Методы и средства активного воздействия на биопробу

Выбор метода и средств для лабораторного анализа

Выбор метода исследования биологического объекта основан на отмеченных выше критериях: аналитическом, медицинском и технико-экономическом. Основной целью выбора метода является:

– получение максимальной информации о биологическом объекте;

– получение требуемой информации с минимальными трудозатратами;

– использование ограниченного комплекса анализаторов.

Требования к методу при его выборе основываются на свойствах биологического объекта, его особенностях и самом процессе исследования. При выборе метода необходимо учитывать следующие свойства биологического объекта:

- низкий энергетический уровень внутренних воздействий, который определяет устойчивость структурных комплексов на субклеточном, молекулярном уровне;

– сохранение биологической специфики в узком температурном диапазоне, т.е. необходимость проведения биологических исследований при стабильной температуре;

– необходимость минимального количества изымаемой биопробы из организма;

– необходим учет гетерогенности биологического объекта и сохранение его биологической специфики в узком диапазоне значений параметров среды (кислотность, ионная сила среды).

Исходя из вышеперечисленных свойств биологического объекта, сформулируем основные требования к средствам лабораторного анализа:

– максимально высокая чувствительность измерительного преобразователя (ИП) к минимальному количеству энергии, что позволяет обеспечить возможность работы на малых уровнях воздействующей энергии и гарантирует сохранность биологического объекта от внешних воздействий;

– существенное изменение носителя воздействующей энергии при малых изменениях свойств биологического объекта, т. е. высокая относительная чувствительность ИП;

– малые геометрические размеры активной зоны преобразователя;

– избирательность ИП, т.е. возможность путем варьирования параметров воздействующей энергии выделить те свойства, которые несут конкретную информацию о компоненте гетерогенной системы.

Как отмечалось выше, технологическая схема исследования биожидкости складывается из следующих операций:

- отбор, хранение и транспортировка биопроб;

- мерные операции с биопробами, биожидкостью и химическими реагентами;

- модификация или химическая трансформация биопробы;

- транспортировка биопробы к анализатору;

- подготовка лабораторного оборудования (прогрев, настройка, установка нуля);

- контакт биопробы с измерительным преобразователем;

- измерение физической величины, связанной с исследуемым свойством биопробы;

- сбор и обработка результатов измерения.

Любой вид анализатора, использующего энергетическое воздействие на биопробу, можно представить одной обобщенной схемой, основываясь на законе сохранения энергии.

Функциональная схема анализатора, использующего активное воздействие на биопробу, представлена на рис. 4.

Рис. 4. Функциональная схема активного анализатора: ИЭ – источник энергии, К_сб – кювета с биопробой, ПП первичный преобразователь, ИП – измерительный преобразователь, СОИ – система обработки информации, БПР – блок представления результата, КК – контрольный канал, СС – схема сравнения

Источником энергии может служить любой источник электрического, электромагнитного, светового, механического и радиоактивного излучения. Внешнее энергетическое воздействие на биопробу Е согласно закону сохранения энергии после взаимодействия с пробой распределится по составляющим

E=E₁+E₂+E₁^*+E₂^*+E₃^*,

где E₁ – энергия, запасенная биопробой, E₁^* – энергия вторичного излучения, E₂ – рассеянная или отраженная энергия, E₂^* – часть рассеянной энергии, используемая для диагностики, E₃^* – энергия, прошедшая через биопробу.

Контрольный канал присутствует практически в каждом активном анализаторе. Он аналогичен по структуре измерительному каналу, но в контрольной кювете используется биопроба с заранее известными параметрами. Кюветы имеют объем от 0,1 до 10 мл. Существует две схемы построения контрольного канала: независимый канал со своим источником энергии и преобразователем и поочередное перемещение рабочей и контрольной кювет в рабочем канале. Чаще используется вторая схема.

Первичный преобразователь ПП предназначен для преобразования одного из видов энергии (прошедшей, рассеянной, преломленной, поляризованной) в физическую величину. Измерительный преобразователь ИП – преобразует измеряемую физическую величину в электрический сигнал.

Система обработки информации СОИ предназначена для предварительной обработки сигналов с целью представления их в удобном виде для дальнейшей обработки.

Рассмотренная схема пригодна для всех методов клинико-лабораторного анализа, а так же для анализаторов, работающих на прямом методе измерения [9].

Под методами прямого измерения понимают методы, основанные на измерении энергии, несущей информацию о непосредственном воздействии на биопробу с падающим потоком энергии.

Косвенное измерение – измерительная информация заключается в характере дополнительного воздействия на биопробу агента (химического реактива), а энергетическое воздействие используется для индикации характера состояния пробы после вступления во взаимодействие с агентом (например, нитрование).

Косвенное измерение можно представить следующим уравнением:

,

где А – величина результата на выходе из блока представления результатов, – функция преобразования полученного результата В в конечный результат в удобном виде, В – измеряемая величина в виде электрического сигнала на выходе блока измерений, определяется из выражения

B = f (I₁I₂),

где I_1, I₂ – сигналы на выходе контрольного и измерительного каналов, f – функция преобразования первичного сигнала в электрический сигнал.

I₁= F(X₁, E₁, S₁), I₂= F(X₂, E₂, S₂),

где X₁ и X₂ – характеристика вещества в измерительной и контрольной кюветах, E₁ и E₂ – потоки энергетического воздействия на биовещество, S₁ и S₂ – коэффициенты преобразования в приемниках.

В простейшем случае величина результата анализа может быть записана в виде

A = f^* (X, E)S,

где f^* – функция, описываемая уравнением взаимодействия энергии с биовеществом.

В качестве примера для методов фотометрии на основе закона Бугера – Ламберта – Бера результат анализа может быть получен в виде A = Ф₀е^-DS, где Ф₀ – падающий световой поток, D – оптическая плотность среды, S – чувствительность фотоприемника, – масштабный коэффициент.

Дата добавления: 2017-02-01