RU2694114C1 - Automatic analyzer of biopathogens in air - Google Patents

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: invention relates to analysis air presence of biopathogens in it, namely to automatic analysers of biopathogens in air. Automatic analyser of biopathogens in air consists of a single metal housing, which has frame structure and is divided into two compartments, in upper compartment there are units and subsystems in contact with biological samples and reagents: from aerosol collection device to PCR- and immunological analysers, in this compartment a controlled temperature and humidity mode is maintained, in the lower compartment there is auxiliary equipment and control electronics: power sources and distributors, reserve accumulator batteries, refrigerating unit, control computer and automatic control units, at that the sample preparation system of the automatic analyser of biopathogens in air is built in a closed circuit.

EFFECT: high accuracy and faster determination of biopathogens in air.

7 cl, 2 dwg

Description

Translated fromRussian

Область техники, к которой относится изобретение.The technical field to which the invention relates .

Изобретение относится к области исследований или анализа воздуха на наличие в нем биопатогенов, для защиты человека или животных от вредного воздействия бактерий, вирусов, генетических векторов и объектов нанотехнологий.The invention relates to the field of research or analysis of air for the presence of biopathogens in it, for the protection of humans or animals from the harmful effects of bacteria, viruses, genetic vectors and nanotechnology objects.

В данном описании использованы следующие терминыThe following terms are used in this description.

АКДБ - Автоматический анализатор биопатогеновAKDB - Automatic Biopathogen Analyzer

НК – нуклеиновые кислотыNK - nucleic acids

ИА – иммунологический анализаторIA - immunological analyzer

ПЦР-диагностика (полимеразная цепная реакция) — высокоточный метод диагностики многочисленных инфекций, который основывается на исследовании генетического материала человека (ДНК и РНК)PCR diagnostics (polymerase chain reaction) is a highly accurate method for diagnosing numerous infections, which is based on the study of human genetic material (DNA and RNA)

АСП - автоматический сигнализатор специальных примесей.TSA is an automatic signaling device of special impurities.

Уровень техники.The level of technology.

Из уровня техники известен способ без пробоотборного мониторинга воздуха, включающий зондирование пространства импульсным когерентным излучением в УФ-области и регистрацию спектрального хода интенсивности флуоресценции белоксодержащих веществ. При этом дополнительно осуществляют селективную оценку нормированных величин интенсивностей флуоресценции белоксодержащих веществ и помеховых примесей на различных длинах волн возбуждения в пределах спектрального хода флуоресценции по отношению к интенсивности на длине волны 284 нм.The prior art method without sampling monitoring of air, including the probing of space pulsed coherent radiation in the UV region and the registration of the spectral course of the fluorescence intensity of protein-containing substances. In addition, a selective assessment of the normalized fluorescence intensities of protein-containing substances and interfering impurities at different excitation wavelengths within the fluorescence spectral path relative to the intensity at 284 nm is carried out.

Также из уровня техники известен автоматический сигнализатор специальных примесей (АСП), предназначенный для непрерывного контроля атмосферного воздуха с целью обнаружения в нем аэрозолей специальных примесей (бактерий, риккетсий, вирусов).Also from the prior art is known automatic signaling device of special impurities (AAS), designed for continuous monitoring of atmospheric air in order to detect in it aerosols of special impurities (bacteria, rickettsiae, viruses).

В состав АСП входят: датчик; преобразователь напряжения 13 В в 26 В (блок питания) или электрический кабель; звуковой сигнализатор; КИС зимний и летний; ЗИП; документация (http://www.mil.by/print.php?ELEMENT_ID=7857&clear_cache=Y).The structure of the TSA includes: sensor; 13 V to 26 V voltage converter (power supply) or electrical cable; beeper; ICC winter and summer; ZIP; documentation (http://www.mil.by/print.php?ELEMENT_ID=7857&clear_cache=Y).

