Поляритонний флуориметр з додатковим прямим збудженням

Реферат: Поляритонний флуориметр з додатковим прямим збудженням містить прозорий оптичний елемент з оптично більш щільної речовини, межу поділу з оптично менш щільною речовиною, електропровідну плівку на вказаній межі, лазер, розташований з боку більш щільного середовища, призму, на одній з граней якої знаходиться досліджуваний зразок, зверху над яким закріплений пристрій для підключення хвилеводу спектрометра та гоніометр для керуванням кутом повороту призми і фоточутливий елемент, який під'єднується до ПК. У пристрою для підключення хвилеводу спектрометра додатково розташоване джерело для збудження флуоресценції досліджуваного флуорофора з довжиною хвилі, співрозмірною довжині хвилі збудження досліджуваного флуорофора. UA 112506 U (12) UA 112506 U UA 112506 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до спектрофлуорометрії і може бути використана для високочутливого детектування різних речовин в рідкому середовищі, проведення біохімічних аналізів та імунологічних тестів в клінічній практиці, для контролю якості сільськогосподарської сировини та питної води, дослідження різних типів об'єктів нанесених на твердотільний носій, наприклад, виконаних у вигляді чипів, шляхом реєстрації спектрів флуоресценції. Відомий оптоелектронний сенсор [1], що застосовувався при дослідженні відбиття та флуоресценції поверхні твердотільних зразків, зокрема індукції флуоресценції хлорофілу рослинних об'єктів у польових умовах. Аналог містить синій світлодіод як освітлювач для збудження і фотоприймач для реєстрації флуоресценції та тримач зразків. Пристрій-аналог зарекомендував себе при визначенні відбиття, поглинання та флуоресценції нативного хлорофілу інтактного листка рослини в польових умовах. Пристрій-аналог не дозволяє працювати зі значною кількістю досліджуваних речовин, неможливо використовувати елементи транспаранту в малогабаритних сенсорах хлорофілу, не дозволяє одержувати сигнали індукції флуоресценції. Як прототип вибрано сенсор [2] поляритонний флуориметр, що містить прозорий оптичний елемент з оптично більш щільної речовини, межу поділу з оптично менш щільною речовиною, електропровідну плівку на вказаній межі, лазер, розташований з боку більш щільного середовища, призму, на одній з граней якої знаходиться досліджуваний зразок та гоніометр для керуванням кутом повороту призми і фоточутливий елемент, який під'єднується до ПК. Прототип не дозволяє реєструвати підсилення сигналу флуоресценції з досить низькою концентрацією флуорофора збудженим поверхневим плазмон-поляритонним резонансом на поверхні досліджуваного зразка. В основу корисної моделі поставлено задачу створення такого оптоелектронного поляритонного флуориметра з додатковим прямим збудженням, який би був більш універсальним та дав змогу, шляхом розширення спектра електромагнітних хвиль для підсилення збудження флуоресценції, збільшити ряд досліджуваних речовин та підвищити чутливість вимірювання сигналу флуоресценції. Поставлена задача поляритонний флуориметр з додатковим прямим збудженням містить прозорий оптичний елемент з оптично більш щільної речовини, межу поділу з оптично менш щільною речовиною, електропровідну плівку на вказаній межі, лазер, розташований з боку більш щільного середовища, призму, на одній з граней якої знаходиться досліджуваний зразок зверху над яким закріплений пристрій для підключення хвилеводу спектрометра та гоніометр для керуванням кутом повороту призми і фоточутливий елемент, який під'єднується до ПК, згідно з корисною моделлю, у пристрою для підключення хвилеводу спектрометра додатково розташоване джерело для збудження флуоресценції досліджуваного флуорофора з довжиною хвилі співрозмірній довжині хвилі збудження досліджуваного флуорофора. Введення в поляритонний флуориметр додаткового джерела збудження дозволить розширити ряд досліджуваних речовин, збільшити чутливість приладу. Запропонований поляритонний флуориметр з додатковим прямим збудженням базується на використанні явища накладання або резонансу свічення досліджуваного барвника і джерела додаткового прямого збудження в результаті відбувається підсилення інтенсивності сигналу флуоресценції досліджуваного флуорофора. Суть запропонованої корисної моделі пояснюється графічними матеріалами, де на: фіг. 1 представлено блок-схему поляритонного флуориметра, де 1 - лазер (з довжиною хвилі λ=650 ΗΜ); 2 - призма (на якій закріплено з використанням імерсійної рідини для однорідності показника заломлення досліджуваний зразок з нанесеною плівкою золота, на яку нанесено плівку з досліджуваною рідиною); 3 - гоніометр для управління кутом повороту призми; 4 - фотодіод (реєструє відбитий лазерний промінь); 5 - спектрометр (реєструє свічення світлофільтра); 6 - ПК для реєстрації сигналу поверхневого плазмонного резонансу і резонансу флуоресценції; 7 - додаткове джерело прямого збудження. фіг. 2 - показано конструкцію пристрою для підключення хвилеводу спектрометра, де 8 отвір з гвинтовою різьбою на верхній грані якого розміщено збиральну лінзу, світлофільтр, та загвинчується хвилевід; 9 - гвинтовий отвір для жорсткої фіксації пристрою; 10 - гвинтовий отвір для жорсткої фіксації джерела додаткового прямого збудження; фіг. 3 зображено досліджуваний зразок у вигляді скляної пластинки, на яку нанесено тонку плівку золота товщиною приблизно 45-50 нм поверх якого наноситься шар досліджуваного барвника, фіксування на грані призми забезпечується імерсійною рідиною, яка не змінює показник заломлення при проходженні лазерним променем системи призма-скляна пластина; фіг. 4 показано А - спектр флуоресценції водного розчину метиленового синього з -4 концентрацією 10 м/л, отриманого при використанні як джерела збудження лазера з довжиною 1 UA 112506 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 хвилі λ=650 нм; Б - спектр флуоресценції водного розчину метиленового синього з -4 концентрацією 10 м/л, отриманого при використанні додаткового прямого джерела збудження λ=650 нм; Досліджуваний зразок (фіг. 3) може бути виконаний у вигляді прозорої плоскопаралельної пластини з нанесеної на неї плівки золота, що представляє собою невпорядкований або впорядкований рівномірно-орієнтований однорідний двовимірний масив наноструктур. При цьому, як прозора плоскопаралельна пластина (фіг. 3) може бути використане стандартне 2 мікроскопне скло (25,4×76,2 мм ), на яке, посередині, на відстані 2…4 мм від меншої його сторони, за допомогою прозорого у видимій ділянці спектра клею, фіксується підкладка з 2 розташованим на поверхні масивом наноструктур золота (розміром від 1×1 мм ). При використанні такого чипа, сенсорний механізм поляритонного флюориметра базується на збудженні поверхневих плазмонних коливань в чутливому структурованому шарі золота. Використання змінної пластини дозволить досліджувати структуру молекул, біомолекулярні взаємодії між молекулами та змінювати рівень сигналу флюоресценції досліджуваного зразка. Поляритонний флуориметр з додатковим прямим збудженням, що заявляється (фіг. 1), працює в режимі реєстрації спектрів флуоресценції наступним чином: - лазером (1) освітлюємо твердотільний зразок з нанесеним досліджуваним барвником (фіг. 3), який фіксується на бічній грані призми (2); між призмою та досліджуваним твердотільним зразком наноситься шар імерсійної рідини для однорідності показника заломлення; за допомогою гоніометра (3) проводимо калібрування приладу і визначаємо кут поверхневого плазмон-поляритонного резонансу за допомогою фотодіода (4); - за допомогою пристрою (фіг. 2) розміщуємо збиральну лінзу, світлофільтр та загвинчуємо хвилевід. При співпадінні або близькості довжини хвилі випромінювання вибраного джерела та довжини хвилі поглинання досліджуваної речовини, виникає флюоресценція досліджуваної речовини, яка реєструється фото спектрометром (5) та представляється у вигляді графіка залежності інтенсивності від довжини хвилі на моніторі персонального комп'ютера (ноутбука) (6). За допомогою джерела прямого додаткового збудження з довжиною хвилі співрозмірній довжині хвилі збудження досліджуваного флуорофора (7) підсилюємо флуоресценцію яка також буде реєструватися спектрометром (5). По наявності спектру флуоресценції у визначеному діапазоні довжин хвиль можна зробити висновок про наявність досліджуваної речовини, а по рівню сигнала флюоресценції - оцінювати її концентрацію. Приклад. Використовувався пропонований поляритонний флуориметр з додатковим прямим збудженням. Як досліджувана речовина було використано водний розчин метиленового синього -4 з малою концентрацією 10 моль/л. Вимірювання сигналу флуоресценція досліджуваної речовини відбулася при куті поверхневого плазмон-поляритонного резонансу з довжиною хвилі =650 нм та додатковим прямим джерелом збудження з довжиною хвилі =654 нм. Результати експерименту зображені на фіг. 4, де показано інтенсивності сигналу флуоресценції від довжини хвилі без (фіг. 4 А) та з додатковим прямим збудженням (фіг. 4 Б). Спостерігалося підсилення екстинкції при використанні додаткового прямого збудження інтенсивності сигналу флуоресценції. З врахуванням того, що інтенсивність сигналу флуоресценції метиленового -4 синього 10 моль/л зросла в майже в 5 разів, можна зробити висновок про більш високу чутливість запропонованого поляритонного флуориметра з додатковим збудженням. Проведені експерименти підтверджують можливості запропонованого поляритонного флуориметра з додатковим прямим збудженням для більш високочутливого детектування флуоресценції з низькою концентрацією флуорофорів. Запропонований поляритонний флуориметр може бути реалізований у виробничих і лабораторних умовах, так як для його реалізації використовується технічна база широкого призначення. Джерела інформації: 1. Патент на винахід 13481 Україна, Оптоелектронний сенсор, G01N 21/64, 17.04.2006. 2. Патент на корисну модель № u201510731 Україна. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 Поляритонний флуориметр з додатковим прямим збудженням, який містить прозорий оптичний елемент з оптично більш щільної речовини, межу поділу з оптично менш щільною речовиною, електропровідну плівку на вказаній межі, лазер, розташований з боку більш щільного середовища, призму, на одній з граней якої знаходиться досліджуваний зразок зверху над яким закріплений пристрій для підключення хвилеводу спектрометра та гоніометр для керуванням 2 UA 112506 U кутом повороту призми і фоточутливий елемент, який під'єднується до ПК, який відрізняється тим, що у пристрою для підключення хвилеводу спектрометра додатково розташоване джерело для збудження флуоресценції досліджуваного флуорофора з довжиною хвилі, співрозмірною довжині хвилі збудження досліджуваного флуорофора. 3 UA 112506 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4