Дискретный фибрин-таймер с турбидиметрией карусельного типа

ФЕДЕРАЛЬНОЕ  АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего

Профессионального образования

«Санкт-Петербургский  государственный электротехнический

университет

«ЛЭТИ»  имени В.И.Ульянова (Ленина)»

(СПбГЭТУ) 
 
 

Кафедра 

БТС 
 
 
 
 
 

Курсовое  проектирование 

По  дисциплине «Автоматизация биомедицинских и экологических исследований»

 
 
 
 
 

Тема: «Дискретный фибрин-таймер с турбидиметрией

карусельного  типа» 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Санкт-Петербург

2010 г.

 

Содержание  работы.

 

   Цель  работы:

   Разработка  автоматического анализатора дискретного  типа  для оценки временных параметров свертываемости крови.

   Задачи  работы:

1. Разработать концептуальную схему анализатора, выбрать узлы и элементы прибора.
2. Выбрать детектор, описать его устройство и принцип  работы.
3. Описать отдельные узлы автоматического анализатора.
4. Описать реагенты и расходные материалы.
5. Построить подробную структурную схему автоматического анализатора.
6. Описать возможную область применения разработанного прибора.

 

 

    Концептуальная  схема анализатора.

1. Поскольку анализатор карусельного типа, системой подачи проб будет являться аналитическая  карусель.
2. Также аналитическая карусель будет транспортировать биопробы и реагенты до позиции проведения измерений.
3. В аналитической карусели есть определенные секции с  пробирками: в  одной находятся пробирки с исследуемыми пробами, в  другой – с реагентами, а в  третьей – с реакционной смесью, подлежащей анализу на детекторе.
4. Пробы отбираются при помощи  иглы пробоотборника, которая осуществляет необходимую дозацию проб, и помещаются  вместе с  необходимыми реагентами  в  пробирки для реакционной смеси.
5. Далее происходит промывка иглы и пробирок с пробой и реагентами.
6. Пробирки с  реакционной смесью поступают на позицию, где происходит перемешивание БП  с реагентами
7. Затем пробирки поступают на анализ – к  детектору.
8. После процедуры измерения сигнал детектора попадает на схему обработки сигнала.
9. Обработанный цифровой сигнал подается на отображающее устройство.
10. Весь процесс подачи проб, дозировки, перемешивания, промывки пробирок и пробоотборника, и измерения сигнала контролируется управляющим устройством.

Устройство  детектора, описание принципа работы. 

     Принцип метода измерения основан на измерении интенсивности монохроматического света (определённой длины волны), прошедшего через пробирку, содержащую коллоидный раствор. Детектор работает в дискретном режиме с  шагом дискретизации 0,1 с. Почти все аналитические измерения связаны с видимым излучением. Пробу освещают интенсивным потоком , а затем измеряют интенсивность прошедшего излучения или определяют интенсивность излучения, рассеянного под определенным углом (например, 90⁰). Для очень разбавленных суспензий измерение под углом гораздо чувствительнее, чем измерения, когда источник и приемник излучения находятся на одной линии, поскольку при этом можно наблюдать слабый рассеянный свет на темном фоне. Метод, в котором используют линейное измерение, называют турбидиметрией. Строгое математическое обоснование этих методов довольно сложная задача, но, к счастью, в практической аналитической работе в нем нет необходимости. При турбидиметрических измерениях величина, называемая мутностью, соответствует оптической плотности и может быть определена из соотношения, аналогичного основному закону светопоглощения

I_r = I₀K  ^NV,

где  К — коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом мутности; N — число рассеивающих. частиц в  миллилитре.

   Для турбидиметрических измерений можно  использовать любой фотометр или спектрофотометр. Если растворитель и рассеивающий частицы бесцветны, максимальная чувствительность достигается при использовании излучения голубой или ближней ультрафиолетовой области. Для окрашенных систем оптимальную длину волны лучше всего подобрать экспериментально. Для достижения максимальной чувствительности необходимо, чтобы излучение данной длины волны не поглощалось каким-либо окрашенным веществом, присутствующим в жидкой фазе. 

                  Собирающая

                          линза

 

 

    Детектор  предназначен для определения времени  свёртывания проб плазмы крови, приготовленных по методикам коагулогического анализа, путём измерения времени между  вводом реагента, активирующего процесс  коагуляции и моментом образования  сгустка.