Кроме того, из уровня техники известен автоматический сигнализатор (АСБ-1) включает корпус, который представляет собой полую сферу, выполненную из алюминия, полированную внутри. С одной стороны сферы выполнено отверстие, которое соединено посредством магистрали с насосом. В центре сферы установлен ультрафиолетовый фотодиод, дающий УФ с длиной волны 260 нм. Также внутри сферы установлен фотоэлектронный умножитель для приема ультрафиолетовых лучей (ФЭУ), отгороженный от фотодиода перегородкой, непроницаемой для УФ-лучей. ФЭУ соединен с блоком обработки сигнала и сигнализирующим устройством обнаружения ДНК-содержащих биопримесей по поглощению УФ-лучей в анализируемом воздухе. В свою очередь, блок обработки сигнала соединен с сигнализирующим устройством обнаружения биопримесей с ДНК в анализируемом воздухе (RU 2672787 C1 19.11.18).In addition, the prior art automatic signaling device (ASB-1) includes a housing, which is a hollow sphere made of aluminum, polished inside. On the one side of the sphere a hole is made, which is connected via a line to the pump. An ultraviolet photodiode is installed in the center of the sphere, giving UV with a wavelength of 260 nm. Also inside the sphere is installed a photomultiplier tube for receiving ultraviolet rays (PMT), fenced off from the photodiode by a partition, impenetrable to UV rays. The PMT is connected to a signal processing unit and a signaling device to detect DNA-containing biopure on the absorption of UV rays in the analyzed air. In turn, the signal processing unit is connected to a signaling device for the detection of biological impurities with DNA in the analyzed air (RU 2672787 C1 19.11.18).

Кроме того из уровня техники известна система для быстрого детектирования присутствия инфекционного агента в биологическом образце, содержащая: a. один реагент биодатчика, включающий в себя по меньшей мере одно антитело, специфичное для предопределенного инфекционного агента, и биолюминесцентный агент, b. одноразовый утилизируемый тестовый картридж, причем упомянутый утилизируемый тестовый картридж включает в себя: (i) резервуарную карту, причем упомянутая резервуарная карта дополнительно включает в себя реагент биодатчика; (ii) основание тестового картриджа, выполненное с возможностью принимать резервуарную карту, и при этом основание тестового картриджа дополнительно включает в себя: (a) одну реакционную камеру, имеющую центральную ось, причем упомянутая одна реакционная камера имеет форму вращающегося полуэллипса; (b) входной канал, соединенный с реакционной камерой, расположенный над реакционной камерой под углом 15-60 градусов над горизонталью и смещенный от центральной оси реакционной камеры, и (с) основание тестового картриджа выполнено с возможностью принимать биологический образец через входной канал, и при этом реакционная камера выполнена с возможностью гомогенно смешивать биологический образец с реагентом биодатчика с минимизированием повреждения для живых клеток, генно-инженерных В-лимфоцитов и минимизированием любого образования пузырьков в смешанном реагенте биодатчика и биологическом образце, и с. блок тестирования, выполненный с возможностью принимать одноразовый утилизируемый тестовый картридж, причем блок тестирования включает в себя датчик для детектирования детектируемого светового сигнала, испускаемого реагентом биодатчика после вступления в реакцию с биологическим образцом, обозначать присутствие инфекционного агента в биологическом образце, и при этом датчик выполнен с возможностью детектирования специфичного инфекционного агента в биологическом образце в реальном времени (RU 2600812 C2 27.102016).In addition, a system for rapidly detecting the presence of an infectious agent in a biological sample is known in the art, comprising: a. one biosensor reagent comprising at least one antibody specific for a predetermined infectious agent and a bioluminescent agent, b. a disposable disposable test cartridge, wherein said disposable test cartridge includes: (i) a reservoir card, wherein said reservoir card further includes a biosensor reagent; (ii) the base of the test cartridge, configured to receive the reservoir card, and wherein the base of the test cartridge further includes: (a) one reaction chamber having a central axis, said single reaction chamber having the shape of a rotating semi-ellipse; (b) an inlet channel connected to the reaction chamber located above the reaction chamber at an angle of 15-60 degrees above horizontal and offset from the central axis of the reaction chamber, and (c) the base of the test cartridge is adapted to receive a biological sample through the inlet channel, and this reaction chamber is made with the ability to homogeneously mix a biological sample with a biosensor reagent with minimizing damage to living cells, genetically engineered B-lymphocytes and minimizing any formation of a bladder in the mixed biosensor reagent and biological sample, and c. a testing unit, configured to receive a disposable test cartridge, the testing unit including a sensor for detecting a detected light signal emitted by the biosensor reagent after reacting with the biological sample, marking the presence of an infectious agent in the biological sample, and the sensor is made the ability to detect a specific infectious agent in a biological sample in real time (RU 2600812 C2 27.102016).

Однако известные ранее устройства для выявления патогенов в воздухе имеют следующие недостатки: необходимость перевозки образца в лабораторию на этапе получения первичного сигнала о наличии опасности и проведение анализ взятой пробы на месте, кроме того длительное время проведения анализа 4 и более часов (в зависимости от режима эксплуатации).However, previously known devices for detecting pathogens in the air have the following disadvantages: the need to transport the sample to the laboratory at the stage of receiving the primary signal of the presence of danger and analyzing the sample taken on site, in addition, a long analysis time of 4 or more hours (depending on the mode of operation ).

