USB3000 - исследования механики мышечного сокращения

Подробное описание:

В 2005 году USB3000 был выбран нами в качестве основной платформы управления и сбора экспериментальной информации для новых экспериментальных установок, а также частично внедрен в уже существующие.

Структурная схема установки для изучения механических характеристик мышечных клеток и волокон представлена на рис.1.

 
Рис.1. Структурная схема экспериментальной устновки.

Экспериментальная установка для изучения механических характеристик одиночных мышечных клеток, или волокон, состоит из быстрого преобразователя длины образца, или линейного мотора, и датчика напряжения, развиваемого препаратом. Кроме этих базовых элементов, в установке используется лазерный дифрактометр для регистрации длины саркомеров – регулярных структурных элементов мышечного волокна, термоконтроллер рабочей камеры, а также устройство скачка температуры, которое позволяет увеличивать температуру волокна на 5-30 ºС за доли миллисекунды. Характерное временное разрешение экспериментальной записи – 10 мкс, длительность – до секунды. Линейный мотор позволяет менять длину волокна по закону, задаваемому цифро-аналоговым преобразоватем, изменения длины волокна, длительность фронта при ступенчатой деформации амплитудой до 50 мкм составляет 120-140 мкс. Встроенный в мотор оптронный датчик положения подвижной части используется в схеме обратной связи усилителя мощности для коррекции скорости и формы выходного сигнала, его сигнал одновременно регистрируется на АЦП. Входы АЦП используются для записи всех механических характеристик волокна, выходы TTL - для управления отдельными узлами установки.

На рис.2. показано главное окно управляющего ПО.

 
Рис.2. Окно управляющей программы.

Эксперименты ведутся в лаборатории биологической подвижности Института Иммунологии и Физиологии УрО РАН (Екатеринбург) в сотрудничестве с Институтом механики МГУ (Москва). Одновременные исследования структурных и механических характеристик молекулярных нано-моторов мышечных волокон требуют использования синхротронного излучения. Такие исследования – часть совместных научных проектов наших лабораторий с секцией молекулярной медицины в Империал Колледже Лондона и выполняются на Европейском источнике синхротронного излучения в Гренобле (Франция). На рис.3. представлен внешний вид установки на синхротроне Diamond.

 
Рис.3. Экспериментальная установка на синхротроне Diamond.

Устройство с запасом удовлетворяет нашим потребностям по базовым показателям, таким как, скорость и точность преобразования, число каналов, возможные варианты синхронизации и, вместе с тем, обладает рядом особенностей, которые, в конечном счете,  повлияли на выбор. Во-первых, код firmware сигнального процессора USB3000 открыт для модифицирования, что дает возможность добавлять новые режимы работы, методы синхронизации, а также переносить часть обработки сигнала на процессор USB3000 (здесь немаловажно отметить готовность сотрудников «НПГ Р-Технолоджи» участвовать в подобной «подгонке» устройства). Во-вторых, шина USB, в отличие от PCI и ISA, позволяет использовать ноутбуки, что особенно удобно, когда эксперименты проходят на синхротроне. Немаловажным достоинством устройства является его невысокая по сравнению с зарубежными аналогами цена.

Подробнее об устройстве USB3000.