругового дихроизма биологически активного материала в пробе путем вычисления величины и динамики изменения указанного регистрируемого сигнала в течение времени взаимодействия биологически активного материала с биологически активным веществом;
- для определения в пятом режиме калибровочной зависимости величины изменения регистрируемого оптического сигнала кругового дихроизма биодатчика от величины концентрации биологически активного вещества, для которого биодатчик является субстратом, в указанных N калибровочных растворах на основе результатов регистрации величины сигнала кругового дихроизма биодатчика в калибровочных пробах через заданные интервалы времени и путем вычисления величины изменений сигналов кругового дихроизма биодатчика, зарегистрированных через определенный заданный интервал времени и соответствующих разным концентрациям биологически активного вещества;
- для определения в шестом режиме наличия и концентрации определяемого биологически активного вещества на основе результатов регистрации величины сигнала кругового дихроизма биодатчика в исследуемой пробе через заданные интервалы времени путем вычисления величины изменения сигнала кругового дихроизма биодатчика, зарегистрированного через определенный заданный интервал времени, и сравнения этой величины с величинами изменений сигналов кругового дихроизма калибровочной зависимости биодатчика, определенной предварительно для биодатчика выбранного типа, зарегистрированных через такой же интервал времени для разных концентраций биологически активного вещества.
7. Система по п.1, отличающаяся тем, что система в качестве указанного источника излучения в УФ области спектра содержит дейтериевую лампу.
8. Система по п.1, отличающаяся тем, что указанные узкополосные излучающие комплексы, обеспечивающие излучение в видимой области спектра, выполнены в виде узкополосных диодных излучателей, снабженных коллимирующей линзой и селектором.
9. Система по п.1, отличающаяся тем, что указанное устройство крепления излучающих комплексов выполнено в виде турели с четырьмя степенями свободы, содержащей диск, установленный с возможностью поворота вокруг своей оси в плоскости, перпендикулярной указанной оптической оси, и приспособленный для размещения на нем источников излучения и/или селекторов, формирующих указанные узкополосные излучающие комплексы, с возможностью одновременной установки одного из источников излучения и соответствующего одного из селекторов на одной оптической оси с указанным поляризатором, спектральной щелью, модулятором, кюветой и фотодетектором в течение времени работы системы в соответствующем режиме.
10. Система по п.9, отличающаяся тем, что указанный диск турели выполнен съемным.
11. Система по п.9, отличающаяся тем, что указанные источники излучения и указанные селекторы выполнены съемными.
12. Система по п.1, отличающаяся тем, что указанное устройство крепления излучающих комплексов содержит многопозиционные держатели, приспособленные для установки в них источников излучения и селекторов, необходимых для формирования узкополосных излучающих комплексов в ультрафиолетовой области спектра или в видимой области спектра, и устройств flip-flop с зеркалами, и обеспечивающие возможность попеременной установки устройств flip-flop в положение flip, и выходное зеркало, приспособленное для направления излучения излучающих комплексов по одной оптической оси с указанным поляризатором, спектральной щелью, модулятором, кюветой и фотодетектором, и фиксации указанного положения flip в течение заданного времени экспозиции в соответствующем режиме.
13. Система по п.12, отличающаяся тем, что указанные многопозиционные держатели выполнены съемными.
14. Система по п.12, отличающаяся тем, что указанные источники излучения, указанные селекторы и указанные устройства flip-flop выполнены съемными.
15. Система по п.1, отличающаяся тем, что компоновка системы выполнена в корпусе таким образом, что оптическая ось системы расположена горизонтально, а указанная съемная кювета выполнена в виде ячейки, приспособленной для размещения в приемном устройстве при вертикальном расположении в ней пробы перпендикулярно оптической оси системы.
16. Система по п.15, отличающаяся тем, что съемная кювета приспособлена для размещения в ней пробы с биологически активным материалом в виде раствора или в виде гелевого или пленочного образца.
17. Система по п.1, отличающаяся тем, что компоновка системы выполнена в корпусе таким образом, что оптическая ось системы расположена вертикально, а указанная съемная кювета выполнена в виде ячейки, приспособленной для ее размещения в приемном устройстве при горизонтальном расположения в ней пробы перпендикулярно оптической оси системы.
18. Система по п.17, отличающаяся тем, что съемная кювета выполнена в виде микроплаты с лунками, имеющими, по меньшей мере, дно, оптически проницаемое для излучений в ультрафиолетовом и видимом диапазоне спектра, и приспособленной для ее размещения в приемном устройстве при горизонтальном расположении лунок с возможностью перемещения микроплаты в горизонтальной плоскости.
19. Система по п.18, отличающаяся тем, что съемная кювета выполнена в виде микроплаты, приспособленной для размещения в лунках пробы, содержащей биологически активный материал в виде гелевого или пленочного образца.
20. Система по п.1, отличающаяся тем, что приспособлена для облучения проб в ультрафиолетовом диапазоне последовательно на нескольких длинах волн.
21. Система по п.1, отличающаяся тем, что приспособлена для облучения проб в видимом диапазоне последовательно на нескольких длинах волн.
22. Система по п.1, отличающаяся тем, что приспособлена для облучения проб излучением на заданных длинах волн в чередующейся последовательности.
23. Система по п.22, отличающаяся тем, что приспособлена для облучения проб в третьем и/или четвертом, и/или пятом, и/или шестом режимах излучением видимой области спектра в чередующейся последовательности трех длин волн, из которых одна длина волны соответствует максимуму сигнала в спектре кругового дихроизма биологически активного материала, другая длина волны больше, а третья короче длины волны, соответствующей максимуму указанного сигнала, причем на второй и третьей длинах волн регистрируемый сигнал кругового дихроизма биологически активного материала минимален, и при этом была выполнена с возможностью формирования соответствующих трех излучающих комплексов.
24. Система по п.1, отличающаяся тем, что приспособлена для работы в первом режиме с тестовой пробой, содержащей в качестве эталона оптической активности раствор химического соединения, проявляющий свойства кругового дихроизма при облучении его на характерной для него длине волны в ультрафиолетовой области спектра.
25. Система по п.24, отличающаяся тем, что приспособлена для работы в первом режиме с тестовой пробой, содержащей в качестве эталона оптической активности водный раствор n-пропиламмониевой соли d-10 камфорсульфоновой кислоты, проявляющий свойства кругового дихроизма в ультрафиолетовой области спектра с максимумом сигнала кругового дихроизма на длине волны 290 нм.
26. Система по п.1, отличающаяся тем, что приспособлена для работы в первом режиме с тестовой пробой, содержащей в качестве эталона оптической активности биологически активный материал на основе молекулярных конструкций ДНК, проявляющий в исходном состоянии свойства кругового дихроизма в области поглощения азотистых оснований ДНК с максимумом сигнала при облучении в ультрафиолетовой области спектра.
27. Система по п.26, отличающаяся тем, что приспособлена для работы в первом режиме с тестовой пробой, содержащей в качестве эталона оптической активности дисперсную фазу линейной В-формы двухцепочечных молекул ДНК в водно-солевом растворе, проявляющих в исходном состоянии свойства кругового дихроизма в области поглощения азотистых оснований ДНК в ультрафиолетовой области спектра с максимумом на длине волны 260 нм.
28. Система по п.26, отличающаяся тем, что приспособлена для работы в первом режиме с тестовой пробой, содержащей в качестве эталона оптической активности жидкокристаллический биодатчик, представляющий собой распределенную в водно-полимерном матриксе дисперсную фазу линейных двухцепочечных молекул ДНК, сшитых между собой молекулами стеллина В, с максимумом сигнала при облучении в ультрафиолетовой области спектра на длине волны 270 нм.
29. Система по п.1, отличающаяся тем, что приспособлена для работы во втором режиме с тестовой пробой, содержащей в качестве эталона оптической активности биологически активный материал на основе молекулярных конструкций ДНК, проявляющий свойства кругового дихроизма с максимумом сигнала в видимой области спектра.
2+
2+
2+
2+
30. Система по п.29, отличающаяся тем, что приспособлена для работы во втором режиме с тестовой пробой, содержащей в качестве эталона оптической активности биологически активный материал, выполненный в виде интегрального биодатчика, содержащего жидкокристаллическую дисперсию линейных двухцепочечных молекул ДНК, упорядоченных в пространстве и "сшитых" мостиками «антрациклиновый антибиотик-Cu-антрациклиновый антибиотик-Cu-…-Cu-антрациклиновый антибиотик-Cu-антрациклиновый антибиотик» в водно-солевом растворе полиэтиленгликоля, с известными характеристиками кругового дихроизма в видимой области спектра с максимумом сигнала при облучении на длине волны в диапазоне 505-525 нм.