Осуществление изобретения.The implementation of the invention.

Заявленный анализатор представляет автоматизированный инструмент, который собирает аэрозольные частицы, переводит их в жидкость и выполняет анализ отобранной пробы двумя независимыми методами: с помощью мультиплексного иммунологического анализа и ПЦР в режиме реального времени на одноразовом чипе. Анализ аэрозоля может проходить с интервалом в 2 часа в течение 7 дней непрерывной автоматической работы или по триггеру, оценивающему состав аэрозольных частиц в непрерывном режиме. Число одновременно детектируемых мишеней составляет более 80.The claimed analyzer represents an automated tool that collects aerosol particles, converts them into a liquid and performs the analysis of a selected sample using two independent methods: using multiplex immunological analysis and real-time PCR on a disposable chip. The analysis of the aerosol can take place at an interval of 2 hours for 7 days of continuous automatic operation or by a trigger that evaluates the composition of the aerosol particles in a continuous mode. The number of simultaneously detected targets is more than 80.

Задачей настоящего анализатора является повышение точности определения биопатогенов в воздухе, быстрое выявление биопатогенов воздухе, за 2 час более 80 детектируемых мишеней, работа в полностью автоматическом режиме от обнаружения биопатогенов до сигнализации о распространении в окружающей среде патогенов.The purpose of this analyzer is to improve the accuracy of determining pathogens in the air, quickly detecting air pathogens, in 2 hours more than 80 detectable targets, working in fully automatic mode from detecting biopathogens to signaling the spread of pathogens in the environment.

Технический результат настоящего изобретения заключается в повышении точности и ускорении определения биопатогенов воздухе, за 2 часа до 8 детектируемых мишеней, в полностью автоматическом беспрерывном режиме работы.The technical result of the present invention is to improve the accuracy and speed up the determination of air pathogens, in 2 hours up to 8 detectable targets, in a fully automatic continuous operation mode.

Кроме того контроль безопасности аэрозоля является чрезвычайно актуальной задачей на текущем этапе развития общества. Жизнь в современных мегаполисах и теснота экономических связей между странами дает патогеном с аэрозольным механизмом передачи колоссальные возможности для инициации пандемий. Решением проблемы могли бы стать системы автономного контроля безопасности аэрозоля в общественных местах, которые могут выявлять возбудителей инфекционных заболеваний до момента массового заражения людей. Ранняя информация о распространении в окружающей среде патогенов, с учетом латентного периода, может сократить время реакции системы здравоохранения на несколько суток, а в случае своевременного принятия мер - решительно уменьшить число людей, подвергшихся заражению.In addition, the control of aerosol safety is an extremely urgent task at the current stage of development of society. Life in modern megacities and the tightness of economic ties between countries provide the pathogen with an aerosol mechanism of transmission with tremendous opportunities to initiate pandemics. The solution to the problem could be systems for autonomous control of aerosol safety in public places that can detect infectious disease pathogens before the mass infection of people. Early information on the spread of pathogens to the environment, given the latency period, can reduce the response time of the health system by several days, and in the case of timely action, drastically reduce the number of people exposed to infection.

Раскрытие изобретения.Disclosure of the invention.

Указанный технический результат реализуется за счет следующей конструкции автоматического анализатора биопатогенов в воздухе. Предложенный анализатор представляет собой комплекс оборудования, размещенный в едином металлическом корпусе рамной конструкции (фиг. 1). Компоновка прибора выполнена в виде двух отсеков. В верхнем отсеке (2) находятся все узлы и подсистемы, непосредственно контактирующие с биологическими образцами и реагентами – от устройства сбора аэрозоля до ПЦР - и иммунологического анализаторов. В этом отсеке поддерживается контролируемый температурно-влажностный режим. В нижнем отсеке (3) расположено все вспомогательное оборудование и управляющая электроника: источники и распределители питания, резервные аккумуляторные батареи, холодильная установка, управляющий компьютер и блоки автоматики. Холодильная установка обеспечивает охлаждение оборотной воды до температуры +4’C; эта вода, в частности, используется для охлаждения реагентов, чтобы обеспечить автономность прибора на протяжении 7 дней. Система пробоподготовки автоматического анализатора биопатогенов в воздухе построена по закрытой схеме.This technical result is realized due to the following design of an automatic analyzer of biopathogens in the air. The proposed analyzer is a set of equipment placed in a single metal frame frame construction (Fig. 1). The layout of the device is made in the form of two compartments. In the upper compartment (2) there are all nodes and subsystems that are in direct contact with biological samples and reagents - from an aerosol collection device to PCR - and immunological analyzers. A controlled temperature and humidity regime is maintained in this compartment. In the lower compartment (3) there are all auxiliary equipment and control electronics: power sources and distributors, backup batteries, refrigeration unit, control computer and automation units. The refrigeration unit provides cooling of the circulating water to a temperature of + 4’C; This water, in particular, is used to cool the reagents, to ensure the autonomy of the device for 7 days. A sample preparation system for an automatic analyzer of biopathogens in the air is constructed according to a closed scheme.

