close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY12206

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2009.08.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 12206
(13) C1
(19)
G 01N 33/487
A 61B 5/05
СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ЭЛЕКТРЕТНО-ТЕРМИЧЕСКОГО
АНАЛИЗА БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЖИДКОСТИ
(21) Номер заявки: a 20071059
(22) 2007.08.23
(43) 2009.04.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт механики металлополимерных систем имени
В.А.Белого Национальной академии
наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Пинчук Леонид Семенович; Чернякова Юлия Михайловна;
Зотов Сергей Валентинович; Гольдаде Виктор Антонович; Кравцов
Александр Геннадьевич (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) BY 9451 С1, 2007.
BY 5720 С1, 2003.
BY 6171 С1, 2004.
RU 2238548 C2, 2004.
EA 3574 B1, 2003.
ЧЕРНЯКОВА Ю.М. и др. Журнал технической физики.- 2005.- Т.75.- Вып. 5.С. 119-123.
BY 12206 C1 2009.08.30
(57)
Способ проведения электретно-термического анализа биологической жидкости, заключающийся в том, что порошок диоксида кремния с размером частиц 10-90 мкм распределяют на нижнем электроде слоем в одну частицу, наносят на него образец
исследуемой жидкости, накладывают верхний электрод, сжимают электроды до касания с
частицами диоксида кремния, нагревают образец и регистрируют термостимулированные
токи в цепи, замыкающей электроды.
Изобретение относится к области физического анализа жидких биологических материалов, выполняемого для диагностических целей путем регистрации сигналов электрического тока.
Регламентируемый стандартом [1] способ определения поверхностных зарядов электретов состоит из следующих операций. Образец электрета зажимают между электродами
и помещают этот "сэндвич" в термокамеру, обеспечивающую его равномерный нагрев. С
помощью программирующего устройства задают скорость повышения температуры. Во
внешней цепи, замыкающей электроды, возникает термостимулированный ток (ТСТ). Его
причиной является интенсификация в образце теплового движения частиц, разрушающего
поляризованное состояние электрета. В частности, интенсифицируется высвобождение
носителей заряда из ловушек и их движение к электродам в собственном поле электрета.
Регистрируют спектр ТСТ образца как зависимость тока термостимулированной деполяризации от температуры.
BY 12206 C1 2009.08.30
Недостатком этого способа является узкая специализация: он предназначен для исследования твердых полимерных электретов, в которых релаксация "замороженных" носителей зарядов происходит в интервале температур 20-250 °С.
Для повышения точности измерения ТСТ увеличивают площадь касания образца с
электродами. С этой целью на полимерный образец наносят металлизационные покрытия
или помещают в зазор образец-электрод электропроводную жидкость [2].
Эти способы применимы только для исследования твердых образцов.
Для обнаружения в образце гетерозаряда или гомозаряда (относительно полярности
электродов, используемых при получении электрета) применяют схему с воздушным зазором между электродом и образцом. При малой толщине зазора воздушный промежуток
заменяют диэлектрической пленкой [3].
Недостаток такой методики состоит в сложности реализующего ее устройства из-за
необходимости тонкого регулирования толщины воздушного зазора и применения электронных усилителей тока, т.к. сила ТСТ в электродных ячейках с воздушным зазором или
с диэлектрической пленкой имеет порядок 10-12-10-10 А.
Биологические жидкости (кровь, синовия, лимфа и др.) демонстрируют при нагревании квазиэлектретный эффект: термодеструкция связей в их химической структуре обусловливает образование подвижных заряженных частиц. В процессе электретнотермического анализа (ЭТА) они перемещаются к электродам, подобно движению высвобождающихся носителей заряда в обычных электретах. Однако при ЭТА жидких сред
возникают методические трудности, связанные с растеканием жидкостей и коротким замыканием электродов.
Во многих случаях считают целесообразным избежать этих трудностей, замораживая
исследуемую жидкость, чтобы проводить ЭТА твердых образцов [4].
К сожалению, это исключает из анализа превращения носителей заряда, свойственные
именно жидкому состоянию образца.
