SU1157418A1

SU1157418A1 - Device for measuring photoinduced chemiluminescence of biological objects

Info

Publication number: SU1157418A1
Application number: SU843683541A
Authority: SU
Inventors: Виктор Иванович Белоиваненко; Владимир Борисович Владимиров
Original assignee: Институт Биологии Южных Морей Им.А.О.Ковалевского
Priority date: 1984-01-02
Filing date: 1984-01-02
Publication date: 1985-05-23

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФОТОИНДУЦИРОВАННОЙ ХЕМШЮМИНЕСЦЕНЦИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ, содержащее источник напр жени , источник световых вспьппек, оптически св занный через оптическую систему с фотоприемником индуцированного излучени , выход которого через ключевой элемент соединен с интегрирующим усилителем , к выходу которого подключен регистратор, причем источник световых вспышек также оптически св зан с вспомогательньм фотоприемником, подключенным к входу формировател стробирующих импульсов, о т л и ч аю щ е е с тем, что, с целью повышени точности измерений за счет снижени уровн помех от переходных процессов, в него введены дополнительный ключевой элемент, инвертор, элемент задержки, логический элемент И и логический элемент ИЛИ, выход которого через инвертор соединен с управл ющим входом дополнительного ключевого элемента, через который выход источника напр жени подключен к управл ющему входу фотоприемника (Л индуцированного излучени , причем выход форгшровател стробирующих импульсов соединен с первыми входами логических элементов И и ИЛИ, а также с входом элемента задержки, выход которого соединен с вторыми входами логических элементов И и ИЛИ, выход логического элемента И соединен с сд управл ющим входом основного ключевого элемента. 4 00DEVICE FOR MEASURING PHOTOINDUCED HEMSHYUMINESTSENTSII BIOLOGICAL OBJECTS comprising a voltage source, a source of light vspppek optically coupled via an optical system with a photodetector induced radiation output of which through the key element is coupled to an integrating amplifier to the output of which is connected recorder, wherein the source of light flashes also optically associated with the auxiliary photodetector connected to the input of the gating pulse shaper, which is o, in order to improve measurement accuracy by reducing the level of interference from transients, an additional key element, an inverter, a delay element, an AND logical element and an OR logical element, whose output through the inverter is connected to the control input of an additional key element, is introduced into it through which output of the voltage source is connected to the control input of the photodetector (L induced radiation, and the output of the gate gating puller is connected to the first inputs of the logic elements AND OR, as well as to an input of a delay element whose output is connected to second inputs of AND gates and OR, the output of the AND gate is connected to the control input sd main key element. 4 00

