Гематологические анализаторы устройство и характеристики

Содержание

От открытия новых лекарств до исследования новых методов лечения рака, определения качества продуктов питания и анализа физических явлений, лаборатории являются одним из важнейших столпов науки.

Хотя мы обычно ассоциируем фигуру лаборатории с биологами, работающими с культурами микроорганизмов, правда в том, что все научные дисциплины имеют лаборатории, в которых они могут проводить исследования, и что они идеально адаптированы к потребностям ученых.

В этой статье мы рассмотрим основные типы лабораторий, которые существуют., подчеркивая как их характеристики, так и их применение в мире науки и, следовательно, во всем обществе.

История

Микросхема микромеханических систем, иногда называемая «лаборатория на кристалле»

После изобретения микротехнология (~ 1954 г.) для реализации интегрированных полупроводник структуры для микроэлектронных чипов, эти литография Вскоре технологии на его основе стали применяться и в производстве датчиков давления (1966 г.). В связи с их дальнейшим развитием обычно CMOS -процессы с ограниченной совместимостью, стал доступен ящик для инструментов для создания механических структур микрометрового или субмикрометрового размера в кремнии вафли а также: Микроэлектромеханические системы (МЭМС ) эра началась.

Наряду с датчиками давления, датчиками подушек безопасности и другими механически подвижными конструкциями были разработаны устройства для работы с жидкостями. Примеры: каналы (капиллярные соединения), смесители, клапаны, насосы и дозирующие устройства. Первой системой анализа LOC был газовый хроматограф, разработанный в 1979 году С.С. Терри в Стэнфордском университете. Однако только в конце 1980-х и начале 1990-х годов исследования LOC начали серьезно расти, поскольку несколько исследовательских групп в Европе разработали микронасосы, датчики потока и концепции комплексной обработки жидкости для аналитических систем. Эти концепции µTAS продемонстрировали, что интеграция этапов предварительной обработки, обычно выполняемых в лабораторных условиях, может расширить функциональные возможности простого датчика до полного лабораторного анализа, включая дополнительные этапы очистки и разделения.

Большой всплеск интереса к исследованиям и коммерции пришелся на середину 1990-х годов, когда оказалось, что технологии µTAS предоставляют интересные инструменты для геномика приложения, например капиллярный электрофорез и ДНК-микрочипы. Значительный толчок в поддержке исследований также оказали военные, особенно DARPA (Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов) за их интерес к портативным системам обнаружения боевых биохимических агентов. Добавленная стоимость не ограничивалась только интеграцией лабораторных процессов для анализа, но также характерными возможностями отдельных компонентов и приложений к другим лабораторным процессам, не связанным с анализом. Отсюда и был введен термин «лаборатория на чипе».

Хотя применение LOC по-прежнему является новым и скромным, растущий интерес компаний и групп прикладных исследований наблюдается в различных областях, таких как анализ (например, химический анализ, мониторинг окружающей среды, медицинская диагностика и целломика), а также в синтетической химии (например, быстрый скрининг). и микрореакторы для фармацевтики). Помимо дальнейших разработок приложений, ожидается, что исследования в области систем LOC будут распространяться на уменьшение размеров конструкций для обработки жидкостей за счет использования нанотехнологии. Субмикрометровые и наноразмерные каналы, лабиринты ДНК, обнаружение и анализ отдельных клеток, и нанодатчики, могут стать возможными, открывая новые способы взаимодействия с биологическими видами и большими молекулами. Было написано много книг, охватывающих различные аспекты этих устройств, включая транспортировку жидкости, свойства системы, сенсорные техники, и биоаналитические приложения.

