RU118755U1 - DEVICE FOR REGISTRATION OF PHOSPHORESCENCE OF LUMINESCENT PROBES IN BIOLOGICAL SAMPLES - Google Patents

Abstract

1. Устройство для регистрации фосфоресценции люминесцентных зондов в биологических образцах, включающее импульсный источник монохроматического света, кювету для размещения исследуемого образца, расположенную на пути следования светового потока, фотодетектор, источник питания, при этом кювета расположена под острым углом к оптической оси, проходящей через источник света, а фотодетектор расположен с обеспечением минимального влияния засветки от импульсного источника возбуждающего света и отраженного от стенок кюветы света на регистрируемое излучение, отличающееся тем, что дополнительно включает усилитель сигнала, подключенный к выходу фотодетектора, микроконтроллер, подключенный к выходу усилителя сигнала и к источнику света, и диафрагму, расположенную вдоль оптической оси, проходящей через источник света, между источником света и кюветой с исследуемым образцом. ! 2. Устройство для регистрации фосфоресценции люминесцентных зондов в биологических образцах по п.1, отличающееся тем, что в качестве источника света используют импульсный светодиод, в качестве фотодетектора - фотодиод. 1. A device for recording the phosphorescence of luminescent probes in biological samples, including a pulsed source of monochromatic light, a cuvette for placing the sample under study, located on the path of the light flux, a photodetector, a power source, while the cuvette is located at an acute angle to the optical axis passing through the source light, and the photodetector is located to ensure the minimum effect of illumination from a pulsed source of exciting light and light reflected from the walls of the cuvette on the detected radiation, characterized in that it additionally includes a signal amplifier connected to the output of the photodetector, a microcontroller connected to the output of the signal amplifier and to the light source , and a diaphragm located along the optical axis passing through the light source, between the light source and the cuvette with the test sample. ! 2. A device for recording the phosphorescence of luminescent probes in biological samples according to claim 1, characterized in that a pulsed LED is used as a light source, and a photodiode is used as a photodetector.

Description

Полезная модель относится к области исследования состояния биологических систем и объектов окружающей среды и может быть использована в диагностической медицине и экологическом мониторинге.The utility model relates to the field of studying the state of biological systems and environmental objects and can be used in diagnostic medicine and environmental monitoring.

Известно устройство для регистрации замедленной флуоресценции (ЗФ) (Патент РФ №2262094, МПК: 7 G01N 21/64, опубл. 10.10.2005 г.), содержащее блок питания, фотоэлектронный умножитель, основной усилитель импульсов, счетчик импульсов, светонепроницаемую камеру со шторкой, источник света, блок управления шторкой и кювету. Кювета снабжена фокусирующей линзой, расположенной над ней, при этом в устройстве предусмотрена возможность перемещения объекта, помещенного в кювету, с установленной над ней собирающей линзой, сначала под источник света, а затем под фотоэлектронный умножитель, и обеспечена возможность регистрации кинетики ЗФ после преобразования потока квантов длительного свечения, фотоэлектронным умножителем.A device for recording delayed fluorescence (SF) (RF Patent No. 2262094, IPC: 7 G01N 21/64, publ. 10.10.2005), containing a power supply unit, a photoelectronic multiplier, a main pulse amplifier, a pulse counter, a lightproof camera with a shutter , light source, curtain and cuvette control unit. The cuvette is equipped with a focusing lens located above it, while the device provides the ability to move the object placed in the cuvette with the collecting lens mounted above it, first under the light source, and then under the photoelectronic multiplier, and it is possible to record the kinetics of the ZF after converting the quantum flux long glow, photomultiplier tube.

Недостатком данного устройства являются временная зависимость начала регистрации исследуемого сигнала от начала перемещения образца и сложность конструкции из-за необходимости перемещения кюветы с исследуемым образцом сначала под излучатель, а затем под приемник.The disadvantage of this device is the time dependence of the beginning of the registration of the investigated signal from the beginning of the movement of the sample and the complexity of the design due to the need to move the cell with the studied sample first under the emitter, and then under the receiver.

Также известен портативный флуориметр Quantiflour производства Promega (США) (http://www.bga.su/equipment/), включающий светодиод, фотоумножитель, 10×10 мм кювету (пластик) и блок обработки данных, подключенный к светодиоду и фотоумножителю.Also known is the Quantiflour portable fluorimeter manufactured by Promega (USA) (http://www.bga.su/equipment/), which includes an LED, a photomultiplier, a 10 × 10 mm cuvette (plastic), and a data processing unit connected to an LED and a photomultiplier.