Прототипом изобретения является способ [5] диагностики ревматического заболевания. Образец (каплю синовиальной жидкости) помещают на металлический электрод, накрывают тефлоновой прокладкой и накладывают на нее второй электрод. Регистрируют
ТСТ, который возникает при нагревании образца в цепи, замыкающей электроды, и имеет
порядок 10-12 А. Полученный спектр сравнивают со спектром ТСТ, находящимся в банке
данных, и диагностируют ревматические заболевания.
Недостатки прототипа:
наличие в зазоре между электродами диэлектрической тефлоновой прокладки, которая
исключает не только контакт электродов между собой, но и контакт верхнего электрода с
исследуемой жидкостью;
малая величина регистрируемых токов, обусловливающая необходимость применения
усилителей тока и систем экранирования электрических цепей;
необходимость предварительного отжига тефлоновой прокладки, чтобы исключить
возникновение в ней ТСТ, искажающих регистрируемый токовый сигнал.
Задачи, на решение которых направлено изобретение:
1) увеличение силы регистрируемых ТСТ до 10-4-10-5 А;
2) упрощение системы регистрации ТСТ;
3) контролируемое ограничение площади растекания исследуемой жидкости при сжатии электродов.
Поставленные задачи решаются тем, что известный способ электретно-термического
анализа биологической жидкости, состоящий в размещении между парой электродов образца исследуемой жидкости и диэлектрического элемента, который предотвращает ее неконтролируемое растекание, сжатии электродов, нагревании образца и регистрации ТСТ в
цепи, замыкающей электроды, дополнен новыми операциями. В качестве диэлектрического элемента, ограничивающего растекание жидкости, используют дисперсный диоксид
2
BY 12206 C1 2009.08.30
кремния с размером частиц 10-90 мкм. Навеску порошка диоксида кремния распределяют
на нижнем электроде слоем в одну частицу (монослой) и наносят на него образец исследуемой биологической жидкости. Сверху устанавливают второй электрод и сжимают
электроды заданной силой до соприкосновения с частицами порошка. Эту электродную
систему нагревают с заданной скоростью и регистрируют ТСТ в исследуемой жидкости.
Сущность изобретения состоит в следующем. Диоксид кремния SiO2 представляет собой диэлектрик с высокой (около 1700 °С) температурой плавления. В диапазоне температур ЭТА биологических жидкостей (до 200 °С) ТСТ в диоксиде кремния практически
равны нулю и не искажают токовый сигнал от биологической жидкости. Образец последней, нанесенный на монослой частиц диоксида, смачивает частицы порошка и не вытекает
за пределы площади, занятой монослоем. При сжатии электроды сближаются и опираются
на частицы диоксида кремния, имеющие наибольший размер. В зазоре между электродами образуется слой твердых частиц, пространство между которыми заполнено исследуемой жидкостью. Она не вытекает из зазора и контактирует непосредственно с обоими
электродами. Отсутствие в электродной системе высокоомных диэлектрической пленки
или воздушного зазора обусловливает протекание между электродами ТСТ порядка 10-410-3 А. Регистрация таких токов возможна без применения электронных усилителей и
громоздких систем экранирования электрических цепей.
Примеры реализации способа.
В экспериментах использовали:
круглые электроды из алюминиевой фольги (ГОСТ 745-79) толщиной 100 мкм и диаметром 1 см;
дисперсный диоксид кремния (речной песок и молотый кварц) фракций <10 мкм, 1030 мкм, 30-60 мкм, 60-90 мкм, >90 мкм;
сыворотку крови группы АВ (IV), изготовленную для трансфузий на станции переливания крови;
установку для ЭТА, в которую входит деполяризационная ячейка с программатором
температуры (использовали скорость нагрева образца 2,5 °С/мин) и измерителем токов в
диапазоне 10-14-10-3 А.
Предварительно получили спектры ТСТ порошка диоксида кремния указанных фракций. Установлено, что токовые кривые всех порошков в диапазоне температур 20-200 °С
колеблются около нуля с амплитудой порядка 10-13 А. Это свидетельствует, что собственные ТСТ порошков достаточно малы по сравнению с величиной термостимулированных
токов, характерных для биологических жидкостей.
Методика эксперимента состояла в следующем.