31. Система по п.1, отличающаяся тем, что приспособлена для работы в третьем и/или четвертом, и/или пятом, и/или шестом режимах с исследуемыми пробами, содержащими биологически активный материал, проявляющий в исходном состоянии свойства аномального кругового дихроизма при облучении в ультрафиолетовой области спектра и/или при облучении в видимой области спектра и изменяющий величину сигнала кругового дихроизма при облучении в видимой области спектра при его взаимодействии с биологически активным веществом в зависимости от его количества в пробе.
32. Система по п.31, отличающаяся тем, что приспособлена для работы с исследуемыми пробами, содержащими в качестве биологически активного материала жидкокристаллические биодатчики, представляющие собой дисперсную фазу из линейных двухцепочечных молекул ДНК, сшитых молекулами субстрата для биологически активного вещества, и проявляющие в исходном состоянии свойства кругового дихроизма с максимумом сигнала при облучении в ультрафиолетовой области спектра и/или с максимумом сигнала при облучении в видимой области спектра и изменяющие амплитуду сигналов при облучении в видимой области спектра при взаимодействии биодатчиков с биологически активным веществом в зависимости от его количества в пробе.
33. Система по п.31, отличающаяся тем, что приспособлена для работы с пробами, содержащими в качестве биологически активного материала биодатчики на основе лиотропной жидкокристаллической дисперсии комплекса ДНК-поликонидин, проявляющей в исходном состоянии свойства кругового дихроизма при облучении в ультрафиолетовой области спектра в диапазоне длин волн 220-350 нм с появлением отрицательной полосы с максимумом на длине волны ~ 280 нм при взаимодействии биодатчиков с гепарином.
34. Система по п.33, отличающаяся тем, что приспособлена для работы в третьем и/или четвертом и/или пятом и/или шестом режимах с пробами, содержащими в качестве биологически активного вещества гепарин.
35. Система по п.31, отличающаяся тем, что приспособлена для работы с исследуемыми пробами, содержащими в качестве биологически активного материала биодатчики, имеющие сшитые наномостиками «антибиотик-ион металла-антибиотик-ион металла-…-ион металл-антибиотик-ион металла-антибиотик» частицы лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии ДНК, содержащие в составе наномостиков антибиотики антрациклиновой группы, способные к образованию хелатных комплексов и содержащие атомы кислорода в положениях 5, 6, 11 и 12, и в качестве чувствительного элемента ионы металла, способного к образованию плоских полимерных хелатных комплексов, и характеризующиеся аномальной оптической активностью при облучении в ультрафиолетовой области спектра, проявляемой в виде интенсивной полосы в спектре кругового дихроизма в области поглощения азотистых оснований ДНК на длине волны ~270 нм, и дополнительной аномальной оптической активностью в области поглощения антибиотика в диапазоне 505-525 нм, и при этом приспособлена для облучения пробы в видимой области спектра, по меньшей мере, на трех длинах волн в диапазоне 440-720 нм.
36. Система по п.35, отличающаяся тем, что приспособлена для работы с исследуемыми пробами, содержащими в качестве биологически активного вещества гомоцистеин или гипорамин или митоксантрон или белок.
37. Система по п.31, отличающаяся тем, что приспособлена для работы с исследуемыми пробами, содержащими в качестве биологически активного материала биодатчики на основе частиц лиотропной холестерической жидкокристаллической дисперсии ДНК, в которых молекулы ДНК сшиты наномостиками «антибиотик-ион металла-антибиотик-ион металла-…-ион металл-антибиотик-ион металла-антибиотик», содержащие в составе наномостиков в качестве чувствительного элемента антибиотик антрациклинового ряда, имеющий не менее одной реакционноспособной аминогруппы, связанной с сахарным остатком и обладающей хромофорными свойствами при облучении в видимой области спектра, и ионы металлов, способные к образованию плоских полимерных хелатных комплексов, характеризующиеся аномальной оптической активностью при облучении в ультрафиолетовой области спектра, проявляемой в виде интенсивной полосы в спектре кругового дихроизма в области поглощения азотистых оснований ДНК на длине волны ~270 нм, и дополнительной аномальной оптической активностью при облучении в видимой области спектра в области поглощения антибиотика в диапазоне 505-525 нм, и при этом система приспособлена для облучения пробы в видимой области спектра, по меньшей мере, на трех длинах волн в диапазоне 420-700 нм.
38. Система по п.37, отличающаяся тем, что приспособлена для работы с исследуемыми пробами, содержащими в качестве биологически активного вещества гепарин.