Результат интеллектуальной деятельности: ПЛАНШЕТ ДЛЯ ТЕСТИРОВАНИЯ ИММУНОФЕРМЕНТНЫХ АНАЛИЗАТОРОВ

Заявляемое устройство относится к области иммунологических исследований оптическими методами, в частности, к приспособлениям для тестирования иммуноферментных анализаторов (ИФА) планшетного типа.

Известно приспособление для тестирования многоканальных ИФА [Патент РФ №2079821, МПК G01J 1/04, опубл. 20.05.97, БИ №14], представляющее собой планшет для тестирования иммуноферментных анализаторов, который содержит рамку с дном, набор светофильтров с оправками в виде стаканов, и, по меньшей мере, одну рейку с гнездами под оправки, причем гнезда в рейке выполнены с шагом, равным расстоянию между оптическими измерительными каналами ИФА, а рамка по периметру имеет элементы крепления реек, выполненные с таким же шагом. При этом длина реек выбрана из условия их продольной или поперечной установки в рамке. Рамка снабжена дном с отверстиями, выполненными с шагом, равным расстоянию между оптическими измерительными каналами иммуноферментного анализатора. Для проведения тестовых измерений оправки со светофильтрами устанавливают в рейку, которую закрепляют на рамке в продольном или поперечном направлениях. Рамку со светофильтрами устанавливают в ИФА вместо планшета с жидкими пробами и на основании полученных результатов тестовых измерений делают выводы о работоспособности ИФА.

Однако в конструкции аналога, содержащего контрольные элементы в виде светофильтров, не учитывается влияние менисковой формы верхней границы реальной жидкой пробы, что приводит к несоответствию формы измерительного светового потока при тестировании анализатора и при измерении реальных проб.

Вследствие неидентичности прохождения светового потока ИФА при измерении пробы и при тестировании, отказы или конструктивные дефекты, чувствительные к мениску (например, превышающее допуск смещение измеряемых образцов относительно световых потоков, дефекты поверхностей элементов оптического тракта), вызывающие существенные искажения при передаче светового потока в оптоэлектронном измерительном тракте и приводящие к недостоверным результатам или отказам анализатора, не выявляются с помощью устройства аналога.

Недостаток аналога - ограниченные функциональные возможности, связанные с неэквивалентностью формы верхней рабочей поверхности твердотельного имитирующего элемента (светофильтра) и верхней рабочей поверхности жидкой пробы, имеющей форму мениска, что ограничивает функциональные возможности планшета, не позволяя выявлять ряд дефектов анализатора, при этом снижается эффективность тестирования.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является планшет для тестирования иммуноферментных анализаторов с расширенными функциональными возможностями, позволяющий выявлять дефекты, чувствительные к мениску [Патент РФ №2189028, МПК G01N 21/59, опубл. 10.09.2002, БИ №25]. Это устройство и выбрано в качестве прототипа.

Прототип содержит рамку, набор плосковогнутых линз из цветного стекла, по меньшей мере одну рейку с гнездами, выполненными с шагом, равным расстоянию между оптическими измерительными каналами иммуноферментного анализатора, а длина реек выбрана из условия их продольной или поперечной установки в рамку. Кроме того, планшет содержит набор оправок, выполненных в виде стаканов, устанавливаемых в гнезда реек, а рамка снабжена дном с отверстиями и по периметру имеет элементы крепления реек, выполненных с таким же шагом, при этом плосковогнутые линзы устанавливаются в оправки.

Замена светофильтров плосковогнутыми линзами из цветного стекла, совмещающими функцию изменения формы светового потока со спектральной фильтрацией и поглощением светового потока, позволяет реализовать такой режим тестирования ИФА, при котором измерительные световые потоки формируются идентично световым потокам в жидких пробах не только по спектральному составу и интенсивности, но и по форме. В результате прототип позволяет до начала иммунологических исследований, выявлять отказы ИФА, проявляющиеся под действием менисковой формы верхней поверхности жидкой пробы.