    Детектор  состоит из осветительной системы, включающей в себя источник излучения, отделения для пробирок, приемника излучения, регистрирующего устройства и собирающей линзы. В качестве приемника излучения в них обычно используются многоэлементные линейки фотоприемников (фотодиодов) с зарядовой связью (линейные ФПЗС), позволяющие отказаться от механического сканирования. Принцип работы ПЗС - считывание электрического потенциала методом сдвига заряда от элемента к элементу. Выходной сигнал с ПЗС поступает на вход АЦП микроконтроллера, который усиливает его и преобразует в цифровой код. Чувствительность кремниевого фотодиода (используется в ПЗС) выше в длинноволновой области спектра и прибор с данным детектором более чувствителен к крупным частицам.

    В качестве источника света используется светодиод. Светодиод излучает в очень узкой области спектра по сравнению с нагретой добела нитью накаливания – т.е. используется монохроматический источник света.  Поскольку в видимой области светодиоды более эффективны по сравнению с лампами накаливания, им требуется меньшая мощность для получения света той же интенсивности.

    Щель  используется для проведения измерений  под углом, близким  к 90^o. Такой угол обеспечивает меньшую чувствительность к изменению размера частиц, прямой угол дает простую оптическую систему с малым количеством постороннего света.

 

Описание  узлов анализатора. 

   Разрабатываемый прибор имеет следующие узлы и подсистемы:  

1. Детектор
2. Блок подачи проб.
3. Устройство отбора и дозации проб.
4. Система промывки.
5. Блок перемешивания.
6. Термостат.
7. Блок управления
8. Схема обработки сигнала
9. Отображающее устройство
10. Блок питания.

 

1. Устройство  детектора было описано в  предыдущем пункте.

 

2. Блок подачи проб содержит аналитическую карусель. Контролируемая специальным мотором, она содержит несколько отдельных сегментов:

- блок  с  реакционными пробирками

- блок  с  пробирками для образцов

- блок  с  пробирками для реагентов

- блок  для стандартов и контрольных  проб 

Аналитическая карусель подобного типа имеет следующие  объемы:

- объем  реакционной пробирки 1,2 мл.

- объем  пробирки для образца 0,8 мл.

- объем  флаконов с  реагентами 30 мл  и 7 мл.  

3.  Устройство отбора и дозации проб.

Для отбора и дозации проб и реагентов  используется игла-пробоотборник. Она  имеет сменные насадки, которые  используются после определенного  числа измерений с одной насадкой.

 

1 – сменные  насадки 

2 – поворотная  заслонка 

3 – канал  для подачи воды(связан с   системой промывки)

4 – корпус 

5 – игла пробоотборника 

4. Система промывки прибора осуществляет удаление отработанных проб, реагентов, а также продуктов реакции из всех прошедших процесс измерения пробирок. Также после каждого взятия пробы иглой-пробоотборником осуществляется промывка насадки иглы для минимизации влияния предыдущих измерений на данное и последующие, а также периодическая замена насадки для обеспечения большей достоверности измерений. Прибор после каждого измерения промывается дистиллированной водой, а раз в день происходит промывка моющим средством всех пробирок и устройства пробоотбора.  Жидкость для промывки поступает в места промывки при помощи иглы пробоотборника – происходит автоматическая внутренняя и внешняя очистка иглы пробоотборника.
5. Пробы и реагенты в приборе смешиваются благодаря тому, что реагент подается струей под давлением.
6. Термостат — прибор для поддержания постоянной температуры. Поддержание температуры обеспечивается за счёт использования терморегуляторов. Точность поддержания необходимой для исследования температуры - 0,01 градуса. Термостат выполнен в  виде внешнего устройства для аналитической карусели, в которое она  помещается. В термостате поддерживается постоянной температура теплоносителя, заполняющего термостат. Лучшая жидкость – дистиллированная вода. Единственный ее недостаток – ограниченный диапазон температур – от 5 до 95 °С. Все остальные характеристики превосходят другие возможные жидкости: воду можно часто менять, она обладает минимальной вязкостью, - что вполне удовлетворяет требуемым условиям измерения.
7. Управление всем прибором осуществляется при помощи микроконтроллера. Микроконтроллер осуществляет подачу соответствующих управляющих команд в  отдельные узлы прибора в соответствующие моменты времени, которые установлены программно.