Группа спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния (ГКР/SERS)

Важнейшим достижением лаборатории химической физики биоаналитических процессов за последние годы является создание нового класса высокодобротных композитных метаматериалов на основе периодических, тонкопленочных, нанодисперсных структур металла и диэлектрика в оптической области электромагнитного спектра. Предложены новые нанокомпозитные метаматериалы на основе нано- и микроразмерных высокодобротных плазмонных и диэлектрических резонаторов. Такие метаматериалы реализуют возможность фокусировки гигантских электромагнитных полей на их поверхности и селективного усиления сигнала комбинационного рассеяния света в 104-108 раз на выбранной частоте, с одной стороны, и прочную адсорбцию анализируемых молекул, с другой. Предложенные структуры позволяют начать разработку не имеющих аналогов в мире высокочувствительных биоаналитические систем на основе ГКР для определения низких концентраций биологических и химических веществ. В группе спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния (ГКР) (н.с. Н.Л. Нечаева, м.н.с. Н.Н. Дурманов, н.с. Р.Р. Гулиев, н.с., к.б.н. И.А. Будашов) проведены исследования ГКР спектров ряда микробиологических объектов и физиологически активных веществ на поверхности тонкопленочных оптических метаматериалов различной структуры и выявлены закономерности проявления стоксовых сдвигов в спектрах ГКР при изменении характеристик метаматериала с целью повышения специфичности определения выбранных аналитов. Осуществлен экспериментальный поиск методов модификации метаматериалов на основе диэлектрических резонаторов, структурами, содержащими плазмонные резонаторы на основе наноразмерных частиц золота и серебра, с целью дополнительного повышения интенсивности сигналов ГКР. Проведено исследование возможностей создания специфических сенсоров на основе оптических метаматериалов для определения эстеразного профиля организма и его изменений при воздействии на организм токсических соединений.

К важнейшим достижениям лаборатории следует отнести также создание в 2017 году (совместно с к.х.н. А.Н. Щеголихиным и д.б.н. А.Б. Шевелевым) прибора индикации и идентификации патогенных биологических агентов на основе спектроскопии комбинационного рассеяния и ИК-Фурье спектроскопии. Успешно проведены Государственные испытания созданного аппаратно-программного комплекса индикации и  идентификации патогенных биологических агентов, согласно ГОСТ РВ 15.203-2001. Утверждена рабочая конструкторская документация для организации промышленного производства прибора литеры «О», согласно ГОСТ РВ 15.203-2001; Проведено исследование патентной чистоты опытного образца прибора, согласно ГОСТ Р15.011-96. Проведена регистрация нового типа средств измерений.

Группа постгеномных молекулярно-генетических исследований (Носиков В.В.)

Под руководством главного научного сотрудника, доктора биологических наук Валерия Вячеславовича Носикова в группе постгеномных молекулярно-генетических исследований проводится изучение генетической предрасположенности к развитию и прогрессированию хронического гломерулонефрита (ХГН). У всех больных ХГН и лиц из контрольной группы идентифицированы полиморфные маркеры генов, участвующих в регуляции иммунного ответа и выраженности воспаления в ткани почек. Выявлен ряд ассоциаций полиморфных маркеров исследованных генов-кандидатов с особенностями клинической картины ХГН. Была изучена ассоциация с возникновением, прогрессированием, особенностями клинической картины и эффективностью иммуносупрессивной терапии хронического гломерулонефрита (ХГН) с использованием полиморфных маркеров G(-238)A гена TNF, G(-174)C гена IL6 и G(-1082)A гена IL10. Таким образом, полученные результаты позволяют обсуждать вклад ряда исследованных нами генов-кандидатов в развитие ХГН и определение особенностей его течения, а также выделить группы пациентов, у которых терапия может оказаться более (или, наоборот, менее) эффективной. Проведение этого исследования позволит установить уровень ассоциации этих генов с хроническим гломерулонефритом (ХГН). Успешная реализация предлагаемого проекта позволит разработать новые диагностические подходы, а также индивидуализировать подход к терапии и ведению каждого конкретного пациента.

Важным разделом прикладных ДНК-исследований группы профессора В.В. Носикова являются работы в области криминалистики и судебной медицины, в частности, идентификации личности по следовым биологическим образцам, установления различных отдаленных и неочевидных степеней родства, а также определения гаплогрупп обследуемых лиц. Осуществляются научные проекты, направленные на исследование гаплогрупп митохондриальной ДНК и Y-хромосомы (именно в русской популяции), которые могут быть эффективно использованы для идентификации личности в рамках гражданских и уголовных экспертиз, связанных с исследованием биологического материала самого разного происхождения и степени сохранности.