Эффективность тестирования определяется функциональной полнотой выявления дефектов и отказов ИФА, и точностью их количественного определения. Указанные свойства зависят, соответственно, от степени представительности тестовых измерений, то есть от качества имитации тестирующим средством условий измерения, имеющих место при работе с планшетами, заполненными жидкими пробами.

Прототип имитирует ряд параметров планшета с пробами. К таким параметрам относятся форма и установочные размеры планшета, количество лунок с пробами, шаг между лунками планшета в продольном и поперечном направлениях, рабочий световой диаметр дна лунки, пределы длины хода луча в пробе, форму верхней поверхности жидкой пробы.

Однако прототип обеспечивает при тестировании анализатора лишь частичную имитацию реальных условий измерения, не учитывая наличие рассеянных световых потоков, которые возникают при измерении полистирольных планшетов для ИФА и, попадая в оптоэлектронный измерительный канал, влияют на результат измерения. Кроме того, в прототипе имитация планшета реализована сборной конструкцией, которая требует соответствующих допусков на сопрягаемые детали, приводит к появлению люфтов, отсутствующих в реальном цельнолитом планшете, что снижает степень имитации условий проведения анализа.

В состав устройства прототипа входит рамка с непрозрачным дном, имеющим отверстия, которая выполняет функцию экрана, снижающего уровень рассеянных световых потоков, попадающих в измерительный канал, до пренебрежимо малых величин.

Теория фотометрии определяет оптическую плотность образца следующей формулой:

где I₀ - световой поток, падающий на образец;

I_пр - световой поток, прошедший через образец.

При тестировании анализаторов с помощью прототипа световой поток, прошедший через контрольный элемент и попадающий на фотоприемник, будет определяться выражением:

I_пр=I₀-I_погл,

где I_погл - световой поток, поглощенный исследуемой пробой.

Оптическая плотность контрольного образца при тестировании с помощью прототипа будет определяться по формуле:

При измерении оптической плотности жидких проб в лунках стандартного планшета для иммуноферментного анализа уровень рассеянных световых потоков, попадающих в измерительный канал, значительно увеличивается из-за возникающих в оптическом канале многократных отражений между поверхностями оптических элементов, формирующих измерительный световой поток, и элементами планшета. Кроме того, у многоканальных ИФА происходит взаимопроникновение рассеянных световых потоков между соседними каналами.

Таким образом, световой поток, прошедший через пробу и попадающий на фотоприемник, включает в себя не только поток, поглощенный непосредственно пробой, но и дополнительный рассеянный световой поток.

Соответственно, прошедший пробу и попадающий на фотоприемник световой поток будет определяться формулой:

I_пр=(I₀-I_погл)+I_pac,

где I_pac - рассеянный световой поток, образованный многократными отражениями в оптическом измерительном канале при установке планшета и межканальными засветками (в многоканальных ИФА).

Соответственно оптическая плотность будет определяться формулой:

Из этой формулы видно, что уровень рассеянного светового потока влияет на результат измерения оптической плотности. Степень влияния усиливается с увеличением поглощения светового потока исследуемым раствором (оптической плотностью исследуемого раствора).

При измерении слабо поглощающих растворов с оптической плотностью до 1,0 Б поглощенный световой поток I_погл составит не более 0,9 I₀, то есть прошедший световой поток составит:

I_пр=0,1I₀+I_pac.

В результате оптическая плотность будет определяться следующим образом:

Современные иммуноферментные анализаторы имеют рабочий диапазон измеряемой оптической плотности до 4,0 Б.

При оптической плотности раствора 4,0 Б поглощенный световой поток составит 0,9999 I₀, то есть прошедший световой поток составит:

I_пр=0,0001I₀+I_pac.

В результате оптическая плотность будет определяться формулой:

Как видно из приведенных формул (1) и (2), при больших значениях оптической плотности исследуемых растворов, доля рассеянного света в прошедшем исследуемую пробу и попадающем на фотоприемник световом потоке значительно возрастает, то есть возрастает влияние рассеянного светового потока на результат измерения оптической плотности.

