Устройство для испытания химических соединений на ферментативную активность

,748249 Союз Советских Соцналнстнческнх Республик(22) Заявлено 070778 (21) 2640481/23-26 с присоединением заявки йо(23) Приоритет 6 01 й 31/14 Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий(71) Заявитель Научно-исследовательский институт по биологическим испытаниям химических соединений Г(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ НА ФЕРМЕНТАТИВНУЮ АКТИВНОСТЬИзобретение относится к области исследования химических соединений на биологическую активность электро- метрическим методом и может быть использовано для серийного испытания 5 химических соединений на активность ряда ферментов - ацетилхолинэстеразы, аденозинтрифосфатазы протеолитических Ферментов и др.Известно устройство для исследова ния веществ химическим способом, содержащее насос, подключенный к поглотительному сосуду с мешалкой и последовательно соединенные электродный блок, рН-метр, подключенный к 15 датчику температуры, блок титрования, дозатор с электромагнитными клапанами, счетчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь и блок регистрации 1. 20Наиболее близким, по технической сущности, к предложенному техническому решению является устройство для .испытания химических соединений на Ферментативную активность, содержа щее технологический блок, электродный блок, связанный с выходом технологического блока, усилитель, подключенный своим входом к одному из выходов электродного блока, первый коммутатор, вход которого соединен с другим выходом электродного блока, а выход первого коммутатора связан с входом усилителя, блок перемешивания, подключенный к входу технологического блока, блок задания, соединенный с входом блока перемешивания, блок управления, связанный своими входом и выходом с блоком задания, блок испытуемых соединений, подключенный своим входом к выходу блока управления, блок регистрации, соединенный своим входом с выходом блока испытуемых соединений и с одним иэ входов технологического блока, и блок индикации, один из входов которого связан с входами блока регистрации и блока задания 121 .Недостатком этого устройства является малая производительность и низкая точность. Это объясняется тем, что все операции, касающиеся приготовления, дозирования и смешивания реагентов производятся вручную, Кроме того измерительные электроды электродного блока имеют неидентичные характеристики, что снижает точность устройства. При тщательном отборе нескольких электродов нз большого массива с примерно одинаковыми характеристиками, точность устройства также остается низкой, так как с течениемвремени не одинаково изменяютсясопротивления различных электродови значения координат изопотенциальной точки, что не позволяет с достаточной точностью проводить корреляцию по нескольким концентрациям испытуемых химических соединений. Цель изобретения - повышение производительности и точности устройства.Указанная цель достигается тем, что устройство дополнительно содержит блок коррекции, выход которого подключен к одному иэ входов усилителя, аналого-цифровой преобразователь, связанный с выходом усилителя и с одним из входов блока коррекции, логический блок, подключенный к одному из выходов блока управления,к выходу аналого-цифрового преобразователя и к входам блока регистрациии блока индикации, блок сравнения,соединенный с выходом аналого-цифрового преобразователя и одним из выходов и входов блока управления,блок дозаторов, связанный одним изсвоих входов с блоком сравнения, адругим входом - с одним из выходовблока задания и входом блока перемешивания, при этом один из выходовблока дозаторов подключен к одномуиз входов блока управления и одномуиз входов блока индикации, а другойвыход блока дозатороэ соединен стехнологическим блоком и блоком испытуемых соединений, формировательимпульсов, связанный с одним из выходов блока управления и выходом блока регистрации, распределитель импульсов, вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, а выход распределителя импульсов соединен с одним из входов первого коммутатора, второй коммутатор, связанный своим входом с выходом распределителя импульсов, а выходом - с блоком коррекции, дешифратор, подключенный к одному иэ выходов первого коммутатора и входам блока индикации,блока регистрации и блока задания, и транспортный блок, соединенный своимвхОдом с выходом блока управления ивходом блока испытуемых соединений,а выходом - со входами технологического блока и блока индикации. На чертеже представлена блок-схема устройства для испытания химических соединений на ферментативную активность.