Description

11 Изобретение относитс к технике биофизических исследований, в частности к устройствам дл измерени фотоиндуцированной хемилюминесценции биологических объектов, и может быть использовано в биологии дл исследовани фртосиитетической активности водорослей, оценке продукционной способности фитопланктона а также в медицине дл диагностики некоторых заболеваний. Известны устройства дл измерени фотоиндуцированной хемилюминесценции биологических объектов с дисковыми прерьгоател ми возбуткдающего светового потока и механической разверткой затухани во времени 11 . Биологический объект освещаетс прерьшистым возбуждающим светом через вращающийс дисковый прерыватель , а интенсивность послесвечивани региструетр фотоприемником через другой дисковый прерыватель в паузах между световыми вспьпиками. Развертка исследуемого послесвечени во времени осуществл етс поворотом дисков одного относительно другого. Это не позвол ет проводить оперативное изменение рабочих временных интервалов. Кроме того, устройство не обладает достаточным временным и частотным разрешением. . Наиболее близким техническим решением к изобретению вл етс устройство дл измерени фотоиидуцированной хемилюминесценции биологических объектов, содержащее источ ник напр жени , источн|1к световых вспышек, оптически св занный через оптическую систему с фотоприемником ивдуцированного излучени , выход которого через ключевой элемент соединен с интегрирующим усилителем, к выходу которого подключен регистр тор, причем источник световых вспышек также оптически св зан с вспомо гательным фотоприемником, подключен ным к входу формировател стробирую щих импульсов 2 . Недостатком известного устройства вл етс то, что при изучении индуцированного послесвечени биологичес ких объектов с сильной флуоресценцией (растительные ткани клетки) точность измерени из-за переходных процессов на фотоприемнике снижена. При этом отсутствие защиты от световых перегрузок сказываетс на флукту 82 , , ции темнового тока и чувствительноети приемника исследуемого излучени . Цель изобретени - повышение точности измерений .за счет снижени уровн помех от переходных процессов. Указанна цель достигаетс тем, что в устройство дл измерени фотоиндуцированной хемилюминесценции биологических объектов, содержащее источник напр жени , источник свето-вых вспьпиек, оптически св занный через оптическую систему с фотоприемником , индуциров.анного излучени , выход которого через ключевой элемент соединен с интегрирующим усилителем , к выходу которого подключен регистратор, причем источник свето- . вых вспышек также оптически св зан с вспомогательным фотоприемником, подключенным к входу формировател стробирующих импульсов, введены дополнительный ключевой элемент, инвертор , элемент задержки, логический элемент И и логический элемент ИЛИ, выход которого через инвертор соединен с управл ющим входом дополнительного ключевого элемента, через который выход источника напр жени подключен к управл ющему входу фотоприемника индуцированного излучени , причем выход формировател стробирующих импульсов соединен с первыми входами логических элементов И и ИЛИ, а также с входом элемента задержки , выход крторого соединен с вторыми входами логических элементов И и ИЛИ, выход логического элемента И соединен с управл ющим входом основного ключевого элемента. На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 диаграммы работы формировател стробирующих импульсов и ключевых элементов. Устройство содержит источник 1 напр жени , источник 2 световых вспыщек, оптически св занный через оптическую систему 3 с фотоприемником А индуцированного излучени , выход которого через ключевой элемент 5 соединён с интегрирующим усилителем 6, к выходу которого подключен регистратор 7, причем источник 2 световых вспьппек также оптически св зан с вспомогательным фотоприемником 8, подключенным к входу формировател 9 стробирующих импульсов, дополнительный ктш)чевой элемент 10, инвертор II, элемент . 12задержки, логический элемент И 13и логический элемент ИЛИ 14, выход которого через инвертор М соединен с управл ющим входом допол нительного ключевого элемента 10, через который выход источника 1 напр жени подключен к управл ющему входу фотоприемника 4 индуцированного излучени 4, причем выход формировател 9 стро6ир ющих импуль сов соединен с первыми входами логи ческих элементов И 13 и ИЛИ 14, а также с входом элемента 2 задержки , выход которого соединен с вторыми входами логических элементов И 13 и ИЛИ 14, вьжод логического элемента И 13 соединен с управл ющим входом основного ключевого элемента 5, Источник 2 световых вспышек состоит из лампы 15 накаливани типа КГМ 9-70. (9Вх75Вт) и дискового обтюратЪра 16 с углом раскрыти 25 . Обтюратор приводитс во вращение электродвигателем 17 с помощью регул тора 18 оборотов. Последний позвол ет устанавливать скорость вр щени обтюратора в диапазоне 300 3000 об. в минуту. Оптическа систе ма 3 состоит из люминесцентного микроскопа 19 и монохроматора 20. Может быть подключен также контрол ный осциллограф 21. Устройство работает следующим об эом. Возбуждающее излучение от источника 2 световых вспышек, сформиров анное оптическими элементами люмин центного микроскопа 19, попадает на исследуемый объект, расположенный на предметном столике микроскопа, и во буждает в нем люминесценцию, направл емую оптической схемой микроскопа через монохроматор 20 на фотоприемник 4 индуцированного излучени . Одновременно импульсы возбуждающего света регистрируютс вспомогательным фотоприемником 8, сигнал с которого используетс дл синхронизации рабо ты формировател 9 стробикпульсов и развертки контрольного осциллогра фа 21. Формирователь 9 стробирующег импульса вырабатывает импульсы стро бировани (диаграмма 22, фиг. 2) и осуществл ет их временную прив зку по длительности и задержке р и t относительно сигнала синхронизации (диаграмма 23, что контролируетс Я . 4 . осци.илографом 21 (фиг. . Формирователь 9 стробирующих импульсов выполнен в ви;а;е двух последовательно включенных ждущих релаксационных генераторов с регулируемыми длительност ми импульсов и обеспечивает на выходе временную задержку стробирующих импульсов IlCT - I-IO с и их длительность 2,540 - 5- с. При отсутствии сигнала с выхода формировател 9 стробирующих импульсов на выходах элементов И 13 и ИЛИ 14 - логический О. При этом ключевой элемент 5 находитс в закрытом состо нии, а дополнительный элемент 10, благодар инвертору 11 - в открытом. Ключевым элементом 5 цепь измерени разорвана и выход фотоприемника 4 индуцированного излучени закорочен. Дополнительным ключевым элементом 10 на управл ющий электрод фотоприемника 4 индуцированного излучени подаетс отрицательное по отношению к фотокатоду запирающее напр жение источника 1, что обеспечивает его защиту от световых перегрузок . С поступлением стробирующего импульса происходит переключение сначала дополнительного ключевого элемента 10 (диаграмма .24, фиг. 2), затем элемента 5 (диаграмма 25) через врем задержки, определ емое элементом 12 задержки. Величина времени задержки элемента выбираетс из услови Ч .. где х j - посто нна времени переходных процессов фотоприемника при изменении его режима работы. Таким образом, измерительна цепь подключаетс с некоторой задержкой относительно сн ти запирающего напр жени с фотоприемника, обеспечива полное затухание переходных процессов в нем. После окончани стробирующего импульса переключение стробирующих элементов 10 и 5 происходит в обратном пор дке с той же задержкой во времени, и помехи от переходных процессов в цепь«измерени проникнуть , не могут. Полезный сигнал, пропорциональный интенсивности фотоиндуцированиой хемилюминесценции, с выхода интегрирующего усилител 6 подаетс на самопишущий регистратор 7. С помощью мснохроматора 