Устройство для регистрации и анализа оптического сигнала с волоконно-оптического биочипа

Изобретение относится к биосенсорам избирательного обнаружения по меньшей мере одного комплементарного вида олигонуклеотидной мишени в образце жидкости, содержащем смесь различных олигонуклеотидных фрагментов и может быть использована для распознавания биологических аналитов в смешанном жидком образце.

Известно устройство детектирования фотонов и формирования изображения, содержащее фотокатод, микроканальную пластину, люминесцентный экран для приема вторичных эмиссионных электронов и источник питания (см. патент US №6320180, МПК^2006.01 H01J 31/50, опубл. 20.11.2001 г.).

Недостатками данного изобретения являются низкая интегральная чувствительность фотокатода, малый коэффициент преобразования.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является волоконно-оптический биосенсор для выборочного обнаружения видов олигонуклеотидов в образце смешанной жидкости, включающее биочип, состоящий из параллельного массива световодов с ячейками, расположенными на его торцевой поверхности с нанесенными биомаркерами, электронно-оптическую систему с источником питания, и цифровую камеру для регистрации сигнала, (см патент US №6482593, МПК⁵, опубл. 19.11 2002 г.).

Недостатками прототипа являются использование в волоконно-оптическом биосенсоре электронно-оптического преобразователя 2+ поколения, и необходимость проведения полимеразной цепной реакции (ПЦР), что приводит к увеличению длительности проводимого химического анализа и снижению производительности устройства, а также низкой чувствительности электронно-оптической системы.

Технический результат предлагаемого технического решения является уменьшение длительности проведения химического анализа, что приводит к повышению производительности работы устройства, а также чувствительности регистрации оптических сигналов.

Технический результат достигается тем, что устройство для регистрации и анализа оптического сигнала с волоконно-оптического биочипа, включающее биочип, состоящий из параллельного массива световодов с ячейками, расположенными на его торцевой поверхности с нанесенными биомаркерами, электронно-оптическую систему с источником питания и камеру для регистрации сигнала, согласно изобретению, электронно-оптическая система выполнена из проекционного входного и выходного объективов, электронно-оптического преобразователя 3-го поколения с арсенид-галлиевым фотокатодом, микроканальной пластиной и люминесцентным экраном, при этом электронно-оптический преобразователь 3-го поколения через источник напряжения сочленен с биочипом проекционным входным объективом, а с цифровой камерой через проекционный выходной объектив, причем устройство дополнительно снабжено компьютером для обработки сигнала с цифровой камеры, механизмом перемещения электронно-оптической системы для фокусировки изображения, столиком с углублением под волоконно-оптический биочип, многоканальной проточной ячейкой, установленной на торцевую поверхность биочипа и системой автоматической подачи жидкости.

В качестве источника питания использован многоканальный регулируемый источник напряжения.

Биочип и электронно-оптический преобразователь 3-го поколения сочленены фоконом.

Электронно-оптический преобразователь 3-го поколения и цифровая камера сочленены фоконом.

Данное устройство позволит уменьшить длительность проведения химического анализа, что повысит производительность работы устройства, а также увеличит чувствительность регистрации оптических сигналов.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 показана структурная схема устройства для регистрации и анализа оптического сигнала с волоконно-оптического биочипа, на фиг. 2 - показан оптический сигнал с выходного торца биочипа, полученный цифровой камерой, а на фиг. 3 - приведена зависимость коэффициента преобразования электронно-оптического преобразователя от напряжения на микроканальной пластине.

Устройство для регистрации и анализа оптического сигнала с волоконно-оптического биочипа состоит из двух частей: в верхней светозащищенной части корпуса 1 установлен сменный биочип 2, содержащий биомаркеры (нуклеиновые кислоты, пептиды, белки, антитела, липиды, полисахариды) в его микроразмерных ячейках, устанавливаемый в столик 3, микроканальной проточной ячейки 4 с подсоединенными трубочками 5 (см. фиг. 1). Микроканальная проточная ячейка 4 крепится герметично с входным торцом биочипа 2. Жидкости (реагент, аналит) прокачиваются при помощи миниатюрного насоса 6, управляемого при помощи автоматической системы 7 подачи жидкости. В нижней части корпуса 8 расположена электронно-оптическая система, которая состоит из проекционного входного объектива 9, электронно-оптического преобразователя 3-го поколения 10, фотокатода, микроканальной пластины, люминесцентного экрана (на фиг. 1 не показаны), цифровой камеры 11, управляемой при помощи компьютера 12 по заданной программе, выходного проекционного объектива 13. Устройство снабжено многоканальным источником напряжения 14, а для фокусировки изображения механизмом перемещения электронно-оптической системы 15 с помощью диска 16.

Устройство для регистрации и анализа оптического сигнала с волоконно-оптического биочипа работает следующим образом.

Регистрация оптического сигнала с волоконно-оптического биочипа 2 происходит в несколько этапов. На первом этапе аналит подается по трубочкам 5 через проточную ячейку 4 на биочип 2 (см. фиг. 1). Если подаваемый аналит и биомаркер, иммобилизованный на биочипе 2 комплементарны, происходит закрепление молекулы аналита на подложке биочипа 2. На втором этапе по трубочкам 5 через проточную ячейку 4 на биочип 2 подается регистрируемый реагент (или набор реагентов), который взаимодействует только со связанными с биомаркерами молекулами аналита. В местах связывания возникает вспышка света (см. фиг. 2), которая передается волокнами биочипа 2 в сторону электронно-оптической системы, состоящей из проекционного входного объектива 9 электронно-оптического преобразователя 3-го поколения 10, фотокатода, микроканальной пластины, люминесцентного экрана (на фиг. 1 не показаны), цифровой камеры 11 и проекционного выходного объектива 13. Изображение с выходного торца биочипа 2 фокусируется в плоскость фотокатода при помощи проекционного входного объектива 9. Фотокатод преобразует световой поток в поток электронов, который многократно усиливается микроканальной пластиной. Коэффициент преобразования регулируется, изменением напряжения при помощи многоканального источника напряжения 14 и достигает нескольких десятков тысяч. Усиленный электронный поток преобразуется в световой при помощи люминесцентного экрана. Изображение с люминесцентного экрана электронно-оптического преобразователя 3-го поколения 10 проецируется на цифровую камеру 11 выходным объективом 13. Изображение регистрируется цифровой камерой 11, управляемой компьютером 12 по заданной программе. Для повышения светопропускаемости входной 9 и выходной 13 проекционные объективы, заменяют фоконами (на фиг. 1 не показаны), но при этом повышается себестоимость устройства.

Изображение многократно усиливается при помощи электронно-оптического преобразователя 3-го поколения 10, регистрируется и передается цифровой камерой 11 на компьютер 12. Интенсивность свечения оценивается при помощи программного обеспечения на компьютере 12. Для настройки изображения с биочипа 2 на резкость устройство дополнительно снабжено механизмом перемещения оптической системы 15 по вертикали за счет вращения диска 16.

Электронно-оптический преобразователь 3-го поколения с высокой интегральной чувствительностью фотокатода и автоматической системой регулировки напряжения динамически изменяют коэффициент преобразования (см. фиг. 3).

Использование предлагаемого устройства для регистрации и анализа оптического сигнала с волоконно-оптического биочипа позволит по сравнению с прототипом уменьшить длительность проведения химического анализа, повысить производительность работы устройства, а также чувствительность регистрации оптических сигналов.