Устройство состоит из блока 1 управления, блока 2 задания программы, транспортного блока 3, блока 4 доэа- торов, блока 5 перемешивания, блока 6 испытуемых соединений, технологического блока 7, электродного блока 8, распределителя 9 импульсов, формирователя 10 импульсов, первого ком 5 0 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 60 б 5 мутатора 11, усилителя 12, второго коммутатора 13, блока 14 коррекции, блока 15 сравнения, дешифратора 16, логического блока 17, аналого-цифрового преобразователя 18, блока 19 регистрации и блока 20 индикации.Усилитель 12 Формирует аналоговый сигнал от электродного блока 8 для аналого- цифрового преобразователя 18 с учетом температурной поправки от датчика. температуры электродного блока 8 и с учетом поправки блока 14 коррекции. Блок 19 регистрации фиксирует время, номер испытуемого химического .соединения и значения рН растворов различных ячеек технологического блока 7 с учетом концентрации испытуемого сбединения. В каждую ячейку технологического блока при проведении испытаний вносятся соответствующие концентрации химических соединений. Первый коммутатор 11 подключает соответствующие измерительные электроды блока 8 на вход усилителя 12, а состояние первого коммутатора 11 определяется дешифратором 16. Второй коммутатор 13 подключает соответствующие подстроечные элементы блока 14 коррекции в цепь обратной связи усилителя 12. Логический блок 17 содержит элементы по числу разрядов аналого-цифрового преобразователя.18. Блок 14 коррекции содержит по два подстроечных элемента (например, резисторы) для каждой пары электродов блока 8. Один подстроечный элемент каждой пары электродов используется для установки по буферному раствору усилителя 12 в нижнее рабочее положение, а другой подстроечный элемент - в верхнее рабочее положение. Согласование электродов блока 8 с усилителем 12 производится вручную через 80-100 час работы устройства.Дешифратор 16 выдает информацию в блок 19 регистрации и в блок 20 индикации, Каждая выходная шина дешиФратора 16 соответствует определенной ячейке технологического блока 7, а следовательно и концентрации испытуемого химического соединения.Блок 20 индикации отображает информацию о положении транспортного блока 3, режимы работы блока 4 доза- торов, состояние дешифратора 16 и значение рН растворов. Эта информация необходима для контроля работы, а также при настройке или наладке устройства. Блок 15 сравнения служит для проведения операции титрования растворов.Блок 4 доваторов состоит из шести многоканальных перистальтических насосов-доваторов.Транспортный блок .3 выполняет по перемещению контейнеров с измерительными ячейками, находящимися в етехнологическом блоке 7, В горизонбО тальном или вертикальном направлениях (в вертикальном направлении дляпогружения электродов в измерительные ячейки, в горизонтальном - дляотвода контейнера с измерительнымиячейками на позицию мойки и стерилизации),формирователь 10 импульсов управляет работой распределителя 9 им- .пульсов, задавая частоту опроса каждой электродной пары в цикле измерения и время между циклами измерения, которые задаются от блока 1 управления,Блок 6 испытуемых соединенийпредназначен для проведениясерийных разведений раствора химическогосоединения, поступившего в блок и выдачи в технологический блок 7 этойсерии растворов, а в блок 19 регистрации - номера химического соединения. При проведении опытов используются три реагента, которые в соответствующих пропорциях смешиваютсямежду собой и растворами химическихсоединений, а затем термостатируются. Временная последовательность проведения операций описывается ниже.Устройство работает следующим образом.Блоком 1 управления запускаетсяблок 2 задания программы, который ЗОформирует команды транспортному блоку 3, блоку 4 дозаторов и блоку 5 перемешивания. Транспортный блок 3 перемещает контейнер с измерительнымиячейками в рабочую позицию, Блок 4 35дозаторов осуществляет серийное разведение испытуемого химического соединения, поступившего в блок 6 испытуемых соединений и затем в каждуюизмерительную ячейку технологическо Ого блока 7 вводит в заданной последовательности определенные дозы нескольких реагентов и дозу растворахимического соединения соответствующей концентрации. По окончании доэирования блок 4 дозаторов выдает ответный сигнал блоку 1 управления.Затем кратковременно включается блок5 перемешивания (20-30 с),после чего смесь готова к прединкубации, время которой определяется блоком 2 задания программы для определения ферментативной активности веществ и лежит в пределах от 10 до 30 мин. Контейнер с измерительными ячейкамиимеет модульную структуру и подключается к термостату при помощи гибких шлангов.Прединкубация производится при20-37 фС, что также определяется блоком 2 задания программы.