20,11 The invention relates to a technique of biophysical research, in particular, devices for measuring photo-induced chemiluminescence of biological objects, and can be used in biology to study the phytosectic activity of algae, assess phytoplankton production ability, and also in medicine for the diagnosis of certain diseases. Devices are known for measuring the photo-induced chemiluminescence of biological objects with disk preheaters of the exciting light flux and mechanical sweep of time attenuation 11. The biological object is illuminated with a frizzy excitation light through a rotating disk chopper, and the afterglow intensity is detected by a photo-receiver through another disk chopper during the pauses between the light sources. The sweep of the investigated afterglow in time is carried out by turning the discs of one relative to another. This does not allow for an operational change of the working time intervals. In addition, the device does not have sufficient time and frequency resolution. . The closest technical solution to the invention is a device for measuring photo-induced chemiluminescence of biological objects containing a voltage source, a source | 1k of light flashes, optically coupled through an optical system to a photodetector and induced radiation, the output of which is connected to an integrating amplifier through a key element the output of which is connected to a register; a source of light flashes is also optically connected to an auxiliary photodetector connected to the input of the ers boiling strobe pulses 2. A disadvantage of the known device is that when studying induced afterglow of biological objects with strong fluorescence (plant cell tissue), the measurement accuracy due to transients at the photodetector is reduced. At the same time, the lack of protection against light overload affects the fluctuation 82, the dark current and the sensitivity of the receiver of the radiation under study. The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy. Due to the reduced level of interference from transients. This goal is achieved in that a device for measuring photo-induced chemiluminescence of biological objects, containing a voltage source, a source of light optics, optically coupled through an optical system to a photodetector, is induced by radiation, the output of which through a key element is connected to an integrating amplifier, the output of which is connected to the recorder, and the source is light. output flashes are also optically connected to the auxiliary photodetector connected to the input of the gating pulse shaper, an additional key element, an inverter, a delay element, an AND logical element and an OR logical element are introduced, the output of which through the inverter is connected to the control input of an additional key element through which the output of the voltage source is connected to the control input of the induced-radiation photodetector, and the output of the gating driver is connected to the first inputs logical elements And and OR, as well as with the input of the delay element, the output of the terminal is connected to the second inputs of the logical elements And and OR, the output of the logical element And is connected to the control input of the main key element. FIG. 1 shows a block diagram of the proposed device; figure 2 diagrams of operation of the gating pulse shaper and key elements. The device contains a voltage source 1, a light source 2 that is optically coupled through an optical system 3 to an induced-emission photoreceiver A, the output of which through key element 5 is connected to an integrating amplifier 6, to the output of which recorder 7 is connected optically coupled to an auxiliary photodetector 8 connected to the input of the gating driver 9 gating pulses, an additional element 10, inverter II, element. The 12 delays, the logic element AND 13 and the logic element OR 14, the output of which through the inverter M is connected to the control input of the additional key element 10, through which the output of the voltage source 1 is connected to the control input of the photodetector 4 of the induced radiation 4, and the output of the shaping device 9 pulses connected to the first inputs of logical elements AND 13 and OR 14, as well as to the input of delay element 2, the output of which is connected to the second inputs of logical elements AND 13 and OR 14, output of the logical element And 13 ene with a control input of the main core element 5, the light source 2 of flares consists of an incandescent type lamp 15 KGM 9-70. (9Bh75W) and disk skid 16 16 with an angle of 25. The obturator is driven into rotation by the electric motor 17 by means of the regulator 18 revolutions. The latter allows you to set the speed of the obturator in the range 300 300 about. per minute. The optical system 3 consists of a luminescent microscope 19 and a monochromator 20. A control oscilloscope 21 can also be connected. The device operates as follows. Exciting radiation from a source of 2 light flashes, formed by optical elements of a luminous microscope 19, hits the object under study located on the stage of the microscope and causes luminescence in it, guided by the optical scheme of the microscope through the monochromator 20 to the photodetector 4 induced radiation. At the same time, the pulses of the exciting light are recorded by an auxiliary photodetector 8, the signal from which is used to synchronize the operation of the strobe puller 9 and the sweep of the control oscilloscope 21. The strobe pulse former 9 generates a pulse pulse (Figure 22, Fig. 2) and performs their temporary exposure for the duration and delay of p and t relative to the synchronization signal (diagram 23, which is controlled by an IO. 4 oscillograph scanner 21 (Fig. Shaper pulse generator 9, is made in vi; a; e two consecutively waiting relaxation generators with adjustable pulse durations and provides at the output a time delay of IlCT - I-IO s gating pulses and their duration 2.540 - 5 - C. In the absence of a signal from the output of the imaging unit, 9 gating pulses at the outputs of the And 13 and OR elements 14 - logical O. In this case, the key element 5 is in the closed state, and the additional element 10, due to inverter 11, is in the open state. By the key element 5, the measurement circuit is broken and the output of the photodetector 4 of induced radiation is shorted. An additional key element 10 is applied to the control electrode of the photodetector 4 of the induced radiation, the blocking voltage of the source 1 negative with respect to the photocathode, which ensures its protection against light overloads. With the arrival of the strobe pulse, the additional key element 10 (chart .24, fig. 2) then the element 5 (chart 25) is switched through the delay time determined by the delay element 12. The magnitude of the element delay time is chosen from the condition H. where xj is the constant of the transient processes of the photodetector when its operation mode changes. Thus, the measuring circuit is connected with a certain delay relative to the release of the locking voltage from the photodetector, ensuring the complete attenuation of transients in it. After the gating pulse is over, the switching of the gating elements 10 and 5 occurs in the reverse order with the same time delay, and the interference from the transients to the measurement circuit cannot penetrate. A useful signal, proportional to the intensity of photoinduced chemiluminescence, from the output of the integrating amplifier 6 is fed to a self-recording recorder 7. Using the chromator 20,