Недостатком данного устройства является нецелесообразность использования фотоумножителя в качестве детектора из-за достаточно больших габаритов и высокого напряжения питания. Кроме того, данное устройство предназначено только для определения ДНК.The disadvantage of this device is the inappropriateness of using a photomultiplier as a detector due to the sufficiently large dimensions and high supply voltage. In addition, this device is intended only for the determination of DNA.

Наиболее близким является устройство для реализации люминесцентно-кинетического метода определения наличия тяжелых металлов в водных растворах (Патент РФ №2431132, МПК: GOIN 21/64, опубл. 10.10.2011 г.), включающее источник света, кювету для размещения исследуемого раствора, расположенную на пути следования светового потока, фотодетектор в виде фотоэлектронного умножителя, блок питания источника света, светофильтры, расположенные до и после кюветы по ходу следования светового потока, элемент фокусировки регистрируемого излучения, расположенный между фотоэлектронным умножителем и светофильтром на пути регистрируемого излучения. Кроме того, содержит блок управления задержкой срабатывания фотоэлектронного умножителя, синхронизирующее устройство, подключенное к блоку питания и блоку управления задержкой, блок обработки и визуализации информации, подключенный к фотоэлектронному умножителю через аналого-цифровой преобразователь, элемент фокусировки светового потока от источника света, при этом в качестве источника света используют импульсный источник света, кювета расположена под острым углом к оптической оси, проходящей через источник света. Расположение фотоэлектронного умножителя обеспечивает минимальное влияние возбуждающего и отраженного от стенок кюветы света на регистрируемое излучение.The closest is a device for implementing the luminescent-kinetic method for determining the presence of heavy metals in aqueous solutions (RF Patent No. 2431132, IPC: GOIN 21/64, publ. 10.10.2011), including a light source, a cuvette for placement of the test solution, located along the path of the light flux, a photodetector in the form of a photoelectronic multiplier, a light source power supply, filters located before and after the cell in the direction of the light flux, a focusing element of the detected radiation located Do photomultiplier tube and optical filter in the path of the detected radiation. In addition, it contains a control unit for the delay in operation of the photoelectron multiplier, a synchronizing device connected to the power supply and the delay control unit, an information processing and visualization unit connected to the photoelectronic multiplier through an analog-to-digital converter, and a focusing element for the light flux from the light source, while as a light source using a pulsed light source, the cuvette is located at an acute angle to the optical axis passing through the light source. The location of the photoelectronic multiplier ensures the minimum effect of the light that is exciting and reflected from the walls of the cell on the detected radiation.

К недостаткам данной конструкции следует отнести большие габариты устройства, высокое напряжение питания и низкое временное разрешение получаемого сигнала.The disadvantages of this design include the large dimensions of the device, high voltage and low temporal resolution of the received signal.

Задачей заявляемой полезной модели является снижение габарито-массовых параметров установки, повышение точности регистрации кинетики затухания фосфоресценции образца после вспышки возбуждающего света.The objective of the claimed utility model is to reduce the overall mass parameters of the installation, to increase the accuracy of recording the kinetics of attenuation of phosphorescence of a sample after a flash of exciting light.

Технический результат заключается в упрощении конструкции, а также в повышении временного разрешения регистрируемого квантового выхода фосфоресценции.The technical result is to simplify the design, as well as to increase the temporal resolution of the recorded quantum yield of phosphorescence.

Поставленная задача решается тем, что устройство для регистрации фосфоресценции люминесцентных зондов в биологических образцах, включающее источник света, кювету для размещения исследуемого раствора, расположенную на пути следования светового потока, фотодетектор, источник питания, при этом кювета расположена под острым углом к оптической оси, проходящей через источник света, а фотодетектор расположен с обеспечением минимального влияния возбуждающего и отраженного от стенок кюветы света на регистрируемое излучение, согласно заявляемому техническому решению дополнительно включает усилитель сигнала, подключенный к выходу фотодетектора, микроконтроллер, подключенный к выходу усилителя сигнала и схеме управления импульсным источником света, при этом источник питания подключен к входу усилителя сигнала и микроконтроллера, и диафрагму, расположенную вдоль оптической оси, проходящей через источник света, между источником света и кюветой с исследуемым образцом. В качестве источника света используют импульсный светодиод, в качестве фотодетектора - фотодиод.The problem is solved in that the device for recording the phosphorescence of luminescent probes in biological samples, including a light source, a cuvette for placing the test solution, located on the path of the light flux, a photo detector, a power source, while the cuvette is located at an acute angle to the optical axis passing through the light source, and the photodetector is located with a minimum effect of the exciting and reflected from the walls of the cuvette light on the detected radiation, according to the application The technical solution further includes a signal amplifier connected to the output of the photodetector, a microcontroller connected to the output of the signal amplifier and the control circuit of the pulsed light source, while the power source is connected to the input of the signal amplifier and microcontroller, and a diaphragm located along the optical axis passing through the source light, between the light source and the sample cell. A pulsed LED is used as a light source, and a photodiode as a photodetector.