Управление прибором осуществляется компьютером на основе микропроцессора Intel Xeon, операционной системы Linux и специализированного программного обеспечения. Разработанный программный комплекс автоматического анализатора биопатогенов в воздухе использует адаптированный для сенсорных экранов интерфейс и включает в себя несколько переключаемых экранов – вкладки отображения состоянии прибора, результатов анализов, расписания запусков, отображения графиков ПЦР в реальном времени и логов проводимых прибором операций.The device is controlled by a computer based on Intel Xeon microprocessor, Linux operating system and specialized software. The developed software package of the automatic analyzer of biopathogens in the air uses an interface adapted for touch screens and includes several switchable screens — tabs for displaying instrument status, analysis results, schedule of launches, display of real-time PCR graphs and logs of instrument operations.

Состав оборудования и принципы его работы иллюстрирует фиг 2, который представляет собой упрощенную функциональную схему прибора. Процесс анализа воздуха начинается со сбора аэрозольной пробы и ее перевода в жидкую фазу. За сбор окружающего прибор воздуха отвечает импактор (1) – прибор, создающий поток всасываемого воздуха до 4 м³ в минуту и способный концентрировать аэрозольные частицы в диапазоне от 0.3 до 10 мкм приблизительно в 10 раз. Обогащенный такими частицами воздух подается в коллектор аэрозоля (5), построенный по принципу водяного циклона. Сбор пробы происходит в течение 4-5 минут, после чего, необходимый объем (около 5мл.) жидкости передается на следующие стадии обработки.The composition of the equipment and its principles of operation are illustrated in FIG. 2, which is a simplified functional diagram of the device. The process of air analysis begins with the collection of aerosol sample and its transfer to the liquid phase. The impactor (1) is responsible for collecting the air surrounding the device - a device that creates a flow of intake air of up to 4 m³ per minute and is capable of concentrating aerosol particles in the range from 0.3 to 10 microns approximately 10 times. The air enriched with such particles is fed into the aerosol collector (5), built on the principle of a water cyclone. Sample collection occurs within 4-5 minutes, after which the required volume (about 5 ml.) Of the liquid is transferred to the following processing steps.

Запуск анализа осуществляется либо по заранее составленному расписанию, либо по превышению концентрации аэрозольных частиц в диапазоне 0.3-10 мкм в окружающем воздухе. Для этого в составе прибора имеется неспецифический оптический анализатор аэрозолей, работающий независимо от остальных подсистем комплекса. Он осуществляет постоянный мониторинг воздуха по 6 размерным диапазонам частиц в пределах 0.3-10 мкм. При превышении сигнала выше определенного порогового значения, ПО прибора дает команду на запуск специфического анализа.The analysis is launched either according to a predetermined schedule, or by exceeding the concentration of aerosol particles in the range of 0.3-10 μm in ambient air. For this purpose, the device has a non-specific optical aerosol analyzer that operates independently of the other subsystems of the complex. It carries out continuous monitoring of air over 6 size ranges of particles in the range of 0.3-10 microns. When a signal is exceeded above a certain threshold, the instrument software gives a command to launch a specific analysis.

Краткое описание чертежей.Brief description of the drawings.

Другие отличительные признаки и преимущества данного изобретения ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых:Other distinctive features and advantages of this invention clearly follow from the description below for illustration and not being restrictive, with reference to the accompanying drawings, in which:

- фигура 1 изображает общий внешний вид автоматического анализатора биопатогенов в воздухе, согласно изобретению,- figure 1 depicts the overall appearance of the automatic analyzer of biopathogens in the air, according to the invention,

- фигура 2 изображает функциональную схему автоматического анализатора биопатогенов в воздухе, согласно изобретению.- figure 2 depicts the functional diagram of the automatic analyzer of biopathogens in the air, according to the invention.

