Способ исследования биологической пробы с поверхности кожи

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5 601 833/4 ГОсудАРстВенныйПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР ОМИТЕТОТКРЫТИЯМ ИЗОБРЕТЕ Пи можность лбе-прототипсследования ости кожи и вных компо Возв спосо собом и поверхн ски акти ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Ленинградский политехнический институт им. М,И,Калинина и Научно-исследовательский институт гигиены морского транспорта(56) Ахременко А.К.,Ануфриев А.И., Сафронов В,М, и др. Экология, 1989, М 1, с. 86-88,Кабулия Б,Г., Цховреташвили Н.Г. Терапевтический архив, 1984, И. 4, с. 147-150. Изобретение относится к области исследования организма человека или животного, конкретнее - к получению и исследованию биологических проб внутренней среды организма с диагностическими целями,В настоящее время известен ряд способов неинвазивного получения биопроб для их дальнейшего масс-спектрометрического анализа.Известен способ, по которому прокачивают газ через камеру с находящимся в ней живым обьектом, берут пробу выходящего газа в объеме 5-10 мл, и исследуют зту пробу методом масс-спектрометрии, Недостаток способа-аналога состоит в отсутствии возможности локализации участка организма, из которого получена проба. окализации достигается е, который является спобиологической пробы с утем отбора биологиченентов пробы в вакууми(54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ БИОЛОГИ ЧЕСКОЙ ПРОБЫ С ПОВЕРХНОСТИ КОЖИ (57) Использование: медицина, клиническая диагностика, Целью изобретения является ускорение анализа, повышение информа тивности за счет расширения спектра, ана лизируемых компонентов, Сущность изобретения: компоненты пробы отбираютс помощью высоковакуумного разрежения у поверхности кожи на участке, ограниченном размером 10б10 м, а регистрацию компонентов проводят с помощью массспектрометра. 1 з,п. ф-лы, 4 ил. рованный объем с последующей регистрацией их содержания,Согласно способу, к участку наружного кожного покрова прикладывают селективную газопроницаемую мембрану, отделяющую этот участок от вакуумированного объема, В указанном объеме производят ионизацию атомов, проходящих сквозь мембрану, и измеряют парциальное давление по величине ионного тока между электродами, Недостаток способа-прототипа состоит в отсутствии возможности анализа состава выделяющихся из организма газов, невозможности раздельного анализа различных газов из-за комплексного селективного действия мембраны, низких значениях быстродействия и чувствительности из-за необходимости накопления достаточного количества газов для измерения ионного тока, т.е, большом времени анализа,Целью данного изобретения является ускорение анализа, повышение информативности за счет расширения спектра анализируемых компонентов.Изобретение поясняется чертежамигде на фиг, 1-4 поясняется применение данного способа.На фиг, 1-4 обозначены: 1 - поверхностькожи, 2 - вакуумный канал, 3 - стенки вакуумного канала, 4 - диафрагма, 5 - откачкавакуумными насосами, 6 - источник потокалазерного излучения или атомных частиц,ВЭУ - вторично-электронный умножитель,В соответствии с предложенным спасобом на определенного размера участок поверхности кожи человека или животноговоздействуют высоковакуумным разрежением, и за счет этого отбирают компонентыпробы, Компоненты пробы при этом оказываются в вакууме, где они сразу же могутбыть зарегистрированы и исследованы, Совмещение операций отбора пробы и ее анализа позволяет повысить быстродействиевплоть до измерений зависимости содержания биопробы от времени в процессе ееизвлечения. Минимальное время отбора -анализа пробы составляет, как показалипроведенные испытания и оценки, 105.104секунды, давление вблизи вакуумированного участка кожи 105,10 Торр,чувствительность лучше, чем 10 г.-1 оДостигается исключение традиционныхэтапов: забор крови, лимфы и др, бипроб, ихобработка, выполнение технологических 30приемов (химический анализ, измерение ит,д,), Подключение аналитического приборанепосредственно к поверхности кожи человека или животного позволяет не только повысить быстродействие анализов 35внутренней среды. сократив время одногоисследования на единицы, десятки и сотниминут, но и расширить спектр анализируемых компонентов,Наибольшими чувствительностью и быстродействием из аналитических приборовотличаются вакуумные масс-спектрометры,в том числе в наиболее современном тандемном варианте, в сочетании с жидкостным или газовыми хроматографами, в 45режиме бомбардировки мишени потокомлазерного излучения или атомных частиц. Вэтих приборах время измерения спектрамасс в широком интервале значений массовых чисел может составлять приблизительно 10 1 с, т.е, время измеренийсокращается еще на единицы-сотни минут.Высокая информативность вакуумных приборов состоит в возможности измерения винтервале массовых чисел, например 551.20000 с разрешением 101000,В соответствии с изобретением, вакуумный аналитический прибор, например,масс-спектрометр, подключен к участку кожи и осуществлена вакуумная откачка канала, причем поверхность кожи и аналитический прибор разделены диафрагмой, Минимальный размер б отверстия диафрагмы определяется следующими факторами:- отверстие не должно создавать селекцию атомов и молекул, т.е. минимальный размер отверстия должен быть больше наибольших размеров молекул 10 м, при этом спектр регистрируемых молекул расширяется на порядок и более;- отверстия должны защищать входаналитического прибора от попадания отрывающихся частичек, чешуек, рогового слоя кожи, имеющих размеры 10 6 м, Отсюда: устройство работоспособно при о10 м.Максимальный размер отверстия определяется следующими факторами;- осуществляется защита поверхности кожи от травматических воздействий механических растяжений, обусловленных втягиванием в вакуумный канал, при размере отверстий б ь 10 з м, установленном эмпирически.