установленного в оптической системе 3, исследуетс спектральный диапазон измер емого послесвечени .installed in the optical system 3, the spectral range of the measured afterglow is investigated.

Изобретение позвол ет проводить измерени интенсивности, определение спектра и закона затухани послесвечени в пределах времени 1 -lOr с. Уровень шумовогоThe invention allows for measurements of the intensity, the determination of the spectrum and the decay law of the afterglow within a time period of 1-lOr s. Noise level

сигнала от фотоприемника снижен по сравнению с известным устройством более чем в 4,5 раза. Использование изобретени в научных исследовани х позвол ет получать более достоверную информацию с фотоиндуцированной хемилюминесценции биологических объектов на клеточном и тканевом уровн х.the signal from the photodetector is reduced by more than 4.5 times as compared with the known device. The use of the invention in scientific research allows to obtain more reliable information from photo-induced chemiluminescence of biological objects at the cellular and tissue levels.

фиг 1fig 1

10 ten

рR

иand

2323

фиг 2fig 2

Claims

DEVICE FOR MEASURING 'PHOTOINDUCED CHEMILUMINESCENCE OF BIOLOGICAL OBJECTS, containing a voltage source, a source of light flashes, optically coupled through an optical system to a photodetector of induced radiation, the output of which through a key element is connected to an integrating amplifier, to the output of which a recorder is connected, and also an optical source with an auxiliary photodetector connected to the input of the gate pulse generator, this is due to the fact that In order to increase the accuracy of measurements by reducing the level of interference from transients, an additional key element, an inverter, a delay element, a logical element Й and an OR logical element are introduced into it, the output of which through the inverter is connected to the control input of the additional key element through which the voltage source output connected to the control input of the photodetector ~ induced radiation, and the output of the gate driver f pulses is connected to the first inputs * of the AND and OR logic elements, and t k to the input of the delay element, the output of which is connected to the second inputs of logic elements Ii OR logic gate output and a control input coupled to the main core element.

111574