Система пробоподготовки автоматического анализатора биопатогенов в воздухе построена по закрытой схеме, которая включает импактор (1), коллектор аэрозоля (5), ультразвуковой гомогенизатор (6), первый клапан ротационого типа (К1), блок выделения НК (8), содержащий: резервуар с реагентами для выделения НК (8а), третий ротационный клапан (К3), реактор выделения НК (8b), блок пробоподготовки ИА (9), включающий: резервуар с микросферами, антителами и красителями (9а), второй ротационный клапан (К2) и реактор ИА (9b); резервуар, содержащий промывочные жидкости (7) такие как: буфер, или спирт 70%, или гипохлорит, или щелочь; иммунологический анализатор (10); резервуар с реагентами ПЦР (12); ПЦР анализатор (13); архив проб (11); резервуар для охлаждаемой оборотной водой (14); резервуар жидкости предназначенной для слива (15). При этом при необходимости выполняю

или

и/или осущеситвляют воздействие

и/или

.A sample preparation system for an automatic analyzer of biopathogens in the air is built according to a closed circuit, which includes an impactor (1), an aerosol collector (5), an ultrasonic homogenizer (6), a first rotary type valve (K1), an oil extraction unit (8) containing: reagents for the isolation of NK (8a), the third rotary valve (K3), the separation reactor of the NK (8b), the sample preparation unit IA (9), including: a reservoir with microspheres, antibodies and dyes (9a), a second rotary valve (K2) and the reactor IA (9b); a reservoir containing washing liquids (7) such as: buffer, or 70% alcohol, or hypochlorite, or alkali; immunological analyzer (10); tank with PCR reagents (12); PCR analyzer (13); sample archive (11); reservoir for cooled circulating water (14); reservoir of fluid to be drained (15). In this case, if necessary, perform

or

and / or effect

and / or

.

Для движения жидкостей в автоматическом анализаторе биопатогенов в воздухе предусмотрены автоматические шприцевые насосы. Рабочей жидкостью во всех насосах является дистиллированная вода. Для управления потоками жидкостей используются клапаны ротационного типа (на рис.2 – К1-К3), изготовленные из химически инертных материалов, допускающих промывку щелочным раствором, раствором гипохлорита натрия и этиловым спиртом. Гидравлические соединения выполнены трубками из фторполимера ЭТФЭ (сополимер этилен-тетрафторэтилен), также допускающих промывку перечисленными выше растворами. Промывка всей системы пробоподготовки выполняется после каждого забора пробы и каждого анализа, согласно протоколу работы прибора.  For the movement of fluids in the automatic analyzer of biopathogens in the air, automatic syringe pumps are provided. The working fluid in all pumps is distilled water. To control the flow of liquids, valves of the rotary type are used (in Figure 2 - K1-K3), made of chemically inert materials that can be washed with an alkaline solution, sodium hypochlorite solution and ethyl alcohol. The hydraulic connections are made with tubes from fluoropolymer ETFE (ethylene-tetrafluoroethylene copolymer), which can also be washed with the solutions listed above. Flushing the entire sample preparation system is performed after each sampling and each analysis, according to the instrument operation protocol.

Осуществление изобретения.The implementation of the invention.

Автоматический анализатор биопатогенов в воздухе работает следующим образом.Automatic analyzer of biopathogens in the air works as follows.

Этап 1. Сразу после сбора, проба попадает в ультразвуковой гомогенизатор (6), где она обрабатывается воздействием ультразвука с целью разрушения клеточных стенок биологических объектов и высвобождения нуклеиновых кислот и антигенов, пригодных для дальнейшего анализа, в раствор. Для предотвращения излишнего нагрева пробы при озвучивании был специально спроектирован реактор, охлаждаемый оборотной водой. Емкость этого реактора также выполняет роль отстойника, на дно которого из раствора оседают крупные частицы небиологического происхождения, такие как песок, пыль, частицы металлов и т.д. После забора жидкости из верхней отсека (2), осевшие частицы удаляются в ходе последующей промывки.Step 1. Immediately after collection, the sample enters the ultrasonic homogenizer (6), where it is processed by ultrasound to destroy the cell walls of biological objects and release nucleic acids and antigens suitable for further analysis into solution. To prevent excessive heating of the sample during scoring, a reactor cooled with circulating water was specially designed. The capacity of this reactor also plays the role of a settling tank, to the bottom of which large particles of non-biological origin, such as sand, dust, particles of metals, etc., settle out of solution. After collecting the liquid from the upper compartment (2), the settled particles are removed during the subsequent washing.