Использование вакуумного уплотнения между входом в вакуумный канал и поверхностью кожи, использование быстродействующих вакуумных насосов позволяют обеспечить давление во входной секции вакуумного канала до10 4,10 6 Торр, При этом имеется градиент давления в толще кожи, и у ее поверхности возникают следующие основные процессы:- химические вещества (газы и пары), растворенные в крови и тканях организма, "вскипают", происходит их диффузионное движение через поры поверхности кожи под действием градиента давления, Этому способствует эластичное растягивание участка кожи в вакуумный канал, приводящее к расширению пор и усилению газообмена. Таким образом, экстрагирующее действие устройства приводит к формированию потока частиц, вылетающих в вакуум с поверхности кожи. Концентрация и массовый спектр частиц в этом потоке, измеренные в различные моменты времени от начала вакуумной экстракции, несут диагностическую информацию о состоянии организма;- эмиттированные с поверхности кожи частицы движутся преимущественно по прямолинейным траекториям. т,к. длина свободного пробега частиц между столкновениями намного больше размеров вакуумной области. Установление оси вакуумного канала в направлении вдоль траектории частицы, использование аналитических приборов, основанных на измерении какой-либо характеристики траектории частицы, например, радиуса кривизны в электромагнитном поле, времени пролета, длинытраектории до коллектора, позволяют достичь наилучших результатов исследований, типичных для современной вакуумноймасс-спектрометрии.Способ по п,2 позволяет дополнительно 5ускорить анализ и повысить его чувствительность путем воздействия на вакуумированный участок кожи потОком лазерногоизлучения, электронов или быстрых нейтральных частиц, например. атомов инертных газов с энергией 110 кэВ. При этом,как показали испытания, достигаются следующие процессы:- физиологический разогрев поверхности кожи на 5.10 С, расширение пор, повышение интенсивности эмиссии частиц на1-2 порядка;- стерильное распыление химическихвеществ, находящихся как в крови, так и вмежклеточной и внутриклеточной жидкостях кожи, в области вакуумного воздействия, образование микроотверстий вкапиллярах, забор микрокапель крови идругих жидкостей в области вакуумного анапиза; 25- ионизация и ионизационная фрагментация исследуемых частиц.Таким образом, создание потока лазерного излучения или атомных частиц в вакуумном канале, направленного на 30исследуемый участок кожи, позволяют расширить информативность и экспрессностьдиагностических приемов.Работа устройства для реализации способа происходит следующим образом, 35Пусть количество отверстий и = 1, диаметротверстий б = 210 м. Получим значение-зсилы давления на поверхность кожи со стороны экстрактора около 20 н. При уплотнении из мягкой резины на вакуумированном 40участке кожи обеспечим давление 10 Торрс помощью диффузионного паромасляногонасоса со скоростью откачки 500 л/с,Установим иониэатор частиц методомэлектронного удара, экстрактор ионов с импульсной экстракцией, пространство дрейфа длиной 1 м и детектор, снабженный, например, вторично-эмиссионным умножителем на основе микроканальной пластины. Перечисленные устройства образуют времяпролетный быстродействующий массспектрометр, ось которого направлена вдоль траектории частицы, эмиттированной с поверхности кожи.Вакуумный экстрактор устанавливаетсяна заданном участке поверхности кожи, открываются вакуумные затворы откачной системы, производятся записи спектров масс в различные моменты времени от начала воздействия на кожу градиента давления по заданной программе. Эапись осуществляется, например, в ОЗУ ЭВМ, на экране цифрового осциллографа, на магнитном диске и т.д. Полное время диагностики оценивается в 1100 с.По данным испытаний. получаем возможность нестационарного анализа состояния биопробы, Увеличение скорости измерений составляет 10 ,10 раэ. расширение спектра масс 10 10 раз.Применение лазера для бомбардировки участка кожи в вакууме, по данным испытаний, обеспечивает повышение интенсивности измеряемых сигналов на 12 порядка.Представляется перспективным применение данного устройства и в достаточно простом варианте при сборе экстрагированных в вакуум частиц на охлаждаемой, например, жидким азотом, мишени, с последующим анализом традиционными методами,Предлагаемое устройство имеет большие перспективы применения в народном хозяйстве в областях, связанных с здравоохранением, ветеринарией, сельским хозяйством. В научных исследованиях применение данного устройства и способа позволит получить значительный обьем научных данных в области биохимии, биофизики, молекулярной биологии, физиологии живых организмов и т.д.Достигаемый положительный эффект превышает указанный в формуле изобретения.8 экологических исследованиях применение устройства позволит осуществлять массовые обследования населения, Во всех случаях устраняются возможности внедрения в организм инородных частиц и инфекции, инструмент полностью стерилен, причем сложных устройств для стерилизации не требуется, стерилизация может быть произведена газоразрядной плазмой. Формула изобретения 1, Способ исследования биологической пробы с поверхности кожи путем отбора биологически активных компонентов пробы в вакуумированный объем с последующей регистрацией их содержания, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью ускорения анализа, повышения информативности за счет расширения спектра аналиэируемых компонентов, компоненты пробы отбирают путем создания высоковакуумного разрежения у поверхности кожи, размер б участка которой выбирают из условия10 мс 310 м,а регистрацию осуществля ют ва куум н ы м масс-спектрометром.1772745 2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я мую поверхность в вакууме воздействуют тем, что, с целью ускорения анализа, повы- потоком лазерного излучения или атомных шения его чувствительности, на исследуе- частиц,ФОЗ 1 Составитель М.ЦыбинаТехред М.Моргентал Корректор И.Минска Ре НТ СССР одственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина Заказ 3843 ВНИИПИ Тираждарственного комитета по изобр3035, Москва, Ж-ЗБ, Рауш Подписноениям и открытиямая наб 4/5