КОМПАКТНЫЙ ОДНОВОЛНОВЫЙ ДИХРОМЕТР СКД-4М ДЛЯ БИОСЕНСОРНОГО АНАЛИТИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА НА ОСНОВЕ НАНОКОНСТРУКЦИЙ ДНК

КОМПАКТНЫЙ ОДНОВОЛНОВЫЙ ДИХРОМЕТР СКД-4М
ДЛЯ БИОСЕНСОРНОГО АНАЛИТИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА
НА ОСНОВЕ НАНОКОНСТРУКЦИЙ ДНК
Д.П.Чулков, В.М.Гусев, О.Н.Компанец, М.А.Павлов
Институт спектроскопии РАН, Москва, г.Троицк
E-mail: chulkovdp@pochta.ru
На основе частиц холестерических жидкокристаллических
дисперсий (наноконструкций - НаК) двухцепочечных молекул ДНК в ИМБ
РАН созданы семейства высокоэффективных полифункциональных
биодатчиков, способных определять наличие в анализируемых жидких
средах групп химических соединений, образующих прочные химические
комплексы с молекулами нуклеиновых кислот [1]. Аномальная полоса в
спектре кругового дихроизма (КД) образующихся комплексов выступает в
качестве аналитического критерия, позволяющего оценивать качество
приготовленного биодатчика и концентрацию веществ разных классов,
взаимодействующих с молекулами ДНК. Созданы аналитические системы
нового типа (оптический биосенсор) на основе ДНК-биодатчиков
стабилизированных форм, полученных за счет их иммобилизации в состав
полиэтиленоксидного гидрогеля, проницаемого для низкомолекулярных
соединений, и портативных спектрометров КД (дихрометров), способных
работать с гидрогелями [2].
В данной работе сообщается о разработке на базе компактного
одноволнового дихрометра СКД-4 [3, 4] новой версии дихрометра СКД4М со светодиодными источниками излучения для использования в
биосенсорных аналитических устройствах медицинского назначения.
В качестве узкополосных источников излучения в нем используются
миниатюрные и дешевые светодиоды высокой яркости излучения фирмы
Prolight Company, работающие на длине волны максимума полос
поглощения определяемых в жидкости биологически активных
соединений (БАС). Наряду с ними в дихрометре предусмотрено
использование контрольных светодиодов той же фирмы, излучающих свет
вдали от полос поглощения указанных БАС. Пары источников включаются
поочередно. Введение контрольного излучателя позволяет учесть вклад
фоновых сигналов в измеряемый сигнал КД, соответствующий изменению
оптических свойств биодатчика только под действием БАС. Для
компенсации расходимости излучения светодиодов использованы
коллимирующие линзы, а для сужения спектра излучения применены
интерференционные фильтры. Излучение светодиодов направляется по
одному пути с помощью дихроичных зеркал, на выходе излучателей
установлен пленочный поляризатор, выделяющий излучение с линейной
поляризацией под углом 45˚.
С целью улучшения эргономических характеристик и увеличения
надежности изменена конструкция дихрометра. Уменьшены его
габаритные размеры (в новой версии 210х314х350 мм), что особенно
актуально при использовании прибора в мобильных комплексах экспрессдиагностики. Увеличена эффективность системы вентиляции и
охлаждения прибора, упрощена процедура его обслуживания и замены
воздушных фильтров. Дихрометр имеет модульную конструкцию, что
позволяет независимо друг от друга тестировать и отлаживать на стендах
электронные и оптические блоки. Облегчен доступ к контрольным точкам
электронных плат в процессе настройки. Для удобства пользователя в
СКД-4М предусмотрена возможность установки
встраиваемого
термопринтера для печати результатов тестов. Для упрощения процедуры
ввода в систему информации о биодатчиках предусмотрено подключение
сканера штрих-кодов. Встроенный компьютер работает под управлением
операционной системы Windows XP, предоставляя пользователю
знакомый графический интерфейс и все функции работы с файлами и
персональными настройками. Прибор имеет широкие коммуникационные
возможности: в зависимости от требований потребителя имеется
возможность передавать данные по беспроводным каналам Wi-Fi и
Bluetooth, а также в сети Ethernet.