Этап 2. После обработки ультразвуком, раствор пробы при помощи клапана К1 (фиг. 2) разделяется на три потока: пробоподготовка иммунологического анализа, пробоподготовка ПЦР-анализа и передача в архив (11). Последний представляет из себя набор охлаждаемых емкостей, в которые по очереди помещается 1 мл пробы при каждом измерении. В случае если анализ в дальнейшем не обнаружил патогенных агентов в пробе, емкости промываются и используются повторно. При положительном результате анализа, проба из архива (11) может быть дополнительно проверена независимыми методами.Stage 2. After ultrasonic treatment, the sample solution using the K1 valve (Fig. 2) is divided into three streams: sample preparation of immunological analysis, sample preparation of PCR analysis and transfer to the archive (11). The latter is a set of cooled containers, in which 1 ml of the sample is placed in turn during each measurement. If the analysis does not further detect pathogenic agents in the sample, the tanks are washed and reused. With a positive result of the analysis, the sample from the archive (11) can be additionally verified by independent methods.

Этап 3. Пробоподготовка иммунологического анализа (ИА) включает в себя инкубацию пробы с магнитными микросферами, биотинилированными антителами флуоресцентными метками (коньюгаты стрептовидин-фикоэритрин, SAPE), а также, соответствующие промывки. Эти операции выполняются в реакторе ИА, представляющем собой емкость из полипропилена объемом 1,5 мл в которой, поддерживается необходимая температура (как правило, 37-38’C; эта вода, в частности, используется для охлаждения реагентов, чтобы C). При помощи электромеханического привода, к данной емкости может подводиться кольцевой постоянный магнит, удерживающий магнитные частицы во время промывок. Реактор установлен на валу орбитальной мешалки, способной приводить его в движение на скоростях до 1500 об/мин. Все режимы работы реактора задаются управляющим компьютером в соответствии с протоколом анализа. Реагенты для пробоподготовки ИА (магнитные микросферы, антитела, SAPE) хранятся при 4’C; на охлаждаемой платформе, также установленной на валу орбитальной мешалки. Перед использованием реагентов, платформа приводится в движение с частотой 800 об/мин для получения однородной суспензии микросфер.Stage 3. Sample preparation of the immunological analysis (IA) includes incubation of the sample with magnetic microspheres, biotinylated antibodies with fluorescent labels (streptovidin-phycoerythrin conjugates, SAPE), as well as appropriate washes. These operations are performed in an IA reactor, which is a 1.5 ml polypropylene tank in which the required temperature is maintained (typically 37-38'C; this water is used in particular to cool the reactants to C). With the help of an electromechanical drive, an annular permanent magnet can be fed to this tank, which holds the magnetic particles during the washings. The reactor is mounted on the shaft of an orbital mixer capable of driving it at speeds up to 1500 rpm. All operating modes of the reactor are set by the control computer in accordance with the analysis protocol. Reagents for the sample preparation of IA (magnetic microspheres, antibodies, SAPE) are stored at 4’C; on a cooled platform, also mounted on the orbital mixer shaft. Before using reagents, the platform is set in motion with a frequency of 800 rpm to obtain a homogeneous suspension of microspheres.

После выполнения всех операций пробоподготовки, суспензия из реактора направляется в иммунологический анализатор. Все манипуляции с жидкостями при пробоподготовке ИА выполняются шприцевым насосом и клапаном К2.After completing all the sample preparation operations, the suspension from the reactor is sent to an immunological analyzer. All manipulations with liquids during the sample preparation of AI are performed by a syringe pump and valve K2.

Этап 4. Пробоподготовка ПЦР-анализа состоит в выделении и очистке нуклеиновых кислот (НК) из раствора пробы. Принцип выделения НК основан на использовании магнитных частиц. Выделение НК происходит в реакторе, конструкция которого аналогична реактору пробоподготовки ИА. За движение и распределение жидкостей отвечает шприцевой насос и клапан К3 (фиг. 2). Раствор с выделенными НК подается в блок ПЦР для дальнейшего анализа.Step 4. Sample preparation of PCR analysis consists in the isolation and purification of nucleic acids (NC) from the sample solution. The principle of separation of NC is based on the use of magnetic particles. The selection of NC occurs in the reactor, the design of which is similar to the sample preparation reactor IA. For the movement and distribution of liquids meets the syringe pump and valve K3 (Fig. 2). The solution with the selected NC is fed to the PCR unit for further analysis.

Следует отметить, что операции пробоподготовки ИА и ПЦР выполняются параллельно, что позволяет сократить полное время анализа пробы двумя методами.It should be noted that the sample preparation operations of the IA and PCR are performed in parallel, which allows reducing the total analysis time of the sample using two methods.