Влияние рассеянного излучения на увеличение погрешности измерения оптической плотности исследуемых биопроб рассматривается в ряде литературных источников (см., например, [Фотометрия в лабораторной практике В.В. Долгов, Е.Н. Ованесов, К.А. Щетникович, Москва, 2004. METTLER TOLEDO AG, Analytical UV/VIS Спектрофотометрия. Основы и применение]).

В процессе разработки и изготовления фотометрических приборов, в том числе иммуноферментных анализаторов, рассеянные световые потоки минимизируют путем чернения всех поверхностей внутри оптической системы, придания им ребристых форм, с защитой от проникновения внешнего излучения и попадания внутрь прибора пыли и других загрязняющих и рассеивающих частиц.

В работоспособном приборе погрешность измерения, вносимая рассеянным световым потоком, включена в неисправленную систематическую ошибку анализатора, заданную в его документации.

Однако в процессе эксплуатации по разным причинам может происходить увеличение уровня рассеянного света, например:

- при нарушении покрытий оправ оптических деталей и других конструктивных элементов оптической системы (стенок, экранов, тубусов);

- при появлении загрязнений и местных дефектов на поверхностях оптических деталей, формирующих измерительный световой поток (пыль, сколы, царапины);

- при нарушении целостности интерферирующих слоев интерференционного светофильтра.

При тестировании с помощью прототипа, наличие в его устройстве рамки с непрозрачным дном, имеющим отверстия, не позволяет выявлять увеличение уровня рассеянного света, которое будет влиять на результат измерения и вносить дополнительную погрешность при измерении оптической плотности реальных планшетов с жидкими пробами.

Недостатком прототипа является ограниченность его функциональных возможностей за счет недостаточной степени имитации условий проведения исследований, вызванной неидентичностью рассеянных световых потоков в измерительном канале при измерении контрольных образцов и жидких проб.

Кроме того, сборная конструкция прототипа, предполагающая наличие люфтов, обеспечивающих сборку и разборку планшета при тестировании, снижает степень имитации реальных условий проведения исследований, что вносит искажения в результаты тестирования.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в расширении функциональных возможностей планшета для тестирования в части выявления классов ошибок, вызванных изменением количества рассеянного излучения в измерительном канале, и наличием люфтов, связанных с необходимостью сборки и разборки планшета, при одновременном упрощении, удешевлении устройства и улучшении его эксплуатационных параметров.

Для решения поставленной технической задачи предлагается планшет для тестирования иммуноферментных анализаторов, содержащий рамку, набор плосковогнутых линз из цветного стекла, по меньшей мере одну рейку с гнездами, выполненными с шагом, равным расстоянию между оптическими измерительными каналами иммуноферментного анализатора, а длина реек выбрана из условия их продольной или поперечной установки в рамку, причем рамка и рейки выполнены в виде единой детали, которая по материалу, форме и размерам соответствует планшету для иммуноферментного анализа, а плосковогнутые линзы зафиксированы непосредственно в гнездах реек, плоской поверхностью вниз.

Технический результат - повышение достоверности результатов тестирования путем создания планшета для тестирования иммуноферментных анализаторов, обладающего расширенными функциональными возможностями, который позволит выявлять ряд дополнительных нарушений работоспособности анализаторов, вызванных изменением уровня рассеянных световых потоков, попадающих в канал измерения, при одновременном улучшении эксплуатационных параметров устройства в части уменьшения погрешности установки контрольного элемента в позицию измерения и упрощения процесса тестирования.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что сочетание единой детали, соответствующей по материалу, форме и размерам планшету для иммуноферментного анализа, и элементов прототипа, позволяет реализовать, посредством заявляемого устройства, такой режим тестирования ИФА, при котором измерительные световые потоки формируются идентично световым потокам в жидких пробах не только по форме, интенсивности и спектральному составу, но и по энергетической структуре, то есть по составу входящих в них излучений; при этом улучшаются эксплуатационные параметры устройства за счет уменьшения погрешности установки контрольного элемента в позицию измерения и сокращения подготовительных операций процесса тестирования.

