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: [email protected] 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, [email protected], тел.: 8(495)851-08-73 Гусев Валерий Михайлович, старший научный сотрудник, [email protected], тел.: 8(495)851-08-73 Компанец Олег Николаевич, главный научный сотрудник, д.ф.-м.н., [email protected] , тел.: 8(495)851-02-20 Павлов Михаил Алексеевич, ведущий конструктор, [email protected], тел.: 8(495)851-02-28 Вид доклада: стендовый