Детальная настройка протоколов осуществляется с помощью включенного в состав программного комплекса редактора протоколов. Для связи с оборудованием используются последовательные интерфейсы RS-485 и Ethernet. Управляющая консоль (4) размещена на внутренней части двери верхнего отсека (2) и доступна только инженерам, обслуживающим прибор. На наружных панелях находятся только светодиодные индикаторы, сигнализирующие об основных режимах работы. Прибор питается от однофазной электрической сети 220В и, в случае перебоев в подаче электроэнергии, способен завершить начатый анализ, питаясь от аккумуляторных батарей.Detailed protocol configuration is performed using the protocol editor included in the software package. For communication with the equipment, RS-485 and Ethernet serial interfaces are used. The control console (4) is located on the inside of the upper compartment door (2) and is accessible only to engineers serving the device. On the external panels there are only LED indicators that signal the main modes of operation. The device is powered by a single-phase 220V electrical network and, in case of power outages, it is able to complete the analysis started, powered by rechargeable batteries.

Таким образом, за счет того, что корпус имеет рамную конструкцию, разделен на два отсека: в верхнем отсеке расположены узлы и подсистемы, контактирующие с биологическими образцами и реагентами – от устройства сбора аэрозоля до ПЦР - и иммунологического анализаторов, в этом отсеке поддерживается контролируемый температурно-влажностный режим; в нижнем отсеке расположено вспомогательное оборудование и управляющая электроника: источники и распределители питания, резервные аккумуляторные батареи, холодильная установка, управляющий компьютер и блоки автоматики, при этом система пробоподготовки автоматического анализатора биопатогенов в воздухе построена по закрытой схеме, которая включает импактор, коллектор аэрозоля, ультразвуковой гомогенизатор, первый клапан ротационого типа, блок выделения НК, содержащий: резервуар с реагентами для выделения НК, третий ротационный клапан, реактор выделения НК, блок пробоподготовки иммунологического анализатора (ИА), резервуар с микросферами, антителами и красителями, второй ротационный клапан и реактор ИА; резервуар, содержащий промывочные жидкости; ИА; резервуар с реагентами ПЦР; ПЦР анализатор; архив проб; резервуар для охлаждаемой оборотной водой; резервуар жидкости предназначенной для слива, при этом движение жидкостей в автоматическом анализаторе биопатогенов в воздухе осуществляют автоматические шприцевые насосы, управляющая консоль размещена на внутренней части двери верхнего отсека и обеспечивалось выполнение достигаемого технического результата – повышение точности и ускорение определения биопатогенов воздухе, за 2 часа до 80 детектируемых мишеней, в полностью автоматическом беспрерывном режиме работы.Thus, due to the fact that the case has a frame structure, it is divided into two compartments: in the upper compartment there are nodes and subsystems in contact with biological samples and reagents - from an aerosol collection device to PCR - and immunological analyzers, in this compartment a controlled temperature is maintained. -moisture mode; Auxiliary equipment and control electronics are located in the lower compartment: power sources and distributors, backup batteries, refrigeration unit, control computer and automation units, while the sample preparation system of the automatic biopathogen analyzer in the air is built according to a closed circuit that includes an impactor, aerosol collector, ultrasonic the homogenizer, the first valve of the rotary type, the block selection NC, containing: a tank with reagents for the allocation of NC, the third rotary valve pan, NK separation reactor, an immunological analyzer (IA) sample preparation unit, a reservoir with microspheres, antibodies and dyes, a second rotary valve, and an IA reactor; a reservoir containing washing liquids; IA; tank with PCR reagents; PCR analyzer; sample archive; tank for cooled circulating water; the reservoir of the fluid to be drained, while the movement of liquids in the automatic analyzer of biopathogens in the air is carried out by automatic syringe pumps, the control console is located on the inside of the upper compartment door and the achieved technical result is achieved - improving the accuracy and acceleration of determining biopathogens in the air, in 2 hours to 80 detectable targets in fully automatic continuous operation.

Промышленная применимость.Industrial Applicability.

Автоматический анализатор биопатогенов в воздухе может быть осуществлен специалистом на практике и при осуществлении обеспечивает реализацию заявленного назначения. Возможность осуществления на практике следует из того, что для каждого признака, включённого в формулу изобретения на основании описания, известен материальный эквивалент, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для изобретения и критерию «полнота раскрытия» для изобретения.An automatic analyzer of biopathogens in the air can be carried out by a specialist in practice and, when implemented, ensures the realization of the stated purpose. The possibility of implementation in practice follows from the fact that for each feature included in the claims on the basis of the description, a material equivalent is known, which allows to conclude that the criterion "industrial applicability" for the invention and the criterion "completeness of disclosure" for the invention.