На поверхности электрода распределяли порошок SiO2 определенной фракции слоем
толщиной в одну частицу так, чтобы монослой имел форму круга диаметром 7 мм. В
центр круга помещали каплю (0,1-0,2 мл) сыворотки и накрывали ее вторым электродом.
Эту электродную систему помещали в ячейку установки ЭТА, сжимали стандартной силой, включали установку и регистрировали спектр ТСТ.
Типичный спектр ТСТ исследуемой сыворотки (порошок фракции 30-60 мкм, объем
жидкости 0,15 мл) приведен на фигуре. Его анализ приводит к следующим заключениям:
1) порядок регистрируемых токов соответствует 10-4 А, что в отличие от способапрототипа (порядок токов 10-12 А) позволяет исключить применение высокочувствительных электронных усилителей слабых токов и громоздких систем экранирования токовый
цепей;
2) несмотря на это, разрешающая способность нового метода достаточно высока, т.к.
на спектре зарегистрирована серия малоинтенсивных низкотемпературных (до 50 °С) пиков ТСТ, не фиксируемых способом-прототипом;
3) при сжатии предложенной электродной системы не происходит короткого замыкания электродов, о чем свидетельствует отсутствие на спектре токов перегрузки;
3
BY 12206 C1 2009.08.30
4) исследуемая жидкость не вытекает из зазора между электродами, а находится в пределах монослоя частиц, что подтверждено осмотром поверхности электродов после окончания эксперимента;
5) предложенным способом четко регистрируется затвердевание исследуемой жидкости (исчезновение ТСТ при температуре выше 120 °С), которое трудно определить на
спектре ТСТ, полученном способом-прототипом.
Диапазон оптимального размера частиц SiO2 определен следующим образом. На основе серии экспериментов установлено, что в электродных системах с частицами мельче
10 мкм вероятность короткого замыкания электродов в процессе ЭТА сыворотки крови
составляет не менее 18 %, а при использовании частиц крупнее 10 мкм она снижается до
1 %. Порошки с размером частиц более 90 мкм неудобны в связи с тем, что для их смачивания необходимо повышенное количество (до 0,5 мл) исследуемой биологической жидкости. Это приводит к снижению воспроизводимости результатов ЭТА, т.к. в свободном
объеме монослоя крупных частиц в процессе изменения ТСТ происходит тепловое перемещение значительного количества исследуемой жидкости.
Таким образом, задачи, поставленные при создании изобретения, решены. Предложенный способ содержит новые операции распределения в зазоре между электродами
твердых частиц диэлектрика, локализующих растекание исследуемой жидкости в пределах площади нахождения частиц. Способ характеризуется полезностью, т.к. позволяет упростить методику анализа биологических жидкостей, повысить разрешающую способность систем регистрации тока и воспроизводимость результатов измерения.
Способ предназначен для исследования физико-химической структуры биологических
жидкостей (крови, синовии, лимфы, панкреатического сока, экссудатов и др.) при диагностике заболеваний разной этиологии (сердечно-сосудистые, артрозы, панкреатиты, абсцессы, лимфадениты и др.). Способ относится к категории средств лабораторного
экспресс-анализа, т.к. позволяет в короткие сроки, без больших энерго- и трудозатрат
оценить патогенез и степень тяжести заболевания, используя малые количества исследуемой жидкости.
Источники информации:
1. ГОСТ 25209-82. Пластмассы и пленки полимерные. Методы определения поверхностных зарядов электретов.
2. Electrets / Ed. by G. Sessler. - Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 1987. - 453 p.
3. Kestelman V., Pinchuk L., Goldade V. Electrets in Engineering. Fundamentals and Applications. - Boston: Kluwer Academic Publishers, 2000. - 281 p.
4. Bridelli M.G., Capeletti R., Maraia F., Mora С., Pirola L. Bioelectret state induced by water in lipases // Proc. 10th Int. Symp. on Electrets, Delphi-Athens.- 1999.- P. 213-216.
5. Заявка на патент РБ 20040044, МПК А 61В 5/05, G 01N 33/487, 27/06, 2007 (прототип).
4
BY 12206 C1 2009.08.30
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
107 Кб
Теги
by12206, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа