177667. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés biológiai minták fehérjetartalmának meghatározására
3 177667 4 gia miatt a 13C (d, p0) 14C magreakció protonjainak energiaspektruma átfedésbe kerül a 14N (d, p0) 15N magreakció protonjainak energiaspektrumával, miáltal a nitrogéntartalom mérése hibásan történik. A nitrogén magreakciójából származó protonok detektálásának hatásfokát erősen korlátozza a detektort érő ennél több nagyságrenddel nagyobb intenzitású alacsony energiájú sugárzások szükségképpen bekövetkező terhelése. Az eljárásnál a detektálás előnytelen megoldása a 14N (d, Pq) 15N magreakcióban rejlő lehetőségek optimális kihasználását hiúsítja meg. A találmánnyal célunk a fentiekben vázolt valamenynyi nehézség egyidejű kiküszöbölése és olyan megoldás kialakítása, amellyel nagy számú, aránylag pontos, mérést lehet rövid idő alatt elvégezni. További követelmény, hogy a mintaelőkészítési műveletek száma csökkenjen és a mérési eredményt a minta nedvességtartalma lehetőleg ne befolyásolja. Követelmény volt még az is, hogy a detektorok érzékenysége a háttérsugárzásra csökkenjen, a nitrogén detektálás érzékenysége növekedjen és hogy a mintaváltás automatizálható legyen. A találmánnyal megoldandó feladatot ennek megfelelően a biológiai minták fehérjetartalmának meghatározásában jelölhetjük meg gyorsított deuteronok segítségével. A találmány alapja az a felismerés, hogy a biológiai mintákban háttér mentesen detektálhatok a 14N (d, p0) I5N magreakció protonjai 3 MeV-nél nem magasabb bombázó energia esetében, továbbá az, hogy a detektor előtt alkalmazott abszorbenssel, valamint az abszorbens fékező hatásával csökkentett energiájú protonok megállítására alkalmas minimális vastagságú detektorral a lehető legkisebbre csökkentett detektor terheléssel a lehető legnagyobb mérési sebesség biztosítható, végezetül az, hogy olajmentes vagy azonos olajtartalmú minták fehérjetartalmának összehasonlítására további egyszerűsítés érhető el a 12C (d, p0) 13C magreakció protonjainak mérésére a nitrogén esetében alkalmazott megoldáshoz,hasonlóan előnyös detektor és abszorbens kombináció kialakításával, mely a két detektor egyidejű alkalmazásával a minta nedvességtartalmától független eredményt szolgáltató nagy sebességű analízis elvégzését teszi lehetővé. A találmány szerinti eljárás tehát olyan ismert eljárás továbbfejlesztése, amely alkalmas biológiai minták fehérjetartalmának meghatározására gyorsított deuteronok segítségével. A továbbfejlesztés, vagyis a találmány abban van, hogy az olajmentes vagy azonos olajtartalmú biológiai mintákat 3 MeV-nél kisebb energiájú deuteronokkal bombázzuk. A bombázás hatására a mintában nagyon sokféle magreakció jön létre. A 14N (d, p) 15N magreakciós p0, p„ p2 ... proton csoportjai különböző gerjesztett állapotban hagyják vissza a 15N atommagot. Az alapállapoti átmenet protoncsoportja 8,609 MeV energianyereséggel keletkezik, és ez a legnagyobb áthatoló képességű töltött részecske csoport a biológiai mintának deuteronokkal történő bombázása során keletkező reakciótermékek között. A nitrogéndetektomál egy megfelelő vastagságú abszorbensnek a detektor és a minta közé helyezésével elérhető, hogy a legnagyobb energiájú protonok csökkentett energiával ugyan, de változatlan intenzitással bejussanak a detektorba, míg a kisebb áthatoló képességű részecskék ne érjék el a detektort. A detektor vastagságát célszerű úgy megválasztani, hogy a nitrogén előbbiekben említett magreakciójának csökkentett energiájú protonjai éppen megálljának benne. Az ilyen minimális vastagságú nitrogéndetektor kis hatásfokkal érzékeli a nagyon összetett eredetű alacsony energiájú háttérsugárzást, mely a tér minden irányából éri a nitrogéndetektort, ezért a háttérsugárzás ellen nem véd a nitrogéndetektornál alkalmazott abszorbens. Az így kialakított detektor és abszorbens pár egy olyan nitrogéndetektor, mely a lehető legkisebb mértékben érzékeli a detektálni nem kívánt sugárzásokat, ugyanakkor a vizsgált biológiai minta nitrogéntartalmával arányos impulzusszámot szolgáltat. A nitrogéndetektor jeleit erősítjük és erősítés után egy diszkriminátorba vezetjük, melynek ablakát a nitrogén energiacsúcsra állítjuk be. A nitrogén magreakciójának nagy energia hozama gyakorlatilag egyedülálló a periódusos rendszerben. Van ugyan egy-két kis gyakorisággal előforduló izotóp, mely deuteronokkal bombázva hasonló energiájú protonokat szolgáltat. Ezek az elemek azonban biológiai anyagokban csak nyomnyi mennyiségben fordulnak elő. Ilyen körülmények között a nitrogén fenti mérése nagy érzékenységű és már 2 MeV energiájú deuteronokkal is elérhető a mintegy 50 ppm (50 ug/g) érzékenység. A biológiai minták szárazanyagának majdnem a fele szén, melynek nagy hatáskeresztmetszettel végbemenő 12C (d, p0) 13C magreakciójából származó protonok száma mértékéül szolgálhat a nitrogénmeghatározás során deuteronokkal bombázott minta mennyiségére. Némi nehézséget támaszt az a körülmény, hogy a fenti szénreakció energiahozama csak 2,722 MeV, ezért a szénből jövő protonok energiája sok elem hasonló típusú magreakciójának protonenergiájával egy nagyságrendbe esik. Mégis, mivel a biológiai mintákban nagyon sok a szén, a zavaró elemek többsége pedig legfeljebb nyomnyi mennyiségben fordul elő, azért csak az oxigén és a nitrogén zavaró hatását kell kiküszöbölni. Energiahozam alapján a 13C (d, p0) 14C magreakció protonjai is nagyon alkalmas részecskék volnának a minta széntartalmának meghatározására, azonban a ,3C izotóp 1,11%-os előfordulási aránya miatt ez a reakció gyakorlatilag nem használható. Az oxigént illetően egyszerű a helyzet. A 160 (d, p0) I70 magreakció energiahozama 1,918 MeV biztosítja, hogy a szénből származó protonok energiaspektrumának nagyenergiájú vége elkülönül az oxigéntől. A bombázó energia növelésével azonban egyrészt a két magreakció maximális energiájú protonjainak energiakülönbsége monoton csökken, másrészt a 12C (d, p0) 13C reakció hatáskeresztmetszete az 1,73 MeV-es deuteronenergia felett erősen visszaesik. Az említett két tényező egyaránt indokolja a bombázó energiának 3 MeV-nél nem nagyobb energiaszintű beállítását. A minta nitrogéntartalmából származó protonok energiaspektruma meglehetősen összetett, mert a 15N maradékmag különböző gerjesztett állapotokban maradhat vissza. A széndetektor által szolgáltatott proton energiaspektrumnak oxigénmentes része tartalmaz nitrogénből származó protonokat is. Ezek száma azonban mindig azonos arányban van a nitrogéndetektor által szolgáltatott beütésszámmal, tehát ennek alapján korrekciót alkalmazhatunk. A korrekciós faktort egy szénmentes mintán (pl. NH4N03) elvégzett egyidejű nitrogén és szénméréssel lehet meghatározni, mert a széndetéktorban kapott beütésszám éppen a nitrogés-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