В результате заявляемый планшет для тестирования ИФА приобретает новое свойство: возможность априорного, до начала иммунологических исследований, выявления нарушений работоспособности ИФА, вызванных изменением уровня рассеянного излучения, присутствующего в измерительном канале, и погрешностью установки контрольных элементов планшета в измерительный канал.

Таким образом, создание многофункционального планшета для тестирования ИФА конструктивно соответствующего стандартному планшету для иммуноферментного анализа, выполненного из материала, имитирующего его по оптическим характеристикам, позволяет при тестировании выявлять нарушения работоспособности анализатора, связанные с изменениями уровня рассеянного излучения в измерительном световом потоке, а также уменьшать погрешность установки контрольных элементов в позицию измерения и упрощать процесс тестирования, благодаря переходу от сборной конструкции устройства к монолитной детали, объединяющей рамку и рейку с гнездами, в которой исходно зафиксированы плосковогнутые линзы.

Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежами, где на Фиг. 1 представлена конструкция предлагаемого планшета для тестирования иммуноферментных анализаторов с одним из вариантов размещения плосковогнутых линз; на Фиг. 2 схематично представлен вариант размещения плосковогнутых линз (контрольных элементов) в планшете для тестирования.

Планшет для тестирования иммуноферментных анализаторов (Фиг. 1), содержит рамку 1, набор плосковогнутых линз из цветного стекла 2, по меньшей мере одну рейку 3 с гнездами 4, выполненными с шагом, равным расстоянию между оптическими измерительными каналами иммуноферментного анализатора, а длина реек 3 выбрана из условия их продольной или поперечной установки в рамку 1, причем рамка 1 и рейки 3 выполнены в виде единой детали, которая по материалу, форме и размерам соответствует планшету для иммуноферментного анализа, а плосковогнутые линзы 2 зафиксированы непосредственно в гнездах 4 реек 3, плоской поверхностью вниз.

Набор плосковогнутых линз 2 (Фиг. 1) включает в себя линзы из цветного оптического стекла различных марок и линзы из бесцветного оптического стекла.

Радиус линз 2 выбран по условию обеспечения идентичности апертуры измерительного светового потока при тестировании и при измерении жидких проб. Плосковогнутые линзы 2 зафиксированы в гнездах 4 плоской поверхностью ко дну гнезда 4 с помощью клеящего материала, причем номенклатура плосковогнутых линз 2 и топология их размещения может быть выбрана оптимальной для выполнения необходимого объема тестирования путем однократного измерения планшета.

Объем тестирования иммуноферментных анализаторов, как достаточно сложных измерительных приборов, определяется необходимостью и регулярностью контроля ряда основных параметров, влияющих на достоверность результатов измерения. К таким параметрам относятся:

- правильность позиционирования;

- стабильность и воспроизводимость результатов в рабочем диапазоне измерения оптической плотности;

- правильность установки в анализаторе номинальной длины волны измерительного светового потока;

- стабильность спектральной характеристики измерительного тракта;

- идентичность измерительных каналов (для многоканальных анализаторов).

Проверка указанных параметров обеспечивается соответствующей топологией заполнения гнезд 4 планшета плосковогнутыми линзами 2, которые в планшете для тестирования выполняют роль контрольных элементов.

На Фиг. 2 схематично представлен вариант размещения контрольных элементов:

- в гнезда столбцов 1 и 12 установлены прозрачные плосковогнутые линзы из бесцветного оптического стекла;

- в гнезда столбца 2 установлены плосковогнутые линзы из нейтрального оптического стекла, имеющие разную оптическую плотность от минимального в лунке А2 до максимального в лунке Н2 значения рабочего диапазона ИФА;

- в гнезда столбца 3 установлены плосковогнутые линзы из нейтрального оптического стекла, имеющие одинаковую оптическую плотность, близкую к среднему уровню оптической плотности рабочего диапазона анализатора;

- в гнезда столбца 4 установлены плосковогнутые линзы из нейтрального оптического стекла, имеющие оптическую плотность близкую к верхней границе рабочего диапазона анализатора;

- в гнездах столбца 5 (А5, В5, С5, D5, Е5) установлены плосковогнутые линзы из цветного оптического стекла с различным селективным поглощением в рабочем спектральном диапазоне.