Автоматический анализатор биопатогенов в воздухе может быть использован в общественных местах, которые могут выявлять возбудителей инфекционных заболеваний до момента массового заражения людей. Ранняя информация о распространении в окружающей среде патогенов, с учетом латентного периода, может сократить время реакции системы здравоохранения на несколько суток, а в случае своевременного принятия мер - решительно уменьшить число людей, подвергшихся заражению.An automatic analyzer of biopathogens in the air can be used in public places that can detect pathogens of infectious diseases before the mass infection of people. Early information on the spread of pathogens to the environment, given the latency period, can reduce the response time of the health system by several days, and in the case of timely action, drastically reduce the number of people exposed to infection.

Claims (7)

Translated fromRussian

1. Автоматический анализатор биопатогенов в воздухе, представляющий собой устройство, которое имеет единый металлический корпус, отличающийся тем, что корпус имеет рамную конструкцию, разделен на два отсека, в верхнем отсеке расположены узлы и подсистемы, контактирующие с биологическими образцами и реагентами: от устройства сбора аэрозоля до ПЦР- и иммунологического анализаторов, в этом отсеке поддерживается контролируемый температурно-влажностный режим, в нижнем отсеке расположено вспомогательное оборудование и управляющая электроника: источники и распределители питания, резервные аккумуляторные батареи, холодильная установка, управляющий компьютер и блоки автоматики, при этом система пробоподготовки автоматического анализатора биопатогенов в воздухе построена по закрытой схеме.1. An automatic analyzer of biopathogens in the air, which is a device that has a single metal case, characterized in that the case has a frame structure, is divided into two compartments, in the upper compartment are nodes and subsystems in contact with biological samples and reagents: from the collection device aerosol to PCR and immunological analyzers, a controlled temperature and humidity regime is maintained in this compartment, auxiliary equipment and a control electron are located in the lower compartment ika: power sources and distributors, backup batteries, refrigeration unit, control computer and automation units, while the sample preparation system of an automatic bioptogen analyzer in the air is built according to a closed circuit.2. Автоматический анализатор по п. 1, отличающийся тем, что закрытая схема включает импактор, коллектор аэрозоля, ультразвуковой гомогенизатор, первый клапан ротационого типа, блок выделения нуклеиновых кислот (НК), блок пробоподготовки иммунологического анализатора (ИА); резервуар, содержащий промывочные жидкости; ИА; резервуар с реагентами ПЦР; ПЦР анализатор; архив проб; резервуар для охлаждаемой оборотной водой; резервуар жидкости, предназначенной для слива, при этом движение жидкостей в автоматическом анализаторе биопатогенов в воздухе осуществляют автоматические шприцевые насосы, управляющая консоль размещена на внутренней части двери верхнего отсека.2. Automatic analyzer according to claim 1, characterized in that the closed circuit includes an impactor, an aerosol collector, an ultrasonic homogenizer, a first valve of the rotary type, a nucleic acid extraction unit (NC), a sample preparation unit of an immunological analyzer (AI); a reservoir containing washing liquids; IA; tank with PCR reagents; PCR analyzer; sample archive; tank for cooled circulating water; the reservoir of the fluid to be drained, while the movement of liquids in the automatic biopathogen analyzer in the air is carried out by automatic syringe pumps, the control console is located on the inside of the upper compartment door.3. Автоматический анализатор по п. 1, отличающийся тем, что блок НК включает: резервуар с реагентами для выделения НК, третий ротационный клапан, реактор выделения НК.3. Automatic analyzer according to claim 1, characterized in that the NC block includes: a tank with reagents for isolating the NC, a third rotary valve, a reactor for isolating the NC.4. Автоматический анализатор по п. 1, отличающийся тем, что блок пробоподготовки ИА включает: резервуар с микросферами, антителами и красителями, второй ротационный клапан и реактор ИА.4. Automatic analyzer according to claim 1, characterized in that the sample preparation unit of an IA includes: a reservoir with microspheres, antibodies and dyes, a second rotary valve and an IA reactor.5. Автоматический анализатор по п. 1, отличающийся тем, что реактор ИА представляет собой емкость из полипропилена, которая расположена на валу орбитальной мешалки.5. Automatic analyzer according to claim 1, characterized in that the reactor IA is a container made of polypropylene, which is located on the shaft of the orbital mixer.6. Автоматический анализатор по п. 1, отличающийся тем, что реактор НК представляет собой емкость из полипропилена, которая расположена на валу орбитальной мешалки.6. Automatic analyzer according to claim 1, characterized in that the NK reactor is a polypropylene tank, which is located on the shaft of the orbital agitator.7. Автоматический анализатор по п. 1, отличающийся тем, что на наружных панелях корпуса анализатора находятся только светодиодные индикаторы.7. Automatic analyzer according to claim. 1, characterized in that on the external panels of the analyzer case there are only LED indicators.

Images