Полезная модель поясняется чертежом: фиг.1 - структурная схема устройства для регистрации фосфоресценции биологических образцов. Позициями на чертеже обозначены: 1 - источник света, 2 - диафрагма, 3 - кювета с исследуемым образцом, 4 - фотодетектор, 5 - усилитель сигнала; 6 - микроконтроллер, 7 - источник питания, 8 - персональный компьютер.The utility model is illustrated by the drawing: figure 1 is a structural diagram of a device for recording phosphorescence of biological samples. The positions in the drawing indicate: 1 — light source, 2 — diaphragm, 3 — cuvette with the test sample, 4 — photodetector, 5 — signal amplifier; 6 - microcontroller, 7 - power supply, 8 - personal computer.

Устройство для регистрации фосфоресценции люминесцентных зондов в биологических образцах включает источник монохроматического света 1 с диафрагмой 2, при этом источник света 1 выполнен в виде импульсного светодиода, например, марки LB-P200G3C-H5, фотодетектор 4 в виде фотодиода, например, марки SD 5421 - 002, и кювету с исследуемым образцом 3. При этом через источник света 1 и кювету с исследуемым образцом 3 проходит оптическая ось возбуждения, через фотодетектор 4 и кювету с исследуемым раствором 3 проходит оптическая ось регистрации. В данной оптической схеме предусмотрено фронтальное фотовозбуждение образца и регистрация излучения. При этом кювета 3 расположена под острым углом к оптической оси, проходящей через источник света 1, а фотодетектор 4 расположен так, что обеспечивается минимальное влияние вспышки светодиода и отраженного от стенок кюветы 3 света на регистрируемое излучение. Т.е. кювета с исследуемым образцом 3 расположена с образованием угла большего 90° между оптическими осями возбуждения и регистрации, оптимальная величина которого составляет 100-110 градусов. Если величина угла между оптическими осями возбуждения и регистрации меньше 100 градусов - происходит засветка фотодетектора 4 рассеянным светом, если больше 110 градусов - резко уменьшается интенсивность регистрируемой фосфоресцеции.A device for detecting phosphorescence of luminescent probes in biological samples includes a monochromatic light source 1 with a diaphragm 2, while the light source 1 is made in the form of a pulsed LED, for example, LB-P200G3C-H5, photodetector 4 in the form of a photodiode, for example, SD 5421 - 002, and the cuvette with the test sample 3. In this case, the optical axis of excitation passes through the light source 1 and the cuvette with the test sample 3, and the optical registration axis passes through the photodetector 4 and the cuvette with the test solution 3. This optical scheme provides frontal photoexcitation of the sample and registration of radiation. In this case, the cuvette 3 is located at an acute angle to the optical axis passing through the light source 1, and the photodetector 4 is located so that the minimum effect of the LED flash and the light reflected from the walls of the cuvette 3 on the detected radiation is ensured. Those. the cell with the test sample 3 is located with the formation of an angle greater than 90 ° between the optical axes of excitation and registration, the optimal value of which is 100-110 degrees. If the angle between the optical axes of excitation and registration is less than 100 degrees, the photodetector 4 is exposed to scattered light, if more than 110 degrees, the intensity of the detected phosphorescence decreases sharply.

Устройство для регистрации фосфоресценции люминесцентных зондов в биологических образцах включает также усилитель сигнала 5, подключенный к выходу фотодетектора 4, микроконтроллер 6, подключенный к выходу усилителя сигнала 5 и к источнику света 1, источник питания 7, подключенный к усилителю сигнала 5 и микроконтроллеру 6, а также персональный компьютер 8, подключенный к выходу микроконтроллера 6.A device for detecting phosphorescence of luminescent probes in biological samples also includes a signal amplifier 5 connected to the output of the photodetector 4, a microcontroller 6 connected to the output of the signal amplifier 5 and to the light source 1, a power source 7 connected to the signal amplifier 5 and microcontroller 6, and also a personal computer 8 connected to the output of the microcontroller 6.

