Спосіб підвищення точності приладу на основі явища поверхневого плазмонного резонансу

Реферат: Спосіб підвищення точності приладу на основі явища поверхневого плазмонного резонансу для досліджень біомолекулярних та біохімічних реакцій в рідких та газоподібних середовищах включає термостабілізування приладу вимірювання. Перед вимірюваннями визначають температурний режим функціональних складових блоків приладу та застосовують конструкційні засоби доробки для відведення тепла від найбільш нагрітих зон його складових блоків. UA 84770 U (12) UA 84770 U UA 84770 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Запропонована корисна модель належить до галузі способів аналітичного аналізу на основі явища поверхневого плазмонного резонансу (ППР). і може бути використана для проведення біохімічних аналізів та імунологічних тестів в клінічній практиці та з метою досліджень, в біотехнології, для контролю якості їстівних продуктів, сільськогосподарської сировини та питної води, в тому числі для визначення рівня вмісту шкідливих речовин (пестицидів, гербіцидів, інсектицидів, фунгіцидів, дефоліантів, сивушних масел і т.п.), а також для екологічного моніторингу навколишнього середовища. Всі біохімічні та біологічні реакції взаємодії проходять з поглинанням (ендотермічні реакції), або з виділенням (екзотермічні реакції) теплової енергії. Відомі способи, що базуються на явищі ППР [1,2] включають опромінення межі поділу між скляною призмою (оптично більш щільне середовище) і досліджуваним розчином (оптично менш щільне середовище) з боку більш щільного середовища, вимір вихідного сигналу детектора як функції часу, яка однозначно зв'язана з кутовим положенням скануючого променя, реєстрацію інтенсивності відбитого від межі поділу випромінювання залежно від кута падіння електромагнітної хвилі на поверхню скляної призми. Форма кривої плазмонного резонансу і, зокрема, положення мінімуму, залежить від показника заломлення призми, оптичних констант та товщини плівки, в якій збуджується поверхневий плазмонний резонанс відносно падаючого та відбитого випромінювання та від оптичних параметрів і товщини шару молекул, які знаходяться на або поблизу зовнішньої поверхні плівки. Про наявність біомолекул та молекулярних комплексів судять за величиною зміщення кута поверхневого плазмонного резонансу в присутності речовини, що аналізується. Ці способи мають високу чутливість. Але відомі технічні рішення для дослідження біомолекулярних та біохімічних реакцій в рідких та газоподібних середовищах з використанням явища поверхневого плазмонного резонансу не дозволяють визначати характер (ендо- або екзотермічний) бімолекулярних та біохімічних реакцій, які знаходяться на або поблизу зовнішньої поверхні плівки, в якій збуджується поверхневий плазмонний резонанс. Найбільш близьким технічним рішенням є спосіб [3] дослідження біомолекулярних та біохімічних реакцій в рідких та газоподібних середовищах з використанням явища поверхневого плазмонного резонансу, згідно з корисною моделлю, прилад вимірювання розміщують в термостабілізуючій камері, яка оснащена датчиком температури і пристроєм регулювання та індикації температури у внутрішньому об'ємі камери з вихідними речовинами, потім вимірюють додатковим температурним датчиком температуру порожньої комірки, витримують прилад в заданому режимі період часу необхідний для досягнення рівності сигналів від температурних датчиків, що будуть відповідати умовам термостабілізації всього приладу та вихідних речовин і задання стабільних початкових умов для проведення досліджень, потім вихідні речовини подають в чарунку, де вони реагують між собою, а ендотермічний чи екзотермічний характер реакції визначають по різниці сигналів від температурних датчиків. Недоліком найближчого аналога є те, що не враховується нерівномірність нагрівання вимірювального приладу власним тепловим випромінюванням, під час процесу вимірювання характеру реакції між речовинами, що вносить суттєву температурну похибку в результат вимірювання. Крім того, інерційність процесів теплопереносу під час вирівнювання температур порожньої комірки приладу та внутрішнього об'єму термостабілізуючої камери, значно підвищує час підготовчих операцій вимірювання, що знижує його технологічність. Задачею запропонованої корисної моделі є розробка способу підвищення точності приладу на основі явища поверхневого плазмонного резонансу для досліджень біомолекулярних та біохімічних реакцій в рідких та газоподібних середовищах. Поставлену задачу досягають тим, що у способі підвищення точності приладу на основі явища поверхневого плазмонного резонансу для досліджень біомолекулярних та біохімічних реакцій в рідких та газоподібних середовищах прилад вимірювання