При разработке программного комплекса особое внимание уделено
возможности интеграции прибора в современные лабораторные
информационные системы. Структура программного обеспечения
опирается на стандарты Clinical and Laboratory Standards Institute (CLSI),
само программное обеспечение построено по технологии клиент-сервер.
Программный комплекс работает под управлением 32 и 64-разрядных
операционных систем. Сервер базы данных работает под управлением
операционной системы Microsoft Windows Server 2003 Service Pack 2 с
установленной базой данных под управлением Microsoft SQL Server 2005
Service Pack 2. База данных доступна не только в локальной сети, но и
через глобальную сеть Internet. Разработана тестовая версия программы
доступа к базе данных для мобильных устройств под управлением ОС
Android 4.1 .
В программном обеспечении реализована функция авторизации
пользователей и разграничение прав доступа. Ведение электронного
журнала позволяет контролировать все действия пользователей системы.
Для предотвращения потери данных в случае сбоя работы прибора
предусмотрено автоматическое резервное копирование всех данных о
проведенных исследованиях. Имеется возможность настройки генератора
отчетов в наиболее распространенных форматах. Для оперативного обмена
информацией предусмотрена отправка результатов исследований по
электронной почте.
Простая, мобильная и недорогая биосенсорная система с
использованием дихрометра СКД-4М может стать базовой для
определения биологически активных соединений в жидкости при решении
практических задач клинической медицины, фармакологии, экологии.
Рис. 1. Внешний вид дихрометра СКД-4М
Библиографический список
1.
2.
3.
4.
Евдокимов Ю.М., Салянов В.И., Семенов С.В., Скуридин С.Г.
Жидкокристаллические дисперсии и наноконструкции ДНК. /Под ред.
Ю.М. Евдокимова/ - М.: Радиотехника, 2008.
Евдокимов Ю.М., Салянов В.И., Скуридин С.Г. Наноструктуры и
наноконструкции на основе ДНК./Под ред. Ю.М. Евдокимова/ - М.:
САЙНС-ПРЕСС, 2010.
В.М.Гусев, О.Н.Компанец, А.М.Павлов, М.А.Павлов, Ю.М.Евдокимов,
С.Г.Скуридин. Кoмпактный биосенсор биологически активных
веществ на основе гелевого ДНК-биодатчика и одноволнового
дихрометра // Альманах клинической медицины (Москва, МЗСР РФ),
т.XVII, ч.2, 2008. С. 311-312.
В.М.Гусев, О.Н.Компанец, А.М.Павлов, М.А.Павлов, Д.П.Чулков,
Ю.М.Евдокимов,
С.Г.Скуридин,
В.А.Дубинская.
Кoмпактная
биосенсорная аналитическая система медицинского назначения на
базе одноволнового дихрометра СКД-4 // Сборник материалов III
Евразийского конгресса по медицинской физике и инженерии
«Медицинская физика – 2010», т.4 – Москва, 2010. С. 169-172.
Сведения об авторах
Докладчик: Чулков Дмитрий Петрович, 35 лет, научный сотрудник,
chulkovdp@pochta.ru, тел.: 8(495)851-08-73
Гусев Валерий Михайлович, старший научный сотрудник,
gusev@isan.troitsk.ru, тел.: 8(495)851-08-73
Компанец Олег Николаевич, главный научный сотрудник, д.ф.-м.н.,
onkomp@isan.troitsk.ru , тел.: 8(495)851-02-20
Павлов Михаил Алексеевич, ведущий конструктор, pavlov@isan.troitsk.ru,
тел.: 8(495)851-02-28
Вид доклада: стендовый