Устройство для регистрации фосфоресценции биологических образцов работает следующим образом.A device for recording phosphorescence of biological samples works as follows.

Микроконтроллер 6 управляет питанием импульсного источника света 1. Под воздействием импульсов света от источника 1, ограниченных диафрагмой 2, молекулы люминесцентного зонда, в образце, расположенном в кювете 3, переходят в возбужденное состояние, при переходе из которого в основное состояние происходит испускание кванта фосфоресценции, регистрируемого с помощью фотодетектора 4, сигнал с которого попадает на усилитель 5. Кроме того, микроконтроллер 6 обеспечивает измерение величины интенсивности фосфоресценции в заданный момент времени после импульсного облучения раствора возбуждающим излучением. Таким образом, получают совокупность (массив данных) измеренных зависимостей величин интенсивности фосфоресценции от времени, прошедшего после импульсного облучения раствора. Программа, установленная на персональном компьютере 8, осуществляет обработку массива полученных данных, строит графики зависимостей интенсивности фосфоресценции от времени, прошедшего после импульсного фотовозбуждения раствора; определяет интенсивность фосфоресценции в заданный момент времени, константу скорости тушения фосфоресценции, по кинетике затухания фосфоресценции определяет время жизни фосфоресценции. Использование микроконтроллера 6 позволяет увеличить временное разрешение регистрации фосфоресценции до нескольких десятков нc.The microcontroller 6 controls the power supply of the pulsed light source 1. Under the influence of light pulses from the source 1, limited by the diaphragm 2, the molecules of the luminescent probe in the sample located in the cuvette 3 pass into an excited state, upon transition from which to the ground state the phosphorescence quantum is emitted, recorded using a photodetector 4, the signal from which passes to the amplifier 5. In addition, the microcontroller 6 provides a measure of the intensity of phosphorescence at a given point in time after pulsed irradiation of the solution with exciting radiation. Thus, a set (data array) of the measured dependences of the values of phosphorescence intensity on the time elapsed after the pulsed irradiation of the solution is obtained. The program installed on a personal computer 8, processes the array of data obtained, builds graphs of the dependences of the phosphorescence intensity on the time elapsed after the pulse photoexcitation of the solution; determines the intensity of phosphorescence at a given point in time, the rate constant of quenching of phosphorescence, and determines the lifetime of phosphorescence by the kinetics of attenuation of phosphorescence. The use of microcontroller 6 allows one to increase the time resolution of phosphorescence recording to several tens of ns.

Claims (2)

1. Устройство для регистрации фосфоресценции люминесцентных зондов в биологических образцах, включающее импульсный источник монохроматического света, кювету для размещения исследуемого образца, расположенную на пути следования светового потока, фотодетектор, источник питания, при этом кювета расположена под острым углом к оптической оси, проходящей через источник света, а фотодетектор расположен с обеспечением минимального влияния засветки от импульсного источника возбуждающего света и отраженного от стенок кюветы света на регистрируемое излучение, отличающееся тем, что дополнительно включает усилитель сигнала, подключенный к выходу фотодетектора, микроконтроллер, подключенный к выходу усилителя сигнала и к источнику света, и диафрагму, расположенную вдоль оптической оси, проходящей через источник света, между источником света и кюветой с исследуемым образцом.1. A device for recording phosphorescence of luminescent probes in biological samples, including a pulsed source of monochromatic light, a cuvette for placing the test sample, located along the path of the light flux, a photo detector, a power source, while the cuvette is located at an acute angle to the optical axis passing through the source light, and the photodetector is located with a minimum effect of illumination from a pulsed source of exciting light and reflected from the walls of the cuvette of light on the register radiation, characterized in that it further includes a signal amplifier connected to the output of the photodetector, a microcontroller connected to the output of the signal amplifier and the light source, and a diaphragm located along the optical axis passing through the light source between the light source and the cell with the sample under study . 2. Устройство для регистрации фосфоресценции люминесцентных зондов в биологических образцах по п.1, отличающееся тем, что в качестве источника света используют импульсный светодиод, в качестве фотодетектора - фотодиод.

2. A device for detecting phosphorescence of luminescent probes in biological samples according to claim 1, characterized in that a pulsed LED is used as a light source, and a photodiode is used as a photodetector.