По истечении времени, заданногона прединкубацию блоком 2 заданияпрограммы, блок 1 управления выдает,команду транспортному блоку 3 на перемещение контейнера с измерительиы- б 5 ми ячейками технологического блока 7 вверх, иэлектродй блока 8 погружаются в измерительные ячейки, включается блок 5 перемешивания, распределитель 9 импульсов устанавливается формирователем 10 импульсов в первое положение, первый коммутатор 11 подключает первую пару электродов блока 8 на вход усилителя 12, второй коммутатор 13 подключает первую пару подстроечных элементов блока 14 коррекции в цепь обратной связи усилителя 12, и на вход блока 15 сравнения поступает код, соответствующий значению рН смеси, находящейся в первой измерительной ячейке технологического блока 7. На другой вход блока 15 сравнения поступает код с линейки тумблеров "задание установки" блока 1 управления.В случае отклонения значения рН от уставки, в большую или меньшую сторону, блок 15 сравнения выдает соответствующий сигнал в блок 4 дозаторов, который выдает серию элементарных (минимальных) доз с определенным интервалом времени между дозами. При равенстве рН смеси растворов и уставки, блок 15 сравнения прерывает серию элементарных доз и выдает в блок 1 управления сигнал "Окончание титрования", который через формирователь 10 импульсов устанавливает распределитель 9 импульсов в следующее положение, первый коммутатор 11 подключает вторуюпару электродов блока 8 на вход усилителя 12, второй коммутатор 13 подключает вторую пару подстроечных элементов блока 14 коррекции, а блок 15 сравнения выдает управляющий сигнал в блок 4 дозаторов, а затем по окончании титрования выдает сигнал в блок 1 управления. Таким же образом производится установка нужного значения рН и в других измерительных ячейках технологического блока 7.В случае необходимости исключения иэ цикла титрования какой-то измерительной ячейки технологического блока 7, формирователь 10 импульсов выдает два импульса, а распределитель 9 импульсов и коммутаторы 11 и 13, отрабатывают два шага и титрование производится в последующей измерительной ячейке технологического блока 7, аналогично, в случае исключения иэ цикла титрования подряд и измерительных ячеек технологического блока 7, формирователь 10 импульсов выдает (и+1) импульс; По окончании титрования. во всех ячейках технологического блока 7 дешифратор 16 выдает разрешающий сигнал блоку 2 задания программы на ввод субстрата.Блок 2 задания программы формирует команду блоку 4 дозаторов, который вводит в каждую измерительнуюФормула изобретения ячейку технологического блока 7 посредством многоканального насоса доэатора дозу субстрата, а затем выдает ответный сигнал об исполненииэтой команды блоку 1 управления, который в свою очередь выдает блоку 2задания программы разрешающий сигнал на режим измерения.Распределитель 9 импульсов устанавливается формирователем 10 импульсов в первое положение, первый коммутатор 11 подключает первую паруэлектродов блока 8, второй коммутатор 13 подключает первую пару подстроечных элементов блока 14 коррекциии на первый вход логического блока 17от аналого-циФрового преобразовате"ля 18 поступает код, соответствующийзначению рН в первой измерительнойячейке технологического блока 7.На второй вход логического блока17 и на вход блока б испытуемых соединений поступают разрешающие сигналы от блока 1 управления и блок 19регистрации фиксирует время, номериспытуемого химического соединения,концентрацию испытуемого химического соединения (каждой концентрациииспытуемого химического соединениясоответствует определенное состояние.дешифратора 16) и значение рН, кодкоторого поступает от аналого-цифро.вого преобразователя 18 через логический блок 17 на блок 19 регистрации и блок.20 индикации, Время опре.деляется электронными часами блока19 регистрации, а номер испытуемогохимического соединения поступает вблок 1 б регистрации от блока б испытуемых соединений,По окончании режима измерения блок 19 регистрации запускает Формирователь 10 импульсов, который устанавливает распределитель 9 импульсов вовторое положение, первый коммутатор11 подключает вторую пару электродовблока 8 на вход усилителя 12, второй коммутатор 13 подключает вторую паруподстроечных элементов блока 14 коррекции в цепь обратной связи усилителя 12 и на вход блока 19 регистрации подает значение рН, соответствующее второй измерительной ячейке технологического блока 7, и блок 19 регистрации регистрирует время, концентрацию испытуемого химического соединения и значение рН, а затем аналогично регистрируется информация с состоянии исследуемых объектов в других измерительных ячейках технологического блока 7. По окончании первого цикла измерения, сигнал с выхода дешифратора 16 записывает единицу в счетчик количества циклов блока 2 задания программы и через блок 2 задания программы и блока 1 управления запускаетФормирователь 10 импульсов, которыйсодержит реле времени для задания 10 15 2 О ЗО 35 40 времени между циклами измерения.