Услуги для предприятий

В таблице представлены адреса компаний, которые предоставляют такие услуги в некоторых крупных городах России:

Какие бывают анализаторы?

Разделяются по принципу работы и ориентированности на определяемые вещества.

К примеру, есть высокоточные комбинированные гидрохимические датчики и измерители рН, ОВП и температуры.

Кислотность (или водородный показатель, щелочность) и ОВП (окислительно-восстановительный потенциал) – главные индикаторы качества сточной воды. При мониторинге и проверках надзорных органов эти параметры подлежат обязательному контролю.

При мониторинге водных объектов показатели рН, ОВП и температуры считаются сигнальными. Изменения говорят о необходимости произвести срочный развернутый анализ, а стабильность – об отсутствии причин для беспокойства. Кроме того, pH – важный показатель кислотности технологических растворов.

Современные испытательные центры используют различное аналитическое оборудование:

1. Датчики и анализаторы содержания органики. Определяют концентрацию органических и химических соединений. Принцип действия компактного прибора базируется на свойстве органики поглощать УФ-волны.
2. Система измерения концентрации загрязнений на основе непрерывного отбора проб.
3. Онлайн-анализаторы. Прибор BlueMon обеспечивает химанализ по методу «мокрой химии». Способен к самокалибровке и одновременному измерению множества параметров.
4. Датчики мутности воды. Компактные и экономичные в эксплуатации приборы предназначены для определения мутности и взвешенных частиц.
5. Системы непрерывного измерения концентрации загрязнений на основе датчиков, устанавливаемых в поток.
6. Мобильные УФ-визионные спектрометрические системы.
7. Автоматические анализаторы нитратов и нитритов/ жиров/ фенолов.
8. Анализаторы аммония, общего азота, общего фосфора, ортофосфатов.
9. Анализаторы концентрации нефтепродуктов.
10. Датчики и анализаторы растворенного кислорода. Технология исследования оптического растворенного кислорода базируется на люминесцентном методе.
11. Датчики электропроводности (солености, минерализации). Принцип измерения основан на инфракрасной нефелометрии.

Все анализаторы перечислить невозможно. Кроме того, существует измерительно-управляющая система BlueBox – модульная и масштабируемая основа для реализации проектов любого масштаба.

Один блок способен управлять датчиками в количестве 300 штук, а также исполнительными механизмами. Блоки такого оборудования могут объединяться для формирования более крупных установок.

Начало

Первая работа в 1990-х годах заключалась в миниатюризации устройств химического анализа . Manz et al. Используя методы фотолитографии, окисления и химического травления для изготовления микросхем капиллярного электрофореза на кремнии . Применение более высоких электрических напряжений, необходимых для ускорения и повышения эффективности анализа, быстро побуждает людей обращаться к стеклу . Харрисон и др. развивать эту концепцию, создавая на стеклянном чипе интегрированную систему капиллярного электрофореза, включая электроосмотические насосы . Эта новаторская работа в то время продемонстрировала потенциал миниатюрных систем анализа; Затем многие исследовательские группы решили разработать такие устройства, что привело к многочисленным технологическим достижениям.

Производители и дистрибьюторы цифровых лабораторий, представленные на российском рынке

Практический опыт по использованию ЦЛ показал, что эффективность их применения во многом зависит от удобства использования и, соответственно, от степени проработки методики проведения экспериментов, которая включает в себя как оборудование, так и методическое и программное сопровождение.

Биологическая лаборатория

Биологическая лаборатория — это лаборатория, которая также работает с биологическими образцами, но она не должна быть ориентирована исключительно на применение в медицине, поскольку эти образцы могут происходить от любого вида живых существ.

Рекомендуемая статья: «62 раздела биологии (и что каждый изучает)»

Анализируя образцы биологического происхождения от клеточных уровней (как устроены клетки живых организмов) до системного уровня (например, как устроены органы живого существа), биологические лаборатории ставят перед собой цель определить структуру живых существ, идентифицировать из чего они состоят и как эти компоненты связаны друг с другом.