Контрольные элементы столбцов 1 и 12 предназначены для проверки позиционирования.

Контрольные элементы столбца 2 позволяют проверить правильность измерения оптической плотности (стабильность и воспроизводимость результатов).

Столбцы 3 и 4 предназначены для проверки идентичности измерительных каналов в многоканальных (8-ми канальных) анализаторах, в которых каждое гнездо столбца планшета от А до Н измеряется независимым измерительным оптоэлектронным каналом.

Контрольные элементы столбца 5 позволяют проверить правильность установки в анализаторе номинальной длины волны измерительного светового потока и стабильность спектральной характеристики измерительного тракта.

Наличие 96 гнезд в планшете дает возможность создавать множество вариантов планшета с различной топологией контрольных элементов для решения технических задач не только при тестировании анализаторов при эксплуатации, но и в процессе разработки и производства приборов.

Кроме того, свободные гнезда могут быть заполнены контрольными элементами для. проверки работы анализаторов в специальных режимах, например, в режиме градуировки.

Устройство работает следующим образом.

Для проведения тестовых измерений планшет устанавливается в анализатор вместо реального планшета с жидкими пробами и проводятся предусмотренные соответствующей методикой тестовые измерения.

На основании полученных результатов измерений делают выводы о работоспособности анализатора.

В дополнение к прочей информации, касающейся правильности формирования измерительных световых потоков, в том числе, при взаимодействии с менисковой формой поверхности жидких проб, результаты тестовых измерений заявляемым планшетом, в силу идентичности энергетической структуры измерительного светового потока при тестировании и при измерении жидких проб, несут в себе дополнительную информацию о техническом состоянии ИФА.

Итак, наряду с отказами ИФА, вызванными отклонениями оптоэлектронных передаточных характеристик каналов и оптико-механических параметров, а также связанными с взаимодействием измерительных световых потоков с менисками жидких проб, предлагаемый планшет для тестирования ИФА, в отличие от известных устройств подобного назначения, выявляет неисправности, вызванные изменением уровня рассеянных световых потоков в измерительном канале, а также уменьшает погрешность установки контрольных элементов в позицию измерения и упрощает процесс тестирования, благодаря переходу от сборной конструкции устройства к монолитной детали.

Таким образом, заявляемое устройство обладает расширенными функциональными возможностями и обеспечивает оперативный контроль работоспособности ИФА по всем основным характеристикам с повышенной достоверностью, за счет идентичности энергетической структуры измерительных световых потоков при тестировании и измерении жидких проб, а также за счет уменьшения погрешности установки контрольных элементов в позицию измерения.

Кроме того, предлагаемое устройство обладает улучшенными эксплуатационными и стоимостными параметрами.

Во-первых, значительно упрощается процесс тестирования, в части подготовки устройства непосредственно к измерению, благодаря исключению операций по сборке планшета для тестирования ИФА из нескольких деталей.

Во-вторых, уменьшается общее время, затрачиваемое пользователем на тестирование анализатора, что особенно важно при регулярном контроле работоспособности прибора. При использовании предлагаемого планшета не только сводится к минимуму время подготовки к измерению, но и сокращается время проведения самих тестовых измерений, так как обеспечивается контроль всех необходимых параметров при однократном измерении планшета, без дополнительных перестановок контрольных элементов.

В-третьих, предполагаемая стоимость заявляемого устройства, представляющего собой неразъемную сборочную единицу, состоящую из монолитного планшета с зафиксированными в его гнездах контрольными элементами, меньше, чем стоимость сборно-разборного планшета с большим количеством установочных деталей, что делает его доступным для более широкого круга пользователей.