термостабілізують, а перед вимірюваннями визначаються температурний режим функціональних складових блоків приладу та застосовують конструкційні засоби доробки для відведення тепла від найбільш нагрітих зон його складових блоків. Приклад реалізації. Для реалізації запропонованого способу був використаний тепловізор, який вимірював розподіл температури з похибкою 0,01 град. Цельсію (робочий спектральний діапазон 1-5 мкм) в нагрітих зонах складових блоків приладу. За результатами вимірювань було визначено найбільш нагріті зони приладу (Фіг. 1). На фіг. 1. показано найбільш нагріті зони: зона напівпровідникового лазера блока випромінювання (Фіг. 1. а) та зона обчислювальної мікросхеми блока обробки інформації та керування (Фіг.1, б). Для підвищення відведення тепла з цих зон було виконано конструкційну доробку приладу, яка полягала в тому що, на зони з 1 UA 84770 U 5 10 15 20 25 30 35 40 найбільшим нагрівом було встановлено радіатори, теплові екрани, використано теплопровідні пасти в проблемних місцях з'єднання тепловідвідних елементів. Також додатково було виготовлено отвори в кожусі приладу для конвекційного відведення тепла. Далі проводили порівняльні з найближчим аналогом вимірювання, використовували один і той же прилад ПЛАЗМОН-6 (розробка Інституту фізики напівпровідників ім. В.Г. Лашкарьова НАН України), як в вихідному стані, так і після конструкційних доробок. В робочій камері термостата розташовували резервуари з реагентами, вимірювальний прилад і чарунку для хімічних реакцій, виготовлену з фторопласту-4 об'ємом 50 мкл. Чарунка була оснащена трубками для введення і виведення реагентів в чарунку. Для проведення експерименту в камері була задана температура +15 °C. Спочатку вимірювали та порівнювали температури в робочій камері і в чарунці за допомогою відповідних датчиків. Різниця цих температур у вигляді електричного сигналу надходила до пристрою регулювання та індикації. Далі пристрій регулювання та індикації керував роботою елемента Пельтьє робочої камери термостата таким чином, щоб в результаті різниця температур в робочій камері і чарунці зникла. Тобто камера, чарунка, прилад та вихідні речовини мали температуру +15 °C. Було визначено, що час зрівняння температур скоротився вдвічі порівняно з таким самим вимірюванням, але без конструкційної доробки приладу. В експерименті як вихідні речовини використовували дистильовану воду і етиловий спирт 98 %. Дистильовану воду і етиловий спирт подавали в чарунку, де вони між собою реагували. Концентрація спирту в розчині була відома заздалегідь. Під час взаємодії води та спирту різниця температур від датчиків у вигляді електричного сигналу змінювалась від 0 до +5 °C, що дозволило зробити висновок про характер хімічної реакції. Після повторного досягнення сигналом різниці від датчиків температури нульового значення, тобто при повторному досягненні продуктами реакції температури +15 °C, прилад визначив концентрацію етилового спирту в дистильованій воді. В результаті вимірювань було встановлено менше відхилення результату вимірювання концентрації від вихідного її значення, ніж у випадку такого ж вимірювання, але без конструкційної доробки пристрою. Таким чином похибка результатів вимірювання пов'язана з нагрівом приладом досліджуваних речовин була в 1,2-1,5 рази зменшена запропонованим способом порівняно з найближчим аналогом. Крім того, запропонований спосіб дозволив скоротити час вимірювання. Джерела інформації: 1. United States Patent: PN WQ93-06463, МПК G01N 021/55. Optical Sensor / Peacock S.J., Jaggers H.C., Shaw J.S.; January 12, 1994. 2. Ширшов Ю.М., Венгер Є.Φ., Прохорович А.В., Ушенін Ю.В., Мацас С.П., Чегель В.І., Самойлов А.В., Спосіб детектування та визначення концентрації біомолекул та молекулярних комплексів та пристрій для його здійснення; Патент України номер 46018, опубл. 15.05.2002; бюл. № 5. 3. Дорожинський Г.В., Ушенін Ю.В., Самойлов А.В., Маслов В.П. Спосіб дослідження біомолекулярних та біохімічних реакцій в рідких та газоподібних середовищах з використанням явища поверхневого плазмонного резонансу, патент України на корисну модель № 77080 від 25.01.2013, бюл. № 2. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 Спосіб підвищення точності приладу на основі явища поверхневого плазмонного резонансу для досліджень біомолекулярних та біохімічних реакцій в рідких та газоподібних середовищах, згідно з яким, прилад вимірювання термостабілізують, який відрізняється тим, що перед вимірюваннями визначають температурний режим функціональних складових блоків приладу та застосовують конструкційні засоби доробки для відведення тепла від найбільш нагрітих зон його складових блоків. 2 UA 84770 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3