Некоторые из наиболее распространенных типов биологических лабораторий:

• Лаборатория микробиологии: оснащен инструментами и оборудованием, необходимым для изучения природы бактерий, вирусов и грибков; то есть микроскопических живых существ.

• Лаборатория молекулярной биологии: они ориентированы на изучение мельчайших компонентов биологии, то есть исследования, связанные с белками, липидами, клеточными структурами и т. д.

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

• Лаборатория генетики: В биологических лабораториях этого типа используется оборудование, позволяющее исследовать гены и ДНК, которое может применяться как в секторе здравоохранения (определение наследственных заболеваний), так и в создании генеалогических деревьев.

Сеть данных о болезнях

Диагностика и мониторинг здоровья людей, впрочем, едва ли не самая интересная область развития «лабораторий на чипе». Чаще всего при помощи чиповых приборов анализируют белки, нуклеиновые кислоты типа ДНК или же молекулы, участвующие в метаболизме. Очевидна польза чиповых приборов для диабетиков, которым приходится постоянно следить за уровнем сахара в крови. Есть и так называемые биомаркерные белки, по которым судят о многих изменениях в состоянии организма, от травмы мозга до начала родов. Зачастую в диагностических чипах применяют антитела, поскольку они хорошо распознают некоторые специфические молекулы — и наши собственные, и принадлежащие инфекционным организмам.

Чиповая диагностика могла бы принести большую пользу в тех уголках мира, где не хватает ресурсов и учреждений с профессиональным лабораторным анализом. Одна британская компания хочет ввести результаты, полученные на их диагностических приборах, в сетевую базу данных и создать этот самый «интернет жизни», который мог бы мониторить вспышки смертельно опасных заболеваний типа Эболы. И пусть пройдет еще несколько лет, прежде чем врач сможет проделать анализ вашего кала не сходя с места, — «лаборатории на чипе» однажды могут произвести революцию в нашем отношении к болезням и их лечению. И, как мы еще узнаем, компьютерная мощь применяется много где еще в химии.

дальнейшее чтение

Книги

• Гешке, Кланк и Теллеман, ред .: Микросистемная инженерия устройств типа «лаборатория на кристалле», 1-е изд., John Wiley & Sons. ISBN  3-527-30733-8.
• Герольд, KE; Rasooly, A, eds. (2009). Технология Lab-on-a-Chip: производство и микрофлюидика. Caister Academic Press. ISBN  978-1-904455-46-2.
• Герольд, KE; Rasooly, A, eds. (2009). Технология Lab-on-a-Chip: разделение и анализ биомолекул. Caister Academic Press. ISBN  978-1-904455-47-9.
• Йехья Х. Галлаб; Ваэль Бадави (2010). Лаборатория на кристалле: методы, схемы и биомедицинские приложения. Артек Хаус. п. 220. ISBN  978-1-59693-418-4.

Приложения

Аналитическая химия и молекулярная биология, в значительной степени способствуют развитию микрофлюидики и лаборатории на чипе; поэтому большинство приложений попадают в эти области. В 2002 году Auroux et al. предлагают достаточно полный обзор, в частности, относительно стандартных операций химического анализа. Лаборатории на чипе в настоящее время разрабатываются для изучения большинства биологических молекул и макромолекул : ДНК, белков и пептидов, клеток, антител и антигенов и сахаров . Целевыми приложениями в исследованиях и разработках являются клиническая диагностика ( птичий грипп, рак ), включая «точки обслуживания» и фармацевтические исследования  : миниатюрные методы могут выполнять параллельные широкополосные скрининги для обнаружения лекарств . Методы биомедицинские наблюдения пункт-ухода также обобщается на безопасность пищевых продуктов и окружающей среды химического анализа, в целях контроля за качеством пищевых продуктов или загрязнения в водные пути . Кроме того, немалая часть финансирования исследований лабораторий на чипе поступает из средств, выделяемых на борьбу с биотерроризмом  ; мы видим, например, появление устройств для обнаружения газа зарина в крови. В Sandia National Laboratories играет важную роль в области биозащиты . Наконец, лаборатории на чипе не ограничиваются биологическим анализом; они также могут служить химическими реакторами . Небольшие размеры микрофлюидных систем действительно позволяют лучше контролировать и лучше обнаруживать химические реакции, в частности смеси реагентов.