Этореле устанавливается вручную на определенное время срабатывания припомощи переменного резистора при настройке устройства).По истечении времени между циклами измерения формирователь 10 импульсов устанавливает распределитель 9импульсов в первое положение и начинается второй цикл измерения, которыйпроводится аналогично первому,При совпадении состояния счетчикаколичества циклов блока 2 заданияпрограммы с заданным этим блоком количеством циклов, транспортный блок3 по команде блока 1 управления опускает контейнер с измерительными ячейками технологического блока 7 в нижнее положение, затем контейнер перемещается на пс.ицию мойки и стерилизации, а в рабочую позицию технологического блока 7 поступает другойконтейнер, й работа устройства повто-.ряется,Следует заметить, что блок 1 управления содержит переключатель "Времяизмерения", который, задавая соответствующие режимы формирователю 10импульсов, позволяет изменять частотуопроса электродов блока 8 внутри цикла измерения. Таким образом, каждомуположению переключателя "Время измерения" соответствует определенная длительность цикла измерения.Наличие в предложенном устройственовых блоков позволит испытывать допятидесяти тысяч химических соединений в год на ферментативную активность, а известные устройства позво-.ляют проводить испытания, примерно,одной тысячи химических соединенийв год. Кроме того, повышается количество испытаний и достоверность результатов экспериментов, так как блок14 коррекции и второй коммутатор 13позволяют учитывать разброс параметров рабочих характеристик измеритель.ных электродов блока 8, что обеспечивает высокую точность измерения значений рН в измерительных ячейках технологического блока 7 с различнымизначениями концентраций химическихсоединений; Устройство для испытания химических соединений на ферментативную активность, содержащее технологический блок, электродный блок, связанный с выходом технологического блока, усилитель, подключенный своим входом к одному из выходов электродного блока, первый коммутатор, вход которого соединен с другим выходом электродного блока, а выход первого коммутатора связан с входом усилителя, блок перемеаиванйя, подключенный к входу тех8249 10 ИПИ Заказ 4351/10 тираж 1019 Подписно лиал ППП Патентф. г. Ужгород, ул. Проектная, 4 9 741нологического блока, блок задания, соединенный с входом блока перемешивания, блок управления, связанный своими входом и выходом с блоком задания, блок испытуемых соединений, подключенныйсвоим входом к выходу блока управления, блоК "регистрации, соединенный своим входом с выходом блока испытуемых соединений и с одним из входов технологического блока, и блок индикации, один из входов которого связан с входами блока регистрации и блока задания, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения производительности и точности устройства, оно дополнительно содержит блок коррекции, выход которого подключен к одному иэ входов усилителя, аналого-циФровой преобразователь, связанный,.с выходом усилителя и с одним из входов блока коррекции, ло. гический блок, подключенный к одному из выходов блока управления, к выходу аналого-цифрового преобразователя и к входам блока регистрации и блока индикации, блок сравнения, соединенный с выходом аналого-цифрового преобразователя и одним из выходов и входов блока управления, блок доза- торов, связанный одним иэ своих входов с блоком сравнения, а другим входом - с одним из выходов блока задания и входом блока перемешивания,при этом один иэ выходов блока доза-,торов подключен к одному из входовблока управления и одному из входовблока индикации, а другой выход блока дозаторов соединен с технологическим блоком и блоком испытуемыхсоединений, формирователь импульсов,связанный с одним из выходов. блокауправления и выходом блока регистрации, распределитель импульсов, входкоторого подключен к выходу формиро 0 вателя импульсов, а выход распределителя импульсов соединен с одним извходов первого коммутатора, второйкоммутатор, связанный своим входомс выходом распределителя Импульсов,15 а выходом - с блоком коррекции, дешифратор, подключенный к одному извыходов первого коммутатора и входамблока индикации, блока регистрациии блока задания, и транспортный блок,що соединенный своим входом с выходомблокауправления и входом блока испытуемых соединений, а выходом - совходами технологического блока и блока индикации,25 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельствоСССР 9 517845, кл.6 01 й 31/16, 1974. 2. Биохимия, т. 36, вып. 1, 1975,ЗО с. 73-76, рис. 1 (прототип),