Глобальное здоровье

Технология Lab-on-a-Chip может вскоре стать важной частью усилий по улучшению глобальное здоровье, особенно за счет развития тестирование в месте оказания медицинской помощи устройств. В странах с ограниченными ресурсами здравоохранения инфекционные заболевания которые излечимы в развитой стране, часто смертельны

В некоторых случаях в плохих клиниках есть лекарства для лечения определенного заболевания, но нет диагностические инструменты для определения пациентов, которым следует принимать препараты. Многие исследователи считают, что технология LOC может быть ключом к новым мощным диагностическим инструментам. Цель этих исследователей — создать микрофлюидный чипы, которые позволят поставщикам медицинских услуг в плохо оборудованных клиниках выполнять диагностические тесты, такие как микробиологическая культура анализы,иммуноанализ и нуклеиновая кислота анализы без лабораторной поддержки.

Глобальные вызовы

Чтобы чипы могли использоваться в областях с ограниченными ресурсами, необходимо преодолеть множество проблем. В развитых странах наиболее ценными чертами диагностических инструментов являются скорость, чувствительность и специфичность; но в странах, где инфраструктура здравоохранения менее развита, необходимо также учитывать такие характеристики, как простота использования и срок годности. Реагенты, которые поставляются с чипом, например, должны быть разработаны таким образом, чтобы они оставались эффективными в течение нескольких месяцев, даже если чип не хранится в помещении. климат-контроль Окружающая среда. Разработчики микросхем также должны Стоимость, масштабируемость, и возможность вторичной переработки имея в виду, когда они выбирают, какие материалы и методы изготовления использовать.

Примеры глобального применения LOC

Одним из самых известных и известных устройств LOC, появившихся на рынке, является набор для домашних тестов на беременность, устройство, в котором используются бумажная микрофлюидика технологии. Еще одна активная область исследования LOC включает способы диагностики и лечения распространенных инфекционные заболевания вызванный бактерии, например. бактериурия или вирус, например. грипп. Золотой стандарт диагностики бактериурия (инфекция мочеиспускательного канала ) является микробная культура. Недавнее исследование, основанное на технологии «лаборатория на кристалле», Digital Dipstick, миниатюрный микробиологическая культура в формат щупа и позволил использовать его на пункт обслуживания. Что касается вирусных инфекций, ВИЧ инфекции — хороший пример. Сегодня в мире около 36,9 миллиона человек инфицированы ВИЧ, и 59% из них получают антиретровирусный лечение. Только 75% людей, живущих с ВИЧ, знали свой ВИЧ-статус. Измерение количества CD4 + Т-лимфоциты в крови человека — точный способ определить, есть ли у человека ВИЧ, и отследить развитие ВИЧ-инфекции.[нужна цитата ]. На данный момент поток цитометрия является золотым стандартом для определения количества CD4, но проточная цитометрия — это сложный метод, который недоступен в большинстве развивающихся регионов, поскольку требует обученных технических специалистов и дорогостоящего оборудования. Недавно такой цитометр был разработан всего за 5 долларов. Еще одна активная область исследований LOC — контролируемое разделение и смешивание. В таких устройствах можно быстро диагностировать и потенциально лечить заболевания. Как упоминалось выше, большой мотивацией для их разработки является то, что они потенциально могут быть произведены по очень низкой цене. Еще одна область исследований, изучаемая в отношении LOC, — это безопасность дома. Автоматический мониторинг летучих органических соединений (ЛОС) является желательной функцией для LOC. Если это приложение станет надежным, эти микроустройства можно будет установить в глобальном масштабе и уведомить домовладельцев о потенциально опасных соединениях.